JP2011232059A - Expired-air component measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、呼気に含まれる口臭要因ガスやアルコール等の検知対象ガスの濃度を測定する呼気成分測定装置に関するものである。 The present invention relates to an expiratory component measuring device for measuring the concentration of a detection target gas such as a bad breath causing gas or alcohol contained in exhaled breath.
この種の呼気成分測定装置として、ガスの吸着によって抵抗値が変化する金属酸化物半導体からなる感ガス体内にヒータを埋設した金属酸化物半導体ガスセンサと、組込のプログラムを実行することによって、ヒータの温度制御、及び、感ガス体の抵抗値変化から呼気に含まれる口臭要因ガスやアルコール濃度を測定する測定処理を行う演算処理部と、演算処理部の測定結果を表示する表示器とを備えた口臭検査装置が提供されている（例えば特許文献１参照）。 As a breath component measuring apparatus of this type, a metal oxide semiconductor gas sensor in which a heater is embedded in a gas-sensitive body made of a metal oxide semiconductor whose resistance value changes due to gas adsorption, and a built-in program are executed. A calculation processing unit for performing a measurement process for measuring a bad breath odor causing gas or alcohol concentration contained in exhaled air from a change in the resistance value of the gas sensitive body, and a display for displaying a measurement result of the calculation processing unit. A halitosis test apparatus is provided (see, for example, Patent Document 1).
このような金属酸化物半導体ガスセンサを用いた口臭検査装置では、電源投入後に測定開始操作が行われると、演算処理部が、ガスセンサのヒータに印加する電圧を高い電圧に制御することによって高温状態を作り出し、呼気を吹き込む以前に感ガス体の表面に付着していたガスを燃焼させて、感ガス体表面をクリーニングする。そして、感ガス体表面のクリーニングを終了し、測定準備が完了した状態で、被験者が呼気を吹込み口に吹き込むと、演算処理部は呼気成分の測定を開始するのであるが、例えばメチルメルカプタン等の口臭要因ガスが吹き込まれると、感ガス体の抵抗値が低下することを利用して呼気の吹込みを検知している。 In such a breath odor inspection apparatus using a metal oxide semiconductor gas sensor, when a measurement start operation is performed after the power is turned on, the arithmetic processing unit controls the voltage applied to the heater of the gas sensor to a high voltage to control the high temperature state. The gas that has been created and burnt on the surface of the gas sensitive body before blowing in air is burned to clean the surface of the gas sensitive body. Then, after the cleaning of the gas sensitive body surface is completed and the measurement preparation is completed, when the subject blows exhaled air into the blowing port, the arithmetic processing unit starts measuring the exhaled component. For example, methyl mercaptan or the like When the bad breath odor causing gas is blown, the breath is detected by utilizing the decrease in the resistance value of the gas sensitive body.
すなわち、演算処理部では、ヒートクリーニング期間の終了後、感ガス体の温度を低温状態に切り替えるとともに、感ガス体の抵抗値を所定のサンプリング間隔でサンプリングし、抵抗値が低下したことから呼気の吹込みを判定すると、所定時間後の感ガス体の抵抗値と基準値とを比較することによって、口臭強度の検査を行っている。尚、上記の所定時間は、抵抗値の変化が安定するまでに必要な時間に設定されている。 That is, the arithmetic processing unit switches the temperature of the gas sensitive body to a low temperature state after the end of the heat cleaning period, samples the resistance value of the gas sensitive body at a predetermined sampling interval, and decreases the resistance value. When the blow is determined, the bad breath intensity is inspected by comparing the resistance value of the gas sensitive body after a predetermined time with a reference value. The predetermined time is set to a time required until the change in resistance value is stabilized.
上述の口臭検査装置では、ユーザが測定開始操作を行うと、先ずヒートクリーニングを行い、放置中に感ガス体表面に接触した雑ガスなどを燃焼させて、感ガス体表面をクリーニングしている。このヒートクリーニングの期間は、口臭検査装置が長期間放置された場合でも感ガス体の表面を完全にクリーニングできるように、比較的長い時間（例えば数十秒）に設定されているため、ユーザは測定開始操作を行っても、呼気を吹き込むまで常に数十秒待たねばならず、使い勝手が悪かった。 In the above-mentioned breath odor inspection apparatus, when the user performs a measurement start operation, first, heat cleaning is performed, and miscellaneous gas that has come into contact with the surface of the gas sensitive body while being left standing is burned to clean the surface of the gas sensitive body. The period of this heat cleaning is set to a relatively long time (for example, several tens of seconds) so that the surface of the gas sensitive body can be completely cleaned even when the breath breath inspecting apparatus is left for a long time. Even if the measurement start operation was performed, it was necessary to always wait for several tens of seconds until breath was blown, which was not convenient.
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、使用状況に応じてヒートクリーニング期間を調整することで使い勝手を向上させた呼気成分測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an exhalation component measuring apparatus that is improved in usability by adjusting a heat cleaning period in accordance with a use situation. is there.
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、吹込口から吹き込まれた呼気を通過させる呼気流路及び当該呼気流路に吹き込まれた呼気を外部に排気させる排気口が設けられた測定器本体と、検知対象ガスのガス濃度に応じて抵抗値が変化する金属酸化物半導体で形成された感ガス体及び感ガス体に埋設されたヒータを有し、呼気流路に吹き込まれた呼気の少なくとも一部が感ガス体に接触するように測定器本体内部に収納されたガスセンサと、測定器本体の表面に露設された操作釦が押されると測定開始信号を発生する測定開始スイッチと、測定開始スイッチから測定開始信号が入力されるとヒータへの通電を開始して、感ガス体のヒートクリーニングを所定のヒートクリーニング時間だけ行い、ヒートクリーニング後にガス濃度の測定を行う測定期間を設けるヒータ制御部と、測定期間において呼気が吹き込まれると、感ガス体の抵抗値変化に基づいて呼気に含まれる検知対象ガス成分のガス濃度を測定するガス濃度測定部と、ヒートクリーニングを開始してから所定時間が経過するまでの間に感ガス体の抵抗値の二次微分値を求め、二次微分値が大きいほどヒートクリーニング時間が短くなるように、ヒートクリーニング時間を設定するヒートクリーニング時間設定部とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a measurement provided with an exhalation flow path for passing exhaled air that has been blown from a blowing port and an exhaust port for exhausting the exhaled air that has been blown into the exhaled flow path to the outside. A gas sensor body made of a metal oxide semiconductor whose resistance value changes according to the gas concentration of the gas to be detected, and a heater embedded in the gas sensor body, and exhaled air blown into the exhalation flow path A gas sensor housed inside the measuring instrument body so that at least a part of the gas sensor is in contact with the gas sensitive body, and a measurement start switch that generates a measurement start signal when an operation button exposed on the surface of the measuring instrument body is pressed; When a measurement start signal is input from the measurement start switch, energization of the heater is started, and the gas sensitive body is subjected to heat cleaning for a predetermined heat cleaning time, and the gas concentration is measured after the heat cleaning. A heater control unit that provides a measurement period to be performed, a gas concentration measurement unit that measures a gas concentration of a detection target gas component contained in exhaled gas based on a change in resistance value of the gas sensing body when exhalation is blown in the measurement period, and a heat The second derivative value of the resistance value of the gas sensitive body is obtained between the start of cleaning and the elapse of a predetermined time, and the heat cleaning time is set so that the heat cleaning time is shortened as the second derivative value increases. And a heat cleaning time setting unit.
請求項２の発明は、請求項１の発明において、周囲温度を検出する温度センサと、温度センサが検出した周囲温度が高いほどヒートクリーニング時間設定部で設定されたヒートクリーニング時間を短縮するようにヒートクリーニング時間の設定値を補正する時間補正部とを備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the temperature sensor for detecting the ambient temperature and the heat cleaning time set by the heat cleaning time setting unit are shortened as the ambient temperature detected by the temperature sensor is higher. And a time correction unit for correcting a set value of the heat cleaning time.
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、周囲温度を検出する温度センサと、ガス濃度測定部で測定されたガス濃度の温度ドリフトを低減するように、温度センサが検出した周囲温度に応じてガス濃度の測定結果を補正する濃度補正部とを備えたことを特徴とする。
The invention of
請求項１の発明によれば、ヒートクリーニング時間設定部が、ヒートクリーニングを開始してから所定時間が経過するまでの間に感ガス体の抵抗値の二次微分値を求め、二次微分値が大きいほどヒートクリーニング時間が短くなるように、ヒートクリーニング時間を設定しており、前回測定時からの放置期間が短いほど、上記所定期間における二次微分値が小さくなるので、ヒートクリーニング時間を短くでき、その結果、ガス濃度の測定を開始するまでの時間が短くなるから、使い勝手が向上するという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, the heat cleaning time setting unit obtains the second derivative value of the resistance value of the gas sensitive body until the predetermined time elapses after the start of the heat cleaning, and the second derivative value. The heat cleaning time is set so that the heat cleaning time becomes shorter as the value increases, and the second derivative value in the predetermined period becomes smaller as the leaving period from the previous measurement is shorter, so the heat cleaning time is shortened. As a result, since the time until the measurement of the gas concentration is started is shortened, the usability is improved.
ところで、周囲温度が高いほど、ガス濃度に対する感ガス体の抵抗値変化が大きくなるという傾向があり、そのため、感ガス体の抵抗値の二次微分値から求めたヒートクリーニング時間も、周囲温度が高いほど長めに設定される傾向がある。請求項２の発明によれば、温度センサが検出した周囲温度が高いほど、時間補正部が、ヒートクリーニング時間設定部で設定されたヒートクリーニング時間を短縮するように補正しているので、周囲温度の影響でヒートクリーニング時間が長めに設定されるのを補正することができる。その結果、ヒートクリーニング時間を短縮でき、ガス濃度の測定を開始するまでの時間が短くなるから、使い勝手が向上するという効果がある。
By the way, the higher the ambient temperature, the larger the change in the resistance value of the gas sensitive element with respect to the gas concentration.Therefore, the heat cleaning time obtained from the second derivative of the resistance value of the gas sensitive element also has the ambient temperature. The higher the value, the longer it tends to be set. According to the invention of
また、請求項３の発明によれば、温度補正部は、温度センサが検出した周囲温度に応じて、ガス濃度の測定結果の温度ドリフトを低減するように、ガス濃度の測定結果を補正しているので、周囲温度の影響を低減して、ガス濃度をより正確に測定することができる。
According to the invention of
以下では、本発明の技術思想を、呼気に含まれる口臭要因ガスの濃度を測定する口臭測定器に適用した実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the technical idea of the present invention is applied to a breath odor measuring device that measures the concentration of a breath odor causing gas contained in exhaled breath will be described with reference to the drawings.
図１に本実施形態の口臭測定器Ａの回路図を示す。この口臭測定器Ａは、乾電池、充電池などの低電圧（例えば３Ｖ）の電池電源１と、金属酸化物半導体ガスセンサ（以下、ガスセンサと略す）２と、サーミスタ３（温度センサ）と、サーミスタ３の検出信号の微分出力を発生する微分回路４（微分出力発生部）と、ガスセンサ２に内蔵されたヒータに通電するヒータ駆動回路５と、液晶表示器（以下ＬＣＤと称する）６と、ヒータ駆動回路５の駆動制御を行うヒータ制御部や後述する感ガス体２０の抵抗値から検知対象ガスのガス濃度を測定するガス濃度測定部などの機能がプログラム化され、またＬＣＤ６のドライバ機能を備え、測定器全体の制御処理を行うマイクロコンピュータ（以下マイコンと略す）７と、ガスセンサ２の校正データや口臭強度（口臭要因ガスの濃度）の判定を行うための基準値などを格納する不揮発性メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭなど）からなるメモリ８と、測定開始スイッチＳＷ１を主要な構成要素として備える。
FIG. 1 shows a circuit diagram of a breath odor measuring device A of the present embodiment. The breath odor measuring device A includes a battery power source 1 of a low voltage (for example, 3V) such as a dry battery or a rechargeable battery, a metal oxide semiconductor gas sensor (hereinafter abbreviated as a gas sensor) 2, a thermistor 3 (temperature sensor), and a thermistor 3 A differential circuit 4 (differential output generator) for generating a differential output of the detection signal, a
図１に示す回路の構成部品は２枚のプリント配線板（センサ基板１０ａ及び本体基板１０ｂ）に分割して実装されている。一方のセンサ基板１０ａには、ガスセンサ２とサーミスタ３とメモリ８とを少なくとも含む回路要素が実装されている。他方の本体基板１０ｂには、微分回路４とヒータ駆動回路５とＬＣＤ６とマイコン７とを少なくとも含む回路要素が実装されている。そして、センサ基板１０ａと本体基板１０ｂとの間は基板間接続コネクタ（以下、コネクタと略す。）ＣＮ１，ＣＮ２を介して電気的に接続されている。
The components of the circuit shown in FIG. 1 are divided and mounted on two printed wiring boards (
ガスセンサ２は、図３に示すように検知対象ガスのガス濃度に応じて抵抗値が変化する金属酸化物半導体（例えばＳｎＯ２など）により楕円球状に形成された感ガス体２０を備えている。この感ガス体２０には、貴金属線（例えばＰｔなど）からコイル状に形成されたヒータ兼用電極２１が埋設されるとともに、ヒータ兼用電極２１の中心を貫通するようにして、貴金属線（例えばＰｔなど）から棒状に形成された検出電極２２の一端側が感ガス体２０内に埋設されている。
As shown in FIG. 3, the
またガスセンサ２は、略円筒状であって上面にガス導入用孔２４ａが開口するとともに下面側の全体が開口した金属製のキャップ２４と、キャップ２４の下面側の開口部に圧入固定される樹脂製のベース２５と、ベース２５を貫通してセンサ筐体（キャップ２４及びベース２５からなる）の内外に突出する３本の端子２６ａ，２６ｂ，２６ｃとを備えている。端子２６ａ，２６ｃには、ヒータ兼用電極２１の両端２１ａ，２１ｂがそれぞれ接続され、端子２６ｂに検出電極２２の他端側が接続されることによって、感ガス体２０が各端子２６ａ〜２６ｃに支持固定されている。また、キャップ２４上面のガス導入用孔２４ａには、ステンレス製の金網２７が取着されており、ガス導入用孔２４ａから塵埃等が内部に入り込むのを抑制している。
The
図５（ａ）〜（ｄ）は口臭測定器Ａの全体を示した図であり、口臭測定器Ａの測定器本体３０は、それぞれ合成樹脂成形品（例えばＡＢＳ樹脂など）からなる前ケース３２及び後ケース３３を組み立てて構成されるケース３１に、ガスセンサ２やサーミスタ３を収納したセンサブロック３４を取り付けて構成される。尚、前ケース３２の左右両側壁において、センサブロック３４の側方に位置する部位には、ケース３１の内外を連通するスリット３２ａが複数開口している。
FIGS. 5A to 5D are views showing the whole breath odor measuring device A, and the measuring device
センサブロック３４は、図６及び図７に示すように、それぞれ合成樹脂成形品（例えばＡＢＳ樹脂など）からなる前ケース３５及び後ケース３６を組み立てて構成されるケースの内部に、ガスセンサ２を実装したセンサ基板１０ａが収納されている。前ケース３５は後面が開口した略箱状であって、左右両側壁の後縁からは、後方に向かって突出する爪片３５ｂが一体に設けられている。また後ケース３６は前面が開口した略箱状であって、左右両側壁の内側面には爪片３５ｂが係止する凹部３６ｂが設けられている。而して、前ケース３５と後ケース３６とは、爪片３５ｂを凹部３６ｂに係止させることによって互いに仮固定される。そして、後ケース３６に設けた挿通孔（図示せず）に後方から通されたタッピングねじ４５を、センサ基板１０ａの孔に通し、前ケース３５のねじ穴（図示せず）にねじ込むことによって、後ケース３６と前ケース３５とが固定されるとともに、センサ基板１０ａが位置決めされる。尚、前ケース３５及び後ケース３６の左右両側壁には、組立時に突き合わされる部位に切欠４６ａ，４６ｂが形成されており、前ケース３５と後ケース３６とが組み立てられた状態では、これらの切欠４６ａ，４６ｂによってケースの内部と外部とを連通する通気孔４６が形成される。また後ケース３６には、センサ基板１０ａに実装されたコネクタＣＮ１を露出させる切欠３６ｃも形成されており、ケース３１側に設けたコネクタＣＮ２にコネクタＣＮ１を接続した状態で、センサブロック３４がケース３１に装着される。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
前ケース３５の前面には丸穴状に凹んだ凹部３５ａが設けられ、凹部３５ａ内に円筒状のマウスピース３７の後端部が差し込まれるようになっている。また凹部３５ａの底面には、マウスピース３７内部の呼気流通路に連通する貫通孔３５ｂが設けられている。
A
一方、後ケース３６には、前ケース３５の貫通孔３５ｂに対応する位置に丸孔状の排気口３６ａが開口している。
On the other hand, the
センサ基板１０ａに実装されたガスセンサ２には、例えばＡＢＳ樹脂のような合成樹脂成形品からなるキャップ部材３８が装着される。キャップ部材３８には、図６及び図７に示すように、ガスセンサ２のキャップ２４の外径よりも若干大きな内径を有する丸穴状の収納凹部３９が設けられ、この収納凹部３９内にガスセンサ２のキャップ２４が挿入される。収納凹部３９の奥には段部３９ａが設けられ、段部３９ａにキャップ２４の先端側が当たることによって、収納凹部３９の底面との間に呼気溜まり空間４３を設けた状態で、ガスセンサ２が収納凹部３９内に収納されている。このキャップ部材３８には、呼気溜まり空間４３と外部と連通する換気孔４２が開口している。
A
またキャップ部材３８には、前ケース３５の貫通孔３５ｂと後ケース３６の排気口３６ａとの間を連通する通気流路４０が設けられている。この通気流路４０は、吹込側に比べて排気側の内径が細径に形成されており、大径孔４０ａの内周面において細径孔４０ｂに近い部位には、大径孔４０ｂから収納凹部３９へと呼気を導入する導入孔４１が形成されている。この導入孔４１は、キャップ２４の天井面の中央に設けられたガス導入用孔２４ａと位置をずらして形成されている。また、キャップ部材３８には、細径孔４０ｂの内周面と外部とを連通する保持孔４４が、細径孔４０ｂにおける排気口３６ａ寄りの部位に設けられている。この保持孔４４には外部からサーミスタ３が挿入され、サーミスタ３の感温部は細径孔４０ｂの中心付近に配置されている。尚、図７中の点線で囲んだ位置Ｂは、サーミスタ３の感温部が配置される位置を示している。このサーミスタ３は、リード線３ａを介してセンサ基板１０ａに電気的に接続されている。
Further, the
したがって、マウスピース３７に吹き込まれた呼気は、キャップ部材３８に設けた通気流路４０の大径孔４０ａに流れ込み、その大部分は細径孔４０ｂを通って排気口３６ａから外部に排出される。また呼気が大径孔４０ａから細径孔４０ｂへと流入する際に、孔の内径が細径となることから圧損が生じ、呼気の一部が導入孔４１を通って呼気溜まり空間４３内に導入され、換気孔４２からキャップ部材３８の外部に排出される。また、呼気溜まり空間４３に流入された呼気は、キャップ２４に設けたガス導入用孔２４ａからキャップ２４内部に入り込み、ガスセンサ２によって呼気中の検知対象ガス濃度が測定される。
Therefore, the exhaled air blown into the
ここにおいて、呼気流路４０からガスセンサ２内の感ガス体２０にまで導入されることとなる呼気は、呼気流路４０内を流れる方向と直交する方向に延びる導入孔４１を通って、この導入孔４１よりも大きな空間である呼気溜り空間４３に導入され、呼気溜り空間４３内でキャップ２４のガス導入用孔２４ａを囲む外周縁部に当たる。そして、呼気溜り空間４３内に呼気が一旦こもった後、呼気がガス導入用孔２４ａを通じてキャップ２４の内部に導入されて、感ガス体２０に接触するのである。したがって、使用者がマウスピース３７に吹き込んだ呼気の流速や圧力が大きい場合であっても、感ガス体２０に呼気が直接吹き掛けられないから、感ガス体２０が呼気によって急激に冷やされることはなく、感ガス体２０の温度変化を低減してより正確な測定を行うことができる。しかも、マウスピース３７から吹き込まれた呼気は、呼気流路４０及び導入孔４１を通って呼気溜まり空間４３に短時間で送り込まれ、この呼気溜まり空間４３からガスセンサ２のキャップ２４内部に導入されるから、感ガス体２０の出力の応答速度を速めることができる。
Here, the exhaled air to be introduced from the
さらにキャップ部材３８には、呼気溜まり空間４３と外部とを連通する換気孔４２が設けられているので、測定時に呼気溜まり空間４３やキャップ２４の内部にこもった呼気は、換気孔４２及び通気孔４６と前ケース３２に設けられたスリット３２ａとを通って測定後に素早く清浄な空気に置換される。したがって、連続的に呼気の測定を行った場合や、高濃度の呼気を測定した後で低濃度の呼気を測定する場合であっても、呼気溜まり空間４３やキャップ２４の内部に呼気がこもりにくいから、前回測定時の呼気の影響を低減して、正確な測定を行うことができる。
Furthermore, since the
上述のようにガスセンサ２は、測定器本体３０の貫通孔３５ｂ（呼気吹込口）から吹き込まれる呼気の少なくとも一部が感ガス体２０に接触するように、測定器本体３０内部に収納されている。感ガス体２０の抵抗値は、感ガス体２０に接触する検知対象ガスのガス濃度に応じて変化するものであり、本センサでは、感ガス体２０に一端が電気的に接続された検出電極２２と、ヒータ兼用電極２１のグランド側の端子２１ｂとの間の抵抗値から、感ガス体２０の抵抗値を測定している。なお本実施形態では、検出電極２２と端子２１ｂとの間に発生する電圧ＶＳをマイコン７が取り込んでおり、感ガス体２０の抵抗値を検出電圧ＶＳとして測定している。
As described above, the
ここで、ヒータ兼用電極２１の高電位側の端子２１ａはコネクタＣＮ１の１番ピンと２番ピンに接続され、ヒータ兼用電極２１のグランド側の端子２１ｂはコネクタＣＮ１の４番ピンと５番ピンとにそれぞれ接続され、さらに検出電極２２の他端側はコネクタＣＮ１，ＣＮ２の３番ピンに接続されている。コネクタＣＮ２の１番ピンはＰＮＰ型のトランジスタＱ１を介して電池電源１の正極に、コネクタＣＮ２の５番ピンは電池電源１の負極にそれぞれ接続されている。ヒータ駆動回路５は、上記のトランジスタＱ１と、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間に接続された抵抗Ｒ１と、トランジスタＱ１のベースとマイコン７の出力ポートＰＯ１間に接続された抵抗Ｒ２とで構成される。マイコン７からの制御信号に応じて、トランジスタＱ１がオンになると、電池電源１→トランジスタＱ１→コネクタＣＮ１，ＣＮ２の１番ピン→ヒータ兼用電極２１→コネクタＣＮ１，ＣＮ２の５番ピン→電池電源１の経路でヒータ電流（駆動電流）が流れ、ヒータ兼用電極２１の発熱によって感ガス体２０が加熱される。
Here, the high
また、コネクタＣＮ２の２番ピン、４番ピンは、それぞれ、マイコン７のＡ／Ｄ入力ポートＰＩ２，ＰＩ３に接続されている。マイコン７は、Ａ／Ｄ入力ポートＰＩ２，ＰＩ３にそれぞれ入力された電圧をＡ／Ｄ変換することによって、ヒータ兼用電極２１の両端２１ａ，２１ｂの電圧ＶＨ１，ＶＨ２を検出し、両者の差分（ＶＨ１−ＶＨ２）を演算することで、ヒータ兼用電極２１に印加されるヒータ電圧ＶＨを測定する。そして、ヒータ制御部としてのマイコン７は、ヒータ電圧ＶＨが所望の電圧値となるように、トランジスタＱ１のオンデューティを変化させており、感ガス体２０の温度を所望の温度に制御している。
Further, the 2nd and 4th pins of the connector CN2 are connected to the A / D input ports PI2 and PI3 of the
ここで、貴金属線からなるヒータ兼用電極２１の抵抗値は約３Ωであるのに対して、コネクタＣＮ１，ＣＮ２間の接触抵抗は約０．２Ωと比較的大きいため、ヒータ兼用電極２１（ヒータ）の駆動電流が流れるコネクタＣＮ２の１番ピンと５番ピンの間でヒータ電圧を測定すると、コネクタＣＮ１，ＣＮ２間の接触抵抗による電圧ドロップ分も含めてヒータ電圧が測定されることになり、ヒータ電圧ＶＨを正確に測定できなくなる。
Here, while the resistance value of the heater combined
そこで、本実施形態ではヒータ電圧ＶＨを検出するために、ヒータ電流が流れる１番ピンと５番ピンの間の電圧ではなく、ヒータ兼用電極２１の両端がそれぞれ接続される２番ピンと４番ピンの電圧ＶＨ１，ＶＨ２をそれぞれ測定しており、２番ピン及び４番ピンには電圧検出のために微少な電流しか流れず、この電流はヒータの駆動電流に比べて遙かに小さいため、コネクタＣＮ１，ＣＮ２間の接触抵抗による電圧ドロップ分は無視できる程度に小さくなり、ヒータ電圧ＶＨ（＝ＶＨ１−ＶＨ２）を正確に検出することができる。
Therefore, in this embodiment, in order to detect the heater voltage VH, not the voltage between the 1st pin and the 5th pin through which the heater current flows, but the 2nd pin and the 4th pin to which both ends of the
また、コネクタＣＮ２の３番ピンは、負荷抵抗Ｒ３及びトランジスタＱ２からなる直列回路を介して電池電源１の正極に接続されるとともに、マイコン７の入力ポートＰＩ１に接続されている。感ガス体２０の抵抗値を測定する場合、マイコン７は、ヒータ駆動回路５のトランジスタＱ１がオフしている期間に、トランジスタＱ２をオンさせて、負荷抵抗Ｒ３と感ガス体２０との直列回路に電圧ＶＣを印加し、ヒータ兼用電極２１のグランド側の端子２１ｂと検出電極２２との間に発生する分圧電圧ＶＳを検出電圧として入力ポートＰＩ１から取り込む。そして、マイコン７では、この分圧電圧ＶＳから抵抗Ｒ３との分圧比を求めて、分圧比と抵抗Ｒ３の抵抗値（既知）とを用いて、感ガス体２０の抵抗値を求めており、感ガス体２０の抵抗値に基づいてガス濃度の検出を行っている。
Further, the third pin of the connector CN2 is connected to the positive electrode of the battery power source 1 through a series circuit including the load resistor R3 and the transistor Q2, and is also connected to the input port PI1 of the
また本実施形態では、上述のように呼気吹込口からの呼気の吹込を検知するためにサーミスタ３を備えており、このサーミスタ３は、呼気吹込口から吹き込まれた呼気の少なくとも一部が感熱部に接触するように測定器本体内部に収納されている。サーミスタ３の一端はコネクタＣＮ１，ＣＮ２の６番ピンに接続されており、コネクタＣＮ１，ＣＮ２を介して電池電源１の正極に接続されている。またサーミスタ３の他端はコネクタＣＮ１，ＣＮ２の１３番ピンに接続されており、コネクタＣＮ２の１３番ピンには抵抗Ｒ４の一端側が接続されている。抵抗Ｒ４の他端側は電池電源１の負極に接続されており、サーミスタ３及び抵抗Ｒ４の直列回路に電池電源１が印加されている。サーミスタ３の抵抗値は温度上昇に応じて変化するので、分圧比が変化して、抵抗Ｒ４の両端電圧が変化し、この抵抗Ｒ４の両端電圧がオペアンプＯＰ１を用いた微分回路４に入力される。
Further, in the present embodiment, as described above, the
微分回路４は、オペアンプＯＰ１と、オペアンプＯＰ１の出力端子と反転入力端子の間に接続された抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ１の並列回路と、オペアンプＯＰ１の反転入力端子とグランドの間に接続されたコンデンサＣ２とで構成され、抵抗Ｒ４の高圧側端がオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に入力されている。ここで、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子と出力端子の間、非反転入力端子と反転入力端子の間にはそれぞれスイッチＳＷ２，ＳＷ３が接続されている。これらのスイッチＳＷ２，ＳＷ３は、マイコン７の出力ポートＰＯ３から出力される制御信号によって、オン／オフが制御される。スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオンになると、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子と出力端子の間、非反転入力端子と反転入力端子の間がそれぞれ短絡されて、コンデンサＣ２が抵抗Ｒ４の両端電圧まで急速に充電されるので、微分回路４からの微分出力の初期値が過大な値となるのを防止することができる。
The
また、測定開始スイッチＳＷ１と抵抗Ｒ６との直列回路が電池電源１の両端間に接続されており、測定開始スイッチＳＷ１と抵抗Ｒ６との接続点の電圧がマイコン７の入力ポートＰＩ５に入力されている。
Further, a series circuit of the measurement start switch SW1 and the resistor R6 is connected between both ends of the battery power supply 1, and the voltage at the connection point between the measurement start switch SW1 and the resistor R6 is input to the input port PI5 of the
ここで、本実施形態の動作を図２のフローチャートに基づいて説明する。図示しない電源スイッチがオンされると、マイコン７は初期化動作を実行した後、メモリ８から各種の設定データや校正データを読み込み、待機モードに移行する。待機状態においてマイコン７は入力ポートＰＩ５の電圧レベルを定期的にモニタしており、ユーザが測定開始スイッチＳＷ１（以下、スイッチＳＷ１と言う。）を押操作することによって、入力ポートＰＩ５にＨレベルのパルス信号が入力されると、マイコン７は待機モードを終了し、口臭要因ガスのガス濃度を測定するための制御処理をプログラムにしたがって開始する（図２のステップＳＴ１）。
Here, the operation of the present embodiment will be described based on the flowchart of FIG. When a power switch (not shown) is turned on, the
先ず、マイコン７は、出力ポートＰＯ１から所定のオンデューティで所定の周期のパルス信号を出力して、トランジスタＱ１をオン／オフさせており、トランジスタＱ１のオン期間にトランジスタＱ１を介してヒータ兼用電極２１に電力が供給される。この時、ヒータ兼用電極２１に印加される平均電圧はデューティ制御により約０．９Ｖとなり、ヒータ兼用電極２１の発熱によって、感ガス体２０が例えば４００℃程度の温度まで加熱され、不使用時に感ガス体２０の表面に接触した雑ガスなどを燃焼させてヒートクリーニングを行う。
First, the
また測定開始時に、マイコン７は、出力ポートＰＯ３からオン制御信号を出力し、スイッチＳＷ２，ＳＷ３を１秒間オンさせる（ステップＳＴ２）。スイッチＳＷ２，ＳＷ３が共にオンになると、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子と出力端子の間、非反転入力端子と反転入力端子の間がそれぞれ短絡されることによって、帰還抵抗Ｒ５の両端間が短絡されるので、コンデンサＣ２は、サーミスタ３の抵抗値と抵抗Ｒ４の抵抗値との抵抗比で決定される分圧電圧Ｖ１（抵抗Ｒ４の両端電圧）まで急速に充電される。
At the start of measurement, the
マイコン７は、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンさせてから１秒間が経過すると、入力ポートＰＩ４から分圧電圧Ｖ１を取り込み、この分圧電圧Ｖ１からサーミスタ３の抵抗値を算出し、サーミスタ３の抵抗値をもとに測定開始時の検出温度Ｔｐを算出する。そして、マイコン７は、検出温度Ｔｐの算出を終了すると、出力ポートＰＯ３からオフ制御信号を出力して、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフさせる。スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフすると、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子と出力端子の間の短絡状態、並びに、非反転入力端子と反転入力端子の間の短絡状態がそれぞれ解除され、分圧電圧Ｖ１が微分回路４に入力される（ステップＳＴ３）。
When one second has elapsed after the switches SW2 and SW3 are turned on, the
次に、吹込検出部としてのマイコン７が、ステップＳＴ３で算出した検出温度Ｔｐと所定の基準温度（例えば３３℃）との高低を比較し（ステップＳＴ４）、その比較結果に基づいて呼気の吹込判定にサーミスタ３の検出温度を使用するか否かを決定する。ここで、測定開始時の検出温度Ｔｐが、人間の体温に対応して設定された温度範囲外であれば、呼気を吹き込んだ際にサーミスタ３の検出温度が大きく変化するため、サーミスタ３の検出温度の変化から呼気の吹込を検出しやすいが、上記温度範囲内であれば呼気の吹込時にもサーミスタ３の検出温度はあまり変化せず、呼気の吹込を検出しにくいと考えられる。そこで、マイコン７では、測定開始時における検出温度Ｔｐが３３℃よりも低ければ、呼気の吹込検知にサーミスタ３を使用することとし（ステップＳＴ５）、測定開始時における検出温度Ｔｐが３３℃以上であれば、呼気の吹込検知にサーミスタ３を使用せず、感ガス体２０の抵抗値変化から呼気の吹込を検知することとする（ステップＳＴ６）。尚、本実施形態では、マイコン７が、測定開始時の検出温度Ｔｐを、人間の体温に対応して設定した温度範囲（３３℃以上）と比較し、測定開始時の検出温度Ｔｐが上記温度範囲外であれば、つまり検出温度Ｔｐが３３℃未満であれば、吹込判定にサーミスタ３の検出温度Ｔｐを使用しているが、上記の温度範囲に上限値を設けてもよい。すなわち、人間の体温に対応した温度範囲を例えば３３℃以上且つ４３℃以下の範囲とし、測定開始時の検出温度Ｔｐが上記温度範囲外であれば（Ｔｐ＜３３℃、又は、Ｔｐ＞４３℃）、吹込判定にサーミスタ３の検出温度Ｔｐを使用し、検出温度Ｔｐが上記温度範囲内であれば、吹込判定にサーミスタ３の検出温度Ｔｐを使用せず、感ガス体２０の抵抗値変化から吹込検知を行うようにしてもよい。また、雰囲気温度が人間の体温以上である場合には、測定開始時の検出温度Ｔｐを上記温度範囲の上限値のみと比較してもよく、検出温度Ｔｐが上限値（例えば４３℃）を越えていれば、吹込判定にサーミスタ３の検出温度Ｔｐを使用し、検出温度Ｔｐが上限値以下であれば、吹込判定にサーミスタ３の検出温度Ｔｐを使用せず、感ガス体２０の抵抗値変化から吹込検知を行えばよい。
Next, the
マイコン７では、サーミスタ３の温度判定を終了すると、スイッチＳＷ１が操作されてから２．５秒目まで例えば０．１秒毎に、トランジスタＱ１がオフしているタイミングで、トランジスタＱ２をオンさせる信号を出力ポートＰＯ３から出力させ、負荷抵抗Ｒ３を介して感ガス体２０に通電するとともに、感ガス体２０の両端電圧Ｖｓを入力ポートＰＩ１から取り込み、メモリ８に逐次記憶させる。
In the
そして、ヒートクリーニング時間設定部としてのマイコン７は、スイッチＳＷ１の押操作時から２．５秒が経過した時点で、検出電圧ＶＳの二次微分値ＶＳ”を求め（ステップＳＴ７）、二次微分値ＶＳ”の大きさに応じてヒートクリーニング時間（待機時間）を決定する。
Then, the
ところで、測定開始のためにスイッチＳＷ１が押されると、感ガス体２０の加熱を開始しており、加熱開始時より所定時間が経過するまでは、不使用時に感ガス体２０の表面に接触した雑ガスなどを燃焼させてクリーニングを行うヒートクリーニング時間とし、このヒートクリーニング時間が経過した後に、呼気成分の測定を行うようになっている。ここで、口臭測定器Ａ（呼気測定器）が使用されていない放置期間が長いほど、ヒートクリーニングに長い時間を要するので、従来はヒートクリーニング時間を長めに設定していたが、なるべく早く測定を行いたいというユーザの要望があり、この口臭測定器Ａでは、前回の測定時からの放置期間が短い場合にはヒートクリーニング時間を短くして、測定までの時間を短縮している。前回測定時からの放置期間が短い場合は、感ガス体２０の表面に接触している雑ガスなどの汚れは少なく、感ガス体２０の抵抗値は短時間で急激に変動するのに対して、放置期間が長い場合は、感ガス体２０の表面に接触している雑ガスなどの汚れが多いため、感ガス体２０の抵抗値は長時間をかけてゆっくりと変動（漸増又は漸減）すると考えられる。そこで、マイコン７では、ステップＳＴ７で求めた検出電圧の二次微分値ＶＳ”が大きいほど、前回測定時からの放置期間が短いと判断して、ヒートクリーニング時間を短めに設定し、二次微分値ＶＳ”が小さいほど、前回の使用時から長期間放置されていたと判断して、ヒートクリーニング時間を長めに設定する。
By the way, when the switch SW1 is pressed to start measurement, heating of the gas
ここで、時刻（ｔ１−Δｔ），ｔ１，（ｔ１＋Δｔ）における検出電圧をそれぞれＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３とすると、時刻ｔ１における検出電圧ＶＳの二次微分値ＶＳ”は、ＶＳ１及びＶＳ３の平均値でＶＳ２を除した値となり、次式で表される。 Here, if the detected voltages at times (t1−Δt), t1, (t1 + Δt) are VS1, VS2, and VS3, respectively, the second-order differential value VS ″ of the detected voltage VS at time t1 is an average value of VS1 and VS3. A value obtained by dividing VS2 is represented by the following equation.
ＶＳ”＝ＶＳ２×２／（ＶＳ１＋ＶＳ３）
そして、本実施形態では、ＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３のそれぞれに、検出電圧ＶＳの加算平均値を用いており、マイコン７では、以下の式（１）を用いて、スイッチＳＷ１の押操作時から１．８秒目における二次微分値ＶＳ”を算出している。尚、ＶＳ（ｔ）は、測定開始スイッチＳＷ１の押操作時からｔ秒経過時の感ガス体２０の検出電圧ＶＳである。
VS "= VS2 * 2 / (VS1 + VS3)
In this embodiment, the addition average value of the detection voltages VS is used for each of VS1, VS2, and VS3, and the
マイコン７は、スイッチＳＷ１の押操作時から１．８秒目における二次微分値ＶＳ”を算出すると、二次微分値ＶＳ”を所定の定数で除して正規化した後、正規化された二次微分値ＶＳ”と所定の基準値（例えば１）との高低を比較する（ステップＳＴ８）。ステップＳＴ８の判断処理で、正規化された二次微分値ＶＳ”が１以上であれば、マイコン７は、放置期間が短いと判断してヒートクリーニング時間を５秒に設定する（ステップＳＴ９）。一方、ステップＳＴ８の判断処理で、正規化された二次微分値ＶＳ”が１未満であれば、マイコン７は、正規化後の二次微分値ＶＳ”と所定の基準値（例えば０．６）との高低を比較し（ステップＳＴ１０）、正規化後の二次微分値ＶＳ”が０．６以上且つ１未満であれば、高濃度ガスの測定後に初めて測定する場合と判定して、ヒートクリーニング時間を１５秒に設定する（ステップＳＴ１１）。また、正規化後の二次微分値ＶＳ”が０．６未満であれば、マイコン７は、長期放置品であると判断してヒートクリーニング時間を２０秒に設定する（ステップＳＴ１２）。
When the
尚、図４は、３種類のサンプル（長期放置品Ａ，Ｂと通常品Ｃ）について、各種雰囲気中（６種類の呼気と１ｍｇ／Ｌの基準ガス）での二次微分値の測定データを示しており、長期放置品Ａ，Ｂは通常品に比べて二次微分値が大きくなっている。尚、図中の▲が長期放置品Ａ、■が長期放置品Ｂ、◆が通常品のデータである。 FIG. 4 shows the measurement data of secondary differential values in various atmospheres (six types of exhaled gas and 1 mg / L reference gas) for three types of samples (long-term neglected products A and B and normal product C). The long-term neglected products A and B have a second order differential value larger than that of the normal product. In the figure, ▲ is the long-term abandoned product A, ■ is the long-term abandoned product B, and ♦ is the normal product data.
上述のように、ヒートクリーニング時間設定部としてのマイコン７は、ヒートクリーニングを開始してから所定時間が経過するまでの間に感ガス体２０の抵抗値の二次微分値ＶＳ”を求め、この二次微分値ＶＳ”が大きいほどヒートクリーニング時間が短くなるように、ヒートクリーニング時間を設定しているので、前回測定時からの放置期間が短いほどヒートクリーニング時間を短くでき、その結果、ガス濃度の測定を開始するまでの時間が短くなるから、使い勝手が向上する。
As described above, the
上述の判定処理によりヒートクリーニング時間（待機時間）が決定されると、マイコン７は、ヒートクリーニング時間が終了するまで、感ガス体２０の表面に付着した雑ガスなどを燃焼させてヒートクリーニングを行い、検知対象ガスの測定開始に備える。
When the heat cleaning time (standby time) is determined by the determination process described above, the
そして、ヒートクリーニング時間が終了すると（ステップＳＴ１３）、マイコン７は、図示しない表示ランプを点滅させたり、ブザーを鳴動させるなどして、ユーザに測定準備が完了したことを報知し、呼気の吹込を促すとともに、呼気の吹込に備える。
When the heat cleaning time ends (step ST13), the
ここで、呼気の吹込判定にサーミスタ３を使用するか否かで、以後の動作が異なっており、先ず、サーミスタ３を使用する場合の動作について説明する（ステップＳＴ１４のＹＥＳ）。
Here, the subsequent operation differs depending on whether or not the
マイコン７は、微分回路４から出力されるサーミスタ出力ＶＴＨ（分圧電圧Ｖ１の微分出力）を入力ポートＰＩ４から逐次（例えば０．１秒毎）取り込み、ヒートクリーニング期間の終了時におけるサーミスタ出力ＶＴＨ０を基準値としてメモリ８に記憶させるとともに（ステップＳＴ１５）、各取込時点におけるサーミスタ出力ＶＴＨもメモリ８に記憶させる。
The
次にマイコン７は、現在のサーミスタ出力ＶＴＨと、基準値ＶＴＨ０に０．３Ｖを加算した値（吹込判定値）との高低を比較する（ステップＳＴ１６）。
Next, the
ここで、現在のサーミスタ出力ＶＴＨが、基準値ＶＴＨ０に０．３Ｖを加算した値（吹込判定値）を上回る状態が０．５秒間続かなかった場合（ステップＳＴ１６のＮＯ）、マイコン７は、ヒートクリーニング期間の終了時から６秒が経過したか否かを判断し（ステップＳＴ１８）、６秒が経過していれば（ステップＳＴ１８のＹＥＳ）、ヒートクリーニングの終了時から６秒が経過しても呼気の吹込が行われていないと判断して、ＬＣＤ６に吹き掛けエラーを表示させる（ステップＳＴ２５）。
Here, when the current thermistor output VTH does not continue for 0.5 seconds (NO in step ST <b> 16), a state in which the current thermistor output VTH exceeds the value obtained by adding 0.3 V to the reference value VTH <b> 0 (injection determination value), the
一方、現在のサーミスタ出力ＶＴＨが、基準値ＶＴＨ０に０．３Ｖを加算した値（吹込判定値）を上回る状態が０．５秒間継続すると（ステップＳＴ１６のＹＥＳ）、マイコン７は、サーミスタ３の検出信号の微分出力が吹込判定値を上回ったことから、呼気が吹き込まれたと判断し、メモリ８から現在までのサーミスタ出力ＶＴＨの値を読み出して、サーミスタ出力ＶＴＨのピーク値ＶＴＨＭを抽出した後（ステップＳＴ１７）、現在のサーミスタ出力ＶＴＨが、ピーク値ＶＴＨＭの６０％の値（中断判定値）よりも高いか低いかを判定する（ステップＳＴ１９）。
On the other hand, when the current thermistor output VTH continues to exceed the value obtained by adding 0.3 V to the reference value VTH0 (injection determination value) for 0.5 seconds (YES in step ST16), the
ここで、ステップＳＴ１９の判定の結果、現在のサーミスタ出力ＶＴＨがピーク値ＶＴＨＭの６０％の値（中断判定値）を下回っていれば（ステップＳＴ１９のＮＯ）、マイコン７は、呼気の吹込が早い段階（吹込検知から３秒以内）で中断されたためにサーミスタ３の検出温度が低下したと判断し、早期の吹込中断が発生したことをＬＣＤ６に表示させる（ステップＳＴ２１）。
Here, as a result of the determination in step ST19, if the current thermistor output VTH is less than 60% of the peak value VTHM (interruption determination value) (NO in step ST19), the
またステップＳＴ１９の判定の結果、現在のサーミスタ出力ＶＴＨがピーク値ＶＴＨＭの６０％の値よりも高ければ（ステップＳＴ１９のＹＥＳ）、マイコン７は、呼気の吹込が継続していると判断して、吹込検知から３秒が経過したか否かの判定を行う（ステップＳＴ２０）。
If the current thermistor output VTH is higher than 60% of the peak value VTHM as a result of the determination in step ST19 (YES in step ST19), the
ここで、吹込検知から３秒が経過していなければ（ステップＳＴ２０のＮＯ）、マイコン７はステップＳＴ１７に戻って上記の処理を繰り返す。一方、吹込検知から３秒が経過していれば（ステップＳＴ２０のＹＥＳ）、マイコン７は、吹込検知から３秒目のセンサ電圧ＶＳと４秒目のセンサ電圧ＶＳとを測定し、４秒目のセンサ電圧ＶＳが、３秒目のセンサ電圧ＶＳの±２０％以内に収まっているか否かの判定を行う（ステップＳＴ２２）。
Here, if 3 seconds have not elapsed since the detection of blowing (NO in step ST20), the
そして、４秒目のセンサ電圧ＶＳが、３秒目のセンサ電圧ＶＳの±２０％以内に収まっていれば（ステップＳＴ２２のＹＥＳ）、マイコン７は、ガス濃度の測定に必要な所定の吹込時間（例えば４秒）呼気が吹き込まれたと判断し、４秒目のセンサ電圧ＶＳとメモリ８に登録された基準データとを用いて、検知対象ガスのガス濃度を算出し、ＬＣＤ６にガス濃度の算出結果を表示させる（ステップＳＴ２３）。
If the sensor voltage VS at 4 seconds is within ± 20% of the sensor voltage VS at 3 seconds (YES in step ST22), the
一方、４秒目のセンサ電圧ＶＳが、３秒目のセンサ電圧ＶＳの±２０％以内に収まっていなければ（ステップＳＴ２２のＮＯ）、マイコン７は、吹込検知から３秒が経過した後に、呼気の吹込が中断されたと判断して（ステップＳＴ２４）、３秒後に吹込中断を検知したことをＬＣＤ６に表示させる。
On the other hand, if the sensor voltage VS at the fourth second is not within ± 20% of the sensor voltage VS at the third second (NO in step ST22), the
サーミスタ３の検出信号を呼気の吹込判定に使用する場合の動作は以上の通りであり、呼気の吹込判定にサーミスタ３を使用しない場合の動作について以下に説明を行う（ステップＳＴ１４のＮＯ）。
The operation when the detection signal of the
この場合、マイコン７では、感ガス体２０の抵抗値（すなわち検出電圧ＶＳ）に基づいて呼気の吹込判定を行う。マイコン７では、ヒートクリーニングの終了後もトランジスタＱ１をオン／オフさせて、ヒータ兼用電極２０への通電を継続しており、感ガス体２０は測定期間においてもヒートクリーニング期間と略同じ温度に加熱される。またマイコン７では、トランジスタＱ１をオフさせたタイミングで、例えば０．１秒毎にトランジスタＱ２をオンさせる信号を出力ポートＰＯ３から出力させ、負荷抵抗Ｒ３を介して感ガス体２０に通電するとともに、感ガス体２０の両端電圧ＶＳを入力ポートＰＩ１から取り込み、メモリ８に逐次記憶させている。そして、マイコン７では、ヒートクリーニング期間を終了すると、メモリ８から０．５秒前の感ガス体２０の検出電圧ＶＳ（ｔ−０．５）を読み出すとともに、入力ポートＰＩ１から現在の検出電圧ＶＳ（ｔ）を取り込み、下記の式（２）を用いて検出電圧ＶＳの変化割合ｄＶＳを算出する。
In this case, the
ｄＶＳ＝［ＶＳ（ｔ）−ＶＳ（ｔ−０．５）］／ＶＳ（ｔ−０．５） …（２）
そして、マイコン７は、検出電圧ＶＳの変化割合ｄＶＳが４０％以上で、且つ、同一方向に変化する状態が３回（すなわち０．３秒）連続するか否かを判定する（ステップＳＴ２６）。
dVS = [VS (t) −VS (t−0.5)] / VS (t−0.5) (2)
Then, the
ここで、検出電圧ＶＳの変化割合ｄＶＳが４０％以上で、且つ、同一方向に変化する状態が３回（すなわち０．３秒）連続すれば（ステップＳＴ２６のＹＥＳ）、マイコン７は、呼気の吹込が開始されたと判断し、続いて、検出電圧ＶＳの変化割合ｄＶＳが２０％以上で、且つ、同一方向に変化する状態が５回（すなわち０．５秒）連続するか否かを判定する（ステップＳＴ２７）。
Here, if the change rate dVS of the detection voltage VS is 40% or more and the state of changing in the same direction continues three times (that is, 0.3 seconds) (YES in step ST26), the
そして、変化割合ｄＶＳが２０％以上で且つ同一方向に変化する状態が５回（０．５秒）連続すれば（ステップＳＴ２７のＹＥＳ）、マイコン７は、継続して吹込が行われていると判断し、３秒間待機する（ステップＳＴ２８）。３秒間の待機後、マイコン７は、吹込検知から３秒目のセンサ電圧ＶＳと４秒目のセンサ電圧ＶＳとを測定し、４秒目のセンサ電圧ＶＳが、３秒目のセンサ電圧ＶＳの±２０％以内に収まっているか否かの判定を行う（ステップＳＴ２２）。
If the change rate dVS is 20% or more and the state of changing in the same direction continues five times (0.5 seconds) (YES in step ST27), the
ここで、４秒目のセンサ電圧ＶＳが、３秒目のセンサ電圧ＶＳの±２０％以内に収まっていれば（ステップＳＴ２２のＹＥＳ）、マイコン７は、ガス濃度の測定に必要な所定の吹込時間（例えば４秒）呼気が吹き込まれたと判断し、４秒目のセンサ電圧ＶＳとメモリ８に登録された基準データとを用いて、検知対象ガスのガス濃度を算出し、ＬＣＤ６にガス濃度の算出結果を表示させる（ステップＳＴ２３）。
Here, if the sensor voltage VS at the fourth second is within ± 20% of the sensor voltage VS at the third second (YES in step ST22), the
一方、４秒目のセンサ電圧ＶＳが、３秒目のセンサ電圧ＶＳの±２０％以内に収まっていなければ（ステップＳＴ２２のＮＯ）、マイコン７は、吹込検知から３秒が経過した後に、呼気の吹込が中断されたと判断して（ステップＳＴ２４）、３秒後に吹込中断を検知したことをＬＣＤ６に表示させる。
On the other hand, if the sensor voltage VS at the fourth second is not within ± 20% of the sensor voltage VS at the third second (NO in step ST22), the
またマイコン７は、ステップＳＴ２６又はステップＳＴ２７の判定が不成立になった場合、ヒートクリーニング終了時から６秒が経過したか否かを判定し（ステップＳＴ２９）、６秒間が経過すれば、ヒートクリーニングの終了時から６秒が経過しても呼気の吹込が行われていないと判断して、ＬＣＤ６に吹き掛けエラーを表示させる（ステップＳＴ２５）。
If the determination in step ST26 or step ST27 is not established, the
本実施形態の測定動作は以上の通りであり、測定開始時において、ヒートクリーニング時間設定部としてのマイコン７は、ヒートクリーニングを開始してから所定時間が経過するまでの間に感ガス体２０の抵抗値の二次微分値を求め、二次微分値が大きいほどヒートクリーニング時間が短くなるように、ヒートクリーニング時間を設定している。ここで、前回測定時からの放置期間が短いほど、上記所定期間における二次微分値が小さくなる傾向があるが、マイコン７では、二次微分値が大きいほどヒートクリーニング時間が短くなるように、ヒートクリーニング時間を設定しているので、前回測定時からの放置時間が短いほどヒートクリーニング時間を短くでき、その結果、ガス濃度の測定を開始するまでの時間が短くなるから、使い勝手が向上するという効果がある。
The measurement operation of the present embodiment is as described above. At the start of measurement, the
ところで、周囲温度（雰囲気温度）が高いほど、ガス濃度に対する感ガス体２０の抵抗値変化が大きくなるという傾向があり、そのため、感ガス体２０の抵抗値の二次微分値に基づいてマイコン７が設定したヒートクリーニング時間も、周囲温度が高いほど長めに設定される傾向がある。そこで、周囲温度に応じてヒートクリーニング時間を補正することも好ましい。本実施形態では、測定開始スイッチＳＷ１の投入時にマイコン７がスイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンさせて、サーミスタ３の出力を入力ポートＰＩ４から取り込んでおり、この時のサーミスタ３の出力から周囲温度を検出している。そして、時間補正部としてのマイコン７が、サーミスタ３の出力から検出した周囲温度が高いほど、ステップＳＴ７〜ＳＴ１２の処理で設定されたヒートクリーニング時間を短縮するようにヒートクリーニング時間の設定値を補正しており、周囲温度の影響でヒートクリーニング時間が長めに設定されるのを補正することができる。その結果、ヒートクリーニング時間をさらに短縮でき、ガス濃度の測定を開始するまでの時間が短くなるから、使い勝手をさらに向上させることができる。
By the way, the higher the ambient temperature (atmosphere temperature), the larger the change in the resistance value of the gas
また上述のように、周囲温度が高いほど、ガス濃度に対する感ガス体２０の抵抗値変化が大きくなるため、ガス濃度の測定結果が高めに出力される傾向もある。そこで、濃度補正部としてのマイコン７が、サーミスタ３の出力から検出した周囲温度に応じて、ステップＳＴ２３の処理で求めたガス濃度の測定結果の温度ドリフトを低減するように、ガス濃度の測定結果を補正してもよい。すなわち、マイコン７では、周囲温度が高くなるにつれて、ガス濃度の測定結果を低下させるように補正すればよく、周囲温度の影響を低減して、ガス濃度をより正確に測定することができる。
As described above, the higher the ambient temperature is, the greater the change in the resistance value of the gas
上記の回路では周囲温度を検出するために、電源スイッチの投入時にマイコン７がスイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンさせ、サーミスタ３の出力を、微分回路４を介さずに、入力ポートＰＩ４に直接入力させているが、微分回路４の出力が入力される入力ポートＰＩ４とは別の入力ポートにサーミスタ３の出力を入力させてもよく、サーミスタ３の出力を定期的に取り込んで、周囲温度（雰囲気温度）を検出することができる。
In the above circuit, in order to detect the ambient temperature, the
また本実施形態の口臭測定器Ａでは、測定開始時の雰囲気温度が、人間の体温に対応して設定された温度範囲外であれば、サーミスタ３の検出温度に基づいて呼気の吹込を判断している。この口臭測定器Ａでは、呼気吹込口から呼気が吹き込まれると、サーミスタ３の検出温度が呼気の温度に近づく方向に変化することを利用し、サーミスタ３の検出信号の微分出力が吹込判定値を超えると、呼気が吹き込まれたと判定し、また吹込判定時から所定の吹込時間が経過するまでの間に微分出力が中断判定値を下回ると、吹込が中断されたと判断しているので、感ガス体２０の抵抗値変化から呼気の吹込を検知する場合に比べて、呼気の吹き掛け開始や吹込の中断を確実に判断して、ガス濃度の測定を開始させることができる。
Further, in the breath breath odor measuring instrument A of the present embodiment, if the ambient temperature at the start of measurement is outside the temperature range set corresponding to the human body temperature, the breath inhalation is determined based on the temperature detected by the
また、雰囲気温度が人間の体温に対応して設定された温度範囲内の場合、サーミスタ３の検出信号を用いて呼気の吹込を判断すると誤検出の虞があるが、本実施形態では測定開始時の検出温度が上記温度範囲内であれば、マイコン７が、感ガス体２０の抵抗値変化から呼気の吹込を判断するので、呼気の吹込を誤検出する可能性を低減することができる。
In addition, when the ambient temperature is within a temperature range set corresponding to the human body temperature, there is a risk of erroneous detection if breathing in is determined using the detection signal of the
また更に、マイコン７は、吹込の中断を検出する際に、サーミスタ３の検出信号の微分出力だけではなく、感ガス体２０の抵抗値が低濃度方向に変化することから、吹込の中断を検出しているので、より正確に吹込の中断を検出することができる。
Furthermore, when detecting the interruption of the blowing, the
また、ヒータ兼用電極２１を駆動するヒータ電流が流れる一対の通電用端子（コネクタＣＮ２の１番ピン及び５番ピン）の電圧からヒータ電圧を検出すると、基板間接続コネクタＣＮ１，ＣＮ２の接触抵抗による電圧ドロップ分も含んで検出されるため、ヒータ電圧の検出が不正確になるが、本実施形態では、ヒータ（ヒータ兼用電極２１）の駆動電流が流れない電圧測定用端子（コネクタＣＮ２の２番ピン及び４番ピン）の端子間電圧からヒータ電圧を測定しているので、ヒータ電圧を正確に測定でき、マイコン７及びヒータ駆動回路５によってヒータの発熱量、すなわち感ガス体２０の温度を正確に制御することができ、ガス濃度の測定を正確に行うことができる。
Further, when the heater voltage is detected from the voltage of a pair of energization terminals (the first pin and the fifth pin of the connector CN2) through which the heater current for driving the
ところで、サーミスタ３の感温部は、呼気流路４０の細径孔４０ｂ内で、排気口３６ａに近い場所に配置されている。マウスピース３７に吹き込まれた呼気は、呼気流路４０を通って排気口３６ａから外部へと排出されるので、呼気流路４０内に配置されたサーミスタ３の感温部に呼気が接触し、サーミスタ３の出力が呼気温度に応じて変化する。ここで、排気口３６ａからサーミスタ３の感温部までの距離が長い場合、感温部の周りに残った呼気の影響で、サーミスタ３の出力が雰囲気温度に戻るのが遅れる可能性がある。そのため、連続して測定が行われると、サーミスタ３の出力変化が小さくなり、サーミスタ３の出力変化から呼気の吹き掛け開始や吹込の中断を検出しにくくなる。本実施形態では、サーミスタ３が、呼気流路４０の細径孔４０ｂ内で、排気口３６ａに近い場所に配置されているので、呼気の吹き掛けが終了した後に、サーミスタ３の感温部の周りに滞留する呼気が排気口３６ａから短時間で排出されやすく、サーミスタ３の出力が雰囲気温度に対応した出力に短時間で戻りやすくなっている。
By the way, the temperature sensing part of the
したがって、連続して呼気の測定が行われた場合でも、サーミスタ３の出力変化を大きくでき、サーミスタ３の出力変化から呼気の吹き掛け開始や吹込の中断を検出しやすくできる。尚、サーミスタ３としては高速応答のものを用いるのが好ましく、熱時定数が５秒以上のものでは、吹き掛け検知や中断検知の感度が得られなかったが、熱時定数が２秒程度のサーミスタ３を用いることで、吹き掛け検知や中断検知の感度を十分に得ることができる。
Therefore, even when exhalation is continuously measured, the output change of the
ここにおいて、細径孔４０ｂの中間よりやや排気口３６ａ側にサーミスタ３の感温部が配置されているが、できるだけ排気口３６ａに近い位置にサーミスタ３の感温部が配置されるのが好ましく、排気口３６ａの出口付近にサーミスタ３の感温部が配置されていてもよい。但し、排気口３６ａの出口付近にサーミスタ３の感温部が配置されていると、サーミスタ３に異物が接触して、サーミスタ３が破損する可能性もあり、本実施形態では細径孔４０ｂの内側で、排気口３６ａに近い位置にサーミスタ３の感温部が配置されている。例えば本実施形態では細径孔４０ｂの内径が３ｍｍで、センサブロック３４の後面から約２ｍｍの位置にサーミスタ３の感温部が配置されている。
Here, the temperature sensing part of the
尚、本実施形態では、本発明の技術思想を口臭測定器に適用した実施形態について説明したが、検知対象の呼気成分を口臭要因ガスに限定する趣旨のものではなく、例えば呼気に含まれるアルコール成分を検出するアルコールチェッカに本発明を適用しても良いし、アルコール以外の種々の呼気成分を検出するものに本発明を適用しても良い。 In addition, although this embodiment demonstrated embodiment which applied the technical idea of this invention to the breath breath measuring device, it is not the thing of the meaning which limits the breath component of a detection target to breath breath factor gas, For example, alcohol contained in breath The present invention may be applied to an alcohol checker that detects components, or may be applied to a device that detects various exhaled breath components other than alcohol.
また、本実施形態において、呼気の温度を検出するサーミスタ３に代えて、呼気を吹き込んだ際に呼気が流れる流路の圧力を検出する圧力センサを備え、圧力センサの検出出力を微分回路４に入力して、その微分出力をマイコン７に入力させるようにし、検出温度の微分値に代えて検出圧力の微分値から呼気の吹込状態を検出することも考えられる。
In this embodiment, instead of the
１ 電池電源
２ ガスセンサ
３ サーミスタ
４ 微分回路
５ ヒータ駆動回路
６ ＬＣＤ
７ マイコン
８ メモリ
１０ａ センサ基板
１０ｂ 本体基板
２０ 感ガス体
２１ ヒータ兼用電極
２２ 検出電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
7
Claims (3)
検知対象ガスのガス濃度に応じて抵抗値が変化する金属酸化物半導体で形成された感ガス体及び感ガス体に埋設されたヒータを有し、呼気流路に吹き込まれた呼気の少なくとも一部が感ガス体に接触するように測定器本体内部に収納されたガスセンサと、
測定器本体の表面に露設された操作釦が押されると測定開始信号を発生する測定開始スイッチと、
測定開始スイッチから測定開始信号が入力されるとヒータへの通電を開始して、感ガス体のヒートクリーニングを所定のヒートクリーニング時間だけ行い、ヒートクリーニング後にガス濃度の測定を行う測定期間を設けるヒータ制御部と、
測定期間において呼気が吹き込まれると、感ガス体の抵抗値変化に基づいて呼気に含まれる検知対象ガス成分のガス濃度を測定するガス濃度測定部と、
ヒートクリーニングを開始してから所定時間が経過するまでの間に感ガス体の抵抗値の二次微分値を求め、二次微分値が大きいほどヒートクリーニング時間が短くなるように、ヒートクリーニング時間を設定するヒートクリーニング時間設定部とを備えたことを特徴とする呼気成分測定装置。 A measuring instrument body provided with an exhalation flow path for passing exhaled air blown from the blow-in opening, and an exhaust port for exhausting exhaled air blown into the exhalation flow path to the outside;
At least a part of the exhaled air blown into the exhalation flow path having a gas sensing element formed of a metal oxide semiconductor whose resistance value changes according to the gas concentration of the detection target gas and a heater embedded in the gas sensing element A gas sensor housed inside the main body of the measuring device so that is in contact with the gas sensitive body,
A measurement start switch that generates a measurement start signal when an operation button exposed on the surface of the measuring instrument body is pressed;
When a measurement start signal is input from the measurement start switch, energization of the heater is started, and the gas sensitive body is heat-cleaned for a predetermined heat cleaning time, and the heater is provided with a measurement period for measuring the gas concentration after the heat cleaning. A control unit;
When exhalation is blown in during the measurement period, a gas concentration measurement unit that measures the gas concentration of the detection target gas component contained in the exhalation based on the resistance value change of the gas sensing body,
Obtain the second derivative of the resistance value of the gas sensitive body between the start of heat cleaning and the elapse of a predetermined time, and set the heat cleaning time so that the heat cleaning time is shorter as the second derivative is larger. An exhalation component measuring device comprising a heat cleaning time setting unit for setting.
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