JP3037882B2 - 放出された熱ノイズの測定により物体の温度を決定するための放射計および、この放射計を利用した測定方法 - Google Patents
放出された熱ノイズの測定により物体の温度を決定するための放射計および、この放射計を利用した測定方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線周波数放射特
にマイクロ波による加熱を利用する処理方法における、
特に調節および制御の目的での、無線周波数放射によっ
て伝達され放出されるエネルギーまたは出力の量的評価
の分野に関し、物体または物体の一部の平均温度を正確
かつ連続的に決定するために、その物体または物体の一
部の熱ノイズを測定するための放射計を対象とする。
にマイクロ波による加熱を利用する処理方法における、
特に調節および制御の目的での、無線周波数放射によっ
て伝達され放出されるエネルギーまたは出力の量的評価
の分野に関し、物体または物体の一部の平均温度を正確
かつ連続的に決定するために、その物体または物体の一
部の熱ノイズを測定するための放射計を対象とする。
【０００２】
【従来の技術】物体から放出される熱ノイズのエネルギ
ーの評価の原理に基いてその物体の温度を決定する放射
計には、すでに様々な種類のものが存在している。
ーの評価の原理に基いてその物体の温度を決定する放射
計には、すでに様々な種類のものが存在している。
【０００３】この評価は、既知の放射計においては常
に、温度を決定しなければならない物体の上またはその
内部に配設されたアンテナによって捕捉された熱ノイズ
を、温度が既にわかっている少なくとも１つの基準源に
よって放出される熱ノイズの単数または複数の信号のエ
ネルギー、ならびに、場合によっては無線周波数短絡に
よって反射される信号のエネルギーと比較することによ
って行われている。
に、温度を決定しなければならない物体の上またはその
内部に配設されたアンテナによって捕捉された熱ノイズ
を、温度が既にわかっている少なくとも１つの基準源に
よって放出される熱ノイズの単数または複数の信号のエ
ネルギー、ならびに、場合によっては無線周波数短絡に
よって反射される信号のエネルギーと比較することによ
って行われている。
【０００４】しかし、前記各種信号の認識と評価は交互
に周期的に行われるので、当該物体の瞬間温度を連続的
に示すことはできない。実際、これら既存の放射計で
は、通常５秒以上の定期的間隔で値の更新が行われ、値
表示時の実温度値に対応しない、時間的にずれた数秒前
に測定された温度値の表示しか可能でない。
に周期的に行われるので、当該物体の瞬間温度を連続的
に示すことはできない。実際、これら既存の放射計で
は、通常５秒以上の定期的間隔で値の更新が行われ、値
表示時の実温度値に対応しない、時間的にずれた数秒前
に測定された温度値の表示しか可能でない。
【０００５】その結果、これらの放射計では、たとえば
高熱治療法またはマイクロ波高熱治療の適切な調節のた
めに必要な、温度の正確かつリアルタイムな追跡を行う
ことが不可能である。こうした場合、異常加熱の発生や
しきい値超過をできるだけ迅速に同定しなければならな
いが、人体組織による熱喪失および熱拡散があるため、
この作業は比較的むずかしい。
高熱治療法またはマイクロ波高熱治療の適切な調節のた
めに必要な、温度の正確かつリアルタイムな追跡を行う
ことが不可能である。こうした場合、異常加熱の発生や
しきい値超過をできるだけ迅速に同定しなければならな
いが、人体組織による熱喪失および熱拡散があるため、
この作業は比較的むずかしい。
【０００６】さらに、これら既存の放射計は、測定すべ
き熱ノイズ信号に干渉し、または重畳し、その結果、測
定アンテナによって捕捉される信号のエネルギーまたは
出力の評価に基く温度測定値を狂わせる寄生放射（レー
ダ、電子レンジ、無線電話）で増設された周波数範囲が
あっても、それを考慮に入れない。
き熱ノイズ信号に干渉し、または重畳し、その結果、測
定アンテナによって捕捉される信号のエネルギーまたは
出力の評価に基く温度測定値を狂わせる寄生放射（レー
ダ、電子レンジ、無線電話）で増設された周波数範囲が
あっても、それを考慮に入れない。
【０００７】しかも、これら既存の放射計では、長時間
の手間のかかる較正段階が必要であり、一回分の測定を
行うのに数回の較正を反復することがしばしば必要にな
る。
の手間のかかる較正段階が必要であり、一回分の測定を
行うのに数回の較正を反復することがしばしば必要にな
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に前述の
欠点を全て解消することを目的とする。
欠点を全て解消することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
は、その２つの独立分岐が構造上対称形であって、前記
分岐の一方が所定の基準源によって発生される熱ノイズ
信号を常時測定する、熱ノイズの無線周波数信号の増幅
二重チェーンと、無線周波数増幅二重チェーンの２つの
分岐のうちの一方の後に各々配設され、それぞれが関連
する分岐から送出される熱ノイズ信号の出力値に比例し
た値の連続信号を送出し、前記連続信号が直接あるいは
連続差分増幅チェーンによる積分の後、制御・処理・評
価ユニットに伝送される、同一の２組の変換回路と、無
線周波数増幅二重チェーンの２つの分岐において処理さ
れる熱ノイズの無線周波数信号の周波数をより低い周波
数域に転位させるヘテロダイン周波数変換手段とから成
ることを特徴とする、測定アンテナを使用して物体また
は物体の一部の平均温度を決定するために熱ノイズを測
定するための放射計を対象とする。前記周波数転位域の
特性は、特に外部干渉信号があった場合それに応じて制
御・処理・評価ユニットによって決定される。
は、その２つの独立分岐が構造上対称形であって、前記
分岐の一方が所定の基準源によって発生される熱ノイズ
信号を常時測定する、熱ノイズの無線周波数信号の増幅
二重チェーンと、無線周波数増幅二重チェーンの２つの
分岐のうちの一方の後に各々配設され、それぞれが関連
する分岐から送出される熱ノイズ信号の出力値に比例し
た値の連続信号を送出し、前記連続信号が直接あるいは
連続差分増幅チェーンによる積分の後、制御・処理・評
価ユニットに伝送される、同一の２組の変換回路と、無
線周波数増幅二重チェーンの２つの分岐において処理さ
れる熱ノイズの無線周波数信号の周波数をより低い周波
数域に転位させるヘテロダイン周波数変換手段とから成
ることを特徴とする、測定アンテナを使用して物体また
は物体の一部の平均温度を決定するために熱ノイズを測
定するための放射計を対象とする。前記周波数転位域の
特性は、特に外部干渉信号があった場合それに応じて制
御・処理・評価ユニットによって決定される。
【００１０】本発明はまた、前述の放射計を使用して、
まず、前記物体または物体の一部、特に人体に取り付け
られた放射測定アンテナと規定の基準源とから送出され
た熱ノイズ信号を同時かつ常時把握し、次いで、無線周
波数増幅二重チェーンの、独立した同一の２つの処理経
路すなわち分岐を介して前記２つの熱ノイズ信号を増幅
し周波数域に転位させ、次いで、前記２つの熱ノイズ信
号の各々の出力に対応する連続信号を別々に抽出し、最
後にこれら２つの連続信号をアナログまたはデジタル的
に比較して、種々の補正係数を積分することにより前記
物体または物体の一部の温度の絶対値をリアルタイムで
推定することからなる、温度測定方法をも対象とする。
まず、前記物体または物体の一部、特に人体に取り付け
られた放射測定アンテナと規定の基準源とから送出され
た熱ノイズ信号を同時かつ常時把握し、次いで、無線周
波数増幅二重チェーンの、独立した同一の２つの処理経
路すなわち分岐を介して前記２つの熱ノイズ信号を増幅
し周波数域に転位させ、次いで、前記２つの熱ノイズ信
号の各々の出力に対応する連続信号を別々に抽出し、最
後にこれら２つの連続信号をアナログまたはデジタル的
に比較して、種々の補正係数を積分することにより前記
物体または物体の一部の温度の絶対値をリアルタイムで
推定することからなる、温度測定方法をも対象とする。
【００１１】本発明は、非限定的な例として示した好ま
しい実施態様に関する以下の説明を添付の図面を参照し
ながら読めばより明らかになろう。
しい実施態様に関する以下の説明を添付の図面を参照し
ながら読めばより明らかになろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明によれば、添付の図１およ
び２に示すように、放射計は、その２つの独立分岐２お
よび２’が構造上対称形であって、前記分岐の一方２’
が所定の基準源３によって発生される熱ノイズ信号を常
時測定する、熱ノイズの無線周波数信号の増幅二重チェ
ーン１と、無線周波数増幅二重チェーン１の２つの分岐
２、２’の後に各々配設され、それぞれが関連する分岐
２または２’から出される熱ノイズ信号の出力値に比例
した連続信号を送出し、前記連続信号が直接あるいは連
続差分増幅チェーン７による積分の後、制御・処理・評
価ユニット８に伝送される、同一の２組の変換回路５、
５’、６、６’と、無線周波数増幅二重チェーン１の２
つの分岐２および２’において処理される熱ノイズの無
線周波数信号の周波数をより低い周波数域に転位させる
ヘテロダイン周波数変換手段９、１０、１１とから成
り、前記周波数転位域の特性は、特に外部干渉信号があ
った場合それに応じて制御・処理・評価ユニット８によ
って決定される。
び２に示すように、放射計は、その２つの独立分岐２お
よび２’が構造上対称形であって、前記分岐の一方２’
が所定の基準源３によって発生される熱ノイズ信号を常
時測定する、熱ノイズの無線周波数信号の増幅二重チェ
ーン１と、無線周波数増幅二重チェーン１の２つの分岐
２、２’の後に各々配設され、それぞれが関連する分岐
２または２’から出される熱ノイズ信号の出力値に比例
した連続信号を送出し、前記連続信号が直接あるいは連
続差分増幅チェーン７による積分の後、制御・処理・評
価ユニット８に伝送される、同一の２組の変換回路５、
５’、６、６’と、無線周波数増幅二重チェーン１の２
つの分岐２および２’において処理される熱ノイズの無
線周波数信号の周波数をより低い周波数域に転位させる
ヘテロダイン周波数変換手段９、１０、１１とから成
り、前記周波数転位域の特性は、特に外部干渉信号があ
った場合それに応じて制御・処理・評価ユニット８によ
って決定される。
【００１３】その結果、分岐２’と、連続する１組の変
換回路５’、６’は、基準源３の熱ノイズ信号を常時処
理して、連続アナログ信号を送出し、その信号の値が、
前記比較および放射計の較正段階において作成される回
帰曲線に基いて前記アンテナ１７によって測定される物
体または物体の一部の温度を決定するために、アンテナ
１７によって測定される熱ノイズ信号を表す対応する連
続アナログ信号の値と連続的に比較される。
換回路５’、６’は、基準源３の熱ノイズ信号を常時処
理して、連続アナログ信号を送出し、その信号の値が、
前記比較および放射計の較正段階において作成される回
帰曲線に基いて前記アンテナ１７によって測定される物
体または物体の一部の温度を決定するために、アンテナ
１７によって測定される熱ノイズ信号を表す対応する連
続アナログ信号の値と連続的に比較される。
【００１４】添付の図面の図１および２に示す本発明の
１つの特徴によれば、無線周波数増幅二重チェーン１の
各分岐２、２’は、低ノイズ係数、高ダイナミックのマ
イクロ波増幅器１２と、熱ノイズ信号の周波数転位を行
う無線周波数信号混合器１１と、周波数転位域に適合さ
せた帯域フィルタ１３と、非同調広帯域増幅器１４とを
この順に含む。
１つの特徴によれば、無線周波数増幅二重チェーン１の
各分岐２、２’は、低ノイズ係数、高ダイナミックのマ
イクロ波増幅器１２と、熱ノイズ信号の周波数転位を行
う無線周波数信号混合器１１と、周波数転位域に適合さ
せた帯域フィルタ１３と、非同調広帯域増幅器１４とを
この順に含む。
【００１５】さらに、各変換回路アセンブリは好ましく
は、単数または複数のカスケード型直流増幅器６、６’
を後置する二次検出器５を含むことができる。
は、単数または複数のカスケード型直流増幅器６、６’
を後置する二次検出器５を含むことができる。
【００１６】本発明の好ましい実施態様によれば、好ま
しくは２つ設けられ変換回路アセンブリの一部をなすカ
スケード型直流増幅器６、６’と、連続微分増幅チェー
ン７とが、計装増幅器の形にまとめられる。
しくは２つ設けられ変換回路アセンブリの一部をなすカ
スケード型直流増幅器６、６’と、連続微分増幅チェー
ン７とが、計装増幅器の形にまとめられる。
【００１７】前記チェーン７は、利得およびオフセット
調整増幅器を後置した微分増幅器を含むことができる。
調整増幅器を後置した微分増幅器を含むことができる。
【００１８】測定値には必然的に誤差があるために、放
射計の再較正および再度の一連の測定を必要とする可能
性のある、熱偏移と無線電気および電磁干渉の危険を極
力抑えるため、無線周波数増幅二重チェーン１は、場合
によっては仕切られた電磁シールド１５で囲まれ、さら
に場合によっては温度調節されたコンテナあるいは囲壁
内に配設される。場合によっては、２組の変換回路５、
６、６’も同様の措置をうける。
射計の再較正および再度の一連の測定を必要とする可能
性のある、熱偏移と無線電気および電磁干渉の危険を極
力抑えるため、無線周波数増幅二重チェーン１は、場合
によっては仕切られた電磁シールド１５で囲まれ、さら
に場合によっては温度調節されたコンテナあるいは囲壁
内に配設される。場合によっては、２組の変換回路５、
６、６’も同様の措置をうける。
【００１９】電磁シールド１５により、放射計のある段
の次段または前段に対する相互作用、ならびに周波数変
換手段に対する無線周波数増幅二重チェーン１の相互作
用およびその逆の作用とが防止される。
の次段または前段に対する相互作用、ならびに周波数変
換手段に対する無線周波数増幅二重チェーン１の相互作
用およびその逆の作用とが防止される。
【００２０】添付の図面の図１および２に示すように、
ヘテロダイン周波数変換手段は、制御・処理・評価ユニ
ット８によって周波数制御が可能な発振器９、または前
記制御・処理・評価ユニット８によって個別に選択可能
な固定周波数をもつ複数の発振器と、出力分割装置１０
と、各々が無線周波数増幅二重チェーン１の分岐２また
は２’のいずれか中に組み込まれた２つの無線周波数信
号混合器１１とから成る。
ヘテロダイン周波数変換手段は、制御・処理・評価ユニ
ット８によって周波数制御が可能な発振器９、または前
記制御・処理・評価ユニット８によって個別に選択可能
な固定周波数をもつ複数の発振器と、出力分割装置１０
と、各々が無線周波数増幅二重チェーン１の分岐２また
は２’のいずれか中に組み込まれた２つの無線周波数信
号混合器１１とから成る。
【００２１】これら混合器は能動型でも受動型でもよ
く、低周波数域は５００ＭＨｚ前後に位置することがで
き、帯域フィルタ１３はおよそ±２５０ＭＨｚの通過周
波数帯域、ならびに分岐２および２’の選択度を決定す
る比較的急な傾斜をもつ。
く、低周波数域は５００ＭＨｚ前後に位置することがで
き、帯域フィルタ１３はおよそ±２５０ＭＨｚの通過周
波数帯域、ならびに分岐２および２’の選択度を決定す
る比較的急な傾斜をもつ。
【００２２】可変発振器９はたとえば、ユニット８によ
って制御されるＹＩＧ型か、ＶＣＯ型か、ＤＲＯ型の発
振器の形とすることができる。
って制御されるＹＩＧ型か、ＶＣＯ型か、ＤＲＯ型の発
振器の形とすることができる。
【００２３】混合器１１の下流に位置する増幅回路１
４、６、６’、７は、できるだけ忠実な熱ノイズ信号イ
メージを送信するために、非同調広帯域型であり、波動
がきわめて低いことが好ましい。
４、６、６’、７は、できるだけ忠実な熱ノイズ信号イ
メージを送信するために、非同調広帯域型であり、波動
がきわめて低いことが好ましい。
【００２４】さらに、無線周波数増幅二重チェーンの各
分岐２および２’は６０〜７０ｄＢ程度のゲインをも
つ。
分岐２および２’は６０〜７０ｄＢ程度のゲインをも
つ。
【００２５】添付の図面の図１に示す本発明の第１の変
形実施例によれば、無線周波数増幅二重チェーン１の各
入力部は、異なる温度に相当する第１基準源３または第
２基準源４から送出された熱ノイズ信号を選択的に分岐
２、２’の一方２’に印加すること、および前記基準源
の一方である３と同一の基準源３’から送出された熱ノ
イズ信号、または、温度を決定すべき物体または物体の
一部に適用される測定アンテナ１７から供給される熱ノ
イズ信号を選択的にもう一方の分岐２に印加することが
可能な、２位置１６、１６’型セレクタを具備する。
形実施例によれば、無線周波数増幅二重チェーン１の各
入力部は、異なる温度に相当する第１基準源３または第
２基準源４から送出された熱ノイズ信号を選択的に分岐
２、２’の一方２’に印加すること、および前記基準源
の一方である３と同一の基準源３’から送出された熱ノ
イズ信号、または、温度を決定すべき物体または物体の
一部に適用される測定アンテナ１７から供給される熱ノ
イズ信号を選択的にもう一方の分岐２に印加することが
可能な、２位置１６、１６’型セレクタを具備する。
【００２６】添付の図面の図２に示す本発明の第２の変
形実施例によれば、無線周波数増幅二重チェーン１の分
岐２、２’のうちの一方２はその入力部において、第１
基準源３の熱ノイズ信号、または熱ノイズが前記基準源
の温度とは異なる温度に対応する第２基準源４の熱ノイ
ズ信号、または、温度を決定すべき物体または物体の一
部に適用される測定アンテナ１７から供給される熱ノイ
ズ信号を、前記分岐２に印加することが可能な３位置型
セレクタ１８を具備し、前記無線周波数増幅二重チェー
ン１のもう一方の分岐２’の入力部は常時、前記第１の
基準源である３と同一の基準源３’から送出された熱ノ
イズ信号の供給をうける。
形実施例によれば、無線周波数増幅二重チェーン１の分
岐２、２’のうちの一方２はその入力部において、第１
基準源３の熱ノイズ信号、または熱ノイズが前記基準源
の温度とは異なる温度に対応する第２基準源４の熱ノイ
ズ信号、または、温度を決定すべき物体または物体の一
部に適用される測定アンテナ１７から供給される熱ノイ
ズ信号を、前記分岐２に印加することが可能な３位置型
セレクタ１８を具備し、前記無線周波数増幅二重チェー
ン１のもう一方の分岐２’の入力部は常時、前記第１の
基準源である３と同一の基準源３’から送出された熱ノ
イズ信号の供給をうける。
【００２７】アンテナ１７と無線周波数増幅二重チェー
ン１の対応する処理分岐２との間における信号の伝送を
最適化するため、好ましくは、前記分岐２の入力部に前
記入力部におけるインピーダンスの整合を実現すること
のできる絶縁物体１９を具備することが可能であり、前
記絶縁物体１９の負荷は抵抗４’によって形成される。
ン１の対応する処理分岐２との間における信号の伝送を
最適化するため、好ましくは、前記分岐２の入力部に前
記入力部におけるインピーダンスの整合を実現すること
のできる絶縁物体１９を具備することが可能であり、前
記絶縁物体１９の負荷は抵抗４’によって形成される。
【００２８】測定アンテナ１７によって捕捉された熱ノ
イズに対応する、物体または物体の一部の絶対温度の決
定を容易にし、その精度を向上させるため、２つの基準
源３、３’および４から供給される熱ノイズ信号は、そ
の１つが測定すべき物体または物体の一部に対して予想
される温度範囲の最小値よりも低い温度に対応し、他方
が測定すべき物体または物体の一部に対して予想される
温度範囲の最大値よりも高い温度に対応することが好ま
しい。
イズに対応する、物体または物体の一部の絶対温度の決
定を容易にし、その精度を向上させるため、２つの基準
源３、３’および４から供給される熱ノイズ信号は、そ
の１つが測定すべき物体または物体の一部に対して予想
される温度範囲の最小値よりも低い温度に対応し、他方
が測定すべき物体または物体の一部に対して予想される
温度範囲の最大値よりも高い温度に対応することが好ま
しい。
【００２９】下側基準温度は３０℃から３５℃、上側基
準温度は５０℃から５５℃というように、予想温度範囲
外ではあるがあまりかけはなれていない数値内に含まれ
ることが好ましい。
準温度は５０℃から５５℃というように、予想温度範囲
外ではあるがあまりかけはなれていない数値内に含まれ
ることが好ましい。
【００３０】添付の図面の図１および２に示すように、
熱ノイズの信号の基準源３、３’、４は、異なる設定温
度に加熱され、各囲壁自体の制御装置２１、２１’によ
って温度制御される各々の囲壁２０、２０’内に配設さ
れた抵抗負荷の形をとることができる（囲壁２０内には
負荷３および３’、囲壁２０’内には負荷４）。
熱ノイズの信号の基準源３、３’、４は、異なる設定温
度に加熱され、各囲壁自体の制御装置２１、２１’によ
って温度制御される各々の囲壁２０、２０’内に配設さ
れた抵抗負荷の形をとることができる（囲壁２０内には
負荷３および３’、囲壁２０’内には負荷４）。
【００３１】第４の抵抗負荷４’は、絶縁物体１９の負
荷抵抗として使用することができる。
荷抵抗として使用することができる。
【００３２】添付の図面に示されていない本発明の変形
実施例によれば、熱ノイズ信号の基準源は、温度および
印加電圧が制御された、なだれ制御ダイオードで構成さ
れる。
実施例によれば、熱ノイズ信号の基準源は、温度および
印加電圧が制御された、なだれ制御ダイオードで構成さ
れる。
【００３３】前記放射計は、場合によっては前記放射計
の作動に影響を及ぼし温度測定値の決定を狂わせる可能
性のある熱偏移の種々の要因を考慮できるようにするた
め、添付の図面の図１および２にも示すように、測定ア
ンテナ１７の接続ケーブル２４上またはその近傍に配設
された温度センサ２３と、場合によっては前記放射計に
組み合わされるマイクロ波高熱療法治療装置の恒温水の
温度を測定する温度センサ２５と、囲壁２０、２０’ま
たは熱ノイズ信号の基準源３、３’、４の実温度を測定
する少なくとも２つの温度センサ２６および２６’とを
特に含む温度制御ユニット２２を含むことも可能であ
り、前記制御ユニット２２によって測定される種々の測
定値は、制御・処理・評価ユニット８に伝送される。
の作動に影響を及ぼし温度測定値の決定を狂わせる可能
性のある熱偏移の種々の要因を考慮できるようにするた
め、添付の図面の図１および２にも示すように、測定ア
ンテナ１７の接続ケーブル２４上またはその近傍に配設
された温度センサ２３と、場合によっては前記放射計に
組み合わされるマイクロ波高熱療法治療装置の恒温水の
温度を測定する温度センサ２５と、囲壁２０、２０’ま
たは熱ノイズ信号の基準源３、３’、４の実温度を測定
する少なくとも２つの温度センサ２６および２６’とを
特に含む温度制御ユニット２２を含むことも可能であ
り、前記制御ユニット２２によって測定される種々の測
定値は、制御・処理・評価ユニット８に伝送される。
【００３４】後者のユニットはたとえば「ＰＣ」という
名称で知られている情報処理ステーションまたは装置の
形態をとることができ、当然のことながら、前記放射計
の種々の作動段階の制御および管理に関わる種々のプロ
グラム、ならびに全物体管理およびマイクロ波加熱処理
装置との通信に関するプログラムを含む。したがって、
前記ユニット８はさらに、適合した既存結果のプログラ
ミング・記憶・編集手段を含む。
名称で知られている情報処理ステーションまたは装置の
形態をとることができ、当然のことながら、前記放射計
の種々の作動段階の制御および管理に関わる種々のプロ
グラム、ならびに全物体管理およびマイクロ波加熱処理
装置との通信に関するプログラムを含む。したがって、
前記ユニット８はさらに、適合した既存結果のプログラ
ミング・記憶・編集手段を含む。
【００３５】前記放射計の種々の構成部品、回路、ユニ
ット、その他の機器の独自の構成は当業者には既知であ
るので、ここでは追記しない。
ット、その他の機器の独自の構成は当業者には既知であ
るので、ここでは追記しない。
【００３６】本発明はまた、前記放射計を使用して、ま
ず、前記物体または物体の一部に取り付けられた放射測
定アンテナ１７と規定の基準源３とから送出された熱ノ
イズ信号を同時かつ常時把握し、次いで、無線周波数増
幅二重チェーン１の独立した同一の２つの処理経路すな
わち分岐２および２’を介して前記２つの熱ノイズ信号
を増幅し周波数域に転位させ、次いで、前記２つの熱ノ
イズ信号の各々の出力に対応する連続信号を別々に抽出
し、最後にこれら２つの連続信号をアナログまたはデジ
タル的に比較して、種々の補正係数を積分することによ
り前記物体または物体の一部の温度の絶対値をリアルタ
イムで推定することからなる、熱ノイズ信号の把握、入
力および処理による、特に人体などの物体または物体の
一部の温度の測定方法をも対象とする。
ず、前記物体または物体の一部に取り付けられた放射測
定アンテナ１７と規定の基準源３とから送出された熱ノ
イズ信号を同時かつ常時把握し、次いで、無線周波数増
幅二重チェーン１の独立した同一の２つの処理経路すな
わち分岐２および２’を介して前記２つの熱ノイズ信号
を増幅し周波数域に転位させ、次いで、前記２つの熱ノ
イズ信号の各々の出力に対応する連続信号を別々に抽出
し、最後にこれら２つの連続信号をアナログまたはデジ
タル的に比較して、種々の補正係数を積分することによ
り前記物体または物体の一部の温度の絶対値をリアルタ
イムで推定することからなる、熱ノイズ信号の把握、入
力および処理による、特に人体などの物体または物体の
一部の温度の測定方法をも対象とする。
【００３７】本発明の１つの特徴によれば、３つの基準
源３、３’および４から出される熱ノイズ信号を交互に
放射計の２つの処理経路２および２’に印加することに
より、測定段階の前に前記２つの処理経路の較正が行わ
れ、その結果、測定アンテナ１７によって捕捉された熱
ノイズ信号の出力を、３つの基準源３、３’および４の
うちの１つである基準源３から送出された熱ノイズ信号
の出力と比較することにより、分析すべき物体または物
体の一部の温度の絶対値を決定するための線形回帰曲線
を求めることができる。
源３、３’および４から出される熱ノイズ信号を交互に
放射計の２つの処理経路２および２’に印加することに
より、測定段階の前に前記２つの処理経路の較正が行わ
れ、その結果、測定アンテナ１７によって捕捉された熱
ノイズ信号の出力を、３つの基準源３、３’および４の
うちの１つである基準源３から送出された熱ノイズ信号
の出力と比較することにより、分析すべき物体または物
体の一部の温度の絶対値を決定するための線形回帰曲線
を求めることができる。
【００３８】２つの２位置セレクタ１６および１６’
（図１）を含む放射計の較正は、セレクタ１６を基準源
３’の出力に切り換え、セレクタ１６’を基準源３（基
準源３’の温度と同一の温度）の出力に切り換え、得ら
れた微分電圧（ｔｅｎｓｉｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｅ
ｌｌｅ）の値（回帰および較正直線の下点）を入力して
記憶し、セレクタ１６’を基準源４（基準源３の温度よ
りも高い温度）の出力に切り換え、セレクタ１６は前記
位置のままにし、得られた微分電圧の値（回帰および較
正直線の上点）を入力して記憶し、セレクタ１６を測定
アンテナ１７の接続ケーブル２４に切り換え、測定を開
始することによって行うことができる。
（図１）を含む放射計の較正は、セレクタ１６を基準源
３’の出力に切り換え、セレクタ１６’を基準源３（基
準源３’の温度と同一の温度）の出力に切り換え、得ら
れた微分電圧（ｔｅｎｓｉｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｅ
ｌｌｅ）の値（回帰および較正直線の下点）を入力して
記憶し、セレクタ１６’を基準源４（基準源３の温度よ
りも高い温度）の出力に切り換え、セレクタ１６は前記
位置のままにし、得られた微分電圧の値（回帰および較
正直線の上点）を入力して記憶し、セレクタ１６を測定
アンテナ１７の接続ケーブル２４に切り換え、測定を開
始することによって行うことができる。
【００３９】唯１つの３位置セレクタ１８と、基準源３
に常時接続された分岐２’とを含む、放射計の第２の変
形実施例の実施（図２）においても較正方法は同じであ
り、前記セレクタ１８をまず基準源３’の出力に対応す
る位置に切り換え、続いて基準源４の出力に対応する位
置に切り換え（回帰直線の２つの端点を決定）、次いで
測定アンテナ１７の接続ケーブル２４に接続する。
に常時接続された分岐２’とを含む、放射計の第２の変
形実施例の実施（図２）においても較正方法は同じであ
り、前記セレクタ１８をまず基準源３’の出力に対応す
る位置に切り換え、続いて基準源４の出力に対応する位
置に切り換え（回帰直線の２つの端点を決定）、次いで
測定アンテナ１７の接続ケーブル２４に接続する。
【００４０】熱ノイズ信号を擾乱する可能性のある、高
出力の電磁放射を対象とする放射測定帯の周波数または
周波数範囲を決定するため、本方法は、測定段階の前
に、可変測定周波数域に熱ノイズ信号を転位することの
できるヘテロダイン周波数の変化を介して、放射計が利
用することのできる種々の周波数チェーンを監視するこ
と、および場合によっては３と３’とが同一である所定
の基準源３、３’、４に対して放射測定アンテナ１７に
よって測定された最終値が有意の差をもつようにする周
波数範囲またはチャンネルを測定することからなること
ができ、これらの周波数チャンネルは、測定アンテナ１
７によって捕捉された信号の測定および評価から除外さ
れる。
出力の電磁放射を対象とする放射測定帯の周波数または
周波数範囲を決定するため、本方法は、測定段階の前
に、可変測定周波数域に熱ノイズ信号を転位することの
できるヘテロダイン周波数の変化を介して、放射計が利
用することのできる種々の周波数チェーンを監視するこ
と、および場合によっては３と３’とが同一である所定
の基準源３、３’、４に対して放射測定アンテナ１７に
よって測定された最終値が有意の差をもつようにする周
波数範囲またはチャンネルを測定することからなること
ができ、これらの周波数チャンネルは、測定アンテナ１
７によって捕捉された信号の測定および評価から除外さ
れる。
【００４１】測定段階より前に検出することのできない
不規則な外乱をうけないようにするために、本方法はま
た、測定段階中、たとえばマイクロ波高熱療法治療装置
を使用して、特に物体または物体の一部内に散逸される
出力に対する温度の急上昇または偏移に相当する測定値
の変化を検出すること、次いで周波数転位域を変更する
こと、さらに放射計を再較正することからなることがで
き、これら種々の段階は、制御・処理・評価ユニット８
で自動的に実施することが可能である。
不規則な外乱をうけないようにするために、本方法はま
た、測定段階中、たとえばマイクロ波高熱療法治療装置
を使用して、特に物体または物体の一部内に散逸される
出力に対する温度の急上昇または偏移に相当する測定値
の変化を検出すること、次いで周波数転位域を変更する
こと、さらに放射計を再較正することからなることがで
き、これら種々の段階は、制御・処理・評価ユニット８
で自動的に実施することが可能である。
【００４２】本発明の追加の特徴によれば、考慮される
補正係数は、種々の接続ケーブル２４における減衰と、
周囲温度と、場合によっては測定アンテナ１７を囲む恒
温装置の液体の温度と、基準源３、３’、４の温度変化
とからなる。
補正係数は、種々の接続ケーブル２４における減衰と、
周囲温度と、場合によっては測定アンテナ１７を囲む恒
温装置の液体の温度と、基準源３、３’、４の温度変化
とからなる。
【００４３】特に無線周波数二重チェーン１を取り囲む
電磁シールド１５と温度制御囲壁とを考慮すると、前記
放射計の偏移は微弱であり、４５分〜１時間程度の測定
時間中、平均して２、３回の再較正しか必要ない。
電磁シールド１５と温度制御囲壁とを考慮すると、前記
放射計の偏移は微弱であり、４５分〜１時間程度の測定
時間中、平均して２、３回の再較正しか必要ない。
【００４４】種々の補正パラメータまたは補正係数は、
温度の異なる２つの基準源３および４に対応する限界温
度になるようにされた水浴中に放射測定アンテナ１７を
浸漬することにより製造業者のもとで一回だけ調整され
る。
温度の異なる２つの基準源３および４に対応する限界温
度になるようにされた水浴中に放射測定アンテナ１７を
浸漬することにより製造業者のもとで一回だけ調整され
る。
【００４５】接続ケーブル２４は、一定の長さをもつ種
々のアプリケータまたはアンテナ１７に供給するもので
あるため、この目的でその長さを再較正する必要はな
い。しかしながら、必要な場合には、新しい補正係数ま
たは既存の係数の新しい値をユニット８に知らせ、ユニ
ット８に記憶することができる。たとえば測定アンテナ
１７を交換する場合、補正係数の新しい値は工場で決定
され、前述の新規アプリケータ上に示される。
々のアプリケータまたはアンテナ１７に供給するもので
あるため、この目的でその長さを再較正する必要はな
い。しかしながら、必要な場合には、新しい補正係数ま
たは既存の係数の新しい値をユニット８に知らせ、ユニ
ット８に記憶することができる。たとえば測定アンテナ
１７を交換する場合、補正係数の新しい値は工場で決定
され、前述の新規アプリケータ上に示される。
【００４６】もちろん、本発明は前述の添付の図面に図
示された実施態様に限定されるものではない。本発明の
保護範囲を逸脱せずに、特に種々の要素の構成の点であ
るいは同等の技術による置き換えにより、変更が可能で
ある。
示された実施態様に限定されるものではない。本発明の
保護範囲を逸脱せずに、特に種々の要素の構成の点であ
るいは同等の技術による置き換えにより、変更が可能で
ある。
【図１】本発明による放射計の概略図である。
【図２】前記放射計の１変形例を示す、図１の概略図と
同様の図である。
同様の図である。
１ 無線周波数増幅二重チェーン ２、２’ 分岐 ３、３’、４ 基準源 ７ 連続差分増幅チェーン ８ 制御・処理・評価ユニット １３ 帯域フィルタ １７ アンテナ ２２ 温度制御ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 5/00 - 5/48 G01J 1/00 - 1/46
Claims (21)
- 【請求項１】 測定アンテナを使用して物体の平均温度
を決定するために熱ノイズを測定するための放射計であ
って、 構造上対称で独立な２つの分岐（２および２’）を有
し、該２つの分岐の一方（２’）が第1の基準源（３）
によって発生される熱ノイズ信号を連続的に測定し、該
２つの分岐の他方が測定アンテナからの熱ノイズ信号を
測定する、熱ノイズの無線周波数信号の増幅二重チェー
ン（１）と、 前記２つの分岐（２、２’）のそれぞれに各々配設さ
れ、各々が前記２つの分岐のそのそれぞれ（２または
２’）から送出される熱ノイズ信号のパワーに比例した
値の連続信号を送出し、前記連続信号が制御・処理・評
価ユニット（８）に伝送される、２組の同一の変換回路
アセンブリ（５、５’、６、６’）と、 前記２つの分岐（２および２’）において処理される熱
ノイズ信号の周波数のヘテロダイン周波数をより低い周
波数の周波数転位域に変えるヘテロダイン周波数変更手
段（９、１０、１１）とから成り、前記周波数転位域の
特性が外部干渉信号に応じて制御・処理・評価ユニット
（８）によって決定される放射計。 - 【請求項２】 前記２つの分岐（２、２’）の各々が、
低ノイズ係数、高ダイナミックのマイクロ波増幅器（１
２）と、熱ノイズ信号の周波数転位を行う無線周波数信
号混合器（１１）と、周波数転位域に適合させた帯域フ
ィルタ（１３）と、非同調広帯域増幅器（１４）とを含
む、請求項１に記載の放射計。 - 【請求項３】 各変換回路アセンブリが、少なくとも１
つのカスケード型直流増幅器（６、６’）を後置する二
次検出器（５）を含む、請求項１または２に記載の放射
計。 - 【請求項４】 前記直流増幅器（６、６’）と、連続微
分増幅チェーン（７）とからなる計装増幅器をさらに備
える、請求項３に記載の放射計。 - 【請求項５】 電磁シールド（１５）をさらに備える、
請求項１に記載の放射計。 - 【請求項６】 ヘテロダイン周波数変換手段が、制御・
処理・評価ユニット（８）によって周波数制御が可能な
少なくとも１つの発振器（９）と、出力分割装置（１
０）と、各々２つの分岐（２または２’）のそれぞれに
組み込まれた２つの無線周波数信号混合器（１１）とか
ら成ることを特徴とする、請求項１に記載の放射計。 - 【請求項７】 前記２つの分岐（２、２’）のうちの前
記一方（２’）に、第１基準源（３）からの熱ノイズ信
号、または異なる温度に対応する第２基準源（４）の熱
ノイズ信号を印加する、２位置型セレクタ（１６’）を
さらに具備することを特徴とする、請求項１に記載の放
射計。 - 【請求項８】 前記２つの分岐（２、２’）のうちの前
記他方（２）がその入力部において、前記第１基準源
（３）と同一の更なる基準源（３’）の熱ノイズ信号、
熱ノイズが第１基準源の温度とは異なる温度に対応する
第２基準源（４）の熱ノイズ信号、または測定アンテナ
（１７）から供給されたノイズ信号を前記他方の分岐
（２）に印加することが可能な３位置型セレクタ（１
８）を具備することを特徴とする、請求項１に記載の放
射計。 - 【請求項９】 前記更なる基準源および前記第２基準源
（３’および４）から供給される熱ノイズ信号の各々
が、（ａ）測定すべき物体に対して予想される温度範囲
の最小値よりも低い温度と、（ｂ）測定すべき物体に対
して予想される温度範囲の最大値よりも高い温度との異
なる１つに対応する、請求項８に記載の放射計。 - 【請求項１０】 前記更なる基準源および前記第２基準
源（３’および４）が、異なる基準温度に加熱される囲
壁（２０、２０’）内に配設された抵抗負荷からなる、
請求項８に記載の放射計。 - 【請求項１１】 前記更なる基準源および前記第２基準
源（３’および４）が、なだれ制御ダイオードからな
る、請求項８に記載の放射計。 - 【請求項１２】 前記２つの分岐の前記他方（２）の入
力部のインピーダンスレベルを調整する絶縁物体（１
９）をさらに具備する、請求項１に記載の放射計。 - 【請求項１３】 測定アンテナ（１７）の接続ケーブル
（２４）近傍に配設された温度センサ（２３）と、前記
放射計に組み合わされるマイクロ波高熱療法治療装置の
恒温水の温度を測定する温度センサ（２５）と、前記第
1基準源（３）の温度を測定する温度センサ（２６）と
を含む温度制御ユニット（２２）をさらに含み、前記制
御ユニット（２２）によって測定される種々の測定値
が、制御・処理・評価ユニット（８）に伝送されること
を特徴とする、請求項１に記載の放射計。 - 【請求項１４】 前記他方の分岐に、前記第１基準源と
同一の更なる基準源からの熱ノイズ信号、または測定ア
ンテナからの熱ノイズ信号を印加する、２位置型セレク
タをさらに具備することを特徴とする、請求項１に記載
の放射計。 - 【請求項１５】 物体の温度を測定する方法であって、 物体の温度の測定の間、その第１のものは第１基準から
の熱ノイズを表し、第２のものは放射測定アンテナで測
定された物体熱ノイズを表す２つの熱ノイズ信号を連続
的にかつ同時に受信する段階と、 無線周波数増幅二重チェーンの、独立した同一の２つの
処理経路の別々の１つにおいて２つの熱ノイズ信号の各
々を処理し、その値が熱ノイズ信号のそれぞれのパワー
に各々対応する２つの別個の連続信号を与える段階と、 物体の温度をリアルタイムに決定するように２つの連続
信号を比較する段階と、 第１基準の温度と同じ第１温度を表す第２基準を第２の
経路に印加し、第１および第２温度によって物体の予期
される温度の限界が確定されるように第１温度とは異な
る第２温度を表す第３基準を第２の経路に印加し、２つ
の印加の結果から回帰曲線を決定することにより２つの
処理経路を較正する段階と、 決定される物体の温度の確度を向上させるべく比較段階
の間に回帰曲線を適用する段階とを具備してなる方法。 - 【請求項１６】 物体の温度を測定する方法であって、 物体の温度の測定の間、その第１のものは第１基準から
の熱ノイズを表し、第２のものは放射測定アンテナで測
定された物体熱ノイズを表す２つの熱ノイズ信号を連続
的にかつ同時に受信する段階と無線周波数増幅二重チェ
ーンの、独立した同一の２つの処理経路の別々の１つに
おいて２つの熱ノイズ信号の各々を処理し、その値が熱
ノイズ信号のそれぞれのパワーに各々対応する２つの別
個の連続信号を与える段階と、 物体の温度をリアルタイムに決定するように２つの連続
信号を比較する段階と、 物体熱ノイズ信号を更なる信号でヘテロダインし、物体
熱ノイズ信号の周波数を転位させるように更なる信号の
周波数を変えて所定の利用可能な周波数レンジを走査す
ることと、可変的に転移された信号を第１基準と同じか
または異なる少なくとも１つの基準と比較することと、
該比較に基づいて避けるべき周波数レンジを決定するこ
ととにより、連続信号が避けるべき周波数レンジを決定
する段階とを具備してなる方法。 - 【請求項１７】 物体の温度を測定する方法であって、 物体の温度の測定の間、その第１のものは第１基準から
の熱ノイズを表し、第２のものは放射測定アンテナで測
定された物体熱ノイズを表す２つの熱ノイズ信号を連続
的にかつ同時に受信する段階と、 無線周波数増幅二重チェーンの、独立した同一の２つの
処理経路の別々の１つにおいて２つの熱ノイズ信号の各
々を処理し、その値が熱ノイズ信号のそれぞれのパワー
に各々対応する２つの別個の連続信号を与える段階と、 物体の温度をリアルタイムに決定するように２つの連続
信号を比較する段階と、 受信段階の間、測定された物体熱ノイズの変動を検出
し、変動が測定される物体熱ノイズの所定の予期される
変動を超えた場合に測定された物体熱ノイズを表す連続
信号の周波数レンジを新たな周波数レンジに転位させる
段階とを具備してなる方法。 - 【請求項１８】 物体の温度を測定する方法であっ
て、 テスト熱ノイズ信号の周波数を可変的に転位させて所定
の利用可能な周波数レンジを走査することと、可変的に
転位された信号を少なくとも１つの基準と比較すること
と、該比較に基づき避けるべき周波数レンジを決定する
こととにより、避けるべき周波数レンジを決定する段階
と、 物体の温度の測定の間、その第１のものは前記少なくと
も１つの基準と同じかまたは異なる第１基準からの熱ノ
イズを表し、第２のものは放射測定アンテナで測定され
た物体熱ノイズを表す２つの熱ノイズ信号を連続的にか
つ同時に受信する段階と無線周波数増幅二重チェーン
の、独立した同一の２つの処理経路の別々の１つにおい
て２つの熱ノイズ信号の各々を処理し、その値が熱ノイ
ズ信号のそれぞれのパワーに各々対応する、避けるべき
周波数レンジにない２つの別個の連続信号を与える段階
と、 物体の温度をリアルタイムに決定するように２つの連続
信号を比較する段階とを具備してなる方法。 - 【請求項１９】 ２つの処理経路を較正する段階をさら
に含み、該較正段階が第１基準の温度と同じ第１温度を
表す第２基準を第２の経路に印加することと、第１およ
び第２温度によって物体の予期される温度の限界が確定
されるように第１温度とは異なる第２温度を表す第３基
準を第２の経路に印加することと、２つの印加の結果か
ら回帰曲線を決定することとからなり、さらに、決定さ
れる物体の温度の確度を向上させるべく比較段階の間に
回帰曲線を適用する段階をも含む請求項１８に記載の方
法。 - 【請求項２０】 受信段階の間、測定された物体熱ノイ
ズの変動を検出し、変動が測定される物体熱ノイズの所
定の予期される変動を超えた場合に測定された物体熱ノ
イズを表す連続信号の周波数レンジを新たな周波数レン
ジに転位させる段階をさらに含む請求項１８に記載の方
法。 - 【請求項２１】 信号減衰、周囲温度、基準源の温度変
化およびアンテナの温度の少なくとも１つについて決定
された物体温度を補正する段階をさらに含む請求項１８
に記載の方法。
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|---|---|
| JPH08297055A JPH08297055A (ja) | 1996-11-12 |
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