(57)【要約】【課題】測定対象空間における温度を測定するために複数の超音波信号が同時又は略同時に送信された場合に、自己相関性の高い擬似雑音符号を用いて、複数の超音波信号を高精度に分離する。【解決手段】センサユニットＳＵ１は、センサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎ（Ｎ：整数）の擬似雑音符号系列の符号（＋１又は−１）に応じたＮ個の各符号化期間において、擬似雑音符号系列の符号を用いてパルス信号を変調した超音波信号を送信する。センサユニットＳＵ１は、Ｎ個の符号化期間にわたって受信された超音波信号を、他の複数のセンサユニットＳＵ５，ＳＵ６に応じた擬似雑音符号系列の符号を用いて復調し、他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する。【選択図】図４
2014130113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を送信する超音波送信装置であって、
前記超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間において、パルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調する変調部と、
変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信する送信部と、を有する、
超音波送信装置。
【請求項２】
測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を受信する超音波受信装置であって、
前記超音波信号を送信する複数の超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間にわたって前記複数の超音波送信装置から送信された各々の前記超音波信号を受信する受信部と、
受信された前記超音波信号を、前記複数の超音波送信装置に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、前記複数の超音波送信装置毎の受信信号包絡線を導出する復調部と、を有する、
超音波受信装置。
【請求項３】
測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を送信する超音波送信装置における超音波送信方法であって、
前記超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間において、パルス信号を生成するステップと、
各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調するステップと、
変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信するステップと、を有する、
超音波送信方法。
【請求項４】
測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を受信する超音波受信装置における超音波受信方法であって、
複数の超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間にわたって前記複数の超音波送信装置から送信された各々の前記超音波信号を受信するステップと、
受信された前記超音波信号を、前記複数の超音波送信装置に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調するステップと、
復調された各々の前記超音波信号を基に、前記複数の超音波送信装置毎の受信信号包絡線を導出するステップと、を有する、
超音波受信方法。
【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３個のセンサユニットと、前記少なくとも３個のセンサユニットに超音波信号を送受信させるコントローラと、を備え、
各々の前記センサユニットは、
前記センサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間においてパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調する変調部と、
変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信する送信部と、
他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信する受信部と、
前記符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する復調部と、
前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出する制御部と、を有し、
前記コントローラは、
導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各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】
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３個のセンサユニットを備え、
各々の前記センサユニットは、
前記センサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間においてパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調する変調部と、
変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信する送信部と、
他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信する受信部と、
前記符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する復調部と、
前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出する制御部と、を有し、
前記制御部は、
導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各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７】
請求項５又は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、
各々の前記センサユニットは、
前記センサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎ（Ｎ：整数）の擬似雑音符号系列（例：Ｍ系列符号）を格納する記憶部と、を更に有し、
前記変調部は、前記擬似雑音符号系列の符号に応じたＮ個の符号化期間において所定周波数の間欠的なパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列の符号を用いて前記パルス信号を変調し、
前記復調部は、前記Ｎ個の符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列の符号を用いて復調し、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する、
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、
前記符号化期間は、前記パルス信号の生成タイミングから、生成された前記パルス信号が測定範囲の温度において十分に減衰するタイミングまでの期間を含む、
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、
前記超音波信号の送信周期は、前記擬似雑音符号系列の符号長Ｎ（Ｎ：整数）に応じて、前記擬似雑音符号系列の各符号に応じたＮ個の符号化期間の和である、
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、
前記復調部は、前記パルス信号の周波数の４倍のサンプリング周波数を用いて、前記擬似雑音符号系列の符号長Ｎ（Ｎ：整数）に応じたＮ個の各符号化期間に受信された前記超音波信号を直交検波する、
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、
前記復調部は、前記擬似雑音符号系列の符号長Ｎ（Ｎ：整数）に応じたＮ個の各符号化期間に受信された前記超音波信号を直交検波し、直交検波後の前記超音波信号と前記他の複数のセンサユニット毎に割り当てられた前記擬似雑音符号系列の符号とを乗算し、乗算後の前記超音波信号を前記Ｎ個の各符号化期間において加算する、
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、
前記変調部は、自己のセンサユニットと他の複数のセンサユニットとの各距離に応じて、（Ｎ＋Ｑ）個（Ｑ＜Ｎ、Ｑ：整数）の符号化期間において前記パルス信号を生成し、
Ｑ個の符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列の符号は、Ｎ個の擬似雑音符号系列の符号のうち第１番目から第Ｑ番目までの各符号と同一である、
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、
前記復調部は、前記自己のセンサユニットから最も遠く離れた他のセンサユニットからの超音波信号の復調を最初に開始し、残りのセンサユニットからの超音波信号の復調を、残りのセンサユニット毎に割り当てられたＰ個（Ｐ：整数）の符号化期間分遅らせて開始し、前記Ｎ個の符号化期間の後に前記Ｐ個の符号化期間を付加して復調する、
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、
前記変調部は、前記パルス信号の生成後に前記パルス信号と逆位相の信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列の符号を用いて、前記パルス信号と前記逆位相の信号との連続信号を変調し、
前記逆位相の信号の波数は、前記パルス信号の波数より少ない、
温度測定のための伝搬時間計測システム。
【請求項１５】
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３個のセンサユニットと、前記少なくとも３個のセンサユニットに超音波信号を送受信させるコントローラとにおいて、
各々の前記センサユニットが、
前記センサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間においてパルス信号を生成し、
各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調し、
変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信し、
他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信し、
前記符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、
復調された前記超音波信号を基に、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出し、
前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出し、
前記コントローラが、
導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各伝搬時間を導出する、
温度測定のための伝搬時間計測方法。
【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３個のセンサユニットにおいて、
各々の前記センサユニットが、
前記センサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間においてパルス信号を生成し、
各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調し、
変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信し、
他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信し、
前記符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、
復調された前記超音波信号を基に、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出し、
前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出し、
導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各伝搬時間を導出する、
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を測定するための、超音波送信装置、超音波受信装置、超音波送信方法、超音波受信方法、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】
空気中を伝搬する音波（例えば超音波）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。
【０００３】
特許文献１では、例えば４個の超音波センサに対し、１個隔てて配置された２個の超音波センサの第１グループと、同様に１個隔てて配置された残りの２個の超音波センサの第２グループとが形成されている。障害物検知装置は、グループ毎に超音波の送信及び反射波の受信を行う対象を時分割に切り替え、各グループに属する全ての超音波センサが略同時に超音波を送信させる。これにより、障害物検知装置は、同一グループ内の超音波センサは１個の超音波センサを隔てて配置されているので、同一グループ内の各超音波センサからの超音波の干渉を防ぐことができる。
【０００４】
特許文献２に示す超音波伝搬時間測定システムでは、電子ペンの送信部は、送信タイミングを表すトリガ信号を含む電磁波信号と、自己相関性の高い擬似ランダム信号を基に超音波信号を変調して生成した超音波駆動信号の周波数より高い周波数の超音波信号とを送出する。受信部は、電磁波信号と超音波信号とを検出し、モデル波形としての超音波駆動信号と検出された超音波信号との相関演算を行い、電磁波信号の検出時刻と相関値のピーク値の検出時刻とから超音波信号の伝搬時間を算出する。これにより、超音波伝搬時間測定システムは、超音波信号の伝搬時間を測定する場合において、圧電素子又は磁歪素子の残留振動の影響を排除することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９８２６６号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０２８５９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では、たとえ同一グループ内でも送信側の複数の超音波センサが略同時又は同時に同一の周波数の超音波信号を送信すると、受信側の超音波センサにおける超音波信号の受信後の分離が困難となる場合がある。このため、同一グループに割り当てられた超音波センサは所定量の時間差を設けて超音波信号を送信する必要があるが、超音波の伝搬時間の全体の計測時間が長くなってしまうという課題が生じる。
【０００７】
また、特許文献２では、超音波信号を生成する圧電素子又は磁歪素子における駆動周波数は圧電素子又は磁歪素子における共振周波数より低いため、電子ペンの送信部から送信された超音波信号のエネルギーが小さくなる。このため、電子ペンの送信部から送信された超音波信号は、遠方まで到達しない可能性がある。測定対象空間における温度を測定する場合には、超音波信号のエネルギーを大きくするために消費電力が増大するという課題が生じる。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の課題を解決するために、測定対象空間における温度を測定するために用いられる超音波信号の生成に要する消費電力を増大させずに、自己相関性の高い擬似雑音符号系列を用いて変調した超音波信号を送信する超音波送信装置、超音波送信方法、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。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術の課題を解決するために、測定対象空間における温度を測定するために複数の超音波信号が同時又は略同時に送信された場合に、自己相関性の高い擬似雑音符号系列を用いて、複数の超音波信号を高精度に分離する超音波受信装置、超音波受信方法、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】
【００１０】
本発明は、測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を送信する超音波送信装置であって、前記超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間において、パルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調する変調部と、変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信する送信部と、を有する、超音波送信装置である。
【００１１】
また、本発明は、測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を受信する超音波受信装置であって、前記超音波信号を送信する複数の超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間にわたって前記複数の超音波送信装置から送信された各々の前記超音波信号を受信する受信部と、受信された前記超音波信号を、前記複数の超音波送信装置に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、前記複数の超音波送信装置毎の受信信号包絡線を導出する復調部と、を有する、超音波受信装置である。
【００１２】
また、本発明は、測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を送信する超音波送信装置における超音波送信方法であって、前記超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間において、パルス信号を生成するステップと、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調するステップと、変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信するステップと、を有する、超音波送信方法である。
【００１３】
また、本発明は、測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を受信する超音波受信装置における超音波受信方法であって、複数の超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間にわたって前記複数の超音波送信装置から送信された各々の前記超音波信号を受信するステップと、受信された前記超音波信号を、前記複数の超音波送信装置に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調するステップと、復調された各々の前記超音波信号を基に、前記複数の超音波送信装置毎の受信信号包絡線を導出するステップと、を有する、超音波受信方法である。
【００１４】
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３個のセンサユニットと、前記少なくとも３個のセンサユニットに超音波信号を送受信させるコントローラと、を備え、各々の前記センサユニットは、前記センサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間においてパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調する変調部と、変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信する送信部と、他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信する受信部と、前記符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する復調部と、前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出する制御部と、を有し、前記コントローラは、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各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。
【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３個のセンサユニットを備え、各々の前記センサユニットは、前記センサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間においてパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調する変調部と、変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信する送信部と、他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信する受信部と、前記符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する復調部と、前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出する制御部と、を有し、前記制御部は、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各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。
【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３個のセンサユニットと、前記少なくとも３個のセンサユニットに超音波信号を送受信させるコントローラとにおいて、各々の前記センサユニットが、前記センサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間においてパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調し、変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信し、他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信し、前記符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、復調された前記超音波信号を基に、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出し、前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出し、前記コントローラが、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各伝搬時間を導出する、温度測定のための伝搬時間計測方法である。
【００１７】
更に、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３個のセンサユニットにおいて、各々の前記センサユニットが、前記センサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間においてパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調し、変調された前記パルス信号を基に、超音波信号を送信し、他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信し、前記符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、復調された前記超音波信号を基に、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出し、前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出し、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各伝搬時間を導出する、温度測定のための伝搬時間計測方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、測定対象空間における温度を測定するために用いられる超音波信号の生成に要する消費電力を増大させずに、自己相関性の高い擬似雑音符号系列を用いて変調した超音波信号を送信できる。
【００１９】
本発明によれば、測定対象空間における温度を測定するために複数の超音波信号が同時又は略同時に送信された場合に、自己相関性の高い擬似雑音符号系列を用いて、複数の超音波信号を高精度に分離できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１，第２の各実施形態における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】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】超音波の波形解析の動作過程と超音波検出時刻とを示す説明図
【図５】図３（Ｂ）のセンサユニットの内部構成を更に詳細に示すブロック図
【図６】（Ａ）コントローラ及び各々のセンサユニットにおける各プロセッサの動作タイミングに時間のずれが生じる様子を示す図、（Ｂ）符号化クロック期間とパルス信号と超音波とを示す図、（Ｃ）センサユニットにおける符号化クロック期間の説明図
【図７】（Ａ）センサユニットＳＵ１が生成するパルス信号を示す図、（Ｂ）センサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号を示す図、（Ｃ）センサユニットＳＵ１における変調信号（駆動信号）を示す図、（Ｄ）センサユニットＳＵ１における超音波信号を示す図、（Ｅ）センサユニットＳＵ２が生成するパルス信号を示す図、（Ｆ）センサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号を示す図、（Ｇ）、センサユニットＳＵ２における変調信号（駆動信号）を示す図、（Ｈ）センサユニットＳＵ２における超音波信号を示す図、（Ｉ）センサユニットＳＵ６が受信する、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２からの超音波信号が重畳した受信信号を示す図
【図８】センサユニットの検波復調部の内部構成を詳細に示すブロック図
【図９】（Ａ）パルス信号の周波数の４倍のサンプリング周波数を用いて、基準信号のサンプリング位相４５°、１３５°、２２５°、３１５°の値で超音波信号を直交検波する様子を示す図、（Ｂ）ｓｉｎ波成分が乗算された超音波信号とｃｏｓ波成分が乗算された超音波信号の成分を示す図、（Ｃ）（Ｂ）のｓｉｎ波成分とｃｏｓ波成分とを二乗して加算した結果を示す図
【図１０】（Ａ）パルス信号の周波数の４倍のサンプリング周波数を用いて、基準信号のサンプリング位相０°、９０°、１８０°、２７０°の値で超音波信号を直交検波する様子を示す図、（Ｂ）ｓｉｎ波成分が乗算された超音波信号とｃｏｓ波成分が乗算された超音波信号の成分を示す図、（Ｃ）（Ｂ）のｓｉｎ波成分とｃｏｓ波成分とを二乗して加算した結果を示す図
【図１１】（Ａ）センサユニットＳＵ６が受信する、センサユニットＳＵ１とセンサユニットＳＵ２からの重畳された超音波信号を示す図、（Ｂ）直交検波後のＩ信号及びＱ信号を示す図、（Ｃ）センサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号を示す図、（Ｄ）（Ｂ）に示すＩ信号及びＱ信号にＭ系列符号が乗算された信号を示す図、（Ｅ）センサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号の各符号に応じた符号化クロック期間における（Ｄ）の信号を送信周期において加算した信号を示す図、（Ｆ）センサユニットＳＵ１からの超音波信号の受信信号包絡線を示す図
【図１２】（Ａ）センサユニットＳＵ６が受信する、センサユニットＳＵ１とセンサユニットＳＵ２からの重畳された超音波信号を示す図、（Ｂ）直交検波後のＩ信号及びＱ信号を示す図、（Ｃ）センサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号を示す図、（Ｄ）（Ｂ）に示すＩ信号及びＱ信号にＭ系列符号が乗算された信号を示す図、（Ｅ）センサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号の各符号に応じた符号化クロック期間における（Ｄ）の信号を送信周期において加算した信号を示す図、（Ｆ）センサユニットＳＵ２からの超音波信号の受信信号包絡線を示す図
【図１３】（Ａ）測定対象空間の壁面に配置されたセンサユニットの配置例を示す模式図、（Ｂ）センサユニットＳＵ５とセンサユニットＳＵ６とが同時又は略同時に超音波を送信する様子を示す説明図
【図１４】（Ａ）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面に配置された８個の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１５】８個のセンサユニット間の超音波の送信及び受信を時系列に説明する模式図
【図１６】第１，第２の各実施形態において８個のセンサユニットが配置された場合の位置データの一例を示す図、（Ａ）コントローラ１からセンサユニットＳＵ６に送信される位置データの一例を示す図、（Ｂ）コントローラ１からセンサユニットＳＵ１に送信される位置データの一例を示す図
【図１７】第１の実施形態において８個のセンサユニットが配置された場合の時間データの一例を示す図、（Ａ）コントローラ１からセンサユニットＳＵ６に送信される時間データの一例を示す図、（Ｂ）コントローラ１からセンサユニットＳＵ１に送信される時間データの一例を示す図
【図１８】第１の実施形態において配置された８個のセンサユニットのうち、４個のセンサユニット間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１９】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
【図２０】第１，第２の各実施形態における各センサユニットの動作手順を説明するフローチャート
【図２１】センサユニットＳＵ１，ＳＵ２が同時又は略同時に超音波を送信し、且つ、受信側のセンサユニットＳＵ６と送信側のセンサユニットＳＵ２との距離が、受信側のセンサユニットＳＵ６と送信側のセンサユニットＳＵ１との距離よりも非常に大きい場合に、受信側のセンサユニットＳＵ６において生じる課題の説明図、（Ａ）センサユニットＳＵ１からの超音波の受信信号包絡線を示す図、（Ｂ）センサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号を示す図、（Ｃ）センサユニットＳＵ１からの超音波を示す図、（Ｄ）センサユニットＳＵ２からの超音波を示す図、（Ｅ）センサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号を示す図、（Ｆ）センサユニットＳＵ２からの超音波の受信信号包絡線を示す図
【図２２】（Ａ）センサユニットＳＵ１が（Ｎ＋３）個の符号化クロック期間において超音波を生成する様子を示す図、（Ｂ）センサユニットＳＵ２が（Ｎ＋３）個の符号化クロック期間において超音波を生成する様子を示す図、（Ｃ）センサユニットＳＵ１からの超音波の復調期間の説明図、（Ｄ）センサユニットＳＵ２からの超音波の復調期間の説明図
【図２３】第２の実施形態において８個のセンサユニットが配置された場合の時間データの一例を示す図、（Ａ）コントローラ１からセンサユニットＳＵ６に送信される時間データの一例を示す図、（Ｂ）コントローラ１からセンサユニットＳＵ１に送信される時間データの一例を示す図
【図２４】第２の実施形態において配置された８個のセンサユニットのうち、４個のセンサユニット間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２５】第３の実施形態における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２６】（Ａ）測定対象空間の壁面に配置されたセンサユニットの配置例を示す模式図、（Ｂ）各センサユニットが同時に超音波を送信する様子を示す説明図
【図２７】（Ａ）符号化クロック期間とパルス信号と超音波信号とを示す図、（Ｂ）センサユニットにおける符号化クロック期間の説明図
【図２８】第３の実施形態における各センサユニットの動作手順を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る超音波送信装置、超音波受信装置、超音波送信方法、超音波受信方法、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。本発明に係る超音波送信装置及び超音波受信装置は、本発明に係る温度測定のための伝搬時間計測システムにおいて用いられ、例えば図１に示す超音波伝搬時間計測システム１００では、他のセンサユニットとの間で超音波を送受信するセンサユニットである。
【００２２】
（第１の実施形態）
先ず、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、第１，第２の各実施形態における超音波伝搬時間計測システム１００のシステム構成を模式的に示す図である。図２は、超音波伝搬時間計測システム１００における動作概要を時系列に示す説明図である。以下、超音波伝搬時間計測システム１００において、センサユニットが送受信する超音波信号を、単に「超音波」と略記する。
【００２３】
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３個のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５，ＳＵ６，ＳＵ７，ＳＵ８とを含む。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位置データ及び時間データ（後述参照）を初期設定データとして各々のセンサユニットに一斉に送信し、各々のセンサユニットに超音波の送受信を開始させる。各々のセンサユニットは、時間データによって、コントローラ１からの超音波の送受信を開始させる旨の計測開始信号（後述参照）を受信した時からの経過時間を基に、どのセンサユニットからの超音波が送信されたかを予め知っている。
【００２４】
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、特別な場合を除いて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。特別な場合とは、例えばコントローラ１が各センサユニット間の計測経路における超音波の伝搬時間を導出せず、センサユニットが他のセンサユニットとの間において超音波の伝搬時間を導出する場合などである。
【００２５】
送信が受信より先のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ５）は、コントローラ１から送信された時間データによって指定された送信時刻に、自己を除く全てのセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ６，ＳＵ７，ＳＵ８）に超音波を発振して送信する。
【００２６】
同様に、送信が受信より先のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６）は、コントローラ１から送信された時間データによって指定された送信時刻に、自己を除く全てのセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５，ＳＵ７，ＳＵ８）に超音波を発振して送信する。各実施形態では、例えば測定対象空間の同一壁面に配置された複数のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ５，ＳＵ６）の超音波の送信時刻は、同時又は略同時である。
【００２７】
なお、測定対象空間の同一壁面に配置された他のセンサユニットからの超音波の信号レベルは非常に小さく、ノイズ信号と超音波信号との区別が困難である。このため、センサユニットは、自己と測定対象空間の同一壁面に配置された他のセンサユニットから送信された超音波を受信しない。
【００２８】
例えば、センサユニットＳＵ５，ＳＵ６が測定対象空間の同一壁面に配置されている場合には、センサユニットＳＵ５（ＳＵ６）は、センサユニットＳＵ６（ＳＵ５）からの超音波を受信しない。従って、説明を簡単にするために、以下では、センサユニットは、測定対象空間の同一壁面に配置されているセンサユニットから送信された超音波を受信しないものとして説明する。
【００２９】
受信が送信より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（例えばセンサユニットＳＵ３）からの超音波を受信した場合、時間データによってセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１）に予め割り当てられた送信時刻に、自己を除く全てのセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５，ＳＵ６，ＳＵ７，ＳＵ８）に超音波を発振して送信する。
【００３０】
同様に、受信が送信より先のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ２）は、センサユニット（例えばセンサユニットＳＵ３）からの超音波を受信した場合、時間データによってセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ２）に予め割り当てられた送信時刻に、自己を除く全てのセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５，ＳＵ６，ＳＵ７，ＳＵ８）に超音波を発振して送信する。
【００３１】
センサユニット（例えばセンサユニットＳＵ３）は、他のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１）からの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−ＳＵ１間）の計測経路において、自己が超音波を送信した時から他のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１）から超音波を受信した時までの計測時間τ３１のデータを無線通信によってコントローラ１に送信する。
【００３２】
センサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１）は、他のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ３）からの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ＳＵ１−ＳＵ３間）の計測経路において、自己が超音波を受信した時から他のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ３）に超音波を送信した時までの計測時間τ１３のデータを無線通信によってコントローラ１に送信する。
【００３３】
コントローラ１は、全てのセンサユニットから計測時間のデータを受信した後、各計測経路を伝搬する超音波の伝搬時間（ＴＯＦ：Time of Flight）を導出する。各実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００では、全ての計測経路（例えば図２の左上参照）において超音波の伝搬時間が導出される。
【００３４】
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データ（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して超音波の音速を導出する（図２の右下参照）。コントローラ１は、導出された超音波の音速のデータを基に、音速と温度との所定の関係式（後述参照）から、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。
【００３５】
（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ＳＵ６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ＳＵ６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８個のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５，ＳＵ６，ＳＵ７，ＳＵ８のうちセンサユニットＳＵ６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，ＳＵ６，ＳＵ７，ＳＵ８の内部構成は同一である。
【００３６】
また、センサユニットＳＵ６の超音波の送信時及び受信時の動作について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、超音波の波形解析の動作過程と超音波検出時刻とを示す説明図である。図５は、図３（Ｂ）のセンサユニットＳＵ６の内部構成を更に詳細に示すブロック図である。
【００３７】
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。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。
【００３８】
プロセッサ２は、例えば他のセンサユニットから送信された超音波の伝搬時間のデータと既知の全ての計測経路の距離のデータとを基に、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データを基に、音速と温度との所定の関係式を基にして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）。
【００３９】
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に対し、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から出力された位置データ又は時間データ（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ＴＯＦのデータを求めるために必要な計測時間τを、アンテナＡｎｔｃを介して他のセンサユニットから受信する。
【００４０】
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、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、空気吸収減衰係数と超音波の送受信を開始させる旨の情報とを含む計測開始信号データを生成して無線回路部３に出力する。無線回路部３は、計測開始信号データを所定の変調方式によって変調した計測開始信号を生成してアンテナＡｎｔｃから送信する。
【００４１】
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、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、超音波の伝搬時間のデータを基にして導出した温度のデータを、測定対象空間の温度データ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できる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
次に、センサユニットＳＵ６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。制御部としてのプロセッサ１１は、例えばＣＰＵ、ＭＰＵ又はＤＳＰを用いて構成され、一つ又は複数のタイマ機能を含み、センサユニットＳＵ６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。
【００４５】
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など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、後述する位置データ（図１６（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。
【００４６】
無線回路部１３は、アンテナＡｎｔ１を介して、コントローラ１に対して無線通信を行う。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位置データ及び時間データを、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から出力された計測時間τ（後述参照）のデータを、アンテナＡｎｔ１を介してコントローラ１に送信する。
【００４７】
駆動回路１４は、プロセッサ１１から出力されたパルス信号（駆動信号）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。
【００４８】
送信部としての超音波送信器１５は、超音波信号を発生させるトランスデューサを用いて構成され、駆動回路１４から出力されたパルス信号（駆動信号）を発振させることで所定周波数（例えば２５ｋＨｚ）の超音波を生成する。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。
【００４９】
受信部としての超音波受信器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の振幅は、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の振幅に比べて減衰している（図５参照）。
【００５０】
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（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範囲の周波数帯域の信号だけを通過させてＡ／Ｄ変換器１８に出力する。
【００５１】
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。
【００５２】
プロセッサ１１は、コントローラ１から送信された計測開始信号に含まれる空気吸収減衰係数と、センサユニットＳＵ６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、同計測経路における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位置データのうち、センサユニットＳＵ６と計測経路を構成する他の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、受信信号包絡線（エンベロープ）の直線部分の傾き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ＳＵ６と計測経路を構成する他のセンサユニットとに応じた距離（位置データに含まれる）と、空気吸収減衰係数（計測開始信号に含まれる）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、この場合には位置データ（例えば図１６（Ａ）参照）に含まれる。
【００５３】
ここで、一群の曲線の全てに接する定曲線があるとき、これをその曲線群の「包絡線」という。従って、各実施形態における包絡線は、図４の超音波の複数の波形（検波処理時の波形参照）に接する定曲線である。なお、包絡線は、必ずしも完全な意味での包絡線に限る必要はなく、実質的な意味での包絡線を含む。例えば、包絡線は、必ずしも全ての波形に接する必要はなく、一部の波形をスキップしてもよい。また、隣り合ういくつか（例えば３つ）の波形のピークから求めた平均値を取り、それらの平均値をつなげた波形でもよい。即ち、実質的な意味での包絡線は、完全な意味での包絡線に一致する必要はない。
【００５４】
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（検出時刻）が真の到達時刻、即ち実際にセンサユニットが超音波を検出した時刻からΔｔ１１ほど遅延する。Δｔ１１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包絡線（図４参照）を基に、受信信号包絡線の信号レベルがノイズレベルより大きい所定の閾値ＴＨを超えた時を、超音波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、超音波検出時刻は、真の到達時刻からΔｔ１１遅延した時刻から更にΔｔ１２ほど遅延する。
【００５５】
図４の右側のグラフに示すように、センサユニットは、受信信号包絡線の信号レベルが閾値ＴＨ以上となった時を超音波検出時刻と判定するが、実際には真の到達時刻から（Δｔ１１＋Δｔ１２）の分だけ遅延している。閾値ＴＨは、受信信号包絡線の信号レベルを基にして、受信信号が超音波であると判定するために設定された値である。このため、各センサユニットは、図４の右側のグラフに示す真の到達時刻、真の到達時刻からΔｔ１１遅延した時刻、及び真の到達時刻から（Δｔ１１＋Δｔ１２）遅延した時刻のうち、いずれかの時刻を超音波検出時刻として判定する。
【００５６】
ここで、図５を参照して、超音波伝搬時間計測システム１００に用いられるセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６）の内部構成を詳細に説明する。
【００５７】
図５に示すセンサユニットＳＵ６は、図３（Ｂ）に示すセンサユニットＳＵ６に、更に基準信号発振器２７を含む。基準信号発振器２７は、例えばセンサユニットＳＵ６が超音波を生成する場合又は受信した超音波を復調する場合に、基準となる所定周波数ｆｃの基準信号を発振してプロセッサ１１のパルス信号生成部２３及び検波復調部２５にそれぞれ出力する。
【００５８】
プロセッサ１１は、時間制御部２１と、Ｍ系列符号格納部２２と、パルス信号生成部２３と、乗算器２４と、検波復調部２５と、超音波信号検出部２６と、を含む。
【００５９】
時間制御部２１は、一つ又は複数のタイマ機能を含み、コントローラ１から送信された時間データを参照して超音波の送信時刻又は受信時刻の時刻（タイミング）を制御する。更に、時間制御部２１は、超音波信号検出部２６からの出力を基に、自己の超音波の送信時刻から他のセンサユニットからの超音波の受信時刻までの計測時間τ、又は他のセンサユニットからの超音波の受信時刻から自己の超音波の送信時刻までの計測時間τを計時する。
【００６０】
記憶部としてのＭ系列符号格納部２２は、全てのセンサユニット毎に予め割り当てられた、自己相関性の高い擬似雑音符号系列として例えばＭ系列符号のデータを、全てのセンサユニット毎に格納している。Ｍ系列符号のデータは、センサユニットが予め格納しても良いし、コントローラ１から送信されたものでも良い。
【００６１】
各実施形態では、センサユニットＳＵ６が超音波を生成するために設けられる一つの符号化クロック期間（後述参照）と、Ｍ系列符号の符号（＋１又は−１）とが１対１に対応している。Ｍ系列符号格納部２２は、時間制御部２１からの超音波を生成するための制御信号に応じて、超音波の送信周期（後述参照）を構成する合計Ｎ個（Ｎ：整数）の各符号化クロック期間（後述参照）において、Ｍ系列符号の符号（＋１又は−１）のデータを乗算器２４に出力する。
【００６２】
なお、図５ではＭ系列符号格納部２２は例えばプロセッサ１１の内部に含まれるものとして図示しているが、Ｍ系列符号格納部２２は記憶部としてのメモリ１２内に含まれても良い。
【００６３】
各実施形態では、受信側のセンサユニットが測定対象空間の同一壁面に配置された複数のセンサユニットから送信された超音波を受信した後に分離できるように、例えば測定対象空間Ｋ（図１３（Ａ）参照）の同一壁面に配置されている各センサユニット間では異なるＭ系列符号が割り当てられる。なお、測定対象空間の異なる壁面に配置されている各センサユニット間では同時又は略同時に超音波が送信されないため、同一のＭ系列符号が割り当てられても良いし又は異なるＭ系列符号が割り当てられても良い。
【００６４】
パルス信号生成部２３は、時間制御部２１からの超音波を生成するための制御信号に応じて、超音波の送信周期（後述参照）を構成する合計Ｎ個の各符号化クロック期間（後述参照）において、基準信号発振器２７からの基準信号（例えば１００ｋＨｚ）を分周して所定周波数（例えば２５ｋＨｚ）の間欠的なパルス信号を生成して乗算器２４に出力する。
【００６５】
乗算器２４は、Ｍ系列符号格納部２２及びパルス信号生成部２３の各出力を乗算して駆動信号としてのパルス信号を生成し、生成したパルス信号（駆動信号）を駆動回路１４に出力する。
【００６６】
検波復調部２５は、時間制御部２１からの超音波を受信するための制御信号に応じて、超音波の送信周期（後述参照）を構成する合計Ｎ個の各符号化クロック期間（後述参照）において、基準信号発振器２７からの基準信号を用いてＡ／Ｄ変換器１８の出力信号の検波処理及び復調処理を行う。検波処理及び復調処理の詳細は、図８〜図１２を参照して後述する。
【００６７】
超音波信号検出部２６は、時間制御部２１からの超音波を受信するための制御信号に応じて、検波復調部２５からの出力（受信信号包絡線）を基に、超音波受信器１６が受信した超音波の検出時刻（超音波検出時刻）を判定し、超音波検出時刻を判定した旨を時間制御部２１に出力する。超音波検出時刻の判定方法は、図４を参照して上述したので、説明を省略する。
【００６８】
ここで、各々のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ６）における符号化クロック期間について、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を参照して説明する。図６（Ａ）は、コントローラ１及び各々のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ６における各プロセッサの動作タイミングに時間のずれが生じる様子を示す図である。図６（Ｂ）は、符号化クロック期間とパルス信号と超音波とを示す図である。図６（Ｃ）は、センサユニットにおける符号化クロック期間の説明図である。
【００６９】
例えばＤＥＣＴ又はＺｉｇｂｅｅ（登録商標）のパケット信号を用いた無線通信では、送信装置（例えばコントローラ１）と受信装置（例えばセンサユニット）とにおいて、プロセッサ間で正確に同期をとることが困難である。無線回路部では一定の処理ループが動いており、電波を受信しても無線回路部の外部へ出力するステップ（タイミング）に達して初めてプロセッサに信号が伝達される。このため、受信装置のプロセッサは、送信装置におけるパケット信号の送信タイミングと同時にパケット信号を受信することは困難であり、送信装置におけるパケット信号の送信タイミングから所定の時間差ほど遅延した受信タイミングにデータを受信する（図６（Ａ）参照）。また、送信側のセンサユニットと受信側のセンサユニットとの間においても同様に、超音波の受信タイミングは超音波の送信タイミングから遅延すると考えられるため（図６（Ａ）参照）、受信タイミングの遅延量の影響により、温度測定精度が劣化してしまう。
【００７０】
図６（Ａ）では、例えばコントローラ１がデータを送信した送信タイミングに対し、センサユニットＳＵ２，ＳＵ６，ＳＵ１の各プロセッサではそれぞれの受信タイミングに多少の遅延が生じていることが示されている。例えば、センサユニットＳＵ６の受信タイミングの遅延量が最も大きく、センサユニットＳＵ１の受信タイミングの遅延量が最も小さい。受信タイミングの遅延量の最大値はΔｔとする。
【００７１】
図６（Ｃ）に示す時間軸上において、実線の超音波は測定温度が上限である時の波形を表し、点線の超音波は測定温度が下限である時の波形を表す。時刻ｔｍｉｎは、測定温度が上限である時の超音波の受信時刻（超音波検出時刻）である。時刻ｔｍａｘは、測定温度が下限である時の超音波の受信時刻（超音波検出時刻）である。
【００７２】
符号化期間としての符号化クロック期間は、測定対象空間の測定範囲（下限値〜上限値）の温度においてセンサユニットが超音波を生成するために設けられる期間であり、送信側のセンサユニットと受信側のセンサユニットとの間の計測経路における超音波の伝搬時間の変動を考慮して設定される。
【００７３】
具体的には、図６（Ｃ）に示す符号化クロック期間ｔｃは、上限値の温度である時の超音波検出時刻ｔｍｉｎと下限値の温度である時の超音波検出時刻ｔｍａｘとの差分と、一つの超音波の生成（発振）から十分に減衰するまでの時間ｔｓｉｇと、図６（Ａ）に示した受信タイミングの遅延量の最大値Δｔの２倍に相当する時間（２Δｔ）との和を含む期間である（数式（１）参照）。符号化クロック期間ｔｃは、超音波伝搬時間計測システム１００では既知の値であり、各々のセンサユニットにおいて同一である。
【００７４】
【数１】
2014130113.tif 000003
【００７５】
パルス信号生成部２３は、図６（Ｂ）に示す符号化クロック期間の立ち上がりに合わせて、間欠的なパルス信号を生成する。乗算器２４は、Ｍ系列符号の符号が＋１である場合には、パルス信号生成部２３が生成したパルス信号の位相を反転せずに、パルス信号を駆動回路１４に出力する。乗算器２４は、Ｍ系列符号の符号が−１である場合には、パルス信号生成部２３が生成したパルス信号の位相を反転し、位相が反転されたパルス信号を駆動回路１４に出力する。従って、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）では、左側の符号化クロック期間と右側の符号化クロック期間では、パルス信号及び超音波信号の位相は反転している（逆位相である）。
【００７６】
次に、測定対象空間の同一壁面に配置される複数（例えば２個）のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２（図１４（Ａ）参照）から同時又は略同時に送信される超音波の波形について、図７を参照して説明する。
【００７７】
図７（Ａ）は、センサユニットＳＵ１が生成するパルス信号を示す図である。図７（Ｂ）は、センサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号を示す図である。図７（Ｃ）は、センサユニットＳＵ１における変調信号（駆動信号）を示す図である。図７（Ｄ）は、センサユニットＳＵ１における超音波信号を示す図である。図７（Ｅ）は、センサユニットＳＵ２が生成するパルス信号を示す図である。図７（Ｆ）は、センサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号を示す図である。図７（Ｇ）は、センサユニットＳＵ２における変調信号（駆動信号）を示す図である。図７（Ｈ）は、センサユニットＳＵ２における超音波信号を示す図である。図７（Ｉ）は、センサユニットＳＵ６が受信する、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２からの超音波信号が重畳した受信信号を示す図である。
【００７８】
各実施形態では、自己相関性の高い擬似雑音符号系列として例えば符号長Ｎ（Ｎ：整数）のＭ系列符号が用いられ、Ｍ系列符号の符号（＋１又は−１）と１対１に対応した符号化クロック期間の合計Ｎ個分が、センサユニットの超音波の送信周期となる。なお、超音波の送信周期は、各センサユニットにおいて同一である。例えば図７では、Ｍ系列符号の符号長Ｎが７（Ｎ＝７）であるため、各センサユニットにおける超音波の送信周期は合計７個の符号化クロック期間となる。
【００７９】
センサユニットＳＵ１には例えば符号長７のＭ系列符号｛＋１，＋１，＋１，−１，−１，＋１，−１｝が予め割り当てられ（図７（Ｂ）参照）、センサユニットＳＵ２には例えば符号長７のＭ系列符号｛＋１，−１，−１，＋１，−１，＋１，＋１｝が予め割り当てられる（図７（Ｆ）参照）。センサユニットＳＵ２に割り当てられるＭ系列符号は、センサユニットＳＵ１に割り当てられるＭ系列符号を基準として、例えば５ビットシフトさせることで簡易に設定可能である。他のセンサユニットにおいても同様に、センサユニットＳＵ１に割り当てられるＭ系列符号を基準として所定数のビットシフトによって簡易に設定可能である。
【００８０】
図７（Ｉ）にはセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２から同時又は略同時に送信された２つの超音波をセンサユニットＳＵ６が受信した超音波の波形が示されている。センサユニットＳＵ１，ＳＵ２からの超音波は、空間を伝搬する時間の分遅れてセンサユニットＳＵ６において受信されている。センサユニットＳＵ６とセンサユニットＳＵ１との伝搬距離がセンサユニットＳＵ６とセンサユニットＳＵ２との伝搬距離よりも短いため、センサユニットＳＵ１から送信された超音波が、先にセンサユニットＳＵ６に到達している。即ち、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２からの超音波は、コントローラ１から送信された計測開始信号の受信時刻ｔ０から時刻ｔ１以降に、合計Ｎ個の符号化クロック期間にわたって受信されている（図１１（Ａ）又は図１２（Ａ）参照）。
【００８１】
なお、受信側のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６）は、送信側のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ１）と自己のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６）との間の計測経路の距離と測定範囲の上限温度時における超音波の速度（音速）との除算結果からΔｔ（図６（Ｃ）参照）を減算した時刻に、復調処理を開始する。
【００８２】
次に、受信側のセンサユニットＳＵ６の検波復調部２５における検波処理及び復調処理について、図８〜図１２を参照して説明する。図８〜図１２では、センサユニットＳＵ６がセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２から送信された超音波を受信した場合の検波処理及び復調処理を説明する。
【００８３】
図８は、センサユニットＳＵ６の検波復調部２５の内部構成を詳細に示すブロック図である。図９（Ａ）は、パルス信号の周波数の４倍のサンプリング周波数を用いて、基準信号のサンプリング位相４５°、１３５°、２２５°、３１５°の値で超音波信号を直交検波する様子を示す図である。図９（Ｂ）は、ｓｉｎ波成分が乗算された超音波信号とｃｏｓ波成分が乗算された超音波信号の成分を示す図である。図９（Ｃ）は（Ｂ）のｓｉｎ波成分とｃｏｓ波成分とを二乗して加算した結果を示す図である。
【００８４】
図１０（Ａ）は、パルス信号の周波数の４倍のサンプリング周波数を用いて、基準信号のサンプリング位相０°、９０°、１８０°、２７０°の値で超音波信号を直交検波する様子を示す図である。図１０（Ｂ）は、ｓｉｎ波成分が乗算された超音波信号とｃｏｓ波成分が乗算された超音波信号の成分とを示す図である。図１０（Ｃ）は（Ｂ）のｓｉｎ成分とｃｏｓ成分を二乗して加算した結果を示す図である。
【００８５】
図１１（Ａ）は、センサユニットＳＵ６が受信する、センサユニットＳＵ１とセンサユニットＳＵ２からの重畳された超音波信号を示す図である。図１１（Ｂ）は、直交検波後のＩ信号及びＱ信号を示す図である。図１１（Ｃ）は、センサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号を示す図である。図１１（Ｄ）は、図１１（Ｂ）に示すＩ信号及びＱ信号にＭ系列符号が乗算された信号を示す図である。図１１（Ｅ）は、センサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号の各符号に応じた符号化クロック期間における図１１（Ｄ）の信号を送信周期において加算した信号を示す図である。図１１（Ｆ）は、センサユニットＳＵ１からの超音波信号の受信信号包絡線を示す図である。
【００８６】
図１２（Ａ）は、センサユニットＳＵ６が受信する、センサユニットＳＵ１とセンサユニットＳＵ２からの重畳された超音波信号を示す図である。図１２（Ｂ）は、直交検波後のＩ信号及びＱ信号を示す図である。図１２（Ｃ）は、センサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号を示す図である。図１２（Ｄ）は、図１２（Ｂ）に示すＩ信号及びＱ信号にＭ系列符号が乗算された信号を示す図である。図１２（Ｅ）は、センサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号の各符号に応じた符号化クロック期間における図１２（Ｄ）の信号を送信周期において加算した信号を示す図である。図１２（Ｆ）は、センサユニットＳＵ２からの超音波信号の受信信号包絡線を示す図である。
【００８７】
図８に示す検波復調部２５は、直交検波部３０と、復調部４０とを含む。直交検波部３０は、２個の乗算器３１，３２と、２個のＬＰＦ（Low Pass Filter）３３，３４とを含む。復調部４０は、４個の乗算器４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄと、４個の加算部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄと、４個の二乗器４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄと、２個の加算器４４，４５と、を含む。
【００８８】
先ず、直交検波部３０の動作を説明する。
【００８９】
乗算器３１，３２には、基準信号発振器２７からの基準信号とＡ／Ｄ変換器１８がデジタルデータに変換した受信信号（超音波）とが入力される。乗算器３１に入力される基準信号はｃｏｓ（２πｆｃ＋φｒ）であり、乗算器３２に入力される基準信号はｓｉｎ（２πｆｃ＋φｒ）である。ｆｃは、超音波の発振周波数であり、例えば２５ｋＨｚである。φｒは、非同期検波のために生じる、乗算器３１，３２に入力される信号と基準信号との位相差である。乗算器３１，３２には、同振幅であって位相差が９０度異なる基準信号ｃｏｓ（２πｆｃ＋φｒ），ｓｉｎ（２πｆｃ＋φｒ）がそれぞれ入力される。
【００９０】
乗算器３１は、所定のサンプリング周波数（例えば１００ｋＨｚ）を用いて、基準信号ｃｏｓ（２πｆｃ＋φｒ）と超音波とを乗算して同相信号（Ｉ信号）を生成し、Ｉ信号をＬＰＦ３２に出力する。ＬＰＦ３３は、乗算器３１からの出力信号（Ｉ信号）のうち、所定の制限周波数帯以下のＩ信号のみを通過させて乗算器４１ａ，４１ｃに出力する。
【００９１】
乗算器３２は、所定のサンプリング周波数（例えば１００ｋＨｚ）を用いて、基準信号ｓｉｎ（２πｆｃ＋φｒ）と超音波とを乗算して直交信号（Ｑ信号）を生成し、Ｑ信号をＬＰＦ３４に出力する。ＬＰＦ３４は、乗算器３２からの出力信号（Ｑ信号）のうち、所定の制限周波数帯以下のＱ信号のみを通過させて乗算器４１ｂ，４１ｄに出力する。
【００９２】
なお、乗算器３１，３２の各サンプリング周波数がパルス信号（図７（Ｃ）又は図７（Ｇ）参照）の周波数の４倍である場合には（図９（Ａ）の中段及び最下段参照）、乗算器３１，３２は、図９（Ａ）の最上段に示す受信信号（超音波）と基準信号ｃｏｓ（２πｆｃ＋φｒ），ｓｉｎ（２πｆｃ＋φｒ）との乗算処理を、加算処理及び減算処理だけで簡単に行うことができる（図９（Ｂ）参照）。
【００９３】
例えば、乗算器３１は、サンプリング期間における受信信号（超音波）のレベルのデジタル値Ｗｄ（ｎ−３），Ｗｄ（ｎ−２），Ｗｄ（ｎ−１），Ｗｄ（ｎ）と、基準信号ｃｏｓ（２πｆｃ＋φｒ）が−１，＋１，−１，＋１との乗算結果を加算処理及び減算処理することで、受信信号（超音波）と基準信号との乗算処理を、−Ｗｄ（ｎ−３）＋Ｗｄ（ｎ−２）＋Ｗｄ（ｎ−１）−Ｗｄ（ｎ）と簡易に演算できる。これにより、乗算器３１の構成を簡易化できる。
【００９４】
例えば、乗算器３２は、サンプリング期間における受信信号（超音波）のレベルのデジタル値Ｗｄ（ｎ−３），Ｗｄ（ｎ−２），Ｗｄ（ｎ−１），Ｗｄ（ｎ）と、基準信号ｓｉｎ（２πｆｃ＋φｒ）が−１，−１，＋１，＋１との乗算結果を加算処理及び減算処理することで、受信信号（超音波）と基準信号との乗算処理を、−Ｗｄ（ｎ−３）−Ｗｄ（ｎ−２）＋Ｗｄ（ｎ−１）＋Ｗｄ（ｎ）と簡易に演算できる。これにより、乗算器３２の構成を簡易化できる。
【００９５】
また、乗算器３１，３２の各サンプリング周波数がパルス信号（図７（Ｃ）又は図７（Ｇ）参照）の周波数の４倍である場合でも、基準信号のサンプリング位相を選ぶことにより（図１０（Ａ）の中段及び最下段参照）、乗算器３１，３２は、図１０（Ａ）の最上段に示す受信信号（超音波）と基準信号ｃｏｓ（２πｆｃ＋φｒ），ｓｉｎ（２πｆｃ＋φｒ）との乗算処理を、加算処理及び減算処理だけで簡単に、しかも図９に示すサンプリング位相の場合における乗算処理の半分の処理量で行うことができる（図１０（Ｂ）参照）。
【００９６】
例えば、乗算器３１は、サンプリング期間における受信信号（超音波）のレベルのデジタル値Ｗｄ（ｎ−３），Ｗｄ（ｎ−１）と、基準信号ｃｏｓ（２πｆｃ＋φｒ）が−１，０，＋１，０との乗算結果を加算及び減算するが、０の分は計算が不要になるため、受信信号（超音波）と基準信号との乗算を、−Ｗｄ（ｎ−３）＋Ｗｄ（ｎ−１）と簡易に演算できる。これにより、乗算器３１の構成を更に簡易化できる。
【００９７】
例えば、乗算器３２は、サンプリング期間における受信信号（超音波）のレベルのデジタル値Ｗｄ（ｎ−２），Ｗｄ（ｎ）と、基準信号ｓｉｎ（２πｆｃ＋φｒ）が０，−１，０，＋１との乗算結果を加算及び減算することが、０の分は計算が不要になるため、受信信号（超音波）と基準信号との乗算を、−Ｗｄ（ｎ−２）＋Ｗｄ（ｎ）と簡易に演算できる。これにより、乗算器３２の構成を更に簡易化できる。
【００９８】
次に、復調部４０の動作について、図１１及び図１２を参照して説明する。
【００９９】
乗算器４１ａ，４１ｂには、センサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号のデータが入力される（図１１（Ｃ）参照）。乗算器４１ｃ，４１ｄには、センサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号のデータが入力される（図１２（Ｃ）参照）。乗算器４１ａ，４１ｃには、ＬＰＦ３３からの出力信号（Ｉ信号）が入力される（図１１（Ｂ）及び図１２（Ｂ）参照）。乗算器４１ｂ，４１ｄには、ＬＰＦ３４からの出力信号（Ｑ信号）が入力される（図１１（Ｂ）及び図１２（Ｂ）参照）。
【０１００】
乗算器４１ａは、ＬＰＦ３３からの出力信号（Ｉ信号）とセンサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号の符号（＋１又は−１）とを乗算して加算部４２ａに出力する（図１１（Ｄ）参照）。乗算器４１ｂは、ＬＰＦ３４からの出力信号（Ｑ信号）とセンサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号の符号（＋１又は−１）とを乗算して加算部４２ｂに出力する（図１１（Ｄ）参照）。
【０１０１】
乗算器４１ｃは、ＬＰＦ３３からの出力信号（Ｉ信号）とセンサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号の符号（＋１又は−１）とを乗算して加算部４２ｃに出力する（図１２（Ｄ）参照）。乗算器４１ｄは、ＬＰＦ３４からの出力信号（Ｑ信号）とセンサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号の符号（＋１又は−１）とを乗算して加算部４２ｄに出力する（図１２（Ｄ）参照）。
【０１０２】
加算部４２ａは、超音波の送信周期（図７（Ａ）参照）を構成する合計Ｎ個の各符号化クロック期間にわたって、乗算器４１ａからの出力信号（Ｉ信号）を加算する（図１１（Ｅ）参照）。加算部４２ｂは、超音波の送信周期（図７（Ａ）参照）を構成する合計Ｎ個の各符号化クロック期間にわたって、乗算器４１ｂからの出力信号（Ｑ信号）を加算する（図１１（Ｅ）参照）。
【０１０３】
加算部４２ｃは、超音波の送信周期（図７（Ａ）参照）を構成する合計Ｎ個の各符号化クロック期間にわたって、乗算器４１ｃからの出力信号（Ｉ信号）を加算する（図１２（Ｅ）参照）。加算部４２ｄは、超音波の送信周期（図７（Ａ）参照）を構成する合計Ｎ個の各符号化クロック期間にわたって、乗算器４１ｄからの出力信号（Ｑ信号）を加算する（図１２（Ｅ）参照）。
【０１０４】
二乗器４３ａは、加算部４２ａからの出力信号を二乗し、加算部４２ａからの出力信号のレベルの絶対値を加算器４４に出力する。二乗器４３ｂは、加算部４２ｂからの出力信号を二乗し、加算部４２ｂからの出力信号のレベルの絶対値の二乗値を加算器４４に出力する。
【０１０５】
二乗器４３ｃは、加算部４２ｃからの出力信号を二乗し、加算部４２ｃからの出力信号のレベルの絶対値を加算部４５に出力する。二乗器４３ｄは、加算部４２ｄからの出力信号を二乗し、加算部４２ｄからの出力信号のレベルの絶対値の二乗値を加算器４５に出力する。
【０１０６】
加算器４４は、二乗器４３ａから出力された絶対値の二乗値と、二乗器４３ｂから出力された絶対値の二乗値とを加算することで、センサユニットＳＵ１から送信された超音波の受信信号包絡線Ｅ１を導出する（図１１（Ｆ）参照、図１１（Ｆ）は二乗和の平方根を取った値（ＡＢＳ：absolute）で表示している）。
【０１０７】
加算器４５は、二乗器４３ｃから出力された絶対値の二乗値と、二乗器４３ｄから出力された絶対値の二乗値とを加算することで、センサユニットＳＵ２から送信された超音波の受信信号包絡線Ｅ２を導出する（図１２（Ｆ）参照、図１１（Ｆ）は二乗和の平方根を取った値（ＡＢＳ）で表示している）。
【０１０８】
なお、受信信号包絡線Ｅ１，Ｅ２は二乗した値になっているので、図４に示す閾値検出を行うためには、超音波信号検出部２６は、受信信号包絡線の値から平方根を取るか、或いは受信信号包絡線はそのままで、閾値を二乗した値を基にして閾値検出を行っても良い。
【０１０９】
図１３（Ａ）は、測定対象空間Ｋの壁面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、センサユニットＳＵ５とセンサユニットＳＵ６とが同時又は略同時に超音波を送信する様子を示す説明図である。
【０１１０】
本実施形態の超音波伝搬時間計測システム１００では、図１３（Ａ）に示す測定対象空間Ｋの同一壁面に複数（例えば２個）のセンサユニットが配置され、測定対象空間Ｋの壁面には合計８個のセンサユニットが配置されている。各々のセンサユニットには、初期設定時に位置データ（例えば図１６（Ａ）参照）及び時間データ（例えば図１７（Ａ）参照）が、不図示のコントローラ１から送信される。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。
【０１１１】
例えば測定対象空間Ｋの同一壁面に配置されたセンサユニットＳＵ６は、コントローラ１から計測開始信号を受信すると、全てのセンサユニットＳＵ１〜ＳＵ５，ＳＵ７，ＳＵ８に超音波を送信する（図１３（Ｂ）参照）。
【０１１２】
更に、コントローラ１から計測開始信号を受信すると、例えばセンサユニットＳＵ６と同一壁面に配置されたセンサユニットＳＵ５は、センサユニットＳＵ６と同時又は略同時に、全てのセンサユニットＳＵ１〜ＳＵ４，ＳＵ６〜ＳＵ８に超音波を送信する（図１３（Ｂ）参照）。各センサユニットの超音波の送信又は受信については、図１５又は図１８を参照して後述する。
【０１１３】
図１４（Ａ）は、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の壁面に配置された８個のセンサユニットの具体的な配置例を示す図である。図１４（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。第１，第２の各実施形態では、測定対象空間Ｋの壁面に合計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１４（Ｂ）に示すセンサユニットＳＵ６−ＳＵ１間の計測経路はｉ＝４の計測経路である。
【０１１４】
図１５は、８個のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４，ＳＵ５，ＳＵ６，ＳＵ７，ＳＵ８間の超音波の送信及び受信を時系列に説明する模式図である。各センサユニットの超音波の送信時刻及び受信開始時刻はコントローラ１から送信される時間データ（図１７（Ａ）又は図１７（Ｂ）参照）により予め指定され、各センサユニットは１回だけ超音波を送信する。各センサユニットはコントローラ１からの計測開始信号を受信すると、測定対象空間Ｋの同一壁面に配置された複数（例えば２個）のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２の組、センサユニットＳＵ３，ＳＵ４の組、センサユニットＳＵ５，ＳＵ６の組、センサユニットＳＵ７，ＳＵ８の順番に超音波が送信される。
【０１１５】
図１６は、第１，第２の各実施形態において８個のセンサユニットが配置された場合の位置データの一例を示す図である。図１６（Ａ）は、コントローラ１からセンサユニットＳＵ６に送信される位置データの一例を示す図である。図１６（Ｂ）は、コントローラ１からセンサユニットＳＵ１に送信される位置データの一例を示す図である。
【０１１６】
位置データは、コントローラ１によりセンサユニット毎に生成され、コントローラ１及び全てのセンサユニットの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。位置データは、自己のセンサユニット、自己のセンサユニットから送信された超音波を受信する受信対象のセンサユニット、自己のセンサユニットと受信対象のセンサユニットとの間の距離及び角度減衰量、シフト量の各データを含む。
【０１１７】
距離ｄ、角度減衰量ａａはセンサユニットに応じて異なるが、一度センサユニットの配置位置が決まれば距離ｄ、角度減衰量ａａは常に同じ値なので、初期設定時にコントローラ１から各々のセンサユニットに送信され、各々のセンサユニットのメモリ１２に記憶される。位置データのうち、距離ｄ、角度減衰量ａａ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配置位置から算出されたデータである。
【０１１８】
シフト量は、いずれかのセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６）に割り当てられた符号長ＮのＭ系列符号の各符号を基準として、他のセンサユニット毎に割り当てられた同符号長ＮのＭ系列符号の各符号の配列を定めるためのパラメータである。
【０１１９】
例えば、センサユニットＳＵ６に割り当てられた符号長ＮのＭ系列符号の各符号を基準とした場合、センサユニットＳＵ１に割り当てられた符号長ＮのＭ系列符号の各符号のシフト量は０（ゼロ）であるため、センサユニットＳＵ６に割り当てられたＭ系列符号の各符号とセンサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号の各符号とは同一である。
【０１２０】
同様に、センサユニットＳＵ６に割り当てられた符号長ＮのＭ系列符号の各符号を基準とした場合、センサユニットＳＵ２に割り当てられた符号長ＮのＭ系列符号の各符号のシフト量は３であるため、センサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号の各符号は、センサユニットＳＵ６に割り当てられたＭ系列符号の各符号から３ビットシフトされた符号である。
【０１２１】
図１７は、第１の実施形態において８個のセンサユニットが配置された場合の時間データの一例を示す図である。図１７（Ａ）は、コントローラ１からセンサユニットＳＵ６に送信される時間データの一例を示す図である。図１７（Ｂ）は、コントローラ１からセンサユニットＳＵ１に送信される時間データの一例を示す図である。
【０１２２】
時間データは、コントローラ１によりセンサユニット毎に生成され、コントローラ１及び全てのセンサユニットの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。時間データは、自己のセンサユニット、自己のセンサユニットから送信された超音波の受信順番及び受信対象を示すセンサユニット、自己のセンサユニットが超音波を送信するための送信時刻、受信対象のセンサユニットからの超音波を受信するための受信開始時刻の各データを含む。
【０１２３】
受信順番は、受信対象のセンサユニットから送信された超音波を受信する順番を示す。例えばセンサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２の組から送信された各超音波を第１番目に受信し、センサユニットＳＵ３，ＳＵ４の組から送信された各超音波を第２番目に受信し、センサユニットＳＵ７，ＳＵ８の組から送信された各超音波を第３番目に受信する。また、送信時刻は、自己のセンサユニットが超音波の送信を開始するタイミングを示し、具体的にはコントローラ１から送信された計測開始信号の受信時刻からの経過時刻に相当する。なお、コントローラ１が測定した測定対象空間Ｋにおける空気吸収減衰係数のデータは、超音波の送受信を開始させるためにコントローラ１が各センサユニットに送信する計測開始信号に含まれる（図１９参照）。
【０１２４】
図１８は、第１の実施形態において配置された８個のセンサユニットのうち、４個のセンサユニット間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。以下、図１８を参照して、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）を参照して上述した本実施形態の動作概要をより詳細に説明する。なお、図１８ではセンサユニットＳＵ１−ＳＵ２間と、センサユニットＳＵ５−ＳＵ６間とでは超音波の送受信が行われない。
【０１２５】
図１８において、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ５，ＳＵ６は、コントローラ１から送信された計測開始信号を時刻Ｔ０において非同期で受信する。各センサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ５，ＳＵ６の無線回路部１３からプロセッサ１１への信号伝達タイミングがそれぞれ異なり、各センサユニットにおける計測開始信号の受信時刻が異なるので、各センサユニットにおける時刻Ｔ０は、図１８左端部のハッチング部に示す時間範囲の中で異なる時刻となる。
【０１２６】
先ず、センサユニットＳＵ１は、コントローラ１から計測開始信号を受信した時刻Ｔ０からセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２に予め定められた所定の待機時間ｔｆ１２が経過した時刻Ｔ１に超音波を発振して生成し、他の全てのセンサユニットＳＵ６，ＳＵ５，…に一斉に送信する。センサユニットＳＵ１は、超音波を送信した時刻Ｔ１においてタイマのカウンタを開始する。待機時間ｔｆ１２は、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２における計測開始信号の受信時刻のずれと計測準備時間とを考慮して定められた既知の値である。センサユニットＳＵ１，ＳＵ２の時間データの送信時刻は、時刻Ｔ０から待機時間ｔｆ１２が経過した時刻に対応する。
【０１２７】
また、センサユニットＳＵ２は、コントローラ１から計測開始信号を受信した時刻Ｔ０からセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２に予め定められた所定の待機時間ｔｆが経過した時刻Ｔ２に超音波を発振して生成し、他の全てのセンサユニットＳＵ６，ＳＵ５，…に一斉に送信する。センサユニットＳＵ２は、超音波を送信した時刻Ｔ２においてタイマのカウンタを開始する。なお、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２が超音波を送信する時刻Ｔ１，Ｔ２は図１８では異なる時刻として図示しているが、時刻Ｔ１とＴ２との差分は、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２における計測開始信号の受信時刻の差分に対応し、時間的には同時又は略同時と考えることができる。従って、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２は、同時又は略同時に、超音波を送信する。
【０１２８】
センサユニットＳＵ６，ＳＵ５は、センサユニットＳＵ６，ＳＵ５毎の時間データにより指定される各受信開始時刻から受信可能期間の間、受信信号の波形解析を行う。受信可能期間は、超音波の送信周期（図７（Ａ）参照）を含む期間である。
【０１２９】
センサユニットＳＵ６は、時刻Ｔ１においてセンサユニットＳＵ１から送信された超音波を時刻Ｔ３において受信（検出）し、時刻Ｔ２においてセンサユニットＳＵ２から送信された超音波を時刻Ｔ６において受信（検出）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時刻Ｔ３においてタイマのカウンタを開始し、センサユニットＳＵ２からの超音波を受信した時刻Ｔ６において他のタイマのカウンタを開始する。
【０１３０】
センサユニットＳＵ５は、時刻Ｔ２においてセンサユニットＳＵ２から送信された超音波を時刻Ｔ４において受信（検出）し、時刻Ｔ１においてセンサユニットＳＵ１から送信された超音波を時刻Ｔ５において受信（検出）する。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時刻Ｔ４においてタイマのカウンタを開始し、センサユニットＳＵ１からの超音波を受信した時刻Ｔ５において他のタイマのカウンタを開始する。
【０１３１】
次に、センサユニットＳＵ５は、コントローラ１からの計測開始信号を受信した時刻Ｔ０からセンサユニットＳＵ５に予め定められた所定の待機時間ｔｆ５６が経過した送信時刻Ｔ７に超音波を発振して生成し、他の全てのセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，…に一斉に送信する。センサユニットＳＵ５は、超音波を送信した時刻Ｔ７において全てのタイマのカウンタを終了し、センサユニットＳＵ２からの超音波を受信した時刻Ｔ４から自己が超音波を送信した時刻Ｔ７までの計測時間τ５２（＝時刻Ｔ７−時刻Ｔ４）を計時し、更に、センサユニットＳＵ１からの超音波を受信した時刻Ｔ５から自己が超音波を送信した時刻Ｔ７までの計測時間τ５１（＝時刻Ｔ７−時刻Ｔ５）を計時する。待機時間ｔｆ５６は、センサユニットＳＵ５，ＳＵ６における計測開始信号の受信時刻のずれと計測準備時間とを考慮して定められた既知の値である。センサユニットＳＵ５，ＳＵ６の時間データの送信時刻は、時刻Ｔ０から待機時間ｔｆ５６が経過した時刻に対応する。
【０１３２】
また、センサユニットＳＵ６は、コントローラ１からの計測開始信号を受信した時刻Ｔ０からセンサユニットＳＵ６に予め定められた所定の待機時間ｔｆ５６が経過した送信時刻Ｔ８に超音波を発振して生成し、他の全てのセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，…に一斉に送信する。センサユニットＳＵ６は、超音波を送信した時刻Ｔ８において全てのタイマのカウンタを終了し、センサユニットＳＵ１からの超音波を受信した時刻Ｔ３から自己が超音波を送信した時刻Ｔ８までの計測時間τ６１（＝時刻Ｔ８−時刻Ｔ３）を計時し、更に、センサユニットＳＵ２からの超音波を受信した時刻Ｔ６から自己が超音波を送信した時刻Ｔ８までの計測時間τ６２（＝時刻Ｔ８−時刻Ｔ６）を計時する。なお、センサユニットＳＵ５，ＳＵ６が超音波を送信する時刻Ｔ７，Ｔ８は図１８では異なる時刻として図示しているが、時刻Ｔ７とＴ８との差分は、センサユニットＳＵ５，ＳＵ６における計測開始信号の受信時刻の差分に対応し、時間的には同時又は略同時と考えることができる。従って、センサユニットＳＵ５，ＳＵ６は、同時又は略同時に、超音波を送信する。
【０１３３】
また、センサユニットＳＵ５は、時刻Ｔ７以降、計時した計測時間τ５１，τ５２の各データをコントローラ１に送信する。同様に、センサユニットＳＵ６は、時刻Ｔ８以降、計時した計測時間τ６１，τ６２の各データをコントローラ１に送信する。
【０１３４】
センサユニットＳＵ１，ＳＵ２は、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２毎の時間データにより指定される各受信開始時刻から受信可能期間の間、受信信号の波形解析を行う。受信可能期間は、超音波の送信周期（図７（Ａ）参照）を含む期間である。
【０１３５】
センサユニットＳＵ２は、時刻Ｔ７においてセンサユニットＳＵ５から送信された超音波を時刻Ｔ９において受信（検出）し、時刻Ｔ８においてセンサユニットＳＵ６から送信された超音波を時刻Ｔ１２において受信（検出）する。センサユニットＳＵ２は、センサユニットＳＵ５からの超音波を受信した時刻Ｔ９においてタイマのカウンタを一時停止して直ぐに再開し、自己が超音波を送信した時刻Ｔ２からセンサユニットＳＵ５からの超音波を受信した時刻Ｔ９までの計測時間τ２５（＝時刻Ｔ９−時刻Ｔ２）を計時する。更に、センサユニットＳＵ２は、センサユニットＳＵ６からの超音波を受信した時刻Ｔ１２においてタイマのカウンタを終了し、自己が超音波を送信した時刻Ｔ２からセンサユニットＳＵ６からの超音波を受信した時刻Ｔ１２までの計測時間τ２６（＝時刻Ｔ１２−時刻Ｔ２）を計時する。
【０１３６】
センサユニットＳＵ１は、時刻Ｔ８においてセンサユニットＳＵ６から送信された超音波を時刻Ｔ１０において受信（検出）し、時刻Ｔ７においてセンサユニットＳＵ５から送信された超音波を時刻Ｔ１１において受信（検出）する。センサユニットＳＵ１は、センサユニットＳＵ６からの超音波を受信した時刻Ｔ１０においてタイマのカウンタを一時停止して直ぐに再開し、自己が超音波を送信した時刻Ｔ１からセンサユニットＳＵ６からの超音波を受信した時刻Ｔ１０までの計測時間τ１６（＝時刻Ｔ１０−時刻Ｔ１）を計時する。更に、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時刻Ｔ１１においてタイマのカウンタを終了し、自己が超音波を送信した時刻Ｔ１からセンサユニットＳＵ５からの超音波を受信した時刻Ｔ１１までの計測時間τ１５（＝時刻Ｔ１１−時刻Ｔ１）を計時する。
【０１３７】
また、センサユニットＳＵ２は、時刻Ｔ１２以降、計時した計測時間τ２５，τ２６の各データをコントローラ１に送信する。同様に、センサユニットＳＵ１は、時刻Ｔ１１以降、計時した計測時間τ１６，τ１５の各データをコントローラ１に送信する。
【０１３８】
（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１９を参照して説明する。図１９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。
【０１３９】
図１９において、コントローラ１は、初期設定の動作を行う（ＣＴ１１）。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配置位置の情報を基に、図１４（Ｂ）に示す計測経路及び計測経路間の距離を決定する。更に、プロセッサ２は、図１４（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位置データ及び時間データを生成する。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位置データ及び時間データを、無線回路部３において各センサユニットに送信する。
【０１４０】
位置データのうち、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とは、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送信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。
【０１４１】
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、センサユニットは例えば合計８個であれば、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１４（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。
【０１４２】
ステップＣＴ１２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、測定対象空間Ｋにおける最新の空気吸収減衰係数を計算する（ＣＴ１２）。ステップＣＴ１２の後、コントローラ１の動作はステップＣＴ１３に進む。
【０１４３】
ステップＣＴ１３では、プロセッサ２は、ステップＣＴ１２において計算された空気吸収減衰係数と超音波の送受信を各々のセンサユニットにおいて開始させる旨の情報とを含む計測開始信号データを生成して無線回路部３に出力する。無線回路部３は、計測開始信号データを所定の変調方式によって変調した計測開始信号を生成してアンテナＡｎｔｃから全てのセンサユニットに一斉に送信する（ＣＴ１３）。
【０１４４】
即ち、コントローラ１は、計測開始信号を全てのセンサユニットに一斉に送信することで、全てのセンサユニット間において超音波を送受信させ、全ての計測経路の往路及び復路における計測時間τを導出させ、全ての計測経路の往路及び復路における計測時間τの導出が終了するまで待機する（ＣＴ１４）。本実施形態における全ての計測経路の往路及び復路における計測時間τの導出の過程の詳細は、図２０を参照して後述する。
【０１４５】
プロセッサ２は、全ての計測経路の往路及び復路における計測時間τの導出が終了したか否かを判定する（ＣＴ１５）。プロセッサ２は、全ての計測経路の往路及び復路における計測時間τのデータを全てのセンサユニットから無線回路部３が受信した場合に、全ての計測経路の往路及び復路における計測時間τの導出が終了したと判定する。
【０１４６】
プロセッサ２は、全ての計測経路の往路及び復路における計測時間τの導出が終了したと判定した場合には（ＣＴ１５、ＹＥＳ）、全ての計測経路における超音波の伝搬時間ＴＯＦを導出する（ＣＴ１６、数式（２）参照）。以下のステップＣＴ１６の説明では、説明を簡単にするために、図１８に示すタイムチャートを参照し、合計８個のセンサユニットが測定対象空間Ｋの壁面に配置されている場合を例に挙げて、センサユニットＳＵ１−ＳＵ５間の計測経路（ｉ＝３）における超音波の伝搬時間ＴＯＦの導出方法を詳細に説明する。なお、他の計測経路における超音波の伝搬時間ＴＯＦの導出方法も同様である。
【０１４７】
具体的には、センサユニットＳＵ１−ＳＵ５間の計測経路（ｉ＝３）における超音波の伝搬時間ＴＯＦ１−５は、センサユニットＳＵ１からセンサユニットＳＵ５までの超音波の伝搬時間ｔ１５と、センサユニットＳＵ５からセンサユニットＳＵ１までの超音波の伝搬時間ｔ５１との和の１／２倍に相当する。図１８では、ｔ１５＝Ｔ５−Ｔ１、ｔ５１＝Ｔ１２−Ｔ７と表せるので、Ｔ１２−Ｔ１＝τ１５、Ｔ７−Ｔ５＝τ５１となる。計測時間τ１５，τ５１はいずれも正の値である（τ１５，τ５１＞０）。
【０１４８】
【数２】
2014130113.tif 000004
【０１４９】
従って、コントローラ１は、センサユニット１における超音波の送信時刻からセンサユニットＳＵ５からの超音波の受信時刻までの計測時間τ１５から、センサユニットＳＵ１からの超音波の受信時刻からセンサユニットＳＵ１への超音波の送信時刻までの計測時間τ５１を減算した減算結果を２で除した除算結果を、センサユニットＳＵ１−ＳＵ５間の計測経路（ｉ＝３）における超音波の伝搬時間ＴＯＦ１−５として、超音波の伝搬時間ＴＯＦ１−５を簡単に導出できる。
【０１５０】
更に、プロセッサ２は、ステップＣＴ１６において導出された全ての計測経路における超音波の伝搬時間ＴＯＦのデータとステップＣＴ１において導出された経路マトリクスとを基に、数式（３）に従って最小二乗法を用いて、各計測経路における超音波の音速Ｃ１〜Ｃｎを導出する。
【０１５１】
【数３】
2014130113.tif 000005
【０１５２】
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（４）又は数式（５）によって表されることが知られている。
【０１５３】
【数４】
2014130113.tif 000006
【０１５４】
【数５】
2014130113.tif 000007
【０１５５】
プロセッサ２は、数式（３）に従って導出された超音波の音速Ｃ１〜Ｃｎと数式（４）又は（５）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を導出し、更に、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）を用いて補正を加える（ＣＴ１７）。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（ＣＴ１８）、更に、温度分布のデータを不図示の記憶装置に記憶する（ＣＴ１８）。
【０１５６】
ステップＣＴ１８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（ＣＴ１９、ＹＥＳ）、コントローラ１の動作はステップＣＴ１２に戻る。また、ステップＣＴ１８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（ＣＴ１９、ＮＯ）、コントローラ１は、全センサユニットに全てのセンサユニットを停止させるための停止情報を含む計測開始信号を送信し、全センサユニットの各動作を終了（停止）させる（ＣＴ２０）。ステップＣＴ２０の後、コントローラ１の動作は終了する。
【０１５７】
（センサユニットの動作）
次に、本実施形態のセンサユニットの動作手順を、図２０を参照して説明する。図２０は、第１，第２の各実施形態における各センサユニットの動作手順を説明するフローチャートである。以下、図２０に示すフローチャートの内容を、例えばセンサユニットＳＵ１の動作手順として説明するが、他のセンサユニットＳＵ２〜ＳＵ８においても同様に動作する。
【０１５８】
図２０において、センサユニットＳＵ１は、初期設定時（図１９のステップＣＴ１１参照）にコントローラ１から送信された位置データ及び時間データを受信する（ＳＴ１）。センサユニットＳＵ１は、受信した位置データ及び時間データをメモリ１２に格納する。
【０１５９】
センサユニットＳＵ１は、超音波の伝搬時間の計測を開始させるための計測開始信号をコントローラ１から受信する（ＳＴ２）。センサユニットＳＵ１は、計測開始信号に含まれる測定対象空間Ｋにおける最新の空気吸収減衰係数のデータをメモリ１２に記憶する。
【０１６０】
センサユニットＳＵ１が受信した計測開始信号が超音波の伝搬時間の計測を開始させるための計測開始信号であれば（ＳＴ３、ＹＥＳ）、センサユニットＳＵ１の動作はステップＳＴ４に進む。一方、センサユニットＳＵ１が受信した計測開始信号が全てのセンサユニットを停止させるための停止情報が含まれている場合には（ＳＴ３、ＹＥＳ）、センサユニットＳＵ１は停止する（ＳＴ３，ＹＥＳ）。
【０１６１】
センサユニットＳＵ１は、現在時刻が時間データにより指定された受信開始時刻であるか否かを判定する（ＳＴ４）。センサユニットＳＵ１は、現在時刻が受信開始時刻でないと判定した場合には（ＳＴ４、ＮＯ）、現在時刻が時間データにより指定された送信時刻であるか否かを判定する（ＳＴ５）。現在時刻が送信時刻でないと判定された場合には（ＳＴ５、ＮＯ）、センサユニットＳＵ１の動作はステップＳＴ８に進む。
【０１６２】
センサユニットＳＵ１は、現在時刻が送信時刻であると判定した場合には（ＳＴ５、ＹＥＳ）、センサユニットＳＵ１に割り当てられた符号長ＮのＭ系列符号の符号を用いて、合計Ｎ個の各符号化クロック期間において間欠的なパルス信号を変調して超音波を生成する（ＳＴ６）。更に、センサユニットＳＵ１は、超音波を他のセンサユニットＳＵ２〜ＳＵ８に送信する（ＳＴ７）。
【０１６３】
センサユニットＳＵ１は、超音波の送信及び受信を共に終えたか否かを判定する（ＳＴ８）。超音波の送信及び受信が共に終えていないと判定された場合には（ＳＴ８、ＮＯ）、センサユニットＳＵ１の動作はステップＳＴ４に戻る。
【０１６４】
センサユニットＳＵ１は、現在時刻が受信開始時刻であると判定した場合には（ＳＴ４、ＹＥＳ）、受信信号の波形解析を開始し（ＳＴ９）、他の複数（例えば２個）のセンサユニットから同時又は略同時に送信された超音波を受信する（ＳＴ１０）。センサユニットＳＵ１は、超音波の送信及び受信を共に終えたと判定した場合には（ＳＴ８、ＹＥＳ）、自己が超音波を送信した送信時刻から他のセンサユニットからの超音波を受信した受信時刻までの計測時間τ、又は他のセンサユニットからの超音波を受信した受信時刻から自己が超音波を送信した送信時刻までの計測時間τのデータを導出（計時）する（ＳＴ１１）。
【０１６５】
更に、センサユニットＳＵ１は、計時した計測時間τのデータをコントローラ１に送信する（ＳＴ１２）。
【０１６６】
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、測定対象空間の空気中を伝搬する超音波の速度を基にして温度を測定する場合に、送信側のセンサユニットは、センサユニット毎に割り当てられた符号長ＮのＭ系列符号の符号に対応して設けられたＮ個の各符号化クロック期間において、Ｍ系列符号の符号を用いて所定周波数のパルス信号を変調し、変調信号を基にして超音波を生成して測定対象空間内に送信する。更に、受信側のセンサユニットは、複数のセンサユニット毎に割り当てられた符号長ＮのＭ系列符号の符号に対応して設けられたＮ個の符号化クロック期間の間に送信された各々の超音波を受信し、複数のセンサユニット毎に割り当てられたＭ系列符号の符号を用いて復調し、複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する。更に、受信側のセンサユニットは、複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を基に、超音波の送信タイミングから他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングまでの各計測時間τ、又は他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングから超音波の送信タイミングまでの各計測時間τを導出する。コントローラ１は、導出された各々の計測時間τを基に、自己のセンサユニットと他の複数のセンサユニットとの間における超音波の各伝搬時間ＴＯＦを導出する。
【０１６７】
これにより、送信側のセンサユニットは、超音波の発振周波数として所定の共振周波数を用いるので、安価な共振型のトランスデューサを用いて、測定対象空間における温度測定のために送受信される超音波を生成でき、超音波の生成に要する消費電力を増大させずに、自己相関性の高いＭ系列符号の符号を用いて、符号長Ｎに応じたＮ個の符号化期間において他のセンサユニットからの超音波と分離可能な超音波を送信できる。
【０１６８】
また、受信側のセンサユニットは、例えば測定対象空間の同一壁面に配置された複数のセンサユニットから超音波が同時又は略同時に送信された場合でも、複数のセンサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの自己相関性の高いＭ系列符号の符号を用いて、各々のセンサユニットから送信された超音波を高精度に分離できる。
【０１６９】
更に、受信側のセンサユニットは、センサユニット毎に分離された各々の超音波の受信信号包絡線を導出し、超音波の送信タイミングから他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングまでの各計測時間、又は他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングから超音波の送信タイミングまでの各計測時間を簡単に導出できる。コントローラ１は、導出された各計測時間を基に、２個のセンサユニット間の超音波の伝搬時間（ＴＯＦ）を簡単に導出できる。
【０１７０】
なお、本実施形態に限らず、他の実施形態においても、自己相関性の高い擬似雑音符号系列の一例としてＭ系列符号を用いて説明したが、符号長ＮのＭ系列符号に限定されず、符号長Ｎの他の符号系列（例えばＧｏｌｄ符号系列）でも良い。
【０１７１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、受信側のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６）と同時又は略同時に超音波を送信するセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２との距離があまり変わらない場合を想定した。このため、センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２から送信された超音波をほぼ同時に受信し、更に、各超音波の復調をほぼ同時に開始しても、各超音波を復調することができた。
【０１７２】
しかし、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２から同時又は略同時に超音波が送信され、且つ、センサユニットＳＵ６とセンサユニットＳＵ１との距離と、センサユニットＳＵ６とセンサユニットＳＵ２との距離とが大きく異なる場合には、センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２からの各超音波をほぼ同時に受信できない。この場合、第１の実施形態のように、センサユニットＳＵ６がセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２からの各超音波の復調の開始をほぼ同時に行えば、センサユニットＳＵ６からより遠い位置に配置されたセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ２）からの超音波の復調が正確にできない場合がある（図２１参照）。
【０１７３】
図２１は、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２が同時又は略同時に超音波を送信し、且つ、受信側のセンサユニットＳＵ６と送信側のセンサユニットＳＵ２との距離が、受信側のセンサユニットＳＵ６と送信側のセンサユニットＳＵ１との距離よりも非常に大きい場合に、受信側のセンサユニットＳＵ６において生じる課題の説明図である。図２１（Ａ）は、センサユニットＳＵ１からの超音波の受信信号包絡線を示す図である。図２１（Ｂ）は、センサユニットＳＵ１に割り当てられたＭ系列符号を示す図である。図２１（Ｃ）は、センサユニットＳＵ１からの超音波を示す図である。図２１（Ｄ）は、センサユニットＳＵ２からの超音波を示す図である。図２１（Ｅ）は、センサユニットＳＵ２に割り当てられたＭ系列符号を示す図である。図２１（Ｆ）センサユニットＳＵ２からの超音波の受信信号包絡線を示す図である。
【０１７４】
図２１（Ｃ）では、センサユニットＳＵ６からの距離がセンサユニットＳＵ２よりも更に近い位置に配置されたセンサユニットＳＵ１からの超音波が示されている。図２１（Ｄ）では、センサユニットＳＵ５からの距離がセンサユニットＳＵ１よりも更に遠い位置に配置されたセンサユニットＳＵ２からの超音波が示されている。
【０１７５】
図２１（Ｃ）及び図２１（Ｄ）に示すように、センサユニットＳＵ１からの超音波は図２１（Ｃ）の最左端（最初）の符号化クロック期間から受信されているが、センサユニットＳＵ２からの超音波は図２１（Ｄ）の最左端（最初）の符号化クロック期間では受信されていない。
【０１７６】
即ち、図２１（Ｄ）に示すように、センサユニットＳＵ２からの超音波は、図２１（Ｄ）の最左端から第３番目の符号化クロック期間において初めて受信され、同図の最左端（最初）と第２番目の各符号化クロック期間とでは存在しない状態（無信号状態）である。なお、センサユニットＳＵ１からの超音波は、図２１（Ｃ）の最左端（最初）から第８番目及び第９番目の各符号化クロック期間では存在しない状態（無信号状態）である。
【０１７７】
従って、センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１からの超音波の復調を、図２１（Ｃ）の最左端（最初）の符号化クロック期間から開始すると、センサユニットＳＵ１からの超音波の復調を行うことができ、センサユニットＳＵ１からの超音波の受信信号包絡線を導出できる。しかし、センサユニットＳＵ２からの超音波が完全に擬似雑音化されないため、受信信号包絡線の後半部分にノイズ成分が現れてしまう（図２１（Ａ）参照）。
【０１７８】
また、センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ２からの超音波の復調を、到達予測時間から復調を開始すると、センサユニットＳＵ１からの超音波が完全に擬似雑音化出来ず、センサユニットＳＵ２からの超音波の復調を正確に行うことができず、センサユニットＳＵ２からの超音波の受信信号包絡線を正確に導出できない（図２１（Ｆ）参照）。例えば図２１（Ｆ）に示す受信信号包絡線の前半部分は、センサユニットＳＵ２からの超音波ではなく、センサユニットＳＵ１からの超音波であってノイズ成分として振る舞っている。このため、センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ２からの超音波の検出時刻（超音波検出時刻）を誤って判定してしまう。
【０１７９】
そこで、第２の実施形態では、コントローラ１は、受信側のセンサユニットと略同時に超音波を送信する送信側の複数（例えば２個）のセンサユニットとの配置位置、即ちセンサユニット間の距離に応じて、受信側のセンサユニットが超音波の復調を開始するタイミングのデータを予め設定する。コントローラ１は、設定された復調の開始タイミングに関するデータ（符号化クロック期間のシフト量）を、時間データに含めて各センサユニットに送信する（図２３参照）。
【０１８０】
受信側のセンサユニットは、時間データにより指定された符号化クロック期間のシフト量を基に、同時又は略同時に超音波を送信した複数（例えば２個）のセンサユニットのうち、自己からより遠い方に配置されたセンサユニットから送信された超音波の復調を先に開始し、自己からより近い方に配置されたセンサユニットから送信された超音波の復調のタイミングを、符号化クロック期間のシフト量（図２３参照）ほどシフトさせた後に超音波の復調を開始する（図２２参照）。
【０１８１】
図２２（Ａ）は、センサユニットＳＵ１が（Ｎ＋３）個の符号化クロック期間において超音波を生成する様子を示す図である。図２２（Ｂ）は、センサユニットＳＵ２が（Ｎ＋３）個の符号化クロック期間において超音波を生成する様子を示す図である。図２２（Ｃ）は、センサユニットＳＵ１からの超音波の復調期間の説明図である。図２２（Ｄ）は、センサユニットＳＵ２からの超音波の復調期間の説明図である。図２２では、受信側のセンサユニットをセンサユニットＳＵ６とし、同時又は略同時に超音波を送信する複数（例えば２個）の送信側のセンサユニットをセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２とし、更に、センサユニットＳＵ６とセンサユニットＳＵ２との距離は、センサユニットＳＵ６とセンサユニットＳＵ１との距離より相当に大きいとする。
【０１８２】
本実施形態では、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２が略同時に超音波を送信する場合、センサユニットＳＵ６からの距離がより近い位置に配置されたセンサユニットＳＵ１がセンサユニットＳＵ２より先に超音波を送信した場合を説明する。センサユニットＳＵ２は、センサユニットＳＵ１が超音波を送信するための最初の符号化クロック期間の開始時刻から最大Δｔ（図６（Ａ）参照）経過した後、最初の符号化クロック期間として超音波の送信を開始する。
【０１８３】
また、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２は、符号長ＮのＭ系列符号の符号に応じたＮ個の符号化クロック期間に、更に、センサユニット毎の時間データにより指定された付加データ数（例えば３、図２３（Ｂ）参照）分の符号化クロック期間を付加した合計（Ｎ＋３）個の符号化クロック期間において、超音波を生成して送信する。
【０１８４】
なお、センサユニットＳＵ１，ＳＵ２における第（Ｎ＋１）番目から第（Ｎ＋３）番目までの３個の符号化クロック期間に割り当てられるＭ系列符号の符号（＋１又は−１）は、符号長ＮのＭ系列符号のうち先頭の３個の符号がそれぞれ割り当てられる。
【０１８５】
センサユニットＳＵ６は、自己により近い位置に配置されたセンサユニットＳＵ１から送信された超音波を、自己からより遠い位置に配置されたセンサユニットＳＵ１から送信された超音波よりも先に受信し（図２２（Ｃ）参照）、自己からより遠い位置に配置されたセンサユニットＳＵ２から送信された超音波を後に受信する（図２２（Ｄ）参照）。
【０１８６】
本実施形態では、センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ２から送信された超音波の復調をＮ個の符号化クロック期間にわたって先に開始する（図２２（Ｄ）参照）。更に、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開始時刻から符号化クロック期間のシフト量分ほどシフトした後の符号化クロック期間の開始時から、センサユニットＳＵ１から送信された超音波の復調を開始する。符号化クロック期間のシフト量は、センサユニット毎の時間データにより指定されている（図２３参照）。
【０１８７】
図２２（Ｃ）では、センサユニットＳＵ６に対応した、センサユニットＳＵ１から送信された超音波の復調に関する符号化クロック期間のシフト量は「２」である。従って、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の復調の開始タイミングを、センサユニットＳＵ２から送信された超音波の受信開始時刻から２個の符号化クロック期間ほどシフトさせ、センサユニットＳＵ１から送信された超音波の復調を第３番目の符号化クロック期間の開始時から開始し、合計Ｎ個の符号化クロック期間にわたって復調する。
【０１８８】
即ち、センサユニットＳＵ６がセンサユニットＳＵ１から送信された超音波を復調する期間は、第３番目の符号化クロック期間から第Ｎ番目の符号化クロック期間までの（Ｎ−２）個の符号化クロック期間と、センサユニットＳＵ２が超音波の送信時に付加した３個の符号化クロック期間のうち符号化クロック期間のシフト量に対応する２個の符号化クロック期間と、を加算した合計Ｎ個の符号化クロック期間となる。
【０１８９】
なお、センサユニットＳＵ６がセンサユニットＳＵ１から送信された超音波を復調する時の第（Ｎ＋１）番目及び第（Ｎ＋２）番目の２個の符号化クロック期間に割り当てられるＭ系列符号の符号（＋１又は−１）は、センサユニットＳＵ２に割り当てられた符号長ＮのＭ系列符号のうち先頭の２個の符号がそれぞれ割り当てられる。
【０１９０】
これにより、センサユニットは、受信対象となる超音波信号の復調時に、受信非対象となる超音波信号の無音部分を無くすことができるため、受信非対象の超音波信号を擬似雑音化できる。即ち、受信信号包絡線に、受信非対象の超音波信号がノイズとして現れなくなる。
【０１９１】
図２３は、第２の実施形態において８個のセンサユニットが配置された場合の時間データの一例を示す図である。図２３（Ａ）は、コントローラ１からセンサユニットＳＵ６に送信される時間データの一例を示す図である。図２３（Ｂ）は、コントローラ１からセンサユニットＳＵ１に送信される時間データの一例を示す図である。図２３では、図１７に示す時間データと同一の内容の説明は省略し、異なる内容について説明する。
【０１９２】
付加データ数は、自己のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６）が超音波を送信する場合に、Ｎ個の符号化クロック期間だけではなく、更に付加する符号化クロック期間の数を示す。例えば図２３（Ａ）では、センサユニットＳＵ６は、合計（Ｎ＋３）個の符号化クロック期間において超音波を送信する。同様に、図２３（Ｂ）では、センサユニットＳＵ１は、合計（Ｎ＋３）個の符号化クロック期間において超音波を送信する。
【０１９３】
符号化クロック期間のシフト量は、自己のセンサユニット（例えばセンサユニットＳＵ６）が受信した超音波の復調の開始タイミングを、超音波を送信したセンサユニットとの距離に応じて、受信開始時刻からシフトさせる符号化クロック期間の個数を示す。例えば図２３（Ａ）では、センサユニットＳＵ６は、センサユニットＳＵ１からの超音波の復調の開始タイミングを、受信開始時刻から２個の符号化クロック期間ほどシフトさせた第３番目の符号化クロック期間の開始時とする。同様に、図２３（Ｂ）では、センサユニットＳＵ１は、センサユニットＳＵ８からの超音波の復調の開始タイミングを、受信開始時刻から２個の符号化クロック期間ほどシフトさせた第３番目の符号化クロック期間の開始時とする。
【０１９４】
図２４は、第２の実施形態において配置された８個のセンサユニットのうち、４個のセンサユニット間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。図２４では、送信側のセンサユニットは、時間データにより指定された付加データの個数分だけ多い符号化クロック期間において超音波を送信する。更に、受信側のセンサユニットは、時間データにより指定された符号化クロック期間のシフト量ほどシフトさせた次の符号化クロック期間からＮ個の符号化クロック期間において超音波を復調する。これらの動作以外は、図１８に示すタイムチャートの説明と同様であるため図２４の説明は省略する。
【０１９５】
以上により、本実施形態では、送信側のセンサユニットは、受信側のセンサユニットとの距離が特に大きい場合に、Ｎ個の符号化クロック期間ではなく（Ｎ＋Ｑ）個の符号化クロック期間においてパルス信号を生成する。Ｑは、時間データにより指定される付加データ数を示す。この場合には、超音波信号の送信周期は、Ｎ個の符号化クロック期間の和ではなく、（Ｎ＋Ｑ）個の符号化クロック期間の和となる。また、Ｑ個の符号化クロック期間に応じたＭ系列符号は、Ｎ個の符号化クロック期間に応じたＭ系列符号の第１番目から第Ｑ番目までの各符号と同一であり、即ちＮ個の符号のうち先頭のＱ個の符号が第（Ｎ＋１）番目以降にシフトして用いられる。
【０１９６】
これにより、送信側のセンサユニットは、受信側のセンサユニットとの距離が特に大きい場合でも、受信側のセンサユニットが最も遠く離れた送信側のセンサユニットから受信した超音波を正確に復調可能な十分な送信周期において、他のセンサユニットからの超音波と分離可能な超音波を送信できる。更に、送信側のセンサユニットは、Ｎ個の符号のうち先頭のＱ個の符号を第（Ｎ＋１）番目以降の符号化クロック期間に応じた符号として用いれば良いので、第（Ｎ＋１）番目から第（Ｎ＋Ｑ）番目までの符号化クロック期間に応じた符号を簡単に選択できる。
【０１９７】
更に、本実施形態では、受信側のセンサユニットは、自己のセンサユニットから最も遠く離れた他のセンサユニットからの超音波の復調を最初に開始し、更に、最も遠く離れた他のセンサユニットではない残りのセンサユニットからの超音波の復調を、残りのセンサユニット毎に割り当てられたＰ個の符号化クロック期間分ほど遅らせて開始する。更に、受信側のセンサユニットは、最も遠く離れた他のセンサユニットではない残りのセンサユニットの超音波の復調では、Ｎ個の符号化クロック期間の後にＰ個の符号化クロック期間を更に付加する。Ｐは、時間データにより指定される符号化クロック期間のシフト量を示す。
【０１９８】
これにより、受信側のセンサユニットは、自己のセンサユニットから最も遠く離れた他のセンサユニットからの超音波の復調を開始した後、残りのセンサユニットからの超音波の復調をＰ個の符号化クロック期間分だけ遅らせて開始し、残りのセンサユニットからの超音波の復調を更にＰ個の符号化クロック期間分だけ付加するので、複数のセンサユニットからの各超音波を正確に復調できる。
【０１９９】
（第３の実施形態）
第１，第２の各実施形態では、送信側のセンサユニットと受信側のセンサユニットとの送受信における同期が確立できていない場合を想定した。第３の実施形態では、送信側のセンサユニットと受信側のセンサユニットとの送受信における同期を確立させた場合について説明する。
【０２００】
図２５は、第３の実施形態における超音波伝搬時間計測システム２００のシステム構成を模式的に示す図である。図２５に示す超音波伝搬時間計測システム２００は、コントローラ１と、少なくとも３個のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４とを含む。超音波伝搬時間計測システム２００では、コントローラ１は、無線通信によって所定の位置データ及び時間データ（後述参照）を初期設定データとして各々のセンサユニットに一斉に送信し、超音波の送受信を同期させるための同期信号を計測開始信号として各々のセンサユニットに一斉に送信する。これにより、各々のセンサユニットは、超音波の送受信の同期が確立した状態において、超音波の送受信を開始できる。同期信号は例えば電波を媒体としたものとする。
【０２０１】
測定対象空間Kにおける超音波伝搬時間計測システム２００の動作概要について、図２６を参照して詳述する。図２６（Ａ）は、測定対象空間Kの壁面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２６（Ｂ）は、各センサユニットが同時に超音波を送信する様子を示す説明図である。
【０２０２】
本実施形態の超音波伝搬時間計測システム２００では、図２６（Ａ）に示す測定対象空間Ｋの同一壁面に複数（例えば２個）のセンサユニットが配置され、測定対象空間Ｋの壁面には合計４個のセンサユニットが配置されている。各々のセンサユニットには、初期設定時に上述した位置データ及び時間データが、コントローラ１から送信される。また、上述した各実施形態と同様に、各々のセンサユニットは、予めセンサユニット毎に割り当てられたＭ系列符号の符号を格納している。
【０２０３】
各々のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４は、コントローラ１から計測開始信号としての同期信号を受信すると、上述した各実施形態と同様に超音波を生成し、他の全てのセンサユニットに超音波を同時に送信する（図２６（Ｂ）参照）。
【０２０４】
各々のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４は、センサユニット毎に割り当てられたＭ系列符号を用いて受信した超音波の復調を行い、超音波を送信した送信時刻から他のセンサユニットから送信された超音波を受信した受信時刻までの計測時間τを導出する。各々のセンサユニットＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３，ＳＵ４は、それぞれ導出された計測時間τのデータをコントローラ１に送信する。コントローラ１の動作は上述した第１，第２の各実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０２０５】
図２７（Ａ）は、符号化クロック期間とパルス信号と超音波信号とを示す図である。図２７（Ｂ）は、センサユニットにおける符号化クロック期間の説明図である。
【０２０６】
本実施形態では、コントローラ１から同期信号が全てのセンサユニットに送信され、各々のセンサユニット間における超音波の送受信の同期が確立される。従って、本実施形態における符号化クロック期間は、図６に示す符号化クロック期間のうちΔｔの期間を除く期間であり、数式（６）により示される（図２７（Ｂ）参照）。
【０２０７】
【数６】
2014130113.tif 000008
【０２０８】
各々のセンサユニットは、上述した第１，第２の各実施形態と同様に、符号化クロック期間の立ち上がりに合わせて間欠的なパルス信号を生成し、本実施形態では更に、間欠的なパルス信号に連続するように、パルス信号より波数の少ない同じ周波数の逆位相信号ＲＶ（図２７（Ａ）参照）を生成する。逆位相信号の波数は、「パルス信号のエネルギー」−「超音波の出力エネルギー」−「発熱ロス」≧「逆位相信号のエネルギー」を満たすように予め定められる。また、逆位相信号の位相とパルス信号の位相とは逆位相であり、反転している。これにより、各々のセンサユニットは、符号化クロック期間の立ち下がりを早めることができる。
【０２０９】
また、本実施形態では、各々のセンサユニットにおける超音波の復調開始時刻は、センサユニット間の距離を測定範囲の上限温度である場合の超音波の音速で除した値として予め設定される。
【０２１０】
（センサユニットの動作）
図２８は、第３の実施形態における各センサユニットの動作手順を説明するフローチャートである。以下、図２８に示すフローチャートの内容を、例えばセンサユニットＳＵ１の動作手順として説明するが、他のセンサユニットＳＵ２〜ＳＵ４においても同様に動作する。
【０２１１】
図２８において、センサユニットＳＵ１は、初期設定時（図１９のステップＣＴ１１参照）にコントローラ１から送信された位置データ及び時間データを受信する（ＳＴ２１）。センサユニットＳＵ１は、受信した位置データ及び時間データをメモリ１２に格納する。
【０２１２】
センサユニットＳＵ１は、超音波の伝搬時間の計測を開始させるための計測開始信号として、超音波の送受信を同期させるための同期信号をコントローラ１から受信する（ＳＴ２２）。センサユニットＳＵ１は、計測開始信号に含まれる測定対象空間Ｋにおける最新の空気吸収減衰係数のデータをメモリ１２に記憶する。但し、各々のセンサユニットは、計測開始信号としての同期信号を受信する前に、測定対象空間Ｋにおける最新の空気吸収減衰係数のデータをコントローラ１から受信しても良い。
【０２１３】
センサユニットＳＵ１は、同期信号を受信した後、第１の実施形態と同様にして合計Ｎ個の符号化クロック期間において、Ｍ系列符号の符号（＋１又は−１）を用いてパルス信号と逆位相信号との連続信号を変調して駆動信号を生成し、駆動信号を基にして超音波を生成する（ＳＴ２３）。更に、センサユニットＳＵ１は、超音波を他の全てのセンサユニットＳＵ２〜ＳＵ４に送信する（ＳＴ２４）。
【０２１４】
センサユニットＳＵ１は、超音波を送信した後に、受信信号の波形解析を開始し（ＳＴ２５）、他の全てのセンサユニットＳＵ２〜ＳＵ４から同時に送信された超音波を受信し、Ｍ系列符号の符号（＋１又は−１）を用いて受信した超音波を復調する（ＳＴ２６）。センサユニットＳＵ１は、受信した超音波の復調によって各超音波の受信信号包絡線を導出する。
【０２１５】
センサユニットＳＵ１は、各超音波の受信信号包絡線を基に、自己が超音波を送信した送信時刻から他の全てのセンサユニットからの超音波を受信した受信時刻までの各計測時間τのデータを導出（計時）する（ＳＴ２７）。センサユニットＳＵ１は、計時した計測時間τのデータをコントローラ１に送信する（ＳＴ２８）。
【０２１６】
以上により、本実施形態のセンサユニットは、超音波を送信する場合に、符号化クロック期間においてパルス信号の生成後に逆位相のパルス信号（逆位相信号）を生成し、各々の符号化クロック期間に応じたＭ系列符号の符号（＋１又は−１）を用いて、パルス信号と逆位相信号との連続信号を変調する。更に、逆位相信号の周波数は、パルス信号の周波数より低い。
【０２１７】
これにより、本実施形態のセンサユニットは、各々の符号化クロック期間におけるパルス信号に逆位相信号を連続させることで、各々の符号化クロック期間において生成される超音波の立ち下がりを早めることができるので超音波の長さを短縮でき、超音波の伝搬時間の計測時間を短縮できる。
【０２１８】
以下、上述した本発明に係る超音波の伝搬時間計測のための超音波受信装置及び超音波の伝搬時間計測のための超音波受信方法の構成、作用及び効果を説明する。
【０２１９】
本発明の一実施形態は、測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を送信する超音波送信装置であって、前記超音波送信装置毎に割り当てられた符号長Ｎ（Ｎ：整数）の擬似雑音符号系列（例：Ｍ系列符号）に応じた符号化期間（符号化クロック期間）において、パルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調する変調部と、変調された前記パルス信号（駆動信号）を基に、超音波信号を送信する送信部と、を有する、超音波送信装置である。
【０２２０】
この構成によれば、測定対象空間の空気中を伝搬する超音波の速度を基にして温度を測定する場合に、超音波送信装置（センサユニット）は、超音波送信装置毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の各符号化期間において、擬似雑音符号系列の符号を用いて所定周波数（共振周波数）のパルス信号を変調し、変調信号を基にして超音波信号を生成して測定対象空間内に送信する。
【０２２１】
これにより、超音波送信装置は、超音波信号の発振周波数として所定の共振周波数を用いるので、安価な共振型のトランスデューサを用いて、測定対象空間における温度測定のために送受信される超音波信号を生成でき、超音波信号の生成に要する消費電力を増大させずに、自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、符号長Ｎに応じたＮ個の符号化期間において他の超音波送信装置からの超音波信号と分離可能な超音波信号を送信できる。
【０２２２】
本発明の一実施形態は、測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を受信する超音波受信装置であって、前記超音波信号を送信する複数の超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列（例：Ｍ系列符号）に応じた符号化期間にわたって前記複数の超音波送信装置から送信された各々の前記超音波信号を受信する受信部と、受信された前記超音波信号を、前記複数の超音波送信装置に応じた前記擬似雑音符号系列（＋１又は−１）を用いて復調し、前記複数の超音波送信装置毎の受信信号包絡線を導出する復調部と、を有する、超音波受信装置である。
【０２２３】
この構成によれば、測定対象空間の空気中を伝搬する超音波の速度を基にして温度を測定する場合に、超音波受信装置（センサユニット）は、複数の超音波送信装置毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の符号化期間の間に送信された各々の超音波信号を受信し、複数の超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列の符号を用いて復調し、複数の超音波送信装置毎の受信信号包絡線を導出する。
【０２２４】
これにより、超音波受信装置は、例えば測定対象空間の同一壁面に配置された複数の超音波送信装置から超音波信号が同時又は略同時に送信された場合でも、複数の超音波送信装置毎に割り当てられた符号長Ｎの自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、各々の超音波送信装置から送信された超音波信号を高精度に分離できる。
【０２２５】
本発明の一実施形態は、測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を送信する超音波送信装置における超音波送信方法であって、前記超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列（例：Ｍ系列符号）に応じた符号化期間（符号化クロック期間）において、パルス信号を生成するステップと、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調するステップと、変調された前記パルス信号（駆動信号）を基に、超音波信号を送信するステップと、を有する、超音波送信方法である。
【０２２６】
この方法によれば、測定対象空間の空気中を伝搬する超音波の速度を基にして温度を測定する場合に、超音波送信装置（センサユニット）は、超音波送信装置毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の各符号化期間において、擬似雑音符号系列の符号を用いて所定周波数（共振周波数）のパルス信号を変調し、変調信号を基にして超音波信号を生成して測定対象空間内に送信する。
【０２２７】
これにより、超音波送信方法では、超音波信号の発振周波数として所定の共振周波数が用いられるので、超音波送信装置は、安価な共振型のトランスデューサを用いて、測定対象空間における温度測定のために送受信される超音波信号を生成でき、超音波信号の生成に要する消費電力を増大させずに、自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、符号長Ｎに応じたＮ個の符号化期間において他の超音波送信装置からの超音波信号と分離可能な超音波信号を送信できる。
【０２２８】
本発明の一実施形態は、測定対象空間の温度測定に用いられる超音波信号を受信する超音波受信装置における超音波受信方法であって、複数の超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列に応じた符号化期間にわたって前記複数の超音波送信装置から送信された各々の前記超音波信号を受信するステップと、受信された前記超音波信号を、前記複数の超音波送信装置に応じた前記擬似雑音符号系列（例：Ｍ系列符号）を用いて復調するステップと、復調された各々の前記超音波信号を基に、前記複数の超音波送信装置毎の受信信号包絡線を導出するステップと、を有する、超音波受信方法である。
【０２２９】
この方法によれば、測定対象空間の空気中を伝搬する超音波の速度を基にして温度を測定する場合に、超音波受信装置は、複数の超音波送信装置毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の符号化期間の間に送信された各々の超音波信号を受信し、複数の超音波送信装置毎に割り当てられた擬似雑音符号系列の符号を用いて復調し、複数の超音波送信装置毎の受信信号包絡線を導出する。
【０２３０】
これにより、超音波受信方法によれば、超音波受信装置は、例えば測定対象空間の同一壁面に配置された複数の超音波送信装置から超音波信号が同時又は略同時に送信された場合でも、複数の超音波送信装置毎に割り当てられた符号長Ｎの自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、各々の超音波送信装置から送信された超音波信号を高精度に分離できる。
【０２３１】
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３個のセンサユニットと、前記少なくとも３個のセンサユニットに超音波信号を送受信させるコントローラと、を備え、各々の前記センサユニットは、前記センサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列（例：Ｍ系列符号）に応じた符号化期間（符号化クロック期間）においてパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調する変調部と、変調された前記パルス信号（駆動信号）を基に、超音波信号を送信する送信部と、他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信する受信部と、前記符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する復調部と、前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出する制御部と、を有し、前記コントローラは、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各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。
【０２３２】
本発明の一実施形態は、各々の前記センサユニットが、前記センサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎ（Ｎ：整数）の擬似雑音符号系列（例：Ｍ系列符号）を格納する記憶部、を更に有し、前記変調部が、前記擬似雑音符号系列の符号に応じたＮ個の符号化期間において所定周波数の間欠的なパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列の符号を用いて前記パルス信号を変調し、前記復調部が、前記Ｎ個の符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列の符号を用いて復調し、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する、温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０２３３】
この構成によれば、測定対象空間の空気中を伝搬する超音波の速度を基にして温度を測定する場合に、送信側のセンサユニットは、センサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の各符号化期間において、擬似雑音符号系列の符号を用いて所定周波数（共振周波数）のパルス信号を変調し、変調信号を基にして超音波信号を生成して測定対象空間内に送信する。更に、受信側のセンサユニットは、複数のセンサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の符号化期間の間に送信された各々の超音波信号を受信し、複数のセンサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列の符号を用いて復調し、複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する。更に、受信側のセンサユニットは、複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を基に、超音波信号の送信タイミングから他の複数のセンサユニットからの超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングから超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出する。コントローラは、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各伝搬時間を導出する。
【０２３４】
これにより、送信側のセンサユニットは、超音波信号の発振周波数として所定の共振周波数を用いるので、安価な共振型のトランスデューサを用いて、測定対象空間における温度測定のために送受信される超音波信号を生成でき、超音波信号の生成に要する消費電力を増大させずに、自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、符号長Ｎに応じたＮ個の符号化期間において他のセンサユニットからの超音波信号と分離可能な超音波信号を送信できる。また、受信側のセンサユニットは、例えば測定対象空間の同一壁面に配置された複数の超音波送信装置から超音波信号が同時又は略同時に送信された場合でも、複数のセンサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、各々のセンサユニットから送信された超音波信号を高精度に分離できる。更に、受信側のセンサユニットは、センサユニット毎に分離された各々の超音波信号の受信信号包絡線を導出し、超音波信号の送信タイミングから他の複数のセンサユニットからの超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングから超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を簡単に導出できる。コントローラは、導出された各計測時間を基に、２個のセンサユニット間の超音波信号の伝搬時間（ＴＯＦ）を簡単に導出できる。
【０２３５】
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３個のセンサユニットを備え、各々の前記センサユニットは、前記センサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列（例：Ｍ系列符号）に応じた符号化期間（符号化クロック期間）においてパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列を用いて前記パルス信号を変調する変調部と、変調された前記パルス信号（駆動信号）を基に、超音波信号を送信する送信部と、他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信する受信部と、前記符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列を用いて復調し、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する復調部と、前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出する制御部と、を有し、前記制御部は、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各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。
【０２３６】
本発明の一実施形態は、各々の前記センサユニットが、前記センサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎ（Ｎ：整数）の擬似雑音符号系列（例：Ｍ系列符号）を格納する記憶部、を更に有し、前記変調部が、前記擬似雑音符号系列の符号に応じたＮ個の符号化期間において所定周波数の間欠的なパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列の符号を用いて前記パルス信号を変調し、前記復調部が、前記Ｎ個の符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列の符号を用いて復調し、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する、温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０２３７】
この構成によれば、測定対象空間の空気中を伝搬する超音波の速度を基にして温度を測定する場合に、送信側のセンサユニットは、センサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の各符号化期間において、擬似雑音符号系列の符号を用いて所定周波数（共振周波数）のパルス信号を変調し、変調信号を基にして超音波信号を生成して測定対象空間内に送信する。更に、受信側のセンサユニットは、複数のセンサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の符号化期間の間に送信された各々の超音波信号を受信し、複数のセンサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列の符号を用いて復調し、複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する。更に、受信側のセンサユニットは、複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を基に、超音波信号の送信タイミングから他の複数のセンサユニットからの超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングから超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出し、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各伝搬時間を導出する。
【０２３８】
これにより、送信側のセンサユニットは、超音波信号の発振周波数として所定の共振周波数を用いるので、安価な共振型のトランスデューサを用いて、測定対象空間における温度測定のために送受信される超音波信号を生成でき、超音波信号の生成に要する消費電力を増大させずに、自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、符号長Ｎに応じたＮ個の符号化期間において他のセンサユニットからの超音波信号と分離可能な超音波信号を送信できる。また、受信側のセンサユニットは、例えば測定対象空間の同一壁面に配置された複数の超音波送信装置から超音波信号が同時又は略同時に送信された場合でも、複数のセンサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、各々のセンサユニットから送信された超音波信号を高精度に分離できる。更に、受信側のセンサユニットは、センサユニット毎に分離された各々の超音波信号の受信信号包絡線を導出し、超音波信号の送信タイミングから他の複数のセンサユニットからの超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングから超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出でき、導出された各計測時間を基に、２個のセンサユニット間の超音波信号の伝搬時間（ＴＯＦ）を簡単に導出できる。
【０２３９】
本発明の一実施形態は、前記符号化期間が、前記パルス信号の生成タイミングから、生成された前記パルス信号が測定範囲の温度において十分に減衰するタイミングまでの期間を含む、温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０２４０】
送信側のセンサユニットから送信された超音波信号は、測定対象空間の温度が測定範囲の上限値である場合に受信側のセンサユニットに最も早く到達し、測定対象空間の温度が測定範囲の下限値である場合に受信側のセンサユニットに最も遅く到達する。更に、ＤＥＣＴ又はＺｉｇｂｅｅ（登録商標）のパケット信号を用いた無線通信では、送信装置（コントローラ１）と受信装置（センサユニット）との各プロセッサ間において正確に同期をとることが困難となり所定量の遅延差Δｔが生じる。
【０２４１】
このため、受信側のセンサユニットの超音波信号の受信タイミングは、測定範囲の温度に起因する到達時刻の差とコントローラ及びセンサユニット間の無線通信により生じる遅延量とによって変動する。従って、符号化期間（符号化クロック期間）は、超音波信号の受信タイミングの変動を考慮して、受信側のセンサユニットが超音波信号を受信した時の温度が測定範囲の下限値から上限値である場合において十分に減衰するまでの期間を含む。
【０２４２】
これにより、送信側のセンサユニットは、受信側のセンサユニットにおける超音波信号の受信タイミングの変動を考慮して、超音波信号を生成して送信できる。また、受信側のセンサユニットは、測定範囲の温度に起因する到達時刻の差とコントローラ及びセンサユニット間の無線通信により生じる遅延量とによる変動に拘わらず、受信した超音波信号を正確に復調できる。
【０２４３】
本発明の一実施形態は、前記超音波信号の送信周期が、前記擬似雑音符号系列の符号長Ｎ（Ｎ：整数）に応じて、前記擬似雑音符号系列の各符号に応じたＮ個の符号化期間の和である、温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０２４４】
少なくとも測定対象空間の同一壁面に配置された複数の各センサユニットには、センサユニット毎に自己相関性の高い符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号が割り当てられているため、超音波信号の生成時に同一の擬似雑音符号系列の符号は用いられない。
【０２４５】
これにより、送信側のセンサユニットは、センサユニット毎に割り当てられた自己相関性の高い符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号を用いて、符号長Ｎに応じたＮ個の符号化期間の和を超音波信号の送信周期として、他のセンサユニットから送信される超音波信号と分離可能な超音波信号を送信できる。更に、送信側のセンサユニットは、擬似雑音符号系列の符号長Ｎが大きくなるほど、遠く離れたセンサユニットが受信及び復調が可能な超音波信号を送信できる。
【０２４６】
本発明の一実施形態は、前記復調部が、前記パルス信号の周波数の４倍のサンプリング周波数を用いて、前記擬似雑音符号系列の符号長Ｎ（Ｎ：整数）に応じたＮ個の各符号化期間に受信された前記超音波信号を直交検波する、温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０２４７】
これにより、受信側のセンサユニットは、超音波信号に乗算される基準信号（ｓｉｎ波，ｃｏｓ波）を＋１及び−１だけを用いることができ、Ｎ個の各符号化期間に受信された超音波信号の直交検波を、加算及び減算だけで簡単に実行できる。
【０２４８】
本発明の一実施形態は、前記復調部が、前記擬似雑音符号系列の符号長Ｎ（Ｎ：整数）に応じたＮ個の各符号化期間に受信された前記超音波信号を直交検波し、直交検波後の前記超音波信号と前記他の複数のセンサユニット毎に割り当てられた前記擬似雑音符号系列の符号とを乗算し、乗算後の前記超音波信号を前記Ｎ個の各符号化期間において加算する、温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０２４９】
これにより、受信側のセンサユニットは、超音波信号の送信周期、即ちＮ個の各符号化期間に送信された超音波信号を直交検波及び復調でき、Ｎ個の各符号化期間に受信された超音波信号を加算するので、復調後の超音波信号のＳＮＲを向上できる。
【０２５０】
本発明の一実施形態は、前記変調部は、自己のセンサユニットと他の複数のセンサユニットとの各距離に応じて、（Ｎ＋Ｑ）個（Ｑ＜Ｎ、Ｑ：整数）の符号化期間において前記パルス信号を生成し、Ｑ個の符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列の符号は、Ｎ個の擬似雑音符号系列の符号のうち第１番目から第Ｑ番目までの各符号と同一である、温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０２５１】
この構成によれば、送信側のセンサユニットは、受信側のセンサユニットとの距離が特に大きい場合に、Ｎ個の符号化期間ではなく（Ｎ＋Ｑ）個の符号化期間においてパルス信号を生成する。この場合には、超音波信号の送信周期は、Ｎ個の符号化期間の和ではなく、（Ｎ＋Ｑ）個の符号化期間の和となる。また、Ｑ個の符号化期間に応じた擬似雑音符号化系列の符号は、Ｎ個の符号化期間に応じた擬似雑音符号系列の符号の第１番目から第Ｑ番目までの各符号と同一であり、即ちＮ個の符号のうち先頭のＱ個の符号が第（Ｎ＋１）番目以降にシフトして用いられる。
【０２５２】
これにより、送信側のセンサユニットは、受信側のセンサユニットとの距離が特に大きい場合でも、受信側のセンサユニットが最も遠く離れた送信側のセンサユニットから受信した超音波信号を正確に復調可能な十分な送信周期において、他のセンサユニットからの超音波信号と分離可能な超音波信号を送信できる。更に、送信側のセンサユニットは、Ｎ個の符号のうち先頭のＱ個の符号を第（Ｎ＋１）番目以降の符号化期間に応じた符号として用いれば良いので、第（Ｎ＋１）番目から第（Ｎ＋Ｑ）番目までの符号化期間に応じた符号を簡単に選択できる。
【０２５３】
本発明の一実施形態は、前記復調部は、前記自己のセンサユニットから最も遠く離れた他のセンサユニットからの超音波信号の復調を最初に開始し、残りのセンサユニットからの超音波信号の復調を、残りのセンサユニット毎に割り当てられたＰ個（Ｐ：整数）の符号化期間分遅らせて開始し、前記Ｎ個の符号化期間の後に前記Ｐ個の符号化期間を付加して復調する、温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０２５４】
この構成によれば、受信側のセンサユニットは、自己のセンサユニットから最も遠く離れた他のセンサユニットからの超音波信号の復調を最初に開始し、更に、最も遠く離れた他のセンサユニットではない残りのセンサユニットからの超音波信号の復調を、残りのセンサユニット毎に割り当てられたＰ個の符号化期間分遅らせて開始する。更に、受信側のセンサユニットは、最も遠く離れた他のセンサユニットではない残りのセンサユニットの超音波信号の復調では、Ｎ個の符号化期間の後にＰ個の符号化期間を更に付加する。
【０２５５】
これにより、受信側のセンサユニットは、自己のセンサユニットから最も遠く離れた他のセンサユニットからの超音波信号の復調を開始した後、残りのセンサユニットからの超音波信号の復調をＰ個の符号化期間分だけ遅らせて開始し、残りのセンサユニットからの超音波信号の復調を更にＰ個の符号化期間分だけ付加するので、複数のセンサユニットからの各超音波信号を正確に復調できる。
【０２５６】
本発明の一実施形態は、前記変調部は、前記パルス信号の生成後に前記パルス信号と逆位相の信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列の符号を用いて、前記パルス信号と前記逆位相の信号との連続信号を変調し、前記逆位相の信号の周波数は、前記パルス信号の周波数より低い、温度測定のための伝搬時間計測システムである。
【０２５７】
この構成によれば、送信側のセンサユニットは、符号化期間においてパルス信号の生成後に逆位相のパルス信号を生成し、各々の符号化期間に応じた擬似雑音符号系列の符号を用いて、パルス信号と逆位相信号との連続信号を変調する。更に、逆位相信号の周波数は、パルス信号の周波数より低い。
【０２５８】
これにより、送信側のセンサユニットは、各々の符号化期間におけるパルス信号に逆位相信号を連続させることで、各々の符号化期間において生成される超音波信号の立ち下がりを早めることができるので超音波信号の長さを短縮でき、超音波信号の伝搬時間の計測時間を短縮できる。
【０２５９】
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３個のセンサユニットと、前記少なくとも３個のセンサユニットに超音波信号を送受信させるコントローラとにおいて、各々の前記センサユニットが、前記センサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎ（Ｎ：整数）の擬似雑音符号系列（例：Ｍ系列符号）を格納し、前記擬似雑音符号系列の符号（＋１又は−１）に応じたＮ個の符号化期間（符号化クロック期間）において所定周波数の間欠的なパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列の符号を用いて前記パルス信号を変調し、変調された前記パルス信号（駆動信号）を基に、超音波信号を送信し、他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信し、前記Ｎ個の符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列の符号（＋１又は−１）を用いて復調し、復調された前記超音波信号を基に、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出し、前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出し、前記コントローラが、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各伝搬時間を導出する、温度測定のための伝搬時間計測方法である。
【０２６０】
この方法によれば、測定対象空間の空気中を伝搬する超音波の速度を基にして温度を測定する場合に、送信側のセンサユニットは、センサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の各符号化期間において、擬似雑音符号系列の符号を用いて所定周波数（共振周波数）のパルス信号を変調し、変調信号を基にして超音波信号を生成して測定対象空間内に送信する。更に、受信側のセンサユニットは、複数のセンサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の符号化期間の間に送信された各々の超音波信号を受信し、複数のセンサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列の符号を用いて復調し、複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する。更に、受信側のセンサユニットは、複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を基に、超音波信号の送信タイミングから他の複数のセンサユニットからの超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングから超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出する。コントローラは、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各伝搬時間を導出する。
【０２６１】
これにより、送信側のセンサユニットは、超音波信号の発振周波数として所定の共振周波数を用いるので、安価な共振型のトランスデューサを用いて、測定対象空間における温度測定のために送受信される超音波信号を生成でき、超音波信号の生成に要する消費電力を増大させずに、自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、符号長Ｎに応じたＮ個の符号化期間において他のセンサユニットからの超音波信号と分離可能な超音波信号を送信できる。また、受信側のセンサユニットは、例えば測定対象空間の同一壁面に配置された複数の超音波送信装置から超音波信号が同時又は略同時に送信された場合でも、複数のセンサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、各々のセンサユニットから送信された超音波信号を高精度に分離できる。更に、受信側のセンサユニットは、センサユニット毎に分離された各々の超音波信号の受信信号包絡線を導出し、超音波信号の送信タイミングから他の複数のセンサユニットからの超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングから超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出できる。コントローラは、導出された各計測時間を基に、２個のセンサユニット間の超音波信号の伝搬時間（ＴＯＦ）を簡単に導出できる。
【０２６２】
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３個のセンサユニットにおいて、各々の前記センサユニットが、前記センサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎ（Ｎ：整数）の擬似雑音符号系列（例：Ｍ系列符号）を格納し、前記擬似雑音符号系列の符号（＋１又は−１）に応じたＮ個の符号化期間（符号化クロック期間）において所定周波数の間欠的なパルス信号を生成し、各々の前記符号化期間に応じた前記擬似雑音符号系列の符号を用いて前記パルス信号を変調し、変調された前記パルス信号（駆動信号）を基に、超音波信号を送信し、他の複数のセンサユニットから送信された超音波信号を受信し、前記Ｎ個の符号化期間にわたって受信された前記超音波信号を、前記他の複数のセンサユニットに応じた前記擬似雑音符号系列の符号（＋１又は−１）を用いて復調し、復調された前記超音波信号を基に、前記他の複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出し、前記受信信号包絡線を基に、前記超音波信号の送信タイミングから前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は前記他の複数のセンサユニットからの前記超音波の受信タイミングから前記超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出し、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと前記他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各伝搬時間を導出する、温度測定のための伝搬時間計測方法である。
【０２６３】
この方法によれば、測定対象空間の空気中を伝搬する超音波の速度を基にして温度を測定する場合に、送信側のセンサユニットは、センサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の各符号化期間において、擬似雑音符号系列の符号を用いて所定周波数（共振周波数）のパルス信号を変調し、変調信号を基にして超音波信号を生成して測定対象空間内に送信する。更に、受信側のセンサユニットは、複数のセンサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの擬似雑音符号系列の符号に対応して設けられたＮ個の符号化期間の間に送信された各々の超音波信号を受信し、複数のセンサユニット毎に割り当てられた擬似雑音符号系列の符号を用いて復調し、複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を導出する。更に、受信側のセンサユニットは、複数のセンサユニット毎の受信信号包絡線を基に、超音波信号の送信タイミングから他の複数のセンサユニットからの超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングから超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出し、導出された各々の前記計測時間を基に、自己のセンサユニットと他の複数のセンサユニットとの間における超音波信号の各伝搬時間を導出する。
【０２６４】
これにより、送信側のセンサユニットは、超音波信号の発振周波数として所定の共振周波数を用いるので、安価な共振型のトランスデューサを用いて、測定対象空間における温度測定のために送受信される超音波信号を生成でき、超音波信号の生成に要する消費電力を増大させずに、自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、符号長Ｎに応じたＮ個の符号化期間において他のセンサユニットからの超音波信号と分離可能な超音波信号を送信できる。また、受信側のセンサユニットは、例えば測定対象空間の同一壁面に配置された複数の超音波送信装置から超音波信号が同時又は略同時に送信された場合でも、複数のセンサユニット毎に割り当てられた符号長Ｎの自己相関性の高い擬似雑音符号の符号を用いて、各々のセンサユニットから送信された超音波信号を高精度に分離できる。更に、受信側のセンサユニットは、センサユニット毎に分離された各々の超音波信号の受信信号包絡線を導出し、超音波信号の送信タイミングから他の複数のセンサユニットからの超音波信号の受信タイミングまでの各計測時間、又は他の複数のセンサユニットからの超音波の受信タイミングから超音波信号の送信タイミングまでの各計測時間を導出でき、導出された各計測時間を基に、２個のセンサユニット間の超音波信号の伝搬時間（ＴＯＦ）を簡単に導出できる。
【０２６５】
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。
【０２６６】
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。
【０２６７】
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。
【０２６８】
例えば、２個のセンサユニットのうち一方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τのデータを受け取って、一方のセンサユニットが他方のセンサユニットとの間における超音波の伝搬時間ＴＯＦを導出する。
【０２６９】
また、全てのセンサユニットのうちいずれかのセンサユニットは、全ての計測経路における超音波の伝搬時間ＴＯＦのデータを受け取ったら、全ての計測経路における超音波の伝搬時間ＴＯＦのデータを用いて、湿度補正前の温度分布まで計算してコントローラ１に送信しても良い。この場合、コントローラ１は、マスタとして指定されたセンサユニットから送信されたデータを基に、湿度補正以降の処理を行う。また、セットデータもコントローラ１からでなく、マスタとして指定されたセンサユニットから送信されても良い。この場合、コントローラ１と送受信するのは、マスタとして指定されたセンサユニットだけとなる。
【産業上の利用可能性】
【０２７０】
本発明は、測定対象空間における温度を測定するために用いられる超音波信号の生成に要する消費電力を増大させずに、自己相関性の高い擬似雑音符号を用いて変調した超音波信号を送信する超音波送信装置、超音波送信方法、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。
【０２７１】
本発明は、測定対象空間における温度を測定するために複数の超音波信号が同時又は略同時に送信された場合に、自己相関性の高い擬似雑音符号を用いて、複数の超音波信号を高精度に分離する超音波受信装置、超音波受信方法、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】
【０２７２】
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
２１  時間制御部
２２  Ｍ系列符号格納部
２３  パルス信号生成部
２４  検波復調部
２５  超音波信号検出部
２６  基準信号発振器
３１、３２、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ  乗算器
３３、３４  ＬＰＦ
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ  加算部
４４、４５  加算器
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ  二乗器
１００、２００  超音波伝搬時間計測システム
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】
2014130113.tif 000018
【図１１】
2014130113.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
2014130113.tif 000021
【図１５】
2014130113.tif 000022
【図１６】
2014130113.tif 000023
【図１７】
2014130113.tif 000024
【図１８】
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【図１９】
2014130113.tif 000026
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図１２】
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