JP2002286559A - 流体温度の音響測定アレンジメントおよび方法 - Google Patents
流体温度の音響測定アレンジメントおよび方法Info
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- G01K11/22—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects
- G01K11/24—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects of the velocity of propagation of sound
Abstract
(57)【要約】
【課題】 流体中の音響速度を監視しかつ該音響速度に
関する出力信号を生成する手段１２、１４、１６、１
８、２０；４８、４８'、６０、５４、６２と、出力信
号を受信して瞬間的な流体温度ＴＡを測定するように構
成された信号処理プロセッサ４；４６とから成っている
瞬間的な流体温度を音響測定アレンジメントおよび方法
の改良。 【解決手段】 流体温度ＴＳを測定しかつ該温度に関す
る出力信号を生成する従来の温度センサ６；５８がさら
に設けられており、信号処理プロセッサがセンサからの
出力信号を受信しかつ瞬間的な流体温度ＴＡをさらに該
出力信号に基づいて求める。
関する出力信号を生成する手段１２、１４、１６、１
８、２０；４８、４８'、６０、５４、６２と、出力信
号を受信して瞬間的な流体温度ＴＡを測定するように構
成された信号処理プロセッサ４；４６とから成っている
瞬間的な流体温度を音響測定アレンジメントおよび方法
の改良。 【解決手段】 流体温度ＴＳを測定しかつ該温度に関す
る出力信号を生成する従来の温度センサ６；５８がさら
に設けられており、信号処理プロセッサがセンサからの
出力信号を受信しかつ瞬間的な流体温度ＴＡをさらに該
出力信号に基づいて求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の温度、特に
組成が不明な気体の温度を音響的に測定するアレンジメ
ントおよび方法に関する。
組成が不明な気体の温度を音響的に測定するアレンジメ
ントおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の、熱電対、サーミスタおよび抵抗
温度計等の非音響的な温度センサは、自らの温度をモニ
ターすること、例えば、温度により誘導された、それら
が製造されている材料の電気的特性の変化を監視するこ
とによって動作するため、一般に、温度を監視しようと
している気体の組成に対しては感度が低い。しかし、一
般に、従来の温度センサの時間定数は比較的に長い（数
秒のオーダ）ため、一般的に急激な温度変化に対して感
度が低い。
温度計等の非音響的な温度センサは、自らの温度をモニ
ターすること、例えば、温度により誘導された、それら
が製造されている材料の電気的特性の変化を監視するこ
とによって動作するため、一般に、温度を監視しようと
している気体の組成に対しては感度が低い。しかし、一
般に、従来の温度センサの時間定数は比較的に長い（数
秒のオーダ）ため、一般的に急激な温度変化に対して感
度が低い。
【０００３】音響温度センサは、音波、典型的には超音
波が、組成が既知の流体を通過する伝搬時間を測定する
方法に従って動作することが知られており、その流体中
の音響速度は伝搬時間ｔと伝搬長Ｌとの間の既知の関係
に従って得られる。この関係は以下の式ににより表すこ
とができる。
波が、組成が既知の流体を通過する伝搬時間を測定する
方法に従って動作することが知られており、その流体中
の音響速度は伝搬時間ｔと伝搬長Ｌとの間の既知の関係
に従って得られる。この関係は以下の式ににより表すこ
とができる。
【０００４】 Ｖ＝Ｌ／ｔ （１） 次に、例えば以下の式（２）により表される周知の関係
を用いてこの流体の温度が求められる。音響温度センサ
の時間定数は比較的に短い（約数ミリ秒のオーダ）た
め、流体の瞬間的な温度を効果的に測定する。これによ
りこの種のセンサは、例えば流体内の相応する急激かつ
一時的な圧力のゆらぎにより誘発される流体系の急激か
つ一時的な変化を測定するのに十分適したものとなる。
しかし、音響速度はそれが伝搬する流体の組成に左右さ
れることも知られているため、音響温度センサは温度を
監視しようとしている流体の組成に対して感度が高い。
を用いてこの流体の温度が求められる。音響温度センサ
の時間定数は比較的に短い（約数ミリ秒のオーダ）た
め、流体の瞬間的な温度を効果的に測定する。これによ
りこの種のセンサは、例えば流体内の相応する急激かつ
一時的な圧力のゆらぎにより誘発される流体系の急激か
つ一時的な変化を測定するのに十分適したものとなる。
しかし、音響速度はそれが伝搬する流体の組成に左右さ
れることも知られているため、音響温度センサは温度を
監視しようとしている流体の組成に対して感度が高い。
【０００５】知られている音響測定センサは機能的に
は、温度が測定される流体内の音響速度を監視する手段
と、モニターされた速度に関連する出力信号を発生する
手段とから構成されている。プロセッサがこの手段に接
続され、前記出力信号を受信し、流体の温度Ｔと音響速
度（例えば、前記の式（１）を用いて得られる）との間
の周知の関係に基づいてその流体の温度が算出される。
この関係は以下の式により表すことができる。
は、温度が測定される流体内の音響速度を監視する手段
と、モニターされた速度に関連する出力信号を発生する
手段とから構成されている。プロセッサがこの手段に接
続され、前記出力信号を受信し、流体の温度Ｔと音響速
度（例えば、前記の式（１）を用いて得られる）との間
の周知の関係に基づいてその流体の温度が算出される。
この関係は以下の式により表すことができる。
【０００６】 Ｔ＝ｋＶ２ （２） ここで、ｋは流体の組成に関連する定数を表している。
【０００７】典型的には、出力信号を生成する手段は、
音響信号トランスミッタと、該トランスミッタに関連し
て設置され、音響信号が流体を介して所定の距離伝搬し
た後にこのトランスミッタから音響信号を受信する相補
形音響信号レシーバと、該レシーバによる音響信号の受
信に応答してトランスミッタとレシーバとの間の音響信
号の伝搬時間を測定し、かつこの伝搬時間を表す信号を
前記プロセッサに供給する、前記レシーバに接続された
タイミング装置とから構成されており、プロセッサでこ
の信号が流体温度の算出に使用される。
音響信号トランスミッタと、該トランスミッタに関連し
て設置され、音響信号が流体を介して所定の距離伝搬し
た後にこのトランスミッタから音響信号を受信する相補
形音響信号レシーバと、該レシーバによる音響信号の受
信に応答してトランスミッタとレシーバとの間の音響信
号の伝搬時間を測定し、かつこの伝搬時間を表す信号を
前記プロセッサに供給する、前記レシーバに接続された
タイミング装置とから構成されており、プロセッサでこ
の信号が流体温度の算出に使用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
に比べて一層改善された、瞬間的な流体温度を音響測定
するためのアレンジメントおよび方法を提供することで
ある。
に比べて一層改善された、瞬間的な流体温度を音響測定
するためのアレンジメントおよび方法を提供することで
ある。
【０００９】
【問題を解決するための手段】本発明の第１のカテゴリ
ーによれば、請求項１の上位概念において規定されかつ
請求項の特徴部分において特徴付けられている瞬間的な
流体温度を音響測定するためのアレンジメントが提供さ
れる。
ーによれば、請求項１の上位概念において規定されかつ
請求項の特徴部分において特徴付けられている瞬間的な
流体温度を音響測定するためのアレンジメントが提供さ
れる。
【００１０】急激な温度の変動に対して感度の低い従来
の非音響的温度センサを用い、流体温度を直接感知する
ことによって温度が提供され、監視された音響速度に基
づいてその流体の組成に関する情報が引き出され、かつ
瞬間的な流体温度の測定に使用される。このため、流体
の組成が不明であるか、時間と共に変化する（従来の温
度センサの時間定数を超える）という状況において、本
発明のアレンジメントを使用することができる。
の非音響的温度センサを用い、流体温度を直接感知する
ことによって温度が提供され、監視された音響速度に基
づいてその流体の組成に関する情報が引き出され、かつ
瞬間的な流体温度の測定に使用される。このため、流体
の組成が不明であるか、時間と共に変化する（従来の温
度センサの時間定数を超える）という状況において、本
発明のアレンジメントを使用することができる。
【００１１】
【外３】
【００１２】本発明の第２のカテゴリーによれば、本発
明の請求項１に記載されかつ特徴付けられた瞬間的な流
体温度の音響測定の方法が提供されており、この方法を
用いることにより本発明の請求項１に記載されかつ特徴
付けられたアレンジメントが動作する。このようにし
て、流体中の音響速度の値を得て、従来の温度センサを
用いて測定された流体温度の値を得ることによって、流
体の組成が不明な場合であっても、得られた音響速度の
値および測定された流体温度に基づいて瞬間的な流体温
度を求めることが可能になる。
明の請求項１に記載されかつ特徴付けられた瞬間的な流
体温度の音響測定の方法が提供されており、この方法を
用いることにより本発明の請求項１に記載されかつ特徴
付けられたアレンジメントが動作する。このようにし
て、流体中の音響速度の値を得て、従来の温度センサを
用いて測定された流体温度の値を得ることによって、流
体の組成が不明な場合であっても、得られた音響速度の
値および測定された流体温度に基づいて瞬間的な流体温
度を求めることが可能になる。
【００１３】測定された流体温度は、上記の式（２）を
用いて、流体の組成に関する情報および好適には得られ
た温度の時間平均値を得るのに使用され、続いて、得ら
れた音響速度に従って瞬間的な流体温度を測定するのに
使用される。
用いて、流体の組成に関する情報および好適には得られ
た温度の時間平均値を得るのに使用され、続いて、得ら
れた音響速度に従って瞬間的な流体温度を測定するのに
使用される。
【００１４】
【実施例】次に、本発明のアレンジメントの模範的な実
施例について、添付図面を参照して説明する。
施例について、添付図面を参照して説明する。
【００１５】ここで図１を参照すると、瞬間的な流体温
度の音響測定のためのアレンジメントが示されており、
信号処理プロセッサ４に作用接続された音響速度モニタ
２と、温度が音響的に測定される流体１０の流路を定め
る導管８内に設けられかつ信号処理プロセッサ４と作用
接続された従来の温度センサ６とから構成されている。
この信号処理プロセッサ４は便宜的に、パーソナル・コ
ンピュータ内に従来のプロセッサを備えてよく、このコ
ンピュータは適切にプログラムされ、ここに記載した外
部装置との通信を可能にするようにインタフェース・カ
ードを備えている。
度の音響測定のためのアレンジメントが示されており、
信号処理プロセッサ４に作用接続された音響速度モニタ
２と、温度が音響的に測定される流体１０の流路を定め
る導管８内に設けられかつ信号処理プロセッサ４と作用
接続された従来の温度センサ６とから構成されている。
この信号処理プロセッサ４は便宜的に、パーソナル・コ
ンピュータ内に従来のプロセッサを備えてよく、このコ
ンピュータは適切にプログラムされ、ここに記載した外
部装置との通信を可能にするようにインタフェース・カ
ードを備えている。
【００１６】本発明の実施例では、従来の温度センサ６
は、電気的出力をその温度に直接関連付ける知られてい
る抵抗型の温度計から構成されているが、その代わり
に、動作が流体の組成に依存しないが、流体の温度を感
知するために使用されているサーミスタまたは熱電対等
の知られている従来のセンサを使用してもよい。
は、電気的出力をその温度に直接関連付ける知られてい
る抵抗型の温度計から構成されているが、その代わり
に、動作が流体の組成に依存しないが、流体の温度を感
知するために使用されているサーミスタまたは熱電対等
の知られている従来のセンサを使用してもよい。
【００１７】音響速度モニタ２は音響温度センサの技術
では周知のタイプのものであるため、その動作原理がわ
かる程度にだけ説明する。このモニタは送信トランスデ
ューサ１２を備え、これは信号発生器から供給される所
望の周波数の電気的信号を相応する音波、典型的には超
音波に変換して導管８の流体１０に送ることができる。
また、流体１０から入ってくる音響信号を相応する電気
的信号に変換可能な受信トランスデューサ１６は検出器
１８に接続されるようにもなっている。この検出器１８
は受信トランスデューサ１６に存在する信号を表す出力
を供給し、周知の零交差形検出器（ゼロクロッシング）
であってよく、好適には、トランスデューサ１２が送信
した１つの周波数または複数の周波数以外の受信された
音響信号を区別するための弁別器回路が設けられてよ
い。従来のタイマ２０は信号発生器１４と検出器１８と
に作用接続されていて、本実施例では信号発生器１４か
らタイマ２０に出力されるタイミング信号として表す、
信号発生器１４による電気的信号の供給と、本実施例で
は検出器１８からタイマ２０に出力される検出信号とし
て表す、受信トランスデューサ１６による信号の受信と
の間の経過時間を測定する。このタイマ２０は、例えば
経過時間を直接示するものか、またはさらなる処理の後
に算出された音響速度を直接示すものとしてのいずれか
の形の、測定された経過時間に関連する出力信号を生成
する。以下にさらなる詳細を示すように、タイマ２０お
よび温度センサ６からの出力信号は信号処理プロセッサ
４によって受信され、このプロセッサはこれらの信号か
ら瞬間的な流体温度の値を測定するように適合されてい
る。本実施例に示すように、この信号処理プロセッサ
は、表示装置２２を作動させて測定された瞬間的な流体
温度を表示するようにさらに適合されてよい。
では周知のタイプのものであるため、その動作原理がわ
かる程度にだけ説明する。このモニタは送信トランスデ
ューサ１２を備え、これは信号発生器から供給される所
望の周波数の電気的信号を相応する音波、典型的には超
音波に変換して導管８の流体１０に送ることができる。
また、流体１０から入ってくる音響信号を相応する電気
的信号に変換可能な受信トランスデューサ１６は検出器
１８に接続されるようにもなっている。この検出器１８
は受信トランスデューサ１６に存在する信号を表す出力
を供給し、周知の零交差形検出器（ゼロクロッシング）
であってよく、好適には、トランスデューサ１２が送信
した１つの周波数または複数の周波数以外の受信された
音響信号を区別するための弁別器回路が設けられてよ
い。従来のタイマ２０は信号発生器１４と検出器１８と
に作用接続されていて、本実施例では信号発生器１４か
らタイマ２０に出力されるタイミング信号として表す、
信号発生器１４による電気的信号の供給と、本実施例で
は検出器１８からタイマ２０に出力される検出信号とし
て表す、受信トランスデューサ１６による信号の受信と
の間の経過時間を測定する。このタイマ２０は、例えば
経過時間を直接示するものか、またはさらなる処理の後
に算出された音響速度を直接示すものとしてのいずれか
の形の、測定された経過時間に関連する出力信号を生成
する。以下にさらなる詳細を示すように、タイマ２０お
よび温度センサ６からの出力信号は信号処理プロセッサ
４によって受信され、このプロセッサはこれらの信号か
ら瞬間的な流体温度の値を測定するように適合されてい
る。本実施例に示すように、この信号処理プロセッサ
は、表示装置２２を作動させて測定された瞬間的な流体
温度を表示するようにさらに適合されてよい。
【００１８】この実施例では、送信トランスデューサ１
２および受信トランスデューサ１６は、この送信トラン
スデューサ１２から入射する音響放射線を受信トランス
デューサ１６に向けて反射するように、このトランスデ
ューサ１２および１６と対向して位置するリフレクタ要
素２４に関して平行にされているトランスデューサ１２
および１６は、相互間隔が実質的にはリフレクタからの
距離未満になるように設けられている。このことは送信
された音および反射された音が同じ経路（矢印線２６ａ
および２６ｂによりそれぞれ示されているように）に沿
って効果的に伝搬することを意味している。このことは
流体１０の動きの測定された速度に及ぼす影響を低減す
る点で重要である。これはこれで有用であるが、トラン
スデューサ１２および１６が導体８を介して互いに対向
して設けられてもよいことは当業者には自明である。
２および受信トランスデューサ１６は、この送信トラン
スデューサ１２から入射する音響放射線を受信トランス
デューサ１６に向けて反射するように、このトランスデ
ューサ１２および１６と対向して位置するリフレクタ要
素２４に関して平行にされているトランスデューサ１２
および１６は、相互間隔が実質的にはリフレクタからの
距離未満になるように設けられている。このことは送信
された音および反射された音が同じ経路（矢印線２６ａ
および２６ｂによりそれぞれ示されているように）に沿
って効果的に伝搬することを意味している。このことは
流体１０の動きの測定された速度に及ぼす影響を低減す
る点で重要である。これはこれで有用であるが、トラン
スデューサ１２および１６が導体８を介して互いに対向
して設けられてもよいことは当業者には自明である。
【００１９】さらに図１を参照して、本発明のアレンジ
メントを作動させる方法について図２〜図４のフローチ
ャートも参照して説明することにする。
メントを作動させる方法について図２〜図４のフローチ
ャートも参照して説明することにする。
【００２０】図２には基本的方法が示されている。ステ
ップ２８は流体１０の中の音響速度を得る。このステッ
プ２８では、流体１０を通る音響信号の通過（transi
t）時間ｔがモニタ２によって測定され、次に信号処理
プロセッサ４まで送られて、前述の式（１）から速度Ｖ
の値が求められる。
ップ２８は流体１０の中の音響速度を得る。このステッ
プ２８では、流体１０を通る音響信号の通過（transi
t）時間ｔがモニタ２によって測定され、次に信号処理
プロセッサ４まで送られて、前述の式（１）から速度Ｖ
の値が求められる。
【００２１】Ｖ＝Ｌ／ｔ ここでＬは流体１０を通る伝搬経路２６ａおよび２６ｂ
の長さを表し、これは所定の値であり信号処理プロセッ
サ４に格納されている。
の長さを表し、これは所定の値であり信号処理プロセッ
サ４に格納されている。
【００２２】ステップ３０では流体１０の感知された温
度ＴＳが得られる。このＳテップ３０では、従来の温度
センサ６からの出力は感知された温度ＴＳの測定値とし
て信号処理プロセッサ６に供給される。
度ＴＳが得られる。このＳテップ３０では、従来の温度
センサ６からの出力は感知された温度ＴＳの測定値とし
て信号処理プロセッサ６に供給される。
【００２３】ステップ３２は瞬間的な流体温度ＴＡを測
定する。このステップ３２では、信号処理プロセッサ６
は前述の式（２）： ＴＡ＝ｋＶ２ から瞬間的な流体の温度ＴＡを測定するように動作す
る。
定する。このステップ３２では、信号処理プロセッサ６
は前述の式（２）： ＴＡ＝ｋＶ２ から瞬間的な流体の温度ＴＡを測定するように動作す
る。
【００２４】信号処理プロセッサ６はさらに、次式
（２）に従って定数ｋの値を算出するように適合されて
動作するように構成されている： ｋ＝ＴＳ／Ｖ２ ステップ３２において瞬間温度ＴＡの測定に用いられる
定数ｋの値は、感知された温度ＴＳの得られた値および
速度Ｖに基づいて種々の方法で算出することできる。例
えば、定数ｋは、対応する前述のステップ２８および３
０で得られた値である速度Ｖおよび感知された温度ＴＳ
を用いて単純に計算されてよい。定数ｋの値は、例えば
図３の方法ステップで示されるようなローリング値（ro
lling value）として算出されてよい。
（２）に従って定数ｋの値を算出するように適合されて
動作するように構成されている： ｋ＝ＴＳ／Ｖ２ ステップ３２において瞬間温度ＴＡの測定に用いられる
定数ｋの値は、感知された温度ＴＳの得られた値および
速度Ｖに基づいて種々の方法で算出することできる。例
えば、定数ｋは、対応する前述のステップ２８および３
０で得られた値である速度Ｖおよび感知された温度ＴＳ
を用いて単純に計算されてよい。定数ｋの値は、例えば
図３の方法ステップで示されるようなローリング値（ro
lling value）として算出されてよい。
【００２５】
【外４】
【００２６】このような手法で瞬間的な温度ＴＡを測定
する場合には流体の組成（故に、ｋの値）は平均化する
時間間隔内では一定であるあるいは僅かしか変化しない
ものと仮定される。また、温度センサ６によって監視さ
れる温度ＴＳが周期的に変動する状況において、および
平均化の時間が温度センサ６の時間定数を超える場合に
は、平均化の時間および前記の第１の時間間隔は、好適
には検知ないし測定された温度ＴＳの周期の全数と一致
するように選択される必要がある。これは、較正段階で
温度ＴＳを監視することによって容易に定めることがで
きる。
する場合には流体の組成（故に、ｋの値）は平均化する
時間間隔内では一定であるあるいは僅かしか変化しない
ものと仮定される。また、温度センサ６によって監視さ
れる温度ＴＳが周期的に変動する状況において、および
平均化の時間が温度センサ６の時間定数を超える場合に
は、平均化の時間および前記の第１の時間間隔は、好適
には検知ないし測定された温度ＴＳの周期の全数と一致
するように選択される必要がある。これは、較正段階で
温度ＴＳを監視することによって容易に定めることがで
きる。
【００２７】ここで、図３を参照すると、図２に関して
説明された方法ステップが同じ参照番号を用いて示され
ている。ここでは、図１のアレンジメントは、定数ｋを
次の瞬間温度ＴＡの測定に用いるローリング値として算
出するような構成になっている。
説明された方法ステップが同じ参照番号を用いて示され
ている。ここでは、図１のアレンジメントは、定数ｋを
次の瞬間温度ＴＡの測定に用いるローリング値として算
出するような構成になっている。
【００２８】ステップ２８では、図２に関して前述した
ように流体１０内の音響速度Ｖが得られる。
ように流体１０内の音響速度Ｖが得られる。
【００２９】ステップ３０では、図２に関して前述した
ように流体１０の測定された温度Ｔ Ｓが得られる。温度
センサ６の時間定数が比較的長いために、温度センサ６
により出力される温度を音響速度Ｖを得る毎に獲得する
必要がないことは当業者には明白であろう。
ように流体１０の測定された温度Ｔ Ｓが得られる。温度
センサ６の時間定数が比較的長いために、温度センサ６
により出力される温度を音響速度Ｖを得る毎に獲得する
必要がないことは当業者には明白であろう。
【００３０】ステップ３４では次に使用するために定数
の値を次式（２）： ｋ＝ＴＳ／Ｖ２ に従って算出する。
の値を次式（２）： ｋ＝ＴＳ／Ｖ２ に従って算出する。
【００３１】ステップ３６では先のステップ３４で算出
された定数ｋの値が、対応する先のステップ２８および
３０でそれぞれ得られた音響速度Ｖおよび測定された温
度Ｔ Ｓの値を用いて得られる。
された定数ｋの値が、対応する先のステップ２８および
３０でそれぞれ得られた音響速度Ｖおよび測定された温
度Ｔ Ｓの値を用いて得られる。
【００３２】ステップ３２では瞬間的な気体の温度ＴＡ
が測定される。このステップ３２では、信号処理プロセ
ッサ４は、本発明のステップ２８で得られた音響速度Ｖ
および本発明のステップ３６で得られた定数ｋの値を用
いて、次式（２）から瞬間的な気体の温度ＴＡを測定す
るように動作する。
が測定される。このステップ３２では、信号処理プロセ
ッサ４は、本発明のステップ２８で得られた音響速度Ｖ
および本発明のステップ３６で得られた定数ｋの値を用
いて、次式（２）から瞬間的な気体の温度ＴＡを測定す
るように動作する。
【００３３】ＴＡ＝ｋＶ２
【００３４】
【外５】
【００３５】ステップ２８では、図２および図３に関し
て前述したように、流体１０の音響速度Ｖの値が信号処
理プロセッサ４で得られる。
て前述したように、流体１０の音響速度Ｖの値が信号処
理プロセッサ４で得られる。
【００３６】ステップ３０では、図２および図３に関し
て前述したように、流体１０の測定された温度ＴＳの値
が信号処理プロセッサ４で得られる。
て前述したように、流体１０の測定された温度ＴＳの値
が信号処理プロセッサ４で得られる。
【００３７】
【外６】
【００３８】ステップ４０では経過時間ｔが所定の第１
の時間間隔ＰＴ１より小さいかどうかが決定される。こ
の本発明の実施例では、信号処理プロセッサ４はその内
部クロックの周波数に基づき当該技術では一般的な方法
で、経過時間ｔの測定値としてタイミング信号を生成す
るように構成されている。
の時間間隔ＰＴ１より小さいかどうかが決定される。こ
の本発明の実施例では、信号処理プロセッサ４はその内
部クロックの周波数に基づき当該技術では一般的な方法
で、経過時間ｔの測定値としてタイミング信号を生成す
るように構成されている。
【００３９】他の実施例では、このタイミング信号は、
付属の装置から生成されるかトリガーされるようにして
もよい。例えば本発明のアレンジメントが知られている
患者用のベンチレータシステムにおける気体温度の測定
に使用される場合、時間間隔ＰＴ１は有効的にはこのベ
ンチレータが発生する呼吸サイクルの吸息段階または呼
息段階でありかつタイミング信号はこの適切な段階でベ
ンチレータによってトリガーされるか生成される。
付属の装置から生成されるかトリガーされるようにして
もよい。例えば本発明のアレンジメントが知られている
患者用のベンチレータシステムにおける気体温度の測定
に使用される場合、時間間隔ＰＴ１は有効的にはこのベ
ンチレータが発生する呼吸サイクルの吸息段階または呼
息段階でありかつタイミング信号はこの適切な段階でベ
ンチレータによってトリガーされるか生成される。
【００４０】経過時間ｔが第１の時間間隔ＰＴ１の範囲
内にある場合、経過時間がステップ４０により測定され
たＰＴ１の値を上回るまでステップ２８、３０および３
８が繰り返される。
内にある場合、経過時間がステップ４０により測定され
たＰＴ１の値を上回るまでステップ２８、３０および３
８が繰り返される。
【００４１】
【外７】
【００４２】
【外８】
【００４３】
【外９】
【００４４】
【外１０】
【００４５】
【外１１】
【００４６】本発明によるアレンジメントの別の実施例
を図５に示す。
を図５に示す。
【００４７】１対の超音波トランシーバ４８および４
８′が、互いに対向し、かつ流体媒質が流れる導管５０
を挟んで離間して設けらており、これは流量測定の技術
においては一般的なアレンジメントである。超音波フロ
ーメータによって、それぞれのトランシー４８，４８′
は交互に相補的な超音波トランスミッタおよびレシーバ
として動作することができるので、トランスミッタとし
て動作する一方のトランシーバ（例えば４８′）により
送信された超音波信号はレシーバとして動作する他方の
トランシーバ（例えば４８）によって検出され、かつ２
つのトランシーバ４８，４８′の間の反対方向の音響速
度を得ることができ、この得られた音響速度から、流体
流によって影響を受けない音響速度Ｖを、以下に説明す
るようにして得ることができる。
８′が、互いに対向し、かつ流体媒質が流れる導管５０
を挟んで離間して設けらており、これは流量測定の技術
においては一般的なアレンジメントである。超音波フロ
ーメータによって、それぞれのトランシー４８，４８′
は交互に相補的な超音波トランスミッタおよびレシーバ
として動作することができるので、トランスミッタとし
て動作する一方のトランシーバ（例えば４８′）により
送信された超音波信号はレシーバとして動作する他方の
トランシーバ（例えば４８）によって検出され、かつ２
つのトランシーバ４８，４８′の間の反対方向の音響速
度を得ることができ、この得られた音響速度から、流体
流によって影響を受けない音響速度Ｖを、以下に説明す
るようにして得ることができる。
【００４８】動作の点で図１の回路１８に類似する検出
器回路５４は、両トランシーバ４８および４８′と作用
接続され、一方のトランシーバから送信された超音波信
号の到着を他方のトランシーバにて検出する。この検出
器回路５４は、信号の検出を示す出力信号を適切にプロ
グラムされたパーソナル・コンピュータ５６で使用され
るように供給する。従来の温度センサ５８が導管５０内
に設けられており、導管５０内の流体５２の測定された
温度ＴＳの測定値をパーソナル・コンピュータ５６に供
給する。
器回路５４は、両トランシーバ４８および４８′と作用
接続され、一方のトランシーバから送信された超音波信
号の到着を他方のトランシーバにて検出する。この検出
器回路５４は、信号の検出を示す出力信号を適切にプロ
グラムされたパーソナル・コンピュータ５６で使用され
るように供給する。従来の温度センサ５８が導管５０内
に設けられており、導管５０内の流体５２の測定された
温度ＴＳの測定値をパーソナル・コンピュータ５６に供
給する。
【００４９】パーソナル・コンピュータ５６は、適切な
プログラミングおよび標準的なインタフェース・カード
を用いて、動作の点で図１の要素１４、２０および４と
それぞれ類似する信号発生器６０、タイマ６２および信
号処理プロセッサ６４の機能を果たせるように適合され
ている。したがって、パーソナル・コンピュータ５６
は、流体５６が、例えば、矢印６８により示された、第
２のトランシーバ４８の方向に向かって流れる経路６６
に沿って伝搬する超音波信号をトランシーバ４８′に生
成させる電気パルスを出力するように動作する。タイマ
６２はパーソナルコンピュータ５６の内部クロック周波
数で動作する増分カウンタを備えてよい。このカウンタ
は、コンピュータ５６が電気信号をトランシーバ４８′
に出力するとスタートし、トランシーバ４８が超音波信
号を受信したことを示す検出回路５４からの出力がコン
ピュータ５６によって受信されると停止する。したがっ
て、この計数された値は、経路６６に沿った一方向の超
音波信号の移動時間ｔ１の測定値を表している。続い
て、コンピュータ５６は超音波信号を他方のトランシー
バ４８に生成させる電気パルスを出力するように動作
し、経路６６に沿って反対方向の第２の移動時間ｔ
２が、この超音波信号によって前述した時間ｔ１と同様
の方法で得られる。
プログラミングおよび標準的なインタフェース・カード
を用いて、動作の点で図１の要素１４、２０および４と
それぞれ類似する信号発生器６０、タイマ６２および信
号処理プロセッサ６４の機能を果たせるように適合され
ている。したがって、パーソナル・コンピュータ５６
は、流体５６が、例えば、矢印６８により示された、第
２のトランシーバ４８の方向に向かって流れる経路６６
に沿って伝搬する超音波信号をトランシーバ４８′に生
成させる電気パルスを出力するように動作する。タイマ
６２はパーソナルコンピュータ５６の内部クロック周波
数で動作する増分カウンタを備えてよい。このカウンタ
は、コンピュータ５６が電気信号をトランシーバ４８′
に出力するとスタートし、トランシーバ４８が超音波信
号を受信したことを示す検出回路５４からの出力がコン
ピュータ５６によって受信されると停止する。したがっ
て、この計数された値は、経路６６に沿った一方向の超
音波信号の移動時間ｔ１の測定値を表している。続い
て、コンピュータ５６は超音波信号を他方のトランシー
バ４８に生成させる電気パルスを出力するように動作
し、経路６６に沿って反対方向の第２の移動時間ｔ
２が、この超音波信号によって前述した時間ｔ１と同様
の方法で得られる。
【００５０】次に、移動時間ｔ１およびｔ２に関連する
超音波信号Ｖ１およびＶ２の速度は、前述の式（１）に
従って信号処理位プロセッサ６４によって算出される。
本実施形例では、流体５２は４８から４８′方向の音響
経路６６に沿って、矢印６８により示された方向に速度
成分Ｖｆで流れている。このようにして得られた音響速
度Ｖ１およびＶ２は、流体の速度Ｖｆに関連する以下の
式で表される成分を有している。
超音波信号Ｖ１およびＶ２の速度は、前述の式（１）に
従って信号処理位プロセッサ６４によって算出される。
本実施形例では、流体５２は４８から４８′方向の音響
経路６６に沿って、矢印６８により示された方向に速度
成分Ｖｆで流れている。このようにして得られた音響速
度Ｖ１およびＶ２は、流体の速度Ｖｆに関連する以下の
式で表される成分を有している。
【００５１】 Ｖ１＝Ｖ−Ｖｆ （５） Ｖ２＝Ｖ＋Ｖｆ （６） ここでＶは気体中の音響速度を表す。
【００５２】式（５）および（６）からは、図２〜図４
のステップ２８のように、得られた速度Ｖ１およびＶ２
を引くようにコンピュータ５６の信号処理プロセッサ６
４をプログラムすれば、流体の流れ（流量）Ｖｆの値が
得られ、速度Ｖ１およびＶ２を加えるようにコンピュー
タ５６をプログラムすれば、音響速度Ｖが得られること
が分かる。コンピュータ５６はさらに、図１のアレンジ
メントに関し記載しかつ図３および図４に示した方法の
１つまたは他の方法に従って、瞬間的な気体温度ＴＡを
測定するようにプログラムされる。この温度ＴＡを表す
信号は、瞬間的な温度ＴＡを目で見えるように表示する
ために表示装置７０を起動させるのに適した形式で出力
されるか、または外部の付属装置を制御するため、また
は容積補正をするため、あるいは流体測定の技術では一
般的な補正方法のために適した形式でアクセス可能な外
部のインタフェースに出力されてよい。
のステップ２８のように、得られた速度Ｖ１およびＶ２
を引くようにコンピュータ５６の信号処理プロセッサ６
４をプログラムすれば、流体の流れ（流量）Ｖｆの値が
得られ、速度Ｖ１およびＶ２を加えるようにコンピュー
タ５６をプログラムすれば、音響速度Ｖが得られること
が分かる。コンピュータ５６はさらに、図１のアレンジ
メントに関し記載しかつ図３および図４に示した方法の
１つまたは他の方法に従って、瞬間的な気体温度ＴＡを
測定するようにプログラムされる。この温度ＴＡを表す
信号は、瞬間的な温度ＴＡを目で見えるように表示する
ために表示装置７０を起動させるのに適した形式で出力
されるか、または外部の付属装置を制御するため、また
は容積補正をするため、あるいは流体測定の技術では一
般的な補正方法のために適した形式でアクセス可能な外
部のインタフェースに出力されてよい。
【図１】本発明の第1のアレンジメントを示す略図であ
る。
る。
【図２】瞬間的温度を測定するための本発明のアレンジ
メントのオペレーションを示すフローチャートである。
メントのオペレーションを示すフローチャートである。
【図３】本発明のアレンジメントにおいて定数ｋの値を
算出するための選択的オペレーションを示すフローチャ
ートである。
算出するための選択的オペレーションを示すフローチャ
ートである。
【図４】本発明のアレンジメントにおいて定数ｋの値を
算出するための選択的オペレーションを示すフローチャ
ートである。
算出するための選択的オペレーションを示すフローチャ
ートである。
【図５】本発明の第２のアレンジメントを示す略図であ
る。
る。
２４ リフレクタ要素、 １０ 流体、 ２ 音響速度
モニタ、 １２，１６トランスデューサ、 ６ 温度セ
ンサ、 ８ 導管、 １８ 検出器、 １４信号発生
器、 ２０ タイマ、 ４ 信号処理プロセッサ、 ２
２ 表示装置、 ４８、４８′ 超音波トランシーバ、
５０ 溝、 ６０ 経路、 ５２流体、 ５８ 温度
センサ、 ５４ 検出器回路、 ５６ パーソナル・コ
ンピュータ、 ６０ 信号発生器、 ６２ タイマ、
６４ 信号処理プロセッサ、７０ 表示装置
モニタ、 １２，１６トランスデューサ、 ６ 温度セ
ンサ、 ８ 導管、 １８ 検出器、 １４信号発生
器、 ２０ タイマ、 ４ 信号処理プロセッサ、 ２
２ 表示装置、 ４８、４８′ 超音波トランシーバ、
５０ 溝、 ６０ 経路、 ５２流体、 ５８ 温度
センサ、 ５４ 検出器回路、 ５６ パーソナル・コ
ンピュータ、 ６０ 信号発生器、 ６２ タイマ、
６４ 信号処理プロセッサ、７０ 表示装置
Claims (8)
- 【請求項１】 瞬間的な流体温度を音響測定するための
アレンジメントであって、流体中の音響速度を監視しか
つ該音響速度に関する出力信号を生成する手段（１２、
１４、１６、１８、２０；４８、４８'、６０、５４、
６２）と、前記出力信号を受信しかつ瞬間的な流体温度
（ＴＡ）を該受信に基づいて測定するように構成された
信号処理プロセッサ（４；４６）とから成っているアレ
ンジメントにおいて、流体温度（ＴＳ）を測定しかつ該
温度に関する出力信号を生成する従来の温度センサ
（６；５８）がさらに設けられたことと、前記信号処理
プロセッサ（４；６４）が前記センサ（６；５８）から
の出力信号を受信しかつ前記瞬間的な流体温度（ＴＡ）
をさらに該出力信号に基づいて求めるような構成にさら
に成っていることとを特徴とする音響測定アレンジメン
ト。 - 【請求項２】 前記信号処理プロセッサ（４；６４）
が、前記センサ（６；５８）からの出力信号を受信して
前記流体の組成に関する情報を引き出し、かつ該引き出
された情報に基づいて前記瞬間的な流体温度（ＴＡ）を
測定するように構成された請求項１記載の流体温度の音
響測定アレンジメント。 - 【請求項３】 前記信号処理プロセッサ（４；６４）
が、前記手段（１２、１４、１６、１８、２０；４８、
４８'、６０、５４、６２）および前記センサ（６、５
８）から出力された信号を処理し、かつ関係ｋ＝ＴＳ／
Ｖ２に基づいて定数ｋを前記引き出された情報として算
出し、前記定数ｋの算出された値に基づいて、前記瞬間
的な流体温度（ＴＡ）を計算するように構成されてお
り、ここでＴＳは前記センサ（６；５８）により測定さ
れた測定された流体温度であり、Ｖは前記手段（１２、
１４、１６、１８、２０；４８、４８′、６０、５４、
６２）により監視された音響速度である請求項２記載の
流体温度の音響測定アレンジメント。 - 【請求項４】 【外１】 請求項３記載の流体温度の音響測定アレンジメント。
- 【請求項５】 瞬間的な流体温度の音響測定方法であっ
て、流体中の音響速度を監視する手段（１２、１４、１
６、１８、２０；４８、４８′、６０、５４、６２）か
ら得られた音響速度を信号処理プロセッサ（４；６４）
において処理するステップと、前記流体の測定された温
度（ＴＳ）を信号処理プロセッサ（４；６４）において
従来の温度センサ（６；５８）から受信するステップ
と、前記信号処理プロセッサ（４；６４）を操作して、
前記得られた音響速度の値（Ｖ）および前記測定された
温度の値（ＴＳ）に基づいて前記瞬間的な流体温度（Ｔ
Ａ）を測定するステップとから構成されたことを特徴と
する流体温度の音響測定方法。 - 【請求項６】 前記信号処理プロセッサ（４；６４）を
操作するステップが、前記瞬間的な流体温度（ＴＡ）の
測定に用いられる、前記流体の組成に関する前記感知さ
れた温度の値（ＴＳ）から情報を引き出すステップを含
む請求項５記載の流体温度の音響測定方法。 - 【請求項７】 前記信号処理プロセッサ（４；６４）を
操作して情報を引き出す前記ステップが、前記関係ｋ＝
ＴＳ／Ｖ２に基づいて定数ｋを算出するステップを含
み、ここでＴＳは前記センサにより感知された流体の測
定された温度の値であり、Ｖは前記手段によって得られ
た音響速度の値である請求項６記載の流体温度の音響測
定方法。 - 【請求項８】 【外２】 請求項７に記載の流体温度の音響測定方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0100379-7 | 2001-02-07 | ||
| SE0100379A SE0100379D0 (sv) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | Arrangement for and method of acoustic determination of fluid temperature |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002286559A true JP2002286559A (ja) | 2002-10-03 |
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Family
ID=20282875
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1231456B1 (ja) |
| JP (1) | JP3923330B2 (ja) |
| SE (1) | SE0100379D0 (ja) |
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| EP3832278A1 (en) * | 2019-12-04 | 2021-06-09 | Tata Consultancy Services Limited | System and method for measuring temperature of mixed fluid in an enclosed chamber |
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- 2001-02-07 SE SE0100379A patent/SE0100379D0/xx unknown
- 2001-12-28 EP EP01131013A patent/EP1231456B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-02-01 US US10/062,056 patent/US6786633B2/en not_active Expired - Lifetime
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