JP2004317191A

JP2004317191A - 風量測定方法及び装置

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Publication number: JP2004317191A
Application number: JP2003108958A
Authority: JP
Inventors: Hideji Kotsuna; 秀治忽那; Manabu Kinoshita; 学木下
Original assignee: NTT Power and Building Facilities Inc
Current assignee: NTT Power and Building Facilities Inc
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】測定が簡単であり、かつ安価で、開放された空間における広範囲での風量測定を行うことを可能とする。
【解決手段】開口部から吹き出す空気流を音響に変換する空気流／音響変換部１００と、空気流／音響変換部１００により得られた音響を電気信号に変換するマイクロフォン１０２と、マイクロフォン１０２の出力信号を取り込み、該出力信号に基づいて風量を演算するＣＰＵ１０８とを有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風量測定方法及び装置に係り、特に空気流により発生する音に基づいて風量を測定する風量測定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の風量測定装置としては、熱線式風量センサ、風車式風量測定装置、超音波式風量測定装置、渦流式風量測定装置、圧力式風量測定装置等がある（例えば、非特許文献１、２参照。）。
熱線式風量センサは、高抵抗を有する線材に予め電流を流して発熱させておき、風により熱を奪われた際に上記線材に流れる電流の変化量から、風速を求め、空気流が通過する断面積との積から風量を求めるものである。
【０００３】
また、風車式風量測定装置は、風車の回転数に基づいて風量を算出するものであり、超音波式風量測定装置は、超音波の反射応答により風量を計測するものである。
さらに、渦流式風量測定装置は、金属板に風を当てて、そのときの金属板の変位から風量を推定するものであり、圧力式風量測定装置は、風圧を直接、検出し、その風圧から風量を求めるものである。
【０００４】
【非特許文献１】
ｈｔｔｐ：／／ｊｓｔｏｒｅ．ｊｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｃｇｉ−ｂｉｎ／ｓｅｅｄｓ／ｄｅｔａｉｌ．ｃｇｉ？４５４
【非特許文献２】
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．Ｎｅｔｄｅｃｈｅｋ．ｃｏｍ／ｋａｉｈａｔｓｕ／ｉｔｅｍｓ／０２８＿ｌｉｎｋ／ｓｅｔｕｍｅｉ．ｈｔｍｌ
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の風量測定装置にあっては、種々の欠点がある。すなわち、熱線式風量センサでは、計測対象となる風の向きを判定することができず、測定範囲が小さいため、風が通過する断面積の大きい箇所での風量測定は困難であるという問題がある。
また、風車式風量測定装置にあっては、風速がある程度以上にならないと、風車が回転しないので、風速の低い領域では風量を計測することができない。また、風車による損失が大きく、風車の回転により測定場に影響を与え、精度の高い風量計測はできないという問題がある。
【０００６】
さらに、超音波式風量測定装置は、高価であり、渦流式風量測定装置は測定範囲が小さく、空気の流れが一定である必要があり、また測定しようとすると、測定場に影響を与え、精度の高い測定ができないという問題がある。
また、圧力式風量測定装置は、高価であり、空気の流れが一定である必要がある。
【０００７】
一般的に上述した従来の風量測定装置は、空気流が一定である場所での測定を前提としており、様々な流れが存在する箇所を一度にまとめて測定することは困難であるという問題が有った。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、測定が簡単であり、かつ安価で、開放された空間における広範囲での風量測定を行うことができる風量測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、空気流により音響を発生させ、該音響を特定するパラメータを解析することにより風量を間接的に求めることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の風量測定方法において、前記音響を特定するパラメータは、音の周波数であり、周波数と風速との関係を示すテーブルを予め記憶しておき、発生した音響の周波数を求め、該周波数に相当する風速を前記テーブルから求めるとともに、該風速に基づいて風量を演算することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の風量測定方法において、前記音響を特定するパラメータは、音量であり、音量と風速との関係を示すテーブルを予め記憶しておき、発生した音響の音量を求め、該音量に相当する風速を前記テーブルから求めるとともに、該風速に基づいて風量を演算することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の風量測定方法において、音を発生する空気流が通過する開口部の形状及び断面積を付加条件として風量を演算することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、開口部から吹き出す空気流を音響に変換する空気流／音響変換手段と、前記空気流／音響変換手段により得られた音響を電気信号に変換する機械／電気変換手段と、前記機械／電気変換手段の出力信号を取り込み、該出力信号に基づいて風量を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の風量測定装置において、前記演算手段は、前記音響を特定するパラメータを解析することにより風量を演算することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の風量測定装置において、前記音響を特定するパラメータは、音の周波数であり、音響の周波数と風速との関係を示すテーブルが格納されている記憶手段を有し、前記演算手段は、発生した音響の周波数を求め、該周波数に相当する風速を前記テーブルから求め、求めた風速に基づいて風量を演算することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の風量測定装置において、前記音響を特定するパラメータは、音量であり、前記音量と風速との関係を示すテーブルが格納されている記憶手段と、発生した音響の音量を求め、該音量に相当する風速を前記テーブルから求め、求めた風速に基づいて風量を演算することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９に記載の発明は、請求項５乃至８のいずれかに記載の風量測定装置において、さらに、風量演算に必要な付加条件を設定する入力手段を有し、前記演算手段は、前記入力手段により設定された音を発生する空気流が通過する開口部の形状及び断面積を前記付加条件として風量を演算することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項５乃至９のいずれかに記載の風量測定装置において、前記機械／電気変換手段を複数備え、各機械／電気変換手段を複数の測定点に設置し、前記演算手段は、前記複数の機械／電気変換手段の出力信号に基づいて風量を演算することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る風量測定装置は、空気調和装置が設置される室内における二重床の吹き出し口の風量測定を行う場合を例に取り、説明する。本発明の実施形態に係る風量測定装置は、空気流により音響を発生させ、該音響を特定するパラメータを解析することにより風量を間接的に求めることを特徴とする風量測定方法を実施するための装置である。風により発生する音響を特定するパラメータとしては、音響の音量、周波数等がある。
【００１９】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る風量測定装置の構成を図１に示す。同図において、風量測定装置１は、二重床１５０の吹出口から吹き出す空気流を音響に変換する空気流／音響変換部１００と、空気流／音響変換部１００により生成された音響を検出するマイクロフォン１０２と、Ａ／Ｄ変換器１０４と、Ａ／Ｄ変換器１０４の出力を所定のデータ形式に変換するインターフェース１０６と、ＣＰＵ１０８と、ＲＯＭ１１０と、ＲＡＭ１１２と、入力部１１４と、表示部１１６とを有している。
【００２０】
空気流／音響変換部１００は、風、すなわち空気流を音響に変換する機能を有し、例えば、笛、風車、吹流し等を使用することが可能である。これらの手段を二重床１５０の吹出口近傍に設置する。空気流／音響変換部１００は本発明の空気流／音響変換手段に相当する。
マイクロフォン１０２は、空気流／音響変換部１００より出力される音響を収集する機能を有している。マイクロフォン１０２は複数の設置が可能であるが、本実施形態では単一のマイクロフォンを設置する場合の構成を示している。マイクロフォン１０２は、本発明の機械／電気変換手段に相当する。
【００２１】
ＲＡＭ１０８には、空気流／音響変換部１００より出力される音響の振幅データや、演算結果等のデータが一時的に格納される。
ＲＯＭ１１０には、各種制御プログラム、音量−風速テーブル及び固定データ等が格納されている。音量−風速テーブルは、空気流／音響変換部１００より出力される音響の振幅と風速との関係を示し、風量演算に必要な付加条件に応じて複数種のテーブルが格納されている。音量−風速テーブルは、音量と風速との関係を示す関数に基づいて作成されたものである。
【００２２】
入力部１１４は、風量演算に必要な付加条件、具体的には、例えば、吹出口の形状、吹出口の断面積等を設定する。入力部１１４は本発明の入力手段に相当する。表示部１１６には各種データ及び風速、風量等の計測データが表示されるようになっている。
ＣＰＵ１０８は、ＲＯＭ１１０に格納された制御プログラムを実行することにより、入力部１１４で設定された条件、及び計測時にＲＡＭ１１２に格納される、空気流／音響変換部１００より出力される音響の振幅データに基づいて風量を演算する。ＣＰＵ１０８は、本発明の演算手段に相当する。
【００２３】
上記構成からなる本発明の第１実施形態に係る風量測定装置の動作を図２のフローチャートを参照して説明する。同図において、まず、入力部１１４により二重床の吹出口の形状、吹出口の断面積等の付加条件が設定される（ステップ２００）。
次いで、空気流／音響変換部１００より二重床１５０から吹き出す空気流が音響に変換され出力されると、この音響はマイクロフォン１０２により取り込まれ（ステップ２０１）、音響信号が電気信号に変換される（ステップ２０２）。
【００２４】
上記電気信号はＡ／Ｄ変換器１０４によりディジタルデータに変換され（ステップ２０３）、このディジタルデータはインターフェース１０６を介して取り込まれ、音響信号のうち振幅データがＲＡＭ１１２の所定のメモリエリアに格納される（ステップ２０４）。
【００２５】
ＣＰＵ１０８は、ＲＯＭ１１０に格納されている音量−風速テーブルのうち入力部１１４により設定せれた付加条件に適合するテーブルを選択し参照してＲＡＭ１１２に格納されている検出された音響の振幅データ（音量）との関係から風速を求め（ステップ２０５）、求めた風速と、入力部１１４により設定された付加条件から風量を演算する（ステップ２０６）。
演算して求められた風量は表示部１１６に表示される（ステップ２０７）。
【００２６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る風量測定装置について説明する。第２実施形態に係る風量測定装置が第１実施の形態に係る風量測定装置と構成上、異なるのは、空気流／音響変換部１００より発生する音響を特定するパラメータを音量の代わりに周波数とし、ＲＯＭ１１０に格納されるテーブルが音響の周波数と風速との関係を示す周波数−音響テーブルである点と、ＣＰＵ１０８が音響の周波数分析を行い、周波数−音響テーブルから風速を求め、入力部１１４により設定された付加条件に基づいて風量を求めるようにした点であり、装置構成は基本的には図１と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００２７】
本発明の第２実施形態に係る風量測定装置の動作を図３のフローチャートを参照して説明する。同図において、まず、入力部１１４により二重床の吹出口の形状、吹出口の断面積等の付加条件が設定される（ステップ３００）。
次いで、空気流／音響変換部１００より二重床１５０から吹き出す空気流が音響に変換され出力されると、この音響はマイクロフォン１０２により取り込まれ（ステップ３０１）、音響信号が電気信号に変換される（ステップ３０２）。
【００２８】
上記電気信号はＡ／Ｄ変換器１０４によりディジタルデータに変換され（ステップ３０３）、このディジタルデータはインターフェース１０６を介して取り込まれ、周波数解析が行われる（ステップ３０４）。この周波数解析により音響信号のうち周波数データがＲＡＭ１１２の所定のメモリエリアに格納される（ステップ３０５）。
【００２９】
ＣＰＵ１０８は、ＲＯＭ１１０に格納されている周波数−風速テーブルのうち入力部１１４により設定せれた付加条件に適合するテーブルを選択し参照してＲＡＭ１１２に格納されている検出された音響の周波数データとの関係から風速を求め（ステップ３０６）、求めた風速と、入力部１１４により設定された付加条件から風量を演算する（ステップ３０７）。
演算して求められた風量は表示部１１６に表示される（ステップ３０８）。
【００３０】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る風量測定装置の構成を図４に示す。第３実施形態に係る風量測定装置の構成が第１実施形態に係る風量測定装置と構成上、異なるのは、二重床（図示せず）の吹出口の複数箇所に空気流／音響変換部１００−１〜１００−ｎを設け、これに対応させてマイクロフォン１０２−１〜１０２−ｎと、マイクロフォン１０２−１〜１０２−ｎの各々の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１０４−１〜１０４−ｎと、Ａ／Ｄ変換器１０４−１〜１０４−ｎの出力を時分割的に、順次取り込み、インターフェース１３０側に出力する信号切替部１３０とを設けた点、及びＣＰＵ１０８が、測定点が複数であることに対応するように処理する点であり、他の構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００３１】
第３実施形態に係る風量測定装置の動作を図５に示すフローチャートを参照して説明する。同図において、まず、入力部１１４により二重床の吹出口の形状、吹出口の断面積等の付加条件が設定される（ステップ５００）。
次いで、空気流／音響変換部１００−１〜１００−ｎより二重床１５０から吹き出す空気流が音響に変換され出力されると、これらの音響はマイクロフォン１０２−１〜１０２−ｎにより取り込まれ（ステップ５０１）、音響信号が電気信号に変換される（ステップ５０２）。
【００３２】
上記電気信号はＡ／Ｄ変換器１０４−１〜１０４−ｎによりディジタルデータに変換され（ステップ５０３）、このディジタルデータは信号切替部１３０により時分割的に順次、取り込まれ、インターフェース１０６を介して複数の音響信号のうち振幅データがそれぞれ、ＲＡＭ１１２の所定のメモリエリアに格納される（ステップ５０４）。
【００３３】
さらに、ＲＡＭ１１２に格納された複数の音響信号の各々の振幅データの平均値が算出され（平均化処理）、ＲＡＭ１１２に格納される（ステップ５０５）。以降、この振幅データの平均値に基づいて風速が求められる。ＣＰＵ１０８は、ＲＯＭ１１０に格納されている音量−風速テーブルのうち入力部１１４により設定せれた付加条件に適合するテーブルを選択し参照してＲＡＭ１１２に格納されている検出された音響の振幅データ（音量）との関係から風速を求め（ステップ５０６）、求めた風速と、入力部１１４により設定された付加条件から風量を演算する（ステップ５０７）。
演算して求められた風量は表示部１１６に表示される（ステップ５０８）。
【００３４】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る風量測定装置について説明する。第４実施形態に係る風量測定装置が第３実施形態に係る風量測定装置と構成上、異なるのは、空気流／音響変換部１００−１〜１００−ｎより発生する音響を特定するパラメータを音量の代わりに周波数とし、ＲＯＭ１１０に格納されるテーブルが音響の周波数と風速との関係を示す周波数−音響テーブルである点と、ＣＰＵ１０８が音響の周波数分析を行い、周波数−音響テーブルから風速を求め、入力部１１４により設定された付加条件に基づいて風量を求めるようにした点であり、装置構成は基本的には図４と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００３５】
また、第４実施形態に係る風量測定装置の動作を図６のフローチャートを参照して説明する。同図において、まず、入力部１１４により二重床の吹出口の形状、吹出口の断面積等の付加条件が設定される（ステップ６００）。
次いで、空気流／音響変換部１００−１〜１００−ｎより二重床１５０から吹き出す空気流が音響に変換され出力されると、この音響はマイクロフォン１０２−１〜１０２−ｎにより取り込まれ（ステップ６０１）、音響信号が電気信号に変換される（ステップ６０２）。
【００３６】
上記電気信号はＡ／Ｄ変換器１０４−１〜１０４−ｎによりディジタルデータに変換され（ステップ６０３）、このディジタルデータはインターフェース１０６を介して取り込まれ、周波数解析が行われる（ステップ６０４）。この周波数解析により複数の音響信号の周波数データがＲＡＭ１１２の所定のメモリエリアに格納される（ステップ６０５）。
【００３７】
ＣＰＵ１０８は、ＲＯＭ１１０に格納されている周波数−風速テーブルのうち入力部１１４により設定せれた付加条件に適合するテーブルを選択し参照してＲＡＭ１１２に格納されている検出された複数の音響の周波数データとの関係から風速を求め（ステップ６０６）、求めた風速と、入力部１１４により設定された付加条件から風量を演算する（ステップ６０７）。
演算して求められた測定点数ｎに応じた風量データが表示部１１６に表示される（ステップ６０８）。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、空気流により音響を発生させ、該音響を特定するパラメータを解析することにより風量を間接的に求めるようにしたので、測定が簡単であり、かつ安価で、開放された空間における広範囲での風量測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る風量測定装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した第１実施の形態に係る風量測定装置の動作を示すフローチャート。
【図３】本発明の第２実施形態に係る風量測定装置の動作を示すフローチャート。
【図４】本発明の第３実施形態に係る風量測定装置の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る風量測定装置の動作を示すフローチャート。
【図６】本発明の第４実施形態に係る風量測定装置の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…風量測定装置
１００、１００−１〜１００−ｎ…空気流／音響変換部
１０２、１０２−１〜１０２−ｎ…マイクロフォン
１０４、１０４−１〜１０４−ｎ…Ａ／Ｄ変換器
１０６…インターフェース
１０８…ＣＰＵ
１１０…ＲＯＭ
１１２…ＲＡＭ
１１４…入力部
１１６…表示部
１３０…信号切替部

Claims

空気流により音響を発生させ、該音響を特定するパラメータを解析することにより風量を間接的に求めることを特徴とする風量測定方法。
前記音響を特定するパラメータは、音の周波数であり、周波数と風速との関係を示すテーブルを予め記憶しておき、発生した音響の周波数を求め、該周波数に相当する風速を前記テーブルから求めるとともに、該風速に基づいて風量を演算することを特徴とする請求項１に記載の風量測定方法。
前記音響を特定するパラメータは、音量であり、音量と風速との関係を示すテーブルを予め記憶しておき、発生した音響の音量を求め、該音量に相当する風速を前記テーブルから求めるとともに、該風速に基づいて風量を演算することを特徴とする請求項１に記載の風量測定方法。
音を発生する空気流が通過する開口部の形状及び断面積を付加条件として風量を演算することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の風量測定方法。
開口部から吹き出す空気流を音響に変換する空気流／音響変換手段と、
前記空気流／音響変換手段により得られた音響を電気信号に変換する機械／電気変換手段と、
前記機械／電気変換手段の出力信号を取り込み、該出力信号に基づいて風量を演算する演算手段と、
を有することを特徴とする風量測定装置。
前記演算手段は、前記音響を特定するパラメータを解析することにより風量を演算することを特徴とする請求項５に記載の風量測定装置。
前記音響を特定するパラメータは、音の周波数であり、
音響の周波数と風速との関係を示すテーブルが格納されている記憶手段を有し、
前記演算手段は、発生した音響の周波数を求め、該周波数に相当する風速を前記テーブルから求め、求めた風速に基づいて風量を演算することを特徴とする請求項６に記載の風量測定装置。
前記音響を特定するパラメータは、音量であり、
前記音量と風速との関係を示すテーブルが格納されている記憶手段と、
発生した音響の音量を求め、該音量に相当する風速を前記テーブルから求め、求めた風速に基づいて風量を演算することを特徴とする請求項６に記載の風量測定装置。
さらに、風量演算に必要な付加条件を設定する入力手段を有し、
前記演算手段は、前記入力手段により設定された音を発生する空気流が通過する開口部の形状及び断面積を前記付加条件として風量を演算することを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の風量測定装置。
前記機械／電気変換手段を複数備え、各機械／電気変換手段を複数の測定点に設置し、
前記演算手段は、前記複数の機械／電気変換手段の出力信号に基づいて風量を演算することを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の風量測定装置。