(57)【要約】  温度検出装置は、送信電波を送信しながら、送信電波に対応する応答電波を受信して、応答電波に基づいて被測定物の温度が正常か異常かを検出する検出処理部と、送信電波を受信して、送信電波に対する応答電波を送信する温度検知部とを備え、温度検知部は、被測定物の温度に依存して変化する共振特性を有し、送信電波によって励振されて応答電波を生成する第一共振回路を有し、検出処理部は、第二アンテナにより受信した応答電波から、その振幅、位相または直交位相振幅を算出して、算出結果に基づいて、被測定物の温度を、予め決定してある温度と比較する。
2019102586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の温度の検出時に、送信電波を送信しながら、前記送信電波に対応する応答電波を受信して、前記応答電波に基づいて、前記被測定物の温度が正常か異常かを検出する検出処理部と、
前記送信電波を受信して、前記送信電波に対する前記応答電波を送信する温度検知部と
を備え、
前記温度検知部は、
前記被測定物の温度に依存して変化する共振特性を有し、前記検出処理部からの前記送信電波によって励振されて前記送信電波に対する前記応答電波を、前記共振特性が反映された応答電波として生成する共振回路と、
前記共振回路で生成された前記応答電波を前記検出処理部に対して送信する第一アンテナと
を有し、
前記検出処理部は、
前記温度検知部に対して前記送信電波を送信するとともに、前記温度検知部からの前記応答電波を受信する、第二アンテナと、
前記第二アンテナから送信される前記送信電波を生成する送信部と、
前記第二アンテナにより受信された前記応答電波の振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくともいずれか１つを算出して算出結果として出力する受信部と、
前記受信部の前記算出結果に基づいて前記被測定物の温度
を予め決定してある温度と比較する判定部と
を有している、
温度検出装置。
【請求項２】
前記送信部は、
前記送信電波として、前記被測定物の温度が予め設定された閾値温度未満の時の前記共振回路の共振周波数の値に相当する第一の搬送波周波数を有する第一の送信電波と、前記被測定物の温度が前記閾値温度より高い時の前記共振回路の共振周波数の値に相当する第二の搬送波周波数を有する第二の送信電波とを生成する局部発振器
を有し、
前記受信部は、
前記応答電波を前記第一の搬送波周波数および前記第二の搬送波周波数ごとに分離して、分離した前記応答電波を第一の応答電波および第二の応答電波としてそれぞれ出力する周波数分離器と、
前記周波数分離器から出力された前記第一の応答電波の振幅を算出する第一の振幅算出部と、
前記周波数分離器から出力された前記第二の応答電波の振幅を算出する第二の振幅算出部と
を有し、
前記判定部は、
前記第一の振幅算出部で算出された前記第一の応答電波の振幅が、前記第二の振幅算出部で算出された前記第二の応答電波の振幅よりも大きい場合に、前記被測定物の温度が前記閾値温度未満で正常であると判定し、
前記第一の振幅算出部で算出された前記第一の応答電波の振幅が、前記第二の振幅算出部で算出された前記第二の応答電波の振幅よりも小さい場合に、前記被測定物の温度が前記閾値温度以上で異常であると判定し、
前記第一の振幅算出部で算出された前記第一の応答電波の振幅と、前記第二の振幅算出部で算出された前記第二の応答電波の振幅との差が第１の閾値未満の場合に、前記被測定物の温度が前記閾値温度であると判定する、
請求項１に記載の温度検出装置。
【請求項３】
前記送信部は、
前記被測定物の温度が、ある特定の温度の時の前記共振回路の共振周波数の値に相当する搬送波周波数を有する前記送信電波を生成する局部発振器
を有し、
前記受信部は、
前記送信部の前記局部発振器から入力される前記送信電波と、前記温度検知部から前記第二アンテナによって受信された前記応答電波とに基づいて、前記応答電波の直交位相振幅を算出する直交位相振幅算出部
を有し、
前記検出処理部は、
前記直交位相振幅算出部によって算出された前記応答電波の前記直交位相振幅と比較するための第２の閾値を記憶する記憶部
を有し、
前記判定部は、
前記直交位相振幅算出部によって算出された前記応答電波の前記直交位相振幅が、前記記憶部に記憶された前記第２の閾値未満の場合に、前記被測定物の温度が、前記ある特定の温度未満であると判定し、
前記直交位相振幅算出部によって算出された前記応答電波の前記直交位相振幅が、前記第２の閾値以上の場合に、前記被測定物の温度が、前記ある特定の温度以上であると判定する、
請求項１に記載の温度検出装置。
【請求項４】
前記送信部は、
前記被測定物の温度が、ある特定の温度の時の前記共振回路の共振周波数の値に相当する搬送波周波数を有する前記送信電波を生成する局部発振器
を有し、
前記受信部は、
前記送信部の前記局部発振器から入力される前記送信電波と、前記温度検知部から前記第二アンテナによって受信された前記応答電波とに基づいて、前記応答電波の位相を算出する位相算出部
を有し、
前記検出処理部は、
前記位相算出部によって算出された前記応答電波の前記位相と比較するための第３の閾値を記憶する記憶部
を有し、
前記判定部は、
前記位相算出部によって算出された前記応答電波の前記位相が、前記記憶部に記憶された前記第３の閾値未満の場合に、前記被測定物の温度が、前記ある特定の温度未満であると判定し、
前記位相算出部によって算出された前記応答電波の前記位相が、前記第３の閾値以上の場合に、前記被測定物の温度が、前記ある特定の温度以上であると判定する、
請求項１に記載の温度検出装置。
【請求項５】
前記送信部から前記受信部への漏洩電波によるオフセット誤差の値が予め既知の場合、
前記検出処理部は、
前記送信部の前記局部発振器と前記受信部との間に設けられ、前記オフセット誤差に基づいて、前記送信部の前記局部発振器から前記受信部に入力される前記送信電波の減衰量と位相とを調整するオフセット補正部
を有する、
請求項３または４に記載の温度検出装置。
【請求項６】
送信電波を送信する第１の送信ステップと、
前記送信電波を受信して、前記送信電波により、被測定物の温度に依存して共振特性が変化する共振回路を励振する励振ステップと、
前記励振により前記共振回路が前記送信電波に対する応答電波を生成して、前記応答電波を送信する第２の送信ステップと、
前記応答電波を受信する受信ステップと、
受信した前記応答電波の振幅、位相、および、直交位相振幅の少なくともいずれか１つを算出して算出結果として出力する算出ステップと、
前記算出結果に基づいて前記被測定物の温度が正常か異常かを判定する判定ステップと
を備え、
前記第１の送信ステップにおける前記送信電波の送信と、前記受信ステップにおける前記応答電波の受信とが並行して行われる、
温度検出方法。
【請求項７】
前記算出ステップは、
前記応答電波の前記直交位相振幅を算出し、
前記送信電波の送信開始時から送信終了時までの前記応答電波の前記直交位相振幅の軌跡をＩＱ平面上で求め、
前記軌跡の始点とＩ軸の原点との差に基づいて前記応答電波の前記直交位相振幅のオフセット誤差補正値を求め、
前記オフセット誤差補正値に基づいて前記応答電波の前記直交位相振幅のオフセット誤差を補正して、補正後の前記応答電波の前記直交位相振幅を前記算出結果として出力する、
請求項６に記載の温度検出方法。
【請求項８】
前記算出ステップは、
前記応答電波の前記位相と前記直交位相振幅とを算出し、
前記送信電波の送信開始時から送信終了時までの前記応答電波の前記直交位相振幅の軌跡をＩＱ平面上で求め、
前記軌跡の向きとＩ軸の正方向との間の角度を求め、
前記角度に基づいて前記ＩＱ平面の座標系を回転させて、前記軌跡の向きと前記Ｉ軸の正方向とを一致させることで、前記応答電波の前記位相を補正して、補正後の前記位相を前記算出結果として出力する、
請求項６に記載の温度検出方法。
【請求項９】
前記算出ステップは、
前記応答電波の前記直交位相振幅を算出し、
前記送信電波の送信開始時から送信終了時までの前記応答電波の前記直交位相振幅の軌跡をＩＱ平面上で求め、
前記軌跡のうち、第１時刻から第２時刻までの前記軌跡を示す移動ベクトルｖ１と、第２時刻から一定時間経過した後の第３時刻から第４時刻までの前記軌跡を示す移動ベクトルｖ２との外積を求め、
前記外積に基づいて、前記応答電波の直交位相振幅を求め、前記算出結果として出力する、
請求項６に記載の温度検出方法。
【請求項１０】
前記算出ステップは、
前記応答電波の前記直交位相振幅を算出し、
前記送信電波の送信開始時から送信終了時までの前記応答電波の前記直交位相振幅の軌跡をＩＱ平面上で求め、
前記軌跡のうち、第１時刻から第２時刻までの前記軌跡を示す移動ベクトルｖ１と、第２時刻から一定時間経過した後の第３時刻から第４時刻までの前記軌跡を示す移動ベクトルｖ２との成す角度を求め、
前記角度に基づいて、前記応答電波の位相を求め、前記算出結果として出力する、
請求項６に記載の温度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度検出装置および温度検出方法に関し、特に、共振特性が温度によって変化する共振回路を用いて、アンテナにより電波を送受信し、遠隔から、被測定物の温度と予め決定してある温度とを比較するための温度検出装置および温度検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、可動部を有する機器において、当該可動部の温度を非接触で検出することは困難な場合が多い。【０００３】
特許文献１においては、温度測定用の水晶振動子を用いて、非接触で被測定物の温度を検出することが提案されている。特許文献１の従来装置においては、温度変化に伴って発振周波数が大きく変化する第１の水晶振動子と、温度変化に対して発振周波数があまり変化しない基準となる第２の水晶振動子とが、互いに接近して配置されている。第１の水晶振動子は、被測定物の温度を検出する水晶温度センサとして機能する。第１の水晶振動子を有する第１の発振回路からは、被測定物の温度に応じた周波数信号が出力される。当該周波数信号は、第１の分周回路に送られ、予め設定された分周比で分周される。一方、基準となる第２の水晶振動子を有する第２の発振回路からは、基準となる基準周波数信号が出力される。基準周波数信号は、第２の分周回路に送られ、予め設定された分周比で分周される。２つの分周回路から出力される分周信号は、周期時間差信号発生部に送られる。周期時間差信号発生部は、２つの分周信号の周期時間差を示す周期時間差信号を生成する。この周期時間差信号は、２つの水晶振動子の温度変化に対応した周波数変化の差に関する情報を有している。そのため、特許文献１では、この周期時間差信号を用いて、被測定物の温度を測定している。【０００４】
また、特許文献２では、検温素子が取り付けられた基板の温度を測定することが提案されている。検温素子は、水晶振動子を備えている。発信器から、基板に向けて、水晶振動子の固有振動数に相当する周波数の送信波を送信する。これにより、水晶振動子が送信波の周波数で共振する。特許文献２では、発信器による送信と受信器による受信とを交互に行う構成であるため、発信器と受信器とが切替器を介して接続されている。水晶振動子が共振した後、発信器からの送信波の発信を停止して、切替器により、受信器による受信動作に切り替える。このとき、水晶振動子は、送信波の停止の後、基板の温度に応じた周波数で減衰振動する。この減衰振動に起因した電気信号がコイルを介して電磁波として放出される。受信器は、この電磁波を受信して、受信した電磁波の周波数に基づいて、基板の温度を測定する。【０００５】
また、特許文献３では、被測定物に取り付けられたセンサユニットを用いて、被測定物の温度を測定する無線温度測定システムが提案されている。センサユニットは、温度によって発振周波数が変化する圧電共振子を有している。また、センサユニットに対して、アンテナが設置されている。センサユニットとアンテナとは、回路網を形成している。温度計測装置は、当該回路網に対して、周波数を変化させた高周波電力を供給し、回路網の反射電力強度の周波数特性から、共振周波数を測定する。温度計測装置は、測定した共振周波数を温度に換算することで、被測定物の温度を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５０３７７５５号公報
【特許文献２】特許第３８３３１６２号公報
【特許文献３】国際公開第２０１１／０８１１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の従来装置においては、分周周期の周期時間差信号を用いて、被測定物の温度を検出している。そのため、第１の発振回路の発振周波数を分周した第１の分周周期と、第２の発振回路の発振周波数を分周した第２の分周周期とが重なった時刻から、１回目の分周周期の周期時間差信号が生じる時刻まで待つ必要があり、温度検出までの時間がかかるという課題があった。【０００８】
また、特許文献２に記載の従来の方法においては、発信器からの送信波の送信を停止した後に、受信器が検温素子からの電磁波を受信する。従って、発信器と受信器とを切り替えて別々に使用するため、送信にかかる時間と受信にかかる時間とが必要となる。そのため、結果的に、送受信にかかる時間が全体として長くなってしまうという課題があった。【０００９】
また、特許文献３に記載の従来装置においては、センサユニットとアンテナとから構成された回路網に対して、供給する高周波電力の周波数を変化させることで、被測定物の温度を測定している。高周波電力の周波数を変化させる作業は、大がかりな装置で行うため、作業時間がかかり、また、周波数掃引のデータ処理に時間がかかるという課題があった。【００１０】
このように、特許文献１〜３のいずれにおいても、温度の検出処理に時間がかかるため、所望のタイミングで被測定物の温度を測定することが困難であった。【００１１】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、温度の検出処理にかかる時間の短縮化を図り、所望のタイミングで、被測定物の温度と予め決定してある温度とを比較することが可能な、温度検出装置および温度検出方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、被測定物の温度の検出時に、送信電波を送信しながら、前記送信電波に対応する応答電波を受信して、前記応答電波に基づいて、前記被測定物の温度が正常か異常かを検出する検出処理部と、前記送信電波を受信して、前記送信電波に対する前記応答電波を送信する温度検知部とを備え、前記温度検知部は、前記被測定物の温度に依存して変化する共振特性を有し、前記検出処理部からの前記送信電波によって励振されて前記送信電波に対する前記応答電波を、前記共振特性が反映された応答電波として生成する共振回路と、前記共振回路で生成された前記応答電波を前記検出処理部に対して送信する第一アンテナとを有し、前記検出処理部は、前記温度検知部に対して前記送信電波を送信するとともに、前記温度検知部からの前記応答電波を受信する、第二アンテナと、前記第二アンテナから送信される前記送信電波を生成する送信部と、前記第二アンテナにより受信された前記応答電波の振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくともいずれか１つを算出して算出結果として出力する受信部と、前記受信部の前記算出結果に基づいて前記被測定物の温度を予め決定してある温度と比較する判定部とを有している、温度検出装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る温度検出装置によれば、被測定物の温度に依存して変化する共振特性を有する共振回路を用いて、共振回路に対して送信電波を送信しながら、温度検知部から送信電波に対応する応答電波を受信して、前記応答電波の振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくともいずれか１つに基づいて前記被測定物の温度を予め決定してある温度と比較するようにしたので、送信と受信とを並行して行うことで、温度の検出処理にかかる時間の短縮化を図り、所望のタイミングで、被測定物の温度と予め決定してある温度とを比較することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る温度検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る温度検出装置における検出処理部の送信部と受信部との構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る温度検出装置における送信電波の搬送波周波数の設定方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る温度検出装置における検出処理部の送信部と受信部との構成を示すブロック図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態３に係る温度検出装置における送信電波の搬送波周波数の設定方法を説明するための模式図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態３に係る温度検出装置における送信電波の搬送波周波数の設定方法を説明するための模式図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る温度検出装置における検出処理部の送信部と受信部との構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る温度検出装置における送信電波の搬送波周波数の設定方法を説明するための模式図である。
【図８Ａ】本発明の実施の形態５に係る温度検出方法における応答電波のオフセット誤差を補正する補正方法を説明するための模式図である。
【図８Ｂ】本発明の実施の形態５に係る温度検出方法における応答電波のオフセット誤差を補正する補正方法を説明するための模式図である。
【図８Ｃ】本発明の実施の形態５に係る温度検出方法における応答電波のオフセット誤差を補正する補正方法を説明するための模式図である。
【図９】本発明の実施の形態６に係る温度検出方法における応答電波のオフセット誤差を補正する補正方法を説明するためのブロック図である。
【図１０Ａ】本発明の実施の形態７に係る温度検出方法における応答電波の位相を補正する補正方法を説明するための模式図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施の形態７に係る温度検出方法における応答電波の位相を補正する補正方法を説明するための模式図である。
【図１１Ａ】本発明の実施の形態８に係る温度検出方法を説明するための模式図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施の形態８に係る温度検出方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る温度検出装置および温度検出方法の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一または相当する構成については、同一の符号を付して示している。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る温度検出装置の構成を示すブロック図である。
【００１７】
本実施の形態１に係る温度検出装置は、温度検知部１０と検出処理部２０とを備えて構成されている。
【００１８】
温度検知部１０は、第一共振回路１と第一アンテナ２とを備えて構成されている。
【００１９】
第一アンテナ２は、検出処理部２０から送信されてくる送信電波を受信するとともに、検出処理部２０に対して応答電波を送信する。
【００２０】
第一共振回路１は、第一アンテナ２が受信した検出処理部２０からの送信電波によって励振され、当該送信電波に対する応答電波を生成する。第一共振回路１は、温度に依存して共振特性が変化する。従って、第一共振回路１は、被測定物の温度に応じて、その電気的な振動状態が変化する。そのため、第一アンテナ２から送信される応答電波は、第一共振回路１の電気的な振動状態の変化の影響を受けて、振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくとも１つが変化する。このように、第一アンテナ２から送信される応答電波は、被測定物の温度に応じて、その特性、すなわち、振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくとも１つが変化するという特性を有している。
【００２１】
検出処理部２０は、第二アンテナ３、送信部５、受信部６、および、判定部７を備えて構成されている。また、判定部７において、閾値を用いる場合には、記憶部８に、予め当該閾値を記憶しておく。記憶部８は、必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて設けるようにしてもよい。
【００２２】
第二アンテナ３は、温度検知部１０に対して送信電波を送信するとともに、温度検知部１０から送信されてくる応答電波を受信する。
【００２３】
送信部５は、ある特定の搬送波周波数を有する送信電波を生成して、当該送信電波を第二アンテナ３を介して温度検知部１０の第一アンテナ２に向けて送信する。
【００２４】
受信部６は、第二アンテナ３が受信した応答電波の振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくとも１つを算出して、判定部７に送信する。なお、受信部６は、応答電波の振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの１つのみを算出するようにしてもよい。これらのうちの１つのみを算出する方法については、後述する実施の形態２〜８で説明する。
【００２５】
判定部７は、受信部６から出力された応答電波の振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくとも１つに基づいて、被測定物の温度が正常か異常かを検出する。検出方法としては、例えば、受信部６から出力された応答電波の振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくとも１つを、記憶部８に予め記憶されている閾値とそれぞれ比較する。当該比較により、被測定物の温度が予め設定された閾値温度を超えているか否かを検出することができる。被測定物の温度が閾値温度未満の場合には正常と判定し、被測定物の温度が閾値温度を超えていた場合には異常と判定する。被測定物の温度が正常か異常かを検出する検出方法については、これに限定されない。他の検出方法については、後述する実施の形態２〜８で説明する。また、判定部７は、上記比較処理を行って、比較結果を外部に出力するようにしてもよいし、あるいは、比較処理の結果に基づいて、被測定物の温度が正常か異常かを検出して、当該検出結果を外部に出力するようにしてもよい。さらに、被測定部の温度は必ずしも閾値温度と比較する必要はなく、予め決定してある任意の温度と比較するようにしてもよい。
【００２６】
次に、本実施の形態１に係る温度検出装置の動作について説明する。
【００２７】
検出処理部２０において、送信部５が、特定の搬送波周波数を有する送信電波を生成して第二アンテナ３を介して温度検知部１０の第一アンテナ２に向けて送信する。一方、受信部６は、温度検知部１０から、送信した送信電波に対する応答電波を受信する。本実施の形態１においては、検出処理部２０において、送信電波の送信と応答電波の受信とが、並行して同時に行われる。
【００２８】
なお、図１においては、第二アンテナ３として送受信アンテナを使用している。しかしながら、その場合に限らず、第二アンテナ３として、送信アンテナと受信アンテナとを別個に設けるようにしてもよい。また、送受信アンテナで構成された第二アンテナ３を用いる場合には、例えばサーキュレータを用いることで、受信した応答電波を取り出すことができる。従って、後述する図２に示すように、必要に応じて、第二アンテナ３と送信部５及び受信部６との間にサーキュレータ４を設けるようにすればよい。
【００２９】
上述したように、温度検知部１０に設けられた第一共振回路１の共振特性は、温度に依存して変化する。そのため、第一共振回路１から第一アンテナ２を介して検出処理部２０に向けて放出される応答電波は、被測定物の温度に応じて、その特性、すなわち、振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくとも１つが変化する。
【００３０】
検出処理部２０では、受信部６によって、第二アンテナ３によって受信した応答電波の振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくとも１つが算出される。受信部６は、算出した応答電波の振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくとも１つを、判定部７に対して出力する。判定部７は、それらの値を、記憶部８に予め記憶されている閾値とそれぞれ比較する。当該比較により、被測定物の温度が正常か異常かの判定を行う、あるいは、被測定物の温度が、予め決定してある温度以上か否かを判定することができる。
【００３１】
以上のように、本実施の形態１においては、検出処理部２０が、特定の搬送波周波数の送信電波を温度検知部１０に送信しながら、応答電波の振幅、位相、および、直交位相振幅のうちの少なくとも１つを算出し、当該算出結果に基づいて被測定物の温度と閾値温度との比較を行っている。このように、本実施の形態１では、送信電波を送信しながら、被測定物の温度を検出するため、送信と受信とを同時に並行して行うことができる。そのため、送信と受信とを切り替えて別々に行っていた上記の特許文献２に記載の従来装置に比べて、電波の送受信にかかる時間を最大１／２に大幅に短縮することができる。それにより、本実施の形態１においては、被測定物が例えば高速に回転するモータなどで被測定物の状態が刻々と変化する場合においても、所望のタイミングで被測定物の温度が閾値温度以上か否かを検出することができる。
【００３２】
また、本実施の形態１においては、検出処理部２０から送信される送信電波の搬送波周波数として、１種類の周波数のみを用いており、上記の特許文献３に記載のように温度検出中に周波数を変化させる必要がないため、検出処理部２０の構成を簡単にすることができ、また、周波数掃引などの作業も不要である。
【００３３】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る温度検出装置における検出処理部２０の構成の一部を示すブロック図である。本実施の形態２に係る温度検出装置の全体の構成は、基本的に、図１に示す構成と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。本実施の形態２においては、検出処理部２０の受信部６Ａが応答電波の振幅のみを算出する。
【００３４】
図２においては、検出処理部２０の構成のうち、第二アンテナ３、送信部５Ａ、受信部６Ａの構成のみを記載している。送信部５Ａおよび受信部６Ａは、図１の送信部５および受信部６の代わりに設けられたもので、送信部５および受信部６とは動作が異なる。
【００３５】
図２に示すように、本実施の形態２においては、送信部５Ａが、制御部５０、第一の局部発振器５１、第二の局部発振器５２、および、増幅器５３を備えて構成されている。
【００３６】
以下、送信部５Ａの各構成について説明する。
【００３７】
制御部５０は、第一および第二の局部発振器５１，５２の動作を制御する。制御部５０は、第一の局部発振器５１および第二の局部発振器５２が生成する送信電波の搬送波周波数ｆ１，ｆ２の設定を行う。搬送波周波数ｆ１，ｆ２の値の決定方法については、図３を用いて後述する。
【００３８】
第一の局部発振器５１は、第一の搬送波周波数ｆ１を有する第一の送信電波を生成する。
【００３９】
第二の局部発振器５２は、第二の搬送波周波数ｆ２を有する第二の送信電波を生成する。
【００４０】
増幅器５３には、第一の局部発振器５１で生成された第一の送信電波と第二の局部発振器５２で生成された第二の送信電波とが合波されて入力される。図２では、合波するための構成が図示されていないが、実際には、増幅器５３等の機器を増幅器５３の前段に必要に応じて設置する。増幅器５３は、合波された第一および第二の送信電波を増幅して出力する。
【００４１】
第二アンテナ３は、増幅器５３によって増幅された送信電波を、温度検知部１０の第一アンテナ２に向けて送信する。
【００４２】
図２に示すように、受信部６Ａは、増幅器６０、周波数分離器６１、第一の振幅算出部６２、および、第二の振幅算出部６３を備えて構成されている。
【００４３】
以下、受信部６Ａの各構成について説明する。
【００４４】
増幅器６０は、温度検知部１０から第二アンテナ３を介して受信された応答電波を増幅する。
【００４５】
なお、送信電波の送信と応答電波の受信とを、共通の第二アンテナ３を用いて行う場合、例えばサーキュレータ４を用いることで、応答電波を取り出すことができる。従って、第二アンテナ３と、送信部５Ａ及び受信部６Ａとの間には、図２に示すように、サーキュレータ４が接続されている。
【００４６】
周波数分離器６１は、増幅器６０で増幅された応答電波を、周波数ごとに分離する。具体的には、周波数分離器６１は、応答電波を、第一の搬送波周波数ｆ１を有する第二の応答電波と第二の搬送波周波数ｆ２を有する第二の応答電波とに分離する。第一の応答電波は、第一の振幅算出部６２に入力され、第二の応答電波は、第二の振幅算出部６３に入力される。
【００４７】
第一の振幅算出部６２は、第一の応答電波の振幅を算出する。
【００４８】
第二の振幅算出部６３は、第二の応答電波の振幅を算出する。
【００４９】
第一および第二の振幅算出部６２，６３で算出された２つの振幅は、判定部７に入力されて、互いに比較される。
【００５０】
次に、本実施の形態２に係る温度検出装置の動作について説明する。
【００５１】
まず、検出処理部２０の送信部５Ａにおいて、第一および第二の局部発振器５１，５２が、第一および第二の搬送波周波数ｆ１，ｆ２を有する送信電波をそれぞれ生成する。それらの送信電波は合波されて、増幅器５３で増幅され、温度検知部１０に向けて送信される。
【００５２】
温度検知部１０は、第一アンテナ２を介して、送信電波を受信する。第一共振回路１は、当該送信電波により駆動され、応答電波を出力する。応答電波は、第一アンテナ２を介して、検出処理部２０の第二アンテナ３に向けて送信される。
【００５３】
検出処理部２０では、第二アンテナ３により応答電波を受信する。受信された応答電波は、サーキュレータ４を介して、受信部６Ａに入力される。
【００５４】
受信部６Ａでは、増幅器６０が応答電波を増幅し、周波数分離器６１が、増幅された応答電波を搬送波周波数ｆ１，ｆ２ごとに分離する。
【００５５】
周波数分離器６１で分離された第一および第二の応答電波は、それぞれ、第一および第二の振幅算出部６２，６３に入力される。第一および第二の振幅算出部６２，６３は、第一および第二の応答電波の振幅を算出する。算出された２つの振幅は、判定部７に入力される。判定部７では、第一の応答電波の振幅と第二の応答電波の振幅との大小関係を比較することで、被測定物の温度が正常か異常かを検知する。当該振幅の大小関係に基づく検知方法については、図３を用いて後述する。
【００５６】
なお、上記の説明においては、送信部５Ａに、２つの局部発振器５１，５２を備え、受信部６Ａに、２つの振幅算出部６２，６３を備えている場合について説明した。しかしながら、その場合に限らず、送信部５Ａに、１つの局部発振器を備え、受信部６Ａに、１つの振幅算出部を備えるようにしてもよい。その場合には、送信部５Ａにおける第一及び第二の周波数ｆ１，ｆ２の生成と送信とを、制御部５０の制御により、時間的に切り替えて行うようにする。
【００５７】
次に、図３を用いて、本実施の形態２に係る温度検出装置における第一および第二の搬送波周波数ｆ１，ｆ２の設定方法、および、応答電波の振幅の大小関係に基づく温度検出方法について説明する。図３は、本実施の形態２に係る温度検出装置におけるこれらの方法を説明するための模式図である。
【００５８】
図３において、横軸は周波数を示し、縦軸は応答電波の受信利得、すなわち、応答電波の振幅を示している。図３は、応答電波の受信利得の周波数依存性を示している。
【００５９】
第一共振回路１は温度に依存して共振特性が変化する。そのため、温度に依存して、例えば共振周波数が変化する。その場合、送信電波に対する応答電波の受信利得は、図３に示すように温度に応じて変化する。図３において、破線３０は、被測定物が正常温度時の受信利得、実線３１は、被測定物が閾値温度時の受信利得、一点鎖線３２は、被測定物が異常温度時の受信利得をそれぞれ示す。
【００６０】
本実施の形態２においては、この応答電波の受信利得の周波数依存性を利用して、被測定物の温度が正常か異常かを判定する。
【００６１】
そのために、本実施の形態２では、２つの搬送波周波数ｆ１，ｆ２における送信電波の振幅を同程度に調整した上で、各搬送波周波数ｆ１，ｆ２における応答電波の振幅を算出する。続いて、それらの振幅を比較することで、第一共振回路１の共振周波数が存在する周波数範囲を特定することができる。このことについて、以下で具体的に説明する。
【００６２】
いま、図３において、第一の搬送波周波数ｆ１を、被測定物の温度が正常時の第一共振回路１の共振周波数に設定し、第二の搬送波周波数ｆ２を、被測定物の温度が異常時の第一共振回路１の共振周波数に設定したとする。このとき、被測定物の温度が正常温度であれば、応答電波の受信利得は、図３の破線３０と同一、または、破線３０に類似した結果となる。一方、被測定物の温度が異常温度であれば、応答電波の受信利得は、図３の一点鎖線３２と同一、または、一点鎖線３２に類似した結果となる。なお、ここで、被測定物の温度が正常とは、被測定物の温度が閾値温度未満の場合を意味し、被測定物の温度が異常とは、被測定物の温度が閾値温度以上の場合を意味する。
【００６３】
そこで、各搬送波周波数ｆ１，ｆ２における送信電波の振幅を同程度に調整した上で、第一および第二の振幅算出部６２，６３で、第一および第二の応答電波の振幅を算出する。もし、このとき、被測定物の温度が正常値であれば、応答電波の振幅は、破線３０と同一の結果となる。従って、その場合には、搬送波周波数ｆ１の第一の応答電波の振幅は値３０ａとなり、搬送波周波数ｆ２の送信電波に対する第二の応答電波の振幅は値３０ｂとなる。この場合、値３０ａの方が、値３０ｂより大きい。従って、値３０ａと値３０ｂとを比較して、値３０ａの方が大きい場合に、被測定物の温度は正常であると判定することができる。そのため、判定部７は、第一の振幅算出部６２で算出された振幅と、第二の振幅算出部６３で算出された振幅とを比較して、第一の振幅算出部６２で算出された振幅が、第二の振幅算出部６３で算出された振幅よりも大きい場合に、被測定物の温度は正常であると判定する。
【００６４】
一方、応答電波の振幅が、一点鎖線３２と同一の結果であった場合、搬送波周波数ｆ１における応答電波の振幅は値３２ａとなり、搬送波周波数ｆ２における応答電波の振幅は値３２ｂとなる。この場合、値３２ａの方が、値３２ｂより小さい。従って、値３２ａと値３２ｂとを比較して、値３２ａの方が小さい場合に、被測定物の温度は異常であると判定することができる。そのため、判定部７は、第一の振幅算出部６２で算出された振幅と、第二の振幅算出部６３で算出された振幅とを比較して、第一の振幅算出部６２で算出された振幅が、第二の振幅算出部６３で算出された振幅よりも小さい場合に、被測定物の温度は異常であると判定する。
【００６５】
また、正常温度と異常温度の中間値を閾値温度とする。従って、第一と第二の搬送波周波数ｆ１，ｆ２の中心周波数（（ｆ１＋ｆ２）／２）が、第一共振回路１の共振周波数になるように、第一および第二の周波数ｆ１，ｆ２を設定する。なお、閾値温度とは、被測定物の温度が閾値温度を超えていた場合に異常と判定し、被測定物の温度が閾値温度未満の場合に正常と判定するための温度である。閾値温度は、被測定物の限界温度、定格温度および耐熱性などから、適宜、予め決定される。
【００６６】
もし、このとき、被測定物の温度が閾値温度であったとすると、応答電波の受信利得は、実線３１と同一、または、実線３１に類似した結果となる。そのため、周波数ｆ１における応答電波の振幅は値３１ａとなり、周波数ｆ２における応答電波の振幅は値３１ｂとなる。この場合、値３１ａと値３２ｂとは同じ値となる。従って、値３１ａと値３１ｂとを比較して、それらの値が同じ、または、それらの値の差が予め設定された閾値より小さい場合に、被測定物の温度は閾値温度であると判定することができる。そのため、判定部７は、第一の振幅算出部６２で算出された振幅と、第二の振幅算出部６３で算出された振幅とを比較して、第一の振幅算出部６２で算出された振幅と、第二の振幅算出部６３で算出された振幅とが同じ、または、それらの振幅の差の絶対値が閾値未満の場合に、被測定物の温度は閾値温度であると判定する。
【００６７】
このように、本実施の形態２においては、第一の搬送波周波数ｆ１を、正常温度時の第一共振回路１の共振周波数とすることで、周波数ｆ１における応答電波の振幅から、被測定物の温度が正常であることを簡単に判定することができる。
【００６８】
また、本実施の形態２において、第二の搬送波周波数ｆ２を、異常温度時の第一共振回路１の共振周波数とすることで、周波数ｆ２における応答電波の振幅から、被測定物の温度が異常であることを簡単に判定できる。
【００６９】
また、第一と第二の周波数ｆ１，ｆ２の中心周波数（（ｆ１＋ｆ２）／２）を、閾値温度時の第一共振回路１の共振周波数とすることで、被測定物の温度が閾値温度以上か否かを判定することができる。具体的には、図３に示すように、周波数ｆ１の受信利得の値より、周波数ｆ２における受信利得の値が小さい場合、すなわち、破線３０の場合は、被測定物の温度が閾値温度より低いと判定することができる。一方、周波数ｆ１の受信利得の値より、周波数ｆ２における受信利得の値が大きい場合、すなわち、一点鎖線３２の場合は、被測定物の温度が閾値温度より高いと判定することができる。また、周波数ｆ１の受信利得の値と周波数ｆ２における受信利得の値とが等しい場合、すなわち、実線３１の場合は、被測定物の温度が閾値温度に等しいと判定することができる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、送信電波を送信しながら、被測定物の温度を検出するため、温度検出の時間が短縮できるという実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００７１】
また、本実施の形態２においては、送信電波の搬送波周波数として、２つの周波数ｆ１，ｆ２を用いて、各周波数ｆ１、ｆ２ごとに、応答電波の振幅を算出し、それらの振幅の比較結果に基づいて、被測定物の温度が閾値温度以上か否かを判定している。このように、２つの搬送波周波数における振幅を比較した比較結果に基づいて、被測定物の温度を検出しているため、送信電波の強度が変動しても、その影響を受けないという効果が得られる。
【００７２】
なお、正常時、異常時、および、閾値温度時の第一共振回路１の共振周波数については、実験などにより、事前に、測定しておき、当該測定値を用いる。
【００７３】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る温度検出装置における検出処理部２０の構成の一部を示すブロック図である。本実施の形態３に係る温度検出装置の全体の構成は、基本的に、図１に示す構成と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。本実施の形態３においては、検出処理部２０の受信部６Ｂが応答電波の直交位相振幅のみを算出する。
【００７４】
図４においては、検出処理部２０の構成のうち、第二アンテナ３、送信部５Ｂ、受信部６Ｂの構成のみを記載している。送信部５Ｂおよび受信部６Ｂは、図１の送信部５および受信部６の代わりに設けられたもので、送信部５および受信部６とは動作が異なる。
【００７５】
図４に示すように、本実施の形態３においては、送信部５Ｂが、制御部５０Ｂ、局部発振器５４、および、増幅器５３を備えて構成されている。上記の実施の形態２では、図２に示すように、局部発振器が２つ設けられていたが、本実施の形態３では、局部発振器は１つのみ設けられている。
【００７６】
以下、送信部５Ｂの各構成について説明する。
【００７７】
制御部５０Ｂは、局部発振器５４の動作を制御する。制御部５０Ｂは、局部発振器５４が生成する送信電波の搬送波周波数ｆの設定を行う。
【００７８】
局部発振器５４は、制御部５０Ｂによって現時点で設定されている搬送波周波数ｆを有する送信電波を生成する。搬送波周波数ｆの値の決定方法については、図５Ａおよび図５Ｂを用いて後述する。
【００７９】
増幅器５３には、局部発振器５４で生成された送信電波が入力される。増幅器５３は、送信電波を増幅して出力する。
【００８０】
第二アンテナ３は、増幅器５３によって増幅された送信電波を、温度検知部１０の第一アンテナ２に向けて送信する。
【００８１】
また、図４に示すように、受信部６Ｂが、増幅器６０、および、直交位相振幅算出部６４を備えて構成されている。
【００８２】
以下、受信部６Ｂの各構成について説明する。
【００８３】
増幅器６０は、温度検知部１０から第二アンテナ３を介して受信した応答電波を増幅する。
【００８４】
なお、送信電波の送信と応答電波の受信とを、共通の第二アンテナ３を用いて行う場合、例えばサーキュレータ４を用いることで、応答電波を取り出すことができる。従って、第二アンテナ３と、送信部５Ｂ及び受信部６Ｂとの間には、図４に示すように、サーキュレータ４が接続されている。
【００８５】
直交位相振幅算出部６４は、図４に示すように、ミキサ６５とローパスフィルタ６６とを備えて構成される。ミキサ６５は、高周波を低周波に変換する周波数変換器として機能する。直交位相振幅算出部６４は、応答電波の直交位相振幅を算出する。算出方法としては、まず、ミキサ６５で、増幅器６０で増幅された応答電波と送信部５Ｂの局部発振器５４で生成された送信電波とを乗算することでミックスして、送信電波と応答電波との間の周波数の差分を示す差周波数信号を生成する。差周波数信号の周波数は、低周波数であるため、回路内で扱いやすい。次に、生成された差周波数信号をローパスフィルタ６６に入力して通過させることで、差周波数信号を抽出する。この差周波数信号は、応答電波の直交位相成分の振幅、いわゆる、Ｑ成分となる。以下では、この差周波数信号を、応答電波の直交位相振幅と呼ぶ。直交位相振幅は、振幅と位相の両方の情報を持つ複素振幅と等価である。
【００８６】
直交位相振幅算出部６４で算出された応答電波の直交位相振幅は、判定部７に入力される。判定部７では、直交位相振幅と予め記憶部８に記憶されている閾値とを比較することで、被測定物の温度が閾値温度を超えているか否かを判定し、被測定物の温度が正常か異常かを検出する。
【００８７】
このように、本実施の形態３では、算出した直交位相振幅と閾値とを比較することで、被測定物の温度が閾値温度を超えているか否かを判定し、温度異常を検知する。
【００８８】
なお、上記の説明においては、直交位相振幅算出部６４の直交位相振幅の算出方法として、ミキサ６５とローパスフィルタ６６とを用いた直交位相振幅方式を行うと説明したが、この場合に限定されない。直交位相振幅算出部６４における直交位相振幅の算出方法は、他にも、直交検波、アンダーサンプリング、中間周波数を用いたヘテロダイン検波などの方法があり、これらのいずれの方法を用いるようにしてもよい。
【００８９】
次に、図５Ａおよび図５Ｂを用いて、本実施の形態３に係る温度検出装置における送信電波の搬送波周波数ｆの設定方法、及び、直交位相振幅に基づく温度検出方法について説明する。図５Ａは、本実施の形態３に係る温度検出装置における搬送波周波数ｆの設定方法、および、直交位相振幅に基づく温度検出方法を説明するための模式図である。また、図５Ｂは、直交位相振幅と温度との対応関係を説明するための説明図である。
【００９０】
図５Ａおよび図５Ｂにおいて、横軸は温度を示している。縦軸は、応答電波の直交位相振幅、すなわち、Ｑ成分を示している。図５Ａおよび図５Ｂは、応答電波の直交位相振幅の温度依存性を示している。
【００９１】
温度検知部１０における第一共振回路１は、温度に依存して共振特性が変化する。そのため、例えば共振周波数が変化する場合、送信電波に対する応答電波の直交位相振幅は、図５Ａに示すように、被測定物の温度に応じて変化する。図５Ａにおいて、破線４０、実線４１、一点鎖線４２は、送信電波の周波数ｆを変化させたときの直交位相振幅の温度依存性をそれぞれ示す。
【００９２】
なお、本実施の形態３においては、図５Ｂに示すように、直交位相振幅が閾値４５以上の場合に、被測定物の温度が異常と判定し、直交位相振幅が閾値４５未満の場合に、被測定物の温度が正常と判定する。
【００９３】
図５Ｂに示すように、直交位相振幅の変化は、温度の上昇に伴って急激に増加する領域４３と、変化量の少ない領域４４とが存在する。従って、閾値４５が、領域４３に対応して設定されていれば、正常／異常の判定が明確にでき、検出感度を高くすることができる。しかしながら、閾値４５が、領域４３以外の領域に対応させて設定された場合には、直交位相振幅の変化量が少ないため、正常／異常の判定の検出感度が低くなり、場合によっては誤判定する可能性がある。
【００９４】
しかしながら、図５Ａに示すように、直交位相振幅の検出結果は、送信電波の周波数ｆに応じて変化する。被測定物が正常温度時の共振周波数に送信電波の周波数ｆを設定した場合の直交位相振幅は、破線４０で示されるように、温度Ｔ１の前後で、大きく変化する。一方、被測定物が閾値温度時の共振周波数に送信電波の周波数ｆを設定した場合の直交位相振幅は、実線４１で示されるように、閾値温度Ｔｔｈの前後で、大きく変化する。また、被測定物が異常温度時の共振周波数に送信電波の周波数ｆを設定した場合の直交位相振幅は、一点鎖線４２で示されるように、温度Ｔ２の前後で、大きく変化する。従って、被測定物の温度に応じて、直交位相振幅が大きく変化する領域が、ちょうど、閾値４５の前後にあたるように、送信電波の搬送波周波数ｆを変化させることが望ましい。
【００９５】
図５Ａにおいて、送信電波の周波数ｆを、被測定物が正常温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定した場合には、直交位相振幅は、破線４０で示すように変化する。また、送信電波の周波数ｆを、被測定物が閾値温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定した場合には、直交位相振幅は、実線４１で示すように変化する。また、送信電波の周波数ｆを、被測定物が異常温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定した場合には、直交位相振幅は、一点鎖線４２で示すように変化する。
【００９６】
このように、送信電波の搬送波周波数ｆを、閾値温度における第一共振回路１の共振周波数から負の方向または正の方向に離調させることで、図５Ａに示すように、温度依存性が変化する。そのため、図５Ａに示すように、送信電波の搬送波周波数ｆを調整することで、送信電波が第一共振回路１に共振する温度を変更することができる。具体的には、送信電波の搬送波周波数ｆを負の方向に離調させれば、温度Ｔ１で直交位相振幅が大きく変化するようになる。一方、送信電波の周波数ｆを正の方向に離調させれば、温度Ｔ２で直交位相振幅が大きく変化するようになる。
【００９７】
以上のことから、本実施の形態３においては、送信電波の搬送波周波数ｆを、正常温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定することで、正常温度時における温度変化の検出感度を高めることができる。
【００９８】
また、送信電波の搬送波周波数ｆを、異常温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定することで、異常温度時における温度変化の検出感度を高めることができる。
【００９９】
また、送信電波の搬送波周波数ｆを、閾値温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定することで、閾値温度時の温度変化の検出感度を高くできる。さらに、この場合には、被測定物の測定温度が、温度閾値を超えているか否かを簡単に判定することができる。
【０１００】
これらを纏めると、本実施の形態３においては、送信電波の搬送波周波数ｆを、被測定物が、ある特定の温度の時の第一共振回路１の共振周波数に設定した場合、応答電波の直交位相振幅が閾値４５以上の場合に、被測定物の温度が、当該ある特定の温度以上であると判定し、一方、応答電波の直交位相振幅が閾値４５未満の場合に、被測定物の温度が、当該ある特定の温度未満であると判定することができる。従って、被測定物の温度が、ある特定の温度以上か否かを判定したい場合には、当該ある特定の温度の時の第一共振回路１の共振周波数に、送信電波の搬送波周波数を設定すればよい。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、送信電波を送信しながら、被測定物の温度を検出するため、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【０１０２】
また、本実施の形態３においては、直交位相振幅を用いて、被測定物の温度異常を検出するようにしたので、送信電波の搬送波周波数として、１つの周波数のみを用いて温度異常が検出できるという効果が得られる。
【０１０３】
また、送信電波の搬送波周波数の変更だけで、温度変化の検出感度を高めることができるため、ソフトウェアによってキャリブレーション、即ち、較正が可能という効果が得られる。
【０１０４】
なお、正常時、異常時、および、閾値温度時の第一共振回路１の共振周波数については、実験などにより、事前に、測定しておき、当該測定値を用いる。
【０１０５】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係る温度検出装置における検出処理部２０の構成の一部を示すブロック図である。本実施の形態４に係る温度検出装置の全体の構成は、基本的に、図１に示す構成と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。本実施の形態４においては、検出処理部２０の受信部６Ｃが応答電波の位相のみを算出する。
【０１０６】
図６においては、検出処理部２０の構成のうち、第二アンテナ３、送信部５Ｃ、受信部６Ｃの構成のみを記載している。送信部５Ｃおよび受信部６Ｃは、図１の送信部５および受信部６の代わりに設けられたもので、送信部５および受信部６とは動作が異なる。
【０１０７】
図６に示すように、本実施の形態４においては、送信部５Ｃが、制御部５０Ｃ、局部発振器５４、および、増幅器５３を備えて構成されている。
【０１０８】
以下、送信部５Ｃの各構成について説明する。
【０１０９】
制御部５０Ｃは、局部発振器５４の動作を制御する。制御部５０Ｃは、局部発振器５４が生成する送信電波の搬送波周波数ｆの設定を行う。
【０１１０】
局部発振器５４は、制御部５０Ｃの制御によって現時点で設定されている搬送波周波数ｆを有する送信電波を生成する。搬送波周波数ｆの値の決定方法については、図７を用いて後述する。
【０１１１】
増幅器５３には、局部発振器５４で生成された送信電波が入力される。増幅器５３は、送信電波を増幅して出力する。
【０１１２】
第二アンテナ３は、増幅器５３によって増幅された送信電波を、温度検知部１０の第一アンテナ２に向けて送信する。
【０１１３】
また、図６に示すように、受信部６Ｃが、増幅器６０、および、位相算出部６７を備えて構成されている。
【０１１４】
以下、受信部６Ｃの各構成について説明する。
【０１１５】
増幅器６０は、温度検知部１０から第二アンテナ３を介して受信した応答電波を増幅する。
【０１１６】
なお、送信電波の送信と応答電波の受信とを、共通の第二アンテナ３を用いて行う場合、例えばサーキュレータ４を用いることで、応答電波を取り出すことができる。従って、第二アンテナ３と、送信部５Ｂ及び受信部６Ｂとの間には、図４に示すように、サーキュレータ４が接続されている。
【０１１７】
位相算出部６７は、送信電波に対する応答電波の位相を算出する。これは、例えばＰＬＬ回路で用いられる位相比較器を用いて、送信電波と応答電波の位相を比較して、位相比較結果をローパスフィルタに通すことで、位相に応じた電圧値を算出することで実現できる。従って、本実施の形態４においては、位相算出部６７は、図６に示すように、移相器６８と位相比較器６９とローパスフィルタ７０とを備えて構成される。位相の算出方法としては、まず、位相比較器６９に対して、増幅器６０で増幅された応答電波と、局部発振器５４で生成された送信電波とが入力される。当該送信電波は、移相器６８により、応答電波と比較するために、その位相がシフトされている。このように、位相比較器６９における位相の原点は、移相器６８を用いて決定することができる。位相比較器６９は、応答電波の位相と送信電波の位相とを比較して、位相比較結果を出力する。次に、位相比較結果をローパスフィルタ７０に入力して通過させることで、位相に応じた電圧値が得られる。
【０１１８】
位相算出部６７で算出された応答電波の位相は、判定部７に入力される。判定部７では、位相と記憶部８に予め記憶された閾値とを比較することで、被測定物の温度が閾値温度を超えているか否かを判定し、被測定物の温度異常を検知する。
【０１１９】
このように、本実施の形態４では、算出した位相と閾値とを比較することで、被測定物の温度が閾値温度を超えているか否かを判定し、温度異常を検知する。
【０１２０】
次に、図７を用いて、本実施の形態４に係る温度検出装置における送信電波の搬送波周波数ｆの決定方法、および、応答電波の位相に基づく温度検出方法について説明する。図７は、本実施の形態４に係る温度検出装置における周波数ｆの決定方法および温度検出方法を説明するための模式図である。
【０１２１】
図７において、横軸は温度を示し、縦軸は応答電波の位相を示している。図７は、応答電波の位相の温度依存性を示している。
【０１２２】
温度検知部１０における第一共振回路１は、温度に依存して共振特性が変化する。そのため、例えば共振周波数が変化する場合、送信電波に対する応答電波の位相は、図７に示すように温度に応じて変化する。図７において、破線８０、実線８１、一点鎖線８２は、送信電波の周波数ｆを変化させたときの位相の温度依存性をそれぞれ示す。
【０１２３】
なお、本実施の形態４においては、図７に示すように、位相が閾値８５を超えた場合に、被測定物が温度異常と判定し、位相が閾値８５未満の場合に、被測定物の温度が正常と判定する。
【０１２４】
図７に示すように、位相の変化は、温度の上昇に伴って位相が大きく変化する領域と、位相の変化量の少ない領域とが存在する。従って、閾値８５が、位相が大きく変化する領域に対応させて設定されていれば、正常／異常の判定が明確にでき、検出感度を高くすることができる。しかしながら、閾値８５が、その領域以外の領域に対応させて設定された場合には、位相の変化量が少ないため、正常／異常の判定の検出感度が低くなり、場合によっては誤判定する可能性がある。
【０１２５】
図７に示すように、位相は、送信電波の周波数ｆに応じて変化する。被測定物が正常温度時の共振周波数に送信電波の周波数ｆを設定した場合の位相は、破線８０で示されるように、温度Ｔ１の前後で、大きく変化する。一方、被測定物が閾値温度時の共振周波数に送信電波の周波数ｆを設定した場合の位相は、実線８１で示されるように、閾値温度Ｔｔｈの前後で、大きく変化する。また、被測定物が異常温度時の共振周波数に送信電波の周波数ｆを設定した場合の位相は、一点鎖線８２で示されるように、温度Ｔ２の前後で、大きく変化する。従って、被測定物の温度に応じて、位相が大きく変化する領域が、ちょうど、閾値８５の前後にあたるように、送信電波の搬送波周波数ｆを変化させることが望ましい。
【０１２６】
図７において、送信電波の周波数ｆを、被測定物が正常温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定した場合には、位相は、破線８０で示すように変化する。また、送信電波の周波数ｆを、被測定物が閾値温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定した場合には、位相は、実線８１で示すように変化する。また、送信電波の周波数ｆを、被測定物が異常温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定した場合には、位相は、一点鎖線８２で示すように変化する。
【０１２７】
このように、送信電波の搬送波周波数ｆを、閾値温度における第一共振回路１の共振周波数から負の方向または正の方向に離調させることで、図７に示すように、温度依存性が変化する。そのため、送信電波が、第一共振回路１に共振する温度を変更することができる。したがって、図７に示すように、送信電波の搬送波周波数ｆを変更することで、位相が大きく変化する温度を変更することができる。具体的には、送信電波の搬送波周波数ｆを負の方向に離調させれば、温度Ｔ１で位相が大きく変化するようになり、送信電波の搬送波周波数ｆを正の方向に離調させれば、温度Ｔ２で位相が大きく変化するようになる。
【０１２８】
以上のことを纏めると、本実施の形態４においては、送信電波の搬送波周波数ｆを、被測定物が、ある特定の温度の時の第一共振回路１の共振周波数に設定した場合、応答電波の位相が閾値８５以上の場合に、被測定物の温度が、当該ある特定の温度以上であると判定し、一方、応答電波の位相が閾値８５未満の場合に、被測定物の温度が、当該ある特定の温度未満であると判定することができる。従って、被測定物の温度が、ある特定の温度以上か否かを判定したい場合には、当該ある特定の温度の時の第一共振回路１の共振周波数に、送信電波の搬送波周波数を設定すればよい。
【０１２９】
以上のことから、本実施の形態４においては、送信電波の搬送波周波数ｆを、正常温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定することで、正常温度時における温度変化の検出感度を高めることができる。
【０１３０】
また、送信電波の搬送波周波数ｆを、異常温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定することで、異常温度時における温度変化の検出感度を高めることができる。
【０１３１】
また、送信電波の搬送波周波数ｆを、閾値温度時の第一共振回路１の共振周波数に設定することで、閾値温度時の温度変化の検出感度を高くできる。さらに、この場合には、被測定物の測定温度が、温度閾値を超えているか否かを簡単に判定することができる。
【０１３２】
以上のように、本実施の形態４においても、実施の形態１と同様に、送信電波を送信しながら、被測定物の温度を検出するため、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【０１３３】
また、本実施の形態４においては、応答電波の位相を用いて、被測定物の温度異常を検出するようにしたので、送信電波の搬送波周波数として、１つの周波数のみを用いて温度異常が検出できるという効果が得られる。また、送信電波の強度が変動しても、その影響を受けないという効果が得られる。さらに、被測定物の温度上昇に対して、振幅よりも位相の方が短時間で応答するため、送受信時間をさらに短縮して、温度検出処理を、より高速化することができるという効果が得られる。
【０１３４】
なお、正常時、異常時、および、閾値温度時の第一共振回路１の共振周波数については、実験などにより、事前に、測定しておき、当該測定値を用いる。
【０１３５】
実施の形態５．
本実施の形態５では、上記の実施の形態３に係る温度検出装置における応答電波のオフセット誤差を補正する方法について説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、本実施の形態５に係る応答電波のオフセット誤差を補正する方法を説明するための模式図である。図８Ａ〜図８Ｃにおいて、縦軸は、応答電波の直交位相成分の振幅、すなわち、Ｑ成分を示している。横軸は、応答電波の同相成分の振幅、すなわち、Ｉ成分を示している。Ｑ成分とＩ成分とは、９０°の位相差を持った直交波形である。
【０１３６】
図８Ａは、被測定物がある特定の温度のときに、ある特定の周波数ｆを有する送信電波を送信した場合における、応答電波の直交位相振幅の軌跡９０を示している。軌跡９０は、送信電波の送信開始時から送信終了時までの軌跡である。また、図８Ａにおいて、符号９１は、軌跡９０の終点ＰENDを示す。符号９１で示される軌跡９０の終点ＰENDは、被測定物の温度が低温から高温に変化するとき、ＩＱ平面上を移動曲線９２に沿って変化する。
【０１３７】
図８Ｃは、移動曲線９２の一例を示す図である。図８Ｃにおいて、符号９３は、軌跡９０の始点ＰSTARTを示す。また、軌跡９０は、被測定物がある特定の温度、例えば、１６０°Ｃのときの軌跡を示す。また、軌跡９４は、被測定物が当該ある特定の温度より低温のときの軌跡を示し、軌跡９５は、被測定物が当該ある特定の温度より高温のときの軌跡を示す。
【０１３８】
検出処理部２０において、送信部５と受信部６との間の電気的な分離が不十分な場合、送信電波が送信部５から受信部６に向かって漏洩することがある。その場合、図８Ａに示すように、直交位相振幅の算出結果において、オフセット誤差９７が生じる。
【０１３９】
そこで、本実施の形態５においては、送信電波の送信開始から、予め設定された一定時間が経過した後の直交位相振幅に基づいて、オフセット誤差９７を算出し、オフセット誤差９７に基づいて、直交位相振幅を補正する。図８Ｂは、図８Ａの直交位相振幅のオフセット誤差を補正した補正後の直交位相振幅を示している。
【０１４０】
なお、オフセット誤差の算出方法は、例えば、以下の通りである。図８Ｃを用いて説明すると、被測定物の温度が低温から徐々に上昇していき、送信電波の送信開始から予め設定された一定時間後に、被測定物がある特定の温度になったとする。このときの軌跡を、軌跡９０とする。軌跡９０の始点ＰSTARTのＩ成分の値は、「−０．０１」となっている。従って、軌跡９０の始点ＰSTARTが、Ｉ軸の正の方向にシフトされて、「０」になればよいので、算出されるオフセット値は「−０．０１」となり、オフセット誤差９７は、「−０．０１」と「０」との差分の絶対値の「０．０１」となる。
【０１４１】
従って、図８Ａの移動曲線９２を、Ｉ軸の正の方向に向かって、オフセット誤差９７の分だけシフトすれば、図８Ｂの補正結果が得られる。
【０１４２】
以上のように、本実施の形態５においては、上記の実施の形態３と同様の効果が得られる。
【０１４３】
さらに、本実施の形態５においては、送信電波の漏洩などの何らかの理由で、実施の形態３で求める直交位相振幅の値にオフセット誤差が生じても、上述した補正方法で、オフセット誤差を補正できるので、実施の形態３における直交位相振幅の測定精度を向上させることができる。その結果、被測定物の検出温度の測定精度を向上させることができるという効果が得られる。
【０１４４】
また、経時変化、環境変化などの影響で、オフセット誤差９７が変化した場合でも、再度、オフセット誤差９７を算出することで、直交位相振幅の測定精度の低下を防止することができるという効果が得られる。
【０１４５】
また、オフセット誤差９７の測定には、図４に示す受信部６Ｂの構成をそのまま利用できるため、オフセット誤差の補正のために、特別な受信用のハードウェアなどを必要としないという効果も得られる。
【０１４６】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６では、上記の実施の形態１，３，４に係る温度検出装置における応答電波のオフセット誤差を補正する方法について説明する。図９は、本実施の形態６に係る応答電波のオフセット誤差を補正する方法を説明するためのブロック図である。図９においては、送信部５と受信部６との間に、オフセット補正部１０１が設けられている。オフセット補正部１０１は、減衰器と移相器とを備えて構成される。
【０１４７】
なお、以下の説明においては、送信部５および受信部６として説明するが、本実施の形態は、実施の形態３及び実施の形態４における送信部５Ｂ，５Ｃおよび受信部６Ｂ，６Ｃのいずれにも適用可能である。
【０１４８】
上記の実施の形態５で説明したように、送信部５と受信部６との間の電気的な分離が不十分な場合、図９に示す漏洩電波１００のように、送信電波が送信部５から受信部６に向かって漏洩することで、オフセット誤差が生じる。オフセット誤差９７については、図８Ａ〜図８Ｃを参照し、ここでは、その説明は省略する。
【０１４９】
上記の実施の形態５においては、オフセット誤差９７を算出していたが、本実施の形態６においては、オフセット誤差９７の値が、ハードウェア構成に依存して、予め既知の場合について説明する。
【０１５０】
オフセット誤差９７の値がハードウェア構成に依存して予め既知の場合、オフセット補正部１０１において、漏洩電波１００を打ち消すように、送信電波に対して、減衰器で減衰量を調整し、移相器で位相を調整した上で、送信電波を受信部６に入力する。これにより、漏洩電波１００が打ち消される。その結果、オフセット誤差を減少させることができる。
【０１５１】
本実施の形態においては、受信部６において、オフセット補正部１０１を用いて、オフセット誤差の補正をハードウェアにより行うことで、ソフトウェアによるＣＰＵなどの計算負荷なしに、振幅および位相の測定精度を向上し、温度検出の測定精度を向上することができる。
【０１５２】
さらに、本実施の形態６に係るオフセット誤差の補正に加えて、上記の実施の形態２に係るオフセット誤差の補正を行うようにしてもよい。その場合には、ソフトウェアとハードウェアの両方を用いて、オフセット誤差を減らすことができる。その結果、位相、振幅、直交位相振幅などの測定精度をさらに向上させることができ、被測定物の検出温度の測定精度をさらに向上させることができるという効果が得られる。
【０１５３】
実施の形態７．
本発明の実施の形態７では、上記の実施の形態１および実施の形態４に係る温度検出装置における応答電波の位相を補正する方法について説明する。図１０Ａおよび図１０Ｂは、本実施の形態７に係る応答電波の位相を補正する方法を説明するための模式図である。図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて、縦軸は、応答電波の直交位相成分の振幅、すなわち、Ｑ成分を示している。横軸は、応答電波の同相成分の振幅、すなわち、Ｉ成分を示している。Ｑ成分とＩ成分とは、９０°の位相差を持った直交波形である。
【０１５４】
なお、以下の説明においては、送信部５および受信部６として説明するが、本実施の形態は、実施の形態４における送信部５Ｃおよび受信部６Ｃのいずれにも適用可能である。
【０１５５】
図１０Ａに、上記の図８Ａと同様に、被測定物が、ある特定の温度のときに、ある特定の搬送波周波数ｆを有する送信電波を送信した場合における、応答電波の直交位相振幅の軌跡９０を示している。軌跡９０は、送信電波の送信開始時から送信終了時までの軌跡である。また、図１０Ａにおいて、符号９１は、軌跡９０の終点ＰENDを示す。符号９１で示される軌跡９０の終点ＰENDは、被測定物の温度が低温から高温に変化するとき、ＩＱ平面上を移動曲線９２に沿って変化する。
【０１５６】
なお、軌跡９０の向きは、第一共振回路１が共振している時には、図１０Ｂの軌跡９８のように、ＩＱ平面において、Ｉ軸上の正方向となる。
【０１５７】
しかしながら、第一アンテナ２と第二アンテナ３との間の距離などにより、応答電波の伝搬遅延が変化し、搬送波周波数ｆに応じて、ＩＱ平面の座標系が回転してしまうことがある。その結果、図１０Ａのように、第一共振回路１の共振時の直交位相振幅の軌跡９０の向きが、本来あるべき方向、例えば、Ｉ軸上の正方向から、角度αだけずれてしまう。
【０１５８】
そこで、本実施の形態においては、ある特定の温度で、第一共振回路１が共振するように周波数ｆの値を設定して、送信電波の送信を開始する。次に、送信電波の送信開始から予め設定された一定時間が経過したときに、ＩＱ平面上の軌跡９０の向きを求める。次に、軌跡９０の向きとＩ軸上の正方向の向きとの間の角度αを求める。求めた角度αに基づいて、軌跡９０の向きがＩ軸上の正方向と一致するように、角度α分だけ、座標系を回転させる。これにより、図１０Ｂに示すように、第一共振回路１の共振時の直交位相振幅の軌跡９０が、軌跡９８に示すように、Ｉ軸上の正方向となる。本実施の形態においては、このように、第一共振回路１の共振時の直交位相振幅の軌跡９０とＩ軸との間の角度αを位相の補正値として用いて、座標系を回転させることで、応答電波の位相を補正する。
【０１５９】
以上のように、本実施の形態においては、第一共振回路１の共振時の直交位相振幅の軌跡９０を位相の補正値として用いて、座標系を回転させることで、応答電波の位相を補正するようにしたので、経時変化または環境変化の影響で位相が変化した場合でも、再度、位相の補正値を算出することで、直交位相振幅の精度を向上させ、その結果、検出温度の測定精度を向上させることができる。
【０１６０】
実施の形態８．
本発明の実施の形態８においては、上記の実施の形態３に係る温度検出装置において、オフセット誤差・位相の影響を受けずに、応答電波の直交位相振幅の軌跡から被測定物の温度を検出する方法について説明する。図１１Ａは、本実施の形態８に係る温度検出の方法を説明するための模式図である。図１１Ａにおいて、縦軸は、応答電波の直交位相成分の振幅、すなわち、Ｑ成分を示している。横軸は、応答電波の同相成分の振幅、すなわち、Ｉ成分を示している。Ｑ成分とＩ成分とは、９０°の位相差を持った直交波形である。
【０１６１】
図１１Ａに、上記の図８Ａと同様に、被測定物がある特定の温度のときに、ある特定の周波数ｆを有する送信電波を送信した場合における、応答電波の直交位相振幅の軌跡９０を示している。軌跡９０は、送信電波の送信開始時から送信終了時までの軌跡である。
【０１６２】
本実施の形態８では、軌跡９０から、２つの移動ベクトルｖ１，ｖ２を取得する。図１１Ａにおいて、符号１１０が移動ベクトルｖ１を示し、符号１１１が移動ベクトルｖ２を示す。
【０１６３】
移動ベクトルｖ１と移動ベクトルｖ２の始点となる時刻と終点となる時刻の設定方法について、図１１Ｂを用いて説明する。図１１Ｂにおいて、横軸は、時間を示す。
【０１６４】
例えば、図１１Ｂに示すように、送信電波の送信開始時を時刻０とし、時刻０から予め設定された時間ｔ１が経過した時点を時刻Ｔ１０とし、時刻Ｔ１０から予め設定された時間ｔ２が経過した時点を時刻Ｔ１１とすると、移動ベクトルｖ１は、時刻Ｔ１０を始点とし、時刻Ｔ１１を終点する、応答電波の直交位相振幅の軌跡を示す移動ベクトルである。なお、時間ｔ１は、０としてもよい。その場合、移動ベクトルｖ１の始点は、時刻０の時点となる。
【０１６５】
同様に、時刻Ｔ１１から予め設定された時間ｔ３が経過した時点を時刻Ｔ１２とし、時刻Ｔ１２から予め設定された時間ｔ４が経過した時点を時刻Ｔ１３とすると、移動ベクトルｖ２は、時刻Ｔ１２を始点とし、時刻Ｔ１３を終点とする、応答電波の直交位相振幅の軌跡を示す移動ベクトルである。
【０１６６】
本実施の形態においては、このように、移動ベクトルｖ１と移動ベクトルｖ２との始点と終点を設定し、図１１Ａに示すように、ＩＱ平面上で、それらの移動ベクトルｖ１，ｖ２を求める。
【０１６７】
次に、ＩＱ平面上の２つの移動ベクトルｖ１，ｖ２の外積を求め、当該外積に基づいて、被測定物の温度を検出する。
【０１６８】
なお、２つの移動ベクトルｖ１，ｖ２の外積の大きさは、移動ベクトルｖ１方向にＩ軸の正方向の向きを取り直したＩＱ平面上の、移動ベクトルｖ２のＱ成分と等価で、応答電波の直交位相振幅となる。従って、当該外積により、移動ベクトルｖ２のＱ成分を測定することができる。さらに、移動ベクトルｖ２の始点をオフセット誤差と考えれば、オフセット誤差および位相を補正して、Ｑ成分を測定することと等価になる。
【０１６９】
このようにして、Ｑ成分を求めて、当該Ｑ成分を応答電波の直交位相振幅として用いて、上記の実施の形態３と同じ処理を行うことにより、被測定物の温度が異常温度か否かを検出することができる。
【０１７０】
なお、上記の説明においては、２つの移動ベクトルｖ１，ｖ２の外積を求めると説明したが、その場合に限らず、２つの移動ベクトルｖ１，ｖ２が成す角度を求めて、当該角度に基づいて、応答電波の位相を算出し、上記の実施の形態４と同じ処理を行うことにより、被測定物の温度を検出するようにしてもよい。
【０１７１】
以上のように、本実施の形態８においては、ＩＱ平面上の一定時間の移動ベクトルｖ１と、その後一定時間経過した後のＩＱ平面上の一定時間の移動ベクトルｖ２との外積、または、２つの移動ベクトルｖ１，ｖ２の成す角度に基づいて、被測定物の温度検出を行うようにしたので、オフセット誤差および位相を補正することができる。そのため、経時変化または環境変化の影響を較正により打ち消すことができる。さらに、受信部６を利用して、位相を測定し、較正することができる。
【符号の説明】
【０１７２】
１  第一共振回路、２  第一アンテナ、３  第二アンテナ、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  送信部、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ  受信部、７  判定部、８  記憶部、１０  温度検知部、２０  検出処理部、４５，８５  閾値、５０，５０Ｂ，５０Ｃ  制御部、５１，５２，５４  局部発振器、５３  増幅器、６０  増幅器、６１  周波数分離器、６２，６３  振幅算出部、６４  直交位相振幅算出部、６５  ミキサ、６６，７０  ローパスフィルタ、６７  位相算出部、６８  移相器、６９  位相比較器、９０，９４，９５  軌跡、９７  オフセット誤差、１００  漏洩電波、１０１  オフセット補正部。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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