JPH0216426A - 非接触温度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は非接触温度測定装置、殊に共振周波数が温度依
存性をもった超音波振動子に間欠的に超音波を照射し、
その残響振動による超音波周波数を検知することによっ
て前記超音波振動子が置かれた周囲温度を検知する際の
前記照射超音波信号発生回路の周波数を簡便な手法によ
ってロックした非接触温度測定装置に関する。

（従来技術） 近年、ガン細胞部分を高周波電磁波等で加熱し消滅する
温熱療法が注目されているが、この際加熱部分の正確な
温度管理が不可欠である。

このための温度測定手段として、センサと計測機器本体
との間のケーブルを不安とした非接触温度測定装置が種
々の観点から便利である。

この温度測定方法としては電磁波を用いたし温度測定装
置」（時開５８−１９０７３６号公報）がある。

この方法は、共振周波数が温度依存性をもった水晶振動
子にアンテナコイルを付加したものをセンサとして被測
定体内部に埋め込み、このを外部プローブにて抽出して
その周波数を検知するものである。

しかしながら１人体をはじめとして生体内部は電磁波吸
収の大きい成分で満されてお９．センサへ照射し又はセ
ンサから発する電磁エネルギの減衰が多く電磁波を情報
伝搬媒体として利用する限り受動的センサによる測定で
は、センサと外部グローブの離間距離を大きくとれない
と云う問題があった。

同−出願人はこの問題を解決する手段として。

電磁波に代シ、超音波を利用した測温手段を提案してい
る（特願昭６２−２７７９８Ｏｒ超音波によろ非接触温
度／圧力検知方法」又は特願昭６１−２１１８８８　ｒ
超音波利用温度／圧カセンサ」）。

この方法は前記センサとして超音波応答に優れた水晶撮
動子を用い、これに外部から超音波エネルギを間欠的に
照射すると共に、照射停止期間に前記センサがその残響
振動によって発する超音波を抽出して周波数を知シ温度
を測定するものである。

この手法によれば従来の電磁波を用いた方式に比べてセ
ンサと外部測定機器との離間距離をはかるに大きくする
ことができるから、より体内深部の測温か可能となる。

この測定回路を簡単に説明すれば、第７図（ａｊに示す
ように、被測定体内部に埋めた水晶振動子セ／す近傍に
超音波トランスジューサを含むプローブＭを配置し、該
プローブには切替スイッチＳＷと、その出力端に接続し
たフィルタＦＩＬとフェーズロックループＰＬＬと９周
波数Ｃ０ＬＩＮＴとタイマ回路’ｌ’ＩＭＥとを具え、
前記ＰＬＬ出力の一部をスイッチＳＷに入力するよう構
成した測定回路を接続する。

同図（ｂｌ　Ｖｉ上記測定回路ブロックの動作を説明す
るための信号波形図で、（イ）はタイマＴＩＭＥから出
力されるパルス信号が高電位の間ＰＬＬからの高周波信
号出力がスイッチＳＷを介してプローブＭに供給され、
同周波数の超音波に変換されて同図（ロ）に示す如く間
欠的に前記センサ５ＥＮＳ　　に照射される。

一万、センサ５ＥＮＳでは前記超音波信号に共振して振
幅が序々に増大して所定振幅値に達するがプローブＭか
らの超音波が停止してもその慣性により俊足時残響振動
して一定時間超音波を発生する（同図）・）。

又、前記プローブＭはマイクロホンとしても作用し、送
信入力が無い間センサ５ＥＮＳの残響信号を電気信号に
変換し切替スイッチＳＷに導く。

一万、スイッチｓｗＶｉ制御パルスが低電位の間、前記
フ″ロープＭからの信号をフィルタＦｉＬを介してＰＬ
Ｌに伝達し、ＰＬＬでは内部の位相比較器ＰＤにおいて
電圧制御発振器■ＣＯ出力と前記フィルタＦＩＬからの
信号との位相比較を行ない１両者が同位相即ち、同一周
波数になるように■ＣＯ周波数を制御してロックインす
る。

従ってロックインした状態においてＰＬＬ出力周波数を
カウンタＣ０ＬＩＮＴにて測定すれば前記センサ８ＥＮ
Ｓの共振周波数を知ることができ。

センサの共振周波数と温度との関係が既知であれば被測
定体内部の温度を検知することができる。

（発明の目的） 本発明は上述の超音波を利用した温度測定回路の具体的
な構成に関するものであって、センサに照射する超音波
信号源の発生と、該センサからの超音波信号検出とを一
つの７エーズロツクルーズ（ＰＬＬ）回路にて行ない得
ろ工うにした測定回路を提供することを目的とする。

（発明の概要） このため本発明では前記フェーズロックループ回路（Ｐ
ＬＬ）Ｋ於ける位相比較器Ｐ、Ｄと電圧制御発振器■Ｃ
Ｏとの間に制御電圧ホールド回路即ち１位相比較器Ｐ−
Ｄから出力する直流電圧値を所定タイミングでホールド
する回路を設けると共に、前記プローブを介して超音波
を出力する期間は該制御電圧ホールド回路からの電圧に
よってＶＣＯを制御するよう構成する。

（実施例） 以下図示した実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。本
実施例が従来と異なるのはフェーズロックループＰＬＬ
’の内部構成であって２位相比較器ＰＤと電圧制御発振
器ＶＣＯとの間にホールド回路■・ＨＯＬＤと切替スイ
ッチＳＷＩ、を含むと共に、前記スイッチＳＷ１をタイ
マ回路’ｌ’ＩＭＥ出力によって制御することを特徴と
する。

ここでホールド回路■・ＨＯＬＤＦｉ第２図に示すよう
にサンプリング値ホールド回路（例えばＮＥＣｇｌｌｌ
Ｊｃ　３９８１ｃ）　ＬＣを含み、このＩＣノ入力■に
ローパスフィルタＬＰＦの出力を印加したものであって
、その出力を■ＣＯ入力端に設けた切替スイッチＳＷの
一端に接続する。

又、該スイッチＳＷの他方切替端子は前記ＬＰＦ出力を
接続し、ＶＣＯ入力としてこのＬＰＦ出力と前記ホール
ド回路Ｖ＠ＨＯＬＤ出力のいづれか一万をタイマ’ｌ’
ＩＭＥによって選択するよう構成する。その他の部分の
構成と動作は第７図に示したものとはソ同一であるので
その説明を省略し、前記ＰＬＬ’部及びこれに関連する
部分についてのみ説明する。

第２図は前記第１図に示した本発明の一実施例の動作を
説明するための信号波形図であって。

（イ）はタイマ’ｌ’ＩＭＥ出力信号、仲）はＰＬＬ’
のホールド回路■・ＨＯＬＤ出力電圧を示し、前記ビ）
のパルスの高電位時に前記スイッチＳＷを介してＰＬＬ
’からの高周波信号がプローブＭに印加され、核部に於
いて超音波に変換されたのちセンサ８ＥＮＳに照射され
る。

これと同時に前記ＰＬＬ’のスイッチＳＷ１はホールド
回路■・ＨＯＬ　Ｄ　１１１に切替シ、該スイッチＳＷ
ｌが切替る直前の位相比較器ＦＤ出力電圧にてＶＣＯが
制御され固定した周波数信号がスイッチＳＷ及びプロー
ブを介して出力される。

この結果ｖＣＯ出力周波数は前記（ロ）の制御電圧値の
変化に伴なって変化し、送信時は固定的に又、受信時は
センサ５ＢＮＳからの周波数に追従した周波数に制御さ
れる。（同図ハ）従って、前記センサ５ＥＮＳの共振周
波数変化が著しく急峻でない限シ、即ち受信に切替った
瞬時の■ＣＯ出力周波数とその時のセンサ５ＥＮＳの共
振周波数との差がＰＬＬ回路のロックインレンジを越え
ない範囲にある限勺、受信開始後所要時間後には、ＰＬ
Ｌ回路がその時のセンサ５ＥＮＳの共振周波数にロック
インするから、はぼ連続してセンサの共振周波数を検知
することができる。

拘、プローブＭから発射される信号波形は同図に）、又
センサ５ＥＮＳの振動波形及びその残響抽出信号波形は
夫々（ホ）に）となること第７図（ｂ）に示したものと
ほぼ同一である。

同、前記ホールド回路■・ＨＯＬＤ　に用いたサンプリ
ング値ホールド用ＩＣの内部構成の概要を示せば１例え
ば第４図の如くバクファアンプ用直流アンプ２段とその
間のスイッチ８Ｗ２とコンデンサＣａｐとから成シ、入
力する電圧がコンデンサＣａｐに蓄積されて前記スイッ
チが開となって入力ＩＮに印加される電圧が無くなす るとこのコンデンサに蓄積された電圧が所定時間出力０
ＴＪＴ　Ｋ現れる。

従って１間欠的に０Ｎ−ＯＦＦを繰返すスイッチＳＷ動
作に対応してこのＰＬＬ’に入力するセンサからの信号
が速断える期間においても継続してＶＣＯ制御電圧が確
保され、著しい出力周波数の変化が無い。

この構成によれば、一つのＰＬＬ回路を有効に利用して
センサに照射する超音波信号の発生と、該センサからの
信号周波数の検波とを実施することができる。

同、第２図の回路に於いてホールド回路■・ＨＯＬＤの
スルー時の時定数が小さ（ＰＬＬルーズに影響ない場合
にはスイッチＳＷＩを除去し。

直接にＶＣＯとＬＰＦとの間にこれを挿入することもで
きよう。

本発明は次のように変形することもできろ。

第５図は本発明の変形実施例を示す部分的ブロック図で
あって、この例ではＬＰＦとホールド回路■・ＨＯＬＤ
　との間に比較的時定数の大きい（第１のＬＰＦよシ時
定数が大きい）第２のローパスフィルタＬＰＦｔを挿入
したことを特徴とする。

即チ、この第２のローパスフィルｐＬＰＦｔが無い場合
第１のローパスフィルタＬＰＦのみでは高調波成分ある
いは高周波ノイズの除去が完全ではなく、ホールド回路
■・ＨＯＬＤ入力信号中にこれらノイズが混入するとサ
ンプルホールド値にバラツキを生じ真のロックイン電圧
値の抽出が困難である。

この不具合を除去せんとして第１のローパスフィルタの
時定数を大きくしてカットオフ周波数を低くすると、Ｐ
ＬＬのロックインに要する時間が増大するため、センサ
の残響振動中でのロックインが不可能となる。

そこで、第５図に示した如く第１のローパスフィルタＬ
ＰＦ出力を分岐し、ホールド回路に至るルートにのみ作
用する第２のローパスフィルタを設は充分高調波及び高
周波ノイズを低減せしめたのちホールド回路に印加する
よう構成する。

この方法によればＰＬＬループ中の時定数を大きくする
ことなく上記不具合を除去することができろ。

参考までに、具体的数値を示せば、ＶＣＯ出力周波数が
４ＱＫＨｚの場合、第１のローパスフィルタの抵抗Ｒ１
，コンデンサＣ！の値を１にΩ、　　０．１ｆｉＦと設
定したのに対し、第２のローパスフィルタＬＰＦＩのそ
ればＲ１＝　ｌｋΩ、Ｃ＝１　　ｐＦと約１０倍の時定
数をもたせることで好結果を得た。もちろんこれらの値
は他の周辺回路素子値によシ変るから単なる目安にすぎ
ないこと云うまでも々い。

同、より具体的な回路を第６図に示すが、煩雑となるの
で詳細な説明は省略するが、この回路では前記サンプル
値ホールド回路ＩＣの■端子に”タイミングパルスを印
加し、このパルスが高電位となる間該サンプル値ホール
ド回路をスルーにして、その出力にてランプ電圧モニタ
メータＲＡＭＰ−Ｍを駆動するようにしている。

又、同図中ＭＣ４０４４なる集積回路は位相比較器Ｐ、
Ｄの機能を果すものである。

以上説明したのは本発明の一実施例であって。

実施にあたってはこれに限定する必要はなく種々変形が
可能である。

（発明の効果） 本発明は以上説明した如く構成しかつ機能するものであ
るから、送信と受信とを交互に繰返しつつセンサの共振
周波数を検知する場合。

つのフェーズロックループを有効に共用しつつ正確に実
行することができ、装置の簡素化及び制御の単純化がは
かるうえで効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図。 第２図は前記第１図の一部を具体的に例示したブロック
図、第３図は第１図に示した装置の動作を説明する信号
波形図、第４図は本発明の変形実施例を示す部分的ブロ
ック図、第５図は本発明の他の実施例を示す部分的回路
図、第６図は本発明のよシ具体例を示す部分的回路図、
第７図（ａｔ及び（ｂ）は従来の測定回路ブロック図と
信号波形図である。 ８ＥＮＳ・・・・・・・・・センサ、　　　Ｍ・・・・
・・・・・７’ｏ−プ、　　　　ＳＷ、８Ｗ１・・・・
曲・スイッチ。 ＦＩＬ・・・・・・・・・フィルタ、　　　　ＬＰＦ、
ＬＰＦ　ｌ−・・川・ローパスフィルタｅ　　　　Ｐ＠
Ｄ・・・・・・・・・位相比較器、　　　　ＶＣＯ・・
・・・・・・・電圧制御発振器■・ＨＯＬＤ・・・・・
・・・・ホールド回路。 ’［’１ＭＥ・・・・・・・・・タイマ。 特許出願人　　東洋通信機株式会社 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定体中に埋込か又はそれに当接して、共振周
   波数が温度依存性を有する超音波或は電磁波共振器セン
   サを位置せしめると共に、該センサ近傍に配したプロー
   ブを介して前記センサに超音波又は電磁波を間欠的に照
   射することによって前記センサを励振せしめ、その残響
   振動エネルギを導出して該センサの共振周波数を検知し
   、もって前記被測定体の温度を測定する装置に於いて、
   前記プローブには位相比較器とローパス・フィルタと可
   変電圧発振器とをループ接続したフェーズロックループ
   と、該フェーズロックループの入出力端と前記プローブ
   とを接続する切替スイッチと、前記フェーズロックルー
   プ中のローパスフィルタと可変電圧制御発振器との間に
   挿入したサンプリング値ホールド回路出力を当該フェー
   ズロックループに前記センサから導出した信号が入力さ
   れない間の前記可変電圧制御発振器の制御電圧としたこ
   とを特徴とする非接触温度測定装置。