WO2013145969A1 - 接触式内部温度計 - Google Patents

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WO2013145969A1
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眞人 土田
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シチズンホールディングス株式会社
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    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/42—Circuits effecting compensation of thermal inertia; Circuits for predicting the stationary value of a temperature
    • G01K7/427—Temperature calculation based on spatial modeling, e.g. spatial inter- or extrapolation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/16—Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element
    • G01K1/165—Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element for application in zero heat flux sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/20—Clinical contact thermometers for use with humans or animals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/01—Measuring temperature of body parts ; Diagnostic temperature sensing, e.g. for malignant or inflamed tissue

Definitions

  • the present invention relates to a contact type internal thermometer.
  • thermometer In various situations, there is a demand for measuring the internal temperature, not the surface temperature of a measurement object, quickly, accurately, and simply (ie, non-invasively).
  • a typical example of such a requirement is measurement of body temperature of a living body including a human body.
  • body temperature of a living body including a human body.
  • the measurement target is a human body, generally hold the thermometer in a place where heat is difficult to escape to the outside, such as under the tongue or under the arm, and read the thermometer after the thermometer and human body are in thermal equilibrium.
  • thermometer for measuring the internal temperature of the human body quickly and accurately, a first temperature sensor that is in contact with the body surface and a second temperature that is disposed with a heat insulating material interposed between the first temperature sensor and the first temperature sensor.
  • a method for obtaining an internal temperature from a temperature measurement result of each temperature sensor using a set of sensors has been proposed.
  • Patent Document 1 describes a high-speed accurate temperature measurement device that predicts the internal temperature of an object to be measured by mathematically solving a heat transfer equation in an unsteady state using a set of sensors. ing.
  • thermometer 2 which is different. In the thermometer described in this document, the internal temperature of the measurement object is calculated from the output of each sensor in a steady state.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a problem to be solved is to enable quick and continuous measurement in a contact-type internal thermometer.
  • thermometer which measures the internal temperature of a human body
  • contact-type internal thermometer which this invention makes object is limited to this. It can be applied to any measurement object that needs to measure its internal temperature non-invasively regardless of whether it is living or inanimate.
  • a first measurement surface side temperature sensor is arranged on the measurement surface to be brought into contact with the measurement target surface of the measurement object to calculate the internal temperature of the measurement object, and the measurement surface side of the first thermal resistor.
  • the first temperature sensor stack in which the first back surface temperature sensor is disposed on the back surface side, and the second measurement surface side temperature sensor is disposed on the measurement surface side of the second thermal resistor, and on the back surface side. It has at least a second temperature sensor stack in which a second back surface temperature sensor is disposed, and the first measurement surface side temperature sensor, the first back surface temperature sensor, and the second measurement surface side temperature.
  • a controller that calculates an internal temperature of the measurement object based on a measurement result of the sensor and the second back side temperature sensor, and the controller is configured to calculate the internal temperature based on a heat conduction equation in an unsteady state.
  • the first mode to calculate the Contact type internal thermometer and a second mode for calculating the internal temperature based on the heat conduction equation.
  • the controller detects the steady state and the unsteady state, and switches between the first mode and the second mode.
  • the controller when the first temperature sensor stacked body and the second temperature sensor stacked body are in a thermally unsteady state, the controller includes the first measurement surface side temperature sensor and The contact-type internal thermometer which detects the said unsteady state based on the time change of the temperature measurement value of a said 1st back surface temperature sensor.
  • the controller is configured to measure the first temperature sensor stacked body while measuring temporal changes in temperature measurement values of the first measurement surface side temperature sensor and the first back surface temperature sensor. And the contact-type internal thermometer which detects the said steady state based on the said 2nd temperature sensor laminated body having been in the steady state thermally.
  • thermometer rapid and continuous measurement is possible with a contact-type internal thermometer.
  • the internal temperature can be calculated quickly when the temperature sensor laminate is in an unsteady state.
  • the internal temperature can be correctly calculated based on the heat conduction equation in the steady state.
  • the internal temperature of the measurement object can be accurately measured even when performing continuous measurement.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a contact-type internal thermometer taken along line III-III in FIG. 1.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view in the vicinity of the measurement head in FIG. 3. It is a figure which shows the equivalent thermal circuit of the measurement part provided in the measurement head of the contact-type internal thermometer which concerns on embodiment of this invention.
  • It is a flowchart which shows the measurement algorithm of the internal temperature by the contact-type internal thermometer which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is an external view of a contact type internal thermometer 100 according to an embodiment of the present invention as viewed from the back side
  • FIG. 2 is an external view of the contact type internal thermometer 100 according to the embodiment as viewed from a measurement surface side. is there.
  • the contact-type internal thermometer is a thermometer, and means a thermometer that measures the internal temperature by bringing it into contact with the surface to be measured.
  • the internal temperature means not the surface temperature of the measurement target but the temperature inside the region that is considered to be a substantially constant temperature heat source.
  • the heat source is substantially constant temperature when the heat capacity inside the measurement target is large, or when heat is constantly supplied to the measurement target, the measurement with the contact-type internal thermometer is practically applied to that temperature. It means that it is considered that there is no influence. For example, when the measurement target is a living body, heat is always supplied from the trunk by the blood flow, which corresponds to the latter.
  • the contact-type internal thermometer 100 shown in the present embodiment is portable as shown in the figure, and the measurement head 2 is attached to the tip of the case 1.
  • the measuring head 2 is provided so as to protrude from the case 1, and the tip thereof is a substantially flat measuring surface 20.
  • the internal temperature is measured by making this measurement surface 20 contact the to-be-measured surface of a measuring object, for example, skin.
  • a substantially circular first probe 30 and second probe 40 are arranged in series along the longitudinal direction of the contact-type internal thermometer 100 as shown in FIG. 2.
  • the arrangement of the first probe 30 and the second probe 40 is arbitrary, and the arrangement direction is not necessarily along the longitudinal direction of the contact-type internal thermometer 100.
  • a lamp 11, a display unit 12, and a buzzer 13 are provided on the back surface 10 that is the surface opposite to the measurement surface 20 of the case 1.
  • the direction in which the measurement surface 20 faces is referred to as the measurement surface side
  • the direction in which the back surface, which is the opposite direction, faces is referred to as the back side.
  • the case 1 has a long and rounded shape, and forms a grip 14 that the user has in his hand.
  • a battery lid 15 is provided on the measurement surface side of the grip 14 of the case 1, and a battery serving as a power source for the contact type internal thermometer 100 is accommodated therein.
  • an intake hole 16 is provided at an appropriate position of the case 1, here the position shown in FIG. 2, and an exhaust hole 21 is provided on the side surface of the measurement head 2, so that each internal space communicates with the outside air.
  • Case 1 and measuring head 2 are connected by a support ring 5.
  • the design of the contact type internal thermometer 100 shown in FIGS. 1 and 2 is an example. Such a design may be appropriately changed in consideration of its main use and marketability. Further, the arrangement of each component may be arbitrarily selected within a range that does not impair its function.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the contact-type internal thermometer 100 taken along line III-III in FIG.
  • the case 1 is preferably a hollow molded product made of any synthetic resin such as ABS resin, and various parts constituting the contact-type internal thermometer 100 are integrally accommodated therein.
  • a battery 6 and a circuit board 17 are accommodated in the grip 14.
  • Various electronic components such as a controller (not shown) are mounted on the circuit board 17 and receive power from the battery 6 to supply power to all components that require power. In addition, the operation is controlled.
  • the battery 6 shown in the figure is a commercially available AAA type (referred to as AAA in the United States) dry battery, but the type thereof may be arbitrary, such as a button type or a square type, or a primary type.
  • the battery and secondary battery may be optional. Note that wiring for electrically connecting each component and the circuit board 17 is omitted because it is complicated to illustrate.
  • the lamp 11 is preferably a light emitting diode capable of emitting multiple colors, and is lit to notify the user of the state of the contact type internal thermometer 100.
  • the display unit 12 is a liquid crystal display device in the present embodiment, and is used to notify the user of the measurement result of the contact-type internal thermometer 100 in a manner as shown in FIG. Of course, any other information such as the remaining amount of the battery 6 may be displayed on the display unit 12. Alternatively, the state of the contact type internal thermometer 100 may be displayed together and the lamp 11 may be omitted.
  • the buzzer 13 is a general electronic buzzer in this embodiment, and is for notifying the user of the state of the contact-type internal thermometer 100 by a beep sound. The form of the buzzer 13 is also arbitrary, and a speaker may be provided to notify by voice or melody. Alternatively, the buzzer 13 may be omitted only for notification by the lamp 11 and / or the display unit 12.
  • a partition wall 18 is provided inside the case 1, and the inside of the case 1 is partitioned into a grip space 19a and a head space 19b.
  • the partition wall 18 is provided with an opening, and the blower 7 is attached so as to close the opening. The function of the blower 7 will be described later.
  • the measuring head 2 is attached to the tip of the case 1 through a support ring 5.
  • the support ring 5 is preferably made of a material having elasticity such as silicon rubber or its foam and having excellent heat insulation properties, and allows slight movement of the measuring head 2 with respect to the case 1, and from the measuring head 2 to the case.
  • the heat transfer to 1 is cut off. This is because when the measurement surface 20 is brought into contact with the measurement object, the measurement surface 20 is surely brought into close contact with the measurement object, and the measurement error is caused by heat flowing from the measurement head 2 to the case 1. This is to prevent the occurrence of the above.
  • the support ring 5 is not an essential configuration, there is no problem in the close contact between the measurement surface 20 and the measurement object, and the measurement head 2 is a material having a sufficiently low thermal conductivity, and there is no practical problem. This may be omitted, and the measurement head 2 may be directly fixed to the case 1 or both may be integrally formed. Further, the shape of the support ring 5 is not limited to a ring shape, and an arbitrary shape may be used.
  • the measuring head 2 is preferably formed of a material having a stable shape, low thermal conductivity, and low specific heat.
  • a material having a stable shape, low thermal conductivity, and low specific heat for example, rigid foamed urethane or rigid foamed vinyl chloride is suitably used.
  • the material is not particularly limited in this respect as long as there is no practical problem, and any material may be used.
  • the measurement surface 20 of the measurement head 2 is provided with openings at positions corresponding to the first probe 30 and the second probe 40, and each probe is attached so as to slightly protrude from the measurement surface 20.
  • Each probe is preferably made of a material having high thermal conductivity, and is made of metal in this embodiment.
  • the material of each probe preferably has corrosion resistance, and aluminum or stainless steel is suitable as the metal material.
  • the first probe 30 and the second probe 40 are thermally isolated from each other.
  • the first temperature sensor laminate 31 is provided on the back side of the first probe 30, and both are thermally coupled to each other. Further, a second temperature sensor laminate 41 is provided on the back side of the second probe 40, and both are thermally coupled to each other. Details of the first temperature sensor stack 31 and the second temperature sensor stack 41 will be described later. In this embodiment, the temperature sensor stack is provided with two of the first temperature sensor stack 31 and the second temperature sensor stack 41. For the purpose of error dispersion or backup in the event of a failure, a probe is used. Three or more temperature sensor stacks may be provided.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the measuring head 2 in FIG.
  • illustration of members located on the back side of the support ring 5 in FIG. 3 is omitted.
  • the first temperature sensor laminated body 31 is disposed on the measurement surface 20 side, and contacts the first probe 30 and is thermally coupled to the first measurement surface side temperature sensor 31a.
  • a first back surface temperature sensor 31b disposed on the back surface, and a thermal resistance disposed between the first back surface temperature sensor 31a and the first back surface temperature sensor 31b.
  • the first thermal resistor 31c functioning as a structure is laminated.
  • the second temperature sensor laminate 41 also has the same structure as that of the first temperature sensor laminate 31 and is arranged on the measurement surface side, and is in contact with the second probe 40 and thermally coupled thereto.
  • the measurement surface side temperature sensor 31a, the first thermal resistor 31c, and the first back surface temperature sensor 31b are sequentially passed, and the second measurement surface side temperature sensor 31a, The light passes through the second thermal resistor 31c and the second back surface temperature sensor 31b in order and is dissipated into the atmosphere.
  • Each temperature sensor is connected to the circuit board 17 (see FIG. 3) by a wiring (not shown) so that the temperature in each temperature sensor can be detected.
  • the contact-type internal thermometer 100 measures the temperature in an unsteady state using one set of temperature sensor stacks and the temperature in a steady state using two sets of temperature sensor stacks. It is configured so that any of the measurements can be performed.
  • the heat flux passing through the first temperature sensor stack 31 and the heat flux passing through the second temperature sensor stack 32 are different in the steady state.
  • the ratio of the thermal resistance of the thermal resistor 31c and the thermal resistor 41c needs to be known. Therefore, as shown in FIG. 4, by making the thicknesses of the thermal resistor 31c and the thermal resistor 41c different, the thermal resistance values of the two are made different.
  • the thermal resistance values of the thermal resistor 31c and the thermal resistor 41c are made different or the materials are made different.
  • the same thermal resistor 31c and thermal resistor 41c are used, and the first back side temperature sensor 31b or the second back side temperature sensor 31b or its A heat flux passing through the first temperature sensor laminated body 31 and a second temperature sensor laminated body by providing an appropriate structure for adjusting the heat radiation performance, for example, a heat radiating plate, a heat radiating fin, or a heat insulating material.
  • the heat flux passing through 32 may be different.
  • the contact-type internal thermometer 100 performs both temperature measurement in a non-steady state using one set of temperature sensor stacks and temperature measurement in a steady state using two sets of temperature sensor stacks. Each temperature measurement principle is different.
  • the operation of the controller when the contact-type internal thermometer 100 is measuring the temperature in the unsteady state is the first mode, and the operation of the controller when the temperature is being measured in the steady state is the second. This mode will be called.
  • the measurement principle in the first mode that is, the unsteady state will be described.
  • the internal temperature as a measurement target is T b
  • the first measurement surface side temperature sensor When the temperature at 31a is T 11 , the temperature at the first back surface temperature sensor 31b is T 12 , and the temperature at time t inside the first thermal resistor 31c is T (t), the following heat conduction equation is approximate: It holds.
  • T b there are three unknowns, T b , ⁇ 1, and ⁇ 2 , but since the left side of Equation 1 is the temperature at the time difference, these unknowns are obtained by performing temperature measurement at least four times at different times t. can determine the value, it is possible to determine the value of T b.
  • the temperature is measured using the first temperature sensor laminate 31, but instead, the second temperature sensor laminate 41 may be used.
  • FIG. 5 is a diagram showing an equivalent thermal circuit of the measurement unit provided in the measurement head of the contact-type internal thermometer according to the embodiment of the present invention.
  • T b , T 11 , T 12 are as described above
  • T 21 is the temperature at the second measurement surface side temperature sensor 41a
  • T 22 is the second back side. It is the temperature in the temperature sensor 41b.
  • the thermal resistance Rb is the thermal resistance when heat is transmitted from the inside of the measurement object to the first measurement surface side temperature sensor 31a and the second measurement surface side temperature sensor 41a through the first probe 30 and the second probe 40.
  • the thermal resistance R 1 is the first thermal resistor 31c
  • the thermal resistance R 2 is the thermal resistance of the second heat resistor 41c.
  • K R 1 / R 2, which is obtained in advance experimentally or by calculation.
  • FIGS. 6 and 7 are flowcharts showing an internal temperature measurement algorithm by the contact-type internal thermometer 100 of the present embodiment.
  • the control shown in the figure is performed by a controller mounted on the circuit board 17 of the contact-type internal thermometer 100.
  • the controller is an appropriate information processing device such as a microcontroller, and includes a first measurement surface side temperature sensor 31a, a first back surface temperature sensor 31b, a second measurement surface side temperature sensor 41a, and a second back surface temperature. to calculate the internal temperature T b of the measurement object based on the measurement result of the sensor 41b.
  • the flowchart shown in FIG. 6 shows the control in the first mode
  • the flowchart shown in FIG. 7 shows the control in the second mode.
  • the controller substitutes 1 for a variable n in step S1, and measures T 11n and T 12n at time t n .
  • the subscript n of time t indicates that the time has elapsed as the value increases.
  • the subscript n of attached for temperature T indicating that one whose temperature T is obtained at time t n.
  • step S2 n is incremented by one. As a result, the time advances from t 1 to t 2 . Further, in step S3, T 11n and T 12n are measured again. At this time, T 11 and T 12 obtained in the previous step S1 are T 11n-1 and T 12n-1 , respectively.
  • step S4 it is determined whether or not the absolute value of T 11n -T 11n-1 is greater than a predetermined threshold value. In this determination, the magnitude of the temperature change of T 11 when the time changes from t n-1 to t n is examined. If the magnitude of this temperature change is greater than a predetermined value, the first temperature It indicates that the sensor stack 31 is in a thermally unsteady state, otherwise the first temperature sensor stack 31 is in a thermally steady state.
  • the values obtained in addition to this i.e. may be used either T 12, T 21 and T 22, also Alternatively, all of these may be determined, or the average or sum of all of these may be used.
  • step S4 If the result of step S4 is affirmative, i.e., in an unsteady state, in the subsequent step S5, it is determined by a value of n whether a predetermined number of times, i.e., temperature measurement is performed four times or more. If the number of temperature measurement has not reached the 4 times, can not be determined from the number 1 T b, it returns to step S2.
  • a predetermined number of times i.e., temperature measurement is performed four times or more. If the number of temperature measurement has not reached the 4 times, can not be determined from the number 1 T b, it returns to step S2.
  • T bn is obtained from equation (1).
  • T bn is obtained based on the measurement result in the first temperature sensor laminate 31, but instead , it may be based on the measurement result in the second temperature sensor laminate 41. .
  • step S7 it is determined by the value of n whether T bn is obtained twice or more. This is because it is necessary to obtain T bn at least twice in order to determine whether or not T bn has converged in the next step S8. If T bn is not obtained twice or more, the process returns to step S2.
  • step S8 it is determined whether the absolute value of T bn ⁇ T bn ⁇ 1 is equal to or less than a predetermined threshold value. This determination is to examine the magnitude of the change in T bn when the time changes from t n-1 to t n . If the magnitude of this change is less than a predetermined value, T bn has converged. It is considered that the correct Tb was obtained. T bn returns to step S2 if it has converged, the T bn adopted as T b at step S9 if the T bn converges, the measurement is completed.
  • step S5 and step S7 while the temperature measurement is repeatedly performed until the predetermined number of times is reached, as shown in step S4, it is determined whether or not the temperature sensor laminate is in a steady state.
  • the control shifts to control for measuring temperature in the steady state shown in FIG.
  • step S8 as shown in step S4, it is determined whether or not the temperature sensor laminate is in a steady state while the temperature measurement is repeatedly performed until the value of T bn calculated by Equation 1 converges.
  • the control shifts to the control for measuring the temperature in the steady state shown in FIG.
  • step S10 Temperature sensor stack, when this case is the first temperature sensor stack 31 becomes a steady state, the process proceeds to step S10 in FIG. 7 from step S4, the T 11, T 12, T 21 and T 22 all measures, the T b calculated from Equation 4 in step S11, and ends the measurement.
  • Procedure 1 The measurement surface 20 of the contact-type internal thermometer 100 is brought into contact with the measurement object.
  • the temperature measurement operation is started by the controller mounted on the circuit board 17.
  • the temperature measurement operation may be automatically started by detecting an increase in temperature measured by the first measurement surface side temperature sensor 31a and / or the second measurement surface side temperature sensor 41a.
  • a switch such as a push button (not shown) may be operated by the user.
  • the controller notifies the user that the measurement is started by a beep sound by the buzzer 13.
  • the lamp 11 is lit in an arbitrary color, for example, red, and prompts the user to keep the measurement surface 20 in contact with the measurement object.
  • Step 3 The controller calculates the internal temperature T b of the measurement object in accordance with the algorithm shown in FIGS. 6 and 7, the display unit 12 as shown in FIG. Further, the user is notified that the measurement is completed by generating a beep sound by the buzzer 13 and lighting the lamp 11 in an arbitrary color different from the previous color, for example, green.
  • the internal temperature T b which is calculated, in the present embodiment is set to be notified to the user by displaying on the display unit 12 is not limited to this, accumulated in a memory provided in contact inside thermometer 100 Or may be output to a device outside the contact-type internal thermometer 100 by wire or wirelessly. In this case, the display unit 12 is not necessarily an essential configuration. Further, when the calculated internal temperature Tb is displayed, it may be indicated whether the internal temperature Tb is obtained by measurement in an unsteady state or by measurement in a steady state.
  • various notifications of measurement start and measurement end to the user are performed by a beep sound by the buzzer 13 and lighting of the lamp 11, but these notification methods are limited to those exemplified here.
  • the beep sound may be omitted, or may not be uttered according to user settings.
  • how the lamp 11 is turned on, for example, how to select the emission color is arbitrary.
  • various notifications are made to the user by blinking the lamp 11, changing the intensity of the emitted light, or providing a plurality of lamps 11 and changing the number and positions of the lamps 11 regardless of the colored light. It may be. Further, as described above, various notifications may be given to the user by the display unit 12 instead of the lamp 11.
  • Procedure 4 The controller operates the blower 7 to ventilate the head space 19b.
  • this operation passes through the first temperature sensor stacked body 31 and the second temperature sensor stacked body 41 and is transmitted to the air in the head space 19b along with the measurement.
  • the temperature inside the head space 19b rises due to the heat, and the size of the heat flux passing through the first temperature sensor laminate 31 and the second temperature sensor laminate 41 becomes small, resulting in a decrease in measurement accuracy or inability to measure. This is to prevent the situation of becoming.
  • the blower 7 generates an airflow that flows from the grip space 19a to the head space 19b in FIG. Therefore, the air flow induced by the blower 7 is sucked from the intake hole 16 as shown by an arrow in the figure, passes through the blower 7, passes through the vicinity of the first temperature sensor stacked body 31, and is exhausted. 21 is discharged. Therefore, the blower 7, the intake hole 16, and the exhaust hole 21 of the present embodiment cooperate to constitute a ventilation mechanism that ventilates the head space 19b.
  • any configuration of the ventilation mechanism may be used, and the arrangement of the blower 7, the intake hole 16, and the exhaust hole 21 is arbitrary. Further, the direction of intake and exhaust may be reversed.
  • the type of the blower 7 is not particularly limited, and may be a general fan or a micro blower using a piezoelectric element. Alternatively, if there is no problem in ventilation performance, the blower 7 may be omitted, and the ventilation mechanism may be configured by the intake holes 16 and the exhaust holes 21 alone.
  • the internal temperature of the measurement object is calculated based on the heat conduction equation in the unsteady state, and the temperature sensor laminate is obtained. If is a steady state, the internal temperature of the object to be measured is calculated based on the heat conduction equation in the steady state, so that rapid and continuous measurement is possible.

Landscapes

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  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

　接触式内部温度計において、迅速でかつ連続の測定を可能とする。 本発明に係る接触式内部温度計（１００）は、測定対象物の被測定面に接触させる測定面（２０）と、第１の熱抵抗体の測定面側に第１の測定面側温度センサが配置され、背面側に第１の背面側温度センサが配置される第１の温度センサ積層体（３１）と、第２の熱抵抗体の測定面側に第２の測定面側温度センサが配置され、背面側に第２の背面側温度センサが配置される第２の温度センサ積層体（４１）を少なくとも有し、各温度センサの測定結果に基づいて前記測定対象物の内部温度を算出するコントローラと、を有し、前記コントローラは、非定常状態における熱伝導方程式に基いて前記内部温度を算出する第１のモードと、定常状態における熱伝導方程式に基いて前記内部温度を算出する第２のモードとを有する。

Description

接触式内部温度計
　本発明は、接触式内部温度計に関する。
　様々な状況において、測定対象物の表面温度ではなく、その内部温度を迅速・正確かつ簡便（すなわち、非侵襲）に測定したいとの要求が存在している。そのような要求の代表的なものとして、人体を含む生体の体温測定が挙げられる。しかしながら、生体の内部温度（深部体温などと称されることもある）、すなわち、血流により概ね恒温に保たれていると考えられる程度の生体内部の温度を測定するのは通常困難である。測定対象が人体の場合、一般的には、舌下や脇の下など熱が外部に逃げにくい場所に温度計を保持し、温度計と人体とが熱平衡状態となってからの温度計の読みを体温として採用することが多いが、熱平衡状態が得られるまでに５分から１０分程度と長時間を要し、また得られる体温は必ずしもその内部温度と一致するとは限らない。このため、かかる方式は、乳幼児やある種の傷病患者等、長時間の体温測定が困難な対象への適用が困難な場合があり、また、精密な体温管理を行うに足る精度の高い体温を得るのは難しい。
　そこで、人体の内部温度を迅速・正確に測定するための温度計として、体表面に接触する第１の温度センサと、第１の温度センサに対し断熱材を挟んで配置される第２の温度センサからなるセンサの組を用いて、各温度センサにおける温度測定結果から内部温度を求めるものが提案されている。
　例えば、特許文献１には、１組のセンサの組を用いて、非定常状態において熱伝達方程式を数学的に解くことにより、測定対象物の内部温度を予測する高速精密温度測定装置が記載されている。
　また、特許文献２には、２組のセンサの組を用い、第２の温度センサ（中間センサ）と外気との間にさらに断熱材を配置し、各センサの組を通過する熱流束の値を異なるものとした体温計が開示されている。同文献記載の体温計では、定常状態における各センサの出力から測定対象物の内部温度を算出する。
特許第３８６３１９２号公報 特許第４６００１７０号公報
　上述の特許文献１のように、１組のセンサの組を用いて非定常状態で内部温度を予測する方法では、確かに短時間での測定が可能であるものの、例えば一度測定を行った直後など、センサの組が十分に昇温している状況で続けざまに測定を行おうとすると、センサの組が定常状態に達してしまい、測定を行い得なくなる場合がある。このようなときには、センサの組が自然放熱により十分に温度が下がるまで長時間待たなければならなかった。
　一方、特許文献２のように、定常状態で内部温度を算出する方法では、連続での測定には特段の支障はないものの、最初（例えば、体温計が室温にある場合など）の測定においては、センサの組が定常状態となるまで相当の時間を有するため、迅速な測定は難しい。
　本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、接触式内部温度計において、迅速でかつ連続の測定を可能とすることである。
　なお、ここまでの記載は接触式内部温度計の代表的な例として人体の内部温度を測定する体温計について主に説明したが、本発明が対象とする接触式内部温度計はこれに限定されるものでなく、生物・無生物問わず非侵襲にてその内部温度を測定する必要があるいかなる測定対象物にも適用可能である。
　上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。
　（１）測定対象物の内部温度を算出するため前記測定対象物の被測定面に接触させる測定面と、第１の熱抵抗体の測定面側に第１の測定面側温度センサが配置され、背面側に第１の背面側温度センサが配置される第１の温度センサ積層体と、第２の熱抵抗体の測定面側に第２の測定面側温度センサが配置され、背面側に第２の背面側温度センサが配置される第２の温度センサ積層体を少なくとも有し、前記第１の測定面側温度センサ、前記第１の背面側温度センサ、前記第２の測定面側温度センサ及び前記第２の背面側温度センサの測定結果に基づいて前記測定対象物の内部温度を算出するコントローラと、を有し、前記コントローラは、非定常状態における熱伝導方程式に基いて前記内部温度を算出する第１のモードと、定常状態における熱伝導方程式に基いて前記内部温度を算出する第２のモードとを有する接触式内部温度計。
　（２）（１）において、前記コントローラは、前記定常状態と前記非定常状態を検出して、前記第１のモードと前記第２のモードを切り替える接触式内部温度計。
　（３）（２）において、前記コントローラは、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が熱的に非定常状態である場合に前記第１の測定面側温度センサ及び前記第１の背面側温度センサの温度測定値の時間変化に基いて前記非定常状態を検出する接触式内部温度計。
　（４）（３）において、前記コントローラは、前記第１の測定面側温度センサ及び前記第１の背面側温度センサの温度測定値の時間変化を測定中に、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が熱的に定常状態となったことに基づいて前記定常状態を検出する接触式内部温度計。
　（５）（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記コントローラによる前記内部温度の算出後、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が配置される空間を換気する換気機構を有する接触式内部温度計。
　上記（１）又は（２）の側面によれば、接触式内部体温計において、迅速でかつ連続の測定が可能となる。
　上記（２）の側面によれば、温度センサ積層体が非定常状態にある場合に迅速に内部温度を算出できる。
　上記（３）の側面によれば、非定常状態での測定中に温度センサ積層体が定常状態となった場合にも、定常状態における熱伝導方程式に基づいて正しく内部温度を算出できる。
　上記（４）の側面によれば、連続して測定を行う際にも正確に測定対象物の内部温度を測定できる。
本発明の実施形態に係る接触式内部温度計を背面側から見た外観図である。 本発明の実施形態に係る接触式内部温度計を測定面側から見た外観図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線による接触式内部温度計の概略断面図である。 図３における測定ヘッド近傍の拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る接触式内部温度計の測定ヘッドに設けられた測定部の等価熱回路を示す図である。 本発明の実施形態に係る接触式内部温度計による内部温度の測定アルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る接触式内部温度計による内部温度の測定アルゴリズムを示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る接触式内部温度計１００を背面側から見た外観図、図２は同実施形態に係る接触式内部温度計１００を測定面側から見た外観図である。なお、本明細書にて接触式内部温度計とは、温度計であって、測定対象表面に接触させることにより内部温度を測定する温度計を意味している。また、内部温度とは、測定対象の表面温度でなく、その内部であって、実質的に恒温熱源と考えられる部位の温度を意味している。ここで、実質的に恒温熱源と考えられるとは、測定対象内部の熱容量が大きい場合や、測定対象内部に常に熱が供給される結果、接触式内部温度計による測定がその温度に実用上の影響を及ぼさないと考えられることを意味している。たとえば、測定対象が生体である場合には、血流により体幹より常に熱が供給されることとなるので、後者に該当する。
　本実施形態で示す接触式内部温度計１００は、図示の通り携帯式であり、ケース１の先端に測定ヘッド２が取り付けられている。測定ヘッド２はケース１から突き出すように設けられており、その先端はおおむね平坦な測定面２０となっている。そして、かかる測定面２０を測定対象物の被測定面、例えば皮膚に接触させることによりその内部温度を計測する。測定面２０の表面には、略円形の第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０が図２に示すように、接触式内部温度計１００の長手方向に沿って直列に配置されている。なお、これら第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０の配置は任意であり、その配置方向は必ずしも接触式内部温度計１００の長手方向に沿ったものでなくともよい。
　ケース１の測定面２０の反対側の面である背面１０には、ランプ１１、表示部１２、ブザー１３が設けられている。以降、本明細書では、測定面２０が向く方向を測定面側、その反対方向である背面が向く方向を背面側と称する。また、ケース１は長く伸び丸みを帯びた形状をしており、使用者が手に持つグリップ１４を形成している。図２に見られるように、ケース１のグリップ１４の測定面側には電池蓋１５が設けられ、内部に接触式内部温度計１００の電源となる電池を収容するようになっている。また、ケース１の適宜の位置、ここでは図２に示した位置に吸気穴１６が、測定ヘッド２の側面に排気穴２１が設けられ、それぞれの内部空間が外気と連通するようになされている。ケース１と測定ヘッド２は、支持環５により接続されている。
　なお、図１及び図２に示した接触式内部温度計１００のデザインは一例である。かかるデザインは、その主たる用途や市場性等を考慮の上適宜変更して差し支えない。また、各構成部品の配置は、その機能を損なわない範囲で任意に選択してよい。
　図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線による接触式内部温度計１００の概略断面図である。ケース１は、好ましくはＡＢＳ樹脂等任意の合成樹脂製の中空の成形品であり、接触式内部温度計１００を構成する各種部品をその内部に一体に収容する。グリップ１４内には、電池６及び回路基板１７が収容されている。回路基板１７上には、その上に図示しないコントローラをはじめとする各種の電子部品が実装されており、電池６からの電力供給を受けて、電力を必要とする全ての部品への電力を供給するとともにその動作を制御している。電池６は、図示のものは市販の単４型（米国ではＡＡＡと称される）乾電池であるが、その形式は任意のものであってよく、ボタン型、角型等の形状や、１次電池・２次電池の別も任意であってよい。なお、各部品と回路基板１７とを電気的に接続する配線は、図示が煩雑となるため省略している。
　ランプ１１は、好ましくは多色発光可能な発光ダイオードであり、接触式内部温度計１００の状態を使用者に通知するために点灯するものである。表示部１２は、本実施形態では液晶表示装置であり、接触式内部温度計１００の測定結果を図１に示すような態様で使用者に通知するためのものである。もちろん、表示部１２にはこのほかにも任意の情報、例えば、電池６の残量等を表示するようにしてよい。あるいは、接触式内部温度計１００の状態を併せて表示するようにして、ランプ１１を省略してもよい。ブザー１３は、本実施形態では一般的な電子ブザーであり、ビープ音により接触式内部温度計１００の状態を使用者に通知するためのものである。なお、ブザー１３の形式も又任意であり、スピーカを備えるようにして、音声あるいはメロディ等による通知をするようにしてもよい。あるいは、ランプ１１及び／又は表示部１２による通知のみとして、ブザー１３を省略してもよい。
　また、ケース１内部には隔壁１８が設けられており、ケース１内部をグリップ空間１９ａとヘッド空間１９ｂとに仕切っている。隔壁１８には開口が設けられており、かかる開口を塞ぐようにブロア７が取り付けられている。ブロア７の機能については後述する。
　ケース１の先端部には、支持環５を介して測定ヘッド２が取り付けられる。支持環５は、好ましくはシリコンゴム或いはその発泡体等の弾力を有し且つ断熱性に優れた材料で形成され、測定ヘッド２のケース１に対する若干の動きを許容するとともに、測定ヘッド２からケース１への伝熱を遮断するようになっている。これは、測定面２０を測定対象物に接触させる際に、測定面２０が確実に測定対象物に密着するようにするためと、測定ヘッド２からケース１へと熱が流出することによる測定誤差の発生を防止するためである。しかしながら、支持環５は必須の構成でなく、測定面２０と測定対象物との密着に問題がなく、また測定ヘッド２が十分に熱伝導率の低い材質であり実用上問題ない場合には、これを省略し、測定ヘッド２を直接ケース１に固定する又は両者を一体に形成するなどしてもよい。また、支持環５の形状も環状に限定されるものでなく、任意の形状のものを用いてよい。
　測定ヘッド２は、形状が安定しており、熱伝導率が低く、かつ比熱の小さい材質で形成することが好ましく、例えば、硬質発泡ウレタンや硬質発泡塩化ビニルが好適に用いられる。しかしながら、この点についても実用上の問題がなければ材質は特に限定されるものでなく、任意でよい。
　測定ヘッド２の測定面２０には第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０に対応する位置にそれぞれ開口が設けられており、各プローブが測定面２０からわずかに突出するように取り付けられている。各プローブは、熱伝導率の高い材質であることが好ましく、本実施形態では金属製である。なお、各プローブの材質は耐腐食性を備えていることが好ましく、金属材料では、アルミニウムやステンレスが好適である。なお、上述の通り、測定ヘッド２自体は熱伝導率が低い材質から構成されるため、第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０は、互いに熱的に隔離されることとなる。
　第１のプローブ３０の背面側には、第１の温度センサ積層体３１が設けられ、両者は互いに熱的に結合している。また、第２のプローブ４０の背面側には、第２の温度センサ積層体４１が設けられており、両者は互いに熱的に結合している。第１の温度センサ積層体３１及び第２の温度センサ積層体４１の詳細については後述する。なお、温度センサ積層体は、本実施形態では第１の温度センサ積層体３１及び第２の温度センサ積層体４１の２つを設けているが、誤差の分散あるいは故障時のバックアップ目的で、プローブ及び温度センサ積層体を３つ以上設けるようにしてもよい。
　図４は、図３における測定ヘッド２近傍の拡大断面図である。ここでは、図３の支持環５より背面側に位置する部材は図示を省略している。
　同図に詳細に示されるように、第１の温度センサ積層体３１は、測定面２０側に配置され、第１のプローブ３０と接触し熱的に結合する第１の測定面側温度センサ３１ａと、背面側に配置される第１の背面側温度センサ３１ｂと、その間に配置され、第１の測定面側温度センサ３１ａから第１の背面側温度センサ３１ｂへの熱流路を形成する熱抵抗として機能する第１の熱抵抗体３１ｃを積層した構造となっている。また、第２の温度センサ積層体４１も第１の温度センサ積層体３１と同様の構造となっており、測定面側に配置され、第２のプローブ４０に接触し熱的に結合する第２の測定面側温度センサ４１ａ、背面側に配置される第２の背面側温度センサ４１ｂと、その間に配置され、第２の測定面側温度センサ４１ａから第２の背面側温度センサ４１ｂへの熱流路を形成する熱抵抗として機能する第２の熱抵抗体４１ｃを積層した構造となっている。従って、測定面２０を測定対象物に接触させると、測定対象物から熱が第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０に伝わり、その熱はそれぞれ第１の温度センサ積層体３１については第１の測定面側温度センサ３１ａ、第１の熱抵抗体３１ｃ、第１の背面側温度センサ３１ｂを順番に通過し、第２の温度センサ積層体４１については第２の測定面側温度センサ３１ａ、第２の熱抵抗体３１ｃ、第２の背面側温度センサ３１ｂを順番に通過して大気に放散されることになる。
　各温度センサにはどのようなものを用いてもよいが、本実施形態ではサーミスタである。それぞれの温度センサは、回路基板１７（図３参照）に図示しない配線により接続されており、各温度センサにおける温度を検知できるようになっている。
　詳細は後述するが、本実施形態に係る接触式内部温度計１００は１組の温度センサ積層体を用いた非定常状態における温度測定と、２組の温度センサ積層体を用いた定常状態における温度測定のいずれをも行い得るように構成されている。特に、定常状態における温度測定を行うためには、定常状態において、第１の温度センサ積層体３１を通過する熱流束と、第２の温度センサ積層体３２を通過する熱流束が異なっており、熱抵抗体３１ｃと熱抵抗体４１ｃの熱抵抗の比が既知である必要がある。そこで、図４に示されているとおり、熱抵抗体３１ｃと熱抵抗体４１ｃの厚みを異なるものとすることにより、両者の熱抵抗の値を異なるものとしている。なお、熱抵抗体３１ｃと熱抵抗体４１ｃの熱抵抗の値を異なるものとするには、ここで示したように、厚み等の幾何学的寸法を異なるものとしたり、その材質を異なるものとするとよい。或いは、熱抵抗体３１ｃと熱抵抗体４１ｃとして同一のものを用い（例えば、温度センサを実装するフレキシブルプリント基板等）、第１の背面側温度センサ３１ｂ又は第２の背面側温度センサ３１ｂ或いはその両方に放熱性能を調整するための適宜の構造、例えば、放熱板や放熱フィン或いは断熱材を設けることにより、第１の温度センサ積層体３１を通過する熱流束と、第２の温度センサ積層体３２を通過する熱流束が異なるようにしてもよい。
　ここで、本実施形態に係る接触式内部温度計１００による内部温度の測定原理を説明する。前述のように、接触式内部温度計１００は、１組の温度センサ積層体を用いた非定常状態における温度測定と、２組の温度センサ積層体を用いた定常状態における温度測定のいずれをも行い得るように構成されており、それぞれの温度測定の原理は異なる。ここでは、接触式内部温度計１００が非定常状態において温度測定をしている状態でのコントローラの動作を第１のモード、定常状態において温度測定をしている状態でのコントローラの動作を第２のモードと呼ぶこととする。
　まず、第１のモード、すなわち、非定常状態における測定原理を説明すると、前掲の特許文献１に記載されているように、測定対象である内部温度をＴｂ、第１の測定面側温度センサ３１ａにおける温度をＴ１１、第１の背面側温度センサ３１ｂにおける温度をＴ１２、第１の熱抵抗体３１ｃ内部の時間ｔにおける温度をＴ（ｔ）とすると、次の熱伝導方程式が近似的に成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、未知数はＴｂ、ω１及びω２の３つであるが、数１の左辺が時間差における温度であることから、異なる時刻ｔにおいて少なくとも４回温度測定を行うことにより、これら未知数の値を決定することができ、Ｔｂの値を求めることができる。なお、上述の説明では第１の温度センサ積層体３１を用いて温度測定をするものとしたが、これに替え、第２の温度センサ積層体４１を用いるものとしてもよい。
　以上が非定常状態における温度測定の基本的な原理であるが、測定精度の保障のため、一旦Ｔｂを求めた後、さらに測定を継続して新たにＴｂを求め、両者の差異が所定の閾値を下回った場合、すなわちＴｂの計算結果が収束した場合に最終的に得られた値をＴｂとして採用するようにしてもよい。
　次に、第２のモード、すなわち、定常状態における測定原理を説明する。図５は、本発明の実施形態に係る接触式内部温度計の測定ヘッドに設けられた測定部の等価熱回路を示す図である。同図を図４を参照しつつ説明すると、Ｔｂ、Ｔ１１、Ｔ１２は先の通りであり、Ｔ２１は第２の測定面側温度センサ４１ａにおける温度、Ｔ２２は第２の背面側温度センサ４１ｂにおける温度である。また、熱抵抗Ｒｂは測定対象内部から第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０を通して第１の測定面側温度センサ３１ａ及び第２の測定面側温度センサ４１ａに熱が伝わる際の熱抵抗であり、熱抵抗Ｒ１は第１の熱抵抗体３１ｃの、熱抵抗Ｒ２は第２の熱抵抗体４１ｃの熱抵抗である。そして、Ｔｂ＞Ｔ１１＞Ｔ１２及び、Ｔｂ＞Ｔ２１＞Ｔ２２が成立している。
　ここで、図に示した系が定常状態にあると仮定すると、ＴｂよりＴ１２へと流れる熱流束は一定であるから、次の熱伝導方程式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 として求められる。なお、ここでＫ＝Ｒ１／Ｒ２であり、あらかじめ実験的にあるいは計算により求めておく。
　以上が定常状態における温度測定の基本的な原理である。
　図６及び図７は、本実施形態の接触式内部温度計１００による内部温度の測定アルゴリズムを示すフローチャートである。なお、同図に示す制御は、接触式内部温度計１００の回路基板１７に搭載されたコントローラにより行われる。コントローラは、マイクロコントローラ等の適宜の情報処理装置であり、第１の測定面側温度センサ３１ａ、第１の背面側温度センサ３１ｂ、第２の測定面側温度センサ４１ａ及び第２の背面側温度センサ４１ｂの測定結果に基づいて測定対象物の内部温度Ｔｂを算出する。
　なお、図６に示したフローチャートは、第１のモードにおける制御を示すものであり、図７に示したフローチャートは、第２のモードにおける制御を示すものである。
　コントローラは、まず、測定が開始されるとステップＳ１にて変数ｎに１を代入し、時刻ｔｎにおいてＴ１１ｎ、Ｔ１２ｎをそれぞれ測定する。ここで、時刻ｔの添字ｎは、その値が大きくなるほど時間が経過していることを示す。また、温度Ｔについて付された添字ｎは、その温度Ｔが時刻ｔｎにおいて得られたものであることを示す。
　続くステップＳ２において、ｎを１インクリメントする。これにより時刻がｔ１からｔ２へと進む。さらにステップＳ３において、再びＴ１１ｎ、Ｔ１２ｎをそれぞれ測定する。このとき、先のステップＳ１で求めたＴ１１、Ｔ１２はそれぞれＴ１１ｎ－１、Ｔ１２ｎ－１となる。
　そしてステップＳ４において、Ｔ１１ｎ－Ｔ１１ｎ－１の絶対値があらかじめ定められた閾値より大きいか否かを判定する。この判定は、時刻がｔｎ－１からｔｎに変化した時のＴ１１の温度変化の大きさを調べているものであり、この温度変化の大きさが所定値より大きければ第１の温度センサ積層体３１は熱的に非定常状態にあることを示し、そうでなければ第１の温度センサ積層体３１は熱的に定常状態にあることを示している。なお、この判定はここで示した例ではＴ１１のみを参照することにより行っているが、これ以外に得られる値、すなわちＴ１２、Ｔ２１及びＴ２２の何れを用いてもよいし、また、これら全てについて判定を行うようにしても、これら全ての平均或いは和を用いてもよい。
　ステップＳ４の結果が肯定、すなわち、非定常状態にある場合には、続くステップＳ５において既定の回数、すなわち、４回以上温度測定がおこなわれているかをｎの値によって判定する。温度測定の回数が４回に達していなければ、数１よりＴｂを求めることができないため、ステップＳ２へと戻る。
　既定の回数以上温度測定がおこなわれている場合、ステップＳ６へ進み、数１よりＴｂｎをもとめる。なお、ここでは第１の温度センサ積層体３１における測定結果に基いてＴｂｎを求めるようにしているが、これに替え、第２の温度センサ積層体４１における測定結果に基づくようにしてもよい。
　続くステップＳ７では、Ｔｂｎが２回以上求められているか否かをｎの値によって判定する。これは、次のステップＳ８で、Ｔｂｎの収束の有無を判定するため、Ｔｂｎを少なくとも２回求めておく必要があるためである。Ｔｂｎが２回以上求められていなければ、ステップＳ２へと戻る。
　ステップＳ８では、Ｔｂｎ－Ｔｂｎ－１の絶対値があらかじめ定められた閾値以下であるかを判定する。この判定は、時刻がｔｎ－１からｔｎに変化した時のＴｂｎの変化の大きさを調べるものであり、この変化の大きさが所定値以下であればＴｂｎが収束しており、正しいＴｂが得られたと考えられる。Ｔｂｎが収束していなければステップＳ２に戻り、Ｔｂｎが収束していればステップＳ９にてＴｂとしてＴｂｎを採用し、測定を終了する。
　以上のフローでは、ステップＳ５及びステップＳ７において、既定の回数に達するまで温度測定を繰り返し行う間に、ステップＳ４に示すように、温度センサ積層体が定常状態となっているかどうかを判定しており、定常状態となっている場合には図７に示す定常状態において温度測定を行う制御へと移行するものである。また、ステップＳ８において、数１により計算されるＴｂｎの値が収束するまで温度測定を繰り返し行う間にも、ステップＳ４に示すように、温度センサ積層体が定常状態となっているかどうかを判定しており、定常状態となっている場合には図７に示す定常状態において温度測定を行う制御へと移行するものである。
　温度センサ積層体、この場合は第１の温度センサ積層体３１が定常状態となった場合には、ステップＳ４より図７のステップＳ１０へと進み、Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２１及びＴ２２の全てを測定し、ステップＳ１１にて数４よりＴｂを計算し、測定を終了する。
　続いて、本実施形態に係る接触式内部温度計１００を用いて内部温度を測定する手順、すなわち測温動作の手順を図１乃至４を参照しつつ説明する。
　手順１：接触式内部温度計１００の測定面２０を測定対象物に接触させる。
　手順２：回路基板１７に搭載されたコントローラにより、測温動作が開始される。なお、この測温動作の開始は、第１の測定面側温度センサ３１ａ又は第２の測定面側温度センサ４１ａ或いはその両方により測定される温度の上昇を検知することにより自動的に行ってもよいし、図示しない押ボタン等のスイッチを使用者が操作することにより行ってもよい。このとき、コントローラはブザー１３によるビープ音により測定を開始したことを使用者に通知する。同時に、ランプ１１を任意の色、例えば赤色に点灯し、使用者に測定面２０を測定対象物に接触させたまま維持するよう促す。
　手順３：コントローラは、図６及び図７に示したアルゴリズムに従い測定対象物の内部温度Ｔｂを算出し、図１に示したように表示部１２に表示する。また、ブザー１３によるビープ音の発生、並びに、ランプ１１を先ほどの色とは異なる任意の色、例えば緑色に点灯することにより、使用者に測定が終了したことを通知する。なお、算出された内部温度Ｔｂは、本実施形態では表示部１２に表示することにより使用者に通知することとしているが、これに限られず、接触式内部温度計１００に設けたメモリに蓄積したり、接触式内部温度計１００の外部の機器に有線又は無線にて出力したりしてもよい。この場合には、表示部１２は必ずしも必須の構成ではない。また、算出された内部温度Ｔｂを表示する際に、かかる内部温度Ｔｂが非定常状態における測定により得られたのか、定常状態における測定により得られたのかを示すようにしてもよい。
　なお、以上の説明では、使用者への測定開始及び測定終了の各種通知をいずれもブザー１３によるビープ音及びランプ１１の点灯により行ったが、これらの通知の方法はここで例示したものに限定されない。特に、ビープ音についてはこれを省略し、或いは使用者の設定によりこれを発声しないこととしてもよい。音声を用いず、ランプ１１の点灯のみにより使用者に各種の通知を行うようにすると、例えば測定対象が就寝中の乳児である場合に、乳児の睡眠を妨げることなく測定が可能である等好ましい場合がある。もちろん、ランプ１１の点灯をどのようにするか、例えば発光色をどのように選択するかは任意である。また、発色光によらず、ランプ１１を点滅させたり、発光光の強度を変化させたり、あるいはランプ１１を複数設けておき、その点灯数や位置を違えることにより使用者に各種通知を行うようにしてもよい。さらに前述したように、ランプ１１でなく、表示部１２により使用者に各種通知を行ってもよい。
　手順４：コントローラは、ブロア７を作動させ、ヘッド空間１９ｂを換気する。この動作は、ヘッド空間１９ｂが外気と隔てられていると、測定に伴い、第１の温度センサ積層体３１及び第２の温度センサ積層体４１を通過してヘッド空間１９ｂ内の空気に伝達された熱によりヘッド空間１９ｂ内の気温が上昇し、第１の温度センサ積層体３１及び第２の温度センサ積層体４１を通過する熱流束の大きさが小さくなって測定精度が低下したり測定不能となったりする事態を防止するためものである。
　本実施形態では、ブロア７は図１のグリップ空間１９ａからヘッド空間１９ｂへと流れる気流を発生させる。そのため、ブロア７により誘起される空気の流れは、図中矢印に示すように、吸気穴１６から吸い込まれ、ブロア７を通過し、第１の温度センサ積層体３１の近傍を通過して排気穴２１から排出されるものとなる。従って、本実施形態のブロア７、吸気穴１６及び排気穴２１は協働してヘッド空間１９ｂを換気する換気機構を構成することになる。
　なお、換気機構の構成はどのようなものであってもよく、ブロア７、吸気穴１６及び排気穴２１の配置は任意である。また、吸排気の向きを逆にしてもよい。また、ブロア７の形式は特に限定されず、一般的なファンであってもよいし、圧電素子を利用したマイクロブロアであってもよい。あるいは、換気性能に問題がなければ、ブロア７を省略し、吸気穴１６及び排気穴２１のみにより換気機構を構成しても差し支えない。
　以上説明した接触式内部温度計１００によれば、その温度センサ積層体が非定常状態にあるうちは非定常状態における熱伝導方程式に基いて測定対象物の内部温度を算出し、温度センサ積層体が定常状態であれば定常状態における熱伝導方程式に基いて測定対象物の内部温度を算出するため、迅速でかつ連続の測定が可能である。
　以上説明した実施形態に示した具体的な構成は例示として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定するものではない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、各部材あるいはその部分の形状や数、配置等を適宜変更してもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

Claims (5)

  1. 　測定対象物の内部温度を算出するため前記測定対象物の被測定面に接触させる測定面と、
    　第１の熱抵抗体の測定面側に第１の測定面側温度センサが配置され、背面側に第１の背面側温度センサが配置される第１の温度センサ積層体と、
    　第２の熱抵抗体の測定面側に第２の測定面側温度センサが配置され、背面側に第２の背面側温度センサが配置される第２の温度センサ積層体を少なくとも有し、
    　前記第１の測定面側温度センサ、前記第１の背面側温度センサ、前記第２の測定面側温度センサ及び前記第２の背面側温度センサの測定結果に基づいて前記測定対象物の内部温度を算出するコントローラと、
    を有し、
    　前記コントローラは、非定常状態における熱伝導方程式に基いて前記内部温度を算出する第１のモードと、定常状態における熱伝導方程式に基いて前記内部温度を算出する第２のモードとを有する接触式内部温度計。
  2. 　前記コントローラは、前記定常状態と前記非定常状態を検出して、前記第１のモードと前記第２のモードを切り替える請求項１記載の接触式内部温度計。
  3. 　前記コントローラは、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が熱的に非定常状態である場合に前記第１の測定面側温度センサ及び前記第１の背面側温度センサの温度測定値の時間変化に基いて前記非定常状態を検出する請求項２記載の接触式内部温度計。
  4. 　前記コントローラは、前記第１の測定面側温度センサ及び前記第１の背面側温度センサの温度測定値の時間変化を測定中に、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が熱的に定常状態となったことに基づいて前記定常状態を検出する請求項３記載の接触式内部温度計。
  5. 　前記コントローラによる前記内部温度の算出後、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が配置される空間を換気する換気機構を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の接触式内部温度計。
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