CN102706470B - 温度测量装置以及温度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供温度测量装置以及温度测量方法。温度测量装置包含温度测量部(43)、运算部(74)、和控制温度测量部以及运算部的动作的控制部(73),温度测量部(43)具有基材(40)、第1温度传感器(50)、第2温度传感器(52)和环境温度取得部(53),基材(40)具有作为与被测量体的接触面的第1面以及与第1面相对的、作为环境侧的面的第2面,第1温度传感器(50)和第2温度传感器(52)在第3温度不同的条件下,多次测量第1温度和第2温度,运算部(74)使用所测量的温度,根据深部温度的运算式,求出被测量体的深部的深部温度(Tc)。
Description
技术领域
本发明涉及温度测量装置以及温度测量方法等。
背景技术
例如,根据作为基本生命信息的体温,能够获得健康状态、基础代谢状态、精神状态等活体信息。在根据人体或动物的体温来估计人或动物的健康状态、基础代谢状态或者精神状态的情况下,不需要表层部的温度,而需要深部的温度(深部温度)的信息。
此外,例如在测量炉或管道等的内部温度的情况下,如果能够通过设置在炉或管道的外侧的温度计测装置测量内部温度(即深部温度),则不需要用于将温度测量装置设置于炉或管道等的内部的工程,并且也不会产生因内部物质使得温度测量装置受到腐蚀等问题。
例如在专利文献1中记载了测量深部温度的体温计。在专利文献1中,在人体上,隔开距离L并列配置了两个温度测量部(第1温度测量部和第2温度测量部)。在第1温度测量部的环境(大气)侧设置有第1绝热件,在第2温度测量部的环境(大气)侧设置有第2绝热件,通过使第2绝热件的材料成为与第1绝热件不同的材料,从而使两个温度测量部的热阻值不同,由此产生两个不同的热通量。第1温度测量部测量第1体表温度以及第1中间温度,第2温度测量部测量第2体表温度以及第2中间温度。并且,使用这四点的温度数据,基于预定的运算式测量深部温度。
即,关于第1热通量,关注流过第1温度测量部的热通量与从人体深部到达至体表的热通量相等这一点,由此得到将深部温度、与所测量的温度以及热阻关联起来的第一个式子。同样,关于第2热通量,也得到将深部温度、与所测量的温度以及热阻关联起来的第二个式子。通过对联立方程式进行求解,从而即使不清楚人体的热阻值,也能够高精度地求出深部温度。
【专利文献1】日本特开2006-308538号公报
在专利文献1所记载的技术中,关于深部温度的计算,没有考虑温度测量部与其周围环境(大气)之间的热平衡。即,在专利文献1所记载的技术中,前提是能够形成不产生热平衡的理想系统。
但是,在进一步促进温度测量部的小型化的情况下,例如在温度测量部的侧面与环境(大气)之间的热平衡十分显著,从而不能再忽略与热平衡的差对应的测量误差。在这方面,不可否认有微小的测量误差。
发明内容
根据本发明的至少一个方式,能够进行更高精度的深部温度测量。
(1)本发明的温度测量装置的一个方式包含:温度测量部、环境温度取得部、运算部、和控制所述温度测量部以及所述运算部的动作的控制部,所述温度测量部具有:作为热介质的基材,其具有作为与被测量体接触的接触面的第1面;第1温度传感器,其测量所述基材的第1测量点处的温度作为第1温度;以及第2温度传感器,其测量所述基材的与所述第1测量点不同的第2测量点处的温度作为第2温度,所述环境温度取得部取得所述基材的周围的环境温度作为第3温度,所述第1测量点和所述第2测量点位于所述基材的外表面上、或者所述基材的内部,所述第1温度传感器和所述第2温度传感器在所述第3温度不同的条件下,多次测量所述第1温度和所述第2温度,所述运算部根据通过所述多次测量得到的所述第1温度、所述第2温度以及与所述多次测量对应的不同的值的所述第3温度,基于深部温度的运算式求出与所述第1面相离的、所述被测量体的深部处的深部温度。
在现有例中,在环境温度恒定的条件下,使两个温度测量部的绝热件的种类不同,生成了两种不同的热通量,而在本方式中,在环境温度不同的至少两个系统中生成热通量。另外,在以下说明中使用了环境这一用语,而环境例如是大气等热介质,可改称作周围介质或者环境介质。
在现有例的热流模型中,两个温度测量系统中的环境温度Tout为相同的值(即恒定)。因此,在各系统中的深部温度Tc与环境温度Tout之间产生的热流恒定,现有例正是以此为前提条件。从被测量体朝向环境的、例如铅直方向的热流恒定是以不产生热平衡为前提而成立,所述热平衡例如是指该铅直方向的热流的一部分经由例如基材的侧面而释放到环境中。
但是,当促进温度测量装置的小型化,从而基材的尺寸变小时,被测量体与环境之间的热平衡(例如从基材侧面释放的热等)十分显著。此时,不再满足在深部温度Tc与环境温度Tout之间产生的热流恒定这一前提。
与此相对,在本方式中,在多个热流系统中,各热流的一端是允许温度变动的环境,例如在第1系统中,环境温度为Tout1(任意温度),在第2系统中,环境温度为Tout2(与Tout1不同的任意温度)。因此,不会产生现有例这样的制约,即:在多个热流系统之间,在环境温度(Tout)与深部温度(Tc)之间产生的热流必须恒定。即,在各系统的热通量中,原本就包含热平衡引起的热移动,只是在环境温度Tout(任意温度)与被测量体的深部温度Tc之间,产生了还包含该热平衡的成分的热流。
并且,在这种热流系统的模型中,基材中的任意两点(第1测量点和第2测量点)的温度可通过包含环境温度(Tout)作为变量(参数)的式子来表示。
此外,当深部温度Tc与环境温度Tout相等时,热平衡成为零。因此,例如在进行深部温度Tc的运算时,通过赋予深部温度Tc与环境温度Tout相等这一条件,能够使热平衡引起的测量误差成为零。
此外,在使用了求取根据系统不同的两个热通量测量的温度信息之差(之比)的形式的运算式作为运算深部温度的运算式时,从各系统得到的温度信息所包含的与热平衡对应的成分相互抵消从而消失。即,在基材与环境之间产生热平衡、或者在被测量体与环境之间产生热平衡不会引起任何问题。
利用这种测量原理,能够以更高的精度测量被测量体的深部温度。一般而言,越使温度测量装置小型化,热平衡给测量带来的影响越显著,但在本方式中,能够抑制热平衡引起的误差,因此,能够同时实现温度测量装置的小型化和极高精度的测量。
此外,在本方式的温度测量装置中,能够在不同的环境温度下执行多次温度测量(温度信息的取得),并使用所得到的多个温度数据执行运算,由此求出深部温度。因此,基本上设置一个基材即可,不需要像专利文献1记载的现有例那样设置两个基材(两个温度测量部)。因此,在这方面也能够实现温度测量装置的小型化。此外,在专利文献1的体温计中,为了使各温度测量部的热阻值不同,需要在温度测量部的表层部上设置材料不同的绝热件,但在本方式中,基本上具有一个作为传递热的热介质的基材即可,在这方面也能够简化温度测量装置的结构。作为基材,例如可使用具有预定的导热率(或者热阻)的材料(例如硅橡胶)。
(2)在本发明的温度测量装置的其他方式中,所述控制部将用于所述第1温度和所述第2温度的测量的时间段分割为多个时间段,使所述第1温度传感器和所述第2温度传感器按每一个时间段以预定间隔执行多次温度测量,并且,所述运算部通过使用了所述多次测量得到的多个温度测量数据的平均运算,按每一个时间段决定所述第1温度和所述第2温度,且使用按所述每一个时间段决定的所述第1温度和所述第2温度,执行所述深部温度的计算式的运算,求出所述被测量体的深部处的深部温度。
在本方式中,明确了用于确保“在第3温度(环境温度Tout)的值不同的条件下多次测量第1温度Tb和第2温度Tp”的测量方法的例子。
作为用于“使第3温度(环境温度Tout)的值不同”的方法,存在利用空调器等的积极方法和着眼于时间轴上的环境温度波动(微小变动)来调整测量定时的消极方法。本方式与后者的消极方法相关。
例如,在“测量三次基材的第1测量点处的第1温度Tb和基材的第2测量点处的第2温度Tp”时,如果3次测量之间的时间间隔过短,则有时不能满足“在不同的环境温度(第3温度)下进行三次测量”这一条件。因此,在本方式中,在这种情况下,设置第1次测量用的第1时间段、第2次测量用的第2时间段和第3次测量用的第3时间段。并且,在第1时间段中,执行多次温度测量,并通过各测量结果的平均运算(可以是单纯的相加运算、也可以是加权平均),决定第1次的温度测量值(Tb1、Tp1)。另外,“平均运算”这一用语应以最广义的的方式来解释,还包含例如利用了复杂运算式的情况。
例如,在第1时间段中,以预定间隔进行三次第1温度测量,在关于第1温度Tb得到三个温度数据的情况下,通过基于该三个温度数据的平均运算,决定第1次测量中的第1温度Tb1。关于第2温度Tp1也同样如此。另外,关于第3温度(环境温度),也是在第1时间段中执行三次测量,通过基于各测量得到的温度数据的平均运算,能够得到与第1次测量相关的环境温度(第3温度)Tout1。
并且,在第2时间段中,也是执行多次温度测量,并通过各测量结果的平均运算(可以是单纯的相加运算、也可以是加权平均),决定第2次的温度测量值(Tb2、Tp2)。关于环境温度(第3温度)Tout2也同样如此。并且,在第3时间段中,也是执行多次温度测量,并通过各测量结果的平均运算(可以是单纯的相加运算、也可以是加权平均),决定第3次的温度测量值(Tb3、Tp3)。关于环境温度(第3温度)Tout3也同样如此。以上例子只是一例,不限于该例。
根据本方式的方法,能够在不使用空调器等积极改变环境温度的情况下,关于第1温度和第2温度,得到在不同的环境温度下测量的多个温度数据。
(3)在本发明的温度测量装置的其他方式中,该温度测量装置还具有能够改变所述环境温度的环境温度调整部,所述控制部在使所述第1温度传感器和所述第2温度传感器执行所述多次测量时,每当一次测量结束时,通过所述环境温度调整部改变所述环境温度。
在本方式中,明确了用于确保“在第3温度(环境温度Tout)的值不同的条件下多次测量第1温度Tb和第2温度Tp”的测量方法的其他例子。
在本方式中,温度测量部还具有环境温度调整部。环境温度调整部具有改变环境温度(第3温度)的功能。作为环境温度调整部,例如可使用设置在温度测量装置外部的外部空调器的设定温度的调整器。此外,作为环境温度调整部,例如可使用设置在温度测量装置内部的风扇(电扇)、产生气流的气流生成部等。通过利用环境温度调整部,能够针对每次测量,可靠地使环境温度不同。并且,能够将环境温度设定为正确的温度。此外,例如能够将第1测量时的环境温度Tout1与第2测量时的环境温度Tout2之差设定得较大。
(4)在本发明的温度测量装置的其他方式中,该温度测量装置还具有输入定时控制信息的定时控制信息输入部,所述定时控制信息决定所述第1温度传感器和所述第2温度传感器执行所述多次测量的定时,每当从定时控制信息输入部输入所述定时控制信息时,所述控制部使所述第1温度传感器和所述第2温度传感器执行温度测量。
在本方式中,在温度测量部中,设置了输入定时控制信息的定时控制信息输入部,定时控制信息决定执行多次温度测量的定时。在本方式中,前提是:通过用户自身的行为来确保“在第3温度(环境温度Tout)的值不同的条件下,多次测量第1温度Tb和第2温度Tp”。
例如,用户在进行第1次测量时,将设置在温度测量装置外部的外部空调器的温度设定为第1温度,在从设定起经过了预定时间时,经由定时控制信息输入部输入定时控制信息。每当从定时控制信息输入部输入定时控制信息时,控制部使第1温度传感器和第2温度传感器执行一次温度测量。以后,用户在将空调器的温度设定为第2温度后,只要反复进行输入定时控制信息这样的动作即可。
在本方式中,由用户自己使每次测量的环境温度不同,因此,温度测量装置自身不会产生管理环境温度的负担。另外,以上例子只是一例。
(5)在本发明的温度测量装置的其他方式中,在利用以所述第2温度及所述第3温度为变量、并且包含多个常数的函数来表示所述第1温度时,所述运算部根据所测量的所述第1温度、所述第2温度和所述第3温度计算所述多个常数,并通过使用了计算出的所述多个常数的、所述深部温度的计算式的运算,计算所述被测量体的深部温度。
在被测量体的温度变化时,基材的被测量体侧的第1温度变化,基材的环境侧的第2温度也变化。以往仅着眼于这种以被测量体为起点的、基材中的两点的温度变化。在本方式中,反之,还着眼于以环境为起点的基材中的温度变化。
即,如果环境(大气等)的温度变化,则基材的环境侧的第2温度变化,并且,基材的被测量体侧的第1温度也变化。通过计算机仿真可知,在该以环境为起点的、基材的两点的温度变化中存在预定的规律性。
即,可利用以第2温度及第3温度为变量、并且包含多个常数的函数来表示第1温度。此外,当深部温度(Tc)与环境温度(Tout)相等时,着眼于使热平衡成为零的方面,对上述函数进行变形,由此得到深部温度的计算式。
其中,为了根据计算式计算深部温度,需要决定上述函数所包含的多个常数的值。因此,首先,运算部例如根据作为多次测量的结果得到的各温度数据,计算上述多个常数的值。接着,运算部使用各常数的值,执行计算式的运算,从而计算深部温度。由此,能够求出去除了热平衡的影响的、接近理想的深部温度。
(6)在本发明的温度测量装置的其他方式中,利用以所述第2温度为变量、并具有第1斜率和第1截距的第1一次函数来表示所述第1温度,利用以所述第3温度为变量、并具有第2斜率和第2截距的第2一次函数来表示所述第1一次函数的所述第1截距,所述多个常数相当于所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距,当设通过第1测量得到的所述第1温度为Tb1、所述第2温度为Tp1、所述第3温度为Tout1、通过第2测量得到的所述第1温度为Tb2、所述第2温度为Tp2、所述第3温度为Tout2、通过第3测量得到的所述第1温度为Tb3、所述第2温度为Tp3、所述第3温度为Tout3时,所述运算部根据通过所述第1测量得到的所述第1温度Tb1、所述第2温度Tp1和所述第3温度Tout1、通过所述第2测量得到的所述第1温度Tb2、所述第2温度Tp2和所述第3温度Tout2、以及通过所述第3测量得到的所述第1温度Tb3、所述第2温度Tp3和所述第3温度Tout3,计算所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距的值,并通过使用了计算出的所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距的值的所述深部温度的运算式的运算,计算所述被测量体的深部温度。
通过计算机仿真可知,第1温度(基材的被测量体侧的温度)相对于第2温度(基材的环境侧的温度)呈线性,因此,第1温度可利用以第2温度为变量、并具有第1斜率和第1截距的第1一次函数来表示。即,可表示为(第1温度)=(第1斜率)·(第2温度)+(第1截距)。
并且,通过计算机仿真可知,第1一次函数的第1截距相对于第3温度(环境温度)呈线性,因此,第1一次函数的第1截距可利用以第3温度为变量、并具有第2斜率和第2截距的第2一次函数来表示。即,可表示为(第1截距)=(第2斜率)·(第3温度)+(第2截距)。
其结果,可表示为(第1温度)=(第1斜率)·(第2温度)+(第2斜率)·(第3温度)+(第2截距)。该关系式相当于上述(5)的方式中记载的“以第2温度及第3温度为变量、并且包含多个常数的函数”。因此,“多个常数”相当于上式中的“第1斜率”、“第2斜率”及“第2截距”。即,需要求出三个常数的值。
因此,例如至少执行三次温度测量(温度信息的取得),在每次温度测量(温度信息的取得)时,得到一组第1温度、第2温度和第3温度。如果将所得到的温度值代入上述函数,即(第1温度)=(第1斜率)·(第2温度)+(第2斜率)·(第3温度)+(第2截距)这一关系式,则得到三个方程式,即包含(第1斜率)、(第2斜率)和(第2截距)这三个变量的三元联立方程式。通过求解该三元联立方程式,能够决定“多个常数”,即“第1斜率”、“第2斜率”和“第2截距”的值(但是,不限于该方法)。
(7)在本发明的温度测量装置的其他方式中,在设所述第1斜率为a、所述第2斜率为c、所述第2截距为d时,所述运算部通过下式计算所述a、c、d的值:
所述运算部通过作为所述深部温度的运算式的第1计算式来计算所述深部温度Tc,所述第1计算式由下式表示:
在本方式中,设上述(5)的方式中说明的作为多个常数的第1斜率为a、第2斜率为c、第2截距为d。
具体而言,上述的(第1温度)=(第1斜率)·(第2温度)+(第2斜率)·(第3温度)+(第2截距)这一函数可表示为“Tb=a·Tp+c·Tout+d”。Tb为第1温度,Tp为第2温度,Tout为环境温度(第3温度),a、c、d为常数。因此,上述三元联立方程式可通过下式表示:
因此,多个常数(a、c、d)可通过包含上述逆矩阵的式子求出。
并且,通过将所求出的a、c、d的各值代入第1计算式而执行运算,得到不受热平衡影响的、大致理想地进行了校正的深部温度Tc。
(8)在本发明的温度测量装置的其他方式中,当设通过第1测量得到的所述第1温度为Tb1、所述第2温度为Tp1、所述第3温度为Tout1、通过第2测量得到的所述第1温度为Tb2、所述第2温度为Tp2、所述第3温度为Tout2、且所述Tout2的值是与所述Tout1不同的值时,所述运算部使用通过所述第1测量得到的所述第1温度Tb1和所述第2温度Tp1、以及通过所述第2测量得到的所述第1温度Tb2和所述第2温度Tp2,执行作为所述深部温度的运算式的第2计算式的运算,计算所述深部温度Tc,所述第2计算式由下式表示。
在本方式中,至少执行两次温度测量(温度信息的取得),在各温度测量中,使第3温度(环境温度)Tout的值不同。在使环境温度(第3温度)不同而执行了2次温度测量时,在第1测量中,构成了设始端为被测量体的深部、终端为环境(大气等)的第1热通量的系统。此外,在第2测量中,构成了设始端为被测量体的深部、终端为环境(大气等)的第2热通量的系统。在各系统中第3温度(环境温度)Tout不同,因此各系统的热通量是相互不同的热通量。
在这些热通量的系统中,终端是环境,因此不会产生现有例中成为问题的热平衡的差这一概念。即,只是还包含该热平衡在内,唯一地确定环境温度Tout(Tout1、Tout2)。
此外,所使用的基材的热特性(例如导热率)在第1热通量的系统、第2热通量的系统中是相同的(这是因为使用了共同的基材,因此当然相同)。即,热阻的分布在第1系统与第2系统之间没有任何变化。因此,在基材上设定了第1测量点和第2测量点时,在第1热通量的系统、第2热通量的系统中,(第1测量点与第2测量点的温度差)/(被测量体的深部温度Tc与第1测量点的温度差)均相同。因此,下式成立。
在关于Tc求解该式时,得到上述第2计算式。由于不会产生现有例中的ΔTc这一误差成分的概念自身,因此根据第2计算式,得到大致理想的深部温度Tc。
即,第2计算式是求取根据系统不同的两个热通量测量的温度信息之差(之比)的形式的运算式,因此,各温度信息所包含的与热平衡对应的成分相互抵消从而消失。即,在基材与环境之间产生热平衡、或者在被测量体与环境之间产生热平衡不会引起任何问题。
第2计算式看上去在形式上与现有例中的计算式相同,但是第2计算式是与现有例的计算式根本不同的计算式。即,第2计算式是根据从设环境为终端的两个热通量的系统得到的数据,从基材中的热阻之比相同这一观点出发导出的计算式,是根本不同的计算式。
另外,在本方式中,第3温度(环境温度)Tout与深部温度Tc的计算自身没有直接关系。但如上所述,需要使第1测量中的Tout1与第2测量中的Tout2不同,当Tout1=Tout2时,不能进行准确的深部温度的计算。因此,由第3温度传感器测量的第3温度Tout能够用于确认是否满足可计算条件(第1测量与第2测量中的第3温度不同这一条件),即能够用于判断可否进行运算。
(9)在本发明的温度测量装置的其他方式中,该温度测量装置具有第1单元和与所述第1单元分体的第2单元,所述第1单元包含所述温度测量部和所述环境温度取得部,所述第2单元包含所述运算部和所述控制部。
在本方式中,采用了第1单元与第2单元分离的分体结构。因此,例如能够将第1单元(例如温度测量装置的主体)的结构部件的数量抑制为最小限度,能够实现第1单元的轻量化。因此,例如,即使第1单元长时间接触作为被测量体6的被检者的体表,也不会给被检者带来大的负担。因此,例如能够长时间连续地监测温度。
(10)在本发明的温度测量装置的其他方式中,所述第1单元包含第1无线通信部,所述第2单元包含第2无线通信部,从所述第1无线通信部向所述第2无线通信部发送所述第1温度的信息和所述第2温度的信息、或者所述第1温度的信息、所述第2温度的信息和所述第3温度的信息,所述运算部根据由所述第2无线通信部接收到的所述第1温度的信息和所述第2温度的信息、或者所述第1温度的信息、所述第2温度的信息和所述第3温度的信息来执行运算,求出所述被测量体的深部温度。
在本方式中,在第1单元与第2单元之间,能够进行基于无线通信的温度数据收发。因此,能够与第1单元相距一定距离而设置第2单元。此外,由于利用了无线通信,因此不需要通信用的布线。因此,第1单元的操作性提高。此外,能够使第1单元完全与第2单元分离,因此能够进一步促进第1单元的轻量化。
(11)在本发明的温度测量装置的其他方式中,该温度测量装置还具有粘贴结构,该粘贴结构将所述基材的所述第1面粘贴到所述被测量体的表面上。
在本方式中,能够将温度测量装置粘贴到被测量体的表面上。因此,温度测量装置的操作性和便携性提高。此外,例如在将温度测量装置用于幼儿或婴儿等的体温计测的情况下,幼儿等会频繁地移动身体,因此难以持续预定时间良好地保持温度测量装置与体表的接触。但是,即使在这种情况下,由于本方式的温度测量装置能够粘贴到被测量体的表面,因此即使幼儿或婴儿移动了身体,也能够良好地维持体表与温度测量装置的接触状况。因此,能够进行准确且稳定的温度测量。
(12)本发明的温度测量方法的一个方式包含以下步骤:温度信息取得步骤,在环境温度不同的条件下,多次测量基材的外表面上或者所述基材的内部的、不同位置的第1测量点和第2测量点处的温度;以及运算步骤,根据通过所述多次测量得到的所述第1测量点的温度和所述第2测量点的温度,或者根据通过所述多次测量得到的所述第1测量点的温度和所述第2测量点的温度、以及与所述多次测量对应的不同的值的所述环境温度,基于深部温度的运算式求出与所述第1面相离的、所述被测量体的深部处的深部温度。
在本方式的温度测量方法中,例如在环境温度(第3温度)不同的条件下改变时间而执行多次温度测量(温度信息的取得),并使用所得到的多个温度数据执行运算,由此能够求出深部温度。
在现有例中,在环境温度恒定的条件下,使两个温度测量部中的绝热件的种类不同,生成了两种不同的热通量,而在本方式中,在环境温度不同的多个系统中生成热通量。
在基材与环境(例如是大气等热介质,可改称作周围介质或者环境介质)之间产生热平衡。在现有例中,两个温度测量部同时执行温度测量,因此两个温度测量系统中的环境温度Tout为相同的值(即恒定)。因此,在各系统中的深部温度Tc与环境温度Tout之间产生的热流恒定,现有例正是以此为前提条件。从被测量体朝向环境的、例如铅直方向的热流恒定是以不产生热平衡为前提而成立,所述热平衡例如是指该铅直方向的热流的一部分经由例如基材的侧面而释放到环境中。
但是,当促进温度测量装置的小型化,从而基材的尺寸变小时,被测量体与环境之间的热平衡十分显著。此时,不再满足在深部温度Tc与环境温度Tout之间产生的热流恒定这一前提。
与此相对,在本方式中,在多个热流系统中,各热流的一端是允许温度变动的环境,例如在第1系统中,环境温度为Tout1(任意温度),在第2系统中,环境温度为Tout2(与Tout1不同的任意温度)。因此,不会产生现有例这样的制约,即:在多个热流系统之间,在环境温度(Tout)与深部温度(Tc)之间产生的热流必须恒定。即,在各系统的热通量中,原本就包含热平衡引起的热移动,只是在环境温度Tout(任意温度)与被测量体的深部温度Tc之间,产生了还包含该热平衡的成分的热流。
并且,在这种热流系统中,基材中的任意两点(第1测量点和第2测量点)的温度可通过包含环境温度(Tout)作为变量(参数)的式子来表示。
此外,当深部温度与环境温度相等时,热平衡成为零。因此,例如在进行深部温度的运算时,通过赋予深部温度与环境温度相等这一条件,能够使热平衡引起的测量误差成为零。
此外,在使用了求取根据系统不同的两个热通量测量的温度信息之差(之比)的形式的运算式作为运算深部温度的运算式时,各温度信息所包含的与热平衡对应的成分相互抵消从而消失。即,在基材与环境之间产生热平衡、或者在被测量体与环境之间产生热平衡不会引起任何问题。
利用这种测量原理,能够以更高的精度测量被测量体的深部温度。一般而言,越使温度测量装置小型化,热平衡给测量带来的影响越显著,但在本方式中,能够抑制热平衡引起的误差,因此,能够同时实现温度测量装置的小型化和极高精度的测量。
此外,在本方式的温度测量装置中,能够在不同的环境温度下执行多次温度测量(温度信息的取得),并使用所得到的多个温度数据执行运算,由此求出深部温度。因此,基本上设置一个基材即可,不需要像专利文献1记载的现有例那样设置两个基材(两个温度测量部)。因此,在这方面也能够实现温度测量装置的小型化。此外,在专利文献1的体温计中,为了使各温度测量部的热阻值不同,需要在温度测量部的表层部上设置材料不同的绝热件,但在本方式中,基本上具有一个作为传递热的热介质的基材即可,在这方面也能够简化温度测量装置的结构。作为基材,例如可使用具有预定的导热率(或者热阻)的材料(例如硅橡胶)。
(13)在本发明的温度测量方法的其他方式中,在设所述第1测量点的温度为第1温度、所述第2测量点的温度为第2温度、所述环境温度为第3温度时,利用以所述第2温度及所述第3温度为变量、并且包含多个常数的函数来表示所述第1温度,利用以所述第2温度为变量、并具有第1斜率和第1截距的第1一次函数来表示所述第1温度,利用以所述第3温度为变量、并具有第2斜率和第2截距的第2一次函数来表示所述第1一次函数的所述第1截距,所述多个常数相当于所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距,通过所述温度信息取得步骤中的第1测量,取得作为所述第1温度的Tb1、作为所述第2温度的Tp1和作为所述第3温度的Tout1,通过第2测量,取得作为所述第1温度的Tb2、作为所述第2温度的Tp2和作为所述第3温度的Tout2,通过第3测量,取得作为所述第1温度的Tb3、作为所述第2温度的Tp3和作为所述第3温度的Tout3,在所述运算步骤中,根据通过所述第1测量得到的所述第1温度Tb1、所述第2温度Tp1和所述第3温度Tout1、通过所述第2测量得到的所述第1温度Tb2、所述第2温度Tp2和所述第3温度Tout2、以及通过所述第3测量得到的所述第1温度Tb3、所述第2温度Tp3和所述第3温度Tout3,计算所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距的值,并通过使用了计算出的所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距的值的所述深部温度的运算式的运算,计算所述被测量体的深部温度。
在本方式的温度测量方法中,例如至少执行三次温度测量(温度信息的取得),在1次温度测量(温度信息的取得)中,得到一组第1温度、第2温度和第3温度。此外,第1温度可通过包含第2温度及第3温度作为变量、并且包含多个常数的函数来表示。如果将三次温度测量得到的各温度值代入上述函数,则得到包含三个变量的三元联立方程式。通过求解该三元联立方程式,能得到多个常数(不限于该方法)。接着,使用所求出的各常数的值,执行第1计算式的运算,计算深部温度。由此,能够求出去除了热平衡的影响的、接近理想的深部温度。
(14)在本发明的温度测量方法的其他方式中,在所述运算步骤中,
在设所述第1斜率为a、所述第2斜率为c、所述第2截距为d时,通过下式来计算所述a、c、d:
并且,通过由下式表示的所述第1计算式来计算所述深部温度Tc:
在本方式中,多个常数a、c、d(a为第1斜率、c为第2斜率、d为第2截距)可通过包含上述逆矩阵的式子来求出。
此外,在深部温度Tc与环境温度(第3温度)Tout相等的条件下求解上述运算式(包含环境温度作为变量)时,得到第1计算式。因此,通过将所求出的a、c、d的各值代入第1计算式而执行运算,能够得到不受热平衡影响的、大致理想地进行了校正的深部温度Tc。
(15)在本发明的温度测量方法的其他方式中,在所述温度信息取得步骤中的第1测量中,在第3温度Tout1下,取得作为所述第1温度的Tb1和作为所述第2温度的Tp1,并且在第2测量中,在与对应于所述第1测量的第3温度Tout1不同的值的第3温度Tout2下,取得作为所述第1温度的Tb2和作为所述第2温度的Tp2,并且,在所述运算步骤中,使用通过所述第1测量得到的所述第1温度Tb1和所述第2温度Tp1、以及通过所述第2测量得到的所述第1温度Tb2和所述第2温度Tp2,执行作为所述深部温度的运算式的第2计算式的运算,计算所述深部温度Tc,所述第2计算式由下式表示:
在本方式的温度测量方法中,使第3温度(环境温度)Tout的值不同。在使环境温度(第3温度)不同而执行了2次温度测量时,在第1测量中,例如构成了设始端为被测量体的深部、终端为环境(大气等)的第1热通量的系统。此外,在第2测量中,构成了例如设始端为被测量体的深部、终端为环境(大气等)的第2热通量的系统。在各系统中第3温度(环境温度)Tout不同,因此各系统的热通量是相互不同的热通量。
在这些热通量的系统中,终端是允许温度变动的环境,因此,不会产生现有例中成为问题的热平衡的差这一概念。即,只是还包含该热平衡在内,唯一地确定环境温度Tout(Tout1、Tout2)。
此外,所使用的基材的导热率在第1热通量的系统、第2热通量的系统中是相同的(这是因为使用了共同的基材,因此当然相同)。即,热阻的分布在第1系统与第2系统之间没有任何变化。因此,在基材上设定了第1测量点和第2测量点时,在第1热通量的系统、第2热通量的系统中,(第1测量点与第2测量点的温度差)/(被测量体的深部温度Tc与第1测量点的温度差)均相同。因此,下式成立。
在关于Tc求解该式时,得到上述第2计算式。由于不会产生现有例中的ΔTc这一误差成分的概念自身,因此根据第2计算式,得到大致理想的深部温度Tc。
即,第2计算式是求取根据系统不同的两个热通量测量的温度信息之差(之比)的形式的运算式,因此,各温度信息所包含的与热平衡对应的成分相互抵消从而消失。即,在基材与环境之间产生热平衡、或者在被测量体与环境之间产生热平衡不会引起任何问题。
第2计算式看上去在形式上与现有例中的计算式相同,但第2计算式是与现有例的计算式根本不同的计算式。即,第2计算式是根据从设环境为终端的两个热通量的系统得到的数据,从基材中的热阻相同这一观点出发导出的计算式,是根本不同的计算式。
另外,在本方式中,第3温度(环境温度)Tout与深部温度Tc的计算自身没有直接关系。但如上所述,需要使第1测量中的Tout1与第2测量中的Tout2不同,当Tout1=Tout2时,不能进行准确的深部温度的计算。因此,第3温度Tout能够用于确认是否满足可计算条件(第1测量与第2测量中的第3温度不同这一条件),即能够用于判断可否进行运算。
附图说明
图1(A)~图1(C)是用于说明第1实施方式中的深部温度的测量方法的图。
图2(A)和图2(B)是示出温度测量方法的一例、以及用于实施该温度测量方法的温度测量装置的结构的一例的图。
图3(A)和图3(B)是示出温度测量方法的其他例子、以及用于实施该温度测量方法的温度测量装置的结构的其他例子的图。
图4(A)和图4(B)是示出温度测量方法的其他例子、以及用于实施该温度测量方法的温度测量装置的结构的其他例子的图。
图5(A)~图5(C)是示出环境温度恒定的条件下的、第1温度与第2温度之间的关系、以及将该关系应用于深部温度的计算式时的结果的图。
图6(A)~图6(D)是示出改变了环境温度时的、第1温度与第2温度之间的关系的图。
图7(A)~图7(D)是示出第1实施方式中的深部温度的测量方法的图。
图8(A)~图8(C)是示出温度测量装置的整体结构例的图。
图9(A)和图9(B)是用于说明利用了无线通信的温度测量装置的使用例的图。
图10是示出第1实施方式中的深部温度的测量步骤的图。
图11是示出深部温度的计算结果的一例的图。
图12是示出深部温度的计算结果的其他例子的图。
图13是示出深部温度的计算结果的其他例子的图。
图14是示出深部温度的计算结果的其他例子的图。
图15(A)和图15(B)是示出基材内部的温度分布与测量结果之间的关系的一例的图。
图16(A)和图16(B)是示出基材内部的温度分布与测量结果之间的关系的其他例子的图。
图17是用于说明第2实施方式中的深部温度的测量方法的图。
图18(A)和图18(B)是用于说明在专利文献1所示的现有例中,产生因热平衡引起的误差成分的原因的图。
图19(A)和图19(B)是用于说明在本发明的第2实施方式中,不会产生因热平衡引起的误差成分的原因的图。
图20(A)和图20(B)是示出第2实施方式中的深部温度的测量步骤、和第2实施方式中的深部温度的计算结果例的图。
图21(A)~图21(E)是用于说明将温度传感器设置在基材上的方法的一例的图。
图22(A)~图22(C)是用于说明在专利文献1(日本特开2006-308538号公报)的图5中记载的体温计的例子的图。
图23是示出热通量为稳定状态时的体温计的接触部模型、和深部温度的计算式的图。
图24是用于说明现有例中因热平衡引起的测量误差的图。
标号说明
4:深部;5:表层部;6:被测量体(人体等);7:环境(周围介质、环境介质);8:剥离带;9:粘接层;10:粘贴结构(粘接带);20a、20b:绝热件;40:基材;43:温度测量部;50:第1温度传感器;52:第2温度传感器;53:环境温度取得部;54:作为环境温度取得部的结构要素的第3温度传感器;55:大气温度传感器;100:第1单元;200:第2单元。
具体实施方式
在说明本发明的实施方式以前,对专利文献1所记载的用于求出深部温度的运算式进行简单说明。
图22(A)~图22(C)是用于说明在专利文献1(日本特开2006-308538号公报)的图5中记载的体温计的例子的图。在图22(A)中,原样地记载了专利文献1的图7的内容。图22(B)和图22(C)是为了说明专利文献1的图7中记载的例子的动作,而在此次新追加的辅助图。
如图22(A)所示,体温计主体3设置在人体2上。体温计主体3具有第1温度测量部3A和第2温度测量部3B。第1温度测量部3A具有:绝热件37,其具有与人体2的体表2A接触的接触面300A;以及作为第1绝热件的绝热件38A,其作为热通量调整单元而设置在绝热件37与外气之间。此外,温度测量部3B具有:绝热件37,其具有与温度测量部3A的接触位置相隔距离L的位置处的与体表2A接触的接触面300B;以及作为第2绝热件的绝热件38B,其设置在绝热件37与外气之间,作为热通量调整单元。即,绝热件37由第1温度测量部3A和第2温度测量部3B共用,具有相同的热阻值。
第1温度测量部3A具有:作为第1基准温度测量部的体表传感器31A,其测量体表2A的温度作为第1基准温度;以及作为第1参考温度测量部的中间传感器32A,其测量绝热件37与绝热件38A的界面301A的温度作为第1参考温度。
此外,温度测量部3B具有:作为第2基准温度测量部的体表传感器31B,其测量体表2A的温度作为第2基准温度;以及作为第2参考温度测量部的中间传感器32B,其测量绝热件37与绝热件38B的界面301B的温度作为第2参考温度。绝热件38的材料与绝热件37的材料不同。因此,使第1温度测量部3A与第2温度测量部3B之间的热阻值不同,在各温度测量部中产生不同的热通量。
在图22(B)中,简略示出了图22(A)所示的体温计主体的结构。在图22(C)中,记载了图22(B)所示的第1温度测量部3A和第2温度测量部3B中的热阻和热通量。
如图22(C)所示,人体2的表层部的热阻为Rs,并且在各温度测量部3A、3B与人体2的接触部位处存在接触电阻Rt。(Rs+Rt)的值是未知的。此外,共用的绝热件37的热阻为Ru0(已知)。此外,设置在第1温度测量部3A的大气侧的绝热件38A的热阻为(Ru1+RV)。另外,RV为接近大气的表层部的热阻。此外,设置在第2温度测量部3B的大气侧的绝热件38B的热阻为(Ru2+RV)。
此外,在图22(C)中,将由体表传感器31A、31B测量的温度设为Tb1、Tb3,将由中间传感器32A、32B测量的温度设为Tb2、Tb4。
在图22(C)的左侧如粗线箭头所示,在第1温度测量部3A中,产生从人体2的深部朝向绝热件37与绝热件38A相接触的界面301A的热通量。该热通量可分为从人体2的深部(温度Tcore)朝向体表2A的热通量Q(s+t)、和从体表2A朝向界面301A的热通量Qu1。此外,在第2温度测量部3B中,也产生从人体2的深部朝向绝热件37与绝热件38A相接触的界面301A的热通量,该热通量可分为从人体2的深部(温度Tcore)朝向体表2A的热通量Q(s+t)、和从体表2A朝向界面301A的热通量Qu2。
热通量可通过用两点的温度差除以两点间的热阻值来求出。因此,热通量Q(s+t)用下式(A)表示,热通量Qu1用下式(B)表示,热通量Qu2用下式(C)示出。
Q(s+t)=(Tcore-Tb1)/(Rs+Rt)…(A)
Qu1=(Tb1-Tb2)/Ru0…(B)
Qu2=(Tb3-Tb4)/Ru0…(C)
此处,人体2中的热通量与温度测量部3A、3B中的热通量相等。因此,Q(s+t)=Qu1成立,同样,Q(s+t)=Qu2成立。因此,根据式(A)和(B)得到下式(D),根据式(A)和式(C)得到下式(E)。
Tcore={(Rs+Rt)/Ru0}·(Tb1-Tb2)+Tb1…(D)
Tcore={(Rs+Rt)/Ru0}·(Tb3-Tb4)+Tb3…(E)
图23是示出热通量为稳定状态时的体温计的接触部模型、和深部温度的计算式的图。在该图23的上侧示出的图大致原样地记载了专利文献1的图4的内容。如图23的上侧的图所示,两个不同的热通量(Q(s+t)和Qu1、Q(s+t)和Qu2)分别用斜率不同的直线表示。在各热通量中,基于人体2中的热通量与温度测量部3A、3B中的热通量相等这一条件,如上所述,得到作为深部温度Tcore的计算式的(D)式和(E)式。
能够根据(D)式和(E)式,去除{(Rs+Rt)/Ru0}的项。其结果,得到作为深部温度Tcore的计算式的、下式(F)。
根据该式(F),能够与人体2中的热阻值无关地,高精度地求出人体2的深部温度Tcore。
图24示出了在图22所示的现有例中,产生因热平衡引起的测量误差的情况。另外,在图24中,为了方便说明,将各体表传感器31A~32B的测量温度表述为T1~T4。
在图24中,用粗线的虚线箭头来表示人体2与环境(此处为大气)7之间、或者温度测量部3A、3B与环境7之间产生的热平衡(热的传递)。如上所述,产生从人体2的深部朝向温度测量部3A、3B的热通量,但是在实际的温度测量时,热通量的一部分例如从温度测量部3A、3B流入环境(大气)7,并且例如热从环境(大气)7流入到温度测量部3A、3B。在之前已说明的、专利文献1所记载的技术中,以不产生热平衡的理想的热通量为前提,因此在这方面,不可否认会产生微小的测量误差。
在图24的下侧示出的式(F)中,将现有例中的深部温度Tcore分为真正的深部温度Tc、和因热平衡引起的误差成分ΔTc而进行了记载。即,在专利文献1所记载的测量方法中,在所测量的深部温度Tcore中,存在微小的与热平衡相伴的测量误差。如果能够通过例如校正运算等去除与该热平衡相伴的测量误差,则能够进一步提高深部温度的测量精度。
接着,参照附图来说明本发明的实施方式。
(第1实施方式)
图1(A)~图1(C)是用于说明第1实施方式中的深部温度的测量方法的图。在图1中,仅记载了本实施方式中的温度测量装置的要部(温度测量部)。另外,后面会使用图8对温度测量装置的整体结构例进行描述。
首先,参照图1(A)。本实施方式中的温度测量装置具有:基材40;第1温度传感器50,其测量基材40的第1测量点p1处的温度作为第1温度Tb;第2温度传感器52,其测量基材40的与第1测量点p1不同的第2测量点p2处的温度作为第2温度Tp;以及环境温度取得部53,其取得基材40的周围环境(此处为大气)7的温度作为第3温度。
基材40具有:作为与被测量体6接触的接触面的第1面SR1;以及第2面SR2,其是与第1面SR1相对的环境侧的面(即,基材40的上表面)。基材40的第1面SR1处于与被测量体6的表层部5的表面接触的状态。
基材40的第2面SR2例如是与第1面SR1平行的面。此外,基材40是传递热的热介质。作为基材40,例如可使用具有预定的导热率(或者热阻)的材料(例如硅橡胶)。作为基材40的材料,例如可使用硅橡胶。被测量体6可以是人体,并且也可以是炉或管道等无机结构物。
此外,作为第1温度传感器50、第2温度传感器52以及第3温度传感器54,例如可使用将温度值转换为电阻值的类型的温度传感器,并且可使用将温度值转换为电压值的类型的温度传感器等。另外,作为将温度值转换为电阻值的类型的温度传感器,可采用片式热敏电阻、印刷有热敏电阻图案的挠性基板、铂测温电阻体等。此外,作为将温度值转换为电压值的类型的温度传感器,可采用热电偶元件、PN接合元件、二极管等。
被测量体6的深部4的深部温度为Tc,该深部温度Tc是作为测量对象的温度。在图1(A)的例子中,如虚线箭头所示,产生从被测量体6的深部4朝向环境7的热流(热通量)Qa。
环境7是例如大气等热介质,可改称作周围介质或环境介质。即使在基材40的周围介质中包含不是大气的构成成分的气体成分的情况下,也可将该介质称作环境(周围介质、环境介质)7。此外,该介质不限于气体。
此外,第1测量点p1和第2测量点p2可设置于基材40的外表面上或基材40的内部。即,第1测量点p1和第2测量点p2是位于基材40的外表面上、或基材40的内部的任意两点。
此外,第1温度传感器50和第2温度传感器52在第3温度Tout的值不同的条件下,多次(此处设为3次)测量第1温度Tb和第2温度Tp。
第1测量点p1的温度Tb(即第1温度)和第2测量点p2的温度Tp(即第2温度)都受到作为热源的深部温度Tc的影响而变动,并且受到作为热流终端的环境7的温度Tout(即第3温度)的影响而变动。
例如,在设第2温度Tp=TPA时,可表示为第1温度Tb=aTPA+b。a是一次函数的斜率(第1斜率),b是截距(第1截距)。并且,第1截距b根据环境温度(第3温度)Tout呈线性变化。即,可表示为b=cTout+d。c是一次函数的斜率(第2斜率),d是截距(第2截距)。
在本实施方式中,温度测量部所包含的运算部(在图1中未图示,图2~图4中的参考标号74)根据通过三次测量而得到的第1温度(Tb1~Tb3)、第2温度(Tp1~Tp3)以及与三次测量对应的不同值的第3温度(Tout1~Tout3),通过作为深部温度的运算式的第1计算式(式(1))的运算求出与第1面SR1相离的、被测量体6的深部4处的深部温度Tc。即,Tc=d/(1-a-c)。
在深部温度(Tc)与环境温度(Tout)相等时,着眼于使热平衡成为零而导出第1计算式(式(1))(具体的导出过程将后述)。根据通过三次测量而得到的温度数据来决定常数a、c、d,并代入到式(1)而求出深部温度Tc。这是本实施方式中的深部温度Tc的计算方法。
在现有例中,在环境温度恒定的条件下,使两个温度测量部的绝热件的种类不同,生成了两种不同的热通量,而在本方式中,在环境温度不同的至少两个系统中生成热通量。另外,在以下的说明中使用了“环境”这一用语,而环境例如是大气等热介质,可改称作周围介质或环境介质。
在现有例中的热流模型中,两个温度测量系统中的环境温度Tout为相同的值(即恒定)。因此,在各系统中的深部温度Tc与环境温度Tout之间产生的热流恒定,现有例以此为前提条件。从被测量体朝向环境的、例如铅直方向的热流恒定是以不产生热平衡为前提而成立,所述热平衡例如是指该铅直方向的热流的一部分经由例如基材的侧面而释放到环境中。
但是,当促进温度测量装置的小型化、减小基材的尺寸时,被测量体与环境之间的热平衡(例如从基材侧面释放热量等)十分显著。此时,无法满足在深部温度Tc与环境温度Tout之间产生的热流恒定这一前提。
与此相对,在本实施方式中,在多个热流系统中,各个热流的一端是允许温度变动的环境,例如在第1系统中,环境温度为Tout1(任意温度),在第2系统中,环境温度为Tout2(与Tout1不同的任意温度)。因此,不产生如下现有例这样的制约,即:在多个热流系统之间,在环境温度(Tout)与深部温度(Tc)之间产生的热流必须是恒定的。即,在各系统的热通量中,原本就包含因热平衡引起的热移动,在环境温度Tout(任意温度)与被测量体的深部温度Tc之间,不过是产生了还包含该热平衡的成分的热流。
并且,在这种热流系统中,基材中的任意两点(第1测量点和第2测量点)的温度可通过包含环境温度(Tout)作为变量(参数)的式子来表示。
此外,在深部温度Tc与环境温度Tout相等时,热平衡成为零。因此,例如在进行深部温度Tc的运算时,通过赋予深部温度Tc与环境温度Tout相等这一条件,能够使热平衡引起的测量误差成为零,从而得到上述第1计算式(式(1))。
此外,关于第1测量点p1(设置第1温度传感器50的位置)和第2测量点p2(设置第2温度传感器52的位置),考虑了各种变形。此处参照图1(B)。
第1测量点p1和第2测量点p2可位于基材40的表面上或侧面上、即基材40的外表面上,并且,还可位于基材40的内部。并且,也可以是其中任意一方位于基材40的表面上或侧面上,另一方位于基材40的内部。另外,后面将使用图11~图16来描述使第1测量点p1和第2测量点p2进行各种变化而测量了深部温度后的结果。
在本实施方式中,设第1测量点p1为被测量体6侧的测量点、第2测量点p2为环境(大气)7侧的测量点。
如图1(B)所示,考虑与基材40的接触面SR1垂直的垂线方向上的、与第1面(接触面)SR1的距离,将第1测量点p1的距离设为LA、将第2测量点p2的距离设为LB。将基材40的高度(从第1面SR1到第2面SR2的距离)设为LC。
关于距离LA和距离LB,0≤LA、LB≤LC成立,并且LA≤LB成立。即,第1测量点p1和第2测量点p2的距基材40的第1面SR1的距离LA、LB为0以上,基材40的高度(顶部处的高度)在LC以内。此外,在对第1测量点p1的距基材40的第1面SR1的距离LA、和第2测量点p2的距基材40的第1面的距离LB进行比较时,可以是LA<LB,也可以是LA=LB。
此外,当LA<LB时,第1测量点p1比第2测量点p2更靠近被测量体6。当LA=LB时,第1测量点p1与第2测量点p2位于一条横线上,距离上没有差别。但是,第1测量点p1与第2测量点p2在空间上并不处于相同位置,从而必定是处于不同位置。另外,后面将使用图14来描述即使LA=LB也能够准确地测量深部温度Tc的内容。
接着,参照图1(C)。在图1(C)的例子中,点x1和点x2位于一条横线上。但是,从点x1到基材40的侧面的最小距离为L1,另一方面,从点x2到基材40的侧面的最小距离为L2,L1<L2。点x1更容易与环境(大气)进行热交换。因此,例如可将点x1设为作为环境侧的测量点的第2测量点p2、将点x2设为作为被测量体侧的测量点的第1测量点p1。
接着,使用图2~图4,说明用于确保“在第3温度(环境温度Tout)的值不同的条件下,多次测量第1温度Tb和第2温度Tp”的测量方法的例子。
图2(A)和图2(B)是示出温度测量方法的一例、以及用于实施该温度测量方法的温度测量装置的结构的一例的图。
图2(A)所示的温度测量装置包含温度测量部43、环境温度取得部53、运算部74、和控制温度测量部43以及运算部74的动作的控制部73。在图2(A)的例子中,环境温度取得部53具有无线通信部CB。因此,可通过无线通信从外部的空调器57取得环境温度(第3温度)的信息。此外,环境温度取得部53可通过环境温度传感器(第3温度传感器)54自己测量环境温度(第3温度)。
另外,空调器57具有大气温度传感器55和无线通信部CA。此外,控制部73具有运算部74和测量定时控制部75。测量定时控制部75输出定时控制信号ST1,并通过该定时控制信号ST1来控制第1温度传感器50和第2温度传感器52测量第1温度Tb和第2温度Tp的定时、以及环境温度取得部53取得第3温度Tout的定时。
如图2(B)所示,为了第1温度Tb和第2温度Tp的测量以及环境温度信息的取得,设置了第1测量期间(第1时间段)~第3测量期间(第3时间段)。控制部73按照每个测量期间,执行多次的温度测量或温度信息的取得,并根据所得到的数据执行第1计算式(式(1))的运算,从而求出深部温度Tc。
作为用于“使第3温度(环境温度Tout)的值不同”的方法,存在利用空调器等的积极方法、和着眼于时间轴上的环境温度波动(微小变动)来调整测量定时这样的消极方法,而在图2的例子中,采用了后者的消极方法。
例如,在测量三次基材40的第1测量点p1处的第1温度Tb和基材40的第2测量点p2处的第2温度Tp时,当各次测量之间的时间间隔非常短时,有时不能满足“在不同的环境温度(第3温度)下进行三次测量”这样的条件。因此,在本例中,设置第1次测量用的第1时间段(即第1测量期间)、第2次测量用的第2时间段(即第2测量期间)、和第3次测量用的第3时间段(即第3测量期间)。
可将各时间段(测量期间)设为例如1分钟(3个时间段的合计为3分钟)。第1时间段(第1测量期间)是时刻t1~时刻t4的期间,例如每隔20秒执行温度测量。即,在时刻t1、时刻t2、时刻t3,执行3次温度测量,得到图示的9个数据。并且,通过这些数据的平均运算(可以是单纯的相加运算、也可以是加权平均),来决定第1次的温度测量值(Tb1、Tp1、Tout1)。
此外,第2时间段(第2测量期间)是时刻t4~时刻t7的时间段。在第2时间段中,也是执行3次温度测量,并通过各测量结果的平均运算(可以是单纯的相加运算、也可以是加权平均),来决定第2次的温度测量值(Tb2、Tp2、Tout2)。
第3时间段(第3测量期间)是时刻t7~时刻t10的时间段。在第3时间段中,也是执行3次温度测量,并通过各测量结果的平均运算(可以是单纯的相加运算、也可以是加权平均),来决定第3次的温度测量值(Tb3、Tp3、Tout3)。将以上处理设为第1步骤ST1的处理。平均运算这一用语应以最广义的方式来解释。
接着,在步骤S2中,根据所得到的数据,计算之前图1(A)所示的常数a、c、d。接着,在步骤S3中,根据第1计算式(式(1))测量深部温度Tc。
在图2所示的例子中,不使用空调器等积极改变环境温度,而是针对第1温度和第2温度(以及第3温度),能够比较容易地得到在不同的环境温度下测量的多个温度数据。
图3(A)和图3(B)是示出温度测量方法的其他例子、以及用于实施该温度测量方法的温度测量装置的结构的其他例子的图。在图3(A)所示的温度测量装置中,设置了输入定时控制信息的定时控制信息输入部83,该定时控制信息用于决定执行多次温度测量的定时。每当从定时控制信息输入部83输入定时控制信息(此处设为测量指示触发TG)时,控制部73例如使第1温度传感器50、第2温度传感器52以及第3温度传感器54执行温度测量。
在图3的例子中,通过用户自身的行为来确保“在使第3温度(环境温度Tout)的值不同的条件下,多次测量第1温度Tb和第2温度Tp”。
例如,用户在进行第1次测量时,将设置在温度测量装置外部的外部空调器57的温度设定为第1温度,当从设定起经过了预定时间时,经由定时控制信息输入部输入作为定时控制信息的测量指示触发TG。如上所述,每当从定时控制信息输入部83输入定时控制信息时,控制部73例如使第1温度传感器50、第2温度传感器52以及第3温度传感器54执行温度测量。测量定时由测量定时控制部75控制。
例如可以在每次输入定时控制信息(测量指示触发TG)时进行1次温度测量,并且,也可以在每次输入定时控制信息时执行多次温度测量,并对所得到的测量值进行平均等来求出测量值。之后,用户在将空调器57的温度设定为第2温度后,输入定时控制信息,接着,在将空调器57的温度设定为第3温度后,输入定时控制信息。例如,用户输入3次定时控制信息。
当取得了3次温度信息时,运算部74自动执行基于所取得的温度信息的、用于求出深部温度Tc的运算(基于计算式的运算),其结果,求出深部温度Tc。所求出的深部温度Tc例如被报知(包括基于显示、语音的通知等)给用户。在图3的例子中,用户自身使每次测量的环境温度不同,因此温度测量装置自身不产生管理环境温度的负担。
测量步骤如图3(B)的步骤S4~步骤S6所示。另外,以上例子只是一例。
图4(A)和图4(B)是示出温度测量方法的其他例子、以及用于实施该温度测量方法的温度测量装置的结构的其他例子的图。在图4的例子中,温度测量部具有能够改变环境温度(第3温度)的环境温度调整部CD。而且,每当1次温度测量结束时,控制部73通过环境温度调整部CD改变环境温度(第3温度)。
环境温度调整部CD具有改变环境温度(第3温度Tout)的功能。在图4(A)的例子中,可使用调整器CC1作为环境温度调整部CD,调整器CC1例如具有如下功能:通过远程控制来调整设置在温度测量装置外部的外部空调器57的设定温度。调整器CC1的动作受到来自测量定时控制部75的控制信号ST2的控制。
此外,在图4(B)的例子中,例如使用设置在温度测量装置内部的气流生成部(例如具有改变气流温度的功能)CC2作为环境温度调整部CD。气流生成部CC2可由风扇(电扇)、喷射气流的微小喷嘴等构成。气流生成部CC2的动作受到来自测量定时控制部75的控制信号ST3的控制。
通过利用环境温度调整部CD,能够针对每次测量,确切地使环境温度Tout不同。并且,能够将环境温度Tout设定为正确的温度。此外,例如还能够将第1测量时的环境温度Tout1与第2测量时的环境温度Tout2之差设定得较大。另外,以上例子只是一例。
接着,使用图5~图7对第1计算式(采用了图1(A)的式(1)的深部温度Tc的运算)进行具体说明。
图5(A)~图5(C)是示出环境温度恒定的条件下的、第1温度与第2温度之间的关系、以及将该关系应用于深部温度的计算式时的结果的图。
在图5(A)中,基材40、第1温度传感器50和第2温度传感器52构成温度测量部43。基材40具有第1面(接触面)SR1和第2面(基材40的上表面)SR2。该温度测量部43例如被粘贴到被测量体6(例如人体)上。将通过第1温度传感器50测量的第1温度表述为Tb。此外,将通过第2温度传感器52测量的第2温度表述为Tp。
图5(B)是示出第2温度Tp与第1温度Tb之间的关系的图。在图5(B)中,横轴为Tp,纵轴为第2温度Tp和第1温度Tb的温度T。在环境温度(第3温度Tout)恒定的状态下,当第1温度Tb线性地变化时,第2温度Tp也线性地变化。即,第1温度Tb相对于第2温度Tp具有线性关系。
如图5(B)所示,第1温度Tb由以第2温度Tp为变量的一次函数表示。即,下式(2)成立。
此处,a为第1斜率,b为第1截距(或者第1偏置值),均为常数。当Tp为TPA时,Tb=aTPA+b,并且,当Tp为TPB时,Tb=aTPB+b。
图5(C)是示出了将通过两次的温度测量得到的温度数据T1~T4应用于之前说明的深部温度的计算式时的结果的图。设为通过时刻t1处的温度测量得到第1温度T1和第2温度T2。此外,设为通过时刻t2处的温度测量得到第1温度T3和第2温度T4。T1~T4由下式(3)表示。
此处,将式(3)的各值代入式(4)。式(4)是用于求出深部温度Tcore的计算式,如之前所说明的那样,包含热平衡引起的误差ΔTc。
其结果,得到式(5)。
接着,参照图6,考察改变了环境温度Tout时的第1温度Tb与第2温度Tp之间的关系。图6(A)~图6(D)是示出改变了环境温度时的、第1温度与第2温度之间的关系、以及将该关系应用于深部温度的计算式时的结果的图。
如图6(A)所示,变动的环境温度(第3温度)Tout是由环境温度取得部53所包含的第3温度传感器54测量的。如之前所说明的那样,在设第2温度Tp为TPA时,可表示为Tb=aTPA+b。常数b是第1截距(第1偏置值),该第1截距b相对于环境温度(第3温度)Tout具有线性关系。
即,如图6(B)所示,当Tout变动时,第1截距b的值随着环境温度(第3温度)Tout而线性变化。因此,下式(6)的关系成立。
b=cTout+d …(6)
此处,c、d均为常数。c是第2斜率,d是第2截距。当环境温度(第3温度)Tout为Tout1时,第1截距b为b1(=cTout1+d),当环境温度(第3温度)Tout为Tout2时,第1截距b为b2(=cTout+d)。
图6(C)示出了Tout1处的第2温度Tp与第1温度Tb(=Tb1)之间的关系、以及Tout2处的第2温度Tp与第1温度Tb(=Tb2)之间的关系。在Tout从Tout1变化为Tout2时,一次函数的斜率(第1斜率a)没有变化,但第1截距b的值从b1变化为b2,因此表示Tp与Tb的关系的一次函数平行移动b1与b2之差的量。
由此,第1温度Tb不仅相对于第2温度Tp具有线性关系,相对于环境温度(第3温度)Tout也表现出线性关系。如果将上式(6)代入到上式(3)所示的Tb=aTp+b的式子中,则得到下式(7)。
Tb=aTp+cTout+d …(7)
该式(7)是包含第2温度Tp和第3温度Tout作为变量、并且包含多个常数a、b、c的函数。利用该函数将第1温度Tb、第2温度Tp和第3温度Tout关联起来。
此外,如果将上式(6)代入到式(5)中,则得到式(8)。
此处,由于温度差而产生热移动,因此,在环境温度(第3温度)Tout与深部体温Tc的值相等的情况下,不产生因热平衡引起的误差ΔTc。因此,在式(8)中,设为Tout=Tc、ΔTc=0。于是,式(8)变形为式(1)。
…(1)
该式(1)表示不包含因热平衡引起的误差的深部温度Tc。其中,为了求解式(1),需要确定多个常数a、c、d各自的值。多个常数a、c、d通过由上式(7)表示的函数相互关联。为了求出3个常数的值,只要求解三元的联立方程式即可。因此,改变时间,至少执行3次温度测量。
此处,设为:在第1次的测量时,得到作为第1温度的Tb1、作为第2温度的Tp1、作为第3温度的Tout1,在第2次的测量时,得到作为第1温度的Tb2、作为第2温度的Tp2、作为第3温度的Tout2,在第3次的测量时,得到作为第1温度的Tb3、作为第2温度的Tp3、作为第3温度的Tout3。
这9个测量数据可通过式(9)的行列式来表示。
因此,可通过包含逆矩阵的式(10),求出多个常数a、c、d。
在确定了多个常数a、c、d的各值时,将各值代入式(1)。由此,得到深部温度Tc。
图7(A)~图7(D)是示出第1实施方式中的深部温度的测量方法的图。如图7(A)所示,至少测量三次3点的温度,即第1温度Tb、第2温度Tp和第3温度Tout。所得到的9个测量数据(Tb1、Tp1、Tout1、Tb2、Tp2、Tout2、Tb3、Tp3、Tout3)可通过图7(B)所示的行列式(9)进行关联。因此,可通过图7(C)所示的行列式(10)求出多个常数a、c、d。并且,可通过图7(D)所示的式(1)计算深部温度Tc。
接着,对温度测量装置的整体结构进行说明。图8(A)~图8(C)是示出温度测量装置的整体结构例的图。
在图8(A)的例子中,第1温度传感器50和第2温度传感器52被嵌入在基材40的内部。此外,在绝热件20a上设置有作为环境温度取得部53的第3温度传感器54。第1温度传感器50、第2温度传感器52、基材40和作为环境温度取得部53的第3温度传感器54构成第1单元100。
并且,在绝热件20b上设置有第2单元200。第2单元200包含控制部73和运算部74。另外,运算部74可包含常数计算部和深部温度计算部作为功能块。此外,虽然未图示,不过在第2单元200中还可以设置包含报知运算结果的报知部(例如显示部)。
此外,图8(A)的温度测量装置具有用于将基材40的第1面(接触面)SR1粘贴到被测量体6的表面的粘贴结构10。粘贴结构10例如可由粘接带构成。粘接带可具有剥离纸8和支撑层(粘接层)9。
通过粘贴结构10能够将第1单元100粘贴到被测量体6的表面。因此,温度测量装置的操作性和便携性提高。此外,例如在将温度测量装置用于幼儿或婴儿等的体温计测的情况下,由于幼儿等会频繁地移动身体,因此难以持续预定时间良好地保持温度测量装置与体表的接触。不过,在这种情况下,通过使用粘贴结构10将温度测量装置整体粘贴到被测量体6的表面,从而即使幼儿或婴儿移动了身体,也能够良好地维持体表与温度测量装置的接触状况。因此,能够进行准确且稳定的温度测量。
在图8(B)的例子中,环境温度取得部53从大气温度传感器55接受环境温度的信息。作为大气温度传感器55,例如可使用设置于控制环境温度的空调器中的温度传感器(参照图2~图4)。
在图8(C)的例子中,采用了第1单元100和第2单元200分离的分体结构。第1单元100包含第1无线通信部CA,第2单元200包含第2无线通信部CB。
将第1温度(Tb)的信息和第2温度(Tp)的信息、或者第1温度(Tb)的信息、第2温度(Tp)的信息和第3温度(Tout)的信息从第1无线通信部CA发送到第2无线通信部CB。设置于第2单元中的运算部74根据由第2无线通信部CB接收到的第1温度(Tb)的信息和第2温度(Tp)的信息、或者第1温度(Tb)的信息、第2温度(Tp)的信息和第3温度(Tout)的信息执行运算,求出被测量体6的深部温度Tc。
根据图8(C)的结构,能够将第1单元100(例如温度测量装置的主体)的结构部件的数量抑制为最小限度,能够实现第1单元100的轻量化。因此,例如即使第1单元100长时间接触作为被测量体6的被检者的体表,也不会给被检者带来大的负担。因此,例如能够长时间连续地监测温度。
此外,在第1单元100与第2单元200之间,能够进行基于无线通信的温度数据的收发,因此,能够与第1单元100相距一定距离而设置第2单元200。此外,由于利用了无线通信,因此不需要通信用的布线。因此,第1单元的操作性提高。此外,能够使第1单元100与第2单元200完全分离,因此能够进一步促进第1单元100的轻量化。
图9(A)和图9(B)是用于说明利用了无线通信的温度测量装置的使用例的图。在图9(A)中,在作为被测量体6的幼儿的胸部的体表6A上佩戴(粘贴)着第1单元100。此外,第2单元200被佩戴于抱着作为被测量体6的幼儿的保护者(温度测量装置的用户)MA的左手腕上。此处,第2单元200还作为显示部发挥功能。
如图9(B)所示,第1单元100具有第1温度传感器50、第2温度传感器52、作为环境温度取得部53的第3温度传感器54、A/D转换部56、无线通信部CA和天线AN1。此外,第2单元200具有无线通信部CB、控制部73、运算部74、显示部77、操作部79和存储部81。操作部79可兼用作图3所示的定时控制信息输入部83。
在运算部74中,存储有用于计算上述多个常数a、c、d的计算式和用于计算深部体温Tc的计算式。此外,在存储部81中,存储有接收到的第1温度Tb、第2温度Tp、环境温度Tout,并且还存储有计算出的多个常数a、c、d的值,并且还存储有所求出的深部体温Tc。
存储部81构成为可存储与多个被测量体(此处为被检者)相关的温度信息。因此,能够针对作为被检体的每个幼儿存储深部体温Tc等数据。另外,在存储部81中,除了温度信息以外,例如还可以存储被测量体6(此处为作为被检者的幼儿)的姓名、年龄、测量日期时间等测量信息。此时,保护者(温度测量装置的用户)可对操作部79进行操作来输入这些测量信息。
温度测量装置例如以如下方式工作。通过由保护者MA操作第2单元200的操作部79来接通第2单元200的电源。于是,从无线通信部CB发送电波。通过该电波的电磁感应,在天线AN1中产生电动势,通过该电动势对第1单元100内的电源(电池)进行充电。于是,第1单元100启动,并且第1温度传感器50、第2温度传感器52和环境温度传感器(第3温度传感器)54启动。然后,第1单元100朝向第2单元200发送待机信号。
接着,第1单元100内的控制部73在接收到待机信号时,指示无线通信部CB发送温度测量开始信号。第1单元100在接收到温度测量开始信号时,开始第1温度传感器50、第2温度传感器52和环境温度传感器(第3温度传感器)54的温度测量。另外,优选在从被检者6的深部向体表6A的传热成为稳定状态(平衡状态)的状态下进行第1温度Tb、和第2温度Tp的测量。因此,优选在从温度测量开始信号的接收定时起、经过了实现平衡状态所需的时间的定时开始温度测量。
所测量的温度信息(第1温度Tb、第2温度Tp、第3温度Tout)在A/D转换部56中从模拟信号转换为数字信号,并被无线通信部CA发送到第2单元200。执行多次温度测量,在每次测量时发送测量数据。可考虑环境(大气等)的状况和趋势等,适当地调整各次测量的执行间隔。
第2单元200内的运算部74将以预定间隔发送来的一组第1温度Tb、第2温度Tp、第3温度Tout的数据临时存储到存储部81中。并且,在得到所有所需的数据后,按上述步骤执行预定运算,测量被检者(幼儿)6的深部温度Tc。所测量的深部温度Tc例如显示在显示部77上。
图10是示出第1实施方式中的深部温度的测量步骤的图。首先,取得温度数据(步骤S10)。在温度数据中,包含有在第1测量中得到的第1温度Tb1、第2温度Tp1、第3温度Tout1、在第2测量中得到的第1温度Tb2、第2温度Tp2、第3温度Tout2、以及在第3测量中得到的第1温度Tb3、第2温度Tp3、第3温度Tout3。
接着,计算多个常数a、c、d(步骤S20)。接着,使用之前说明的第1计算式运算深部温度(步骤S30)。
(深部温度的测量结果例)
接着,作为一例,使用图11~图16来说明以三个阶段改变环境温度Tout时的第1温度Tb和第2温度Tp的数据例、以及根据该数据例计算出的深部温度的例子(计算结果例)。
(图11的例子)
图11是示出深部温度的计算结果的一例的图。在图11中,假定人体作为被测量体6,将深部4的温度Tc设定为37℃。在该实验中,使用了聚氯乙烯(PVC)作为相当于表层部5的结构体的材料。聚氯乙烯的导热率为0.144283。
将该相当于表层部5的PVC结构体(长方体)的厚度设定为20mm。此外,在该PVC结构体的上表面的中央,设置了由硅橡胶构成且具有圆柱形状的基材40。硅橡胶的导热率为0.05。
此外,基材40的截面为圆形形状,该圆的直径为20mm。此外,基材40的高度为2mm。第1温度传感器50和第2温度传感器52被设置于与基材40的底面(即接触面)SR1垂直的垂线L1上的两点(第1测量点和第2测量点)的位置处。第1温度传感器50与第2温度传感器52之间的距离为2mm。即,在基材40的底面(即接触面)SR1上设定第1测量点,在基材40的上表面SR2上设定第2测量点。
此外,在图11的例子中,环境(大气)7中的热传递系数(与大气的热移动度成比例的常数)被设定为0.01W/m2·K。对环境温度(第3温度)Tout、第1温度Tb和第2温度Tp进行了n次测量。在本例中,执行三次温度测量。因此,n是1、2、3中的任意一个。
Tout1为23℃,Tout2为30℃,Tout3为35℃。Tb1为29.2884℃,Tb2为33.1442℃,Tb3为35.8983℃。Tp1为27.4605℃,Tp2为32.2303℃,Tp3为35.6327℃。
所测量(计算)的深部温度为36.99986℃,与实际的深部温度Tc(=37℃)相比,仅包含微小的误差。即,可知,能够使用小型化的基材40以极高的精度测量深部温度。
(图12的例子)
图12是示出深部温度的计算结果的其他例子的图。图12的例子中的测量环境和测量条件与图11的例子基本相同。但是,在图12的例子中,第1温度传感器50和第2温度传感器52被设置在基材40的侧面上、且位于垂线L2上。第1温度传感器50与第2温度传感器52之间的距离为2mm。
Tout1为23℃,Tout2为30℃,Tout3为35℃。Tb1为28.7516℃,Tb2为32.8758℃,Tb3为35.8217℃。Tp1为26.2482℃,Tp2为31.6241℃,Tp3为35.464℃。
所测量(计算)的深部温度为37.00000℃,与实际的深部温度Tc(=37℃)相比,没有识别到误差。即,可知,能够使用小型化的基材40以极高的精度测量深部温度。
(图13的例子)
图13是示出深部温度的计算结果的其他例子的图。图13的例子中的测量环境和测量条件与前述例子基本相同。但是,在图13的例子中,第1温度传感器50被设置在基材40的接触面SR1的中心附近,并且第2温度传感器52被设置在基材40的侧面上。
Tout1为23℃,Tout2为30℃,Tout3为35℃。Tb1为29.2884℃,Tb2为33.1442℃,Tb3为35.8983℃。Tp1为26.2482℃,Tp2为31.6241℃,Tp3为35.464℃。
所测量(计算)的深部温度为37.00000℃,与实际的深部温度Tc(=37℃)相比,没有识别到误差。即,可知,能够使用小型化的基材40以极高的精度测量深部温度。
(图14的例子)
图14是示出深部温度的计算结果的其他例子的图。图14的例子中的测量环境和测量条件与前述例子基本相同。但是,在图14的例子中,第1温度传感器50被设置在基材40的上表面SR2上。第2温度传感器52被设置在基材40的侧面上。第2温度传感器52被设置在通过第1温度传感器50、并且与接触面SR2平行的直线L3上。即,第1温度传感器50和第2温度传感器52位于一条横线上。
Tout1为23℃,Tout2为30℃,Tout3为35℃。Tb1为28.7516℃,Tb2为32.8758℃,Tb3为35.8217℃。Tp1为26.2482℃,Tp2为31.6241℃,Tp3为35.464℃。
所测量(计算)的深部温度为37.00000℃,与实际的深部温度Tc(=37℃)相比,没有识别到误差。即,可知,能够使用小型化的基材40以极高的精度测量深部温度。
根据以上的实验结果可知,第1温度传感器50和第2温度传感器52的相对位置关系不会成为特别的问题。即,第1温度传感器50和第2温度传感器52可以位于通过热源(被测量体的深部)的铅直线上,并且,第1温度传感器50和第2温度传感器52也可以位于一条横线上。
即,设置第1温度传感器50的第1测量点和设置第2温度传感器52的第2测量点只要是位于基材40的外表面(对于上述例子来说,是作为底面的接触面SR1、上表面SR2和侧面中的任意一个)上、或者位于基材40的内部的两点即可。但是,为了进行使用了行列式的深部温度的计算,至少需要满足这样的条件:与环境温度(第3温度)Tout1、Tout2、Tout3中的任意一个对应的一组Tb和Tp不是相同的值(Tb≠Tp)。即,需要在三组第1温度Tb与第2温度Tp中的、至少一组Tb与Tp中产生温度差。因此,以满足该条件的方式设计第1单元100。
接着,考察基材40的内部的温度分布与测量结果之间的关系。图15(A)和图15(B)是示出基材内部的温度分布与测量结果之间的关系的一例的图。图15(A)所示的数据例与图11所示的数据例相同。图15(B)是示出Tout1(=23℃)时的基材40的垂线方向的温度分布的图。在图15(B)中,横轴是以接触面SR1为基准的、垂线L1方向的距离,纵轴是基材40的温度。如图15(B)所示,基材40的温度随着远离热源(被测量体6的深部4)呈直线状下降。
图15(A)的数据例是在图15(B)所示的基材40的热分布下计算深部温度得到的结果,如之前所说明的那样,得到了极高精度的测量结果。
图16(A)和图16(B)是示出基材内部的温度分布与测量结果之间的关系的其他例子的图。图16(A)的例子中的测量环境和测量条件与图15(A)的例子基本相同。但是,在图16(A)的例子中,将基材40的高度设为20mm,成为图15(A)的例子中的基材40的高度(2mm)的10倍。由此,当增高基材40的高度时,圆柱侧面的面积增加,因此来自圆柱状的基材40的侧面的散热增加。并且,从该侧面散热的量与距热源(被测量体6的深部4)的距离对应地变化。
图16(B)是示出Tout1(=23℃)时的基材40的垂线方向的温度分布的图。在图16(B)中,横轴是以接触面SR1为基准的、垂线L1方向的距离,纵轴是基材40的温度。如图16(B)所示,基材40的温度随着远离热源(被测量体6的深部4)而降低,但是表示温度分布的特性线不是直线,而是曲线。这是因为,如之前所说明的那样,当增高基材40的高度时,圆柱侧面的面积增加,来自圆柱状的基材40的侧面的散热增加,并且从该侧面散热的量与距热源(被测量体6的深部4)的距离对应地变化。
图16(A)的数据例是在图16(B)所示的基材40的热分布下计算深部温度得到的结果。Tout1为23℃,Tout2为30℃,Tout3为35℃。Tb1为29.62274℃,Tb2为33.31137℃,Tb3为35.94611℃。Tp1为23.29526℃,Tp2为30.14763℃,Tp3为35.04218℃。所测量(计算)的深部温度为37.00000℃,与实际的深部温度Tc(=37℃)相比,没有识别到误差。即,可知,即使在基材40的内部温度分布表示为曲线的情况下,只要使用本实施方式的温度测量方法,就能以极高的精度测量深部温度。因此,对基材40的高度没有制约,并且,对于接触面的面积与基材40的高度之比,也不存在限制。因此,能够极其自由地构成第1单元100。
(第2实施方式)
在本实施方式中,使用与前述实施方式不同的第2计算式作为深部温度的计算式。此外,在本实施方式中,至少执行两次温度测量(温度信息的取得)。
图17是用于说明第2实施方式中的深部温度的测量方法的图。如图17所示,在本实施方式中,执行第1测量和第2测量,并使第1测量中的环境温度(第3温度)Tout1与第2测量中的环境温度(第3温度)Tout2不同。
设在第1测量中得到的第1温度为Tb1、第2温度为Tp1、第3温度为Tout1、在第2测量中得到的第1温度为Tb2、第2温度为Tp2、第3温度为Tout2。
运算部74使用在第1测量中得到的第1温度Tb1和第2温度Tp1、以及在第2测量中得到的第1温度Tb2和第2温度Tp2,执行第2计算式的运算,求出深部温度Tc。所述第2计算式由下式(11)表示。
在使用式(11)的第2计算式时,如上所述,第2测量中的环境温度(第3温度)Tout2的值需要是与第1测量中的环境温度(第3温度)Tout1不同的值。
使用图18和图19来说明在利用由式(11)表示的第2计算式时,能够在不产生因热平衡引起的误差成分的情况下测量深部温度的原因。
图18(A)和图18(B)是用于说明在专利文献1所示的现有例中,产生因热平衡引起的误差成分的原因的图。图18(A)示出了现有例的温度测量部中的6个点的温度(T1、T2、Tt1、T2、T4、Tt2)和热阻的状态。图18(B)示出了图18(A)所示的温度测量部中的、环境温度(第3温度)Tout与深部温度Tc之间的热阻和热通量的状态。
在现有例中,使用并列配置的两个温度测量部形成了两个热流系统。此外,环境温度(第3温度)Tout恒定,并且,通过设置于绝热件37的上表面的第1绝热件38A和第2绝热件38B,使得温度测量部与环境(大气)绝热。并且,环境(大气)中的热传递系数(与气体中的热移动度成比例的常数)为n。此外,设被测量体的表层部的热阻为Rb、绝热件37的热阻为R1、第1绝热件38A的热阻为R2、第2绝热件38B的热阻为R3。
在现有例中,在环境温度(第3温度)Tout恒定的前提下,通过使绝热件38A和绝热件38B不同,形成了不同的两种热通量。即,在现有例中,以如下情况为前提:在热通量Qb1、热通量Q11以及热通量Q12之间,Qb1=Q11=Q12的关系成立,并且,在热通量Qb2、热通量Q21、以及热通量Q22之间,Qb2=Q21=Q22的关系成立。
但是,在促进温度测量部的小型化时,第1系统的3个点的温度(T1、T2、Tt1)和第2系统的3个点的温度(T2、T4、Tt2)会受到环境温度(第3温度)Tout的影响。因此,Qb1=Q11=Q12以及Qb2=Q21=Q22这样的前提不再成立。此时,作为现有例的计算式的式(F)的左边成为Tc+ΔTc,产生与热平衡之差对应的测量误差ΔTc。
即,在专利文献1所记载的温度计中,在如下的设计思想下进行了设计:通过设置于表层部上的绝热件使得温度测量部与环境(大气)隔离,因此,热通量在温度测量部的顶部结束,基本不存在与环境(大气)之间的热平衡,可将其忽略。但是,在进一步促进温度计的小型化的情况下,例如在温度测量部的侧面与环境(大气)之间的热平衡变得显著,不能再忽略与热平衡之差对应的测量误差。
图19(A)和图19(B)是用于说明在本发明的第2实施方式中,不会产生因热平衡引起的误差成分的原因的图。图19(A)示出了第2实施方式的温度测量部中的温度和热阻的状态。图19(B)示出了图19(A)所示的温度测量部中的环境温度(第3温度)Tout1、Tout2与深部温度Tc之间的热阻和热通量的状态。
在本实施方式中,至少执行两次温度测量(温度信息的取得),在各温度测量中,使第3温度(环境温度)Tout的值不同(Tout1≠Tout2)。在使环境温度(第3温度)不同而执行了2次温度测量时,在第1测量中,构成了设始端为被测量体的深部4、终端为环境(大气等)的第1热通量的系统。而在第2测量中,构成了设始端为被测量体的深部、终端为环境(大气等)的第2热通量的系统。由于在各系统中第3温度(环境温度)Tout不同,因此各系统的热通量是相互不同的热通量。
并且,环境(大气)7中的热传递系数(与气体中的热移动度成比例的常数)为n。第1温度为Tb1(或者T1)、Tb2(或者T3)。而第2温度为Tp1(或者T2)、Tp2(或者T4)。被测量体6的表层部5中的热阻为Rb,基材40的热阻为R1。此外,如图19(B)所示,在第1系统中,产生了热通量Qb1、热通量Q11和热通量Qa1。在第2系统中,产生了热通量Qb2、热通量Q21和热通量Qa2。
在这两个热通量的系统中,热通量的终端是允许温度变动的环境7,因此,不会产生在现有例中成为问题的热平衡之差这一概念。即,仅是还包含该热平衡,唯一地确定(适当改变)环境温度Tout(Tout1、Tout2)。
此外,在第1热通量的系统、第2热通量的系统中,所使用的基材40的导热率(即热阻)相同。即,热阻的分布在第1系统与第2系统之间没有任何变化。因此,在基材上设定了第1测量点和第2测量点时,在第1热通量的系统、第2热通量的系统中,(第1测量点与第2测量点的温度差)/(被测量体的深部温度Tc与第1测量点的温度差)均相同。因此,下式成立。
在针对Tc求解该式(12)时,能够得到上述第2计算式(上式(11))。不会产生现有例中的ΔTc这一误差成分的概念自身,因此,根据第2计算式,得到大致理想的深部温度Tc。
虽然第2计算式(式(11))看上去在形式上与现有例中的计算式(式(F))相同,然而第2计算式(式(11))是与现有例的计算式(式(F))根本不同的计算式。即,第2计算式(式(11))是基于从将环境作为终端的两种热通量的系统得到的数据,从基材中的热阻之比相同这一观点出发导出的计算式,是根本不同的计算式。
另外,在本实施方式中,第3温度(环境温度)Tout与深部温度Tc的计算自身没有直接关系。但是,如上所述,需要使第1测量中的Tout1与第2测量中的Tout2不同,当Tout1=Tout2时,不能进行准确的深部温度的计算。
因此,由第3温度传感器54测量的第3温度Tout(或者由环境温度取得部53取得的第3温度Tout3)可用于确认是否满足可计算条件(第1测量与第2测量中的第3温度不同这一条件),即,可用于判断是否能够进行运算。
图20(A)和图20(B)是示出第2实施方式中的深部温度的测量步骤、和第2实施方式中的深部温度的计算结果例的图。首先,取得温度数据(步骤S40)。在温度数据中,包含有在第1测量中得到的第1温度Tb1、第2温度Tp1、第3温度Tout1、以及在第2测量中得到的第1温度Tb2、第2温度Tp2、第3温度Tout2(≠Tout1)。接着,使用第2计算式运算深部温度(步骤S50)。
图20(B)是示出第2实施方式中的深部温度的计算结果例的图。此处,使用图11所示的测量环境。当第1测量中的环境温度(第3温度)Tout1为23℃时,第1温度Tb1为28.371℃,第2温度Tp1为26.2482℃。当第2测量中的环境温度(第3温度)Tout2为30℃时,第1温度Tb2为32.6855℃,第2温度Tp2为31.6241℃。将作为热源的深部温度Tc设定为37℃。针对该深部温度的计算结果为37.00000,没有产生误差。因此可知,根据本实施方式,能够以极高的精度测量深部温度。
(第3实施方式)
接着,对将温度传感器设置在基材40上的方法的一例进行说明。图21(A)~图21(E)是用于说明将温度传感器设置在基材上的方法的一例的图。此处,以第1温度传感器50(例如由热电偶元件构成)为例进行说明。以下说明的方法也同样适用于第2温度传感器52和第3温度传感器55。
图21(A)示出了基材40(包含第1温度传感器50)的平面图和剖视图。如平面图所示,基材40在平面视图中呈正方形的形状,纵Y1和横X1例如均为50mm。此外,如剖视图所示,基材的高度Y3例如为5mm。并且,第1温度传感器50被埋设在基材40中。第1温度传感器50的横X2例如为0.5mm,纵(高度)Y2例如为0.5mm。作为基材40,例如可使用发泡橡胶(例如天然的胶乳橡胶)或发泡树脂(例如发泡聚氨酯)。
图21(B)和图21(C)示出了将第1温度传感器50埋入到基材40中的方法的一例。在图21(B)中,形成从基材40的侧面朝向中央的横孔47a,经由该横孔47a将第1温度传感器50运送到基材40的内部,并且将第1温度传感器50设置于基材40的大致中央。
此外,在图21(C)的例子中,替代图21(B)中的横孔47a而形成了纵孔47b。
图21(D)和图21(E)示出了将第1温度传感器50埋入到基材40中的方法的其他例子。在图21(D)和图21(E)的例子中,将基材40分割为下侧部分40a和上侧部分40b。在粘贴下侧部分40a和上侧部分40b时,利用两部分40a、40b将第1温度传感器50夹在中间,结果能够使第1温度传感器50位于基材40的内部。
在图21(D)的例子的第1工序中,在基材40的上侧部分40b的一部分上形成凹部39。在第2工序中,在形成于基材40的上侧部分40b上的凹部39中埋入第1温度传感器50,并且在基材40的下侧部分40a的与上侧部分40b相对的面上形成粘接件41。在第3工序中,将基材40的下侧部分40a与上侧部分40b粘合。另外,由于发泡橡胶或发泡树脂具有柔软性,因此也可以不设置凹部39,而是利用基材40的下侧部分40a和上侧部分40b直接夹住第1温度传感器50。图21(E)示出了该例。
在图21(E)的例子的第1工序中,不在基材40的下侧部分40a上形成凹部。并且,在第2工序中,在基材40的下侧部分40a的与上侧部分40b相对的面上形成粘接件41,并在该粘接件41上载置第1温度传感器50。在第3工序中,将基材40的下侧部分40a与上侧部分40b粘合。基材40由柔软的材料构成。因此,在粘合时,基材40的上侧部分40b的中央部变形为包住第1温度传感器50。另外,以上例子只是一个例子,不限于这些方法。
如以上所说明的那样,根据本发明的至少一个实施方式,能够进行更高精度的深部温度测量。并且,能够同时实现温度测量部的小型化和高精度的测量。
以上,针对几个实施方式进行了说明,但本领域技术人员能够容易地理解到,可根据本发明的新颖内容和效果进行实体上未脱离的多种变形。因而,这种变形例全部包含在本发明的范围内。例如,在说明书或附图中,对于至少一次地与更广义或同义的不同用语一起记载的用语,在说明书或附图的任何位置处,都可以将其置换为该不同的用语。
Claims (17)
1.一种温度测量装置,其特征在于,包含:温度测量部、环境温度取得部、运算部、和控制所述温度测量部以及所述运算部的动作的控制部,
所述温度测量部具有:
作为热介质的基材,其具有作为与被测量体接触的接触面的第1面;
第1温度传感器,其测量所述基材的第1测量点处的温度作为第1温度;以及
第2温度传感器,其测量所述基材的与所述第1测量点不同的第2测量点处的温度作为第2温度,
所述环境温度取得部取得所述基材的周围的环境温度作为第3温度,
所述第1测量点和所述第2测量点位于所述基材的外表面上、或者所述基材的内部,
所述第1温度传感器和所述第2温度传感器在所述第3温度不同的条件下,多次测量所述第1温度和所述第2温度,
所述运算部根据通过所述多次测量得到的所述第1温度、所述第2温度以及与所述多次测量对应的不同值的所述第3温度,基于深部温度运算式求出与所述第1面相离的、所述被测量体的深部处的深部温度。
2.根据权利要求1所述的温度测量装置,其特征在于,
所述控制部将用于所述第1温度和所述第2温度的测量的时间段分割为多个时间段,使所述第1温度传感器和所述第2温度传感器针对每一个时间段,以预定间隔执行多次温度测量,
并且,所述运算部通过使用了所述多次测量得到的多个温度测量数据的平均运算,针对每一个时间段决定所述第1温度和所述第2温度,且使用针对所述每一个时间段决定的所述第1温度和所述第2温度,执行所述深部温度的计算式的运算,求出所述被测量体的深部处的深部温度。
3.根据权利要求1所述的温度测量装置,其特征在于,
该温度测量装置还具有能够改变所述环境温度的环境温度调整部,
所述控制部在使所述第1温度传感器和所述第2温度传感器执行所述多次测量时,每当一次测量结束时,通过所述环境温度调整部改变所述环境温度。
4.根据权利要求1所述的温度测量装置,其特征在于,
该温度测量装置还具有输入定时控制信息的定时控制信息输入部,所述定时控制信息决定所述第1温度传感器和所述第2温度传感器执行所述多次测量的定时,
每当从定时控制信息输入部输入所述定时控制信息时,所述控制部使所述第1温度传感器和所述第2温度传感器执行温度测量。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的温度测量装置,其特征在于,
在利用以所述第2温度及所述第3温度为变量、并且包含多个常数的函数来表示所述第1温度时,所述运算部根据所测量的所述第1温度、所述第2温度和所述第3温度计算所述多个常数,并通过使用了计算出的所述多个常数的、所述深部温度的计算式的运算,计算所述被测量体的深部温度。
6.根据权利要求5所述的温度测量装置,其特征在于,
利用以所述第2温度为变量、并具有第1斜率和第1截距的第1一次函数来表示所述第1温度,
利用以所述第3温度为变量、并具有第2斜率和第2截距的第2一次函数来表示所述第1一次函数的所述第1截距,
所述多个常数相当于所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距,
当设通过第1测量得到的所述第1温度为Tb1、所述第2温度为Tp1、所述第3温度为Tout1、
通过第2测量得到的所述第1温度为Tb2、所述第2温度为Tp2、所述第3温度为Tout2、
通过第3测量得到的所述第1温度为Tb3、所述第2温度为Tp3、所述第3温度为Tout3时,
所述运算部根据通过所述第1测量得到的所述第1温度Tb1、所述第2温度Tp1和所述第3温度Tout1、通过所述第2测量得到的所述第1温度Tb2、所述第2温度Tp2和所述第3温度Tout2、以及通过所述第3测量得到的所述第1温度Tb3、所述第2温度Tp3和所述第3温度Tout3,计算所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距的值,并通过使用了计算出的所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距的值的所述深部温度的运算式的运算,计算所述被测量体的深部温度。
7.根据权利要求6所述的温度测量装置,其特征在于,
在设所述第1斜率为a、所述第2斜率为c、所述第2截距为d时,所述运算部通过下式计算所述a、c、d的值:
所述运算部通过作为所述深部温度的运算式的第1计算式来计算所述深部温度Tc,所述第1计算式由下式表示:
8.根据权利要求1~4中任一项所述的温度测量装置,其特征在于,
当设通过第1测量得到的所述第1温度为Tb1、所述第2温度为Tp1、所述第3温度为Tout1、
通过第2测量得到的所述第1温度为Tb2、所述第2温度为Tp2、所述第3温度为Tout2、且所述Tout2的值是与所述Tout1不同的值时,
所述运算部使用通过所述第1测量得到的所述第1温度Tb1和所述第2温度Tp1、以及通过所述第2测量得到的所述第1温度Tb2和所述第2温度Tp2,执行作为所述深部温度的运算式的第2计算式的运算,计算所述深部温度Tc,
所述第2计算式由下式表示:
9.根据权利要求1~4中任一项所述的温度测量装置,其特征在于,
该温度测量装置具有第1单元和与所述第1单元分体的第2单元,
所述第1单元包含所述温度测量部和所述环境温度取得部,
所述第2单元包含所述运算部和所述控制部。
10.根据权利要求9所述的温度测量装置,其特征在于,
所述第1单元包含第1无线通信部,
所述第2单元包含第2无线通信部,
从所述第1无线通信部向所述第2无线通信部发送所述第1温度的信息和所述第2温度的信息、或者所述第1温度的信息、所述第2温度的信息和所述第3温度的信息,
所述运算部根据由所述第2无线通信部接收到的所述第1温度的信息和所述第2温度的信息、或者所述第1温度的信息、所述第2温度的信息和所述第3温度的信息来执行运算,求出所述被测量体的深部温度。
11.根据权利要求1~4中任一项所述的温度测量装置,其特征在于,
该温度测量装置还具有粘贴结构,该粘贴结构将所述基材的所述第1面粘贴到所述被测量体的表面上。
12.一种温度测量方法,其特征在于,包含以下步骤:
温度信息取得步骤,在环境温度不同的条件下,多次测量基材的外表面上或者所述基材的内部的、不同位置的第1测量点和第2测量点处的温度;以及
运算步骤,根据通过所述多次测量得到的所述第1测量点的温度和所述第2测量点的温度、以及与所述多次测量对应的不同值的所述环境温度,基于深部温度的运算式求出与所述第1面相离的、所述被测量体的深部处的深部温度。
13.根据权利要求12所述的温度测量方法,其特征在于,
在设所述第1测量点的温度为第1温度、所述第2测量点的温度为第2温度、所述环境温度为第3温度时,利用以所述第2温度及所述第3温度为变量、并且包含多个常数的函数来表示所述第1温度,
利用以所述第2温度为变量、并具有第1斜率和第1截距的第1一次函数来表示所述第1温度,
利用以所述第3温度为变量、并具有第2斜率和第2截距的第2一次函数来表示所述第1一次函数的所述第1截距,
所述多个常数相当于所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距,
通过所述温度信息取得步骤中的第1测量,取得作为所述第1温度的Tb1、作为所述第2温度的Tp1和作为所述第3温度的Tout1,通过第2测量,取得作为所述第1温度的Tb2、作为所述第2温度的Tp2和作为所述第3温度的Tout2,通过第3测量,取得作为所述第1温度的Tb3、作为所述第2温度的Tp3和作为所述第3温度的Tout3,
在所述运算步骤中,根据通过所述第1测量得到的所述第1温度Tb1、所述第2温度Tp1和所述第3温度Tout1、通过所述第2测量得到的所述第1温度Tb2、所述第2温度Tp2和所述第3温度Tout2、以及通过所述第3测量得到的所述第1温度Tb3、所述第2温度Tp3和所述第3温度Tout3,计算所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距的值,并通过使用了计算出的所述第1斜率、所述第2斜率和所述第2截距的值的所述深部温度的运算式的运算,计算所述被测量体的深部温度。
14.根据权利要求13所述的温度测量方法,其特征在于,
在所述运算步骤中,
在设所述第1斜率为a、所述第2斜率为c、所述第2截距为d时,通过下式来计算所述a、c、d:
并且,通过由下式表示的所述第1计算式来计算所述深部温度Tc:
15.根据权利要求12所述的温度测量方法,其特征在于,
在设所述第1测量点的温度为第1温度、所述第2测量点的温度为第2温度、所述环境温度为第3温度时,利用以所述第2温度及所述第3温度为变量、并且包含多个常数的函数来表示所述第1温度,
在所述温度信息取得步骤中的第1测量中,在第3温度Tout1下,取得作为所述第1温度的Tb1和作为所述第2温度的Tp1,并且在第2测量中,在与对应于所述第1测量的第3温度Tout1不同的值的第3温度Tout2下,取得作为所述第1温度的Tb2和作为所述第2温度的Tp2,
并且,在所述运算步骤中,使用通过所述第1测量得到的所述第1温度Tb1和所述第2温度Tp1、以及通过所述第2测量得到的所述第1温度Tb2和所述第2温度Tp2,执行作为所述深部温度的运算式的第2计算式的运算,计算所述深部温度Tc,
所述第2计算式由下式表示:
16.一种温度测量装置,其特征在于,该温度测量装置具有:
与被测量体接触的基材;
温度测量部,其具有第1温度传感器和第2温度传感器,所述第1温度传感器用于测量所述基材的外表面上或内部的第1测量点处的第1温度,所述第2温度传感器用于测量所述基材的外表面上或内部的第2测量点处的第2温度;
周围温度取得部,其取得所述基材的周围的温度作为第3温度;以及
运算部,
所述运算部根据所述第1温度、所述第2温度以及所述第3温度,求出所述被测量体的深部温度。
17.根据权利要求16所述的温度测量装置,其特征在于,
所述控制部在多个时间段中执行所述温度测量,
所述运算部通过由所述温度测量得到的数据的平均运算,决定各个所述时间段的所述第1温度和所述第2温度,根据所述决定的各个时间段的所述第1温度和所述第2温度,求出所述深部温度。
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