(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波数の音波を発信する第１の発信手段と、
この第１の発信手段から発信された音波を受信する受信手段と、
前記第１の発信手段が発信する音波と重なる進行方向が逆向きの所定の波数の音波を発信する第２の発信手段と、
前記第１の発信手段から発信された音波が前記受信手段に到達するまでの間の所定の位置で前記第１の発信手段から発信された音波と前記第２の発信手段から発信された音波とが衝突するように、前記第１の発信手段から発信する音波および前記第２の発信手段から発信する音波の発信タイミングを設定するタイミング設定手段と、
前記所定の位置で前記第２の発信手段から発信された音波と衝突し前記受信手段を介して受信される前記第１の発信手段からの前記衝突時の前記第２の発信手段からの音波の圧力変動により変化する音波の位相情報を検出する位相情報検出手段と、
この位相情報検出手段によって検出された位相情報に基づいて前記第１の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を求める温度計測手段と
を備えたことを特徴とする温度計測システム。
【請求項２】
所定の波数の音波を所定の周期Ｔ１で発信する第１の発信手段と、
この第１の発信手段から発信された音波を受信する受信手段と、
前記第１の発信手段が発信する音波と重なる進行方向が逆向きの所定の波数の音波を所定の周期Ｔ２で発信する第２の発信手段と、
前記第１の発信手段から発信された音波が前記受信手段に到達するまでの間の所定の位置で前記第１の発信手段から発信された音波と前記第２の発信手段から発信された音波とが衝突するように、前記第１の発信手段から発信する音波および前記第２の発信手段から発信する音波の発信タイミングを設定する発信タイミング設定手段と、
前記所定の位置で前記第２の発信手段から発信された音波と衝突し前記受信手段を介して受信される前記第１の発信手段からの音波の位相情報を検出する位相情報検出手段と、
この位相情報検出段によって検出された位相情報に基づいて前記第１の発信手段から発信された音波と前記第２の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を求める温度計測手段とを備え、
前記所定の周期Ｔ１とＴ２とが等しく（Ｔ１＝Ｔ２）、かつこの周期Ｔ１およびＴ２が前記第１の発信手段から発信された音波が前記受信手段に到達するまでの時間Ｔ３以上（Ｔ１，Ｔ２≧Ｔ３）とされている
ことを特徴とする温度計測システム。
【請求項３】
所定の波数の音波を発信する第１の発信手段と、
この第１の発信手段から発信された音波を受信する第１の受信手段と、
この第１の受信手段とほゞ同位置に置かれ前記第１の発信手段が発信する音波と重なる進行方向が逆向きの所定の波数の音波を発信する第２の発信手段と、
前記第１の発信手段とほゞ同位置に置かれ前記第２の発信手段から発信された音波を受信する第２の受信手段と、
前記第１の発信手段から発信された音波が前記第１の受信手段に到達するまでの間の所定の位置で前記第１の発信手段から発信された音波と前記第２の発信手段から発信された音波とが衝突するように、前記第１の発信手段から発信する音波および前記第２の発信手段から発信する音波の発信タイミングを設定する発信タイミング設定手段と、
前記所定の位置で前記第２の発信手段から発信された音波と衝突し前記第１の受信手段を介して受信される前記第１の発信手段からの音波の位相情報を検出する第１の位相情報検出手段と、
前記所定の位置で前記第１の発信手段から発信された音波と衝突し前記第２の受信手段を介して受信される前記第２の発信手段からの音波の位相情報を検出する第２の位相情報検出手段と、
前記第１の位相情報検出段によって検出された位相情報に基づいて前記第１の発信手段から発信された音波と前記第２の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を求める第１の温度計測手段と、
前記第２の位相情報検出段によって検出された位相情報に基づいて前記第２の発信手段から発信された音波と前記第１の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を求める第２の温度計測手段と、
前記第１の温度計測手段によって求められた温度と前記第２の温度計測手段によって求められた温度との平均値を前記衝突位置の温度とする平均値算出手段と
を備えたことを特徴とする温度計測システム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載された温度計測システムにおいて、
前記第１の発信手段から発信される音波および前記第２の発信手段から発信される音波の何れか一方の発信タイミングを変更し、前記第１の発信手段からの音波と前記第２の発信手段からの音波との衝突位置を変更する衝突位置変更手段
を備えたことを特徴とする温度計測システム。
【請求項５】
請求項２に記載された温度計測システムにおいて、
前記位相情報検出手段は、前記第１の発信手段から周期的に発信された複数の音波の位相変化を同期加算した値を位相情報として検出することを特徴とする温度計測システム。
【請求項６】
所定の波数の音波を発信する第１の発信手段と、この第１の発信手段から発信された音波を受信する受信手段と、前記第１の発信手段が発信する音波と重なる進行方向が逆向きの所定の波数の音波を発信する第２の発信手段とを設け、
前記第１の発信手段および前記第２の発信手段からそれぞれ設定されたタイミングで音波を発信させ、
前記第１の発信手段から発信された音波が前記受信手段に到達するまでの間の所定の位置で前記第１の発信手段から発信された音波と前記第２の発信手段から発信された音波とを衝突させ、
この第２の発信手段から発信された音波と衝突した第１の発信手段からの音波を受信手段で受信させ、
この受信された第１の発信手段からの前記衝突時の前記第２の発信手段からの音波の圧力変動により変化する音波の位相情報を検出し、
この検出した位相情報に基づいて前記第１の発信手段から発信された音波と第２の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を求める
ようにしたことを特徴とする温度計測方法。
【請求項７】
所定の波数の音波を所定の周期Ｔ１で発信する第１の発信手段と、この第１の発信手段から発信された音波を受信する受信手段と、前記第１の発信手段が発信する音波と重なる進行方向が逆向きの所定の波数の音波を所定の周期Ｔ２で発信する第２の発信手段とを設け、
前記所定の周期Ｔ１とＴ２とを等しく（Ｔ１＝Ｔ２）、かつこの周期Ｔ１およびＴ２を前記第１の発信手段から発信された音波が前記受信手段に到達するまでの時間Ｔ３以上（Ｔ１，Ｔ２≧Ｔ３）とし、
前記第１の発信手段および前記第２の発信手段からそれぞれ設定された発信タイミングで音波を発信させ、
前記第１の発信手段から発信された音波が前記受信手段に到達するまでの間の所定の位置で前記第１の発信手段から発信された音波と前記第２の発信手段から発信された音波とを衝突させ、
この第２の発信手段から発信された音波と衝突した第１の発信手段からの音波を受信手段で受信させ、
この受信された第１の発信手段からの音波の位相情報を検出し、
この検出した位相情報に基づいて前記第１の発信手段から発信された音波と第２の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を求める
ようにしたことを特徴とする温度計測方法。
【請求項８】
所定の波数の音波を発信する第１の発信手段と、この第１の発信手段から発信された音波を受信する第１の受信手段と、この第１の受信手段とほゞ同位置に置かれ前記第１の発信手段が発信する音波と重なる進行方向が逆向きの所定の波数の音波を発信する第２の発信手段と、前記第１の発信手段とほゞ同位置に置かれ前記第２の発信手段から発信された音波を受信する第２の受信手段とを設け、
前記第１の発信手段および前記第２の発信手段からそれぞれ設定された発信タイミングで音波を発信させ、
前記第１の発信手段から発信された音波が前記第１の受信手段に到達するまでの間の所定の位置で前記第１の発信手段から発信された音波と前記第２の発信手段から発信された音波とを衝突させ、
前記第２の発信手段から発信された音波と衝突した第１の発信手段からの音波を前記第１の受信手段で受信させ、
この受信された第１の発信手段からの音波の位相情報を検出し、
この検出した位相情報に基づいて前記第１の発信手段から発信された音波と前記第２の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を第１の温度として求め、
前記第１の発信手段から発信された音波と衝突した第２の発信手段からの音波を前記第２の受信手段で受信させ、
この受信された第２の発信手段からの音波の位相情報を検出し、
この検出した位相情報に基づいて前記第１の発信手段から発信された音波と前記第２の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を第２の温度として求め、
この求めた第１の温度と第２の温度との平均値を前記衝突位置の温度とするようにした
ことを特徴とする温度計測方法。
【請求項９】
請求項６〜８の何れか１項に記載された温度計測方法において、
前記第１の発信手段から発信される音波および前記第２の発信手段から発信される音波の何れか一方の発信タイミングを変更し、
前記第１の発信手段からの音波と前記第２の発信手段からの音波との衝突位置を変更する
ようにしたことを特徴とする温度計測方法。
【請求項１０】
請求項７に記載された温度計測方法において、
前記第１の発信手段から周期的に発信された複数の音波の位相変化を同期加算した値を受信された前記第１の発信手段からの音波の位相情報として検出するようにした
ことを特徴とする温度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、音波の非線形効果（温度変動に起因する音圧変動に伴う音速の変化）を利用して温度計測を非接触で行う温度計測システムおよび温度計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、室内の空調制御を行うような場合、温度センサにより室内温度を計測し、この計測した室内温度と設定温度とが一致するように、室内への調和空気の供給量を制御する。この場合、室内温度は、室内の代表点でかつ計測系（室内環境）に影響を与えないで計測することが望まれる。
【０００３】
しかし、現状は、理想とは異なり、各種の制限により、室内の代表点とは全く離れた位置に温度センサが置かれている場合がほとんどである。すなわち、制御対象の人体の傍ではなく、人体とは遙かに離れた柱、壁、天井、レターンダクト内というような場所で計測されている。また、温度センサの小型化には限界があり、プローブの接触により熱平衡状態が変化し、計測点近傍の温度分布の形が変わってしまう。このような計測方法では、いかに優れた温度センサであっても、また、最高かつ最適な制御システムであっても、望ましい空調制御を実現することは難しい。
【０００４】
これに対し、人体の傍の温度を非接触で計測する技術として、超音波を利用した方法が知られている。
【０００５】
〔超音波利用の従来例１（音速の温度依存性を利用しての温度計測）〕
超音波を利用した計測方法の１つに音速の温度依存性を利用して、伝播時間の観測から温度を計測するというものがある。例えば、文献１（「少数の音響トランスデューサによる空間温度内の温度分布計測」：船越晶，水谷孝一，永井啓之亮，原川健一、日本音響学会講演論文集，ｐｐ１０８９−１０９０、平成１０年９月）では、音響トランスデューサを用いて空間全体を間接的にサンプリングして温度分布を測定するようにしている。
【０００６】
文献１に示された技術において、観測領域（２次元）の温度分布を知りたい場合、この領域を横切る多くの経路についての超音波の伝播時間を計測し、逆投影演算を施して２次元温度分布を求める必要がある。
【０００７】
例えば、図１０（ａ）に示した室内領域Ｓの温度分布を知りたい場合、仮想的に９個の小さな領域Ｓ１〜Ｓ９に分け、壁の一面に音響端末であるマイクロフォン兼スピーカの音響トランスデューサ１を等間隔で３個、４面で合計１２個設置する。１個の音響トランスデューサ１に着目すると、この音響トランスデューサ１に対面する壁との間には超音波ビームを３本作ることができる（図１０（ｂ））。壁一面では、音響トランスデューサ１が３個存在するので、９本の超音波ビームが作られる。これにより、垂直に向き合った壁２面から９本×２の合計１８本の超音波ビームが作られる（図１０（ｃ））。
【０００８】
この場合、超音波ビームの伝播時間の観測からその超音波ビーム内の平均温度を計測することができ、全１８本の超音波ビームの平均温度を逆投影演算することで、９個に分けられた個々の領域Ｓ１〜Ｓ９の平均温度を求めることができる。この領域Ｓ１〜Ｓ９の平均温度の内、所望の領域の温度を室内の代表点の温度（人体の傍の温度）として使用することにより、望ましい空調制御を実現することが可能となる。
【０００９】
しかしながら、この音速の温度依存性利用しての温度計測では、ブロック毎の平均温度、すなわち図１０でいえば個々の領域Ｓ１〜Ｓ９の平均温度しか測定することができない。これでは、領域Ｓ１〜Ｓ９が広い領域であった場合、人体の傍の温度を計測しているとはいえず、温度差が生じてしまう。測定領域を小さくするには、音響トランスデューサ１をさらに多く設けなければならず、それに伴う配線も多くなり、コストが増大する。
【００１０】
また、超音波ビームの伝播時間から温度を計測するので、音響トランスデューサ１間の距離、すなわちマイクロフォンとスピーカとの間の距離が正確に計られている必要がある。例えば、室内領域Ｓの一辺を４ｍとした場合、１６ｍｍ測定を誤ると、４℃の誤差が現れてしまう〔文献２（「空中超音波による空間温度測定における測定誤差の分析」：船越晶，原川健一、水谷孝一，永井啓之亮，日本音響学会講演論文集，ｐｐ１２２１−１２２２、平成１０年９月）参照〕。マイクロフォンとスピーカとの間の距離を正確に計るのは難しく（マイクロフォンとスピーカの部品のどの部分が超音波現象から見て中心となるか分からない）、また全ての超音波ビームについてマイクロフォンとスピーカとの間の距離を計測するには過大な労力を必要とする。
【００１１】
〔超音波利用の従来例２（超音波の非線形効果を利用しての温度計測）〕
超音波の非線形効果（温度変動に起因する音圧変動に伴う音速の変化）を利用して室内温度の計測を非接触で行う研究が進められている。例えば、文献３（「超音波の非線形効果を利用した気体の温度分布計測法）：佐藤択宋，東島英輔，増田則夫，山越芳樹、計測自動制御学会論文集，Ｖｏｌ．２３，ＮＯ．６、ｐｐ７−１２、昭和６２年６月）では、図１１に示すように、観測ラインＬの両端に超音波を発信する発信器２と超音波を受信する受信器３とをおき、さらに受信器３側に強力な音波発信装置４を設けている。
【００１２】
発信器２と受信器３との間には、高周波数，小振幅（例えば、２１５ｋHz、圧力２０ｄＢ ｒｅ ２０μＰａ）の連続的な超音波（以下、この超音波をプローブ波と呼ぶ）５を流しておく。これに対して、音波発信装置４から高音圧のインパルス的な音波（例えば、ピーク幅９０μＳ、圧力２０８ｄＢ ｒｅ ２０μＰａ：以下、この音波をポンプ波と呼ぶ）を送る。この時、ポンプ波６はプローブ波５と平行で重なるように伝播させる。
【００１３】
このシステムにおいて、ポンプ波６は伝播途中で、温度の変化を受けると圧力変動を受ける。このポンプ波６の圧力変動は、音波の非線形相互作用によりプローブ波５に影響を与える。この影響はプローブ波５の位相変化Δψ（Ｘ）に現れる。よって、このプローブ波５の位相変化Δψ（Ｘ）を検出することで、平均温度ではなく、観測ラインＬ上の任意の位置Ｘ（Ｘ＝０〜ｌ：ｌは発信器２−受信器３間の距離）における温度Ｔを求めることができる。
【００１４】
なお、プローブ波５もそれ自体温度の変化を受けると圧力変動を生ずるが、その変動の大きさは小さく、正確に演算して求めることは難しい。ポンプ波６の受ける圧力の変化量はプローブ波５よりはるかに多く、この圧力変動の計測だけでも温度を計測可能であると考えられる。しかし、強力なエネルギーを持つ音波は伝播中にその波形が発信時と大きく変化してしまうことはよく知られており、また長い伝播距離の間にそのエネルギーを失い、圧力と波の振幅もそれに従い小さくなってしまう。これによっても、ポンプ波６の一つだけとって温度を計測することが難しいことが分かる。この問題点を捉え、文献３のシステムでは、ポンプ波６の圧力変動の情報を変動がある場所に同時に存在するプローブ波（連続波）５に移し、プローブ波５を解析することで温度計測を行っている。
【００１５】
この超音波の非線形効果を利用しての温度計測では、原理的に、発信器２と受信器３との間の距離精度にほとんど影響を受けない。すなわち、２点間の距離を正確に計らなくても、所望の位置の温度を正確に計測することができる。また、発信器２と受信器３および音波発信装置４を１セット設けるだけで、所望の位置の温度を計測することができる。この点で、超音波利用の従来例２は、超音波利用の従来例１の問題点を解決した革新的なアイデアであるといえる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この革新的なアイデアである超音波利用の従来例２では、発信器２からプローブ波５として連続波を出力し、受信器３で受信するようにしているので、電力の消費量が多く、発信器２や受信器３の寿命も短くなる。また、観測ラインＬ上の所望の位置を代表点とし、この代表点の温度を計測して空調制御を行うような場合、発信器２から連続波として常に出力されているプローブ波５が計測系（室内環境）を乱す虞れがある。
【００１７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電力消費が少なく、発信器や受信器の寿命を延ばすことができ、計測系を乱さないようにすることの可能な室内温度計測システムおよび室内温度計測方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、第１発明（請求項１および請求項６に係る発明）は、所定の波数の音波を発信する第１の発信手段と、この第１の発信手段から発信された音波を受信する受信手段と、第１の発信手段が発信する音波と重なる進行方向が逆向きの所定の波数の音波を発信する第２の発信手段とを設け、第１の発信手段および第２の発信手段からそれぞれ設定されたタイミングで音波を発信させ、第１の発信手段から発信された音波が受信手段に到達するまでの間の所定の位置で第１の発信手段から発信された音波と第２の発信手段から発信された音波とを衝突させ、この第２の発信手段から発信された音波と衝突した第１の発信手段からの音波を受信手段で受信し、この受信された第１の発信手段からの音波の位相情報（衝突時の第２の発信手段からの音波の圧力変動により変化する位相情報）を検出し、この検出した位相情報に基づいて第１の発信手段から発信された音波と第２の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を求めるようにしたものである。
【００１９】
この発明によれば、第１の発信手段から所定の波数の音波をプローブ波として発信し、第２の発信手段から所定の波数の音波をポンプ波として発信すると、プローブ波が受信手段に到達するまでのいずれかの位置で所定の波数からなるプローブ波とポンプ波とが衝突する。プローブ波とポンプ波とが衝突すると、その衝突位置での温度に応じたポンプ波の圧力変動が、音波の非線形相互作用によりプローブ波の位相に変化を与える。このときの位相変化は衝突位置の温度に依存ずるので、このプローブ波の位相変化からプローブ波とポンプ波との衝突位置の温度を求めることができる。プローブ波とポンプ波とを波数が数個の短い超音波とすることにより、任意の１点の温度計測が可能になる。また、定常的に出力する場合に比べて、系に与える影響を抑え、省エネルギーを図ることができる。しかしながら、プローブ波の位相変化を抽出するには、複数の波数が必要となる。このプローブ波とポンプ波との衝突位置は、プローブ波の発信タイミングとポンプ波の発信タイミングとによって任意に定まり、これらの発信タイミングを設定することによって第１の発信手段と受信手段との間の所定の位置（１箇所）に衝突位置を定めることができる。例えば、第２の発信手段が第１の受信手段とほゞ同位置に置かれており、プローブ波の発信タイミングとポンプ波の発信タイミングとを同タイミングとすれば、第１の発信手段から発信されたプローブ波が受信手段に到達するまでの間の中央位置でプローブ波とポンプ波とが衝突する。したがって、その衝突位置、すなわち中央位置の温度を求めることができる。
【００２０】
第２発明（請求項２および請求項７に係る発明）は、所定の波数の音波を所定の周期Ｔ１で発信する第１の発信手段と、この第１の発信手段から発信された音波を受信する受信手段と、第１の発信手段が発信する音波と重なる進行方向が逆向きの所定の波数の音波を所定の周期Ｔ２で発信する第２の発信手段とを設け、所定の周期Ｔ１とＴ２とを等しく（Ｔ１＝Ｔ２）、かつこの周期Ｔ１およびＴ２を第１の発信手段から発信された音波が受信手段に到達するまでの時間Ｔ３以上（Ｔ１，Ｔ２≧Ｔ３）とし、第１の発信手段および第２の発信手段からそれぞれ設定された発信タイミングで音波を発信させ、第１の発信手段から発信された音波が受信手段に到達するまでの間の所定の位置で第１の発信手段から発信された音波と第２の発信手段から発信された音波とを衝突させ、この第２の発信手段から発信された音波と衝突した第１の発信手段からの音波を受信手段で受信させ、この受信された第１の発信手段からの音波の位相情報を検出し、この検出した位相情報に基づいて第１の発信手段から発信された音波と第２の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を求めるようにしたものである。
【００２１】
この発明によれば、第１の発信手段から所定の波数の音波をプローブ波として周期Ｔ１で発信し、第２の発信手段から所定の波数の音波をポンプ波として周期Ｔ２（＝Ｔ１）で発信すると、プローブ波が受信手段に到達するまでのいずれかの位置でプローブ波とポンプ波とが周期的に衝突する。このとき、Ｔ１およびＴ２をＴ３以上とすることにより、プローブ波は第１の発信手段から受信手段に至るまでに１度だけポンプ波と衝突する。このプローブ波とポンプ波との衝突位置は、プローブ波の発信タイミングとポンプ波の発信タイミングとによって定まり、これらの発信タイミングを設定することによって所定の位置（１箇所）にだめることができる。
例えば、第２の発信手段が第１の受信手段とほゞ同位置に置かれており、プローブ波の発信タイミングとポンプ波の発信タイミングとを同タイミングとすれば、第１の発信手段から発信されたプローブ波が受信手段に到達するまでの間の中央位置でプローブ波とポンプ波とが周期的に衝突する。
プローブ波とポンプ波とが衝突すると、その衝突位置での温度に応じたポンプ波の圧力変動が、音波の非線形相互作用によりプローブ波の位相に変化を与える。この衝突を周期的に繰り返し、位相変化を加算して行くことにより、プローブ波とポンプ波との衝突位置の温度をより正確に求めることができる。
【００２２】
第３発明（請求項３および請求項８に係る発明）は、所定の波数の音波を発信する第１の発信手段と、この第１の発信手段から発信された音波を受信する第１の受信手段と、この第１の受信手段とほゞ同位置に置かれ第１の発信手段が発信する音波と重なる進行方向が逆向きの所定の波数の音波を発信する第２の発信手段と、第１の発信手段とほゞ同位置に置かれ第２の発信手段から発信された音波を受信する第２の受信手段とを設け、第１の発信手段および第２の発信手段からそれぞれ設定された発信タイミングで音波を発信させ、第１の発信手段から発信された音波が第１の受信手段に到達するまでの間の所定の位置で第１の発信手段から発信された音波と第２の発信手段から発信された音波とを衝突させ、第２の発信手段から発信された音波と衝突した第１の発信手段からの音波を第１の受信手段で受信させ、この受信された第１の発信手段からの音波の位相情報を検出し、この検出した位相情報に基づいて第１の発信手段から発信された音波と第２の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を第１の温度として求め、第１の発信手段から発信された音波と衝突した第２の発信手段からの音波を第２の受信手段で受信させ、この受信された第２の発信手段からの音波の位相情報を検出し、この検出した位相情報に基づいて第１の発信手段から発信された音波と第２の発信手段から発信された音波との衝突位置の温度を第２の温度として求め、この求めた第１の温度と第２の温度との平均値を衝突位置の温度とするようにしたものである。
【００２３】
この発明によれば、第１の発信手段から所定の波数の音波をプローブ波兼ポンプ波として発信し、第２の発信手段から所定の波数の音波をポンプ波兼プローブ波として発信すると、プローブ波兼ポンプ波が第１の受信手段に到達するまでのどこかの位置でプローブ波兼ポンプ波とポンプ波兼プローブ波とが衝突する。このプローブ波兼ポンプ波とポンプ波兼プローブ波との衝突位置は、プローブ波兼ポンプ波の発信タイミングとポンプ波兼プローブ波の発信タイミングとによって定まり、これらの発信タイミングを設定することによって任意の位置とすることができる。
例えば、プローブ波兼ポンプ波の発信タイミングとポンプ波兼プローブ波の発信タイミングとを同タイミングとすれば、プローブ波兼ポンプ波とポンプ波兼プローブ波とは第１の発信手段から発信されたプローブ波兼ポンプ波が第１の受信手段に到達するまでの間の中央位置で衝突する。
プローブ波兼ポンプ波とポンプ波兼プローブ波とが衝突すると、その衝突位置での温度に応じたポンプ波兼プローブ波の圧力変動が、音波の非線形相互作用によりプローブ波兼ポンプ波の位相に変化を与える。また、その衝突位置での温度に応じたプローブ波兼ポンプ波の圧力変動が、音波の非線形相互作用によりポンプ波兼プローブ波の位相に変化を与える。プローブ波兼ポンプ波の位相変化、ポンプ波兼プローブ波の位相変化、それぞれからプローブ波兼ポンプ波とポンプ波兼プローブ波との衝突位置の温度を求めることができ、これらの温度の平均値を求めることにより計測精度が高まる。
【００２４】
第４発明（請求項４および請求項９に係る発明）は、第１，第２および第３発明において、第１の発信手段から発信される音波および第２の発信手段から発信される音波の何れか一方の発信タイミングを変更し、第１の発信手段からの音波と第２の発信手段からの音波との衝突位置を変更するようにしたものである。
この発明によれば、第１の発信手段から発信する音波をプローブ波とし、第２の発信手段から発信する音波をポンプ波とし、ポンプ波の発信タイミングを基準とした場合、ポンプ波に対するプローブ波の発信タイミングを前後にずらすことにより、プローブ波とポンプ波との衝突位置を自由に調整することができる。プローブ波の発信タイミングを基準とした場合には、プローブ波に対するポンプ波の発信タイミングを前後にずらすことにより、プローブ波とポンプ波との衝突位置を自由に調整することができる。
【００２５】
第５発明（請求項５および請求項１０に係る発明）は、第２発明において、第１の発信手段から周期的に発信された複数の音波の位相変化を同期加算した値を受信された第１の発信手段からの音波の位相情報として検出するようにしたものである。この発明によれば、複数のプローブ波から位相変化を同期加算することにより、計測精度が高まる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１はこの発明の一実施の形態を示す室内温度計測システムの要部を示す機能ブロック図である。
同図において、７は超音波を発信する第１の発信器、８は超音波を受信する受信器であり、発信器７と受信器８とは観測ラインＬの両端に配置されている。９は超音波を発信する第２の発信器であり、受信器８とほゞ同位置に置かれ、第１の発信器７が発信する超音波と重なる進行方向が逆向きの超音波を発信する。
【００２７】
第１の発信器７にはドライバ１０が設けられている。第２の発信器９にはドライバ１１が設けられている。ドライバ１０とドライバ１１とは同一構成で、送信時間設定部１０−１，１１−１と、送信波発生部１０−２，１１−２と、送信波ドライブ１０−３，１１−３とを備えている。
【００２８】
第１の発信器７はドライバ１０によって駆動され、波数が数個の短い超音波（プローブ波）１２を所定の周期Ｔ１で発信する。発信器７から発信されるプローブ波１２の発信タイミングは、ドライバ１０における送信時間設定部１０−１への時間設定により変更可能とされている。
【００２９】
第２の発信器９はドライバ１１によって駆動され、波数が数個の短い超音波（ポンプ波）１３を所定の周期Ｔ２で発信する。発信器９から発信されるポンプ波１３の発信タイミングは、ドライバ１１における送信時間設定部１１−１への時間設定により変更可能とされている。
【００３０】
本実施の形態において、第１の発信器７から発信されるプローブ波１２の出力エネルギーは大きく、第２の発信器９から発信されるポンプ波１３のそれと同程度とされている。また、プローブ波１２とポンプ波１３とは、その波形が相似している。すなわち、本実施の形態において、第１の発信器７と第２の発信器９の出力エネルギーは同程度であり、プローブ波用の発信器７とポンプ波用の発信器９とは共通部品とされている。
【００３１】
また、本実施の形態において、第１の発信器７から発信されるプローブ波１２の周期Ｔ１と第２の発信器９から発信されるポンプ波１３の周期Ｔ２とは等しく（Ｔ１＝Ｔ２）、かつこの周期Ｔ１およびＴ２は発信器７から発信されたプローブ波１２が受信器８に到達するまでの時間Ｔ３以上とされている。この例では、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３とされている。
【００３２】
受信器８に対しては演算処理部１４が設けられている。演算処理部１４は、Ａ／Ｄ変換部１５と、位相情報抽出部１６と、フーリエ変換／逆フーリエ変換部１７と、温度算出部１８と、記憶部１９とを備えている。記憶部１９には温度係数Ａ（Ｔ）と温度Ｔとの関係を示す温度係数テーブルＴＡが格納されている。Ａ／Ｄ変換部１５，位相情報抽出部１６，フーリエ変換／逆フーリエ変換部１７，温度算出部１８の機能および温度係数テーブルＴＡについては後述する。
【００３３】
〔計測原理〕
この室内温度計測システムの動作の説明に入る前に計測原理について説明する。
気体が断熱変化する場合、圧力ｐは非線の変化をし、下記（１）式のような非線形の関係式が成立する。
ｐ＝ｐ0 ＋Ａ（Δρ／ρ0 ）＋（Ｂ／２）・（Δρ／ρ0 ）2 ＋・・・・・・・（１）
但し、ｐは圧力、ｐ0 は平衡時の圧力、ρは密度、ρ0 は平衡時の密度、Δρ＝ρ−ρ0 、Ａ＝γｐ0 、Ｂ＝γ（γ−１）ｐ0 、γ＝Ｃｐ／Ｃν（比熱比）、Ｂ／Ａ≦２／３＝０．６６７。
【００３４】
位置Ｘで気温が平衡状態から変動した時、この変動に起因する上記の圧力変動（非線形）が生じ、結果的にこの変動部分の位置Ｘを通過する有限振幅の超音波（ポンプ波）の音圧が変化する。ここで、このポンプ波に別の超音波（プローブ波）を衝突させると、プローブ波の音速が下記（２）式のように変化を受ける。ｃ（Ｘ）＝ｃ0 ＋ｃ（Ｘ）＋ρ0 ｃ03Ｎp ・〔１／｛（ρ0 ＋ρ（Ｘ））・（ｃ0 ＋ｃ（Ｘ））・Ｐp （Ｘ）｝〕  ・・・・（２）
但し、ｃ0 は平衡時の音速、ｃ（Ｘ）は変動部分での位置Ｘでの音速、Ｎp は空気媒質の位相シフトパラメータで、Ｎp ＝｛（１／２ρ0 ｃ03）｝・（Ｂ／Ａ）。Ｐp （Ｘ）は、変動部分の位置Ｘでのポンプ波の音圧波数である。
【００３５】
ここで、ｃ0 ≧ｃ（Ｘ）のように変動部分の位置Ｘでの音速ｃ（Ｘ）が十分小さい値の場合、プローブ波の位相ψ（Ｘ）は下記の（３）式のようになる。
ψ（Ｘ）＝ψ0 ＋Δψ（Ｘ）  ・・・・（３）
但し、ψ0 ＝（ω／ｃ0 ）・ｌ、ωはプローブ波の振動数、ｌは発信器と受信器との間の距離である。
【００３６】
良く知られているように一次元の波動方程式は、次のように表記される。
〔｛∂2 ／（∂2 Ｘ）｝−（１／ｃ02）・｛∂2 ／（∂2 ｔ）｝〕・ｆ（Ｘ，ｔ）＝０        ・・・・（４）
ｃ1 とｃ2 を適当な係数に、ｃ0 を速度とすると、この微分方程式の一般解は、
ｃ1ｆ（Ｘ−ｃ0ｔ）＋ｃ1ｆ（Ｘ＋ｃ0ｔ）    ・・・・（５）
となる。
但し、ｆ（Ｘ−ｃ0ｔ）は進行波、ｆ（Ｘ＋ｃ0ｔ）は後退波を意味する。
また、一次元の波動なので関数ｆ（Ｘ）は適当に定めてよい。
【００３７】
ポンプ波発信後ｔでのポンプ波の音圧波形は
Ｐp （Ｘ，ｔ）＝ｆ（Ｘ−ｃ0ｔ）    ・・・・（６）
と表せる。すなわち、ポンプ波はここでは一次元進行波と想定している。ポンプ波発信から時刻ｔ経過してプローブ波を受信したとき、２つの音波が相互作用する位置Ｘ0 は、Ｘ0 ＝ｃ0ｔ／２ であり、またポンプ波もこの計測系では、Ｐp （Ｘ，ｔ）＝ｆ｛（ｃ0ｔ／２）−Ｘ｝となる。
結局、ポンプ波に代入すると、
Ｐp （Ｘ，ｔ）＝ｆ｛（ｃ0ｔ／２）−Ｘ｝＝ｆ（Ｘ0 −Ｘ）＝Ｐp （Ｘ）・・・・（７）
の関係が成立する。ポンプ波発信後ｔでプローブ波を受信した時、このプローブ波の位相は、ψ（Ｘ）＝ψ0 ＋Δψ（Ｘ）となる。すなわち、位相の変化分Δψ（Ｘ）を含むようになっているとする。但し、ψ0 ＝（ω／ｃ0 ）・ｌであり、このΔψ（Ｘ）は下記（８）式のように表現される。（８）式のＡ（Ｔ，Ｘ）は、下記（９）式のように表現される。
【００３８】
【数１】
0003833906.tif 000002
【００３９】
Ａ（Ｔ，Ｘ）＝（１−ｃ（Ｘ）／ｃ0 ）／（１＋ρ（Ｘ）／ρ0 ）    ・・・・（９）
【００４０】
位相の変化分Δψ（Ｘ）の内容はＰp （Ｘ）＝ｆ（Ｘ0 −Ｘ）の関係を使って、下記（９）式のように表現できる。さらに、これは、下記（１０）式のように、積分区間を広げることができる。この位相変化はその方程式の表現から関数Ａ（Ｔ，κ）と関数ｆ（κ）とのコンボルーションであることが理解できる。ここで、κは観測ラインＬ上のポンプ波とプローブ波とが衝突する位置である。κ＝０〜ｌ：ｌは発信器２と受信器３内の距離。
【００４１】
【数２】
0003833906.tif 000003
【００４２】
実際、計測系を考察すると、衝突による非線形作用は空間的に有限な領域で起こるので、式（１０）は、仮定ではなく、確かに位相変化は２つの関数のコンボルーションとなっていることが分かる。このコンボルーションをフーリエ変換すると、よく知られた関係の下記（１１）式が成り立つ（フーリエ変換でのコンボルーション表現）。
【００４３】
【数３】
0003833906.tif 000004
【００４４】
（１１）式において、Ａ（Ｔ，κ）は、温度Ｔに依存する係数である。ここで、Ａ（Ｔ，κ）は、逆フーリエ変換から下記（１２）式のように求まる。
【００４５】
【数４】
0003833906.tif 000005
【００４６】
なお、変数κは、発信器と受信器との間の任意の位置を示すので、これは変数の表現をＸにかえて、下記（１３）式と表現を変えても問題はない。
Ａ（Ｔ，Ｘ）＝（１−ｃ（Ｘ）／ｃ0 ）／（１＋ρ（Ｘ）／ρ0 ）    ・・・・（１３）
このように位相変化Δψ（Ｘ）から温度Ｔと位置Ｘの関数Ａ（Ｔ，Ｘ）の値を知ることができる。これを、計測システムの中に予め収めている下記（１４）式で示される温度係数Ａ（Ｔ）と比較し、Ａ（Ｔ，Ｘ）＝Ａ（Ｔ）が成立する温度Ｔを求める。この温度Ｔが計測系の位置Ｘでの温度Ｔである。
【００４７】
Ａ（Ｔ）＝（１−ｃ（Ｔ）／ｃ0 ）／（１＋ρ（Ｔ）／ρ0 ）  ・・・・（１４）
但し、ｃ（Ｔ）とρ（Ｔ）は、それぞれ温度Ｔにおいての気体の速度と密度の微小変化分である。図３に温度Ｔと温度係数Ａ（Ｔ）との関係を示す。
【００４８】
〔計測動作〕
上述した計測原理に従って図１に示した室内温度計測システムは動作する。なお、この実施の形態では、第２の発信器９から発信するポンプ波１３の発信タイミングを基準とし、第１の発信器７から発信するプローブ波１２の発信タイミングを前後にずらすことにより、観測ラインＬにおけるプローブ波１２とポンプ波１３との衝突位置を調整するものとする。
【００４９】
すなわち、ドライバ１１における送信時間設定部１１−１への時間設定は固定とし、ドライバ１０における送信時間設定部１０−１への時間設定を変更することにより、プローブ波１２の発信タイミングを調整するものとする。勿論、ポンプ波１３の発信タイミングを調整することによって、観測ラインＬにおけるプローブ波１２とポンプ波１３との衝突位置を調整するようにしてもよいことはいうまでない。
【００５０】
今、プローブ波１２の発信タイミングの調整によって、ポンプ波１３の発信後、所定の時間ｔpp遅れてプローブ波１２が発信されるものとする。すなわち、発信器９からポンプ波１３を発信した後（図２（ａ）参照：ｔ０点）、ｔpp時間遅れたｔ１点で（図２（ｂ）参照）、発信器７からプローブ波１２を発信するものとする。この場合、プローブ波１２とポンプ波１３とは、観測ラインＬにおける発信器７側の所定の位置Ｘ0 で衝突する（図２（ｃ）参照）。
【００５１】
すなわち、プローブ波１２とポンプ波１３とが同時に発信された場合には観測ラインＬの中央で衝突するが、この場合、プローブ波１２がポンプ波１３よりもｔpp時間遅れて発信されているので、この遅れ時間ｔppに応じた発信器７側の所定の位置Ｘ0 でプローブ波１２とポンプ波１３とが衝突する。この所定の位置Ｘ0 でのプローブ波１２とポンプ波１３との衝突は、Ｔ１＝Ｔ２でかつＴ１，Ｔ２＝Ｔ３であるので、周期的に繰り返される。
【００５２】
プローブ波１２とポンプ波１３とが衝突すると、その衝突位置Ｘ0 での温度に応じたポンプ波１３の圧力変動が、音波の非線形相互作用によりプローブ波１２の位相に変化を与える。ポンプ波１３と衝突したプローブ波１２は受信器９で受信される。
【００５３】
受信器９で受信されたプローブ波１２はＡ／Ｄ変換部１５を介して位相情報抽出部１６へ受信データとして送られる。Ａ／Ｄ変換部１５は、増幅器１５−１とフィルタ１５−２とＡ／Ｄ変換器１５−３とを有し、受信器９で受信されたプローブ波１２を増幅、フィルタリングした後、デジタル化し、受信データとして位相情報抽出部１６へ送る。
【００５４】
位相情報抽出部１６は、Ａ／Ｄ変換部１５からのデジタル化された受信データから時間ｔの関数である位相ψ（Ｘ）を抽出し（図４参照）、この抽出した位相ψ（Ｘ）からプローブ波１２の位相変化Δψi（Ｘ） を算出する。このとき、周期的に発信されたＮ個（ｉ＝１〜Ｎ）のプローブ波１２について、位相変化Δψi（Ｘ） を算出する。そして、この位相変化Δψi（Ｘ） を加算し、平均化して位相変化Δψ（Ｘ）を求め、
【００５５】
【数５】
0003833906.tif 000006
【００５６】
この同期加算によって得た位相変化Δψ（Ｘ）を衝突位置Ｘ0 での位相変化Δψ（Ｘ0 ）とする。これにより、Ｓ／Ｎ比を向上させて、衝突位置Ｘ0 での正確な位相変化Δψ（Ｘ0 ）を算出することができる。
【００５７】
なお、位相変化Δψ（Ｘ0 ）は、例えば図５に示すような回路構成により求める。図５において、Ｖｐは観測波（プローブ波）、Ｖｃは内部で作成する基準波とする。この回路構成により、観測波Ｖｐと基準波Ｖｃとから、Ｖ1 Ｖ2 ｃｏｓ（ｗ−ｐ）およびＶ1 Ｖ2 ｃｏｓ（ｗ＋ｐ）を得る。
【００５８】
Ｖｐ＝Ｖ1 ｓｉｎｐｔ＝Ｖ1 ｓｉｎ（ωｔ＋ψ0 ＋Δψ（Ｘ））＝Ｖ1 ｓｉｎｔ｛ω＋（ψ0 ／ｔ）＋（Δψ（Ｘ）／ｔ）｝であり、よってｐ＝ω＋（ψ0 ／ｔ）＋（Δψ（Ｘ）／ｔ）と表せる。
Ｖｃ＝Ｖ2 ｓｉｎｗｔ＝Ｖ2 ｓｉｎ（ωｔ＋ψ0 ）＝Ｖ2 ｓｉｎｔ｛ω＋（ψ0 ／ｔ）｝であり、よってｗ＝ω＋（ψ0 ／ｔ）と表せる。
【００５９】
以上より、ｐ−ｗ＝Δψ（Ｘ）／ｔ、ｐ＋ｗ＝２ω＋（２ψ0 ／ｔ）＋（Δψ（Ｘ）／ｔ）が得られる。したがって、Ｖ1 Ｖ2 ｃｏｓ（ｗ−ｐ）＝Ｖ1 Ｖ2 ｃｏｓ｛Δψ（Ｘ）／ｔ｝ｔ＝Ｖ1 Ｖ2 ｃｏｓΔψ（Ｘ）となり、位相差Δψ（Ｘ）の関数が求まる。これにより、位相差Δψ（Ｘ）、すなわち位相変化Δψ（Ｘ0 ）を求めることができる。また、振幅Ｖ1 ，Ｖ2 は、規格化してＶ1 ＝Ｖ2 ＝１と回路上簡単に設定することができる。
【００６０】
位相情報抽出部１６で得られた位相変化Δψ（Ｘ0 ）はフーリエ変換／逆フーリエ変換部１７へ送られる。フーリエ変換／逆フーリエ変換部１７（図６参照）は、位相変化Δψ（Ｘ0 ）のフーリエ変換データと事前に求められている超音波パルス波ｆ（Ｘ）のフーリエ変換データとの割り算を行い、
【００６１】
【数６】
0003833906.tif 000007
【００６２】
さらに逆フーリエ演算を施し、下記（１７）式より、位置Ｘ0 での係数Ａ（Ｔ，Ｘ0 ）を求め、温度算出部１８へ送る。なお、この例では、係数Ａ（Ｔ，Ｘ0 ）の算出にあたって逆フーリエ変換を用いたが、ウエブレット変換などを用いてもよい。
【００６３】
【数７】
0003833906.tif 000008
【００６４】
温度算出部１８では、記憶部１９に格納されている温度係数テーブルＴＡを参照し、フーリエ変換／逆フーリエ変換部１７からの係数Ａ（Ｔ，Ｘ0 ）と温度係数Ａ（Ｔ）とを比較し、両係数の値が一致する温度Ｔを衝突位置Ｘ0 の温度Ｔ0 として求める。
【００６５】
温度算出部１８は、この求めた衝突位置Ｘ0 の温度Ｔ0 を外部へ送信し、記録したり、表示したり、印刷したりする。また、この求めた衝突位置Ｘ0 の温度Ｔ0 を室内における代表点の温度（人体の傍の温度）として、図示されていない空調コントローラへ送る。空調コントローラは、衝突位置Ｘ0 の温度Ｔ0 が設定温度に一致するように、室内への調和空気の供給量を制御する。
【００６６】
ここで、本実施の形態の室内温度計測システムと図１１に示した従来の室内温度計測システムとを比較して分かるように、本実施の形態の室内温度計測システムではプローブ波１２を数個の波数の短い超音波としているので、すなわち従来のプローブ波５のように連続波として出力していないので、電力の消費量が少なく、発信器７や受信器８の寿命も延びる。また、プローブ波１２が連続波として常に出力されるのではなく、周期的に出力されるので、計測系（室内環境）を乱さないようにすることが可能となる。
【００６７】
〔温度計測位置の変更〕
本実施の形態の室内温度計測システムにおいて、温度計測位置を変更したい場合には、ドライバ１０における送信時間設定部１０−１への時間設定を変更すればよい。これにより、発信器７からのプローブ波１２の発信タイミングがずれ、観測ラインＬにおけるプローブ波１２とポンプ波１３との衝突位置Ｘ0 が変わり、人が密集している場所、熱源がある場所など、室内環境に応じて、温度を計測する位置を自由に設定することができる。なお、ドライバ１１における送信時間設定部１１−１への設定時間を変更することによっても、観測ラインＬにおけるプローブ波１２とポンプ波１３との衝突位置Ｘ0 を変えることができることはいうまでもない。
【００６８】
〔温度の変化分布の計測〕
上述した実施の形態では、衝突位置Ｘ0 を１点に定めて、その衝突位置Ｘ0 の温度を計測する場合について述べた。本実施の形態では、衝突位置Ｘ0 を動かしながら、観測ラインＬ上の温度の変化分布を計測することも可能である。この場合、例えば、ドライバ１０における送信時間設定部１０−１における時間設定をプローブ波１２のＮ周期毎に連続的に変化させる。これにより、観測ラインＬのＸ＝０からＸ＝ｌまでの位置を細分化し、その細分化した位置毎の温度を計測し、観測ラインＬ上の温度の変化分布を得ることが可能となる。
【００６９】
〔実施の形態２〕
実施の形態１では、発信器と受信器とを別々に設けているが、発信機能と受信機能の両方を備えた送受信兼用タイプの超音波発振器を使用してもよい。図７は送受信兼用タイプの超音波発振器を用いたシステム構成例であり、プローブ波１２の発信側、ポンプ波１３の発信側共に送受信兼用タイプの超音波発振器を使用している。
【００７０】
この場合、プローブ波１２を送信する側の超音波発振器２０からは、送信機能のみを利用して、プローブ波１２を発信させる。これに対し、ポンプ波１３を送信する側の超音波発振器２１には、ドライバ１１と演算処理部１４との間に切替スイッチ２２を設け、超音波発振器２１の送信機能と受信機能とを切り替えて利用する。すなわち、ドライバ１１からの駆動によって超音波発振器２１からポンプ波１３を送信した後、切替スイッチ２２を演算処理部１４側に自動的に切り替えて、超音波発振器２０が受信したプローブ波１２を演算処理部１４へ送る。
【００７１】
〔実施の形態３〕
実施の形態１（図１）では、プローブ波１２の位相変化のみから衝突位置Ｘ0 の温度Ｔ0 を計測するようにしている。プローブ波１２とポンプ波１３とが衝突すると、その衝突位置Ｘ0 での温度に応じたプローブ波１２の圧力変動が、音波の非線形相互作用によりポンプ波１３の位相にも変化を与える。
【００７２】
そこで、この実施の形態３では、図８に示すように、第１の発信器７とほゞ同位置に第２の受信器２３を設け、第２の発信器９から送信されるポンプ波１３を受信するようにしている。そして、この受信器２３で受信したポンプ波１３を演算処理部１４（１４Ａ）と同一構成の演算処理部１４Ｂへ与え、演算処理部１４Ｂにおいてポンプ波１３の位相変化を求め、この位相変化から観測ラインＬにおけるプローブ波１２とポンプ波１３との衝突位置Ｘ0 の温度Ｔ0 （Ｔ0B）を算出し、演算処理部１４Ａで算出された温度Ｔ0 （Ｔ0A）と演算処理部１４Ｂで算出された温度Ｔ0Bとの平均値を平均化部２４において求めるようにしている。
【００７３】
この実施の形態３では、プローブ波１２がプローブ波兼ポンプ波とされ、ポンプ波１３がポンプ波兼プローブ波とされ、プローブ波兼ポンプ波１２の位相変化から求めた衝突位置Ｘ0 の温度Ｔ0Aとポンプ波兼プローブ波１３の位相変化から求めた衝突位置Ｘ0 の温度ＴOBとの平均値として衝突位置Ｘ0 の温度Ｔ0 が求められる。これにより、実施の形態１と比べて、計測精度がアップする。
【００７４】
〔実施の形態４〕
実施の形態２（図７）についても、図９に示すように構成することにより、プローブ波１２をプローブ波兼ポンプ波とし、ポンプ波１３をポンプ波兼プローブ波とし、プローブ波兼ポンプ波１２の位相変化から求めた衝突位置Ｘ0 の温度Ｔ0Aとポンプ波兼プローブ波１３の位相変化から求めた衝突位置Ｘ0 の温度ＴOBとの平均値として衝突位置Ｘ0 の温度Ｔ0 を求めることが可能である。
【００７５】
図９のシステム構成では、超音波発振器２０側に演算処理部１４Ａと同一構成の演算処理部１４Ｂを設け、超音波発振器２０とドライバ１０および演算処理部１４Ｂとの間に切替スイッチ２５を設け、超音波発振器２０の送信機能と受信機能とを切り替えて使用する。また、演算処理部１４Ａで算出された温度Ｔ0Aと演算処理部１４Ｂで算出された温度Ｔ0Bとを平均化部２４へ与え、Ｔ0AとＴ0Bとの平均値をプローブ波兼ポンプ波１２とポンプ波兼プローブ波１３との衝突位置Ｘ0 の温度Ｔ0 として求める。
【００７６】
なお、図１１に示した従来の室内温度計測システムでは、受信器３側に強力な音波発信装置４を設け、この音波発信装置４からポンプ波６を発信させている。音波発信装置４は、銅製のディスクであり、高周波の電流をコイルに流すとこの傍に設置している銅製のディスク内部に電磁相互作用により渦電流が流れる。この電流のジュール熱でディスクが発熱し、板が変形する。このディスク変形が周囲の空気を動かし、エネルギーの大きな音波が発生する。
【００７７】
これに対し、本実施の形態（実施の形態１〜４）では、音波発信装置４のような銅製のディスクは使用しておらず、超音波発振器を使用している。最近では、小型かつ高圧音波を発生可能な超音波発振器も出現しており、このような超音波発振器を使用することにより、よりコンパクトなシステムとすることが可能となり、省電力化も促進することができる。小型かつ高圧音波を発生可能な超音波発振器として、文献４（「農工大、音圧が高く周波数帯域が広い超音波素子を開発」、「断続的なジュール熱で空気の膨張、収縮を繰り返す新原理を採用」、日経メカニカル、５６ｐ，１９９９／１０  ＮＯ．５４１）に示されたような超音波発振器の採用が考えられる。
【００７８】
また、上述した実施の形態では、プローブ波１２やポンプ波１３を超音波としたが、超音波に限られるものではなく、可聴範囲の音波を使用するようにしてもよい。すなわち、本発明の音波の定義には、超音波だけではなく可聴範囲の音波も含まれる。
また、上述した実施の形態では、室内温度を計測する例で説明したが、例えばプールの中の温度分布の計測、ボイラにおける火炎の温度分布の計測なども可能であり、各種の温度計測に用いて好適である。
【００７９】
また、上述した実施の形態では、観測ラインＬ上で周期的にプローブ波１２とポンプ波１３とを衝突させるようにしたが、必ずしも周期的に衝突させなくてもよい。例えば、計測値が必要なタイミングにのみ、プローブ波１２およびポンプ波１３を発信させて、所定の位置の温度を計測するようにしてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、第１の発信手段および第２の発信手段からそれぞれ設定された発信タイミングで所定の波数の音波を発信させ、第１の発信手段から発信された音波が受信手段に到達するまでの間の所定の位置で第１の発信手段から発信された音波〔プローブ波（あるいはポンプ波）〕と第２の発信手段から発信された音波〔ポンプ波（あるいはプローブ波）〕とを衝突させ、衝突した音波の位相情報に基づいてその衝突位置の温度を求めるようにしたので、従来のプローブ波を連続的に出力する方法と比較し、電力消費が少なく、発信器や受信器の寿命を延ばすことができる。また、プローブ波が連続波として常に出力されるのではなく、周期的に出力されたり、必要なタイミングにのみ出力されるので、計測系を乱さずに計測することが可能となる。
【００８１】
また、第１の発信手段から発信される音波および第２の発信手段から発信される音波の何れか一方の発信タイミングをずらし、第１の発信手段からの音波と第２の発信手段からの音波との衝突位置を変更することにより、温度の計測位置を自由に調整することが可能である。これにより、人が密集している場所、熱源がある場所など、室内環境に応じて、温度を計測する位置を自由に設定することが可能となり、また温度分布の計測も可能となる。
【００８２】
また、第１の発信手段から発信する音波を例えばプローブ波兼ポンプ波とし、第２の発信手段から発信する音波を例えばポンプ波兼プローブ波とし、プローブ波兼ポンプ波の位相変化から求めた衝突位置の温度とポンプ波兼プローブ波の位相変化から求めた衝突位置の温度との平均値として衝突位置の温度を求めることにより、計測精度をアップさせることができるようになる。
【００８３】
また、第１の発信手段から周期的に発信された複数の音波の位相変化を同期加算した値を受信された音波の位相情報として検出することにより、Ｓ／Ｎ比を向上させて、衝突位置での正確な位相変化を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を示す室内温度計測システムの要部を示す機能ブロック図（実施の形態１）である。
【図２】  この室内温度計測システムの計測動作を説明する図である。
【図３】  温度Ｔと温度係数Ａ（Ｔ）との関係を示す図である。
【図４】  この室内温度計測システムに用いる位相情報抽出部での処理機能を示すブロック図である。
【図５】  位相変化Δψ（Ｘ0 ）を求める回路構成を例示する図である。
【図６】  この室内温度計測システムに用いるフーリエ変換／逆フーリエ変換部での処理機能を示すブロック図である。
【図７】  送受信兼用タイプの超音波発振器を用いた室内温度計測システムの要部を示す機能ブロック図（実施の形態２）である。
【図８】  実施の形態１の構成においてプローブ波およびポンプ波の位相変化から衝突位置の温度を計測しその平均値を求めるようにした室内温度計測システムの要部を示す機能ブロック図（実施の形態３）である。
【図９】  実施の形態２の構成においてプローブ波およびポンプ波の位相変化から衝突位置の温度を計測しその平均値を求めるようにした室内温度計測システムの要部を示す機能ブロック図（実施の形態４）である。
【図１０】  超音波利用の従来例１（音速の温度依存性を利用しての温度計測）における温度の計測原理を説明する図である。
【図１１】  超音波利用の従来例２（超音波の非線形効果を利用しての温度計測）における温度の計測原理を説明する図である。
【符号の説明】
７…発信器（第１の発信器）、８…受信器（第１の受信器）、９…発信器（第２の発信器）、１０，１１…ドライバ、１０−１，１１−２…送信波ドライバ、１０−２，１１−２…送信波発生部、１０−３，１１−３…送信時間設定部、１２…プローブ波、１３…ポンプ波、１４…演算処理部、１５…Ａ／Ｄ変換部、１６…位相情報抽出部、１７…フーリエ変換／逆フーリエ変換部、１８…温度算出部、１９…記憶部、ＴＡ…温度係数テーブル、２０，２１…超音波発振器（送受信兼用タイプ）、２２，２５…切替スイッチ、２３…受信器（第２の受信器）、２４…平均化部、Ｌ…観測ライン。
【図１】
0003833906.tif 000009
【図２】
0003833906.tif 000010
【図３】
0003833906.tif 000011
【図４】
0003833906.tif 000012
【図５】
0003833906.tif 000013
【図６】
0003833906.tif 000014
【図７】
0003833906.tif 000015
【図８】
0003833906.tif 000016
【図９】
0003833906.tif 000017
【図１０】
0003833906.tif 000018
【図１１】
0003833906.tif 000019