带气体检测功能的设备的制作方法

1.本公开涉及带气体检测功能的设备。


背景技术：

2.检测气体的气体传感器在各种各样的领域被利用。伴随着半导体技术、mems技术的发展，气体传感器的小型化进步，推进气体传感器向智能家居装置等发出声音的设备的壳体内搭载(例如，参照专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2019-91489号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.在专利文献1所公开的设备中，气体传感器置身于从位于同一壳体内的扬声器流出的音乐、声音等空气振动中。另外，气体传感器置身于来自空调设备等的马达的空气振动中。由此，有时气体传感器内的气体共鸣而激励振动。由于由振动引起的噪声的影响，气体传感器的检测精度劣化。为了实现小型化，在使用于气体传感器的光源、检测部等构成为包含通过使用mems技术而悬浮在空中的微细构造体的情况下，特别容易受到由振动引起的噪声的影响，有时检测精度大幅地劣化。
8.鉴于该情况而完成的本公开的目的在于，提供一种能够高精度地检测被检测气体的带气体检测功能的设备。
9.用于解决问题的方案
10.[1]本公开的一个技术方案的带气体检测功能的设备具备：
[0011]
壳体；
[0012]
振动源；以及
[0013]
气体测量部，其配置于所述壳体的内部，被分隔件隔开，
[0014]
所述振动源设于气体测量部的外部，
[0015]
所述气体测量部构成为包括设于基板之上的检测部和设有供气体通过的孔的气体检测空间，
[0016]
在将所述气体检测空间的体积设为v、将所述孔的截面面积设为s、将所述孔的有效长度设为l、将声速设为c的情况下，以下的式子(1)所示的频率f为500hz以上，
[0017]
【数学式1】
[0018][0019]
[2]作为本公开的一个技术方案，根据[1]，
[0020]
所述孔具备通气管，
[0021]
在将所述孔和所述通气管的长度相加而成的长度设为l'、将所述孔的半径设为a的情况下，所述有效长度由以下的式子(2)给出，
[0022]
【数学式2】
[0023]
l＝l
′
+1.5a...式子。
[0024]
[3]作为本公开的一个技术方案，根据[1]，
[0025]
所述孔具备通气管，
[0026]
所述孔和所述通气管的出口变得平坦，
[0027]
在将所述孔和所述通气管的长度相加而成的长度设为l'、将所述孔的半径设为a的情况下，所述有效长度由以下的式子(3)给出，
[0028]
【数学式3】
[0029]
l＝l
′
+1.7a...式子(3)。
[0030]
[4]作为本公开的一个技术方案，根据[1]，
[0031]
所述孔具备通气管，
[0032]
所述孔和所述通气管的截面形状是不定形状，
[0033]
在将所述孔和所述通气管的长度相加而成的长度设为l'、将所述孔和所述通气管的出口开口部的面积设为s
out
的情况下，所述有效长度由以下的式子(4)给出，
[0034]
【数学式4】
[0035][0036]
[5]作为本公开的一个技术方案，根据[1]～[4]中任一项，
[0037]
所述频率f为1.0khz以上。
[0038]
[6]作为本公开的一个技术方案，根据[1]～[5]中任一项，
[0039]
所述频率f为2.0khz以上。
[0040]
[7]本公开的一个技术方案的带气体检测功能的设备具备：
[0041]
壳体；
[0042]
振动源；以及
[0043]
气体测量部，其配置于所述壳体的内部，
[0044]
所述气体测量部构成为包括设于基板之上的检测部和设有供气体通过的孔的气体检测空间，
[0045]
所述孔具备通气管，
[0046]
所述孔和所述通气管的截面形状是不定形状，
[0047]
在将所述孔和所述通气管的长度相加而成的长度设为l'、将所述孔和所述通气管的出口开口部的面积设为s
out
的情况下，所述孔的有效长度l由以下的式子(5)给出，
[0048]
在将所述气体检测空间的体积设为v、将所述孔的截面面积设为s、将声速设为c的情况下，以下的式子(6)所示的频率f为100hz以下。
[0049]
【数学式5】
[0050]
[0051][0052]
[8]作为本公开的一个实施方式，根据[1]～[7]中任一项，
[0053]
所述振动源或所述检测部存在于相对于所述壳体近似地划定的长方体的对称面。
[0054]
[9]作为本公开的一个技术方案，根据[1]～[8]中任一项，
[0055]
所述振动源或所述检测部存在于相对于所述壳体近似地划定的圆筒形的对称轴线。
[0056]
[10]作为本公开的一个技术方案，根据[1]～[9]中任一项，
[0057]
所述振动源或所述检测部存在于相对于所述壳体近似地划定的球的中心点。
[0058]
[11]作为本公开的一个技术方案，根据[1]～[10]中任一项，
[0059]
所述振动源或所述检测部存在于相对于所述基板近似地划定的长方形的端。
[0060]
[12]作为本公开的一个技术方案，根据[1]～[11]中任一项，
[0061]
在将所述壳体的典型长度设为l
hus
的情况下，以下的式子(7)所示的频率f
hus
为500hz以上，
[0062]
【数学式6】
[0063][0064]
[13]作为本公开的一个技术方案，根据[12]，
[0065]
所述频率f
hus
为1.0khz以上。
[0066]
[14]作为本公开的一个技术方案，根据[12]或[13]，
[0067]
所述频率f
hus
为2.0khz以上。
[0068]
[15]作为本公开的一个技术方案，根据[1]～[14]中任一项，
[0069]
在将所述基板的面积设为s
sub
、将所述基板的纵向弹性系数设为e、将所述基板的板厚设为h、将泊松比设为σ、将无量纲的常数γ设为3.65、将所述基板的面积的平方根设为典型长度l
sub
的情况下，以下的式子(8)所示的频率f
sub
为500hz以上，
[0070]
【数学式7】
[0071][0072]
[16]作为本公开的一个技术方案，根据[15]，
[0073]
所述频率f
sub
为1.0khz以上。
[0074]
[17]作为本公开的一个技术方案，根据[15]或[16]，
[0075]
所述频率f
sub
为2.0khz以上。
[0076]
[18]作为本公开的一个技术方案，根据[1]～[17]中任一项，
[0077]
所述孔具备防尘过滤器，
[0078]
所述防尘过滤器的音响特性阻抗为4000kg/m2s以上。
[0079]
[19]作为本公开的一个技术方案，根据[1]～[18]中任一项，
[0080]
所述检测部构成为包括悬浮在空中的微细构造体。
[0081]
[20]作为本公开的一个技术方案，根据[1]～[19]中任一项，
[0082]
所述振动源位于所述壳体的内部。
[0083]
发明的效果
[0084]
根据本公开，能够提供一种能够高精度地检测被检测气体的带气体检测功能的设备。
附图说明
[0085]
图1是表示本实施方式的带气体检测功能的设备的一个结构例的图。
[0086]
图2是表示孔具备通气管的带气体检测功能的设备的一个结构例的图。
[0087]
图3是表示孔具备防尘过滤器的带气体检测功能的设备的一个结构例的图。
[0088]
图4是表示噪声强度的数值计算结果的例子的图。
[0089]
图5是表示噪声强度的数值计算结果的另一例子的图。
[0090]
附图标记说明
[0091]
1、带气体检测功能的设备；10、壳体；20、振动源；30、基板；40、气体测量部；41、检测部；42、气体检测空间；43、孔；44、通气管；45、防尘过滤器；50、电路。
具体实施方式
[0092]
以下，参照附图说明本公开的一个实施方式的带气体检测功能的设备。各图中，对相同或相当的部分标注相同附图标记。在本实施方式的说明中，对于相同或相当的部分，适当省略或简化说明。
[0093]
《设备》
[0094]
图1是表示本实施方式的具有气体检测功能的设备1的结构的图。气体检测功能是指例如检测作为检测对象的被检测气体的空气中的浓度的功能。带气体检测功能的设备具备壳体10、振动源20、基板30以及气体测量部40。气体测量部40具备检测部41和气体检测空间42。在气体检测空间42设有供气体通过的孔43。在此，气体作为一个例子能够包括空气即被检测气体。在以下的说明中，以气体为空气进行说明。像本实施方式那样，设备1可以具备电路50。另外，设备1可以进一步具备显示器等显示部。
[0095]
在本实施方式中，设备1在壳体10安装有振动源20，在壳体10的内部配置有气体测量部40。另外，气体测量部40在壳体10中被分隔件隔开，在被隔开的内部存在气体检测空间42。设备1构成为在基板30之上具备气体测量部40和电路50。气体测量部40构成为包括设于基板30上的检测部41和设有孔43的气体检测空间42。气体检测空间42能够作为在局部设有孔43的分隔件的内部空间而构成。
[0096]
设备1包括电气产品等各种各样的装置，特别是电子设备。设备1可以是具有音响功能的电子设备，该音响功能进行基于声音和音乐这样的声音的交流、娱乐、信息通知等。作为具体例，设备1可以是音乐播放器、智能扬声器、智能家居装置、智能电话或耳机等。另外，设备1可以是提供空气调和功能的装置。作为具体例，设备1可以是空调、空气净化机、换气扇、hvac(heating、ventilationg、and air conditoning)设备等。在此，上述的音响功能或空气调和功能与气体检测功能是否正在动作无关，例如按照使用者的操作而独立地发挥。因此，在气体测量部40的被检测气体的检测中，由于不规则的声音、振动等(以下称为“噪音”)的影响，噪声有可能变大。
[0097]
《壳体》
[0098]
壳体10是设备1的外壳，具有保持振动源20的功能。壳体10也可以保持基板30。壳体10能够是金属、玻璃、树脂、它们的复合材料。壳体10可以具备开关、电源连接器、通信连接器、显示部、天线、输入接口、照相机、lidar(light detection and ranging)传感器、红外照相机、麦克风、指示灯、散热片等。
[0099]
《振动源》
[0100]
振动源20伴随着发挥音响功能或空气调和功能而产生振动。在本实施方式中，振动源20发出声音。作为具体例，振动源20是扬声器。作为另一例子，振动源20可以使空气循环。作为具体例，振动源20是马达。振动源20设于气体测量部40的外部。在本实施方式中，振动源20安装于壳体10，但不限定安装的位置。例如振动源20可以安装于基板30。另外，振动源20可以位于壳体10的内部，也可以位于壳体10的外部。
[0101]
《基板》
[0102]
基板30具有保持气体测量部40的功能。在本实施方式中，基板30也保持电路50。另外，基板30有时也保持振动源20。基板30的材质例如是纸、玻璃布、聚酰亚胺薄膜、pet薄膜、陶瓷等。树脂例如是酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂、氟树脂、聚苯醚树脂等。
[0103]
《气体测量部》
[0104]
气体测量部40检测被检测气体。如果详细地叙述，则气体测量部40测量空气中的被检测气体的浓度，并且输出表示测量结果的电信号。气体测量部40可以是公知的结构的非分散红外吸收(non-dispersive infrared)型气体浓度测量装置。被检测气体例如是二氧化碳、水蒸气、一氧化碳、一氧化氮、氨、二氧化硫、醇类、甲醛以及甲烷和丙烷等烃系气体等。气体测量部40具有检测部41、气体检测空间42和孔43。
[0105]
《检测部》
[0106]
检测部41在存在于气体检测空间42的气体(空气)中的被检测气体的浓度测量中，检测与被检测气体的存在量相应的变化。在本实施方式中，检测部41具备发光元件和受光元件。发光元件发出的光经过气体检测空间42，与被检测气体的存在量相应地吸收衰减，并且由受光元件接收。能够根据光的衰减量测量被检测气体的存在量。发光元件例如是led(light emitting diode)、灯、激光(light amplification by stimulated emission of radiation)、有机发光元件、mems(micro electro mechanical systems)加热器、vcsel(vertical cavity surface emitting laser)等。受光元件例如是光电二极管(photodiode)、光电晶体管、热电堆、热电传感器、辐射热计等。检测部41可以构成为包含通过使用mems技术而悬浮在空中的微细构造体。检测部41可以具备树脂材料、金属封装等作为保护发光元件和受光元件的保护构件。检测部41可以具备限制光的波长的光学过滤器。
[0107]
在此，作为另一结构例，检测部41可以具备发热体和电阻。例如通过使电流流动而从发热体发出的热向气体检测空间42的被检测气体热传导，与被检测气体的存在量相应的发热体的温度上升作为电阻值变化而被检测。发热体例如是mems加热器、灯等。另外，作为另一结构例，检测部41可以具备发光元件和压敏元件。发光元件发出的光在气体检测空间42与被检测气体的存在量相应地被吸收，气体检测空间42中的空气的温度、压力等上升。根据由压敏元件检测到的压力上升，能够测量被检测气体的存在量。压敏元件例如是mems式
压力传感器、麦克风等。
[0108]
《气体检测空间》
[0109]
气体检测空间42由外壁分离出空间，具备在其内部空间收纳空气等气体的功能。收纳于气体检测空间42的气体通过孔43而被替换。气体检测空间42的外壁由金属或树脂等形成。
[0110]
《孔》
[0111]
孔43是在气体检测空间42的外壁具备的孔。气体通过孔43，替换气体检测空间42内的气体。孔43有时也存在多个。
[0112]
在此，如图2所示，孔43可以附加地具备通气管44。通气管44具备限制气体进行通气的空间，将气体向气体检测空间42引导的功能。通气管44可以是追加部件，可以由呈管状与外部空间连接的壳体10的局部构成，也可以是孔43呈管状延伸而构成。另外，如图3所示，孔43可以具备防尘用的防尘过滤器45。
[0113]
《电路》
[0114]
电路50可以控制设备1的整体。例如电路50可以控制振动源20。另外，例如电路50为了得到被检测气体的浓度，可以执行对来自气体测量部40的输出信号的演算处理。电路50可以构成为包括一个以上的处理器。处理器例如是通用的处理器或专用于特定的处理的专用处理器，但不限定于此，能够设为任意的处理器。
[0115]
《原理的说明》
[0116]
在气体检测空间42中，气体通过孔43而替换，即出入，但由于特定的频率附近的气体的出入而产生共鸣。这与亥姆霍兹共振现象(helmholtz resonance)相同，在亥姆霍兹共振现象中，在空腔中设置有孔的吉他和陶笛等乐器以及瓶子中，特定音阶的声音由于外部的振动和气流而共鸣回响。亥姆霍兹共振现象是空腔内的气体作为空气弹簧而动作，孔周边的气体作为重物且作为具有共振频率的振子而动作的现象。由于亥姆霍兹共振现象，存在于气体检测空间42的气体振动。由振动引起的疏密作为被检测气体的浓度变动而被检测部41检测，从而导致检测精度的劣化。特别地，在检测部41构成为包括悬浮在空中的微细构造体的情况下，有时微细构造体由于气体的振动而变形，进一步导致检测精度的劣化。
[0117]
亥姆霍兹共振现象的共振频率f(有时仅称为频率f)依赖于气体检测空间42的体积v、孔43的有效长度l、孔43的截面面积s。室内环境中的由音乐或声音引起的噪音强度较高的频带是100hz～2.0khz的频带，特别是在500hz附近具有峰值。由空调等的动作引起的噪音强度较高的频带是10hz～300hz的频带，特别是在100hz附近具有峰值。像上述那样，设备1提供音响功能或空气调和功能，由振动源20发出噪音。在气体测量部40的共振频率f与噪音强度较高的频带的峰值重叠那样的情况下，认为亥姆霍兹共振现象容易被激励，对检测部41产生影响从而检测精度劣化。在本实施方式中，将气体测量部40的构造设计为使共振频率f与噪音强度的峰值波长分开，以避免激励亥姆霍兹共振现象。也就是说，以共振频率f满足500hz＜f＜
◆
hz的条件的方式设计。更优选为，设计为使共振频率f与噪音强度的峰值波长分开，同时也与谐波分开，满足1.0khz＜f＜
◆
hz的条件。进一步优选为，设计为使共振频率f与噪音强度较高的频带分开，满足2.0khz＜f＜
◆
hz或
◆
hz＜f＜100hz的条件。频率像以下的式子(9)那样给出。
[0118]
【数学式3】
[0119][0120]
在此，图4表示在使气体测量部40的共振频率f变化的情况下，由于亥姆霍兹共振现象而带给检测部41的噪声强度的数值计算结果。作为从振动源20发出的声音的模型，使用参考文献(kimio shiraishi et.al.“amplification rationale for hearing aids based on chracteristecs of the japanese language”may15、2021)的fig.3的“大声”条件下的男女的日语的长时间平均声音谱。声音在孔43上沿着气体测量部40通过，在使气体测量部40的形状变化而使共振频率f变化的情况下，模拟产生于气体测量部40内的空气振动能量，计算出带给检测部41的噪声能量强度。在具有引起亥姆霍兹共振现象的孔的空腔中，对于由空腔的形状决定的共振频率f，与施加了外力的强制振动的情况相同地显示洛伦兹分布型的激励举动。激励举动特别是在空腔内能量损失较小的情况下，拾取共振频率f附近的特定的声音，接近狄拉克δ函数(delta distribution)的激励特性。从振动源20发出的声音的模型在500hz附近成为尖锐的强度的峰值，噪声能量强度也相同，但通过使共振频率f远离500hz，能够使噪声强度急速减少。
[0121]
在此，图5表示在使气体测量部40的共振频率f变化的情况下，由于亥姆霍兹共振现象而带给检测部41的另一噪声强度的数值计算结果。作为从振动源20发出的声音的模型，使用了日立中央空调“ras-aj36d(w)”室内单元的供暖运转时的来自送风部的噪音的测量数据。与图4的例子相同地，模拟在声音在孔43上沿着气体测量部40通过，使气体测量部40的形状变化而使共振频率f变化的情况下产生的空气振动能量，计算被带到检测部41的噪声能量强度。从振动源20发出的声音的模型在100hz附近成为尖锐的强度的峰值，噪声能量强度也相同，但通过使共振频率f远离100hz，能够使噪声强度急速减少。
[0122]
在此，在孔43具备通气管44的情况下，截面面积s是孔43和通气管44的平均截面面积。另外，c是声速，例如在10℃的空气的情况下为337.7m/s，在25℃的空气的情况下为346.5m/s，在30℃的空气的情况下为349.4m/s，将t作为摄氏温度而以331.5+0.61t[m/s]近似。在被检测气体的浓度为少量的情况下，根据室温适当选择这些值来使用即可。在被检测气体的浓度较浓的情况下等，如果将气体检测空间42内的气体的密度设为ρ，将γ设为比热比，将p设为压力，则声速c像以下的式子(10)那样被给出。
[0123]
【数学式4】
[0124][0125]
《有效长度l》
[0126]
在此，孔43的有效长度l根据孔43的形状和将孔43与通气管44的长度相加而成的长度l'而变化，在开口部形状是圆形的情况下，如果将半径设为a，则给出以下的式子(11)。
[0127]
【数学式5】
[0128]
l＝l
′
+1.5a...式子(11)
[0129]
在孔43和通气管44的出口变得平坦的情况下，给出以下的式子(12)。
[0130]
【数学式6】
[0131]
l＝l
′
+1.7a...式子(12)
[0132]
另外，在孔43和通气管44的截面形状是不定形状的情况下，给出以下的式子(13)。在此，s
out
是孔43和通气管44的出口开口部的面积。
[0133]
【数学式7】
[0134][0135]
有效长度l相对于将孔43和通气管44的长度相加而成的长度l'，进行与孔43的开口部形状相应的加算。加算与开口端校正相对应。除了通气管44内的气体振动的量以外，开口部附近的气体也有助于振动。因此，需要开口端校正。开口部附近的气体的振动依赖于出口开口部的面积，如式子(13)所示，到面积s
out
的平方根的高度为止的气体有助于振动。
[0136]
在孔43小到某种程度的情况下，产生亥姆霍兹共振现象。另外，亥姆霍兹共振现象在作为空气弹簧的气体检测空间42的气体的量相对于作为重物而有助于振动的气体的量较多的情况下产生。在具有气体检测功能的设备1中，气体检测空间42的体积v较大，在本实施方式中，以下的式子(14)成立。
[0137]
【数学式8】
[0138]
v＞10ls...式子(14)
[0139]
另外，为了检测部41检测到被检测气体，气体检测空间42的体积v需要相对于检测部41的体积v
sen
足够大，在本实施方式中，以下的式子(15)成立。在此，检测部41的体积v
sen
是检测部41的外部尺寸，是包括检测部41的最小的长方体的体积。
[0140]
【数学式9】
[0141]
v＞2v
sen
...式子(15)
[0142]
另外，在检测部41相对于气体检测空间42的比例较多的情况下，吸收产生于气体测量部40内的亥姆霍兹共振引起的振动能量的比例变多，因此在小型的气体传感器中噪声的影响显著。通过将共振频率f设计为脱离噪音的频带，能够显著地提高检测精度。也就是说，在本实施方式中，气体检测空间42的体积v相对于检测部41的体积v
sen
而言，以下的式子(16)成立，更优选为式子(17)成立。
[0143]
【数学式10】
[0144]
v＞400v
sen
...式子(16)
[0145]
【数学式11】
[0146]
v＜100v
sen
...式子(17)
[0147]
另外，特别是在检测部41使用热式光源等的情况下，由于不能进行高速的光源的开/关的间歇动作，因此不能提高基于所谓斩波控制的斩波频率。因此，难以利用频率分离由噪音引起的噪声和由斩波调制的输出信号。通过将共振频率f设计为脱离噪音的频带，能够显著提高检测精度。也就是说，在斩波频率fc低于500hz的情况下，通过将共振频率f设计为脱离噪音的频带，能够显著提高检测精度。另外，即使不是热式的光源，也能够不进行需要花费设计技术和费用的专用的控制ic的高速斩波控制而显著提高检测精度。
[0148]
《壳体内的振动源和检测部的配置》
[0149]
像上述那样，通过以限制频率f的范围的方式设计，气体测量部40能够提高被检测气体的检测精度。在此，为了进一步提高检测精度，优选为对于来自振动源20的振动的传递路径也进行应对。振动源20发出的振动例如也通过壳体10内的气体和基板30而向检测部41
传递。因此，优选设计为调整壳体10内的振动源20、基板30上的检测部41的相互的位置关系，削弱向检测部41传递的振动。
[0150]
首先，当对通过壳体10内的气体的传递路径进行研究时，认为壳体10作为共鸣箱而动作。由于共鸣模式振动，导致壳体10内的气体的振动增加。当振动源20位于共鸣模式的波谷的位置(变动较大的位置)时，对检测部41施加较大的振动，作为结果，导致检测精度的劣化。因此，为了提高被检测气体的检测精度，使振动源20脱离壳体10的共鸣模式的波谷的位置，优选为放置于波节的位置。在此，共鸣模式的低次数模式由于形状明确，因此在设计上能够决定波节的位置。具体来说，在壳体10是长方体形状、圆筒形形状或球形状的情况下，对称面、对称轴线或中心点成为声压的共鸣模式的波节。例如相对的一对面的中央是波节，通过将振动源20放置于此，来自振动源20的振动向检测部41传递的量减少，作为结果，能够提高设备1的检测精度。
[0151]
在此，共鸣模式的波峰到波峰的长度由壳体10的尺寸决定。将壳体10的体积设为v
hus
，将典型长度l
hus
设为体积v
hus
的立方根的长度或从壳体10的内壁面到波节的距离，在某方向的长度上，在距波节的位置l
hus
/10的位置放置检测部41即可。典型长度l
hus
根据壳体10的形状进行情况划分，可以在壳体10的边的长度在3个方向上相同的情况下使用立方根，在除此以外的形状中使用从内壁面到波节的距离。
[0152]
另外，壳体10的端的部分成为共鸣模式的波峰的位置。因此，通过除去壳体10的端的部分而配置振动源20，来自振动源20的振动向检测部41传递的量减少，因此作为结果，能够提高设备1的检测精度。例如将检测部41配置于比距离壳体10的端l
hus
/5的位置靠内部的位置即可。
[0153]
在此，有时壳体10形成为比长方体形状、圆筒形形状或球形状复杂的形状。不过，低次数的共鸣模式的动作定性地相同，因此利用长方体、圆筒形、球以体积误差最小的方式相对于壳体10进行近似，振动源20或检测部41配置于划定的情况下的波节的位置，而不配置于波峰的位置即可。例如振动源20或检测部41存在于相对于壳体10近似地划定的长方体的对称面(波节的位置)即可。或者，例如振动源20或检测部41存在于相对于壳体近似地划定的圆筒形的对称轴线(波节的位置)即可。另外，例如振动源20或检测部41存在于相对于壳体近似地划定的球的中心点(波节的位置)即可。
[0154]
《基板上的振动源和检测部的配置》
[0155]
在基板30的周边被固定的情况下，作为周围不振动的共鸣板而动作。当振动源20位于共鸣模式的波谷的位置时，对基板30的振动的共鸣模式振动有效地传递能量。此时，基板30的振动增加，经过基板30向检测部41施加振动。作为结果，振动作为电信号被检测部41检测，检测精度的劣化产生。另外，由于检测部41位于共鸣模式的波谷的位置，向检测部41施加大幅的振动。作为结果，振动作为电信号被检测部41检测，从而导致检测精度的劣化。
[0156]
此时，根据长方形板或圆板的共鸣模式分析，基板30的端部和对称轴线是波节。通过在波节位置配置振动源20或检测部41，振动源20发出的振动向检测部41传递的量减少。作为结果，能够提高设备1的检测精度。
[0157]
在此，共鸣模式的波峰到波峰的长度由基板30的尺寸决定。如果将基板30的面积设为s
sub
，将典型长度l
sub
设为面积s
sub
的平方根，则振动源20或检测部41只要配置于距波节位置l
sub
/10的位置即可。
[0158]
另外，基板30的中心部分称为共鸣模式的波峰的位置。因此，通过去除基板30的中心部分而配置振动源20，来自振动源20的振动向检测部41传递的量减少，因此作为结果，能够提高设备1的检测精度。振动源20或检测部41只要配置于比距基板30的中心部分的位置l
sub
/10的位置靠外侧的位置即可。
[0159]
在此，有时基板30形成为比长方形、圆板复杂的形状。不过，低次数的共鸣模式的动作定性地相同，因此，利用长方形、圆板以体积误差最小的方式相对于壳体10进行近似，振动源20或检测部41配置于划定的情况下的波节的位置，而不配置于波峰的位置即可。例如振动源20或检测部41存在于相对于基板30近似地划定的长方形的端即可。
[0160]
《壳体的尺寸》
[0161]
壳体10根据长方体的情况下的共鸣模式分析，具有由以下的式子(18)近似地表示的频率f
hus
的最低时数的共鸣模式。通过使频率f
hus
脱离噪音强度较高的频带或由空调的驱动引起的噪音强度较高的频带，能够抑制施加于检测部41的振动，能够提高设备1的被检测气体的检测精度。
[0162]
【数学式12】
[0163][0164]fhus
优选为500hz以上。f
hus
更优选为1.0khz以上。f
hus
进一步优选为2.0khz以上。另外，f
hus
优选为100hz以下。
[0165]
《基板的尺寸》
[0166]
基板30根据长方形板的情况下的共鸣模式分析，具有由以下的式子(19)近似地表示的频率f
sub
的最低次数的共鸣模式。通过使频率f
sub
脱离噪音强度较高的频带或由空调的驱动引起的噪音强度较高的频带，能够抑制施加于检测部41的振动，能够提高设备1对被检测气体的检测精度。
[0167]
【数学式13】
[0168][0169]
在此，e是纵向弹性系数。g以重力加速度为9.80665m/s2给出。σ是泊松比。h是基板30的板厚。γ是以3.65赋予的无量纲常数。f
sub
优选为500hz以上。f
sub
更优选为1.0khz以上。f
sub
进一步优选为2.0khz以上。另外，f
sub
优选为100hz以下。
[0170]
《防尘过滤器》
[0171]
有时孔43具备防尘过滤器45，但利用防尘过滤器45在气体检测空间42反射或衰减气体的振动(声音)，抑制施加于检测部41的振动。因此，能够提高设备1的检测精度。防尘过滤器45的音响特性阻抗越大，反射或衰减的性能越高。音响特性阻抗优选为相对于空气的阻抗足够大且约10倍以上即4000kg/m2s以上。音响特性阻抗更优选为40000kg/m2s以上。在此，音响特性阻抗由介质密度ρm[kg/m3]和介质内声速cm的乘积给出。
[0172]
像以上那样，本实施方式的带气体检测功能的设备根据上述的结构，通过抑制对气体测量部40产生影响的振动的产生，能够高精度地检测被检测气体。
[0173]
对于本公开的实施方式，基于各附图以及实施例进行了说明，但应注意的是，本领域技术人员容易基于本公开进行各种变形或修正。因此，应注意，这些变形或修正包括在本
公开的范围内。例如，各结构部等所包含的功能等能够以逻辑上不矛盾的方式进行再配置，能够将多个结构部等组合为一个，或进行分割。

技术特征：
1.一种带气体检测功能的设备，其中，该带气体检测功能的设备具备：壳体；振动源；以及气体测量部，其配置于所述壳体的内部，被分隔件隔开，所述振动源设于气体测量部的外部，所述气体测量部构成为包括设于基板之上的检测部和设有供气体通过的孔的气体检测空间，在将所述气体检测空间的体积设为v、将所述孔的截面面积设为s、将所述孔的有效长度设为l、将声速设为c的情况下，以下的式子(1)所示的频率f为500hz以上，2.根据权利要求1所述的带气体检测功能的设备，其中，所述孔具备通气管，在将所述孔和所述通气管的长度相加而成的长度设为l'、将所述孔的半径设为a的情况下，所述有效长度由以下的式子(2)给出，l＝l
′
+1.5a...式子(2)。3.根据权利要求1所述的带气体检测功能的设备，其中，所述孔具备通气管，所述孔和所述通气管的出口变得平坦，在将所述孔和所述通气管的长度相加而成的长度设为l'、将所述孔的半径设为a的情况下，所述有效长度由以下的式子(3)给出，l＝l
′
+1.7a...式子(3)。4.根据权利要求1所述的带气体检测功能的设备，其中，所述孔具备通气管，所述孔和所述通气管的截面形状是不定形状，在将所述孔和所述通气管的长度相加而成的长度设为l'、将所述孔和所述通气管的出口开口部的面积设为s
out
的情况下，所述有效长度由以下的式子(4)给出，5.根据权利要求1～4中任一项所述的带气体检测功能的设备，其中，所述频率f为1.0khz以上。6.根据权利要求1～4中任一项所述的带气体检测功能的设备，其中，所述频率f为2.0khz以上。7.一种带气体检测功能的设备，其中，该带气体检测功能的设备具备：壳体；振动源；以及气体测量部，其配置于所述壳体的内部，
所述气体测量部构成为包括设于基板之上的检测部和设有供气体通过的孔的气体检测空间，所述孔具备通气管，所述孔和所述通气管的截面形状是不定形状，在将所述孔和所述通气管的长度相加而成的长度设为l'、将所述孔和所述通气管的出口开口部的面积设为s
out
的情况下，所述孔的有效长度l由以下的式子(5)给出，在将所述气体检测空间的体积设为v、将所述孔的截面面积设为s、将声速设为c的情况下，以下的式子(6)所示的频率f为100hz以下，下，以下的式子(6)所示的频率f为100hz以下，8.根据权利要求1或7所述的带气体检测功能的设备，其中，所述振动源或所述检测部存在于相对于所述壳体近似地划定的长方体的对称面。9.根据权利要求1或7所述的带气体检测功能的设备，其中，所述振动源或所述检测部存在于相对于所述壳体近似地划定的圆筒形的对称轴线。10.根据权利要求1或7所述的带气体检测功能的设备，其中，所述振动源或所述检测部存在于相对于所述壳体近似地划定的球的中心点。11.根据权利要求1或7所述的带气体检测功能的设备，其中，所述振动源或所述检测部存在于相对于所述基板近似地划定的长方形的端。12.根据权利要求1或7所述的带气体检测功能的设备，其中，在将所述壳体的典型长度设为l
hus
的情况下，以下的式子(7)所示的频率f
hus
为500hz以上，13.根据权利要求12所述的带气体检测功能的设备，其中，所述频率f
hus
为1.0khz以上。14.根据权利要求12所述的带气体检测功能的设备，其中，所述频率f
hus
为2.0khz以上。15.根据权利要求1或7所述的带气体检测功能的设备，其中，在将所述基板的面积设为s
sub
、将所述基板的纵向弹性系数设为e、将所述基板的板厚设为h、将泊松比设为σ、将无量纲的常数γ设为3.65、将所述基板的面积的平方根设为典型长度l
sub
的情况下，以下的式子(8)所示的频率f
sub
为500hz以上，16.根据权利要求15所述的带气体检测功能的设备，其中，所述频率f
sub
为1.0khz以上。17.根据权利要求15所述的带气体检测功能的设备，其中，
所述频率f
sub
为2.0khz以上。18.根据权利要求1或7所述的带气体检测功能的设备，其中，所述孔具备防尘过滤器，所述防尘过滤器的音响特性阻抗为4000kg/m2s以上。19.根据权利要求1或7所述的带气体检测功能的设备，其中，所述检测部构成为包括悬浮在空中的微细构造体。20.根据权利要求1或7所述的带气体检测功能的设备，其中，所述振动源位于所述壳体的内部。

技术总结
本发明提供一种带气体检测功能的设备，其能够高精度地检测被检测气体。带气体检测功能的设备具备壳体(10)、振动源(20)以及配置于壳体的内部并且被分隔件隔开的气体测量部(40)，振动源设于气体测量部的外部，气体测量部构成为包括设于基板(30)之上的检测部(41)和设有供气体通过的孔(43)的气体检测空间(42)，在将气体检测空间的体积设为V、将孔的截面面积设为S、将孔的有效长度设为L、将声速设为c的情况下，以下的式子(1)所示的频率f为500Hz以上，【数学式1】【数学式1】【数学式1】【数学式1】


技术研发人员：古屋贵明 鹈篭直也
受保护的技术使用者：旭化成微电子株式会社
技术研发日：2023.02.01
技术公布日：2023/8/5