(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１のセンサユニット又は第２のセンサユニットは、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（τ１）と、第１のセンサユニットへの超音波の送信時から第１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（τ２）とを基に、第１のセンサユニットと第２のセンサユニットとの間の超音波の伝搬時間を導出する。【選択図】図９
2014059241.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超音波を受信する第１の超音波受信部と、を有し、
第２のセンサユニットは、
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、
前記第１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２の超音波受信部と、を有し、
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、
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、前記第１のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第１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を基に、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間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、
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、前記第１のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第１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の加算結果を２で除した除算結果を、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間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、
前記第１のセンサユニット又は前記第２のセンサユニットにより導出された前記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４】
請求項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、
前記コントローラは、
データ又は情報を表示する表示部と、を更に有し、
導出された前記測定対象空間の温度分布を前記表示部に表示させる温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項５】
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と、
前記少なくとも２個のセンサユニット間において超音波を送受信させるコントローラと、を備え、
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超音波を受信する第１の超音波受信部と、を有し、
第２のセンサユニットは、
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、
前記第１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２の超音波受信部と、を有し、
前記コントローラは、
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と、前記第１のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第１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を基に、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間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６】
請求項５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、
前記コントローラは、
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と、前記第１のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第１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の加算結果を２で除した除算結果を、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間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７】
請求項６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、
前記コントローラは、
導出された前記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、
前記コントローラは、
データ又は情報を表示する表示部と、を更に有し、
導出された前記測定対象空間の温度分布を前記表示部に表示させる温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項９】
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、第２のセンサユニットに超音波を送信するステップと、
第２のセンサユニットが、前記第１のセンサユニットに超音波を送信するステップと、
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のセンサユニットから送信された前記超音波を受信するステップと、
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、前記第１のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第１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を基に、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間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。
【請求項１０】
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と、前記少なくとも２個のセンサユニット間において超音波を送受信させるコントローラとにおいて、
第１のセンサユニットが、第２のセンサユニットに超音波を送信するステップと、
第２のセンサユニットが、前記第１のセンサユニットに超音波を送信するステップと、
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のセンサユニットから送信された前記超音波を受信するステップと、
前記コントローラが、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、前記第１のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第１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を基に、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間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機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超音波を受信する第１の超音波受信部と、を有し、第２のセンサユニットは、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、前記第１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２の超音波受信部と、を有し、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、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、前記第１のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第１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を基に、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間の超音波の伝搬時間を導出する。
【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と、前記少なくとも２個のセンサユニット間において超音波を送受信させるコントローラと、を備え、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超音波を受信する第１の超音波受信部と、を有し、第２のセンサユニットは、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、前記第１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２の超音波受信部と、を有し、前記コントローラは、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と、前記第１のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第１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を基に、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間の超音波の伝搬時間を導出する。
【００１６】
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、第２のセンサユニットに超音波を送信するステップと、第２のセンサユニットが、前記第１のセンサユニットに超音波を送信するステップと、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のセンサユニットから送信された前記超音波を受信するステップと、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、前記第１のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第１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を基に、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間の超音波の伝搬時間を導出するステップと、を有する。
【００１７】
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と、前記少なくとも２個のセンサユニット間において超音波を送受信させるコントローラとにおいて、第１のセンサユニットが、第２のセンサユニットに超音波を送信するステップと、第２のセンサユニットが、前記第１のセンサユニットに超音波を送信するステップと、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のセンサユニットから送信された前記超音波を受信するステップと、前記コントローラが、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、前記第１のセンサユニットへの前記超音波の送信時から前記第１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を基に、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間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】
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】本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】本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】本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）計測対象の計測経路を構成する２個のセンサユニット間における超音波の送受信の流れを示す説明図
【図７】（Ａ）本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】本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】本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１１】本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
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（本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）
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。
【００２２】
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）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。
【００２３】
超音波を送受信するセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１とセンサユニットＳＵ３）は、コントローラ１から送信された計測開始指示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はセンサユニットＳＵ３）に超音波を発振して送信する。超音波を送受信したセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１）は、超音波を送信してから、相手のセンサユニット（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までの時間を計測し、コントローラ１へ送信する（後述参照）。センサユニットＳＵ３もセンサユニットＳＵ１と同様な動作を行う。
【００２４】
コントローラ１は、センサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１とセンサユニットＳＵ３）から送信された２個の計測時間情報を基に、計測経路を伝搬する超音波の伝搬時間を導出する（後述参照）。図１では、センサユニットＳＵ１とセンサユニットＳＵ３の組み合わせで１個の計測経路の伝搬時間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。
【００２５】
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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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）。
【００３０】
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を介してセンサユニットから受信する。
【００３１】
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。超音波は空間を伝搬する間に、そのエネルギーが空気中の水蒸気等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（例えば温度及び湿度）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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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）。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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）。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（本実施形態の説明）
図６は、本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、計測対象の計測経路を構成する２個のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６，ＳＵ１）間における超音波の送受信の流れを示す説明図である。
【００４７】
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、初期設定時に初期設定データ（例えば図８（Ａ）参照）が各々のセンサユニットに送信される。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。
【００４８】
センサユニットＳＵ６は、コントローラ１から送信された計測開始指示を受信すると、センサユニットＳＵ１に超音波を送信する（図６（Ｂ）参照）。また、センサユニットＳＵ１は、コントローラ１から送信された計測開始指示を受信すると、センサユニットＳＵ６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と示し、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。
【００４９】
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）すると、センサユニットＳＵ６に超音波を送信した時からセンサユニットＳＵ６から超音波を受信（検出）した時までの計測時間（τ２）を計時する。センサユニットＳＵ１は、計測時間τ２の情報を、無線通信によってコントローラ１に送信する。
【００５０】
センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１から送信された超音波を受信（検出）すると、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（τ１）を計時する。センサユニットＳＵ６は、計測時間τ１の情報を、無線通信によってコントローラ１に送信する。
【００５１】
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計測時間τ１，τ２の情報を基に、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（後述参照）を導出する（図９参照）。なお、図６では、或る計測経路を構成する２個のセンサユニットの一例として、センサユニットＳＵ６，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コントローラ１において導出される。
【００５２】
図７（Ａ）は、本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（図８（Ｂ）参照）。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。
【００５３】
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）に示す初期設定データは、センサユニットＳＵ６が受信する超音波の送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によって生じる角度減衰量ａａとを含む。他のセンサユニットに送信される初期設定データも、同様な項目を含む。
【００５４】
図８（Ｃ）は、各々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。セットデータは、各々のセンサユニットに対して共通の内容であり、計測を行う２個のセンサユニットを指定する情報（例えば１桁の２進数の「１」）と、空気吸収減衰係数を示す情報とを含む。なお、１桁の２進数の「０」は計測を行う２個のセンサユニットではないことを示す。
【００５５】
コントローラ１から各々のセンサユニットへの通信は、汎用の通信システム（例えばＤＥＣＴ，ＺＩＧＢＥＥ（登録商標）等）を用いると、各々のセンサユニット間において受信時間のズレが発生する。これは、汎用の通信システムはパケット通信を基本としていて、多少の時間ズレを前提としているため、超音波の伝搬時間の測定精度よりも時間ズレ量が大きいためである。
【００５６】
本実施形態では、各センサユニットを結ぶ計測経路とその距離ｄはそれぞれ既知の値であり、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を示す情報から導出されるデータである。本実施形態では、計測順序の情報は、計測経路ｉ＝１，２，３，…，２４の順番に計測する旨の情報である。
【００５７】
図９は、本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。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、計測開始指示を受信した時刻Ｔ１１に超音波を発振し、センサユニットＳＵ１に送信する。また、センサユニットＳＵ１は、同様のセットデータをコントローラ１から受信した後、計測開始指示を受信した時刻Ｔ１２に超音波を発振し、センサユニットＳＵ６に送信する。センサユニットＳＵ６とセンサユニットＳＵ１との計測開始指示の受信時間は、前述の理由によって同一ではなく、多少の差が生じている。
【００５８】
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時刻Ｔ１３において受信（検出）し、センサユニットＳＵ６に超音波を送信した時刻Ｔ１２からセンサユニットＳＵ６から送信された超音波を受信した時刻Ｔ１３までの計測時間τ２（＝Ｔ１３−Ｔ１２）を計時する。センサユニットＳＵ１は、計測時間τ２の情報を、無線通信によってコントローラ１に送信する。
【００５９】
センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１から送信された超音波を時刻Ｔ１４において受信（検出）し、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から送信された超音波を受信した時刻Ｔ１４までの計測時間τ１（＝Ｔ１４−Ｔ１１）を計時する。センサユニットＳＵ６は、計測時間τ１の情報を、無線通信によってコントローラ１に送信する。
【００６０】
コントローラ１は、センサユニットＳＵ６，ＳＵ１からそれぞれ計測時間τ１，τ２の情報を受信した後、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、Ｔ１４−Ｔ１２である。
【００６１】
【数１】
2014059241.tif 000003
【００６２】
（コントローラの動作）
次に、本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１０は、本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。
【００６３】
図１０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）に示す計測経路及びその距離を基に、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。
【００６４】
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、入力部６を介して入力される。
【００６５】
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。
【００６６】
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（ＳＴ１２）。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。
【００６７】
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１１を参照して後述する。
【００６８】
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）。
【００６９】
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。
【００７０】
【数２】
2014059241.tif 000004
【００７１】
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。
【００７２】
【数３】
2014059241.tif 000005
【００７３】
【数４】
2014059241.tif 000006
【００７４】
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）。
【００７５】
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ＳＴ１３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。
【００７６】
（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１１は、ステップＳＴ１４を詳細に説明した内容を示し、本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１１では、例えば第１番目の計測経路（ｉ＝１）において、コントローラ１と、センサユニットＳＵ６と、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用いられる２個の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。
【００７７】
図１１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応じたセンサユニットの指定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）。
【００７８】
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）ではセンサユニットＳＵ６とセンサユニットＳＵ１とが用いられる旨が指定されている。センサユニットＳＵ６は、セットデータに応じて第１番目の計測経路（ｉ＝１）におい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、セットデータに応じて第１番目の計測経路（ｉ＝１）におい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、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）。
【００７９】
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、センサユニットＳＵ６，ＳＵ１にそれぞれ送信する（ＳＴ２４）。
【００８０】
センサユニットＳＵ６，ＳＵ１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（ＳＴ４２）、計測開始指示を基に各超音波送信器から超音波を、送信先のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ６に送信する（ＳＴ５１，ＳＴ６１）。
【００８１】
具体的には、センサユニットＳＵ６は、超音波送信時刻Ｔ１１に、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（ＳＴ５１）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５１の後、超音波受信器において受信信号の波形解析を開始する（ＳＴ５２）。更に、センサユニットＳＵ１は、コントローラ１からの送信開始指示の受信タイミングがセンサユニットＳＵ６より遅い超音波送信時刻Ｔ１２に、超音波送信器から超音波をセンサユニットＳＵ６に送信する（ＳＴ６１）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６１の後、超音波受信器において受信信号の波形解析を開始する（ＳＴ６２）。
【００８２】
センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６２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ＳＴ５１において送信された超音波を受信することができる（ＳＴ６３）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６３において超音波を受信した後、ステップＳＴ６１においてセンサユニットＳＵ６に超音波を送信した時からステップＳＴ６３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した時までの計測時間（τ２）を計時する（ＳＴ６４）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６４において計時された計測時間τ２の情報（データ）をコントローラ１に送信する（ＳＴ６５）。センサユニットＳＵ１は、ステップＳＴ６５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）。
【００８３】
センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５２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ＳＴ６１において送信された超音波を受信することができる（ＳＴ５３）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５３において超音波を受信した後、ステップＳＴ５１において超音波を送信した時からステップＳＴ５３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した時までの計測時間（τ１）を計時する（ＳＴ５４）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５４において計時された計測時間τ１の情報（データ）をコントローラ１に送信する（ＳＴ５５）。センサユニットＳＵ６は、ステップＳＴ５５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）。
【００８４】
コントローラ１は、ステップＳＴ５５，ＳＴ６５において送信された計測時間τ１，τ２の情報（データ）を受信する（ＳＴ２５）。コントローラ１は、ステップＳＴ２４において計測時間τ１，τ２の情報（データ）を受信した後、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（ＳＴ２６）。これにより、ステップＳＴ１４の動作は終了する。
【００８５】
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、計測の動作を行うセンサユニットであるのか、又は休止するセンサユニットであるのかを判別し、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。
【００８６】
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、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（時刻Ｔ１１）からセンサユニットＳＵ１から超音波を受信した時（時刻Ｔ１４）までの計測時間τ１を計時する。更に、センサユニットＳＵ１は、センサユニットＳＵ６に超音波を送信した時（時刻Ｔ１２）からセンサユニットＳＵ６から超音波を受信した時（時刻Ｔ１３）までの計測時間τ２を計時する。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計測時間τ１，τ２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。
【００８７】
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簡易に導出できる。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。更に、超音波伝搬時間計測システム１００は、２個のセンサユニットＳＵ６，ＳＵ１がそれぞれ計測経路を構成する他方のセンサユニットから送信された超音波を受信する前に超音波を送信するため、一方のセンサユニットが超音波を送信する前に他方から送信された超音波の受信を待つ必要がなく、２個のセンサユニットＳＵ６，ＳＵ１間の計測経路を飛翔する超音波の伝搬時間を短時間に計測することができる。
【００８８】
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。
【００８９】
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第１の超音波送信部と、前記第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第１の超音波受信部と、を有し、第２のセンサユニット（ＳＵ１）は、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）に前記超音波を送信する第２の超音波送信部と、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）から送信された前記超音波を受信する第２の超音波受信部と、を有し、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）又は前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）は、前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）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（ＳＵ１）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）への前記超音波の送信時から前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ２）とを基に、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）と前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の超音波の伝搬時間を導出する。
【００９０】
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）又は第２のセンサユニット（ＳＵ１）は、第２のセンサユニット（ＳＵ１）への超音波の送信時から第２のセンサユニット（ＳＵ１）からの超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、第１のセンサユニット（ＳＵ６）への超音波の送信時から第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの超音波の受信時までの計測時間（τ２）とを基に、第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の計測経路における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）又は第２のセンサユニット（ＳＵ１）は、超音波の伝搬時間を簡易に導出できる。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、更に短時間に計測することができる。
【００９１】
本発明の一実施形態では、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）又は前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）は、前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）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（ＳＵ１）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）への前記超音波の送信時から前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ２）との加算結果（τ１＋τ２）を２で除した除算結果を、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）と前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の超音波の伝搬時間として導出する。
【００９２】
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２のセンサユニット（ＳＵ１）への超音波の送信時から第２のセンサユニット（ＳＵ１）からの超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、第１のセンサユニット（ＳＵ６）への超音波の送信時から第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの超音波の受信時までの計測時間（τ２）との加算結果（τ１＋τ２）を２で除することで、第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の計測経路における超音波の伝搬時間を簡易に導出できる。これにより、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、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。
【００９３】
本発明の一実施形態では、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）又は前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）により導出された前記超音波の伝搬時間（（τ１＋τ２）／２）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。
【００９４】
この構成によれば、コントローラ（１）は、第１のセンサユニット（ＳＵ６）又は第２のセンサユニット（ＳＵ１）により導出された超音波の伝搬時間（（τ１＋τ２）／２）と、音速及び温度の所定の関係式とを基に、測定対象空間の温度を高精度に測定することができる。
【００９５】
本発明の一実施形態では、前記コントローラ（１）は、データ又は情報を表示する表示部と、を更に有し、導出された前記測定対象空間の温度分布を前記表示部に表示させる。
【００９６】
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）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の計測経路における温度分布を表示させるため、当該温度分布をユーザに対して視覚的に認知させることができる。
【００９７】
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と、前記少なくとも２個のセンサユニット間において超音波を送受信させるコントローラ（１）と、を備え、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第１の超音波送信部と、前記第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第１の超音波受信部と、を有し、第２のセンサユニット（ＳＵ１）は、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）に前記超音波を送信する第２の超音波送信部と、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）から送信された前記超音波を受信する第２の超音波受信部と、を有し、前記コントローラ（１）は、前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）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（ＳＵ１）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）への前記超音波の送信時から前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ２）とを基に、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）と前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の超音波の伝搬時間を導出する。
【００９８】
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、コントローラ（１）は、第１のセンサユニット（ＳＵ６）において第２のセンサユニット（ＳＵ１）への超音波の送信時から第２のセンサユニット（ＳＵ１）からの超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、第２のセンサユニット（ＳＵ１）において第１のセンサユニット（ＳＵ６）への超音波の送信時から第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの超音波の受信時までの計測時間（τ２）とを基に、第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の計測経路における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、コントローラ（１）は、超音波の伝搬時間を簡易に導出できる。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。
【００９９】
本発明の一実施形態では、前記コントローラ（１）は、前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）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（ＳＵ１）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）への前記超音波の送信時から前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ２）との加算結果（τ１＋τ２）を２で除した除算結果を、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）と前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の超音波の伝搬時間として導出する。
【０１００】
この構成によれば、コントローラ（１）は、第１のセンサユニット（ＳＵ６）において第２のセンサユニット（ＳＵ１）への超音波の送信時から第２のセンサユニット（ＳＵ１）からの超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、第２のセンサユニット（ＳＵ１）において第１のセンサユニット（ＳＵ６）への超音波の送信時から第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの超音波の受信時までの計測時間（τ２）との加算結果（τ１＋τ２）を２で除することで、第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の計測経路における超音波の伝搬時間を簡易に導出できる。これにより、コントローラ（１）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。
【０１０１】
本発明の一実施形態では、前記コントローラ（１）は、導出された前記超音波の伝搬時間（（τ１＋τ２）／２）を基に、前記測定対象空間の温度を導出する。
【０１０２】
この構成によれば、コントローラ（１）は、コントローラ（１）により導出された超音波の伝搬時間（（τ１＋τ２）／２）と、音速及び温度の所定の関係式とを基に、測定対象空間の温度を高精度に測定することができる。
【０１０３】
本発明の一実施形態では、前記コントローラ（１）は、データ又は情報を表示する表示部と、を更に有し、導出された前記測定対象空間の温度分布を前記表示部に表示させる。
【０１０４】
この構成によれば、コントローラ（１）は、第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の計測経路における温度分布を表示させるため、当該温度分布をユーザに対して視覚的に認知させることができる。
【０１０５】
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（ＳＵ６）が、第２のセンサユニット（ＳＵ１）に超音波を送信するステップと、第２のセンサユニット（ＳＵ１）が、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）に超音波を送信するステップと、第２のセンサユニット（ＳＵ１）が、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）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（ＳＵ６）が、前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）から送信された前記超音波を受信するステップと、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）又は前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）が、前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）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（ＳＵ１）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）への前記超音波の送信時から前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ２）とを基に、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）と前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の超音波の伝搬時間を導出するステップと、を有する。
【０１０６】
この方法によれば、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）又は第２のセンサユニット（ＳＵ１）は、第２のセンサユニット（ＳＵ１）への超音波の送信時から第２のセンサユニット（ＳＵ１）からの超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、第１のセンサユニット（ＳＵ６）への超音波の送信時から第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの超音波の受信時までの計測時間（τ２）とを基に、第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の計測経路における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方法では、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）又は第２のセンサユニット（ＳＵ１）は、超音波の伝搬時間を簡易に導出できる。従って、温度測定のための伝搬時間計測方法は、超音波を送受信する第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。
【０１０７】
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と、前記少なくとも２個のセンサユニット間において超音波を送受信させるコントローラ（１）とにおいて、第１のセンサユニット（ＳＵ６）が、第２のセンサユニット（ＳＵ１）に超音波を送信するステップと、第２のセンサユニット（ＳＵ１）が、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）に超音波を送信するステップと、第２のセンサユニット（ＳＵ１）が、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）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（ＳＵ６）が、前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）から送信された前記超音波を受信するステップと、前記コントローラ（１）が、前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）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（ＳＵ１）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）への前記超音波の送信時から前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの前記超音波の受信時までの計測時間（τ２）とを基に、前記第１のセンサユニット（ＳＵ６）と前記第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の超音波の伝搬時間を導出するステップと、を有する。
【０１０８】
この方法によれば、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、コントローラ（１）は、第１のセンサユニット（ＳＵ６）において第２のセンサユニット（ＳＵ１）への超音波の送信時から第２のセンサユニット（ＳＵ１）からの超音波の受信時までの計測時間（τ１）と、第２のセンサユニット（ＳＵ１）において第１のセンサユニット（ＳＵ６）への超音波の送信時から第１のセンサユニット（ＳＵ６）からの超音波の受信時までの計測時間（τ２）とを基に、第１のセンサユニット（ＳＵ６）と第２のセンサユニット（ＳＵ１）との間の計測経路における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方法では、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、コントローラ（１）は、超音波の伝搬時間を簡易に導出できる。従って、温度測定のための伝搬時間計測方法は、超音波を送受信する第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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
例えば、上述した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。
【０１１１】
また、上述した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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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】
【０１１４】
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】
【０１１５】
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】
2014059241.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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