JP2008064533A - 気流測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充分コンパクトに且つ比較的安価に製造することができ、そしてまた気流の変化を充分微細に且つ高精度で測定することができる気流測定装置を提供する。
【解決手段】気流測定装置は、測定すべき気流を受けるスクリーン（１４）と、スクリーンを液体で湿らすための湿化手段（２４）と、スクリーンの検出領域（１６）における温度分布を検出するためのサーモグラフィー手段（２８）と、スクリーンの検出領域における温度分布の変化に基づいてスクリーンが受ける気流を算出する気流算出手段（３２）とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、気化熱に起因する温度分布の変化に基づいて気流を算出する気流測定装置に関する。

下記特許文献１には、顔及び頭が液晶表示器の如き電子的表示器に表示されたロボットにおいて、人が観察したときの違和感を可及的に解消するために、ロボットの顔及び頭部に作用する風即ち気流を測定して顔の表情を変化させ或いは頭部の毛髪を移動させることが開示されている。そして、気流の測定に関しては、エレクトレット型コンデンサマイクロフォンの如きマイクロフォンを使用して気流に起因する音を検出し、検出した音に基づいて風の強さ及び方向を算出することが開示されている。
特開２００５−９２６７５号公報

而して、マイクロフォンを利用した上述したとおりの気流測定には、多数のマイクロフォンを配列することが必要であり、装置が嵩高なものになってしまうと共に製造コストが高価になる、マイクロフォンの小型化には物理的限界がある等に起因して気流の測定精度に限界がある、等の問題がある。気流に起因する音をマイクロフォンで検出することに代えて、気流に起因する圧力を圧力センサによって検出する、或いは気流の作用によるマイクロ風車の回転数を検出することも意図されるが、圧力センサ或いはマイクロ風車を使用する場合も、マイクロフォンを使用する場合と同様な問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、充分コンパクトに且つ比較的安価に製造することができ、そしてまた気流の変化を充分微細に且つ高精度で測定することができる、新規且つ改良された気流測定装置を提供することである。

本発明者等は、鋭意研究の結果、湿ったスクリーンに気流が作用すると、気流に応じて気化熱が生成され、スクリーンの温度分布が気流に応じて変化することに着目し、湿ったスクリーンにおける温度分布の変化をサーモグラフィー手段によって検出し、かかる検出に基づいて気流を算出することによって、上記主たる技術的課題を達成することができることを見出した。

即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成する気流測定装置として、測定すべき気流を受けるスクリーンと、該スクリーンを液体で湿らすための湿化手段と、該スクリーンの検出領域における温度分布を検出するためのサーモグラフィー手段と、該スクリーンの該検出領域における温度分布の変化に基づいて該スクリーンが受ける気流を算出する気流算出手段と、を具備することを特徴とする気流検出装置が提供される。

好ましくは、更に、算出された気流に基づいて生成される映像を該スクリーンに投射する映像投射手段を具備する。該スクリーンは和紙から或いは不織布から構成されているのが好適である。該湿化手段は液体を収容した容器から構成され、該スクリーンの片端縁部が該容器に収容されている水に浸漬され、毛細管現象によって該スクリーンが湿化されるのが好ましい。好適には、該スクリーンの該検出領域は実質上鉛直に延在し、該スクリーンの該片端縁部は該検出領域の上端から延出する部分の端縁部である。

本発明の気流測定装置は、充分コンパクトに且つ比較的安価に製造することができるにも拘わらず、気流の変化を充分微細に且つ高精度で測定することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に従って構成された気流測定装置の好適実施形態について、更に詳述する。

図１には、本発明に従って構成された気流測定装置の好適実施形態の主要構成要素が図示されている。図示の気流測定装置は支持枠体２を含んでおり、この支持枠体２は適宜の間隔をおいて配設された一対の支柱４を有する。支柱４の各々は、床面の如き支持平面上に載置される矩形基板６とこの基板６から実質上鉛直に上方に延びる柱部材８とから構成されている。一対の柱部材８の上端部間には実質上水平に延びる上部梁部材１０が固定され、そしてまた一対の柱部材８の上下方向中間部間には実質上水平に延びる中間梁部材１２が固定されている。

上記支持枠体２にはスクリーン１４が装着されている。スクリーン１４は、その検出領域（即ち図１において二点鎖線規定した領域）１６を充分均一に湿らすことができるものであることが重要である。かようなスクリーン１４を構成する好適材料としては、和紙及び不織布を挙げることができる。和紙としては、例えば株式会社ケーヨーから商品名「デイツー・オリジナル」として販売されている障子用和紙を好都合に使用することができる。不織布としては、例えば東洋アルミホイールプロダクツ株式会社から商品コード「２７３２」として販売されているレンジ用フィルターを好都合に使用することができる。図示の実施形態においては、スクリーン１４の片端縁部にはスクリーン１４の幅方向に延在する接続部材１８が固定され、他端縁部にもスクリーン１４の幅方向に延在する接続部材２０が固定されている。適宜の合成樹脂或いは金属板から形成することができる接続部材１８及び２０は両面接着テープの如き適宜の連結手段によってスクリーン１４に固定することができる。

図示の実施形態においては、支持枠体２の上記一対の柱部材８の各々の上端部間には容器２４が固定されている。適宜の合成樹脂或いは金属板から形成することができる容器２４は略半円形状の横断面形状を有し、その上面は開放されている。後の説明から明らかになるとおり、容器２４はスクリーン１４を湿らせる湿化手段を構成する。スクリーン１４の片端縁部に固定されている上記接続部材１８は締結ねじの如き適宜の連結手段（図示していない）によって容器２４内に着脱自在に固定される。スクリーン１４は容器２４内に位置する片端縁部から、支持枠体２の上部梁部材１０の上半面に沿って延在し、次いで一対の柱部材８間を実質上鉛直に垂下し、スクリーン１４の他端縁部に固定されている接続部材２０はコイルばねでよい弾性偏移手段２６を介して中間梁部材１２に連結されている。かくして、スクリーン１４の検出領域１６は、支持枠体２の一対の柱部材８並びに上部梁部材１０及び中間梁部材１２によって区画される空間に実質上鉛直に延在する状態に配置され、そして弾性偏移手段２６の弾性引張作用によって緊張状態に維持される。

上記容器２４内には上水でよい液体が収容される。従って、スクリーン１４の片端縁部、即ちスクリーン１４の検出領域１６の上端から延出している部分の端縁部、は接続部材１８と共に容器２４内に収容されている液体に浸漬される。容器２４内の液体は毛細管現象によってスクリーン１４をその片端縁から他端縁に向かって流動する。液体が支持枠体２の上部梁部材１０を越えて流動すると、液体の流動は重量による流下によって助長される。かくして、スクリーン１４の検出領域１６は充分均一に湿らされる。

毛細管現象を利用した上述したとおりの湿化手段に代えて、所望なばら、例えばスクリーン１４の検出領域１６に周期的に霧状液体を施す噴霧器の如き他の適宜の手段から湿化手段を構成することもできる。

図１を参照して説明を続けると、気流測定装置はスクリーン１４の測定領域１６における温度分布を検出するためのサーモグラフィー手段２８を含んでいる。それ自体は周知のサーモグラフィーカメラから構成することができるサーモグラフィー手段２８は、スクリーン１４の検出領域１６を、多数の画素から構成された画像として撮像して各画素の温度を検出する。サーモグラフィーカメラの一例としては、日本アビオニクス株式会社から商品名「Ｈａｎｄｙ Ｔｈｅｒｍｏ ＴＶＳ−２００」として販売されているサーモグラフィーカメラを挙げることができる。かかるサーモグラフィーカメラは２４０×３２０画素の画像を１秒間に６０回撮像することができ、従って各画素の温度を１秒間に６０回検出することができ、各画素の温度を０．１℃以下の分解能で検出することができる。

図１と共に図２を参照して説明すると、サーモグラフィー手段２８が撮像する画像は、サーモグラフィー手段２８に装備されている液晶モニター３０に表示され、そしてまたデジタル信号として気流算出手段３２に送信される。液晶モニター３０に表示される画像は、カラー画像の場合には温度に応じて色彩が変化し、モノクロ画像の場合には温度に応じて濃度が変化する。図３（ａ）乃至（ｇ）は液晶モニター３０に表示されるモノクロ画像を例示している。図３（ａ）乃至（ｇ）においては、温度が所定閾値以上の画素は白色で表示され、温度が閾値未満の画素は黒色で表示されている。実際は温度が閾値未満の画素の黒色は温度に応じて濃度が変化する(温度が低い程濃度が高くなる)が、図示の便宜上、図３（ａ）乃至（ｇ）においては濃度の差異を無視して単一濃度で表示している。周知の如く、スクリーン１４の検出領域１６における特定部位に気流が吹き付けられると、気流吹き付け部位においては吹き付け気流量(強度及び時間)に応じて液体が気化されて気化熱が発散され、これに応じて気流吹き付け部位における各画素の温度が低下する。図３（ａ）乃至（ｇ）は温度が閾値を超えて低下した画素の経時変化を表している。気流はスクリーン１４の表面(即ちサーモグラフィー手段２８が撮像する裏面の反対側の面)に或いは裏面に吹き付けられる。

上述したとおり、サーモグラフィー手段２８が撮像する画像は、デジタル信号として気流算出手段３２に送信される。パーソナルコンピュータから構成することができる気流算出手段３２は、図３（ａ）から図３（ｇ）までの画像変化を分析して、この間の気流を特定する。例えば、図３（ａ）乃至（ｇ）における黒色画素の中心（かかる中心は黒色画素が存在する部位の面積のみならず各画素の濃度も加味した中心である）の移動状態と共に、各画素の濃度の変更を適宜に数理解析すれば、気流の三次元方向及び強度分布の変動を把握することができる。

図１及び図２を参照して説明を続けると、図示の気流測定装置は、更に、スクリーン１４の検出領域１６に所要映像を投射する映像投射手段３４も含んでいる。それ自体は周知の映像投射器から構成することができる映像投射手段３４には気流算出手段３２の出力、即ち算出した気流を表示するデジタル信号が供給される。映像投射手段３４がスクリーン１４の検出領域１６に投射する映像は、例えば測定された気流を表示したものでもよい。図４は測定された気流を表示する一様式を例示している。図４において、矢印は気流の方向を示し、数個の楕円形は気流が漸次広がる様子を示している。映像投射手段３４が投射する映像は、気流自体を表示するものに代えて、測定される気流に応じて変化する他の適宜の映像でもよい。

本発明に従って構成された気流測定装置は、種々の分野に適用することができる。例えば、手足の不自由な人が息を吹く付けることによって操作する、コンピュータ用入力手段として利用することができる。この場合には、スクリーン１４の検出領域１６に入力に適した適宜の画像を投射しておき、例えば、操作者が特定の部位に息を吹き付けると特定の入力キーが押圧されたと同様の入力がなされ、特定領域において息を吹き付けながら吹き付け部位を移動させると入力マウスをドラッグ移動したのと同様の入力がなされるように設定することができる。手足による操作に加えて更に息を吹き付けることによって手術ロボットの如きロボットを操作するための操作手段として、本発明に従って構成された気流測定装置を利用することもできる。更に、スクリーン１４の検出領域１６に適宜のゲーム画像を表示し、操作者が吹き付ける息に応じて表示画像が適宜に変化するゲーム機に、本発明に従って構成された気流測定装置を利用することもできる。

以上、添付図面を参照して本発明に従って構成された気流測定装置の好適実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることが理解されるべきである。例えば、スクリーンを構成する材料として和紙及び不織布を例示したが、充分均一に湿らすことができる多孔性セラミック、多孔性合成樹脂シート或いは親水性合成樹脂シート等の他の適宜の材料からスクリーンを構成することもできる。また、湿化手段として毛細管現象を利用した湿化手段及び噴霧器から構成された湿化手段を例示したが、スクリーンに連続的に或いは間欠的に液体を供給する適宜の液体供給手段から湿化手段を構成することもできる。

本発明に従って構成された気流測定装置の好適実施形態の主要構成要素を示す簡略斜面図。 図１の気流測定装置の構成要素の一部を示すブロック線図。 図１の気流測定装置におけるサーモグラフィー手段の液晶モニターに表示される画像を例示する簡略模式図。 図１の気流測定装置におけるスクリーンの検出領域に投射される映像の一例を示す簡略模式図。

符号の説明

２：支持枠体
１４：スクリーン
１６：スクリ−ンの検出領域
２４：容器(湿化手段)
２８：サーモグラフィー手段
３２：気流算出手段
３４：映像投射手段

Claims (6)

1. 測定すべき気流を受けるスクリーンと、該スクリーンを液体で湿らすための湿化手段と、該スクリーンの検出領域における温度分布を検出するためのサーモグラフィー手段と、該スクリーンの該検出領域における温度分布の変化に基づいて該スクリーンが受ける気流を算出する気流算出手段と、を具備することを特徴とする気流検出装置。
2. 更に、算出された気流に基づいて生成される映像を該スクリーンに投射する映像投射手段を具備する、請求項１記載の気流検出装置。
3. 該スクリーンは和紙から構成されている、請求項１又は２記載の気流測定装置。
4. 該スクリーンは不織布から構成されている、請求項１又は２記載の気流測定装置。
5. 該湿化手段は液体を収容した容器から構成され、該スクリーンの片端縁部が該容器に収容されている水に浸漬され、毛細管現象によって該スクリーンが湿化される、請求項３又は４記載の気流測定装置。
6. 該スクリーンの該検出領域は実質上鉛直に延在し、該スクリーンの該片端縁部は該検出領域の上端から延出する部分の端縁部である、請求項５記載の気流測定装置。

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