JP2023113207A - 温度計測システムおよび温度計測方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】非定常体・非予見体に対応した温度計測を実現する。【解決手段】温度計測システムは、対象空間10への音波の送信と受信とを行う複数の音波送受信装置1-1~1-8と、音波送受信装置1-1~1-8による音波の送受信の結果に基づいて対象空間10内の物体を検出する物体検出部2と、物体の検出結果に基づいて音波の送信方向を調整する音波方向調整部3と、音波の送信から受信までの伝搬時間に基づいて、音波が通過した空間の温度を算出する温度算出部4とを備える。【選択図】 図1

Description

本発明は、音波によって空間の温度を計測する温度計測システムおよび温度計測方法に関するものである。
空気中を伝搬する音波の速度が温度に応じて変化する原理を用いて、音波の伝搬時間から空間の温度を計測することが可能である。特に、空間の温度分布を計算する方法として、空間に複数の音波受信装置および音波送信装置を備える構成が提案されている(特許文献1参照)。
特許文献1に開示された技術では、空間に送信する音波の経路が当初の設計どおりとなるようにしている。しかしながら、例えば居住空間を計測対象とする場合、人間などの移動体が存在する。これら移動体は、停止したり移動したりする非定常体であり、また出現の予測が難しい非予見体でもある。したがって、特許文献1に開示された技術において予め設計された音波経路が妥当とはいえない場合があり得るので、改善が求められている。
特許第6898022号公報
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、音波による空間温度計測技術において、非定常体・非予見体に対応した温度計測を実現することができる温度計測システムおよび温度計測方法を提供することを目的とする。
本発明の温度計測システムは、対象空間への音波の送信と受信とを行うように構成された複数の音波送受信装置と、前記音波送受信装置による音波の送受信の結果に基づいて前記対象空間内の物体を検出するように構成された物体検出部と、前記物体の検出結果に基づいて前記音波の送信方向を調整するように構成された音波方向調整部と、前記音波の送信から受信までの伝搬時間に基づいて、前記音波が通過した空間の温度を算出するように構成された温度算出部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の温度計測システムの1構成例において、前記音波方向調整部は、前記物体検出部によって検出された物体の周辺に向けて音波が送信されるように方向を調整することを特徴とするものである。
また、本発明の温度計測システムの1構成例は、前記対象空間の画像を取得するように構成された撮像素子をさらに備え、前記物体検出部は、前記音波送受信装置による音波の送受信の結果に加えて、前記撮像素子によって取得された画像に基づいて前記対象空間内の物体の位置を検出することを特徴とするものである。
また、本発明の温度計測システムの1構成例は、前記対象空間にレーザ光を放射してその反射光を受光するように構成されたレーザセンサをさらに備え、前記物体検出部は、前記音波送受信装置による音波の送受信の結果に加えて、前記レーザセンサによる受光結果に基づいて前記対象空間内の物体の位置を検出することを特徴とするものである。
また、本発明の温度計測システムの1構成例において、前記物体検出部は、前記音波送受信装置による音波の送受信の結果に加えて、前記温度算出部による温度の算出結果から、前記対象空間内の発熱体と認識した物体の位置を検出することを特徴とするものである。
また、本発明の温度計測方法は、対象空間への音波の送信と受信とを音波送受信装置によって行う第1のステップと、前記音波送受信装置による音波の送受信の結果に基づいて前記対象空間内の物体を検出する第2のステップと、前記物体の検出結果に基づいて前記音波の送信方向を調整する第3のステップと、前記音波の送信から受信までの伝搬時間に基づいて、前記音波が通過した空間の温度を算出する第4のステップとを含むことを特徴とするものである。
本発明によれば、対象空間内の物体の検出結果に応じて音波の方向を調整することにより、物体が例えば人間の場合、すなわち停止したり移動したりする非定常体であったり、出現の予測が難しい非予見体であったりする場合でも、物体の周辺の温度を計測することができる。
図1は、本発明の第1の実施例に係る温度計測システムの構成を示すブロック図である。 図2は、本発明の第1の実施例に係る対象空間内の音波送受信装置の配置例を示す平面図である。 図3は、本発明の第1の実施例に係る温度計測システムの物体検出処理を説明するフローチャートである。 図4は、本発明の第1の実施例に係る温度計測システムの温度算出処理を説明するフローチャートである。 図5は、本発明の第2の実施例に係る温度計測システムの構成を示すブロック図である。 図6は、本発明の第2の実施例に係る対象空間内の音波送受信装置と撮像素子と赤外線レーザセンサの配置例を示す平面図である。 図7は、本発明の第2の実施例に係る温度計測システムの物体検出処理を説明するフローチャートである。 図8は、本発明の第1、第2の実施例に係る温度計測システムを実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。
[発明の原理]
発明者は、音波の送受信可能な装置(例えばPMUT(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer)))を複数配置して、対象空間内の非定常体・非予見体を検出するための検出機能を実現し、その検出結果に対応して音波の方向を調整することに想到した。本発明では、空間に放射する音波は、指向性のあるものが好適である。
空間内の非定常体・非予見体が人間である場合、空間温度計測は人間を快適にするための空調制御系で使用される。したがって、人間の周辺の温度を計測することに重点をおくべきであり、人間の周辺の方向に音波を向けるべきである。
非定常体・非予見体の位置まで検出するのであれば、カメラ画像による認識機能や、発熱体の移動検出機能などを活用できる。
[第1の実施例]
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例に係る温度計測システムの構成を示すブロック図、図2は対象空間内の音波送受信装置の配置例を示す平面図である。温度計測システムは、対象空間10への超音波の送信と受信とを行う複数の音波送受信装置1-1~1-8と、音波送受信装置1-1~1-8による超音波の送受信の結果に基づいて対象空間10内の物体を検出する物体検出部2と、物体の検出結果に基づいて超音波の送信方向を調整する音波方向調整部3と、超音波の送信から受信までの伝搬時間に基づいて、超音波が通過した空間の温度を算出する温度算出部4と、温度算出部4の算出結果を出力する出力部5とから構成される。本発明において音波送受信装置1-1~1-8が実際に送受信するのは超音波であるが、以降の説明では音波と略する。
音波送受信装置1-1~1-8は、それぞれ音波の送信方向を変更することが可能である。音波送受信装置1-1~1-8は、例えばアクチュエータを備えており、アクチュエータによって素子を機械的に動かすことによって音波の送信方向を変更できるようにしてもよい。また、音波送受信装置1-1~1-8は、それぞれが多数のPMUT素子を備えたアレイトランスデューサから構成され、素子間に位相差を設けて送信することで方向を変えるフェーズドアレイ方式のビームステアリングを行うようにしてもよい。
図3、図4は本実施例の温度計測システムの動作を説明するフローチャートである。物体検出部2は、音波方向調整部3を介して音波送受信装置1-1~1-8を制御して、少なくとも1つの音波送受信装置から音波を送信させる(図3ステップS100)。
物体検出部2は、音波送受信装置1-1~1-8のうち少なくとも1つの音波送受信装置による音波の受信結果から、対象空間10内の物体11を検出する(図3ステップS101)。例えば音波送受信装置1-1から音波を送信して、物体11からの反射波を音波送受信装置1-1で受信すれば、送信から反射波受信までの時間に基づいて、音波送受信装置1-1から物体11までの距離を算出できる。このような処理を複数の音波送受信装置について行うことにより、対象空間10内の物体11の位置を検出することができる。
物体検出部2は、音波方向調整部3を介して音波送受信装置1-1~1-8を制御して、音波送受信装置1-1~1-8から送信する音波の方向を変更することにより、対象空間10内を音波で探査するようにしてもよい。
温度計測システムは、例えばオペレータから温度計測終了の指示があるまで(図3ステップS102においてYES)、ステップS100,S101の処理を繰り返し行う。
次に、音波方向調整部3は、物体検出部2によって対象空間10内の物体11が検出されると(図4ステップS200においてYES)、音波送受信装置1-1~1-8を制御して、物体11の周辺に向けて音波が送信されるように方向を調整する(図4ステップS201)。
温度算出部4は、音波送受信装置1-1~1-8のうち少なくとも1つの音波送受信装置による音波の受信結果から、送信から受信までの音波の伝搬時間を算出する(図4ステップS202)。そして、温度算出部4は、音波の伝搬時間から温度を算出する(図4ステップS203)。温度算出部4には、空間の温度と音波の伝搬速度との関係が予め登録されている。送信側の音波送受信装置と受信側の音波送受信装置間の距離は既知である。温度算出部4は、距離と音波の伝搬時間とに基づいて音波の速度を算出して、速度から温度を算出する。なお、算出される温度については平均温度である場合や特定のメッシュで定められた領域の温度である場合などがある。また、算出方法については特許文献1に記載されているものと同様なので、説明を省略する。
出力部5は、温度算出部4による算出結果を出力する(図4ステップS204)。出力方法として、例えば温度の表示、温度データの外部への送信などがある。
温度計測システムは、例えばオペレータから温度計測終了の指示があるまで(図4ステップS205においてYES)、ステップS200~S204の処理を繰り返し行う。
上記の動作において、音波の方向を変更しつつ、温度を算出することを繰り返してもよい。すなわち、物体11の方向を0°としたときに、±α°(αは所定の角度)の範囲内で送信の角度を変えながら、温度を算出することを繰り返してもよい。
以上のように、本実施例では、対象空間10内の物体11の検出結果に応じて音波の方向を調整することにより、物体11が例えば人間の場合、すなわち停止したり移動したりする非定常体であったり、出現の予測が難しい非予見体であったりする場合でも、物体11の周辺の温度を計測することができる。本実施例によれば、例えば空調制御にとって好適な温度計測を実現することができる。
なお、物体検出の場合には、音波送受信装置から音波を送信して、同じ音波送受信装置で反射波を受信することになるが、温度計測の場合には、空間内の経路を通過した音波の伝搬時間が必要になることから、音波送受信装置から送信した音波を別の音波送受信装置で受信することになる。
[第2の実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図5は本発明の第2の実施例に係る温度計測システムの構成を示すブロック図である。本実施例の温度計測システムは、音波送受信装置1-1~1-8と、物体検出部2aと、音波方向調整部3と、温度算出部4と、出力部5と、撮像素子6と、赤外線レーザセンサ7とから構成される。
図6は対象空間10内の音波送受信装置1-1~1-8と撮像素子6と赤外線レーザセンサ7の配置例を示す平面図である。図6の例では、撮像素子6と赤外線レーザセンサ7とを1つずつ設けているが、それぞれ複数設けるようにしてもよい。
音波方向調整部3と温度算出部4と出力部5の動作は、第1の実施例で説明したとおりである。
本実施例では、物体検出部2aによる物体位置検出精度を上げるために、音波以外手段も用いる。図7は本実施例の物体検出処理を説明するフローチャートである。
撮像素子6は、対象空間10の画像を取得する(図7ステップS103)。赤外線レーザセンサ7は、対象空間10に赤外線レーザ光を放射してその反射光を受光する(図7ステップS104)。
物体検出部2aは、第1の実施例で説明した方法とは別に、撮像素子6によって撮影された対象空間10内の画像に基づいて物体11(人間)の位置を検出する。また、物体検出部2aは、赤外線レーザセンサ7による赤外線の受光結果から物体11(人間)の位置を検出する(図7ステップS101a)。画像認識技術による人検出、赤外線レーザセンサ7による人検出は周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。また、物体検出部2aは、温度算出部4による温度の算出結果から、例えば温度が閾値以上で、発熱体と認識した物体11の位置を検出してもよい(ステップS101a)。
温度計測システムは、例えばオペレータから温度計測終了の指示があるまで(図7ステップS102においてYES)、ステップS100,S103,S104,S101aの処理を繰り返し行う。
第1の実施例で説明したように複数の音波送受信装置1-1~1-8を使用すれば、対象空間10内の物体11の位置を検出することができるが、音波送受信装置1-1~1-8による音波の送受信の結果に加えて、撮像素子6によって取得された画像と赤外線レーザセンサ7による赤外線の受光結果と温度算出部4による温度の算出結果のうち少なくとも1つを用いることにより、物体11の位置検出精度を上げることができる。
第1、第2の実施例で説明した物体検出部2,2aと音波方向調整部3と温度算出部4と出力部5は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置及びインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図8に示す。
コンピュータは、CPU200と、記憶装置201と、インタフェース装置(I/F)202とを備えている。I/F202には、音波送受信装置1-1~1-8と撮像素子6と赤外線レーザセンサ7と音波方向調整部3のハードウェアと出力部5のハードウェア等が接続される。本発明の温度計測方法を実現させるための温度計測プログラムは記憶装置201に格納される。CPU200は、記憶装置201に格納されたプログラムに従って第1、第2の実施例で説明した処理を実行する。
本発明は、空間の温度を計測する技術に適用することができる。
1-1~1-8…音波送受信装置、2,2a…物体検出部、3…音波方向調整部、4…温度算出部、5…出力部、6…撮像素子、7…赤外線レーザセンサ、10…対象空間。

Claims (6)

  1. 対象空間への音波の送信と受信とを行うように構成された複数の音波送受信装置と、
    前記音波送受信装置による音波の送受信の結果に基づいて前記対象空間内の物体を検出するように構成された物体検出部と、
    前記物体の検出結果に基づいて前記音波の送信方向を調整するように構成された音波方向調整部と、
    前記音波の送信から受信までの伝搬時間に基づいて、前記音波が通過した空間の温度を算出するように構成された温度算出部とを備えることを特徴とする温度計測システム。
  2. 請求項1記載の温度計測システムにおいて、
    前記音波方向調整部は、前記物体検出部によって検出された物体の周辺に向けて音波が送信されるように方向を調整することを特徴とする温度計測システム。
  3. 請求項1または2記載の温度計測システムにおいて、
    前記対象空間の画像を取得するように構成された撮像素子をさらに備え、
    前記物体検出部は、前記音波送受信装置による音波の送受信の結果に加えて、前記撮像素子によって取得された画像に基づいて前記対象空間内の物体の位置を検出することを特徴とする温度計測システム。
  4. 請求項1または2記載の温度計測システムにおいて、
    前記対象空間にレーザ光を放射してその反射光を受光するように構成されたレーザセンサをさらに備え、
    前記物体検出部は、前記音波送受信装置による音波の送受信の結果に加えて、前記レーザセンサによる受光結果に基づいて前記対象空間内の物体の位置を検出することを特徴とする温度計測システム。
  5. 請求項1または2記載の温度計測システムにおいて、
    前記物体検出部は、前記音波送受信装置による音波の送受信の結果に加えて、前記温度算出部による温度の算出結果から、前記対象空間内の発熱体と認識した物体の位置を検出することを特徴とする温度計測システム。
  6. 対象空間への音波の送信と受信とを音波送受信装置によって行う第1のステップと、
    前記音波送受信装置による音波の送受信の結果に基づいて前記対象空間内の物体を検出する第2のステップと、
    前記物体の検出結果に基づいて前記音波の送信方向を調整する第3のステップと、
    前記音波の送信から受信までの伝搬時間に基づいて、前記音波が通過した空間の温度を算出する第4のステップとを含むことを特徴とする温度計測方法。
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