JPWO2017064784A1 - 水分検出素子、ガス検出装置及び呼気検査システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2に記載の技術は出力が小さいため、出力の増幅を行う必要があり、消費電力が大きくなるという課題がある。
また、特許文献1に記載の技術及び特許文献2に記載の技術は、小型化が困難であるという課題もある。市場では、様々な利用事例に適したモバイルタイプの検査端末のニーズが高まっており、今後モバイル化への対応が必要となることからも、水分測定装置の小型化は必須である。
その他の解決手段については、実施形態中において適宜記載する。
(水分検出素子の構造)
図1は、本実施形態に係る水分検出素子の構造を示す図であり、(a)は水分検出素子の原理を示す模式図を示し、(b)は水分検出素子の上面模式図を示している。
図1(a)に示すように、水分検出素子(水分検出部)1は交流電源5に接続され、交流電源5によって印加電圧Viが印加される印加電極(印加部)2と、水分の検出時に電位Voを検出する検出電極(出力部)3と、絶縁部4とを有している。
絶縁部4は、親水性の絶縁物の基板で構成されており、具体的には、絶縁性金属酸化物等、少なくとも表面が酸化物で構成されている。なお、絶縁部4の形状は基板状でなくてもよい。
図1(a)に示すように、検出電極3と、印加電極2との間には絶縁部4が介在している。ここで、絶縁部4は凹凸のある構造を有している。絶縁部4における凹凸の構造については後記する。
図2は、本実施形態に係る水分検出素子が水分を検出する原理を説明するための図であり、(a)は水分付着前における水分検出素子の原理を示す模式図であり、(b)は水分付着前における水分検出素子の等価回路であり、(c)は水分付着後における水分検出素子の原理を示す模式図であり、(d)は水分付着後における水分検出素子の等価回路である。
なお、図2(a)及び図2(c)で示される各構成は、図1(a)に示されている各構成と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
水分の付着前では、図2(b)に示すような等価回路20aとなっている。ここで、コンデンサC1は絶縁部4を示すコンデンサである。なお、検出電極3及び印加電極2の間の距離は十分におおきいので、コンデンサC1の静電容量は小さな値(≪1)となる。従って、図2(b)に示す等価回路20aの容量リアクタンスは大きな値となり、検出電極3及び印加電極2の間は、ほとんど通電していない状態となっている。
ちなみに、コンデンサCa及び抵抗Raで構成される回路は大気の等価回路である。
図2(c)に示すように、水分(水分子11)が絶縁部4に付着すると、図2(d)に示すように水分子11に由来する抵抗Rb及びコンデンサC2が生じ、これらの抵抗Rb及びコンデンサC2によってインピーダンスが変化(低下)する。この結果、検出電極3と印加電極2との間が通電状態となり、検出電極3から電圧を検出することができる。このように、水分(水分子11)が絶縁部4に付着することによる水分検出素子1のインピーダンス変化を利用して、呼気中の水分を検出することで、応答性を高くすることができる。
これに対し、本実施形態に係る水分検出素子1は、高湿度(ほぼ、飽和状態)の呼気の検出を目的としている。従って、空気中の水分量を測定することを目的とせず、高湿度の空気(呼気)を検出できればよい。
さらに、絶縁部4が、少なくとも表面が、親水性の高い酸化物(金属酸化物)で構成されるようにすることで、水分を付着させやすくすることができる。
図3は、比較例における水分検出素子と、本実施形態に係る水分検出素子の大きさを比較するための図である。適宜、図1を参照する。
比較例における水分検出素子であるイオン検出センサAは、特許文献2に記載のイオン検出装置を利用したものである。
なお、図3において、イオン検出センサAと、本実施形態に係る水分検出素子1の大きさの比率は、実際の比率と同じものにしてある。なお、本実施形態に係る水分検出素子1は評価用のUSB(Universal Serial Bus)端子に設置している一例を示している。
このように、本実施形態に係る水分検出素子1は小型化を実現することで、モバイル装置に組み込む等、様々な使用目的に応じた形状で利用可能となり、適用範囲を広くすることができる。
図4は、比較例におけるイオン検出センサと、本実施形態に係る水分検出素子の出力の比較を示す図である。なお、図4において、比較例におけるイオン検出センサとは特許文献2に記載のイオン検出センサである。
図4において、縦軸が出力電圧を示し、横軸が時間(sec)を示している。
そして、図4において、波形51(実線)が特許文献2に記載のイオン検出センサの出力を示し、波形52(破線)が本実施形態に係る水分検出素子1の出力を示す。
図4に示すように、特許文献2に記載のイオン検出センサの出力(波形51)と比べて、本実施形態に係る水分検出素子1の出力(波形52)の方が格段に大きい。
これに対し、図4に示すように、本実施形態に係る水分検出素子1は、特許文献2に記載のイオン検出センサより、1桁以上大きな値を出力することができる。
本実施形態に係る水分検出素子1は、このように大きな値を出力することができるため、アンプを必要とせず、省電力化や、小型化を実現することができる。
まず、図5(a)において、横軸は印加される交流電圧の周波数(Hz)を示し、縦軸が印加電圧(Vi)に対する出力電圧(Vo)の比(Vo/Vi)を示している。
図5(a)に示すように、水分子11(図2参照)等に由来するインピーダンスの影響で印加電圧Viより出力電圧Voがやや小さくなっているものの、ほとんどの周波数において安定して印加電圧(Vi)≒出力電圧(Vo)となっている(Vo/Vi≒1)。
図5(b)に示すように、検出部分の全長Wが大きくなるに従ってS/N比が大きくなっている。これは、検出部分の全長Wが長くなるにつれて、出力電圧Voを検出する面積が大きくなり、これに伴って、ノイズが相対的に低くなるためである。このように、印加電極2及び検出電極3の形状を櫛歯状とし、印加電極2及び検出電極3において、互いの櫛歯がかみ合うように離間して配置されるようにすることで、検出部分の全長Wを長くすることができ、高いS/N比を実現することができる。
これに対し、例えば、比較例の技術(特許文献1のように乾湿膜を用いて湿度を計測する技術)の応答特性を示す図5(d)では、横軸が時間を示し、縦軸が乾湿膜に流れるイオン電流に基づく湿度を示している。なお、本実施形態における水分検出素子1では交流電圧が出力されるため、実際には、出力波形は後記する図18のような波形となるのだが、図5(d)との比較をしやすくするため、図5(c)では直流的に示している。従って、図5(c)は、出力される交流電圧のピーク値の変化としてとらえてもよい。
なお、図5(c)において時刻t1は、水分検出素子1が呼気導入開始されたと判定した時刻であり、時刻t2は呼気導入が終了した時刻である。そして、時刻t3は、出力電圧Viが呼気導入前の状態にほぼ戻った時刻である。
また、図5(d)において時刻t1aは、比較例の技術において、呼気導入が開始されたと判定した時刻であり、時刻t2aは呼気導入が終了した時刻である。なお、図5(d)では、呼気導入開始から5秒以上経過しても出力電圧Viが呼気導入前の状態に戻っていないことがわかる。
これは、図2(b)及び図2(d)に示すように、本実施形態に係る水分検出素子1は、水分子11が絶縁部4に付着することによる、インピーダンスの変化によって検出電極3が電圧を検出する。このように、本実施形態に係る水分検出素子1は、優れた応答性を実現することができる。
なお、図1(b)に示す印加電極2と、検出電極3における櫛歯間隔を調節することで応答時間を調節することもできる。
これに対し、本実施形態に係る水分検出素子1は、図5(c)に示すように、図5(d)よりも立ち上がりがするどく、短時間(およそ1秒未満)でピークに達している。すなわち、本実施形態に係る水分検出素子1は、比較例の技術に対して応答性がよい。また、ピーク時の出力電圧Voは、ほぼ印加電圧Viの値となっている(Vo/Vi≒1)。
このように、本実施形態に係る水分検出素子1は、短い時間で呼気の測定を十分に行うことができる。
図5(d)に示すように、比較例では呼気導入前の状態に戻る速度が遅い。従って、比較例の技術では、再測定が可能な状態になるまで30秒〜1分程度かかる。
これに対し、本実施形態に係る水分検出素子1は、図5(c)に示すように、呼気導入開始から、出力電圧Viが呼気導入前の状態に戻るまで、およそ3秒である。このように、本実施形態に係る水分検出素子1では、呼気導入が終了すると、即座に呼気導入前の状態に戻ることができるため、すぐに次の検査を始めることができる。
図6は、本実施形態に係る低温タイプ及び高温タイプの水分検出素子の例を示す図であり、(a)は水分検出素子の上面図を示し、(b)は低温タイプの水分検出素子の原理を示す模式図を示し、(c)は高温タイプの水分検出素子の原理を示す模式図を示す。
本実施形態に係る水分検出素子1は、前記したように絶縁部4が凹凸構造を有している。
この凹凸構造は、図6に示すように低温環境下(所定の温度以下の環境下)で使用する低温タイプと、高温環境下(所定の温度以上の環境下)で使用する高温タイプとで区別することができる。
すなわち、図6(b)に示すように低温タイプの水分検出素子1aは、高温タイプの水分検出素子1bより絶縁部4aの凹凸を小さくし、逆に高温タイプでは図6(c)に示すように低温タイプより絶縁部4bの凹凸を大きくしている。
高温では飽和水蒸気量が大きくなるため、呼気の湿度(相対湿度)が低くなる。このため、高温タイプでは、絶縁部4bの凹凸を大きくすることで、水分(水分子11(図2参照))が付着しやすいようにしている。このようにすることで、呼気の湿度が低い高温環境下でも適切に動作する水分検出素子1bを提供することができる。
図7は、本実施形態に係る低温タイプ及び高温タイプの水分検出素子の別の例を示す図であり、(a)は水分検出素子の上面図を示し、(b)は低温タイプの水分検出素子の原理を示す模式図を示し、(c)は高温タイプの水分検出素子の原理を示す模式図を示す。
なお、図7(b)に示す小さい突起状の凹凸を有する絶縁部4cを備えた低温タイプの水分検出素子1cと、図7(c)に示す大きい突起状の凹凸を有する絶縁部4dを備える高温タイプの水分検出素子1dとに、図7(a)に示すように交流電源5から印加電圧(交流電圧)が印加されている。
図8は、絶縁部における凹凸構造の形成方法を示す図であり、(a)は加工処理を示し、(b)はアモルファス処理を示し、(c)はプリント処理を示す。
絶縁部4の凹凸は、図8(a)に示されるように、破線で示している状態から、絶縁部4が削られる加工処理で形成されてもよいし、図8(b)に示されるように、アモルファス処理で絶縁部4が形成されてもよいし、図8(c)に示されるように、平らな基板上に凹凸がプリントされるプリント処理で絶縁部4が形成されてもよい。なお、図8(b)に示すアモルファス処理で形成された絶縁部4は、なめらかな表面を有しているようにみえるが、実際には結晶単位の凹凸が存在している。
図9は、本実施形態に係る水分検出素子1の別の例を示す図である。なお、図9において、図1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図9に示す水分検出素子1C(1)では、印加電極2a(2)及び検出電極3a(3)が渦巻き状となっている。このように、検出電極3及び印加電極2は、図1に示すような櫛歯となっていなくてもよい。
次に、水分検出素子1を利用した呼気センサについて説明する。
(平面配置構造)
図10は、平面配置構造を有する呼気センサの例を示す図である。
図10に示す平面配置構造を有する呼気センサ(ガス検出装置)100a(100)では、平面構造を有する回路基板の中心に水分検出素子1が配置され、水分検出素子1の周囲に小型の各種ガスセンサ(ガス検出部)101が配置されている。水分検出素子1は、図1及び図6、図7、図9のいずれかに示すものである。
水分検出素子1の周囲に配置されるガスセンサ101は、一酸化炭素用のガスセンサ101a、一酸化窒素用のガスセンサ101b、アルコール用のガスセンサ101c、アセトアルデヒド用のガスセンサ101d、アセトン用のガスセンサ101e、水素用のガスセンサ101f等を含んで構成される。なお、アルコールには種々の物質が含まれるが、本実施例では、一例として、エタノールを用いて説明する。
図11は、同軸構造を有する呼気センサの例を示す図であり、(a)は呼気センサの外観斜視図を示し、(b)は呼気センサの上面図を示し、(c)は基板部の構造を示し、(d)はガスセンサが取り付けられる箇所における構造を示し、(e)はガスセンサの取付方向についての別の例を示す図である。
図11(a)及び図11(b)に示すように、呼気センサ100b(100)では中心に棒状の印加電極112(2)が配置され、印加電極112の周囲に筒状の検出電極113(3)が配置されている。印加電極112と、検出電極113とは、1つ以上(図11の例では4つ)の板状の基板部120で接続されている。基板部120では、図11(c)に示すように、棒状の印加電極112に接続されている印加電極板122及び筒状の検出電極113に接続されている検出電極板123を有している。印加電極板122及び検出電極板123は櫛歯状の構造を有しており、図1(b)の印加電極2及び検出電極3のように印加電極板122及び検出電極板123における櫛歯が互いにかみ合うように離間して設置されている。また、印加電極板122及び検出電極板123の間には絶縁部124(4)が介在している。このような構成は、図1で示される構成と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
図11(d)に示すように、筒状の検出電極113において、ガスセンサ101の設置箇所に対応する箇所に貫通孔131が設けられている。検出電極113の内側に導入された呼気は、この貫通孔131から外側に向かおうとする。この際、貫通孔131に設けられているガスセンサ101が呼気に含まれるガス成分を検出する。
図11(a)〜(d)に示すような構成とすることにより、呼気センサ201そのものを筒状にすることができるので、確保するスペースの形状を多様化することができる。
なお、本実施形態に用いられるガスセンサ101は、可能な限り小型であることが望ましい。
次に、図12及び図13を参照して、本実施形態に係る呼気センサ100を備えた呼気検査装置の例を示す。
(モバイルタイプ)
図12は、モバイルタイプの呼気検査装置の例を示す図である。
図12に示す呼気検査装置201a(201)は、例えば、名刺サイズの大きさを有する。
呼気検査装置201aは、呼気導入口202a及び表示部203を有している。呼気検査装置201aの内部には呼気センサ100(図10及び図11参照)が搭載されている。
すなわち、呼気導入口202aから呼気検査装置201aの内部に導入された呼気は、内部の呼気センサ100によって呼気及びガスの検出が行われる。そして、呼気検査装置201aによる検査結果が表示部203に表示される。
図11に示す呼気センサ100bが用いられる場合、呼気導入口202aが図11に示す呼気センサ100bの端部に直接接続された構成となっていてもよい。このような構成とすることで、呼気検査装置201のサイズを、さらに小さくすることができる。
図13は、ステアリングホイールに組み込まれた呼気検査装置の例を示す図である。
図13に示す呼気検査装置201b(201)では、ステアリングホイール211の内部に呼気センサ100が組み込まれている。ステアリングホイール211のリング部には、図13に示すように呼気導入口202bが設けられている。呼気導入口202bからステアリングホイール211のリング部の内部に導入された呼気中の水分及びガスは、リング部の内部に設けられている呼気センサ100によって検出される。
図11に示す呼気センサ100bを用いれば、呼気センサ100bの端部同士を結合させてリング状とすることで、呼気センサ100bそのものをステアリングホイール211のリング部とすることができる。これにより、ステアリングホイール211と呼気センサ100とを一体化することができる。この結果、別装置として呼気センサ100を設置する必要がなくなり、呼気センサ100を設置するためのスペースを確保する必要がなくなる。
図14は、本実施形態に係る呼気検査システムの機能ブロックの例を示す図である。
呼気検査システムZは、呼気検出装置300と、解析装置500と、送信装置601と、記憶装置602とを含む。
呼気検出装置300は、呼気センサ100及び計測制御装置400を有している。呼気センサ100は、水分検出素子1と、ガスセンサ101とを有しているが、図10、図11で説明済みであるので、ここでの説明を省略する。
計測制御装置400は、交流電源5の周波数を変換して出力する。
また、呼気検出装置300は、水分検出素子1や、ガスセンサ101から入力されたアナログ信号を、A/D(Analog/Digital)変換器301a,301bでディジタル信号に変換して解析装置500へ出力する。
送信装置601は、解析装置500による解析結果(ドライバの状態に関する情報等)を図示しない中央情報センタに通知する。
図15は、本実施形態に係る計測制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
計測制御装置400は、メモリ401、CPU(Central Processing Unit)402、入力装置403、AC/ACインバータ回路404、交流端子405、AC/DCコンバータ回路406及び直流端子407を有する。
メモリ401には、プログラムがCPU402によって実行されることで、制御部411が具現化している。
制御部411は、入力装置403を介して入力された情報に基づいてAC/ACインバータ回路404や、AC/DCコンバータ回路406に指示を送る。
また、AC/DCコンバータ回路406は、制御部411から送られた指示に基づいて、交流電源5から入力された交流電圧の電圧を変換し、さらに交流電流を直流電流に変換して直流端子407へ出力する。直流端子407には、ガスセンサ101が接続される。
図16は、本実施形態に係る解析装置の構成例を示す機能ブロック図である。
解析装置500は、例えば、PC(Personal Computer)であり、メモリ501、CPU502、送受信装置503、表示装置504、HDD(Hard Disk Drive)等の記憶装置505等を有している。
メモリ501には、記憶装置505に格納されているプログラムがロードされ、CPU502によって実行されることで、処理部511、及び処理部511を構成する水分測定処理部512、ガス測定処理部513、判定処理部514が具現化されている。
水分測定処理部512は、水分検出素子1から送られた信号を基に呼気に含まれる水分の測定に関する処理を行う。
ガス測定処理部513は、ガスセンサ101から送られた信号を基に呼気に含まれる各種ガスの測定に関する処理を行う。
判定処理部514は、ガス測定処理部513の測定結果に基づいて、例えば、被検者が飲酒をしていないか否かの判定を行う。
例えば、図12に示す呼気検査装置201aは、呼気検出装置300、解析装置500、送信装置601及び記憶装置602のすべてを備えていてもよい。
また、図13に示す呼気検査装置201bは、呼気検出装置300の部分だけを備え、解析装置500、送信装置601及び記憶装置602の部分を車両中の別の場所に備えるようにしてもよい。
次に、図17〜図21を参照して、本実施形態に係る呼気検査システムZの処理手順を示す。適宜、図13〜図16を参照する。
(呼気検出処理)
図17は、本実施形態に係る呼気検出処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ユーザが呼気検査システムZの電源をONとする(S101)ことにより、印加電極2に交流電圧(印加電圧)が印加される(S102)。なお、印加される交流電圧は計測制御装置400の交流端子405から出力されるものである。
その後、被検者が呼気導入口に呼気を導入することで、呼気導入が開始される(S103)。
そして、水分測定処理部512が、水分検出素子1からの出力電圧Voの測定を開始することで水分測定が開始される(S104)。この際、水分測定処理部512は、時刻0から時刻t0までの電圧値を現在の出力電圧からオフセット値として差し引くことで出力電圧Voを算出するものとする。
ステップS111の結果、水分検出素子1からの出力電圧Voが第1の閾値Vth1未満である場合(S111→No)、呼気強度不足として、被検者に呼気導入を継続させる(S112)。そして、水分測定処理部512はステップS111に処理を戻す。
ステップS111の結果、出力電圧Voが第1の閾値Vth1以上である場合(S111→Yes)、水分測定処理部512は、水分検出素子1からの出力電圧Voが第2の閾値Vth2以上となったか否かを判定する(S113)。なお、第1の閾値Vth1<第2の閾値Vth2である。また、出力電圧Voは、実際には交流電圧となるので、水分測定処理部512は、出力電圧ピークが第2の閾値Vth2以上となった回数が所定回数を超えたか否かによって、「出力電圧Voが第1の閾値Vth2以上となったか否か」を判定する。このことは、後記して説明する。
ステップS113の結果、出力電圧Voが第2の閾値Vth2以上である場合(S113→Yes)、水分測定処理部512は、呼気強度が十分であると判定する(S121)。その後、被検者は呼気導入を終了する(S122)。このとき、呼気検出装置300は、ブザーや、音声や、画面表示等で呼気導入を終了させる旨を被検者に通知する。
図18において、横軸は時間(sec)を示し、縦軸は出力電圧(任意単位)を示している。なお、図5(c)及び図18では、異なる試験におけるデータが用いられているため、各事象の時刻が異なっているが、ほぼ同様の特性を示している。
まず、時刻t0で被検者が呼気導入を始めると(図17のステップS103)、出力電圧が上昇し始め、時刻t11で出力電圧が第1の閾値Vth1を超える(図17のステップS111;Yes)。また、時刻t0は図5(c)の時刻t1に相当する。
その後、出力電圧は上昇し続け、時刻t12で出力電圧ピークが15回、第2の閾値Vth2を超える(図17のステップS113;Yes)。このときの回数は任意に決めることができる。この回数は、周波数により異なるが、出力電圧が第1の閾値Vth1を超えた後、おおよそ1秒から3秒に相当するピーク数とする。
ちなみに、第2の閾値Vth2は、導入された空気(呼気)中に水分が含まれていることが確認されるのに十分な出力電圧である。
その後、時刻t13で被検者は呼気導入を終了する(図17のステップS122)。なお、時刻t13は図5(c)の時刻t2に相当する。
図19及び図20は、本実施形態に係るガス検出処理の手順を示すフローチャートである。図19及び図20に示す処理では図17に示す処理が利用されている。なお、図19及び図20では、検出するガスがアルコールである場合を示しているが、アルコール以外のガスも同様の手順で検出することができる。実際のアルコール検出では、アルコール以外に、代謝物であるアセトアルデヒド、呼気中の濃度が約10ppmと高い水素をガス測定の対象とし、アルコール、アセトアルデヒド及び水素のガス濃度を基に、アルコールのガス濃度が算出される。このようにすることで、正確なアルコールのガス濃度を算出することが可能となる。ここでも、この手法を用いることとし、ガスセンサ101として、アルコール用のガスセンサ101c、アセトアルデヒド用のガスセンサ101d及び水素用のガスセンサ101fが使用される。以下、アルコール用のガスセンサ101c、アセトアルデヒド用のガスセンサ101d及び水素用のガスセンサ101fの各ガスセンサ101をガスセンサ101c、101d、101fと称する。また、図19及び図20のフローチャートで、図17と同様の処理については同一のステップ番号を付す。
まず、ユーザが呼気検査システムZの電源をONとする(図19のS101)ことにより、印加電極2に交流電圧が印加される(S102)。なお、印加される交流電圧は計測制御装置400の交流端子405から出力されるものである。
その後、被検者が呼気導入口に呼気を導入することで、呼気導入が開始される(S103)。
そして、水分測定処理部512が、水分検出素子1からの出力電圧Voの測定を開始することで水分測定が開始される(S104)。この際、水分測定処理部512は、時刻0から時刻t0までの電圧値を現在の出力電圧からオフセット値として差し引くことで出力電圧Voを算出するものとする。
ステップS111の結果、出力電圧Voが第1の閾値Vth1未満である場合(S111→No)、水分測定処理部512は呼気強度不足として、被検者に呼気導入を継続させる(S112)。そして、処理部511はステップS111に処理を戻す。
ステップS111の結果、出力電圧Voが第1の閾値Vth1以上である場合(S111→Yes)、ガス測定処理部513はガスセンサ101c,101d,101fからの出力測定(ガス測定)を開始する(S201)。
その後、水分測定処理部512は、水分検出素子1からの出力電圧Voが第2の閾値Vth2以上となったか否かを判定する(S113)。出力電圧Voが第2の閾値Vth2以上となったか否かの判定手法は、図17のステップS113と同様である。
ステップS113の結果、出力電圧Voが第2の閾値Vth2以上である場合(S113→Yes)、水分測定処理部512は、呼気強度が十分であると判定し(S121)、処理部511は呼気導入を終了する(S122)とともに、ガス測定処理部513はガスセンサ101c,101d,101fからの出力測定(ガス測定)を終了する(S211)。
さらに、ガス測定処理部513は、ステップS221で算出したアルコール、アセトアルデヒド及び水素の各ガス飽和出力信号を基に、差分進化法により飽和状態でのアルコール、アセトアルデヒド及び水素の各ガス濃度(飽和ガス濃度)を算出する(S222)。このように、複数の飽和ガス濃度を基に、差分進化法を用いて、あるガスの飽和ガス濃度を算出することで、精度の高い飽和ガス濃度を算出することができる。
ステップS223の結果、ステップS222で算出したアルコールの飽和ガス濃度(アルコール濃度)が基準値未満である場合(S223→No)、判定処理部514は、被検者が飲酒をしていないと判定する(S224)。
ステップS223の結果、ステップS222で算出したアルコールの飽和ガス濃度(アルコール濃度)が基準値以上である場合(S223→Yes)、判定処理部514は、被検者が飲酒をしていると判定する(S225)。
図21における時刻t11は、図18における時刻t11である。すなわち、図21では、時刻t11において水分検出素子1からの出力電圧がVth1を超えたことを示している。そして、ガス測定処理部513は、水分検出素子1からの出力電圧がVth1を超えた時刻t11において、ガス測定を開始する(図19のステップS201)。なお、呼気導入の検知前にガスセンサ101が反応し始めているため、時刻t11は原点よりやや+側にある。
このように、本実施形態の水分検出素子1を利用した呼気検査システムZによれば、大変短い時間にガス(例えば、アルコール)の検査を行うことができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
2,2a,112 印加電極(印加部)
3,3a,113 検出電極(出力部)
4,4a〜4d,114 絶縁部
5 交流電源
11 水分子
20a,20b 等価回路
21 水分子の等価回路
100,100a,100b 呼気センサ(ガス検出装置)
101,101a〜101f ガスセンサ(ガス検出部)
120 基板部
122 印加電極板
123 検出電極板
131 貫通孔
201,201a,201b 呼気検査装置
202a,202b 呼気導入口
203 表示部
211 ステアリングホイール
300 呼気検出装置
301a,301b A/D変換器
400 計測制御装置
403 入力装置
404 AC/ACインバータ回路
405 交流端子
406 AC/DCコンバータ回路
407 直流端子
500 解析装置
503 送受信装置
504 表示装置
511 処理部
512 水分測定処理部
513 ガス測定処理部
514 判定処理部
601 送信装置
602 記憶装置
C1,C2,Ca コンデンサ
Ra 抵抗
Z 呼気検査システム
Claims (14)
- 絶縁性の材料で構成される絶縁部と、
電圧が印加される印加部と、
前記印加部に前記印加された電圧によって、前記絶縁性の材料の表面に付着した水分子を介した電気経路に流れる電流に応じた電圧信号を出力する出力部と、
を有することを特徴とする水分検出素子。 - 前記絶縁部は、
少なくとも表面に酸素原子が配置した構造で構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の水分検出素子。 - 前記絶縁部は、
絶縁性金属酸化物である
ことを特徴とする請求項2に記載の水分検出素子。 - 前記絶縁部は、
前記水分子が付着する面に凹凸が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の水分検出素子。 - 前記絶縁部の凹凸は、
所定の温度以上の環境下で用いられる場合、前記所定の温度以下の環境下で用いられるものよりも、前記絶縁部の凹凸の大きさが大きい
ことを特徴とする請求項4に記載の水分検出素子。 - 前記印加部に印加される電圧は、交流電圧である
ことを特徴とする請求項1に記載の水分検出素子。 - 棒状の形状を有する第1の電極と、
前記第1の電極を内包する筒状の形状を有する第2の電極と、
前記第1の電極と、前記第2の電極と、に接続される板状部と、
を有し、
前記板状部は、
前記絶縁性の物質と、前記印加部と、前記出力部と、
を有し、
前記印加部及び前記出力部の一方が、前記第1の電極に接続され、
前記印加部及び前記出力部の他方が、前記第2の電極に接続されている
ことを特徴とする請求項1に記載の水分検出素子。 - 絶縁性の材料で構成される絶縁部と、
電圧が印加される印加部と、
前記印加部に前記印加された電圧によって、前記絶縁性の材料の表面に付着した水分子を介した電気経路に流れる電流に応じた電圧信号を出力する出力部と、
前記出力に基づき水分を検出する水分検出部と、を備えるとともに、
前記水分検出部の周囲に設置され、所定の種類のガスの濃度を測定するガス測定部
を備えることを特徴とするガス検出装置。 - 前記ガス測定部は、
アルコール濃度を測定するアルコール測定部、一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素測定部、一酸化窒素濃度を測定する一酸化窒素測定部、アセトン濃度を測定するアセトン測定部、アセトアルデヒド濃度を測定するアセトアルデヒド測定部及び水素濃度を測定する水素測定部のうち、少なくとも1つである
ことを特徴とする請求項8に記載のガス検出装置。 - 絶縁性の材料で構成される絶縁部と、
電圧が印加される印加部と、
前記印加部に前記印加された電圧によって、前記絶縁性の材料に付着した水分子を介した電気経路に流れる電流に応じた電圧信号を出力する出力部と、
前記出力に基づき水分を検出する水分検出部と、を備えるとともに、
呼気が導入される呼気導入部と、
前記水分検出部の周囲に設置され、所定の種類のガスの濃度を測定するガス測定部と、
を有すことを特徴とする呼気検査システム。 - 前記水分検出部、前記ガス測定部及び前記呼気導入部が、携帯端末に設置されている
ことを特徴とする請求項10に記載の呼気検査システム。 - 前記水分検出部及び前記ガス測定部及び前記呼気導入部が、ステアリングホイールに設置されている
ことを特徴とする請求項10に記載の呼気検査システム。 - 前記水分検出部から第1の信号を取得し、前記ガス測定部から第2の信号を取得し、前記第1の信号及び前記第2の信号を解析する解析部
を有し、
前記解析部は、
前記水分検出部から取得した信号が第1の閾値を超えると、前記ガス測定部から信号を取得することを開始し、
前記水分検出部から取得した信号が、前記第1の閾値より大きい第2の閾値を超えると、前記ガス測定部から信号を取得することを停止し、
前記ガス測定部から信号を取得することを開始したときの前記第2の信号の信号値と、前記ガス測定部から信号を取得することを停止したときの前記第2の信号の信号値と、を基に、前記呼気中における前記ガスの飽和濃度を算出する
ことを特徴とする請求項10に記載の呼気検査システム。 - 前記ガスは、アルコール、アセトアルデヒド及び水素であり、
前記解析部は、
前記アルコール、アセトアルデヒド及び水素の飽和濃度を基に、被検者における飲酒の有無を判定する
ことを特徴とする請求項13に記載の呼気検査システム。
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