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JP2010223626A - Gas detection apparatus and program - Google Patents

Gas detection apparatus and program Download PDF

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JP2010223626A
JP2010223626A JP2009068813A JP2009068813A JP2010223626A JP 2010223626 A JP2010223626 A JP 2010223626A JP 2009068813 A JP2009068813 A JP 2009068813A JP 2009068813 A JP2009068813 A JP 2009068813A JP 2010223626 A JP2010223626 A JP 2010223626A
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gas
concentration
humidity
detection
physical quantity
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JP2009068813A
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Japanese (ja)
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Masayuki Okuwa
政幸 大桑
Bunji Atsumi
文治 渥美
Shohei Yofu
昌平 養父
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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Abstract

【課題】簡易な構成で、湿度の変化の影響を低減して、検出対象のガス成分の濃度を精度よく検出することができるようにする。
【解決手段】湿度算出部34によって、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bからの検出値のベース値及びピーク値から、湿度のベース値及びピーク値を算出する。エタノール濃度算出部32によって、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bからの検出値のベース値及びピーク値から、エタノールガスの濃度のベース値及びピーク値を算出する。エタノール濃度検出部36によって、算出されたエタノールガスの濃度の変化量、及び算出された湿度の変化量の比率に基づいて、呼気中のエタノールガスの濃度を検出する。
【選択図】図4
An object of the present invention is to accurately detect the concentration of a gas component to be detected by reducing the influence of a change in humidity with a simple configuration.
A humidity calculation unit 34 calculates a humidity base value and a peak value from a base value and a peak value of detection values from an alcohol sensor 24A and a gas sensor 24B. The ethanol concentration calculator 32 calculates the base value and peak value of the concentration of ethanol gas from the base value and peak value of the detected value from the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B. The ethanol concentration detector 36 detects the concentration of ethanol gas in exhaled breath based on the calculated change amount of ethanol gas concentration and the calculated ratio of change in humidity.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、ガス検出装置及びプログラムに係り、特に、運転者の呼気に含まれるアルコールの濃度を検出することができるガス検出装置及びプログラムに関する。   The present invention relates to a gas detection device and a program, and more particularly to a gas detection device and a program capable of detecting the concentration of alcohol contained in a driver's breath.

従来、アルコール濃度検出装置に関し、2つのアルコールセンサを用い、初期ドリフト及び過渡ドリフトの影響などの誤差を補正する技術が知られている(特許文献1)。この技術では、呼気を含んだ空気と呼気を遮断した空気を取り込み、2つのセンサの出力値偏差から、呼気中のアルコール濃度のセンサ出力誤差を補正している。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for correcting errors such as the effects of initial drift and transient drift using two alcohol sensors is known (Patent Document 1). In this technique, air containing exhaled air and air that blocks the exhaled air are taken in, and the sensor output error of alcohol concentration in exhaled air is corrected from the output value deviation of the two sensors.

また、酸化物半導体式ガスセンサを用いる場合、環境湿度による感度変化が大きいいため、湿度センサを使用して、湿度影響を補正する技術が知られている。   In addition, when an oxide semiconductor gas sensor is used, since the sensitivity change due to environmental humidity is large, a technique for correcting the humidity effect using a humidity sensor is known.

特開平7−225204号公報JP-A-7-225204

しかしながら、上記の特許文献1に記載の技術では、アルコールセンサが、湿度に対しても影響を受けるため、呼気を遮断した空気に対するセンサ出力を基準としても、呼気入力による湿度の変化を補正することができないため、精度よくガス濃度を検出することができない、という問題がある。   However, since the alcohol sensor is also affected by humidity in the technique described in Patent Document 1, the humidity change caused by the exhalation input is corrected based on the sensor output with respect to the air that blocks the exhalation. Therefore, there is a problem that the gas concentration cannot be detected accurately.

また、湿度センサを用いて補正を行う技術では、湿度センサが必要になるため、コストがかかってしまう、という問題がある。   In addition, the technique for performing correction using a humidity sensor requires a humidity sensor, and thus has a problem that costs are increased.

本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、簡易な構成で、湿度の変化の影響を低減して、検出対象のガス成分の濃度を精度よく検出することができるガス検出装置及びプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and has a simple configuration, reduces the influence of changes in humidity, and can accurately detect the concentration of a gas component to be detected. And to provide a program.

上記目的を達成するために、本発明のガス検出装置は、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、前記水蒸気に対する感度が各々異なり、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量及び前記検出対象の気体の湿度に関連する物理量に対応した物理量を検出して検出値を出力する複数のガスセンサと、前記複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値の変化の前後の各々における前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記湿度に関連する物理量を各々算出する湿度算出手段と、前記検出値の変化の前後の各々における前記ガスセンサの前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を各々算出するガス濃度算出手段と、前記ガス濃度算出手段によって算出された前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び前記湿度算出手段によって算出された前記湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、前記検出対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段とを含んで構成されている。   In order to achieve the above object, the gas detection device of the present invention has sensitivity to the detection target gas and water vapor contained in the detection target gas, and has different sensitivity to the water vapor, and the detection target is different. A plurality of gas sensors for detecting a physical quantity associated with a gas concentration and a physical quantity corresponding to a physical quantity associated with the humidity of the gas to be detected and outputting a detection value, and the detection value output by each of the plurality of gas sensors Based on the detection values before and after the change of the detection value, humidity calculating means for calculating a physical quantity related to the humidity before and after the change of the detection value, respectively, and the humidity calculation means before and after the change of the detection value Based on the detection value of the gas sensor, a gas concentration calculation that calculates a physical quantity related to the concentration of the detection target gas before and after the change of the detection value, respectively. And a change amount of the physical quantity related to the concentration of the detection target gas calculated by the gas concentration calculation means and a ratio of the change amount of the physical quantity related to the humidity calculated by the humidity calculation means, Gas concentration detecting means for detecting the concentration of the detection target gas.

本発明のプログラムは、コンピュータを、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、前記水蒸気に対する感度が各々異なり、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量及び前記検出対象の気体の湿度に関連する物理量に対応した物理量を検出して検出値を出力する複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値の変化の前後の各々における前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記湿度に関連する物理量を各々算出する湿度算出手段、前記検出値の変化の前後の各々における前記ガスセンサの前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を各々算出するガス濃度算出手段、及び前記ガス濃度算出手段によって算出された前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び前記湿度算出手段によって算出された前記湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、前記検出対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段として機能させるためのプログラムである。   The program of the present invention has a computer that has sensitivity to a detection target gas and water vapor contained in a detection target gas, and has different sensitivities to the water vapor, and is associated with a concentration of the detection target gas. And based on the detected value before and after the change of the detected value output by each of a plurality of gas sensors that detect a physical quantity corresponding to the physical quantity related to the humidity of the gas to be detected and output a detected value. A humidity calculating means for calculating a physical quantity related to the humidity before and after the change in the detected value, and a change in the detected value based on the detected value of the gas sensor before and after the change in the detected value. Gas concentration calculating means for calculating a physical quantity related to the concentration of the detection target gas before and after each of the above, and by the gas concentration calculating means The concentration of the detection target gas is detected based on the calculated change amount of the physical quantity related to the concentration of the detection target gas and the ratio of the change amount of the physical quantity related to the humidity calculated by the humidity calculation means. It is a program for functioning as a gas concentration detection means.

本発明によれば、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、前記水蒸気に対する感度が各々異なる複数のガスセンサによって、検出対象ガスの濃度に関連する物理量及び検出対象の気体の湿度に関連する物理量に対応した物理量を検出して検出値を出力する。   According to the present invention, the physical quantity related to the concentration of the detection target gas by the plurality of gas sensors having sensitivity to the detection target gas and water vapor contained in the detection target gas and having different sensitivity to the water vapor. And a physical quantity corresponding to the physical quantity related to the humidity of the gas to be detected is detected and a detected value is output.

湿度算出手段によって、複数のガスセンサの各々により出力された検出値の変化の前後の各々における前記検出値に基づいて、検出値の変化の前後の各々における湿度に関連する物理量を各々算出する。ガス濃度算出手段によって、検出値の変化の前後の各々におけるガスセンサの検出値に基づいて、検出値の変化の前後の各々における検出対象ガスの濃度に関連する物理量を各々算出する。   Based on the detected values before and after the change of the detected value output by each of the plurality of gas sensors, the physical quantity related to the humidity before and after the change of the detected value is calculated by the humidity calculating unit. Based on the detection value of the gas sensor before and after the change of the detection value, the physical quantity related to the concentration of the detection target gas before and after the change of the detection value is calculated by the gas concentration calculation means.

そして、ガス濃度検出手段によって、ガス濃度算出手段によって算出された検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び湿度算出手段によって算出された湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、検出対象ガスの濃度を検出する。   Based on the ratio of the change amount of the physical quantity related to the concentration of the detection target gas calculated by the gas concentration calculation means and the change amount of the physical quantity related to the humidity calculated by the humidity calculation means by the gas concentration detection means. The concentration of the detection target gas is detected.

このように、複数のガスセンサの各々により出力された検出値に基づいて湿度に関連する物理量を各々算出すると共に、検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、検出対象ガスの濃度を検出することにより、簡易な構成で、湿度の変化の影響を低減して、検出対象のガス成分の濃度を精度よく検出することができる。   As described above, the physical quantity related to the humidity is calculated based on the detection value output by each of the plurality of gas sensors, the change amount of the physical quantity related to the concentration of the detection target gas, and the change of the physical quantity related to the humidity. By detecting the concentration of the detection target gas based on the ratio of the amounts, it is possible to accurately detect the concentration of the gas component to be detected with a simple configuration while reducing the influence of changes in humidity.

本発明に係る湿度算出手段は、複数のガスセンサの各々により出力された検出値と、複数のガスセンサの各々について予め求められた湿度に対する出力特性及び検出対象ガスの濃度に対する出力特性とに基づいて、湿度に関連する物理量を算出することができる。   The humidity calculating means according to the present invention is based on the detection value output by each of the plurality of gas sensors, the output characteristics for the humidity determined in advance for each of the plurality of gas sensors, and the output characteristics for the concentration of the detection target gas. A physical quantity related to humidity can be calculated.

また、湿度算出手段は、以下の式に従って、湿度に関連する物理量を算出することができる。   Further, the humidity calculating means can calculate a physical quantity related to humidity according to the following equation.

Figure 2010223626
Figure 2010223626

ただし、G、Gは、複数のガスセンサの各々の検出値であり、[Humi]は湿度に関連する物理量であり、a、aは、複数のガスセンサの各々について予め求められた検出対象ガスの濃度に対する出力特性に応じたパラメータであり、b、bは、複数のガスセンサの各々について予め求められた湿度に対する出力特性に応じたパラメータであり、c、cは、定数である。 However, G A, G B is the detected value of each of the plurality of gas sensors, [humi] is a physical quantity related to the humidity, a A, a B, the previously obtained detection for each of a plurality of gas sensors B A and b B are parameters according to output characteristics with respect to humidity determined in advance for each of the plurality of gas sensors, and c A and c B are constants. It is.

本発明に係るガス濃度算出手段は、複数のガスセンサの各々により出力された検出値と、複数のガスセンサの各々について予め求められた湿度に対する出力特性及び検出対象ガスの濃度に対する出力特性とに基づいて、検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出することができる。   The gas concentration calculation means according to the present invention is based on the detection value output by each of the plurality of gas sensors, the output characteristic for humidity determined in advance for each of the plurality of gas sensors, and the output characteristic for the concentration of the detection target gas. The physical quantity related to the concentration of the detection target gas can be calculated.

また、ガス濃度算出手段は、以下の式に従って、検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出することができる。   In addition, the gas concentration calculation means can calculate a physical quantity related to the concentration of the detection target gas according to the following equation.

Figure 2010223626
Figure 2010223626

ただし、[Gas]は検出対象ガスの濃度に関連する物理量である。   However, [Gas] is a physical quantity related to the concentration of the detection target gas.

本発明に係る湿度算出手段は、複数のガスセンサの各々の検出値の変化する前のベース値に基づいて、検出値が変化する前における湿度に関連する物理量のベース値を算出し、複数のガスセンサの各々の検出値が変化してピークとなったときのピーク値に基づいて、検出値が変化してピークとなったときの湿度に関連する物理量を算出し、ガス濃度算出手段は、ガスセンサの検出値の変化する前のベース値に基づいて、検出値が変化する前における検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出し、ガスセンサの検出値が変化してピークとなったときのピーク値に基づいて、検出値が変化してピークとなったときの検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出することができる。   The humidity calculation means according to the present invention calculates a base value of a physical quantity related to humidity before the detection value changes based on a base value before the detection value of each of the plurality of gas sensors changes. Based on the peak value when each detected value changes and becomes a peak, a physical quantity related to the humidity when the detected value changes and becomes a peak is calculated. Based on the base value before the detection value changes, the physical quantity related to the concentration of the detection target gas before the detection value changes is calculated, and the peak value when the detection value of the gas sensor changes to the peak is calculated. Based on this, it is possible to calculate a physical quantity related to the concentration of the detection target gas when the detection value changes and becomes a peak.

上記の検出対象ガスをエタノールガスとすることができる。上記のガスセンサを、酸化物半導体ガスセンサとすることができる。   The detection target gas can be ethanol gas. The gas sensor may be an oxide semiconductor gas sensor.

以上説明したように本発明によれば、複数のガスセンサの各々により出力された検出値に基づいて湿度に関連する物理量を各々算出すると共に、検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、検出対象ガスの濃度を検出することにより、簡易な構成で、湿度の変化の影響を低減して、検出対象のガス成分の濃度を精度よく検出することができる、という効果が得られる。   As described above, according to the present invention, the physical quantity related to the humidity is calculated based on the detection value output from each of the plurality of gas sensors, the amount of change in the physical quantity related to the concentration of the detection target gas, and By detecting the concentration of the detection target gas based on the ratio of the amount of change in the physical quantity related to humidity, the influence of the change in humidity can be reduced with a simple configuration and the concentration of the gas component to be detected can be accurately determined. The effect that it can detect is acquired.

本発明の第1の実施の形態のエタノール濃度検出装置を運転席のステアリングコラムに取り付けた状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state which attached the ethanol concentration detection apparatus of the 1st Embodiment of this invention to the steering column of the driver's seat. 本発明の第1の実施の形態を示す概略図である。It is the schematic which shows the 1st Embodiment of this invention. アルコールセンサ及びガスセンサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of an alcohol sensor and a gas sensor. 本発明の第1の実施の形態のエタノール濃度判定器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ethanol concentration determination device of the 1st Embodiment of this invention. (A)アルコールセンサのガス濃度及び湿度とセンサ出力との関係を示すグラフ、及び(B)ガスセンサのガス濃度及び湿度とセンサ出力との関係を示すグラフである。(A) The graph which shows the relationship between the gas concentration and humidity of an alcohol sensor, and a sensor output, and (B) The graph which shows the relationship between the gas concentration and humidity of a gas sensor, and a sensor output. 湿度推定値と設定された湿度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a humidity estimated value and the set humidity. エタノールガスの濃度の変化量及び湿度の変化量の比率と、エタノールガスの濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ratio of the variation | change_quantity of the density | concentration of ethanol gas, and the variation | change_quantity of humidity, and the density | concentration of ethanol gas. アルコールセンサ及びガスセンサからの検出信号のベース値及びピーク値を示すグラフである。It is a graph which shows the base value and peak value of the detection signal from an alcohol sensor and a gas sensor. 本発明の第1の実施の形態のエタノール濃度判定器におけるエタノール濃度検出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the ethanol concentration detection process routine in the ethanol concentration determination device of the 1st Embodiment of this invention. センサ定量値と実際のガス濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a sensor fixed value and actual gas concentration. 本発明の第2の実施の形態のエタノール濃度判定器におけるエタノール濃度検出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the ethanol concentration detection processing routine in the ethanol concentration determination device of the 2nd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、ドライバの呼気からアルコールの一種であるエタノールの濃度を検出するエタノール濃度検出装置に、本発明を適用した場合を例に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to an ethanol concentration detection device that detects the concentration of ethanol, which is a kind of alcohol, from the breath of a driver will be described as an example.

図1に示すように、第1の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置10は、運転席に設けられたステアリングコラム12の、ドライバの呼気が到達可能な位置に取り付けられている。エタノール濃度検出装置10は、先端部に拡径した吸い込み口20Aが形成された細長円筒状の呼気導入管20を備えており、呼気導入管20の中間部の内部には、センサ群24が取り付けられている。   As shown in FIG. 1, the ethanol concentration detection apparatus 10 according to the first embodiment is attached to a steering column 12 provided in a driver's seat at a position where a driver's breath can reach. The ethanol concentration detection device 10 includes an elongate cylindrical exhalation introduction tube 20 in which a suction port 20A having an enlarged diameter is formed at the tip, and a sensor group 24 is attached to the inside of the exhalation introduction tube 20 inside. It has been.

図2に示すように、センサ群24は、呼気導入管20の中間部の内部に対向するように取り付けられた、アルコールセンサ24Aと多くの種類のガス成分に感度を有するガスセンサ24Bとで構成されている。   As shown in FIG. 2, the sensor group 24 includes an alcohol sensor 24 </ b> A and a gas sensor 24 </ b> B that are sensitive to many types of gas components and are attached to face the inside of the middle part of the exhalation introduction tube 20. ing.

アルコールセンサ24Aは、呼気導入管20内を流れる気体中に含まれるエタノールガスを検出するセンサであり、エタノールガス及び水蒸気に感度を有する。アルコールセンサ24Aとして、例えば、酸化錫の半導体を用いたTGS822(フィガロ技研社製、商品名)を使用することができる。   The alcohol sensor 24A is a sensor that detects ethanol gas contained in the gas flowing in the exhalation introduction pipe 20, and is sensitive to ethanol gas and water vapor. As the alcohol sensor 24A, for example, TGS822 (trade name, manufactured by Figaro Giken Co., Ltd.) using a tin oxide semiconductor can be used.

ガスセンサ24Bは、目的成分(エタノール)のガス成分及び水蒸気に対する感度(変化特性)が、アルコールセンサ24Aと異なり、エタノールガス及び水蒸気を含む多くの種類のガス成分に感度を有している。ガスセンサ24Bとしては、例えば、空気質センサ(空気の汚れを検知するセンサ)を用いることができ、TGS2600(フィガロ技研社製、商品名)を使用することができる。   Unlike the alcohol sensor 24A, the gas sensor 24B has sensitivity to many types of gas components including ethanol gas and water vapor, unlike the alcohol sensor 24A. As the gas sensor 24B, for example, an air quality sensor (a sensor that detects air dirt) can be used, and TGS2600 (trade name, manufactured by Figaro Giken Co., Ltd.) can be used.

また、呼気導入管20の内部であって、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bより吸い込み口20A側には、ドライバの呼気を吸い込み口20Aから吸い込むために駆動される吸い込みファン22が設けられている。   Further, a suction fan 22 that is driven in order to suck the breath of the driver from the suction port 20A is provided inside the breath introduction tube 20 and closer to the suction port 20A than the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B.

アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bは、図3に示すような回路で構成されている。アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bでは、ヒーター電圧Vとセンサ電源Vが印加され、センサ素子Rに直列に接続された負荷抵抗Rの両端電圧(センサ出力電圧)Vを、検出信号として出力する。従って、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bは、呼気導入管20内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度が高くなるに従って、センサ素子の抵抗値が変化するため、レベルが高い検出信号を出力し、呼気導入管20内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度が低くなるに従って、センサ素子の抵抗値が変化するため、レベルが低い検出信号を出力する。また、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bは、呼気導入管20内を流れる気体の湿度が高くなるに従って、センサ素子の抵抗値が変化するため、レベルが高い検出信号を出力し、呼気導入管20内を流れる気体の湿度が低くなるに従って、センサ素子の抵抗値が変化するため、レベルが低い検出信号を出力する。 The alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B are configured by a circuit as shown in FIG. In the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B, the heater voltage V H and the sensor power source V C are applied, and the voltage across the load resistor RL (sensor output voltage) V S connected in series to the sensor element R S is used as a detection signal. Output. Accordingly, the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B output a detection signal having a high level because the resistance value of the sensor element changes as the concentration of ethanol gas contained in the gas flowing in the breath introduction pipe 20 increases. Since the resistance value of the sensor element changes as the concentration of ethanol gas contained in the gas flowing through the exhalation introduction tube 20 decreases, a detection signal having a low level is output. In addition, the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B output a detection signal having a high level because the resistance value of the sensor element changes as the humidity of the gas flowing in the exhalation introduction pipe 20 increases. Since the resistance value of the sensor element changes as the humidity of the flowing gas decreases, a detection signal having a low level is output.

この実施の形態によれば、吸い込みファン22を駆動することにより、ドライバから吐き出された呼気は呼気導入管20の吸い込み口20Aから呼気導入管20内に吸入されると共に、呼気が空気と混合されることで任意に希釈され、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bへ一定流速で到達する。そして、呼気は、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bに接触した後、呼気導入管20の外に排出される。   According to this embodiment, when the suction fan 22 is driven, the exhaled air exhaled from the driver is drawn into the exhalation introduction tube 20 from the intake port 20A of the exhalation introduction tube 20, and the exhalation is mixed with the air. As a result, the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B are reached at a constant flow rate. Then, after the exhaled breath comes into contact with the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B, the exhaled breath is discharged out of the exhalation introducing tube 20.

アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bに感度を有するガス成分(エタノールガスや水蒸気)がアルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bに接触することにより、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bによって気体中のガス成分の濃度に応じた検出信号が出力される。アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bから出力された検出信号は、後述するエタノール濃度判定器に入力され、入力された検出信号に基づいて、検出対象のガス成分としてのエタノールガス成分の濃度が検出される。なお、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bから出力された検出信号は、エタノール濃度判定器によって、一定間隔で同時に取り込まれる。   A gas component (ethanol gas or water vapor) having sensitivity to the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B comes into contact with the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B, so that the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B detect a signal corresponding to the concentration of the gas component in the gas. Is output. Detection signals output from the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B are input to an ethanol concentration determiner described later, and the concentration of the ethanol gas component as a detection target gas component is detected based on the input detection signal. The detection signals output from the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B are simultaneously taken in at regular intervals by the ethanol concentration determiner.

図4に示すように、エタノール濃度検出装置10は、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bに接続され、かつ、エタノールガス成分の濃度を検出して、表示装置40に表示させるエタノール濃度判定器30を備えている。   As shown in FIG. 4, the ethanol concentration detection apparatus 10 includes an ethanol concentration determination device 30 that is connected to the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B and detects the concentration of the ethanol gas component and displays the ethanol gas component on the display device 40. Yes.

エタノール濃度判定器30は、CPU、後述するエタノール濃度検出処理ルーチンを実現するためのプログラムを記憶したROM、データを一時的に記憶するRAM、及びHDD等の記憶装置を備えたコンピュータで構成されている。エタノール濃度判定器30を以下で説明するエタノール濃度検出処理ルーチンに従って機能ブロックで表すと、図4に示すように、アルコールセンサ24Aからの検出信号及びガスセンサ24Bからの検出信号に基づいて、エタノールガスの濃度のベース値及びピーク値を算出するエタノール濃度算出部32と、アルコールセンサ24Aからの検出信号及びガスセンサ24Bからの検出信号に基づいて、湿度のベース値及びピーク値を算出する湿度算出部34と、算出されたエタノールガスの濃度の変化量、及び算出された湿度の変化量の比率に基づいて、呼気導入管20内を流れる気体中のエタノールガスの濃度を算出して、表示装置40に出力するエタノール濃度検出部36とを備えている。   The ethanol concentration determination unit 30 is configured by a computer including a CPU, a ROM that stores a program for realizing an ethanol concentration detection processing routine that will be described later, a RAM that temporarily stores data, and a storage device such as an HDD. Yes. When the ethanol concentration determination unit 30 is expressed in functional blocks in accordance with the ethanol concentration detection processing routine described below, as shown in FIG. An ethanol concentration calculation unit 32 that calculates a base value and a peak value of the concentration; and a humidity calculation unit 34 that calculates a base value and a peak value of the humidity based on the detection signal from the alcohol sensor 24A and the detection signal from the gas sensor 24B; Based on the calculated change amount of the ethanol gas concentration and the ratio of the calculated change amount of the humidity, the concentration of the ethanol gas in the gas flowing in the breath introduction pipe 20 is calculated and output to the display device 40. And an ethanol concentration detection unit 36.

次に、本実施の形態におけるエタノールガス濃度及び湿度を算出する原理について説明する。   Next, the principle of calculating the ethanol gas concentration and humidity in the present embodiment will be described.

まず、酸化物半導体式ガスセンサであるアルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bでは、図5(A)、(B)に示すように、センサ出力が、環境湿度の影響を受けるため、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bのセンサ出力(G,G:コンダクタンス)を対数変換した値は、ガス濃度([EtOH])と湿度([Humi])とにより、以下の(1)式で表される。 First, in the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B, which are oxide semiconductor gas sensors, as shown in FIGS. 5A and 5B, the sensor output is affected by the environmental humidity, so the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B sensor output (G a, G B: conductance) values were log-transformed, due to the gas concentration ([EtOH]) and humidity ([humi]), is expressed by the following equation (1).

Figure 2010223626
Figure 2010223626

ただし、aは、アルコールセンサ24Aについて予め求められたエタノールガスの濃度に対する出力特性に応じたパラメータであり、bは、アルコールセンサ24Aについて予め求められた湿度に対する出力特性に応じたパラメータであり、cは、定数である。また、aは、ガスセンサ24Bについて予め求められたエタノールガスの濃度に対する出力特性に応じたパラメータであり、bは、ガスセンサ24Bについて予め求められた湿度に対する出力特性に応じたパラメータであり、cは、定数である。なお、これらのパラメータは、実験ガスなどを用いて事前に上記図5のような出力特性を測定して、求めておけばよい。 However, a A is a parameter corresponding to the output characteristics with respect to the concentration of the previously obtained ethanol gas for alcohol sensor 24A, b A is an parameter corresponding to the output characteristics with respect to previously obtained humidity for alcohol sensor 24A , C A are constants. Further, a B is a parameter according to the output characteristic with respect to the concentration of ethanol gas obtained in advance for the gas sensor 24B, b B is a parameter according to the output characteristic with respect to the humidity obtained in advance for the gas sensor 24B, and c B is a constant. These parameters may be obtained by measuring the output characteristics as shown in FIG. 5 in advance using experimental gas or the like.

上記(1)式で表されるように、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bは、エタノールガスの濃度及び湿度に対応した物理量を検出して検出値を出力する。   As represented by the above equation (1), the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B detect a physical quantity corresponding to the concentration and humidity of the ethanol gas and output a detection value.

ここで、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bが湿度にも安定して応答するという特性から、特性の異なる2つのセンサの同じ湿度環境におけるセンサ出力を用いると、上記(1)式より、湿度を対数変換した値が、以下の(2)式、(3)式で表される。   Here, from the characteristic that the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B respond stably to humidity, when sensor outputs in the same humidity environment of two sensors having different characteristics are used, the humidity is logarithmically converted from the above equation (1). The values obtained are expressed by the following formulas (2) and (3).

Figure 2010223626
Figure 2010223626

ただし、d、e、fは、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々のエタノールガスの濃度に対する出力特性、及び湿度に対する出力特性に応じて予め求められたパラメータである。   However, d, e, and f are parameters obtained in advance according to the output characteristics with respect to the concentration of ethanol gas and the output characteristics with respect to humidity in each of the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B.

上記(3)式に従ってセンサ出力値から算出された湿度推定値と、実際の設定湿度とを比較すると、図6に示すような関係が得られ、上記(3)式を用いて湿度値を精度よく推定可能であることが分かる。   When the estimated humidity value calculated from the sensor output value according to the above equation (3) is compared with the actual set humidity, the relationship shown in FIG. 6 is obtained, and the humidity value is accurately calculated using the above equation (3). It turns out that it can be estimated well.

また、上記(1)式より、以下の(4)式が得られる。   Further, the following expression (4) is obtained from the above expression (1).

Figure 2010223626
Figure 2010223626

上記(3)式、(4)式より、以下の(5)式が得られる。   From the above formulas (3) and (4), the following formula (5) is obtained.

Figure 2010223626
Figure 2010223626

エタノール濃度算出部32は、呼気入力前(検出信号の変化前)のアルコールセンサ24Aのセンサ出力Gのベース値、及びガスセンサ24Bのセンサ出力Gのベース値に基づいて、上記(5)式に従って、呼気入力前(検出信号の変化前)のエタノールガスの濃度のベース値を算出する。また、エタノール濃度算出部32は、呼気入力後(検出信号の変化後)のアルコールセンサ24Aのセンサ出力Gのピーク値、及びガスセンサ24Bのセンサ出力Gのピーク値に基づいて、上記(5)式に従って、呼気入力後(検出信号の変化後)のエタノールガスの濃度のピーク値を算出する。 Ethanol concentration calculation unit 32, the base value of the sensor output G A of the alcohol sensor 24A of the breath input (before the change of the detection signal), and based on the base value of the sensor output G B of the gas sensor 24B, the expression (5) Accordingly, the base value of the concentration of ethanol gas before the expiration input (before the change of the detection signal) is calculated. Further, the ethanol concentration calculation unit 32, the peak value of the alcohol sensor 24A of the sensor output G A after expiration input (after the change of the detection signal), and based on the peak value of the sensor output G B of the gas sensor 24B, the (5 ), The peak value of the concentration of ethanol gas after the exhalation is input (after the detection signal is changed) is calculated.

なお、エタノールガスの濃度のベース値として、例えば、呼気入力前の任意区間の平均値又は最小値を用いる。また、エタノールガスの濃度のピーク値として、呼気入力後の任意区間の最大値を用いる。   As the base value of the ethanol gas concentration, for example, an average value or a minimum value in an arbitrary interval before exhalation input is used. Further, the maximum value in an arbitrary section after exhalation input is used as the peak value of the ethanol gas concentration.

湿度算出部34は、呼気入力前のアルコールセンサ24Aのセンサ出力Gのベース値、及びガスセンサ24Bのセンサ出力Gのベース値に基づいて、上記(3)式に従って、呼気入力前の湿度のベース値を算出する。また、エタノール濃度算出部32は、呼気入力後のアルコールセンサ24Aのセンサ出力Gのピーク値、及びガスセンサ24Bのセンサ出力Gのピーク値に基づいて、上記(3)式に従って、呼気入力後の湿度のピーク値を算出する。 Humidity calculating section 34, the base value of the sensor output G A of the previous breath input alcohol sensor 24A, and based on the base value of the sensor output G B of the gas sensor 24B, according to the above (3), before expiration input humidity Calculate the base value. Further, the ethanol concentration calculation unit 32, the peak value of the sensor output G A of the alcohol sensor 24A after exhalation input, and based on the peak value of the sensor output G B of the gas sensor 24B, according to the above (3), after expiration input The peak value of humidity is calculated.

なお、湿度のベース値として、例えば、呼気入力前の任意区間の平均値又は最小値を用いる。また、湿度のピーク値として、呼気入力後の任意区間の最大値を用いる。   As the humidity base value, for example, an average value or a minimum value in an arbitrary interval before exhalation input is used. Further, the maximum value in an arbitrary section after exhalation input is used as the humidity peak value.

次に、本実施の形態におけるエタノールガスの濃度を検出する原理について説明する。   Next, the principle of detecting the concentration of ethanol gas in the present embodiment will be described.

まず、エタノールガスの濃度を検出する場合には、被検出ガス中の呼気量の変動による影響を補正する必要がある。この吸入呼気量の変動による影響を補正するためには、呼気量に比例する物質の濃度を測定するのがよいが、そのような物質としては水蒸気が好適である。人の呼気中に含まれる水分量はほぼ一定であり、通常34℃の飽和蒸気圧に相当する。したがって、図7に示すように、エタノールガスの濃度と、(エタノールガスの濃度/湿度)とは、比例関係にある。そして、この比例関係は、呼気が空気中で希釈された場合でも変わらないと考えられるので、この比率、すなわちエタノールガスの濃度の変化量(Δエタノール)と湿度の変化量(Δ湿度)との比率(Δエタノール/Δ湿度)が測定できれば、図7に示す、ΔエタノールとΔ湿度との比率、及びエタノールガスの濃度との関係に基づいて、呼気中のエタノールガスの濃度を検出することができる。   First, when detecting the concentration of ethanol gas, it is necessary to correct the influence of fluctuations in the amount of exhaled gas in the gas to be detected. In order to correct the influence due to the fluctuation of the inhaled exhalation volume, it is preferable to measure the concentration of a substance proportional to the exhalation volume. As such a substance, water vapor is preferable. The amount of water contained in a person's exhalation is almost constant, and usually corresponds to a saturated vapor pressure of 34 ° C. Therefore, as shown in FIG. 7, the concentration of ethanol gas and (ethanol gas concentration / humidity) are in a proportional relationship. This proportional relationship is considered to be the same even when exhaled air is diluted in air, so this ratio, that is, the amount of change in ethanol gas concentration (Δethanol) and the amount of change in humidity (Δhumidity). If the ratio (Δethanol / Δhumidity) can be measured, the concentration of ethanol gas in exhaled breath can be detected based on the relationship between the ratio of Δethanol and Δhumidity and the concentration of ethanol gas shown in FIG. it can.

上記図7に示す関係の傾きは、呼気中の水蒸気濃度の逆数に相当する。呼気中の水蒸気濃度として、例えば34℃における飽和水蒸気圧(40.04/mgHgもしくは55,615ppm)を採用すれば、傾きは1/40.04(mgHg)−1もしくは1/55,615(ppm−1)となる。 The slope of the relationship shown in FIG. 7 corresponds to the reciprocal of the water vapor concentration in exhaled breath. If the saturated water vapor pressure at 34 ° C. (40.04 / mgHg or 55,615 ppm) is adopted as the water vapor concentration in the exhaled breath, the slope is 1 / 40.04 (mgHg) −1 or 1 / 55,615 (ppm -1 ).

このように、湿度を測定し、エタノールガスの濃度を、Δエタノール/Δ湿度の関数として求めることにより、被検出ガス中の呼気量の変動の影響を補正することが可能となる。また、湿度の変化による影響を除去して、エタノールガスの濃度を検出することが可能となる。   As described above, by measuring the humidity and obtaining the ethanol gas concentration as a function of Δethanol / Δhumidity, it is possible to correct the influence of the change in the expiration amount in the gas to be detected. In addition, it is possible to detect the concentration of ethanol gas by removing the influence of changes in humidity.

エタノール濃度検出部36は、図8に示すように、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々のセンサ出力のベース値に基づいて算出されたエタノールガスの濃度及び各センサ出力のピーク値に基づいて算出されたエタノールガスの濃度から、エタノールガスの濃度の変化量を算出する。また、エタノール濃度検出部36は、各センサ出力のベース値に基づいて算出された湿度及び各センサ出力のピーク値に基づいて算出された湿度から、湿度の変化量を算出する。エタノール濃度検出部36は、算出されたエタノールガスの濃度の変化量と湿度の変化量との比率と、上記図7に示すような、予め求められた変化量の比率とエタノールガスの濃度との予め用意された対応関係とに基づいて、呼気導入管20内を流れる気体中に含まれるエタノールガス成分の濃度を検出する。   As shown in FIG. 8, the ethanol concentration detection unit 36 is calculated based on the concentration of ethanol gas calculated based on the base value of the sensor output of each of the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B and the peak value of each sensor output. The amount of change in ethanol gas concentration is calculated from the concentration of ethanol gas. Further, the ethanol concentration detection unit 36 calculates the amount of change in humidity from the humidity calculated based on the base value of each sensor output and the humidity calculated based on the peak value of each sensor output. The ethanol concentration detection unit 36 calculates the ratio of the calculated change amount of ethanol gas and the change amount of humidity, and the ratio of change amount obtained in advance and the concentration of ethanol gas as shown in FIG. Based on the correspondence prepared in advance, the concentration of the ethanol gas component contained in the gas flowing in the exhalation introduction tube 20 is detected.

次に、第1の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置10の作用について説明する。ドライバが車両シートに着座すると、ドライバの呼気が呼気導入管20に吹き込まれる状態となり、ドライバによってイグニッションスイッチがオンされると、エタノール濃度検出装置10のエタノール濃度判定器30において、図9に示すエタノール濃度検出処理ルーチンが実行される。   Next, the operation of the ethanol concentration detection apparatus 10 according to the first embodiment will be described. When the driver is seated on the vehicle seat, the exhalation of the driver is blown into the exhalation introduction tube 20, and when the ignition switch is turned on by the driver, the ethanol concentration determination device 30 of the ethanol concentration detection device 10 performs the ethanol shown in FIG. A concentration detection processing routine is executed.

まず、ステップ100において、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々から検出信号を取得し、ステップ102において、アルコールセンサ24Aからの検出信号の変化から、呼気が呼気導入管20内に導入されたか否かを判定する。所定量未満の検出信号の変化量が検知されると、呼気が呼気導入管20内に導入されていないと判断し、ステップ104において、上記ステップ100で取得したアルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々の検出信号に基づいて、上記(5)式に従って、呼気入力前のベース値としてエタノールガスの濃度を算出して、記憶する。次のステップ106では、上記ステップ100で取得したアルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々の検出信号に基づいて、上記(3)式に従って、呼気入力前のベース値として湿度を算出して、記憶し、上記ステップ100へ戻る。   First, in step 100, a detection signal is acquired from each of the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B, and in step 102, whether or not exhalation has been introduced into the exhalation introduction tube 20 from a change in the detection signal from the alcohol sensor 24A. judge. When a change amount of the detection signal less than a predetermined amount is detected, it is determined that exhalation has not been introduced into the exhalation introduction tube 20, and in step 104, each of the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B acquired in step 100 is determined. Based on the detection signal, the concentration of ethanol gas is calculated and stored as a base value before exhalation input according to the above equation (5). In the next step 106, based on the detection signals of the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B acquired in step 100, the humidity is calculated and stored as the base value before exhalation input according to the above equation (3). Return to Step 100 above.

上記ステップ102で、所定量以上の検出信号の変化量が検知されると、呼気が呼気導入管20内に導入されてガス成分に変化が生じたと判断し、ステップ108において、上記ステップ100で取得したアルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々の検出信号のピーク値に基づいて、上記(5)式に従って、呼気入力後のピーク値としてエタノールガスの濃度を算出して、記憶する。次のステップ110では、上記ステップ100で取得したアルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々の検出信号のピーク値に基づいて、上記(3)式に従って、呼気入力後のピーク値として湿度を算出して、記憶する。   When the change amount of the detection signal equal to or larger than the predetermined amount is detected in step 102, it is determined that the exhalation is introduced into the exhalation introduction tube 20 and the gas component has changed. In step 108, the change is acquired in step 100. Based on the peak values of the detection signals of the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B, the ethanol gas concentration is calculated and stored as the peak value after exhalation input according to the above equation (5). In the next step 110, based on the peak value of each detection signal of the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B acquired in the step 100, the humidity is calculated as the peak value after exhalation input according to the above equation (3). Remember.

そして、ステップ112において、上記ステップ104、108で算出されたエタノールガスの濃度のベース値、ピーク値から得られるエタノールガスの濃度の変化量と、上記ステップ106、110で算出された湿度のベース値、ピーク値から得られる湿度の変化量とに基づいて、エタノールガスの濃度の変化量と湿度の変化量との比率を求める。そして、エタノールガスの濃度の変化量と湿度の変化量との比率、及びエタノールガスの濃度の変化量と湿度の変化量との比率とエタノールガスの濃度との対応関係に基づいて、呼気導入管20内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度を検出する。   In step 112, the base value of ethanol gas concentration calculated in steps 104 and 108, the amount of change in ethanol gas concentration obtained from the peak value, and the base value of humidity calculated in steps 106 and 110 above. Based on the amount of change in humidity obtained from the peak value, the ratio between the amount of change in ethanol gas concentration and the amount of change in humidity is obtained. Then, based on the ratio between the amount of change in the concentration of ethanol gas and the amount of change in humidity, and the correspondence between the ratio of the amount of change in ethanol gas concentration and the amount of change in humidity and the concentration of ethanol gas, The concentration of ethanol gas contained in the gas flowing through 20 is detected.

次のステップ114では、上記ステップ112で検出されたエタノールガスの濃度を表示装置40に表示させて、エタノール濃度検出処理ルーチンを終了する。   In the next step 114, the ethanol gas concentration detected in step 112 is displayed on the display device 40, and the ethanol concentration detection processing routine is terminated.

上記のエタノール濃度検出処理ルーチンにより検出されたエタノールガスの濃度(センサ定量値)と、実際のエタノールガスの濃度とを比較すると、図10に示すように、湿度センサを用いずに、精度よくエタノールガスの濃度を検出できていることがわかった。   Comparing the ethanol gas concentration (sensor quantitative value) detected by the above ethanol concentration detection processing routine with the actual ethanol gas concentration, as shown in FIG. It was found that the gas concentration could be detected.

以上説明したように、第1の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置によれば、アルコールセンサ及びガスセンサの各々により出力された検出値に基づいて湿度を各々算出すると共に、エタノールガスの濃度の変化量、及び湿度の変化量の比率に基づいて、呼気中のエタノールガスの濃度を検出することにより、湿度センサを使わない簡易な構成で、湿度の変化の影響を低減して、呼気中のエタノールガスの濃度を精度よく検出することができる。また、呼気導入管内を流れる呼気量の変動の影響を補正して、呼気中のエタノールガスの濃度を精度よく検出することができる。   As described above, according to the ethanol concentration detection apparatus according to the first embodiment, the humidity is calculated based on the detection values output from the alcohol sensor and the gas sensor, and the change in the concentration of ethanol gas is detected. By detecting the concentration of ethanol gas in the expiration based on the ratio of the amount of change and the amount of humidity, the effect of the change in humidity can be reduced with a simple configuration that does not use a humidity sensor, and ethanol in the expiration can be reduced. The gas concentration can be detected with high accuracy. In addition, it is possible to accurately detect the concentration of ethanol gas in exhaled air by correcting the influence of fluctuations in the amount of exhaled air flowing through the exhalation introducing tube.

酸化物半導体式ガスセンサでは、環境湿度によりセンサ出力(抵抗値変化)が影響を受けるが、このセンサが湿度に安定して応答するという特性を利用し、特性の異なる2つのセンサを用いることで、2つのセンサの出力特性から、湿度を精度よく推定することができる。また、湿度センサを用いずに済むため、コストの低減やセンサの小型化を図ることができる。   In the oxide semiconductor gas sensor, the sensor output (resistance value change) is affected by the environmental humidity, but by utilizing the characteristic that this sensor responds stably to humidity, by using two sensors with different characteristics, The humidity can be accurately estimated from the output characteristics of the two sensors. Moreover, since it is not necessary to use a humidity sensor, cost reduction and size reduction of a sensor can be achieved.

また、飲酒ドライバの自動車運転防止を目的に、簡便に精度よく、呼気アルコール濃度を検出することができる。   In addition, it is possible to detect the breath alcohol concentration simply and accurately for the purpose of preventing the drunk driver from driving the car.

次に、第2の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置について説明する。なお、第2の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置は、第1の実施の形態と同様の構成となっているため、同一符号を付して説明を省略する。   Next, an ethanol concentration detection apparatus according to the second embodiment will be described. In addition, since the ethanol concentration detection apparatus according to the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

第2の実施の形態では、呼気が入力された後に、エタノールガスの濃度及び湿度について、ピーク値と共にベース値を算出している点が、第1の実施の形態と主に異なっている。   The second embodiment is mainly different from the first embodiment in that the base value is calculated together with the peak value for the concentration and humidity of ethanol gas after the expiration is input.

第2の実施の形態に係るエタノール濃度検出処理ルーチンについて図11を用いて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の処理については同一符号を付して詳細な説明を省略する。   The ethanol concentration detection processing routine according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Note that the same processes as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

まず、ステップ200において、アルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々から検出信号を取得してメモリ(図示省略)に記憶し、ステップ102において、アルコールセンサ24Aからの検出信号の変化から、呼気が呼気導入管20内に導入されたか否かを判定する。所定量未満の検出信号の変化量が検知されると、上記ステップ200へ戻るが、一方、所定量以上の検出信号の変化量が検知されると、ステップ202へ進む。   First, in step 200, detection signals are obtained from each of the alcohol sensor 24A and the gas sensor 24B and stored in a memory (not shown), and in step 102, expiration is changed from the change in the detection signal from the alcohol sensor 24A. It is determined whether or not it has been introduced into the system 20. If a change amount of the detection signal less than the predetermined amount is detected, the process returns to step 200. On the other hand, if a change amount of the detection signal greater than the predetermined amount is detected, the process advances to step 202.

ステップ202では、上記ステップ200で記憶されたアルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々の検出信号のベース値に基づいて、上記(5)式に従って、呼気入力前のベース値としてエタノールガスの濃度を算出する。また、上記ステップ200で記憶されたアルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々の検出信号のピーク値に基づいて、上記(5)式に従って、呼気入力後のピーク値としてエタノールガスの濃度を算出する。   In step 202, based on the base values of the detection signals of the alcohol sensor 24A and gas sensor 24B stored in step 200, the concentration of ethanol gas is calculated as the base value before exhalation input according to the above equation (5). . Further, based on the peak values of the detection signals of the alcohol sensor 24A and gas sensor 24B stored in step 200, the concentration of ethanol gas is calculated as the peak value after exhalation input according to the above equation (5).

そして、ステップ204において、上記ステップ200で記憶されたアルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々の検出信号のベース値に基づいて、上記(3)式に従って、呼気入力前のベース値として湿度を算出する。また、上記ステップ200で記憶されたアルコールセンサ24A及びガスセンサ24Bの各々の検出信号のピーク値に基づいて、上記(3)式に従って、呼気入力後のピーク値として湿度を算出する。   In step 204, the humidity is calculated as the base value before exhalation input according to the above equation (3) based on the base values of the detection signals of the alcohol sensor 24A and gas sensor 24B stored in step 200. Moreover, based on the peak value of each detection signal of alcohol sensor 24A and gas sensor 24B memorize | stored at the said step 200, according to said (3) Formula, humidity is calculated as a peak value after the expiration input.

そして、ステップ112において、上記ステップ202で算出されたエタノールガスの濃度のベース値、ピーク値から得られるエタノールガスの濃度の変化量と、上記ステップ204で算出された湿度のベース値、ピーク値から得られる湿度の変化量とに基づいて、エタノールガスの濃度の変化量と湿度の変化量との比率を求め、呼気導入管20内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度を検出する。   Then, in step 112, the amount of change in the concentration of ethanol gas obtained from the base value and peak value of the ethanol gas concentration calculated in step 202 and the humidity base value and peak value calculated in step 204 are calculated. Based on the obtained humidity change amount, a ratio between the ethanol gas concentration change amount and the humidity change amount is obtained, and the concentration of ethanol gas contained in the gas flowing in the exhalation introduction tube 20 is detected.

次のステップ114では、上記ステップ112で検出されたエタノールガスの濃度を表示装置40に表示させて、エタノール濃度検出処理ルーチンを終了する。   In the next step 114, the ethanol gas concentration detected in step 112 is displayed on the display device 40, and the ethanol concentration detection processing routine is terminated.

なお、上記の第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、アルコールセンサと空気質センサなどのガスセンサとを用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、エタノールガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、水蒸気に対する感度が各々異なる複数のガスセンサを用いて構成すればよい。例えば、酸素センサや、水蒸気センサ、二酸化炭素センサなどを組み合わせて構成してもよく、アルコールセンサを用いなくてもよい。   In the first embodiment and the second embodiment described above, the case where an alcohol sensor and a gas sensor such as an air quality sensor are used has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. What is necessary is just to comprise using the several gas sensor which has a sensitivity with respect to gas and water vapor | steam, and each has the sensitivity with respect to water vapor | steam. For example, an oxygen sensor, a water vapor sensor, a carbon dioxide sensor, or the like may be combined and an alcohol sensor may not be used.

また、酸化物半導体ガスセンサを用いて構成した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の方式のセンサでも、センサ出力が湿度に依存するセンサであれば、本発明を適用することができる。   In addition, the case where an oxide semiconductor gas sensor is used has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this as long as the sensor output depends on humidity. Can be applied.

また、上記の実施の形態では、検出されたエタノールガスの濃度を表示する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、検出したエタノールガスの濃度と予め定めた閾値とを比較し、検出したエタノールガスの濃度が閾値以上の場合にエタノールの濃度が高いと判定し、エンジンが始動できないようにする等の不正ができないように制御するようにしてもよい。   In the above embodiment, the case where the detected ethanol gas concentration is displayed has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the detected ethanol gas concentration and a predetermined threshold value may be used. The ethanol concentration may be determined to be high when the detected ethanol gas concentration is equal to or greater than the threshold value, and control may be performed so as to prevent fraud such as preventing the engine from starting.

また、エタノールガスを検出対象ガスとする場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他のガス成分を、検出対象ガスとしてもよい。   Moreover, although the case where ethanol gas was used as the detection target gas was described as an example, the present invention is not limited to this, and other gas components may be used as the detection target gas.

また、エタノールガス濃度の変化量及び湿度の変化量の変化率と、エタノールガス濃度との対応関係を用いて、エタノールガスの濃度を決定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、上記の対応関係を表わす式を用いて、エタノールガス濃度の変化量及び湿度の変化量の変化率から、エタノールガスの濃度を算出するようにしてもよい。   Moreover, although the case where the ethanol gas concentration is determined using the correspondence relationship between the change rate of the change amount of ethanol gas concentration and the change amount of humidity and the ethanol gas concentration has been described as an example, it is limited to this. Instead, the concentration of ethanol gas may be calculated from the change rate of the ethanol gas concentration and the change rate of the humidity change amount using the above-described equation representing the correspondence.

また、アルコールセンサ及びガスセンサの各々の出力を用いて、エタノールガスの濃度を算出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、アルコールセンサのセンサ出力から、エタノールガスの濃度を算出するようにしてもよい。例えば、アルコールセンサのセンサ出力のベース値から、エタノールガスの濃度のベース値を算出し、アルコールセンサのセンサ出力のピーク値から、エタノールガスの濃度のピーク値を算出するようにしてもよい。   Moreover, although the case where the ethanol gas concentration is calculated using the outputs of the alcohol sensor and the gas sensor has been described as an example, the present invention is not limited to this, and the ethanol gas concentration is determined from the sensor output of the alcohol sensor. You may make it calculate. For example, the ethanol gas concentration base value may be calculated from the sensor output base value of the alcohol sensor, and the ethanol gas concentration peak value may be calculated from the alcohol sensor sensor output peak value.

上記では、ドライバの呼気からエタノールガス成分の濃度を検出する例について説明したが、エタノール濃度検出装置を携帯可能に構成する等により、本発明はドライバ以外の人間の呼気からエタノールガス成分の濃度を検出する場合にも適用できるものである。   In the above, the example of detecting the concentration of the ethanol gas component from the exhalation of the driver has been described, but by configuring the ethanol concentration detection device to be portable, the present invention can reduce the concentration of the ethanol gas component from the exhalation of humans other than the driver. The present invention can also be applied to detection.

本発明のプログラムを、記憶媒体に格納して提供することができる。   The program of the present invention can be provided by being stored in a storage medium.

10 エタノール濃度検出装置
20 呼気導入管
24A アルコールセンサ
24B ガスセンサ
30 エタノール濃度判定器
32 エタノール濃度算出部
34 湿度算出部
36 エタノール濃度検出部
40 表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ethanol concentration detection apparatus 20 Breath introduction pipe | tube 24A Alcohol sensor 24B Gas sensor 30 Ethanol concentration determination device 32 Ethanol concentration calculation part 34 Humidity calculation part 36 Ethanol concentration detection part 40 Display apparatus

Claims (9)

検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、前記水蒸気に対する感度が各々異なり、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量及び前記検出対象の気体の湿度に関連する物理量に対応した物理量を検出して検出値を出力する複数のガスセンサと、
前記複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値の変化の前後の各々における前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記湿度に関連する物理量を各々算出する湿度算出手段と、
前記検出値の変化の前後の各々における前記ガスセンサの前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を各々算出するガス濃度算出手段と、
前記ガス濃度算出手段によって算出された前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び前記湿度算出手段によって算出された前記湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、前記検出対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、
を含むガス検出装置。
It has sensitivity to the detection target gas and water vapor contained in the detection target gas, and the sensitivity to the water vapor is different, and the physical quantity related to the concentration of the detection target gas and the humidity of the detection target gas A plurality of gas sensors that detect physical quantities corresponding to the relevant physical quantities and output detection values;
Humidity calculation means for calculating a physical quantity related to the humidity before and after the change of the detection value based on the detection value before and after the change of the detection value output by each of the plurality of gas sensors. When,
Gas concentration calculation means for calculating a physical quantity related to the concentration of the detection target gas before and after the change of the detection value based on the detection value of the gas sensor before and after the change of the detection value;
Based on the ratio of the change amount of the physical quantity related to the concentration of the detection target gas calculated by the gas concentration calculation means and the change amount of the physical quantity related to the humidity calculated by the humidity calculation means, the detection target Gas concentration detecting means for detecting the concentration of the gas;
A gas detection device.
前記湿度算出手段は、前記複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値と、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記湿度に対する出力特性及び前記検出対象ガスの濃度に対する出力特性とに基づいて、前記湿度に関連する物理量を算出する請求項1記載のガス検出装置。   The humidity calculating means is based on the detection value output by each of the plurality of gas sensors, the output characteristic for the humidity and the output characteristic for the concentration of the detection target gas, which are obtained in advance for each of the plurality of gas sensors. The gas detection device according to claim 1, wherein a physical quantity related to the humidity is calculated. 前記湿度算出手段は、以下の式に従って、前記湿度に関連する物理量を算出する請求項2記載のガス検出装置。
Figure 2010223626
ただし、G、Gは、前記複数のガスセンサの各々の検出値であり、[Humi]は湿度に関連する物理量であり、a、aは、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記検出対象ガスの濃度に対する出力特性に応じたパラメータであり、b、bは、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記湿度に対する出力特性に応じたパラメータであり、c、cは、定数である。
The gas detection apparatus according to claim 2, wherein the humidity calculating unit calculates a physical quantity related to the humidity according to the following equation.
Figure 2010223626
However, G A, G B is the detected value of each of the plurality of gas sensors, [humi] is a physical quantity related to the humidity, a A, a B is obtained in advance for each of the plurality of gas sensors is a parameter corresponding to an output characteristic with respect to the concentration of the detection target gas, b a, b B is a parameter corresponding to an output characteristic with respect to previously obtained the humidity for each of the plurality of gas sensors, c a, c B is a constant.
前記ガス濃度算出手段は、複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値と、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記湿度に対する出力特性及び前記検出対象ガスの濃度に対する出力特性とに基づいて、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出する請求項1〜請求項3の何れか1項記載のガス検出装置。   The gas concentration calculation means is based on the detection value output by each of the plurality of gas sensors, the output characteristic for the humidity and the output characteristic for the concentration of the detection target gas, which are obtained in advance for each of the plurality of gas sensors. The gas detection device according to claim 1, wherein a physical quantity related to the concentration of the detection target gas is calculated. 前記ガス濃度算出手段は、以下の式に従って、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出する請求項4記載のガス検出装置。
Figure 2010223626
ただし、G、Gは、前記複数のガスセンサの各々の検出値であり、[Gas]は前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量であり、a、aは、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記検出対象ガスの濃度に対する出力特性に応じたパラメータであり、b、bは、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記湿度に対する出力特性に応じたパラメータであり、c、cは、定数である。
The gas detection device according to claim 4, wherein the gas concentration calculation unit calculates a physical quantity related to the concentration of the detection target gas according to the following equation.
Figure 2010223626
However, G A, G B is the detected value of each of the plurality of gas sensors, [Gas] is a physical quantity relating to the concentration of the target gas, a A, a B is a plurality of gas sensors B A and b B are parameters according to the output characteristics with respect to the humidity determined in advance for each of the plurality of gas sensors. Yes, c A and c B are constants.
前記湿度算出手段は、前記複数のガスセンサの各々の前記検出値の変化する前のベース値に基づいて、前記検出値が変化する前における前記湿度に関連する物理量のベース値を算出し、前記複数のガスセンサの各々の前記検出値が変化してピークとなったときのピーク値に基づいて、前記検出値が変化してピークとなったときの前記湿度に関連する物理量を算出し、
前記ガス濃度算出手段は、前記ガスセンサの前記検出値の変化する前のベース値に基づいて、前記検出値が変化する前における前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出し、前記ガスセンサの前記検出値が変化してピークとなったときのピーク値に基づいて、前記検出値が変化してピークとなったときの前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出する請求項1〜請求項5の何れか1項記載のガス検出装置。
The humidity calculating means calculates a base value of a physical quantity related to the humidity before the detection value changes based on a base value before the detection value of each of the plurality of gas sensors changes, Based on the peak value when the detected value of each of the gas sensors changes and becomes a peak, a physical quantity related to the humidity when the detected value changes and becomes a peak is calculated,
The gas concentration calculation means calculates a physical quantity related to the concentration of the detection target gas before the detection value changes based on the base value before the detection value of the gas sensor changes, and the gas sensor The physical quantity relating to the concentration of the detection target gas when the detected value changes and becomes a peak is calculated based on the peak value when the detected value changes and becomes a peak. The gas detection device according to any one of 5.
前記検出対象ガスをエタノールガスとした請求項1〜請求項6の何れか1項記載のガス検出装置。   The gas detection device according to claim 1, wherein the detection target gas is ethanol gas. 前記ガスセンサを、酸化物半導体ガスセンサとした請求項1〜請求項7の何れか1項記載のガス検出装置。   The gas detection device according to any one of claims 1 to 7, wherein the gas sensor is an oxide semiconductor gas sensor. コンピュータを、
検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、前記水蒸気に対する感度が各々異なり、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量及び前記検出対象の気体の湿度に関連する物理量に対応した物理量を検出して検出値を出力する複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値の変化の前後の各々における前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記湿度に関連する物理量を各々算出する湿度算出手段、
前記検出値の変化の前後の各々における前記ガスセンサの前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を各々算出するガス濃度算出手段、及び
前記ガス濃度算出手段によって算出された前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び前記湿度算出手段によって算出された前記湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、前記検出対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段
として機能させるためのプログラム。
Computer
It has sensitivity to the detection target gas and water vapor contained in the detection target gas, and the sensitivity to the water vapor is different, and the physical quantity related to the concentration of the detection target gas and the humidity of the detection target gas Based on the detection value before and after the change of the detection value output by each of the plurality of gas sensors that detect the physical quantity corresponding to the related physical quantity and output the detection value, before and after the change of the detection value Humidity calculating means for calculating a physical quantity related to the humidity in each;
A gas concentration calculation means for calculating a physical quantity related to the concentration of the detection target gas before and after the change of the detection value based on the detection value of the gas sensor before and after the change of the detection value; and Based on the ratio of the change amount of the physical quantity related to the concentration of the detection target gas calculated by the gas concentration calculation means and the change amount of the physical quantity related to the humidity calculated by the humidity calculation means, the detection target A program for functioning as a gas concentration detection means for detecting the gas concentration.
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