JPWO2019167485A1 - Particle detection sensor - Google Patents

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Abstract

粒子検出センサ（１）は、対象流体に含まれる粒子を検出する粒子検出センサであって、検出領域（ＤＡ）に向けて光（Ｌ１）を出射する投光部（２０）と、投光部（２０）が出射する光に対して受光感度を有し、検出領域（ＤＡ）を通過する粒子による光（Ｌ１）の散乱光（Ｌ２）を光電変換することで電気信号を生成して出力する受光部（３０）と、電気信号に基づいて、第１粒子が含まれる第１粒径区分の第１質量濃度と、第１粒子及び当該第１粒子より大きい第２粒子が含まれる第２粒径区分の第２質量濃度とを算出する信号処理回路（５０）と、第１粒子の粒子数に基づいて第２粒子の粒子数を推定し、推定した粒子数に基づいて第２質量濃度の補正を行う補正回路（６０）とを備える。The particle detection sensor (1) is a particle detection sensor that detects particles contained in a target fluid, and includes a light projecting unit (20) that emits light (L1) toward a detection region (DA) and a light projecting unit (20). It has light-receiving sensitivity to the light emitted by (20), and generates and outputs an electrical signal by photoelectric conversion of scattered light (L2) of light (L1) by particles passing through the detection region (DA). Based on the light receiving part (30) and the electric signal, the first mass concentration of the first particle size category containing the first particle, and the second particle containing the first particle and the second particle larger than the first particle. The signal processing circuit (50) that calculates the second mass concentration of the diameter division, the number of particles of the second particle is estimated based on the number of particles of the first particle, and the second mass concentration is based on the estimated number of particles. A correction circuit (60) for performing correction is provided.

Description

本発明は、粒子検出センサに関する。 The present invention relates to a particle detection sensor.

従来、投光素子と受光素子とを備え、空気中に浮遊する粒子を検出し、検出した粒子の粒径を算出する光電式の粒子検出センサが知られている（例えば、特許文献１を参照）。 Conventionally, a photoelectric particle detection sensor including a light emitting element and a light receiving element, which detects particles suspended in the air and calculates the particle size of the detected particles is known (see, for example, Patent Document 1). ).

特開２０１５−２１０１８３号公報JP-A-2015-210183

光電式の粒子検出センサでは、粒径と粒子の個数とから粒径区分毎の質量濃度を算出することができる。このとき、質量濃度を十分な精度で算出するためには、一定数以上の粒子数を取得しなければならない。しかしながら、一般的には、粒子径が大きくなるにつれて、大気中に浮遊する粒子の数が少なくなる。このため、大きい粒径区分の質量濃度の計測精度が悪化するという問題がある。 In the photoelectric particle detection sensor, the mass concentration for each particle size category can be calculated from the particle size and the number of particles. At this time, in order to calculate the mass concentration with sufficient accuracy, it is necessary to obtain a certain number or more of particles. However, in general, as the particle size increases, the number of particles suspended in the atmosphere decreases. Therefore, there is a problem that the measurement accuracy of the mass concentration of a large particle size category deteriorates.

そこで、本発明は、複数の粒径区分の質量濃度を精度良く計測することができる粒子検出センサを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a particle detection sensor capable of accurately measuring the mass concentration of a plurality of particle size categories.

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、対象流体に含まれる粒子を検出する粒子検出センサであって、検出領域に向けて光を出射する投光部と、前記投光部が出射する光に対して受光感度を有し、前記検出領域を通過する粒子による前記光の散乱光を光電変換することで電気信号を生成して出力する受光部と、前記電気信号に基づいて、第１粒子が含まれる第１粒径区分の第１質量濃度と、前記第１粒子及び当該第１粒子より大きい第２粒子が含まれる第２粒径区分の第２質量濃度とを算出する信号処理回路と、前記第１粒子の粒子数に基づいて前記第２粒子の粒子数を推定し、推定した粒子数に基づいて前記第２質量濃度の補正を行う補正回路とを備える。 In order to achieve the above object, the particle detection sensor according to one aspect of the present invention is a particle detection sensor that detects particles contained in a target fluid, and includes a light projecting unit that emits light toward a detection region and the above. A light receiving unit that has light receiving sensitivity to the light emitted by the light projecting unit and generates and outputs an electric signal by photoelectrically converting the scattered light of the light by particles passing through the detection region, and the electric signal. Based on the above, the first mass concentration of the first particle size category containing the first particle and the second mass concentration of the second particle size category containing the first particle and the second particle larger than the first particle. A signal processing circuit for calculating the number of particles, and a correction circuit for estimating the number of particles of the second particle based on the number of particles of the first particle and correcting the second mass concentration based on the estimated number of particles. ..

本発明に係る粒子検出センサによれば、複数の粒径区分の質量濃度を精度良く計測することができる。 According to the particle detection sensor according to the present invention, it is possible to accurately measure the mass concentration of a plurality of particle size categories.

図１は、実施の形態に係る粒子検出センサの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of the particle detection sensor according to the embodiment. 図２は、実施の形態に係る粒子検出センサの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the particle detection sensor according to the embodiment. 図３は、実施の形態に係る粒子検出センサの動作を説明するための拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view for explaining the operation of the particle detection sensor according to the embodiment. 図４は、実施の形態に係る粒子検出センサの信号処理回路の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a signal processing circuit of the particle detection sensor according to the embodiment. 図５は、実施の形態に係る粒子検出センサの受光素子から出力される電気信号であって、微小粒子の粒子数を計測する期間の信号を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an electric signal output from a light receiving element of the particle detection sensor according to the embodiment, which is a signal during a period for measuring the number of fine particles. 図６は、実施の形態に係る粒子検出センサの受光素子から出力される電気信号であって、粗大粒子の粒子数を計測する期間の信号を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an electric signal output from a light receiving element of the particle detection sensor according to the embodiment, which is a signal during a period for measuring the number of coarse particles. 図７は、実施の形態に係る粒子検出センサによって検出された粒子のヒストグラムである。FIG. 7 is a histogram of particles detected by the particle detection sensor according to the embodiment. 図８は、ＰＭ２．５及びＰＭ１０の各々の粒径に対する濃度分布を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the concentration distribution for each particle size of PM2.5 and PM10. 図９は、実施の形態に係る粒子検出センサの動作の第１例として、粗大粒子の粒子数の計測期間の調整例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of adjusting the measurement period of the number of coarse particles as the first example of the operation of the particle detection sensor according to the embodiment. 図１０は、実施の形態に係る粒子検出センサの動作の第２例として、質量濃度の演算の際の平均化のサイクル数の調整例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of adjusting the number of averaging cycles when calculating the mass concentration as a second example of the operation of the particle detection sensor according to the embodiment. 図１１は、実施の形態に係る粒子検出センサの動作の第３例として、対象流体の誘導量の調整例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of adjusting the induction amount of the target fluid as a third example of the operation of the particle detection sensor according to the embodiment.

以下では、本発明の実施の形態に係る粒子検出センサについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の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、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、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。 Hereinafter, the particle detection sensor according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, all the embodiments described below show a specific example of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, arrangement and connection forms of the components, steps, the order of steps, etc. shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims will be described as arbitrary components.

また、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。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成につい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。 Further, each figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. Therefore, for example, the scales and the like do not always match in each figure. Further, in each figure, substantially the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted or simplified.

（実施の形態）
［構成］
まず、実施の形態に係る粒子検出センサ１について、図１〜図３を用いて説明する。(Embodiment)
[Constitution]
First, the particle detection sensor 1 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

図１は、本実施の形態に係る粒子検出センサ１の斜視図である。図２は、本実施の形態に係る粒子検出センサ１の断面図である。具体的には、図２は、粒子検出センサ１の筐体１０のＺ軸方向における略中央におけるＸＹ面に平行な断面を示している。図３は、本実施の形態に係る粒子検出センサ１の動作を説明するための拡大断面図である。具体的には、図３は、図２に示す断面において、検出領域ＤＡを含む部分を拡大して示している。 FIG. 1 is a perspective view of the particle detection sensor 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the particle detection sensor 1 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 2 shows a cross section of the housing 10 of the particle detection sensor 1 parallel to the XY plane at substantially the center in the Z-axis direction. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view for explaining the operation of the particle detection sensor 1 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 3 shows an enlarged portion including the detection region DA in the cross section shown in FIG.

なお、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、略扁平な直方体形状を有する筐体１０の２つの辺に沿った方向である。Ｚ軸方向は、筐体１０の厚み方向に相当する。 The X-axis, Y-axis, and Z-axis indicate the three axes of the three-dimensional Cartesian coordinate system. The X-axis direction and the Y-axis direction are directions along two sides of the housing 10 having a substantially flat rectangular parallelepiped shape. The Z-axis direction corresponds to the thickness direction of the housing 10.

粒子検出センサ１は、対象流体に含まれる複数の粒子Ｐを検出する光電式の粒子検出センサである。本実施の形態では、対象流体は、例えば空気（大気）などの気体である。粒子Ｐは、気体中を浮遊するマイクロメートルオーダーの微粒子、すなわち、粒子状物質（エアロゾル）である。具体的には、粒子Ｐは、ＰＭ２．５、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ：Suspended Particulate Matter）、ＰＭ１０などである。 The particle detection sensor 1 is a photoelectric particle detection sensor that detects a plurality of particles P contained in a target fluid. In the present embodiment, the target fluid is a gas such as air (atmosphere). The particles P are micrometer-order fine particles suspended in a gas, that is, particulate matter (aerosol). Specifically, the particles P are PM2.5, suspended particulate matter (SPM: Suspended Particulate Matter), PM10 and the like.

図１に示されるように、粒子検出センサ１は、筐体１０を備える。図２に示されるように、粒子検出センサ１は、投光部２０と、受光部３０と、誘導装置４０と、信号処理回路５０と、補正回路６０とを備える。 As shown in FIG. 1, the particle detection sensor 1 includes a housing 10. As shown in FIG. 2, the particle detection sensor 1 includes a light emitting unit 20, a light receiving unit 30, an induction device 40, a signal processing circuit 50, and a correction circuit 60.

なお、図２に示す断面には、信号処理回路５０及び補正回路６０が現れていないので、図２では、信号処理回路５０及び補正回路６０を模式的に表している。信号処理回路５０及び補正回路６０は、例えば、筐体１０の外側面であって、流入口１１及び流出口１２が設けられた面とは反対側の面などに取り付けられている。 Since the signal processing circuit 50 and the correction circuit 60 do not appear in the cross section shown in FIG. 2, the signal processing circuit 50 and the correction circuit 60 are schematically shown in FIG. The signal processing circuit 50 and the correction circuit 60 are attached to, for example, the outer surface of the housing 10 on the surface opposite to the surface on which the inflow port 11 and the outflow port 12 are provided.

筐体１０は、投光部２０及び受光部３０を収納し、内部に検出領域ＤＡを有する。筐体１０は、複数の粒子Ｐを含む気体の流路を形成している。検出領域ＤＡは、気体の流路上に位置している。 The housing 10 houses the light projecting unit 20 and the light receiving unit 30, and has a detection region DA inside. The housing 10 forms a flow path for a gas containing a plurality of particles P. The detection region DA is located on the gas flow path.

具体的には、筐体１０は、図１に示されるように、内部に気体を流入させる流入口１１と、流入した気体を外部に流出させる流出口１２とを有する。図２の太破線の矢印で示すように、筐体１０の内部を、流入口１１から流出口１２まで至る経路が、気体の流路に相当する。図２には、気体の流路がＬ字状に形成されている例を示しているが、気体の流路は、流入口１１と流出口１２とを結ぶ直線状に形成されていてもよい。 Specifically, as shown in FIG. 1, the housing 10 has an inflow port 11 for inflowing gas into the inside and an outflow port 12 for letting out the inflowing gas to the outside. As shown by the thick broken line arrow in FIG. 2, the path from the inflow port 11 to the outflow port 12 corresponds to the gas flow path inside the housing 10. Although FIG. 2 shows an example in which the gas flow path is formed in an L shape, the gas flow path may be formed in a straight line connecting the inflow port 11 and the outflow port 12. ..

筐体１０は、例えば、遮光性を有し、受光部３０及び検出領域ＤＡに、ノイズの原因となる外光が入射するのを抑制する。筐体１０は、例えば黒色の樹脂材料を用いた射出成形により形成されている。具体的には、筐体１０は、射出成形により形成された複数の部品が組み合わされて構成されている。当該複数の部品によって、投光部２０及び受光部３０が挟まれて筐体１０内の所定位置に固定されている。 The housing 10 has, for example, a light-shielding property, and suppresses external light that causes noise from entering the light receiving unit 30 and the detection region DA. The housing 10 is formed by injection molding using, for example, a black resin material. Specifically, the housing 10 is configured by combining a plurality of parts formed by injection molding. The light emitting unit 20 and the light receiving unit 30 are sandwiched between the plurality of parts and fixed at a predetermined position in the housing 10.

筐体１０の内部には、迷光を多重反射させることにより減衰させる光トラップ構造が設けられていてもよい。迷光は、投光部２０から出射された光Ｌ１（図３を参照）のうち、検出領域ＤＡを通過中の粒子Ｐによって散乱されなかった光、すなわち、散乱光Ｌ２（図３を参照）以外の光である。光トラップ構造は、流入口１１又は流出口１２から内部に入射した外光も減衰させることができる。 An optical trap structure may be provided inside the housing 10 to attenuate stray light by multiple reflections. The stray light is other than the light L1 (see FIG. 3) emitted from the light projecting unit 20 that is not scattered by the particles P passing through the detection region DA, that is, the scattered light L2 (see FIG. 3). It is the light of. The optical trap structure can also attenuate the external light incident on the inside from the inlet 11 or the outlet 12.

投光部２０は、検出領域ＤＡに向けて光Ｌ１を出射する。図２及び図３に示されるように、投光部２０は、投光素子２１と、レンズ２２とを備える。 The light projecting unit 20 emits light L1 toward the detection region DA. As shown in FIGS. 2 and 3, the light projecting unit 20 includes a light projecting element 21 and a lens 22.

投光素子２１は、例えば固体発光素子であり、具体的には半導体レーザなどのレーザ素子である。あるいは、投光素子２１は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）又は有機ＥＬ（Electroluminescence）素子などでもよい。 The light projecting element 21 is, for example, a solid-state light emitting element, specifically, a laser element such as a semiconductor laser. Alternatively, the light projecting element 21 may be a light emitting diode (LED: Light Emitting Diode) or an organic EL (Electroluminescence) element.

投光素子２１が出射する光Ｌ１は、赤外光、紫外光、青色光、緑色光又は赤色光などの所定の波長にピークを有する光である。光Ｌ１のピークにおける半値幅は、例えば５０ｎｍ以下などの狭帯域でもよい。また、光Ｌ１は、ＤＣ駆動による連続光又はパルス光であるが、これらに限られない。 The light L1 emitted by the light projecting element 21 is light having a peak at a predetermined wavelength such as infrared light, ultraviolet light, blue light, green light, or red light. The half width at the peak of the light L1 may be a narrow band such as 50 nm or less. Further, the light L1 is continuous light or pulsed light driven by DC, but is not limited thereto.

レンズ２２は、投光素子２１と検出領域ＤＡとの間に配置されている。レンズ２２は、例えば集光レンズであり、投光素子２１から出射された光Ｌ１を効率良く検出領域ＤＡに集光させる。 The lens 22 is arranged between the light projecting element 21 and the detection region DA. The lens 22 is, for example, a condensing lens, and efficiently condenses the light L1 emitted from the light projecting element 21 on the detection region DA.

受光部３０は、投光部２０が出射する光に対して受光感度を有し、検出領域ＤＡを通過する粒子Ｐによる光Ｌ１の散乱光Ｌ２を光電変換することで電気信号を生成して出力する。図２及び図３に示されるように、受光部３０は、受光素子３１と、レンズ３２とを備える。 The light receiving unit 30 has light receiving sensitivity with respect to the light emitted by the light projecting unit 20, and generates an electric signal by photoelectrically converting the scattered light L2 of the light L1 by the particles P passing through the detection region DA to generate and output an electric signal. To do. As shown in FIGS. 2 and 3, the light receiving unit 30 includes a light receiving element 31 and a lens 32.

受光素子３１は、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ、又は光電子増倍管などの、受光した光を電気信号に変換する光電変換素子である。受光素子３１は、受光した光の受光強度に応じた電気信号を出力する。受光素子３１は、投光素子２１が出射する光Ｌ１の波長帯域に感度を有する。 The light receiving element 31 is a photoelectric conversion element that converts the received light into an electric signal, such as a photodiode, a phototransistor, or a photomultiplier tube. The light receiving element 31 outputs an electric signal according to the light receiving intensity of the received light. The light receiving element 31 has sensitivity in the wavelength band of the light L1 emitted by the light projecting element 21.

受光素子３１は、図２に示されるように、投光素子２１が出射した光Ｌ１の直接光が入射しない位置に配置されている。具体的には、受光素子３１は、投光素子２１の光軸と重ならない位置に配置されている。なお、投光素子２１の光軸は、投光素子２１が出射する光Ｌ１のうち、強度が最も強い光の経路に相当する。具体的には、投光素子２１の光軸は、投光素子２１と検出領域ＤＡとを結ぶ直線に相当する。本実施の形態では、受光素子３１は、受光素子３１の光軸が検出領域ＤＡで投光素子２１の光軸と交差するように配置されている。 As shown in FIG. 2, the light receiving element 31 is arranged at a position where the direct light of the light L1 emitted by the light projecting element 21 is not incident. Specifically, the light receiving element 31 is arranged at a position that does not overlap with the optical axis of the light projecting element 21. The optical axis of the light projecting element 21 corresponds to the path of the light having the strongest intensity among the light L1 emitted by the light projecting element 21. Specifically, the optical axis of the light projecting element 21 corresponds to a straight line connecting the light projecting element 21 and the detection region DA. In the present embodiment, the light receiving element 31 is arranged so that the optical axis of the light receiving element 31 intersects the optical axis of the light projecting element 21 in the detection region DA.

レンズ３２は、受光素子３１と検出領域ＤＡとの間に配置されている。レンズ３２は、検出領域ＤＡにおいて粒子Ｐによって散乱された散乱光Ｌ２を効率良く受光素子３１に集光させる。 The lens 32 is arranged between the light receiving element 31 and the detection region DA. The lens 32 efficiently condenses the scattered light L2 scattered by the particles P in the detection region DA on the light receiving element 31.

誘導装置４０は、検出領域ＤＡに向けて対象流体を誘導する装置である。具体的には、誘導装置４０は、検出領域ＤＡを通過する気流を生成する送風機構である。誘導装置４０は、例えば、ヒータなどの発熱素子であり、発熱による上昇気流を生成する。なお、上昇気流を効率良く利用するため、本実施の形態では、図１及び図２に示すＹ軸の正方向が鉛直上方、Ｙ軸の負方向が鉛直下方になるように、粒子検出センサ１を立てて使用される。 The guidance device 40 is a device that guides the target fluid toward the detection region DA. Specifically, the guidance device 40 is a ventilation mechanism that generates an air flow that passes through the detection region DA. The induction device 40 is, for example, a heat generating element such as a heater, and generates an updraft due to heat generation. In order to efficiently use the updraft, in the present embodiment, the particle detection sensor 1 is such that the positive direction of the Y axis shown in FIGS. 1 and 2 is vertically upward and the negative direction of the Y axis is vertically downward. It is used upright.

誘導装置４０は、小型のファンなどでもよい。誘導装置４０は、筐体１０の内部に配置されているが、筐体１０の外側に配置されていてもよい。 The guidance device 40 may be a small fan or the like. Although the guidance device 40 is arranged inside the housing 10, it may be arranged outside the housing 10.

信号処理回路５０は、受光部３０から出力される電気信号に基づいて、粒径区分毎に質量濃度を算出する。具体的には、信号処理回路５０は、電気信号に基づいて、第１粒子が含まれる第１粒径区分の第１質量濃度と、第１粒子及び当該第１粒子より大きい第２粒子が含まれる第２粒径区分の第２質量濃度とを算出する。 The signal processing circuit 50 calculates the mass concentration for each particle size category based on the electric signal output from the light receiving unit 30. Specifically, the signal processing circuit 50 includes the first mass concentration of the first particle size category including the first particles, the first particles, and the second particles larger than the first particles based on the electric signal. The second mass concentration of the second particle size category is calculated.

第１粒子は、具体的には微小粒子であり、粒径が例えば２．５μｍ以下の粒子である。本実施の形態では、第１粒径区分は、例えばＰＭ２．５などの小粒径区分であり、第１質量濃度は、ＰＭ２．５の質量濃度である。 The first particle is specifically a fine particle, and is a particle having a particle size of, for example, 2.5 μm or less. In the present embodiment, the first particle size category is a small particle size category such as PM2.5, and the first mass concentration is the mass concentration of PM2.5.

第２粒子は、具体的には、微小粒子よりも粒径が大きい粗大粒子であり、粒径が例えば１０μｍ以下の粒子である。本実施の形態では、第２粒径区分は、例えばＰＭ１０などの大粒径区分であり、第２質量濃度は、ＰＭ１０の質量濃度である。なお、第２粒径区分は、ＳＰＭであってもよく、第２質量濃度は、ＳＰＭの質量濃度であってもよい。 Specifically, the second particle is a coarse particle having a particle size larger than that of the fine particle, and is a particle having a particle size of, for example, 10 μm or less. In the present embodiment, the second particle size category is a large particle size category such as PM10, and the second mass concentration is the mass concentration of PM10. The second particle size classification may be SPM, and the second mass concentration may be the mass concentration of SPM.

信号処理回路５０は、受光部３０から出力される電気信号のピーク値の大きさに基づいて、粒子数及び粒径を計測し、計測結果に基づいて粒径区分毎の質量濃度を算出する。具体的には、信号処理回路５０は、電気信号のピーク値と、粒径に対応するように予め定められた１以上の閾値とを比較することで、検出された粒子の粒径を推定する。 The signal processing circuit 50 measures the number of particles and the particle size based on the magnitude of the peak value of the electric signal output from the light receiving unit 30, and calculates the mass concentration for each particle size category based on the measurement result. Specifically, the signal processing circuit 50 estimates the particle size of the detected particles by comparing the peak value of the electric signal with a threshold value of 1 or more predetermined so as to correspond to the particle size. ..

本実施の形態では、信号処理回路５０は、電気信号のうち第１期間分の第１信号に基づいて、ＰＭ２．５の質量濃度を算出し、電気信号のうち第２期間分の第２信号に基づいて、ＰＭ１０の質量濃度を算出する。第１期間は、例えば、ＰＭ２．５に含まれる微小粒子の粒子数（以下、ＰＭ２．５粒子数と記載する）の計測期間である。第２期間は、第１期間とは異なる期間であり、例えばＰＭ１０に含まれる粗大粒子の粒子数（以下、ＰＭ１０粒子数と記載する）の計測期間である。 In the present embodiment, the signal processing circuit 50 calculates the mass concentration of PM2.5 based on the first signal for the first period of the electric signal, and the second signal for the second period of the electric signal. Based on, the mass concentration of PM10 is calculated. The first period is, for example, a measurement period of the number of fine particles contained in PM2.5 (hereinafter, referred to as PM2.5 particle number). The second period is a period different from the first period, and is, for example, a measurement period for the number of coarse particles contained in PM10 (hereinafter, referred to as PM10 particle number).

つまり、本実施の形態に係る粒子検出センサ１では、ＰＭ２．５粒子数の計測とＰＭ１０粒子数の計測とが時分割で行われる。具体的には、信号処理回路５０は、受光部３０から出力される電気信号を所定の期間毎に区切って演算することで、粒径区分毎の粒子数の計測を行う。 That is, in the particle detection sensor 1 according to the present embodiment, the measurement of the number of PM2.5 particles and the measurement of the number of PM10 particles are performed in a time division manner. Specifically, the signal processing circuit 50 measures the number of particles for each particle size category by dividing the electrical signal output from the light receiving unit 30 into predetermined periods and calculating the signal.

このとき、信号処理回路５０は、受光素子３１から出力される電気信号の増幅率（ゲイン）を、計測対象の粒径区分に応じて異ならせる。具体的には、図４に示されるように、信号処理回路５０は、２つの増幅器５１及び５２と、スイッチ５３とを備える。 At this time, the signal processing circuit 50 makes the amplification factor (gain) of the electric signal output from the light receiving element 31 different according to the particle size classification of the measurement target. Specifically, as shown in FIG. 4, the signal processing circuit 50 includes two amplifiers 51 and 52 and a switch 53.

図４は、本実施の形態に係る信号処理回路５０の構成を示す図である。図４に示されるように、信号処理回路５０は、さらに、３つの抵抗５４〜５６と、演算回路５７とを備える。信号処理回路５０は、２つの増幅器５１の多段構成を有する。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a signal processing circuit 50 according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the signal processing circuit 50 further includes three resistors 54 to 56 and an arithmetic circuit 57. The signal processing circuit 50 has a multi-stage configuration of two amplifiers 51.

増幅器５１及び５２はそれぞれ、例えばオペアンプである。増幅器５１の正入力端子と負入力端子との間に受光素子３１が接続されている。増幅器５１の出力端子は、抵抗５４を介して負入力端子に接続されている。増幅器５１の出力端子は、さらに、増幅器５２の正入力端子に接続されている。 The amplifiers 51 and 52 are, for example, operational amplifiers, respectively. A light receiving element 31 is connected between the positive input terminal and the negative input terminal of the amplifier 51. The output terminal of the amplifier 51 is connected to the negative input terminal via the resistor 54. The output terminal of the amplifier 51 is further connected to the positive input terminal of the amplifier 52.

増幅器５２の負入力端子は、抵抗５５を介して接地されている。増幅器５２の出力端子は、抵抗５６を介して負入力端子に接続されている。増幅器５２の出力端子は、演算回路５７に接続されている。 The negative input terminal of the amplifier 52 is grounded via the resistor 55. The output terminal of the amplifier 52 is connected to the negative input terminal via a resistor 56. The output terminal of the amplifier 52 is connected to the arithmetic circuit 57.

スイッチ５３は、抵抗５６に対して並列に、すなわち、増幅器５２の出力端子と負入力端子との間に設けられている。スイッチ５３を導通（オン）させることにより、増幅器５２の出力端子と負入力端子とが短絡されるので、増幅器５２による増幅が行われない。スイッチ５３がオンされた場合には、増幅器５１のみによる増幅が行われる。このように、スイッチ５３のオン／オフによって、電気信号の増幅率を異ならせることができる。 The switch 53 is provided in parallel with the resistor 56, that is, between the output terminal and the negative input terminal of the amplifier 52. By making the switch 53 conductive (ON), the output terminal and the negative input terminal of the amplifier 52 are short-circuited, so that the amplification by the amplifier 52 is not performed. When the switch 53 is turned on, amplification is performed only by the amplifier 51. In this way, the amplification factor of the electric signal can be changed by turning the switch 53 on and off.

具体的には、信号処理回路５０は、ＰＭ２．５粒子数を計測する第１期間では、スイッチ５３をオフにすることで、増幅率を大きくする。例えば、受光素子３１から出力される光電流の大きさをＩ、増幅器５２の出力信号の電圧をＶｏｕｔとした場合、スイッチ５３がオフされたときのＶｏｕｔは、以下の式（１）で表される。 Specifically, the signal processing circuit 50 increases the amplification factor by turning off the switch 53 in the first period of measuring the number of PM2.5 particles. For example, when the magnitude of the photocurrent output from the light receiving element 31 is I and the voltage of the output signal of the amplifier 52 is Vout, the Vout when the switch 53 is turned off is expressed by the following equation (1). To.

（１） Ｖｏｕｔ＝Ｚ１×（１＋Ｚ３／Ｚ２）×Ｉ(1) Vout = Z 1 × (1 + Z 3 / Z 2 ) × I

なお、Ｚ１〜Ｚ３はそれぞれ、抵抗５４〜５６の抵抗値である。増幅率は、Ｚ１×（１＋Ｚ３／Ｚ２）で表される。Z 1 to Z 3 are resistance values of resistors 54 to 56, respectively. The amplification factor is represented by Z 1 × (1 + Z 3 / Z 2 ).

ＰＭ２．５粒子数を計測する場合、投光素子２１からの光を反射する粒子が微小粒子であるため、当該粒子による散乱光Ｌ２が弱くなる。このため、受光素子３１から出力される光電流が小さくなる。したがって、スイッチ５３をオフし、増幅率を大きくすることで、出力信号の電圧を大きくすることができる。これにより、ピーク値と閾値との比較を容易にし、粒径の推定を精度良く行うことができる。 When measuring the number of PM2.5 particles, since the particles that reflect the light from the light projecting element 21 are fine particles, the scattered light L2 by the particles becomes weak. Therefore, the photocurrent output from the light receiving element 31 becomes small. Therefore, the voltage of the output signal can be increased by turning off the switch 53 and increasing the amplification factor. This facilitates the comparison between the peak value and the threshold value, and the particle size can be estimated accurately.

また、信号処理回路５０は、ＰＭ１０粒子数を計測する第２期間では、スイッチ５３をオンすることで、増幅率を小さくする。スイッチ５３がオンされたときのＶｏｕｔは、以下の式（２）で表される。 Further, the signal processing circuit 50 reduces the amplification factor by turning on the switch 53 in the second period for measuring the number of PM10 particles. The Vout when the switch 53 is turned on is represented by the following equation (2).

（２） Ｖｏｕｔ＝Ｚ１×Ｉ(2) Vout = Z 1 × I

ＰＭ１０粒子数を計測する場合、投光素子２１からの光を反射する粒子が粗大粒子であるため、微小粒子に比べて散乱光Ｌ２が強くなる。このため、受光素子３１から出力される光電流も大きくなる。したがって、スイッチ５３をオンし、増幅率を小さくしてもよい。 When measuring the number of PM10 particles, the scattered light L2 is stronger than the fine particles because the particles that reflect the light from the light projecting element 21 are coarse particles. Therefore, the photocurrent output from the light receiving element 31 also increases. Therefore, the switch 53 may be turned on to reduce the amplification factor.

このように、計測対象の粒子の大きさに応じて増幅率を異ならせることで、計測対象の粒子の大きさによらず、Ｖｏｕｔが取りうる範囲を同等にすることができる。これにより、後段の演算回路５７でのピーク値と閾値との比較を容易に行わせることができる。 In this way, by making the amplification factor different according to the size of the particle to be measured, the range that Vout can take can be made the same regardless of the size of the particle to be measured. As a result, it is possible to easily compare the peak value and the threshold value in the calculation circuit 57 in the subsequent stage.

本実施の形態では、演算回路５７は、ＰＭ２．５粒子数の計測を行う第１期間分の電気信号に表れるピークの極大値（以下、ピーク値と記載する）に基づいて粒子の粒径を推定し、複数のサブ区分のいずれかに分類する。ＰＭ２．５のサブ区分は、ＰＭ２．５に相当する粒径区分が１以上の閾値によって分割された複数のサブ区分である。 In the present embodiment, the arithmetic circuit 57 determines the particle size of the particles based on the maximum value of the peak (hereinafter, referred to as the peak value) appearing in the electric signal for the first period for measuring the number of PM2.5 particles. Estimate and classify into one of multiple subcategories. The sub-category of PM2.5 is a plurality of sub-categories in which the particle size classification corresponding to PM2.5 is divided by a threshold value of 1 or more.

図５は、本実施の形態に係る粒子検出センサ１の受光素子３１から出力される電気信号であって、ＰＭ２．５粒子数を計測する第１期間の第１信号を示す図である。図５において、横軸は時間を表しており、縦軸は電気信号の信号強度を表している。本実施の形態では、受光素子３１から出力される電気信号が電圧Ｖｏｕｔに変換されているので、縦軸は、電圧値に相当する。 FIG. 5 is an electric signal output from the light receiving element 31 of the particle detection sensor 1 according to the present embodiment, and is a diagram showing a first signal in the first period for measuring the number of PM2.5 particles. In FIG. 5, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the signal strength of the electrical signal. In the present embodiment, since the electric signal output from the light receiving element 31 is converted into the voltage Vout, the vertical axis corresponds to the voltage value.

例えば、図５に示されるように、ＰＭ２．５は、４つの閾値１〜４によって４つのサブ区分に分割されている。具体的には、ＰＭ２．５は、例えば、１．０μｍ以上の第１サブ区分、１．０μｍより小さく０．５μｍ以上の第２サブ区分、０．５μｍより小さく０．３μｍ以上の第３サブ区分、及び、０．３μｍより小さい第４サブ区分が含まれる。なお、閾値４は、ノイズ成分を除去するための閾値である。 For example, as shown in FIG. 5, PM2.5 is divided into four subdivisions by four thresholds 1 to 4. Specifically, PM2.5 is, for example, a first sub-category of 1.0 μm or more, a second sub-category smaller than 1.0 μm and 0.5 μm or more, and a third sub-category smaller than 0.5 μm and 0.3 μm or more. A division and a fourth sub-category smaller than 0.3 μm are included. The threshold value 4 is a threshold value for removing the noise component.

図５には、５つのピークＳ１〜Ｓ５が現れた例を示している。ピークＳ１〜Ｓ５はそれぞれ、検出領域ＤＡを通過した粒子による散乱光Ｌ２を受光素子３１が受光することで現れた電気信号の変化に相当する。演算回路５７は、ピークＳ１〜Ｓ５の各々のピーク値と閾値とを比較することにより、粒子をＰＭ２．５の第１サブ区分〜第４サブ区分のいずれかに分類する。 FIG. 5 shows an example in which five peaks S1 to S5 appear. Each of the peaks S1 to S5 corresponds to a change in the electric signal that appears when the light receiving element 31 receives the scattered light L2 by the particles that have passed through the detection region DA. The arithmetic circuit 57 classifies particles into one of the first sub-category to the fourth sub-category of PM2.5 by comparing each peak value of peaks S1 to S5 with a threshold value.

例えば、ピークＳ１のピーク値は、閾値２より小さく閾値３以上であるので、ピークＳ１に相当する粒子は、第３サブ区分に分類される。同様に、ピークＳ２のピーク値は、閾値３より小さく閾値４以上であるので、ピークＳ２に相当する粒子は、第４サブ区分に分類される。ピークＳ３のピーク値は、閾値１より小さく閾値２以上であるので、ピークＳ３に相当する粒子は、第２サブ区分に分類される。ピークＳ４及びＳ５の各々のピーク値は、閾値１以上であるので、ピークＳ４及びＳ５の各々に相当する粒子は、第１サブ区分に分類される。 For example, since the peak value of the peak S1 is smaller than the threshold value 2 and equal to or higher than the threshold value 3, the particles corresponding to the peak S1 are classified into the third sub-category. Similarly, since the peak value of the peak S2 is smaller than the threshold value 3 and equal to or higher than the threshold value 4, the particles corresponding to the peak S2 are classified into the fourth sub-category. Since the peak value of the peak S3 is smaller than the threshold value 1 and equal to or higher than the threshold value 2, the particles corresponding to the peak S3 are classified into the second sub-category. Since the peak values of the peaks S4 and S5 are equal to or higher than the threshold value 1, the particles corresponding to the peaks S4 and S5 are classified into the first sub-category.

ＰＭ１０についても同様である。具体的には、演算回路５７は、ＰＭ１０粒子数の計測を行う第２期間分の電気信号に現れるピークの極大値（ピーク値）に基づいて粒子の粒径を推定し、複数のサブ区分のいずれかに分類する。ＰＭ１０のサブ区分は、ＰＭ１０に相当する粒径区分が１以上の閾値によって分割された複数のサブ区分である。 The same applies to PM10. Specifically, the arithmetic circuit 57 estimates the particle size of the particles based on the maximum value (peak value) of the peak appearing in the electric signal for the second period for measuring the number of PM10 particles, and divides the particle size into a plurality of sub-divisions. Classify into one. The PM10 sub-category is a plurality of sub-categories in which the particle size classification corresponding to PM10 is divided by a threshold value of 1 or more.

図６は、本実施の形態に係る粒子検出センサ１の受光素子３１から出力される電気信号であって、ＰＭ１０粒子数を計測する第２期間の第２信号を示す図である。図６において、横軸は時間を表しており、縦軸は電気信号の信号強度を表している。本実施の形態では、受光素子３１から出力される電気信号が電圧Ｖｏｕｔに変換されているので、縦軸は、電圧値に相当する。 FIG. 6 is an electric signal output from the light receiving element 31 of the particle detection sensor 1 according to the present embodiment, and is a diagram showing a second signal in the second period for measuring the number of PM10 particles. In FIG. 6, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the signal strength of the electrical signal. In the present embodiment, since the electric signal output from the light receiving element 31 is converted into the voltage Vout, the vertical axis corresponds to the voltage value.

例えば、図６に示されるように、ＰＭ１０は、４つの閾値Ａ〜Ｄによって４つのサブ区分に分割されている。具体的には、ＰＭ１０は、例えば、１０μｍより小さく５μｍ以上の第１サブ区分、５μｍより小さく２．５μｍ以上の第２サブ区分、２．５μｍより小さく１．０μｍ以上の第３サブ区分、及び、１．０μｍより小さい第４サブ区分が含まれる。 For example, as shown in FIG. 6, PM10 is divided into four subdivisions by four thresholds A to D. Specifically, PM10 is, for example, a first subsection smaller than 10 μm and 5 μm or more, a second subcategory smaller than 5 μm and 2.5 μm or more, a third subcategory smaller than 2.5 μm and 1.0 μm or more, and , A fourth subsection smaller than 1.0 μm is included.

図６には、５つのピークＳａ〜Ｓｅが現れた例を示している。ピークＳａ〜Ｓｅはそれぞれ、検出領域ＤＡを通過した粒子による散乱光Ｌ２を受光素子３１が受光することで現れた電気信号の変化に相当する。演算回路５７は、ピークＳａ〜Ｓｅの各々のピーク値と閾値とを比較することにより、粒子をＰＭ１０の第１サブ区分〜第４サブ区分のいずれかに分類する。具体的な処理は、ＰＭ２．５の場合と同様である。 FIG. 6 shows an example in which five peaks Sa to Se appear. Each of the peaks Sa to Se corresponds to a change in the electric signal that appears when the light receiving element 31 receives the scattered light L2 by the particles that have passed through the detection region DA. The arithmetic circuit 57 classifies the particles into one of the first sub-category to the fourth sub-category of PM10 by comparing the peak values of the peaks Sa to Se with the threshold values. The specific processing is the same as in the case of PM2.5.

なお、ＰＭ２．５及びＰＭ１０の少なくとも一方のサブ区分の個数は、４個に限らず、２個又は３個でもよく、５個でもよい。あるいは、サブ区分の個数は１個でもよい。すなわち、ＰＭ２．５及びＰＭ１０の少なくとも一方は、複数のサブ区分に分割されなくてもよい。 The number of at least one subsection of PM2.5 and PM10 is not limited to 4, but may be 2 or 3, or 5. Alternatively, the number of sub-divisions may be one. That is, at least one of PM2.5 and PM10 does not have to be divided into a plurality of subdivisions.

なお、本実施の形態に係る粒子検出センサ１では、実際には、検出領域ＤＡの中心以外の部分を通過する粒子も多数含まれる。例えば、検出領域ＤＡの端を大きな粒子が通過した場合、当該粒子による散乱光の受光素子３１による受光強度が小さくなる。このため、大きな粒子であるにも関わらず、当該粒子のサイズが「小さい」と誤判定される可能性がある。 The particle detection sensor 1 according to the present embodiment actually includes a large number of particles that pass through a portion other than the center of the detection region DA. For example, when a large particle passes through the end of the detection region DA, the light receiving intensity of the scattered light by the particle by the light receiving element 31 becomes small. Therefore, even though the particles are large, the size of the particles may be erroneously determined to be "small".

本実施の形態に係る演算回路５７は、当該誤判定を抑制するため、例えば、図７に示すような、信号強度（電圧値）と、粒子のサイズ毎の粒子の頻度とを対応付けたヒストグラムをメモリに保持している。図７は、本実施の形態に係る粒子検出センサ１によって検出された粒子のヒストグラムである。図７において、横軸は信号強度、縦軸は粒子のサイズ毎の粒子の頻度である。 The arithmetic circuit 57 according to the present embodiment is a histogram in which the signal intensity (voltage value) and the frequency of particles for each particle size are associated with each other, as shown in FIG. 7, for example, in order to suppress the erroneous determination. Is held in memory. FIG. 7 is a histogram of particles detected by the particle detection sensor 1 according to the present embodiment. In FIG. 7, the horizontal axis represents the signal intensity and the vertical axis represents the frequency of particles for each particle size.

図７に示されるように、信号強度が大きい場合には、そのほとんどは、粒径が大きい粒子である。一方で、信号強度が小さい場合には、粒径が小さい粒子だけでなく、検出領域ＤＡの中心以外の部分を通過する粒径が大きい粒子及び中くらいの粒子も含まれる。演算回路５７は、電気信号のピーク強度に基づいて、図７に示すヒストグラムを参照することで、当該ピークに対応する粒子Ｐのサイズを推定する。 As shown in FIG. 7, when the signal intensity is high, most of them are particles having a large particle size. On the other hand, when the signal intensity is small, not only the particles having a small particle size but also the particles having a large particle size and the particles having a medium particle size passing through a portion other than the center of the detection region DA are included. The arithmetic circuit 57 estimates the size of the particle P corresponding to the peak by referring to the histogram shown in FIG. 7 based on the peak intensity of the electric signal.

演算回路５７は、一定の動作期間中に検出された粒子Ｐの個数をサブ区分毎にカウントする。演算回路５７は、サブ区分毎に、予め定められた平均質量と、カウントした個数との積を算出し、算出したサブ区分毎の積を加算することで、ＰＭ２．５の質量濃度及びＰＭ１０の質量濃度をそれぞれ算出する。 The arithmetic circuit 57 counts the number of particles P detected during a certain operation period for each sub-category. The arithmetic circuit 57 calculates the product of the predetermined average mass and the counted number for each sub-category, and adds the calculated product for each sub-category to obtain the mass concentration of PM2.5 and PM10. Calculate the mass concentration respectively.

演算回路５７は、例えば比較器などを含む１以上の電子部品で実現される。例えば、演算回路５７は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などで実現されてもよい。演算回路５７が行う処理は、ハードウェアで実現されてもよく、プロセッサによって実行されるソフトウェアで実現されてもよい。 The arithmetic circuit 57 is realized by one or more electronic components including, for example, a comparator. For example, the arithmetic circuit 57 may be realized by an MPU (Micro Processing Unit) or the like. The processing performed by the arithmetic circuit 57 may be realized by hardware or software executed by a processor.

補正回路６０は、第１粒径区分に含まれる第１粒子の粒子数に基づいて第２粒径区分に含まれる第２粒子の粒子数を推定し、推定した粒子数に基づいて第２粒径区分の質量濃度の補正を行う。具体的には、補正回路６０は、ＰＭ２．５に含まれる微小粒子の粒子数に基づいて、ＰＭ１０に含まれる粗大粒子の粒子数を推定する。補正回路６０は、推定した粗大粒子の粒子数に基づいてＰＭ１０の質量濃度の補正を行う。 The correction circuit 60 estimates the number of particles of the second particle included in the second particle size category based on the number of particles of the first particle included in the first particle size category, and the second particle is based on the estimated number of particles. Correct the mass concentration of the diameter division. Specifically, the correction circuit 60 estimates the number of coarse particles contained in PM10 based on the number of fine particles contained in PM2.5. The correction circuit 60 corrects the mass concentration of PM10 based on the estimated number of coarse particles.

本実施の形態では、微小粒子の粒子数は、ＰＭ２．５が分割された複数のサブ区分のうち、最大粒径のサブ区分に含まれる粒子数である。例えば、図５に示される例における微小粒子の粒子数は、粒径が１．０μｍ以上である第４サブ区分に含まれる粒子の粒子数である。 In the present embodiment, the number of fine particles is the number of particles included in the sub-category having the maximum particle size among the plurality of sub-categories in which PM2.5 is divided. For example, the number of fine particles in the example shown in FIG. 5 is the number of particles included in the fourth sub-category having a particle size of 1.0 μm or more.

補正回路６０は、第４サブ区分に含まれる粒子の粒子数の含有率に基づいて、粗大粒子の粒子数を推定する。含有率は、ＰＭ２．５に相当する全粒子数に対する、第４サブ区分に含まれる粒子の粒子数の割合に相当する。 The correction circuit 60 estimates the number of coarse particles based on the content of the number of particles included in the fourth sub-category. The content rate corresponds to the ratio of the number of particles of the particles included in the fourth subcategory to the total number of particles corresponding to PM2.5.

本実施の形態では、補正回路６０は、大きく分けて２つの補正を行う。２つの補正は、信号処理回路５０によって算出されたＰＭ１０の質量濃度を補正する第１の補正と、ＰＭ１０粒子数の計測方法を調整する第２の補正とである。各補正処理の詳細については、後で説明する。 In the present embodiment, the correction circuit 60 makes roughly two corrections. The two corrections are a first correction for correcting the mass concentration of PM10 calculated by the signal processing circuit 50 and a second correction for adjusting the method for measuring the number of PM10 particles. Details of each correction process will be described later.

補正回路６０は、例えば１以上の電子部品で実現される。例えば、補正回路６０は、ＭＰＵなどで実現されてもよい。補正回路６０が行う動作は、ハードウェアで実現されてもよく、プロセッサによって実行されるソフトウェアで実現されてもよい。 The correction circuit 60 is realized by, for example, one or more electronic components. For example, the correction circuit 60 may be realized by an MPU or the like. The operation performed by the correction circuit 60 may be realized by hardware or software executed by a processor.

［補正処理］
以下では、補正回路６０が行う補正処理について説明する。[Correction processing]
Hereinafter, the correction process performed by the correction circuit 60 will be described.

まず、ＰＭ１０の質量濃度を補正する第１の補正について、図８を用いて説明する。図８は、ＰＭ２．５及びＰＭ１０の各々の粒径に対する濃度分布を示す図である。図８において、横軸は粒径［μｍ］を表しており、縦軸は質量濃度を示している。 First, the first correction for correcting the mass concentration of PM10 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing the concentration distribution for each particle size of PM2.5 and PM10. In FIG. 8, the horizontal axis represents the particle size [μm], and the vertical axis represents the mass concentration.

図８で示されるように、ＰＭ２．５の濃度分布とＰＭ１０の濃度分布とには、重複する部分（網掛け部分）が存在している。重複部分は、例えば、ＰＭ２．５の第４サブ区分に相当する部分である。 As shown in FIG. 8, there is an overlapping portion (shaded portion) between the concentration distribution of PM2.5 and the concentration distribution of PM10. The overlapping portion is, for example, a portion corresponding to the fourth sub-category of PM2.5.

ＰＭ２．５の濃度分布とＰＭ１０の濃度分布とには、相関関係がある。このため、重複部分に相当する第４サブ区分に含まれる微小粒子の粒子数の含有率に基づいて、ＰＭ１０に含まれる粗大粒子の粒子数の推定が可能になる。例えば、補正回路６０は、含有率と粗大粒子の粒子数との対応関係を示す対応情報を記憶するメモリを有する。補正回路６０は、当該メモリから対応情報を読み出し、読み出した対応情報を参照することで、微小粒子の粒子数の含有率に基づいて粗大粒子の推定を行う。 There is a correlation between the concentration distribution of PM2.5 and the concentration distribution of PM10. Therefore, it is possible to estimate the number of coarse particles contained in PM10 based on the content of the number of fine particles contained in the fourth sub-category corresponding to the overlapping portion. For example, the correction circuit 60 has a memory for storing correspondence information indicating a correspondence relationship between the content rate and the number of coarse particles. The correction circuit 60 reads the correspondence information from the memory and refers to the read correspondence information to estimate the coarse particles based on the content rate of the number of fine particles.

補正回路６０は、推定した粗大粒子の粒子数に基づいて、演算回路５７によって算出されたＰＭ１０の質量濃度を補正する。例えば、補正回路６０は、推定した粒子数に基づく質量濃度と、ＰＭ１０粒子数の計測結果（すなわち、実測数）に基づいて算出された質量濃度とに所定値以上の差分が生じた場合、補正回路６０は、推定結果と実測結果とを平均化することで、ＰＭ１０の質量濃度の補正値として出力する。なお、補正値は、推定結果と実測結果との平均でなくてもよく、例えば推定結果を強く重み付けした重み付け加算値であってもよい。 The correction circuit 60 corrects the mass concentration of PM10 calculated by the arithmetic circuit 57 based on the estimated number of coarse particles. For example, the correction circuit 60 corrects when a difference of a predetermined value or more occurs between the mass concentration based on the estimated number of particles and the mass concentration calculated based on the measurement result (that is, the actually measured number) of the number of PM10 particles. The circuit 60 averages the estimation result and the actual measurement result, and outputs the correction value of the mass concentration of PM10. The correction value does not have to be the average of the estimation result and the actual measurement result, and may be, for example, a weighted addition value in which the estimation result is strongly weighted.

また、推定した粗大粒子の粒子数と質量濃度の補正値とを対応付けた対応情報がメモリに記憶されていてもよい。補正回路６０は、当該対応情報をメモリから読み出し、読み出した対応情報を参照することで、推定した粒子数から質量濃度の補正値を決定して出力してもよい。なお、対応情報は、例えば、ＰＭ１０の質量濃度が判明している環境下でＰＭ２．５粒子数に基づく推定値を得ることで、予め生成しておくことができる。 Further, the corresponding information in which the estimated number of coarse particles and the correction value of the mass concentration are associated with each other may be stored in the memory. The correction circuit 60 may read the correspondence information from the memory and refer to the read correspondence information to determine the correction value of the mass concentration from the estimated number of particles and output it. Corresponding information can be generated in advance by obtaining an estimated value based on the number of PM2.5 particles in an environment where the mass concentration of PM10 is known, for example.

次に、粒子数の計測方法に対する第２の補正の詳細について説明する。 Next, the details of the second correction for the method of measuring the number of particles will be described.

＜計測期間の補正（第１例）＞
まず、粒子数の計測処理に対する補正の第１例について、図９を用いて説明する。<Correction of measurement period (1st example)>
First, a first example of correction for the particle number measurement process will be described with reference to FIG.

図９は、本実施の形態に係る粒子検出センサ１の補正の第１例として、粗大粒子の粒子数の計測期間の調整例を示す図である。補正回路６０は、推定した粗大粒子の粒子数に基づいて、ＰＭ１０粒子数の計測期間である第２期間の長さを変更する。 FIG. 9 is a diagram showing an example of adjusting the measurement period of the number of coarse particles as the first example of the correction of the particle detection sensor 1 according to the present embodiment. The correction circuit 60 changes the length of the second period, which is the measurement period of the number of PM10 particles, based on the estimated number of coarse particles.

本実施の形態に係る粒子検出センサ１では、図９に示されるように、微小粒子の粒子数の計測と、粗大粒子の粒子数の計測と、ＰＭ２．５の質量濃度の算出と、ＰＭ１０の質量濃度の算出とがこの順で行われる。微小粒子の粒子数の計測が、ＰＭ２．５の質量濃度の算出のための第１期間に相当する。粗大粒子の粒子数の計測が、ＰＭ１０の質量濃度の算出のための第２期間に相当する。 In the particle detection sensor 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 9, the number of fine particles is measured, the number of coarse particles is measured, the mass concentration of PM2.5 is calculated, and the PM10 is measured. The calculation of the mass concentration is performed in this order. The measurement of the number of fine particles corresponds to the first period for calculating the mass concentration of PM2.5. The measurement of the number of coarse particles corresponds to the second period for calculating the mass concentration of PM10.

本実施の形態では、図９に示されるように、補正回路６０は、推定された粒子数が少ない場合、推定された粒子数が多い場合よりも、第２期間を長くする。これにより、検出される粗大粒子の数（検出数）を一定数以上確保しやすくなるので、粗大粒子の粒子数を精度良く計測することができ、ＰＭ１０の質量濃度を精度良く算出することができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the correction circuit 60 makes the second period longer when the estimated number of particles is small than when the estimated number of particles is large. As a result, it becomes easy to secure a certain number or more of the detected coarse particles (detected number), so that the number of coarse particles can be measured accurately and the mass concentration of PM10 can be calculated accurately. ..

なお、推定された粒子数が多い場合は、第２期間を長くしなくても、一定数以上の粗大粒子の検出数を確保することができる。したがって、粗大粒子の粒子数を精度良く計測することができ、ＰＭ１０の質量濃度を精度良く算出することができる。また、粒子数の計測から質量濃度の算出までに要する時間を短くすることができる。 When the estimated number of particles is large, it is possible to secure the number of detected coarse particles of a certain number or more without lengthening the second period. Therefore, the number of coarse particles can be measured with high accuracy, and the mass concentration of PM10 can be calculated with high accuracy. In addition, the time required from the measurement of the number of particles to the calculation of the mass concentration can be shortened.

＜平均化のサイクル数の補正（第２例）＞
次に、粒子数の計測処理に対する補正の第２例について、図１０を用いて説明する。<Correction of the number of averaging cycles (second example)>
Next, a second example of correction for the particle number measurement process will be described with reference to FIG.

図１０は、本実施の形態に係る粒子検出センサ１の補正の第２例として、質量濃度の演算の際の平均化のサイクル数の調整例を示す図である。補正回路６０は、推定した粗大粒子の粒子数に基づいて、ＰＭ１０の質量濃度の演算の際の平均化のサイクル数を変更する。 FIG. 10 is a diagram showing an example of adjusting the number of averaging cycles when calculating the mass concentration as a second example of correction of the particle detection sensor 1 according to the present embodiment. The correction circuit 60 changes the number of averaging cycles in the calculation of the mass concentration of PM10 based on the estimated number of coarse particles.

本実施の形態に係る粒子検出センサ１では、図１０に示されるように、微小粒子の粒子数の計測と、粗大粒子の粒子数の計測と、ＰＭ２．５の質量濃度の算出と、ＰＭ１０の質量濃度の算出とを１サイクルとして、当該サイクルが複数回繰り返される。１サイクル毎に算出される質量濃度を、複数回分で平均化することで、質量濃度が算出される。 In the particle detection sensor 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 10, the number of fine particles is measured, the number of coarse particles is measured, the mass concentration of PM2.5 is calculated, and the PM10 The cycle is repeated a plurality of times, with the calculation of the mass concentration as one cycle. The mass concentration is calculated by averaging the mass concentration calculated for each cycle in a plurality of times.

具体的には、演算回路５７は、粗大粒子の計測期間に得られた電気信号（第２信号）に基づいてＰＭ１０の質量濃度を算出する処理を所定回数繰り返し、得られた所定回数分の質量濃度を平均化することで、ＰＭ１０の質量濃度を算出する。補正回路６０は、平均化の回数であるサイクル数を変更する。 Specifically, the arithmetic circuit 57 repeats a process of calculating the mass concentration of PM10 based on the electric signal (second signal) obtained during the measurement period of the coarse particles a predetermined number of times, and the mass for the obtained predetermined number of times. The mass concentration of PM10 is calculated by averaging the concentrations. The correction circuit 60 changes the number of cycles, which is the number of averaging.

本実施の形態では、図１０に示されるように、補正回路６０は、推定された粒子数が少ない場合、推定された粒子数が多い場合よりも、サイクル数を多くする。例えば、図１０には、推定された粒子数が多い場合は、サイクル数が３回であるのに対して、推定された粒子数が少ない場合は、サイクル数が６回である例を示している。なお、サイクル数の具体的な数値例は、これらに限らない。 In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the correction circuit 60 increases the number of cycles when the estimated number of particles is small, as compared with the case where the estimated number of particles is large. For example, FIG. 10 shows an example in which the number of cycles is 3 when the estimated number of particles is large, whereas the number of cycles is 6 when the estimated number of particles is small. There is. Specific numerical examples of the number of cycles are not limited to these.

これにより、平均化の仮定で、検出される粗大粒子の数（検出数）を一定数以上確保しやすくなるので、粗大粒子の粒子数を精度良く計測することができ、ＰＭ１０の質量濃度を精度良く算出することができる。 This makes it easier to secure a certain number or more of the coarse particles to be detected (detected number) under the assumption of averaging, so that the number of coarse particles can be measured accurately and the mass concentration of PM10 can be accurately measured. It can be calculated well.

なお、演算回路５７は、ＰＭ２．５の質量濃度の場合も同様である。このとき、平均化のサイクル数は、ＰＭ２．５の場合とＰＭ１０の場合とで同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、ＰＭ２．５の場合のサイクル数は、推定された粒子数によらず、常に一定であってもよい。 The calculation circuit 57 is the same in the case of the mass concentration of PM2.5. At this time, the number of averaging cycles may be the same or different between the case of PM2.5 and the case of PM10. For example, in the case of PM2.5, the number of cycles may always be constant regardless of the estimated number of particles.

＜誘導量の補正（第３例）＞
次に、粒子数の計測処理に対する補正の第３例について、図１１を用いて説明する。<Correction of induction amount (3rd example)>
Next, a third example of correction for the particle number measurement process will be described with reference to FIG.

図１１は、本実施の形態に係る粒子検出センサ１の補正の第３例として、対象流体の誘導量の調整例を示す図である。補正回路６０は、粗大粒子の計測期間である第２期間内に誘導装置４０によって誘導される対象流体の誘導量を変更する。 FIG. 11 is a diagram showing an example of adjusting the induction amount of the target fluid as a third example of the correction of the particle detection sensor 1 according to the present embodiment. The correction circuit 60 changes the induction amount of the target fluid induced by the induction device 40 within the second period, which is the measurement period of the coarse particles.

本実施の形態では、誘導装置４０は、気体を筐体１０の内部に取り入れるための送風機構である。このため、補正回路６０は、誘導量として吸気量を変更する。例えば、誘導装置４０が抵抗素子であり、発熱による上昇気流を利用する場合、補正回路６０は、抵抗素子に流す電流を調整することで、発熱量を調整する。例えば、補正回路６０は、電流を多く流し、発熱量を増やすことで、上昇気流が強くなり、吸気量を多くすることができる。 In the present embodiment, the induction device 40 is a ventilation mechanism for taking gas into the housing 10. Therefore, the correction circuit 60 changes the intake amount as the induction amount. For example, when the induction device 40 is a resistance element and an updraft due to heat generation is used, the correction circuit 60 adjusts the amount of heat generated by adjusting the current flowing through the resistance element. For example, in the correction circuit 60, by passing a large amount of current and increasing the amount of heat generated, the updraft becomes stronger and the amount of intake air can be increased.

図１１に示されるように、補正回路６０は、推定された粒子数が少ない場合、推定された粒子数が多い場合よりも、吸気量を増加させる。これにより、１回の計測で取り入れられる気体の量が増加するので、気体に含まれる粒子数も増加させることができる。したがって、一定数以上の粗大粒子の検出数を確保することができる。よって、粗大粒子の粒子数を精度良く計測することができ、ＰＭ１０の質量濃度を精度良く算出することができる。 As shown in FIG. 11, the correction circuit 60 increases the intake amount when the estimated number of particles is small, as compared with the case where the estimated number of particles is large. As a result, the amount of gas taken in by one measurement increases, so that the number of particles contained in the gas can also be increased. Therefore, it is possible to secure the number of detected coarse particles of a certain number or more. Therefore, the number of coarse particles can be measured with high accuracy, and the mass concentration of PM10 can be calculated with high accuracy.

ＰＭ１０粒子数の計測方法の第２の補正では、上述した第１例〜第３例の全てが行われてもよく、１つのみが行われてもよい。また、ＰＭ１０粒子数の計測方法の第２の補正と、ＰＭ１０の質量濃度の第１の補正との両方が行われてもよく、いずれか一方のみが行われてもよい。 In the second correction of the method for measuring the number of PM10 particles, all of the above-mentioned first to third examples may be performed, or only one may be performed. Further, both the second correction of the method for measuring the number of PM10 particles and the first correction of the mass concentration of PM10 may be performed, or only one of them may be performed.

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る粒子検出センサ１は、対象流体に含まれる粒子を検出する粒子検出センサであって、検出領域ＤＡに向けて光を出射する投光部２０と、投光部２０が出射する光Ｌ１に対して受光感度を有し、検出領域ＤＡを通過する粒子による光の散乱光Ｌ２を光電変換することで電気信号を生成して出力する受光部３０とを備える。粒子検出センサ１は、さらに、電気信号に基づいて、微小粒子が含まれる第１粒径区分の第１質量濃度（例えば、ＰＭ２．５の質量濃度）と、微小粒子及び当該微小粒子より大きい粗大粒子が含まれる第２粒径区分の第２質量濃度（例えば、ＰＭ１０の質量濃度）とを算出する信号処理回路５０と、微小粒子の粒子数に基づいて粗大粒子の粒子数を推定し、推定した粒子数に基づいて第２質量濃度の補正を行う補正回路６０とを備える。[Effects, etc.]
As described above, the particle detection sensor 1 according to the present embodiment is a particle detection sensor that detects particles contained in the target fluid, and includes a light projecting unit 20 that emits light toward the detection region DA and a light projecting unit 20. It has a light receiving sensitivity to the light L1 emitted by the light unit 20, and includes a light receiving unit 30 that generates and outputs an electric signal by photoelectrically converting the scattered light L2 of the light by the particles passing through the detection region DA. .. The particle detection sensor 1 further has a first mass concentration (for example, a mass concentration of PM2.5) of the first particle size category containing fine particles, and a coarser particle larger than the fine particles and the fine particles, based on an electric signal. The signal processing circuit 50 that calculates the second mass concentration of the second particle size category containing particles (for example, the mass concentration of PM10) and the number of coarse particles are estimated and estimated based on the number of fine particles. It is provided with a correction circuit 60 that corrects the second mass concentration based on the number of particles.

これにより、一定数以上の粒子数が容易に計測でき、精度良く計測された微小粒子の粒子数に基づいて粗大粒子の粒子数を推定するので、粗大粒子の粒子数の推定精度も高くなる。本実施の形態によれば、推定結果に基づいてＰＭ１０の質量濃度を補正するので、ＰＭ１０の質量濃度の計測精度も高められる。したがって、ＰＭ２．５だけでなく、ＰＭ１０の質量濃度も精度良く計測することができる。このように、本実施の形態に係る粒子検出センサ１によれば、複数の粒径区分の質量濃度を精度良く計測することができる。 As a result, the number of particles of a certain number or more can be easily measured, and the number of coarse particles is estimated based on the number of fine particles measured with high accuracy, so that the estimation accuracy of the number of coarse particles is also high. According to the present embodiment, since the mass concentration of PM10 is corrected based on the estimation result, the measurement accuracy of the mass concentration of PM10 is also improved. Therefore, not only PM2.5 but also the mass concentration of PM10 can be measured with high accuracy. As described above, according to the particle detection sensor 1 according to the present embodiment, it is possible to accurately measure the mass concentration of a plurality of particle size categories.

また、例えば、微小粒子の粒子数は、第１粒径区分が分割された複数のサブ区分のうち、最大粒径のサブ区分に含まれる粒子数である。補正回路６０は、微小粒子の粒子数の含有率に基づいて粗大粒子の粒子数を推定する。 Further, for example, the number of fine particles is the number of particles included in the sub-category of the maximum particle size among the plurality of sub-categories in which the first particle size category is divided. The correction circuit 60 estimates the number of coarse particles based on the content of the number of fine particles.

これにより、ＰＭ２．５の最大粒径のサブ区分の粒子数の含有率と、ＰＭ１０に含まれる粗大粒子の粒子数とには相関関係があるので、当該相関関係に基づいて、粗大粒子の粒子数を精度良く推定することができる。粗大粒子の粒子数の推定精度が高くなるので、ＰＭ１０の質量濃度の計測精度も高められる。したがって、ＰＭ２．５だけでなく、ＰＭ１０の質量濃度も精度良く計測することができる。 As a result, there is a correlation between the content of the number of particles in the sub-category of the maximum particle size of PM2.5 and the number of coarse particles contained in PM10. Therefore, based on the correlation, the particles of coarse particles The number can be estimated accurately. Since the estimation accuracy of the number of coarse particles is increased, the measurement accuracy of the mass concentration of PM10 is also improved. Therefore, not only PM2.5 but also the mass concentration of PM10 can be measured with high accuracy.

また、例えば、信号処理回路５０は、電気信号のうち第１期間分の第１信号に基づいてＰＭ２．５の質量濃度を算出し、電気信号のうち第１期間とは異なる第２期間分の第２信号に基づいてＰＭ１０の質量濃度を算出する。 Further, for example, the signal processing circuit 50 calculates the mass concentration of PM2.5 based on the first signal for the first period of the electric signal, and for the second period of the electric signal different from the first period. The mass concentration of PM10 is calculated based on the second signal.

これにより、ＰＭ２．５の質量濃度とＰＭ１０の質量濃度とを時系列で算出することができる。ＰＭ１０の質量濃度の実測値が得られるので、補正の精度が高められる。したがって、ＰＭ２．５だけでなく、ＰＭ１０の質量濃度も精度良く計測することができる。 As a result, the mass concentration of PM2.5 and the mass concentration of PM10 can be calculated in chronological order. Since the measured value of the mass concentration of PM10 can be obtained, the accuracy of correction can be improved. Therefore, not only PM2.5 but also the mass concentration of PM10 can be measured with high accuracy.

また、例えば、補正回路６０は、補正として、推定した粒子数に基づいて、第２信号に基づいて算出したＰＭ１０の質量濃度を補正する。 Further, for example, the correction circuit 60 corrects the mass concentration of PM10 calculated based on the second signal based on the estimated number of particles as correction.

これにより、ＰＭ１０の質量濃度の演算結果を補正するので、ＰＭ１０の質量濃度を精度良く計測することができる。 As a result, the calculation result of the mass concentration of PM10 is corrected, so that the mass concentration of PM10 can be measured with high accuracy.

また、例えば、補正回路６０は、補正として、推定した粒子数に基づいて粗大粒子の計測期間の長さを変更する。 Further, for example, the correction circuit 60 changes the length of the measurement period of coarse particles based on the estimated number of particles as correction.

これにより、粗大粒子の計測に要する時間を長くすることができるので、粗大粒子の粒子数を一定数以上確保しやすくなる。したがって、ＰＭ２．５だけでなく、ＰＭ１０の質量濃度も精度良く計測することができる。 As a result, the time required for measuring the coarse particles can be lengthened, so that it becomes easy to secure a certain number or more of the coarse particles. Therefore, not only PM2.5 but also the mass concentration of PM10 can be measured with high accuracy.

また、例えば、信号処理回路５０は、第２信号に基づいてＰＭ１０の質量濃度を算出する処理を所定回数繰り返し、得られた所定回数分の質量濃度を平均化することで、ＰＭ１０の質量濃度を算出する。補正回路６０は、補正として、上記繰り返しの回数（すなわち、サイクル数）を変更する。 Further, for example, the signal processing circuit 50 repeats the process of calculating the mass concentration of PM10 based on the second signal a predetermined number of times, and averages the obtained mass concentration for the predetermined number of times to obtain the mass concentration of PM10. calculate. The correction circuit 60 changes the number of repetitions (that is, the number of cycles) as a correction.

これにより、ＰＭ１０の質量濃度の算出の際の平均化サイクルを長くすることができるので、粗大粒子の粒子数を一定数以上確保しやすくなる。したがって、ＰＭ２．５だけでなく、ＰＭ１０の質量濃度も精度良く計測することができる。 As a result, the averaging cycle when calculating the mass concentration of PM10 can be lengthened, so that it becomes easy to secure a certain number or more of coarse particles. Therefore, not only PM2.5 but also the mass concentration of PM10 can be measured with high accuracy.

また、例えば、粒子検出センサ１は、さらに、検出領域ＤＡに向けて対象流体を誘導する誘導装置４０を備える。補正回路６０は、補正として、第２期間内に誘導装置４０によって誘導される対象流体の誘導量を変更する。 Further, for example, the particle detection sensor 1 further includes a guidance device 40 that guides the target fluid toward the detection region DA. As a correction, the correction circuit 60 changes the induction amount of the target fluid induced by the induction device 40 within the second period.

これにより、粗大粒子の粒子数の計測時に誘導される気体の量が多くなるので、粗大粒子の粒子数を一定数以上確保しやすくなる。したがって、ＰＭ２．５だけでなく、ＰＭ１０の質量濃度も精度良く計測することができる。 As a result, the amount of gas induced when measuring the number of coarse particles increases, so that it becomes easy to secure a certain number or more of coarse particles. Therefore, not only PM2.5 but also the mass concentration of PM10 can be measured with high accuracy.

（その他）
以上、本発明に係る粒子検出センサについて、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。(Other)
The particle detection sensor according to the present invention has been described above based on the above-described embodiment, but the present invention is not limited to the above-described embodiment.

例えば、上記の実施の形態では、対象流体が気体である場合を説明したが、これに限らない。対象流体は、水などの液体でもよい。粒子検出センサ１は、水などの液体中に含まれる粒子を検出し、質量濃度を算出する。このとき、粒子検出センサ１は、筐体１０の外側面に取り付けられた信号処理回路５０が液体に接触するのを防ぐ防水機構を有する。防水機構は、例えば、信号処理回路５０を覆うように設けられた金属製のシールド部材である。当該シールド部材は、例えば溶接などにより筐体１０に隙間なく固定される。 For example, in the above embodiment, the case where the target fluid is a gas has been described, but the present invention is not limited to this. The target fluid may be a liquid such as water. The particle detection sensor 1 detects particles contained in a liquid such as water and calculates the mass concentration. At this time, the particle detection sensor 1 has a waterproof mechanism for preventing the signal processing circuit 50 attached to the outer surface of the housing 10 from coming into contact with the liquid. The waterproof mechanism is, for example, a metal shield member provided so as to cover the signal processing circuit 50. The shield member is fixed to the housing 10 without a gap by, for example, welding.

また、例えば、粒子検出センサ１では、ＰＭ１０粒子数の計測が行われなくてもよい。具体的には、信号処理回路５０は、微小粒子の計測と、ＰＭ２．５の質量濃度の演算と、ＰＭ１０の質量濃度の演算とをこの順に行ってもよい。ＰＭ１０の質量濃度の演算では、ＰＭ２．５に含まれる微小粒子の粒子数の含有率に基づいて推定された粗大粒子の粒子数を用いて、ＰＭ１０の質量濃度を算出してもよい。 Further, for example, the particle detection sensor 1 does not have to measure the number of PM10 particles. Specifically, the signal processing circuit 50 may perform the measurement of fine particles, the calculation of the mass concentration of PM2.5, and the calculation of the mass concentration of PM10 in this order. In the calculation of the mass concentration of PM10, the mass concentration of PM10 may be calculated using the number of coarse particles estimated based on the content of the number of fine particles contained in PM2.5.

また、例えば、補正回路６０は、ＰＭ２．５の最大粒径のサブ区分ではなく、ＰＭ２．５に含まれる微小粒子の全粒子数に基づいて、粗大粒子の粒子数を推定してもよい。 Further, for example, the correction circuit 60 may estimate the number of coarse particles based on the total number of fine particles contained in PM2.5, instead of subclassifying the maximum particle size of PM2.5.

また、例えば、粒子検出センサ１は、誘導装置４０を備えなくてもよい。例えば、粒子検出センサ１は、一定方向に気流が流れている場所に、流入口１１が気流の上流側、流出口１２が下流側に位置するように配置されてもよい。 Further, for example, the particle detection sensor 1 does not have to include the guidance device 40. For example, the particle detection sensor 1 may be arranged so that the inflow port 11 is located on the upstream side of the airflow and the outflow port 12 is located on the downstream side in a place where the airflow is flowing in a certain direction.

また、例えば、上記の実施の形態では、投光部２０及び受光部３０の各々がレンズを備える例について示したが、これに限らない。例えば、投光部２０及び受光部３０の少なくとも一方は、レンズの代わりに、ミラー（反射体）を備えてもよい。 Further, for example, in the above embodiment, an example in which each of the light emitting unit 20 and the light receiving unit 30 is provided with a lens has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, at least one of the light emitting unit 20 and the light receiving unit 30 may include a mirror (reflector) instead of the lens.

なお、粒子検出センサ１は、例えば、エアコン、空気清浄機、換気扇などの各種家電機器などに搭載される。各種家電機器は、粒子検出センサ１によって検出された粒子の質量濃度に応じて、その動作を制御してもよい。例えば、空気清浄機は、粒子の質量濃度が所定の閾値より大きい場合に、運転強度（具体的には、空気の浄化力）を強くしてもよい。 The particle detection sensor 1 is mounted on, for example, various home appliances such as an air conditioner, an air purifier, and a ventilation fan. Various home appliances may control their operation according to the mass concentration of the particles detected by the particle detection sensor 1. For example, the air purifier may increase the operating intensity (specifically, the purifying power of air) when the mass concentration of the particles is larger than a predetermined threshold value.

その他、各実施の形態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各実施の形態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。 In addition, it is realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment within the range obtained by applying various modifications to each embodiment and the gist of the present invention. Forms are also included in the present invention.

１ 粒子検出センサ
２０ 投光部
３０ 受光部
４０ 誘導装置
５０ 信号処理回路
６０ 補正回路
ＤＡ 検出領域
Ｌ１ 光
Ｌ２ 散乱光1 Particle detection sensor 20 Light emitting unit 30 Light receiving unit 40 Induction device 50 Signal processing circuit 60 Correction circuit DA detection area L1 Light L2 Scattered light

図４は、本実施の形態に係る信号処理回路５０の構成を示す図である。図４に示されるように、信号処理回路５０は、さらに、３つの抵抗５４〜５６と、演算回路５７とを備える。信号処理回路５０は、２つの増幅器５１及び５２の多段構成を有する。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a signal processing circuit 50 according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the signal processing circuit 50 further includes three resistors 54 to 56 and an arithmetic circuit 57. The signal processing circuit 50 has a multi-stage configuration of two amplifiers 51 and 52 .

本実施の形態では、微小粒子の粒子数は、ＰＭ２．５が分割された複数のサブ区分のうち、最大粒径のサブ区分に含まれる粒子数である。例えば、図５に示される例における微小粒子の粒子数は、粒径が１．０μｍ以上である第１サブ区分に含まれる粒子の粒子数である。 In the present embodiment, the number of fine particles is the number of particles included in the sub-category having the maximum particle size among the plurality of sub-categories in which PM2.5 is divided. For example, the number of fine particles in the example shown in FIG. 5 is the number of particles included in the first sub-category having a particle size of 1.0 μm or more.

補正回路６０は、第１サブ区分に含まれる粒子の粒子数の含有率に基づいて、粗大粒子の粒子数を推定する。含有率は、ＰＭ２．５に相当する全粒子数に対する、第１サブ区分に含まれる粒子の粒子数の割合に相当する。 The correction circuit 60 estimates the number of coarse particles based on the content of the number of particles included in the first sub-category. The content rate corresponds to the ratio of the number of particles included in the first sub-category to the total number of particles corresponding to PM2.5.

図８で示されるように、ＰＭ２．５の濃度分布とＰＭ１０の濃度分布とには、重複する部分（網掛け部分）が存在している。重複部分は、例えば、ＰＭ２．５の第１サブ区分に相当する部分である。 As shown in FIG. 8, there is an overlapping portion (shaded portion) between the concentration distribution of PM2.5 and the concentration distribution of PM10. The overlapping portion is, for example, a portion corresponding to the first sub-category of PM2.5.

ＰＭ２．５の濃度分布とＰＭ１０の濃度分布とには、相関関係がある。このため、重複部分に相当する第１サブ区分に含まれる微小粒子の粒子数の含有率に基づいて、ＰＭ１０に含まれる粗大粒子の粒子数の推定が可能になる。例えば、補正回路６０は、含有率と粗大粒子の粒子数との対応関係を示す対応情報を記憶するメモリを有する。補正回路６０は、当該メモリから対応情報を読み出し、読み出した対応情報を参照することで、微小粒子の粒子数の含有率に基づいて粗大粒子の推定を行う。 There is a correlation between the concentration distribution of PM2.5 and the concentration distribution of PM10. Therefore, it is possible to estimate the number of coarse particles contained in PM10 based on the content of the number of fine particles contained in the first sub-category corresponding to the overlapping portion. For example, the correction circuit 60 has a memory for storing correspondence information indicating a correspondence relationship between the content rate and the number of coarse particles. The correction circuit 60 reads the correspondence information from the memory, and by referring to the read correspondence information, estimates the coarse particles based on the content rate of the number of fine particles.

Claims (7)

対象流体に含まれる粒子を検出する粒子検出センサであって、
検出領域に向けて光を出射する投光部と、
前記投光部が出射する光に対して受光感度を有し、前記検出領域を通過する粒子による前記光の散乱光を光電変換することで電気信号を生成して出力する受光部と、
前記電気信号に基づいて、第１粒子が含まれる第１粒径区分の第１質量濃度と、前記第１粒子及び当該第１粒子より大きい第２粒子が含まれる第２粒径区分の第２質量濃度とを算出する信号処理回路と、
前記第１粒子の粒子数に基づいて前記第２粒子の粒子数を推定し、推定した粒子数に基づいて前記第２質量濃度の補正を行う補正回路とを備える
粒子検出センサ。A particle detection sensor that detects particles contained in the target fluid.
A floodlight unit that emits light toward the detection area,
A light receiving unit that has light receiving sensitivity to the light emitted by the light projecting unit and generates and outputs an electric signal by photoelectrically converting the scattered light of the light by particles passing through the detection region.
Based on the electric signal, the first mass concentration of the first particle size category containing the first particle and the second mass concentration of the second particle size category containing the first particle and the second particle larger than the first particle. A signal processing circuit that calculates the mass concentration and
A particle detection sensor including a correction circuit that estimates the number of particles of the second particle based on the number of particles of the first particle and corrects the second mass concentration based on the estimated number of particles. 前記第１粒子の粒子数は、前記第１粒径区分が分割された複数のサブ区分のうち、最大粒径のサブ区分に含まれる粒子数であり、
前記補正回路は、前記第１粒子の粒子数の含有率に基づいて前記第２粒子の粒子数を推定する
請求項１に記載の粒子検出センサ。The number of particles of the first particle is the number of particles included in the sub-category of the maximum particle size among the plurality of sub-categories in which the first particle size category is divided.
The particle detection sensor according to claim 1, wherein the correction circuit estimates the number of particles of the second particle based on the content of the number of particles of the first particle. 前記信号処理回路は、
前記電気信号のうち第１期間分の第１信号に基づいて、前記第１質量濃度を算出し、
前記電気信号のうち前記第１期間とは異なる第２期間分の第２信号に基づいて、前記第２質量濃度を算出する
請求項１又は２に記載の粒子検出センサ。The signal processing circuit
The first mass concentration is calculated based on the first signal for the first period of the electric signals.
The particle detection sensor according to claim 1 or 2, wherein the second mass concentration is calculated based on a second signal for a second period different from the first period among the electric signals. 前記補正回路は、前記補正として、推定した粒子数に基づいて、前記第２信号に基づいて算出した第２質量濃度を補正する
請求項３に記載の粒子検出センサ。The particle detection sensor according to claim 3, wherein the correction circuit corrects the second mass concentration calculated based on the second signal based on the estimated number of particles as the correction. 前記補正回路は、前記補正として、推定した粒子数に基づいて前記第２期間の長さを変更する
請求項３に記載の粒子検出センサ。The particle detection sensor according to claim 3, wherein the correction circuit changes the length of the second period based on the estimated number of particles as the correction. 前記信号処理回路は、前記第２信号に基づいて前記第２質量濃度を算出する処理を所定回数繰り返し、得られた所定回数分の質量濃度を平均化することで、前記第２質量濃度を算出し、
前記補正回路は、前記補正として、前記所定回数を変更する
請求項３に記載の粒子検出センサ。The signal processing circuit calculates the second mass concentration by repeating the process of calculating the second mass concentration based on the second signal a predetermined number of times and averaging the obtained mass concentrations for the predetermined number of times. And
The particle detection sensor according to claim 3, wherein the correction circuit changes the predetermined number of times as the correction. さらに、前記検出領域に向けて前記対象流体を誘導する誘導装置を備え、
前記補正回路は、前記補正として、前記第２期間内に前記誘導装置によって誘導される前記対象流体の誘導量を変更する
請求項３に記載の粒子検出センサ。Further, a guiding device for guiding the target fluid toward the detection region is provided.
The particle detection sensor according to claim 3, wherein the correction circuit changes the induction amount of the target fluid induced by the induction device within the second period as the correction.
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