JP2021089242A - センサ装置及び気流方向・速度測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成によって適切に気流方向・速度を測定可能とする。【解決手段】三次元空間の異なる少なくとも３位置に配置され、気流を受けて温度に応じてインピーダンスを変化させる温度センサと前記温度センサを定電流制御または定電圧制御或いは温度制御する制御手段と、前記温度センサのインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部または前記制御手段の制御出力を検出する制御出力検出部により構成される検出部２０とを具備するセンサ装置１１０と、前記検出部２０から取り込んだ信号をディジタル化するディジタル化手段と、前記ディジタル化された少なくとも３位置のディジタル値の差に基づき気流方向・速度を算出する気流方向・速度算出手段３１０、５００とを具備する。【選択図】図７

Description

この発明は、センサ装置及び気流方向・速度測定システムに関するものである。

従来、気流を測定する場合には、レーザ、線香、ドライアイスなどを用いて肉眼により或いは可視化する装置を用いて気流を検出していた。また、可視化の場合には実際に生じている気流を人が見ることになり、長時間の計測が困難であった。また、レーザを用いた装置では、定量性の確保や長時間の計測が可能であるものの、装置が高価となる問題点があった。

特許文献１には、網目状の骨組みを有する球殻状のセンサであって、骨組みの経線方向の線材と緯線方向の線材との交点にセンサを設けるものである。風が吹く場合に上記センサで検出を行って、検出値が同一値となる２点を結ぶ方向に風が吹いていることを検出でき、測定値の大きさで風力を測定するものである。しかし、２点を結ぶ線分のいずれの方向から風が吹いていることまでは特定できない。

特許文献２には、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化する前記ヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサが開示されている。この特許文献２には、風向に関する測定に関しては、開示がなされていない。

更に、特許文献３には、風速及び風向を測定するために超音波トランスデューサを使用するシステムが開示されている。風速計は、互いに離間した関係で取り付けられた少なくとも３つの電気音響変換手段を含み、変換手段の隣接する対の間の複数の線形音響信号伝搬経路を規定するものである。この場合、伝播経路は多角形を形成し、各変換手段は多角形の頂点にあり、伝播経路の隣接するペアに関連付けられたものである。変換手段のそれぞれは、関連する伝搬経路のペアに沿って音響信号を送受信するように構成されている。

特開２０１１−２３１５号公報 特許第６３３２９３２号公報 米国特許第５３４３７４４号明細書

本発明は、簡単な構成によって適切に気流方向・速度を測定可能なセンサ装置及び気流方向・速度測定システムを提供する。

本発明の実施形態に係る気流方向・速度測定システムは、三次元空間の異なる少なくとも３位置に配置され、気流を受けて温度に応じてインピーダンスを変化させる温度センサと、前記温度センサを定電流制御または定電圧制御或いは温度制御する制御手段と、前記温度センサのインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部または前記制御手段の制御出力を検出する制御出力検出部により構成される検出部を備えるセンサ装置と、前記検出部から取り込んだ信号をディジタル化するディジタル化手段と、前記ディジタル化された少なくとも３位置のディジタル値の差に基づき気流方向・速度を算出する気流方向・速度算出手段とを備える演算装置とを具備することを特徴とする。

本発明の第１の実施形態に係る気流方向・速度測定システムの機能ブロック図。 本発明の第１の実施形態に係るセンサ装置の回路ブロック図。 本発明の第１の実施形態に係るエッジデバイス部の斜視図。 本発明の第１の実施形態に係るセンサ保持筐体の要部透視斜視図。 本発明の第１の実施形態に係るセンサ保持筐体の要部展開図。 本発明の第２の実施形態に係るエッジデバイス部の斜視図。 本発明の第２の実施形態に係るセンサ装置の回路ブロック図。 本発明の第１の実施形態に係る気流方向・速度測定システムにおいて予測モデルを作成するための教師データを得るための装置構造を示す斜視図。 本発明の第１の実施形態に係る気流方向・速度測定システムにおいて予測モデルを作成するための教師データの一例を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る気流方向・速度測定システムが有する気流方向・速度算出手段が備える予測モデルを作成するための構成の機能ブロック図。 本発明の第１の実施形態に係る気流方向・速度測定システムの動作を示すフローチャート。 本発明の第１の実施形態に係る気流方向・速度測定システムにおいて、予測モデルを用いた機械学習により第２日目で得られた予想値と実測値をプロットした図。 本発明の第１の実施形態に係る気流方向・速度測定システムにおいて、予測モデルを用いた機械学習により、例えば第１７日目で得られた予想値と実測値をプロットした図。 本発明の第１の実施形態に係る気流方向・速度測定システムにおいて表示された拡張現実画像の例を示す図。 本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる気流方向・速度算出手段の機能ブロック図。 本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる温度センサが設けられる正四面体の斜視図。 本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる気流方向・速度算出の３次元直交座標の一例を示す図。 本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる正四面体用のメモリテーブルの一例を示す図。 本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる正六面体の斜視図。 本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる正六面体用のメモリテーブルの一例を示す図。 本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる正八面体の斜視図。 本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる正八面体用のメモリテーブルの一例を示す図。 本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる正十二面体の斜視図。 本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる正二十面体の斜視図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態に係るセンサ装置及び気流方向・速度測定システムを説明する。各図において同一構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１に、第１の実施形態に係る気流方向・速度測定システム３００の機能ブロック図を示す。この気流方向・速度測定システム３００は、センサ装置１１０を含むエッジデバイス部１００と、このエッジデバイス部１００からのセンサデータを受信する受信端末２００とを備える。

図２に、第１の実施形態に係るセンサ装置１１０の回路ブロック図を示す。このセンサ装置１１０は、気流を受けて変動する温度に応じてインピーダンスを変化させる複数の温度センサ１１−１〜１１−６を用いる。このため、センサ装置１１０は、複数の温度センサ１１−１〜１１−６に対応したセンサ装置１１０−１〜１１０−６が用いられる。

図３に、第１の実施形態に係るエッジデバイス部１００Ａの斜視図を示す。センサ装置１１０−１〜１１０−６に用いられる温度センサ１１−１〜１１−６が設けられるセンサ保持筐体１６０は、正六面体である。６個の温度センサ１１−１〜１１−６は、正六面体のセンサ保持筐体１６０の各面に１個づつ設ける。従って、温度センサは、三次元空間の異なる少なくとも３位置に配置されることになる。

図４は、温度センサ１１−１〜１１−６が設けられた正六面体のセンサ保持筐体１６０の透視斜視図であり、図５は、図３に示すセンサ保持筐体１６０の展開図である。温度センサ１１−１〜１１−６は、正六面体の各面の中央に１個設けられる。以上では、センサ保持筐体１６０を正六面体としたが、三角面体や八面体などの多面体であっても良い。

また、図３に示すようにセンサ保持筐体１６０は、基台１３−１から延びる支柱１４に取り付けられている。基台１３−１には、上記温度センサ１１−１〜１１−６それぞれを定電流制御または定電圧制御或いは所定温度制御する制御手段を含むセンサ回路部１５と、信号処理・送信部１８０と、が備えられている。

図２に示すようにセンサ装置１１０−１〜１１０−６は、同一の構成であるので、主にセンサ装置１１０−１について説明を行う。センサ装置１１０−１は、上記温度センサ１１−１と、温度センサ１１−１に対応するセンサ回路部１５−１と、備える。
センサ回路部１５−１は、定電流制御部１８−１〜１８−６と、検出部２０−１〜２０−６と、を備える。定電流制御部１８−１〜１８−６を構成する破線枠内の回路構成は同様であり、各センサ装置１１０−１〜１１０−６において同様の構成であり、温度センサの数（ここでは、６）だけ設けられる。図４では破線枠内において、温度センサ１１−１に対する回路構成のみを示している。図示のように、温度センサ１１−１に対定電流を流す定電流制御部１８−１として定電流回路１６−１が備えられ、温度センサ１１−１の電圧を検出部２０−１において取り出す。このため、インピーダンス検出端子１７−１が温度センサ１１−１の電圧を取り出すための検出端子である。

インピーダンス検出端子１７−１は、インピーダンス変化を検出するインピーダンス変化検出部である検出部２０−１へ接続されている。温度センサ１１−２〜１１−６に関するセンサ回路部１５−１〜１５−６の構成も同様であり、インピーダンス検出端子１７−２〜１７−６が検出部２０−２〜２０−６へ接続されている。従って、図３に示したセンサ回路部１５は、センサ回路部１５−１〜１５−６を統括して１つの回路として示したものである。検出部２０−１〜２０−６は６つの温度センサ１１−１〜１１−６にそれぞれ設けられる。検出部２０−１〜２０−６は、アナログ信号をサンプリングホールドする回路により構成することができる。上記では制御手段として定電流回路１６−１〜１６−６を用いたが、定電圧回路で温度センサに所定電圧を印加し、温度センサに流れる電流を測定してインピーダンス変化を検出する構成であってもよい。

図６は、第２の実施形態に係るエッジデバイス部１００Ｂの一部透視斜視図である。エッジデバイス部１００Ｂは、複数の温度センサ（図中、丸で表示）を複数面を交差させて形成した交差面体の各面に設けたもので、具体的には、縦方向に長い４枚の板３１−１〜３１−４を、概ね円錐台形状の基台１３−２に立設させた構造を採用する。４枚の板３１−１〜３１−４が隣接する板において互いに直交するように接続させることにより、板の裏表を含めて８面が生成される。板３１−１の一方の面の上端付近に温度センサ３２−１を設ける。この温度センサ３２−１が設けられた面を表面とする。

４枚の板３１−１〜３１−４の結合部分を軸として当該板３１−１〜３１−４を９０度左回転させ、９０度左回転前の板３１−１の温度センサ３２−１が設けられた面と同じ位置にある、板３１−２の上端付近（温度センサ３２−１と同位置）に温度センサ３２−２を設ける。同じように９０度左回転させて、板３１−３の同様の位置に温度センサ３２−３を設け、更に９０度左回転させて、板３１−４の同様の位置に温度センサ３２−４を設ける。板３１−１の裏面の、温度センサ３２−１が設けられた位置から下方に所定寸法の位置に対応する位置に温度センサ３３−１を設ける。同様に、板３１−２の裏面の、温度センサ３２−２が設けられた位置から下方に所定寸法の位置に対応する位置に温度センサ３３−２を設け、板３１−３の裏面の、温度センサ３２−３が設けられた位置から下方に所定寸法の位置に対応する位置に温度センサ３３−３を設け、板３１−４の裏面の、温度センサ３２−４が設けられた位置から下方に所定寸法の位置に対応する位置に温度センサ３３−４を設ける。以上の構成により、三次元空間の異なる少なくとも３位置に配置され、気流を受けて温度に応じてインピーダンスを変化させる温度センサ３２−１〜３２−４、３３−１〜３３−４が実現される。本実施形態では、図の上下方向（Ｚ軸方向）の気流を、同じ板の上方と下方に設けた温度センサによって検出可能とするものである。

図６に示すように基台１３−２には、上記温度センサ３２−１〜３２−４と温度センサ３３−１〜３３−４とそれぞれを所定温度に定温度制御する制御手段を含むセンサ回路部４１と、エッジデバイス部１００−２の信号処理・送信部１８０が設けられている。
図７に、第２の本実施形態のセンサ装置１１０Ｂ（１１０Ｂ−１〜１１０Ｂ−８）の回路ブロック図を示す。センサ装置１１０Ｂ−１〜１１０Ｂ−８は、上記温度センサ３２−１〜３２−４、３３−１〜３３−４に対応するサーミスタ３０−１〜３０−８と、サーミスタ３０−１〜３０−８に対応するセンサ回路部４１−１〜４１−８と、を備える。なお、ここでも信号処理・送信部１８０を省略する。
センサ回路部４１−１〜４１−８は、検出部２０Ｂ−１〜２０Ｂ−８と、温度一定化制御部４０−１〜４０−８と、を備える。温度一定化制御部４０−１〜４０−８を構成する破線枠内の回路構成及び検出部２０Ｂ−１〜２０Ｂ−８の回路構成はそれぞれ同様であり、温度センサの数（ここでは、８）だけ設けられる。図７では、温度センサ３２−１、３２−２、…、３３−４に対するサーミスタ３０−１〜３０−８の回路構成のみを示してある。

図示するように、温度センサ３２−１に対する回路構成は、この例では温度センサ３２−１に相当するサーミスタ３０−１と温度一定化制御回路４３−１と温度一定化制御部４０−１としての温度一定化制御回路４３−１とを備える。サーミスタ３０−１の温度を一定にする温度一定化制御回路４３−１は、当該サーミスタ３０−１の温度変化に応じて印加電圧を変化させる。即ち、温度一定化制御回路４３−１は、上記温度センサ３２−１であるサーミスタ３０−１を所定温度制御する制御手段として機能する。この所定温度制御により変化させた印加電圧（制御手段の制御出力）を制御出力端子４２−１から検出部２０Ｂ−１が取り込む。この検出部２０Ｂ−１は、上記制御手段の制御出力を検出する制御出力検出部として構成される。ここで、上記温度センサ３２−２〜３２−４、３３−１〜３３−４のそれぞれを、サーミスタ３０−２〜３０−８によって構成することができる。温度センサ３２−２〜３２−４と温度センサ３３−１〜３３−４に関するセンサ回路部４１−２〜４１−８の構成も同様であり、制御出力端子４２−２〜４２−８が検出部２０Ｂ−２〜２０Ｂ−８へ接続されている。検出部２０Ｂ−１〜２０Ｂ−８は、アナログ信号をサンプリングホールドする回路により構成することができる。

図１に示した実施形態の気流方向・速度測定システム３００においては、センサ装置１１０−１〜１１０−６、１１０Ｂ−１〜１１０Ｂ−８を区別せず単にセンサ装置１１０と記載する。ここでセンサ装置１１０は、温度センサ１１−１〜１１−６を含んだ図２の回路、または温度センサ３２−１〜３２−４、３３−１〜３３−４に相当するサーミスタ３０−１〜３０−８を含んだ図７の回路に相当する。また、エッジデバイス部１００は、図１に明らかな通り、センサ装置１１０の出力信号をディジタル化するディジタル化手段を構成するＡＤ変換部１２０、ＡＤ変換部１２０の出力データを受けてデータ処理を行うマイクロコンピュータ（以下、マイコン）１３０及びマイコン１３０により処理されたデータを受信端末２００へ送信する送信部１４０を含む信号処理・送信部１８０、並びに各部へ電力を供給する電源部１５０を備える。

受信端末２００は、センサ装置１１０を含んだエッジデバイス部１００と別に設けられるものであり、当然にセンサ回路部１５やセンサ回路部４１とは別に設けられる。受信端末２００は、ＣＰＵ２１０が主メモリ２２０に記憶されているプログラムやデータに基づき各部を制御する装置である。このＣＰＵ２１０には、主メモリ２２０の他に、センサ装置１１０から送られるデータを受信する受信部２３０、コマンドやデータ等を入力するための入力部２４０、文字や画像を表示するためのＬＣＤなどの表示手段２５０、前方の被写体を撮像して被写体の画像データを取得する撮像手段であるカメラ部２６０が接続されている。

主メモリ２２０には、ＣＰＵ２１０がプログラムを実行してその機能が実現される気流方向・速度算出手段３１０、気流方向・速度画像作成手段３２０、及び表示制御手段３３０が備えられている。

気流方向・速度算出手段３１０は、ディジタル化された少なくとも３位置のディジタル値の差に基づき気流方向・速度を算出するものである。気流方向・速度画像作成手段３２０は、上記気流方向・速度算出手段３１０により得られた気流方向・速度を用いて視認可能な画像生成する。より具体的には、気流方向・速度画像作成手段３２０は、上記気流方向・速度算出手段３１０により得られた気流方向・速度を示す画像を上記センサ装置１１０に係る画像に組み込んだ画像データを作成するものである。センサ装置に係る画像とは、センサ装置が実現される構造体の画像を言うものとし、本実施形態では、エッジデバイス部１００Ａ、１００Ｂの画像もセンサ装置の画像と称する場合がある。従って、センサ装置をセンサ装置のみによって構成した構造体として作成した場合には、センサ装置に係る画像は、センサ装置のみの画像を指すことになる。

更に詳細には、気流方向・速度画像作成手段３２０は、撮像手段であるカメラ部２６０により撮像された上記センサ装置１１０の画像に上記気流方向・速度算出手段３１０により得られた気流方向・速度を視覚的に示す画像を組み込んだ拡張現実画像の画像データを作成するものである。表示制御手段３３０は、上記気流方向・速度画像作成手段３２０により作成された画像データに基づき上記表示手段２５０に画像を表示するものである。

上記受信端末２００は、パーソナルコンピュータにより実現できることは勿論であり、スマートフォンやＰＤＡ(パーソナル・ディジタル・アシスタント)によっても実現することができる。上記受信端末２００をスマートフォンにより実現する場合には、図１の構成に、通話処理部及び電話による送受信部などが追加される。

上記気流方向・速度算出手段３１０は、気流方向及び／または気流速度を異ならせた気流状態を作り出し、この気流状態において上記センサ装置１１０により得られた信号をディジタル化したディジタル値と、このときの気流方向及び／または気流速度とを対応付けて記憶した教師データ群を用いた機械学習により得られた図１０に示す予測モデル３９０を有する。

次に、図８を用いて予測モデル３９０を作成する上で必要な教師データの作成方法について説明する。
図８は、気流方向・速度測定システム３００において用いる予測モデル３９０を作成するための教師データを得るための装置構造を示す斜視図であり、一例として温度センサ１１−１〜１１−６を備えるエッジデバイス部１００Ａを採用した。図示するようにエッジデバイス部１００Ａのセンサ保持筐体１６０における上部から、支柱１４が基台１３−１より突出した位置までを半径とする半円弧のレール５０上を、最上位点Ａから最下位点Ｂまでを移動するＤＣファン４４を用いる。そして、ＤＣファン４４を所定の距離ずつ移動させた位置で気流速度(風速)を異ならせて温度センサ１１−１〜１１−６及びセンサ回路部１５で測定を行う。

また、エッジデバイス部１００Ａを矢印Ｃ（図中、破線）の如く水平回転するターンテーブルに載置して、ターンテーブルを所定角度ずつ回転させて、上記測定を行う。この測定時のＤＣファン４４における吹き出しの中心からセンサ保持筐体１６０の中心へ向かう線分方向が気流方向(実風向)であり、半円弧のレール５０を回転させて生じる球の緯度経度を気流方向(実風向)として教師データを得るための測定を行うことができる。風速はＤＣファン４４からの実風速(毎秒何メートル)としても良く、またはＤＣファン４４からの実風速に所定の定数を掛けて補正した値を用いても良い。

図９は気流方向・速度測定システム３００において採用する予測モデルを作成するための教師データの一例を示す図である。センサ装置１１０においては、各温度センサ１１−１〜１１−６で得られたインピーダンスに対応する電圧値をディジタル化し図９に示す温度センサａａ〜ｆｆの欄に格納する。以上のようにして得たデータを後述する図１０中の教師データ記憶手段３８０に記憶する。

図１０は、気流方向・速度算出手段３１０が備える予測モデル３９０を作成するための機能ブロック図である。教師データ記憶手段３８０で記憶された教師データを用い、図９の実風速と実風向を目的変数、そして温度センサａａ〜ｆｆの値を説明変数、として予測モデル作成手段３８５による機械学習で予測モデル３９０を得る。この場合の機械学習の手法は、ランダムフォレストやディープランニングなど公知のものを用いることができる。予測モデル作成手段３８５が機械学習を行って予測モデル３９０を得て、この予測モデル(ソフトウエア)３９０を気流方向・速度算出手段３１０に備えさせる。この予測モデル３９０は、センサ装置１１０により得られる信号をディジタル化したディジタル値を説明変数として機械学習により気流方向・速度を得るもので、演算処理はニューラルネットワークを用いて行うことができる。得られる気流方向については、教師データを収集する場合と同じく、前述のＤＣファン４４における吹き出しの中心からセンサ保持筐体１６０の中心へ向かう線分方向が気流方向として、半円弧のレール５０を回転させて生じる球の緯度経度を用いることができる。予測モデル作成手段３８５は、本システムが備えても良いし、別のシステムが備えても良い。

図１１は、以上のように構成された、例えばエッジデバイス部１００Ａと受信端末２００との動作を示したフローチャートである。気流方向・速度測定システム３００が起動すると現在の気流方向・速度が算出される。すなわち、まず三次元空間の異なる少なくとも３位置に配置された温度センサからインピーダンス変化に対応する測定値を取得し、ＡＤ変換する（Ｓ１１）。次に、ステップＳ１１において取得しＡＤ変換した測定値からノイズ除去する（Ｓ１２）。このノイズ除去はマイコン１３０において、ディジタルフィルタやニューラルネットワークフィルタを用いて行っても良い。以上のように処理されたディジタルデータは、送信部１４０から受信端末２００の受信部２３０へ送られる（Ｓ１３）。

受信部２３０は送られたデータを受信し、ＣＰＵ２１０がこれを検知する（Ｓ１４）。受信部２３０が受け取ったディジタルデータは、図９の温度センサａａ〜ｆｆの値に対応するデータである。これを用いてＣＰＵ２１０は、気流方向・速度算出手段３１０として、上記センサ装置１１０により得られる信号に基づき予測モデル３９０を用いて現在の気流方向・速度を算出する（Ｓ１５）。つまり、予測モデル３９０は、受信部２３０が受け取ったディジタルデータを説明変数として機械学習により目的変数である気流方向・速度を出力する。

上記のようにして得られた気流方向・速度の内、気流の速度について予測モデル３９０により得られた予測値を縦軸とし、実測値を横軸にとって、ＸＹＺ軸の３軸についてプロットした結果を図１２、及び図１３に示す。ここで図１２は、毎分１［個］の教師データを取得・記憶し、合計“２２００個”の教師データに基づき作成した予測モデル３９０（第１予測モデル）により得られたデータであり、図１３は、図１２と同様の手法で取得した合計“２５０００”の教師データに基づき作成した予測モデル３９０（第２予測モデル）により得られたデータである。すなわち、図１２は使用を開始した初日のＡＭ０：００から約３６時間後、換言すれば２日後に得られた予測モデル３９０（第１予測モデル）により得られたデータであり、図１３は使用を開始して約４１６時間後、換言すれば１７日後に得られた予測モデル３９０（第２予測モデル）により得られたデータである。図１２から明らかなように、予測値と実測値とが一致するデータがあるものの、誤差（隔たり）がやや大きいことが判る。これに対し、図１３のデータは、図１２のデータに比べて予測値と実測値とが一致するケースが極めて多くなっていることが判る。図１３に示したデータでは、誤差は概ね±１０％の範囲に入っていることが確認でき、予測精度の向上を確認できた。このように誤差を抑制し、予測精度を向上できた理由として教師データの点数を増加させ学習させたことのみならず、最適な予測モデル３９０であることが一因として挙げられる。また、第２の予測モデルを第１予測モデルの更新したモデルとすることも可能である。即ち、予測モデルの予測精度を向上或いは低下させないために、予測モデルを更新する更新プログラムが知られている。本実施形態では、この更新プログラムを使用するものであっても良い。
なお、上記図１２及び図１３では時間と共に教師データを増加させた場合について説明したが、これに限られず、例えば自動的に風向、風速、温度等を変化させる装置を用いて教師データを取得し、データ量及び予測モデル３９０の内容を変えることで上記図１２及び図１３のようなデータを得ても良い。

このようにして予測モデル３９０から出力された気流方向・速度は、気流方向・速度画像作成手段３２０へ与えられ、気流方向・速度画像作成が行われる（Ｓ１６）。
気流方向・速度画像作成手段３２０により作成された気流方向・速度画像データは、表示制御手段３３０に送られ、表示制御手段３３０は、画像データに基づき上記表示手段２５０に画像を表示する（Ｓ１７）。例えば、表示手段２５０に予め定められた背景画像(センサ装置１１０−１が置かれた部屋の静止画像でどの方向から撮像したものかが分かる画像)を表示し、この中に気流方向・速度画像として矢印で画像を表示する。

上記矢印は、気流方向・速度算出手段３１０に得られる気流方向が、前述のＤＣファン４４における吹き出しの中心からセンサ保持筐体１６０の中心へ向かう線分方向が気流方向として、半円弧のレール５０を回転させて生じる球の緯度経度であるから、上記線分を矢印に変更して作成することができる。また、矢印の長さが気流速度を表すようにすることができる。また、上記背景画像の中心をセンサ保持筐体１６０の中心と一致させて、矢印画像データを作成する。

また、別の実施形態では、上記気流方向・速度画像作成手段３２０は、例えばセンサ装置１１０をカメラ部２６０によって撮像した映像を背景として、気流方向・速度マークを上記背景映像に組み込んだ拡張現実画像の画像データを作成する。この場合には、被写体であるエッジデバイス部１００Ａに対し、どの方向から撮像したかを検出する。例えば、ある高さの３６０度の点からエッジデバイス部１００Ａを撮像した映像を予め備える。この映像には、所定の１映像を０度として、映像に３６０度の角度を与えておく。これを角度付映像データという。０度の映像は、気流方向・速度算出手段３１０に得られる気流方向を緯度経度で表した経度が０度の位置とする。

実際に、エッジデバイス部１００Ａをカメラ部２６０によって撮像した映像が得られると、この現在映像と上記角度付映像データの映像を用いて画像処理により一致する角度の角度付映像を特定し、撮像角度を得る。この撮像角度分だけ、気流方向・速度算出手段３１０に得られた気流方向である緯度経度の経度を変更した情報に基づき気流方向を得て、矢印画像を得る。現在映像の中に気流方向・速度画像として矢印で画像を表示する。

図１４は、このようにして表示された拡張現実画像の例である。この実施形態によれば、エッジデバイス部１００Ａをカメラ部２６０によって撮像しながら、エッジデバイス部１００Ａの周囲を移動して気流方向・速度を検出するものである。

＜変形例＞
上記第１、第２の実施形態においては、気流方向・速度算出手段３１０が機械学習によって気流方向・速度の算出を行ったが、これに限定されず数値演算を用いて気流方向・速度の算出を行っても良い。以下では、図１５乃至図２４を用いて第１、第２の実施形態に係る変形例の説明をする。図１５は、本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる気流方向・速度算出手段の機能ブロック図である。図１６は、本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる温度センサが設けられる正四面体の斜視図である。図１７は、本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる気流方向・速度算出の３次元直交座標の一例を示す図である。図１８は、本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる正四面体用のメモリテーブルの一例を示す図である。
まず、温度センサ１１−１〜１１−６（３２−１〜３２−４、３３−１〜３３−４）が、三次元空間の異なる少なくとも３位置に配置される（より具体的には、多面体または複数面を交差させて形成した交差面体の各面に設けられる）ことから、各温度センサが３次元直交座標におけるＸＹＺの３軸のいずれの軸方向の成分を検出するか決定しておく。つまり、各温度センサが３次元直交座標におけるＸＹＺの３軸のいずれの軸方向の成分をどのような演算で検出するかを示すルールを記憶したメモリテーブル５１０を、気流方向・速度算出手段５００が備える（図１５）。

例えば、図１６に示されるようなＡ１〜Ｄ１の４面により形成される正四面体の各面の中心に温度センサが設けられる場合には、図１の支柱１４が底面Ｄ１の中央から延びるように設けられる。また、正四面体の重心に０点を有する図１７のようなＸＹＺ軸を有する直交座標を想定する。この場合、Ｙ軸は、上記０点から底面Ｄ１に平行な線分であって、面Ａ１の三角形を２等分するように、頂点から底辺へ向かう線分と交差する線分とし、Ｚ軸は、上記０点から正四面体の頂点へ延びる線分とし、Ｘ軸は、上記Ｙ軸及びＺ軸に直交する線分であって、面Ｂ１方向へ延びる線分である。

図１８に正四面体の場合のメモリテーブル５１０を示す。Ａ１〜Ｄ１は温度センサの値を示し、軸方向と逆方向から気流を受ける場合には、値をマイナスとする。この例では、Ｃ１とＤ１はマイナスである。図１５のＸＹＺ成分取得手段５２０は、メモリテーブル５１０のルールに基づきＸＹＺ成分を取得する。

図１５のＸＹＺベクトル取得手段５３０は、上記ＸＹＺ成分取得手段５２０が取得したＸＹＺ軸の値から３次元ベクトルを取得する。ＸＹＺ成分が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）であれば、この成分を有するベクトルを取得する。大きさは、√（Ｘ^２＋Ｙ^２＋Ｚ^２）である。

ＸＹＺベクトル取得手段５３０が求めたベクトルは、上記３次元直交座標の０点から外方向へ向かうものであるが、気流の方向は逆であるから上記ベクトル向きを逆にしたベクトルが気流方向と速度を表す。このベクトルを図１１のフローチャートにより説明した矢印に変換して、前述と同様に画像表示を行うことができる。ベクトルを図１１のフローチャートにより説明した矢印に変換するには、上記ベクトルを延長或いは縮小して、半円弧のレール５０を回転させて生じる球の緯度経度を求めることで、第１、第２の実施形態と同様に矢印による方向と速度の表示が可能である。

図１９は、本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる正六面体の斜視図である。例えば図１９に示されるようなＡ２〜Ｆ２の６面により形成される正六面体の各面の中心に温度センサが設けられる場合には、図１の支柱１４が面Ｅ２の中央から延びるように設けられる。また、正六面体の重心に０点を有するＸＹＺ軸を有する直交座標を想定する。この場合、Ｙ軸は、上記０点から面Ａ２の中心に延びる線分とし、Ｚ軸は、上記０点から面Ｆ２の中心へ延びる線分とし、Ｘ軸は、上記Ｙ軸及びＺ軸に直交する線分であって、上記０点から面Ｂ２の中心に延びる線分とする。図２０に正六面体の場合のメモリテーブル５１０を示す。この場合であっても、同様に３次元直交座標の座標値として、気流の方向と速度が得られ、第１、第２の実施形態と同様に矢印による方向と速度の表示が可能である。

図２１は、本発明の変形例に係る気流方向・速度測定システムにおいて用いられる正八面体の斜視図である。図２１に示されるようなＡ３〜Ｈ３の８面により形成される正八面体の各面の中心に温度センサが設けられる場合には、図１の支柱１４が正八面体の下側頂点から延びるように設けられる。図２２に正六面体の場合のメモリテーブル５１０を示す。この場合であっても、同様に３次元直交座標の座標値として、気流の方向と速度が得られ、第１、第２の実施形態と同様に矢印による方向と速度の表示が可能である。

以下同様に、図２３に示す正十二面体や図２４に示す正二十面体についても、適切なメモリテーブル５１０に各温度センサが３次元直交座標におけるＸＹＺの３軸のいずれの軸方向の成分をどのような演算で検出するかを示すルールを記憶しておき、気流の方向と速度が得られ、第１、第２の実施形態と同様に矢印による方向と速度の表示が可能である。勿論、正多面体に限定されず、多面体を用いることができる。多面体または複数面を交差させて形成した交差面体の面は、気流を不通とする板等であっても良いし、気流を通過させるメッシュ状のシートなどであっても良い。

なお、上記では第１の実施形態に係るエッジデバイス部１００Ａのセンサ装置１１０−１〜１１０−６を用いた例を示したが、第２の実施形態に係るエッジデバイス部１００Ｂのセンサ装置１１０Ｂ−１〜１１０Ｂ−８を用いて教師データを得ることもでき、また当該教師データを用いてセンサ装置１１０に対応する気流方向・速度測定システム３００を構築することができることは当然である。
また、上記第１の実施形態、第２の実施形態及び変形例にて、気流方向・速度算出手段３１０及び５００の機能は主メモリ２２０が実現する旨説明したが、エッジデバイス部１００−１及び１００−２のマイコン１３０が実現しても構わない。

本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１−１〜１１−６・・・温度センサ、１３−１、１３−２・・・基台、１４・・・支柱、１５・・・センサ回路部、１６−１〜１６−６・・・定電流回路、１７−１〜１７−６・・・インピーダンス検出端子、２０−１〜２０−６、２０Ｂ−１〜２０Ｂ−８・・・検出部、３０−１〜３０−８・・・サーミスタ、３１−１〜３１−４・・・板、３２−１〜３２−４・・・温度センサ、３３−１〜３３−４・・・温度センサ、４０・・・レール、４１−１〜４１−８・・・センサ回路部、４４・・・ＤＣファン、４２−１〜４２−８・・・制御出力端子、４３−１〜４３−８・・・温度一定化制御回路、１００、１００Ａ、１００Ｂ・・・エッジデバイス部、１１０−１〜１１０−６、１１０Ｂ−１〜１１０Ｂ−８・・・センサ装置、１２０・・・ＡＤ変換部、１３０・・・マイコン、１４０・・・送信部、１６０・・・センサ保持筐体、１５０・・・電源部、１８０・・・信号処理・送信部、２００・・・受信端末、２２０・・・主メモリ、２３０・・・受信部、２４０・・・入力部、２５０・・・表示手段、２６０・・・カメラ部、３００・・・気流方向・速度測定システム、３１０、５００・・・気流方向・速度算出手段、３２０・・・気流方向・速度画像作成手段、３３０・・・表示制御手段、３８０・・・教師データ記憶手段、３８５・・・予測モデル作成手段、３９０・・・予測モデル、５１０・・・メモリテーブル、５２０・・・ＸＹＺ成分取得手段、５３０・・・ＸＹＺベクトル取得手段。

Claims (10)

1. 三次元空間の異なる少なくとも３位置に配置され、気流を受ける温度に応じてインピーダンスを変化させる温度センサと、
   前記温度センサを定電流制御または定電圧制御或いは温度制御する制御手段と、
   前記温度センサのインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部または前記制御手段の制御出力を検出する制御出力検出部により構成される検出部と
   を具備することを特徴とするセンサ装置。
2. 多面体または複数面を交差させて形成した交差面体の各面に、前記温度センサを設けたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記検出部から取り込んだ信号をディジタル化するディジタル化手段と、
   前記ディジタル化された少なくとも３位置のディジタル値の差に基づき気流方向・速度を算出する気流方向・速度算出手段と、
   を具備することを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. 前記気流方向・速度算出手段は、
   気流方向及び／または気流速度を異ならせた気流状態を作り出してこの気流状態において前記センサ装置により得られた信号をディジタル化したディジタル値と、このときの気流方向及び／または気流速度とを対応付けて記憶した教師データ群を用いた機械学習による得られた予測モデルと、を有し、前記検出部により検出される前記インピーダンス変化または前記制御出力に基づき前記予測モデルを用いて気流方向・速度を算出することを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
5. 三次元空間の異なる少なくとも３位置に配置され、気流を受ける温度に応じてインピーダンスを変化させる温度センサと、
   前記温度センサを定電流制御または定電圧制御或いは温度制御する制御手段と、
   前記温度センサのインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部または前記制御手段の制御出力を検出する制御出力検出部により構成される検出部と
   を備えるセンサ装置と、
   前記検出部から取り込んだ信号をディジタル化するディジタル化手段と、
   前記ディジタル化された少なくとも３位置のディジタル値の差に基づき気流方向・速度を算出する気流方向・速度算出手段と、
   を備える演算装置と
   を具備することを特徴とする気流方向・速度測定システム。
6. 前記センサ装置は、
   多面体、または複数面を交差させて形成した交差面体、の各面に、前記温度センサを設けた構造であることを特徴とする請求項５に記載の気流方向・速度測定システム。
7. 前記気流方向・速度算出手段は、
   気流方向及び／または気流速度を異ならせた気流状態を作り出してこの気流状態において前記センサ装置により得られた信号をディジタル化したディジタル値と、このときの気流方向及び／または気流速度とを対応付けて記憶した教師データ群を用いた機械学習により得られた予測モデルと、を有し、前記センサ装置により得られる信号に基づき前記予測モデルを用いて気流方向・速度を算出することを特徴とする請求項５または６に記載の気流方向・速度測定システム。
8. 画像を表示する表示手段と、
   前記気流方向・速度算出手段により得られた気流方向・速度を示す画像の画像データを作成する気流方向・速度画像作成手段と、
   前記気流方向・速度画像作成手段により作成された画像データに基づき前記表示手段に画像を表示する表示制御手段と
   を具備することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の気流方向・速度測定システム。
9. 前記気流方向・速度画像作成手段は、前記気流方向・速度算出手段により得られた気流方向・速度を示す画像を前記センサ装置に係る画像に組み込んだ画像データを作成することを特徴とする請求項８に記載の気流方向・速度測定システム。
10. 前記表示手段と前記表示制御手段と前記気流方向・速度画像作成手段と共に、前方の被写体を撮像して被写体の画像データを取得する撮像手段が設けられ、
    前記気流方向・速度画像作成手段は、前記撮像手段により撮像された前記センサ装置の画像に前記気流方向・速度算出手段により得られた気流方向・速度に係る画像を組み込んだ拡張現実画像の画像データを作成することを特徴とする請求項９に記載の気流方向・速度測定システム。

Images