(57)【要約】【課題】空気中を伝搬する音波の速度を基にして測定対象空間の温度を測定する場合に、超音波送信器と超音波受信器との間における同期を必要とせずに、超音波の伝搬時間を簡易かつ高精度に計測する。【解決手段】第２のセンサユニットは、第１のセンサユニットから送信された超音波を受信し、第１のセンサユニットから送信された超音波の受信時から所定の固定待機時間の経過後に、第１のセンサユニットに超音波を送信する。第１のセンサユニットは、第２のセンサユニットに超音波を送信し、第２のセンサユニットから送信された超音波を受信し、第２のセンサユニットへの超音波の送信時から第２のセンサユニットからの超音波の受信時までの計測時間と固定待機時間とを基に、第１の超音波の伝搬時間を導出する。【選択図】図９
2014059240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象空間における温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記測定対象空間に配置された少なくとも２個のセンサユニットを備え、
第２のセンサユニットは、
第１のセンサユニットから送信された超音波を受信する第２の超音波受信部と、
前記第１のセンサユニットから送信された前記超音波の受信時から所定の固定待機時間の経過後に、前記第１のセンサユニットに前記超音波を送信する第２の超音波送信部と、を有し、
第１のセンサユニットは、
前記第２のセンサユニットに前記超音波を送信する第１の超音波送信部と、
前記第２のセンサユニットから送信された前記超音波を受信する第１の超音波受信部と、
前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間と前記固定待機時間とを基に、第１の超音波の伝搬時間を導出する第１の制御部と、を有する温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項２】
請求項１に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記測定対象空間には、少なくとも３個のセンサユニットが配置され、
第３のセンサユニットは、
前記第２の超音波送信部から送信された前記超音波を受信する第３の超音波受信部と、
前記第２の超音波送信部から送信された前記超音波の受信時から前記所定の固定待機時間の経過後に、前記第２のセンサユニットに前記超音波を送信する第３の超音波送信部と、を有し、
前記第２のセンサユニットは、
前記第３のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第３のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間と前記固定待機時間とを基に、第２の超音波の伝搬時間を導出する第２の制御部と、を更に有する温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項３】
請求項２に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記超音波の受信可能期間は、各々の前記センサユニットにおいて一定であり、
各々の前記センサユニットにおける受信可能期間の開始タイミングは、各々の前記センサユニット毎に異なるように予め指定されている温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記第１の制御部は、
前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間から前記所定の固定待機時間を減算した減算結果を２で除し、除算結果を前記第１の超音波の伝搬時間として導出し、
前記第２の制御部は、
前記第３のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第３のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間から前記所定の固定待機時間を減算した減算結果を２で除し、除算結果を前記第２の超音波の伝搬時間として導出する温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項５】
請求項２〜４のうちいずれか一項に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記第１のセンサユニット又は前記第２のセンサユニットは、
少なくとも前記第１のセンサユニットにおいて導出された前記第１の超音波の伝搬時間と、前記第２のセンサユニットにおいて導出された前記第２の超音波の伝搬時間とを基に、前記測定対象空間の温度を導出する温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項６】
請求項２〜４のうちいずれか一項に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
少なくとも前記第１のセンサユニットにおいて導出された前記第１の超音波の伝搬時間と、前記第２のセンサユニットにおいて導出された前記第２の超音波の伝搬時間とを基に、前記測定対象空間の温度を導出するコントローラと、を更に備える温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項７】
請求項１に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記第１の超音波受信部における受信可能期間の開始タイミングは、前記第１の超音波送信部が前記第２のセンサユニットに前記超音波を送信した時から所定の固定待機時間の経過後である温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項８】
請求項７に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記第１の制御部は、
前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間から前記所定の固定待機時間を減算した減算結果を２で除し、除算結果を前記第１の超音波の伝搬時間として導出する温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記第１のセンサユニットは、
少なくとも前記第１のセンサユニットにおいて導出された前記第１の超音波の伝搬時間を基に、前記測定対象空間の温度を導出する温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項１０】
請求項７又は８に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
少なくとも前記第１のセンサユニットにおいて導出された前記第１の超音波の伝搬時間を基に、前記測定対象空間の温度を導出するコントローラと、を更に備える温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記測定対象空間には、少なくとも３個のセンサユニットが配置され、
第３のセンサユニットは、
前記第１の超音波送信部から送信された前記超音波を受信する第３の超音波受信部と、
前記第１の超音波送信部から送信された前記超音波の受信時から前記所定の固定待機時間より長い他の固定待機時間の経過後に、前記第１のセンサユニットに前記超音波を送信する第３の超音波送信部と、を有し、
前記第１の制御部は、
前記第３のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第３のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間と前記固定待機時間とを基に、第２の超音波の伝搬時間を導出する温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記第１の超音波受信部における、前記第２のセンサユニットからの超音波の受信可能期間の開始タイミングは、前記第１のセンサユニットと前記第２のセンサユニットとの距離に応じて予め指定され、
前記第１の超音波受信部における、前記第３のセンサユニットからの超音波の受信可能期間の開始タイミングは、前記第１のセンサユニットと前記第３のセンサユニットとの距離に応じて予め指定されている温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記第１の制御部は、
前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間から前記所定の固定待機時間を減算した減算結果を２で除し、除算結果を前記第１の超音波の伝搬時間として導出し、
前記第３のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第３のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間から前記他の固定待機時間を減算した減算結果を２で除し、除算結果を第２の超音波の伝搬時間として導出する温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
前記第１のセンサユニットは、
少なくとも前記導出された前記第１の超音波の伝搬時間と、前記第２の超音波の伝搬時間とを基に、前記測定対象空間の温度を導出する温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項１５】
請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載の温度測定のための伝搬時間計測システムであって、
少なくとも前記第１のセンサユニットにおいて導出された前記第１の超音波の伝搬時間と、前記第２の超音波の伝搬時間とを基に、前記測定対象空間の温度を導出するコントローラと、を更に備える温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項１６】
測定対象空間における温度測定のための伝搬時間計測方法であって、
前記測定対象空間に配置された少なくとも２個のセンサユニットにおいて、
第１のセンサユニットが、前記第２のセンサユニットに前記超音波を送信するステップと、
第２のセンサユニットが、第１のセンサユニットから送信された超音波を受信するステップと、
第２のセンサユニットが、前記第１のセンサユニットから送信された前記超音波の受信時から所定の固定待機時間の経過後に、前記第１のセンサユニットに前記超音波を送信するステップと、
第１のセンサユニットが、前記第２のセンサユニットから送信された前記超音波を受信するステップと、
第１のセンサユニットが、前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間と前記固定待機時間とを基に、第１の超音波の伝搬時間を導出するステップと、を有する温度測定のための伝搬時間計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象空間における温度測定のための伝搬時間計測システム及び温度測定のための伝搬時間計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空気中を伝搬する音波の速度が温度に応じて変化する原理を用いて、測定対象空間の温度を測定する技術が知られている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１に示す超音波による空間温度分布の測定方法及びその表示装置では、所定の距離ほど離して対向して配置された超音波送信子と超音波受信子との間で超音波を伝搬させ、超音波送信子と超音波受信子との間における超音波の伝搬時間を測定することが開示されている。更に、超音波送信子と超音波受信子とは送受信系駆動機構部を介して有線で接続され、超音波送信子と超音波受信子とを平面上に移動させて複数の伝搬経路において伝搬時間が計測される。更に、複数の伝搬経路において測定された複数の伝搬時間を基に、二次元の温度分布が求められる。
【０００４】
また、特許文献２に示す空間温度測定装置は、測定対象空間の中心位置を挟んで互いに向かい合う方向にある２つの異なる交差点に対し、互いに異なる位置に配設された少なくとも２個以上の超音波発生器から超音波を送信して２つの異なる交差点において交差させる。更に、空間温度測定装置は、２つの異なる交差点における各々の超音波の交差に応じて生じた２つの差音を検出し、各々の超音波の送信から２つの差音が検出されるまでの到達時間の差と、超音波の伝搬経路差とから測定対象空間内の音速を求め、所定の関係式を用いて測定対象空間内における２つの交差点間の温度を計算する。
【０００５】
上述した音波の速度を用いた温度測定の技術は、例えばリフロー炉のように、測定対象空間中に温度センサを直接的に配置することが困難な場合に有用である。また、上述した音速を用いた温度測定の技術は、リフロー炉に限らず、広い空間全体（例えば店舗、倉庫、ビニールハウス）の平均的な温度を測定したい場合に、多数の温度センサを配置することなく温度を測定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１６２４３０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３９２５１号公報
【特許文献３】特開昭６１−１７０６８６号公報
【特許文献４】実開昭５１−９６３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、測定対象空間の特定の一箇所において有線で接続された超音波送信子と超音波受信子とにおいて超音波の送受信が行われるため、超音波送信子と超音波受信子との間の同期は不要であるが、超音波送信子と超音波受信子との有線接続が必要となる。このため、測定対象空間が広い場合には、超音波送信子と超音波受信子とを接続するための配線長が長くなり、超音波送信子及び超音波受信子の配置に制約が生じてしまう。
【０００８】
また、特許文献１では、複数の伝搬経路において超音波の伝搬時間を計測するために、超音波送信子及び超音波受信子を移動させるための装置が別途必要となり、装置全体が大型化する。超音波送信子及び超音波受信子を移動させないようにするためには、多数の超音波送信子及び超音波受信子を配置することも考えられるが、各々の超音波送信子と超音波受信子とを接続するための配線が複雑となってしまい、超音波送信子及び超音波受信子の配置に制約が生じる。
【０００９】
また、特許文献２では、多数のスピーカと２つの差音を検出するための高精度な検出器とが必要となるため、空間温度測定装置が大型化すると共に配置コストがかかってしまう。
【００１０】
一般に、測定対象空間の温度を測定するために、測定対象空間の空気中を伝搬する音波の速度（音速）を計測する場合、伝搬距離と伝搬時間とを求める必要がある。このため、例えば測定対象空間を挟んで超音波送信器及び超音波受信器を対向して配置させ、超音波送信器からの超音波の送信とともにその同期信号を超音波受信器に送信することで、超音波が超音波受信器に到達した伝搬時間を計測することができる。超音波送波器と超音波受波器との距離が既知であれば、その距離と計測された伝搬時間とを基にして、音波の伝搬速度を計測することができる。同期信号は、例えば測定対象空間を挟んで対向して配置された同期信号送信器から同期信号受信器に向かって送信される。同期信号の媒体には、例えば、電波（例えば特許文献３参照）、可視光又は赤外光（例えば特許文献４参照）が用いられる。
【００１１】
しかし、電波を用いた同期信号を送信する場合、精度の高い同期装置が別途必要になる。また、電波の使用可能な周波数帯域は限られているので、他の通信方式（例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）又はＤＥＣＴ（Digital Enhanced Cordless Telecommunications））における電波と混信（干渉）が生じる可能性がある。
【００１２】
また、可視光を同期信号として用いると、可視光が外光の影響を受けやすいので、超音波送信器と超音波受信器との間の同期の精度がばらつく可能性がある。赤外光を同期信号として用いると、指向性を広くした場合に赤外光の到達距離が短くなり、更に日光の影響を受けてしまい、超音波送信器と超音波受信器との間の同期の精度がばらつく可能性もある。このため、レンズを用いて集光することで、赤外光を遠距離まで到達させることは物理的に可能ではあるが、測定対象空間の温度を測定するために複数の超音波送信器及び超音波受信器を用いる場合には、超音波送信器及び超音波受信器の組毎にレンズが必要となってしまい、システム全体の配置コストがかかってしまう。
【００１３】
本発明は、上述した従来技術の課題を解決するために、空気中を伝搬する音波の速度を基にして測定対象空間の温度を測定する場合に、超音波送信器と超音波受信器との間における同期を必要とせずに、超音波の伝搬時間を簡易かつ高精度に計測する温度測定のための伝搬時間計測システム及び温度測定のための伝搬時間計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、測定対象空間における温度測定のための伝搬時間計測システムであって、前記測定対象空間に配置された少なくとも２個のセンサユニットを備え、第２のセンサユニットは、第１のセンサユニットから送信された超音波を受信する第２の超音波受信部と、前記第１のセンサユニットから送信された前記超音波の受信時から所定の固定待機時間の経過後に、前記第１のセンサユニットに前記超音波を送信する第２の超音波送信部と、を有し、第１のセンサユニットは、前記第２のセンサユニットに前記超音波を送信する第１の超音波送信部と、前記第２のセンサユニットから送信された前記超音波を受信する第１の超音波受信部と、前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間と前記固定待機時間とを基に、第１の超音波の伝搬時間を導出する第１の制御部と、を有する。
【００１５】
また、本発明は、測定対象空間における温度測定のための伝搬時間計測方法であって、前記測定対象空間に配置された少なくとも２個のセンサユニットにおいて、第１のセンサユニットが、前記第２のセンサユニットに前記超音波を送信するステップと、第２のセンサユニットが、第１のセンサユニットから送信された超音波を受信するステップと、第２のセンサユニットが、前記第１のセンサユニットから送信された前記超音波の受信時から所定の固定待機時間の経過後に、前記第１のセンサユニットに前記超音波を送信するステップと、第１のセンサユニットが、前記第２のセンサユニットから送信された前記超音波を受信するステップと、第１のセンサユニットが、前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間と前記固定待機時間とを基に、第１の超音波の伝搬時間を導出するステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、空気中を伝搬する音波の速度を基にして測定対象空間の温度を測定する場合に、超音波送信器と超音波受信器との間における同期を必要とせずに、超音波の伝搬時間を簡易かつ高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】各実施形態の超音波伝搬時間計測システムのシステム構成を模式的に示す図
【図２】各実施形態の超音波伝搬時間計測システムにおける動作概要を時系列に示す説明図
【図３】（Ａ）コントローラの内部構成を示すブロック図、（Ｂ）センサユニットの内部構成を示すブロック図
【図４】センサユニットにおける超音波の受信時（検出時）の動作の流れを示す説明図
【図５】超音波の波形解析の動作過程と超音波の検出時刻とを示す説明図
【図６】第１の実施形態の超音波伝搬時間計測システムの動作概要を示す説明図、（Ａ）測定対象空間の壁に配置されたセンサユニットの配置例を示す模式図、（Ｂ）マスタとして指定されたセンサユニットとスレーブとして指定されたセンサユニットとの間で行われる超音波の送受信の流れを示す説明図
【図７】（Ａ）第１の実施形態の超音波伝搬時間計測システムにおける測定対象空間の壁に配置されたセンサユニットの具体的な配置例を示す図、（Ｂ）各々の計測経路を構成するセンサユニットの組み合わせを示す図
【図８】（Ａ）コントローラからセンサユニットＳＵ６に送信される初期設定データの一例を示す図、（Ｂ）コントローラからセンサユニットＳＵ１に送信される初期設定データの一例を示す図、（Ｃ）コントローラから全てのセンサユニットに送信されるセットデータの一例を示す図
【図９】第１の実施形態における超音波の伝搬時間の計測原理を説明するタイムチャート
【図１０】第１の実施形態における超音波の伝搬時間の計測原理を説明するタイムチャート
【図１１】各実施形態におけるコントローラの動作手順を説明するフローチャート
【図１２】第１の実施形態のコントローラと各センサユニットとにおける計測経路毎の超音波の伝搬時間を計測するための動作手順を時系列に説明するシーケンス図
【図１３】第２の実施形態の超音波伝搬時間計測システムの動作概要を示す説明図、（Ａ）測定対象空間の壁に配置されたセンサユニットの配置例を示す模式図、（Ｂ）マスタとして指定されたセンサユニットとスレーブとして指定されたセンサユニットとの間で行われる超音波の送受信の流れを示す説明図
【図１４】（Ａ）コントローラからセンサユニットＳＵ６に送信される初期設定データの一例を示す図、（Ｂ）コントローラから全てのセンサユニットに送信されるセットデータの一例を示す図
【図１５】第２の実施形態における超音波の伝搬時間の計測原理を説明するタイムチャート
【図１６】第２の実施形態のコントローラと各センサユニットとにおける計測経路毎の超音波伝搬時間を計測するための動作手順を時系列に説明するシーケンス図
【図１７】第３の実施形態の超音波伝搬時間計測システムの動作概要を示す説明図、（Ａ）測定対象空間の壁に配置されたセンサユニットの配置例を示す模式図、（Ｂ）各々のセンサユニット間で行われる超音波の送受信の流れを示す説明図
【図１８】（Ａ）及び（Ｂ）第３の実施形態におけるコントローラからセンサユニットに送信されるセットデータの一例を示す図
【図１９】第３の実施形態における超音波の伝搬時間の計測原理を説明するタイムチャート
【図２０】第３の実施形態のコントローラと各センサユニットとにおける計測経路毎の超音波伝搬時間を計測するための動作手順を時系列に説明するシーケンス図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る温度測定のための伝搬時間計測システム及び温度測定のための伝搬時間計測方法の各実施形態を、図面を参照して説明する。以下の各実施形態では、本発明に係る温度測定のための伝搬時間計測システムの一例として、超音波伝搬時間計測システム１００（図１参照）を用いて説明する。
【００１９】
（各実施形態の超音波伝搬計測システムのシステム構成）
先ず、各実施形態の内容を説明する前に、各実施形態の超音波伝搬時間計測システムのシステム構成について簡単に説明する。図１は、各実施形態の超音波伝搬時間計測システムのシステム構成を模式的に示す図である。図２は、各実施形態の超音波伝搬時間計測システムにおける動作概要を時系列に示す説明図である。
【００２０】
図１に示す超音波伝搬時間計測システム１００は、コントローラ１と、少なくとも２個のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５とを含む構成である。超音波伝搬時間計測システム１００では、コントローラ１は、無線通信によって所定の初期設定データ（後述参照）とセットデータ（後述参照）とを各々のセンサユニットに送信し、センサユニット間において超音波の送受信を行わせる。なお、図１に示す超音波伝搬時間計測システム１００では、各々のセンサユニットは、他のセンサユニットとの間では無線通信を行わず、コントローラ１に対してのみ無線通信を行い、他のセンサユニットとの間では超音波の送受信を行う。
【００２１】
超音波の送信元のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ３）は、コントローラ１から送信されたセットデータによって指定された送信先のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１）に超音波を発振して送信する。超音波の送信先のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１）は、送信元のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ３）から送信された超音波を受信した時から所定の固定待機時間（後述参照）の経過後に、送信元のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ３）に超音波を発振して送信（返信）する。
【００２２】
送信元のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ３）は、送信先のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１）から超音波を受信した場合、センサユニット間（例えばセンサユニットＳＵ３とセンサユニットＳＵ１との間）の計測経路を伝搬する超音波の伝搬時間を導出する。送信元のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ３）は、導出された超音波の伝搬時間の情報をコントローラ１に送信する。図１では、送信元のセンサユニットとしてセンサユニットＳＵ３、送信先のセンサユニットＳＵ１を例示して説明しているが、超音波伝搬時間計測システム１００では、全ての計測経路（図２の左上参照）において超音波の伝搬時間が導出される。
【００２３】
また、図１に示す超音波伝搬時間計測システム１００では、コントローラ１は、全ての計測経路において導出された超音波の伝搬時間の情報（図２の右上参照）を各々のセンサユニットから受信した場合、全ての計測経路の距離（既知の値）と伝搬時間とを基に（図２の右下参照）、最小二乗法を用いた所定の関係式を用いて超音波の音速を導出する。コントローラ１は、導出された超音波の音速の情報を基に、音速と温度との所定の関係式（後述参照）を基に、測定対象空間の温度を導出し、測定対象空間の温度分布を表示装置５（図３（Ａ）参照）に表示させる（図２の左下参照）。図１に示すコントローラ１及び各々のセンサユニットの動作の詳細は後述する。
【００２４】
（コントローラとセンサユニットとの具体的構成の説明）
次に、図１に示す超音波伝搬時間計測システム１００におけるコントローラ１と、例えばセンサユニットＳＵ１との具体的構成について、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照して説明する。図３（Ａ）は、コントローラ１の内部構成を示すブロック図である。図３（Ｂ）は、センサユニットＳＵ１の内部構成を示すブロック図である。図３（Ｂ）では、図１に示す合計５個のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５のうちセンサユニットＳＵ１の内部構成が示されているが、各々のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５の内部構成は同一である。
【００２５】
また、センサユニットＳＵ１における超音波の受信時（検出時）の動作については、図４及び図５を参照して説明する。図４は、センサユニットＳＵ１における超音波の受信時（検出時）の動作の流れを示す説明図である。図５は、超音波の波形解析の動作過程と超音波の検出時刻とを示す説明図である。
【００２６】
コントローラ１は、プロセッサ２と、アンテナＡｎｔｃが接続された無線回路部３と、温湿度センサ４と、表示装置５と、入力部６とを含む構成である。プロセッサ２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いて構成され、コントローラ１の各部の動作を全体的に統括するための制御処理、他の各部との間のデータの入出力処理、データの演算（計算）処理及びデータの記憶処理を実行する。
【００２７】
プロセッサ２は、例えば各々のセンサユニットから送信された超音波の伝搬時間の情報と既知の全ての計測経路の距離の情報とを基に、超音波の音速を導出する。更に、プロセッサ２は、導出された超音波の音速の情報を基に、音速と温度との所定の関係式を基に、測定対象空間の温度を導出し、測定対象空間の温度分布を表示装置５に表示させる（図２の左下参照）。
【００２８】
無線回路部３は、アンテナＡｎｔｃを介して、各々のセンサユニットとの間で無線通信（例えばＤＥＣＴ（Digital Enhanced Cordless Telecommunications）又はＺＩＧＢＥＥ（登録商標）、以下同様）を行う。例えば、無線回路部３は、プロセッサ２から出力された初期設定データ又はセットデータ（後述参照）を、アンテナＡｎｔｃを介して各々のセンサユニットに送信する。無線回路部３は、超音波の伝搬時間の情報を、アンテナＡｎｔｃを介して少なくとも１個のセンサユニットから受信する。
【００２９】
温湿度センサ４は、コントローラ１が配置されている場所の周囲の温度及び湿度を計測してプロセッサ２に出力する。超音波は空間を伝播する間に、そのエネルギーが空気中の水蒸気に吸収されて減衰するので、プロセッサ２は、温湿度センサ４から出力された測定結果データ（温度及び湿度）を基に、空気吸収減衰係数を導出し、空気吸収減衰係数を含むセットデータ（例えば図８（Ｃ）参照）を生成する。
【００３０】
また、プロセッサ２は、温湿度センサ４の測定結果データを用いて、絶対的な水蒸気圧を導出し、この導出された絶対的な水蒸気圧を用いて測定対象空間の温度のデータを補正しても良い。空気中を伝搬する超音波の音速は、温度の影響を受けて変化するが、更に、空気中の水蒸気圧（絶対的な水蒸気圧）の影響も受けて変化することが知られている。従って、コントローラ１は、温湿度センサ４の測定結果データを用いて、プロセッサ２において空気中の水蒸気圧（絶対的な水蒸気圧）を導出する。これにより、コントローラ１は、センサユニットから送信された超音波の伝搬時間を基にして導出された温度を、測定対象空間の温度の導出時点における空気中の水蒸気圧（絶対的な水蒸気圧）を用いてリアルタイムに補正するので、測定対象空間の正確な温度を測定することができる。
【００３１】
表示装置５は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）又は有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイを用いて構成され、例えばプロセッサ２により導出された測定対象空間の温度分布を画面に表示する。
【００３２】
入力部６は、コントローラ１を操作するユーザの入力操作を受け付け、当該入力操作によって入力されたデータをプロセッサ２に出力する。入力部６は、例えば表示装置５に対応して配置されたタッチパネルを用いて構成される。また、入力部６は、タッチパネルに限らず、マウス、キーボード等の入力媒体を用いて構成されても良い。
【００３３】
センサユニットＳＵ１は、プロセッサ１１と、メモリ１２と、アンテナＡｎｔ１が接続された無線回路部１３と、駆動回路１４と、超音波送信器１５と、超音波受信器１６と、増幅回路１７、Ａ／Ｄ変換器１８とを含む構成である。プロセッサ１１は、例えばＣＰＵ、ＭＰＵ又はＤＳＰを用いて構成され、タイマ機能を含み、センサユニットＳＵ１の各部の動作を全体的に統括するための制御処理、他の各部との間のデータの入出力処理、データの演算（計算）処理及びデータの記憶処理を実行する。プロセッサ１１の具体的な動作は後述する。
【００３４】
メモリ１２は、例えばハードディスク又はフラッシュメモリ等の半導体メモリを用いて構成され、プロセッサ１１の動作におけるワークメモリとしての機能を有し、更に、プロセッサ１１の動作を規定するプログラム及びデータを記憶する。例えば、メモリ１２は、後述する初期設定データ（図８（Ａ）参照）に含まれる距離及び角度減衰量を少なくとも一時的に記憶する（図４参照）。
【００３５】
無線回路部１３は、アンテナＡｎｔ１を介して、コントローラ１との間で無線通信を行う。例えば、無線回路部３は、超音波の伝搬時間の計測に用いられる初期設定データ又はセットデータを、アンテナＡｎｔ１を介してコントローラ１から受信する。無線回路部１３は、プロセッサ１１から出力された超音波の伝搬時間の情報を、アンテナＡｎｔ１を介してコントローラ１に送信する。
【００３６】
駆動回路１４は、プロセッサ１１から出力されたパルス信号を増幅し、増幅後のパルス信号を超音波送信器１５に出力する。
【００３７】
超音波送信器１５は、駆動回路１４から出力されたパルス信号を発振させて所定周波数（例えば４０ｋＨｚ）の超音波信号（超音波）を生成する。超音波送信器１５は、生成された超音波を所定時間の間において送信する。
【００３８】
超音波受信器１６は、他のセンサユニットから送信された超音波を受信して増幅回路１７に出力する。超音波受信器１６において受信された超音波信号は、他のセンサユニットの超音波送信器から送信された超音波信号に比べて減衰している（図５に示す超音波（送信信号）及び受信信号を参照）。
【００３９】
増幅回路１７は、例えば増幅器とバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）とを用いて構成され、超音波受信器１６から出力された超音波信号（受信信号）を増幅し、増幅後の受信信号に対してＢＰＦにおいて定められた所定帯域の周波数の信号だけを通過させてＡ／Ｄ変換器１８に出力する。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換器１８は、増幅回路１７から出力されたアナログの受信信号をＡＤ（Analog Digital）変換してデジタルの受信信号を生成してプロセッサ１１に出力する。
【００４１】
プロセッサ１１は、コントローラ１から送信されたセットデータ（例えば図８（Ｃ）参照）に含まれる空気吸収減衰係数と、センサユニットＳＵ１と計測経路を構成するセンサユニットとの距離とを乗算することで、超音波の空気吸収減衰量を導出する。また、プロセッサ１１は、メモリ１２に一時的に記憶されている初期設定データのうち、センサユニットＳＵ１と計測経路を構成するセンサユニットとに応じた距離から求められる距離減衰量と、同じくメモリ１２に一時的に記憶されている角度減衰量と、更には導出された空気吸収減衰量とに応じて、受信信号のエンベロープ（図５参照）が所定値となるように、プロセッサ１１内に設けられた可変利得増幅器の利得を調整する。なお、プロセッサ１１は、センサユニットＳＵ１と計測経路を構成するセンサユニットとに応じた距離（初期設定データに含まれる）と、空気吸収減衰係数（セットデータに含まれる）とを乗算して距離減衰量を導出する。また、距離減衰量は、プロセッサ１１が導出する乗算方法に従って、コントローラ１によって導出されても良く、この場合には初期設定データ（例えば図８（Ａ）又は（Ｂ）参照）に含まれる。
【００４２】
プロセッサ１１は、調整された利得によって、Ａ／Ｄ変換器１８から出力された受信信号を増幅し、検波及び平滑化の各処理を実行する。平滑化の処理では、プロセッサ１１内に設けられたデジタルフィルタの応答によって、受信信号の検出タイミングがΔｔ１ほど遅延する。Δｔ１は既知の値である。プロセッサ１１は、平滑化の処理後の受信信号のエンベロープの波形（図５参照）を基に、受信信号のレベルがノイズレベルより大きい所定の閾値を超えた時を、超音波の検出時刻と判定する。但し、プロセッサ１１内の閾値を超えたか否かの判定処理により、超音波の検出時刻は、更にΔｔ２ほど遅延する。
【００４３】
従って、図５の右側のグラフに示すように、超音波信号の検出時刻は、受信信号のレベルが閾値以上となった時点であるが、実際にはΔｔ１とΔｔ２との加算結果の分だけ遅延している。各センサユニットは、図５の右側のグラフに示す真の到達時刻又は超音波検出時刻を、超音波信号の検出時刻として判定する。
【００４４】
（第１の実施形態：時間差法）
図６は、第１の実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００の動作概要を示す説明図である。図６（Ａ）は、測定対象空間Ｋの壁に配置されたセンサユニットの配置例を示す模式図である。図６（Ｂ）は、マスタとして指定されたセンサユニットＳＵ６とスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ１との間で行われる超音波の送受信の流れを示す説明図である。以下の説明において、コントローラ１から送信されたセットデータ（例えば図８（Ｃ）参照）に応じて、超音波を能動的に送信するセンサユニットを「マスタ」と記載し、マスタからの超音波の受信に対する受信応答として超音波をマスタに受動的に送信するセンサユニットを「スレーブ」と記載する。
【００４５】
本実施形態では、図６（Ａ）に示す測定対象空間Ｋの壁に少なくとも２個（例えば合計８個）のセンサユニットが配置され、不図示のコントローラ１から各々のセンサユニットに対し、初期設定時に初期設定データ（例えば図８（Ａ）参照）が送信される。コントローラ１は、無線通信によってセンサユニットＳＵ１〜ＳＵ８にデータの送受信が可能な位置に配置され、コントローラ１の配置位置は以下の各実施形態においても同様である。また各計測毎に、コントローラ１が全てのセンサユニットＳＵ１〜ＳＵ８にセットデータ（図８（Ｃ）参照）を送信し、各センサユニットＳＵ１〜ＳＵ８はセットデータを基にして自己が計測の動作をするのか又は休止するのかを判断する。
【００４６】
マスタとして指定されたセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６）は、スレーブとして指定されたセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１）に超音波を送信する（図６（Ｂ）参照）。本実施形態では、センサユニットＳＵ６からセンサユニットＳＵ１への超音波の伝搬時間をｔ６１と示す。
【００４７】
次に、センサユニットＳＵ１は、センサユニットＳＵ６から送信された超音波を受信（検出）した時から所定の固定待機時間（ｔＳ）が経過した後、受信応答としての超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する。本実施形態では、センサユニットＳＵ１からセンサユニットＳＵ６への超音波の伝搬時間をｔ１６と示す。
【００４８】
センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ１から超音波を受信（検出）した時までの計測時間ｔを計時し、計測時間ｔと固定待機時間ｔＳとを基に、センサユニットＳＵ６−ＳＵ１間の計測経路における超音波の伝搬時間を導出する（図９又は図１０参照）。なお、図６では、マスタの一例としてセンサユニットＳＵ６、スレーブの一例としてセンサユニットＳＵ１を用いて説明したが、本実施形態では、図７（Ａ）に示す全ての計測経路（センサユニットが合計８個の場合には２４個の計測経路）において、各計測経路における超音波の伝搬時間がマスタとして指定されたセンサユニットにおいて導出される。
【００４９】
図７（Ａ）は、第１の実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００における測定対象空間Ｋの壁に配置されたセンサユニットの具体的な配置例を示す図である。図７（Ｂ）は、各々の計測経路を構成するセンサユニットの組み合わせを示す図である。本実施形態を含む各実施形態では、測定対象空間Ｋの壁に合計８個のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５，ＳＵ６，ＳＵ７，ＳＵ８が配置されているため、２個のセンサユニット間を結ぶ直線（計測経路）は合計２４個となる。以下の説明において、計測経路の序数を示す変数をｉと示す。ｉは１から２４までの自然数である。例えば、図６（Ｂ）に示すセンサユニットＳＵ６−ＳＵ１間の計測経路はｉ＝１の計測経路である。
【００５０】
図８（Ａ）は、コントローラ１からセンサユニットＳＵ６に送信される初期設定データの一例を示す図である。図８（Ｂ）は、コントローラ１からセンサユニットＳＵ１に送信される初期設定データの一例を示す図である。図８（Ａ）に示すセットデータは、センサユニットＳＵ６から送信される超音波の受信対象のセンサユニットの識別番号及び当該センサユニットとの間で構成される計測経路の序数と、計測経路の距離ｄと、自己のセンサユニット（センサユニットＳＵ６）と受信対象のセンサユニットとの配置（角度条件）によって生じる角度減衰量ａａと、固定待機時間ｔＳとを含む。他のセンサユニットに送信されるセットデータも、同様な項目を含む。
【００５１】
図８（Ｃ）は、セットデータの一例を示す図である。各々のセンサユニットに応じた初期設定データは、コントローラ１による温度測定において初期設定時に一度だけコントローラ１からそれぞれのセンサユニットに対して送信される。一方、セットデータは、各々の計測経路において超音波の伝搬時間を計測する度に、コントローラ１から全てのセンサユニットＳＵ１〜ＳＵ８に一様に送信される。セットデータは、全センサユニットに共通の内容で、マスタを示す情報（例えば２桁の２進数「１０」）、スレーブを示す情報（例えば２桁の２進数「０１」）、休止させるセンサユニットを示す情報（例えば２桁の２進数「００」）と、空気吸収減衰係数を示す情報とを含む。例えば、図８（Ｃ）に示すセットデータでは、センサユニットＳＵ６がマスタ、センサユニットＳＵ１がスレーブとして指定されている。
【００５２】
本実施形態では、受信対象のセンサユニットに応じて、距離ｄ、角度減衰量ａａの情報は異なるが、一度センサユニットの設置位置が決まれば距離ｄ、角度減衰量ａａの情報は常に同じ値なので、固定待機時間とあわせて初期設定時にコントローラ１から各センサユニットに送信され、メモリ１２に記憶されている。超音波の伝搬時間の計測順序と空気吸収減衰係数は、超音波の伝搬時間の計測毎に変わるが、各々のセンサユニットに共通の値であるので、セットデータとして計測毎にコントローラ１から送信される。
【００５３】
本実施形態では、初期設定データのうち、距離ｄ、角度減衰量ａａ、固定待機時間ｔＳは既知の値であり、コントローラ１において入力部６を介して入力されたセンサユニットの設置位置の情報から算出されたデータである。本実施形態では、計測順序の情報は、計測経路毎に、マスタとしてのセンサユニットとスレーブとしてのセンサユニットとが指定された情報である（図７（Ｂ）参照）。
【００５４】
図９は、第１の実施形態における超音波の伝搬時間の計測原理を説明するタイムチャートである。マスタとしてのセンサユニットＳＵ６は、図８（Ｃ）に示すセットデータをコントローラ１から受信した後、時刻Ｔ１１に超音波を発振し、スレーブとしてのセンサユニットＳＵ１に送信する。センサユニットＳＵ６は、超音波の送信開始時刻Ｔ１１から所定の固定待機時間ｔＭが経過する時刻Ｔ１４までの間は、超音波受信器において超音波を受信しない。
【００５５】
なお、固定待機時間ｔＭは、センサユニット自身が送信する超音波とその反響音を受信しないように、センサユニットの設置位置に応じて決められる既知の値である。また、センサユニットＳＵ６は、超音波の送信開始時刻Ｔ１１かの送信後の時刻Ｔ１２から所定の固定待機時間ｔＭが経過する時刻Ｔ１４までの間は、超音波受信器において超音波を受信しない（図１０参照）。図１０は、第１の実施形態における超音波の伝搬時間の計測原理を説明するタイムチャートである。
【００５６】
センサユニットＳＵ１は、超音波を時刻Ｔ１３において受信（検出）し、受信時（検出時）の時刻Ｔ１３から所定の固定待機時間ｔＳが経過した時刻Ｔ１５に超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する。センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１からの超音波を時刻Ｔ１６に受信する。センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１からの超音波を受信した後、センサユニットＳＵ１に超音波を送信した時刻Ｔ１１からセンサユニットＳＵ１から超音波を受信した時刻Ｔ１６までの計測時間ｔを計時し、数式（１）（図９参照）に従って、超音波の伝搬時間（ＴＯＦ：Time Of Flight）を導出する。センサユニットＳＵ６からセンサユニットＳＵ１への超音波の伝搬時間ｔ６１は、Ｔ１３−Ｔ１１である。センサユニットＳＵ１からセンサユニットＳＵ６への超音波の伝搬時間ｔ１６は、Ｔ１６−Ｔ１５である。
【００５７】
これにより、マスタとしてのセンサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ６，ＳＵ１により構成される計測経路の往復で超音波の伝搬時間を簡易に計測でき、数式（１）に従って導出することによって、計測経路の往復において風の影響を相殺することができる。なお、固定待機時間ｔＳは、固定待機時間ｔＭとセンサユニットの設置位置の環境における残響時間から決定される。
【００５８】
【数１】
2014059240.tif 000003
【００５９】
（コントローラの動作）
次に、本実施形態を含む各実施形態のコントローラ１の動作手順を、図１０を参照して説明する。図１１は、各実施形態におけるコントローラ１の動作手順を説明するフローチャートである。本実施形態のコントローラ１の動作手順は、各実施形態において共通である。
【００６０】
図１１において、コントローラ１は、初期設定の動作を行う（ＳＴ１１）。具体的には、プロセッサ２は、入力部６を介して入力されたセンサユニットの設置位置の情報を基に、図７（Ｂ）に示す計測経路及びその距離を決定する。更に、プロセッサ２は、図７（Ｂ）に示す計測経路を基に、各々のセンサユニットに応じた初期設定データを生成する。プロセッサ２は、各々のセンサユニットに応じて生成された初期設定データを、無線回路部３において各センサユニットに送信する。
【００６１】
初期設定データのうち、各々の計測経路を構成するセンサユニット間の距離ｄと角度減衰量ａａは、入力されたセンサユニットの設置位置の情報と予め測定されている超音波発振器及び超音波受信器の各特性から算出され、固定待機時間はセンサユニットの設置位置の残響時間を基に決定して、入力部６を介して入力される。
【００６２】
また、初期設定時では、プロセッサ２は、温度測定のための超音波の音速を導出するために必要となる経路マトリクス（図２の右下参照）を導出する。本実施形態では、センサユニットは合計８個であり、計測経路ｍは合計２４個であり、測定対象空間Ｋの分割ブロック数ｎは合計２０である。測定対象空間Ｋの分割ブロック数ｎは、図７（Ａ）に示す測定対象空間Ｋを、例えば縦方向を均等に４個に区分し、横方向を均等に５個に区分した場合に生じる分割ブロックの総数である。経路マトリクスのうち、Ｌは、計測経路が各々の分割ブロックの領域を通過する場合の距離を表し、例えばＬｍ，ｎは、第ｍ番目の計測経路において第ｎ番目の分割ブロックの領域を通過する計測経路の距離を表す。
【００６３】
ステップＳＴ１２では、プロセッサ２は、温湿度センサ４の測定結果データを用いて、最新の空気吸収減衰係数を計算する。ステップＳＴ１２の後、コントローラ１の動作はステップＳＴ１３に進む。
【００６４】
ステップＳＴ１３では、プロセッサ２は、計測経路の序数を示す変数ｉを初期化し（ＳＴ１３）、第１番目の計測経路（ｉ＝１）を構成する２個のセンサユニットＳＵ６，ＳＵ１を指定し、２個のセンサユニットＳＵ６，ＳＵ１間の超音波の伝搬時間を計測する（ＳＴ１４）。本実施形態における超音波の伝搬時間の計測に関する動作（ＳＴ１４）の詳細は、図１２を参照して後述する。
【００６５】
ステップＳＴ１４の後、プロセッサ２は、変数ｉが最後の計測経路（ｉ＝ｍ＝２４）であるか否かを判定する（ＳＴ１５）。プロセッサ２は、変数ｉが最後の計測経路ではないと判定した場合には（ＳＴ１５、ＮＯ）、変数ｉをインクリメントし（ＳＴ１６）、インクリメント後の変数ｉに対応する計測経路を構成する２個のセンサユニット間の伝搬時間を計測する（ＳＴ１４）。
【００６６】
一方、プロセッサ２は、変数ｉが最後の計測経路であると判定した場合には（ＳＴ１５、ＹＥＳ）、全ての計測経路（２４個）における超音波の伝搬時間ＴＯＦ１〜ＴＯＦｍの情報と経路マトリクスとを基に、最小二乗法に基づく数式（２）に従って、各計測経路における超音波の音速Ｃ１〜Ｃｎを導出する。
【００６７】
【数２】
2014059240.tif 000004
【００６８】
ここで、空気中を伝搬する超音波の音速Ｃｎ［ｍ／ｓｅｃ］と空間の温度Ｔｅｍｐｎ［℃］との関係は、数式（３）又は数式（４）によって表されることが知られている。
【００６９】
【数３】
2014059240.tif 000005
【００７０】
【数４】
2014059240.tif 000006
【００７１】
プロセッサ２は、数式（２）に従って導出された超音波の音速Ｃ１〜Ｃｎと数式（３）又は（４）とを用いて、測定対象空間Ｋの分割ブロック毎における空間の温度Ｔｅｍｐ１〜Ｔｅｍｐｎを導出する（ＳＴ１７）。プロセッサ２は、測定対象空間Ｋの分割ブロック毎における空間の温度Ｔｅｍｐ１〜Ｔｅｍｐｍを用いて、測定対象空間Ｋにおける温度分布を表示装置５に表示させる（ＳＴ１８）、更に、温度分布のデータを不図示の記憶装置に記憶する（ＳＴ１８）。
【００７２】
ステップＳＴ１８の後、コントローラ１が再び測定対象空間Ｋの温度を測定する場合には（ＳＴ１９、ＹＥＳ）、コントローラ１の動作はステップＳ１２に戻る。また、ステップＳＴ１８の後、コントローラ１が再び測定対象空間Ｋの温度を測定しない場合には（ＳＴ１９、ＮＯ）、コントローラ１は、全センサユニットＳＵ１〜ＳＵ８の各動作を終了（停止）させる（ＳＴ２０）。ステップＳＴ２０の後、コントローラ１の動作は終了する。
【００７３】
（コントローラと各センサユニットとの間における動作）
図１２は、ステップＳＴ１４を詳細に説明した内容を示し、第１の実施形態のコントローラ１と各センサユニットとにおける計測経路毎の超音波の伝搬時間を計測するための動作手順を時系列に説明するシーケンス図である。図１２では、第１番目の計測経路（ｉ＝１）において、コントローラ１と、例えばマスタとして指定されたセンサユニットＳＵ６と、例えばスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ１とにおける動作を時系列に説明する。また、他の計測経路（ｉ＝２〜２４）においても、コントローラ１と、各計測経路においてマスタとして指定されたセンサユニットと、同様にスレーブとして指定されたセンサユニットとの間でも図１１と同様の動作が実行される。
【００７４】
図１２において、ステップＳＴ１４の開始時の動作として、コントローラ１は、計測対象の計測経路においてマスタ、スレーブをそれぞれ指示するセンサユニットの情報と空気吸収減衰係数とを含むセットデータ（図８（Ｃ）参照）を生成又は２回目以降の計測では更新し（ＳＴ２１）、当該セットデータを全てのセンサユニットＳＵ１〜ＳＵ８に送信する（ＳＴ２２）。
【００７５】
各々のセンサユニットは、コントローラ１から送信された各セットデータを受信する（ＳＴ３１）。セットデータでは、第１番目の計測経路（ｉ＝１）において、センサユニットＳＵ６がマスタ、センサユニットＳＵ１がスレーブとして指定されている。センサユニットＳＵ６は、マスタとして動作する旨の受信応答（例えばＡｃｋ信号）をコントローラ１に送信する（ＳＴ４１）。同様に、センサユニットＳＵ１は、スレーブとして動作する旨の受信応答（例えばＡｃｋ信号）をコントローラ１に送信する（ＳＴ４１）。なお、第１番目の計測経路（ｉ＝１）では、センサユニットＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５，ＳＵ７，ＳＵ８は休止中となり、各々のセンサユニット自身は、次の計測開始指示に関するセットデータ（例えば次の計測経路における超音波の伝搬時間の計測時のセットデータ）を受信するまで待機する（ＳＴ３２）。
【００７６】
なお、センサユニットＳＵ１は、受信応答をコントローラ１に送信した後、センサユニットＳＵ１の超音波受信器において受信された受信信号の波形を解析する（ＳＴ６１）。
【００７７】
コントローラ１は、センサユニットＳＵ６，ＳＵ１からそれぞれ送信された受信応答（例えばＡｃｋ信号）を受信する（ＳＴ２３）。コントローラ１は、受信応答を受信した後、第１番目の計測経路（ｉ＝１）における超音波の伝搬時間の計測開始指示を、マスタとしてのセンサユニットＳＵ６に送信する（ＳＴ２４）。
【００７８】
センサユニットＳＵ６は、コントローラ１から送信された超音波の伝搬時間の計測開始指示を受信し（ＳＴ５１）、計測開始指示を基にして、超音波送信器から超音波をセンサユニットＳＵ１に送信する（ＳＴ５２）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５２において超音波を送信開始時から所定の固定待機時間ｔＭが経過するまでの間は、センサユニットＳＵ６の超音波受信器が受信した受信信号の波形を解析しない（ＳＴ５３）。従って、センサユニットＳＴ６は、ステップＳＴ５２において超音波を送信開始してから所定の固定待機時間ｔＭが経過した後、センサユニットＳＵ６の超音波受信器において受信された受信信号の波形の解析を開始する（ＳＴ５４）。
【００７９】
センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６１において受信信号の波形解析を開始しているため、ステップＳＴ５２において送信された超音波を受信することができる（ＳＴ６２）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６２において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳが経過するまで超音波の送信を待機する（ＳＴ６３）。従って、センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６２において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳが経過した後、受信応答としての超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する（ＳＴ６４）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６４の後、次の計測経路に関するセットデータを受信するまで待機する（ＳＴ３２）。
【００８０】
センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５４において受信信号の波形解析を開始しているため、ステップＳＴ６４において送信された超音波を受信することができる（ＳＴ５５）。センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ１から超音波を受信した時までの計測時間ｔと、所定の固定待機時間ｔＳとを基に、数式（１）（図９参照）に従って、第１番目の計測経路（ｉ＝１）における超音波の伝搬時間（ＴＯＦ：Time Of Flight）を導出する（ＳＴ５６）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５６において導出された超音波の伝搬時間ＴＯＦのデータをコントローラ１に送信する（ＳＴ５７）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５７の後、次の計測経路に関するセットデータを受信するまで待機する（ＳＴ３２）。
【００８１】
コントローラ１は、ステップＳＴ５７において送信された超音波の伝搬時間ＴＯＦのデータを受信する（ＳＴ２５）。これにより、ステップＳＴ１４の動作は終了する。
【００８２】
なお、次の計測では、全てのセンサユニットＳＵ１〜ＳＵ８は、ステップＳＴ２１で更新された次の計測経路に基づいたセットデータ（図８（Ｃ）参照）に従い、マスタ、スレーブ、休止のうちいずれであるかを判別し、ステップＳＴ３１〜ステップＳＴ３２までの動作を同様に実行して全ての計測経路の計測を順次行う。
【００８３】
以上により、本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００では、空気中を伝搬する超音波の速度を基にして測定対象空間Ｋの温度を測定する場合に、例えばマスタとして指定されたセンサユニットＳＵ６は、スレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ１に超音波を送信した時から、センサユニットＳＵ１から超音波を受信した時までの計測時間ｔと、所定の固定待機時間ｔＳとを基に、センサユニットＳＵ６−ＳＵ１間の計測経路における超音波の伝搬時間を導出する。
【００８４】
即ち、超音波伝搬時間計測システム１００では、センサユニットＳＵ６が超音波を送信したタイミングをセンサユニットＳＵ１に知らせることなく、更に、センサユニットＳＵ１が超音波を送信したタイミングをセンサユニットＳＵ６に知らせることなく、センサユニットＳＵ６は、超音波の伝搬時間を導出できる。従って、本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００は、超音波を送受信するセンサユニットＳＵ６の超音波送信部とセンサユニットＳＵ１の超音波受信部との間、更に、超音波を送受信するセンサユニットＳＵ１の超音波送信部とセンサユニットＳＵ６の超音波受信部との間のそれぞれの同期を必要とせずに、超音波の伝搬時間を簡易かつ高精度に計測することができる。
【００８５】
（第２の実施形態：時間差法）
図１３は、第２の実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００ａの動作概要を示す説明図である。図１３（Ａ）は、測定対象空間Ｋの壁に配置されたセンサユニットの配置例を示す模式図である。図１３（Ｂ）は、マスタとして指定されたセンサユニットＳＵ６とスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２との間で行われる超音波の送受信の流れを示す説明図である。第２の実施形態では、第１の実施形態のコントローラ１及び各センサユニットの動作内容と異なる内容について説明し、同一の内容の説明は省略又は簡略化する。
【００８６】
本実施形態では、図１３（Ａ）に示す測定対象区間Ｋの壁に少なくとも２個（例えば合計８個）のセンサユニットが配置され、不図示のコントローラ１から各々のセンサユニットに初期設定データ（例えば図１４（Ａ）参照）とセットデータ（例えば図１４（Ｂ）参照）とが送信される。マスタとして指定されたセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６）は、スレーブとして指定されたセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２）にそれぞれ超音波を送信する（図１３（Ｂ）参照）。本実施形態では、センサユニットＳＵ６からセンサユニットＳＵ１への超音波の伝搬時間をｔ６１と示し、センサユニットＳＵ６からセンサユニットＳＵ２への超音波の伝搬時間をｔ６２と示す。
【００８７】
次に、センサユニットＳＵ１は、センサユニットＳＵ６から送信された超音波を受信（検出）した時から所定の固定待機時間（ｔＳ１）が経過した後、受信応答としての超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する。本実施形態では、センサユニットＳＵ１からセンサユニットＳＵ６への超音波の伝搬時間をｔ１６と示す。
【００８８】
また、センサユニットＳＵ２は、センサユニットＳＵ６から送信された超音波を受信（検出）した時から所定の固定待機時間（ｔＳ２）が経過した後、受信応答としての超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する。本実施形態では、センサユニットＳＵ２からセンサユニットＳＵ６への超音波の伝搬時間をｔ２６と示す。
【００８９】
センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ１から超音波を受信（検出）した時までの計測時間ｔ１を計時し、計測時間ｔ１と固定待機時間ｔＳ１とを基に、センサユニットＳＵ６−ＳＵ１間の計測経路における超音波の伝搬時間を導出する（図１５参照）。更に、センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ２に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ２から超音波を受信（検出）した時までの計測時間ｔ２を計時し、計測時間ｔ２と固定待機時間ｔＳ２とを基に、センサユニットＳＵ６−ＳＵ２間の計測経路における超音波の伝搬時間を導出する（図１５参照）。図１３では、マスタの一例としてセンサユニットＳＵ６、スレーブの一例としてセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２を用いて説明したが、本実施形態では、図７（Ａ）に示す全ての計測経路（センサユニットが合計８個の場合には２４個の計測経路）において、各計測経路における超音波の伝搬時間がマスタとして指定されたセンサユニットにおいて導出される。
【００９０】
図１４（Ａ）は、コントローラ１からセンサユニットＳＵ６に送信される初期設定データの一例を示す図である。図１４（Ａ）に示す初期設定データでは、固定待機時間が図８（Ａ）に示すセットデータと異なり、他の項目は同じである。固定待機時間は、第１の実施形態では各々のセンサユニットにおいて共通の値ｔＳであったが、本実施形態ではスレーブとして指定されるセンサユニットの数に応じた異なる固定待機時間が割り当てられている。本実施形態ではスレーブの数が２であるので、固定待機時間は２つになっている。図１４（Ｂ）は、コントローラ１から全てのセンサユニットに送信されるセットデータの一例を示す図である。図１４（Ｂ）に示すセットデータは、全てのセンサユニットに共通である。計測順序の情報は、第１の実施形態における計測情報（図８（Ｃ）参照）と異なり、マスタとして指定されるセンサユニットは１個であり、スレーブとして指定されるセンサユニットは１番目がセンサユニットＳＵ１で２番目がセンサユニットＳＵ２の２個になっている。
【００９１】
なお、図１４（Ｂ）に示すセットデータにおいてマスタ、スレーブを示す情報を例えば３桁の２進数で表す場合、最初のビットが「１」であればマスタを示し、最初のビットが「０」であって残りの２ビットのうち値が小さいものからスレーブＳ１、Ｓ２、・・・を示すとする。但し、図１４（Ｂ）に示すセットデータでは、マスタ、スレーブを示す情報を３桁で示さなくても良いし、２進数で表さなくても良い。図８（Ｃ）に示すセットデータにおいても同様である。
【００９２】
図１５は、第２の実施形態における超音波の伝搬時間の計測原理を説明するタイムチャートである。マスタとしてのセンサユニットＳＵ６は、図１４（Ｂ）に示すセットデータをコントローラ１から受信した後、時刻Ｔ２１に超音波を発振し、第１のスレーブＳ１としてのセンサユニットＳＵ１及び第２のスレーブＳ２としてのセンサユニットＳＵ２にそれぞれ送信する。
【００９３】
センサユニットＳＵ１は、超音波を時刻Ｔ２２において受信（検出）し、受信時（検出時）の時刻Ｔ２２から所定の固定待機時間ｔＳ１が経過した時刻Ｔ２４に超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する。センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１からの超音波を時刻Ｔ２５に受信する。
【００９４】
センサユニットＳＵ２は、超音波を時刻Ｔ２３において受信（検出）し、受信時（検出時）の時刻Ｔ２３から所定の固定待機時間ｔＳ２が経過した時刻Ｔ２６に超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する。センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ２からの超音波を時刻Ｔ２７に受信する。
【００９５】
センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１からの超音波を受信した後、センサユニットＳＵ１に超音波を送信した時刻Ｔ２１からセンサユニットＳＵ１から超音波を受信した時刻Ｔ２５までの計測時間ｔを計時し、数式（１）に従って、超音波の伝搬時間を導出する。センサユニットＳＵ６からセンサユニットＳＵ１への超音波の伝搬時間ｔ６１は、Ｔ２２−Ｔ２１である。センサユニットＳＵ１からセンサユニットＳＵ６への超音波の伝搬時間ｔ１６は、Ｔ２５−Ｔ２４である。
【００９６】
センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ２からの超音波を受信した後、センサユニットＳＵ２に超音波を送信した時刻Ｔ２１からセンサユニットＳＵ２から超音波を受信した時刻Ｔ２７までの計測時間ｔを計時し、数式（１）に従って、超音波の伝搬時間を導出する。センサユニットＳＵ６からセンサユニットＳＵ２への超音波の伝搬時間ｔ６２は、Ｔ２３−Ｔ２１である。センサユニットＳＵ２からセンサユニットＳＵ６への超音波の伝搬時間ｔ２６は、Ｔ２７−Ｔ２６である。
【００９７】
（コントローラと各センサユニットとの間における動作）
図１６は、図１１に示すステップＳＴ１４を詳細に説明した内容を示し、第２の実施形態のコントローラ１と各センサユニットとにおける計測経路毎の超音波伝搬時間を計測するための動作手順を時系列に説明するシーケンス図である。図１６では、第１番目及び第７番目の計測経路（ｉ＝１，７）において、コントローラ１と、例えばマスタとして指定されたセンサユニットＳＵ６と、例えば第１のスレーブＳ１として指定されたセンサユニットＳＵ１と、例えば第２のスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ２とにおける動作を時系列に説明する。また、他の計測経路（ｉ＝２〜６、８〜２４）においても、コントローラ１と、各計測経路においてマスタとして指定されたセンサユニットと、同様にスレーブとして指定されたセンサユニットとの間でも図１６と同様の動作が実行される。また、図１６に示すシーケンス図の説明では、図１１に示すシーケンス図の説明と異なる内容について説明し、同一の内容の説明は省略又は簡略化する。
【００９８】
図１６において、ステップＳＴ１４の開始時の処理として、コントローラ１は、計測対象の計測経路においてマスタ、スレーブＳ１、スレーブＳ２をそれぞれ指示するセンサユニットの情報と空気吸収減衰係数とを含むセットデータ（図１４（Ｃ）参照）を生成又は２回目以降の計測では更新する（ＳＴ２１ａ）。そして、コントローラ１は、生成又は更新されたセットデータを全てのセンサユニットに送信する（ＳＴ２２ａ）。各々のセンサユニットは、コントローラ１から送信された各セットデータを受信する（ＳＴ３１ａ）。セットデータでは、第１番目の計測経路（ｉ＝１）ではセンサユニットＳＵ６がマスタ、センサユニットＳＵ１がスレーブとして指定され、第７番目の計測経路（ｉ＝７）ではセンサユニットＳＵ６がマスタ、センサユニットＳＵ２がスレーブとして指定されている。センサユニットＳＵ６は、マスタとして動作する旨の受信応答（例えばＡｃｋ信号）をコントローラ１に送信する（ＳＴ４１）。
【００９９】
センサユニットＳＵ１は、第１のスレーブＳ１として動作する旨の受信応答（例えばＡｃｋ信号）をコントローラ１に送信する（ＳＴ４１）。更に、センサユニットＳＵ２は、第２のスレーブＳ２として動作する旨の受信応答（例えばＡｃｋ信号）をコントローラ１に送信する（ＳＴ４１）。なお、第１番目及び第７番目の各計測経路（ｉ＝１，７）では、センサユニットＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５，ＳＵ７，ＳＵ８は休止中となり、各々のセンサユニット自身は、次の計測開始指示（例えば次の計測経路における超音波の伝搬時間の計測時のセットデータ）を受信するまで待機する（ＳＴ３２ａ）。
【０１００】
なお、センサユニットＳＵ１は、受信応答をコントローラ１に送信した後、センサユニットＳＵ１の超音波受信器において受信された受信信号の波形を解析する（ＳＴ６１）。更に、センサユニットＳＵ２は、受信応答をコントローラ１に送信した後、センサユニットＳＵ２の超音波受信器において受信された受信信号の波形を解析する（ＳＴ７１）。
【０１０１】
コントローラ１は、センサユニットＳＵ６，ＳＵ１，ＳＵ２からそれぞれ送信された受信応答（例えばＡｃｋ信号）を受信する（ＳＴ２３）。コントローラ１は、受信応答を受信した後、第１番目及び第７番目の計測経路（ｉ＝１，７）における超音波の伝搬時間の計測開始指示を、マスタとしてのセンサユニットＳＵ６に送信する（ＳＴ２４ａ）。
【０１０２】
センサユニットＳＵ６は、コントローラ１から送信された超音波の伝搬時間の計測開始指示を受信し（ＳＴ５１）、計測開始指示を基にして、超音波送信器から超音波をセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２にそれぞれ送信する（ＳＴ５２ａ）。センサユニットＳＵ６は、超音波をセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２にそれぞれ送信した後、センサユニットＳＵ６の超音波受信器において受信された受信信号の波形の解析を開始する（ＳＴ５４ａ−１）。
【０１０３】
センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６１において受信信号の波形解析を開始しているため、ステップＳＴ５２ａにおいて送信された超音波を受信することができ（ＳＴ６２）、ステップＳＴ６２における超音波の受信後に、受信信号の波形解析を終了する（ＳＴ６５）。
【０１０４】
なお、センサユニットにおける受信信号の波形解析の開始又は終了の制御は公知技術であり、例えば超音波受信器１６（図３（Ｂ）参照）と増幅回路１７との間を接続するためのスイッチ（不図示）が設けられているとする。当該スイッチの両端の接点を非導通させる旨の信号がプロセッサ１１から当該スイッチに入力された場合には、センサユニットは、受信信号の波形解析を終了する。一方、プロセッサ１１から当該スイッチの両端の接点を導通させる旨の信号が当該スイッチに入力された場合には、センサユニットは、受信信号の波形解析を開始する。
【０１０５】
センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６２において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳ１が経過するまで超音波の送信を待機する（ＳＴ６３ａ）。従って、センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６２において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳ１が経過した後、超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する（ＳＴ６４）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６４の後、次の計測経路に関するセットデータを受信するまで待機する（ＳＴ３２ａ）。
【０１０６】
センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５４ａ−１において受信信号の波形解析を開始しているため、ステップＳＴ６４において送信された超音波を受信することができる（ＳＴ５５ａ−１）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５５ａ−１において超音波を受信した後、受信信号の波形解析を中断する（ＳＴ５８−１）。これにより、センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１からの超音波の受信時からセンサユニットＳＵ２からの超音波の受信時までの間に、余分な受信信号（例えば、測定対象空間Ｋの壁において反射された超音波の反射波又は超音波の残響成分等のノイズ波）を受信しないため、センサユニットＳＵ２から送信された超音波を高精度に受信できる。
【０１０７】
センサユニットＳＵ２は、ステップＳＴ７１において受信信号の波形解析を開始しているため、ステップＳＴ５２ａにおいて送信された超音波を受信することができ（ＳＴ７２）、ステップＳＴ７２における超音波の受信後に、受信信号の波形解析を終了する（ＳＴ７３）。
【０１０８】
センサユニットＳＵ２は、ステップＳＴ７２において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳ２が経過するまで超音波の送信を待機する（ＳＴ７４）。従って、センサユニットＳＵ２は、ステップＳＴ７２において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳ２が経過した後、超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する（ＳＴ７５）。センサユニットＳＵ２は、ステップＳＴ７５の後、次の計測経路に関するセットデータを受信するまで待機する（ＳＴ３２ａ）。
【０１０９】
センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５８−１における受信信号の波形解析を中断してから所定時間が経過した後、受信信号の波形解析を再開する（ＳＴ５４ａ−２）。この所定時間は、図１６に示すシーケンス図においてマスタとしてのセンサユニットＳＵ６と第１のスレーブＳ１としてのセンサユニットＳＵ１との間の距離、センサユニットＳＵ６と第２のスレーブＳ２としてのセンサユニットＳＵ２との間の距離に応じて予め設定されている既知の値である。
【０１１０】
センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５４ａ−２において受信信号の波形解析を再開しているため、ステップＳＴ７５において送信された超音波を受信することができる（ＳＴ５５ａ−２）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５５ａ−２において超音波を受信した後、受信信号の波形解析を終了する（ＳＴ５８−２）。
【０１１１】
センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ１から超音波を受信した時までの計測時間ｔ１と、所定の固定待機時間ｔＳ１とを基に、数式（１）に従って、第１番目の計測経路（ｉ＝１）における超音波の伝搬時間ＴＯＦを導出する（ＳＴ５６ａ）。更に、センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ２に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ２から超音波を受信した時までの計測時間ｔ２と、所定の固定待機時間ｔＳ２とを基に、数式（１）に従って、第７番目の計測経路（ｉ＝７）における超音波の伝搬時間ＴＯＦを導出する（ＳＴ５６ａ）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５６ａにおいて導出された各々の計測経路における超音波の伝搬時間ＴＯＦのデータをコントローラ１に送信する（ＳＴ５７）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５７の後、次の計測経路に関するセットデータを受信するまで待機する（ＳＴ３２ａ）。
【０１１２】
コントローラ１は、ステップＳＴ５７において送信された超音波の伝搬時間ＴＯＦのデータを受信する（ＳＴ２５）。これにより、ステップＳＴ１４の動作は終了する。
【０１１３】
なお、次の計測では、全てのセンサユニットＳＵ１〜ＳＵ８は、ステップＳＴ２１ａで更新された次の計測経路に基づいたセットデータ（図１４（Ｂ）参照）に従い、順次複数の計測経路（例えば次は第２番目の計測経路（ｉ＝２）と第８番目の計測経路（ｉ＝８））における超音波の伝搬時間の計測を行う。即ち、マスタとなるセンサユニットＳＵ５と、１番目のスレーブＳ１となるセンサユニットＳＵ１（第２番目の計測経路（ｉ＝２））、２番目のスレーブＳ２となるセンサユニットＳＵ２（第８番目の計測経路（ｉ＝８））との間で計測が実行される。
【０１１４】
以上により、本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００ａでは、空気中を伝搬する超音波の速度を基にして測定対象空間Ｋの温度を測定する場合に、例えばマスタとして指定されたセンサユニットＳＵ６は、第１のスレーブＳ１として指定されたセンサユニットＳＵ１に超音波を送信した時から、センサユニットＳＵ１から超音波を受信した時までの計測時間ｔ１と、センサユニットＳＵ１に割り当てられた固有の固定待機時間ｔＳ１とを基に、センサユニットＳＵ６−ＳＵ１間の計測経路における超音波の伝搬時間を導出する。更に、センサユニットＳＵ６は、第２のスレーブＳ２として指定されたセンサユニットＳＵ２に超音波を送信した時から、センサユニットＳＵ２から超音波を受信した時までの計測時間ｔ２と、センサユニットＳＵ２に割り当てられた固有の固定待機時間ｔＳ２とを基に、センサユニットＳＵ６−ＳＵ２間の計測経路における超音波の伝搬時間を導出する。
【０１１５】
即ち、本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００ａでは、センサユニットＳＵ６が超音波を送信したタイミングをセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２にそれぞれ知らせることなく、更に、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２がそれぞれ超音波を送信したタイミングをセンサユニットＳＵ６に知らせることなく、センサユニットＳＵ６は、超音波の伝搬時間を導出できる。従って、本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００ａは、超音波を送受信するセンサユニットＳＵ６の超音波送信部とセンサユニットＳＵ１の超音波受信部との間、超音波を送受信するセンサユニットＳＵ１の超音波送信部とセンサユニットＳＵ６の超音波受信部との間、超音波を送受信するセンサユニットＳＵ６の超音波送信部とセンサユニットＳＵ２の超音波受信部との間、超音波を送受信するセンサユニットＳＵ２の超音波送信部とセンサユニットＳＵ６の超音波受信部との間のそれぞれの同期を必要とせずに、超音波の伝搬時間を簡易かつ高精度に計測することができる。
【０１１６】
更に、本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００ａでは、マスタとして指定されたセンサユニットＳＵ６が、スレーブとして指定された複数のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２に一度に超音波を送信し、各センサユニットからの超音波を受信した後に各々の計測経路における超音波の伝搬時間を導出する。これにより、本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００ａは、第１の実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００に比べて、測定対象空間Ｋに配置された全てのセンサユニットにより構成される計測経路における超音波の伝搬時間を短時間で導出することができる。
【０１１７】
（第３の実施形態：連続法）
図１７は、第３の実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００ｂの動作概要を示す説明図である。図１７（Ａ）は、測定対象空間Ｋの壁に配置されたセンサユニットの配置例を示す模式図である。図１７（Ｂ）は、各々のセンサユニット間で行われる超音波の送受信の流れを示す説明図である。第３の実施形態では、第１又は第２の実施形態のコントローラ１及び各センサユニットの動作内容と異なる内容について説明し、同一の内容の説明は省略又は簡略化する。
【０１１８】
本実施形態では、図１７（Ａ）に示す測定対象空間Ｋの壁に少なくとも２個（例えば合計８個）のセンサユニットが配置され、不図示のコントローラ１から各々のセンサユニットに初期設定データ（例えば図１４（Ａ）参照）とセットデータ（例えば図１８（Ａ）又は（Ｂ）参照）とが送信される。第１番目のマスタとして指定されたセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６）は、第１番目のスレーブとして指定されたセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１）に超音波を送信する（図１７（Ｂ）参照）。本実施形態では、センサユニットＳＵ６からセンサユニットＳＵ１への超音波の伝搬時間をｔ６１と示す。
【０１１９】
次に、第１番目のスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ１は、センサユニットＳＵ６から送信された超音波を受信（検出）した時から所定の固定待機時間（ｔＳ）が経過した後、受信応答としての超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する。更に、センサユニットＳＵ１は、第１番目のスレーブと同時に第２番目のマスタとしても指定され、同様に所定の固定待機時間（ｔＳ）が経過した後、第２番目のスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ５に超音波を送信する。本実施形態では、センサユニットＳＵ１からセンサユニットＳＵ６への超音波の伝搬時間をｔ１６と示し、センサユニットＳＵ１からセンサユニットＳＵ５への超音波の伝搬時間をｔ１５と示す。
【０１２０】
次に、第２番目のスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ５は、センサユニットＳＵ１から送信された超音波を受信（検出）した時から所定の固定待機時間（ｔＳ）が経過した後、受信応答としての超音波をセンサユニットＳＵ１に送信する。更に、センサユニットＳＵ５は、第２番目のスレーブと同時に第３番目のマスタとしても指定され、同様に所定の固定待機時間（ｔＳ）が経過した後、第３番目のスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ２に超音波を送信する。本実施形態では、センサユニットＳＵ５からセンサユニットＳＵ１への超音波の伝搬時間をｔ５１と示し、センサユニットＳＵ５からセンサユニットＳＵ２への超音波の伝搬時間をｔ５２と示す。
【０１２１】
次に、第３番目のスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ２は、センサユニットＳＵ５から送信された超音波を受信（検出）した時から所定の固定待機時間（ｔＳ）が経過した後、受信応答としての超音波をセンサユニットＳＵ５に送信する。本実施形態では、センサユニットＳＵ２からセンサユニットＳＵ５への超音波の伝搬時間をｔ２５と示す。
【０１２２】
センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ１から超音波を受信（検出）した時までの計測時間ｔ１を計時し、計測時間ｔ１と固定待機時間ｔＳとを基に、センサユニットＳＵ６−ＳＵ１間の計測経路における超音波の伝搬時間を導出する（図１９参照）。また、センサユニットＳＵ１は、センサユニットＳＵ５に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ５から超音波を受信（検出）した時までの計測時間ｔ２を計時し、計測時間ｔ２と固定待機時間ｔＳとを基に、センサユニットＳＵ１−ＳＵ５間の計測経路における超音波の伝搬時間を導出する（図１９参照）。更に、センサユニットＳＵ５は、センサユニットＳＵ２に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ２から超音波を受信（検出）した時までの計測時間ｔ３を計時し、計測時間ｔ３と固定待機時間ｔＳとを基に、センサユニットＳＵ５−ＳＵ２間の計測経路における超音波の伝搬時間を導出する（図１９参照）。
【０１２３】
なお、図１７では、第１番目のマスタの一例としてセンサユニットＳＵ６、第１番目のスレーブ及び第２番目のマスタの一例としてセンサユニットＳＵ１、第２番目のスレーブ及び第３番目のマスタの一例としてセンサユニットＳＵ５、第３番目のスレーブの一例としてセンサユニットＳＵ２を用いて説明したが、本実施形態では、図７（Ａ）に示す全ての計測経路（センサユニットが合計８個の場合には２４個の計測経路）において、各計測経路における超音波の伝搬時間がマスタとして指定されたセンサユニットにおいて連続的に導出される。
【０１２４】
本実施形態において、初期設定データは、第１の実施形態（例えば図８（Ａ）又は（Ｂ）参照）、又は第２の実施形態（例えば図１４（Ａ）参照）と同じである。
【０１２５】
図１８（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の実施形態におけるコントローラからセンサユニットに送信されるセットデータの一例を示す図である。計測順序の情報は、第１の実施形態における計測順序の情報（図８（Ｃ）参照）と異なり、第１番目の計測経路（ｉ＝１）、第２番目の計測経路（ｉ＝２）、第８番目の計測経路（ｉ＝８）の順番に連続的に計測される。ここで、超音波送信順序が「０」になっているセンサユニットは休止となる。セットデータは、空気吸収減衰係数を含む。
【０１２６】
超音波送信順序が１番のセンサユニットＳＵ６の受信開始時刻ＲＳ１は「０」となっており、受信開始時刻ＲＳ１の値が「０」であれば、他のセンサユニットからの超音波を受信せず、自己のセンサユニットが送信する超音波を受信しないようになっている。また、センサユニットＳＵ６では、受信開始時刻ＲＳ２はスレーブからの受信開始時間となる「１９８」［ｍｓｅｃ］である。センサユニットＳＵ６は第１番目の計測経路（ｉ＝１）におけるマスタのみの動作であるという内容になっている。センサユニットＳＵ４の受信開始時刻ＲＳ２が「０」になっているが、これはマスタとして動作せず、スレーブとしてのセンサユニットから超音波を受信しないことを表す。
【０１２７】
センサユニットＳＵ１は、超音波送信順序が「２」となっており、第２番目の計測経路（ｉ＝２）でマスタとして指定される。センサユニットＳＵ１の受信開始時刻ＲＳ１は、第１番目の計測経路（ｉ＝１）において、センサユニットＳＵ６からの超音波を受信するために設けられた受信可能期間の開始時刻（「３９」［ｍｓｅｃ］）である。センサユニットＳＵ１の受信開始時刻ＲＳ２は、第２番目の計測経路（ｉ＝２）において、センサユニットＳＵ５からの超音波を受信するために設けられた受信可能期間の開始時刻（「１９８」［ｍｓｅｃ］）である。
【０１２８】
本実施形態では、指定された計測経路を構成する２個のセンサユニット間において超音波が連続的に送受信されるため、センサユニットが余分な受信信号（例えば、測定対象空間Ｋの壁において反射された超音波の反射波又は超音波の残響成分等のノイズ波）を受信しないように、各々のセンサユニットにおいて受信信号の受信可能期間が指定されている。受信可能期間は、各計測経路の距離とその計測の順番から決まる値であって既知とし、受信開始時刻ＲＳ１及び受信開始時刻ＲＳ２は受信可能期間の開始時刻を表す。受信開始時刻ＲＳ１「０」は、超音波の伝搬時間の計測に用いられる複数の計測経路の中で第１番目のマスタとして指定されるセンサユニットであることを表す（図１８（Ａ）参照）。受信開始時刻ＲＳ２「０」は、超音波の伝搬時間の計測に用いられる複数の計測経路の中で最後のスレーブとして指定されるセンサユニットであることを表す（図１８（Ａ）参照）。
【０１２９】
本実施形態で示されているセットデータは、一回の計測で４個のセンサユニットを使用して、３つの計測経路の計測を連続して行っているが、８個のセンサユニットを使用して７つの計測経路を連続して計測することも可能である（図１８（Ｂ）参照）。図１８（Ｂ）に示すセットデータでは、センサユニットＳＵ６，ＳＵ１，ＳＵ５，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ７，ＳＵ４，ＳＵ８の順に超音波が送信される。
【０１３０】
図１９は、第３の実施形態における超音波の伝搬時間の計測原理を説明するタイムチャートである。第１番目のマスタとしてのセンサユニットＳＵ６は、図１８（Ａ）に示すセットデータをコントローラ１から受信した後、時刻Ｔ３１に超音波を発振し、第１番目のスレーブとしてのセンサユニットＳＵ１に送信する。
【０１３１】
センサユニットＳＵ１は、超音波の受信可能期間（受信開始時刻ＲＳ１＝３９［ｍｓｅｃ］）の間の時刻Ｔ３２においてセンサユニットＳＵ６から送信された超音波を受信（検出）し、受信時（検出時）の時刻Ｔ３２から所定の固定待機時間ｔＳが経過した時刻Ｔ３３に超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する。更に、第２番目のマスタとしてのセンサユニットＳＵ１は、同じ時刻Ｔ３３に第２番目のスレーブとしてのセンサユニットＳＵ５に超音波を送信する。センサユニットＳＵ６は、超音波の受信可能期間（受信開始時刻ＲＳ１＝１９８［ｍｓｅｃ］）の間の時刻Ｔ３４においてセンサユニットＳＵ１からの超音波を受信する。
【０１３２】
センサユニットＳＵ５は、超音波の受信可能期間（受信開始時刻ＲＳ１＝２０５［ｍｓｅｃ］）の間の時刻Ｔ３５においてセンサユニットＳＵ１から送信された超音波を受信（検出）し、受信時（検出時）の時刻Ｔ３５から所定の固定待機時間ｔＳが経過した時刻Ｔ３６に超音波をセンサユニットＳＵ１に送信する。更に、第３番目のマスタとしてのセンサユニットＳＵ５は、同じ時刻Ｔ３６に第３番目のスレーブとしてのセンサユニットＳＵ２に超音波を送信する。センサユニットＳＵ１は、超音波の受信可能期間（受信開始時刻ＲＳ２＝３７１［ｍｓｅｃ］）の間の時刻Ｔ３８においてセンサユニットＳＵ５からの超音波を受信する。
【０１３３】
センサユニットＳＵ２は、超音波の受信可能期間（受信開始時刻ＲＳ２＝３６４［ｍｓｅｃ］）の間の時刻Ｔ３７においてセンサユニットＳＵ５から送信された超音波を受信（検出）し、受信時（検出時）の時刻Ｔ３７から所定の固定待機時間ｔＳが経過した時刻Ｔ３９に超音波をセンサユニットＳＵ５に送信する。センサユニットＳＵ５は、超音波の受信可能期間（受信開始時刻ＲＳ２＝５２３［ｍｓｅｃ］）の間の時刻Ｔ４０においてセンサユニットＳＵ２からの超音波を受信する。
【０１３４】
センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１からの超音波を受信した後、センサユニットＳＵ１に超音波を送信した時刻Ｔ３１からセンサユニットＳＵ１から超音波を受信した時刻Ｔ３４までの計測時間ｔ１を計時し、数式（１）に従って、超音波の伝搬時間を導出する。センサユニットＳＵ６からセンサユニットＳＵ１への超音波の伝搬時間ｔ６１は、Ｔ３２−Ｔ３１である。センサユニットＳＵ１からセンサユニットＳＵ６への超音波の伝搬時間ｔ１６は、Ｔ３４−Ｔ３３である。
【０１３５】
センサユニットＳＵ１は、センサユニットＳＵ５からの超音波を受信した後、センサユニットＳＵ５に超音波を送信した時刻Ｔ３３からセンサユニットＳＵ５から超音波を受信した時刻Ｔ３８までの計測時間ｔ２を計時し、数式（１）に従って、超音波の伝搬時間を導出する。センサユニットＳＵ１からセンサユニットＳＵ５への超音波の伝搬時間ｔ１５は、Ｔ３５−Ｔ３３である。センサユニットＳＵ５からセンサユニットＳＵ１への超音波の伝搬時間ｔ５１は、Ｔ３８−Ｔ３６である。
【０１３６】
センサユニットＳＵ５は、センサユニットＳＵ２からの超音波を受信した後、センサユニットＳＵ２に超音波を送信した時刻Ｔ３６からセンサユニットＳＵ２から超音波を受信した時刻Ｔ４０までの計測時間ｔ３を計時し、数式（１）に従って、超音波の伝搬時間を導出する。センサユニットＳＵ５からセンサユニットＳＵ２への超音波の伝搬時間ｔ５２は、Ｔ３８−Ｔ３６である。センサユニットＳＵ２からセンサユニットＳＵ５への超音波の伝搬時間ｔ２５は、Ｔ４０−Ｔ３９である。
【０１３７】
（コントローラと各センサユニットとの間における動作）
図２２は、図１１に示すステップＳＴ１４を詳細に説明した内容を示し、第３の実施形態のコントローラ１と各センサユニットとにおける計測経路毎の超音波伝搬時間を計測するための動作手順を時系列に説明するシーケンス図である。図２２では、第１番目、第２番目及び第８番目（ｉ＝１，２，８）において、コントローラ１と、例えば第１番目のマスタとして指定されたセンサユニットＳＵ６と、第１番目のスレーブであって第２番目のマスタとして指定されたセンサユニットＳＵ１と、第２番目のスレーブであって第３番目のマスタとして指定されたセンサユニットＳＵ５と、第３番目のスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ２とにおける動作を時系列に説明する。また、他の計測経路（ｉ＝３〜７、９〜２４）においても、コントローラ１と、各計測経路においてマスタとして指定されたセンサユニットと、同様にスレーブとして指定されたセンサユニットとの間でも図２２と同様の動作が実行される。また、図２２に示すシーケンス図の説明では、図１１又は図１６に示すシーケンス図の説明と異なる内容について説明し、同一の内容の説明は省略又は簡略化する。
【０１３８】
図２２において、ステップＳＴ１４の開始時の処理として、コントローラ１は、計測対象の計測経路において超音波送信順序を指示するセンサユニットの情報と各々のセンサユニットにおける受信開始時刻ＲＳ１，ＲＳ２の情報と空気吸収減衰係数とを含むセットデータ（図１８（Ａ）又は（Ｂ）参照）を生成又は２回目以降の計測では更新する（ＳＴ２１ｂ）。そして、コントローラ１は、生成又は更新されたセットデータを全てのセンサユニットに送信する（ＳＴ２２ｂ）。各々のセンサユニットは、コントローラ１から送信された各セットデータを受信する（ＳＴ３１ｂ）。セットデータでは、第１番目の計測経路（ｉ＝１）ではセンサユニットＳＵ６が第１番目のマスタ、センサユニットＳＵ１が第１番目のスレーブとして指定されている。第２番目の計測経路（ｉ＝２）ではセンサユニットＳＵ１が第２番目のマスタ、センサユニットＳＵ５が第２番目のスレーブとして指定されている。第８番目の計測経路（ｉ＝８）ではセンサユニットＳＵ５が第３番目のマスタ、センサユニットＳＵ２が第３番目のスレーブとして指定されている。
【０１３９】
センサユニットＳＵ６は、第１番目の計測経路（ｉ＝１）において第１番目のマスタとして動作する旨の受信応答（例えばＡｃｋ信号）をコントローラ１に送信する（ＳＴ４１ｂ）。センサユニットＳＵ１は、第１番目の計測経路（ｉ＝１）において第１番目のスレーブ、且つ第２番目の計測経路（ｉ＝２）において第２番目のマスタとして動作する旨の受信応答（例えばＡｃｋ信号）をコントローラ１に送信する（ＳＴ４１ｂ）。センサユニットＳＵ５は、第２番目の計測経路（ｉ＝２）において第２番目のスレーブ、且つ第８番目の計測経路（ｉ＝８）において第３番目のマスタとして動作する旨の受信応答（例えばＡｃｋ信号）をコントローラ１に送信する（ＳＴ４１ｂ）。センサユニットＳＵ２は、第８番目の計測経路（ｉ＝８）において第３番目のスレーブとして動作する旨の受信応答（例えばＡｃｋ信号）をコントローラ１に送信する（ＳＴ４１ｂ）。なお、第１番目、第２番目及び第８番目の各計測経路（ｉ＝１，２，８）では、センサユニットＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ７，ＳＵ８は休止中となり、各々のセンサユニット自身は、次の計測開始指示（例えば次の計測経路における超音波の伝搬時間の計測時のセットデータ）を受信するまで待機する（ＳＴ３３）。
【０１４０】
コントローラ１は、センサユニットＳＵ６，ＳＵ１，ＳＵ５，ＳＵ２からそれぞれ送信された受信応答（例えばＡｃｋ信号）を受信する（ＳＴ２３）。コントローラ１は、受信応答を受信した後、第１番目の計測経路（ｉ＝１）における超音波の伝搬時間の計測開始指示を、センサユニットＳＵ６，ＳＵ１，ＳＵ５，ＳＵ２にそれぞれ送信する（ＳＴ２４ｂ）。
【０１４１】
センサユニットＳＵ６，ＳＵ１，ＳＵ５，ＳＵ２は、コントローラ１から送信された超音波の伝搬時間の計測開始指示を受信する（ＳＴ４２ｂ）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ４２ｂにおいて受信された計測開始指示を基にして、超音波送信器から超音波をセンサユニットＳＵ１に送信する（ＳＴ５２ｂ）。なお、センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ４２ｂにおいて受信された計測開始指示を基にして、セットデータにおいて指定された受信可能期間の受信開始時刻ＲＳ２（図２０に示す１９８［ｍｓｅｃ］）に、センサユニットＳＵ６の超音波受信器において受信された受信信号の波形の解析を開始する（ＳＴ５４）。
【０１４２】
センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ４２ｂにおいて受信された計測開始指示を基にして、セットデータにおいて指定された受信可能期間の受信開始時刻ＲＳ１（図２０に示す３９［ｍｓｅｃ］）に、センサユニットＳＵ１の超音波受信器において受信された受信信号の波形の解析を開始する（ＳＴ６１−１）。センサユニットＳＵ５は、ステップＳＴ４２ｂにおいて受信された計測開始指示を基にして、セットデータにおいて指定された受信可能期間の受信開始時刻ＲＳ１（図２０に示す２０５［ｍｓｅｃ］）に、センサユニットＳＵ５の超音波受信器において受信された受信信号の波形の解析を開始する（ＳＴ７１−１）。センサユニットＳＵ２は、ステップＳＴ４２ｂにおいて受信された計測開始指示を基にして、セットデータにおいて指定された受信可能期間の受信開始時刻ＲＳ１（図２０に示す３６４［ｍｓｅｃ］）に、センサユニットＳＵ２の超音波受信器において受信された受信信号の波形の解析を開始する（ＳＴ８１）。
【０１４３】
センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６１−１において受信信号の波形解析を開始しているため、ステップＳＴ５２ｂにおいて送信された超音波を受信することができ（ＳＴ６２ｂ−１）、ステップＳＴ６２ｂ−１における超音波を受信した後となるように予め規定された所定の受信可能期間が経過した後、受信信号の波形解析を終了する（ＳＴ６５−１）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６２ｂ−１において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳが経過するまで超音波の送信を待機する（ＳＴ６３ｂ）。従って、センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６２ｂ−１において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳが経過した後、超音波をセンサユニットＳＵ６に送信し、更に、センサユニットＳＵ５にも送信する（ＳＴ６４ｂ）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６４ｂの後、セットデータにおいて指定された受信可能期間の受信開始時刻ＲＳ２（図２０に示す３７１［ｍｓｅｃ］）になるまで、受信信号の波形解析の開始を待機する。
【０１４４】
センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５４において受信信号の波形解析を開始しているため、ステップＳＴ６４ｂにおいて送信された超音波を受信することができる（ＳＴ５５ｂ）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５５ｂにおいてセンサユニットＳＵ１からの超音波を受信した後となるように予め規定された所定の受信可能期間が経過した後、受信信号の波形解析を終了する（ＳＴ５８）。センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ１から超音波を受信した時までの計測時間ｔ１と、所定の固定待機時間ｔＳとを基に、数式（１）に従って、第１番目の計測経路（ｉ＝１）における超音波の伝搬時間ＴＯＦ１を導出する（ＳＴ５６ｂ）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５６ｂにおいて導出された超音波の伝搬時間ＴＯＦ１のデータをコントローラ１に送信する（ＳＴ５７）。コントローラ１は、ステップＳＴ５７において送信された超音波の伝搬時間ＴＯＦ１のデータを受信する（ＳＴ２５−１）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５７の後、次の計測経路に関するセットデータを受信するまで待機する（ＳＴ３３）。
【０１４５】
センサユニットＳＵ５は、ステップＳＴ７１−１において受信信号の波形解析を開始しているため、ステップＳＴ６４ｂにおいて送信された超音波を受信することができ（ＳＴ７２ｂ−１）、ステップＳＴ７２ｂ−１における超音波を受信した後となるように予め規定された所定の受信可能期間が経過した後、受信信号の波形解析を終了する（ＳＴ７３−１）。更に、センサユニットＳＵ５は、ステップＳＴ７２ｂ−１において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳが経過するまで超音波の送信を待機する（ＳＴ７４）。従って、センサユニットＳＵ５は、ステップＳＴ７２ｂ−１において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳが経過した後、超音波をセンサユニットＳＵ１に送信し、更に、センサユニットＳＵ２にも送信する（ＳＴ７５ｂ）。センサユニットＳＵ５は、ステップＳＴ７５ｂの後、セットデータにおいて指定された受信可能期間の受信開始時刻ＲＳ２（例えば５２３［ｍｓｅｃ］）になるまで、受信信号の波形解析の開始を待機する。
【０１４６】
センサユニットＳＵ１は、セットデータにおいて指定された受信可能期間の受信開始時刻ＲＳ２（図２０に示す３７１［ｍｓｅｃ］）に、受信信号の波形解析を開始し（ＳＴ６１−２）、ステップＳＴ７５ｂにおいて送信された超音波を受信することができる（ＳＴ６２ｂ−２）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６２ｂ−２においてセンサユニットＳＵ５からの超音波を受信した後となるように予め規定された所定の受信可能期間が経過した後、受信信号の波形解析を終了する（ＳＴ６５ｂ−２）。センサユニットＳＵ１は、センサユニットＳＵ５に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ５から超音波を受信した時までの計測時間ｔ２と、所定の固定待機時間ｔＳとを基に、数式（１）に従って、第２番目の計測経路（ｉ＝２）における超音波の伝搬時間ＴＯＦ２を導出する（ＳＴ６６）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６６において導出された超音波の伝搬時間ＴＯＦ２のデータをコントローラ１に送信する（ＳＴ６７）。コントローラ１は、ステップＳＴ６７において送信された超音波の伝搬時間ＴＯＦ２のデータを受信する（ＳＴ２５−２）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６７の後、次の計測経路に関するセットデータを受信するまで待機する（ＳＴ３３）。
【０１４７】
センサユニットＳＵ２は、ステップＳＴ８１において受信信号の波形解析を開始しているため、ステップＳＴ７５ｂにおいて送信された超音波を受信することができ（ＳＴ８２）、ステップＳＴ８２における超音波を受信した後となるように予め規定された所定の受信可能期間が経過した後、受信信号の波形解析を終了する（ＳＴ８３）。更に、センサユニットＳＵ２は、ステップＳＴ８２において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳが経過するまで超音波の送信を待機する（ＳＴ８４）。従って、センサユニットＳＵ２は、ステップＳＴ８２において超音波を受信した時から所定の固定待機時間ｔＳが経過した後、超音波をセンサユニットＳＵ５に送信する（ＳＴ８５）。センサユニットＳＵ２は、ステップＳＴ８５の後、次の計測経路に関するセットデータを受信するまで待機する（ＳＴ３３）。
【０１４８】
センサユニットＳＵ５は、セットデータにおいて指定された受信可能期間の受信開始時刻ＲＳ２（図２０に示す５２３［ｍｓｅｃ］）に、受信信号の波形解析を開始し（ＳＴ７１−２）、ステップＳＴ８５において送信された超音波を受信することができる（ＳＴ７２ｂ−２）。センサユニットＳＵ５は、ステップＳＴ７２ｂ−２においてセンサユニットＳＵ２からの超音波を受信した後となるように予め規定された所定の受信可能期間が経過した後、受信信号の波形解析を終了する（ＳＴ７３−２）。センサユニットＳＵ５は、センサユニットＳＵ２に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ２から超音波を受信した時までの計測時間ｔ３と、所定の固定待機時間ｔＳとを基に、数式（１）に従って、第８番目の計測経路（ｉ＝８）における超音波の伝搬時間ＴＯＦ８を導出する（ＳＴ７６）。センサユニットＳＵ５は、ステップＳＴ７６において導出された超音波の伝搬時間ＴＯＦ８のデータをコントローラ１に送信する（ＳＴ７７）。コントローラ１は、ステップＳＴ７７において送信された超音波の伝搬時間ＴＯＦ８のデータを受信する（ＳＴ２５−３）。センサユニットＳＵ５は、ステップＳＴ５７の後、次の計測経路に関するセットデータを受信するまで待機する（ＳＴ３３）。
【０１４９】
コントローラ１は、マスタとして指定された各センサユニット（センサユニットＳＵ６，ＳＵ１，ＳＵ５）から送信された超音波の伝搬時間ＴＯＦ１，ＴＯＦ２，ＴＯＦ８の各データを受信した後、図１１に示すステップＳＴ１４の動作を終了する。
【０１５０】
なお、次の計測では、全てのセンサユニットＳＵ１〜ＳＵ８は、ステップＳＴ２１ｂで更新された次の計測経路に基づいたセットデータ（図１８（Ａ）又は（Ｂ）参照）に従い、順次複数の計測経路における超音波の伝搬時間の計測を行う。
【０１５１】
以上により、本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００ｂでは、空気中を伝搬する超音波の速度を基にして測定対象空間Ｋの温度を測定する場合に、例えば第１番目のマスタとして指定されたセンサユニットＳＵ６が、第１番目のスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ１に超音波を送信した時から、センサユニットＳＵ１から超音波を受信した時までの計測時間ｔ１と、所定の固定待機時間ｔＳとを基に、センサユニットＳＵ６及びセンサユニットＳＵ１により構成される計測経路における超音波の伝搬時間を導出する。
【０１５２】
更に、第２番目のマスタとして指定されたセンサユニットＳＵ１は、第２番目のスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ５に超音波を送信した時から、センサユニットＳＵ５から超音波を受信した時までの計測時間ｔ２と、所定の固定待機時間ｔＳとを基に、センサユニットＳＵ１及びセンサユニットＳＵ５により構成される計測経路における超音波の伝搬時間を導出する。
【０１５３】
更に、第３番目のマスタとして指定されたセンサユニットＳＵ５は、第３番目のスレーブとして指定されたセンサユニットＳＵ２に超音波を送信した時から、センサユニットＳＵ２から超音波を受信した時までの計測時間ｔ３と、所定の固定待機時間ｔＳとを基に、センサユニットＳＵ５及びセンサユニットＳＵ２により構成される計測経路における超音波の伝搬時間を導出する。
【０１５４】
即ち、本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００ｂでは、センサユニットＳＵ６が超音波を送信したタイミングをセンサユニットＳＵ１に知らせることなく、更に、センサユニットＳＵ１が超音波を送信したタイミングをセンサユニットＳＵ６に知らせることなく、センサユニットＳＵ６は、超音波の伝搬時間を導出できる。また、センサユニットＳＵ１が超音波を送信したタイミングをセンサユニットＳＵ５に知らせることなく、更に、センサユニットＳＵ５が超音波を送信したタイミングをセンサユニットＳＵ１に知らせることなく、センサユニットＳＵ１は、超音波の伝搬時間を導出できる。また、センサユニットＳＵ５が超音波を送信したタイミングをセンサユニットＳＵ２に知らせることなく、更に、センサユニットＳＵ２が超音波を送信したタイミングをセンサユニットＳＵ５に知らせることなく、センサユニットＳＵ５は、超音波の伝搬時間を導出できる。
【０１５５】
従って、本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００ｂは、超音波を送受信するセンサユニットＳＵ６の超音波送信部とセンサユニットＳＵ１の超音波受信部との間、超音波を送受信するセンサユニットＳＵ１の超音波送信部とセンサユニットＳＵ６及びセンサユニットＳＵ５の各超音波受信部との間、超音波を送受信するセンサユニットＳＵ５の超音波送信部とセンサユニットＳＵ１及びセンサユニットＳＵ２の各超音波受信部との間、超音波を送受信するセンサユニットＳＵ２の超音波送信部とセンサユニットＳＵ５の超音波受信部との間のそれぞれの同期を必要とせずに、超音波の伝搬時間を簡易かつ高精度に計測することができる。
【０１５６】
更に、本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００ｂは、超音波を最初に送信するセンサユニットと超音波を最後に受信するセンサユニットとを除き、各々のセンサユニットがマスタ及びスレーブとして指定され、複数の計測経路における超音波の伝搬時間を連続的に計測することができる。また、各々のセンサユニットは、セットデータにおいて受信可能期間が予め指定されているため、余分な受信信号（例えば、測定対象空間Ｋの壁において反射された超音波の反射波又は超音波の残響成分等のノイズ波）を受信することなく、スレーブとして指定されたセンサユニットからの超音波を高精度に受信することができる。
【０１５７】
上述の実施形態において、所定の固定待機時間ｔＭは、センサユニット自身が送信する超音波とその反響音を受信しないように、センサユニットの設置位置に応じて決めるものと説明したが、所定の固定待機時間ｔＭの長さは、他のセンサユニットから送信された超音波を受信してから反響音が所定レベル以下になるまでの時間、好ましくは、他のセンサユニットから送信された超音波を受信してから反響音のレベルが実質的に０になるまでの時間であれば、どのように設定してもよい。設定方法には各種の方法があるが、実際のセンサユニットの設置位置で、超音波の反響音の長さ（超音波を受信してから反響音が所定レベル以下になるまでの時間、好ましくは、超音波を受信してから反響音のレベルが実質的に０になるまでの時間）に応じて決めてもよいし、出荷時点で設置場所を想定して予め固定の値を決めてもよい。
【０１５８】
また、所定の固定待機時間ｔＭは、完全に固定である必要はなく、設置場所の状況が変動した場合に反響音の長さに変動があった際に、その変動に応じて、所定の固定待機時間ｔＭを変更することは可能である。この場合に、超音波伝搬時間計測システムが反響音の長さを検知して、反響音の長さを超える最小値を設定することで、所定の固定待機時間ｔＭを設置場所の状況に応じた最適な値に自動的に設定するようにすることも可能である。
【０１５９】
以下、上述した本発明に係る温度測定のための伝搬時間計測システム及び温度測定のための伝搬時間計測方法の構成、作用及び効果を説明する。
【０１６０】
本発明の一実施形態は、測定対象空間における温度測定のための伝搬時間計測システムであって、前記測定対象空間に配置された少なくとも２個のセンサユニットを備え、第２のセンサユニットは、第１のセンサユニットから送信された超音波を受信する第２の超音波受信部と、前記第１のセンサユニットから送信された前記超音波の受信時から所定の固定待機時間の経過後に、前記第１のセンサユニットに前記超音波を送信する第２の超音波送信部と、を有し、第１のセンサユニットは、前記第２のセンサユニットに前記超音波を送信する第１の超音波送信部と、前記第２のセンサユニットから送信された前記超音波を受信する第１の超音波受信部と、前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間と前記固定待機時間とを基に、第１の超音波の伝搬時間を導出する第１の制御部と、を有する。
【０１６１】
この構成によれば、温度測定のための伝搬時間計測システムは、空気中を伝搬する超音波の速度を基にして測定対象空間の温度を測定する場合に、第１のセンサユニット（ＳＵ６）が第２のセンサユニット（ＳＵ１）に超音波を送信してから第２のセンサユニット（ＳＵ１）から超音波を受信するまでの計測時間（ｔ）と、所定の固定待機時間（ｔＳ）とを基に、超音波の伝搬時間を導出する。即ち、温度測定のための伝搬時間計測システムでは、第１のセンサユニット（ＳＵ６）が超音波を送信したタイミングを第２のセンサユニット（ＳＵ１）に知らせることなく、更に、第２のセンサユニット（ＳＵ１）が超音波を送信したタイミングを第１のセンサユニット（ＳＵ６）に知らせることなく、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、超音波の伝搬時間を導出できる。従って、温度測定のための伝搬時間計測システムは、超音波を送受信する第１の超音波送信部と第２の超音波受信部との間、更に、超音波を送受信する第２の超音波送信部と第１の超音波受信部との間のそれぞれの同期を必要とせずに、超音波の伝搬時間を簡易かつ高精度に計測することができる。
【０１６２】
本発明の一実施形態は、前記測定対象空間には、少なくとも３個のセンサユニットが配置され、第３のセンサユニットは、前記第２の超音波送信部から送信された前記超音波を受信する第３の超音波受信部と、前記第２の超音波送信部から送信された前記超音波の受信時から前記所定の固定待機時間の経過後に、前記第２のセンサユニットに前記超音波を送信する第３の超音波送信部と、を有し、前記第２のセンサユニットは、前記第３のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第３のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間と前記固定待機時間とを基に、第２の超音波の伝搬時間を導出する第２の制御部と、を更に有する温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１６３】
この構成によれば、第２のセンサユニット（ＳＵ１）は、第１のセンサユニット（ＳＵ６）に超音波を送信する場合に他のセンサユニット（例えば第３のセンサユニット（ＳＵ５））にも同時に超音波を送信し、この送信時から第３のセンサユニット（ＳＵ５）からの超音波の受信時までの計測時間（ｔ）と固定待機時間（ｔＳ）とを基にして超音波の伝搬時間を計測できる。また、第３のセンサユニットは、第１のセンサユニットと同様にして、第３のセンサユニットにおいて超音波の伝搬時間を計測できる。従って、温度測定のための伝搬時間計測システムは、各々のセンサユニットにおいて、予め指定された超音波の送信順序に従って、一筆書きのように超音波の伝搬時間を連続的に計測できるので、全ての計測経路における超音波の伝搬時間を短時間且つ高精度に計測できる。
【０１６４】
本発明の一実施形態は、前記超音波の受信可能期間は、各々の前記センサユニットにおいて一定であり、各々の前記センサユニットにおける受信可能期間の開始タイミングは、各々の前記センサユニット毎に異なるように予め指定されている温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１６５】
この構成によれば、超音波の受信可能期間は各々のセンサユニットにおいて一定であって、その受信可能期間の開始タイミングは各々のセンサユニット毎に異なるように予め指定されている。従って、各々のセンサユニットは、各々のセンサユニット毎にばらつかない一定の受信可能期間だけ超音波を受信すれば良いので、例えば測定対象空間の壁において反射された超音波の反射波又は超音波の残響成分等のノイズ波を受信することがなくなり、送信された超音波を高精度に受信できる。
【０１６６】
本発明の一実施形態は、前記第１の制御部は、前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間から前記所定の固定待機時間を減算した減算結果を２で除し、除算結果を前記第１の超音波の伝搬時間として導出し、前記第２の制御部は、前記第３のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第３のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間から前記所定の固定待機時間を減算した減算結果を２で除し、除算結果を前記第２の超音波の伝搬時間として導出する温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１６７】
この構成によれば、各々のセンサユニットは、超音波を送受信するセンサユニットとの間で構成される計測経路に応じた超音波の伝搬時間を導出する場合に、計測時間（ｔ１又はｔ２）から所定の固定待機時間（ｔＳ）を減算し、減算結果を２で除する。これにより、各々のセンサユニットは、往路（第１のセンサユニット（ＳＵ６）から第２のセンサユニット（ＳＵ１））の工程と復路（第２のセンサユニット（ＳＵ１）から第１のセンサユニット（ＳＵ６））の工程とを考慮して超音波の伝搬時間を導出するので、例えば測定対象空間に流れる風の影響を取り除いて高精度に計測できる。
【０１６８】
本発明の一実施形態は、前記第１のセンサユニット又は前記第２のセンサユニットは、少なくとも前記第１のセンサユニットにおいて導出された前記第１の超音波の伝搬時間と、前記第２のセンサユニットにおいて導出された前記第２の超音波の伝搬時間とを基に、前記測定対象空間の温度を導出する温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１６９】
この構成によれば、第１のセンサユニット（ＳＵ６）又は第２のセンサユニット（ＳＵ１）は、第１のセンサユニット（ＳＵ６）において導出された第１の超音波の伝搬時間（（ｔ１−ｔＳ）／２）を基に第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間を飛翔した超音波の速度（音速）を導出でき、更に、同様にして第２のセンサユニット（ＳＵ１）において導出された第２の超音波の伝搬時間（（ｔ２−ｔＳ）／２）を基に第２のセンサユニット（ＳＵ１）と第３のセンサユニット（ＳＵ５）との間を飛翔した超音波の速度（音速）を導出できる。従って、音速と温度との所定の関係式から、第１のセンサユニット（ＳＵ６）又は第２のセンサユニット（ＳＵ１）は、測定対象空間の温度を高精度に測定することができる。
【０１７０】
本発明の一実施形態は、少なくとも前記第１のセンサユニットにおいて導出された前記第１の超音波の伝搬時間と、前記第２のセンサユニットにおいて導出された前記第２の超音波の伝搬時間とを基に、前記測定対象空間の温度を導出するコントローラと、を更に備える温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１７１】
この構成によれば、コントローラは、第１のセンサユニット（ＳＵ６）において導出された第１の超音波の伝搬時間（（ｔ１−ｔＳ）／２）を基に第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間を飛翔した超音波の速度（音速）を導出でき、更に、同様にして第２のセンサユニット（ＳＵ１）において導出された第２の超音波の伝搬時間（（ｔ２−ｔＳ）／２）を基に第２のセンサユニット（ＳＵ１）と第３のセンサユニット（ＳＵ５）との間を飛翔した超音波の速度（音速）を導出できる。従って、音速と温度との所定の関係式から、コントローラは、測定対象空間の温度を高精度に測定することができる。
【０１７２】
本発明の一実施形態は、前記第１の超音波受信部における受信可能期間の開始タイミングは、前記第１の超音波送信部が前記第２のセンサユニットに前記超音波を送信した時から所定の固定待機時間の経過後である温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１７３】
この構成によれば、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、第１の超音波送信部が第２のセンサユニット（ＳＵ１）に超音波を送信した時から所定の固定待機時間（ｔＭ）の経過後に、第１の超音波受信部において受信信号の波形を解析するので、例えば第１の超音波送信部が送信した超音波とその反射波又は超音波の残響成分等のノイズ波を受信することなく、第２のセンサユニット（ＳＵ１）から送信された超音波を高精度に受信できる。
【０１７４】
本発明の一実施形態は、前記第１の制御部は、前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間から前記所定の固定待機時間を減算した減算結果を２で除し、除算結果を前記第１の超音波の伝搬時間として導出する温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１７５】
この構成によれば、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、超音波の伝搬時間を導出する場合に、計測時間（ｔ）から所定の固定待機時間（ｔＳ）を減算し、減算結果を２で除する。これにより、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、往路（第１のセンサユニット（ＳＵ６）から第２のセンサユニット（ＳＵ１））の工程と復路（第２のセンサユニット（ＳＵ１）から第１のセンサユニット（ＳＵ６））の工程とを考慮して超音波の伝搬時間を導出するので、例えば測定対象空間に流れる風の影響を取り除いて高精度に計測できる。
【０１７６】
本発明の一実施形態は、前記第１のセンサユニットは、少なくとも前記第１のセンサユニットにおいて導出された前記第１の超音波の伝搬時間を基に、前記測定対象空間の温度を導出する温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１７７】
この構成によれば、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、第１のセンサユニット（ＳＵ６）において導出された第１の超音波の伝搬時間（（ｔ１−ｔＳ）／２）を基に第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間を飛翔した超音波の速度（音速）を導出できる。従って、音速と温度との所定の関係式から、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、測定対象空間の温度を高精度に測定することができる。
【０１７８】
本発明の一実施形態は、少なくとも前記第１のセンサユニットにおいて導出された前記第１の超音波の伝搬時間を基に、前記測定対象空間の温度を導出するコントローラと、を更に備える温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１７９】
この構成によれば、コントローラは、第１のセンサユニット（ＳＵ６）において導出された第１の超音波の伝搬時間（（ｔ１−ｔＳ）／２）を基に第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間を飛翔した超音波の速度（音速）を導出できる。従って、音速と温度との所定の関係式から、コントローラは、測定対象空間の温度を高精度に測定することができる。
【０１８０】
本発明の一実施形態は、前記測定対象空間には、少なくとも３個のセンサユニットが配置され、第３のセンサユニットは、前記第１の超音波送信部から送信された前記超音波を受信する第３の超音波受信部と、前記第１の超音波送信部から送信された前記超音波の受信時から前記所定の固定待機時間より長い他の固定待機時間の経過後に、前記第１のセンサユニットに前記超音波を送信する第３の超音波送信部と、を有し、前記第１の制御部は、前記第３のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第３のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間と前記固定待機時間とを基に、第２の超音波の伝搬時間を導出する温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１８１】
この構成によれば、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、第２のセンサユニット（ＳＵ１）に超音波を送信する場合に他のセンサユニット（例えば第３のセンサユニット（ＳＵ２））にも同時に超音波を送信し、この送信時から第３のセンサユニット（ＳＵ２）からの超音波の受信時までの計測時間（ｔ２）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）における固定待機時間（ｔＳ１）と異なる固定待機時間（ｔＳ２）とを基にして超音波の伝搬時間を計測できる。従って、温度測定のための伝搬時間計測システムは、全ての計測経路における超音波の伝搬時間を短時間且つ高精度に計測できる。また、第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第３のセンサユニット（ＳＵ２）との距離が、第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との距離より長い場合には、第３のセンサユニットにおける固定待機時間（ｔＳ２）を第２のセンサユニットにおける固定待機時間（ｔＳ１）より長くすることで、超音波の混信（干渉）が低減され、更に、全ての計測経路における超音波の伝搬時間を軽減できる。
【０１８２】
本発明の一実施形態は、前記第１の超音波受信部における、前記第２のセンサユニットからの超音波の受信可能期間の開始タイミングは、前記第１のセンサユニットと前記第２のセンサユニットとの距離に応じて予め指定され、前記第１の超音波受信部における、前記第３のセンサユニットからの超音波の受信可能期間の開始タイミングは、前記第１のセンサユニットと前記第３のセンサユニットとの距離に応じて予め指定されている温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１８３】
この構成によれば、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、第１の超音波送信部が第２のセンサユニット（ＳＵ１）に超音波を送信した時から一定時間が経過した後で、予め指定されたタイミングにおいて第２のセンサユニット（ＳＵ１）から送信された超音波を受信する。更に、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、第２のセンサユニット（ＳＵ１）から送信された超音波を受信した後に信号の受信を中断し、予め指定されたタイミングにおいて第３のセンサユニット（ＳＵ２）から送信された超音波を受信する。従って、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、例えば第１の超音波送信部が送信した超音波又は第２のセンサユニット（ＳＵ１）から送信された超音波の反射波或いは超音波の残響成分等のノイズ波を受信することなく、第２のセンサユニット（ＳＵ１）及び第３のセンサユニット（ＳＵ２）から送信された各々の超音波を高精度に受信できる。
【０１８４】
本発明の一実施形態は、前記第１の制御部は、前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間から前記所定の固定待機時間を減算した減算結果を２で除し、除算結果を前記第１の超音波の伝搬時間として導出し、前記第３のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第３のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間から前記他の固定待機時間を減算した減算結果を２で除し、除算結果を第２の超音波の伝搬時間として導出する温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１８５】
この構成によれば、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、各々の計測経路に応じた超音波の伝搬時間を導出する場合に、計測時間（ｔ１又はｔ２）から所定の固定待機時間（ｔＳ１又はｔＳ２）を減算し、減算結果を２で除する。これにより、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、第２又は第３のセンサユニット（ＳＵ１又はＳＵ２）との間で構成される各計測経路において、往路の工程と復路の工程とを考慮して超音波の伝搬時間を導出するので、例えば測定対象空間に流れる風の影響を取り除いて高精度に計測できる。
【０１８６】
本発明の一実施形態は、前記第１のセンサユニットは、少なくとも前記導出された前記第１の超音波の伝搬時間と、前記第２の超音波の伝搬時間とを基に、前記測定対象空間の温度を導出する温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１８７】
この構成によれば、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、第１のセンサユニット（ＳＵ６）において導出された第１の超音波の伝搬時間（（ｔ１−ｔＳ１）／２）を基に第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間を飛翔した超音波の速度（音速）を導出でき、更に、同様にして第１のセンサユニット（ＳＵ６）において導出された第２の超音波の伝搬時間（（ｔ２−ｔＳ２）／２）を基に第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第３のセンサユニット（ＳＵ２）との間を飛翔した超音波の速度（音速）を導出できる。従って、音速と温度との所定の関係式から、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、測定対象空間の温度を高精度に測定することができる。
【０１８８】
本発明の一実施形態は、少なくとも前記第１のセンサユニットにおいて導出された前記第１の超音波の伝搬時間と、前記第２の超音波の伝搬時間とを基に、前記測定対象空間の温度を導出するコントローラと、を更に備える温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０１８９】
この構成によれば、コントローラは、第１のセンサユニット（ＳＵ６）において導出された第１の超音波の伝搬時間（（ｔ１−ｔＳ１）／２）を基に第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間を飛翔した超音波の速度（音速）を導出でき、更に、同様にして第１のセンサユニット（ＳＵ６）において導出された第２の超音波の伝搬時間（（ｔ２−ｔＳ２）／２）を基に第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第３のセンサユニット（ＳＵ２）との間を飛翔した超音波の速度（音速）を導出できる。従って、音速と温度との所定の関係式から、コントローラは、測定対象空間の温度を高精度に測定することができる。
【０１９０】
本発明の一実施形態は、測定対象空間における温度測定のための伝搬時間計測方法であって、前記測定対象空間に配置された少なくとも２個のセンサユニットにおいて、第１のセンサユニットが、前記第２のセンサユニットに前記超音波を送信するステップと、第２のセンサユニットが、第１のセンサユニットから送信された超音波を受信するステップと、第２のセンサユニットが、前記第１のセンサユニットから送信された前記超音波の受信時から所定の固定待機時間の経過後に、前記第１のセンサユニットに前記超音波を送信するステップと、第１のセンサユニットが、前記第２のセンサユニットから送信された前記超音波を受信するステップと、第１のセンサユニットが、前記第２のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第２のセンサユニットからの前記超音波の受信時までの計測時間と前記固定待機時間とを基に、第１の超音波の伝搬時間を導出するステップと、を有する。
【０１９１】
この方法によれば、温度測定のための伝搬時間計測方法では、空気中を伝搬する超音波の速度を基にして測定対象空間の温度を測定する場合に、第１のセンサユニット（ＳＵ６）が第２のセンサユニット（ＳＵ１）に超音波を送信してから第２のセンサユニット（ＳＵ１）から超音波を受信するまでの計測時間（ｔ）と、所定の固定待機時間（ｔＳ）とを基に、超音波の伝搬時間を導出する。即ち、温度測定のための伝搬時間計測システムは、第１のセンサユニット（ＳＵ６）が超音波を送信したタイミングを第２のセンサユニット（ＳＵ１）に知らせることなく、更に、第２のセンサユニット（ＳＵ１）が超音波を送信したタイミングを第１のセンサユニット（ＳＵ６）に知らせることなく、第１のセンサユニット（ＳＵ６）は、超音波の伝搬時間を導出できる。従って、温度測定のための伝搬時間計測システムは、超音波を送受信する第１の超音波送信部と第２の超音波受信部との間、更に、超音波を送受信する第１の超音波受信部と第２の超音波送信部との間のそれぞれの同期を必要とせずに、超音波の伝搬時間を簡易かつ高精度に計測することができる。
【０１９２】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１９３】
例えば、上述した各実施形態において説明した伝搬時間の計測方法は、温度測定のために限定されず、例えばセンサユニット間の距離が不明である場合の距離測定のためにも適用可能である。
【０１９４】
また、上述した各実施形態では温度測定はコントローラ１により算出されるが、マスタとして指定されたセンサユニットが同様な導出方法によって、温度を測定しても良い。
【０１９５】
また、上述した実施形態では超音波の伝搬時間（ＴＯＦ）はコントローラ１によって導出されたが、例えば第１番目の計測経路（ｉ＝１）を構成する２個のセンサユニットＳＵ６，ＳＵ１のうちいずれかのセンサユニットが、他方のセンサユニットから計測時間（τ１又はτ２のいずれか）を取得することによって、超音波の伝搬時間（ＴＯＦ）を導出しても良い。ただし、上述した各実施形態にて説明したように、センサユニット間では無線通信が行われないが、この場合には２個のセンサユニットＳＵ６，ＳＵ１のうちいずれかが、他方のセンサユニットから計測時間（τ１又はτ２のいずれか）の情報（データ）を無線通信によって送信し、他方のセンサユニットは当該計測時間（τ１又はτ２のいずれか）の情報（データ）を受信しても良い。
【０１９６】
なお、他の計測経路（ｉ＝２〜２４）においても同様である。この場合、超音波の伝搬時間（ＴＯＦ）を導出したセンサユニットは、無線通信によって超音波の伝搬時間の情報（データ）をコントローラ１に送信する。コントローラ１が超音波の伝搬時間の情報（データ）を受信した後のコントローラ１の動作は上述した実施形態と同様のため、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【０１９７】
本発明は、空気中を伝搬する音波の速度を基にして測定対象空間の温度を測定する場合に、超音波送信器と超音波受信器との間における同期を必要とせずに、超音波の伝搬時間を簡易かつ高精度に計測する、温度測定のための伝搬時間計測システム及び温度測定のための伝搬時間計測方法として有用である。
【符号の説明】
【０１９８】
１  コントローラ
２、１１  プロセッサ
３、１３  無線回路部
４  温湿度センサ
５  表示装置
１２  メモリ
１４  駆動回路
１５  超音波送信器
１６  超音波受信器
１７  増幅回路
１８  Ａ／Ｄ変換器
ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ４、ＳＵ５、ＳＵ６、ＳＵ７、ＳＵ８  センサユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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