JP3224295B2 - Temperature measurement device using ultrasonic waves - Google Patents
Temperature measurement device using ultrasonic wavesInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いて領域内
の温度を測定する温度測定装置に関し、詳しくは領域内
における各部の温度、または領域内の平均温度を少ない
超音波素子で正確に測定することができる温度測定装置
に関する。当該装置は、例えば車両に搭載したエアコン
のゾーン空調等、温度監視及び温度制御に係る各種機器
に利用され得る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature measuring device for measuring the temperature in an area by using ultrasonic waves, and more particularly, to accurately measuring the temperature of each part in the area or the average temperature in the area with a small ultrasonic element. The present invention relates to a temperature measuring device capable of measuring the temperature. The device can be used for various devices related to temperature monitoring and temperature control, for example, zone air conditioning of an air conditioner mounted on a vehicle.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来において、超音波を利用した温度測
定装置が知られている。例えば特開平2−171809
号公報には、超音波のビームを2つに分けて、一方を部
屋内の温度測定、他方をエアコン等の温度制御またはオ
ンオフ制御に用いた装置が示されている。この装置は、
装置近傍の例えば手に反射した超音波を受波したときに
機器のオンオフ制御を行い、装置から離れた壁に反射し
た超音波を受波したときに、その伝播時間から部屋内の
温度測定を行っている。また、実開平1−107942
号公報には、部屋の一方の壁に複数の超音波距離計を設
けて、この各距離計の出力信号から部屋内の平均温度を
測定する装置が示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a temperature measuring device using ultrasonic waves. For example, JP-A-2-171809
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-15764 discloses an apparatus in which an ultrasonic beam is divided into two, and one is used for temperature measurement in a room and the other is used for temperature control or on / off control of an air conditioner or the like. This device is
When receiving ultrasonic waves reflected on the hand near the device, for example, it performs on / off control of the device, and when receiving ultrasonic waves reflected on the wall distant from the device, measures the temperature in the room from the propagation time. Is going. In addition, Japanese Utility Model Laid-Open No. 1-107942
The publication discloses a device in which a plurality of ultrasonic distance meters are provided on one wall of a room, and an average temperature in the room is measured from output signals of the respective distance meters.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、部屋内各部の
温度、または領域内の平均温度を測定する場合、例えば
前者のような装置は、超音波の一伝播路上の温度を以て
領域内の平均温度としているので、実際の平均温度との
間に温度差を招いてしまう。また後者のような装置は、
領域内の被測定箇所に応じて複数の測定装置を設ける必
要があり、当然、コスト高となってしまう。However, when measuring the temperature of each part in a room or the average temperature in a region, for example, the former device uses the temperature on one propagation path of the ultrasonic wave to measure the average temperature in the region. Therefore, a temperature difference from the actual average temperature is caused. Also, the latter device is
It is necessary to provide a plurality of measuring devices in accordance with the position to be measured in the area, which naturally increases the cost.
【0004】また両者は、その温度測定課程で超音波の
伝播時間を計測する際、超音波が送波されて受波される
までの時間を差分的に計測しているので、測定された温
度に誤差が含まれてしまう。つまり超音波を受波する
際、超音波の受波レベルが変動するので受波時点を正確
に検出することができず、これによる誤差が最終的に温
度測定値の精度を低下させてしまう。[0004] Further, when measuring the propagation time of the ultrasonic wave in the temperature measurement process, both of them measure the time from when the ultrasonic wave is transmitted to when the ultrasonic wave is received. Contains an error. That is, when receiving the ultrasonic wave, the reception level of the ultrasonic wave fluctuates, so that it is not possible to accurately detect the reception time point, and an error due to this eventually lowers the accuracy of the temperature measurement value.
【0005】そこで本発明は、領域内における複数箇所
の温度を少ない超音波素子で測定できると共に、その各
部の温度が超音波の受波レベルの変動に影響されること
なく正確に測定され得る温度測定装置の提供を目的とす
るものである。[0005] Therefore, the present invention can measure the temperature at a plurality of points in a region with a small number of ultrasonic elements, and can measure the temperature of each part accurately without being affected by the fluctuation of the ultrasonic wave reception level. It is intended to provide a measuring device.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記課
題の解決のために図1に示す形態を採用する。本発明
は、媒体内に設けた超音波素子を用いてこの媒体中各部
の温度を測定する温度測定装置において、上記超音波素
子から媒体内に送波され、同一もしくは異なる上記超音
波素子で受波される各超音波の各伝播距離に基づき、超
音波を送波する送波タイミングと受波する受波タイミン
グとを決定するタイミング決定手段1と、上記超音波素
子で受波される超音波を上記受波タイミングに基づき選
択検出する選択検出手段2と、上記検出された超音波の
送波/受波間における伝播時間を算出するに際し、この
超音波の周期の倍数である波数と、上記検出した超音波
の送波/受波間における位相差とを用いて算出する伝播
時間算出手段3と、この伝播時間を温度に換算する温度
換算手段4と、を設ける。このとき上記超音波素子は、
超音波の送波及び受波において同じ超音波素子を兼用し
てもよい。また、上記伝播時間算出手段3は、超音波の
伝播時間の算出時、今回算出した波数と前回算出した波
数との間の変化量、及び今回検出した位相差と前回検出
した位相差との変化量を算出して、これら各変化量から
今回の波数に対する補正値を算出する手段を更に設ける
ことが好ましい。According to the present invention, an embodiment shown in FIG. 1 is employed to solve the above-mentioned problems. The present invention relates to a temperature measuring device for measuring the temperature of each part in a medium using an ultrasonic element provided in a medium, wherein the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic element into the medium and received by the same or different ultrasonic element. Timing determining means 1 for determining a transmission timing for transmitting an ultrasonic wave and a reception timing for receiving based on each propagation distance of each ultrasonic wave to be transmitted, and an ultrasonic wave received by the ultrasonic element Selection detecting means 2 for selectively detecting the ultrasonic wave based on the reception timing, a wave number that is a multiple of the period of the ultrasonic wave when calculating the propagation time between the transmission and reception of the detected ultrasonic wave, A propagation time calculating means 3 for calculating using the phase difference between the transmitted and received ultrasonic waves and a temperature converting means 4 for converting the propagation time into a temperature are provided. At this time, the ultrasonic element
The same ultrasonic element may be used for both transmission and reception of ultrasonic waves. The propagation time calculating means 3 calculates the change amount between the currently calculated wave number and the previously calculated wave number, and the change amount between the currently detected phase difference and the previously detected phase difference when calculating the ultrasonic wave propagation time. It is preferable to further provide a means for calculating the amount and calculating a correction value for the current wave number from each of these amounts of change.
【0007】[0007]
【作用】上記形態によれば、タイミング決定手段1によ
り決定された送波タイミングで超音波が送波された後、
選択検出手段2において、タイミング決定手段1により
決定された受波タイミングで超音波が各々選択検知され
る。これにより、媒体内をそれぞれ異なる伝播経路で伝
播して到来する各超音波が個々に検出されるので、各超
音波を少数の超音波素子で受波することができ、受波さ
れた各超音波毎にその伝播時間が算出され得る。According to the above embodiment, after the ultrasonic wave is transmitted at the transmission timing determined by the timing determining means,
Ultrasonic waves are selectively detected by the selection detecting means 2 at the reception timing determined by the timing determining means 1. Thereby, since each ultrasonic wave propagating through a different propagation path in the medium is individually detected, each ultrasonic wave can be received by a small number of ultrasonic elements, and each received ultrasonic wave can be received. The propagation time can be calculated for each sound wave.
【0008】また、温度測定に係る各超音波の伝播時間
は、伝播時間算出手段3において、送波された超音波の
周期を基に算出される。本発明において超音波の伝播時
間は、周期を単位とする概略的な時間値、例えば超音波
の送波/受波間の遅延時間を超音波の1周期の整数倍で
表した波数とこの超音波の周期との積で表した概算値
と、周期を時間に換算した詳細な時間値、例えば上記遅
延時間における超音波の位相変化量を超音波の1周期の
範囲で表した詳細値との組合わせにより算出される。上
記概算値の算出に用られる波数は、例えばその単位が超
音波の1周期であるので、超音波の受波レベルが変動し
ても影響を受け難く、また上記詳細値の算出に用られる
位相差は、超音波の受波レベルが変動しても超音波の位
相は変動の影響を受けないので常に位相変化分となる。
このように波数と位相差とを組合わせて伝播時間を算出
することにより、超音波の受波時点を厳密に計測するこ
となく正確な伝播時間を算出することができ、この伝播
時間を基に、例えば公知の関係式を用いて媒体内の各部
温度が測定され得る。The propagation time of each ultrasonic wave related to the temperature measurement is calculated by the propagation time calculating means 3 based on the period of the transmitted ultrasonic wave. In the present invention, the propagation time of an ultrasonic wave is a rough time value in units of a cycle, for example, a wave number obtained by expressing a delay time between transmission / reception of an ultrasonic wave by an integral multiple of one cycle of the ultrasonic wave and the ultrasonic wave. A set of an approximate value represented by a product of the period and a detailed time value obtained by converting the period into time, for example, a detailed value representing the phase change amount of the ultrasonic wave in the above-described delay time in a range of one period of the ultrasonic wave. It is calculated by the combination. The wave number used for calculating the approximate value is, for example, one unit of the ultrasonic wave, so that it is hardly affected even if the reception level of the ultrasonic wave fluctuates. The phase difference is always a phase change because the phase of the ultrasonic wave is not affected by the fluctuation even if the reception level of the ultrasonic wave fluctuates.
By calculating the propagation time by combining the wave number and the phase difference in this manner, it is possible to calculate an accurate propagation time without strictly measuring the reception point of the ultrasonic wave, and based on this propagation time. For example, the temperature of each part in the medium can be measured using a known relational expression.
【0009】また、伝播時間の算出において、超音波が
安定して伝播できる範囲であれば、伝播距離を長く設定
しても、伝播時間を算出するための波数が増えるだけ
で、詳細値を算出するための位相差は、例えば常に超音
波の1周期の範囲内を指示するので、正確に伝播時間が
算出され得る。In the calculation of the propagation time, as long as the ultrasonic wave can be stably propagated, even if the propagation distance is set long, the wave number for calculating the propagation time only increases, and the detailed value is calculated. Since the phase difference to be performed always indicates, for example, within the range of one cycle of the ultrasonic wave, the propagation time can be accurately calculated.
【0010】更に、上記波数補正手段を設けた場合、伝
播時間の算出毎、算出した波数に対してその補正値が生
成される。この補正値は、今回算出した波数と前回算出
したの波数との差に、その間の位相変化による要素が加
味される。例えばその間の位相差の変化量が当該超音波
の1周期を越えた場合、その遅れ又は進みの方向に応じ
て付加される。これにより、受波レベルが大きく変動し
ても正確な波数を得ることができる。またこの補正値
は、補正値自身が識別されることにより、被測定領域内
の急激な温度変化、又は伝播時間の算出課程における異
常等に対して適応され得る。Further, when the wave number correcting means is provided, a correction value is generated for the calculated wave number every time the propagation time is calculated. This correction value includes a difference between the currently calculated wave number and the previously calculated wave number, and an element due to a phase change therebetween. For example, when the amount of change in the phase difference during that period exceeds one cycle of the ultrasonic wave, it is added according to the direction of the delay or advance. As a result, an accurate wave number can be obtained even if the reception level greatly changes. Further, this correction value can be adapted to a sudden temperature change in the measured area, an abnormality in the process of calculating the propagation time, or the like by identifying the correction value itself.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明に係る具体例を添付図面ととも
に詳細に説明する。図2は本発明に係る温度測定装置の
一実施例の全体構成図であり、図3は本装置内各回路に
おける信号のタイムチャート、図4は一温度測定例を示
すタイムチャート、図5および図6は本装置の温度測定
動作のフローチャートである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. 2 is an overall configuration diagram of one embodiment of a temperature measuring device according to the present invention, FIG. 3 is a time chart of signals in each circuit in the device, FIG. 4 is a time chart showing one temperature measuring example, FIG. FIG. 6 is a flowchart of the temperature measurement operation of the present apparatus.
【0012】図2において、本温度測定装置は、送波/
受波兼用の超音波素子10と、超音波を送波させるため
の送波部20と、受波した超音波から受波信号を生成す
る受波部30と、超音波の送受波および温度算出に係る
信号処理を行うマイクロコンピュータ装置40(以下、
単に「MCU」という)とを備えている。また、超音波
が伝播する領域内(本実施例において領域内の媒体は
「空気」である)には、超音波を反射する反射板51,
52,53が設けられている。In FIG. 2, the present temperature measuring device transmits /
An ultrasonic element 10 for both receiving and transmitting, a transmitting unit 20 for transmitting an ultrasonic wave, a receiving unit 30 for generating a receiving signal from the received ultrasonic wave, transmitting and receiving ultrasonic waves and calculating a temperature Microcomputer device 40 that performs signal processing according to
Simply referred to as “MCU”). In the region where the ultrasonic wave propagates (in this embodiment, the medium in the region is “air”), a reflecting plate 51 that reflects the ultrasonic wave is provided.
52 and 53 are provided.
【0013】まず送波部20を説明する。送波部20
は、分周回路21,送波ゲート回路22,駆動回路23
とを備えている。分周回路21は、MCU40のEパル
スを入力して、例えば40KHzの基準パルス(基準信
号)を生成する。送波ゲート回路22は、MCU40か
らの送波タイミング信号に基づき、基準信号と同期する
送波ゲート信号を生成する。駆動回路23は、送波ゲー
ト信号と基準信号とのアンドにより駆動信号を生成し、
超音波素子10をパルス駆動して超音波を送波させる。First, the wave transmitting section 20 will be described. Transmitter 20
Is a frequency dividing circuit 21, a transmission gate circuit 22, a driving circuit 23
And The frequency dividing circuit 21 receives the E pulse of the MCU 40 and generates, for example, a 40 KHz reference pulse (reference signal). The transmission gate circuit 22 generates a transmission gate signal synchronized with the reference signal based on the transmission timing signal from the MCU 40. The drive circuit 23 generates a drive signal by ANDing the transmission gate signal and the reference signal,
The ultrasonic element 10 is pulsed to transmit ultrasonic waves.
【0014】また、媒体中の各反射板51,52,53
は、超音波が各々異なる伝播経路L 1 ,L2 ,L3 を構
成するように、媒体内の適宜箇所に固定配置されてい
る。各経路における伝播距離は、例えば予め距離が設定
されているフレーム内、あるいは通常の測量機器等によ
り測定され、その値がMCU40に予め入力される。ま
た反射板の角度等は、当該装置における受波レベルの感
度と共に予め調整されている。Each of the reflectors 51, 52, 53 in the medium
Means that the ultrasonic waves have different propagation paths L 1, LTwo, LThreeBe composed
Fixed at appropriate places in the medium so that
You. For the propagation distance in each route, for example, the distance is set in advance
Within the frame being measured or by ordinary surveying equipment
The measured value is input to the MCU 40 in advance. Ma
The angle of the reflecting plate, etc.
It is adjusted in advance with the degree.
【0015】次に、受波部30について説明する。受波
部30は、増幅回路31,受波検知回路32,マスク回
路33,遅延時間検出回路34,位相差検出回路35と
を備えている。各反射板で反射した超音波は、伝播経路
毎に時間差をもって素子10に到達する。各超音波は、
超音波素子10で電気信号に変換された後、増幅回路3
1で増幅されて受波信号となる。各受波信号は、更に受
波検知回路32に入力されて波形整形され、受波検知信
号となる。受波検知信号はマスク回路33に入力され、
反射板毎に選択検知される。マスク回路33は、各超音
波の伝播距離に応じて設定される受波タイミングに従っ
てマスク時間を設定し、このマスク時間にわたり受波検
知信号の取り込みを阻止する。このマスク時間は、超音
波の送波後、検知すべき超音波が受波されるまでの時間
よりも幾分短い時間で設定される。マスク回路33は、
マスク時間の経過後、受波検知信号を取り込み、このと
き最初に取り込んだ受波検知信号を選択する。Next, the wave receiving section 30 will be described. The wave receiving unit 30 includes an amplification circuit 31, a wave detection circuit 32, a mask circuit 33, a delay time detection circuit 34, and a phase difference detection circuit 35. The ultrasonic wave reflected by each reflector reaches the element 10 with a time difference for each propagation path. Each ultrasound
After being converted into an electric signal by the ultrasonic element 10, the amplification circuit 3
The signal is amplified by 1 and becomes a received signal. Each of the received signals is further input to the received wave detection circuit 32 to be shaped into a received wave detection signal. The received wave detection signal is input to the mask circuit 33,
The selection is detected for each reflector. The mask circuit 33 sets a mask time according to the reception timing set according to the propagation distance of each ultrasonic wave, and prevents the reception of the reception detection signal over the mask time. This mask time is set to a time slightly shorter than the time from the transmission of the ultrasonic wave to the reception of the ultrasonic wave to be detected. The mask circuit 33
After the elapse of the mask time, the received wave detection signal is fetched, and the first received wave detection signal is selected at this time.
【0016】選択検知された受波検知信号は、遅延時間
検出回路34(以下略して「時間検出回路」という)及
び位相差検出回路35に入力される。時間検出回路34
は、この検知信号の立上がり時を検出して超音波の受波
時を推定する。そして当該超音波の送波時と受波時との
時間差から遅延時間を検出する。一方、位相差検出回路
35は、当該検知信号の受波信号をパルス化した後、上
記基準信号と比較して、その位相差信号を生成する。こ
の位相差信号は、例えばMCUのEパルスといった十分
高い周波数で変調され、そのパルスがカウントされる。
上記遅延時間および位相差の各信号はMCU40に取り
込まれる。The received wave detection signal that has been selectively detected is input to a delay time detection circuit 34 (hereinafter simply referred to as a "time detection circuit") and a phase difference detection circuit 35. Time detection circuit 34
Detects the time when the detection signal rises and estimates the time when the ultrasonic wave is received. Then, the delay time is detected from the time difference between the transmission and reception of the ultrasonic wave. On the other hand, the phase difference detection circuit 35 generates a phase difference signal by pulsing the received signal of the detection signal and comparing the pulse with the reference signal. This phase difference signal is modulated at a sufficiently high frequency, for example, an MCU E pulse, and the pulse is counted.
Each signal of the above-mentioned delay time and phase difference is taken into MCU40.
【0017】MCU40は、後述の演算処理により上記
遅延時間及び位相差から当該超音波の伝播時間を算出
し、係る伝播時間から媒体中の温度を算出する。算出さ
れた温度測定結果は表示回路61に信号出力され、例え
ば7セグメントの表示器にデジタル表示される。また温
度測定結果は、移信回路62を介して他の関連装置にも
移信され得る。The MCU 40 calculates the propagation time of the ultrasonic wave from the delay time and the phase difference by a calculation process described later, and calculates the temperature in the medium from the propagation time. The calculated temperature measurement result is output as a signal to the display circuit 61 and digitally displayed, for example, on a 7-segment display. Also, the temperature measurement result can be transferred to other related devices via the transfer circuit 62.
【0018】次に、図3により上記各回路で生成される
信号を説明する。まず図3(a)は分周回路21で生成
される40KHzの基準信号を示し、図3(b)は送波
ゲート回路22で生成される送波ゲート信号である。送
波ゲート信号は基準信号と同期しており、基準信号の周
期の整数倍に設定される。図3(c)は送波ゲート回路
22から駆動回路23に出力される駆動信号を示し、基
準信号と送波タイミング信号とのANDにより生成され
る。この駆動信号により超音波素子が駆動され、超音波
が送波される。Next, the signals generated by the above circuits will be described with reference to FIG. First, FIG. 3A shows a 40 KHz reference signal generated by the frequency dividing circuit 21, and FIG. 3B shows a transmission gate signal generated by the transmission gate circuit 22. The transmission gate signal is synchronized with the reference signal and is set to an integral multiple of the period of the reference signal. FIG. 3C shows a drive signal output from the transmission gate circuit 22 to the drive circuit 23, and is generated by ANDing the reference signal and the transmission timing signal. The ultrasonic element is driven by this drive signal, and an ultrasonic wave is transmitted.
【0019】図3(d)は、送波された超音波が3つの
反射板にそれぞれ反射した後、同じ超音波素子に受波さ
れ、増幅回路で増幅された受波信号A,B,Cを示して
いる。1回の超音波送波に対して各受波信号は、伝播距
離に応じて時間差をもち、伝播距離の短い順番に並んで
いる。本実施例の場合、送受波を同じ超音波素子で行っ
ているので、受波信号の周波数は上記基準信号の周波数
と適合している。各受波信号A,B,Cは受波検知回路
で閾値処理され、図3(e)に示すパルス状の位相信号
に変換されると共に、一方で積分され、図3(f)に示
す受波検知信号となる。FIG. 3D shows the received signals A, B, and C which are transmitted by the same ultrasonic element after the transmitted ultrasonic wave is reflected by three reflecting plates, respectively, and amplified by the amplifier circuit. Is shown. For each ultrasonic transmission, each received signal has a time difference according to the propagation distance, and is arranged in the order of the shortest propagation distance. In the case of the present embodiment, since the transmission and reception are performed by the same ultrasonic element, the frequency of the reception signal matches the frequency of the reference signal. Each of the received signals A, B, and C is subjected to threshold processing in a received wave detection circuit, converted into a pulse-like phase signal shown in FIG. 3E, and integrated on the other hand, and received as shown in FIG. It becomes a wave detection signal.
【0020】以下、図3(g)〜(i)は、上記各受波
検知信号における中央の受波検知信号Bについて、すな
わち各反射板の内、第2番目に短い伝播距離L2 を構成
する反射板を通して到来した超音波について、その伝播
時間を算出する例を示す。マスク回路は、所望の超音波
を検出するために、超音波の送波時から一定時間、マス
ク回路からの出力を遮断するように働く。このマスク時
間は、図3(g)に示すように、当該超音波の到達時よ
りも幾分短い時間で設定されている。[0020] Hereinafter, FIG. 3 (g) ~ (i) is configured for central reception detection signal B at the respective wave receiving detection signals, i.e., among the reflector, a short propagation distance L 2 to the second An example of calculating the propagation time of an ultrasonic wave arriving through a reflecting plate that makes a transition will be described. The mask circuit works so as to cut off the output from the mask circuit for a certain period of time from the transmission of the ultrasonic wave in order to detect a desired ultrasonic wave. The mask time is set to a time slightly shorter than the time when the ultrasonic wave arrives, as shown in FIG.
【0021】このマスク時間、すなわち受波タイミング
の設定について説明する。この受波タイミングは、送波
タイミングと共に、測定前、例えば超音波の送波時間,
伝播距離,測定温度範囲,反射板数等を基にMCUで設
定される。一例として、まず、一定温度の媒体中に一定
伝播距離を構成する反射板を設けて一定時間の超音波を
送波したときの受波検知信号幅を想定し、更に当該装置
の測定温度範囲に基に受波検知信号幅の最大幅を算定す
る。これにより1つの超音波当たりの受波検知信号の最
大幅が決定される。次にこの最大幅を基に、隣合う受波
検知信号間の間隔が適宜設定される。この間隔の設定に
は適当な余裕が設けられ、隣合う受波検知信号同志が重
複しないように考慮される。この間隔設定は、同時に各
反射板の配置寸法の範囲を規定するものとなる。The setting of the mask time, that is, the reception timing will be described. The reception timing is, together with the transmission timing, before measurement, for example, the ultrasonic transmission time,
It is set by the MCU based on the propagation distance, the measurement temperature range, the number of reflectors, and the like. As an example, first, a reflection plate constituting a constant propagation distance is provided in a medium at a constant temperature, and a reception detection signal width when an ultrasonic wave is transmitted for a predetermined time is assumed. The maximum width of the received wave detection signal width is calculated based on this. Thereby, the maximum width of the received wave detection signal per ultrasonic wave is determined. Next, based on the maximum width, an interval between adjacent reception detection signals is appropriately set. An appropriate margin is provided for the setting of this interval, and it is considered that adjacent reception detection signals do not overlap each other. This interval setting simultaneously defines the range of the arrangement size of each reflector.
【0022】反射板の配置が適宜設定されて各伝播距離
が測定されると、受波タイミングは、各伝播距離に応じ
て例えば超音波の送波時から、当該超音波の受波検知信
号における最も早い立上がり時の少し前までの時間で設
定される。また、送波タイミングは、上記受波検知信号
の最大幅及びその間隔と、反射板の数とが考慮されて決
定される。例えば、超音波の周波数を40KHz、送波
時間を125μs、測定温度範囲を−50℃から100
℃としたとき、伝播距離は、各反射板による伝播距離の
差の最小値を30cmとして各々1.0m、2.0m、
2.3mと設定され得る。When the propagation distances are measured by appropriately setting the arrangement of the reflection plate, the reception timing is determined according to each propagation distance, for example, from the transmission of the ultrasonic wave to the reception detection signal of the ultrasonic wave. The time is set shortly before the earliest rise. The transmission timing is determined in consideration of the maximum width and the interval of the reception detection signal and the number of the reflection plates. For example, the frequency of the ultrasonic wave is 40 KHz, the transmission time is 125 μs, and the measurement temperature range is from −50 ° C. to 100 ° C.
° C., the propagation distance is 1.0 m, 2.0 m, respectively, assuming that the minimum value of the difference in the propagation distance by each reflector is 30 cm.
It can be set to 2.3 m.
【0023】このようにマスク回路には受波タイミング
が与えられ、図3(g)のように、受波検知信号Aが最
も遅く消滅すると想定された時間と、検知信号Bが最も
早く立上がると想定された時間との間でマスク時間が決
定されている。これによりマスク回路は、このマスク時
間の経過後、最初に立ち上がる検知信号Bを選択検知す
る。As described above, the reception timing is given to the mask circuit, and as shown in FIG. 3 (g), the time at which the reception detection signal A is assumed to disappear at the latest, and the detection signal B rises earliest. The mask time is determined between the time assumed and. Thus, the mask circuit selectively detects the detection signal B which rises first after the lapse of the mask time.
【0024】検知信号Bの検知後、時間検出回路は、送
波ゲート信号の立上がり時から検知信号Bの立上がり時
までの時間を遅延時間として検出し、遅延時間信号をM
CUに入力する(図3(h))。また、図3(i)は位
相差検出回路で生成される位相差信号を示し、検知信号
Bの立上がり時から所定パルス経過後、図3(a)に示
した基準信号の立上がり時を基準にして、図3(e)の
位相信号Bとの位相差から生成される。この位相差信号
はその後、Eパルスで変調され、カウンタで計数され
る。計数された位相差信号(図示せず)は、更に2進コ
ードに変換され、MCUに入力される。After the detection of the detection signal B, the time detection circuit detects the time from the rise of the transmission gate signal to the rise of the detection signal B as a delay time, and detects the delay time signal as M.
Input to the CU (FIG. 3 (h)). FIG. 3 (i) shows a phase difference signal generated by the phase difference detection circuit. After a predetermined pulse elapses from the rise of the detection signal B, the reference is made based on the rise of the reference signal shown in FIG. 3 (a). Thus, it is generated from the phase difference from the phase signal B in FIG. This phase difference signal is then modulated with an E pulse and counted by a counter. The counted phase difference signal (not shown) is further converted into a binary code and input to the MCU.
【0025】次に、このように1つの受波検知信号が検
出され、係る遅延時間及び位相差が算出された後、当該
検出された超音波の伝播時間tを算出する課程を説明す
る。MCUは、例えばこの遅延時間値を当該超音波の1
周期の倍数に換算し、その値の整数部を波数nとして伝
播時間の算出に用いる。またMCUは、上記計数された
位相差を上記1周期の範囲内の時間dpに換算して伝播
時間の算出に用いる。この伝播時間tの算出に係る関係
式を式(1)に示す。 t=(n+α)・T+dp …(1) n:波数 α:波数の補正値 T:超音波の周期(周波数fの逆数:1/f) dp:位相差からの換算値 尚、波数nは、関数int(τ/T)により整数で算出
され、τは遅延時間である。Next, a process of calculating the propagation time t of the detected ultrasonic wave after one received wave detection signal is detected and the delay time and the phase difference are calculated as described above will be described. The MCU sets this delay time value to, for example, 1
It is converted to a multiple of the period, and the integer part of the value is used as the wave number n for calculating the propagation time. Further, the MCU converts the counted phase difference into a time dp within the range of the one cycle, and uses it for calculating the propagation time. Equation (1) shows a relational expression for calculating the propagation time t. t = (n + α) · T + dp (1) n: wave number α: correction value of wave number T: period of ultrasonic wave (reciprocal of frequency f: 1 / f) dp: conversion value from phase difference It is calculated as an integer by the function int (τ / T), where τ is a delay time.
【0026】上式において(n+α)は補正された波数
値を示しており、伝播時間の測定中、当該超音波の受波
レベルの変化等により波数nが変動したとき、波数補正
値αにより補償されたものである。波数補正値αは、係
る伝播時間の算出時、波数を算出する毎に算出され、以
下の〔表1〕のように決定される。そして上記(n+
α)・Tは、当該超音波の周期を単位とする伝播時間の
概算値を示し、上記dpは、同周期の範囲内における伝
播時間の詳細値を示している。In the above equation, (n + α) represents the corrected wave value. When the wave number n fluctuates due to a change in the reception level of the ultrasonic wave during the measurement of the propagation time, compensation is made by the wave number correction value α. It was done. When calculating the propagation time, the wave number correction value α is calculated every time the wave number is calculated, and is determined as shown in Table 1 below. And the above (n +
α) · T indicates an approximate value of the propagation time in units of the period of the ultrasonic wave, and dp indicates a detailed value of the propagation time within the same period.
【0027】 [0027]
【0028】上記[表1]における波数補正値αの算出
方法を説明する。[表1]は、上記図2に示した各伝播
路L1〜L3の内、第2の伝播路L3(L=2)から到来
する超音波についての例を示したものである。まず波数
補正値α2Kを算出するために、当該超音波における波数
および位相の各初期値n20,dp20(K=0)を決定す
る。初期値n20,dp20は、本温度測定の前、遅延時間
を検出するための超音波の送受波が所定回数繰り返され
て決定される。波数の初期値n20は、一連の送受波によ
り伝播路毎に到来する各超音波の内、当該超音波に関す
る所定回数分の波数を算出して、その平均値から決定さ
れる。また、位相差の初期値dp20は、上記一連の送受
波が反復されるとき、当該反復送受波の最後に検出した
位相差から決定される。即ち、波数は受波レベルの影響
が皆無ではないので、少しでも精度を向上させるべく、
波数の初期値を平均値で求めているのに対して、位相差
は、原理的に受波レベルの影響は受けないので常に正し
い値が得られ、従って、以降の計算においても、常に最
新の値が使われる。そして、以降の計測との整合性を考
慮すると、初期値(第1回目の測定値)で計算されるの
は、初期値計測終了時点における温度であり、従って、
位相差の初期値dp 20 として、最後に検出された位相差
を使用するのである。尚、波数補正値自身の初期値α20
は「0」である。また、他の伝播経路L1,L3に係る超
音波の各初期値n10,n30及びdp10,dp30について
も、算出方法は同様である。このように各初期値の算出
後、本温度測定に係る伝播時間の算出動作が開始され
る。係る伝播時間の算出中、各波数補正値αLKは、対応
する各超音波の伝播時間から波数が算出されると同時に
算出される。A method of calculating the wave number correction value α in Table 1 will be described. [Table 1], among the propagation path L 1 ~L 3 shown in FIG. 2 illustrates an example of the ultrasonic waves coming from the second propagation path L 3 (L = 2). First, in order to calculate the wave number correction value α 2K , the initial values n 20, dp 20 (K = 0) of the wave number and the phase in the ultrasonic wave are determined. The initial value n 20, dp 20, the front of the temperature measurement, transmission and reception ultrasonic waves for detecting delay time is determined by repeating a predetermined number of times. The initial value n 20 of the wave number, among the ultrasound arriving at each propagation path by a series of transmission and reception waves, by calculating the wave number of the predetermined number of times concerning the ultrasound, is determined from the average value. The initial value dp 20 of the phase difference, when the series of transmission and reception wave is repeated, is determined from the phase difference detected at the end of the iteration wave transceiver. That is, the wave number is affected by the reception level.
Is not absent, so to improve the accuracy even a little,
Although the initial value of the wave number is determined by the average value, the phase difference
Is always correct because it is not affected by the reception level in principle.
Value, and therefore always the highest value in subsequent calculations.
The new value is used. Consideration of consistency with subsequent measurements
Considering this, the initial value (the first measurement)
Is the temperature at the end of the initial value measurement, and
The phase difference detected last as the initial value of the phase difference dp 20
Is used. The initial value α 20 of the wave number correction value itself
Is “0”. The calculation method is the same for the initial values n 10 and n 30 and dp 10 and dp 30 of the ultrasonic waves related to the other propagation paths L 1 and L 3 . After the calculation of each initial value, the operation of calculating the propagation time according to the main temperature measurement is started. During the calculation of the propagation time, each wave number correction value α LK is calculated at the same time as the wave number is calculated from the propagation time of each corresponding ultrasonic wave.
【0029】以下〔表1〕は、L2 を伝播する超音波に
おける伝播時間の1回目、2回目、…k回目の算出時、
算出された波数n21〜n2kに対する波数補正値α21〜α
2kの算出方法を示している。例えば第1回目の波数n21
に対する波数補正値α21は、初期値n20+α20と波数n
21との差に、今回検出した位相差が初期位相差dp20と
比べて1周期変化している場合、その位相変化の方向に
応じて「+1」または「−1」の付加値(〔表1〕では
(±1)で示す)が加えられたものとなる。The following Table 1 shows the first, second,..., K-th calculation of the propagation time of the ultrasonic wave propagating in L 2 .
Wave number correction values α 21 to α for the calculated wave numbers n 21 to n 2k
The method for calculating 2k is shown. For example, the first wave number n 21
Is the wave number correction value α 21 for the initial value n 20 + α 20 and the wave number n
If the phase difference detected this time has changed by one cycle compared to the initial phase difference dp 20 , an additional value of “+1” or “−1” ([Table 1] (indicated by (± 1)).
【0030】この付加値は、係る伝播時間の算出時、検
出した位相差の変化量が、例えば超音波の1/2周期以
上となる場合、全体的な位相差が超音波の1周期を越
え、1波数だけ増減したと見なして付加するようにして
もよいし、あるいは、検出した位相差の変化量の累積値
が当該超音波の1周期を越えるときに付加されようにし
てもよい。つまり位相差の基準である上記基準信号の起
点から見て、1周期の範囲にわたり位相差が変化し、位
相差の累積値が位相の遅れ方向に通過した場合(2π側
から0側)「+1」が付加され、反対に位相の進み方向
に通過した場合(0側から2π側)「−1」が付加され
る。尚、いずれの方向にも通過していない場合、付加値
は「0」である。またこの付加値は、伝播時間の算出毎
に検出される計数化された位相差値を基に、その累積値
が判別されることによって付加されてもよい。When the amount of change in the detected phase difference is, for example, equal to or more than 周期 cycle of the ultrasonic wave at the time of calculating the propagation time, the total phase difference exceeds one cycle of the ultrasonic wave. It may be added assuming that it has increased or decreased by one wave number, or may be added when the cumulative value of the detected amount of change in the phase difference exceeds one cycle of the ultrasonic wave. In other words, when the phase difference changes over one cycle as viewed from the starting point of the reference signal, which is the reference of the phase difference, and the accumulated value of the phase difference passes in the phase delay direction (from 2π side to 0 side), “+1” Is added. On the contrary, when the light beam passes in the leading direction of the phase (from the 0 side to the 2π side), “−1” is added. Note that the additional value is “0” when the light does not pass in any direction. The additional value may be added by determining the accumulated value based on the counted phase difference value detected each time the propagation time is calculated.
【0031】これにより波数n21に対する補正後の波数
n21+α21は、n20(±1)となることが分かる。これ
は初期値n20に、位相の変化に応じて付加値が加えられ
たものに相当し、上式(1)の(n+α)に適用され
る。The wave number n 21 + alpha 21 after correction Thereby against wave number n 21, it is seen that the n 20 (± 1). This initial value n 20, and corresponds to the additional value is added in accordance with the change in phase is applied to the above equation (1) (n + α) .
【0032】その後、同様に波数補正値が算出され、波
数n2Kに対する波数補正値α2kは、〔表1〕に示すよう
に、n2(k-1)+α2(k-1)−n2k(±1)となる。その結
果、波数n2kに対する補正後の波数(n2k+α2k)は、
実際上、n20+Σ(±1)となることがわかる。すなわ
ち波数の初期値n20に、これまでの付加値の総和が加え
られた値となる。Thereafter, the wave number correction value is calculated in the same manner, and the wave number correction value α 2k for the wave number n 2K is, as shown in Table 1, n 2 (k−1) + α 2 (k−1) −n 2k (± 1). As a result, the wave number of the corrected against wave number n 2k (n 2k + α 2k ) is
In practice, it can be seen that n 20 + Σ (± 1). That is, wave number initial value n 20 of the sum is added the value of the addition value so far.
【0033】このように補正値αを用いて伝播時間tを
算出した例を図4に示す。図4は、超音波の周波数が4
0KHz、当該超音波上の被測定媒体の温度が時間x0
からx3 の間で低下し、時間x3 からx6 の間で上昇し
ている状態を示している。図4において、x0 からx3
の間では、温度の低下により超音波の伝播速度が遅くな
るので位相差dpが徐々に増加(位相遅れ方向)してお
り、反対にx3 からx6 の間では、媒体温度が上昇して
超音波の伝播速度が早くなるので徐々に減少(位相進み
方向)している。また、位相差dpが超音波の周期に相
当するx1 ,x2 及びx4 ,x5 においては、波数補正
値αに付加値(+1または−1)が付加されている。波
数nは、図のように受波レベルの変化により変動してい
るが波数補正値αにより補正され、補正後の波数n+α
には変動の影響が現れていない。この結果、伝播時間t
は、波数n+αと位相差dpの和、すなわち波数n0 +
Σ(±1)と位相差dpの和で表され、媒体の温度変化
に追従している。FIG. 4 shows an example of calculating the propagation time t using the correction value α in this manner. FIG. 4 shows that the frequency of the ultrasonic wave is 4
0 KHz, the temperature of the medium to be measured on the ultrasonic wave is time x 0
It decreased between x 3 from shows a state has risen between the time x 3 in x 6. In FIG. 4, x 0 to x 3
Between, the propagation speed of the ultrasonic wave is delayed by a decrease in temperature is gradually increased phase difference dp is (phase lag direction), between the x 3 of x 6 in opposite, the medium temperature is increased Since the propagation speed of the ultrasonic wave increases, the ultrasonic wave gradually decreases (phase leading direction). Further, at x 1 , x 2 and x 4 , x 5 where the phase difference dp corresponds to the period of the ultrasonic wave, an additional value (+1 or −1) is added to the wave number correction value α. The wave number n fluctuates due to the change in the reception level as shown in the figure, but is corrected by the wave number correction value α, and the corrected wave number n + α
Does not show the effects of fluctuations. As a result, the propagation time t
Is the sum of the wave number n + α and the phase difference dp, that is, the wave number n 0 +
It is represented by the sum of Σ (± 1) and the phase difference dp, and follows the temperature change of the medium.
【0034】このように伝播時間tは、実質的に波数n
0 +Σ(±1)と位相差dpの和で表すことができる。
しかし、もし初期値n0 にズレがあると、そのズレがそ
のまま測定誤差となってしまうことが考えられる。そこ
で本実施例では、所定数の波数補正値を算出毎にその平
均値α*を判別して、初期値n0 のズレを評価してい
る。波数補正値αは、通常、波数が理想的に算出されて
いれば初期値「0」のままであるが、実際は受波レベル
の変動により増減する。しかし上述のように波数補正値
αを算出すると、その平均値α*は、常に「0」周辺で
推移するはずである。これにより、平均値α*がプラス
又はマイナスに偏ることを検出して異常を識別すること
ができる。そして、もし異常が検出された場合には、波
数の初期値n0 は再計測され、新しい初期値に更正され
る。また、このように波数補正値を評価することによ
り、被測定媒体の温度が一時的に極めて急激な変化をし
ても、その変化に対して初期値が適応され得る。Thus, the propagation time t is substantially equal to the wave number n
It can be represented by the sum of 0 + Σ (± 1) and the phase difference dp.
However, if there is a deviation in the initial value n 0 , the deviation may directly become a measurement error. Therefore, in the present embodiment, the average value α * is determined each time a predetermined number of wave number correction values are calculated, and the deviation of the initial value n 0 is evaluated. Normally, the wave number correction value α remains at the initial value “0” if the wave number is ideally calculated, but actually increases or decreases due to a change in the reception level. However, when the wave number correction value α is calculated as described above, the average value α * should always change around “0”. Thus, the abnormality can be identified by detecting that the average value α * is biased toward plus or minus. If an abnormality is detected, the initial value of the wave number n 0 is re-measured and corrected to a new initial value. Further, by evaluating the wave number correction value in this manner, even if the temperature of the medium to be measured temporarily changes extremely rapidly, the initial value can be applied to the change.
【0035】次に、以上示した本温度測定装置における
MCUの一連の動作について、図5および図6に示した
フローチャートで説明する。図5は、上記波数補正値α
LKの各初期値算出に係る動作フローチャートを示してお
り、まず第1の伝播路L1 における波数補正値の各初期
値nL0,dpL0が算出され、以後、順番に各伝播路
L2 ,L3 毎、波数補正値の各初期値が算出される課程
を示している。最初のステップ100は初期設定を示し
ており、装置に電源が投入されると同時に装置全体がリ
セットされ、その後、測定温度範囲,超音波の周波数,
各伝播距離,反射板数等の基本データを取り込み、送波
タイミング及び受波タイミングを算出する(ステップ1
10)。次に、第1の伝播路L1 に対応する受波タイミ
ングに切り替え(ステップ120)、上記送波タイミン
グで超音波を送波制御し(ステップ130)、係る送受
波に対する遅延時間及び位相差を入力する(ステップ1
40)。そしてこの遅延時間から波数を算出し(ステッ
プ150)、波数と位相差とをMCU内部の記憶装置に
記憶する(ステップ160)。Next, a series of operations of the MCU in the temperature measuring apparatus described above will be described with reference to flowcharts shown in FIGS. FIG. 5 shows the wave number correction value α.
5 shows an operation flowchart for calculating each initial value of LK . First, initial values n L0 , dp L0 of wave number correction values in the first propagation path L 1 are calculated, and thereafter, each propagation path L 2 ,. each L 3, shows the course of the initial value of the wave number correction value is calculated. The first step 100 shows the initial setting, in which the entire device is reset at the same time as the power is turned on, and thereafter the measurement temperature range, the ultrasonic frequency,
Basic data such as each propagation distance and the number of reflectors are taken in, and a transmission timing and a reception timing are calculated (Step 1).
10). Next, switch the reception timing corresponding to the first propagation path L 1 (step 120), and transmitting control ultrasonic above transmission timing (step 130), the delay time and phase difference with respect to wave transceiver according Enter (Step 1
40). Then, the wave number is calculated from the delay time (step 150), and the wave number and the phase difference are stored in a storage device inside the MCU (step 160).
【0036】これで第1の伝播路における第1回目の算
出が終わり、続いて第1の伝播路における第2回目の算
出が開始される。これらステップ100から140は、
所定回数(M)繰り返される(ステップ170)。そし
て、第1の伝播路において所定回数の算出が終わると、
次は第2の伝播路L2 に対する算出が開始され、以後、
受波タイミングを切替えながら伝播路の数だけ反復され
る(ステップ180)。This completes the first calculation on the first propagation path, and then starts the second calculation on the first propagation path. These steps 100 to 140 are:
This is repeated a predetermined number of times (M) (step 170). Then, when a predetermined number of calculations are completed in the first propagation path,
The following calculation is started for the second propagation path L 2, thereafter,
The process is repeated by the number of propagation paths while switching the reception timing (step 180).
【0037】このように各伝播路毎に所定回数の算出が
終わると、算出した各値が平均され、補正値算出に係る
各初期値nL0,dpL0が算出される(ステップ19
0)。またステップ200では波数補正値自身の初期値
αL0(=0)が設定される。After the predetermined number of calculations are completed for each propagation path, the calculated values are averaged to calculate the initial values n L0 and dp L0 for calculating the correction value (step 19).
0). In step 200, the initial value α L0 (= 0) of the wave number correction value itself is set.
【0038】次に図6において、各初期値の算出後、各
超音波の伝播時間t1 〜t3 を順次算出して被測定媒体
内の各部温度T1 〜T3 を算出する課程を説明する。ま
ずステップ300では第1の伝播路L1 に係る受波タイ
ミングを設定し、超音波を送波制御する(ステップ31
0)。次に当該超音波に係る遅延時間信号を入力し、こ
の遅延時間から波数n11を算出する(ステップ32
0)。続いて当該超音波に係る位相差信号を入力して位
相差を算出する(ステップ330)。ステップ340で
は上述の〔表1〕に基づき、当該超音波に係る波数補正
値α11を算出し、MCU内部の記憶装置に記憶する。そ
してステップ350では波数補正値αの算出回数βがカ
ウントされる。Next, referring to FIG. 6, a description will be given of a process of sequentially calculating the propagation times t 1 to t 3 of the respective ultrasonic waves and calculating the temperatures T 1 to T 3 in the medium to be measured after calculating the respective initial values. I do. First, in step 300, the reception timing of the first propagation path L1 is set, and the transmission of the ultrasonic wave is controlled (step 31).
0). Then enter the delay signal according to the ultrasound, calculates a wave number n 11 from the delay time (step 32
0). Subsequently, a phase difference signal relating to the ultrasonic wave is input to calculate a phase difference (step 330). Based on the steps described above in 340 Table 1 calculates a wave number correction value alpha 11 relating to the ultrasound, and stores the MCU internal storage device. Then, in step 350, the number of calculations β of the wave number correction value α is counted.
【0039】ステップ360ではこの算出回数βが判別
され、当該算出回数が所定数Xとなったとき、記憶され
ている波数補正値α11〜α1Xの平均値α1 *が算出され
る(ステップ370)。その後、ステップ380では、
例えばこの平均値α1 *が「0」近辺の所定範囲以内に
あるか否かが判別され、平均値α1 *が所定範囲内にあ
るときには、当該超音波に係る波数の初期値n10に異常
がないと判断してステップ390が実行されて伝播時間
が算出される。反対に平均値α1 *が所定範囲から外れ
ているときには、上記ステップ120から当該波数の初
期値n10が更正される。この場合ステップ120では、
当該超音波に係る受波タイミングのみが設定され、当該
波数の初期値n10だけが更正された後、ステップ300
が実行される。In step 360, the number of calculations β is determined, and when the number of calculations reaches the predetermined number X, the average value α 1 * of the stored wave number correction values α 11 to α 1X is calculated (step 360). 370). Then, in step 380,
For example this whether or not the average value alpha 1 * is within a predetermined range around "0" is determined, when the average value alpha 1 * is within a predetermined range, the wave number initial value n 10 of that relating to the ultrasonic When it is determined that there is no abnormality, step 390 is executed to calculate the propagation time. Conversely, when the average value α 1 * is out of the predetermined range, the initial value n 10 of the wave number is corrected from step 120. In this case, in step 120,
Only reception timing relating to the ultrasonic waves are set, after only the initial value n 10 of the wave number is calibration, step 300
Is executed.
【0040】ステップ390では、以上求めた波数,波
数補正値,位相差から上式(1)に従って当該超音波に
係る伝播時間t1 を算出し、この伝播時間t1 を基に以
下の関係式(2)に従って、当該温度T1 を算出する
(ステップ400)。 T=(L/t−331.45)/0.605 …(2) T:温度(℃) L:伝播距離(m) t:伝播時間(sec) これにより第1の伝播路における平均温度T1 が算出さ
れ、例えばこの測定結果は個別に表示器,又はレベルメ
ータ等に信号出力される(ステップ410)。以上によ
り第1の伝播路における温度測定動作が終了し、続いて
第2の伝播路に関する温度測定動作のために、マスク回
路の受波タイミングを切り替え(ステップ420)、ス
テップ300にリターンする。以後同様に、第2及び第
3の伝播路に関する温度測定動作が終了すると、再び第
1の伝播路に関する温度測定動作が行われる。係る測定
動作は、本装置の電源スイッチがオフされるまで反復継
続される。In step 390, above obtained wavenumber, wavenumber correction value to calculate the propagation time t 1 according to the ultrasonic accordance with equation (1) from the phase difference, the following relational expression based on the propagation time t 1 according (2) to calculate the temperature T 1 (step 400). T = (L / t-331.45) /0.605 (2) T: Temperature (° C.) L: Propagation distance (m) t: Propagation time (sec) Accordingly, the average temperature T in the first propagation path 1 is calculated, and for example, the measurement result is individually output as a signal to a display or a level meter (step 410). As described above, the temperature measurement operation in the first propagation path is completed. Subsequently, for the temperature measurement operation in the second propagation path, the reception timing of the mask circuit is switched (Step 420), and the process returns to Step 300. Thereafter, similarly, when the temperature measurement operation for the second and third propagation paths is completed, the temperature measurement operation for the first propagation path is performed again. Such a measurement operation is repeated repeatedly until the power switch of the apparatus is turned off.
【0041】このように、超音波の伝播時間は、伝播経
路毎に波数と位相差が正確に算出され、その結果、媒体
中の各部の温度が正確に測定される。例えばその精度
は、空気中50cm(伝播距離/2=50cm)の領域
を測定するとき、例えば超音波の周波数を40KHz,
伝播距離の誤差を50cmあたり0.8mm以下と設定
して実験した場合、従来のように差分的に測定した伝播
時間を用いて測定すると、その精度は約±5℃程度であ
ったが、本装置によれば約±1℃以内で測定することが
できる。As described above, for the propagation time of the ultrasonic wave, the wave number and phase difference are accurately calculated for each propagation path, and as a result, the temperature of each part in the medium is accurately measured. For example, when measuring an area of 50 cm (propagation distance / 2 = 50 cm) in the air, for example, the frequency of the ultrasonic wave is set to 40 KHz,
When an experiment was performed with the propagation distance error set to 0.8 mm or less per 50 cm, the accuracy was about ± 5 ° C. when measured using the differentially measured propagation time as in the past. According to the apparatus, it can be measured within about ± 1 ° C.
【0042】以上、本発明に係る一実施例を紹介した
が、これらの各構成は種々の変形及び変更が可能であ
る。例えば、送波用及び受波用の各超音波素子を別個に
設けてもよいし、これらを対向させて配置してもよい。
また、1つの超音波素子から送波した超音波を複数の超
音波素子で受波するように構成してもよい。そして、上
記測定装置内の各回路に温度補償回路が組み合わされて
もよい。更に、測定対象とする媒体は、超音波の伝播が
可能であれば、気体,液体,固体に係わらず適応され得
る。尚、本装置において使用され得る超音波の周波数は
特に限定されないが、工業的には、その用途,コスト等
に応じてその指向性とともに適当に組み合わせて適応さ
れ得る。Although the embodiments according to the present invention have been described above, various modifications and changes can be made to these components. For example, each of the transmitting and receiving ultrasonic elements may be separately provided, or may be disposed to face each other.
Further, the ultrasonic wave transmitted from one ultrasonic element may be received by a plurality of ultrasonic elements. Then, a temperature compensation circuit may be combined with each circuit in the measurement device. Furthermore, the medium to be measured can be adapted regardless of gas, liquid, or solid as long as ultrasonic waves can be propagated. The frequency of the ultrasonic wave that can be used in the present apparatus is not particularly limited, but industrially, it can be applied in appropriate combination with the directivity according to the application, cost, and the like.
【0043】[0043]
【発明の効果】このように本発明によれば、超音波の各
伝播経路毎に受波タイミングを設定し、これを送波タイ
ミングと同期させながらシフトすることにより、複数の
伝播経路から到来する超音波を1つの超音波素子で受波
することができる。これにより複数の測定装置を設ける
必要が無くなり、装置のコストが低減され、美観もよく
なる。また空間的な温度測定又は温度変化に対し、その
個別値及び平均値を一箇所で集中的に監視することがで
き、各種温度制御機器に対してきめ細かい制御信号を提
供することができる。更に、温度測定の課程において、
超音波の周期を基準とした波数および位相差を用いたこ
とにより、その測定値の精度が向上し、且つ媒体中の広
い領域の各部温度を広い温度範囲で測定することができ
る。As described above, according to the present invention, the reception timing is set for each propagation path of the ultrasonic wave, and the ultrasonic wave is shifted while being synchronized with the transmission timing, so that the ultrasonic waves arrive from a plurality of propagation paths. Ultrasonic waves can be received by one ultrasonic element. This eliminates the need to provide a plurality of measuring devices, reduces the cost of the devices, and improves the appearance. In addition, individual values and average values of spatial temperature measurement or temperature change can be intensively monitored at one place, and a fine control signal can be provided to various temperature control devices. Furthermore, in the course of temperature measurement,
By using the wave number and the phase difference based on the period of the ultrasonic wave, the accuracy of the measured value is improved, and the temperature of each part in a wide area in the medium can be measured in a wide temperature range.
【図1】本発明を構成する一形態を示したブロック図で
ある。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
【図2】本発明に係る温度測定装置の一実施例を示す構
成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing one embodiment of a temperature measuring device according to the present invention.
【図3】本装置の各回路内で生成される各信号の一タイ
ムチャートを示す。FIG. 3 shows a time chart of each signal generated in each circuit of the present apparatus.
【図4】本装置における伝播時間測定の一タイムチャー
トを示す。FIG. 4 shows a time chart of a propagation time measurement in the present apparatus.
【図5】本装置内のMCUで行われる一連の動作の一フ
ローチャートを示す。FIG. 5 is a flowchart illustrating a series of operations performed by an MCU in the apparatus.
【図6】本装置内のMCUで行われる一連の動作の一フ
ローチャートを示す。FIG. 6 is a flowchart illustrating a series of operations performed by an MCU in the apparatus.
10…超音波素子 40…マイクロコンピュータ装置(MCU) 51,52,53…反射板 10 Ultrasonic element 40 Microcomputer device (MCU) 51, 52, 53 Reflector
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西沢 一敏 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01K 11/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kazutoshi Nishizawa 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Japan Inside Denso Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01K 11/14
Claims (3)
媒体内各部の温度を測定する温度測定装置において、 前記超音波素子から送波され、同一もしくは異なる前記
超音波素子で受波される各超音波の各伝播距離に基づ
き、前記超音波を送波する送波タイミングと受波する受
波タイミングとを決定する手段(1)と、 前記超音波素子で受波される超音波を前記受波タイミン
グに基づき選択検出する手段(2)と、 前記検出された超音波の送波/受波間における伝播時間
を算出するに際し、前記超音波の周期の倍数である波数
と、前記検出した超音波の送波/受波間における位相差
とを用いて算出する伝播時間算出手段(3)と、 前記伝播時間を温度に換算する手段(4)と、 を設けたことを特徴とする温度測定装置。1. A temperature measuring device for measuring the temperature of each part in a medium using an ultrasonic element provided in a medium, wherein the wave is transmitted from the ultrasonic element and received by the same or different ultrasonic element. Means (1) for determining a transmission timing for transmitting the ultrasonic wave and a reception timing for receiving the ultrasonic wave based on each propagation distance of each ultrasonic wave to be transmitted, and an ultrasonic wave received by the ultrasonic element. Means (2) for selectively detecting based on the reception timing, and calculating a propagation time between transmission / reception of the detected ultrasonic wave, a wave number which is a multiple of the period of the ultrasonic wave, and Temperature measurement, comprising: a propagation time calculating means (3) for calculating using a phase difference between transmission and reception of ultrasonic waves; and means (4) for converting the propagation time to temperature. apparatus.
受波において、同じ超音波素子を兼用している請求項1
に記載の装置。2. The ultrasonic element according to claim 1, wherein the ultrasonic element transmits and receives an ultrasonic wave.
An apparatus according to claim 1.
の伝播時間の算出時、今回算出した波数と前回算出した
波数との間の変化量、及び今回検出した位相差と前回検
出した位相差との変化量を算出して、前記各変化量から
今回の波数に対する補正値を算出する手段を更に具備す
る請求項1または2に記載の装置。3. The propagation time calculating means (3) calculates the amount of change between the currently calculated wave number and the previously calculated wave number, and the currently detected phase difference and the previously detected phase difference when calculating the ultrasonic wave propagation time. The apparatus according to claim 1, further comprising a unit configured to calculate a change amount from a phase difference and calculate a correction value for the current wave number from each of the change amounts.
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---|---|---|---|
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- 1992-12-24 JP JP34438592A patent/JP3224295B2/en not_active Expired - Fee Related
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