JP2016109518A - Temperature measurement device and temperature measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度測定装置等に関する。 The present invention relates to a temperature measurement device and the like.
人や動物の健康状態、基礎代謝あるいは精神状態を判断するためには、人体や動物の表層部の温度ではなく、その内部温度(深部温度)の情報が必要とされる。また、例えば、炉や配管等の内部温度を測定する場合に、炉や配管の外側に温度測定装置を設けて内部温度を推定的に測定することができれば、種々の効果が得られる。例えば、温度測定装置を炉や配管等の内部に設けるための設備や部材が不要となる他、耐熱性や耐腐食性、測定レンジの点からより安価な温度測定装置を利用することが可能となったり、また、工事コストを削減することもできる。 In order to judge the health state, basal metabolism, or mental state of a person or animal, information on the internal temperature (depth temperature) is required instead of the temperature of the surface layer of the human body or animal. Further, for example, when measuring the internal temperature of a furnace, piping, etc., various effects can be obtained if a temperature measuring device is provided outside the furnace, piping and the internal temperature can be estimated. For example, equipment and members for installing a temperature measuring device inside a furnace, piping, etc. are not required, and it is possible to use a cheaper temperature measuring device in terms of heat resistance, corrosion resistance, and measurement range. In addition, construction costs can be reduced.
内部温度の測定に関する技術の1つとして熱流補償型深部体温計の技術が挙げられる。例えば、特許文献1では、感温プローブ部の構成について生体の核心部とプローブを温度平衡にするためにヒーターを組み込んだ構成が開示されている。特許文献2では、特許文献1の課題であるプローブが温度平衡になるまでの時間を短縮するためのヒーター制御に関する技術が開示されている。
One of the techniques related to the measurement of the internal temperature is a technique of a heat flow compensation type deep thermometer. For example,
また、別の内部温度の測定に関する技術として、特許文献3には、被計測体の表面に取り付けた基部に内蔵された2つの温度センサーで温度を測定し、その測定温度と、各温度センサーの設置位置に係る熱流入と熱流出とを熱抵抗回路を用いて表した関係式とに基づいて、被測定体の内部温度を推定的に求める技術が開示されている。
As another technique related to the measurement of the internal temperature,
特許文献1に開示される技術では、ヒーターに大きな電力が必要であり、携帯性は見込めない。また、特許文献2に開示される技術では、内部温度(深部温度)の算出に関して、温度測定部と周囲の環境(大気)との間における熱収支が考慮されていない。つまり、熱収支が生じない深部から周囲環境に至る一定の熱流が得られるという理想的な系が形成できることを前提としている。その為、温度測定部の小型化を促進した場合には、例えば、温度測定部の側面と環境(大気)との間での熱収支が顕在化し、熱収支の差分に対応する測定誤差を無視できなくなる。この点で、測定誤差が生じることは否めない。
In the technique disclosed in
また、特許文献3に開示された技術では、生体の内部温度を測定しようとした場合、測定対象の熱抵抗の変動、例えば人体であれば体組織変動(例えば、血流の変化や、圧縮などの外力による組織密度の変化など)に起因する内部熱源から温度測定する位置までの熱抵抗変化の影響を受けるため、測定誤差が生じてしまう。
Further, in the technique disclosed in
本発明は、これらの課題を念頭に考案されたものであり、構成が簡単で測定対象の熱抵抗の変動などの影響を受け難い非侵襲で高精度な内部温度の計測技術を提供することを目的とする。 The present invention has been devised with these problems in mind, and is intended to provide a non-invasive and highly accurate internal temperature measurement technique that is simple in configuration and hardly affected by fluctuations in the thermal resistance of a measurement target. Objective.
以上の課題を解決するための第1の発明は、被測定体の外面に当接する位置であって、定常状態において異なる温度となる位置に設けられた第1温度センサー及び第2温度センサーと、前記第1温度センサーの第1検出温度及び前記第2温度センサーの第2検出温度を用いて前記被測定の内部温度を算出する演算部(例えば、図6の処理部200、内部温度演算部203)と、を備えた温度測定装置である。
1st invention for solving the above subject is the position which contacts the outer surface of the to-be-measured object, Comprising: The 1st temperature sensor and the 2nd temperature sensor which were provided in the position used as a different temperature in a steady state, Calculation units (for example, the
第1の発明によれば、定常状態において温度が異なることを前提とする2つの検出温度から内部温度を算出することができる。ヒーターなどの温度補償のための構造も不要であり構成が簡単で済む。また、測定対象の熱抵抗が変動したとしても精度良く測定が可能である。 According to the first invention, the internal temperature can be calculated from the two detected temperatures on the premise that the temperatures are different in the steady state. A structure for temperature compensation such as a heater is not necessary, and the configuration is simple. Moreover, even if the thermal resistance of the measurement object fluctuates, measurement can be performed with high accuracy.
例えば、第2の発明として、前記第1温度センサーの第1設置位置及び前記第2温度センサーの第2設置位置は、当該位置から外環境への熱流出に係る抵抗が異なる位置である、第1の温度測定装置を構成することができる。 For example, as a second invention, the first installation position of the first temperature sensor and the second installation position of the second temperature sensor are positions where resistances related to heat outflow from the position to the outside environment are different. 1 temperature measuring device can be configured.
更には、第3の発明として、前記第1設置位置が、前記第2設置位置よりも装置中心に近い位置に定められた、第2の発明の温度測定装置を構成するとしてもよい Furthermore, as a third invention, the temperature measurement device according to the second invention may be configured in which the first installation position is set closer to the center of the device than the second installation position.
また、第4の発明として、当該温度測定装置を前記外面に当接した場合に前記第2設置位置が前記第1設置位置よりも当該装置の外縁に近い位置に定められた、第2又は第3の発明の温度測定装置を構成することもできる。 According to a fourth aspect of the present invention, when the temperature measuring device is in contact with the outer surface, the second installation position is determined to be closer to the outer edge of the device than the first installation position. The temperature measuring device according to the third aspect of the invention can also be configured.
また、第1温度センサーの第1検出温度と第2温度センサーの第2検出温度とが、定常状態で異なるように構成するために、材料と形状を適宜設定することができる。 In addition, since the first detection temperature of the first temperature sensor and the second detection temperature of the second temperature sensor are configured to be different in a steady state, the material and shape can be set as appropriate.
例えば、第5の発明として、前記第1設置位置の部位と、前記第2設置位置の部位とは、材料及び形状のうちの何れかが異なることで熱抵抗が異なるように構成されてなる、第2〜第4の何れかの発明の温度測定装置を構成することができる。 For example, as a fifth invention, the part of the first installation position and the part of the second installation position are configured to have different thermal resistances by different materials or shapes. The temperature measuring device according to any one of the second to fourth inventions can be configured.
また、第6の発明として、前記第1設置位置を経由した熱を放熱させるための第1放熱部と、前記第2設置位置を経由した熱を放熱させるための第2放熱部と、を更に備えた第1〜第5の何れかの発明の温度測定装置を構成するとしてもよい。 Further, as a sixth invention, a first heat radiating portion for radiating heat via the first installation position and a second heat radiating portion for radiating heat via the second installation position are further provided. The temperature measuring device according to any one of the first to fifth inventions may be configured.
第7の発明として、前記演算部は、前記内部温度を以下の数式を用いて算出する、第1〜第6の何れか一項に記載の温度測定装置を構成可能である。
Tc={(Ta−Tout)・Tb−(Tb−Tout)・Ta・A}
/{(Ta−Tout)−(Tb−Tout)・A}
但し、Tcは内部温度、Taは第1検出温度、Tbは第2検出温度、Toutは外気温、Aは定数である。
As 7th invention, the said calculating part can comprise the temperature measuring apparatus as described in any one of 1st-6th which calculates the said internal temperature using the following numerical formula.
Tc = {(Ta-Tout) .Tb- (Tb-Tout) .Ta.A}
/ {(Ta−Tout) − (Tb−Tout) · A}
However, Tc is an internal temperature, Ta is a first detection temperature, Tb is a second detection temperature, Tout is an outside air temperature, and A is a constant.
第8の発明は、被測定体の外面に当接する位置であって、定常状態において異なる温度となる位置に設けられた第1温度センサー及び第2温度センサーによって温度を測定することと、前記第1温度センサーの第1検出温度及び前記第2温度センサーの第2検出温度を用いて前記被測定の内部温度を算出することと、を含む温度測定方法である。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the first temperature sensor and the second temperature sensor that are provided at positions that are in contact with the outer surface of the object to be measured and that have different temperatures in a steady state; Calculating the internal temperature of the measurement using a first detection temperature of one temperature sensor and a second detection temperature of the second temperature sensor.
第8の発明によれば、第1の発明と同様の効果が得られる。 According to the eighth aspect, the same effect as in the first aspect can be obtained.
〔第1実施形態〕
図1は、本実施形態における温度測定装置の構成例を示す図である。
本実施形態の温度測定装置10は、本体装置20と、当該本体装置と通信可能に接続されたセンサーユニット60と、を備える。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a temperature measurement device according to the present embodiment.
The
本体装置20は、携帯型コンピューターであって、タッチパネル22と、操作スイッチ24と、スピーカー26と、制御基板50と、図示されない内蔵バッテリーとを備える。
The
制御基板50は、CPU(中央演算装置)51と、ICメモリー52と、タッチパネルコントローラー53と、無線通信器54と、インターフェースコントローラー55とを搭載する。勿論、これら以外の電子・電気部品も適宜搭載することができる。
The
タッチパネルコントローラー53は、タッチパネル22への画像表示制御や、タッチパネル22へなされたタッチ操作に応じた操作入力信号の出力制御などを行う機能が纏められた公知の電子部品や集積回路等である。
The
無線通信器54は、公知の無線通信回路(例えば、携帯電話網、近距離無線、無線LANなど)に接続するための公知の電子部品や無線通信器である。センサーユニット60との無線通信に用いることもできる。
The
インターフェースコントローラー55は、操作スイッチ24や各種センサーとCPU51との信号入出力制御の機能を有する公知の電子部品や集積回路等である。
The
CPU51は、ICメモリー52に記憶されているプログラムを読み出して実行して温度測定装置10の動作を統合的に制御するための各種機能を実現する。
例えば、
1)操作スイッチ24やタッチパネル22からの操作入力を受け付ける機能、
2)タッチパネル22へユーザーインターフェース画面を表示させる機能、
3)センサーユニット60から測定結果を取得する機能、
4)測定結果から測定対象9の内部温度(深部温度)を算出する機能、
5)計時機能、
6)算出した内部温度をタッチパネル22にて表示する表示制御機能、
7)算出した内部温度をICメモリー52に保存するデータログ機能、
を実現する。勿論、これら以外の機能も適宜実現させてもよい。
The
For example,
1) A function for receiving an operation input from the
2) A function for displaying a user interface screen on the
3) A function for acquiring measurement results from the
4) A function for calculating the internal temperature (depth temperature) of the measuring
5) Timekeeping function,
6) a display control function for displaying the calculated internal temperature on the
7) a data log function for storing the calculated internal temperature in the
Is realized. Of course, other functions may be realized as appropriate.
センサーユニット60は、測定対象9(本実施形態では人体)に装着可能にデザインされている。装着部位は手首や、上腕部、頸部、脚部、足首、胸回り、胴回りなど適宜設定可能である。勿論、測定対象9は人以外とすることもできる。例えば、動物や、配管、機械装置などとすることもできる。
The
図2は、本実施形態におけるセンサーユニット60の構成例を示す図であって、(1)が概略断面図であり、(2)が測定対象9の外面に密着させる測定面(底面)の概略を示す図である。なお、本体装置20と通信可能に有線接続するための電線や、無線接続するための無線機、などの図示は省略している。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
センサーユニット60は、基部69の底面側に設けられた第1温度センサー61及び第2温度センサー62と、基部69の上面側に設けられた環境温度センサー63とを有する。測定結果を本体装置20へ送信するにあたり、センサーユニット60にて信号処理(例えば、デジタル信号への変換やフィルター処理など)を行った上で測定結果を送信する場合には、適宜必要な信号処理回路を搭載することができる。
The
第1温度センサー61と第2温度センサー62は、測定対象9の外面に接触し、測定対象9から同じ熱流を受けるように構成されている。例えば、第1温度センサー61と第2温度センサー62とを同じセンサーを用いて構成し、第1温度センサー61及び第2温度センサー62の受熱面が基部69の底面に露出するように、或いは同一材料且つ同一厚さの層(例えば保護膜など)を介して基部69の底面に至るように構成されている。
The
また、第1温度センサー61からの熱流出Ia_outと第2温度センサー62からの熱流出Ib_outとが異なるように設置されている。換言すると、センサーユニット60は、第1温度センサー61からセンサーユニット60の周辺環境(図2の例では大気)への熱流出Ia_outと、第2温度センサー62からセンサーユニット60の周辺環境の熱流出Ib_outとを違えるように構成されている。定常状態に着目すれば、第1温度センサー61と第2温度センサー62とは、定常状態において異なる温度となる位置に設けられているともいえる。
Further, the heat outflow Ia_out from the
本実施形態では、第1温度センサー61と第2温度センサー62とでは、平面視において基部69の外面に至るまでの距離が異なるように構成されている。より具体的には、第1温度センサー61のほうが第2温度センサー62よりもセンサーユニット60の外縁に近い位置に配置され、第2温度センサー62のほうが第1温度センサー61よりもセンサーユニット60の中心に近いように配置されている。つまり、第1温度センサー61と第2温度センサー62とで放熱性すなわち熱流出に係る抵抗が異なるように設置されている。
In the present embodiment, the
そして、測定対象9の内部温度Tcの熱源からの熱は、熱抵抗Rの体組織を経て第1温度センサー61及び第2温度センサー62へ流入し、それぞれ第1検出温度Ta、第2検出温度Tbとして計測される。そして、熱は第1温度センサー61及び第2温度センサー62から基部69を伝って気温Toutの大気へ流出する。
And the heat from the heat source of the internal temperature Tc of the measuring
[内部温度の算出方法の説明]
次に、内部温度Tcの算出方法について説明する。
図2で示した熱流の入出関係を、電気回路を模してモデル化すると、図3のように示すことができる。そして、図3のモデルを、第1温度センサー61の第1検出温度Taと、第2温度センサー62の第2検出温度Tbとに別々に単純化すると、図4のように示すことができる。
[Description of internal temperature calculation method]
Next, a method for calculating the internal temperature Tc will be described.
The heat flow input / output relationship shown in FIG. 2 can be modeled as an electric circuit as shown in FIG. 3 can be simplified as shown in FIG. 4 by simplifying the model of the first detection temperature Ta of the
つまり、図4(1)に示すように、第1温度センサー61については、並列回路を構成した熱抵抗Ra11,Ra12,…Ra1(x-1),Ra1xを経て熱流入Ia_inが生じ、並列回路を構成した熱抵抗Ra21,Ra22,…Ra2(x-1),Ra2xを経て熱流出Ia_outが生じるなかで、第1検出温度Taが計測される。
同様に、図4(2)に示すように、第2温度センサー62については、並列回路を構成した熱抵抗Rb11,Rb12,…Rb1(x-1),Rb1xを経て熱流入Ib_inが生じ、並列回路を構成した熱抵抗Rb21,Rb22,…Rb2(x-1),Rb2xを経て熱流出Ib_outが生じるなかで、第2検出温度Tbが計測される。
That is, as shown in FIG. 4 (1), with respect to the
Similarly, as shown in FIG. 4 (2), for the
図4のモデルを更に単純化すると図5(1)のように示すことができる。
すなわち、第1温度センサー61については、合成熱抵抗Ra1を経て熱流入し、合成熱抵抗Ra2を経て熱流出するなかで第1検出温度Taが計測される。第2温度センサー62については、合成熱抵抗Rb1を経て熱流入し、合成熱抵抗Rb2を経て熱流出するなかで第2検出温度Tbが計測される。
If the model of FIG. 4 is further simplified, it can be shown as in FIG.
That is, for the
そして、前述のように、合成熱抵抗Ra2>合成熱抵抗Rb2の関係を満たすため、第1温度センサー61からの熱流出Ia_outが、第2温度センサー62からの熱流出Ib_outより大きくなる(図2参照)。以降は、第1温度センサー61の設置位置からの熱流出に係る合成熱抵抗の符号を「Ra」、第2温度センサー62の設置位置からの熱流出に係る合成熱抵抗の符号を「Rb」として説明する。
また、本実施形態では第1温度センサー61と第2温度センサー62は共に測定対象9の表面に密着されるように構成されているので、合成熱抵抗Ra1と合成熱抵抗Rb1は、測定対象9の熱抵抗R(図2参照)と置き換えることができる。よって、図5(1)のモデルは、図5(2)のように表すことができる。
As described above, the heat outflow Ia_out from the
In the present embodiment, since the
ここで、図5(2)のモデルを数式で表すと、第1温度センサー61の第1検出温度Taについては式(1)で、第2温度センサー62の第2検出温度Tbについては式(2)で、それぞれ表すことができる。
式(2)からは、式(3)を導出できる。
式(3)で求めた熱抵抗Rを式(1)に代入すると、式(4)が得られる。
ここで、(Ra/Rb)を熱抵抗比Aと見なすと、式(4)から内部温度Tcを算出するための式(5)が導出される。
なお、熱抵抗比Aについては、別途校正作業により予め設定するものとする。
校正時気温Tout0、校正用内部温度Tc0、校正時第1検出温度Ta0、校正時第2検出温度Tb0とすると、熱抵抗比Aは式(6)にて設定することができる。
Assuming that the calibration temperature Tout0, the calibration internal temperature Tc0, the calibration first detection temperature Ta0, and the calibration second detection temperature Tb0, the thermal resistance ratio A can be set by equation (6).
[機能構成の説明]
図6は、本実施形態の温度測定装置10の機能構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態の温度測定装置10は、操作入力部100と、第1温度測定部101と、第2温度測定部103と、環境温度測定部105と、処理部200と、表示部300と、記憶部500とを有する。
[Description of functional configuration]
FIG. 6 is a functional block diagram showing a functional configuration example of the
操作入力部100は、オペレーターによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた操作入力信号を処理部200へ出力する。ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、トラックパッド、マウス、などにより実現できる。図1の操作スイッチ24やタッチパネル22がこれに該当する。
The
第1温度測定部101及び第2温度測定部103は、測定対象9の表面温度を測定する手段であり、公知の温度センサーにより実現できる。本実施形態では、前者は図2の第1温度センサー61に該当し、後者は図2の第2温度センサー62にそれぞれ該当する。そして、それぞれ第1検出温度Ta,第2検出温度Tbを測定して処理部200へ出力する。
The first
環境温度測定部105は、センサーユニット60の周辺環境の温度、熱流出先の媒体温度を測定する手段であって、公知の温度センサーにより実現できる。本実施形態では、図2の環境温度センサー63がこれに該当し、気温Toutを測定して処理部200へ出力する。
The environmental
処理部200は、演算処理等により温度測定装置10の各種機能を実現する。図1の制御基板50がこれに該当する。本実施形態では、定数設定部201と、内部温度演算部203と、測定結果表示制御部205と、測定結果記録制御部207と、計時部209と、画像信号生成部260とを有する。
The
定数設定部201は、内部温度Tcを算出するための数式中の定数を設定するために、校正時の測定制御と、定数の算出と、算出した定数を記憶部500に記憶させるための制御とを行う。本実施形態では、第1検出温度Taと第2検出温度Tbとが定常状態であると判断される場合に適用される式(5)で使用する熱抵抗比520と、非定常状態であると判断される場合に適用される式(7)及び式(8)で使用する熱抵抗512及び熱容量514と、を算出し記憶させる。
内部温度演算部203は、内部温度Tcを算出し、計測時刻と対応づけて記憶部500に測定ログデータ530として格納する。本実施形態では、第1検出温度Taと第2検出温度Tbとが定常状態であると判断される場合には式(5)を用いて内部温度Tcを算出し、非定常状態では式(8)でTc∞を求め内部温度Tcとする。
The internal
測定結果表示制御部205は、測定結果を表示部300にて表示させる。本実施形態では、少なくとも内部温度Tcを計測した時刻とともに表示させる。
The measurement result
測定結果記録制御部207は、測定結果を記憶部500に記憶させる。本実施形態では、測定番号を自動生成して、測定日時と内部温度Tcとともに測定ログデータ530に格納する。
The measurement result
計時部209は、現在日時の計時や各種タイマーの計時を行う。例えば、システムクロックを用いた公知の計時方法や、時計により実現される。
The
画像信号生成部260は、例えば、GPU、デジタルシグナルプロセッサー(DSP)などのプロセッサー、ビデオ信号IC、ビデオコーデックなどのプログラム、フレームバッファー等の描画フレーム用ICメモリー等によって実現される。そして、画像信号生成部260は、内部温度Tcなどを表示するための画像信号を生成し表示部300へ出力する。
The image
表示部300は、画像表示手段であって、フラットパネルディスプレイなどの画像表示装置により実現される。図1ではタッチパネル22がこれに該当する。
The
記憶部500は、ICメモリーやハードディスク、光学ディスクなどの記憶媒体により実現され、各種プログラムや、処理部200の演算過程のデータなどの各種データを記憶する。図1ではICメモリー52がこれに該当する。本実施形態では、システムプログラム501と、測定プログラム503と、熱抵抗512と、熱容量514と、熱抵抗と熱容量との積516と、熱抵抗比520と、測定ログデータ530とを記憶する。その他、計時用のカウンターなど、勿論、これら以外のデータも適宜格納することができる。
The
システムプログラム501は、処理部200にコンピューターとしての基本的な機能を実現させるための基本プログラムである。
測定プログラム503は、基本プログラムが実行されている状態で実行するアプリケーションプログラムである。処理部200に、定数設定部201と、内部温度演算部203と、測定結果表示制御部205と、測定結果記録制御部207と、計時部209と、画像信号生成部260としての機能を実現させる。なお、処理部200が有する機能をハードウェアで実現する場合には、該当する機能を実現させるためのプログラム要素を測定プログラム503から適宜省略することができる。
The
The
測定ログデータ530は、測定結果を時系列に格納する。本実施形態では、測定順に自動付与される測定番号と、測定日時と、測定結果(少なくとも内部温度Tc)とを対応づけて時系列に格納する。勿論、これら以外のデータも適宜対応づけて格納することができる。
The
[動作の説明]
次に、温度測定装置10の動作について説明する。
温度測定装置10は、その製造の校正工程において熱抵抗比A、熱抵抗R、熱容量Cを設定する。
[Description of operation]
Next, the operation of the
The
図7は、熱抵抗比Aを校正・設定するための校正治具の構成例を示す断面図である。なお、本体装置20と通信可能に有線接続するための電線や、無線接続するための無線機、などの図示は省略している。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example of a calibration jig for calibrating / setting the thermal resistance ratio A. In addition, illustration of the electric wire for wire-connecting the
校正治具80は、定常的に校正用内部温度Tc0を維持する発熱体82の上に、測定対象9と同じまたは略同じ熱抵抗Rを有する熱抵抗体84とを有する。発熱体82は、電熱プレートなどで実現できる。熱抵抗体84はシリコン樹脂プレートなどにより実現できる。なお、校正治具80が置かれる環境は、想定される測定環境と同じ又は略同じ状態とする。
The
校正に当たっては、これから校正しようとする温度測定装置10のセンサーユニット60を熱抵抗体84の表面に密着させて、タッチパネル22から所定の第1定数設定操作入力を行う。温度測定装置10は当該操作入力を検出すると、温度測定装置10は第1定数設定処理を実行する。
In the calibration, the
図8は第1定数設定処理の流れを説明するためのフローチャートである。
同処理では、温度測定装置10は、校正用内部温度Tc0を取得する(ステップS10)。例えば、タッチパネル22に校正用内部温度Tc0の入力画面を表示させて、校正作業者に入力を促すとしてもよい。校正用内部温度Tc0を記憶部500に予め記憶させておく構成では、これを読み出せば良い。
FIG. 8 is a flowchart for explaining the flow of the first constant setting process.
In this process, the
次に、温度測定装置10は、第1温度センサー61、第2温度センサー62、環境温度センサー63でそれぞれ校正時第1検出温度Ta0、校正時第2検出温度Tb0、校正時気温Tout0を測定する(ステップS12)。
そして、式(6)で熱抵抗比Aを算出して(ステップS14)、記憶部500に記憶させ(ステップS16)、設定終了の通知をタッチパネル22に表示させて(ステップS18)、第1定数設定処理を終了する。
Next, the
Then, the thermal resistance ratio A is calculated by equation (6) (step S14), stored in the storage unit 500 (step S16), a notification of the end of setting is displayed on the touch panel 22 (step S18), and the first constant The setting process ends.
図9は、熱抵抗Rと熱容量Cとを校正・設定するための校正治具の構成例を示す断面図である。なお、本体装置20と通信可能に有線接続するための電線や、無線接続するための無線機、などの図示は省略している。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration example of a calibration jig for calibrating and setting the thermal resistance R and the thermal capacity C. In addition, illustration of the electric wire for wire-connecting the
校正治具80は、熱抵抗比Aの校正に使用したものと同じ治具を使うことができる。但し、発熱体82の温度はあらかじめTct∞0の定常状態としておく。そして、校正に当たっては、これから校正しようとする温度測定装置10のセンサーユニット60を熱抵抗体84の表面に密着させて、時刻t10における校正用内部温度はTct10よりも、より後の時刻t20における校正用内部温度Tct20が高くなり、飽和内部温度Tc∞0に至るように制御される。
As the
そして、タッチパネル22から所定の第2定数設定操作入力を行う。温度測定装置10は当該操作入力を検出すると、温度測定装置10は第2定数設定処理を実行する。
Then, a predetermined second constant setting operation input is performed from the
図10は第2定数設定処理の流れを説明するためのフローチャートである。
同処理において、温度測定装置10は、先ず時刻t10にて第1温度センサー61、第2温度センサー62、環境温度センサー63でそれぞれ温度の測定を行い、その測定結果と式(5)とに基づいて第1の校正用内部温度Tct10を算出する(ステップS20)。
FIG. 10 is a flowchart for explaining the flow of the second constant setting process.
In this process, the
次に、時刻t10から所定時間後の時刻t20に、温度測定装置10は、同様にして第1温度センサー61、第2温度センサー62、環境温度センサー63でそれぞれ温度の測定を行い、その測定結果と式(5)とに基づいて第2の校正用内部温度Tct20を算出する(ステップS22)。
Next, at time t20, which is a predetermined time after time t10, the
そして、式(7)と式(8)とに基づいて、熱抵抗Rと、熱容量Cと、これらの積R×Cを算出し(ステップS24)、それらを記憶部500に記憶し(ステップS26)、設定終了の通知をタッチパネル22に表示させて(ステップS28)、第2定数設定処理を終了する。 Then, based on the equations (7) and (8), the thermal resistance R, the heat capacity C, and the product R × C thereof are calculated (step S24), and are stored in the storage unit 500 (step S26). ) A setting end notification is displayed on the touch panel 22 (step S28), and the second constant setting process is ended.
熱抵抗比A、および、熱抵抗Rと熱容量Cとの積R×Cを設定すると、温度測定装置10を実際の測定に使用することができる。オペレーターがタッチパネル22から所定の測定開始操作を入力すると、温度測定装置10はこれを検知して測定処理を実行する。
When the thermal resistance ratio A and the product R × C of the thermal resistance R and the thermal capacity C are set, the
図11は、測定処理の流れを説明するためのフローチャートである。
同処理において、温度測定装置10は、第1温度センサー61及び第2温度センサー62による温度測定を開始する(ステップS30)。
FIG. 11 is a flowchart for explaining the flow of the measurement process.
In the process, the
次に、温度測定装置10は第1検出温度Taと、第2検出温度Tbとが、定常状態であるかを判定する(ステップS32)。例えば、第1検出温度Taおよび第2検出温度Tbそれぞれについて前回測定した温度からの変化(温度変化)を算出し、基準値以下の温度変化であれば定常状態と判断する。
Next, the
そして、もし定常状態であると判断したならば(ステップS32のYES)、第1温度センサー61、第2温度センサー62、環境温度センサー63で温度測定し(ステップS34)、その測定結果と式(5)とに基づいて内部温度Tcを算出する(ステップS36)。次いで、測定結果をタッチパネル22にて表示させ、測定ログデータ530に格納・記憶する(ステップS38)。測定処理を終了する操作入力がなされなければステップS32に処理を移行し(ステップS48:NO)、終了する操作入力がなされた場合(ステップS48:YES)には測定処理を終了する。
And if it is judged that it is a steady state (YES of step S32), temperature will be measured with the
もし、定常状態でないと判断した場合は(ステップS32のNO)、温度測定装置10は、ステップS34〜S36と同様にして時刻t1における内部温度Tct1を測定し(ステップS40)、更に所定時間後の時刻t2にて、やはりステップS34〜S36と同様にして当該時刻t2における内部温度Tct2を測定する(ステップS42)。
If it is determined that it is not a steady state (NO in step S32), the
そして、温度測定装置10は式(8)を用いて内部温度Tc∞を算出して、これを測定結果すなわち内部温度Tcとみなす(ステップS44)。次いで、当該測定結果をタッチパネル22にて表示させ、測定ログデータ530に格納・記憶する(ステップS46)。測定処理を終了する操作入力がなされなければステップS32に処理を移行し(ステップS48:NO)、終了する操作入力がなされた場合(ステップS48:YES)には測定処理を終了する。
Then, the
[測定精度の検証結果の説明]
図12は、本実施形態の温度測定装置10のシミュレーションモデルを説明する為の(1)上面図、(2)側面図である。
人体に相当する熱抵抗Rを設定した人体部86の上に、センサーユニット60を配置した。第1温度センサー61は、センサーユニット60の縦幅(図12(1)に向かって上下方向の幅)の中央で、且つ左端から10mmの位置に配置した。また、第2温度センサー62は、センサーユニット60の縦幅の中央で、且つ、且つ左端から40mmの位置に配置した。そして、人体部86の底面の温度を内部温度Tcに設定し、センサーユニット60の外部環境を外気温Toutの大気に設定して熱流シミュレーションを行った。
[Explanation of measurement accuracy verification results]
FIG. 12 is (1) a top view and (2) a side view for explaining a simulation model of the
The
シミュレーションの結果を図13に示す。熱抵抗Rは、人体内部の熱源(内部温度)からの人体内の熱抵抗であるため、体組織変動などの人体の状態によって異なり得る。そこで、外気温Toutと熱抵抗R(図13では、その逆数の熱伝導率として表記)とを変えて幾つかシミュレーションを行った。その結果、本実施形態の温度測定方法によれば、内部温度Tcの真値に対して極めて推定誤差の小さい値が得られた。 The result of the simulation is shown in FIG. Since the thermal resistance R is a thermal resistance in the human body from a heat source (internal temperature) inside the human body, it may vary depending on the state of the human body such as body tissue fluctuations. Therefore, several simulations were performed by changing the outside air temperature Tout and the thermal resistance R (in FIG. 13, expressed as the inverse thermal conductivity). As a result, according to the temperature measurement method of the present embodiment, a value with a very small estimation error was obtained with respect to the true value of the internal temperature Tc.
以上、本実施形態によれば、構成が簡単で体組織変動などの影響をより受け難い、非侵襲で高精度な内部温度の計測を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize a non-invasive and highly accurate measurement of the internal temperature, which is simple in structure and less susceptible to the influence of body tissue fluctuations.
〔変形例〕
なお、本発明の実施形態は上記に限らず、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。
[Modification]
Note that the embodiment of the present invention is not limited to the above, and additions, omissions, and changes of components can be appropriately made.
例えば、センサーユニット60の外形や内部構造などは、上記実施形態に限られるものではなく、第1温度センサー61からの熱流出に係る熱抵抗と、第2温度センサー62からの熱流出に係る熱抵抗とが異なるように構成する限りにおいて、適宜変更可能である。
For example, the outer shape and internal structure of the
具体的には、図14のセンサーユニット60Bのように、上記実施形態の構成に加えて、第1温度センサー61の上部(測定面の反対側)を覆う材料の厚さと第2温度センサー62の上部を覆う材料の厚さを違えて、それぞれの放熱性に違いを設けるとしてもよい。
Specifically, as in the
更に、図15のセンサーユニット60Cのように、第1温度センサー61を覆う基部の材料と、第2温度センサー62を覆う基部の材料とで、熱抵抗や熱容量が異なるように材質を違えた構成としてもよい。図15の例では、第1温度センサー61を覆う材料の熱抵抗を、第2温度センサー62を覆う材料の熱抵抗より小さくしている。
Further, as in the
更には、図16のセンサーユニット60Dのように、第1温度センサー61の設置位置を経由した熱を放熱させるための第1放熱部64と、第2温度センサー62の設置位置を経由した熱を放熱させるための第2放熱部65と、を設け、これら放熱部の放熱性に違いを設けるとしてもよい。図16の例では、第1放熱部64は第2放熱部65よりも放熱性能に優れる。勿論、一方に放熱部を設けて他方には設けないとしてもよい。
Further, as in the
図14〜図16の例では、第1温度センサー61からの熱流出に係る熱抵抗と、第2温度センサー62からの熱流出に係る熱抵抗との差がより大きくなるので好適である。そして、これらの構成においてはセンサーユニット60の外形や各センサーを覆う材料、各センサー用の放熱部の性能などの違いがあるので、第1温度センサー61と第2温度センサー62とをセンサーユニット60内に対称(例えば、平面視において中心から同距離)に配置することも可能になる。
14 to 16 is preferable because the difference between the thermal resistance related to the heat outflow from the
また、上記実施形態では、第1温度センサー61と、第2温度センサー62と、環境温度センサー63とが一体のセンサーユニット60としたが、図17のセンサーユニット60Eのようにそれぞれを別体とした構成も可能である。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態では、本体装置20とセンサーユニット60とを別体に構成したが、図18の温度測定装置10Bに示すように、両者を一体に構成してもよい。例えば、バンド12で測定対象9に取り付けできるように、例えば腕時計型に一体化すると好適である。
Moreover, in the said embodiment, although the
9…測定対象、10…温度測定装置、20…本体装置、22…タッチパネル、24…操作スイッチ、26…スピーカー、50…制御基板、51…CPU、52…ICメモリー、53…タッチパネルコントローラー、54…無線通信器、55…インターフェースコントローラー、60…センサーユニット、61…第1温度センサー、62…第2温度センサー、63…環境温度センサー、64…第1放熱部、65…第2放熱部、69…基部、80…校正治具、82…発熱体、84…熱抵抗体、86…人体部、100…操作入力部、101…第1温度測定部、103…第2温度測定部、105…環境温度測定部、200…処理部、201…定数設定部、203…内部温度演算部、205…測定結果表示制御部、207…測定結果記録制御部、209…計時部、260…画像信号生成部、300…表示部、500…記憶部、501…システムプログラム、503…測定プログラム、512…熱抵抗、514…熱容量、520…熱抵抗比、530…測定ログデータ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1温度センサーの第1検出温度及び前記第2温度センサーの第2検出温度を用いて前記被測定の内部温度を算出する演算部と、
を備えた温度測定装置。 A first temperature sensor and a second temperature sensor provided at positions that are in contact with the outer surface of the measurement object and have different temperatures in a steady state;
A calculation unit that calculates an internal temperature of the measurement target using a first detection temperature of the first temperature sensor and a second detection temperature of the second temperature sensor;
A temperature measuring device equipped with.
請求項1に記載の温度測定装置。 The first installation position of the first temperature sensor and the second installation position of the second temperature sensor are positions where resistance relating to heat outflow from the position to the outside environment is different.
The temperature measuring device according to claim 1.
請求項2に記載の温度測定装置。 The first installation position is determined at a position closer to the center of the apparatus than the second installation position;
The temperature measuring device according to claim 2.
請求項2又は3に記載の温度測定装置。 When the temperature measuring device is in contact with the outer surface, the second installation position is determined at a position closer to the outer edge of the device than the first installation position,
The temperature measuring device according to claim 2 or 3.
請求項2〜4の何れか一項に記載の温度測定装置。 The part of the first installation position and the part of the second installation position are configured to have different thermal resistances by different materials or shapes.
The temperature measuring apparatus as described in any one of Claims 2-4.
前記第2設置位置を経由した熱を放熱させるための第2放熱部と、
を更に備えた請求項1〜5の何れか一項に記載の温度測定装置。 A first heat radiating part for radiating heat via the first installation position;
A second heat dissipating part for dissipating heat via the second installation position;
The temperature measuring device according to claim 1, further comprising:
Tc={(Ta−Tout)・Tb−(Tb−Tout)・Ta・A}
/{(Ta−Tout)−(Tb−Tout)・A}
但し、Tcは内部温度、Taは第1検出温度、Tbは第2検出温度、Toutは外気温、Aは定数。 The temperature measuring device according to claim 1, wherein the calculation unit calculates the internal temperature using the following mathematical formula.
Tc = {(Ta-Tout) .Tb- (Tb-Tout) .Ta.A}
/ {(Ta−Tout) − (Tb−Tout) · A}
However, Tc is the internal temperature, Ta is the first detection temperature, Tb is the second detection temperature, Tout is the outside air temperature, and A is a constant.
前記第1温度センサーの第1検出温度及び前記第2温度センサーの第2検出温度を用いて前記被測定の内部温度を算出することと、
を含む温度測定方法。 Measuring the temperature with a first temperature sensor and a second temperature sensor provided at positions that are in contact with the outer surface of the measurement object and have different temperatures in a steady state;
Calculating an internal temperature of the measurement using a first detection temperature of the first temperature sensor and a second detection temperature of the second temperature sensor;
A temperature measurement method including:
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