JPH0255924A - 非接触温度測定装置に於けるサンプリングホールド回路 - 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に於けるサンプリングホー
ルド回路に関し、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
による超音波周波を検知することによって前記超音波像
動子が置かれた周囲温度を検知する装置に於ける前記照
射超音波信号発生回路の周波数ロック手段に関するもの
である。

（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要としたワイヤレス型が種々の観
点から便利であシ、この温度測定方法としては従来、電
磁波を用いた「温度測定ｉ置」（時開５８−１９０７３
６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、このセンサに間欠的に電磁波を照
射すると共に、電磁波照射を停止する間の前記センサの
残響信号を外部プローブにて抽出してその周波ｖ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シ、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、センサと外部プ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。

同一出願人はこの問題を解決する手段として。

電磁波に代り超音波な利用した測温手段な提案している
（特開昭６２−２７７９８Ｏｒ超音波による非接触温度
／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振
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七の残響
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るかに大きくする
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６図（ａｌに示す
ように、被測定体内部に埋めた水晶振動子センサ近傍に
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７エーズロツクループＰ　Ｌ　Ｌと
１周波数カウンタＣ０ｔＪＮＴとタイマ回路’ｌ’１Ｍ
Ｅとを具え。

前記ＰＬＬ出力の−ｇ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（ｂ）Ｖｉ上上記測定回路プラック動作を説明する
ための信号波形図で、（イ）はタイマ’ｌ’ＩＭＥから
出力されるパルス信号泰、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８ＥＮＳに照射される。

一万、センサ５ＢＮＳでは前記超音波信号に共振して掘
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所定時残響損
動して一定時間超音波を発生する（同図ハ）。

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ＳＷは制御パルスが低電位の間、前記プ
ローブＭからのイｇ＠をフィルタＦＩＬを介してＰＬＬ
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い９両者が同位相即ち、同一周波数
になるように７００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Ｃ０ＵＮ’ｌ’にて測定すれば前記センナ８Ｅ
Ｎ８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
つのフェーズロックループ（ＰＬＬ）回路にて行い得る
ようにした測定回路において該ＰＬＩ、ｉ間欠的にホー
ルドする際の出力周波数の安定化をはかった非接触温度
測定装置に於けるサンプリングホールド回路を折供する
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）に於ける位相比較器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９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
する回路を設けた回路に於いて、該ホールド回路前段に
比較的大きい時定数のローパスフィルタを設け。

前記プローブを介して超音波を出力する期間に前記ｖＣ
Ｏを制御するために導出する前記ホールド回路からの電
圧のバラツキを防止するよう構成する。

（実施例） 以下１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ＰＬ
Ｌ　’の内ｇ構成であって９位相比較器ＰＤと電圧制御
発振器■ＣＯとの間に第２のローパスフィルタＬＰＦ　
１とホールド回路Ｖ−ＨＯＬＤ及び切替スイッチＳＷＩ
　とを直列に挿入すると共に、該切替スイッチＳＷＩを
介して前記第１の０−７４スフイルりＬＰＦ出力と前記
ホールト。

回路Ｖ−ＨＯＬＤ　　との出刃を選択してＶＣＯに入力
するように構成したものである。

ホールド回路■・ＨＯＬＤは第２図に示すようにサンプ
リング値ホールド回路（例えばＮＥＣ製）ｌρｃ　３９
８１ｃ　）ＬＣ？：含み、このｌＣの入力■にローパス
フィルタＬＰＦの出力を第２のローパスフィルタＬＰＦ
Ｉ−介して印加したものであって、その出力をｖＣＯ入
万端に設けた切替スイッチ８Ｗｌ・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第１の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。

第３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’１Ｍｇ出力信号、（ロ）はＰＬＬ
　’のホールド回路■・ＨＯＬＤ出力電圧を示し、前記
（イ）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５ＥＮＳ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■・ＨＯＬＤ（ＩＩＩＩに切替り、該スイッチＳ
ＷＩが切替る直前の位相比較器ＰＤ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
変化に伴って変化し、送信時は固定的に。

又受信時はセンサ５ＥＮＳからの周波数に追従した周波
数に制御される。（同図）・） 従って、前記センサ５ＤＮＳの共振周波数変化が著しく
急峻でない限り、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
シ、受信開始後所要時間後には、ＰＬＬ回路がその時の
センサ５ＥＮ８の共振周波数にロックインするから。

１１は連続してセンサの共振周波数を検知することがで
きる。

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

この場合１位相比較器Ｐ、Ｄの出力端とホールド回路■
・ＨＯＬＤとの間に時定数の異なる第１１第２のローパ
スフィルタＬＰＦ、ＬＰＦ１の２つを配置した理由及び
その作用効果は次の通シである。

即チ、フェーズロックループ中のローパスフィルタＬＰ
Ｆの時定数は、該ループのゲインとロックインレンジあ
るいはチャビタレンジ等諸定数との兼ね合いで自ずと所
定値に決定されるものであるが、この値は比較的時定数
が小さく。

このままの値をホールド回路■・ＨＯＬＤに入力したの
ではそのカットオフ周波数が高く、多くの雑音成分を含
んでいるため、ホールド値にバラツキを生じ、このバラ
ツキに応じてｖＣＯの出力周波数が都度異カっだものと
なる。

即ち、サンプリング会ホールドする毎Ｈｖｃ。

の出力周波数が異なり、極めて不安定なものとなる。

そこで、上述した如くホールド回路■・ＨＯＬＤの前に
比較的時定数の大きい第２のローパスフィルタＬＰＦｓ
を配置したものであって、この際フェーズロックループ
に影響しないように前記第２のローパスフィルタＬＰＦ
　ｌはホールド回路■・）ｔＯＬＤにのみ作用するよう
、第１のローノくスフィルタＬＰＦの出力を２分岐した
うちの一部”ｋ第２のローパスフィルタＬＰＦ　ｔ　１
に介シてホールド回路■・ＨＯＬＤに入力し、他方分岐
出力は直接スイッチ８Ｗ１を経てｖＣＯに伝達するよう
に構成したことを特徴としている。

この構成によれば、ホールド回路Ｖ−ＨＯＬＤに入力す
る信号は第２のローパスフィルタＬＰＦ　ｌにより充分
高調波及び雑音成分が除去されるため、安定しｆｃｌ流
成分成分−ルドされることとなる。

向、前記ホールド回路Ｖ、ｌ−１０ＬＤ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図の如くバッ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υ、
入力する電圧がコンデンサＣａｐＫ”Ｊ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
るとこのコンデンサに蓄積されｆＣ電圧が所定時間出力
０ＬＩＴに現れる。

従って９間欠的に０Ｎ−ＯＦＦを繰返すスィッチ８Ｗ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■ＣＯ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
信号周波数の検出とを実行することができる。

参考までに、具体的数値を示せば、ＶＣＯ出力周波数が
４０ＫＨｚの場合、第１のローノ（スフィルタの抵抗Ｒ
，コンデンサＣ２の値をＩＫΩ。

０、１　／７　Ｆと設定したのに対し、第２のローパス
フィルタＬＰＦ　ｌのそれはＲ２＝ＩＫΩ、Ｃ＝１μＦ
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υ変るから
単なる目安にすぎないこと云うまでもない。

同、より具体的な回路を第５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１ｃ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心安はなく筏々変形が
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、一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図は本発明のより具体例を示す部分的回路
図、第６図（ａｌ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。 ５ＥＮＳ・・・・・・・・・センサ、　　　Ｍ・・・・
・・・・・プローブ、　　　　　ＳＷ、ＳＷｔ・・・・
・中・スイッチ。 ＦＩＬ・・・・・・・・・フィルタ、　　　　ＬＰＦ、
ＬＰＦ　ｌ・・・・・・・・・ローパスフィルタ、　　
　　Ｐ＠ｌ）・・・・・・・・・位相比較器、　　　　
ＶＣＯ・・・・・・・・・電圧制御発振器、　　　　Ｖ
、ｌ０ＬＤ・・・・・・・・・ホールド回路’ｌ’１Ｍ
Ｅ・・・・・・・・・タイマ。 特許出願人　　東洋通信機株式会社

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共振器センサ或は電磁
   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であって、
   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とを具え、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
   力されない間に前記サンプリング値ホールド回路出力を
   前記可変電圧制御発振器の制御電圧とした非接触温度測
   定装置に於いて、前記ローパスフィルタとサンプリング
   値ホールド回路との間に更に、前記ローパスフィルタの
   時定数より大きい時定数をもったローパスフィルタを挿
   入したことを特徴とする非接触温度測定装置に於けるサ
   ンプリングホールド回路。