JP7332789B2 - 計測システム、計測モジュール、計測処理装置、及び計測方法 - Google Patents

Description

本開示は、運動する計測対象の運動の度合を計測する計測システムに関する。

従来、チューブ又は生体等の内部を流れる流体の流量又は流速を求める流体評価装置が知られている。この流体評価装置の一例は、特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示された流体評価装置は、計測対象に光を照射する光源と、照射された光の計測対象からの散乱光を受光し受光信号を出力する受光部とを備えている。そして、上記流体評価装置は、受光信号に含まれる受光量情報と、光のドップラーシフトに起因するビート信号に基づく情報との関係に基づいて、流体の流量又は流速を出力する。

特開２０１７－１１３３２０号公報（２０１７年６月２９日公開）

本開示の一態様に係る計測システムは、運動する計測対象の運動の度合を計測する計測システムにおいて、前記計測対象からの散乱光を受光することにより生成される受光信号を取得する信号取得部と、前記受光信号に対してＭ（Ｍは２以上の整数）種類の演算を行いＭ個の演算値を算出する演算部と、前記計測をＮ（Ｎは２以上の整数）回行うことによって得られるＭ×Ｎ個の前記演算値と、前記Ｎ回の計測に対応したＮ個の標準値とに基づき、採用すべき演算を決定する演算決定部と、を備える。

また、本開示の一態様に係る計測モジュールは、運動する計測対象の運動の度合を計測する計測モジュールにおいて、前記計測対象からの散乱光を受光することにより生成される受光信号を取得する信号取得部と、前記受光信号に対してＭ（Ｍは２以上の整数）種類の演算を行いＭ個の演算値を算出し得るとともに、外部からの入力に基づき前記Ｍ種類の演算のうち実行すべき演算を切り換えて実行する演算部と、を備える。

また、本開示の一態様に係る計測方法は、運動する計測対象の運動の度合を計測する計測方法において、前記計測対象からの散乱光を受光することにより生成される受光信号を取得する信号取得処理と、前記受光信号に対してＭ（Ｍは２以上の整数）種類の演算を行いＭ個の演算値を算出する演算処理と、前記計測をＮ（Ｎは２以上の整数）回行うことによって得られるＭ×Ｎ個の前記演算値と、前記Ｎ回の計測に対応したＮ個の標準値とに基づき、採用すべき演算を決定する演算決定処理と、を含む。

実施形態１に係る計測システムの要部の構成を示すブロック図である。 流量相当値と流量との関係について説明する図である。 較正処理の一例を説明する図である。

〔実施形態１〕
実施形態１の計測システム１について、以下に説明する。計測システム１は、ＬＤＦ（Laser Doppler Flowmetry：レーザドップラー流量測定法）を利用した計測システム（レーザドップラー式流量計測システム）の一例である。説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、以降の各実施形態では、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。公知技術と同様の事項についても、説明を適宜省略する。明細書中において以下に述べる各数値は、単なる一例であることに留意されたい。本明細書では、２つの数Ａ及びＢについての「Ａ～Ｂ」という記載は、特に明示されない限り、「Ａ以上かつＢ以下」を意味するものとする。

（ＬＤＦの原理と課題）
レーザ光を流体に照射すると、（ｉ）流体に含まれ当該流体とともに移動する散乱体、及び、（ｉｉ）流体を流すための管などの静止物によって、照射されたレーザ光が散乱され、散乱光が発生する。一般的に、散乱体は、流体において複素屈折率の不均一をもたらす。

流体とともに移動する散乱体により発生した散乱光には、散乱体の流速に応じたドップラー効果により、波長シフトがもたらされる。一方、静止物により発生した散乱光には、波長シフトはもたらされない。これらの散乱光は光の干渉を起こすため、光ビート（うなり）が観測される。

ＬＤＦでは、上記光ビートを含む受光信号の周波数強度分布（周波数パワースペクトル）を解析することによって流量相当値を算出する。

上記流量相当値から実際の流量値を得るためには、以下の（１）～（３）の較正処理が必要となる。

（１）流体の流量を種々に変化させ、各流量について、上述のとおり算出した流量相当値と、別途計測した実際の流量値との組（流量相当値、流量実測値）を複数取得する。

（２）上記複数の組（流量相当値、流量実測値）に対し、１次関数、２次関数、累乗関数、及び指数関数などの複数種類の回帰式を適用しつつ、それぞれの係数を決定することにより、複数の回帰式を設定する。

（３）設定した回帰式のうち、上記複数の組（流量相当値、流量実測値）を最もよく近似する回帰式を特定し、その回帰式を流量相当値から流量実測値への変換式として採用する。

ところで、上記ドップラー効果により生じる波長シフトの度合は、例えば次のような測定系に関する変動要因によって大きく変化する。
・流体の性質：粘度、レーザ光の透過率、含まれる散乱体の大きさ・形状・濃度、溶媒と散乱体の相対的な複素屈折率比。
・測定環境：流体を流す管の厚み・材質（光学特性）・径・受光面との距離。

その結果、ある測定系において好適な回帰式を設定できた場合であっても、他の測定系では回帰式の種類や係数を変更しても、誤差を許容範囲に収め得る好適な回帰式を得ることができない場合がある。そのため、一般に、ＬＤＦは、測定系に対する汎用性が低いと認識されていた。

これに対し、実施形態１のレーザドップラー式流量計測システム（例：計測システム１）は、（ｉ）散乱光を受光することにより生成される受光信号から流量相当値を得る過程の演算を複数種類実行できるように構成されているとともに、（ｉｉ）測定系に応じて演算の種類を選択できるように構成されている。このため、計測システム１によれば、汎用性の向上を図ることができる。

（計測システム１の概要）
図１は、計測システム１の要部の構成を示すブロック図である。計測システム１は、計測モジュール１０及び計測処理装置２０を備える。計測システム１は、流体（図１では不図示）の流量（以下、Ｑ）を計測する。流体は、運動する計測対象の一例である。Ｑは、計測対象の運動の度合の一例である。但し、計測対象の運動の度合は、Ｑに限定されない。計測システム１は、計測対象の運動の度合として、流体の流速を計測してもよい。

計測モジュール１０は、計測システム１におけるスレーブ装置の一例である。これに対し、計測処理装置２０は、計測システム１におけるマスタ装置の一例である。計測処理装置２０は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）であってよい。計測モジュール１０は、計測処理装置２０からの指令を受けて、不図示の流体を計測する（より具体的には、後述のｘを算出する）。そして、計測処理装置２０は、回帰式（近似式）を用いて、ｘをＱに変換（換算）する。さらに、計測処理装置２０は、換算したＱを、後述の流量実測値と比較することにより、計測モジュール１０を較正する。

（計測モジュール１０）
計測モジュール１０は、レーザダイオード１１、フォトダイオード１２、信号取得部１３、演算部１４、第１記憶部１５ａ、第２記憶部１５ｂ、出力調節部１６、及び回路調節部１７を備える。

レーザダイオード１１は、流体に向けてレーザ光Ｌ１を出射する。以下の説明では、簡単のために、「レーザ光Ｌ１」を、単に「Ｌ１」とも称する。その他の符号についても同様である。流体に含まれる散乱体によってＬ１が散乱されることにより、散乱光Ｌ２が発生する。レーザダイオード１１は、Ｌ２を発生させるための光源の一例である。レーザダイオード１１の出力（すなわち、Ｌ１の強度）は、出力調節部１６によって調節される。

フォトダイオード１２は、散乱体からのＬ２を受光することにより、当該Ｌ２に応じた電気信号（例：電圧信号）を生成する。当該電気信号は、受光信号の一例である。フォトダイオード１２は、受光素子（より具体的には、光電変換素子）の一例である。フォトダイオード１２は、受光信号を生成するための受光回路（不図示）を含んでいる。受光回路の特性（例：ゲイン抵抗及び周波数特性）は、回路調節部１７によって調節されてよい。信号取得部１３は、フォトダイオード１２から受光信号を取得し、当該受光信号を演算部１４に供給する。

演算部１４は、受光信号に対して演算を行うことにより、演算値を算出する（演算結果を導出する）。演算部１４は、受光信号に対してＭ（Ｍは２以上の整数）種類の演算を行い、Ｍ個の演算値を算出できるように構成されている。加えて、演算部１４は、外部からの入力（例：計測処理装置２０からの入力）に基づき、Ｍ種類の演算のうち、実行すべき演算を切り換えて実行できる。

演算部１４は、アンプ１４１ａ・１４１ｂ（増幅器）、周波数フィルタ１４２、ＡＤ（Analog-Digitalコンバータ）１４３ａ・１４３ｂ、高速フーリエ変換部１４４、及び積分演算部１４５を備える。一例として、演算部１４は、受光信号の周波数パワースペクトル（以下、単に「スペクトル」とも称する）を導出する。そして、演算部１４は、スペクトルを解析することによって、演算値としての流量相当値（以下、ｘ）を算出する。

アンプ１４１ａは、信号取得部１３から取得した受光信号を増幅し、増幅後の受光信号を周波数フィルタ１４２に供給する。周波数フィルタ１４２は、アンプ１４１ａから取得した受光信号に対し、周波数フィルタリングを施す。実施形態１では、周波数フィルタ１４２は、不図示のローパスフィルタ及びハイパスフィルタを含んでいてよい。当該構成によれば、周波数フィルタ１４２によって、上記受光信号を、ＡＣ（Alternative Current：交流）成分とＤＣ（Direct Current：直流）成分とに分離できる。

実施形態１の例では、周波数フィルタ１４２は、（ｉ）ハイパスフィルタによって分離したＡＣ成分をアンプ１４１ｂに供給するとともに、（ｉｉ）ローパスフィルタによって分離したＤＣ成分をＡＤコンバータ１４３ｂに供給する。フォトダイオード１２に入射する光の光量が多くなるにつれて、ＤＣ成分の信号レベルが高くなる。

アンプ１４１ｂは、周波数フィルタ１４２から取得したＡＣ成分を増幅し、増幅後のＡＣ成分をＡＤコンバータ１４３ａに供給する。ＡＤコンバータ１４３ａは、アンプ１４１ｂから取得したＡＣ成分（アナログ信号）を、所定のサンプリングレート（サンプリング周波数とも称される）によって、デジタル信号に変換する。ＡＤコンバータ１４３ａは、変換後のデジタル信号（デジタル化されたＡＣ成分）を、高速フーリエ変換部１４４に供給する。

高速フーリエ変換部１４４は、デジタル化されたＡＣ成分に対し、ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation：高速フーリエ変換）を施すことにより、スペクトルを導出する。すなわち、高速フーリエ変換部１４４は、ＦＦＴを行うことにより、受光信号の時間領域データを、当該受光信号の周波数領域データに変換する。高速フーリエ変換部１４４は、スペクトルを、積分演算部１４５に供給する。以下の説明では、スペクトルの周波数をｆ、パワーをＰとしてそれぞれ表す。

ＡＤコンバータ１４３ｂは、周波数フィルタ１４２から取得したＤＣ成分（アナログ信号）を、ＡＤコンバータ１４３ａと同じサンプリングレートによって、デジタル信号に変換する。ＡＤコンバータ１４３ｂは、変換後のデジタル信号（デジタル化されたＤＣ成分）を、積分演算部１４５に供給する。

実施形態１の例では、後述する較正処理において、積分演算部１４５は、３種類のサンプリングレートによるサンプリングを行う。これらのサンプリングはいずれも、Ｍ種類の演算の一例である。このように、Ｍ種類の演算には、ｐ（ｐは２以上かつＭ以下の整数）種類のサンプリングレートによるサンプリングが含まれていてよい。実施形態１の例は、ｐ＝３の場合に相当する。

積分演算部１４５は、スペクトルに対し公知の積分演算を施すことにより、演算結果としてｘを算出する。後述する通り、積分演算において適用される周波数帯は、任意に設定されてよい。なお、積分演算部１４５において、デジタル化されたＤＣ成分は、ｘの算出における規格化演算のために用いられる。規格化演算によれば、ｘの受光強度依存性を低減できる。

実施形態１の例では、較正処理において、積分演算部１４５は、２種類の積分演算を行う。２種類の積分演算はそれぞれ、Ｍ種類の演算の一例である。後述するように、較正処理におけるモード０～１（後述）のそれぞれでは、異なる積分演算式によってｘが算出される。このように、Ｍ種類の演算には、ｑ（ｑは２以上かつＭ以下の整数）種類の積分演算が含まれていてよい。実施形態１の例は、ｑ＝２の場合に相当する。

例えば、モード０において、積分演算部１４５は、スペクトルの一次モーメント「∫ｆＰ」を、ｘとして算出する。より詳細には、積分演算部１４５は、∫ｆＰの近似値として、ΣｆＰを算出してよい。この場合、積分演算部１４５は、ΣｆＰをｘとして算出する。

また、モード１において、積分演算部１４５は、スペクトルの積分値、すなわち「∫Ｐ」を、ｘとして算出する。より詳細には、積分演算部１４５は、∫Ｐの近似値として、ΣＰを算出してよい。この場合、積分演算部１４５は、ΣＰをｘとして算出する。

第１記憶部１５ａは、Ｍ種類の演算のそれぞれの内容を特定するための情報を記憶する。例えば、第１記憶部１５ａには、モード０～１のそれぞれにおいて、積分演算部１４５が適用すべき積分演算式が予め記憶されていてよい。また、第１記憶部１５ａには、ＡＤコンバータ１４３ａ・１４３ｂが適用すべき３種類のサンプリングレートが予め記憶されていてよい。このように、第１記憶部１５ａには、ｘの算出のために使用される計測モジュール１０の各種パラメータ（パラメータセット）および各種の積分演算式が記憶されていてよい。

第２記憶部１５ｂは、計測処理装置２０（より具体的には、後述する演算決定部２２）によって決定された演算を、計測条件ごとに複数通り記憶する。計測条件の一例としては、流体の種類を挙げることができる。例えば、後述するように、較正処理の結果として、流体の種類と採用すべき演算との対応関係を示すテーブルが作成されてよい。この場合、第２記憶部１５ｂには、当該テーブルが記憶されてよい。なお、計測条件を特定するための情報は、以下に述べる第２入力部２１ｂから、第２記憶部１５ｂに供給されてよい。

（計測処理装置２０）
計測処理装置２０は、第１入力部２１ａ、第２入力部２１ｂ、演算決定部２２、及び出力部２３を備える。第１入力部２１ａ及び第２入力部２１ｂは、ユーザにより各種の入力を受け付ける入力インターフェースである。第１入力部２１ａには、計測システム１とは別の計測機器によって別途計測されたＱ（流量実測値）が入力されてよい。第２入力部２１ｂには、計測条件を特定するための情報（例：流体の種類）が入力されてよい。従って、後述の計測処理において、演算部１４は、第２入力部２１ｂへ入力される情報に応じて、第２記憶部１５ｂに記憶された演算を選択して実行できる。

実施形態１における流量実測値は、本明細書における「計測に対応した標準値」の一例である。「計測に対応した標準値」とは、計測システム１において計測した計測対象の実際の運動の度合を示す値であって、（ｉ）計測システム１とは別に計測することによって得た値、及び／又は、（ｉｉ）シミュレーションによって算出することによって得た値、を意味する。当該標準値は、典型的には、計測対象の実際の運動の度合を示す物理量である。

演算決定部２２は、単調性判別部２２１、回帰式設定部２２２、及び決定係数算出部２２３を備える。演算決定部２２は、（ｉ）計測システム１において計測をＮ（Ｎは２以上の整数）回行うことによって得られるＭ×Ｎ個の演算値と、（ｉｉ）Ｎ回の計測に対応したＮ個の標準値（例：Ｎ個の流量実測値）とに基づき、計測モジュール１０において採用すべき演算を決定する。

単調性判別部２２１は、（ｉ）同一種類の演算（例：積分演算「∫ｆＰ」）によって算出されたＮ個のｘと、（ｉｉ）当該Ｎ個のｘに対応するＮ個の標準値（例：Ｎ個のＱの実測値）とが、単調増加又は単調減少の関係にあるか否かを判定する。本明細書では、ｘと標準値とが単調増加又は単調減少の関係にある場合、「ｘと標準値とが単調性を有している」とも称する。

一般的に、ｘと標準値とは、有意な相関を有すると考えられる。従って、ｘと標準値とが単調性を有していない場合（単調性無の場合）には、ｘと標準値とに基づいて回帰式を設定したとしても、当該回帰式によってｘから算出されたＱは、標準値に対してあまり精度が高くないと懸念される。そこで、単調性判別部２２１は、単調性無の場合、上記同一種類の演算を、計測モジュール１０において採用すべき演算の候補から除外してよい。

回帰式設定部２２２は、Ｎ個の標準値に対して回帰分析を行うことにより、ｘをＱに換算するための回帰式（近似式）を設定する。図２は、演算値（流量相当値：ｘ）と標準値（流量：Ｑ）との関係について説明する図である。図２の例では、Ｎ＝１０の場合を考える。但し、図２では、簡単のために、４個の標準値のみが図示されている。上述の通り、図２における積分演算「∫ｆＰ」は、Ｍ種類の演算のうちの一例である。

図２の例では、Ｑ＝１０～１００ｍｌ／ｍｉｎの範囲に亘り、１０ｍｌ／ｍｉｎ刻みの標準値が、第１入力部２１ａに入力されている。計測モジュール１０は、各標準値に対応するｘを算出する。例えば、計測モジュール１０は、Ｑ＝１０ｍｌ／ｍｉｎにおけるスペクトルを導出し、当該スペクトルに対して積分演算を施すことにより、ｘを算出する。図２の例では、Ｑ＝１０ｍｌ／ｍｉｎの場合には、ｘ＝１０２と算出された。上記の例と同様に、計測モジュール１０は、その他のＱについても、当該Ｑに対応するｘを算出する。このように、計測モジュール１０は、Ｎ個の標準値に対応した、Ｎ個のｘを算出する。

図２では、回帰式設定部２２２によって、ｘの２次関数としての回帰式を設定する場合が例示されている。回帰式設定部２２２は、公知の回帰分析手法を用いて、回帰式「Ｑ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ」における３つのパラメータ（２次関数の係数ａ、ｂ、及びｃ）を、１０個の標準値及び１０個のｘに基づいて設定する。なお、回帰式は、図２の例に限定されない。例えば、回帰式として、公知の多項式関数または指数関数が用いられてもよい。

決定係数算出部２２３は、Ｎ個の標準値を用いて、回帰式設定部２２２によって設定された回帰式について、決定係数（Ｒ^２）を算出する。決定係数は、０～１の値をとる。決定係数が高いほど、回帰式の精度が高いと言える。従って、決定係数が高いほど、回帰式によって標準値に近いＱを算出できることが期待される。理想的には、決定係数が１の場合、回帰式によって算出されたＱは、標準値と一致する。このように、決定係数は、回帰式の精度を評価する指標の一例である。換言すれば、決定係数は、計測モジュール１０の演算値を評価する指標の一例であると理解することもできる。

（較正処理）
図３は、計測システム１における較正処理の一例を説明する図である。図３の例では、３種類の異なるサンプリングレートによって、計測モジュール１０における演算が行われる。そして、図３の例では、計測モジュール１０（より具体的には、積分演算部１４５）は、モード０～１という２種類の演算モード（より詳細には、積分演算モード）を有している。すなわち、図３の例は、ｐ＝３かつｑ＝２の場合に相当する。つまり、図３の例は、Ｍ＝６の場合に相当する。なお、図３の例では、Ｎ＝８である。図３の各グラフは、各モードにおいて得られた演算値（ｘ）と標準値（Ｑ）との対応関係を示す。以下の例では、説明の便宜上、単調性判別部２２１による判定は行われないものとする。

＜第１のサンプリングレートにおけるデータ取得＞
ユーザが計測システム１の不図示のボタン（例：較正処理開始ボタン）を押下することにより、較正処理が開始される。具体的には、計測処理装置２０は、上記ボタンが押下されたことをトリガとして、計測モジュール１０に較正処理を開始する指令を与える。

計測モジュール１０は、上記指令を受けて、第１記憶部１５ａを読み出し、サンプリングレートを第１のサンプリングレート（図３の例では５ｋＨｚ）に設定するとともに、モード０を選択する。

上述の通り、モード０では、積分演算として「∫ｆＰ」が実行される。モード０において、計測モジュール１０は、第１のサンプリングレートによって得られたスペクトルに対し、積分演算「∫ｆＰ」を施すことにより、ある１つの標準値（Ｑ）に対応する１つの演算値（ｘ）を順次算出する。このように、回帰式設定部２２２は、モード０において、Ｎ個のｘを算出する。

計測モジュール１０は、モード０での演算の完了後、第１記憶部１５ａを読み出し、モード１に移行する。上述の通り、モード１では、積分演算として「∫Ｐ」が実行される。モード１において、計測モジュール１０は、第１のサンプリングレートによって得られたスペクトルに対し、積分演算「∫Ｐ」を施すことにより、Ｎ個のｘを算出する。

＜第２のサンプリングレートにおけるデータ取得＞
第１のサンプリングレートにおけるモード１での演算の終了後、計測モジュール１０は、第１記憶部１５ａを読み出し、サンプリングレートを第２のサンプリングレート（図３の例では１０ｋＨｚ）に変更するとともに、モード０に移行する。そして、計測モジュール１０は、上述の例と同様に、モード０→１の順に、第２のサンプリングレートによって、各モードにおけるＮ個のｘを算出する。

＜第３のサンプリングレートにおけるデータ取得＞
第２のサンプリングレートにおけるモード１での演算の終了後、計測モジュール１０は、第１記憶部１５ａを読み出し、サンプリングレートを第３のサンプリングレート（図３の例では２０ｋＨｚ）に変更するとともに、モード０に移行する。そして、計測モジュール１０は、上述の例と同様に、モード０→１の順に、第３のサンプリングレートによって、各モードにおけるＮ個のｘを算出する。

＜回帰式及び演算の決定＞
以上の通り、図３の例では、合計で６個のデータセットが算出された。演算決定部２２は、これらのデータセットのそれぞれに対して、所定の種類の回帰式を設定するとともに、各回帰式の決定係数を算出する。

一例として、まず、演算決定部２２は、上記６個のデータセットのそれぞれに対し、１次関数（線形関数）としての回帰式を設定し、設定された６個の回帰式（１次関数）のそれぞれについて決定係数を算出する。続いて、演算決定部２２は、上記６個のデータセットのそれぞれに対し２次関数としての回帰式を設定し、設定された６個の回帰式（２次関数）のそれぞれについて決定係数を算出する。続いて、演算決定部２２は、上記６個のデータセットのそれぞれに対し指数関数としての回帰式を設定し、設定された６個の回帰式（指数関数）のそれぞれについて決定係数を算出する。

以上の通り、図３の例では、合計で１８個の回帰式が設定され、設定された１８個のそれぞれについて決定係数が算出される。演算決定部２２は、上記１８個の決定係数から、最大の決定係数を選択する。そして、演算決定部２２は、上記１８個の回帰式のうち、最大の決定係数を有する回帰式（以下、「最良回帰式」とも称する）を、上記６個のデータセットが得られた計測条件において、当該演算決定部２２によって採用すべき回帰式として決定する。

続いて、演算決定部２２は、決定した回帰式（最良回帰式）において、計測モジュール１０に対して適用されていたパラメータセットを、上記計測条件において採用すべきパラメータセットとして決定する。このように、演算決定部２２は、回帰分析によって（より詳細には、決定係数によって）演算を評価することにより、計測モジュール１０において採用すべき演算を決定してよい。以下では、計測モジュール１０において決定された演算を、「最良演算」とも称する。

演算決定部２２は、（ｉ）最良演算の種類と、（ｉｉ）最良回帰式の種類（例：２次関数）と、（ｉｉｉ）当該最良回帰式の係数（例：２次関数の係数ａ、ｂ、及びｃ）とを、上記計測条件と対応付けて、第２記憶部１５ｂ内のテーブルに記憶してよい。実施形態１の例では、最良演算の種類には、「最適なサンプリングレート」及び「最適な積分演算式の種類」（最適なモード）が含まれる。

出力部２３は、較正処理において、演算決定部２２によって決定された回帰式及び演算（最良回帰式及び最良演算）を、ユーザに提示してよい。出力部２３は、例えばディスプレイであってよい。

（計測処理）
較正処理の後に、計測システム１による計測が行われる。ユーザが第２入力部２１ｂには、計測条件を特定するための情報を入力した後に、当該ユーザが計測システム１の不図示のボタン（例：計測開始ボタン）を押下することにより、計測処理が開始される。具体的には、演算部１４及び演算決定部２２はそれぞれ、上記ボタンが押下されたことをトリガとして、第２記憶部１５ｂ内のテーブルを読み出す。このように、計測システム１において、上記計測条件に応じた計測の準備が行われる。計測システム１は、テーブルの読み出しが完了した後に、計測処理を開始する。

計測システム１によれば、演算決定部２２によって決定された演算（最良演算）を用いて、計測モジュール１０においてｘを算出できる。例えば、計測モジュール１０は、計測条件に応じた最適なサンプリングレート及び積分演算式によって、ｘを算出できる。そして、計測処理装置２０は、最良演算によって得られたｘを、最良回帰式によってＱに換算できる。それゆえ、計測システム１によれば、Ｑを高精度に測定できる。出力部２３は、計測処理では、最良回帰式を用いて算出されたＱを、ユーザに提示してよい。

（効果）
以上の通り、計測システム１において、演算決定部２２は、（ｉ）計測モジュール１０において計測をＮ回行うことによって得られるＭ×Ｎ個の演算値と、（ｉｉ）Ｎ回の計測に対応したＮ個の標準値とに基づき、当該計測モジュール１０において採用すべき演算を決定する。例えば、上述の通り、演算決定部２２は、計測モジュール１０において同一種類の演算によって算出されたＮ個の演算値とそれらに対応する前記Ｎ個の標準値とに基づく回帰分析によって当該演算を評価することにより、当該計測モジュール１０において採用すべき演算を決定してよい。

計測システム１によれば、単にＮ個の演算値と標準値との関係に基づき好適な回帰式を決定する構成（従来の構成）とは異なり、受光信号に対して複数種類の演算を行ったうえで、計測モジュール１０において採用すべき演算を決定できる。そのため、より多様な計測対象に対応し得る計測システムを構築できる。特に、計測システム１によれば、従来技術とは異なり、測定系に対する汎用性に優れたレーザドップラー式流量計測システムを実現できる。

〔実施形態２〕
実施形態１では、積分演算部１４５が計測モジュール１０に設けられる構成を例示した。但し、計測システム１において、積分演算部１４５が計測処理装置２０に設けられてもよい。同様に、高速フーリエ変換部１４４が計測処理装置２０に設けられてもよい。すなわち、ｘは、計測処理装置２０によって算出されてもよい。

但し、計測システム１の利便性向上の観点からは、高速フーリエ変換部１４４及び積分演算部１４５は、計測モジュール１０に設けられることが好ましい。この場合、計測モジュール１０のファームウェアを更新することにより、演算を更新できるためである。他方、高速フーリエ変換部１４４及び積分演算部１４５を計測処理装置２０に設けた場合には、演算の更新のために、計測処理装置２０およびその周辺機器の設定を変更する必要が生じ得る。このように、高速フーリエ変換部１４４及び積分演算部１４５を計測モジュール１０に設ける方が、演算を簡便に更新できる。

〔変形例〕
以上、本開示の各実施形態について、諸図面及び実施例に基づいて説明してきた。しかし、本開示の一態様は、上述した各実施形態に限定されるものではない。すなわち、本開示の一態様は、本開示で示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本開示の一態様の技術的範囲に含まれる。つまり、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。また、これらの変形又は修正は、本開示の範囲に含まれることに留意されたい。

実施形態１では、演算決定部２２によって決定される「演算」の一例として、積分演算部１４５における積分演算（高速フーリエ変換部１４４による変換結果であるスペクトルに対して施される演算）を例示した。また、実施形態１では、演算決定部２２によって決定される「演算」の別の例として、ＡＤコンバータ１４３ａ・１４３ｂにおけるＡＤ変換（所定のサンプリングレートでのＡＤ変換）を例示した。但し、当該演算は、これらに限定されない。演算決定部２２によって決定される「演算」には、上記の例のほか、（ｉ）高速フーリエ変換部１４４によるＦＦＴ、及び、（ｉｉ）アンプ１４１ａ・１４１ｂによる受光信号の増幅も含まれる。当該演算は、デジタル演算であってもアナログ演算であってもよい。

従って、Ｍ種類の演算には、受光信号に対するｒ（ｒは２以上かつＭ以下の整数）種類の増幅が含まれていてもよい。

また、スペクトルに対して施される演算は、積分演算に限定されない。実施形態１の例とは異なり、計測モジュール１０は、モード０～１に加え、モード２というさらなる演算モードを有していてもよい。一例として、モード２では、スペクトルに対し、演算「Σｌｏｇ（Ｐ）」が施されもよい。このように、実施形態１の例とは異なり、ｑ＝３として設定されてもよい。

なお、実施形態１では、ｐ＞２である場合を例示していた。但し、本開示の一態様では、ｐ＝１として設定されてもよい。すなわち、演算におけるサンプリングレートは、１種類に固定されていてもよい。

但し、受光信号の周波数帯は、測定対象の運動の度合によって変化しうる。例えば、Ｑが大きい場合には、Ｑが小さい場合に比べて、受光信号に高周波成分が多く含まれうる。そこで、より広い周波数帯をカバーしておくためには、ある程度大きいサンプリングレートによって受光信号をサンプリングすることが好ましい。このことから、計測システム１の汎用性をさらに向上させるためには、ｐ＞２に設定されることが好ましい。

ｐについての上述の説明と同様に、本開示の一態様では、ｑ＝１として設定されてもよい。但し、計測システム１の汎用性をさらに向上させるためには、ｑ＞２として設定されることが好ましい。この点については、ｒも同様である。

また、実施形態１では、回帰式の精度を評価する指標（換言すれば、計測モジュール１０の演算値を評価する指標）として、決定係数を例示していた。但し、本開示の一態様において、当該指標は決定係数に限定されない。

また、実施形態１とは異なり、単調性判別部２２１は、（ｉ）同一種類の演算によって算出されたＮ個のｘと、（ｉｉ）当該Ｎ個のｘに対応するＱとが、単調性を有していない場合（単調性無の場合）、単調性を確保できる領域に限定して、上記同一種類の演算を採用すべき演算の候補に残してもよい。

なお、パラメータセットには、レーザダイオード１１の出力を示すパラメータ（以下、出力パラメータ）が含まれていてよい。従って、演算決定部２２は、複数通りのレーザダイオード１１の出力に対応してそれぞれ得られた、Ｍ×Ｎ個の演算値と、Ｎ個の標準値との集合に基づき、出力パラメータを決定してよい。出力調節部１６は、演算決定部２２によって決定された出力パラメータの通り、レーザダイオード１１の出力を設定してよい。

また、パラメータセットには、フォトダイオード１２の受光回路の特性を示すパラメータ（以下、特性パラメータ）が含まれていてよい。従って、演算決定部２２は、複数通りの受光回路の特性に対応してそれぞれ得られた、Ｍ×Ｎ個の演算値と、Ｎ個の標準値との集合に基づき、特性パラメータを決定してよい。回路調節部１７は、演算決定部２２によって決定された特性パラメータの通り、受光回路の特性を設定してよい。

また、パラメータセットには、積分計算に適用される周波数帯を示すパラメータが含まれていてもよい。当該周波数帯は、例えば１００ｋＨｚ以上の周波数帯（以下、第１周波数帯）であってもよいし、あるいは、０～５０ｋＨｚの範囲の周波数帯（以下、第２周波数帯）であってもよい。なお、積分計算に適用される周波数帯は、必ずしも連続していなくともよい。例えば、当該周波数帯は、上述の第１周波数帯と第２周波数帯との組み合わせであってもよい。

あるいは、パラメータセットには、サンプリングされたデータに対してＦＦＴを施す場合のサンプル数（ＦＦＴサンプル）を示すパラメータが含まれていてもよい。上述の通り、演算決定部２２は、Ｍ×Ｎ個の演算値と、Ｎ個の標準値との集合に基づき、所定のパラメータを決定してよい。

また、実施形態１とは異なり、計測システム１から第１入力部２１ａを取り除くこともできる。この場合、Ｎ個の流量実測値は、計測システム１において予め設定されていればよい。この場合、例えば、ユーザは、較正処理の開始前に、別の計測装置において個々の流量実測値を監視する。そして、流体の流量がある流量実測値に達したタイミングで、計測システム１の不図示のボタンを押下する。計測システム１は、上記ボタンが押下されたことを契機として、較正処理を開始する。具体的には、計測システム１は、上記ある流量実測値に対応する流量相当値を算出する。その後、流体の流量が別の流量実測値に達したタイミングでも、ユーザによる上記ボタンの押下を契機として、同様の処理を行う。

なお、実施形態１とは異なり、最良回帰式を用いてｘをＱに換算する処理を行う機能部（便宜上、「換算部」と称する）を、計測モジュール１０に設けてもよい。この場合、計測処理装置２０は、換算部によって算出されたＱを、計測モジュール１０から取得すればよい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
計測システム１の制御ブロック（特に演算部１４及び演算決定部２２）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、計測システム１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本開示に係る発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本開示に係る発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

１ 計測システム
１０ 計測モジュール
１１ レーザダイオード（光源）
１２ フォトダイオード（受光回路）
１３ 信号取得部
１４ 演算部
１５ａ 第１記憶部
１５ｂ 第２記憶部
１６ 出力調節部
１７ 回路調節部
２０ 計測処理装置
２１ａ 第１入力部
２１ｂ 第２入力部（入力部）
２２ 演算決定部
１４１ａ、１４１ｂ アンプ
１４２ 周波数フィルタ
１４３ａ、１４３ｂ ＡＤコンバータ
１４４ 高速フーリエ変換部
１４５ 積分演算部
２２１ 単調性判別部
２２２ 回帰式設定部
２２３ 決定係数算出部

Claims (14)

1. 運動する計測対象の運動の度合を計測する計測システムにおいて、
   前記計測対象からの散乱光を受光することにより生成される受光信号を取得する信号取得部と、
   前記受光信号に対してＭ（Ｍは２以上の整数）種類の演算を行いＭ個の演算値を算出する演算部と、
   前記計測をＮ（Ｎは２以上の整数）回行うことによって得られるＭ×Ｎ個の前記演算値と、前記Ｎ回の計測に対応したＮ個の標準値とに基づき、採用すべき演算を決定する演算決定部と、
   を備える計測システム。
2. 前記Ｍ種類の演算には、ｐ（ｐは２以上かつＭ以下の整数）種類のサンプリングレートによるサンプリングが含まれる、
   請求項１に記載の計測システム。
3. 前記Ｍ種類の演算には、ｑ（ｑは２以上かつＭ以下の整数）種類の積分演算が含まれる、
   請求項１又は２に記載の計測システム。
4. 前記Ｍ種類の演算には、受光信号に対するｒ（ｒは２以上かつＭ以下の整数）種類の増幅が含まれる、
   請求項１から３の何れか１項に記載の計測システム。
5. 前記演算決定部は、同一種類の演算によって算出されたＮ個の演算値とそれらに対応する前記Ｎ個の標準値とに基づく回帰分析によって当該演算を評価することにより、前記決定を行う、
   請求項１から４の何れか１項に記載の計測システム。
6. 前記演算決定部は、同一種類の演算によって算出されたＮ個の演算値とそれらに対応する前記Ｎ個の標準値とが、単調増加又は単調減少の関係にない場合、当該演算を採用すべき演算の候補から除外する、
   請求項１から５の何れか１項に記載の計測システム。
7. 前記演算決定部は、同一種類の演算によって算出されたＮ個の演算値とそれらに対応する前記Ｎ個の標準値とが、単調増加又は単調減少の関係にない場合、単調増加又は単調減少の関係を確保できる領域に限定して、当該演算を採用すべき演算の候補に残す、
   請求項１から５の何れか１項に記載の計測システム。
8. 前記散乱光を発生させるための光源の出力を調節する出力調節部をさらに備え、
   前記演算決定部は、複数通りの前記出力に対応してそれぞれ得られた、前記Ｍ×Ｎ個の演算値と、前記Ｎ個の標準値との集合に基づき、採用すべき前記出力を決定する、
   請求項１から７の何れか１項に記載の計測システム。
9. 前記受光信号を生成するための受光回路の特性を調節する回路調節部をさらに備え、
   前記演算決定部は、複数通りの前記特性に対応してそれぞれ得られた、前記Ｍ×Ｎ個の演算値と、前記Ｎ個の標準値との集合に基づき、採用すべき前記特性を決定する、
   請求項１から８の何れか１項に記載の計測システム。
10. 前記信号取得部及び前記演算部を有する計測モジュールと、
    前記演算決定部を有する計測処理装置と、
    前記計測モジュールに設けられ、前記Ｍ種類の演算それぞれの内容を特定するための情報を記憶する第１記憶部と、
    をさらに備える請求項１から９の何れか１項に記載の計測システム。
11. 計測条件を特定するための情報が入力される入力部と、
    演算決定部によって決定された演算を前記計測条件ごとに複数通り記憶する第２記憶部と、をさらに備え、
    前記演算部は、前記入力部へ入力される情報に応じて前記第２記憶部に記憶された演算を選択して実行する、
    請求項１から１０の何れか１項に記載の計測システム。
12. 運動する計測対象の運動の度合を計測する計測モジュールにおいて、
    前記計測対象からの散乱光を受光することにより生成される受光信号を取得する信号取得部と、
    前記受光信号に対してＭ（Ｍは２以上の整数）種類の演算を行いＭ個の演算値を算出し得るとともに、外部からの入力に基づき前記Ｍ種類の演算のうち実行すべき演算を切り換えて実行する演算部と、
    を備える計測モジュール。
13. 請求項１２に記載の計測モジュールに対し、前記実行すべき演算を決定する計測処理装置であって、
    前記計測をＮ（Ｎは２以上の整数）回行うことによって得られるＭ×Ｎ個の前記演算値と、前記Ｎ回の計測に対応したＮ個の標準値とに基づき、前記実行すべき演算を決定する演算決定部と、
    を備える計測処理装置。
14. 運動する計測対象の運動の度合を計測する計測方法において、
    前記計測対象からの散乱光を受光することにより生成される受光信号を取得する信号取得処理と、
    前記受光信号に対してＭ（Ｍは２以上の整数）種類の演算を行いＭ個の演算値を算出する演算処理と、
    前記計測をＮ（Ｎは２以上の整数）回行うことによって得られるＭ×Ｎ個の前記演算値と、前記Ｎ回の計測に対応したＮ個の標準値とに基づき、採用すべき演算を決定する演算決定処理と、
    を含む計測方法。

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