光声传感器、光声传感器的校正方法及空调系统技术方案

本发明专利技术提供不依赖于温度至少能够准确地推定气体成分的种类的新的光声传感器、光声传感器校正方法及空调系统。具备：传感器单元(14)，其形成内部空间来贮存测定的气体；光源(15)，其对传感器单元(14)内的气体照射光；光源驱动单元(20)，其使光源(15)断续地发光；麦克风(18)，其检测传感器单元(14)内的特定气体的声波；信号处理单元(25)，其对麦克风(18)检测出的声波进行信号处理；以及控制单元(23)，其至少执行对光源驱动单元(20)提供驱动信号的光源驱动功能和基于来自信号处理单元(25)的信号推定特定气体的种类的气体推定功能，控制单元(23)的气体推定功能基于声波的频率和气体的温度信息求出特定气体的平均分子量，并根据求出的平均分子量来推定特定气体的种类。根据求出的平均分子量来推定特定气体的种类。根据求出的平均分子量来推定特定气体的种类。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光声传感器、光声传感器的校正方法及空调系统


[0001]本专利技术涉及对气体(gas)的成分进行检测的光声传感器、光声传感器的校正方法及空调系统。

技术介绍

[0002]通常，在事务所、商业设施或工厂等中进行居住环境即室内的空气的温度、湿度的控制。但是最近，不仅是温度、湿度的控制，去除有害气体或难闻的气味并且附加芳香等控制空气质量的要求正在提高。
[0003]为了控制该空气质量，需要进行气体浓度、气味浓度的适当控制，需要用于检测与目的相对应的气体成分、气味成分的气体传感器。作为检测气体成分、气味成分的传感器，提出了使用光声效应的光声传感器。
[0004]光声效应是指以下现象：若对构成气体的特定成分的分子断续(脉冲状)地照射特定波长的光，则吸收了光的分子进行热膨胀和收缩，由此产生声波(音波)。光声传感器能够小型且高灵敏度地检测低浓度气体，因此正在推进在建筑物的空调系统中的应用。此外，光声传感器不仅能够应用于空调系统，还能够应用于其他领域，以下对空调系统的应用例进行说明。
[0005]光声传感器将测定气体密封在被称为单元的形成了封闭空间的壳体内，脉冲状地照射光来产生声波，根据该声波的峰值频率(强度最大的频率)来自确定气体成分。此外，在用于空调系统的光声传感器中，为了使单元外侧的空气(室内空气)在单元内循环，在单元形成了至少1个以上的连接孔。
[0006]但是，通过光声效应而产生的声波的峰值频率倾向于依赖测定气体的温度，因此若室内的空气温度发生变化，则有可能在气体成分的种类的推定中产生错误，因此要求补偿温度依赖性。
[0007]作为应对这样要求的技术，例如，在日本特表2001
‑
507798号公报(专利文献1)中示出了通过使用气体成分的种类和浓度已知的气体来进行未知气体的浓度运算的校正。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1：日本特表2001
‑
507798号公报

技术实现思路

[0011]专利技术所要解决的课题
[0012]然而，在专利文献1中，通过使用种类和浓度已知的气体来进行未知气体的浓度计算的校正，但存在若无法准备已知的气体，则无法推定气体的种类，无法测定气体成分的浓度这样的课题，或者存在当已知的气体由于经年劣化而泄漏时，气体种类的推定、气体成分的浓度的运算的精度降低这样的课题。因此，在专利文献1那样的光声传感器中，需要维护已知的气体，例如不适合用于空调系统。
[0013]本专利技术的目的在于提供一种新的光声传感器、光声传感器的校正方法以及空调系统，其无需使用已知的气体等，能够不依赖于温度而至少准确地推定气体成分的种类。
[0014]用于解决课题的手段
[0015]本专利技术的特征在于，具备：传感器单元，其形成内部空间来贮存测定的气体；光源，其向传感器单元内的气体照射光；光源驱动单元，其使光源断续地发光；麦克风，其检测传感器单元内的特定气体的声波；信号处理单元，其对麦克风检测到的声波进行信号处理；以及控制单元，其至少执行对光源驱动单元提供驱动信号的光源驱动功能、以及基于来自信号处理单元的信号推定特定气体的种类的气体推定功能，控制单元的气体推定功能使用声波的频率和气体的温度信息来求出特定气体的平均分子量，根据求出的平均分子量来推定特定气体的种类。
[0016]专利技术效果
[0017]根据本专利技术的结构，无需使用已知的气体等，能够不依赖于温度而准确地推定气体成分的种类。此外，通过以下的本专利技术的实施方式的说明，上述以外的课题、结构以及效果变得明确。
附图说明
[0018]图1是应用本专利技术的空调系统的系统图。
[0019]图2是说明将平均分子量和气体成分关联起来的表结构的说明图。
[0020]图3是用于说明图1所示的空调系统执行的第一实施方式的气体成分的推定方法的流程图。
[0021]图4是用于说明图1所示的空调系统执行的第二实施方式的气体成分的推定方法的流程图。
[0022]图5是说明将声波的强度与气体成分的浓度关联起来的表结构的说明图。
[0023]图6是用于说明图1所示的空调系统执行的第三实施方式的气体成分的推定方法的流程图。
[0024]图7是本专利技术的第四实施方式的空调系统的系统图。
[0025]图8是用于说明图7所示的空调系统执行的第四实施方式的气体成分的推定方法的流程图。
[0026]图9是本专利技术的第五实施方式的空调系统的系统图。
[0027]图10是用于说明图9所示的空调系统执行的第五实施方式的气体成分的推定方法的流程图。
[0028]图11是本专利技术的第六实施方式的空调系统的系统图。
[0029]图12是本专利技术的第七实施方式的空调系统的系统图。
具体实施方式
[0030]以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。实施方式是用于说明本专利技术的例示，为了清楚地进行说明，适当地进行省略以及简化。本专利技术也能够以其他各种方式来实施。
[0031]实施例1
[0032]首先，参照图1及图2对本专利技术的第一实施方式进行说明。在此，图1表示应用本专利技术的空调系统，图2表示了流程图，该流程图用于说明由图1所示的空调系统执行的第一实施方式的气体成分的推定方法。
[0033]在图1所示的空调系统中，空调机(空调单元)10具备接收来自传感器组11的传感器信息，并基于该接收信号执行空调动作的功能。传感器组11由以下传感器构成：对居住空间的温度进行检测的温度传感器(温度检测单元)、对居住空间的CO2浓度进行检测的CO2传感器、以及对在居住空间漂浮的粉尘进行检测的粉尘传感器等环境传感器、对居住者的心率进行检测的心率传感器、对居住者的体温进行检测的热电堆等人感应传感器。
[0034]另外，空调机10与由服务器等构成的中央管理装置(中央管理单元)12无线或有线连接，从空调机10向中央管理装置12发送运转信息、传感器信息等。并且，中央管理装置12将空调机10的操作信号、控制信号发送到空调机10。
[0035]而且，作为本实施方式的特征的光声传感器13与空调机10无线或有线连接。光声传感器13可设置在事务所、商业设施或工厂等任意场所。而且，虽然未在图中示出，但也能够设置在空调机10自身上。
[0036]光声传感器13至少具备：传感器单元14，其形成内部空间来贮存测定的气体(在此为空气)；光源A15～光源N17，其向该传感器单元14内的气体(空气)照射光；麦克风18，其检测传感器单元14内的空气的声波；以及2个连接孔19，其将传感器单元14内的内部空间与外部空间连接。如上所述，将2个连接孔19设置为使空气在传感器单元14内循环。
[0037]从形成在传感器单元14的光入射部朝向内部空间照射光源A15～光源N17的光。光源A15～光源N17能够利用各种光源，例如能够利用半导体激光器、气体激光器、LED等光源。考虑制造成本等，在本实施方式中使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光声传感器，其特征在于，具备：传感器单元，其形成内部空间来贮存测定的气体；光源，其向所述传感器单元内的气体照射光；光源驱动单元，其使所述光源断续地发光；麦克风，其检测所述传感器单元内的特定气体的声波；信号处理单元，其对所述麦克风检测出的声波进行信号处理；以及控制单元，其至少执行对所述光源驱动单元提供驱动信号的光源驱动功能、以及基于来自所述信号处理单元的信号推定所述特定气体的种类的气体推定功能，所述控制单元的所述气体推定功能使用所述声波的频率和所述气体的温度信息来求出所述特定气体的平均分子量，并根据求出的平均分子量推定所述特定气体的种类。2.根据权利要求1所述的光声传感器，其特征在于，在所述控制单元的所述气体推定功能中，通过从fr
∝
c＝(κRT/M)
1/2
定义的运算式变形为用于求出所述平均分子量的运算式而得到的运算式，使用所述声波的频率和所述温度信息来求出所述平均分子量，其中，将“fr”设为所述声波的频率，将“c”设为与频率fr成比例关系的声速，将“κ”设为气体的比热比，将“R”设为气体常数，将“T”设为气体温度，将“M”设为气体的平均分子量。3.根据权利要求2所述的光声传感器，其特征在于，在所述控制单元的所述气体推定功能中，从存储有所述平均分子量与所述特定气体的种类之间的关系的表格来推定与求出的所述平均分子量对应的所述特定气体的种类。4.根据权利要求1所述的光声传感器，其特征在于，在所述控制单元的所述光源驱动功能中，使所述光源驱动单元的驱动频率变化来使所述光源断续地发光，在所述控制单元的所述气体推定功能中，搜索由所述麦克风检测出的所述声波的输出强度最大的峰值频率，使用所述峰值频率来作为用于求出所述平均分子量的所述声波的频率。5.根据权利要求4所述的光声传感器，其特征在于，在所述控制单元的所述气体推定功能中，根据所述声波的所述峰值频率的强度来推定所述特定气体的气体浓度。6.根据权利要求1所述的光声传感器，其特征在于，从设置在外部的温度检测单元经由通信单元取得所述气体的所述温度信息，或者从安装有所述光源驱动单元、所述信号处理单元以及所述控制单元的电路基板上设置的测温元件取得所述气体的所述温度信息。7.根据权利要求1所述的光声传感器，其特征在于，所述气体的所述温度信息基于经由通信单元从外部发送来的设定温度信息。8.根据权利要求1所述的光声传感器，其特征在于，所述光源具备用于检测已知的所述气体的气体成分的已知气体光源，并且，所述光源驱动单元具备对所述已知气体光源进行驱动的已知气体光源驱动单元，所述气体的所述温度信息是通过所述控制单元的所述气体推定功能使用所述声波的
频率和已知的所述气体的所述平均分子量而求出的所述温度信息。9.根据权利要求8所述的光声传感器，其特征在于，在所述控制单元的所述气体推定功能中，通过从fr
∝
c＝(κRT/M)
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定义的运算式变形为用于求出所述温度信息的运算式而得到的运算式，使用所述声波的频率和所述平均分子量来求出所述温度信息，其中，将“fr”设为所述声波的频率，将“c”设为与频率fr...

【专利技术属性】
技术研发人员：高武直弘，伊藤诚，森雄二，川村邦人，宫本洋，
申请(专利权)人：日立环球生活方案株式会社，
类型：发明
国别省市：