JP6430018B2

JP6430018B2 - 環境センサ及び環境パラメータの測定及び予測方法

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Publication number: JP6430018B2
Application number: JP2017533911A
Authority: JP
Inventors: クンワン、
Original assignee: ゴルテック．インク
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2035-07-23
Also published as: EP3223089A1; US20170343499A1; EP3223089A4; KR102046697B1; KR20170091728A; JP2018506026A; CN104460469B; WO2016101610A1; CN104460469A; US10317355B2

Description

本発明は微小電気機械技術分野に属し、センサに関し、特にセンサの迅速な反応と計算方法に関する。

センサは、外部環境状況パラメータを測定するデバイスである。半導体技術の発展に伴い、様々なMEMSセンサも開発されている。MEMSセンサは小体積、軽量で、低エネルギー消費、デジタル出力等の利点を有し、エレクトロニクス及びデジタル集積に使いやすく、大衆消費電子製品、工業・農業生産、環境監視、医療、インテリジェントホーム、自動車、倉庫保管、歴史的環境保全等の様々な分野に幅広く応用されている。

ここで、湿度センサは典型的な微小電気機械センサであり、環境中の湿度又は相対湿度に対して反応し、電子システムによって該パラメータを反映することができる。但し、MEMS湿度センサを代表とする各種湿度センサには応答速度が遅い問題が存在することが一般的であり、それは、感湿材料の物理化学的特性の変化速度によって決められるものである。現在市場でよく見かける静電容量型と抵抗型のMEMS湿度センサの例をあげる場合、その応答時間が６秒以上であるものが多い。

一方、湿度センサの応答時間と精度は一般的に制約関係を示すことが多く、高精度の湿度センサの感湿材料は大幅な物理及び／又は化学性質の変化が伴うことが多く、一般的に、十分な幅の変化を十分に実現するために、長い時間が必要となる。これは、湿度センサの適用範囲を制限し、逆に、より高精度の感湿材料の適用を制限している。

従って、湿度センサの応答速度問題は湿度の変化が激しく、迅速に測定する必要があるなどの環境における適用を深刻に制限し、時間を無駄にさせ、測定精度を低下させる等の現象を引き起こす。インテリジェントウェアラブルと大衆消費電子製品等の製品に対し、使用者のユーザーエクスペリエンスを大幅に低減させる。環境の湿度が迅速に変化する状況において、最も高い湿度値の測定などの機能を実現できない。

その他の環境パラメータに対して応答するセンサ、例えば、様々なガスセンサにも、同様に湿度センサと類似した問題が存在する。

以上の分析を纏めると、改良又は新型のセンサとセンサの作動方法を提供する必要があり、新しいセンサは被測定環境の実際の環境パラメータを迅速且つ正確的に反映することができる。環境変化が激しい状況において、センサは出来る限り現在時刻の環境パラメータを正確に反映し、環境の変化に伴って迅速に反応しなければならない。

本発明は上記技術的問題の１つを解決するために、
送信されるためのリアルタイム感知特性値を感知するセンサ素子と、
リアルタイム感知特性値及びリアルタイムクロック信号を持続的に取得し、記憶又は出力されるための、演算を経てリアルタイム環境パラメータを取得する集積回路と、を含み、
前記集積回路には前記センサ素子に対応する物理化学的特性関数が設定されており、予測モードの下で、前記集積回路が物理化学的特性関数を利用し、現在のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロックラメータ及びリアルタイム信号、少なくとも１組の以前に記憶したリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に基づき、予測演算を行い、記憶・送信されるための実際の環境パラメータを取得する、環境センサを提供する。

前記集積回路は、さらに、
リアルタイム環境パラメータ、リアルタイムクロック信号及び実際の環境パラメータを記憶する記憶ユニットと、
物理化学的特性関数が設定されており、予測モードの下で、予測演算を行い、実際の環境パラメータを取得する予測ユニットと、を含むことができる。

予測モードの下で、前記集積回路は、さらに、後続の各組又は一部の組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に基づき、予測演算を行い、後続の実際の環境パラメータを続々取得し、以前に取得した実際の環境パラメータを修正する。

前記環境センサは、さらに、予測モードの下で、前記集積回路が取得した実際の環境パラメータを受信し、予め設定した設定パラメータに基づいて次の実際の環境パラメータのために上閾値及び／又は下閾値を設定する、中断制御ユニットを含むことができる。次の予測演算により取得した実際の環境パラメータが上閾値又は下閾値の範囲を超えた場合、前記中断制御ユニットは前記集積回路が実際の環境パラメータを出力することを阻止し、前記集積回路は次のリアルタイム環境パラメータを出力する。前記センサ素子は、感湿素子及び／又は温感素子を含むことができる。

前記環境センサは、さらに、
リアルタイム感知特性値に対して信号の前処理を行う信号調整モジュール及びアナログデジタル変換器と、
送信されるための、前記センサ素子の感知時間を記録するリアルタイムクロック信号を生成するクロックユニットと、
周辺機器とデータ交換を行うためのポートと、を含むことができる。

一方、本発明は、環境パラメータの測定及び予測方法をさらに提供する。該方法は、
センサ素子に対応する物理化学的特性関数を提供するステップ１と、
前記センサ素子により感知されたリアルタイム感知特性値及びリアルタイム感知特性値に対応するリアルタイムクロック信号を持続的に取得し、記憶されるための、前記リアルタイム感知特性値に対応するリアルタイム環境パラメータを計算するステップ２と、
変化範囲を設定し、現在のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号を以前に記憶した１組又は複数組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号と比較し、前記変化範囲を超えていない場合、現在のリアルタイム環境パラメータを出力し、前記変化範囲を超えた場合、予測演算を行うステップ３と、
予測演算において、前記物理化学的特性関数を利用し、少なくとも２組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に基づき、予測演算を行い、記憶又は出力されるための、環境要因に対応する実際の環境パラメータを取得するステップ４と、を含む。

前記ステップ４の後は、さらに、
予測演算において、後続の複数組のリアルタイム感知特性値及びリアルタイムクロック信号を持続的に取得して対応するリアルタイム環境パラメータを計算し、各組又は一部の組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号を選択して予測演算を行い、後続の実際の環境パラメータを持続的に取得するステップ５と、
後続の実際の環境パラメータを用いて以前の実際の環境パラメータを修正するステップ６と、
後続の実際の環境パラメータが安定傾向である場合、ステップ４〜ステップ６を終止するステップ７と、を含むことができる。

前記ステップ４及び／又はステップ５の後は、さらに、
現在取得した実際の環境パラメータと予め設定した設定パラメータに基づいて次の実際の環境パラメータのために上閾値及び／又は下閾値を設定するステップAと、
次の実際の環境パラメータが前記上閾値又は下閾値の範囲を超えた場合、ステップ６〜ステップ７を中止し、次のリアルタイム環境パラメータを出力するステップBと、を含むことができる。

前記ステップBの後は、さらに、
後続の出力されたリアルタイム環境パラメータが前記物理化学的特性関数の変化ルール及び閾値制限に適合し、又は設置された時間帯が経過した後、ステップ６〜ステップ７を復旧するステップCを含むことができる。

前記ステップ２において、前記リアルタイム感知特性値に対して信号調整とアナログデジタル変換を行うことができる。

本発明により提供される環境センサは、被測定環境に入った後迅速に応答し、センサ素子が感知を完全に完成することを待つことなく、被測定環境に非常に合致する実際の環境パラメータを出力することができる。前記環境センサは、迅速に測定する必要のある環境に適用し、高精度センサ素子の実際の応用のために適切な環境を提供する。ユーザーは該システムを使用する時、第１時間に環境パラメータを取得することができ、被測定環境に変化が発生した場合、該システムは迅速に修正し応答することもできる。以上の設計は日常社会生活と工業・農業生産条件における環境パラメータの迅速測定を満たすことができる。環境パラメータが不規則に迅速に変化する極端な場合、さらに予測演算を中止し、現在のリアルタイム結果を出力して注意喚起させることができる。従って、本発明により提供される環境センサは、センサの測定効率と精度を大幅に向上させ、精度がさらに高く、反応が遅い新型のセンサ材料の使用が可能となる。一方、本発明は環境パラメータを迅速且つ正確に測定し予測する方法を提供し、この方法は様々な感知素子に適用する。

は本発明により提供される環境パラメータの測定及び予測方法のステップを示す図である。は本発明の具体的な実施例における前記センサ素子の感知特性値の被測定環境における時間に伴う変化を示す図である。は本発明の具体的な実施例において提供される環境センサのシステムを示す図である。は本発明の具体的な実施例において提供される環境センサのシステムを示す図である。は本発明の具体的な実施例において提供される環境センサのシステムを示す図である。

以下、本発明の実施例を詳しく説明する。前記実施例の実例は図面に示され、始終、同じ又は類似する符号は同じ又は類似する部品又は同じ又は類似する機能を有する部品を表示する。以下、図面を参照して説明される実施例は例示的なものであり、本発明を解釈するためのものであり、本発明を限定するものと解釈されてはならない。ここで、「環境要因」は例えば温度、湿度、ある特定化学物質濃度等の環境における特徴を表し、「環境パラメータ」は「環境要因」を反映する物理量を表し、例えば、摂氏温度、濃度、モル数等を示し、「リアルタイム感知特性値」はセンサ素子の現在時刻に「環境要因」に対する感知状況を表し、出力されるのは電気信号であり、「リアルタイム環境パラメータ」は「リアルタイム感知特性値」に基づいて計算し取得した環境パラメータを表し、「実際の環境パラメータ」は前記集積回路が実際の状況に基づいて作動状態を選択し演算して得られ出力した環境パラメータを表す。

本発明は、新しい環境パラメータの測定及び予測方法を提供し、理解しやすくするために、以下、実際の構造に合わせてこの方法を説明する。図１に示すように、前記環境パラメータの測定及び予測方法は、少なくとも以下のステップを含む。

ステップ１：使用しようとするセンサ素子に対応する物理化学的特性関数を提供する。センサ素子が被測定環境に配置される時、センサ素子は特定の環境要因に対して反応し、徐々に物理的及び／又は化学的変化が発生し、リアルタイム感知特性値を生成する。通常の場合、センサ素子が被測定環境に入った後、その応答過程には一定の規則があり、通常は１回及び毎回の指数関数及びその線型結合を主とする。図２に示すように、感湿素子を例とする場合、被測定環境において時間が経つにつれて、湿度感知特性値はその固定の物理化学的関数に基づいて変化する。ここで、Pは感知特性値を表し、ｔは感知時間を表す。ｐ_０は感湿素子の監視を開始していない初期状態の感知特性値を表し、ｐは被測定環境の実際の感知特性値を表す。センサ素子は感知を行うために一定の時間が必要であるため、被測定環境に入ってｔ_１時間が経った後、感湿素子のリアルタイム感知特性値はｐではなく、ｐ_１となる。前記物理化学的特性関数はセンサ素子の感知特性値と感知時間の変化関係によって導き出した関数関係であり、センサ素子の被測定環境における感知過程と時間の変化との関係を反映できる。

ステップ２：複数組の前記センサ素子により感知されるリアルタイム感知特性値及びリアルタイム感知特性値に対応するリアルタイムクロック信号を持続的に取得し、記憶されるための、前記リアルタイム感知特性値に対応するリアルタイム環境パラメータを計算し、各リアルタイム環境パラメータに対応するリアルタイムクロック信号も同時に記憶する必要がある。一つの特定用途向け集積回路（ASIC）を用いて上述のデータを収集し、前記リアルタイムクロック信号は一つのクロックユニットによって提供される。前記集積回路はその他の電子演算ユニットにより代替することができ、設備体積を制限しない場合には、シングルチップマイクロコンピュータ等を使用してさらに複雑な機能を実現することができ、本発明はこれに対して限定しない。前記リアルタイムクロック信号はセンサ素子の被測定環境を感知する時点を記録する。例えば、第１組のリアルタイム感知特性値は感知素子が被測定環境に入った時の物理化学的特徴を表し、第１組のリアルタイムクロック信号は前記感知素子が被測定環境に入った時の時点を表す。第２組のリアルタイムクロック信号は前記センサ素子の被測定環境における滞在時間を反映し、第２組のリアルタイム感知特性値は現在時刻のセンサ素子の被測定環境に対する感知特性を反映する。前記集積回路は２つのリアルタイム感知特性値に対応するリアルタイム環境パラメータを算出し、２つのリアルタイム環境パラメータとそれらに対応するリアルタイムクロック信号を時間順に従って記憶する。

ステップ３：一つの変化範囲を設定し、現在のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号を以前に記憶した１組又は複数組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号と比較し、前記変化範囲を超えていない場合、現在のリアルタイム環境パラメータを出力し、前記変化範囲を超えた場合、予測演算を行う。

具体的に、当業者は実際の使用状況に基づいて一つの変化範囲を設定することができ、現在の取得したリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号の以前に記憶したリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に対する変化程度を評価し、その後データに対してどのような処理を行うかを決定する。前記変化範囲はリアルタイム環境パラメータのみに対して設定してもよく、例えば、「現在のリアルタイム環境パラメータの以前に記憶したリアルタイム環境パラメータに対する変化程度が３％より大きいか否か」である。又は、前記変化範囲はリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号を統合的に考えて設定してもよく、例えば、「現在のリアルタイム環境パラメータの以前に記憶したリアルタイム環境パラメータに対する変化程度が３％より大きいか否か、且つ現在のリアルタイムクロック信号と以前に記憶したリアルタイムクロック信号の間の間隔が１秒より小さい」である。変化範囲を用いて判定し、被測定環境が突然変化したか否かを判断することができる。現在のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号が前記変化範囲を超えていない場合、被測定環境に著しい変化が発生していないことを表し、リアルタイム環境パラメータを出力することができ、精度を保証できる。逆に、前記変化範囲を超えた場合、被測定環境が著しく変化したことを表し、予測演算を行う必要がある。

ステップ４：ステップ３で予測演算が必要と判断した場合、前記物理化学的特性関数を利用し、少なくとも２組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に基づき、予測演算を行い、記憶又は出力されるための、環境要因に対応する実際の環境パラメータを取得する。

具体的には、予測演算において、前記集積回路は前記センサ素子に対応する物理化学的特性関数を利用し、１組の現在のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号及び１組の以前に記憶したリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に基づいて予測演算を行うことができる。その他の実施形態において、前記集積回路は２組の以前に記憶したリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に基づいて予測演算を行うこともできる。現在のリアルタイム環境パラメータを予測基礎とする場合を例とする場合、まず、現在のリアルタイム環境パラメータと以前に記憶したリアルタイム環境パラメータとの差ΔＥを計算し、第２組のリアルタイム時間信号ｔ_１と第１組のリアルタイム時間信号ｔ_０の差Δｔを計算し、ΔＥとΔｔ及び物理化学的特性関数に基づいて実際の環境要因に基本的に合致する実際の環境パラメータを予測することができ、即ち、センサ素子と一定時間を経て十分に感知させた後に生成されたリアルタイム感知特性値に対応する環境パラメータを予測することができる。

以上の方法に基づき、センサは被測定環境に迅速且つ正確に応答することができる。該方法は以下のステップをさらに含むことができ、前記ステップ４の後は、さらに、
予測演算において、記憶されるための、後続の複数組のリアルタイム感知特性値及びリアルタイムクロック信号を持続的に取得して対応するリアルタイム環境パラメータを計算し、各組又は一部の組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号を選択して予測演算を行い、後続の実際の環境パラメータを持続的に取得するステップ５と、
後続の実際の環境パラメータを用いて以前の実際の環境パラメータを修正するステップ６と、
後続の実際の環境パラメータが安定傾向である場合、ステップ４〜ステップ６を終止するステップ７と、を含むことができる。

具体的には、前記センサ素子はリアルタイム感知特性値を継続的に生成し、集積回路は新たに生成される各組のリアルタイム感知特性値及びリアルタイムクロック信号を続々取得し、記憶されるための、後続のリアルタイム感知特性値に対してリアルタイム環境パラメータを計算する。集積回路は、後で取得した各組のデータと以前に記憶した各組のデータを選択して互いに差値を求め、前記予測演算を繰り返し、後続の実際の環境パラメータを計算する。後で生成されるリアルタイム感知特性値が被測定環境の実際状況により近接するため、予測により取得する実際の環境パラメータもより正確であり、前記集積回路は新たに計算した実際の環境パラメータを用いて以前の実際の環境パラメータに対して修正を行うことができる。前記修正は、以前の実際の環境パラメータを直接置き換えてもよく、特定の演算処理を経て、以前の実際の環境パラメータを修正してもよい。後で取得する複数の実際の環境パラメータが安定傾向になった後、予測演算を終止することができ、即ちステップ４〜ステップ６を終止する。この時、予測演算により取得する現在の実際の環境パラメータは現在のリアルタイム環境パラメータとほぼ同じでなければならず、且つ後続のリアルタイム環境パラメータと実際の環境パラメータはいずれも大きく変化しないため、予測演算を終止し、前記リアルタイム環境パラメータを直接出力することができる。

特に、本発明により提供される環境パラメータの測定及び予測方法は、さらに環境要因に頻繁に現れる不規則な変化に対する測定方法を含むことができる。前記ステップ４及び／又はステップ５の後は、さらに、
現在取得した実際の環境パラメータと予め設定した設定パラメータに基づいて次の実際の環境パラメータのために上閾値及び／又は下閾値を設定するステップAと、
次の実際の環境パラメータが前記上閾値又は下閾値の範囲を超えた場合、ステップ６〜ステップ７を終止し、次のリアルタイム環境パラメータを出力するステップBと、
後続の出力されたリアルタイム環境パラメータが前記物理化学的特性関数の変化ルール及び閾値制限範囲に合致し、又は予め設定した時間帯が経過した後、ステップ６〜ステップ７を復旧するステップCと、を含むことができる。

具体的には、実際の精度要求、感度要求と測定環境などの要因に基づいて、当業者は前記集積回路に一つの設定パラメータを予め設定することができる。前記設定パラメータは毎回取得した実際の環境パラメータに冗長を追加した後、上閾値及び／又は下閾値を設定することができる。前記環境パラメータの測定及び予測方法がステップ４、５まで実行された後、前記集積回路は後続の実際の環境パラメータを以前の実際の環境パラメータと比較し、後続の実際の環境パラメータが前記上閾値又は下閾値の範囲を超えた場合、後続の実際の環境パラメータが物理化学的特性関数の規則に従って変化していない場合、被測定環境要因に不規則な変化が発生した状況を説明する。この時、集積回路はステップ６、７を中止してもよく、即ち実際の環境パラメータを出力しない。前記集積回路は、後続のリアルタイム環境パラメータを直接出力することができる。ステップ６、７を中止した後、前記集積回路はリアルタイム環境パラメータに対して継続的に監視することができ、後続のリアルタイム環境パラメータの変化状況が再び前記物理化学的特性関数の変化規則に合致する場合、前記集積回路はステップ６、７を復旧することができる。当業者は、ステップ６、７を中止する時間の長さに対して時間帯を設置してもよく、ステップ６、７の中止が一定の時間を超えた後、上記ステップは自動的に復旧される。また、前記集積回路は、ステップ６、７を中止した後、依然としてステップ５で取得した実際の環境パラメータに対して監視することができ、後で取得した実際の環境パラメータが前記上閾値と下閾値範囲内に戻った後、ステップ６、７を復旧することもできる。

特に、当業者は、実際の適用状況に基づいて、上記設定パラメータを調整することができ、センサが異なる環境特性に適するように上閾値と下閾値の間の距離を増加又は減少し、環境要因を正確に反映し、及び／又は環境要因の変化に対して迅速に反応する目的を達成することができる。

以上は、本発明に記載の環境パラメータの測定及び予測方法であり、該方法はセンサ素子が十分に感知することを待つ必要なく、環境要因の実際の状況と基本的に合致する実際の環境パラメータを出力することができ、センサシステムを使用する時の待機時間を大幅に短縮し、さらに高精度の感湿素子及びその他のセンサ素子の適用を可能とする。

前記方法はさらに信号処理のその他のステップを含むことができ、例えば、前記ステップ２において、先に前記リアルタイム感知特性値に対して信号調整とアナログデジタル変換を行うことができる。信号調整はフィルタリング、整流等の信号処理プロセスを含み、前記リアルタイム感知特性値の信号を適切な形態に調整する。前記リアルタイム感知特性値はアナログ信号であり、後続の予測演算をしやすくするために、アナログ信号をデジタル信号に変換することができる。

本発明にかかる環境パラメータの測定及び予測方法は、様々なセンサ素子に適し、上記の実施例に使用されるのは感湿素子であり、本発明はセンサ素子の種類を限定せず、例えば、センサ素子は感湿素子と温感素子を含むことができ、両者を組合せて環境の相対湿度を測定する。当業者であれば、使用目的に基づいて前記環境パラメータの測定及び予測方法をその他のセンサ素子と結合することができる。

一方、本発明は、上記の環境パラメータの測定及び予測方法を実現する環境センサをさらに提供する。図３に示すように、該環境センサは、少なくともセンサ素子１１と集積回路１３を含む。

前記センサ素子１１は、被測定環境の環境要因を感知し、送信されるためのリアルタイム感知特性値を生成する。前記環境センサは、センサ素子１１の感知時間情報を記録しなければならないため、前記センサ素子１１の感知時間を記録するためのクロックユニット１２を含むことができ、前記クロックユニット１２はリアルタイムクロック信号を提供する。又は前記センサは周辺機器からリアルタイムクロック信号を取得し、前記リアルタイムクロック信号は外部から前記集積回路１３に搬送されてもよい。前記集積回路１３は、リアルタイム感知特性値及びリアルタイムクロック信号を持続的に取得し、記憶又は出力されるための、演算により、記憶・出力されるためのリアルタイム環境パラメータを取得することができる。具体的な実施例において、前記集積回路１３には前記センサ素子１１に対応する物理化学的特性関数が予め設置されてもよい。通常のモードにおいて、前記集積回路１３は取得したリアルタイム環境パラメータを直接出力することができ、予測演算を行う必要がある場合、前記集積回路１３は予測モードに入り、前記物理化学的特性関数を利用し、現在のリアルタイムクロック信号とリアルタイム環境パラメータ及び少なくとも１組の以前に記憶したリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に基づき、予測演算を行い、環境要因に対応する実際の環境パラメータを取得することができる。

好ましくは、図４に示すように、前記集積回路１３は記憶ユニット１３１を含むことができ、前記記憶ユニット１３１はリアルタイム環境パラメータ、リアルタイムクロック信号と実際の環境パラメータを記憶する。前記集積回路１３により受信し演算を経て得られたデータはいずれも前記記憶ユニット１３１に記憶することができる。前記集積回路１３は、さらに予測ユニット１３２を含むことができ、前記物理化学的特性関数は前記予測ユニット１３２に設置され、予測モードの下で、前記予測ユニット１３２は予測演算を行い、実際の環境パラメータを取得する。前記集積回路１３は、前記実際の環境パラメータを送信し記憶することができる。当業者であれば、予め集積回路１３を設置し、毎回取得したリアルタイム環境パラメータの変化範囲を限定することができ、次回に取得したリアルタイム環境パラメータが変化範囲を超えた場合、前記集積回路１３は通常モードから予測モードに切り替えられる。

さらに、予測モードの下で、前記集積回路１３は後続の各組又は一部の組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に基づき、予測演算を行い、後続の実際の環境パラメータを続々取得することができる。好ましくは、後続の実際の環境パラメータを用いて以前に取得した環境パラメータを修正する。

特に、本発明は、被測定環境に頻繁に発生する不規則な変化の状況に対応するために、図５に示すように、前記環境センサはさらに中断制御ユニット１６を含むことができる。予測モードの下で、前記中断制御ユニット１６は前記集積回路１３により取得した実際の環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号を受信し、予め設定した設定パラメータに基づいて次の実際の環境パラメータのために上閾値及び／又は下閾値を設定する。次の予測演算により取得した実際の環境パラメータが上閾値又は下閾値の範囲を超える場合、前記中断制御ユニット１６は前記集積回路１３が前記実際の環境パラメータを出力することを阻止し、前記集積回路１３は次のリアルタイム環境パラメータを出力する。当業者であれば、前記環境センサの実際の使用状況、及び精度と感度に対する要求に基づいて、前記設定パラメータを自由に選択することができる。

また、前記センサ素子１１は感湿素子及び／又は温感素子等のセンサ設備及びその組合せであってもよく、相対湿度、温度等の環境要因を監視するのに用いられる。

前記環境センサは、さらに信号調整モジュール１７とアナログデジタル変換器１８を含むことができる。前記信号調整モジュール１７は、センサ素子１１により生成されたリアルタイム感知特性値に対してフィルタリング、整流等の信号処理を行う。前記リアルタイム感知特性値はアナログ信号であり、後続の信号に対する予測演算に便利であるように、前記アナログデジタル変換器１８は前記リアルタイム感知特性値をデジタル信号に変換する。

前記環境センサは、さらに周辺機器とデータ交換を行うためのポート１４を含むことができる。実際の環境パラメータの出力、時間信号の入力は、いずれもポート１４を介して完成することができる。前記センサはＩ^２Ｃポート１４又はその他のポートプロトコルを使用することができる。前記周辺機器は、コンピュータ、監視設備又は携帯用電子機器であってもよく、本発明はポート１４と周辺機器の種類に対して限定しない。また、前記環境センサは、さらに独立した電力供給装置１５を含むことができ、周辺機器から電力を取得してもよい。

以上は本発明により提供される環境センサであり、該システムはセンサ素子に対応する物理化学的特性関数によって被測定環境の環境要因に対する正確な予測を実現する。前記環境センサは、センサ素子が感知を完全に完成することを待つことなく、環境要因に基本的に合致する実際の環境パラメータを出力することができる。センサ素子が感知を継続的に完成することに伴い、前記システムはさらに以前生成した実際の環境パラメータを修正し、さらに環境要因に近づくことができる。これは、より高精度であるがより長い感知時間が必要であるセンサ素子の実際の適用を可能とする。また、環境要因に頻繁な不規則な変化が発生する場合、本システムはさらに予測演算の結果を出力せず、リアルタイム環境パラメータを直接出力することができ、できるかぎり環境要因に合致させる。

本発明の適用範囲は以上説明された感湿素子と温感素子に対する実施例に限らず、当業者であれば、実際の適用に基づいてセンサ素子の種類、物理化学的特性関数、閾値の範囲等の特徴を調整することができる。前記環境センサには時間ユニットが設置されてもよく、周辺機器からリアルタイムクロック信号を受信してもよい。本発明の原理は、センサ素子の物理化学的特性関数を用いて実際の環境パラメータを予測し、センサ素子が感知を完成する前に実際の環境パラメータを取得し、センサの迅速な応答を実現することである。一方、被測定環境に迅速且つ不規則な変化が発生した場合、センサシステムは予測演算の結果を出力することを取り消し、リアルタイム環境パラメータを直接出力することができ、出来る限り現在の環境要因を如実に反映する。

当業者であれば、本発明の原理と精神を逸脱しない限り、これらの実施例に対して様々な変化、修正、置換と変形を行うことができ、本発明に添付された特許請求の範囲はこれらの変形、置換等の構造をその保護範囲に含ませることを目的とする。

Claims

送信されるためのリアルタイム感知特性値を感知するセンサ素子（１１）と、
リアルタイム感知特性値及びリアルタイムクロック信号を持続的に取得し、記憶又は出力されるための、演算により、記憶・出力されるためのリアルタイム環境パラメータを取得する集積回路（１３）と、
中断制御ユニット（１６）と、
を含み、
前記集積回路（１３）には前記センサ素子（１１）に対応する物理化学的特性関数が設定されており、予測モードの下で、前記集積回路（１３）は物理化学的特性関数を利用し、現在のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号、少なくとも１組の以前に記憶したリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に基づき、予測演算を行い、記憶・送信されるための実際の環境パラメータを取得することと、
前記集積回路（１３）は、予測モードの下で、さらに、後続の各組又は一部の組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に基づき、予測演算を行い、後続の実際の環境パラメータを逐次取得し、以前に取得した実際の環境パラメータを修正することと、
前記中断制御ユニット（１６）は、予測モードの下で、前記集積回路（１３）が取得した実際の環境パラメータを受信し、予め設定した設定パラメータに基づいて次の実際の環境パラメータのために上閾値及び／又は下閾値を算出することと、
次の予測演算により取得した実際の環境パラメータが上閾値及び／又は下閾値の範囲を超える場合、前記中断制御ユニット（１６）は前記集積回路（１３）が前記実際の環境パラメータを出力することを阻止し、前記集積回路（１３）は次のリアルタイム環境パラメータを出力することと
を特徴とする環境センサ。
前記集積回路（１３）は、
リアルタイム環境パラメータ、リアルタイムクロック信号及び実際の環境パラメータを記憶するための記憶ユニット（１３１）を含むことを特徴とする請求項１に記載の環境センサ。
前記集積回路（１３）は、
物理化学的特性関数が設定されており、予測モードの下で、予測演算を行い、実際の環境パラメータを取得する予測ユニット（１３２）を含むことを特徴とする請求項１に記載の環境センサ。
送信されるための、前記センサ素子（１１）の感知時間を記録するリアルタイムクロック信号を生成するクロックユニット（１２）を含むことを特徴とする請求項１に記載の環境センサ。
センサ素子に対応する物理化学的特性関数を提供するステップ１と、
前記センサ素子により感知されたリアルタイム感知特性値及びリアルタイム感知特性値に対応するリアルタイムクロック信号を持続的に取得し、記憶されるための、前記リアルタイム感知特性値に対応するリアルタイム環境パラメータを計算するステップ２と、
変化範囲を設定し、現在のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号を以前に記憶した１組又は複数組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号と比較し、前記変化範囲を超えていない場合、現在のリアルタイム環境パラメータを出力し、前記変化範囲を超えた場合、予測演算を行うステップ３と、
予測演算において、前記物理化学的特性関数を利用し、少なくとも２組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号に基づき、予測演算を行い、記憶又は出力されるための、環境要因に対応する実際の環境パラメータを取得するステップ４と、
予測演算において、後続の複数組のリアルタイム感知特性値及びリアルタイムクロック信号を持続的に取得して対応するリアルタイム環境パラメータを計算し、各組又は一部の組のリアルタイム環境パラメータ及びリアルタイムクロック信号を選択して予測演算を行い、後続の実際の環境パラメータを持続的に取得するステップ５と、
後続の実際の環境パラメータを用いて以前の実際の環境パラメータを修正するステップ６と、
後続の実際の環境パラメータが安定傾向である場合、ステップ４〜ステップ６を終止するステップ７と、を含み、
前記ステップ４及び／又はステップ５の後は、
現在取得した実際の環境パラメータと予め設定した設定パラメータに基づいて次の実際の環境パラメータのために上閾値及び／又は下閾値を設定するステップＡと、
次の実際の環境パラメータが前記上閾値又は下閾値の範囲を超えた場合、ステップ６〜ステップ７を中止し、次のリアルタイム環境パラメータを出力するステップＢと、
を含むことを特徴とする環境パラメータの測定及び予測方法。
前記ステップＢの後は、
後続出力されたリアルタイム環境パラメータが前記物理化学的特性関数の変化ルール及び閾値制限に適合し、又は設定した時間帯が経過した後、ステップ６〜ステップ７を復旧するステップCを含むことを特徴とする請求項５に記載の環境パラメータの測定及び予測方法。