JP2014074629A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筒内に導入されるガスの濃度を測定するガスセンサにおいて、測定環境の劣化により生じる誤差を補正する技術に関する。 The present invention relates to a technique for correcting an error caused by deterioration of a measurement environment in a gas sensor that measures the concentration of gas introduced into a cylinder.
ガス濃度を測定する方式として、ガスが特定波長の光を吸収する性質を利用する方式が知られている。具体的には、ガスが導入される筒内に、測定対象となる特定のガスにより吸収される波長を含む光を照射する。そして、そのガスに吸収される波長のみを透過させるフィルターを介して受光素子を設け出力値を測定する。筒内に導入されるガスが測定対象となる特定ガスを含む場合には、フィルターを介した受光素子の出力値は、特定ガスにより吸収されるため低下することになる。すなわち、受光素子の出力値は筒内の特定ガスの濃度に応じたものとなるため、その出力値から特定ガスの濃度を測定することができる。 As a method for measuring the gas concentration, a method using the property that the gas absorbs light of a specific wavelength is known. Specifically, light including a wavelength absorbed by a specific gas to be measured is irradiated into a cylinder into which the gas is introduced. Then, a light receiving element is provided through a filter that transmits only the wavelength absorbed by the gas, and the output value is measured. When the gas introduced into the cylinder contains a specific gas to be measured, the output value of the light receiving element through the filter is reduced by being absorbed by the specific gas. That is, since the output value of the light receiving element is in accordance with the concentration of the specific gas in the cylinder, the concentration of the specific gas can be measured from the output value.
上記のような方式の代表的な例として、非分散形赤外線吸収方式（ＮＤＩＲ方式）によるＣＯ２ガスセンサがある。この方式によるＣＯ２ガスセンサは、鏡面処理等を行い光の反射効率を高めた筒内に赤外光源と、ＣＯ２に吸収される特定波長の赤外光を透過させるフィルターを介した赤外線検出素子を設け、係る筒内に測定対象ガスを導入する。導入されたガスにＣＯ２が含まれている場合には、特定波長の赤外光は吸収され赤外線検出素子が受光する光量が減ることになる。したがって、赤外線検出素子の出力値の減衰量からＣＯ２ガス濃度を測定することができる。 A typical example of the above method is a non-dispersive infrared absorption method (NDIR method) CO 2 gas sensor. The CO 2 gas sensor according to this method is an infrared detection element through an infrared light source and a filter that transmits infrared light of a specific wavelength absorbed by CO 2 in a cylinder that has been subjected to mirror surface treatment or the like to improve light reflection efficiency. And introducing the gas to be measured into the cylinder. When CO 2 is contained in the introduced gas, infrared light having a specific wavelength is absorbed, and the amount of light received by the infrared detection element is reduced. Therefore, the CO 2 gas concentration can be measured from the attenuation amount of the output value of the infrared detection element.
また、近年では、測定環境の温度によって生じる誤差を補正する工夫もなされている。これは、上述したＣＯ２に吸収される特定波長の赤外光を透過させるフィルターを介した赤外線検出素子の他に測定対象ガスにより吸収されない波長の赤外光を透過させるフィルターを介したリファレンス用の赤外線検出素子設けるものである。いずれの赤外線検出素子も環境温度による影響を同等に受けることから、それぞれの赤外線検出素子の出力値の差分を取ることで、温度により生じる誤差を打ち消すことができる。 In recent years, a device for correcting an error caused by the temperature of the measurement environment has been devised. This is for reference through a filter that transmits infrared light having a wavelength that is not absorbed by the gas to be measured, in addition to the infrared detecting element that transmits infrared light having a specific wavelength that is absorbed by CO 2 . Infrared detecting element is provided. Since all the infrared detection elements are equally affected by the environmental temperature, an error caused by the temperature can be canceled by taking the difference between the output values of the respective infrared detection elements.
しかしながら、測定の誤差を生じさせる要因は温度に限られない。すなわち、筒内表面が導入されるガスに含まれる粉塵などにより汚れ、赤外光の反射率が低下すると、赤外線検出素子の受光量が減少し出力値が低下する。したがって、実際のＣＯ２ガス濃度よりも高い濃度が測定結果として示されてしまう。汚れなどによる測定誤差を補正することのできるＣＯ２ガスセンサはこれまで提供されていないという問題がある。 However, the factor causing the measurement error is not limited to the temperature. That is, when the surface of the cylinder is contaminated by dust or the like contained in the gas introduced and the reflectance of infrared light is reduced, the amount of light received by the infrared detection element is reduced and the output value is reduced. Therefore, a concentration higher than the actual CO 2 gas concentration is shown as the measurement result. There is a problem that a CO 2 gas sensor capable of correcting a measurement error due to dirt or the like has not been provided so far.
そこで、上記課題を解決するために本発明において、以下のガスセンサを提供する。すなわち、第一の発明としては、ガスが導入される筒と、筒内に光を照射する光源と、筒内に配置され光源から照射される光のうちガスに吸収されない波長の光の光量に応じた値である第一出力値を出力する第一検出素子と、筒内に配置され光源から照射される光のうち特定ガスに吸収される波長の光の光量に応じた値である第二出力値を出力する第二検出素子と、環境温度を測定する温度測定素子と、基準となる条件における第一出力値である基準第一出力値と、基準となる条件において筒内の特定ガス濃度毎に対応付けられた第二出力値である基準第二出力値と、第一出力値及び第二出力値の環境温度に対する変化率である第一変化率及び第二変化率と、第一出力値と第二出力値が同じ測定環境にて劣化する度合の関係を示す関数である劣化影響関数と、を保持する保持部と、前記基準第一出力値を、第一変化率を用いて前記環境温度に合わせて補正した温度補正後基準第一出力値を取得する第一温度補正部と、前記基準第二出力値を、第二変化率を用いて前記環境温度に合わせて補正した温度補正後基準第二出力値を取得する第二温度補正部と、出力された第一出力値と基準となる条件における第一出力値とに基づいて、筒内の測定環境の劣化後当初感度対比度合である第一対比度を取得する第一対比度取得部と、取得した第一対比度と、前記劣化影響関数に基づき、筒内の劣化により第二出力値が当初感度から変化する度合である第二対比度を取得する第二対比度取得部と、前記温度補正後基準第一出力値を、取得した第一対比度を用いて補正して劣化補正後基準第一出力値を取得する第一劣化補正部と、前記温度補正後基準第二出力値を、取得した第二対比度を用いて補正して劣化補正後基準第二出力値を取得する第二劣化補正部と、筒内の特定ガス濃度毎に対応付けられた前記劣化補正後基準第二出力値と前記劣化補正後基準第一出力値を用いて筒内の特定ガス濃度を算出する濃度算出部と、を有するガスセンサを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following gas sensor. That is, as the first invention, the light quantity of the light that is not absorbed by the gas out of the light that is introduced into the cylinder, the light source that emits light into the cylinder, and the light that is arranged in the cylinder and is emitted from the light source. A first detection element that outputs a first output value that is a corresponding value, and a second value that is a value corresponding to the amount of light of a wavelength that is disposed in the cylinder and is absorbed by the specific gas among the light emitted from the light source A second detection element that outputs an output value, a temperature measurement element that measures an environmental temperature, a reference first output value that is a first output value under a reference condition, and a specific gas concentration in the cylinder under the reference condition A reference second output value that is a second output value associated with each, a first change rate and a second change rate that are change rates of the first output value and the second output value with respect to the environmental temperature, and a first output This function shows the relationship between the value and the second output value that deteriorate in the same measurement environment. A first temperature correction for acquiring a temperature-corrected reference first output value obtained by correcting the reference first output value according to the environmental temperature using a first rate of change. Unit, a second temperature correction unit that obtains a temperature-corrected reference second output value obtained by correcting the reference second output value according to the environmental temperature using a second rate of change, and the output first output A first pair ratio acquisition unit that acquires a first pair ratio that is a degree of initial sensitivity contrast after deterioration of the measurement environment in the cylinder based on the value and the first output value in a reference condition; and the acquired first pair ratio And a second contrast degree acquisition unit for acquiring a second contrast degree that is a degree that the second output value changes from the initial sensitivity due to deterioration in the cylinder based on the deterioration influence function, and the temperature-corrected reference first First output after deterioration correction by correcting the output value using the obtained first pair ratio And a second deterioration correction unit that corrects the temperature-corrected reference second output value using the acquired second contrast and acquires a deterioration-corrected reference second output value; A concentration calculation unit that calculates the specific gas concentration in the cylinder using the deterioration-corrected reference second output value and the deterioration-corrected reference first output value associated with each specific gas concentration in the cylinder; A gas sensor is provided.
第二の発明としては、前記光源は赤外光を照射する赤外光源であり、前記特定ガスはＣＯ２である、第一の発明に記載のガスセンサ。 As a second invention, the light source is an infrared light source that emits infrared light, and the specific gas is CO 2 .
第三の発明としては、前記劣化影響関数を、第二対比度ｙ＝α×第一対比度ｘ＋βは、０．８５≦ｘ≦１．００の範囲内で、α＝０．８±０．１、β＝０．２±０．１として近似した第二の発明に記載のガスセンサを提供する。 According to a third aspect of the present invention, the deterioration effect function is expressed as follows: the second contrast y = α × the first pair ratio x + β is within a range of 0.85 ≦ x ≦ 1.00, and α = 0.8 ± 0. The gas sensor according to the second aspect of the present invention, which is approximated as 1, β = 0.2 ± 0.1, is provided.
本発明により、筒内の汚れなどにより生じる誤差を補正し得るガスセンサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a gas sensor that can correct an error caused by dirt in a cylinder.
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。なお、本発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。
<実施形態>
<実施形態 概要>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention should not be limited to these embodiments at all, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof.
<Embodiment>
<Overview of embodiment>
本実施形態のガスセンサは、測定環境の温度によって生じる誤差を補正するだけではなく、筒内の汚れなどにより生じる誤差を補正し得るガスセンサである。
<実施形態 構成>
The gas sensor of this embodiment is a gas sensor that can correct not only errors caused by the temperature of the measurement environment but also errors caused by dirt in the cylinder.
<Embodiment configuration>
図１は、本実施形態に係るガスセンサの構成を示す概念図である。ガスセンサ（０１００）は、ガスが導入される筒（０１０１）と、筒内に光を照射する光源（０１０２）と、第一検出素子（０１０３）と、第二検出素子（０１０４）と、測定環境の温度を測定する温度測定素子（０１０５）とを備え、第一検出素子及び第二検出素子の出力値や温度測定素子による測定値などを用いて演算処理するための演算部（０１０６）を備える。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a gas sensor according to the present embodiment. The gas sensor (0100) includes a cylinder (0101) into which gas is introduced, a light source (0102) that irradiates light into the cylinder, a first detection element (0103), a second detection element (0104), and a measurement environment. A temperature measurement element (0105) for measuring the temperature of the first detection element, and a calculation unit (0106) for performing calculation processing using output values of the first detection element and the second detection element, measurement values by the temperature measurement element, and the like. .
「筒」（０１０１）は、金属や樹脂などにより筒本体を構成し、その内側表面を、光を効率良く反射し得るように構成する。例えば、その内側表面を鏡面や光沢面とするために、金、銀、ニッケル、アルミニウムなどを用いて表面処理（メッキ、蒸着、スパッタリング等）を行う。これらの技術は、当該ガスセンサが属する公知の技術により実現することができる。また、筒には、ガスの導入と排出を行うための導入口と排出口とが設けられる。 The “cylinder” (0101) constitutes a cylinder main body with metal, resin, or the like, and its inner surface is configured so that light can be efficiently reflected. For example, surface treatment (plating, vapor deposition, sputtering, etc.) is performed using gold, silver, nickel, aluminum or the like in order to make the inner surface a mirror surface or a glossy surface. These techniques can be realized by a known technique to which the gas sensor belongs. The cylinder is provided with an inlet and an outlet for introducing and discharging gas.
「光源」（０１０２）は、測定対象となる特定ガスに吸収される波長を含む光を照射し得るものであればよい。代表例として成就したＣＯ２を測定するセンサに用いる場合には、ＣＯ２に吸収される波長である略4.26μmの帯域を含む光として赤外光源を用いることができる。赤外光源としては、例えば、タングステンなどをフィラメントに用いたランプなどを挙げることができる。また、一酸化炭素、炭化水素、メタン、窒素酸化物などといったガスも、それぞれ特定波長の光を吸収するので、それらの吸収波長を含む光を照射し得る光源を用いればよい。このような光源は、赤外光源に限られるものではなく、レーザー光などを用いてもよい。 The “light source” (0102) may be anything that can irradiate light including a wavelength that is absorbed by the specific gas to be measured. When used as a representative example for a sensor for measuring CO 2 , an infrared light source can be used as light including a band of approximately 4.26 μm, which is a wavelength absorbed by CO 2 . Examples of the infrared light source include a lamp using tungsten as a filament. In addition, since gases such as carbon monoxide, hydrocarbons, methane, and nitrogen oxide each absorb light of a specific wavelength, a light source that can irradiate light including those absorption wavelengths may be used. Such a light source is not limited to an infrared light source, and a laser beam or the like may be used.
「第一検出素子」（０１０３）は、筒内に配置され光源から照射される光のうちガスに吸収されない波長の光の光量に応じた値である第一出力値を出力する。第一検出素子は、筒内に導入されるガスに吸収されない波長の光のみを透過させるフィルターを介した受光素子等により構成される。例えば、特定ガスをＣＯ２ガスとする場合、第一検出素子は、赤外光のうちガスに吸収されない波長である略4.00μmの波長の赤外光を透過させる挟帯域のフィルターを介した受光素子（サーモパイル等）により実現される。出力される第一出力値は、ただちに後の処理等に供してもよいし、後述する保持部にいったん保持した後に処理に供してもよい。 The “first detection element” (0103) outputs a first output value that is a value corresponding to the amount of light having a wavelength that is not absorbed by gas among light emitted from the light source disposed in the cylinder. The first detection element is constituted by a light receiving element through a filter that transmits only light having a wavelength that is not absorbed by the gas introduced into the cylinder. For example, when the specific gas is CO 2 gas, the first detection element receives light through a narrow-band filter that transmits infrared light having a wavelength of approximately 4.00 μm, which is a wavelength that is not absorbed by the gas. This is realized by an element (such as a thermopile). The first output value to be output may be immediately used for later processing or the like, or may be used for processing after being temporarily held in a holding unit described later.
「第二検出素子」（０１０４）は、筒内に配置され光源から照射される光のうち特定ガスに吸収される波長の光の光量に応じた値である第二出力値を出力する。第二検出素子は、筒内に導入されるガスに吸収される波長の光のみを透過させるフィルターを介した受光素子等により構成される。特定ガスをＣＯ２ガスとする場合、第二検出素子は、赤外光のうちガスに吸収される波長である略4.26μmの波長の赤外光を透過させる挟帯域のフィルターを介した受光素子（サーモパイル等）により実現される。出力される第二出力値は、ただちに後の処理等に供してもよいし、後述する保持部にいったん保持した後に処理に供してもよい。 The “second detection element” (0104) outputs a second output value that is a value corresponding to the amount of light having a wavelength that is absorbed by the specific gas among light emitted from the light source disposed in the cylinder. The second detection element is configured by a light receiving element or the like through a filter that transmits only light having a wavelength absorbed by the gas introduced into the cylinder. When the specific gas is CO 2 gas, the second detection element is a light receiving element through a narrowband filter that transmits infrared light having a wavelength of approximately 4.26 μm, which is a wavelength absorbed by the gas in infrared light. (Thermopile etc.) The output second output value may be immediately used for later processing or may be used for processing after being temporarily held in a holding unit described later.
「温度測定素子」（０１０５）は、測定環境の温度である環境温度を測定し、例えば、サーミスタなどを用いることができる。なお、環境温度は筒の周囲の温度や、筒内の温度、第一検出素子及び第二検出素子を構成するサーモパイル等の受光素子の温度などであってよく、第一出力値及び第二出力値に影響を及びし得る範囲で環境温度を測定することが好ましい。 The “temperature measuring element” (0105) measures the environmental temperature, which is the temperature of the measurement environment, and for example, a thermistor can be used. The ambient temperature may be the ambient temperature of the cylinder, the temperature in the cylinder, the temperature of a light receiving element such as a thermopile constituting the first detection element and the second detection element, and the like. It is preferable to measure the ambient temperature within a range that can affect the value.
「演算部」（０１０６）は、第一検出素子及び第二検出素子の出力値や温度測定素子による測定値などを用いて演算処理する機能を有し、より具体的には、各種演算処理を行うためのＣＰＵ（０１０７）やＲＡＭ（０１０８）、上記の各測定値や所定のデータを保持するためのＲＯＭ（０１０９）や、上記の各測定値などの入力を受付け、または、演算処理結果を出力するための入出力インターフェースなどを有する。 The “arithmetic unit” (0106) has a function of performing arithmetic processing using output values of the first detection element and the second detection element, measurement values by the temperature measurement element, and the like. More specifically, various arithmetic processes are performed. CPU (0107) and RAM (0108) for performing, the above-mentioned measurement values and ROM (0109) for holding predetermined data, the input of each of the above-mentioned measurement values, etc., or the calculation processing result It has an input / output interface for output.
図２は、演算部の構成の一例を機能ブロック図で示したものである。演算部（０２００）は、保持部（０２０１）と、第一温度補正部（０２０２）と、第二温度補正部（０２０３）と、第一対比度取得部（０２０４）と、第二対比度取得部（０２０５）と、第一劣化補正部（０２０６）と、第二劣化補正部（０２０７）と、濃度算出部（０２０８）と、を有する。 FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the calculation unit. The calculation unit (0200) includes a holding unit (0201), a first temperature correction unit (0202), a second temperature correction unit (0203), a first pair ratio acquisition unit (0204), and a second contrast degree acquisition. Unit (0205), a first deterioration correction unit (0206), a second deterioration correction unit (0207), and a density calculation unit (0208).
以下、演算部での演算処理については、赤外光源を用いてＣＯ２ガスを特定ガスとして測定する場合を例に挙げて説明する。 Hereinafter, the calculation processing in the calculation unit will be described by taking as an example a case where CO 2 gas is measured as a specific gas using an infrared light source.
「保持部」（０２０１）は、基準となる条件における第一出力値である基準第一出力値と、基準となる条件において筒内のＣＯ２ガス濃度毎に対応付けられた第二出力値である基準第二出力値と、第一出力値及び第二出力値の環境温度に対する変化率である第一変化率及び第二変化率と、第一出力値と第二出力値が同じ測定環境にて劣化する度合の関係を示す関数である劣化影響関数と、を保持する機能を有する。 The “holding unit” (0201) is a reference first output value that is a first output value under a reference condition, and a second output value that is associated with each CO 2 gas concentration in the cylinder under the reference condition. A reference second output value, a first change rate and a second change rate, which are change rates of the first output value and the second output value with respect to the environmental temperature, and the first output value and the second output value are in the same measurement environment. And a deterioration influence function that is a function indicating the relationship of the degree of deterioration.
図３は、保持部に保持される基準第一出力値を示すグラフである。縦軸は基準第一出力値を示し、横軸はＣＯ２ガス濃度を示す。まず、Rcal（25,1）は、基準となる条件を、環境温度が「２５℃」で筒内の測定環境に劣化が生じていない場合の第一出力値を意味する。なお、括弧内の「１」は、測定環境に劣化が生じていない場合（出荷時の状態）を意味し、劣化が進むにつれてその値は小さくなり、最も劣化が進んだ場合を「０」とする。測定環境の劣化及び劣化影響関数については、追って説明する。 FIG. 3 is a graph showing the reference first output value held in the holding unit. The vertical axis represents the reference first output value, and the horizontal axis represents the CO 2 gas concentration. First, Rcal (25, 1) means the first output value when the environmental temperature is “25 ° C.” and the measurement environment in the cylinder has not deteriorated, which is the reference condition. Note that “1” in parentheses means that the measurement environment has not deteriorated (the state at the time of shipment), the value decreases as the deterioration progresses, and “0” indicates the case where the deterioration has progressed the most. To do. The degradation of the measurement environment and the degradation influence function will be described later.
横軸に記した「G0」、「G1」、「G2」、「G3」は、第一出力値とＣＯ２ガス濃度との関係をプロットするために設定されているＣＯ２ガス濃度の値であり、例えば、「G0=0ppm」、「G1=400ppm」、「G2=1000ppm」、「G3=2000ppm」などのように設定することができる。第一出力値はＣＯ２ガス濃度の影響を受けないので、図示するように、基準第一出力値はＣＯ２ガス濃度との関係において一定の値となる。したがって、必ずしも、ＣＯ２ガス濃度と対応付けて保持する必要はないが、後述する基準第二出力値などの説明の便宜上、ＣＯ２ガス濃度と対応付けて示した。 “G0”, “G1”, “G2”, “G3” on the horizontal axis are the CO 2 gas concentration values set to plot the relationship between the first output value and the CO 2 gas concentration. Yes, for example, “G0 = 0 ppm”, “G1 = 400 ppm”, “G2 = 1000 ppm”, “G3 = 2000 ppm” can be set. Since the first output value is not affected by the CO 2 gas concentration, the reference first output value is a constant value in relation to the CO 2 gas concentration as shown in the figure. Therefore, it is not always necessary to store the information in association with the CO 2 gas concentration, but for the sake of convenience in explanation of the reference second output value described later, the CO 2 gas concentration is shown in association with it.
図４は、基準第二出力値を示す図である。基準第二出力値は、基準となる条件において筒内のＣＯ２ガス濃度毎に対応付けられた第二出力値である。本図においても、基準第一出力値の場合と同様に、環境温度が「２５℃」で筒内の測定環境に劣化が生じていない場合「１」であるときを基準となる条件としている。 FIG. 4 is a diagram illustrating the reference second output value. The reference second output value is a second output value associated with each CO 2 gas concentration in the cylinder under the reference condition. In this figure, as in the case of the reference first output value, the reference temperature is “1” when the environmental temperature is “25 ° C.” and the measurement environment in the cylinder has not deteriorated.
図示するように、「G0」のときに最も高い出力値を示し、ＣＯ２ガス濃度の上昇に伴いその出力値は低下する。これは、ＣＯ２ガス濃度が高い程、ＣＯ２に吸収される4.26μmの波長の赤外光の量が増加し、その分第二検出素子の受光量が減少するからである。 As shown in the figure, the highest output value is shown when “G0”, and the output value decreases as the CO 2 gas concentration increases. This is because as the CO 2 gas concentration is higher, the amount of infrared light having a wavelength of 4.26 μm absorbed by CO 2 increases, and the amount of light received by the second detection element decreases accordingly.
保持部は、第一出力値及び第二出力値の環境温度に対する変化率である第一変化率及び第二変化率を保持する。第一検出素子及び第二検出素子に用いられるサーモパイル等は、環境温度によってその出力値が変化するという特性がある。すなわち、環境温度の上昇に伴い出力値が上昇してしまう。このようなサーモパイル等の特性により、ＣＯ２ガス濃度の測定に誤差が生じてしまう。 The holding unit holds a first change rate and a second change rate that are change rates of the first output value and the second output value with respect to the environmental temperature. The thermopile used for the first detection element and the second detection element has a characteristic that its output value changes depending on the environmental temperature. That is, the output value increases as the environmental temperature increases. Due to such characteristics as the thermopile, an error occurs in the measurement of the CO 2 gas concentration.
そこで、例えば、環境温度１℃あたりの第一出力値の変化率を第一変化率（r）として保持しておく。また、第二出力値の変化率である第二変化率については、所定のＣＯ２ガス濃度毎（G0、G1、G2、G3など）に保持しておく。第二変化率は、例えば、G0、G1、G2、G3などに対応して、w0、w1、w2、w3などとする。第一変化率及び第二変化率は、後述する温度補正において用いられる。 Therefore, for example, the change rate of the first output value per environmental temperature of 1 ° C. is held as the first change rate (r). The second change rate, which is the change rate of the second output value, is held for each predetermined CO 2 gas concentration (G0, G1, G2, G3, etc.). The second change rate is, for example, w0, w1, w2, w3 corresponding to G0, G1, G2, G3, and the like. The first change rate and the second change rate are used in temperature correction described later.
ここで、各種の演算処理を行う各部の説明をする前に、本実施形態に係るＣＯ２ガスセンサにおけるＣＯ２ガス濃度の算出方法について大まかに示す。図５は、本実施形態の算出方法の全体の流れを簡略に示したフローチャートである。 Here, before the description of each part for performing various arithmetic processings, broadly it shows a method for calculating the CO 2 gas concentration in the CO 2 gas sensor according to the present embodiment. FIG. 5 is a flowchart schematically showing the overall flow of the calculation method of the present embodiment.
まず、データを測定する（Ｓ０５０１）。これは、すでに説明した第一出力値及び第二出力値の取得や環境温度の測定を行う。 First, data is measured (S0501). This obtains the first output value and the second output value already described and measures the environmental temperature.
続いて、温度補正を行い（Ｓ０５０２）、さらに劣化補正を行う（Ｓ０５０３）。本実施形態のＣＯ２ガス濃度の測定方法は、第二出力値とＣＯ２ガス濃度との関係、すなわち、ＣＯ２ガス濃度が高い程第二出力値が低くなり、ＣＯ２ガス濃度が低い程第二出力値が高くなるという関係に基づいている。この両者の関係は、図４で示したグラフとして保持部により予め保持される。このグラフを検量線という。そして、測定された第二出力値をこの検量線に当てはめることでＣＯ２ガス濃度を取得することになるのだが、すでに述べたように、環境温度や筒内の汚れなどにより第二出力値は変動してしまい、取得されたＣＯ２ガス濃度に誤差が生じることになってしまう。このような誤差をなくすために、基準となる検量線を環境温度に応じて温度補正し、さらに筒内の汚れなどに応じて劣化補正する。そして、温度補正と劣化補正を経た検量線に基づいてＣＯ２ガス濃度を算出する（Ｓ０５０４）。 Subsequently, temperature correction is performed (S0502), and further deterioration correction is performed (S0503). Method of measuring the CO 2 gas concentration in the present embodiment, the relationship between the second output value and the CO 2 gas concentration, i.e., the second output value as the CO 2 gas concentration is high becomes low, enough CO 2 gas concentration is low This is based on the relationship that the second output value increases. The relationship between the two is held in advance by the holding unit as the graph shown in FIG. This graph is called a calibration curve. By applying the measured second output value to this calibration curve, the CO 2 gas concentration is obtained, but as already described, the second output value depends on the environmental temperature, dirt in the cylinder, etc. It fluctuates and an error occurs in the acquired CO 2 gas concentration. In order to eliminate such an error, the calibration curve serving as a reference is corrected for temperature according to the environmental temperature, and further corrected for deterioration according to dirt in the cylinder. Then, the CO 2 gas concentration is calculated based on the calibration curve that has undergone the temperature correction and the deterioration correction (S0504).
以下、上記各ステップを詳述する。また、各ステップを実行する各部についても図２を用いて併せて説明する。 Hereafter, each said step is explained in full detail. In addition, each unit that executes each step will also be described with reference to FIG.
図６は、データ測定の流れを示すフローチャートである。まず、赤外光源をＯＮし（Ｓ０６０１）、出力測定を行う（Ｓ０６０２）。この出力測定は、第一検出素子及び第二検出素子におけるサーモパイル等の出力値を測定することで行われる。 FIG. 6 is a flowchart showing the flow of data measurement. First, the infrared light source is turned on (S0601), and output measurement is performed (S0602). This output measurement is performed by measuring output values such as thermopile in the first detection element and the second detection element.
続いて、赤外光源をＯＦＦし（Ｓ０６０３）、出力測定を行う（Ｓ０６０４）。この出力測定も、第一検出素子及び第二検出素子におけるサーモパイル等の出力値を測定することで行われる。 Subsequently, the infrared light source is turned off (S0603), and output measurement is performed (S0604). This output measurement is also performed by measuring output values such as thermopile in the first detection element and the second detection element.
そして、第一検出素子における、赤外光源ＯＮのときの出力値と赤外光源ＯＦＦのときの出力値との差を第一出力値として取得し、第二検出素子における、赤外光源ＯＮのときの出力値と赤外光源ＯＦＦのときの出力値との差を第二出力値として取得する。 Then, the difference between the output value when the infrared light source is ON and the output value when the infrared light source is OFF in the first detection element is acquired as a first output value, and the infrared light source ON of the second detection element is acquired. The difference between the output value at that time and the output value when the infrared light source is OFF is acquired as the second output value.
このように、ＯＮのときの出力値とＯＦＦのときの出力値との差を取得することで、赤外光源から照射された赤外光のみによる受光量を出力値として取得することが可能となる。また、赤外光源の経年劣化などにより照射される光量が低下した場合であっても、ＯＮとＯＦＦとの差分を取ることで、そのような劣化の影響を打ち消すことができる。また、赤外光源の点灯が断続的となるため、赤外光源を点灯させたまま測定を継続する場合に比べ、点灯による筒内の温度上昇を抑止することができるとともに、消費電力を低減することができる。 In this way, by acquiring the difference between the output value when ON and the output value when OFF, it is possible to acquire the amount of light received only from the infrared light emitted from the infrared light source as the output value. Become. Further, even when the amount of light irradiated due to aging deterioration of the infrared light source is reduced, the influence of such deterioration can be countered by taking the difference between ON and OFF. Moreover, since the lighting of the infrared light source becomes intermittent, the temperature rise in the cylinder due to the lighting can be suppressed and the power consumption can be reduced compared to the case where the measurement is continued with the infrared light source turned on. be able to.
図７は、温度補正の処理の流れを示すフローチャートである。温度補正の処理は、温度補正後基準第一出力値及び温度補正後基準第二出力値を所定の式により取得する（Ｓ０７０１）。この処理は、主に第一温度補正部と第二温度補正部により行われる。 FIG. 7 is a flowchart showing the flow of temperature correction processing. In the temperature correction process, the temperature-corrected reference first output value and the temperature-corrected reference second output value are acquired by a predetermined formula (S0701). This process is mainly performed by the first temperature correction unit and the second temperature correction unit.
「第一温度補正部」（０２０２）は、前記基準第一出力値を、第一変化率（r）を用いて前記環境温度に合わせて補正した温度補正後基準第一出力値を取得する機能を有する。温度補正後基準第一出力値は、測定された環境温度がＴ（℃）であるとき、Rcal(T,1.00)で表し、図７に示すように、Rcal(T,1.00)=Rcal(25,1.00)+(T-25)*rにより取得することができる。 The “first temperature correction unit” (0202) acquires a reference first output value after temperature correction in which the reference first output value is corrected according to the environmental temperature using a first rate of change (r). Have The reference first output value after temperature correction is represented by Rcal (T, 1.00) when the measured environmental temperature is T (° C.). As shown in FIG. 7, Rcal (T, 1.00) = Rcal (25 , 1.00) + (T-25) * r.
図８は、温度補正後基準第一出力値を示すグラフである。この図は、Ｔが２５℃よりも高い場合を示しており、図３で示した基準第一出力値よりも、出力値が高くなっているのが分かる。なお、ＣＯ２ガス濃度による影響を受けないことは前述の通りである。 FIG. 8 is a graph showing the reference first output value after temperature correction. This figure shows a case where T is higher than 25 ° C., and it can be seen that the output value is higher than the reference first output value shown in FIG. As described above, it is not affected by the CO 2 gas concentration.
「第二温度補正部」（０２０３）は、前記基準第二出力値を、第二変化率を用いて前記環境温度に合わせて補正した温度補正後基準第二出力値を取得する機能を有する。温度補正後基準第二出力値は、測定された環境温度がＴ（℃）であるとき、ＣＯ２ガス濃度毎（G0、G1、G2、G3など）に取得され、それぞれWcal0（T，1.00）、Wcal1（T，1.00）、Wcal2（T，1.00）、Wcal3（T，1.00）と表し、例えば、G0においては、Wcal0（T，1.00）=Wcal0（25，1.00）+（T‐25）*w0により取得することができる。他のＣＯ２ガス濃度においても、図７に示すような各式により取得することができる。 The “second temperature correction unit” (0203) has a function of acquiring a temperature-corrected reference second output value obtained by correcting the reference second output value according to the environmental temperature using a second change rate. The second reference output value after temperature correction is acquired for each CO 2 gas concentration (G0, G1, G2, G3, etc.) when the measured environmental temperature is T (° C), and Wcal0 (T, 1.00), respectively. , Wcal1 (T, 1.00), Wcal2 (T, 1.00), Wcal3 (T, 1.00), for example, in G0, Wcal0 (T, 1.00) = Wcal0 (25,1.00) + (T-25) * Can be obtained with w0. Even at other CO 2 gas concentrations, they can be obtained by the equations shown in FIG.
図９は、温度補正後基準第二出力値を示すグラフである。図４で示した基準第二出力値と同様の曲線を描きつつ、全体として出力値が高くなっている。 FIG. 9 is a graph showing the reference second output value after temperature correction. While the same curve as the reference second output value shown in FIG. 4 is drawn, the output value as a whole is high.
図１０は、劣化補正の処理の流れを示すフローチャートである。個々のステップについは後述するが、まず、第一対比度を取得する（Ｓ１００１）。このステップは、第一対比度取得部により行われる。そして、第二対比度を取得する（Ｓ１００２）。このステップは、第二対比度取得部により行われる。劣化補正後基準第一出力値及び劣化補正後第二出力値を取得する（Ｓ１００３）。このステップは、第一劣化補正部及び第二劣化補正部により行われる。 FIG. 10 is a flowchart showing the flow of the deterioration correction process. Although the individual steps will be described later, first, the first pair ratio is acquired (S1001). This step is performed by the first pair ratio acquisition unit. Then, the second contrast degree is acquired (S1002). This step is performed by the second contrast acquisition unit. A reference first output value after deterioration correction and a second output value after deterioration correction are acquired (S1003). This step is performed by the first deterioration correction unit and the second deterioration correction unit.
「第一対比度取得部」（０２０４）は、出力された第一出力値と温度補正後基準第一出力値とに基づいて、筒内の測定環境の劣化後当初感度対比度合である第一対比度を取得する機能を有する。筒内は、導入されるガスに含まれる粉塵などにより次第に汚れていき、その表面の反射率が低下する。反射率の低下は第一検出素子及び第二検出素子での受光量の低下をもたらし、それらの出力値の低下により実際のＣＯ２ガス濃度よりも高い値を測定値としまうおそれがある。そこで、測定環境の劣化による受光量の低下を、劣化が生じていない出荷時などの受光量（当初感度）と対比した値として取得する。この値を、劣化後当初感度対比度合である第一対比度とする。したがって、第一対比度は、出荷時において「１」であり、劣化が進むにつれその値は「１」を下回り低下していく。 The “first pair ratio acquisition unit” (0204) is the first sensitivity contrast degree after deterioration of the measurement environment in the cylinder based on the output first output value and the temperature-corrected reference first output value. It has a function of acquiring the degree of contrast. The inside of the cylinder is gradually soiled by dust or the like contained in the introduced gas, and the reflectance of the surface of the cylinder decreases. The decrease in reflectance causes a decrease in the amount of light received by the first detection element and the second detection element, and there is a possibility that a value higher than the actual CO 2 gas concentration is taken as a measurement value due to a decrease in the output value thereof. Therefore, the decrease in the amount of received light due to the deterioration of the measurement environment is acquired as a value compared with the amount of received light (initial sensitivity) at the time of shipment where no deterioration has occurred. This value is defined as a first pair ratio that is a degree of initial sensitivity contrast after deterioration. Therefore, the first pair ratio is “1” at the time of shipment, and the value decreases below “1” as the deterioration progresses.
第一対比度の取得は、出力された第一出力値R(T,dr)と温度補正後基準第一出力値Rcal(T,1.00)とに基づいて取得する。第一対比度drは、図１０に示すように、dr=R(T,dr)/Rcal(T,1.00)の式により取得することができる。 The first pair ratio is acquired based on the output first output value R (T, dr) and the temperature-corrected reference first output value Rcal (T, 1.00). As shown in FIG. 10, the first pair ratio dr can be obtained by the equation dr = R (T, dr) / Rcal (T, 1.00).
「第二対比度取得部」（０２０５）は、取得した第一対比度と保持部にて保持される劣化影響関数に基づき、筒内の劣化により第二出力値が当初感度から変化した度合である第二対比度を取得する機能を有する。第二対比度は第一対比度と必ずしも一致するものではないが、所定の相関が認められる。そこで、予め第一対比度と第二対比度との関係を劣化影響関数として保持部に保持しておき、この劣化影響関数と取得された第一対比度とに基づいて第二対比度を取得する。すなわち、第二対比度dwと第一対比度drとの関係は、dw=f（dr）で示すことができ、fが劣化影響関数である。 The “second contrast degree acquisition unit” (0205) is based on the degree of change in the second output value from the initial sensitivity due to in-cylinder deterioration based on the acquired first pair ratio and the deterioration influence function held in the holding part. It has a function to acquire a certain second contrast degree. The second contrast degree does not necessarily match the first contrast ratio, but a predetermined correlation is recognized. Therefore, the relationship between the first degree of contrast and the second degree of contrast is previously held in the holding unit as a deterioration influence function, and the second degree of contrast is acquired based on the deterioration degree function and the acquired first pair ratio. To do. That is, the relationship between the second contrast ratio dw and the first pair ratio dr can be expressed by dw = f (dr), where f is a deterioration influence function.
劣化影響関数は、図１１に示すように一次関数「ｙ＝α×ｘ＋β」で近似することができ、ｘに第一対比度を代入することで第二対比度ｙを求めることができる。ここで、ｘ=1のときｙ=1となる関係を有する。 The degradation influence function can be approximated by a linear function “y = α × x + β” as shown in FIG. 11, and the second contrast y can be obtained by substituting the first pair ratio for x. Here, when x = 1, the relationship is y = 1.
劣化影響関数は、サーモパイル等の受光素子の特性に応じて適宜設定されるが、例えば、上記一次関数において、０．８５≦ｘ≦１．００の範囲内で、α＝０．８±０．１、β＝０．２±０．１、である場合が好ましく、これらの条件により設定された劣化影響関数を用いることで、より好適な劣化補正を行うことができる。 The deterioration influence function is appropriately set according to the characteristics of the light receiving element such as a thermopile. For example, in the above linear function, α = 0.8 ± 0.00 in the range of 0.85 ≦ x ≦ 1.00. 1, β = 0.2 ± 0.1 is preferable, and more preferable deterioration correction can be performed by using a deterioration influence function set according to these conditions.
「第一劣化補正部」（０２０６）は、前記温度補正後基準第一出力値を、取得した第一対比度を用いて補正して劣化補正後基準第一出力値を取得する機能を有する。劣化補正後基準第一出力値Rcal（T，dr）は、図１０のステップＳ１００３に示すように、Rcal（T，dr）=Rcal（T，1.00）*drの式を用いて取得することができる。 The “first deterioration correction unit” (0206) has a function of correcting the reference first output value after temperature correction using the acquired first pair ratio to acquire a reference first output value after deterioration correction. The reference first output value Rcal (T, dr) after deterioration correction can be obtained using the formula Rcal (T, dr) = Rcal (T, 1.00) * dr as shown in step S1003 of FIG. it can.
図１２は、劣化補正後基準第一出力値を示すグラフである。劣化補正後基準第一出力値はＣＯ２ガス濃度の影響を受けないため一定の値を取る。 FIG. 12 is a graph showing the reference first output value after deterioration correction. Since the reference first output value after deterioration correction is not affected by the CO 2 gas concentration, it takes a constant value.
「第二劣化補正部」（０２０７）は、前記温度補正後基準第二出力値を、取得した第二対比度を用いて補正して劣化補正後基準第二出力値を取得する機能を有する。劣化補正後基準第二出力値は、ＣＯ２ガス濃度毎（G0、G1、G2、G3など）に取得され、それぞれWcal0（T，dw）、Wcal1（T，dw）、Wcal2（T，dw）、Wcal3（T，dw）と表し、例えば、ＣＯ２ガス濃度がG0においては、Wcal0（T，dw）=Wcal0（T，1.00）*dwの式により取得することができる。他の濃度においても、図１０のステップＳ１００３に示した各式により取得することができる。 The “second degradation correction unit” (0207) has a function of correcting the reference second output value after temperature correction using the acquired second contrast and acquiring a reference second output value after deterioration correction. Degradation-corrected reference second output values are acquired for each CO 2 gas concentration (G0, G1, G2, G3, etc.), and Wcal0 (T, dw), Wcal1 (T, dw), and Wcal2 (T, dw), respectively. , Wcal3 (T, dw). For example, when the CO 2 gas concentration is G0, it can be obtained by the formula Wcal0 (T, dw) = Wcal0 (T, 1.00) * dw. Other concentrations can also be obtained by the equations shown in step S1003 of FIG.
図１３は、劣化補正後基準第二出力値を示すグラフである。図９で示した温度補正後基準第二出力値と同様の曲線を描きつつ、全体として出力値が低くなっている。 FIG. 13 is a graph showing the reference second output value after deterioration correction. While the same curve as the reference second output value after temperature correction shown in FIG. 9 is drawn, the output value as a whole is low.
「濃度算出部」（０２０８）は、筒内のＣＯ２ガス濃度毎に対応付けられた前記劣化補正後第二出力値と前記劣化補正後第一出力値を用いて筒内のＣＯ２ガス濃度を算出する機能を有する。以下、図１４及び図１５を用いて、筒内のＣＯ２ガス濃度の算出について説明する。 The “concentration calculation unit” (0208) uses the second output value after deterioration correction and the first output value after deterioration correction associated with each CO 2 gas concentration in the cylinder to determine the CO 2 gas concentration in the cylinder. It has the function to calculate. Hereinafter, calculation of the CO 2 gas concentration in the cylinder will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
図１４は、濃度算出の処理の流れを示すフローチャートである。まず、所定のＣＯ２ガス濃度毎に劣化補正後基準第二出力値と劣化補正後基準第一出力値との差分をとる（Ｓ１４０１）。この処理は、最終的に濃度算出を行うための検量線を取得するために行う処理である。例えば、ＣＯ２ガス濃度がG0においては、tmcal0=Wcal0（T,dw）-Rcal（T,dr）の式を用いて差分をとる。ここで、tmは、第二出力値と第一出力値との差分である透過差（μV）を意味する。すなわち、劣化補正後基準第二出力値Wcal0（T,dw）と劣化補正後基準第一出力値Rcal（T,dr）との差分をとることで、温度補正及び劣化補正をした濃度G0における透過差Tmcal0を得ることができる。同様に各濃度における透過差を得ることで、温度補正及び劣化補正をした透過差とＣＯ２ガス濃度との関係を示す検量線g（tm）を取得する（Ｓ１４０２）。 FIG. 14 is a flowchart showing the flow of density calculation processing. First, the difference between the deterioration-corrected reference second output value and the deterioration-corrected reference first output value is calculated for each predetermined CO 2 gas concentration (S1401). This process is a process performed to obtain a calibration curve for finally calculating the concentration. For example, when the CO 2 gas concentration is G0, the difference is obtained using the equation tmcal0 = Wcal0 (T, dw) −Rcal (T, dr). Here, tm means a transmission difference (μV) which is a difference between the second output value and the first output value. That is, by taking the difference between the deterioration-corrected reference second output value Wcal0 (T, dw) and the deterioration-corrected reference first output value Rcal (T, dr), transmission at the density G0 subjected to temperature correction and deterioration correction The difference Tmcal0 can be obtained. Similarly, by obtaining a transmission difference at each concentration, a calibration curve g (tm) indicating the relationship between the transmission difference subjected to temperature correction and deterioration correction and the CO 2 gas concentration is acquired (S1402).
図１５は、ステップＳ１４０２において取得される検量線g（tm）を示すグラフである。横軸に透過差をとり、縦軸にＣＯ２ガス濃度をとる。図示するように、ＣＯ２ガス濃度が高い程劣化補正後基準第二出力値は低下するため、透過差も低下する。 FIG. 15 is a graph showing the calibration curve g (tm) acquired in step S1402. The horizontal axis represents the transmission difference, and the vertical axis represents the CO 2 gas concentration. As shown in the drawing, the higher the CO 2 gas concentration is, the lower the reference second output value after deterioration correction is, so that the transmission difference is also reduced.
そして、測定された第二出力値W（T,dw）と第一出力値R（T,dr）との差分から透過差tmを取得する（Ｓ１４０３）。そして、取得した透過差tmを検量線g（tm）に代入することによりＣＯ２ガス濃度を算出する（Ｓ１４０３）。なお、透過差を取得するのは、環境温度などの影響を排除し、ＣＯ２ガスにより生じる出力値の変化のみを得るためである。 Then, a transmission difference tm is acquired from the difference between the measured second output value W (T, dw) and the first output value R (T, dr) (S1403). Then, the CO 2 gas concentration is calculated by substituting the acquired transmission difference tm into the calibration curve g (tm) (S1403). The reason why the transmission difference is acquired is to eliminate the influence of the environmental temperature and obtain only the change in the output value caused by the CO 2 gas.
以上のように、本実施形態に係るＣＯ２ガスセンサは、基準第一出力値及び基準第二出力値に対して温度補正と劣化補正をし、最終的に補正された透過差とＣＯ２ガス濃度との関係を示す検量線を取得し、当該検量線に測定された第一出力値と第二出力値とから得られる透過差を当てはめることで、環境温度及び筒内の劣化による影響を補正した精度の高いＣＯ２ガス濃度を得ることができる。
<実施形態 効果>
As described above, the CO 2 gas sensor according to the present embodiment performs temperature correction and deterioration correction on the reference first output value and the reference second output value, and finally corrects the transmission difference and the CO 2 gas concentration. A calibration curve showing the relationship between the environmental temperature and the influence of environmental temperature and in-cylinder deterioration was corrected by applying a transmission difference obtained from the first output value and the second output value measured on the calibration curve. A highly accurate CO 2 gas concentration can be obtained.
<Embodiment effect>
本実施形態により、筒内の汚れなどにより生じる誤差を補正し得るＣＯ２ガスセンサを提供することができる。 According to this embodiment, it is possible to provide a CO 2 gas sensor that can correct an error caused by dirt in the cylinder.
０１００ ガスセンサ
０１０１ 筒
０１０２ 光源
０１０３ 第一検出素子
０１０４ 第二検出素子
０１０５ 温度測定素子
０１０６ 演算部
０１０７ ＣＰＵ
０１０８ ＲＡＭ
０１０９ ＲＯＭ
0100
0108 RAM
0109 ROM
Claims (3)
筒内に光を照射する光源と、
筒内に配置され光源から照射される光のうちガスに吸収されない波長の光の光量に応じた値である第一出力値を出力する第一検出素子と、
筒内に配置され光源から照射される光のうち特定ガスに吸収される波長の光の光量に応じた値である第二出力値を出力する第二検出素子と、
環境温度を測定する温度測定素子と、
基準となる条件における第一出力値である基準第一出力値と、
基準となる条件において筒内の特定ガス濃度毎に対応付けられた第二出力値である基準第二出力値と、
第一出力値及び第二出力値の環境温度に対する変化率である第一変化率及び第二変化率と、
第一出力値と第二出力値が同じ測定環境にて劣化する度合の関係を示す関数である劣化影響関数と、を保持する保持部と、
前記基準第一出力値を、第一変化率を用いて前記環境温度に合わせて補正した温度補正後基準第一出力値を取得する第一温度補正部と、
前記基準第二出力値を、第二変化率を用いて前記環境温度に合わせて補正した温度補正後基準第二出力値を取得する第二温度補正部と、
出力された第一出力値と温度補正後基準第一出力値とに基づいて、筒内の測定環境の劣化後当初感度対比度合である第一対比度を取得する第一対比度取得部と、
取得した第一対比度と、前記劣化影響関数に基づき、筒内の劣化により第二出力値が当初感度から変化した度合である第二対比度を取得する第二対比度取得部と、
前記温度補正後基準第一出力値を、取得した第一対比度を用いて補正して劣化補正後基準第一出力値を取得する第一劣化補正部と、
前記温度補正後基準第二出力値を、取得した第二対比度を用いて補正して劣化補正後基準第二出力値を取得する第二劣化補正部と、
筒内の特定ガス濃度毎に対応付けられた前記劣化補正後基準第二出力値と前記劣化補正後基準第一出力値を用いて筒内の特定ガス濃度を算出する濃度算出部と、
を有するガスセンサ。 A cylinder into which gas is introduced;
A light source that emits light into the cylinder;
A first detection element that outputs a first output value that is a value according to the amount of light of a wavelength that is not absorbed by the gas among the light that is disposed in the cylinder and emitted from the light source;
A second detection element that outputs a second output value that is a value corresponding to the amount of light having a wavelength that is absorbed by the specific gas among light emitted from the light source and disposed in the cylinder;
A temperature measuring element for measuring the environmental temperature;
A reference first output value that is a first output value in a reference condition;
A reference second output value that is a second output value associated with each specific gas concentration in the cylinder under the reference condition;
A first rate of change and a second rate of change, which are rates of change of the first output value and the second output value with respect to the environmental temperature;
A holding unit that holds a deterioration influence function that is a function indicating a relationship between the degree of deterioration of the first output value and the second output value in the same measurement environment;
A first temperature correction unit that acquires a temperature-corrected reference first output value obtained by correcting the reference first output value according to the environmental temperature using a first change rate;
A second temperature correction unit that acquires a temperature-corrected reference second output value obtained by correcting the reference second output value according to the environmental temperature using a second change rate;
Based on the output first output value and the temperature-corrected reference first output value, a first pair ratio acquisition unit that acquires a first pair ratio that is the initial sensitivity contrast degree after deterioration of the measurement environment in the cylinder,
Based on the acquired first pair ratio and the deterioration influence function, a second contrast degree acquisition unit that acquires a second contrast degree that is a degree that the second output value has changed from the initial sensitivity due to deterioration in the cylinder;
A first deterioration correction unit that corrects the temperature-corrected reference first output value using the acquired first pair ratio and acquires a deterioration-corrected reference first output value;
A second deterioration correction unit that corrects the reference second output value after temperature correction using the acquired second contrast and acquires a reference second output value after deterioration correction;
A concentration calculation unit that calculates the specific gas concentration in the cylinder using the deterioration-corrected reference second output value and the deterioration-corrected reference first output value associated with each specific gas concentration in the cylinder;
A gas sensor.
前記特定ガスは、ＣＯ２である、請求項１に記載のガスセンサ。 The light source is an infrared light source that irradiates infrared light;
The gas sensor according to claim 1, wherein the specific gas is CO 2 .
０．８５≦ｘ≦１．００の範囲内で、
α＝０．８±０．１
β＝０．２±０．１
として近似した請求項２に記載のガスセンサ。 The deterioration influence function is expressed as follows: second contrast y = α × first pair x + β
Within the range of 0.85 ≦ x ≦ 1.00,
α = 0.8 ± 0.1
β = 0.2 ± 0.1
The gas sensor according to claim 2 approximated as:
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016021495A1 (en) * | 2014-08-04 | 2016-02-11 | 株式会社村田製作所 | Gas density detection device and gas density calculation method for gas density detection device |
| JP2017032317A (en) * | 2015-07-29 | 2017-02-09 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | Gas concentration measurement device |
| KR101810423B1 (en) | 2016-10-12 | 2017-12-20 | 한국교통대학교 산학협력단 | Gas Concentration Sensing Method of A NDIR Gas Sensor and Aging Compensation Method Thereof |
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|---|---|---|---|---|
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5886348A (en) * | 1997-02-14 | 1999-03-23 | American Intell-Sensors Corporation | Non-dispersive infrared gas analyzer with interfering gas correction |
| JPH11304706A (en) * | 1998-04-24 | 1999-11-05 | Horiba Ltd | Infrared gas analyser |
| JP2004138499A (en) * | 2002-10-17 | 2004-05-13 | Yazaki Corp | Gas concentration detection sensor |
| JP2005292009A (en) * | 2004-04-01 | 2005-10-20 | Denso Corp | Infrared gas detector and detection method |
| JP2006317451A (en) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Tyco Electronics Raychem Gmbh | Existence of gas sample, measuring method of concentration, and gas sensor device |
| JP2009192230A (en) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Denso Corp | Carbon dioxide concentration detector for vehicle |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5886348A (en) * | 1997-02-14 | 1999-03-23 | American Intell-Sensors Corporation | Non-dispersive infrared gas analyzer with interfering gas correction |
| JPH11304706A (en) * | 1998-04-24 | 1999-11-05 | Horiba Ltd | Infrared gas analyser |
| JP2004138499A (en) * | 2002-10-17 | 2004-05-13 | Yazaki Corp | Gas concentration detection sensor |
| JP2005292009A (en) * | 2004-04-01 | 2005-10-20 | Denso Corp | Infrared gas detector and detection method |
| JP2006317451A (en) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Tyco Electronics Raychem Gmbh | Existence of gas sample, measuring method of concentration, and gas sensor device |
| JP2009192230A (en) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Denso Corp | Carbon dioxide concentration detector for vehicle |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016021495A1 (en) * | 2014-08-04 | 2016-02-11 | 株式会社村田製作所 | Gas density detection device and gas density calculation method for gas density detection device |
| JPWO2016021495A1 (en) * | 2014-08-04 | 2017-04-27 | 株式会社村田製作所 | Gas concentration detection device and gas concentration calculation method in gas concentration detection device |
| JP2017032317A (en) * | 2015-07-29 | 2017-02-09 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | Gas concentration measurement device |
| KR101810423B1 (en) | 2016-10-12 | 2017-12-20 | 한국교통대학교 산학협력단 | Gas Concentration Sensing Method of A NDIR Gas Sensor and Aging Compensation Method Thereof |
| CN115452757A (en) * | 2022-11-11 | 2022-12-09 | 电子科技大学 | CO based on sensor 2 Concentration monitoring system |
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