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技術 微粒子検知装置

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 小原弘士
出願日 2016年4月6日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-076261
公開日 2017年10月12日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2017-187381
状態 特許登録済
技術分野 粒子の特徴の調査
主要キーワード レベル切替回路 通過場所 LED発光回路 カウント比 電圧波形データ カウント閾値 補正比 補正閾値
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

微粒子検知精度を高めることができる微粒子検知装置を提供する。

解決手段

投光部2と受光部3と電圧変換部4と電圧閾値記憶手段6と第一カウント手段7、第二カウント手段8、積算手段9と演算手段10を備え、受光部3と電圧変換部4により得られた微粒子5の粒子径に応じた電圧出力を、電圧閾値記憶手段6に記憶された電圧閾値を用いて第一カウント手段7と第二カウント手段8、積算手段9でピーク数と積算時間を出力し、この情報に基づいて演算手段10が電圧閾値記憶手段6に記憶される電圧閾値に対応した粒子径と異なる粒子径の粒子の有無予測結果を出力することで、微粒子の検知精度を高めることができる。

概要

背景

近年、アレルギー性ハウスダストや、PM2.5などの空気中の微細ホコリに関する健康問題が拡大している。これに対して、大気汚れ観測するための自動測定器や空気清浄機などでホコリの種類に合わせた最適な自動制御を行うため、簡易的な光学式微粒子検知装置を用いた空気中のホコリ検知が行われている。従来、この種のホコリの種類判別は、微粒子検知装置が照射した光のホコリによる散乱光の強度の違いに基づいて検知する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。

以下、微粒子検知装置について図8を参照しながら説明する。

図8に示すように、従来の微粒子検知装置は、空気中を浮遊しているホコリ100に光を照射するLED発光回路101と、空気中のホコリを検知しパルス信号を出力するダスト検知器102と、前記パルス信号を読み取ることでその数量の違いから空気の汚染状態を判定するマイコン103とから構成される。

ダスト検知器102は、受光回路104と増幅回路105と粒子径判定回路106と出力回路107から構成されている。受光回路104はホコリ100の粒子径が大きいほど高強度となる反射光受光し、受光強度に応じた電圧信号を出力する。また、受光回路104は、ダスト検知器102の主要構成であって、受光素子となっている。増幅回路105は、前記電圧信号を増幅する。粒子径判定回路106は、コンパレータにて構成され、前記増幅された電圧信号を規定する判定基準値となる電圧閾値と比較することでパルス信号に変換して出力する。出力回路107は、前記出力されたパルス信号をマイコン103で読み取れる規定する電圧値の変化に増幅する。

また、前記マイコン103により粒子径判定回路106の電圧閾値を切り替えるためのレベル切替回路108を備えている。レベル切替回路108は、粒子径判定回路106の電圧閾値を2段階設けてマイコン103により電圧閾値を交互に切り替える。このようにして、粒子径の異なる複数のホコリ量を1つのダスト検知器102で判定できるようにしている。

概要

微粒子の検知精度を高めることができる微粒子検知装置を提供する。投光部2と受光部3と電圧変換部4と電圧閾値記憶手段6と第一カウント手段7、第二カウント手段8、積算手段9と演算手段10を備え、受光部3と電圧変換部4により得られた微粒子5の粒子径に応じた電圧出力を、電圧閾値記憶手段6に記憶された電圧閾値を用いて第一カウント手段7と第二カウント手段8、積算手段9でピーク数と積算時間を出力し、この情報に基づいて演算手段10が電圧閾値記憶手段6に記憶される電圧閾値に対応した粒子径と異なる粒子径の粒子の有無予測結果を出力することで、微粒子の検知精度を高めることができる。

目的

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、微粒子の検知精度を高めた微粒子検知装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

投光部と受光部とを備え前記受光部に入射する光の強度に基づいて粒子を測定する微粒子検知装置であって、前記受光部に入射する光を強度に応じて電圧値に変換して出力する電圧変換部と、電圧閾値Aと前記電圧閾値Aよりも小さい電圧閾値Bとを記憶する電圧閾値記憶手段と、所定の単位時間における前記電圧値の変動を示す電圧波形データにおいて前記電圧閾値Aを超えた範囲に存在する波形ピーク数カウントする第一カウント手段と、前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Aと前記電圧閾値Bとの間の範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第二カウント手段と、前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Aと前記電圧閾値Bとの間の範囲にピークを有する波形の前記電圧閾値Bを超えた時間を積算する積算手段と、前記第一カウント手段がカウントした値と前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて所定のサイズを有する粒子の有無を予測する演算手段と、を備えた微粒子検知装置。

請求項2

前記演算手段は、前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて補正値を算出する補正値算出手段と、前記補正値算出手段が算出した補正値で前記第一カウント手段がカウントした値を補正する補正適用手段と、を備えた請求項1記載の微粒子検知装置。

請求項3

前記補正値算出手段が算出した補正値の比較対象である基準閾値Xを記憶する補正閾値記憶手段を備え、前記演算手段は、前記補正値算出手段が算出した値と前記基準閾値Xとを比較する補正比較手段と、前記補正比較手段による比較結果に基づいて前記補正適用手段による前記補正の可否を判定する補正判定手段と、前記補正判定手段の判定結果に基づいて前記補正値算出手段が算出した補正値で前記第一カウント手段がカウントした値を補正する前記補正適用手段と、を備えた請求項2に記載の微粒子検知装置。

請求項4

前記第一カウント手段が算出した値の比較対象である基準閾値Yを記憶するカウント閾値記憶手段と、前記第一カウント手段がカウントした値と前記基準閾値Yとを比較するカウント比較手段と、前記カウント比較手段による比較結果に基づいて前記第一カウント手段がカウントした値の採用の可否を判定するカウント判定手段と、を備え、前記演算手段は、前記カウント判定手段の判定結果が可の場合には前記第一カウント手段がカウントした値を採用し、前記カウント判定手段の判定結果が否の場合には前記第一カウント手段がカウントした値としてゼロを採用し、前記採用した値に対して前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて算出した補正値で補正を行う請求項1記載の微粒子検知装置。

請求項5

前記第一カウント手段が算出した値の比較対象である基準閾値Yを記憶するカウント閾値記憶手段と、前記第一カウント手段がカウントした値と前記基準閾値Yとを比較するカウント比較手段と、前記カウント比較手段による比較結果に基づいて前記第一カウント手段がカウントした値の採用の可否を判定するカウント判定手段と、を備え、前記演算手段は、前記カウント判定手段の判定結果が可の場合には前記第一カウント手段がカウントした値として1を採用し、前記カウント判定手段の判定結果が否の場合には前記第一カウント手段がカウントした値としてゼロを採用し、前記採用した値に対して前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて算出した補正値で補正を行う請求項1記載の微粒子検知装置。

請求項6

電圧閾値Bよりも小さい電圧閾値Cを記憶する前記電圧閾値記憶手段と、前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Bと前記電圧閾値Cとの間の範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第三カウント手段とを備え、前記補正値算出手段は、前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間と前記第三カウント手段がカウントした値とに基づいて前記補正値を算出する請求項1から5のいずれかに記載の微粒子検知装置。

請求項7

前記演算手段は、異なる複数の前記電圧波形データに対して前記予測を行い、複数の予測結果に基づいて所定のサイズを有する粒子の有無を確定する集計手段を備えた請求項1から6のいずれかに記載の微粒子検知装置。

技術分野

0001

本発明は、空気中の微細ホコリによる汚染状態を判定するために使用される微粒子検知装置に関するものである。

背景技術

0002

近年、アレルギー性ハウスダストや、PM2.5などの空気中の微細なホコリに関する健康問題が拡大している。これに対して、大気汚れ観測するための自動測定器や空気清浄機などでホコリの種類に合わせた最適な自動制御を行うため、簡易的な光学式の微粒子検知装置を用いた空気中のホコリ検知が行われている。従来、この種のホコリの種類判別は、微粒子検知装置が照射した光のホコリによる散乱光の強度の違いに基づいて検知する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。

0003

以下、微粒子検知装置について図8を参照しながら説明する。

0004

図8に示すように、従来の微粒子検知装置は、空気中を浮遊しているホコリ100に光を照射するLED発光回路101と、空気中のホコリを検知しパルス信号を出力するダスト検知器102と、前記パルス信号を読み取ることでその数量の違いから空気の汚染状態を判定するマイコン103とから構成される。

0005

ダスト検知器102は、受光回路104と増幅回路105と粒子径判定回路106と出力回路107から構成されている。受光回路104はホコリ100の粒子径が大きいほど高強度となる反射光受光し、受光強度に応じた電圧信号を出力する。また、受光回路104は、ダスト検知器102の主要構成であって、受光素子となっている。増幅回路105は、前記電圧信号を増幅する。粒子径判定回路106は、コンパレータにて構成され、前記増幅された電圧信号を規定する判定基準値となる電圧閾値と比較することでパルス信号に変換して出力する。出力回路107は、前記出力されたパルス信号をマイコン103で読み取れる規定する電圧値の変化に増幅する。

0006

また、前記マイコン103により粒子径判定回路106の電圧閾値を切り替えるためのレベル切替回路108を備えている。レベル切替回路108は、粒子径判定回路106の電圧閾値を2段階設けてマイコン103により電圧閾値を交互に切り替える。このようにして、粒子径の異なる複数のホコリ量を1つのダスト検知器102で判定できるようにしている。

先行技術

0007

特開2002−89907号公報

発明が解決しようとする課題

0008

ところで、従来の微粒子検知装置においては、レベル切替回路108を介してマイコン103により粒子径判定回路106の2段階の電圧閾値を切り替えながらダスト検知器102から出力されるパルス信号を読み取る。このようにして、1組のLED発光回路101と受光回路104とから、2種類の粒子径の異なる複数のホコリ量を判定する構成となっていた。

0009

また、ダスト検知器102において異なる電圧閾値をあらかじめ設定した粒子径判定回路106と、出力回路107を1組以上備える。そして各対応して出力されるパルス信号をマイコン103により読み取ることにより粒子径の異なる複数のホコリ量を判定する構成となっていた。

0010

よって、1組の発光素子と受光素子の組み合わせから得られる電圧信号の電圧値の違いから複数の粒子径の異なるホコリ量を判定することが基本となる。また、ダスト検知器は粒子径判定回路106のダイナミックレンジや、マイコン103の時間分解能などにより精度良く検知できる粒子径が有限である。そのため、検知範囲を超える粒子径の粒子を検知しようとした場合に粒子の検知精度が低くなるという課題を有していた。

0011

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、微粒子の検知精度を高めた微粒子検知装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0012

上記課題を解決するために、投光部と受光部とを備え前記受光部に入射する光の強度に基づいて粒子を測定する微粒子検知装置であって、前記受光部に入射する光を強度に応じて電圧値に変換して出力する電圧変換部と、電圧閾値Aと前記電圧閾値Aよりも小さい電圧閾値Bとを記憶する電圧閾値記憶手段と、所定の単位時間における前記電圧値の変動を示す電圧波形データにおいて前記電圧閾値Aを超えた範囲に存在する波形ピーク数カウントする第一カウント手段と、前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Aと前記電圧閾値Bとの間の範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第二カウント手段と、前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Aと前記電圧閾値Bとの間の範囲にピークを有する波形の前記電圧閾値Bを超えた時間を積算する積算手段と、前記第一カウント手段がカウントした値と前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて所定のサイズを有する粒子の有無を予測する演算手段と、を備えたものとし、これにより初期の目的を達成するものである。

発明の効果

0013

本発明の微粒子検知装置によれば、微粒子の検知精度を高めることができる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の実施の形態1に係る微粒子検知装置1の概略の構成を示すブロック図。
実施の形態1に係る微粒子検知装置1の概略の構造を示す構成図。
実施の形態1に係る微粒子検知装置1から出力される検知信号の一例を示す電圧波形データ。
実施の形態1に係る微粒子検知装置1から出力される検知信号の存在確率を示す概略図。
実施の形態1に係る微粒子検知装置1の演算手段10周辺概略構成図。
実施の形態1に係る微粒子検知装置1の演算手段10の補正適用手段19の一例を示す入出力特性図
実施の形態1に係る微粒子検知装置1の演算手段10の集計手段24の予測結果の一例を示す入出力特性図
従来の微粒子検知装置の概略の回路構成を示すブロック図。

実施例

0015

本発明における微粒子検知装置は、投光部と受光部とを備え前記受光部に入射する光の強度に基づいて粒子を測定する微粒子検知装置であって、前記受光部に入射する光を強度に応じて電圧値に変換して出力する電圧変換部と、電圧閾値Aと前記電圧閾値Aよりも小さい電圧閾値Bとを記憶する電圧閾値記憶手段と、所定の単位時間における前記電圧値の変動を示す電圧波形データにおいて前記電圧閾値Aを超えた範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第一カウント手段と、前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Aと前記電圧閾値Bとの間の範囲に存在する波形のピーク数をカウントする第二カウント手段と、前記電圧波形データにおいて前記電圧閾値Aと前記電圧閾値Bとの間の範囲にピークを有する波形の前記電圧閾値Bを超えた時間を積算する積算手段と、前記第一カウント手段がカウントした値と前記第二カウント手段がカウントした値と前記積算手段が積算した時間とに基づいて所定のサイズを有する粒子の有無を予測する演算手段と、を備えた構成を有する。

0016

つまり、所定の粒子径サイズを規定する電圧閾値Aから得られるピーク数と、それより小さい粒子径サイズを規定する電圧閾値Bに対して得られるピーク数と積算時間に基づいて、微粒子検知装置の検知範囲を超える粒子径の有無を予測する構成とした。

0017

これにより、微粒子検知装置の検知可能な粒子径を維持したまま、電圧閾値Aと電圧閾値Bに対応する粒子径とは別の粒子径を判別できる。言い換えると、微粒子検知装置の検知範囲を超える粒子径の粒子の有無を予測できる。これにより、空気清浄機などでは、大気中をただよう微粒子の検知精度が高まるため、判定結果に基づき、微粒子に対して最適な清浄動作が実現できる。さらに、少ないハード構成の変更で粒子の有無判定ができるため、低コスト化にもつながる。

0018

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

0019

更に、各図面において、本発明に直接には関係しない各部の詳細については説明を省略している。

0020

(実施の形態1)
図1図2に示すように、本実施の形態における微粒子検知装置1は、投光部2と受光部3と電圧変換部4と電圧閾値記憶手段6と第一カウント手段7と第二カウント手段8と積算手段9と演算手段10と、を備えている。

0021

投光部2は、空気中にただよう微細なホコリを構成する微粒子5に対して光を照射する。

0022

受光部3は、投光部2から照射された光であって、ホコリ検知点12を通過した微粒子5の表面で散乱して反射される光を受光する。受光部3は、受光した光の受光強度に応じた信号を出力する。

0023

ホコリ検知点12は、投光部2からレンズ13aを介して照射される光の照射軸と、レンズ13bを介して受光部3に入射される光の入射軸の交差点に設けられる空間を示す。また、ホコリ検知点12は、微粒子検知装置1の外郭部材11に囲まれた位置であって、加熱手段15と開口14a、14bで形成される流路上であって、外部から微粒子5が流入可能な位置に設けられる。

0024

加熱手段15は抵抗素子ヒータ上昇気流により気流を生成する。なお、加熱手段15は微粒子5がホコリ検知点12を通過可能な気流が生成できればよく、ファンなどを用いた構成でも問題ない。

0025

電圧変換部4は、受光部3の信号を電圧信号に変換して出力する。図上には示していないが、電圧出力の増幅、フィルタ処理なども行うことで、後段処理回路に適した信号レベルなどに変換している。また、電圧変換部4は、微粒子検知装置1内のホコリ検知点12を微粒子5が通過するタイミングと微粒子5の粒子径によって、時系列電圧振幅が異なる電圧波形データとして出力する。電圧波形データの一例を図3に示すが詳細は後述する。

0026

電圧閾値記憶手段6は、第一カウント手段7による算出に利用する電圧閾値Aと、第二カウント手段8と積算手段9による算出に利用するための電圧閾値Bと、第三カウント手段25による算出に利用するための電圧閾値Cを記憶している。

0027

第一カウント手段7と第二カウント手段8と第三カウント手段25は、電圧変換部4から出力される電圧波形データと電圧閾値記憶手段6に記憶された電圧閾値A、電圧閾値B、電圧閾値Cを比較し、ピークの個数情報を出力する。

0028

積算手段9は、電圧変換部4から出力される電圧波形データと電圧閾値記憶手段6に記憶された電圧閾値Bを比較し、時間情報を出力する。

0029

演算手段10は、第一カウント手段7と第二カウント手段8と積算手段9と第三カウント手段25の出力に基づき、異なる粒子径の有無の予測結果を出力するものである。

0030

また、微粒子検知装置1は、図上には示していないが、電源手段から供給される電力により動作するものである。

0031

また、電圧閾値記憶手段6と第一カウント手段7と第二カウント手段8と積算手段9と第三カウント手段25と演算手段10は、例えば1チップマイクロコンピュータ(以下、マイコン)を用いるものである。このマイコンは、演算や判定処理を行う中央演算装置入出力端子ADC入力端子メモリ等を一体としたものである。入出力端子は、外部の電圧変化の信号を取り込み、出力を行う。ADC入力端子は、アナログ電圧信号デジタル値に変換して取り込む。メモリは動作手順ソフトウェアとして記憶したり、演算や判定状態を保存したりする。

0032

マイコンを用いた構成では、入力端子を介して読み込んだアナログ信号やHi電位Lo電位をデジタル値としてマイコン内部へ読み込む。Hi電位は、許容される電圧電気信号仕様で規定される駆動電源電圧電位である。Lo電位は、基準電位(GND)である。

0033

ソフトウェア記述プログラムとしてメモリ上に一連制御処理の手順を記憶させ、この手順を規定のタイミングに合わせて、あるいは、マイコンの入力端子から読み込んだ電気信号のデジタル値の変化に基づいて実行する。これにより、要求される制御動作を実現させることができる。

0034

次に、上記構成を有する微粒子検知装置1で所定のサイズを有する粒子の有無を予測する演算方法について、図3で示す電圧波形データを参照しながら説明する。

0035

図3に示す電圧波形データは、上述のホコリ検知点12を通過した微粒子5による光の反射に基づいて電圧変換部4より出力された信号であり、X軸は時間を、Y軸は信号の出力強度(電圧)を示す。また、電圧波形データは、例えば単位時間Tを一単位として第一カウント手段7、第二カウント手段8、積算手段9に入力されて処理される。なお、図3では、アナログの波形データとして示したが、実際は波形データを二値化されたデジタルデータとして処理する。

0036

第一カウント手段7は、電圧閾値記憶手段6により記憶されている電圧閾値Aと電圧波形データを比較し、電圧閾値Aを超える範囲に存在する電圧波形データの各波形のピーク数を所定の単位時間Tについてカウントする。ここでピークとは頂点を指し、波形の微分点がプラスからマイナス反転する箇所を意味する。図3においてはポイントP1、ポイントP2の2箇所がカウント対象に該当する。

0037

また、第二カウント手段8は、電圧閾値記憶手段6に記憶されている電圧閾値Aと電圧閾値Bの間の範囲に存在する電圧波形データの各波形のピーク数を、所定の単位時間Tについてカウントする。図3においてはポイントP3、ポイントP4の2箇所がカウント対象に該当する。

0038

さらに、積算手段9は、電圧閾値記憶手段6に記憶されている電圧閾値Aと電圧閾値Bの間の範囲に各波形のピーク値が存在する電圧波形データに対し、電圧閾値Bを超える時間を所定の単位時間Tの間について積算し、積算時間として出力する。図3においては時間WXと時間WYの和が積算時間に該当する。

0039

第三カウント手段25は、電圧閾値記憶手段6に記憶されている電圧閾値Bと電圧閾値Cの間の範囲に存在する電圧波形データの各波形のピーク数を、所定の単位時間Tについてカウントする。図3においてはポイントP5がカウント対象に該当する。

0040

つまり、具体的には、図3で示す波形の場合、第一カウント手段7の出力値をC1、第二カウント手段8の出力値をC2、積算手段9の出力値をW2、第三カウント手段25の出力値をC3とすると以下で示す値となる。

0041

第一カウント手段7: C1 = 2
第二カウント手段8: C2 = 2
積算手段9: W2 = WX+WY
第三カウント手段25: C3 = 1
受光部3は、微粒子5がホコリ検知点12を通過したときの反射光を受光するため、粒子径が大きい粒子ほど信号強度が高くなる。つまり電圧波形データの電圧振幅は微粒子5の粒子径と相関がある。そのためC1、C2、W2の各出力は、微粒子検知装置1のホコリ検知点12を通過した個数が、電圧閾値Aに対応する粒子径を超える粒子が2個、電圧閾値Aと電圧閾値Bの範囲に対応する粒子径の粒子が2個存在するということを意味する。また、電圧閾値Aと電圧閾値Bに対応する粒子径の粒子としてカウントした2個の粒子が、WX+WYの時間の間、電圧閾値Bを上回っていたことを意味している。

0042

図4は、粒子径が同じ大量の微粒子5が微粒子検知装置1内のホコリ検知点12を通過した場合における電圧波形のピーク値の電圧値を積算することで算出した、存在確率の概略図を示している。図3の電圧波形データで観測された各波形のピーク値を長時間積算することで、図4を算出している。図4(a)、図4(b)、図4(c)の各条件は、同じ粒子径で同程度の個数が微粒子検知装置1内のホコリ検知点12を通過したときに観測される結果を示している。X軸が存在確率を示し、Y軸が図3のY軸と同じ信号の出力強度(電圧)を示す。Y軸方向の存在確率のピーク値の位置は、ホコリ検知点12を通過した粒子径を意味している。また、X軸方向のピーク値の振幅は、振幅が大きいほど多くの粒子が存在するため微粒子検知装置1で検出できる可能性が高く、振幅が小さいほど微粒子検知装置1で検出できる可能性が低いということ意味している。

0043

図4(a)は電圧閾値Aに対応する粒子径より大きな複数個の粒子が、微粒子検知装置1のホコリ検知点12を理想的に通過した場合の存在確率を示している。同じ粒子径の粒子がホコリ検知点12を通過したため、ピーク値の位置がほぼ一致し、1個のピークを有する存在確率分布を示している。

0044

図4(b)は、実際の大気環境において、図4(a)と同じ粒子径の粒子がホコリ検知点12を通過したときの存在確率の分布イメージを示す。図4(a)の理想状態とは異なり、ホコリ検知点12での微粒子5の通過速度や通過場所が変化するため、存在確率がY軸の小さい方に幅広く分布する特性を示す。つまり通過速度が速い場合には反射時間が短く、すなわち粒子径を小さく認識する。また通過場所がホコリ検知点12の中心部より離れるほど反射面積が小さく、すなわち粒子径を小さく認識する。

0045

図4(c)は、図4(a)、図4(b)の粒子径より大きな粒子の場合の存在確率の分布イメージを示している。微粒子5の粒子径が大きくなることで、存在確率のピーク値の位置がY軸方向の高い方にシフトした分布を示している。また、X軸方向で示す存在確率のピーク値の振幅が小さい特性を示している。これは、大きな粒子ほど空間ではすぐに落下するために空間を浮遊する個数が少ないのと、大きな粒子であるため微粒子検知装置1の加熱手段15で生成される気流では微粒子5がホコリ検知点12を通過することができないためである。つまり、大きい粒子の有無を判定する場合は、図4(c)で示すように、存在確率の分布特性の違いを利用することが有効である。

0046

図4は上述したように、同一粒子径の粒子が大量にホコリ検知点12を通過した場合の存在確率である。実際の大気環境では図4(c)の説明で述べたように、図4(b)、図4(c)で示す粒子径の存在確率のピーク値の振幅はさらに低くなり、図4(b)と図4(c)を判別することが非常に困難になる。

0047

このような条件で図4(b)と図4(c)を判別するためには、電圧閾値Aに対応した第一カウント手段7の出力に、存在確率の分布を考慮した処理を行うことが有効である。つまり、第一カウント手段7の出力に対し、電圧閾値Aと電圧閾値Bの範囲に対応する第二カウント手段8と積算手段9の出力とから算出される補正値で粒子に対する検知感度を上げる補正処理を行う。

0048

また、図4(b)と図4(c)の存在確率の分布はピーク値の振幅が異なる特性を示し、電圧閾値Aより小さい範囲では、粒子径が小さい粒子であるほど存在確率のピーク値の振幅が大きくなる。つまり、小さい粒子であればあるほど、電圧閾値Aより小さい範囲に電圧波形データのピーク値があり、存在確率の振幅も大きくなる。よって、電圧閾値Aと電圧閾値Bの範囲に対応する第二カウント手段8と積算手段9とから算出した補正値を用いた演算手段10に対し、補正値自体を調整することで粒子に対する検知感度を調整できる。具体的には、例えば電圧閾値Bより小さい電圧閾値Cを設定し、電圧閾値Bと電圧閾値Cの間の範囲に電圧波形データのピーク値を持つピーク数(C3)で補正値を除算することで、粒子に対する検知感度を調整できる。小さい粒子径の粒子が多い場合には、図4(b)のように電圧閾値Bと電圧閾値Cの間の範囲に対応するピーク数が多くなる。そのため、補正値をピーク数で除算することで補正値を小さくすることができる。つまり、小さい粒子径の粒子では補正値が小さくなり粒子に対する感度を高めず、大きい粒子径の粒子では補正値が大きくなり粒子に対する感度を高めることが可能となる。

0049

図4(b)と図4(c)を判別する演算処理について、演算手段10周辺の一構成例である図5を用いて説明を行う。

0050

カウント比較手段16は、第一カウント手段7の出力値C1とカウント閾値記憶手段17により記憶されている基準閾値Yを比較する処理を行う。カウント判定手段18は、C1がY以上の場合に第一カウント手段7として得られたカウント値の採用を可と判断し、そうでない場合に、第一カウント手段7として得られたカウント値の採用を否と判断する。カウント判定手段18が可のときには演算手段10の入力値としてC1の値を採用し、カウント判定手段18が否のときには演算手段10の入力値としてゼロを採用する。なお、基準閾値Yは、単位時間Tにおいて、所定のサイズの粒子が存在する確率を判定するためのもので、微粒子検知装置1の設置場所などにも依存するため、実験的に算出する値である。

0051

カウント比較手段16: C1 ≧ Y ・・・(式1)
カウント判定手段18: 上記式1に基づきカウント値の採用の可否を出力
補正値算出手段20は、第二カウント手段8の出力値C2と積算手段9の出力値W2と、電圧閾値Bと電圧閾値Cの間の範囲にピーク値を有する電圧波形データから得られたピーク数C3から補正値の算出を行う。ここで、電圧閾値Cは電圧閾値Bより小さい電圧である。

0052

具体的には、まずW2をC2で除算し、さらにC3で除算することで補正値を算出する。

0053

所定の単位時間Tの間で得られたW2をC2で除算することで、電圧閾値Aと電圧閾値Bの間に存在するピークに対して、平均的な積算時間を求めることができる。図3図4で示すように、電圧波形データの振幅は粒子径と相関があるため、電圧閾値Aと電圧閾値Bの間に存在する粒子の出力においても積算時間が大きいほど粒子径が大きいことは明らかである。この処理を行うことで、粒子に対する検知感度を高めることが可能となる。

0054

さらに、W2をC2で除算した値に対して、C3で除算する処理を行う。これにより、上述したような粒子に対する検知感度を調整できるため、図4(b)と図4(c)の粒子径を判別できる。

0055

補正値算出手段20: (WX+WY)/C2÷C3 (=補正値)
補正比較手段21は、補正値算出手段20で算出した補正値と、補正閾値記憶手段22で記憶されている基準閾値Xを比較する処理を行う。補正判定手段23は、補正比較手段21の比較の結果に基づき、補正の可否を判断する。補正比較手段21で補正値とXを比較し、補正値がX以上の場合に補正判定手段23が補正を可と判断し、そうでない場合は、補正判定手段23が補正を否と判断する。補正判定手段23が補正を可と判断したときは、補正適用手段19は補正値を用いてC1に対して補正処理を行う。また、補正判定手段23が否と判断したときは、補正適用手段19はC1に対する補正処理を実施しない。なお、基準閾値Xは所定のサイズの粒子が存在することを判定するために設定するパラメータであり、微粒子検知装置1の設置場所などにも依存するため、実験的に算出する値である。

0056

補正比較手段21:補正値≧ X ・・・(式2)
補正判定手段23: 上記式2に基づき補正の可否を出力
補正適用手段19は、第一カウント手段7で得られたC1に対して、補正値、カウント判定手段18の可否判定結果、補正判定手段23の可否判定結果に基づき補正処理を行う。

0057

補正適用手段19による補正処理の詳細については、図5に加えて補正適用手段19の入出力特性図の一例を示す図6を参照しながら説明を行う。

0058

図6(a)条件1は第一カウント手段7の出力がC1で、カウント判定手段18が可と判断し、第一カウント手段7がカウントした値を採用する場合である。つまり第一カウント手段7の出力としてはC1が採用されている。補正値がW2’/(C2×C3)であり、補正判定手段23が否と判断しているため補正適用手段19は補正を行わず、補正適用手段19の出力はC1となる。ここで、W2’はW2より小さく、補正比較手段21で基準閾値Xと比較した結果、補正判定手段23が否と判定する値である。また、補正値が小さいことをW2の変更による一例で示したが、他のパラメータの値が変化してもよい。

0059

図6(a)条件2は、第一カウント手段7の出力がC1で、カウント判定手段18が可と判断し、第一カウント手段7がカウントした値を採用する場合である。つまり第一カウント手段7の出力としてはC1が採用されている。補正値がW2/(C2×C3)であり、補正判定手段23が可と判断しているため補正適用手段19は補正を行い、補正適用手段19の出力はC1+補正値となる。

0060

図6(a)条件3は、第一カウント手段7の出力がC1’で、カウント判定手段18が否と判断し、第一カウント手段7がカウントした値としてゼロを採用する場合である。ここで、C1’はC1より小さく、カウント比較手段16で基準閾値Yと比較した結果、カウント判定手段18が否と判定する値である。このとき、補正値がW2’/(C2×C3)であり、補正判定手段23が否と判断しているため補正適用手段19は補正を行わず、補正適用手段19の出力はゼロとなる。

0061

図6(a)条件4は、第一カウント手段7の出力がC1’で、カウント判定手段18が否と判断し、第一カウント手段7がカウントした値としてゼロを採用する場合である。このとき、補正値がW2/(C2×C3)であり、補正判定手段23が可と判断しているため補正適用手段19は補正を行い、補正適用手段19の出力は0+補正値となる。

0062

また、図6(b)は、カウント判定手段18が可と判断した場合に、第一カウント手段7がカウントした値として1を採用する場合であり、図6(a)と同様の処理を行う。

0063

なお、第一カウント手段7がカウントした値として1を採用するのは、例えばカウント比較手段16の基準閾値Yに対して、第一カウント手段7の出力C1が非常に大きい環境を想定した場合などである。この場合、1を採用することで補正値による補正の効果を高めることができ、微粒子の検知精度を高めることができる。

0064

集計手段24は、補正適用手段19で求めた値(補正後C1)を用いて所定のサイズを有する粒子の有無を予測する。具体的には、補正後C1に対して、記載しない閾値を用いて比較判定する処理などを行う。比較判定の結果、補正後C1が閾値以上のときに所定の粒子を「有」と判断し、補正後C1が閾値より小さい場合に所定の粒子を「無」と判断する。

0065

また、集計手段24は図7で示すように、複数の単位時間Tで得られる補正適用手段19の出力を使用することで所定のサイズを有する粒子の有無の判定の精度を高めることができる。前記記載しない閾値は、補正後C1が補正値以上のときに粒子有無が有と判定する条件としている。入力は時系列で単位時間Tごとに得られる補正後C1であり、単位時間Tごとに粒子有無の判定結果を出力している。この複数の予測結果に基づき、集計手段24で所定のサイズを有する粒子の有無を確定する。具体的には、例えば、時系列で得られる粒子有無の出力の「有」の回数特定回数を超えた場合に、集計手段24の出力が所定のサイズの粒子の有無を「有」と出力する。複数の結果から粒子の有無を判断するために精度よく粒子を判別できる。

0066

以上のように、第一カウント手段7がカウントした値と前記第二カウント手段8がカウントした値と積算手段9が積算した時間と(第三カウント手段25がカウントした値と)を利用して、存在確率を補正することで、目的とする粒子の存在の有無を高精度で検出することが可能になる。

0067

(変形例)
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

0068

・上記実施形態では、補正適用手段19で補正後C1を計算する際、補正値を直接加算することとしたが、加算する値は補正値ではなく固定値(例えば、1や0.5など)を加算する処理を行ってもよい。

0069

・上記実施形態では、図6(b)で第一カウント手段7がカウントした値として1を採用したが、1以外の値であってもよい。

0070

・上記実施形態では、集計手段24の判定は、複数の粒子有無の判定結果の回数に基づき判断したが、補正後C1の値をそのまま積算した結果に対して、別途設けた閾値と比較して所定のサイズを有する粒子の有無を判定してもよい。

0071

・上記実施形態では、電圧閾値Cを電圧閾値Bより低い値で設定したが、電圧閾値Bと同じ値でもよいし、大きな値でもよい。

0072

・上記実施形態では、補正値を電圧閾値BとCから得られたピーク数C3で除算したが、例えば微細な粒子であるPM2.5濃度などの情報を別途算出している場合はその値を用いて除算することで補正値を算出してもよい。

0073

・上記実施形態では、カウント比較手段16で基準閾値Yと比較してカウント判定手段18の可否を判定したが、別途閾値Zを設定し、C1の値の範囲を判定条件にしてもよい。なお、閾値Zは所定のサイズの粒子が存在することを判定するためのパラメータであり、微粒子検知装置1の設置場所などにも依存するため、実験的に算出する値である。

0074

カウント比較手段16: Z ≧ C1 ≧ Y
上限を設定することで、図4(c)に対して粒子径の小さい図4(b)の粒子に対する検知感度の調整も可能である。

0075

また、さらに同様の考えを補正比較手段21などに適用してもよい。

0076

・上記実施形態では、ピーク数C1は取得した値をそのまま使用しているが、補正値を算出する際に、電圧閾値Cで除算することで補正したのと同様、別途設けた電圧閾値Dから出力されるピーク数を用いてC1自体の値を補正する処理を追加してもよい。この処理により、図4(c)に対して粒子径の小さい図4(b)の粒子に対する検知感度の調整も可能である。なお、電圧閾値Dは所定のサイズの粒子が存在することを判定するためのパラメータであり、微粒子検知装置1の設置場所などにも依存するため、実験的に算出する値である。

0077

・上記実施形態では、所定のサイズを有する粒子の有無の予測を微粒子検知装置1内に搭載しているマイコンで行ったが、例えば空気清浄機などに搭載している異なるマイコンを用いて判定してもよい。

0078

・上記実施形態では、第三カウント手段25の出力C3で除算した補正値を用いた構成としたが、C3で除算しなくてもよい。この場合には、第三カウント手段25が不要となり、またC3を使わずに処理を行うために処理が簡易に実施できる。

0079

以上のように、本発明にかかる微粒子検知装置は、微粒子の検知精度を高めることができるため、微粒子検知装置を例えば空気清浄機や他の空調装置などに用いる場合に有用である。

0080

1微粒子検知装置
2投光部
3受光部
4電圧変換部
5 微粒子
6電圧閾値記憶手段
7 第一カウント手段
8 第二カウント手段
9 積算手段
10演算手段
25 第三カウント手段

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