JP2023130161A - Gas sensor module and gas sensor system - Google Patents
Gas sensor module and gas sensor system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023130161A JP2023130161A JP2022034671A JP2022034671A JP2023130161A JP 2023130161 A JP2023130161 A JP 2023130161A JP 2022034671 A JP2022034671 A JP 2022034671A JP 2022034671 A JP2022034671 A JP 2022034671A JP 2023130161 A JP2023130161 A JP 2023130161A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas sensor
- sensor module
- amplifier
- converter
- control section
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 16
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims description 15
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 10
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 10
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 80
- HEZMWWAKWCSUCB-PHDIDXHHSA-N (3R,4R)-3,4-dihydroxycyclohexa-1,5-diene-1-carboxylic acid Chemical compound O[C@@H]1C=CC(C(O)=O)=C[C@H]1O HEZMWWAKWCSUCB-PHDIDXHHSA-N 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
本開示は、ガスセンサモジュール及びガスセンサシステムに関する。 The present disclosure relates to gas sensor modules and gas sensor systems.
対象(例えば、気体又は液体を構成する分子等)の量に応じて体積が変化する体積変化体を備えるとともに、体積変化体の体積の変化に伴って生じる応力を検出するセンサが知られている。特許文献1には、本体部と、体積変化体と、検出部とを備えるセンサが開示されている。本体部は、平板状であり、且つ、第1方向における第1端が支持されるとともに、厚さ方向における両端面のうちの少なくとも一方にて開口する収容空間を有する。体積変化体は、対象の量に応じて体積が変化するとともに、少なくとも一部が収容空間に収容されるように本体部により支持される。検出部は、本体部のうちの、第1方向における第2端に連接し、且つ、体積変化体の体積の変化に伴って生じる応力を検出する。 Sensors are known that include a volume changeable body whose volume changes depending on the amount of an object (for example, molecules constituting a gas or liquid), and that detect stress that occurs as the volume of the volume change body changes. . Patent Document 1 discloses a sensor including a main body, a volume change body, and a detection section. The main body has a flat plate shape, has a first end supported in the first direction, and has a housing space that is open at at least one of both end faces in the thickness direction. The volume-changing body has a volume that changes depending on the amount of the object, and is supported by the main body so that at least a portion thereof is accommodated in the accommodation space. The detection section is connected to a second end of the main body section in the first direction, and detects stress that occurs due to a change in volume of the volume change body.
このようなセンサを用いたガスセンサモジュールは、センサにより検出されたガスのアナログ信号の電圧をアンプにより増幅した後、ADコンバータによりデジタル信号に変更したものをマイクロコンピュータに出力することで、ガスの検出データを取得する。 A gas sensor module using such a sensor can detect gas by amplifying the voltage of the analog signal of the gas detected by the sensor using an amplifier, converting it into a digital signal using an AD converter, and outputting the digital signal to a microcomputer. Get data.
ADコンバータに出力されたアナログ信号が、ADコンバータにより出力可能な電圧のレンジを超えることがある。そうすると、マイクロコンピュータはガス検出の信号を取得することができない。例えば、ガスに応じて膨張又は収縮することで生じる応力によりガスを検知する感応膜を用いるガスセンサの場合、ガスがプラスとマイナスの両方を含む広い範囲の電圧として検出されることがある。このような場合は、検出された信号が、ADコンバータにより出力可能な電圧のレンジを超えやすくなる。検出された信号が、ADコンバータにより出力可能な電圧のレンジを超えやすくなると、当然、ガス検出の信号を取得することができない。 The analog signal output to the AD converter may exceed the voltage range that can be output by the AD converter. In this case, the microcomputer cannot acquire the gas detection signal. For example, in the case of a gas sensor that uses a sensitive film that detects gas by the stress generated by expanding or contracting in response to the gas, the gas may be detected as a voltage in a wide range including both positive and negative voltages. In such a case, the detected signal tends to exceed the voltage range that can be output by the AD converter. If the detected signal tends to exceed the voltage range that can be output by the AD converter, it will naturally be impossible to obtain the gas detection signal.
他方、この問題に対応するために、ADコンバータにより出力可能な電圧のレンジの幅を単純に広くしようとすると、多量の電力を要したり、ADコンバータのサイズを大きくしたりする必要などの問題も生じる。 On the other hand, if we simply try to widen the voltage range that can be output by the AD converter in order to deal with this problem, we will have problems such as requiring a large amount of power and increasing the size of the AD converter. also occurs.
本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ガスを検出する信号の電圧の範囲の幅が大きい場合に、電力やスペースの増大を抑制しつつ、ガス検出の信号を取得しやすいガスセンサモジュール及びガスセンサシステムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above points, and when the voltage range of the gas detection signal is wide, it is easy to obtain the gas detection signal while suppressing an increase in power and space. The present invention aims to provide a gas sensor module and a gas sensor system.
本開示のある観点によれば、ガスセンサと、測定対象の測定結果に応じて前記ガスセンサから出力される第1アナログ信号を所定量増幅して第2アナログ信号を出力する増幅器と、前記第2アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器と、前記デジタル信号を取得する制御部と、を備え、前記制御部は、前記増幅器のオフセット電圧をスライドさせる制御を行うオフセット制御部を備える、ガスセンサモジュールが提供される。 According to one aspect of the present disclosure, a gas sensor, an amplifier that amplifies a first analog signal output from the gas sensor by a predetermined amount according to a measurement result of a measurement target and outputs a second analog signal, and A gas sensor module comprising: an AD converter that converts a signal into a digital signal; and a control section that acquires the digital signal; the control section includes an offset control section that controls sliding of an offset voltage of the amplifier; provided.
前記オフセット制御部は、設定値に基づいて前記AD変換器の入力レンジをスライドさせる制御を行ってもよい。 The offset control section may perform control to slide the input range of the AD converter based on a set value.
前記制御部は、前記設定値を記憶する記憶部をさらに備えてもよい。 The control unit may further include a storage unit that stores the setting value.
上記ガスセンサモジュールは、前記設定値を選択する選択スイッチをさらに備えてもよい。 The gas sensor module may further include a selection switch that selects the set value.
前記オフセット制御部は、所定時間における前記デジタル信号の傾きに基づいて前記増幅器のオフセット電圧をスライドさせる制御を行ってもよい。 The offset control section may perform control to slide the offset voltage of the amplifier based on the slope of the digital signal over a predetermined time.
前記制御部は、前記増幅器の増幅率を切り替える制御を行うゲイン制御部をさらに備えてもよい。 The control section may further include a gain control section that performs control to switch an amplification factor of the amplifier.
前記ゲイン制御部は、前記第2アナログ信号の電圧が前記AD変換器の入力レンジを超えた場合に前記増幅器の増幅率を減少させるように制御してもよい。 The gain control unit may control to reduce the amplification factor of the amplifier when the voltage of the second analog signal exceeds an input range of the AD converter.
前記ゲイン制御部は、所定時間における前記デジタル信号の傾きに基づいて前記増幅器の増幅率を切り替える制御を行ってもよい。 The gain control section may perform control to switch an amplification factor of the amplifier based on a slope of the digital signal over a predetermined period of time.
前記制御部は、前記オフセット制御部によるオフセット電圧のスライドの前後又は前記ゲイン制御部による前記増幅器の増幅率の切り替えの前後で前記AD変換器の出力を合わせる補正を行う補正部をさらに備えてもよい。 The control unit may further include a correction unit that performs correction to match the output of the AD converter before and after sliding the offset voltage by the offset control unit or before and after switching the amplification factor of the amplifier by the gain control unit. good.
前記ガスセンサは、検出対象のガスの量に応じて体積が変化する感応膜と、前記感応膜の体積の変化に伴って生じる応力を検出する検出部と、を備えてもよい。 The gas sensor may include a sensitive film whose volume changes depending on the amount of gas to be detected, and a detection section that detects stress generated due to the change in volume of the sensitive film.
本開示の別の観点によれば、上記ガスセンサモジュールと、前記制御部から前記デジタル信号を取得し、前記デジタル信号に基づいた情報を出力する情報処理装置と、を備えるガスセンサシステムが提供される。 According to another aspect of the present disclosure, there is provided a gas sensor system including the gas sensor module and an information processing device that acquires the digital signal from the control unit and outputs information based on the digital signal.
本開示によれば、ガスを検出する信号の電圧の範囲の幅が大きい場合であっても、電力やスペースの増大を抑制しつつ、ガス検出の信号を取得しやすいガスセンサモジュール及びガスセンサシステムを提供することができる。 According to the present disclosure, there is provided a gas sensor module and a gas sensor system that can easily acquire a gas detection signal while suppressing an increase in power and space even when the voltage range of the gas detection signal is wide. can do.
以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 An example of an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to the same or equivalent components and parts in each drawing. Furthermore, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.
図1は、本実施形態に係るガスセンサモジュールを備えたガスセンサシステムの概略構成を示す図である。図1に示したガスセンサシステム1は、ガスセンサモジュール10と、中継装置20と、情報処理装置30と、を備える。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a gas sensor system including a gas sensor module according to this embodiment. The gas sensor system 1 shown in FIG. 1 includes a gas sensor module 10, a relay device 20, and an information processing device 30.
ガスセンサモジュール10は、測定対象を測定する。測定対象は、気体、液体、又は、固体を構成する分子である。また例えば、測定対象は、気体、液体、及び、固体のうちの少なくとも2つからなる混合物を構成する分子である。ガスセンサモジュール10は、内部にセンサを備える。本実施形態に係るセンサは、測定対象の量に応じて体積が変化する体積変化体を備えるとともに、体積変化体の体積の変化に伴って生じる応力を検出するセンサである。 The gas sensor module 10 measures a measurement target. The measurement target is a gas, a liquid, or a molecule constituting a solid. For example, the measurement target is a molecule that constitutes a mixture of at least two of gas, liquid, and solid. The gas sensor module 10 includes a sensor inside. The sensor according to the present embodiment is a sensor that includes a volume changeable body whose volume changes depending on the amount of the object to be measured, and detects stress that occurs due to a change in the volume of the volume change body.
中継装置20は、ガスセンサモジュール10による測定対象の測定結果をガスセンサモジュール10から取得する。ガスセンサモジュール10と中継装置20とは有線で接続されている。中継装置20は、測定対象の測定結果をガスセンサモジュール10から取得すると共に、ガスセンサモジュール10へ電力を供給する。 The relay device 20 acquires the measurement results of the measurement target by the gas sensor module 10 from the gas sensor module 10 . The gas sensor module 10 and the relay device 20 are connected by wire. The relay device 20 acquires the measurement results of the measurement target from the gas sensor module 10 and supplies power to the gas sensor module 10.
そして中継装置20は、ガスセンサモジュール10から取得した測定対象の測定結果を蓄積し、蓄積した測定結果を任意のタイミングで情報処理装置30に送信する。中継装置20から情報処理装置30への送信は、所定の通信プロトコル、例えばUDP(User Datagram Protocol)によって行われる。中継装置20から情報処理装置30への送信は、有線送信であってもよく、無線送信であってもよい。中継装置20は、測定結果を蓄積する際に、所定のフォーマット、例えばCSV(Comma Separated Value)形式で蓄積する。 The relay device 20 then accumulates the measurement results of the measurement target obtained from the gas sensor module 10, and transmits the accumulated measurement results to the information processing device 30 at an arbitrary timing. Transmission from the relay device 20 to the information processing device 30 is performed using a predetermined communication protocol, for example, UDP (User Datagram Protocol). The transmission from the relay device 20 to the information processing device 30 may be wired transmission or wireless transmission. When the relay device 20 accumulates the measurement results, it accumulates them in a predetermined format, for example, a CSV (Comma Separated Value) format.
情報処理装置30は、ガスセンサモジュール10で測定され、中継装置20から送信された測定結果に対する情報処理を実行する。例えば、情報処理装置30は、ガスセンサモジュール10で測定された測定結果をグラフで表示する処理を実行する。 The information processing device 30 performs information processing on the measurement results measured by the gas sensor module 10 and transmitted from the relay device 20. For example, the information processing device 30 executes a process of displaying the measurement results measured by the gas sensor module 10 in a graph.
なお、本実施形態では、ガスセンサモジュール10と、中継装置20とを別々の装置としているが、本開示は係る例に限定されない。ガスセンサモジュール10に、中継装置20の機能を備え、ガスセンサモジュール10から情報処理装置30へ直接測定結果を送信してもよい。 Note that in this embodiment, the gas sensor module 10 and the relay device 20 are separate devices, but the present disclosure is not limited to such an example. The gas sensor module 10 may be provided with the function of the relay device 20 and the measurement results may be directly transmitted from the gas sensor module 10 to the information processing device 30.
ガスセンサモジュール10は、センサからの出力をアンプで増幅し、増幅後のアナログ信号を、AD変換器でデジタル信号に変換することで、センサによる測定対象の測定結果を得る。ここで、通常AD変換器があらゆる信号レベルの入力を変換できるわけではなく、変換可能な信号レベルは、仕様の最大電圧に制限される。センサから出力されるアナログ信号の範囲が予め分かっていれば、その範囲をカバーできる入力レンジのAD変換器を用意すればよい。しかし、センサから出力されるアナログ信号の範囲が不定であれば、センサから出力されるアナログ信号を正しくデジタル信号に変換できない場合がある。 The gas sensor module 10 amplifies the output from the sensor with an amplifier, and converts the amplified analog signal into a digital signal with an AD converter, thereby obtaining a measurement result of the object to be measured by the sensor. Here, an AD converter cannot normally convert an input signal level of every signal level, and the convertible signal level is limited to the maximum voltage of the specification. If the range of the analog signal output from the sensor is known in advance, an AD converter with an input range that can cover that range may be prepared. However, if the range of the analog signal output from the sensor is undefined, the analog signal output from the sensor may not be correctly converted into a digital signal.
図2は、あるセンサから出力されるアナログ信号の例を示すグラフである。例えば入力レンジが0V~5VのAD変換器を用いた場合、0V~5Vの範囲にあるアナログ信号はデジタル信号へ変換することができる。しかし、0V~5Vの範囲を超えるアナログ信号は、入力レンジが0V~5VのAD変換器ではクリッピングされてしまい、デジタル信号へ正しく変換することができない。 FIG. 2 is a graph showing an example of an analog signal output from a certain sensor. For example, when using an AD converter with an input range of 0V to 5V, analog signals in the range of 0V to 5V can be converted to digital signals. However, an analog signal exceeding the range of 0V to 5V will be clipped by an AD converter whose input range is 0V to 5V, and cannot be correctly converted into a digital signal.
また、本実施形態で用いるセンサは、測定対象の量に応じて体積が変化する体積変化体を備えており、膨張すればプラスの電圧値を、収縮すればマイナスの電圧値を、それぞれ出力する。また、センサが出力する波形は、測定対象と官能膜とによって決まるため、新規の測定対象を測定した場合、センサがどのような波形のデータを出力するかどうか分からない。 Furthermore, the sensor used in this embodiment includes a volume-changing body whose volume changes depending on the amount of the object to be measured, and outputs a positive voltage value when it expands and a negative voltage value when it contracts. . Furthermore, since the waveform output by the sensor is determined by the measurement target and the functional membrane, it is not known what kind of waveform data the sensor will output when measuring a new measurement target.
さらに、センサから出力されるアナログ信号は微小なため、アンプで増幅させてからAD変換器に送られるが、アンプのオフセット電圧によっては、アンプを通過した後のアナログ信号の範囲が、AD変換器の入力レンジから外れてしまう。そこで、アンプのオフセット電圧の調整も必要となるが、測定対象に応じた調整が求められ、さらにオフセット電圧は、周囲温度及び時間経過によりドリフトする。 Furthermore, since the analog signal output from the sensor is minute, it is amplified by an amplifier before being sent to the AD converter, but depending on the offset voltage of the amplifier, the range of the analog signal after passing through the amplifier may be is out of the input range. Therefore, it is also necessary to adjust the offset voltage of the amplifier, but the adjustment is required depending on the object to be measured, and furthermore, the offset voltage drifts depending on the ambient temperature and the passage of time.
また、入力レンジを超える範囲のアナログ信号がAD変換器に入力された場合を想定して、入力レンジの幅が広いAD変換器を用いたり、オフセット電圧がドリフトしないアンプを用いたりすることは、電力消費量の増大及びガスセンサモジュールのコストアップに繋がってしまう。 In addition, assuming that an analog signal in a range exceeding the input range is input to the AD converter, it is possible to use an AD converter with a wide input range or an amplifier whose offset voltage does not drift. This leads to an increase in power consumption and an increase in the cost of the gas sensor module.
本実施形態に係るガスセンサモジュールは、コストアップに繋がるような部品を用いずに、様々な測定対象に対応できるよう、アンプのオフセット電圧の調整、及び、アンプのゲインの調整を、ガスセンサモジュールの筐体を開けずに行えるようにしたことを特徴とする。 The gas sensor module according to this embodiment allows adjustment of the offset voltage of the amplifier and adjustment of the gain of the amplifier to be performed on the housing of the gas sensor module so that it can be used for various measurement targets without using parts that would lead to an increase in cost. It is characterized by being able to be performed without opening the body.
図3は、本実施形態に係るガスセンサモジュール10の構成例を示す図である。ガスセンサモジュール10は、ガスセンサ110と、アンプ群120と、AD変換器130と、マイクロコントローラ140と、DCDC変換器150と、スイッチ部160と、を備える。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the gas sensor module 10 according to the present embodiment. The gas sensor module 10 includes a gas sensor 110, an amplifier group 120, an AD converter 130, a microcontroller 140, a DCDC converter 150, and a switch section 160.
ガスセンサ110は、測定対象の量に応じて体積が変化する官能膜111を備えるとともに、体積変化体の体積の変化に伴って生じる応力を検出する検出部112を備える、ピエゾ抵抗型応力応答センサである。ガスセンサ110は、例えば、国際公開第2019/188164号に開示されているセンサを用いることができる。本実施形態に係るガスセンサ110は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)プロセスを用いて製造されたセンサである。本実施形態に係るガスセンサ110は、4つのチャンネルで測定対象の測定結果を出力する。ガスセンサ110による測定対象の測定に応じて出力されるアナログ信号が、本開示の第1アナログ信号の一例である。 The gas sensor 110 is a piezoresistive stress-responsive sensor that includes a functional film 111 whose volume changes depending on the amount of the object to be measured, and a detection section 112 that detects stress that occurs due to changes in the volume of a volume-changing object. be. For the gas sensor 110, for example, a sensor disclosed in International Publication No. 2019/188164 can be used. The gas sensor 110 according to this embodiment is a sensor manufactured using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) process. The gas sensor 110 according to this embodiment outputs the measurement results of the measurement target through four channels. The analog signal output in response to the measurement of the measurement target by the gas sensor 110 is an example of the first analog signal of the present disclosure.
アンプ群120は、ガスセンサ110の出力を所定量増幅する。アンプ群120は、ガスセンサ110の出力チャンネルの数に応じたアンプからなり、本実施形態では、アンプ群120は4つのアンプ121、122、123、124からなる。アンプ群120を構成する各アンプ121~124は、それぞれ、外部から増幅率(ゲイン)及びオフセット電圧を切り替えることが可能なアンプである。アンプ群120の各アンプ121~124が出力するアナログ信号が、本開示の第2アナログ信号の一例である。 Amplifier group 120 amplifies the output of gas sensor 110 by a predetermined amount. The amplifier group 120 consists of amplifiers corresponding to the number of output channels of the gas sensor 110, and in this embodiment, the amplifier group 120 consists of four amplifiers 121, 122, 123, and 124. Each of the amplifiers 121 to 124 constituting the amplifier group 120 is an amplifier whose amplification factor (gain) and offset voltage can be switched from the outside. The analog signals output by each of the amplifiers 121 to 124 of the amplifier group 120 are an example of the second analog signal of the present disclosure.
AD変換器130は、アンプ群120の各アンプが出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。本実施形態では、AD変換器130は4チャンネルのアナログ信号の入力のそれぞれをデジタル信号へ変換して、デジタル信号をマイクロコントローラ140へ出力する。 The AD converter 130 converts analog signals output from each amplifier of the amplifier group 120 into digital signals. In this embodiment, the AD converter 130 converts each of the four channels of analog signal input into a digital signal, and outputs the digital signal to the microcontroller 140.
マイクロコントローラ140は、本開示の制御部の一例であり、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を備える集積回路である。マイクロコントローラ140のROMには、アンプ群120の各アンプ121~124のゲインを制御することで、レンジ制御プログラムが格納されている。マイクロコントローラ140のCPUが、ROMに格納されたゲイン制御プログラムを読み出して実行することにより、マイクロコントローラ140はオフセット制御部142、ゲイン制御部144及び補正部146を備えるように機能する。 The microcontroller 140 is an example of a control unit according to the present disclosure, and is an integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory). A range control program is stored in the ROM of the microcontroller 140 by controlling the gains of each of the amplifiers 121 to 124 of the amplifier group 120. When the CPU of the microcontroller 140 reads and executes the gain control program stored in the ROM, the microcontroller 140 functions to include an offset control section 142, a gain control section 144, and a correction section 146.
オフセット制御部142は、アンプ群120の各アンプ121~124のオフセット電圧を切り替える制御を行う。オフセット制御部142は、アンプ121~124のオフセット電圧を切り替えることで、アンプ群120の出力をAD変換器130の入力レンジに適合させることができる。 The offset control unit 142 performs control to switch the offset voltage of each amplifier 121 to 124 of the amplifier group 120. The offset control unit 142 can adapt the output of the amplifier group 120 to the input range of the AD converter 130 by switching the offset voltages of the amplifiers 121 to 124.
ゲイン制御部144は、アンプ群120の各アンプ121~124のゲイン(増幅率)を切り替える制御を行う。ゲイン制御部144は、アンプ121~124のゲインを切り替えることで、アンプ群120の出力をAD変換器130の入力レンジに適合させることができる。 The gain control unit 144 performs control to switch the gain (amplification factor) of each amplifier 121 to 124 in the amplifier group 120. The gain control unit 144 can adapt the output of the amplifier group 120 to the input range of the AD converter 130 by switching the gains of the amplifiers 121 to 124.
オフセット制御部142は、設定値記憶部148に記憶されている設定値を参照して、アンプ121~124のオフセット電圧を切り替える。また、ゲイン制御部144は、設定値記憶部148に記憶されている設定値を参照して、アンプ121~124のゲインを切り替える。設定値記憶部148に記憶されている設定値は、例えば、予めいくつかの測定対象を測定し、その測定対象の測定結果としてガスセンサ110が出力するアナログ信号がAD変換器130の入力レンジに適合するようなオフセット電圧及びゲインの設定値である。 The offset control section 142 switches the offset voltages of the amplifiers 121 to 124 by referring to the setting values stored in the setting value storage section 148. Further, the gain control section 144 switches the gains of the amplifiers 121 to 124 by referring to the setting values stored in the setting value storage section 148. The setting values stored in the setting value storage unit 148 are, for example, such that several measurement targets are measured in advance, and the analog signal output by the gas sensor 110 as the measurement result of the measurement target matches the input range of the AD converter 130. The offset voltage and gain settings are such that
オフセット制御部142及びゲイン制御部144が参照する設定値の切り替えは、例えば、中継装置20又は情報処理装置30から設定値を切り替えるコマンドをガスセンサモジュール10に送信することによって行われてもよい。中継装置20又は情報処理装置30から設定値を切り替えるコマンドをガスセンサモジュール10に送信することで、ガスセンサモジュール10の筐体を開けてオフセット電圧を調整したりゲインを変更したりする必要無く、ガスセンサ110が出力するアナログ信号をAD変換器130の入力レンジに適合させることができる。 The setting values referred to by the offset control unit 142 and the gain control unit 144 may be switched, for example, by transmitting a command to switch the setting values from the relay device 20 or the information processing device 30 to the gas sensor module 10. By sending a command to change the set value from the relay device 20 or the information processing device 30 to the gas sensor module 10, the gas sensor 110 can be changed without having to open the casing of the gas sensor module 10 to adjust the offset voltage or change the gain. The analog signal output by the converter can be adapted to the input range of the AD converter 130.
図4は、アンプ群120のあるアンプから出力されるアナログ信号の時間変化の例を示すグラフである。例えば、ガスセンサ110による測定結果を示す電圧値が時間と共に上昇していく場合、ある時刻tで所定の閾値を上回る。このまま電圧値が上昇を続けると、やがてAD変換器130の入力レンジの上限に達し、測定結果を示す電圧値をAD変換器130で正しくデジタル信号に変換できなくなってしまう。 FIG. 4 is a graph showing an example of a temporal change in an analog signal output from a certain amplifier in the amplifier group 120. For example, when the voltage value indicating the measurement result by the gas sensor 110 increases with time, it exceeds a predetermined threshold value at a certain time t. If the voltage value continues to rise, it will eventually reach the upper limit of the input range of the AD converter 130, and the AD converter 130 will no longer be able to correctly convert the voltage value representing the measurement result into a digital signal.
そこで、オフセット制御部142及びゲイン制御部144は、AD変換器130から出力されるデジタル信号が所定の閾値を超えた場合に、参照する設定値を切り替えて、切り替えた設定値をアンプ群120の各アンプ121~124に設定してもよい。例えばAD変換器130から出力されるデジタル信号の値が所定の閾値を超えた場合(言い換えれば、アンプ群120のあるアンプから出力されるアナログ信号の電圧値が所定の閾値を超えた場合)に、ゲイン制御部144は、設定値記憶部148に格納されている設定値の参照先を切り替え、アンプ群120の各アンプに設定するゲインを変更する。 Therefore, when the digital signal output from the AD converter 130 exceeds a predetermined threshold, the offset control section 142 and the gain control section 144 switch the reference setting value and apply the switched setting value to the amplifier group 120. It may be set in each of the amplifiers 121 to 124. For example, when the value of a digital signal output from the AD converter 130 exceeds a predetermined threshold (in other words, when the voltage value of an analog signal output from a certain amplifier in the amplifier group 120 exceeds a predetermined threshold) , the gain control section 144 switches the reference destination of the setting values stored in the setting value storage section 148 and changes the gain set for each amplifier of the amplifier group 120.
図5は、アンプ群120のあるアンプから出力されるアナログ信号の時間変化の例を示すグラフである。図5に示した例では、時刻tまではアンプのゲインを100倍にしていたが、時刻tでAD変換器130から出力されるデジタル信号の値が所定の閾値を超えたので、時刻t以後ではゲイン制御部144がアンプのゲインを50倍に切り替えている。時刻tでゲイン制御部144がアンプのゲインを半分に切り替えることで、仮に電圧値が上昇を続けても、AD変換器130の入力レンジの上限に達するまで余裕が生じる。 FIG. 5 is a graph showing an example of a temporal change in an analog signal output from a certain amplifier in the amplifier group 120. In the example shown in FIG. 5, the gain of the amplifier was increased to 100 times until time t, but since the value of the digital signal output from the AD converter 130 exceeded a predetermined threshold at time t, after time t In this case, the gain control section 144 switches the gain of the amplifier to 50 times. Since the gain control unit 144 switches the gain of the amplifier to half at time t, even if the voltage value continues to rise, there is a margin until the upper limit of the input range of the AD converter 130 is reached.
測定の途中でオフセット制御部142がアンプのオフセット電圧を切り替えたり、ゲイン制御部144がアンプのゲインを切り替えたりすると、アンプから出力されるアナログ信号の連続性が無くなる。マイクロコントローラ140は、AD変換器130から出力されるオフセット電圧又はゲインの切り替え後のデジタル信号に対して、切り替え前のオフセット電圧又はゲインに合わせるような補正を行う補正部146を備えてもよい。図5の例では、補正部146は、時刻t以後はAD変換器130が出力するデジタル信号を2倍にする補正を行う。 If the offset control section 142 switches the offset voltage of the amplifier or the gain control section 144 switches the gain of the amplifier during measurement, the continuity of the analog signal output from the amplifier is lost. The microcontroller 140 may include a correction unit 146 that performs correction on the digital signal output from the AD converter 130 after the offset voltage or gain has been switched to match the offset voltage or gain before switching. In the example of FIG. 5, the correction unit 146 performs correction to double the digital signal output by the AD converter 130 after time t.
図6は、補正部146による、AD変換器130が出力するデジタル信号の補正の例を示す図である。時刻t以後でAD変換器130が出力するデジタル信号を補正しない場合は、図6の破線で示す値となるが、これは時刻t以前の測定結果とゲインが一致していないので、正しい値とはならない。時刻t以後では、AD変換器130が出力するデジタル信号を補正部146が2倍に補正することで、時刻t以前の測定結果と時刻t以後の時刻t以前の測定結果とでゲインが一致することになる。 FIG. 6 is a diagram showing an example of correction of the digital signal output by the AD converter 130 by the correction unit 146. If the digital signal output by the AD converter 130 is not corrected after time t, the value shown by the broken line in FIG. Must not be. After time t, the correction unit 146 doubles the digital signal output by the AD converter 130, so that the gain matches the measurement result before time t and the measurement result after time t and before time t. It turns out.
図5の例ではゲイン制御部144がアンプのゲインを切り替えていたが、アンプのゲインの切り替えに代えて、又はアンプのゲインの切り替えに加えて、オフセット制御部142がアンプのオフセット電圧の切り替えを行ってもよい。 In the example of FIG. 5, the gain control unit 144 switches the gain of the amplifier, but instead of or in addition to switching the gain of the amplifier, the offset control unit 142 switches the offset voltage of the amplifier. You may go.
図7は、アンプ群120のあるアンプから出力されるアナログ信号の時間変化の例を示すグラフである。図7に示した例では、時刻tまではアンプのオフセット電圧を所定の第1の電圧にしていたが、時刻tでAD変換器130から出力されるデジタル信号の値が所定の閾値を超えたので、時刻t以後ではオフセット制御部142がアンプのオフセット電圧を第1の電圧より低い所定の第2の電圧に切り替えている。時刻tでオフセット制御部142がアンプのオフセット電圧を下方に切り替えることで、仮に電圧値が上昇を続けても、AD変換器130の入力レンジの上限に達するまで余裕が生じる。 FIG. 7 is a graph showing an example of a temporal change in an analog signal output from a certain amplifier in the amplifier group 120. In the example shown in FIG. 7, the offset voltage of the amplifier was set to the predetermined first voltage until time t, but at time t, the value of the digital signal output from the AD converter 130 exceeded the predetermined threshold. Therefore, after time t, the offset control unit 142 switches the offset voltage of the amplifier to a predetermined second voltage lower than the first voltage. At time t, the offset control unit 142 switches the offset voltage of the amplifier downward, so that even if the voltage value continues to rise, there is a margin until the upper limit of the input range of the AD converter 130 is reached.
図6では、時刻tの前後でアンプのゲインが切り替わった場合の補正例が示されているが、時刻tの前後でオフセット電圧が切り替わった場合も、補正部146は同様にデジタル信号を補正する。 Although FIG. 6 shows an example of correction when the gain of the amplifier is switched before and after time t, the correction unit 146 similarly corrects the digital signal even when the offset voltage is switched before and after time t. .
DCDC変換器150は、直流電圧の変換を行う。例えば、DCDC変換器150は、外部から供給された電力の電圧を、内部の動作電圧に変換して各部に出力する。本実施形態では、中継装置20から供給される電力の電圧を内部の動作電圧に変換して出力する。 DCDC converter 150 performs DC voltage conversion. For example, the DCDC converter 150 converts the voltage of power supplied from the outside into an internal operating voltage and outputs it to each part. In this embodiment, the voltage of the power supplied from the relay device 20 is converted into an internal operating voltage and output.
スイッチ部160は、ガスセンサモジュール10を操作するための各種のスイッチからなる。本実施形態では、スイッチ部160は、オフセット制御部142及びゲイン制御部144が参照する設定値を切り替えるスイッチが設けられ得る。設定値を切り替えるスイッチがスイッチ部160に設けられていることで、ガスセンサモジュール10は、外部の装置による、オフセット制御部142及びゲイン制御部144が参照する設定値の切り替えが不要となる。 The switch section 160 includes various switches for operating the gas sensor module 10. In this embodiment, the switch section 160 may be provided with a switch that switches setting values referenced by the offset control section 142 and the gain control section 144. Since the switch unit 160 is provided with a switch for changing the set value, the gas sensor module 10 does not require an external device to switch the set value referred to by the offset control unit 142 and the gain control unit 144.
本実施形態にかかるガスセンサモジュール10は、図3に示したような構成を有することで、ゲイン及びオフセット電圧の切り替えをマイクロコントローラから行わない構成と比較して、電力やスペースの増大を抑制しつつ、ガス検出の信号が取得しやすくなる。 By having the configuration shown in FIG. 3, the gas sensor module 10 according to the present embodiment can suppress an increase in power and space, compared to a configuration in which the gain and offset voltage are not switched from a microcontroller. , it becomes easier to obtain gas detection signals.
なお、設定値記憶部148に格納されている設定値は、情報処理装置30等の外部の装置から修正されてもよい。また、情報処理装置30等の外部の装置から設定値が設定値記憶部148に追加されてもよい。ガスセンサモジュール10の外部から設定値が修正又は追加されることで、ガスセンサモジュール10で検出するガスの種類の増加に対応することが出来る。 Note that the setting values stored in the setting value storage unit 148 may be modified from an external device such as the information processing device 30. Furthermore, setting values may be added to the setting value storage unit 148 from an external device such as the information processing device 30. By modifying or adding set values from outside the gas sensor module 10, it is possible to cope with an increase in the types of gases detected by the gas sensor module 10.
また、上述の例では、補正部146は、AD変換器130から出力されるオフセット電圧又はゲインの切り替え後のデジタル信号に対して、切り替え前のオフセット電圧又はゲインに合わせるような補正を行っていたが、本開示は係る例に限定されない。補正部146は、AD変換器130から出力されるオフセット電圧又はゲインの切り替え前のデジタル信号に対して、切り替え後のオフセット電圧又はゲインに合わせるような補正を行ってもよい。補正部146によるこのような補正は、例えば、ノイズが小さく、切り替え前のデジタル信号に対して信号を増幅させる方が良い場合に好適である。 Further, in the above example, the correction unit 146 corrects the digital signal output from the AD converter 130 after the offset voltage or gain has been switched to match the offset voltage or gain before switching. However, the present disclosure is not limited to such examples. The correction unit 146 may perform correction on the digital signal output from the AD converter 130 before the offset voltage or gain is switched to match the offset voltage or gain after switching. Such correction by the correction unit 146 is suitable, for example, when noise is small and it is better to amplify the signal with respect to the digital signal before switching.
また、上述の例では、オフセット制御部142及びゲイン制御部144は、設定値記憶部148に記憶されている設定値を参照して、各アンプ121~124のゲイン及びオフセット電圧を切り替えていたが、本開示は係る例に限定されない。例えば、オフセット制御部142又はゲイン制御部144は、所定時間のデジタル信号の傾きに基づいて、その傾きが継続すると、デジタル信号が所定の閾値を超えるかどうかを判断し、判断結果に基づいて、各アンプ121~124のゲイン又はオフセット電圧を切り替える制御を行ってもよい。例えば、オフセット制御部142又はゲイン制御部144は、測定開始からの所定時間のデジタル信号の傾きに基づいて各アンプ121~124のゲイン又はオフセット電圧を切り替える制御を行ってもよい。係る制御を行うことで、オフセット制御部142又はゲイン制御部144は、設定値を参照せずに各アンプ121~124のゲイン又はオフセット電圧をリアルタイムで切り替えることができる。 Furthermore, in the above example, the offset control section 142 and the gain control section 144 switched the gain and offset voltage of each amplifier 121 to 124 by referring to the setting values stored in the setting value storage section 148. , the present disclosure is not limited to such examples. For example, the offset control unit 142 or the gain control unit 144 determines, based on the slope of the digital signal over a predetermined period of time, whether the digital signal exceeds a predetermined threshold if the slope continues, and based on the determination result, Control may be performed to switch the gain or offset voltage of each amplifier 121 to 124. For example, the offset control section 142 or the gain control section 144 may perform control to switch the gain or offset voltage of each amplifier 121 to 124 based on the slope of the digital signal during a predetermined time from the start of measurement. By performing such control, the offset control section 142 or the gain control section 144 can switch the gain or offset voltage of each amplifier 121 to 124 in real time without referring to the set value.
以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これら各種の変更例または修正例についても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above in detail with reference to the accompanying drawings, the technical scope of the present disclosure is not limited to such examples. It is clear that a person with ordinary knowledge in the technical field of the present disclosure can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that various changes or modifications naturally fall within the technical scope of the present disclosure.
1 ガスセンサシステム
10 ガスセンサモジュール
20 中継装置
30 情報処理装置
110 ガスセンサ
120 アンプ群
130 AD変換器
140 マイクロコントローラ
150 DCDC変換器
160 スイッチ部
1 Gas sensor system 10 Gas sensor module 20 Relay device 30 Information processing device 110 Gas sensor 120 Amplifier group 130 AD converter 140 Microcontroller 150 DCDC converter 160 Switch section
Claims (11)
測定対象の測定結果に応じて前記ガスセンサから出力される第1アナログ信号を所定量増幅して第2アナログ信号を出力する増幅器と、
前記第2アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器と、
前記デジタル信号を取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記増幅器のオフセット電圧をスライドさせる制御を行うオフセット制御部を備える、ガスセンサモジュール。 gas sensor and
an amplifier that amplifies a first analog signal output from the gas sensor by a predetermined amount according to a measurement result of a measurement target and outputs a second analog signal;
an AD converter that converts the second analog signal into a digital signal;
a control unit that acquires the digital signal;
Equipped with
A gas sensor module, wherein the control section includes an offset control section that controls sliding of an offset voltage of the amplifier.
検出対象のガスの量に応じて体積が変化する感応膜と、
前記感応膜の体積の変化に伴って生じる応力を検出する検出部と、
を備える、請求項1~9のいずれか1項に記載のガスセンサモジュール。 The gas sensor is
A sensitive membrane whose volume changes depending on the amount of gas to be detected,
a detection unit that detects stress generated due to a change in the volume of the sensitive film;
The gas sensor module according to any one of claims 1 to 9, comprising:
前記制御部から前記デジタル信号を取得し、前記デジタル信号に基づいた情報を出力する情報処理装置と、
を備えるガスセンサシステム。 The gas sensor module according to claim 1;
an information processing device that acquires the digital signal from the control unit and outputs information based on the digital signal;
A gas sensor system equipped with
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022034671A JP2023130161A (en) | 2022-03-07 | 2022-03-07 | Gas sensor module and gas sensor system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022034671A JP2023130161A (en) | 2022-03-07 | 2022-03-07 | Gas sensor module and gas sensor system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023130161A true JP2023130161A (en) | 2023-09-20 |
Family
ID=88024795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022034671A Pending JP2023130161A (en) | 2022-03-07 | 2022-03-07 | Gas sensor module and gas sensor system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023130161A (en) |
-
2022
- 2022-03-07 JP JP2022034671A patent/JP2023130161A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20140037112A1 (en) | Digital condenser microphone having preamplifier with variable input impedance and method of controlling variable input impedance of preamplifier | |
CN102804807A (en) | Temperature compensated microphone | |
KR101436186B1 (en) | Magnetic sensor circuit | |
JP4597204B2 (en) | Sensor module and method for correcting detection output signal of sensor module | |
JP4765708B2 (en) | Capacitive physical quantity sensor | |
CN102377343A (en) | COT (constant on time) switched DC (direct current)-to-DC power supply as well as control circuit and method thereof | |
KR101996505B1 (en) | Sensor signal processing device and readout integrated circuit comprising the sensor signal processing device | |
JP2023130161A (en) | Gas sensor module and gas sensor system | |
JP4893053B2 (en) | Physical quantity detection device | |
JP6372780B2 (en) | Infrared detector | |
JP2002107256A (en) | Pressure sensor circuit | |
JP6314681B2 (en) | A / D conversion data correction system for exhaust gas sensor | |
JP2009053110A (en) | Sensor device | |
WO2016208422A1 (en) | Pressure measurement device, pressure measurement method, and program | |
JP2006090706A (en) | Physical quantity sensor | |
JP2006284272A (en) | Sensor circuit in capacitive physical quantity sensor | |
JP2008199563A (en) | Amplifier circuit | |
CN109212259B (en) | Front-end circuit of accelerometer | |
JP2008042627A (en) | A/d conversion device and programmable controller system | |
JP6720837B2 (en) | Air-fuel ratio sensor controller | |
JP2002073118A (en) | Plc device | |
JP2008107162A (en) | Sensor | |
JP2002013995A (en) | Dynamic quantity detecting sensor | |
US20220276108A1 (en) | Pressure sensor and method for operating a pressure sensor | |
JP3076993U (en) | Strain gauge type transducer device |