2002 Fiscal Year Annual Research Report
応答特性を測定中に自己診断するインテリジェント温度センサの開発
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14550179
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田川 正人 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (80163335)
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| Keywords | 計測 / 温度 / センサ / 時定数 / 応答補償 / 信号処理 / 周波数応答 / 高速フーリエ変換 |
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| Research Abstract |
市販の温度センサの応答速度は低く,特別なものを除けば遮断周波数は数Hz以下である。このような低速の温度センサでも正しく応答補償すれば,その応答速度を10〜100倍に高めることができる。問題はセンサの時定数を正しく推定することである。一見容易に思えるこの課題が実は非常に困難である。筆者らはこの問題を解決する手段の一つとして二線式熱電対変動温度測定法を先に提案した。二線式熱電対法とは,時定数が異なる2つの温度センサを組み合わせて単一プローブとし,2つの出力(応答遅れがある測定データ)から時間領域でセンサ時定数を推定するディジタル応答補償技術である。この技術は研究段階にある。本研究では,この技術を発展させて「応答特性を測定中に自己診断するインテリジェント温度センサ」の実現を目指している。それには,種々の温度センサに実際にインテリジェントセンサ技術を適用することにより実用化への課題を明確にし,時定数の推定理論と応答補償アルゴリズムの普遍性を高めて適用範囲を拡げることが重要である。
研究成果は次のとおりである。1)温度センサとして広範な分野で利用されているサーミスタについて,その伝熱モデルを構成し周波数応答特性を理論的に導出した。その結果に基づいてサーミスタにインテリジェントセンサ技術を適用できる条件を明確にして,実験によりその妥当性を検証した。2)高速フーリエ変換(FFT)を利用して周波数領域で時定数を推定し応答補償する新規な方法を考案し,その有効性を実証した。この方法には,i)データ処理が高速である;ii)処理手順が簡明である;iii)センサ出力信号のノイズ処理や応答補償時のノイズ低減が容易である;iv)1次遅れ系に限らず種々の応答特性をもつセンサに適用しやすい,などの特長があり,時定数推定と応答補償の信頼性を高めることに成功した。
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[Publications] 田川 正人(ほか3名): "汎用温度センサの応答補償(周波数応答特性の理論解析と熱時定数の同定)"日本機械学会論文集(B編). 69巻. 414-421 (2003)
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[Publications] Tagawa, M.(ほか2名): "Response Compensation of Thermistors : Frequency Response and Identification of Thermal Time Constant"Review of Scientific Instruments. Vol.74. 1350-1358 (2003)
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[Publications] Tagawa, M.(ほか2名): "Response Compensation of temperature Sensors : Frequency-Domain Estimation of Thermal Time Constants"Review of Scientific Instruments. Vol.74(印刷中(6月号)). (2003)
