JP5488978B2 - 空間温度分布計測装置および計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線カメラによって撮影した画像に基づいて空間の温度分布を計測する空間温度分布計測装置および計測方法に関する。

近年、データを格納するサーバーを集中的に配置したサーバールームや、サーバーのほかにルータなどの情報通信機器を備えてデータ通信を可能としたデータセンターの利用が増加している。

このようなサーバールームやデータセンターでは、大量の電子機器から多くの熱が発生するため、空調設備により室内の除熱が行われている。しかし、局所的には、熱だまりなどの温度が高い場所が生じる場合がある。局所的に温度が高い場所が生じると電子機器の過熱などにつながり、電子機器に悪影響を及ぼす。このため、局所的に温度が高い場所の発生の有無を確認することが重要である。

局所的に温度が高い場所の発生の有無は、室内の各所におけるエンタルピーを求めて、熱の出入りが適切になされているかを評価することにより確認できる。室内各所のエンタルピーを求めるためには、その場所の温度を計測することが必要である。

室内空間の温度分布を計測する方法として、計測対象の空間内に熱受容体を配置し、この熱受容体から放射される赤外線を赤外線カメラで計測する方法がある。空間に存在する気体の熱は熱受容体に伝達されるため、熱受容体から放射される赤外線は空間の温度に対応している。従って、熱受容体からの赤外線を計測することにより、間接的に空間の温度分布を求めることができるものである。空間の温度分布を計測する場合の熱受容体としては、連続的な温度分布を計測するために、面状の熱受容体を用いることが好適である。

このような方法では、熱受容体から放射される赤外線を的確に撮像するために、赤外線カメラの焦点合わせを精度良く行う必要がある。しかし、赤外線は波長が長く、これを赤外線カメラで撮影した画像の解像度は低くなるため、赤外線カメラの焦点を合わせることが難しい。特に面状の熱受容体を用いる場合は、赤外線カメラの焦点合わせは一層難しく、焦点合わせを精度よく行うことができない。

赤外線カメラを用いた撮像における焦点合わせの技術として、例えば特許文献１に開示される技術がある。かかる技術は、空間周波数成分抽出用フィルタにより赤外線検出部から抽出した電気信号の高域成分を用いて合焦状態の検出を行い、高域成分が最も多く出力されるように赤外線カメラ部のレンズ系を駆動制御して、赤外線検出部の赤外線像が合焦状態になるように常時制御を行うものである。特許文献１の技術によれば、赤外線カメラの画面内の任意の指定位置において自動焦点調節を行うことができるとしている。

特開平６−２５３２００号公報

しかし、面状の熱受容体を赤外線カメラで撮影すると、撮影により得られる画像の解像度は低いため、空間周波数の高域成分が欠落した画像、すなわちローパスフィルタを通して得られた画像のようになるため、特許文献１に示されるような高域成分を用いた合焦状態の検出は困難である。また合焦判断などのために電子回路を用いるような技術においては、かかる電子回路や、レンズ系の駆動制御を行うための機構などが必要になるため、撮像装置の構成が複雑化するという問題もある。

本発明は、上記の課題に鑑み、簡単な構成で赤外線カメラの焦点合わせを精度よく行うことが可能な空間温度分布計測装置および計測方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる空間温度分布計測装置の代表的な構成は、温度分布を計測すべき空間内に配置され、厚さが１ｍｍ以下の面状で、炭素を含有したシリコンゴムからなる熱受容体と、熱受容体を撮影する赤外線カメラと、熱受容体の表面の所定位置に貼付され赤外線カメラの焦点合わせに用いられる熱受容体に比べて熱放射率の小さいマーカと、焦点合わせにより決定された焦点で赤外線カメラにより撮影された熱受容体の画像に基づいて空間の温度分布を求める温度分布演算部と、を備え、マーカは、赤外線カメラの焦点合わせに用いられる際に、マーカと、熱受容体を挟んでマーカと反対側に設けられた保持部材との間に作用する磁力により熱受容体の表面の所定位置に保持されることを特徴とする。

炭素は、例えば、炭素粉末やカーボンナノチューブの形態でシリコンゴムに含有可能である。炭素は熱放射性に優れているため、炭素に伝達された熱を周囲に効率よく放射する。また、シリコンゴムは熱伝導率が小さいため、これを面状の熱受容体に使用する場合は、その位置の温度をより正確に表すことができる。よって、炭素をシリコンゴムに含有させることにより、炭素の高い熱放射率とシリコンゴムの小さい熱伝導率とにより、空間の温度分布をより的確に計測することが可能となる。

マーカの熱放射率は、熱受容体の熱放射率に比べて小さいため、熱受容体とマーカの周囲の温度が同じであっても、赤外線カメラによる撮影画像の表示においては、熱受容体とマーカは温度が異なるものとして表示される。このため、熱受容体とマーカの画像の境界が際立つため、この境界において赤外線カメラの焦点合わせを行うことにより、焦点合わせが容易になり、焦点合わせの精度を高めることができる。従って、簡単な構成で赤外線カメラの焦点合わせを精度よく行うことが可能となる。なお、マーカは、赤外線カメラの焦点合わせに用いられた後、所定位置から取り外されるとよい。

かかる構成によれば、マーカの、熱受容体の表面の所定位置への貼付および所定位置からの取り外しを容易に行うことができる。このため、簡単な構成で赤外線カメラの焦点合わせを精度よく行うことができる。

上記の熱受容体は、幅が３０ｃｍ以下であるとよい。幅を３０ｃｍ以下とすることにより、空間内の気流の流れを阻害することを防ぎ、計測への熱受容体の影響を極力小さくすることができる。従って、かかる構成により、空間内の気流をそのままの流れに近い状態で的確に計測することができる。

上記課題を解決するために、本発明にかかる空間温度分布計測方法の代表的な構成は、温度分布を計測すべき空間内に、厚さが１ｍｍ以下の面状で、炭素を含有したシリコンゴムからなる熱受容体を配置し、熱受容体の表面の所定位置に熱受容体に比べて熱放射率の小さいマーカを貼付し、マーカを用いて赤外線カメラの焦点合わせを行い、焦点合わせを行った後、マーカを所定位置から取り外し、焦点合わせにより決定された焦点で赤外線カメラにより熱受容体を撮影し、撮影により得られる画像に基づいて空間の温度分布を求めることを特徴とする。

上述した空間温度分布計測装置における技術的思想に対応する発明構成要素やその説明は、当該空間温度分布計測方法にも適用可能である。

本発明によれば、簡単な構成で赤外線カメラの焦点合わせを精度よく行うことが可能な空間温度分布計測装置および計測方法を提供することが可能になる。

本発明の実施形態にかかる空間温度分布計測装置の概略構成を示す図である。 マーカの貼付状態について説明する図である。 マーカのバリエーションを説明する図である。 本発明の実施形態にかかる空間温度分布計測方法の流れを示したフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明にかかる空間温度分布計測装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本発明の実施形態にかかる空間温度分布計測装置（以下、「計測装置１０」と記載する）の概略構成を示す図である。図１に示すように、計測装置１０は、熱受容体１１と、熱受容体１１を撮影する赤外線カメラ１４と、マーカ１２と、温度分布演算部１５とから構成されている。

熱受容体１１は、温度分布を計測すべき空間内に配置される。図１では、熱受容体１１は、サーバーラック１７が設置された空間内において、サーバーラック１７の排気後方の空間内に配置されている。図１では、一の熱受容体１１が配置されているが、計測対象の領域にあわせて適切な数の熱受容体１１を配置すればよい。かかる配置により、サーバーラック１７の排気後方の空間における温度分布を計測することができる。

熱受容体１１は、幅が３０ｃｍ以下でかつ厚さが１ｍｍ以下の面状である。幅を３０ｃｍ以下とすることにより、熱受容体１１の存在により空間内の気流の流れが阻害されることを防ぎ、計測への熱受容体１１の影響を極力小さくすることができる。従って、サーバーラック１７排気後方の気流をそのままの流れに近い状態で的確に計測することができる。

また、熱受容体１１の厚さを１ｍｍ以下として熱容量を小さくすることにより、温度変化に対する熱受容体１１の追従性を高めることができる。すなわち、熱受容体１１をかかる厚さとすることにより、空間の温度分布に変化が生じた場合に、その温度変化が熱受容体１１から放射される赤外線の状態の変化として現れやすくなるため、温度分布の時間的な変化をより正確に計測することができる。

熱受容体１１を面状とすることにより、空間の温度分布を連続的に捉えることができる。熱受容体１１を例えば紐状として、かかる紐状の熱受容体１１同士を短い距離間隔で配置することにより、略連続的な流速分布を計測してもよい。熱受容体１１は、例えば空間上部に吊り具（図示せず）を設けて、この吊り具に熱受容体１１を係止することにより、空間上部から垂れ下げた状態に吊るすことができる。

熱受容体１１は、自立しない場合は、例えば垂直方向に長い支持体にて熱受容体１１を支持し、これを空間下部に設けられた架台上に設置することにより、空間内に配置することができる。

熱受容体１１は、熱放射率が大きい材料で構成される。熱放射率は、例えば約０．９以上０．９８以下であるとよい。例えば、熱放射率がかかる範囲にある炭素を粉末やカーボンナノチューブの形態で、シリコンゴムに含有させるとよい。熱放射性に優れる炭素は、サーバーラック１７排気後方の気流から炭素に伝達された熱を周囲に効率よく放射するため、かかる熱受容体１１を赤外線カメラ１４で撮影することにより、空間の温度分布の状態をより正確に捉えることができる。

シリコンゴムは、熱伝導率が小さく、室温付近で0.16W/(m・K)である。このため、熱受容体１１に伝達された空間の各位置における熱の面の広がり方向への伝導が少なくなることにより、空間の温度分布の特徴がより正確に現れるようにすることができる。シリコンゴムは耐熱性が高く、入手が容易な点でも熱受容体１１に好適である。従って、炭素をシリコンゴムに含有させて、炭素の熱放射率が大きい性質とシリコンゴムの熱伝導率が小さい性質を利用することにより、空間の温度分布をより的確に計測することができる。なお、熱受容体１１は、熱放射率などの物理的特性や入手の容易さに応じて、適した素材を選択することが可能である。

マーカ１２は、赤外線カメラ１４の焦点合わせに用いられる。焦点合わせの際、マーカ１２は、熱受容体１１の表面の所定位置に貼付される。例えば、マーカ１２が赤外線カメラ１４による撮影画像が表示される表示部１６の画面中心部に位置するように、マーカ１２の貼付位置を決めることができる。マーカ１２は、赤外線カメラ１４の焦点合わせに用いられた後、熱受容体１１の所定位置から取り外される。

マーカ１２は、例えば円板状で放射率が小さい材料で構成される。放射率は、熱受容体１１の放射率よりも小さければよいが、０．０２以上０．１以下が適当である。マーカ１２をかかる放射率の小さいものに構成するために、例えば、マーカ１２を金属材料で構成して表面に光沢をもたせたものとするとよい。また、マーカ１２の表面を鏡面状態としてもよい。マーカ１２を、鉄の表面にアルミテープを巻いたものとしてもよい。

熱放射率の大きい熱受容体１１の表面に熱放射率の小さいマーカ１２を貼付することにより、熱受容体１１とマーカ１２の周囲の温度が同じであっても、熱受容体１１とマーカ１２とでは熱放射率に差があるため、表示部１６において表示される赤外線カメラ１４による撮影画像においては、熱受容体１１とマーカ１２は温度が異なるものとして表示される。

このため、熱受容体１１とマーカ１２の画像の境界が際立つため、この境界において赤外線カメラ１４の焦点合わせを行うことにより、焦点合わせが容易になり、焦点合わせの精度を高めることができる。従って、簡単な構成で赤外線カメラ１４の焦点合わせを精度よく行うことが可能となる。

温度分布演算部１５は、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central
Processing Unit）を含む半導体集積回路により実現され、赤外線カメラ１４による撮像データから計測対象の空間の温度分布を算出する。計測装置１０には、表示部１６が有線で接続されており、温度分布演算部１５により算出された結果が表示される。

図２は、マーカの貼付状態について説明する図である。図２（ａ）は、図１におけるマーカ周辺の拡大図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、マーカ１２は、赤外線カメラ１４の焦点合わせに用いられる際に、熱受容体１１の表面に保持されている。

マーカ１２は例えば金属であり、熱受容体１１を挟んでマーカ１２と反対側に設けられた保持部材１３は例えば磁石であるため、マーカ１２と保持部材１３との間に作用する磁力により、マーカ１２は熱受容体１１の表面の所定位置に保持されている。

かかる構成によれば、マーカ１２の、熱受容体１１の表面の所定位置への貼付および所定位置からの取り外しを容易に行うことができる。このため、簡単な構成で赤外線カメラ１４の焦点合わせを精度よく行うことができる。

なお、マーカ１２の熱受容体１１表面への貼付方法は、上述した磁力作用によるものに限られず、例えばマーカ１２裏面に両面テープの一面を貼付し、他面を熱受容体１１に貼付することにより、マーカ１２を一時的に熱受容体１１表面に貼付することができる。

図３は、マーカのバリエーションを説明する図であり、熱受容体とマーカと保持部材を含む部分の断面図である。図３（ａ）、（ｂ）は、熱受容体２１、３１は断面が略円で紐状の場合である。

図３（ａ）に示すように、紐状の熱受容体２１が複数並んでいる場合は、マーカ２２は、複数の熱受容体２１にまたがるように、保持部材２３との間に作用する磁力により、熱受容体２１の表面の所定位置に保持されている。マーカ２２は、マーカ２１と同様に円板状でもよいし、矩形状でもよい。

図３（ｂ）に示すように、マーカ３２は、断面が半リング状であり、一本の熱受容体３１を保持部材３３とともに取り囲むように、保持部材３３との間に作用する磁力により、熱受容体３１の表面の所定位置に保持されている。

上述の通り、熱受容体２１、３１の形状に応じてマーカ２２、３２および保持部材２３、３３の形状を変化させることにより、マーカ２２、３２を的確に熱受容体２１、３１の表面に容易に貼付することができる。

紐状の熱受容体２１、３１が短い間隔で並んでいると、面状の熱受容体１１の場合と同様に、赤外線カメラ１４の焦点合わせが困難であるが、かかるマーカ２２、３２を焦点合わせに用いることにより、焦点合わせが容易になり、焦点合わせの精度を高めることができる。従って、簡単な構成で赤外線カメラ１４の焦点合わせを精度よく行うことが可能となる。

続いて、上述した計測装置１０を用いた空間温度分布計測方法について説明する。図４は、本発明の実施形態にかかる空間温度分布計測方法の流れを示したフローチャートである。

まず、温度分布を計測すべき空間内に、熱受容体１１を配置する（Ｓ１０）。図１では、サーバーラック１７の排気後方の空間内に熱受容体１１を配置する。続いて、熱受容体１１の表面の所定位置にマーカ１２を貼付する（Ｓ１１）。

熱受容体１１とマーカ１２の境界に赤外線カメラ１４の焦点を合わせることにより、焦点合わせを行う（Ｓ１２）。焦点合わせを行った後、マーカ１２を熱受容体１１の所定位置から取り外す（Ｓ１３）。マーカ１２を取り外すことにより、熱受容体１１の撮影画像にマーカ１２の撮影画像が含まれないようにできる。

焦点合わせにより決定された焦点で赤外線カメラ１４により熱受容体１１を撮影する（Ｓ１４）。赤外線カメラ１４による撮影により得られた画像に基づいて空間の温度分布を算出する（Ｓ１５）。

上記説明した如く、本実施形態にかかる空間温度分布計測装置１０および空間温度分布計測方法においては、放射率の大きい熱受容体１１と放射率の小さいマーカ１２との境界において赤外線カメラ１４の焦点合わせを行うことにより、焦点合わせが容易になり、焦点合わせの精度を高めることができる。熱受容体１１にマーカ１２を貼付して焦点合わせを行い、その後マーカ１２を取り外すことにより、簡単な構成で赤外線カメラ１４の焦点合わせを精度よく行うことが可能となる。

本発明は、赤外線カメラによって撮影した画像に基づいて空間の温度分布を計測する空間温度分布計測装置および計測方法に利用することができる。

１０ …計測装置
１１、２１、３１ …熱受容体
１２、２２、３２ …マーカ
１３、２３、３３ …保持部材
１４ …赤外線カメラ
１５ …温度分布演算部
１６ …表示部
１７ …サーバーラック

Claims (3)

1. 温度分布を計測すべき空間内に配置され、厚さが１ｍｍ以下の面状で、炭素を含有したシリコンゴムからなる熱受容体と、
   前記熱受容体を撮影する赤外線カメラと、
   前記熱受容体の表面の所定位置に貼付され前記赤外線カメラの焦点合わせに用いられる前記熱受容体に比べて熱放射率の小さいマーカと、
   前記焦点合わせにより決定された焦点で前記赤外線カメラにより撮影された前記熱受容体の画像に基づいて前記空間の温度分布を求める温度分布演算部と、を備え、
   前記マーカは、前記赤外線カメラの焦点合わせに用いられる際に、該マーカと、前記熱受容体を挟んで該マーカと反対側に設けられた保持部材との間に作用する磁力により前記熱受容体の表面の所定位置に保持されることを特徴とする空間温度分布計測装置。
2. 前記熱受容体は、幅が３０ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の空間温度分布計測装置。
3. 温度分布を計測すべき空間内に、厚さが１ｍｍ以下の面状で、炭素を含有したシリコンゴムからなる熱受容体を配置し、
   前記熱受容体の表面の所定位置に前記熱受容体に比べて熱放射率の小さいマーカを前記熱受容体を挟んで該マーカと反対側に設けられた保持部材との間に作用する磁力により貼付し、
   前記マーカを用いて前記赤外線カメラの焦点合わせを行い、
   前記焦点合わせを行った後、前記マーカを前記所定位置から取り外し、
   前記焦点合わせにより決定された焦点で前記赤外線カメラにより前記熱受容体を撮影し、
   前記撮影により得られる画像に基づいて前記空間の温度分布を求めることを特徴とする空間温度分布計測方法。