JP2019045197A - 粒子検出センサ及び粒子検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】気体中に大きな粒子、及び、形状の異なる粒子が多い環境下でも、粒子径及び粒子数を推定することができる粒子検出センサ及び粒子検出方法を提供する。【解決手段】粒子検出センサ1は、気体に浮遊する粒子2が通過する検知領域DAに光を出力する投光素子121と、粒子2による投光素子121からの光の散乱光を受光して信号を出力する受光素子131と、受光素子131が出力した信号の波形幅を計数する閾値を設ける信号処理部71とを備える。また、信号処理部71は、閾値である、少なくとも第1閾値と第2閾値とを設ける。そして、信号処理部71は、信号が示す波形と第1閾値と第2閾値とに基づいて、信号のピーク値を推定する。【選択図】図3
Description
本発明は、粒子検出センサ及び粒子検出方法に関する。
従来、発光手段によって測定領域に光を照射し、空気中に含まれる粒子からの散乱光を受光手段により受光し、かつ、受光手段からの出力をデジタルパルスに変換して出力する粒子計数用センサと、デジタルパルスのパルス幅に基づいて粒子数を計数する計数手段とを備えた粒子計数装置が特許文献1に開示されている。
これによれば、デジタルパルスのパルス幅に基づいて、測定領域を通過した粒子数を計数することができる。
ところで、従来の粒子検出センサでは、大きな粒子、及び、形状の異なる粒子が多い環境下では、粒子を検出する誤差が大きくなり、粒子の検出精度が低下してしまう。
そこで、本開示は、気体中に大きな粒子、及び、形状の異なる粒子が多い環境下でも、粒子径及び粒子数を推定することができる粒子検出センサ及び粒子検出方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る粒子検出センサは、気体に浮遊する粒子が通過する検知領域に光を出力する投光素子と、粒子による前記投光素子からの光の散乱光を受光して信号を出力する受光素子と、前記受光素子が出力した前記信号の波形幅を計数する閾値を設ける信号処理部とを備え、前記信号処理部は、前記閾値である、少なくとも第1閾値と第2閾値とを設け、前記信号が示す波形と前記第1閾値と前記第2閾値とに基づいて、前記信号のピーク値を推定する。
また、本発明の一態様に係る粒子検出方法は、気体に浮遊する粒子が通過する検知領域に光を出力し、出力した光が粒子によって散乱した散乱光を受光して信号を出力し、受光素子が受光した前記信号の波形幅を計数する第1閾値及び第2閾値であって、前記信号が示す波形、前記第1閾値及び前記第2閾値に基づいて、前記信号のピーク値を推定する。
本開示によれば、気体中に大きな粒子、及び、形状の異なる粒子が多い環境下でも、粒子径及び粒子数を推定することができる。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、「略**」との記載は、「略同一」を例に挙げて説明すると、全く同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
以下、本開示の実施の形態に係る粒子検出センサについて説明する。
(実施の形態1)
[構成]
まず、本実施の形態に係る粒子検出センサ1の概要について説明する。
[構成]
まず、本実施の形態に係る粒子検出センサ1の概要について説明する。
図1は、実施の形態1に係る粒子検出センサ1の概観斜視図である。図2は、実施の形態1に係る粒子検出センサ1の分解斜視図である。図3は、図1のIII―III線における実施の形態1に係る粒子検出センサ1の断面図である。図4は、実施の形態1に係る粒子検出センサ1の筐体10内部を示す斜視図である。図5は、実施の形態1に係る粒子検出センサ1を示すブロック図である。
受光系130から投光系120への並び方向をX軸プラス方向と規定し、加熱装置60が発生させる上昇気流の方向をY軸プラス方向と規定し、X軸プラス方向及びY軸プラス方向と直交する背面カバー110から前面カバー100への並び方向をZ軸プラス方向と規定し、X、Y、Zの各方向を表示する。図1に示す各方向は、図2に示す各方向に対応させて表示する。X、Y、Zの各方向を表示していない図を除き、図2以降の図においても、同様である。
図1〜図4に示すように、本実施の形態では、粒子検出センサ1は、光散乱式粒子検出センサであるが、光電式粒子検出センサであってもよい。粒子検出センサ1は、光学系20が筐体10内の検知領域DAに光を照射し、検知領域DAを通過する粒子2による光の散乱光を受光することで、粒子2の有無を検出する。また、粒子検出センサ1は、粒子2の有無に限らず、粒子2の個数、大きさ、形等を検出する。なお、粒子検出センサ1が検出の対象とする粒子2は、例えば、2μm以下の微小なホコリ、花粉、煙、PM2.5等の粒子である。
粒子検出センサ1は、筐体10と、筐体10の内部に配置された光学系20と、ホコリ抑制壁30と、光トラップ40と、光トラップ50と、加熱装置60と、回路基板70と、コネクタ80と、シールドカバー90と、シールドカバー91とを備える。
[筐体]
図1及び図3に示すように、筐体10は、光学系20及び検知領域DAを覆う、扁平な略直方体状である。筐体10は、粒子検出センサ1の本体部であり、内部には、検知領域DA、光学系20、ホコリ抑制壁30、光トラップ40、光トラップ50及び加熱装置60を収容している。
図1及び図3に示すように、筐体10は、光学系20及び検知領域DAを覆う、扁平な略直方体状である。筐体10は、粒子検出センサ1の本体部であり、内部には、検知領域DA、光学系20、ホコリ抑制壁30、光トラップ40、光トラップ50及び加熱装置60を収容している。
筐体10は、矩形の4つの角のうち対角に位置する2つの角が斜めになった略七角形を底面とする角柱形状である。なお、筐体10の形状は一例であって、これに限らない。例えば、筐体10は、底面が矩形の直方体でもよく、あるいは、底面が円形の円柱でもよい。
筐体10は、光学系20及び検知領域DAに外光が照射されないように、光学系20及び検知領域DAを覆っている。筐体10は、遮光性を有する。例えば、筐体10は、迷光を吸収させるために、少なくとも内面が黒色である。具体的には、筐体10の内面は、光の吸収率が高く、かつ、光を鏡面反射する。なお、筐体10の内面における反射は、鏡面反射でなくてもよく、光の一部が散乱反射されてもよい。
ここで、迷光は、粒子2による散乱光以外の光であり、具体的には、投光系120が出力する光のうち検知領域DAにおいて粒子2に散乱されることなく、筐体10内を進行する光である。また、迷光は、粒子2によって散乱されなかった光だけでなく、投光系120のレンズ表面での反射光、及び、検知領域DAを通過しない光等も含む。また、迷光は、筐体10の外部から流入口101又は流出口102を介して筐体10の内部に進入した外光も含む。
本実施の形態では、筐体10は、前面カバー100と、背面カバー110との2つの部材によって構成される。筐体10は、例えば、ABS樹脂等の樹脂材料を用いた射出成形により形成される。具体的には、前面カバー100及び背面カバー110の各々が、樹脂材料を用いた射出成形により形成された後、互いに組み合わされることで筐体10を構成する。このとき、例えば、黒色の顔料又は染料を添加した樹脂材料を用いることで、筐体10の内面を黒色面にすることができる。あるいは、射出成形後に内面に黒色塗料を塗布することで、筐体10の内面を黒色面にすることができる。また、筐体10の内面にシボ加工等の表面処理を行うことによって、迷光を吸収させてもよい。
筐体10は、内部に粒子2が流入するための流入口101と、内部に流入した粒子2が外部に流出するための流出口102とを有する。本実施の形態では、図3の太点線の矢印で示すように、粒子2を含む気体が流入口101から流入し、検知領域DAを含む筐体10の内部を通って流出口102から流出する。
流入口101は、筐体10のY軸マイナス方向側の面に設けられた所定形状の開口であり、当該開口を介して、粒子2を含む気体が筐体10の内部に流入する。例えば、流入口101は、円形又は楕円形等の開口でもよい。
本実施の形態では、流入口101は、図4に示すように、検知領域DAの直下方向には設けられておらず、前面カバー100下のX軸マイナス方向側の隅に設けられている。これにより、流入口101から進入する外光が検知領域DAに照射されにくくなり、また、迷光として受光素子131に入射されるのを抑制する。
流出口102は、筐体10の側面に設けられた所定形状の開口であり、当該開口を介して、粒子2を含む気体が筐体10の外部に流出する。例えば、流出口102は、円形又は楕円形等の開口でもよい。流出口102の大きさは、例えば、流入口101と略同じである。本実施の形態では、流出口102は、検知領域DAのY軸プラス方向であって、前面カバー100のX軸方向の中央部分に設けられている。加熱装置60によって生成された気流をスムーズに流出口102から外部に放出する。
なお、流入口101及び流出口102は、筐体10の前面カバー100に設けたが、これに限らない。
筐体10には、ホコリ抑制壁30、光トラップ40及び光トラップ50の各々を構成するための内部構造が設けられている。具体的には、前面カバー100は、内面100aの底面から立設した壁103を有する。また、背面カバー110は、内面110aから立設した壁111を有する。壁103と壁111とが、ホコリ抑制壁30を形成する。
図2及び図4に示すように、背面カバー110は、筐体10のZ軸マイナス方向側に配置されている。背面カバー110は、さらに、内面110aから立設した光反射壁112、光反射壁113、光反射壁114及び複数の楔形突出部115を有する。光反射壁112は、壁111とともに光トラップ40を形成する。光反射壁113、光反射壁114及び複数の楔形突出部115は、光トラップ50を形成する。
前面カバー100は、筐体10のZ軸プラス方向側に配置されている。前面カバー100は、投光系保持部104と、受光系保持部105とを有する。同様に、背面カバー110は、投光系保持部116と、受光系保持部117とを有する。投光系保持部104及び投光系保持部116は、前面カバー100と背面カバー110とが組み合わされた場合に、投光系120を保持する。受光系保持部105及び受光系保持部117は、前面カバー100と背面カバー110とが組み合わされた場合に、受光系130を保持する。これにより、投光系120及び受光系130は、予め定められた場所に検知領域DAを形成する。
前面カバー100は、係止部106及び係止部107を有する。また、背面カバー110は、被係止部118及び被係止部119を有する。前面カバー100と背面カバー110とを組み合わせることで、係止部106が被係止部118に係止し、係止部107が被係止部119に係止する。これにより、前面カバー100と背面カバー110とは固定される。なお、係止部106及び係止部107並びに被係止部118及び被係止部119の設ける位置、個数及び形状等は、いかなるものでもよい。
図1及び図3に示すように、筐体10のY軸プラス方向側の部分には、さらに、掃除窓108が設けられている。具体的には、掃除窓108は、前面カバー100の中央部に設けられた台形状の貫通孔である。掃除窓108は、投光レンズ122、受光レンズ132及び筐体10の内部に付着した汚れ又はホコリを取り除くために設けられている。例えば、掃除窓108から綿棒等を筐体10の内部に挿入することで、内部の掃除を行うことができる。掃除窓108は、粒子検出センサ1を動作させる際には、掃除窓108を介して外光が検知領域DAに照射されないように、図示しないカバー部材によって蓋がされる。
本実施の形態において、壁103、投光系保持部104、受光系保持部105、係止部106及び係止部107は、前面カバー100と一体に形成されている。また、壁111、光反射壁112、光反射壁113、光反射壁114、複数の楔形突出部115、投光系保持部116、受光系保持部117、被係止部118及び被係止部119は、背面カバー110と一体に形成されている。
[光学系]
光学系20は、流入口101を介して筐体10内に流入し、かつ、筐体10に覆われた検知領域DAを通過する粒子2を光学的に検出する。本実施の形態では、光学系20は、検知領域DAを通過する粒子2を、投光系120が出力する光を用いて検出する。光学系20は、筐体10の背面カバー110に配置されて、前面カバー100によって挟まれることで、筐体10の内部に収納されている。
光学系20は、流入口101を介して筐体10内に流入し、かつ、筐体10に覆われた検知領域DAを通過する粒子2を光学的に検出する。本実施の形態では、光学系20は、検知領域DAを通過する粒子2を、投光系120が出力する光を用いて検出する。光学系20は、筐体10の背面カバー110に配置されて、前面カバー100によって挟まれることで、筐体10の内部に収納されている。
本実施の形態では、光学系20は、投光系120及び受光系130を有する。投光系120と受光系130とは、光軸P及び光軸Qが交差するように、筐体10に覆われた検知領域DAの両側に配置されている。
ここでいう検知領域DAは、測定対象の気体に含まれる粒子2を検知するための領域である。本実施の形態では、検知領域DAは、投光系120の光軸Pと受光系130の光軸Qとが交差する交点を含む領域である。検知領域DAは、例えば、φ2mmである。測定対象の気体は、筐体10の流入口101から流入し、検知領域DAに誘導された後、流出口102から流出する。
投光系120は、検知領域DAに集光するように光を出力する。投光系120は、投光素子121と、投光レンズ122とを備える。
投光素子121は、所定の波長の光を発する光源であり、例えば、LED(Light Emitting Diode)又は半導体レーザ等の固体発光素子である。投光素子121の光軸は、投光系120の光軸Pに一致し、例えば、検知領域DAを通過する。
投光素子121としては、紫外光、青色光、緑色光、赤色光又は赤外光を発する発光素子を用いることができる。この場合、投光素子121は、2波長以上の混合波を発するように構成されてもよい。本実施の形態では、粒子2による光の散乱強度に鑑みて、投光素子121として、例えば、600nm〜800nmの波長の光を出力する砲弾型のLEDを用いる。
なお、投光素子121の発光波長が短い程、粒径の小さな粒子2を検出しやすくなる。また、投光素子121の発光制御方式は特に限定されるものではなく、投光素子121から出射する光は、DC駆動による連続光等でもよい。また、投光素子121の出力の大きさは、時間的に変化させてもよい。
投光レンズ122は、投光素子121の前方に配置されており、投光素子121から出射する光を検知領域DAに向けて進行させるように構成されている。つまり、投光素子121から出射する光は、投光レンズ122を介して検知領域DAを通過する。検知領域DAを通過する粒子2が投光素子121からの光を散乱させる。
投光レンズ122は、例えば、投光素子121から出射する光を検知領域DAに集束させる集光レンズであり、例えば、ポリカーボネート等の透明樹脂レンズ又はガラスレンズである。例えば、投光レンズ122の焦点は、検知領域DAに存在する。
受光系130は、受光素子131と、受光レンズ132とを備える。
受光系130は、検知領域DAにおける粒子2による投光系120からの光の散乱光を受光する。なお、図3では、太実線の矢印で光の経路の一例を示している。受光系130は、受光素子131と、受光レンズ132とを備える。
受光素子131は、検知領域DAにおける粒子2による投光素子121からの光の散乱光の少なくとも一部を受光する。受光素子131は、具体的には、受光した光を電気信号に変換する光電変換素子であり、例えば、フォトダイオード、フォトICダイオード、フォトトランジスタ又は光電子増倍管等である。受光素子131の光軸は、受光系130の光軸Qに一致し、例えば、検知領域DAを通過する。
受光レンズ132は、受光素子131と検知領域DAとの間に配置されており、検知領域DA側から入射する光を受光素子131に集光するように構成されている。具体的には、受光レンズ132は、検知領域DAにおいて粒子2による散乱光を、受光素子131に集束させる集光レンズであり、例えば、ポリカーボネート等の透明樹脂レンズ又はガラスレンズである。例えば、受光レンズ132の焦点は、検知領域DA及び受光素子131の表面に存在する。
[ホコリ抑制壁]
ホコリ抑制壁30は、流入口101と検知領域DAとの間に設けられた壁であって、粒子2より大きいホコリが検知領域DAに進入するのを抑制する。ここで、検知領域DAへの進入を抑制すべき対象となるホコリは、例えば、2μm以上の粒子である。
ホコリ抑制壁30は、流入口101と検知領域DAとの間に設けられた壁であって、粒子2より大きいホコリが検知領域DAに進入するのを抑制する。ここで、検知領域DAへの進入を抑制すべき対象となるホコリは、例えば、2μm以上の粒子である。
また、ホコリ抑制壁30は、流入口101と光トラップ40との間に設けられた壁であって、気体が光トラップ40に進入しないように気体を誘導する気体誘導壁である。
ホコリ抑制壁30は、図4に示すように、筐体10の内部において、加熱装置60より流入口101に近い位置に設けられている。具体的には、ホコリ抑制壁30の少なくとも一部は、流入口101の縁に沿って設けられている。本実施の形態では、流入口101は略矩形の開口であり、ホコリ抑制壁30の少なくとも一部は、当該開口に沿って設けられている。
また、ホコリ抑制壁30の少なくとも一部は、加熱装置60が生成する気流に交差する方向と平行に設けられている。加熱装置60は気体を加熱することで上昇気流を生成するので、ホコリ抑制壁30の少なくとも一部は、上昇気流に直交する方向に平行に設けられている。
また、ホコリ抑制壁30は、流入口101の幅より長い。ここで、流入口101の幅は、気体が流れる方向に交差する方向における幅である。具体的には、流入口101の幅は、加熱装置60によって生成される上昇気流に交差する方向における幅であり、例えば、X軸方向における幅である。これにより、流入口101から進入する外光が検知領域DAを照射するのを抑制する。なお、ホコリ抑制壁30は、遮光性を有する。
また、ホコリ抑制壁30は、光トラップ40の幅より長い。これにより、ホコリ抑制壁30は、気体が光トラップ40に進入するのを抑制する。光トラップ40の幅は、ホコリ抑制壁30の主面に平行な方向において、光トラップ40の開口から奥までの距離である。例えば、光トラップ40の幅は、背面カバー110のX軸マイナス方向側の側面部と光反射壁112の先端との距離である。
本実施の形態では、ホコリ抑制壁30は、内面100aから立設した壁103と、内面110aから立設した壁111とを有する。壁103と壁111とは、互いに接している。具体的には、壁103及び壁111は、XZ面で互いに接している。なお、内面100a及び内面110aは、筐体10が有する内面であって、互いに対向する2つの内面である。具体的には、内面100aは、前面カバー100の内側の面であり、内面110aは、背面カバー110の内側の面である。
壁103は、流入口101の縁に沿って設けられている。壁111は、図2に示すように、流入口101の近傍に設けられている。具体的には、壁111は、壁103に沿って設けられており、直線形状を有する。本実施の形態では、壁111は、背面カバー110のZ軸マイナス方向側の背面部及び背面カバー110のX軸マイナス方向側の側面部の各々から垂直に立設した平板状の壁である。言い換えると、壁111は、X軸方向において、一方の端部は背面カバー110のX軸マイナス方向側の側面部に接続され、他方の端部は、筐体10のいずれの内面にも接続されていない。
前面カバー100と背面カバー110とを組み合わせた際に壁103と壁111とが重なることで、壁103及び壁111をY軸方向に見た場合に隙間をなくしている。これにより、ホコリ抑制壁30は、ホコリ及び外光が検知領域DAに進入するのを抑制する。
なお、壁111の立設方向であるZ軸方向における先端は、前面カバー100と背面カバー110とを組み合わせた際に、前面カバー100の内面100aに当接し、隙間が形成されないように設計されていてもよい。
[光トラップ]
光トラップ40は、投光系120から出力されて検知領域DAを通った光をトラップする。具体的には、光トラップ40は、内部に一旦入射した光が外部に出射しないように吸収する。本実施の形態では、光トラップ40は、ラビリンス構造として楔形の閉空間を有する。
光トラップ40は、投光系120から出力されて検知領域DAを通った光をトラップする。具体的には、光トラップ40は、内部に一旦入射した光が外部に出射しないように吸収する。本実施の形態では、光トラップ40は、ラビリンス構造として楔形の閉空間を有する。
光トラップ40は、検知領域DAを介して投光系120と対向する位置に設けられている。具体的には、光トラップ40は、複数の閉空間41及び閉空間43と、複数の開口部42及び44と、光反射壁112と、ホコリ抑制壁30とを有する。光トラップ40は、投光系120から出力されて検知領域DAを通った光を、光反射壁112で分割してからトラップする。
ここで、複数の開口部42及び44は、検知領域DAに向かって開口しており、投光系120から出力された光が直接通過する。具体的には、投光系120から出力されて検知領域DAを通過した後に広がった光の略全ては、筐体10の内面及び内部構造等に反射されることなく、開口部42及び44を通過する。開口部42には、光軸Pが通過している。
閉空間41は、筐体10の内部に設けられた、迷光を吸収するための閉じられた空間である。閉空間41には、迷光が入射するための開口部42が設けられている。なお、光反射壁112の端部と受光系保持部105及び117との間が開口部42に相当する。
開口部42を介して、閉空間41と検知領域DAとは連通している。つまり、検知領域DAを通過した光の一部は、開口部42を介して閉空間41へ進入する。進入した光は、閉空間41内で多重反射することで、壁面に吸収されて減衰する。
閉空間43は、筐体10の内部に設けられた、迷光を吸収するための閉じられた空間である。閉空間43には、迷光が入射するための開口部44が設けられている。なお、光反射壁112の端部とホコリ抑制壁30の端部との間が開口部44に相当する。
開口部44を介して、閉空間43と検知領域DAとは連通している。つまり、検知領域DAを通過した光の一部は、開口部44を介して閉空間43へ進入する。入射した光は、閉空間43内で多重反射することで、壁面に吸収されて減衰する。
光反射壁112は、屈曲した壁である。光反射壁112は、開口部42を通過した光を反射することで、当該光を閉空間41の奥部に進行させる。さらに、光反射壁112は、開口部44を通過した光を反射することで、当該光を閉空間43に進行させる。
以上の構成により、投光系120から出力されて検知領域DAを通過した光の一部は、開口部42を通過し、光反射壁112によって反射されて閉空間41に進行する。また、出射光の別の一部は、開口部44を通過し、ホコリ抑制壁30によって反射されて閉空間43に進行する。閉空間41及び43に進行した光は、反射の度に壁面に吸収されて減衰する。
光トラップ50は、光トラップ40にトラップされない光をトラップする。例えば、光トラップ50は、投光系120から出力されて検知領域DAを通らない漏れ光、及び、光トラップ40に一旦入射したものの再び光トラップ40から出射された光等をトラップする。
光トラップ50は、検知領域DAを介して受光系130と対向する位置に設けられている。光トラップ50は、閉空間51と、開口部52と、光反射壁113と、光反射壁114と、複数の楔形突出部115とを有するラビリンス構造である。
閉空間51は、筐体10の内部に設けられた、迷光を吸収するための閉じられた空間である。閉空間51には、検知領域DAに向かって開口した開口部52が設けられている。開口部52は、受光系130の光軸Qと交差している。光反射壁113の端部と光反射壁114の端部との間が開口部52に相当する。閉空間51は、開口部52を介して、閉空間51と検知領域DAとは連通している。つまり、閉空間51から開口部52を介して光が出射された場合、検知領域DAを通って受光系130に到達する可能性がある。このため、光トラップ50は、開口部52を介して閉空間51に進入した光が、再び開口部52を介して出射されないように形成されている。
光反射壁113は、複数の楔形突出部115の突出方向に交差し、かつ、受光系130の光軸Qと略平行に配置されている。光反射壁113は、例えば平板状の壁であり、背面カバー110の内面110aから立設している。光反射壁113は、投光系120から出力されて筐体10の内面で反射された光を、複数の楔形突出部115に向けて反射する。例えば、光反射壁113は、開口部52を略水平方向に通過する光を、複数の楔形突出部115に向けて反射する。
光反射壁114は、投光系120から出射されて光トラップ40にトラップされなかった迷光を反射する。光反射壁114は、Y軸方向における一方の端部がY軸マイナス方向側の側面部に接続され、他方の端部が筐体10のいずれの内面にも接続されていない。当該他方の端部が検知領域DAに向かうように、光反射壁114は設けられている。本実施の形態では、光反射壁114は、屈曲した壁である。
また、光反射壁114は、ホコリ抑制壁30によって誘導された気体を検知領域DAに向けて誘導する気体誘導壁である。また、光反射壁114は、流入口101と光トラップ50との間に設けられた壁であり、ホコリ抑制壁30によって誘導された気体が光トラップ50に進入しないように誘導する。このとき、光反射壁114が検知領域DAを指すように配置されているので、気体を検知領域DAに向けて効率良く誘導する。
複数の楔形突出部115は、閉空間51に設けられ、筐体10の側面から内方に向かって突出した楔形の壁である。複数の楔形突出部115は、閉空間51内において、背面カバー110の内面110aから立設している。
本実施の形態では、複数の楔形突出部115の各々の突出方向は、受光系130の光軸Qに交差している。突出方向は、例えば、楔形の先端からY軸マイナス方向側の筐体10の側面である底辺への中線の方向である。
[加熱装置]
加熱装置60は、流入口101から流入した粒子2を含む気体を、検知領域DAを通るように筐体10内に気流を生成する。本実施の形態では、加熱装置60は、筐体10の下部に配置されて、大気を加熱するヒータである。具体的には、加熱装置60は、粒子2を含む気体を加熱することで、図3に示すように、筐体10内にY軸プラス方向への気体の流れである上昇気流を生成し、検知領域DAに粒子2を含む気体を誘導する。加熱装置60は、例えば、低コストのヒータ抵抗である。なお、太点線の矢印は気流の一例を示している。
加熱装置60は、流入口101から流入した粒子2を含む気体を、検知領域DAを通るように筐体10内に気流を生成する。本実施の形態では、加熱装置60は、筐体10の下部に配置されて、大気を加熱するヒータである。具体的には、加熱装置60は、粒子2を含む気体を加熱することで、図3に示すように、筐体10内にY軸プラス方向への気体の流れである上昇気流を生成し、検知領域DAに粒子2を含む気体を誘導する。加熱装置60は、例えば、低コストのヒータ抵抗である。なお、太点線の矢印は気流の一例を示している。
[回路基板]
図3及び図5に示すように、回路基板70は、粒子検出センサ1の制御回路が形成されたプリント配線基板である。制御回路は、例えば、投光系120による光の出力、受光系130によって受光した光信号に基づく電気信号の処理、加熱装置60による気体の加熱等の処理を制御する。例えば、制御回路は、粒子2の有無、大きさ及び個数等を検出し、コネクタ80を介して外部装置に信号を出力する。
図3及び図5に示すように、回路基板70は、粒子検出センサ1の制御回路が形成されたプリント配線基板である。制御回路は、例えば、投光系120による光の出力、受光系130によって受光した光信号に基づく電気信号の処理、加熱装置60による気体の加熱等の処理を制御する。例えば、制御回路は、粒子2の有無、大きさ及び個数等を検出し、コネクタ80を介して外部装置に信号を出力する。
回路基板70は、信号処理部71を有する。
信号処理部71は、A/D変換器及びノイズフィルタを有する回路等を用いて構成されている。信号処理部71は、受光素子131から出力されるアナログ信号からノイズを除去した信号をデジタル信号に変換する。
信号処理部71は、CPU(Central Processing Unit)あるいはマイクロプロセッサ、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)等のメモリを備えるコンピュータシステムで実現してもよい。この場合、メモリには、粒子数、粒子径等の算出を行うためのコンピュータプログラムが記憶されている。CPUあるいはマイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、粒子数、粒子径等の算出を行うことができる。信号処理部71は、信号を用いて大気中に浮遊する粒子径、粒子数等を推定する。
受光素子131が出力した信号のピーク値を、信号処理部71が推定する方法について、説明する。
図6Aは、実施の形態1に係る粒子検出センサ1の受光素子131が受光した信号から、信号のピーク値を推定する説明図である。図6Aでは、一例として、ある信号が示す波形を実線で示す。図6Aは、回路基板70に実装されているA/D変換器によって生成されたデジタルデータの一例を示す波形図である。図6Bでは、ある信号が示す波形を実線で示す。図6A及び図6Bでは、横軸の時間と縦軸の電圧との関係を示している。
信号処理部71は、閾値である、少なくとも第1閾値t1と第2閾値t2とを設ける。第1閾値t1は第2閾値t2よりも大きい閾値である。信号処理部71は、信号が示す波形、第1閾値t1及び第2閾値t2に基づいて、信号のピーク値を推定する。
具体的には、図6Aに示すように、信号処理部71は、第1閾値をt1とし、第2閾値t2をt2として設定する。第1閾値t1と実線の立ち上がり部との第1交点をPa1とし、第2閾値t2と実線の立ち上がり部との第2交点をPb1とし、第1閾値t1と実線の立ち下がり部との第3交点をPa2とし、第2閾値t2と実線の立ち下がり部との第4交点をPb2とする。この場合において、信号処理部71は、例えば、信号が示す波形の立ち上がり部分の交点Pa1及び交点Pb1から、交点Pa1及び交点Pb1における変化の割合を算出する。
具体的には、第1交点Pa1と第2交点Pb1とを例に挙げると、信号処理部71は、第1交点Pa1での時間と、第2交点Pb1での時間との時間の差分値を算出する。また、信号処理部71は、第1交点Pa1での電圧と、第2交点Pb1での電圧との電圧の差分値を算出する。これらの時間の差分値と電圧の差分値とから、交点Pa1及び交点Pb1における、時間に対する信号強度の変化の割合を算出する。また、第3交点Pa2と第4交点Pb2においても同様である。変化の割合は、図6Aにおける勾配を意味する。
信号処理部71は、交点Pb1に対する交点Pa1の変化の割合と、交点Pb2に対する交点Pa2の変化の割合とから信号が示す波形のピーク値Px1を推定する。
信号処理部71は、第1閾値t1での信号の波形幅と、第2閾値t2での信号の波形幅とを計数する。つまり、信号処理部71は、交点Pa1と交点Pa2との第1の波形幅、及び、交点Pb1と交点Pb2との第2の波形幅を割り出し、第1の波形幅と第2の波形幅とから、粒子数を推定する。
具体的には、信号処理部71は、検知領域DAを通過した際に受光素子131から出力された信号を、信号処理部71の変換回路が矩形波からなるデジタル波形に変換する。例えば、ここで、1つの粒子2が検知領域DAを通過した場合と、2つの粒子2が検知領域DAを通過した場合とでは、受光素子131が検知した信号に差異が生じる。この場合に、信号の波高は大きく変わり、第1の波形幅を変換した矩形波、及び第2の波形幅を変換した矩形波の数にも差異が生じる。この差異により、粒子数を推定する。
例を挙げると、1つの粒子2が検知領域DAを通過した場合の第1の波形幅及び第2の波形幅は、2つの粒子2が検知領域DAを通過した場合の第1の波形幅及び第2の波形幅よりも小さくなることが知られている。例えば、0.3μmの2個の粒子2が検知領域DAを通過した場合の波形幅は、1μmの1個の粒子2が検知領域DAを通過した場合の波形幅よりも大きいことが知られている。このため、この1μmの粒子2が通過した場合の波形幅より大きな波形幅を検出した場合には、2個の粒子2が検知領域DAを通過したと計数する。
信号処理部71は、波形幅に相当する矩形波の数と、その矩形波の数に相当する粒子数との関係を示すデータテーブルを内蔵した記憶部であるRAM等を有することで実現する。
また、第1閾値t1の波形幅と第2閾値t2の波形幅とは、異なっている。第1閾値t1の波形幅と第2閾値t2の波形幅とが同一であれば、信号のピーク値が無限となり、ピーク値を推定することができないからである。
また、信号処理部71は、ピーク値Px1から粒子径を推定する。検知領域DAを通過した粒子径は、受光素子131から出力された信号が示す波形の波高値であるピーク値Px1により判断できる。つまり、信号処理部71は、粒子2の粒子径が大きいほど、ピーク値が大きい。信号処理部71は、ピーク値Px1を推定することで、ピーク値Px1から粒子径の大きさを推定する。なお、信号処理部71への基準電圧値の設定を変更することにより、大きな粒子径の粒子2を検出することができる。
信号処理部71は、第1閾値t1及び第2閾値t2の他に、閾値である第3閾値を設けてもよい。また、閾値は、このように2つ又は3つに限定されず、4つ以上を設定してもよい。この場合において、受光素子131が出力した信号からピーク値を推定する方法について、図6Bを用いて説明する。
図6Bは、実施の形態1に係る粒子検出センサ1の受光素子131が受光した信号から、信号のピーク値を推定する説明図である。図6Bでは、ある信号が示す波形を実線で示す。図6Bでは、横軸の時間と縦軸の電圧との関係を示している。
信号処理部71は、閾値である、第1閾値t1と第2閾値t2と第3閾値とを設けてもよい。第1閾値t1は最も大きい閾値である。第2閾値t2は、第3閾値よりも大きい。信号処理部71は、信号が示す波形、第1閾値t1、第2閾値t2及び第3閾値に基づいて、信号のピーク値を推定してもよい。
具体的には、図6Bに示すように、信号処理部71は、さらに第3閾値をt3として設定してもよい。さらに、第3閾値t3と実線との交点をPd1、Pd2としてもよい。この場合において、信号処理部71は、例えば、信号が示す波形の立ち上がり部分の第1交点Pa1、第2交点Pb1及び交点Pd1から、第1交点Pa1及び第2交点Pb1における、時間に対する信号強度の変化の割合、及び、第2交点Pb1と交点Pd1とにおける、時間に対する信号強度の変化の割合をそれぞれ算出してもよい。同様に、信号処理部71は、例えば、信号が示す波形の立ち下がり部分の第3交点Pa2、第4交点Pb2及び交点Pd2から、第3交点Pa2及び第4交点Pb2における変化の割合、及び、第4交点Pb2と交点Pd2とにおける変化の割合をそれぞれ算出してもよい。変化の割合は、図6Bにおける勾配を意味する。
信号処理部71は、第2交点Pb1に対する第1交点Pa1の変化の割合、交点Pd1に対する第2交点Pb1の変化の割合、第4交点Pb2に対する第3交点Pa2の変化の割合、交点Pd2に対する第4交点Pb2の変化の割合から、信号が示す波形のピーク値Px2を推定してもよい。
信号処理部71が処理した信号は、外部機器に出力する。外部機器は、例えば空気清浄機に備えられている制御部である。制御部は、空気清浄機の動作制御を行う。制御部は、例えば、空気清浄機が自動運転に設定されている場合に、信号処理部71から出力される信号に応じて風量の調節等を行う。また、制御部は、空気清浄機の筐体に設けられた図示しない表示部に、現在の風量、ハウスダストの検出の有無等を示す表示を行わせるように構成してもよい。
回路基板70は、例えば、矩形の平板であり、一方の主面に筐体10が固定されている。他方の主面には、制御回路を構成する1つ又は複数の回路素子が実装されている。なお、投光素子121、受光素子131及び加熱装置60の各々の電極端子は、筐体10の背面カバー110及び回路基板70を貫通し、回路基板70の裏面にはんだ付けされている。これにより、投光素子121、受光素子131及び加熱装置60の各々は、制御回路に電気的に接続されて、制御回路によって動作が制御される。
複数の回路素子は、例えば、抵抗、コンデンサ、コイル、ダイオード又はトランジスタ等を含む。複数の回路素子の1つである電解コンデンサ77は、回路基板70の表面に設けられ、筐体10内に配置されている。
[コネクタ]
図2で示されるように、コネクタ80は、粒子検出センサ1の回路基板70と、外部の制御回路又は電源回路とを接続するためのコネクタである。コネクタ80は、回路基板70の裏面に実装されている。例えば、粒子検出センサ1は、コネクタ80を介して外部から電力が供給されて動作する。
図2で示されるように、コネクタ80は、粒子検出センサ1の回路基板70と、外部の制御回路又は電源回路とを接続するためのコネクタである。コネクタ80は、回路基板70の裏面に実装されている。例えば、粒子検出センサ1は、コネクタ80を介して外部から電力が供給されて動作する。
[シールドカバー]
シールドカバー90は、外部ノイズから制御回路を保護するために設けられた金属製のカバーである。シールドカバー90は、回路基板70の裏面側に取り付けられている。
シールドカバー90は、外部ノイズから制御回路を保護するために設けられた金属製のカバーである。シールドカバー90は、回路基板70の裏面側に取り付けられている。
シールドカバー91は、外部ノイズから受光系130の受光素子131を保護するために設けられた金属製のカバーである。シールドカバー91は、筐体10のX軸マイナス方向側の面、Y軸プラス方向側の面及びZ軸プラス方向側の面の一部であって、内部に受光素子131が配置された部分を覆っている。
なお、シールドカバー90及びシールドカバー91は、例えば、半田付け等で容易に接続ができるブリキ等から構成される。
[動作]
次に、本実施の形態における粒子検出センサ1の動作について説明する。
次に、本実施の形態における粒子検出センサ1の動作について説明する。
図7は、実施の形態1に係る粒子検出センサ1の動作を示すフローチャートである。
図7に示すように、まず、粒子検出センサ1の投光素子121は、光を出力する(S1)。これにより、投光レンズ122は、投光素子121から出射する光を検知領域DAに集束させる。投光レンズ122の焦点は、検知領域DAに存在する。検知領域DAを通過する粒子2は、投光素子121からの光を散乱させる。
次に、粒子検出センサ1の受光素子131は、検知領域DAにおける粒子2による投光素子121からの光の散乱光の少なくとも一部を受光する。受光素子131は、受光レンズ132によって集束された散乱光を受光する。受光素子131は、散乱光を受光して信号を出力する(S2)。
次に、信号処理部71は、信号が示す波形と第1閾値と第2閾値とに基づいて、図6Aで示す、第1閾値と信号が示す波形との第1交点及び第2交点と、第2閾値と信号が示す波形との第3交点及び第4交点とを算出する。信号処理部71は、第2交点に対する第1交点の変化の割合を算出し、かつ、第4交点に対する第3交点の変化の割合を算出する(S3)。
次に、信号処理部71は、ステップS3で算出した変化の割合から、受光素子131が出力した信号のピーク値を推定する(S4)。
次に、信号処理部71は、ステップS4で推定したピーク値から、粒子径及び粒子数を推定する(S5)。そして、粒子検出センサ1は、この処理を終了する。
[作用効果]
次に、本実施の形態における粒子検出センサ1及び粒子検出方法の作用効果について説明する。
次に、本実施の形態における粒子検出センサ1及び粒子検出方法の作用効果について説明する。
上述したように、本実施の形態に係る粒子検出センサ1は、気体に浮遊する粒子2が通過する検知領域DAに光を出力する投光素子121と、粒子2による投光素子121からの光の散乱光を受光して信号を出力する受光素子131と、受光素子131が出力した信号の波形幅を計数する閾値を設ける信号処理部71とを備える。また、信号処理部71は、閾値である、少なくとも第1閾値と第2閾値とを設ける。そして、信号処理部71は、信号が示す波形と第1閾値と第2閾値とに基づいて、信号のピーク値を推定する。
これによれば、信号処理部71は、受光素子131が出力した信号の波形幅を計数する第1閾値と第2閾値とを設ける。また、信号処理部71は、信号が示す波形と第1閾値と第2閾値とに基づいて、信号のピーク値を推定する。つまり、大きな粒子、及び、形状の異なる粒子が多い環境下では、粒子検出センサがオーバーレンジしても信号のピーク値を推定することができる。また、この環境下では、信号のピーク値を精度よく検出するための分解能を上げたりすることもなく信号のピーク値を推定することもできる。
したがって、気体中に大きな粒子、及び、形状の異なる粒子2が多い環境下でも、粒子径及び粒子数を推定することができる。このため、信号の波形幅から気体中に浮遊する粒子2の粒子数を算出し、信号のピーク値から粒子径を算出すること等ができる。
特に、この粒子検出センサ1では、粒子の大きな粒子を検出するために、粒子検出センサ1が検出する粒子のレンジを大きくすることもなく、分解能を上げる必要もないため、粒子検出センサ1に搭載される回路コストが増加することもない。このため、この粒子検出センサ1では、製造コストが高騰化し難い。
また、本実施の形態に係る粒子検出方法は、気体に浮遊する粒子2が通過する検知領域DAに光を出力し、出力した光が粒子によって散乱した散乱光を受光して信号を出力し、受光素子131が受光した信号の波形幅を計数する第1閾値及び第2閾値であって、信号が示す波形、第1閾値及び第2閾値に基づいて、信号のピーク値を推定する。
この粒子検出方法においても、上述と同様の作用効果を奏する。
また、本実施の形態に係る粒子検出センサ1において、信号処理部71は、信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる第1閾値の第1交点と、信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる第2閾値の第2交点とから、第2交点に対する第1交点の変化の割合を算出し、及び、信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる第1閾値の第3交点と、信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる第2閾値の第4交点とから、第4交点に対する第3交点の変化の割合を算出する。そして、信号処理部71は、各々の変化の割合から信号のピーク値を推定する。
これによれば、信号が示す波形の立ち上がり部分での第1交点及び第2交点、及び、信号が示す波形の立ち下がり部分での第3交点及び第4交点を算出する。信号処理部71は、第2交点に対する第1交点の変化の割合、及び、第4交点に対する第3交点の変化の割合を算出する。これにより、信号処理部71は、変化の割合から信号のピーク値を推定することができる。このため、粒子径及び粒子数を推定することができる。
また、本実施の形態に係る粒子検出センサ1において、第1閾値での信号の波形幅は、第2閾値での信号の波形幅と異なっている。
これによれば、第1閾値での信号の波形幅が第2閾値での信号の波形幅と異なっているため、信号のピーク値をより確実に行うことができる。
(実施の形態1の変形例)
本変形例に係る変形例1について説明する。
本変形例に係る変形例1について説明する。
本変形例では、信号が示す波形の立ち上がり部分における第1交点Pa1及び第2交点Pa2、又は、立ち下がり部分における第3交点Pb1及び第4交点Pb2の2つの交点から、信号のピーク値を推定する点で実施の形態1と異なっている。また、本実施の形態の粒子検出センサ1は、特に明記しない場合は、実施の形態1と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
信号処理部71は、第1交点Pa1及び第2交点Pa2、又は、第3交点Pb1及び第4交点Pb2から信号のピーク値を推定する。具体的には、第1交点Pa1及び第2交点Pa2を例にあげると、第1交点Pa1及び第2交点Pa2を計数した各々の時間から、信号のピーク値が存在する時間を推定する。例えば、第1交点Pa1及び第2交点Pa2を計数した各々の時間と信号のピーク値との関係を示すデータテーブルにより、信号のピーク値が存在する時間を推定する。このようなデータテーブルは、RAM等の記憶部に内蔵されていてもよい。
このような、本変形例に係る粒子検出センサ1において、信号処理部71は、信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる第1閾値の第1交点と、信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる第2閾値の第2交点とから、第2交点に対する第1交点の変化の割合を算出し、又は、信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる第1閾値の第3交点と、信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる第2閾値の第4交点とから、第4交点に対する第3交点の変化の割合を算出する。そして、信号処理部71は、変化の割合から信号のピーク値を推定する。
これによれば、信号処理部71は、信号が示す波形の立ち上がり部分での第1交点及び第2交点、又は、信号が示す波形の立ち下がり部分での第3交点及び第4交点を算出する。信号処理部71は、第2交点に対する第1交点の変化の割合、又は、第4交点に対する第3交点の変化の割合を算出する。これにより、信号処理部71は、変化の割合から信号のピーク値を推定することができる。このため、粒子径及び粒子数を推定することができる。
本変形例における他の作用効果についても、実施の形態1と同様の作用効果を奏する。
(実施の形態2)
[構成]
本実施の形態に係る粒子検出センサ1の構成について説明する。
[構成]
本実施の形態に係る粒子検出センサ1の構成について説明する。
本実施の形態では、隣り合う2つの閾値である、第1閾値と第2閾値との閾値間の比率が70%以下である点で実施の形態1と異なっている。また、本実施の形態の粒子検出センサ1は、特に明記しない場合は、実施の形態1と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
隣り合う2つの閾値である第1閾値と第2閾値とにおいて、信号処理部71は、第2閾値を第1閾値の70%以下の値に設定する。なお、第3閾値が存在する場合、信号処理部71は、第3閾値を第2閾値の70%以下の値に設定する。第3閾値以降の第4閾値が存在する場合も同様である。
この場合において、第2閾値を第1閾値の70%以下とする理由について、図8A及び図8Bの実験結果を用いて説明する。
図8Aは、実施の形態2に係る粒子検出センサ1の受光素子131が受光した信号が示す波形の図である。図8Bは、実施の形態2に係る粒子検出センサ1の受光素子131が受光した信号が示す波形において、閾値間の比率を変更した場合のピーク値を示す説明図である。
図8Aに示すように、粒子検出センサ1の受光素子131が受光した信号のピーク値は、184.9mVである。このような信号が示す波形において、図8Bでは、第1閾値t1と第2閾値t2との閾値間の比率を、90%、80%、70%、60%と変更した場合のグラフを示す。図8Bの太実線は、図8Aでの信号のピーク値184.9mVを示している。
図8Bで示すように、閾値間の比率が低下するほど、実際の信号のピーク値184.9mVに近づいていることが判る。第1閾値t1と第2閾値t2との閾値間の比率が70%以下では、ピーク値184.9mVとの誤差が1割にも満たないため、誤差が小さく、精度よく信号のピーク値を推定することができていると考えられる。これにより、第2閾値t2を第1閾値t1の70%以下とした。
[作用効果]
次に、本実施の形態における粒子検出センサ1の作用効果について説明する。
次に、本実施の形態における粒子検出センサ1の作用効果について説明する。
また、本実施の形態に係る粒子検出センサ1において、第2閾値は、第1閾値の70%以下の値である。
これによれば、第2閾値が第1閾値の70%以下の値であるため、信号が示す波形、第1閾値及び第2閾値に基づいて、信号のピーク値をより正確に推定することができる。
本実施の形態における他の作用効果についても、実施の形態1等と同様の作用効果を奏する。
(その他変形例等)
以上、本発明について、実施の形態1、2及び実施の形態1の変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態1、2及び実施の形態1の変形例に限定されるものではない。
以上、本発明について、実施の形態1、2及び実施の形態1の変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態1、2及び実施の形態1の変形例に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態1、2及び実施の形態1の変形例において、信号処理部は、第1閾値での信号の波形幅と、第2閾値での信号の波形幅とを計数してもよい。また、信号処理部は、第1閾値と第2閾値との差分値と、第1閾値の波形幅と第2閾値の波形幅との差分値とから、信号の変化の割合を算出してもよい。そして、信号処理部は、第1閾値と第2閾値との差分値と、第1閾値の波形幅と第2閾値の波形幅との差分値とから、信号の変化の割合を算出する。これにより、信号処理部は、変化の割合から信号のピーク値を推定することができる。このため、粒子径及び粒子数を推定することができる。
また、上記実施の形態1、2及び実施の形態1の変形例において、粒子検出センサは、煙感知器、空気清浄機、換気扇、エアコン等の家電機器に搭載されてもよい。
また、上記実施の形態1、2及び実施の形態1の変形例に係る粒子検出センサに含まれる各処理部は典型的に集積回路であるLSIとして実現される。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように1チップ化されてもよい。
また、集積回路化はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後にプログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、又はLSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
なお、上記各実施の形態1、2において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPU又はプロセッサ等のプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
また、上記で用いた数字は、全て本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示の実施の形態は例示された数字に制限されない。
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
また、フローチャートにおける各ステップが実行される順序は、本開示を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が、他のステップと同時(並列)に実行されてもよい。
その他、実施の形態1、2及び実施の形態1の変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態1、2及び実施の形態1の変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
1 粒子検出センサ
2 粒子
71 信号処理部
121 投光素子
131 受光素子
DA 検知領域
2 粒子
71 信号処理部
121 投光素子
131 受光素子
DA 検知領域
Claims (7)
- 気体に浮遊する粒子が通過する検知領域に光を出力する投光素子と、
粒子による前記投光素子からの光の散乱光を受光して信号を出力する受光素子と、
前記受光素子が出力した前記信号の波形幅を計数する閾値を設ける信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、
前記閾値である、少なくとも第1閾値と第2閾値とを設け、
前記信号が示す波形と前記第1閾値と前記第2閾値とに基づいて、前記信号のピーク値を推定する
粒子検出センサ。 - 前記信号処理部は、
前記信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる前記第1閾値の第1交点と、前記信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる前記第2閾値の第2交点とから、前記第2交点に対する前記第1交点の変化の割合を算出し、又は、前記信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる前記第1閾値の第3交点と、前記信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる前記第2閾値の第4交点とから、前記第4交点に対する前記第3交点の変化の割合を算出し、
前記変化の割合から前記信号のピーク値を推定する
請求項1に記載の粒子検出センサ。 - 前記信号処理部は、
前記信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる前記第1閾値の第1交点と、前記信号が示す波形の立ち上がり部分と交わる前記第2閾値の第2交点とから、前記第2交点に対する前記第1交点の変化の割合を算出し、及び、前記信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる前記第1閾値の第3交点と、前記信号が示す波形の立ち下がり部分と交わる前記第2閾値の第4交点とから、前記第4交点に対する前記第3交点の変化の割合を算出し、
各々の前記変化の割合から前記信号のピーク値を推定する
請求項1に記載の粒子検出センサ。 - 前記信号処理部は、
前記第1閾値での前記信号の波形幅と、前記第2閾値での前記信号の波形幅とを計数し、
前記第1閾値と第2閾値との差分値と、前記第1閾値の波形幅と前記第2閾値の波形幅との差分値とから、前記信号の変化の割合を算出し、
前記変化の割合から前記信号のピーク値を推定する
請求項1に記載の粒子検出センサ。 - 前記第1閾値での前記信号の波形幅は、前記第2閾値での前記信号の波形幅と異なっている
請求項1〜4のいずれか1項に記載の粒子検出センサ。 - 前記第2閾値は、前記第1閾値の70%以下の値である
請求項1〜5のいずれか1項に記載の粒子検出センサ。 - 気体に浮遊する粒子が通過する検知領域に光を出力し、
出力した光が粒子によって散乱した散乱光を受光して信号を出力し、
受光素子が受光した前記信号の波形幅を計数する第1閾値及び第2閾値であって、前記信号が示す波形、前記第1閾値及び前記第2閾値に基づいて、前記信号のピーク値を推定する
粒子検出方法。
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JP2017165856A JP2019045197A (ja) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | 粒子検出センサ及び粒子検出方法 |
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- 2017-08-30 JP JP2017165856A patent/JP2019045197A/ja active Pending
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