(57)【要約】      （修正有）【課題】酸素濃度計を小型化し、ガス濃度変化の応答性を向上させ、制御電子回路の故障リスクを低減した、装置組込み目的の酸素濃度計を提供する。【解決手段】超音波式ガス濃度計５は、送信受信の２つの働きをする１個の超音波振動子４を用い、発信した超音波がある一定の距離に設けた反射板６から跳ね返ってくるまでの時間を計測する方式であり、超音波反射波が到達するまでの時間に振動子の残響振動が小さくなる、１００ｋＨｚ以上の超音波振動子を用いた。また、発信による残響振動が収まるまで、受信波形の処理は行わず、反射波だけを判断して、伝播時間を計測できるように、マイコンのプログラミングによる計測を行い、正確な伝搬時間を求めた。受信波形を増幅器で１０００倍以上にし、その波形を全波整流したあとで、伝搬時間を求めるためのトリガー信号とすることで、測定誤差の少ない測定が可能な電子回路構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を反射往復させることで伝搬距離を２倍として、精度良く音速を知ることを特徴とする、１個の超音波振動子を使用した、ガス濃度、酸素濃度を測定する装置。
【請求項２】
１個の超音波振動子に送信受信をさせて音速を知ることを特徴とする、ガス濃度、酸素濃度を測定する装置。
【請求項３】
伝搬経路を往復させることで、混合気体の流れによる影響を受けないことを特徴とする、ガス濃度、酸素濃度を測定する装置。
【請求項４】
混合気体の中にサーミスタを配置することで、温度を知ることを特徴とする、ガス濃度、酸素濃度を測定する装置。
【請求項５】
超音波を反射往復させることで、混合気体の流れによる影響を受けないことを特徴とする、ガス濃度、酸素濃度を測定する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、医療の分野において使用される機器や装置で、様々な気体の混合気体が流れる、または滞留、貯蔵系に組み込まれる、各ガス濃度（混合比率）、特に酸素濃度を超音波の伝搬時間を用いて算出する装置である。
【背景技術】
【０００２】  従来、新生児から老人まで、特に呼吸が不調になっている患者や肺疾患を抱える患者に対して用いられる医療器では、高濃度の酸素を添加した空気すなわち窒素と酸素の混合気体が患者の吸気用として供給される。【０００３】  従来、超音波の伝搬時間から混合気体の混合比率（ガス濃度）を算出することを目的とした酸素濃度計は存在するが、いずれも対向配置された送信受信専用の２つの超音波振動子、または交互に送信受信を行う２つの超音波振動子で送受信を繰り返して音速を知り、ガス濃度を算出する方式である。【０００４】  また、送信と受信を行う２つの超音波振動子が必要となるので、送受信を行うための専用回路が必要となり、電子回路が複雑になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  高濃度の酸素を添加した空気すなわち窒素と酸素の混合気体が患者の吸気用として供給される医療器では、混合気体の酸素濃度を簡便な測定装置で計測し、管理できることが望ましい。【０００６】  超音波を用いたガス濃度計において、正確に音速を計測する場合は伝搬時間の変位を正確に関知するために、送信振動子と受信振動子を対向して配置し、気体の流れによる伝搬時間の影響が少なくなるような機構を設ける必要があり、これは医療機器や装置に組込むために大きさが障害となる。装置組込み目的の酸素濃度計とするためには小型化が課題となる。【０００７】  また、前述の方式では、伝搬経路の気体の流れを大きくすることができないため、ガス濃度の変化を応答良く計測することができない課題がある。【０００８】  更に、応答性の良い計測を行うために、気体の流れによる伝搬時間の影響を避けるため、２つの超音波振動子を対向させ、送受信を交互に切り替えて、超音波の伝搬経路を往復させる方法がある。然しながら、この方式では部品点数が多くなることと、制御電子回路が複雑になり、医療機器や装置に組込むためには、複雑な電子回路は故障リスクが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明の超音波式ガス濃度計は、小型化するために、送信受信の２つの働きをする１個の超音波振動子を用い、発信した超音波がある一定の距離に設けた反射板から跳ね返ってくるまでの時間を計測する方式である。【００１０】  前述の超音波反射波が到達するまでの時間に振動子の残響振動が小さくなるような、１００ｋＨｚ以上の超音波振動子を用いることで、振動子の小型化と装置自体の小型化できる。【００１１】  発信による残響振動が収まるまで、受信波形の処理は行わず、反射波だけを判断して、伝播時間を計測できるように、マイコンのプログラミングによる計測を行い、正確な伝搬時間を求めている。【００１２】  受信波形を増幅器で１０００倍以上にし、その波形を全波整流したあとで、伝搬時間を求めるためのトリガー信号とすることで、測定誤差の少ない測定が可能な電子回路構成としている。【００１３】  本発明は、１００ｋＨｚ以上の超音波振動子を１個のみ使用し、超音波信号を反射往復させる事で伝搬距離をかせぎ、送信受信を兼用の１個の超音波素子で音速やガス濃度、酸素濃度を算出し、小型でありながら精度良く音速を計測する構造を有する、超音波式のガス濃度計である。【００１４】  ガス濃度と音速の関係について、混合気体が酸素と窒素の２種類の混合気体であるとすると気体の分子量Ｍは酸素の分子量ＭＡ、窒素の分子量ＭＢ、酸素濃度αＡおよび窒素濃度αＢを用いて次式で表される。
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一方、気体の分子量Ｍは音速Ｃと次の関係がある。
2014071109.tif 000004
ここで、比熱比γ＝１．４、気体定数Ｒ＝８３１４、Ｔは絶対温度である。したがって、音速Ｃを求めることにより分子量Ｍが決まり、酸素濃度αＡが定められることを原理とした装置である。【００１５】  この混合気体の酸素濃度を簡便な測定装置で管理できることが望ましい。気体の音速が分かれば気体の分子量が分かるので、混合気体のガス混合比率すなわち酸素濃度を算出出来る。本発明の、超音波式のガス濃度計は、超音波の伝搬時間を計測する事により流体の音速を知り、混合気体の混合比率（ガス濃度）を算出することを目的とした、酸素濃度計に関するものである。
本発明は、以上の構成からなる超音波式ガス濃度計である。
【発明の効果】
【００１６】  本発明は、小型化が可能で医療機器や装置への組込みが容易である。【００１７】  本発明は、組込み相手となる医療機器や装置の一部を反射面とする事で、混合気体の流れの影響を排除した測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の使用例である。
【図２】本発明の全体図である。
【図３】本発明の超音波伝搬である。
【図４】従来方式の超音波伝搬である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】  以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明品を医療機器、装置に取り付けた例を示している。（１）はガスの引込口と排出口を別々に独立させている。（２）は、ガスの引込口と排出口を共用し、１つとしている。
図２は、本発明品の構成図の説明である。
図３は、本発明品の超音波信号の伝搬距離が往復で測定部の約２倍となっていることを示す。伝搬距離の２分の１の大きさに小型化が可能であることを示している。
図４は、従来の超音波方式で、超音波振動子を送信、受信、の２個を使用した時の図である。超音波信号の伝搬距離が一方向なので測定部とほぼ同じ伝搬距離となっている。小型化が困難である事を示す。
【産業上の利用可能性】
【００２０】  従来、医療機器や装置に組込むタイプの超音波式のガス濃度、酸素濃度計は、送信受信に専用の２個の超音波振動子を使用してきた。本発明は、超音波信号を反射させて音速を計測するために、使用する振動子を送受信兼用の１個とし、制御回路も単純化することで、小型で故障の少ない超音波式ガス濃度計として、小型の医療機器や装置に組込み使用する事を可能とした。
【符号の説明】
【００２１】  １  組込み相手の混合気体流路
２  タンク
３  測定気体（ガス）の引込口
４  超音波振動子（送受信）
５  発明品の超音波式ガス濃度計
６  超音波信号の反射面
７  測定気体の排出口
８  接続ケーブル
９  超音波振動子（送信側）
１０  超音波振動子（受信側）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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