| 【発明の名称】 |
温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】滝澤 敬次
【氏名】萩原 康正
【氏名】村瀬 隆
【氏名】鳥居 明人
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| 【要約】 |
【課題】温度検出の確度を向上する。
【解決手段】所定の周波数範囲で入力信号と出力信号の間に相関が成立する電子デバイス、周波数範囲内の一つの周波数を持つ試験信号を発生して電子デバイスに入力する信号発生手段、電子デバイスの出力信号から入力信号の相関値を演算する第１演算手段、試験信号を入力信号と見做した場合の相関値と第１演算手段で演算された相関値との差分を演算する第２演算手段、差分値を電子デバイスの温度検出情報として出力する出力手段を備える。周波数特性の急変部分のほぼ中間に対応する試験信号を入力したときの出力信号の減衰量をＡとし、且つ、このときの動作温度を適正温度とするならば、もし、同じ試験信号を入力したにもかかわらず、Ａと異なる減衰量Ｂが観測された場合は、ＡとＢの差に相当する分だけ適正温度から外れていることが分かる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】所定の周波数範囲で入力信号と出力信号の間に相関が成立する電子デバイスと、前記周波数範囲内の一つの周波数を持つ試験信号を発生して前記電子デバイスに入力する信号発生手段と、前記電子デバイスの出力信号から前記入力信号の相関値を演算する第１演算手段と、前記試験信号を前記入力信号と見做した場合の相関値と前記第１演算手段で演算された相関値との差分を演算する第２演算手段と、該差分値を前記電子デバイスの温度検出情報として出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする温度検出装置。
【請求項２】請求項１記載の温度検出装置と、前記電子デバイスを冷却する冷却手段と、前記温度検出装置から出力された差分値がゼロとなるように前記冷却手段の運転を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする温度制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置に関し、特に、正確な温度管理を必要とする電子デバイスに適用する温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置に関する。あらゆる電子デバイスは定められた温度（以下、動作温度）環境で使用しなければならない。動作温度は一般に我々の生活環境（マイナス数１０℃〜プラス数十℃）に対応しているが、例外もある。その典型例は超伝導デバイスである。例えば、高温超伝導体（ＨＴＳ：high temperature superconductor）で構成された周波数フィルタは、液体窒素の温度に相当する極低温環境で使用しなければならない。ところで、このような極低温の動作温度を得るには冷凍機を欠かせないが、特に小型の冷凍機の能力は現在７０Ｋ程度しかなく、この温度（７０Ｋ）はＨＴＳの温度変曲点（注１）付近に相当するため、冷凍機の正確な運転管理（すなわち温度管理）が求められる。
【０００２】注１：ＨＴＳ、例えば、ＹＢＣＯ系超伝導体薄膜のＲｓ（高周波表面抵抗値）は、同薄膜の臨界温度以下の離れた温度であればほぼ一定であるが、臨界温度に近づくにつれて急激に大きくなる。Ｒｓのこの急変点を温度変曲点と言う。
【０００３】
【従来の技術】図３は、従来の温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置の概略図である。１は金属性のケース２に収められた超伝導デバイス、３は冷凍機４の冷却部であり、ケース２は冷却部４によって極低温に冷やされるようになっている。５はケース２の温度を検出する温度検出装置、６は検出温度と目標温度（例えば７０Ｋ）との偏差がゼロとなるような制御量を演算して冷凍機４の運転を操作する制御部である。
【０００４】ここで、図示の温度検出装置５は接触型の温度センサであり、例えば、２種類の異種金属を接続した閉ループ中に発生する熱起電力を利用した熱電対型の温度センサが用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる従来の温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置にあっては、ケース５の温度を検出しているため、この温度は超伝導デバイス１の温度と正確に等値でなく、検出温度の誤差を避けられないから、温度検出の確度及び制御精度が十分でないという問題点がある。
【０００６】そこで、本発明は、温度検出の確度を向上し、以て温度制御の精度向上に寄与する技術の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の温度検出装置は、所定の周波数範囲で入力信号と出力信号の間に相関が成立する電子デバイスと、前記周波数範囲内の一つの周波数を持つ試験信号を発生して前記電子デバイスに入力する信号発生手段と、前記電子デバイスの出力信号から前記入力信号の相関値を演算する第１演算手段と、前記試験信号を前記入力信号と見做した場合の相関値と前記第１演算手段で演算された相関値との差分を演算する第２演算手段と、該差分値を前記電子デバイスの温度検出情報として出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】請求項２記載の温度制御装置は、請求項１記載の温度検出装置と、前記電子デバイスを冷却する冷却手段と、前記温度検出装置から出力された差分値がゼロとなるように前記冷却手段の運転を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。例えば、周波数フィルタは、動作温度が変化すると、その周波数特性が周波数軸方向に移動する。周波数特性の急変部分、すなわち通過域と阻止域の間の部分は周波数軸方向に若干の幅を持っており、この急変部分では信号周波数と信号減衰量との間に所定の相関が成立する。例えば、急変部分の傾きを直線と仮定すれば、線形相関になる。線形のほぼ中間に対応する信号（試験信号）を入力したときの信号減衰量をＡとし、且つ、このときの動作温度を適正温度とするならば、もし、同じ試験信号を入力したにもかかわらず、Ａと異なる減衰量Ｂが観測された場合は、ＡとＢの差に相当する分だけ適正温度から外れていることが分かる。
【０００９】したがって、請求項１記載の発明では、電子デバイスの適正温度からの温度偏差を正確に検知でき、また、請求項２記載の発明では、その温度偏差を用いて電子デバイスの温度を制御できるから、温度検出の確度を向上し、以て温度制御の精度向上に寄与する技術を提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１、図２は本発明に係る温度検出装置及びそれを用いた温度制御装置の一実施例を示す図である。図１において、１は電子デバイスとしての超伝導デバイス（ここではＨＴＳを用いた周波数フィルタ）、２はケース、３は冷却部、５は冷凍機（冷却手段）、１０は信号発生部（信号発生手段）、１１は制御部（第１演算手段、第２演算手段、出力手段及び制御手段）である。
【００１１】まず、超伝導デバイス１の入出力特性を説明する。図２はその特性図である。縦軸は減衰量、横軸は周波数である。この特性は、ω1 からω2 までの周波数範囲の入力信号に対しては小さな減衰を、それ以外（ω1 以下又はω2 以上）の周波数範囲の入力信号に対しては大きな減衰を与える通過型のフィルタ特性を表わしている。以下、ω1 を低域カットオフ周波数、ω2 を高域カットオフ周波数、ω0 を通過中心周波数と言うことにする。
【００１２】ここで、低域カットオフ周波数ω1 や高域カットオフ周波数ω2 は、それ以下又はそれ以上の周波数の入力信号に対して大きな減衰を与えるものであるが、特性図からも理解されるように、その減衰量の増加は徐々であり、あたかも山頂から山裾に至る傾斜のごとき変化を示している（ω1 〜ω1 ’及びω2 〜ω2 ’参照）。
【００１３】なお、周波数フィルタをチェビシェフ型のバンドパスフィルタとすると、図示の特性線は、次式■で表わすことができる。
Ｌ（ω）〔ｄｂ〕
＝１０log10｛１＋ε×cosｈ2 ［ｎ×arccosｈ（１／Ｗ（ω／ω0 −ω0 ／ω））］｝ ………■但し、ε：１０Lip/10−１Ｌｉｐ：リップル幅ｎ：フィルタ次数Ｗ：（ω2 −ω1 ）／ω0ω0 ：√ββ：（ω1 ×ω2 ）
今、図示の周波数特性が理想的環境下のものと仮定する。すなわち、動作温度７０Ｋと仮定する。そして、その温度で動作しているときの超伝導デバイス１に対して、ω1 とω1 ’の間に位置する周波数ωａの試験信号を生成し、この試験信号を超伝導デバイス１に入力したとすると、ωａと特性線の交点より、減衰量Ｌａを導き出すことができる。
【００１４】一方、超伝導デバイスに限らず、電子デバイスは動作温度が変化すると、その特性が変化し、特に、周波数フィルタの場合は、周波数特性が周波数軸方向に移動する。すなわち、図２の特性線が図面の左右方向に移動するが、例えば、図示の特性線が図面の右方向（矢印イの方向）に若干移動したとすると、同じ周波数の試験信号（ωａ）であっても、その試験信号に対する減衰量は、Ｌａよりも大きいＬａ’になる。
【００１５】したがって、温度の変化が特性線の形を大きく変えない程度の範囲であれば、特性線の移動量と上記減衰量の差（Ｌａ−Ｌａ’）は一対一に対応し、且つ、移動量と温度の変化量は一対一に対応するから、結局、上記減衰量の差（Ｌａ−Ｌａ’）で、適正な動作温度からの偏差を表わすことができる。図１において、信号発生部１０は、周波数ωａを持つ試験信号ＴSIG を発生し、所定のタイミングで超伝導デバイス１に入力するものである。また、制御部１１は、超伝導デバイス１の出力信号ＲSIG （但し、ＴSIG を入力したときのもの）の減衰量（上記Ｌａ’に相当）を測定し、その減衰量と上記Ｌａとの差分がゼロとなるような制御量を演算し、この制御量に基づいて冷凍機４の運転を操作するというものである。
【００１６】このような構成において、超伝導デバイス１の動作温度が適正（７０Ｋ）であれば、ＴSIG を入力したときの超伝導デバイス１の出力信号ＲSIG の減衰量はＬａになるはずである。そして、この場合の差分はＬａ−Ｌａとなってゼロになるから、冷凍機４の運転はそのままの状態に維持される。一方、動作温度が適正値から外れた場合は、上述のとおり、周波数特性が周波数軸方向に移動し、ＴSIGを入力したときの超伝導デバイス１の出力信号ＲSIG の減衰量がＬａとは異なる値（例えば、Ｌａ’）になって、Ｌａ−Ｌａ’の差分が生じるから、この差分がゼロとなるように冷凍機４の運転状態が操作される。
【００１７】したがって、本実施例によれば、ケース２や超伝導デバイス１の温度を直接検知せず、超伝導デバイス１の実際の特性変化から間接的に検出するようにしたので、実際の動作に即した温度変化を正確に検知でき、高精度な温度制御を行うことができるという、特に、超伝導デバイスの分野に用いて好適な技術を提供できる。
【００１８】
【発明の効果】請求項１記載の発明では、電子デバイスの適正温度からの温度偏差を正確に検知でき、また、請求項２記載の発明では、その温度偏差を用いて電子デバイスの温度を制御できる。したがって、温度検出の確度を向上し、以て温度制御の精度向上に寄与する技術を提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９５０００７９３
【氏名又は名称】株式会社移動体通信先端技術研究所
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月３０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】有我 軍一郎
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１０８７６８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月２３日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２６５８４７ |
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