專利名稱：氣體檢測方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用金屬氧化物半導體氣體傳感器的氣體檢測，特別涉及使氣體傳感器發(fā)生溫度變化來檢測氣體的技術。
作為應用了溫度變化的金屬氧化物半導體氣體傳感器，有SnO2系的CO傳感器TGS203(TGS203是費加羅技研的商品名稱)。該氣體傳感器以150秒為周期進行動作，把最初的60秒分配給高溫區(qū)，把接下來的的90秒分配給低溫區(qū)，高溫區(qū)的最終溫度為300℃，低溫區(qū)的最終溫度為80℃，并用低溫區(qū)結(jié)束時的金屬氧化物半導體的電阻值，來檢測CO。傳感器的電阻值與CO濃度大體上成反比，氫和CO之間的相對靈敏度為1∶10，例如，氫1000ppm和CO 100ppm是等價的。此外，電阻值的初始分布，在CO 100ppm中為1～10KΩ。
本發(fā)明人使應用了TGS203的CO檢測裝置高精度化，并對用相同的傳感器使檢測精度提高兩倍以上的課題進行了研究。所研究的問題是傳感器特性的漂移，TGS203從使用開始在約2個月左右電阻值最大增加2倍，其后，在數(shù)年間電阻值將下降到初始值的最大約1/2。由于TGS203的電阻值大體上反比于CO濃度，故這些漂移意味著CO的檢測值將在現(xiàn)實值的2倍～1/2的范圍內(nèi)變動。
在這里，示出有關的先導技術。使氣體傳感器的溫度變化，并把其電阻值的舉動看做溫度波形，對它進行富利葉變換來檢測氣體這一方法，是吉川等人提出來的(Analytical Chemistry,Vol68,No.13,2067-2072,1996)。在使氣體傳感器的高溫區(qū)的信號和低溫區(qū)的信號進行組合方面，有許多的研究(例如，美國專利4,896,143，和4,399,684)。
本發(fā)明的課題是，提供對溫度變化過程中的氣體傳感器的信號進行組合來求氣體濃度時的基本的手法。
在本發(fā)明中，邊使電阻值因氣體而變化的金屬氧化物半導體氣體傳感器的溫度變化，邊用溫度波形上的多點的信號，檢測CO，乙醇，氨，水蒸汽等的氣體。氣體傳感器的種類不限于SnO2系，也可以是In2O3或者WO3系，檢測對象也不限于CO，可以是氨或乙醇，甲醛等的各種氣體。此外，采用使加到氣體傳感器的加熱器上的功率變化的辦法來進行溫度變化，若把該功率的圖形叫做加熱器波形，則可以用方波，正弦波或斜波等的種種的加熱器波形。
本發(fā)明的特征是決定由在溫度變化過程中的至少2個氣體傳感器構成的相位空間，在校準時，在多個檢測對象氣體濃度下，測定上述至少2個氣體傳感器信號，存儲表示在該相位空間中已使檢測對象氣體的濃度變化了時的軌跡的數(shù)據(jù)，在測定時，測定上述至少2個氣體傳感器信號，求出在該相位空間中的相位點，并根據(jù)從上述相位點向該所存儲的軌跡上的投影和軌跡與相位點之間的距離，求氣體濃度。
在這里投影用與相位空間的適宜的軸平行的或在與軌跡垂直的方向上的投影。此外，所謂投影和距離，指的是根據(jù)這兩個因素來決定氣體濃度，例如，取決于投影方向，距離的數(shù)據(jù)反映于投影中，沒有必要再用距離的值本身。因此，作為更廣的概念，將變成為用在相位空間中的對軌跡的相位點的位置來求氣體的濃度。
本發(fā)明的特征是在該相位空間中，決定由沿著上述軌跡的氣體濃度軸和與氣體傳感器特性中的噪聲對應的噪聲軸構成的斜坐標系，并由從上述相位點與上述噪聲軸平行地向上述氣體濃度軸投影后的位置來求氣體濃度。
理想的是，相應于距氣體濃度軸的距離，對投影進行限制。即，對于與氣體濃度軸極端偏離的坐標照原樣不變地進行投影，將會超過檢測信號的可靠性。于是，對已從氣體濃度軸偏離開來的坐標限制投影以使噪聲補償減小。此外，投影的限制最好使其在氣體濃度軸的上下變成為非對稱，從該濃度向低濃度的補償與從低濃度向高濃度的休整相比，最好謹慎進行。
此外，若使在2點上的氣體傳感器信號進行組合，則對共存氣體的靈敏度將變成為負，取決于共存氣體，有時候所算出來的氣體濃度還會降低。為對此進行補償，理想的是決定用來補償共存氣體影響的別的相位空間，來檢測共存氣體。一旦檢測出了共存氣體的存在，就可以用參照表或其它的手法容易地對共存氣體的影響進行補償。
此外，本發(fā)明是一種使其電阻值因氣體而變化的金屬氧化物半導體氣體傳感器的溫度發(fā)生變化，以檢測氣體的裝置，其特征在于設有用于決定由在溫度變化過程中的至少2個氣體傳感器構成的相位空間，存儲在校準時的，在多個檢測對象氣體濃度下的，在該相位空間中的相位點的軌跡的裝置；在測定時，測定上述至少2個氣體傳感器信號求出在該相位空間中的相位點的裝置；根據(jù)從上述求出的相位點的上述所存儲的軌跡的位置，求出氣體濃度的裝置。
理想的是，用于存儲上述軌跡的裝置，在上述相位空間中，決定并存儲與檢測對象的濃度對應的氣體濃度軸和與氣體傳感器特性的噪聲對應的噪聲軸之間的斜交2軸；用于求出上述氣體濃度的裝置，采用從上述所測定的相位點沿著噪聲軸向濃度軸投影的辦法，求出氣體濃度。
本發(fā)明還采用給應用了其電阻值因氣體而變化的金屬氧化物半導體的氣體傳感器的加熱器加上方波狀的功率的辦法，使金屬氧化物半導體的溫度在高溫區(qū)和低溫區(qū)間交替變化，從在低溫區(qū)中的氣體傳感器信號中，檢測出CO的裝置，其特征在于設有用來在進行了從低溫區(qū)向高溫區(qū)的移動之后，對在已產(chǎn)生了金屬氧化物半導體的電阻值的谷值后，且在金屬氧化物半導體的溫度達到在高溫區(qū)的正常溫度之前的、高溫區(qū)初期的氣體傳感器信號進行采樣的裝置；用來用采樣后的高溫區(qū)初期的傳感器信號和低溫區(qū)的氣體傳感器信號來檢測CO的CO檢測裝置。
在本發(fā)明中，使金屬氧化物半導體氣體傳感器例如周期性地發(fā)生溫度變化，并用在溫度變化過程中的至少2個氣體傳感器信號決定相位空間。在這里，在校準時，改變檢測對象氣體的濃度，使之在例如常溫常濕等規(guī)定的氣氛下動作，測定上述2個氣體傳感器信號。至少2個的傳感器信號將變成在該相位空間內(nèi)的相位點，且由于用多個檢測對象氣體濃度進行測定，故將得到校準時改變檢測對象氣體濃度之時的相位點的軌跡并存儲與之對應的數(shù)據(jù)。在測定時進行相同處理，得到了在相位空間上的相位點后，在尚未給氣體傳感器加上干擾因素的情況下，相位點位于上述的軌跡上，只要從軌跡上的位置單純地求出氣體濃度即可。而在相位點已從軌跡離開來的情況下，其距離表示干擾的強度。所以，用該距離進行補償。這樣的補償有多個，例如，從相位空間的軸之內(nèi)與除去和檢測對象氣體的濃度的相互關系密切的軸之外的別的軸平行的相位點投影到軌跡上，并以該點上的氣體濃度為臨時的氣體濃度。再給它加上與從該點到相位點為止的距離相應的補償后再求出氣體濃度?；蛘咴谏鲜龅南辔豢臻g內(nèi)，求出與上述的軌跡對應的氣體濃度軸和表示干擾因素影響的噪聲軸，從所求出的相位點與噪聲軸平行地投影到軌跡上，求出氣體濃度。在氣傳感器信號中，應用金屬氧化物半導體的電阻或其對數(shù)，或者應用電阻值的對數(shù)的富利葉變換等。對于富利葉變換前的氣體傳感器信號，富利葉變換與其特性函數(shù)相當，用富利葉變換前的信號，還是用富利葉變換后的信號是任意的。相位空間至少是2維空間，斜坐標系也至少是2維坐標系。作為噪聲軸，例如有與傳感器特性的時效變化對應的漂移軸和與濕度依賴性對應的濕度軸等。
本發(fā)明人對把溫度變化所伴隨的氣體傳感器信號的變化看做是傳感器信號的溫度波形來檢測氣體的課題進行了研究。特別是對用在溫度變化過程中的至少2點上的信號的組合來檢測氣體的課題進行了研究。當用該2點決定了相位空間，研究傳感器信號的坐標因漂移等而產(chǎn)生的推移時，在漂移等噪聲中有明了的規(guī)則性，發(fā)現(xiàn)坐標軸沿著特定的軸移動。決定把該軸叫做噪聲軸或漂移軸。
當檢測對象氣體的濃度改變時，在相位空間上的坐標將變化，決定把該軸叫作氣體濃度軸。但是噪聲軸和氣體濃度軸一般并不正交。因此，需要用斜坐標系表現(xiàn)相位空間。如要測定相位空間上的坐標，采用從所測定的坐標向氣體濃度軸投影的辦法，就可以計算出氣體濃度。
在本發(fā)明中，使金屬氧化物半導體傳感器向高溫區(qū)和低溫區(qū)進行溫度變化以檢測CO。溫度變化雖然是例如給氣體傳感器的加熱器加上方波狀的功率進行，但是也可以是正弦狀或鋸齒波狀等波形。金屬氧化物半導體的種類除去實施例所示的SnO2之外，也可以是In2O3或ZnO等，傳感器的構造是任意的。此外，溫度變化在實施例中雖然示出的是在高溫區(qū)和低溫區(qū)交替地以特別規(guī)定的周期規(guī)則性地進行，但是并不受限于此。向高溫區(qū)的加熱，目的是得到補償用的信號和加熱凈化金屬氧化物半導體，平常把金屬氧化物半導體保持在低溫區(qū)，在有可能存在CO的情況下，也可以加熱到高溫區(qū)。此外，存在CO的可能性可以從低溫區(qū)的氣體傳感器信號進行檢測。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，高溫區(qū)的初期的信號和低溫區(qū)的信號對漂移具有很密切的相互關系，采用用高溫區(qū)初期的信號對低溫區(qū)的信號進行補償?shù)霓k法，可以補償漂移的影響。而作為高溫區(qū)初期的信號，發(fā)現(xiàn)在通過了向高溫區(qū)的移動時所產(chǎn)生的電阻值的谷值后，金屬氧化物半導體溫度達到正常值之前的、或者在金屬氧化物半導體溫度正在上升的過程中的信號是有效的。于是，若使這些信號進行組合，對氣體傳感器的漂移的影響進行補償，在TGS203的情況下，用例如CO濃度換算可以得到±20％左右的精度?？紤]到TGS203的電阻值將因漂移而增加到最大2倍，結(jié)果變成為使誤差減少到約1/5。
附圖的簡單說明

圖1是實施例的氣體檢測裝置的框圖。
圖2是示出了在實施例的氣體檢測裝置中的RAM的構成圖。
圖3是示出了在實施例的氣體檢測裝置中的EEPROM的構成圖。
圖4是示出了在實施例中所用的氣體傳感器的電阻值的波形的特性圖。
圖5是示出了在實施例中所用的氣體傳感器的高溫區(qū)初期的電阻值的波形的特性圖。
圖6是示出了實施例的氣體檢測裝置中的采樣算法的流程圖。
圖7是示出了實施例的氣體檢測裝置中的調(diào)整算法的流程圖。
圖8是示出了在實施例中的0-6秒平面上的漂移特性的特性圖。
圖9是示出了在實施例中的0-12秒平面上的漂移特性的特性圖。
圖10是示出了在實施例中的0-30秒平面上的漂移特性的特性圖。
圖11是示出了在實施例中的0-60秒平面上的漂移特性的特性圖。
圖12是示出了在實施例中的0-120秒平面上的漂移特性的特性圖。
圖13是示出了在實施例中的0-69秒平面上的漂移特性的特性圖。
圖14是示出了實施例中的CO濃度的計算機構的特性圖。
圖15是示出了實施例中的氫氣補償?shù)奶匦詧D。
圖16是示出了氣體傳感器的20℃-65％RH和0℃間的溫濕度依賴性的特性圖。
圖17是示出了氣體傳感器的20℃-65％RH和50℃-40％RH間的溫濕度依賴性的特性圖。
圖18是示出了實施例中的主程序的流程圖。
圖19是示出了實施例中的溫濕度補償?shù)牧鞒虉D。
圖20是示出了實施例中的漂移補償?shù)牧鞒虉D。
圖21是示出了對實施例的氣體檢測裝置中的共存氫氣的補償?shù)牧鞒虉D。
圖22是示出了實施例中的漂移補償?shù)脑斍榈奶匦詧D。
圖23是示出了實施例中的溫濕度補償?shù)脑斍榈奶匦詧D。
圖24是示出了在應用了富利葉變換的變形例中的斜交坐標系2維相位空間的特性圖。
圖25是示出了在實施例中所用的氣體傳感器的動作周期與傳感器溫度之間的關系的特性圖。
圖26是示出了最佳實施例的動作原理的特性圖。
圖27是示出了在實施例中所用的氣體傳感器的、對相對濕度依賴性的相關的特性圖，氣體濃度為CO30ppm，在氣氛為25℃,40％RH和25℃,15％RH下，在各個定時處的濕度依賴性對第0秒的濕度依賴性的相互關系。
圖28是示出了在實施例中所用的氣體傳感器的、對相對濕度依賴性的相關的特性圖，氣體濃度為CO100ppm，在氣氛為25℃,40％RH和25℃，15％RH下，在各個定時處的濕度依賴性對第0秒的濕度依賴性的相互關系。
圖29是示出了在實施例中所用的氣體傳感器的、對相對濕度依賴性的相關的特性圖，氣體濃度為CO300ppm，在氣氛為25℃,40％RH和25℃，15％RH下，在各個定時處的濕度依賴性對第0秒的濕度依賴性的相互關系。
圖30是示出了在實施例中所用的氣體傳感器的、對相對濕度依賴性的相關的圖，氣體濃度為CO30ppm，在氣氛為25℃,40％RH和25℃,95％RH下，在各個定時處的濕度依賴性對第0秒的濕度依賴性的相互關系。
圖31是示出了在實施例中所用的氣體傳感器的、對相對濕度依賴性的相關的圖，氣體濃度為CO100ppm，在氣氛為25℃,40％RH和25℃,95％RH下，在各個定時處的濕度依賴性對第0秒的濕度依賴性的相互關系。
圖32是示出了在實施例中所用的氣體傳感器的、對相對濕度依賴性的相關的圖，氣體濃度為CO300ppm，在氣氛為25℃,40％RH和25℃,95％RH下，在各個定時處的濕度依賴性對第0秒的濕度依賴性的相互關系。
圖33是示出了在實施例中所用的氣體傳感器的、對相對濕度依賴性的分布圖，在25℃下，在15RH％、40％RH和95％RH三種相對濕度變化之時的，在CO 30ppm、CO 100ppm、CO 300ppm下的輸出分布，采樣數(shù)為40個。
圖34示出了最佳實施例中的數(shù)據(jù)流。
圖35示出了最佳實施例中的EEPROM的數(shù)據(jù)內(nèi)容。
圖36示出了最佳實施例中的微型計算機的RAM數(shù)據(jù)。
圖37是最佳實施例中的動作流程圖，示出了距氣體濃度軸的距離K為止的計算。
圖38是最佳實施例中的動作流程圖，示出了補償常數(shù)L的計算和誤動作報警及氫氣檢測。
圖39示出了在實施例中所用的氣體傳感器的相對濕度依賴性，縱軸示出了輸出氣體濃度，采樣數(shù)為60。
圖40是示出了在最佳實施例中所用的氣體傳感器的相對濕度依賴性的特性圖，縱軸示出了輸出氣體濃度，采樣數(shù)為60。
圖41是在實施例中所用的氣體傳感器的約1年間的特性圖，縱軸示出了輸出氣體濃度，在最初的放置1個月后開始使用，采樣數(shù)為57個。
圖42是在實施例中所用的氣體傳感器的約1年間的特性圖，示出了用最佳實施例對圖41的數(shù)據(jù)進行補償后的結(jié)果。
實施例氣體檢測裝置的構造圖1～圖24示出了實施例及其變形。在示于圖1的實施例的構成中，S是金屬氧化物半導體氣體傳感器，在這里，用的是TGS203，是把一對加熱器h1和h2配置到SnO2系的金屬氧化物半導體2的兩端的傳感器。傳感器的種類和構造是任意的。4是直流5V等的直流電源，用其輸出VDD驅(qū)動氣體檢測裝置。為了同時驅(qū)動氣體傳感器S的一對加熱器h1和h2，用晶體管T1和T2，并使其同時導通/截止。這樣一來，當晶體管T1、T2同時導通時，電流就流向加熱器h1、h2，采用使晶體管T1、T2的導通的占空比變化的辦法，使金屬氧化物半導體2的溫度周期性地變化。在這里，根據(jù)TGS203的動作條件，把高溫區(qū)定為60秒鐘，把低溫區(qū)定為90秒鐘，加熱功率的波形是在高溫區(qū)和低溫區(qū)這兩個階段變化的方波狀，高溫區(qū)的最終溫度為300℃，低溫區(qū)的最終溫度為80℃。此外，在本實施例中，作為時刻的顯示，把低溫區(qū)的結(jié)束之前當做第0秒，把第0～第60秒當做高溫區(qū)，把第90～第150秒(第150秒與第0秒相等)當做低溫區(qū)。
把電阻梯形網(wǎng)絡5連接到金屬氧化物半導體2上，R1～Rn是各個電阻。在這里，假定各個電阻R1～Rn每個變換4倍，例如用0.5KΩ,2KΩ,8KΩ,32KΩ,128KΩ,512KΩ這6個電阻。固定電阻的精度，易于得到±2％左右的精度，基于電阻值的切換的AD轉(zhuǎn)換誤差為約±2％。這樣一來，當晶體管T1、T2變?yōu)榻刂箷r，電源輸出VDD(以下，叫做檢測電壓Vc)通過金屬氧化物半導體2流向電阻梯形網(wǎng)絡5，對加至電阻梯形網(wǎng)絡5上的輸出電壓進行AD轉(zhuǎn)換后進行處理。
8是微型計算機，在這里假定是4位的單片微計算機，10是其總線，12是例如8位的AD轉(zhuǎn)換器，14是電阻梯形網(wǎng)絡控制部分，僅使電阻R1～Rn中的一個接地，已接地的電阻用作負載電阻。接著，如上述那樣，用AD轉(zhuǎn)換器12對加至電阻梯形網(wǎng)絡上的輸出電壓施行AD轉(zhuǎn)換。此外，當然也可以把加至電阻梯形網(wǎng)絡5上的輸出電壓進行分壓后再進行AD轉(zhuǎn)換。另外，即便不是對電阻梯形網(wǎng)絡5的電壓而是對傳感器S的電壓進行AD轉(zhuǎn)換也是一樣的。16是加熱器控制部分，控制晶體管T1、T2的導通/截止，使之產(chǎn)生由60秒的高溫區(qū)和90秒的低溫區(qū)構成的溫度周期。18是EEPROM控制部分，20是EEPROM。
圖3示出了EEPROM 20的構成。在這里，例如以CO為檢測對象，把檢測范圍定為CO50～600ppm的約10倍的范圍。作為基準信號，采用CO65ppm,200ppm,400ppm這3點，作為基準信號采用第0秒的傳感器電阻的對數(shù)LnR0，第6秒的傳感器電阻的對數(shù)LnR6，第69秒(低溫區(qū)的初始)的傳感器電阻的對數(shù)LnR69。Ln表示自然對數(shù)，R0等的附標表示0秒基準的定時。在CO200ppm或400ppm處也經(jīng)同樣處理后，以傳感器電阻的對數(shù)的形式存儲第0秒，第6秒和第69秒這3個基準信號。51～53是把對于各濃度的基準信號看做一枚的卡之時的卡。除此之外，在卡54上記錄CO檢測裝置的使用履歷。即，作為使用時間存儲總計使用時間和有關過去的CO的報警的記錄?？傆嬍褂脮r間是CO檢測裝置的電源接通時間的累積值，例如時間的單位定為1天，在卡44中存儲累計使用時間。作為報警的記錄在后邊要講的蜂鳴器每一次警報是就存儲其日期。作為日期存儲總計使用時間和在相同基準下的日期。這樣，就可弄清楚蜂鳴器報警的日期。
22是輸入輸出，調(diào)整開關23和復位開關24已連接好，當使調(diào)整開關23變成接通時，EEPROM控制部分18，是使得可以向EEPROM20中寫入，且僅在CO檢測裝置的調(diào)整時才使用的開關。復位開關24是用來使蜂鳴器38停止警報的開關。
在微型計算機8中有4位的算術邏輯運算單元26，存在有用來以150秒周期使CO檢測裝置動作的順序控制部分28，順序控制部分28內(nèi)裝有定時器。30是RAM，用作易失性存儲器，其構成示于圖2。在RAM30中，已存儲有LnR0、LnR6、LnR69這3個測定數(shù)據(jù)，和對于它們的在2種濃度下的基準信號。基準信號通常使用低濃度的65ppm和200ppm，當氣體濃度超過了200ppm時就用400ppm的基準信號置換65ppm的基準信號。而當氣體濃度下降到200ppm以下時，就用65ppm的基準信號置換400ppm的基準信號。氣體的檢測范圍是50～600ppm，50～650ppm的范圍，接近基準信號65ppm。另外，400～600ppm的范圍對于基準信號的400ppm，是1.5倍的范圍，可以用400ppm的基準信號來正確地求氣體濃度。除這些范圍之外，當CO正在產(chǎn)生的情況下，用現(xiàn)實的CO濃度的高低兩類的基準信號，以2個基準信號的內(nèi)插決定氣體濃度。
除此之外，在RAM30中還記錄所求得的CO濃度，由CO度經(jīng)換算后的COHb(血液中的CO血紅蛋白濃度)，以及其它輔助信號(例如，用來構成以1天為單位的定時器的時刻數(shù)據(jù))等。
回到圖1,32是報警控制部分，通過驅(qū)動電路36使LED39、40動作，血液中的CO血紅蛋白濃度在例如5％以上時就使蜂鳴器38發(fā)出蜂鳴。當使蜂鳴器38蜂鳴后，EEPROM控制部分18就向卡54中寫入警報的日期。34是程序存儲器，除此之外，還記錄有溫度補償用的各種的常數(shù)等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)，即便是更換了傳感器也是共同的固定數(shù)據(jù)。對于每一傳感器的數(shù)據(jù)，全都已記錄在EEPROM 20中。42是熱敏電阻，測定周圍溫度，44是溫濕度補償部分。
采樣和對數(shù)變換在圖4中示出了10個傳感器的平均的溫度波形。如用小白圈O表示在實施例中所用的采樣點，則在CO100ppm的波形上，在第150秒，第6秒和第69秒進行采樣。傳感器的電阻值在CO30ppm～300ppm的范圍內(nèi)約變化10倍，此外，在第0秒和第69秒時，電阻值約差10倍。除此之外，倘加上傳感器電阻的不一致性和周圍溫濕度的變動等，則AD轉(zhuǎn)換的范圍，用電阻表示，將變成0.5～500KΩ。于是，在該范圍內(nèi)，使電阻R1～Rn從0.5～500KΩ每次4倍分6個階段變化，以使得可以進行AD轉(zhuǎn)換，在各個采樣時刻之前，監(jiān)視加至電阻梯形網(wǎng)絡上的輸出電壓VR1，并根據(jù)其值來切換負載電阻。VR1的AD轉(zhuǎn)換本身可以在1秒之內(nèi)進行，只要根據(jù)其時的值即可決定在各個采樣點上用多大的電阻。
圖5示出了對另外10個傳感器的高溫區(qū)的初始溫度波形的擴大圖。氣氛示出了在0℃下相對濕度為96％，在20℃下相對濕度為65％，在50℃下相對濕度為40％這3種，示出了±2δ(δ為標準偏差)的范圍和平均值。氣體濃度雖然為CO100ppm，但是由于周圍的溫度或濕度的變動，電阻值在各個定時變化了10倍差一點。此外，第0秒和第6秒的電阻值大體上相等，例如，也可以在第6秒中用與第0秒相同的負載電阻。但是，理想的是用例如第148秒的信號決定第0秒(或者為了確實地進行移往高溫區(qū)之前的采樣，第149秒)的電阻值，并從第5秒的電阻值決定第6秒的負載電阻值。同樣，由第68秒的電阻值決定第69秒的負載電阻。
在圖6中示出了采樣算法。當時刻到達第148秒時，就對輸出電壓進行AD轉(zhuǎn)換，并確認該值處于檢測電壓VC(與VDD同)的1/3～2/3的范圍之內(nèi)。在該范圍內(nèi)，傳感器電阻和負載電阻之間的電阻值之比在2∶1～1∶2的范圍內(nèi)。輸出電壓如果正確就不加改動，在不正確的情況下就切換負載電阻，使之進入該范圍之內(nèi)。其次，當?shù)竭_第0秒時，就對輸出電壓施行AD轉(zhuǎn)換，并用AD轉(zhuǎn)換后的輸出電壓VR1，由式(1)求出第0秒的傳感器電阻的對數(shù)。同樣，在第5秒檢查負載電阻的值是否正確，求出第6秒時的傳感器電阻的對數(shù)。此外，在第68秒也檢查負載電阻的值是否正確，在第69秒，求傳感器電阻的對數(shù)。
LnR=2-4VR1/Vc+LnR1(1)如式(1)所示，在已對傳感器電阻的對數(shù)進行了到1次項為止的近似的情況下，R/R1為1，誤差將變?yōu)?；R/R1為1/2或2，誤差將變?yōu)?％；R/R1為1/3或3，誤差將變?yōu)?1％。在實施例中，由于目的是以±20％以下的誤差檢測CO濃度，所以±10％的誤差過大。于是，把電阻梯形網(wǎng)絡5控制在使傳感器電阻和負載電阻之比在第0秒，第6秒和第69秒這3點上保持在2～1/2的范圍內(nèi)。
從由式(1)得到的VR1向傳感器的電阻的對數(shù)進行的變換是線性變換，是極其簡單的變換。但是，伴隨著這一變換需要6個負載電阻。為把負載電阻的個數(shù)減少到例如4個的話，則要使R/R1的范圍保持在4～1/4的范圍內(nèi)，更為理想的是使之保持在根號8～1/根號8的范圍內(nèi)。為此，需要進行到3次項為止的變換。當用VR1對傳感器的電阻進行級數(shù)展開時，2次項不存在，加進到3次項為止的變換是式(2)、(3)。在用式(2)、(3)的情況下，R/R1為1時，誤差為0％；R/R1為1/4或4時，誤差為4％；R/R1為1/3或3時，誤差為2％。于是，例如使R1～Rn的值每個變化16倍，更為理想的是每個變換8倍或9倍。這樣一來，例如使電阻R1～Rn的值變?yōu)?KΩ,8KΩ,64KΩ,512KΩ這4種。這樣的話，就可以以2％以下的誤差把0.5KΩ～1MΩ的范圍變換成對數(shù)。
LnR=2X+2/3×X3+LnR1 (2)X=1-2VR1/Vc(3)氣體檢測裝置的調(diào)整在圖7中示出了圖1的氣體檢測裝置的調(diào)整步驟。另外這時，要先使調(diào)整開關23導通，使得可以進行向EEPROM 20中寫入基準信號。在把CO檢測裝置作為設置于調(diào)整槽中的裝置來說明時，則在已使檢測裝置置位之后，再投入電源使之動作。然后，注入例如65ppm的CO。這樣一來，為了向RAM中寫入，微型計算機8就產(chǎn)生LnR0,LnR6,LnR69。把它們寫入EEPROM 20的卡41中。接下來，把CO濃度增加到200ppm，進行同樣的步驟。再把CO濃度增加400ppm。如果象這樣地以規(guī)定的步驟使CO濃度增加，就可以把基準信號寫入到EEPROM 20中去。其結(jié)果是，無須調(diào)整可變電阻來存儲基準信號，調(diào)整作業(yè)將變得簡單。
在這里，雖然已假定把CO檢測裝置設置在調(diào)整槽中，但是，也可以僅僅設置傳感器S。也可以用12位左右的AD轉(zhuǎn)換器對傳感器S的電阻值施行AD轉(zhuǎn)換，使之記錄于個人計算機中，再將其寫入EEPROM20中。在這種情況下，傳感器S未組裝進CO檢測裝置中，使傳感器S與EEPROM 20形成一組來處理，并把它們安裝到另外組裝起來的CO檢測裝置中去。傳感器S和EEPRM20之外的部分進行與通常的電子電路完全一樣的處理，對于氣體傳感器，即便是沒經(jīng)驗的廠家也可以裝配CO檢測裝置。
氣體傳感器信號的漂移圖8～圖12示出了傳感器電阻的漂移特性。這是TGS203的45個數(shù)據(jù)，包含不合格品(7個)和合格品(20個)，或者已放置了2年以上的樣品(8個)，還包含有曾一時設置到CO檢測裝置上后又收回的樣品(10個)。圖的橫軸用對數(shù)刻度表示第0秒的傳感器電阻，縱軸同樣以對數(shù)刻度表示第6秒(圖8)，第12秒(圖9)，第30秒(圖10)，第60秒(圖11)，第120秒(圖12)的傳感器電阻。橫軸的1是第0秒的CO100ppm中的基準信號(通電開始第3天)，縱軸的1是第6秒的CO100ppm下的基準信號(通電開始第3天)。圖8～圖12是CO100ppm中的通電開始第3天的基準信號，進行了標準化。
圖的各點表示5周的通電所伴隨的測定點，如果在5周期間使用45個TGS203，則傳感器將會以2倍左右高電阻化。在圖8中，高電阻化在第6秒等和第0秒之間的2維平面上集中于斜率為1的狹窄的直線上。決定把該軸叫做漂移軸。另外，在CO30ppm中或300ppm中，漂移軸之所以不明了，是由于TGS203的濃度依賴性的分散的緣故。即，由于濃度依賴性不均一，在CO30ppm中或300ppm中的初始點并不聚集在1點上，所以，漂移軸因初始點的分散而不明了。此外，決定把CO30ppm,100ppm,300ppm這3點聯(lián)結(jié)起來的直線叫做CO濃度軸。這樣，TGS203的初始特性將位于該濃度軸上，伴隨著使用，濃度軸將沿著漂移軸的方向平行地移動。
在圖9中也出現(xiàn)了同樣的漂移軸，但是漂移軸的周圍的相位點的分布寬廣，這表明第0秒的信號的漂移和第12秒的信號的漂移的相關程度與第0-6秒比弱。在圖10的第30-第0秒的特性中，漂移軸的周圍的分布更寬廣，產(chǎn)生了在CO300ppm下和CO100ppm之間難于進行區(qū)別的點。在圖11的第60-第0秒的特性中，在CO300ppm中漂移最大的部分中，存在著幾乎要重疊到CO100ppm上的基準點的部分。在圖12的第120秒-第0秒的特性中，由于第0秒的信號和第120秒的信號是酷似的信號，故漂移軸和氣體濃度軸都是共同的，而且，所有的相位點都集中于一條直線的周圍。
從這些情況可知，可以用于漂移補償?shù)?，是高溫區(qū)初期的信號，例如是第4～第20秒的信號，理想的是第5～第15秒的信號。而進行組合的對方是低溫區(qū)的后期信號，例如是第90～第150秒的信號，理想的是第120秒～第150秒的信號。在圖8～圖11的任何一個圖中，濃度軸和漂移軸都是斜交，在正交坐標系中不可能求出與CO濃度軸和漂移軸對應的2軸。假定說可以求與漂移軸正交的氣體濃度軸，那么，這就意味著存在著不受漂移的影響的軸，且其軸上邊的坐標僅僅由氣體濃度決定。但是，不可能找到這樣的軸。
在實施例中，由于用的是傳感器電阻的對數(shù)，所以氣體濃度軸和漂移軸將變成為直線。但是，如果用傳感器電阻本身，則氣體濃度軸將變成為近似拋物線的曲線。
負的氫氣靈敏度除此之外，在各個圖中還示出了CO100ppm和氫300ppm的混合氣體的舉動，或在氫1000ppm中的舉動。由圖8可知，對于氫，靈敏度變成為稍負一點。例如，當使圖8的CO100ppm+氫300ppm的各點沿著漂移軸平行移動，并求與CO濃度軸的交叉點時，所得到的濃度范圍為CO80ppm～60ppm。另一方面，在CO100ppm中的5周間的各點的分布狹窄，當使之沿漂移軸平行移動，并求與CO濃度軸的交叉點時，分布范圍將變成為CO80～120ppm左右。對于氫的靈敏度之所以變負，是因為第6秒的信號一方的氫靈敏度比第0秒的信號高的緣故。所以，為了對此進行補償，采用由第0秒和第6秒的信號構成的相位空間。
在圖13中示出了與此情況相同的5周間的通電數(shù)據(jù)。由圖13可知，當產(chǎn)生了氫時，第69秒的電阻值將顯著地減少，有時候?qū)O端地偏離開CO濃度軸。于是把從氣體濃度軸向圖13的下方下降的距離定為表示氫濃度的信號。
這樣的氫檢測信號不是正確的信號，在圖13中沒用斜交坐標。但是，由于是小的負的氫靈敏度進行補償，故即便是缺乏定量性的氫檢測信號也可以應用。所以，在氫靈敏度的補償中，考慮兩種補償使在圖8中使變成為稍稍負一點的氫靈敏度返回到0、即僅僅對CO設計極富選擇性的CO檢測裝置的補償，或者如TGS203的本來的特性所示，使對于氫的相對靈敏度變成為10∶1的補償。這兩者中選擇哪一個，是CO檢測裝置的設計方針的問題。
漂移的補償在圖14中，示出了漂移補償?shù)脑?。圖中的實線是CO濃度軸，虛線是漂移軸。在65ppm,200ppm和400ppm這3點上的基準信號已記錄于EEPROM20中。根據(jù)測定來決定在LnR0和LnR6這2維上的相位空間上的點(a,b)。此外，象圖14那樣地決定在該相位空間上的各基準信號的坐標。然后，從點(a,b)開始使之沿漂移軸平行移動，把與氣體濃度軸的交點的坐標定為(e,f)。若求得了坐標(e,f)，就可以從氣體濃度軸上的位置求CO濃度，而從坐標(a,b)向坐標(e,f)的移動，是向與漂移軸平行的濃度軸上的投影。
投影手法是任意的，例如，也可以把表示CO濃度的數(shù)據(jù)寫入圖14的相位空間上并作為2維的分布圖，再從分布圖上的位置求出CO濃度。在分布圖粗，沒有與各個坐標對應的數(shù)據(jù)的時候，可以用分布圖的各點間的內(nèi)插進行處理。或者，從各個基準點(1,m),(e,f),(q,r)畫3條與漂移軸平行的線，把對CO濃度的補償值寫入到各條線上，并在氣體濃度軸上邊把補償值定為1。接著，就象對由漂移產(chǎn)生的高電阻化進行補償那樣，決定補償值。然后平行移動氣體濃度軸使之通過測定點，求與兩側(cè)的2個補償線之間的交點，求在各個補償線上的補償值進行內(nèi)插。用這樣求得的補償值，對第0秒的傳感器電阻值的對數(shù)進行補償，換算成CO濃度。在這些的變形例中，可以把投影的限制反映到補償線上的補償值和分布圖的值中去，對投影的微細操作是容易的。
溫濕度依賴性在圖16中，對另外的10個TGS203，示出了在CO100ppm中的0℃，相對濕度約96％，和20℃相對濕度65％之間的電阻值之比。橫軸是在濕度變化中的定時。溫濕度依賴性的大部分作為第0秒和第6秒的漂移補償副作用進行補償。
在圖17中，對同樣的10個TGS203，示出了在CO100ppm中的50℃，相對濕度約40％，和20℃相對濕度65％之間的電阻值之比。橫軸是在濕度變化中的定時。溫濕度依賴性的大部分作為第0秒和第6秒的漂移補償副作用進行補償。
信號處理在圖18～圖23中，示出了CO濃度的計算。圖18中示出了主程序，最初，由測定數(shù)據(jù)定義a,b,c這3個變數(shù)。其次，用溫度補償?shù)淖映绦?圖19)、漂移補償?shù)淖映绦?圖20)和氫補償?shù)淖映绦?圖21)求出CO濃度。最后，用CO濃度求出血中CO血紅蛋白濃度COHb。COHb的初始值，在復位時已定為0。該變數(shù)本身是眾所周知的，k2,k3,k4是常數(shù)，k4在這里設為與檢測下限以下的與約CO30ppm相當?shù)闹?，使得在CO濃度低于30ppm時不能進行檢測。
溫度補償子程序在圖19的溫度補償子程序中，用熱敏電阻42求出周圍溫度T。在程序存儲器34中，準備有由周圍溫度對a,b,c的補償常數(shù)T1、T2、T3的參照表，讀出這些值，加到a,b,c上。
漂移補償子程序在圖20中示出了漂移補償子程序。漂移軸的斜率為1,(e-a)和(f-b)相等。因此，f=e+(b-a)成立。于是，可以消去e,f這兩個未知數(shù)中的一個。其次，檢查n-p是否在a-b以上。在此條件不成立的情況下，使漂移軸從200ppm延伸之時，測定點位于漂移軸的下側(cè)，檢測濃度在200ppm以下。其次，點(e,f)已把由65ppm和200ppm的2個基準信號決定的線段進行了內(nèi)分。由此可知，e,f受拘束于在65ppm或200ppm中的基準信號的坐標n,p,q,r和1個關系式，用這些就可以求解坐標e。
對所求得的e沒有投影的限制，不管是從氣體濃度軸極端地離開來的點，還是在氣體濃度軸的近旁都同樣地進行投影。此外，在氣體濃度軸的上下投影是對稱的。對此，從氣體濃度軸向高電阻漂移得越顯著，則限制投影并僅對漂移的一部分進行補償就越理想。此外，在已從氣體濃度軸向低電阻一側(cè)漂移的情況下，理想的是比起向高電阻一側(cè)的漂移來要謹慎地進行補償。還有，在CO30ppm左右時的漂移軸的斜率比起在100ppm以上時的漂移軸的斜率稍微大一點，理想的是對每一濃度都要改變漂移軸的斜率。此外，30ppm的CO是無害的且不含于檢測對象中，對于這樣的低濃度區(qū)的CO沒必要進行漂移補償。于是，如圖22所示，理想的是在氣體濃度軸的上下進行非對稱補償，而且，距氣體濃度軸的距離增加時，理想的是對漂移進行部分性地補償。
用分布圖的情況或?qū)γ恳籆O濃度使漂移軸容易變成為多個的情況下，上述的處理可以用分布圖內(nèi)的數(shù)據(jù)操作或漂移軸的斜率的操作進行處理。但是，在實施例中，在求到了e后，用已存儲在程序存儲器34中的2維參照表進行上述處理。該參照表的查找參量是(e-a)和e，(e-a)正比于離開濃度軸的距離。(e-a)的符號在氣體濃度軸的上下進行反轉(zhuǎn)。e的值表示CO濃度，是低濃度區(qū)的處理還是高濃度區(qū)的處理，由e的值判定。于是，若根據(jù)(e-a)和e，用參照表更新e的值，則在氣體濃度軸的上下是非對稱的，在離開氣體濃度軸的距離大的區(qū)域中，要謹慎地進行補償，在低濃度區(qū)中可以謹慎地進行補償。但是，也可以不進行與圖22對應的處理。
最后知道了值e后，求65ppm和200ppm間的線段的內(nèi)分比y。y為0時，CO濃度為200ppm，y為1時，CO濃度65ppm。在此區(qū)間有約3倍的CO濃度的變化，當不加變動地對此求解時，在exp(y)的級數(shù)展開中，2次以上的項是必要的，所以，考慮65ppm和200ppm的中點，在比中點更靠近200ppm時，就以200ppm的濃度為基礎進行級數(shù)展開，在比中點更靠近65ppm的濃度時，就以65ppm的濃度為基礎進行級數(shù)展開。這樣一來，即便是與exp(y)=1+y近似，也幾乎不會產(chǎn)生近似誤差。經(jīng)這樣處理后，氫濃度的補償前的CO濃度就定了下來。
在所求得的相位點位于比通過CO200ppm的漂移軸往上側(cè)的情況下，CO濃度就已超過了200ppm。于是，在這種情況下，就存取EEPROM20，讀出CO400ppm的基準信號。以下經(jīng)同樣處理求出CO濃度。這種情況下的處理，與應用CO65ppm和200ppm的2個基準信號的情況下的處理是一樣的，也可以不用CO65ppm的基準信號，而代之以用CO400ppm的基準信號。
在溫濕度依賴性中，有圖23那樣的氣體濃度依賴性，在低濃度區(qū)和高濃度區(qū)溫濕度依賴性不同。但是，在溫濕度補償子程序的階段中，CO濃度是不知道的。于是，在臨時求得了CO濃度之后，用已存儲在程序存儲器34中的2維的參照表，從周圍溫度T和臨時求得的CO濃度，對CO濃度進行再次補償。這是一種無視溫濕度依賴性的CO濃度依賴性地進行1次近似，用所求得的臨時的CO濃度，對溫濕度依賴性的CO濃度依賴性再次進行補償?shù)氖址?。在參照表中以臨時的CO濃度和周圍溫度為查找參量，存儲有CO濃度的增減量，加上該值后再次求出CO濃度。與圖23對應的處理是可以省略的。
氫補償子程序求到CO濃度后就施行氫補償。其處理示于圖21，其原理圖示于圖15。在由第0秒的電阻值的對數(shù)和第69秒的電阻值的對數(shù)所決定的2維相位空間中，設測定點的坐標為(a,c)。設在使該測定點向著65ppm,200ppm,400ppm的CO濃度軸，向圖15的垂直上方移動時的交點為(a,g)。設g和c之差為h，并由h決定氫濃度。從這種情況下的a的值是否超過n，來判別作為基準信號是否需要用400ppm的信號，當a在n以下的時候，就存取EEPROM 20讀出400ppm的基準信號。然后，由點(a,g)處于聯(lián)結(jié)200ppm的基準信號和40ppm的基準信號的線段上可知，對于坐標g產(chǎn)生1個公式，并可由此求g。求得g后就求h，例如，設k1是一適當?shù)恼某?shù)，給用圖12的主環(huán)路求得的CO濃度加上k1×h。作為這里的加法的基準，要使得CO檢測裝置的氫濃度依賴性變成為0，或者使得CO對氫的相對靈敏度變成為10∶1等適當?shù)闹怠．攁比n大的情況下，即，用圖15所求得的坐標點(a,c)處于比200ppm的基準信號還往右側(cè)的情況下，就用65ppm和200ppm的基準信號。然后，與上述一樣地求出h并進行氫濃度補償。
變形例在圖24中示出了應用富利葉變換時的處理。對在溫度變化過程中的傳感器信號的對數(shù)施行富利葉變換，選出其中與目標氣體濃相關性高的成分。選出對漂移或溫濕度依賴性，妨害氣體濃度等噪聲，與該成分相關性高，而且對目標氣體濃度的依賴性小的成分。然后，對富利葉變換成分求2維的相位空間，就將變成為例如圖24那樣。即便是在這里氣體濃度軸或噪聲軸也不正交，如作為2維斜坐標系看待，則可以與實施例同樣地進行噪聲補償后，高精度地計算出目標氣體濃度。
傳感器溫度為了參考，在圖25中示出了在實施例中所用的氣體傳感器的溫度在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間如何變化的情況。
最佳實施例在圖26以后示出了最佳實施例。所用的氣體傳感器是TGS203，數(shù)據(jù)是40個～60個的傳感器的平均值，在上下已加上了標記的情況下，示出了數(shù)據(jù)分布的最大值和最小值。氣體檢測裝置的構造等與上述實施例是一樣的，故僅說明不同之點。
在圖26中示出了最佳實施例的原理。橫軸是LnR0(第0秒的電阻值的對數(shù))，縱軸是LnR6(第6秒的電阻的對數(shù))。在這里，當在恒定的氣氛中使氣體濃度變化時，可得到相位空間上的氣體濃度軸。作為恒定的氣氛，例如使用20℃，相對濕度為40％等。此外，氣體濃度例如用CO30～600ppm等范圍。LnR0和LnR6構成相位空間，也可以不用這樣的相位空間，而代之以把縱軸和橫軸分別作為多個傳感器信號的線性結(jié)合等軸，關鍵是，只要是用氣體傳感器的溫度波形所定下來的相位空間就行。如果傳感器的狀態(tài)從最初的狀態(tài)沒有變化，不存在氫等干擾氣體，且周圍溫度或周圍濕度等沒有變化，則傳感器信號就僅僅是在氣體濃度軸上移動。如果給它加上漂移或濕度的變化等干擾因素，則相位點如圖的O所示，從氣體濃度軸發(fā)生位移。該位移的大小K或K＇表示干擾的大小，在圖26的情況下，相位點位于比氣體濃度軸還往上側(cè)，這表明因漂移而高電阻化，或者因相對濕度的減低而高電阻化；位于比氣體濃度軸還往下側(cè)，這表明漂移進一步進行，產(chǎn)生了低電阻化的，或者因相對濕度增加而低電阻化等。因此，在氣體濃度軸的上側(cè)和下側(cè)補償?shù)姆较蚴窍喾吹?，而且，理想的是距氣體濃度軸的距離和補償?shù)拇笮≡跉怏w濃度軸的上側(cè)和下側(cè)不一樣，在實施例中，在氣體濃度軸的上側(cè)進行比較強的補償，在氣體濃度軸的下側(cè)則進行比較弱的補償。
這樣一來，補償采用氣體傳感器的溫度變化來決定相位空間將變成第1步驟。在該相位空間中，將變成為用溫度波形上不同的2個定時處的信號構成2維空間的，或者用更多的點構成更高的維數(shù)的空間，或者對每一維用多個定時的傳感器信號的線性結(jié)合等的空間，或者作為各個維采用溫度波形的富利葉變換的空間等。
在這樣的相位空間中，使氣氛保持恒定，在例如常溫常濕附近，存在著使氣體濃度變化之時的氣體濃度軸。于是從氣體濃度軸的偏離，表示對氣體傳感器的狀態(tài)的干擾的大小，補償?shù)拇笮∮删鄽怏w濃度軸的距離決定，而且，只要根據(jù)從氣體濃度軸向哪個方向偏離(在圖的情況下，是上側(cè)或下側(cè))改變補償?shù)拇笮〖纯伞?br> 作為與先前的實施例的不同之點，有不是連續(xù)地進行補償而是離散的進行補償。在先前的實施例中，目的是以±20％的精度檢測CO，但是，這樣的精度作為CO報警是過高的要求。于是，作為后邊要講的補償常數(shù)L的值，用0.7(高濕)，1(無補償)，1.4(稍微低濕)，2(低濕)，3(低濕且進行漂移)每步40％地補償CO濃度。在該補償中，優(yōu)先進行相對濕度的補償，對于漂移，把常數(shù)定為補償其1/2左右。
在圖26～圖29中，示出了隨著濕度從25℃,40％RH向25℃，15％RH降低的電阻值的變化的相關性。圖27是CO30ppm的結(jié)果，圖28是100ppm的結(jié)果，圖29是300ppm的結(jié)果，采樣數(shù)是40個。這些結(jié)果，是作為第0秒(LnR0)的濕度依賴性和除此以外的定時處的濕度依賴性的相關性而示出的。由圖可知，在90～150秒的低溫區(qū)穩(wěn)定期間濕度依賴性的相關性雖然極其之高，但這些信號原本就是同質(zhì)的信號，在補償中難于應用。在高溫區(qū)初期的例如LnR6中，可得到80～90％的相關性，向著高溫區(qū)的穩(wěn)定期間前進，相關系數(shù)將下降。由此可知，如果使LnR0和LnR6進行組合，則可以補償相對濕度依賴性。在圖30圖32中，示出了在25℃,40％RH和25℃,95％RH間的相對濕度依賴性的相關性。信號的特征與圖27～圖29類似。
在圖33中示出了把圖27～圖32的結(jié)果作為散射圖(ScatteringChart)整理成的結(jié)果。斜率小的3條直線，是在恒定的溫濕度條件在使?jié)舛茸兓畷r的線，與氣體濃度軸對應，斜率大的線是氣體濃度恒定時使?jié)穸茸兓畷r的線(濕度軸)。圖的虛線是漂移之時的線，濕度軸和漂移軸雖然相似，但斜率稍微不同。
在圖33中示出了在最佳實施例中的數(shù)據(jù)流。在EEPROM 20中存儲著有CO30ppm、70ppm、150ppm、400ppm下的LnR0的值(A30-A400)，在同一濃度下的第6秒的數(shù)據(jù)LnR6的值(B30-B400)。設第0秒的傳感器電阻的對數(shù)的實測值為X，設第6秒的傳感器電阻的對數(shù)的實測值為Y。若得到了X，則用A30-A400，求得無補償?shù)腃O濃度[COA]。A30-A400和B30-B400決定圖27中的氣體濃度軸，若得到了X和Y，則可得到距氣體濃度軸的距離K，用參照表求出氣體濃度的補償信號L。此外，在考慮周圍溫度的變化的情況下，只要把熱敏電阻信號T輸入到參照表中去，把該參照表變成為查找參量為K和T的2維的表即可。但是在實施例中為了簡單起見，省略了熱敏電阻信號T的處理。使所得到的補償常數(shù)和無補償?shù)腃O濃度[COA]作乘法運算，把其乘積的[COB]當做輸出CO濃度。
在圖35中示出了在EEPROM 20中的存儲數(shù)據(jù)(校準數(shù)據(jù))的構成。在圖36中示出了微型計算機8的RAM30的數(shù)據(jù)構成。變數(shù)的含義示于表1。LnRs0=X第0秒的傳感器信號LnRs6=Y第6秒的傳感器信號A30-A400在CO30ppm,70ppm,150ppm,400ppm中的校準時的第0秒的傳感器信號
B30-B400在CO30ppm,70ppm,150ppm,400ppm中的校準時的第0秒的傳感器信號[COA]溫度補償和濕度補償前的CO濃度[COB]濕度補償后的CO濃度FAi和Ai+1的內(nèi)分或外分系數(shù)，Ai,Ai+1從A30-A400中選擇與X最近的2個值。
J標志值B第6秒的比較用的標準信號B=(1-F)·Bi+F·Bi+1,i和i+1與Ai和Ai+1同樣的決定。
K比較常數(shù)，K=Y-B*1標準數(shù)據(jù)存儲于EEPROM中*2也可以擴展參照表，加上用熱敏電阻信號進行的溫度補償。
在圖37,38中示出了傳感器信號的處理。邊切換電阻梯形網(wǎng)絡5的值例如使得Rs/RL變成為大于1/3小于3，邊對第0秒的傳感器輸出VRL0，第6秒的傳感器輸出VRL6，第69秒的傳感器輸出VRL69采樣。用這些求X和Y的值，區(qū)別在無補償下的CO濃度是在70ppm以下(J=0)，是70～150ppm(J=1)，還是在150ppm以上(J=2)，求內(nèi)分系數(shù)F和無補償CO濃度[COA]。接著，用求得的內(nèi)分系數(shù)來求與假定(X,Y)位于氣體濃度軸上時的與LnR6對應的值B。接著，設實際的第6秒的電阻值Y與B之差為K，并根據(jù)K的大小加以補償。在這里，改變在有氫存在和無氫存在的情況下的處理，在無氫存在的情況下，用K的值從參照表中取出補償常數(shù)L。在參照表中除此之外，還已寫入了誤動作用的值M，該值在K的絕對值極端之大的情況下將變成為有意義的值(0以外的值)。此外，在已經(jīng)檢測出了氫情況下，就不進行誤動作的檢測，停止補償，強制性的使L的值變成1。接著，對無補償?shù)腃O濃度[COA]乘上L求補償后的CO濃度[COB]。如果M的值不為0，則使與誤動作有關的變數(shù)N加1。這樣一來，在補償后的CO濃度[COB]已超過了檢測閾值的情況下就進行CO報警，把N復位到0。另一方面，在尚未滿足CO報警條件的情況下，N在誤動作的門限N1以上，就進行誤動作的報警(使LED39,40交替地亮滅)。此外，在第69秒的傳感器電阻的對數(shù)比第0秒的傳感器電阻的對數(shù)不大于1.4的情況下，使Q的值變成1作為有氫存在的值。這些步驟以150秒的周期反復進行。
圖37,38的處理結(jié)果示于圖40中。圖39是為此目的的原始數(shù)據(jù)，顯示[COA]的值，圖40顯示與圖39的數(shù)據(jù)對應的補償后的CO濃度[COB]。傳感器數(shù)為60個，各個濃度的數(shù)據(jù)的上下的標記是輸出分布的最大值和最小值。在最佳實施例中，在平均值的舉動中，相對濕度依賴性幾乎已經(jīng)消除。
示出了在進行圖37,38的處理時的，約1年期間的57個傳感器的特性。圖41示出了與[COA]相當?shù)奶匦裕瑘D42示出了補償后的信號[COB]的舉動。傳感器的輸出在CO65ppm、200ppm、400ppm這3個濃度下測定，在最初的30天間放置而不使用，其后約300天期間，在日本的室內(nèi)在自然大氣中使用。在圖37,38中每步40％地對[COB]進行補償，而且，由于與濕度依賴形協(xié)調(diào)起來選擇補償常數(shù)，所以漂移設計為使得僅補償約為其1/2。由圖42可知，在1年期間，漂移的振幅可以壓縮到1/2。
權利要求
1．一種使其電阻值因氣體而變化的金屬氧化物半導體氣體傳感器的溫度變化，來檢測氣體的氣體檢測方法，其特征在于決定由在溫度變化過程中的至少2個氣體傳感器構成的相位空間，在校準時，在多個檢測對象氣體濃度下，測定上述至少2個氣體傳感器信號，存儲表示在該相位空間中已使檢測對象氣體的濃度變化了時的軌跡的數(shù)據(jù)；在測定時，測定上述至少2個氣體傳感器信號，求出在該相位空間中的相位點，并根據(jù)從上述相位點向該所存儲的軌跡上的投影和軌跡與相位點之間的距離，求氣體濃度。
2．權利要求1所述的氣體檢測方法，其特征是在該相位空間中，決定由沿著上述軌跡的氣體溫度軸，和與氣體傳感器特性中的噪聲對應的噪聲軸構成的斜坐標系，由從上述相位點與上述噪聲軸平行地向上述氣體濃度軸投影后的位置來求出氣體濃度。
3．權利要求2所述的氣體檢測方法，其特征是根據(jù)距氣體濃度軸的距離，對投影進行限制。
4．權利要求1所述的氣體檢測方法，其特征是決定用來檢測共存氣體的其它的相位空間，測定在該相位空間上的氣體傳感器信號的坐標。
5．一種使其電阻值因氣體而變化的金屬氧化物半導體氣體傳感器的溫度發(fā)生變化，以檢測氣體的氣體檢測裝置，其特征在于設有用于決定由在溫度變化過程中的至少2個氣體傳感器構成的相位空間，存儲在校準時的，在多個檢測對象氣體濃度下的，在該相位空間中的相位點的軌跡的裝置；在測定時，測定上述至少2個氣體傳感器信號，求出在該相位空間中的相位點的裝置；根據(jù)從上述求出的相位點的上述所存儲的軌跡的位置，求出氣體濃度的裝置。
6．權利要求5所述的氣體檢測裝置，其特征是用于存儲上述軌跡的裝置，在上述相位空間中，決定并存儲與檢測對象氣體的濃度對應的氣體濃度軸和與氣體傳感器特性的噪聲對應的噪聲軸之間的斜交2軸；用于求出上述氣體濃度的裝置，采用從上述所測定的相位點沿著噪聲軸向濃度軸投影的辦法，求出氣體濃度。
7．一種在采用給應用了其電阻值因氣體而變化的金屬氧化物半導體的氣體傳感器的加熱器加上方波狀的功率的辦法，使金屬氧化物半導體的溫度在高溫區(qū)和低溫區(qū)間交替變化，從在低溫區(qū)中的氣體傳感器信號中，檢測出CO的CO檢測裝置，其特征在于設有用來在進行了從低溫區(qū)向高溫區(qū)的移動之后，對在已產(chǎn)生了金屬氧化物半導體的電阻值的谷值后，且在金屬氧化物半導體的溫度達到在高溫區(qū)的正常溫度之前的、高溫區(qū)初期的氣體傳感器信號進行采樣的裝置；用來用采樣后的高溫區(qū)初期的傳感器信號和低溫區(qū)的氣體傳感器信號來檢測CO的CO檢測裝置。
全文摘要
使金屬氧化物半導體氣體傳感器發(fā)生溫度變化,用溫度變化過程中的定時不同的信號決定2維相位空間。在相位空間上決定表示對象氣體濃度的軸和與漂移等對應的軸這2個軸,用斜交坐標系表現(xiàn)相位空間,由測定數(shù)據(jù)向?qū)ο髿怏w濃度軸的投影求氣體濃度。
文檔編號G01N27/12GK1213777SQ9811773
公開日1999年4月14日 申請日期1998年9月2日 優(yōu)先權日1997年9月3日
發(fā)明者鹽入明, 宇高利浩, 新西一哉, 高松和子 申請人:費加羅技研株式會社