JP7591766B2 - Deep temperature measurement method and deep thermometer - Google Patents
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Description
本発明は、人や動物等の生物や様々な物体の内部の温度を測定する深部温度測定方法と深部温度計に関する。 The present invention relates to a deep temperature measurement method and a deep thermometer for measuring the internal temperature of various objects and living things such as humans and animals.
高齢者や脊髄損傷患者は体温調節機能が低下するので、熱中症や低体温症の危険が高くなる。従って、常時体温計測をする環境が望まれる。しかし、一般の体温計は体温を計測する部位によって測定値がばらつく傾向にある。一方、体内の深い部分の体温は外気温に影響されにくい。このために、各種の深部温度計が開発された(特許文献1~4)。
Elderly people and patients with spinal cord injuries have a reduced ability to regulate their body temperature, which increases the risk of heatstroke and hypothermia. Therefore, an environment where body temperature can be measured at all times is desirable. However, with ordinary thermometers, the measured values tend to vary depending on the part of the body where the temperature is measured. On the other hand, the temperature of deep parts of the body is less affected by the outside air temperature. For this reason, various deep body thermometers have been developed (
既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
従来の深部温度計には、後で説明する様々な要因から、測定誤差が生じることがある。上記の特許文献にもその問題を解決する手法が記載されている。本発明はさらに精度が高い深部温度の測定方法と、その方法により作動する実用的な深部温度計を提供することを目的とする。これに加えて、人の体温のみならず動物等の生物や様々な物体の内部の温度を測定するために利用できる深部温度計を提供することを目的とする。
The known prior art has the following problems to be solved.
Conventional deep body thermometers may have measurement errors due to various factors that will be described later. The above-mentioned patent documents also describe methods for solving the problem. The present invention aims to provide a method for measuring deep body temperature with higher accuracy and a practical deep body thermometer that operates by the method. In addition, the present invention aims to provide a deep body thermometer that can be used to measure not only human body temperature but also the internal temperatures of living organisms such as animals and various objects.
以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
<構成1>
測定対象物側に配置した複数の熱流の上流側の温度センサの測定した温度と、測定対象物から離れた位置に配置された上記複数の熱流の下流側の温度センサの測定した温度と、環境温度センサにより測定した温度と、いずれかの上流側の温度センサと、いずれかの下流側の温度センサの間の複数の熱流路の熱抵抗の比との関係を示す理論式を生成して、
深部温度が既知である場合に、この深部温度と上記温度センサにより測定した温度とを上記理論式に代入して、上記の複数の熱流路の熱抵抗の比を示すパラメータKを逆算する演算をして、この新たに求められたパラメータKを、その後の深部温度の測定用演算式に使用することを特徴とする深部温度の測定方法。
The following configurations are each a means for solving the above problems.
<
A theoretical formula is generated that shows a relationship between a temperature measured by a temperature sensor on the upstream side of a plurality of heat flows arranged on the side of the object to be measured, a temperature measured by a temperature sensor on the downstream side of the plurality of heat flows arranged at a position away from the object to be measured, a temperature measured by an environmental temperature sensor, and a ratio of thermal resistances of a plurality of heat flow paths between any of the upstream temperature sensors and any of the downstream temperature sensors;
A method for measuring deep temperature, characterized in that when the deep temperature is known, this deep temperature and the temperature measured by the temperature sensor are substituted into the theoretical formula to perform a calculation to back-calculate a parameter K indicating the ratio of the thermal resistance of the multiple heat flow paths, and this newly obtained parameter K is then used in the calculation formula for measuring the deep temperature.
<構成2>
測定対象物の表面に伝熱体を密着させて、深部温度を測定するための方法であって、
上記伝熱体に覆われた測定対象物の表面上の2個所に第1の温度センサと第2の温度センサを配置し、
伝熱体中を、第1の温度センサから測定対象物の表面に対して垂直方向に熱流が伝わった時の、第1の熱流ルート上の熱流到達点に第3の温度センサを配置し、
伝熱体中を、第2の温度センサから測定対象物の表面に対して垂直方向に熱流が伝わった時の、第2の熱流ルート上の熱流到達点に第4の温度センサを配置し、
第1の熱流ルートの熱抵抗をRaとし、第2の熱流ルートの熱抵抗をRbに設定したプローブを使用し、
このプローブの伝熱体を測定対象物の表面に密着させて、各温度センサの検出温度が定常状態に達した後の、第1の温度センサの検出温度T1と、第2の温度センサの検出温度T2と、第3の温度センサの検出温度T3と、第4の温度センサの検出温度T4とを取得して、第1の熱流ルートの熱抵抗Raと、第2の熱流ルートの熱抵抗Rbの比をパラメータKとおいた時の深部温度Tcを求める理論式を生成して、
深部温度が既知のTcである場合に、このTcと、実測により得られた上記T1とT2とT3とT4とを上記の深部温度Tcを求める理論式に代入して、上記のパラメータKを逆算して、この新たに求められたパラメータKを、深部温度の測定用演算式に使用することを特徴とする深部温度の測定方法。
<
A method for measuring deep temperature by bringing a heat transfer body into close contact with a surface of a measurement object, comprising:
A first temperature sensor and a second temperature sensor are disposed at two locations on a surface of the measurement object covered with the heat transfer body;
a third temperature sensor is disposed at a point on a first heat flow route where a heat flow reaches when the heat flow travels through the heat transfer body from the first temperature sensor in a direction perpendicular to the surface of the object to be measured;
a fourth temperature sensor is disposed at a point on a second heat flow route where a heat flow reaches when the heat flow travels through the heat transfer body from the second temperature sensor in a direction perpendicular to the surface of the object to be measured;
A probe is used in which the thermal resistance of the first heat flow route is set to Ra and the thermal resistance of the second heat flow route is set to Rb,
The heat conductor of this probe is brought into close contact with the surface of the object to be measured, and the detected temperatures T1, T2, T3, and T4 of the first, second, third, and fourth temperature sensors are obtained after the detected temperatures of the temperature sensors have reached a steady state. A theoretical formula is then generated to determine the deep temperature Tc when the ratio of the thermal resistance Ra of the first heat flow route to the thermal resistance Rb of the second heat flow route is set as a parameter K,
When the deep temperature is a known value Tc, this Tc and the above-mentioned T1, T2, T3, and T4 obtained by actual measurement are substituted into a theoretical formula for calculating the deep temperature Tc, the above-mentioned parameter K is calculated backwards, and this newly calculated parameter K is used in an arithmetic formula for measuring the deep temperature.
<構成3>
測定対象物の表面に伝熱体を密着させて、深部温度を測定するための方法であって、
上記伝熱体に覆われた測定対象物の表面上の2個所に第1の温度センサと第2の温度センサを配置し、
伝熱体中を、第1の温度センサから測定対象物の表面に対して垂直方向に熱流が伝わった時の、第1の熱流ルート上の熱流到達点に第3の温度センサを配置し、
伝熱体中を、第2の温度センサから測定対象物の表面に対して垂直方向に熱流が伝わった時の、第2の熱流ルート上の熱流到達点に第4の温度センサを配置し、
第1の熱流ルートの熱抵抗をRaとし、第2の熱流ルートの熱抵抗をRbに設定したプローブを使用し、
このプローブの伝熱体を測定対象物の表面に密着させて、各温度センサの検出温度が定常状態に達した後の、第1の温度センサの検出温度T1と、第2の温度センサの検出温度T2と、第3の温度センサの検出温度T3と、第4の温度センサの検出温度T4とを取得して、第1の熱流ルートの熱抵抗Raと、第2の熱流ルートの熱抵抗Rbの比をパラメータKとおいた時の深部温度Tcを求める理論式を下式(A)としたときに、
深部温度が既知のTcである場合に、このTcと、実測により得られた上記T1とT2とT3とT4とを上記の理論式に代入して、上記のパラメータKを下式(B)により逆算して、この新たに求められたパラメータKを、深部温度の測定用演算式に使用することを特徴とする深部温度の測定方法。
A method for measuring deep temperature by bringing a heat transfer body into close contact with a surface of a measurement object, comprising:
A first temperature sensor and a second temperature sensor are disposed at two locations on a surface of the measurement object covered with the heat transfer body;
a third temperature sensor is disposed at a point on a first heat flow route where a heat flow reaches when the heat flow travels through the heat transfer body from the first temperature sensor in a direction perpendicular to the surface of the object to be measured;
a fourth temperature sensor is disposed at a point on a second heat flow route where a heat flow reaches when the heat flow travels through the heat transfer body from the second temperature sensor in a direction perpendicular to the surface of the object to be measured;
A probe is used in which the thermal resistance of the first heat flow route is set to Ra and the thermal resistance of the second heat flow route is set to Rb,
The heat conductor of this probe is brought into close contact with the surface of the object to be measured, and the detected temperatures of the first temperature sensor, the detected temperatures T1, T2, T3, and T4 of the third temperature sensor, and the fourth temperature sensor are obtained after the detected temperatures of the temperature sensors reach a steady state. When the ratio of the thermal resistance Ra of the first heat flow route to the thermal resistance Rb of the second heat flow route is set as a parameter K, the theoretical formula for calculating the deep temperature Tc is given by the following formula (A):
A method for measuring deep temperature, characterized in that when the deep temperature is a known value Tc, this Tc and the above-mentioned T1, T2, T3, and T4 obtained by actual measurements are substituted into the above-mentioned theoretical formula, the above-mentioned parameter K is calculated backwards using the following formula (B), and this newly obtained parameter K is used in an arithmetic formula for measuring the deep temperature.
<構成4>
環境温度TeごとにパラメータKを求めておき、環境温度に応じて選択したパラメータKを、深部温度の測定用演算式に使用することを特徴とする構成1乃至3のいずれかに記載の深部温度の測定方法。
<
A method for measuring deep temperature described in any one of
<構成5>
構成1乃至3のいずれかに記載の方法によりパラメータKを求める手段と、そのパラメータKを使用して、深部温度の測定用演算を実行する手段とを備えたことを特徴とする深部温度計。
<Configuration 5>
A deep body thermometer comprising: a means for determining a parameter K by the method according to any one of
<構成6>
環境温度Teを測定する温度センサを備え、構成5に記載の方法により複数種類のパラメータKを求める手段と、それらのパラメータKを使用して、環境温度に応じた深部温度の測定用演算を実行する手段を備えたことを特徴とする深部温度計。
<Configuration 6>
A deep thermometer comprising a temperature sensor for measuring an environmental temperature Te, a means for determining a plurality of types of parameters K by the method described in configuration 5, and a means for using the parameters K to perform calculations for measuring a deep temperature according to the environmental temperature.
<構成7>
深部温度計のコンピュータを構成5または6に記載の手段として機能させるコンピュータプログラム。
<Configuration 7>
A computer program that causes a computer of a deep body thermometer to function as the means described in configuration 5 or 6.
<構成8>
構成7に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータで読取り可能な記録媒体。
<Configuration 8>
A computer-readable recording medium having the computer program according to configuration 7 recorded thereon.
第1の熱流ルートの熱抵抗Raと、第2の熱流ルートの熱抵抗Rbの比をパラメータKとおいた時の深部温度Tcを求める理論式のパラメータKの値を書き直すことにより、高い精度で深部温度の測定ができる。 By rewriting the value of parameter K in the theoretical formula that calculates the deep temperature Tc when the ratio of the thermal resistance Ra of the first heat flow route to the thermal resistance Rb of the second heat flow route is set as parameter K, the deep temperature can be measured with high accuracy.
本発明では、例えば、図1(a)に示したような形状のプローブ10を使用して深部温度を測定する。図1に示すように、このプローブ10を、例えば、患者の額等の体表面12に密着させて、深部温度を測定する。体表面12に密着させる伝熱体14には、皮膚よりも熱伝導率が低いスポンジ等の材料を使用する。プローブ10の上面は例えば、伝熱体14よりも熱伝導率が高いアルミニウム板で覆う。全体の形状は後で説明する図4(a)に例示した。
In the present invention, for example, a
伝熱体14に覆われた体表面12上の2個所に、第1の温度センサ16と第2の温度センサ18を配置する。第1の温度センサ16と第2の温度センサ18の間の距離は例えば、数ミリメートル程度である。この伝熱体14には、垂直方向(体表面に対して垂直方向)の温度差により、矢印A方向(第1の熱流ルート)と矢印B方向(第2の熱流ルート)にそれぞれ熱流が生じる。
A
この伝熱体14中を、第1の温度センサ16から体表面12に対して矢印A方向に熱流が伝わった時の第1の到達点に、第3の温度センサ20を配置する。
The
矢印B方向の熱流は矢印Aの周りの環状の熱流である。この伝熱体14中を、第2の温度センサ18から体表面12に対して矢印B方向に熱流が伝わった時の第2の到達点に第4の温度センサ22を配置する。
The heat flow in the direction of arrow B is a circular heat flow around arrow A. A
深部温度の測定を開始後、この状態で各温度センサの検出温度が定常状態に達するまで待機する。時間が経過すると、各部の温度が上昇して、矢印A上の温度分布と矢印B上の温度分布が、図1(b)に示すようになる。 After starting to measure the deep temperature, wait in this state until the temperature detected by each temperature sensor reaches a steady state. As time passes, the temperature of each part rises, and the temperature distribution along arrow A and the temperature distribution along arrow B become as shown in Figure 1 (b).
このとき、第1の温度センサ16の検出温度T1と、第2の温度センサ18の検出温度T2と、第3の温度センサ20の検出温度T3と第4の温度センサ22の検出温度T4との大小関係は、Tc>T1>T3、Tc>T2>T4、のようになる。
At this time, the magnitude relationship between the detected temperature T1 of the
図2では、この深部温度計を使用したときの深部温度を理論的に算出する手順を示している。第1の熱流ルート上の熱流Ia、第2の熱流ルート上の熱流Ib、皮下組織の熱抵抗Rm、第1の熱流ルートの熱抵抗Ra、第2の熱流ルートの熱抵抗Rb、としたときに、第1の熱流ルート上の熱流と各部の温度の関係と、第2の熱流ルート上の熱流と各部の温度の関係は図2に示すようになる。 Figure 2 shows the procedure for theoretically calculating the deep temperature when using this deep thermometer. When the heat flow on the first heat flow route is Ia, the heat flow on the second heat flow route is Ib, the thermal resistance of the subcutaneous tissue is Rm, the thermal resistance of the first heat flow route is Ra, and the thermal resistance of the second heat flow route is Rb, the relationship between the heat flow on the first heat flow route and the temperature of each part, and the relationship between the heat flow on the second heat flow route and the temperature of each part are as shown in Figure 2.
その結果、図2のように、皮下組織の熱抵抗Rmを求める2種類の関係式(1)と(2)を得ることができる。ここで、第1の温度センサ16から第3の温度センサ20までの伝熱体14の熱抵抗Raと、第2の温度センサ18から第4の温度センサ22までの伝熱体14の熱抵抗Rbとの比を、K=Ra/Rb(関係式(3))とする。上記の関係式(1)(2)(3)から、深部温度Tcを求めるための関係式(4)が得られる。
As a result, as shown in Figure 2, two types of relational expressions (1) and (2) can be obtained to calculate the thermal resistance Rm of the subcutaneous tissue. Here, the ratio of the thermal resistance Ra of the
従来はこの関係式により理論的に深部温度を求めるようにしていた。しかしながら、これは、図1(b)に示すように、矢印A上の温度分布と矢印B上の温度分布の関係から、図1(c)に示すように、横方向の温度差に応じた横方向の熱流が生じるために、プローブの素材や構造によって、測定誤差が生じていた。 Conventionally, deep temperature has been theoretically calculated using this relationship. However, as shown in Figure 1(b), the relationship between the temperature distribution along arrow A and the temperature distribution along arrow B results in a lateral heat flow corresponding to the lateral temperature difference, as shown in Figure 1(c), which can cause measurement errors depending on the material and structure of the probe.
そこで、本発明では、まず、図3に示すように、深部温度Tcを求めるための関係式(A)をつくる。この関係式(A)は、図2の関係式(4)の(T1-T3)の項を(T1-T2)に置き換えたものである。これは、図3に示した矢印XやY方向の熱流による誤差を最小にするように、T1とT2の温度差が計算結果に強く反映するように、理論式を変形したものである。 Therefore, in the present invention, we first create a relational equation (A) for calculating the deep temperature Tc, as shown in Figure 3. This relational equation (A) replaces the term (T1-T3) in relational equation (4) in Figure 2 with (T1-T2). This is a modification of the theoretical equation so that the temperature difference between T1 and T2 is strongly reflected in the calculation results, minimizing errors due to heat flows in the directions of the arrows X and Y shown in Figure 3.
このほかにも、横方向の熱流を考慮して、上記T1とT2とT3とT4とパラメータKとを使用して理論的に深部温度Tcを求めるための変形した関係式をつくることができる。上記の関係式(A)は、本発明への適用に特に有効なことが明らかになったので、以下にその関係式を使用した実施例を示す。 In addition, by taking into account the lateral heat flow, a modified equation can be created to theoretically calculate the deep temperature Tc using the above T1, T2, T3, T4, and parameter K. The above equation (A) has been found to be particularly effective in application to the present invention, so an example using this equation is shown below.
まず、関係式(A)からパラメータKを逆算する関係式(B)をつくる。深部温度が既知のTcである試験装置を使用して、このTcと、実測により得られた上記T1とT2とT3とT4とを使用して、関係式(B)により新たなパラメータKを求める。即ち、パラメータKを上記の関係式(3)の内容にかかわらず、新たな数値に置き換えてしまう。 First, create relational equation (B) to calculate parameter K backward from relational equation (A). Using a test device with a known deep temperature Tc, this Tc and the above values of T1, T2, T3, and T4 obtained by actual measurements are used to find a new parameter K from relational equation (B). In other words, parameter K is replaced with a new value regardless of the content of relational equation (3) above.
図4の(a)と(b)には、2種類のプローブの斜視図を例示した。(a)は、大径の円板と小径の円板を重ねた構造をしており、円柱状の柱28と鍔状部30を備える。(b)は鍔状部30の一部だけを残したように、円柱状の柱28と張出し部31を備える。いずれも上記の熱抵抗Raと熱抵抗Rbの比は等しく設計されている。上記の関係式(4)により理論的に深部温度を求めるといずれも同じ結果が得られる。しかし、これらのプローブにより、さらに高い精度で深部温度を測定することができる。それを以下の実施例で説明する。
Figures 4(a) and (b) show perspective views of two types of probes. (a) has a structure in which a large-diameter disk and a small-diameter disk are stacked on top of each other, and is equipped with a
まず、図5に示すように深部温度の測定のための試験装置を準備した。これは、プローブを額に当てて、頭蓋骨の内側の体温を測定する場合を想定している。まず、恒温槽に温水を満たし、その水面にアルミ板と石膏板を重ねて配置する。石膏板の上には上記の構造のプローブを配置する。このプローブは、上記のように、スポンジの上面をアルミニウム板で被った構造をしている。 First, a test device for measuring deep body temperature was prepared as shown in Figure 5. This assumes that a probe will be placed on the forehead to measure the body temperature inside the skull. First, a thermostatic chamber is filled with warm water, and an aluminum plate and a plaster plate are placed on top of the water surface. A probe with the above structure is placed on top of the plaster plate. As described above, this probe has a sponge structure with an aluminum plate covering the top surface.
温水の温度Tcは深部温度である。これを摂氏37度に設定した。この温水に接するように熱伝導率の良いアルミニウム板等を配置し、頭部の骨や皮膚を模擬した石膏板を配置した。石膏板の厚みも実際の生体に合わせてある。これらは装着部位に合わせた形状にするとよい。人間の皮膚や頭蓋骨の熱伝導率に近いものとして石膏板を使用した。温水以外に電気ヒータその他の熱源を用いてもよい。頭部を模擬する石膏板は、例えば装着部位に合わせて模擬した他の素材を用いても良い。 The temperature Tc of the warm water is the deep temperature. It was set to 37 degrees Celsius. An aluminum plate with good thermal conductivity was placed in contact with the warm water, and a plaster plate simulating the bones and skin of the head was placed. The thickness of the plaster plate was also adjusted to match an actual living body. These should be shaped to match the part of the body where they are to be worn. A plaster plate was used as it has a thermal conductivity close to that of human skin and skull. An electric heater or other heat source may be used instead of warm water. The plaster plate simulating the head may be made of another material, for example, to match the part of the body where it is to be worn.
(a)に示すように、体表面に相当する部分(石膏板上)に2カ所温度センサが配置されている。さらに体表面から一定距離垂直に離れた2カ所に温度センサが配置されている。これらにより、上記のように、温度T1とT2とT3とT4とを測定する。上記の熱抵抗Raと熱抵抗Rbの比は2に設定してある。 As shown in (a), two temperature sensors are placed on the part corresponding to the body surface (on the plaster board). In addition, two temperature sensors are placed at a certain distance vertically away from the body surface. These are used to measure temperatures T1, T2, T3, and T4 as described above. The ratio of the thermal resistance Ra to the thermal resistance Rb is set to 2.
図5(b)には本発明の深部温度計全体の実施例ブロック図を示す。4個の温度センサ16、18、20、22の検出信号は、インタフェース32を介して演算処理部34に入力する。さらに、このインタフェース32には、環境温度センサ38が接続されており、その出力信号も演算処理部34に入力する。演算処理部34は、後で説明する演算処理を実行し、その演算処理結果は表示部36に出力される。表示部36には、深部温度TcとパラメータKとが表示される。即ち、プローブの検出信号はコンピュータにより自動的に演算処理されてパラメータKが記憶され設定されて、これが初期設定処理になる。その後はこのパラメータKにより深部温度の算出が行なわれて測定結果として表示される。
Figure 5 (b) shows a block diagram of an embodiment of the deep body thermometer of the present invention. The detection signals of the four
図6は、図4(a)に示した構造のプローブを使用した深部温度計の実測値である。図5(a)に示した試験装置で、深部温度を摂氏37度に設定し、摂氏15度から摂氏40度の付近まで、外気温Teを変えながら試験を行った。各外気温において、それぞれ全ての温度センサで測定した温度が安定してからそれらの測定値を取得した。約10分間で10秒間ごとに60回のデータ取得を行って、その平均値を記録したものが図6(a)の表である。 Figure 6 shows the actual measured values of a deep thermometer using a probe with the structure shown in Figure 4(a). Using the test equipment shown in Figure 5(a), the deep temperature was set to 37 degrees Celsius, and tests were conducted while varying the outside air temperature Te from approximately 15 degrees Celsius to approximately 40 degrees Celsius. At each outside air temperature, the measured values were obtained after the temperatures measured by all the temperature sensors had stabilized. Data was obtained 60 times every 10 seconds over a period of approximately 10 minutes, and the average values were recorded, as shown in the table in Figure 6(a).
ここで、図3に示した関係式(B)に、深部温度Tcと各温度センサの測定値T1とT2とT3とT4を代入して、パラメータKを算出した。その結果、パラメータKの値は、外気温が摂氏15度から摂氏40度の範囲で、1.42~1.46の範囲になることがわかった。理論的な計算によるパラメータKの値は2である。 The parameter K was calculated by substituting the deep temperature Tc and the measured values T1, T2, T3, and T4 of each temperature sensor into the relational expression (B) shown in Figure 3. As a result, it was found that the value of parameter K is in the range of 1.42 to 1.46 when the outside air temperature is in the range of 15 degrees Celsius to 40 degrees Celsius. The theoretically calculated value of parameter K is 2.
図6(b)は、縦軸に深部温度の真の値との誤差を-1.2~+1.2の範囲で示し、横軸に環境温度を示したグラフである。パラメータKの値を1.44に設定して深部温度を計算すると、環境温度にかかわらず誤差が最小であった。一方、パラメータKの値を2に設定すると、環境温度が摂氏35度付近では高い精度で深部温度を算出できるが、環境温度が低くなると誤差が大きくなることがわかった。 Figure 6 (b) is a graph showing the error from the true value of deep temperature on the vertical axis in the range of -1.2 to +1.2, and the environmental temperature on the horizontal axis. When deep temperature was calculated with the parameter K set to 1.44, the error was minimal regardless of the environmental temperature. On the other hand, when the parameter K was set to 2, deep temperature could be calculated with high accuracy when the environmental temperature was around 35 degrees Celsius, but the error became larger as the environmental temperature became lower.
即ち、深部温度が既知のTcである場合に、このTcと、実測により得られた上記T1とT2とT3とT4とを使用して上記の関係式によりパラメータKを逆算して、この新たに求められたパラメータKを、深部温度の測定用演算式に使用することで、高い精度で深部温度を測定することができる。 In other words, when the deep temperature is a known value Tc, this Tc and the above-mentioned T1, T2, T3, and T4 obtained by actual measurement can be used to back-calculate the parameter K from the above relational equation, and this newly calculated parameter K can be used in the calculation equation for measuring the deep temperature, thereby making it possible to measure the deep temperature with high accuracy.
このことから、図5(b)に示した演算処理部34が、プローブを試験装置にセットしたときに所定時間待機して、TcとT1とT2とT3とT4を取得し、自動的に図3(b)に示した関係式を使用してパラメータKを逆算して、深部温度の測定用演算のための演算式に組み込む処理を実行すれば、自動的に深部温度計の校正ができる。実際の使用時には、そのパラメータKを使用して図3(A)に示した関係式を用いて深部温度を算出する。
For this reason, if the
次に、図4の(b)に示した構造のプローブで同様の試験を行った。その結果を図7(a)の表に示す。ここでわかったことは、プローブの構造が異なると、この試験結果のように、環境温度依存性が顕著に現れる場合があるということである。 Next, a similar test was performed using a probe with the structure shown in Figure 4(b). The results are shown in the table in Figure 7(a). What was learned here is that when the probe structure is different, the environmental temperature dependency can become significant, as shown in the test results.
この温度依存性を考慮した関係式は、下記のとおりになった。
K=-0.0043Te+1.0568
これは、図3(b)に示した関係式を使用してパラメータKを求めると同時に、環境温度Teに依存する補正項を追加した演算式である。図7(b)のグラフは縦軸にパラメータKをとり、横軸に環境温度Teをとったものである。この関係式を用いて、環境温度Teごとに上記のパラメータKを再計算して、環境温度に応じて選択した再計算をしたパラメータKを深部温度の測定用演算式に使用する。その結果を図7の(c)に示した。
The relational equation taking into account this temperature dependency is as follows:
K=-0.0043Te+1.0568
This is an arithmetic formula in which the parameter K is calculated using the relational expression shown in Fig. 3(b) and a correction term dependent on the environmental temperature Te is added. The graph in Fig. 7(b) has the parameter K on the vertical axis and the environmental temperature Te on the horizontal axis. Using this relational expression, the above parameter K is recalculated for each environmental temperature Te, and the recalculated parameter K selected according to the environmental temperature is used in the arithmetic formula for measuring the deep temperature. The result is shown in Fig. 7(c).
図7の(c)のグラフは、図6の(b)のグラフと同様で、縦軸に深部温度の真の値との誤差を-1.2~+1.2の範囲で示し、横軸に環境温度を示したものである。広い温度範囲にわたって、高い精度で深部温度を算出することができる。図5(b)に示すように、深部温度計の所定の個所に環境温度を測定する温度センサ38を設けておき、演算処理部34が、上記の関係式を用いて、環境温度ごとのパラメータKを求めて、環境温度に応じた深部温度の測定用演算を実行することにより、環境温度にかかわりなく高い精度で深部温度を計測することができる。
The graph in FIG. 7(c) is similar to the graph in FIG. 6(b), with the vertical axis showing the error from the true value of deep temperature in the range of -1.2 to +1.2, and the horizontal axis showing the environmental temperature. Deep temperatures can be calculated with high accuracy over a wide temperature range. As shown in FIG. 5(b), a
なお、上記の4個の温度センサ16、18、20、22のうちのいずれかが、環境温度に近い温度を測定できるようであれば、その温度センサが環境温度センサを兼用しても構わない。
Note that if any of the four
第1と第2の温度センサは測定対象物側に配置されていればよい。また、第3と第4の温度センサも、測定対象物から離れた位置に配置されていればよい。複数の熱流路上の上流側の温度センサの測定した温度と下流側の温度センサの測定した温度が取得できればよい。2本以上の熱流路が設けられていればよいが、3本以上の熱流路がある場合には、そのつど適切な測定値を示す熱流路を2本選択して理論式を求めてもよい。物理的に近似している熱流路があれば、温度センサによる温度測定値の平均値を利用して1本分の熱流路上の温度測定値にするとよい。いずれの場合も、2本の熱流路を選択して、上流側温度センサと下流側温度センサの間の熱抵抗の比をKとして、環境温度を計算する理論式を求めるとよい。 The first and second temperature sensors may be placed on the side of the object to be measured. The third and fourth temperature sensors may also be placed away from the object to be measured. It is sufficient to obtain the temperatures measured by the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor on multiple heat flows. Two or more heat flows may be provided, but if there are three or more heat flows, two heat flows that show appropriate measurement values may be selected each time to obtain a theoretical formula. If there are heat flows that are physically similar, the average value of the temperature measurements by the temperature sensors may be used to obtain the temperature measurement value on one heat flow. In either case, it is preferable to select two heat flows and obtain a theoretical formula for calculating the environmental temperature by setting the ratio of thermal resistance between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor as K.
例えば、熱流路ごとに理論式を変えて、上記のKを求める複数種類の関係式を生成できる。これらの関係式を使用して、別々のパラメータKを求めて、平均値を使用したり、いずれか一方を選択するようにしてもよい。また、同じ関係式を使用しても、熱流路ごとに温度センサの測定値がそれぞれ相違するので、例えば、3本以上の熱流路の中から2本の熱流路の組合せを選んで、それぞれの組合せについて複数種類のパラメータKを求めるようにしてもよい。この場合も、パラメータKの平均値を採用したり、いずれか一方を採用するようにするとよい。 For example, by changing the theoretical formula for each heat flow path, multiple types of relational equations for calculating the above K can be generated. These relational equations can be used to calculate different parameters K, and the average value can be used or one of them can be selected. Even if the same relational equation is used, the measured values of the temperature sensor differ for each heat flow path, so, for example, a combination of two heat flow paths from three or more heat flow paths can be selected and multiple types of parameters K can be calculated for each combination. In this case, too, it is advisable to adopt the average value of the parameter K or one of them.
上記の試験装置からわかるように、本発明の深部温度測定方法や深部温度計は、人の体温のみならずペットや家畜等の各種生き物はもとより、様々な対象物の深部温度を間接的に測定する用途に広く利用することができる。 As can be seen from the above test device, the deep body temperature measurement method and deep body thermometer of the present invention can be widely used for indirectly measuring the deep body temperature of various objects, including not only human body temperature but also various living creatures such as pets and livestock.
10 プローブ
12 体表面
14 伝熱体
16 第1の温度センサ
18 第2の温度センサ
20 第3の温度センサ
22 第4の温度センサ
24 熱抵抗R1
26 熱抵抗R2
28 円柱状の柱
30 鍔状部
31 張出し部
32 インタフェース
34 演算処理部
36 表示部
38 環境温度センサ
10
26 Thermal resistance R2
28
Claims (6)
上記伝熱体に覆われた測定対象物の表面上の2個所に第1の温度センサと第2の温度センサを配置し、
伝熱体中を、第1の温度センサから測定対象物の表面に対して垂直方向に熱流が伝わった時の、第1の熱流ルート上の熱流到達点に第3の温度センサを配置し、
伝熱体中を、第2の温度センサから測定対象物の表面に対して垂直方向に熱流が伝わった時の、第2の熱流ルート上の熱流到達点に第4の温度センサを配置し、
第1の熱流ルートの熱抵抗をRaとし、第2の熱流ルートの熱抵抗をRbに設定したプローブを使用し、
このプローブの伝熱体を測定対象物の表面に密着させて、各温度センサの検出温度が定常状態に達した後の、第1の温度センサの検出温度T1と、第2の温度センサの検出温度T2と、第3の温度センサの検出温度T3と、第4の温度センサの検出温度T4とを取得して、第1の熱流ルートの熱抵抗Raと、第2の熱流ルートの熱抵抗Rbの比をパラメータKとおいた時の深部温度Tcを求める理論式を下式(A)としたときに、
深部温度が既知のTcである場合に、このTcと、実測により得られた上記T1とT2とT3とT4とを上記の理論式に代入して、上記のパラメータKを下式(B)により逆算して、この新たに求められたパラメータKを、深部温度の測定用演算式に使用することを特徴とする深部温度の測定方法。
A first temperature sensor and a second temperature sensor are disposed at two locations on a surface of the measurement object covered with the heat transfer body;
a third temperature sensor is disposed at a point on a first heat flow route where a heat flow reaches when the heat flow travels through the heat transfer body from the first temperature sensor in a direction perpendicular to the surface of the object to be measured;
a fourth temperature sensor is disposed at a point on a second heat flow route where a heat flow reaches when the heat flow travels through the heat transfer body from the second temperature sensor in a direction perpendicular to the surface of the object to be measured;
A probe is used in which the thermal resistance of the first heat flow route is set to Ra and the thermal resistance of the second heat flow route is set to Rb,
The heat conductor of this probe is brought into close contact with the surface of the object to be measured, and the detected temperatures of the first temperature sensor, the detected temperatures T1, T2, T3, and T4 of the third temperature sensor, and the fourth temperature sensor are obtained after the detected temperatures of the temperature sensors reach a steady state. When the ratio of the thermal resistance Ra of the first heat flow route to the thermal resistance Rb of the second heat flow route is set as a parameter K, the theoretical formula for calculating the deep temperature Tc is given by the following formula (A):
A method for measuring deep temperature, characterized in that when the deep temperature is a known value Tc, this Tc and the above-mentioned T1, T2, T3, and T4 obtained by actual measurements are substituted into the above-mentioned theoretical formula, the above-mentioned parameter K is calculated backwards using the following formula (B), and this newly obtained parameter K is used in an arithmetic formula for measuring the deep temperature.
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