JP5225756B2 - Fluorescence temperature sensor - Google Patents
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Description
本発明は、光励起された蛍光材料の蛍光から温度信号を生成する蛍光温度センサに関する。 The present invention relates to a fluorescence temperature sensor that generates a temperature signal from fluorescence of a photoexcited fluorescent material.
この種の蛍光温度センサとしては、特許文献１に示すように、光励起された蛍光材料の蛍光の減衰特性を光検出器で検出し、この減衰特性と蛍光材料の温度との関係から温度を算出するものが知られている。 As this type of fluorescent temperature sensor, as shown in Patent Document 1, the fluorescence attenuation characteristic of the photoexcited fluorescent material is detected by a photodetector, and the temperature is calculated from the relationship between the attenuation characteristic and the temperature of the fluorescent material. What to do is known.
具体的にかかる蛍光温度センサでは、蛍光材料の蛍光強度Ｉと経過時間ｔとが、基準発光強度Ｉ0、緩和時間τで表される以下の関係式 Ｉ=Ｉ0 ｅ−t/τ を満たすことから、該関係式に基づいて緩和時間τを求め、蛍光材料における緩和時間τと温度との関係から温度を算出する。 Specifically, in such a fluorescence temperature sensor, the fluorescence intensity I of the fluorescent material and the elapsed time t satisfy the following relational expression I = I 0 e −t / τ represented by the reference emission intensity I 0 and the relaxation time τ. Therefore, the relaxation time τ is obtained based on the relational expression, and the temperature is calculated from the relationship between the relaxation time τ and the temperature in the fluorescent material.
ここで、緩和時間τは、上記関係式の対数をとることによって得られる関係式 lnＩ [i]= ln(Ｉ0) −ｔ[i]／τ の右辺第２項の直線近似を最小二乗法により行うことで、その傾きとして算出される。ここで、iは、光検出器から出力をサンプリングすることによって得られたデジタルデータ列の番号を示す。
しかしながら、従来の蛍光温度センサでは、緩和時間τを算出するために、デジタルデータに対して対数変換および最小二乗法の処理を施さなければならない。そのため、デジタルデータのデータ数が多い場合には、緩和時間τの算出に時間が掛かり、センサとしての応答性が悪いという問題がある。 However, in the conventional fluorescence temperature sensor, in order to calculate the relaxation time τ, the digital data must be subjected to logarithmic conversion and least squares processing. Therefore, when the number of digital data is large, it takes time to calculate the relaxation time τ, and there is a problem that the response as a sensor is poor.
これに対して、データ数を一定に制限することも考えられるが、蛍光材料は、高温では緩和時間τが短く、低温では緩和時間τが長くなるため、データ数を一定に制限すると、高温側では減衰終了後の０成分が混入し、低温側では、緩和時間τを算出するのに必要な減衰域を認識できるデータとはならない。そのため、正確な緩和時間τを求めることができず、温度センサの測定精度が低下してしまうという不都合を生じる。 On the other hand, it is conceivable to limit the number of data to a constant value. However, the fluorescent material has a short relaxation time τ at a high temperature and a long relaxation time τ at a low temperature. In this case, 0 component after the end of attenuation is mixed, and on the low temperature side, the attenuation region necessary for calculating the relaxation time τ is not recognized. For this reason, an accurate relaxation time τ cannot be obtained, resulting in a disadvantage that the measurement accuracy of the temperature sensor is lowered.
上記の事情に鑑みて、本発明は、簡易かつ確実に蛍光材料の緩和時間を算出することができ、測定精度を維持しつつ応答性を高めることができる蛍光温度センサを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a fluorescence temperature sensor that can easily and reliably calculate the relaxation time of a fluorescent material and can improve the responsiveness while maintaining measurement accuracy. To do.
第１発明の蛍光温度センサは、光励起された蛍光材料の蛍光から温度信号を生成する蛍光温度センサであって、
前記蛍光材料に投光する発光素子と、
前記蛍光材料が発する蛍光を受光する受光素子と、
前記受光素子の出力信号を第１のサンプリング周期でサンプリングして得られる第１のデジタルデータを、前記第１のサンプリング周期以上の第２のサンプリング周期でリサンプリングして得られる第２のデジタルデータから前記蛍光材料の緩和時間を算出する緩和時間算出手段と、
前記緩和時間算出手段によって算出された緩和時間に対応した温度信号を生成する温度信号生成手段と
を備え、
前記緩和時間算出手段は、
前記蛍光の強度がその初期値から所定の割合に減衰するまでの前記出力信号を前記第１のサンプリング周期でサンプリングして前記第１のデジタルデータを作成し、
作成した前記第１のデジタルデータを前記第２のサンプリング周期でリサンプリングした場合に前記受光素子の出力信号を復元できるか否かを判定し、該受光素子の出力信号を復元できる場合に該第１のデジタルデータを該第２のサンプリング周期でリサンプリングして前記第２のデジタルデータを作成すると共に、該受光素子の出力信号を復元できない場合に該第２のサンプリング周期でリサンプリングをすることなく該第１のデジタルデータを該第２のデジタルデータとすることを特徴とする。
A fluorescence temperature sensor according to a first aspect of the present invention is a fluorescence temperature sensor that generates a temperature signal from fluorescence of a photoexcited fluorescent material,
A light emitting element that projects the fluorescent material;
A light receiving element for receiving fluorescence emitted from the fluorescent material;
Second digital data obtained by the output signal of the light receiving element of the first digital data obtained by sampling at a first sampling period, and resampling at a second sampling period than the first sampling period Relaxation time calculation means for calculating the relaxation time of the fluorescent material from,
Temperature signal generation means for generating a temperature signal corresponding to the relaxation time calculated by the relaxation time calculation means ,
The relaxation time calculation means includes
Sampling the output signal at the first sampling period until the intensity of the fluorescence decays from its initial value to a predetermined rate, to create the first digital data,
When the created first digital data is resampled at the second sampling period, it is determined whether or not the output signal of the light receiving element can be restored, and the output signal of the light receiving element can be restored. Resampling one digital data at the second sampling period to create the second digital data, and resampling at the second sampling period when the output signal of the light receiving element cannot be restored. Instead, the first digital data is used as the second digital data .
第１発明の蛍光温度センサによれば、第１のデジタルデータからデータ数を間引くように、第１のサンプリング周期以上の第２のサンプリング周期でリサンプリングを行う。そして、リサンプリングされた第２のデジタルデータに対して、対数変換および最小二乗法の処理を施すことで、もとの第１のデジタルデータのデータ数が多い場合にも、緩和時間を簡易かつ確実に算出することができ、センサとしての応答性を向上させることができる。 According to the fluorescence temperature sensor of the first aspect of the invention, resampling is performed at a second sampling period equal to or greater than the first sampling period so as to thin out the number of data from the first digital data. The resampled second digital data is subjected to logarithmic conversion and least squares processing, so that the relaxation time can be simplified and simplified even when the number of data of the original first digital data is large. It is possible to calculate with certainty and to improve the responsiveness as a sensor.
さらに、第２のデジタルデータは、一定のデータ数を有する第１のデジタルデータをリサンプリングするため、初めからデータ数を制限する場合とは異なり、不要なデータが混入することがない。そのため、正確な緩和時間を算出することができる。 Furthermore, since the second digital data is resampled from the first digital data having a certain number of data, unlike the case where the number of data is limited from the beginning, unnecessary data is not mixed. Therefore, an accurate relaxation time can be calculated.
このように、第１発明の蛍光温度センサによれば、簡易かつ確実に蛍光材料の緩和時間を算出することができ、測定精度を維持しつつその応答性を高めることができる。 Thus, according to the fluorescence temperature sensor of the first invention, the relaxation time of the fluorescent material can be calculated easily and reliably, and the responsiveness can be improved while maintaining the measurement accuracy.
また、第１発明の蛍光温度センサによれば、緩和時間を算出するためには、少なくとも、所定の蛍光強度から、これに比して蛍光強度が所定の割合に減衰するまでの減衰特性が必要であるところ、第２発明の蛍光温度センサによれば、該所定の蛍光強度を蛍光強度の初期値とすることで、緩和時間を算出するのに必要とされる減衰特性の区間を最小とすることができる。これにより、第１のサンプリングデータのデータ数を必要最小限に限定することができ、ひいては、第２のサンプリングデータのテータ数を減らして、緩和時間を簡易かつ確実に算出することができ、センサとしての応答性を向上させることができる。 Further, according to the fluorescence temperature sensor of the first invention, in order to calculate the relaxation time, at least an attenuation characteristic from a predetermined fluorescence intensity until the fluorescence intensity attenuates to a predetermined ratio is required. However, according to the fluorescence temperature sensor of the second invention, the predetermined fluorescence intensity is set to the initial value of the fluorescence intensity, thereby minimizing the interval of the attenuation characteristic required for calculating the relaxation time. be able to. As a result, the number of data of the first sampling data can be limited to the minimum necessary. As a result, the number of data of the second sampling data can be reduced, and the relaxation time can be calculated easily and reliably. Responsiveness can be improved.
さらに、第１発明の蛍光温度センサによれば、リサンプリングを実行することにより、第２のデジタルデータのデータ数が、予め指定した所定のデータ数、例えば緩和時間を算出するのに要求されるデータ数を下回る場合に、第２のデジタルデータを第１のデジタルデータとする。これにより、リサンプリングを実行することにより緩和時間の算出精度が低下することを回避することができ、センサとしての測定精度を維持することができる。なお、所定のデータ数として前述した緩和時間を算出するのに要求されるデータ数より大きい値を設定し、より確実に算出精度の維持を図るようにしても構わない。 Furthermore, according to the fluorescence temperature sensor of the first invention, by executing resampling, the number of data of the second digital data is required to calculate a predetermined number of data, for example, relaxation time. When the number of data is less, the second digital data is set as the first digital data. Thereby, it can avoid that the calculation precision of relaxation time falls by performing resampling, and the measurement precision as a sensor can be maintained. Note that a value larger than the number of data required for calculating the relaxation time described above may be set as the predetermined number of data so as to more reliably maintain the calculation accuracy.
第２発明の蛍光温度センサは、第１発明の蛍光温度センサにおいて、前記緩和時間算出手段は、前記第１のデジタルデータに対して、該第１のデジタルデータに含まれ得るノイズを低減した上で、前記リサンプリングを行うことを特徴とする。 Fluorescent temperature sensor of the second invention, in the fluorescence temperature sensor of the first aspect of the invention, the relaxation time calculation means, to said first digital data, after having reduced noise that may be included in the digital data of the first Then, the resampling is performed.
受光素子の出力信号には、電気ノイズ等が含まれることがあるため、これをサンプリングした第１のデジタルデータにもノイズ成分が含まれ得る。第２発明の蛍光温度センサによれば、第１のデジタルデータに対して、例えば、移動平均を取ること等によりノイズ成分を低減した上でリサンプリングを行う。そのため、緩和時間を算出する際にノイズの影響を低減することができ、緩和時間を精度よく算出することでき、センサとしての測定精度を向上させることができる。 Since the output signal of the light receiving element may contain electrical noise or the like, the first digital data obtained by sampling this may also contain a noise component. According to the fluorescence temperature sensor of the second invention, resampling is performed on the first digital data after reducing the noise component, for example, by taking a moving average. Therefore, the influence of noise can be reduced when calculating the relaxation time, the relaxation time can be calculated with high accuracy, and the measurement accuracy as a sensor can be improved.
本発明の一実施形態として、本発明の蛍光温度センサが搭載された蛍光温度センサについて、図１〜図４を参照して説明する。 As one embodiment of the present invention, a fluorescence temperature sensor equipped with the fluorescence temperature sensor of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１を参照して、本実施形態の蛍光温度センサの全体的な構成について説明する。蛍光温度センサは、温度によって異なる蛍光特性を示す蛍光材料１と、蛍光材料１に投光するＬＥＤ２と、ＬＥＤ２を駆動する駆動回路３と、蛍光材料１が発する蛍光を受光するフォトダイオード４と、フォトダイオード４からの出力信号から対応する温度検出値を算出する信号処理部５とを備える。
With reference to FIG. 1, the whole structure of the fluorescence temperature sensor of this embodiment is demonstrated. The fluorescent temperature sensor includes a fluorescent material 1 that exhibits different fluorescent characteristics depending on temperature, an LED 2 that projects light onto the fluorescent material 1, a
また、蛍光温度センサは、蛍光材料１への投光および蛍光材料１の蛍光の受光を行う光ファイバ７と備える。光ファイバ７は他端側が分岐して、ＬＥＤ２からの光を蛍光材料１に伝達する投光用光ファイバ７ａと、蛍光材料１の蛍光をフォトダイオード４に伝達する受光用光ファイバ７ｂとなっている。
The fluorescence temperature sensor includes an optical fiber 7 that projects light onto the fluorescent material 1 and receives fluorescence from the fluorescent material 1. The other end of the optical fiber 7 is branched to form a light projecting
蛍光材料１は、光ファイバ７の一端部を覆うように設けられた温度計測部１ａの中に、光ファイバ７のコア部に対向するように配置される。 The fluorescent material 1 is disposed so as to face the core portion of the optical fiber 7 in the temperature measurement unit 1 a provided so as to cover one end of the optical fiber 7.
ＬＥＤ２は、ＬＥＤモジュール２ａ内に配置された、例えば青色系の波長を発光色とする発光ダイオードである。ＬＥＤモジュール２ａは、投光用光ファイバ７ａが接続されるコネクタ部２ｂを有し、コネクタ部２ｂを介して接続された投光用光ファイバ７ａがＬＥＤ２の発光部と対向している。
The LED 2 is a light emitting diode disposed in the LED module 2a and having, for example, a blue wavelength as an emission color. The LED module 2a has a
駆動回路３は、ＬＥＤ２の発光に必要な駆動電流の大きさおよび発光時間を規定したパルス電流を一定の処理周期でＬＥＤ２に印加する制御回路を備える。これにより、駆動回路３は、例えば、蛍光材料１に対応して、一回の計測におけるＬＥＤ２の発光時間を１ｍｓ〜５００ｍｓの間のいずれかの時間とする所定の大きさのパルス電流をＬＥＤ２に印加する。
The
フォトダイオード４は、フォトダイオードモジュール４ａ内に配置されて、照射された光の光量（輝度）を測定する。フォトダイオードモジュール４ａは、受光用光ファイバ７ｂに接続されるコネクタ部４ｂを有し、コネクタ部４ｂを介して接続された受光用光ファイバ７ｂがフォトダイオード４の受光部と対向している。 The photodiode 4 is disposed in the photodiode module 4a and measures the amount of light (luminance) of the irradiated light. The photodiode module 4 a has a connector portion 4 b connected to the light receiving optical fiber 7 b, and the light receiving optical fiber 7 b connected via the connector portion 4 b faces the light receiving portion of the photodiode 4.
信号処理部５は、Ａ／Ｄ変換手段５１と、データ前処理手段５２と、緩和時間算出手段５３と、温度信号生成手段５４とを備える。
The signal processing unit 5 includes an A /
Ａ／Ｄ変換手段５１は、アナログデジタル変換回路を備え、フォトダイオード４の出力信号を予め設定された第１のサンプリング周期（例えば、０．００１ｍｓｅｃ）でアナログデジタル変換する。 The A / D conversion means 51 includes an analog-to-digital conversion circuit, and converts the output signal of the photodiode 4 from analog to digital at a preset first sampling period (for example, 0.001 msec).
データ前処理手段５２は、主に、Ａ／Ｄ変換手段５１で変換後に得られた第１のデジタルデータを、第１のサンプリング周期以上の第２のサンプリング周期（例えば、０．００５ｍｓｅｃ）でリサンプリングしたデータに加工する。ここで、データ前処理手段５２は、第２のサンプリング周期を、第１のサンプリング周期の整数倍として、第１のデジタルデータから、第１のサンプリング周期の整数倍のデータだけを抽出する。すなわち、データ前処理手段５２は、第１のデジタルデータから第２のサンプリング周期に当たらないデータを間引き処理することに相当する。 The data preprocessing means 52 mainly reconstructs the first digital data obtained after the conversion by the A / D conversion means 51 at a second sampling period (for example, 0.005 msec) that is equal to or greater than the first sampling period. Process the sampled data. Here, the data pre-processing means 52 extracts only data that is an integral multiple of the first sampling period from the first digital data, with the second sampling period being an integral multiple of the first sampling period. That is, the data preprocessing means 52 corresponds to thinning out data that does not fall within the second sampling period from the first digital data.
緩和時間算出手段５３は、データ前処理手段５２による処理によって得られた第２のデジタルデータから緩和時間τを算出する。具体的に緩和時間算出手段５３が、緩和時間τを算出するアルゴリズムは、以下の通りである。
The relaxation
まず、蛍光材料１の蛍光強度Ｉと経過時間ｔとの関係を、蛍光強度の初期値Ｉ0および緩和時間τで規定した下式（１）の対数をとると、式（２）が得られる。 First, when the relationship between the fluorescence intensity I of the fluorescent material 1 and the elapsed time t is the logarithm of the following expression (1) defined by the initial value I 0 of the fluorescence intensity and the relaxation time τ, expression (2) is obtained. .
Ｉ[i] = Ｉ0 ｅ−t[i]/τ ・・・（１）
⇔ lnＩ[i]= ln(Ｉ0) −ｔ[i]／τ ・・・（２）
上式（２）において、iは、離散時刻系における時間を表す整数値であって、第２のデジタルデータに含まれる第２のサンプリング周期毎の時系列データの番号に対応している。
I [i] = I 0 e −t [i] / τ (1)
LnlnI [i] = ln (I 0 ) −t [i] / τ (2)
In the above equation (2), i is an integer value representing time in the discrete time system, and corresponds to the time-series data number for each second sampling period included in the second digital data.
緩和時間算出手段５３は、第２のデジタルデータを用いて、式（２）により表される直線の傾きを最小二乗法によって同定することにより、緩和時間τを算出する。 The relaxation time calculation means 53 calculates the relaxation time τ by identifying the slope of the straight line represented by the equation (2) by the least square method using the second digital data.
温度信号生成手段５４は、緩和時間τと温度との関係を規定したマップやデータテーブル（以下、マップ等という）を備えて、緩和時間算出手段５３によって算出された緩和時間τから対応する温度信号を生成して出力する。
The temperature signal generation unit 54 includes a map or a data table (hereinafter referred to as a map or the like) that defines the relationship between the relaxation time τ and the temperature, and a temperature signal corresponding to the relaxation time τ calculated by the relaxation
次に、図２に示すフローチャートを参照して、信号処理部５により緩和時間τを算出し、温度信号を生成・出力する処理について説明する。 Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 2, the process of calculating the relaxation time τ by the signal processing unit 5 and generating and outputting the temperature signal will be described.
まず、信号処理部５は、Ａ／Ｄ変換手段５１により第１のサンプリング処理を実行する（ＳＴＥＰ１０）。ここで、Ａ／Ｄ変換手段５１は、フォトダイオード４の出力信号を第１のサンプリング周期でアナログデジタル変換する。 First, the signal processing unit 5 performs a first sampling process by the A / D conversion means 51 (STEP 10). Here, the A / D conversion means 51 converts the output signal of the photodiode 4 from analog to digital at the first sampling period.
そして、信号処理部５は、蛍光材料１の蛍光強度Ｉが所定の割合に減衰するまで第１のサンプリング処理を実行する。ここで、所定の割合として例えば自然対数eを用いるものとし、第１のサンプリング処理としては蛍光強度の初期値Ｉ0を自然対数ｅで除算した（ＳＴＥＰ２０）。 Then, the signal processing unit 5 executes the first sampling process until the fluorescence intensity I of the fluorescent material 1 is attenuated to a predetermined rate. Here, for example, the natural logarithm e is used as the predetermined ratio, and in the first sampling process, the initial value I 0 of the fluorescence intensity is divided by the natural logarithm e (STEP 20).
蛍光強度Ｉが、かかる強度まで減衰している場合には（ＳＴＥＰ２０でＹＥＳ）、データ前処理手段５２により、第２のサンプリング周期設定処理を実行し（ＳＴＥＰ３０）、かかる強度まで減衰していない場合には（ＳＴＥＰ２０でＮＯ）、第１のサンプリング処理を継続する。このように、第１のデジタルデータのデータ数を、緩和時間τを算出するのに最小限必要なデータ数に限定することで、その後の処理量を低減してセンサとしての応答性を向上させることができる。 When the fluorescence intensity I has attenuated to such an intensity (YES in STEP 20), the data pre-processing means 52 executes the second sampling cycle setting process (STEP 30), and has not attenuated to such an intensity. (NO in STEP20), the first sampling process is continued. In this way, by limiting the number of data of the first digital data to the minimum number of data necessary to calculate the relaxation time τ, the subsequent processing amount is reduced and the responsiveness as a sensor is improved. be able to.
ここで、第２のサンプリング周期設定処理では、第１のデジタルデータのデータを間引くことにより、第２のデジタルデータが所望のデータ数となるように、第２のサンプリング周期を設定する。 Here, in the second sampling cycle setting process, the second sampling cycle is set so that the second digital data has a desired number of data by thinning out the data of the first digital data.
具体的に、データ前処理手段５２は、第１のデジタルデータのデータ数Ｓと、第２のデジタルデータの所望のデータ数Ａから、下式（３）にしたがって間引き率Ｘを算出する。 Specifically, the data preprocessing means 52 calculates the thinning rate X from the number S of the first digital data and the desired number A of the second digital data according to the following equation (3).
Ｘ = Ｓ ／ Ａ ・・・（３）
上式（３）において、間引き率Ｘは、第１のデジタルデータのデータ何個に対して１個の第２のデジタルデータを抽出するかを表す値である。そのため、第２のサンプリング周期は、第１のサンプリング周期と間引き率Ｘとの乗算値として設定される。すなわち、第２のサンプリング周期は、第１のサンプリング周期のＸ倍として設定される。なお、上式（３）によって算出される間引き率Ｘの値が少数となる場合には、少数点以下を切り捨てる。
X = S / A (3)
In the above equation (3), the thinning-out rate X is a value representing how many pieces of first digital data are extracted with respect to one second digital data. Therefore, the second sampling period is set as a multiplication value of the first sampling period and the thinning rate X. That is, the second sampling period is set as X times the first sampling period. In addition, when the value of the thinning-out rate X calculated by the above equation (3) is a small number, the decimal point is rounded down.
続いて、データ前処理手段５２は、設定された第２のサンプリング周期で第２のサンプリング処理（リサンプリング処理）を実行する（ＳＴＥＰ４０）。これにより、第１のデジタルデータは、所望のデータ数の第２のデジタルデータに変換される。 Subsequently, the data pre-processing means 52 executes the second sampling process (resampling process) at the set second sampling period (STEP 40). Thereby, the first digital data is converted into the second digital data having a desired number of data.
次に、緩和時間算出手段５３は、第２のデジタルデータから、上式（２）により表される直線の傾きを最小二乗法によって同定することにより、緩和時間τを算出する（ＳＴＥＰ５０）。 Next, the relaxation time calculation means 53 calculates the relaxation time τ by identifying the slope of the straight line represented by the above equation (2) from the second digital data by the least square method (STEP 50).
ここで、第２のデジタルデータは、前述のように第１のデジタルデータを間引いた所望のデータ数となっている。そのため、対数変換や最小二乗法の処理を施す場合にも、その処理量を低減することができ、緩和時間τを簡易に算出することができる。また、第２のデジタルデータのデータ数を一定にすることで、緩和時間τの算出時間を一定にすることもできる。 Here, the second digital data has a desired number of data obtained by thinning out the first digital data as described above. Therefore, even when logarithmic transformation or least squares processing is performed, the amount of processing can be reduced, and the relaxation time τ can be easily calculated. In addition, the calculation time of the relaxation time τ can be made constant by making the number of second digital data constant.
さらに、第２のデジタルデータは、第１のデジタルデータをリサンプリングしているため、初めからデータ数を制限してサンプリングした場合とは異なり、不要なデータが混入することがなく、緩和時間τを精度よく算出することができる。 Furthermore, since the second digital data is resampled from the first digital data, unlike the case where the number of data is limited and sampled from the beginning, unnecessary data is not mixed, and the relaxation time τ Can be calculated with high accuracy.
次いで、温度信号生成手段５４は、ＳＴＥＰ５０で算出された緩和時間τに対応する温度信号を、マップ等を参照して生成し出力する（ＳＴＥＰ６０）。 Next, the temperature signal generating means 54 generates and outputs a temperature signal corresponding to the relaxation time τ calculated in STEP 50 with reference to a map or the like (STEP 60).
以上が、信号処理部５により緩和時間τ算出し、温度信号を生成・出力する処理である。 The above is the process of calculating the relaxation time τ by the signal processing unit 5 and generating and outputting the temperature signal.
次に、図３に示すフローチャートを参照して、図２に示すフローチャートの処理の変更例について説明する。なお、図３のフローチャートの処理は、図２のフローチャートの処理の一部を変更したものであるので、図２と同一処理については同一の参照符号を付して説明を省略する。 Next, a modified example of the processing of the flowchart shown in FIG. 2 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Note that the processing of the flowchart of FIG. 3 is a modification of part of the processing of the flowchart of FIG. 2, and therefore, the same processing as in FIG.
本実施例では、データ前処理手段５２が、ＳＴＥＰ３０で設定した第２のサンプリング周期が所定の閾値以下となっているか否かを判定する（ＳＴＥＰ３１）。ここで、所定の閾値は、緩和時間算出手段５３が、かかる第２のサンプリング周期でリサンプリングを実行した場合に、フォトダイオード４の出力信号を復元することができる限界値に設定される。
In the present embodiment, the data preprocessing means 52 determines whether or not the second sampling period set in STEP 30 is equal to or less than a predetermined threshold (STEP 31). Here, the predetermined threshold value is set to a limit value at which the output signal of the photodiode 4 can be restored when the relaxation
なお、第２のサンプリング周期が閾値以下か否かを判定する代わりに、前記間引き率Ｘが最小データ間隔以上となっているいか否かを判定するようにしてもよい。 Instead of determining whether the second sampling period is equal to or less than the threshold value, it may be determined whether the thinning rate X is equal to or greater than the minimum data interval.
そして、第２のサンプリング周期が閾値以下の場合には（ＳＴＥＰ３１でＹＥＳ）、設定された第２のサンプリング周期で第２のサンプリング処理（リサンプリング処理）を実行し（ＳＴＥＰ４０）、これによって得られた第２のデジタルデータに基づいて緩和時間τを算出する（ＳＴＥＰ５０）。 If the second sampling period is equal to or less than the threshold value (YES in STEP 31), the second sampling process (resampling process) is executed in the set second sampling period (STEP 40), and thus obtained. The relaxation time τ is calculated based on the second digital data (STEP 50).
一方、第２のサンプリング周期が閾値を超える場合には（ＳＴＥＰ３１でＮＯ）、第２のサンプリング処理を行うことなく、第１のデジタルデータに基づいて緩和時間τを算出する（ＳＴＥＰ５０）。 On the other hand, when the second sampling period exceeds the threshold value (NO in STEP 31), the relaxation time τ is calculated based on the first digital data without performing the second sampling process (STEP 50).
これにより、リサンプリングによる緩和時間τの算出精度の低下を回避して、緩和時間τの算出精度を一定に維持することができる。 As a result, the calculation accuracy of the relaxation time τ can be kept constant by avoiding a decrease in the calculation accuracy of the relaxation time τ due to resampling.
なお、本実施形態では、第２のサンプリング周期が閾値以下か否かを判定しているが、これに代えて、第１のデジタルデータのデータ数をカウントして、該データ数が所定の数以下の場合には、リサンプリングを行うことなく緩和時間τを算出するようにしてもよい。これにより、測定環境が高温で蛍光の減衰が早まり、第１のデジタルデータのデータ数が少ない場合に、リサンプリングにより更にデータが間引かれることを回避して、緩和時間τの算出精度を維持することできる。 In the present embodiment, it is determined whether or not the second sampling period is equal to or less than the threshold value. Instead, the number of data of the first digital data is counted, and the number of data is a predetermined number. In the following cases, the relaxation time τ may be calculated without performing resampling. As a result, when the measurement environment is high and the fluorescence decay is accelerated and the number of first digital data is small, it is possible to avoid further thinning out of the data by resampling and maintain the calculation accuracy of the relaxation time τ. Can do.
次に、図４に示すフローチャートを参照して、図２に示すフローチャートの処理の別の変更例について説明する。なお、図４のフローチャートの処理は、図２のフローチャートの処理の一部を変更したものであるので、図２と同一処理については同一の参照符号を付して説明を省略する。 Next, another modified example of the processing of the flowchart shown in FIG. 2 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Note that the processing of the flowchart of FIG. 4 is obtained by changing a part of the processing of the flowchart of FIG. 2, and therefore, the same processing as that of FIG.
本実施例では、データ前処理手段５２が、ＳＴＥＰ１０，２０で得られた第１のデジタルデータに対して、時系列順に所定の個数毎の移動平均を行う移動平均値算出処理を事項する（ＳＴＥＰ２１）。具体的に移動平均算出処理では、第１のサンプリング処理により得られた第１のデジタルデータを、時系列順に逐次リングバッファに格納し、この格納されたデータについて逐次移動平均を行う。そして、これによって得られた移動平均値を新たな第１のデジタルデータとして順次記憶保持する。
In the present embodiment, the data preprocessing means 52 performs a moving average value calculation process for performing a moving average for each predetermined number of the first digital data obtained in
そして、ＳＴＥＰ３０以下の処理では、このようにして得られた新たな第１のデジタルデータに対して処理を行う。これにより、第１のデジタルデータに含まれ得るノイズを低減した上で、緩和時間τを精度よく算出することでき、センサとしての測定精度を向上させることができる。 In the processing after STEP 30, processing is performed on the new first digital data obtained in this way. As a result, the noise that can be included in the first digital data can be reduced and the relaxation time τ can be calculated with high accuracy, and the measurement accuracy as a sensor can be improved.
以上のように、本実施形態の蛍光温度センサによれば、簡易かつ確実に蛍光材料１の緩和時間τを算出することができ、センサの測定精度を維持しつつ応答性を高めることができる。 As described above, according to the fluorescence temperature sensor of the present embodiment, the relaxation time τ of the fluorescent material 1 can be calculated easily and reliably, and the responsiveness can be enhanced while maintaining the measurement accuracy of the sensor.
なお、本実施形態において、第２のサンプリング（リサンプリング）処理では、第２サンプリング周期に合った第１のデジタルデータを抽出したが、これに限らず、リサンプリング処理では、抽出されないデータを含めた代表点（平均値）として第２のデジタルデータを抽出してもよい。すなわち、第１のデジタルデータを第２のサンプリング周期毎に区切り、各区間に含まれる第１のデジタルデータの平均値をその区間の代表点として抽出し、抽出した平均値のデータを第２のデジタルデータとしてもよい。 In the present embodiment, in the second sampling (resampling) process, the first digital data corresponding to the second sampling period is extracted. However, the present invention is not limited to this, and the resampling process includes data that is not extracted. The second digital data may be extracted as the representative point (average value). That is, the first digital data is divided every second sampling period, the average value of the first digital data included in each section is extracted as a representative point of the section, and the extracted average value data is extracted as the second data. It may be digital data.
これにより、第２のデジタルデータとして抽出された点にノイズが含まれる場合にも、その影響を低減することができ、緩和時間τを精度よく算出することができ、センサとしての測定精度を向上させることができる。 As a result, even when noise is included in the point extracted as the second digital data, the influence can be reduced, the relaxation time τ can be calculated accurately, and the measurement accuracy as a sensor is improved. Can be made.
１…蛍光材料、２…ＬＥＤ、３…駆動回路、４…フォトダイオード、５…信号処理部、７…光ファイバ、５１…Ａ／Ｄ変換手段、５２…データ前処理手段、５３…緩和時間算出手段、５４…温度信号生成手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fluorescent material, 2 ... LED, 3 ... Drive circuit, 4 ... Photodiode, 5 ... Signal processing part, 7 ... Optical fiber, 51 ... A / D conversion means, 52 ... Data pre-processing means, 53 ... Relaxation time calculation Means 54... Temperature signal generating means.
Claims (2)
前記蛍光材料に投光する発光素子と、
前記蛍光材料が発する蛍光を受光する受光素子と、
前記受光素子の出力信号を第１のサンプリング周期でサンプリングして得られる第１のデジタルデータを、前記第１のサンプリング周期以上の第２のサンプリング周期でリサンプリングして得られる第２のデジタルデータから前記蛍光材料の緩和時間を算出する緩和時間算出手段と、
前記緩和時間算出手段によって算出された緩和時間に対応した温度信号を生成する温度信号生成手段と
を備え、
前記緩和時間算出手段は、
前記蛍光の強度がその初期値から所定の割合に減衰するまでの前記出力信号を前記第１のサンプリング周期でサンプリングして前記第１のデジタルデータを作成し、
作成した前記第１のデジタルデータを前記第２のサンプリング周期でリサンプリングした場合に前記受光素子の出力信号を復元できるか否かを判定し、該受光素子の出力信号を復元できる場合に該第１のデジタルデータを該第２のサンプリング周期でリサンプリングして前記第２のデジタルデータを作成すると共に、該受光素子の出力信号を復元できない場合に該第２のサンプリング周期でリサンプリングをすることなく該第１のデジタルデータを該第２のデジタルデータとすることを特徴とする蛍光温度センサ。 A fluorescence temperature sensor that generates a temperature signal from fluorescence of a photoexcited fluorescent material,
A light emitting element that projects the fluorescent material;
A light receiving element for receiving fluorescence emitted from the fluorescent material;
Second digital data obtained by the output signal of the light receiving element of the first digital data obtained by sampling at a first sampling period, and resampling at a second sampling period than the first sampling period Relaxation time calculation means for calculating the relaxation time of the fluorescent material from,
Temperature signal generation means for generating a temperature signal corresponding to the relaxation time calculated by the relaxation time calculation means ,
The relaxation time calculation means includes
Sampling the output signal at the first sampling period until the intensity of the fluorescence decays from its initial value to a predetermined rate, to create the first digital data,
When the created first digital data is resampled at the second sampling period, it is determined whether or not the output signal of the light receiving element can be restored. Resampling one digital data at the second sampling period to create the second digital data, and resampling at the second sampling period when the output signal of the light receiving element cannot be restored. A fluorescent temperature sensor characterized in that the first digital data is used as the second digital data .
前記緩和時間算出手段は、前記第１のデジタルデータに対して、該第１のデジタルデータに含まれ得るノイズを低減した上で、前記リサンプリングを行うことを特徴とする蛍光温度センサ。 In fluorescence temperature sensor according to claim 1 Symbol placement,
The relaxation temperature calculating means performs the resampling on the first digital data after reducing noise that may be included in the first digital data.
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