WO2021220799A1

WO2021220799A1 - 環境検出システム

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Publication number: WO2021220799A1
Application number: PCT/JP2021/015329
Authority: WO
Inventors: 武彦樋江井; 衛奥本; 和久重森
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2021-11-04
Also published as: JP7022289B2; CN115461599A; EP4119913A4; EP4119913A1; US20230048434A1; JP2021173720A

Abstract

対象空間（S）の温度分布および風速分布の少なくとも一方を検出する環境システム（1）は、対象空間（S）に検出用音波を発信する音波発信部（10）と、音波発信部（10）が発信した検出用音波を受信する音波受信部（20）と、音波発信部（10）を制御する制御部（30）とを備える。制御部（30）は、音波受信部（20）が受信した検出用音波の音量が所定の基準受信音量以上になるように、音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量および周波数の少なくとも一方を調節する第１制御を実行する。

Description

環境検出システム

　本開示は、環境検出システムに関するものである。

　従来より、音波により空間の温度分布を測定する方法が知られている。特許文献１には、空間内に音波を発信するスピーカと、該スピーカが発信する音波を受信するマイクとを備える環境状態測定装置が開示されている。この環境状態測定装置は、音波をスピーカが発信してからマイクが受信するまでの、音波の伝搬時間と伝搬距離とに基づいて室内の温度分布を測定する。

特開平１１－１７３９２５号公報

　音波をスピーカが発信してからマイクが受信するまでの音波伝搬時間の測定精度が低下すると、室内の温度分布および風速分布の測定精度も低下する。音波伝搬時間の測定精度を高めるには、マイクが受信する音波の音量をある程度以上にする必要がある。しかし、従来の装置では、マイクが受信する音波の音量を確保するための対策が講じられていなかった。

　本開示の目的は、音波による空間の温度分布および風速分布の測定精度を向上させることにある。

　本開示の第１の態様は、
　対象空間（S）に検出用音波を発信する音波発信部（10）と、
　前記音波発信部（10）が発信した検出用音波を受信する音波受信部（20）と、
　前記音波発信部（10）を制御する制御部（30）とを備え、
　前記対象空間（S）の温度分布および風速分布の少なくとも一方を検出する環境検出システムであって、
　制御部（30）は、前記音波受信部（20）が受信した検出用音波の音量が所定の基準受信音量以上になるように、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量および周波数の少なくとも一方を調節する第１制御を実行する。

　第１の態様では、第１制御により、音波受信部（20）が受信した検出用音波を基準受信音量以上とすることができる。このことにより、音波伝搬時間の測定の精度を向上させることができ、その結果、対象空間（S）の温度分布および風速分布の測定精度を向上させることができる。

　本開示の第２の態様は、第１の態様において、
　前記制御部（30）は、前記第１制御において第１動作と第２動作とを選択的に行い、
　前記第１動作は、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の周波数を一定に保ちながら、前記音波受信部（20）が受信した検出用音波の音量が基準受信音量以上になるように、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量を調節する動作であり、
　前記第２動作は、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量を基準発信音量に保ちながら、前記音波受信部（20）が受信した検出用音波の音量が基準受信音量以上になるように、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の周波数を調節する。

　第２の態様では、第１動作では、音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量が調節される。第２動作では、音波発信部（10）が発信する検出用音波の周波数が調節される。第１動作と第２動作とを選択的に実行することによって、第１制御を簡便に行うことができる。

　本開示の第３の態様は、第２の態様において、
　制御部（30）は、前記第１動作中に切換条件が成立すると、前記第２動作を実行し、
　前記切換条件は、前記音波受信部（20）が受信した音波の音量が基準受信音量未満であり、かつ、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量が所定の基準発信音量に達するという条件である。

　第３の態様では、第１動作中に切換条件が成立すると、第２動作が実行される。切換条件が成立する前に、音波受信部（20）が受信した音波の音量が基準受信音量に達すれば、第２動作は実行されない。このように、切換条件が成立するか否かにより、第１動作と第２動作とを選択的に実行できる。

　本開示の第４の態様は、第３の態様において、
　前記第１動作は、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量を増大させる動作であり、
　前記第２動作は、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の周波数を低下させる動作である。

　第４の態様では、制御部（30）は、第１制御において音波発信部（10）が発信する検出用音波の周波数の低下よりも音量の増大を優先して行う。このことにより、音波受信部（20）が受信した基準受信音量以上の検出用音波の周波数を、できるだけ高くすることができる。

　本開示の第５の態様は、第１～４の態様いずれか１つにおいて、
　前記制御部（30）は、
　検出用音波を前記音波発信部（10）が発信してから前記音波受信部（20）が受信するまでの、音波伝搬経路の長さを含む経路情報を予め記憶し、前記第１制御の開始時に前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量および周波数を、前記経路情報に基づいて設定する。

　第５の態様では、制御部（30）は、予め記憶された経路情報を用いて、第１制御開始時の音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量および周波数を設定する。このことにより、音波発信部（10）が発信する検出用音波の調節に要する時間を短縮できる。

　本開示の第６の態様は、第５の態様において、
　前記経路情報は、前記音波伝搬経路における音波の反射に関する反射情報をさらに含む。

　第６の態様では、音波伝搬経路の長さに加え、音波の反射情報も経路情報に含まれる。反射情報とは、例えば、検出用音波の反射回数や、反射面の反射係数である。反射情報が多いほど、第１制御の開始時に音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量および周波数と、第１制御の終了時に音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量および周波数との差を小さくできる。従って、この態様によれば、音波発信部（10）が発信する検出用音波の調節に要する時間を更に短縮できる。

図１は、実施形態の環境検出システムが設けられた対象空間を示す斜視図である。図２は、空調機の冷媒回路を示す配管系統図である。図３は、環境検出システムの構成を示すブロック図である。図４は、対象空間の温度分布、および音波の伝搬経路を示す模式図である。図５は、対象空間の温度分布と風速分布の測定方法について説明する図である。図６は、環境検出システムの対象空間の温度分布および風速分布の測定処理を示すフローチャートである。図７は、音波伝搬時間の測定処理を示すローチャートである。図８は、第１制御のフローを示すフローチャートである。

　以下、本実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。なお、以下の説明において、「上」、「下」、「左」および「右」は、特に断りのない限り、図中に記載された方向を意味する。

　《実施形態》
　図１に示すように、本実施形態の環境検出システム（1）は、空調機（40）が設置された室内空間（S）の温度分布および風速分布を、音波を用いて測定するシステムである。室内空間（S）は、本開示の対象空間（S）に対応する。室内空間（S）は、天井面、壁面および床面によって形成される空間である。室内空間（S）の天井付近には、室内空間（S）に検出用音波を発信するスピーカ（10）と、該検出用音波を受信するマイク（20）が配置される。

　〈空調機〉
　図２に示すように、空調機（40）は、室内ユニット（48）と室外ユニット（47）とを備える。空調機（40）の室内ユニット（48）は、室内空間（S）の天井面の中央寄りに設置される。この室内ユニット（48）は、室内空間（S）の空気を吸い込み、空調された空気を室内空間（S）に吹き出す（図１の太線矢印）。

　空調機（40）は、冷媒回路（41）を備えている。冷媒回路（41）は、室外ユニット（47）と室内ユニット（48）を、液連絡管（49）およびガス連絡管（50）とで接続することによって形成される。冷媒回路（41）は、圧縮機（42）と室外熱交換器（43）と、膨張弁（46）と、室内熱交換器（44）と、切換弁（45）とを備える。圧縮機（42）と室外熱交換器（43）と、膨張弁（46）は、室外ユニット（47）に収容される。室内熱交換器（44）は、室内ユニット（48）に収容される。空調機（40）は、冷媒が循環して室内空間（S）の空気を冷却および加熱する冷凍サイクル運転を行う。

　具体的に、空調機は、冷房運転と暖房運転とを行う。冷房運転において、空調機（40）は、室外熱交換器（43）が凝縮器として機能し、且つ、室内熱交換器（44）が蒸発器として機能する冷凍サイクルを行い、室内空間（S）の空気を冷却する。一方、暖房運転において、空調機（40）は、室内熱交換器（44）が凝縮器として機能し、且つ、室外熱交換器（43）が蒸発器として機能する冷凍サイクル運転を行い、室内空間（S）の空気を加熱する。

　〈環境検出システム〉
　図１に示すように、環境検出システム（1）は、スピーカ（10）、マイク（20）、およびコントローラ（30）を備える。環境検出システム（1）は、検出用音波を、スピーカ（10）が発信してからマイクが受信するまでの該音波の伝搬時間および伝搬距離に基づいて、室内空間（S）の温度分布および風速分布を測定する。

　スピーカ（10）は、音波発信部である。スピーカ（10）は、検出用音波を発信する。スピーカ（10）は、検出用音波を室内空間（S）の様々な方向に発信する。スピーカ（10）から発信された複数の検出用音波は、それぞれ室内空間を伝搬する。これらの検出用音波のうち一部は、床面や壁面などを反射する。

　マイク（20）は、音波受信部である。マイク（20）は、スピーカ（10）が発信した検出用音波を受信し、受信した検出用音波に対応した電気信号を生成して出力する。マイク（20）は、スピーカ（10）からの検出用音波を直接受信したり、床面や壁面に反射した検出用音波を受信したりする。図１では、スピーカ（10）から発信され、床面および壁面に反射した検出用音波をマイク（20）が受信していることを示す。

　図３に示すように、コントローラ（30）は、本開示の制御部（30）に対応する。コントローラ（30）は、制御基板上に搭載されたマイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリデバイス（具体的には半導体メモリ）とを含む。コントローラ（30）は、作業者が入力する入力信号およびマイク（20）の検出信号に基づいて、スピーカを制御する。コントローラ（30）は、スピーカ（10）およびマイク（20）と通信線で接続されている。

　コントローラ（30）は、音量調節部（31）、周波数調節部（32）、記憶部（33）、および設定部（34）を有する。

　音量調節部（31）は、マイク（20）が検出した検出用音波の音量に基づいて、スピーカ（10）から発信される検出用音波の音量を調節する。

　周波数調節部（32）は、マイク（20）が検出した検出用音波の周波数に基づいて、スピーカ（10）から発信される音波の周波数を調節する。

　記憶部（33）は、経路情報と、基準発信音量と、基準受信音量とを記憶する。記憶部（33）は、スピーカ（10）が検出用音波を発信する方向のそれぞれについての経路情報を記憶する。言い換えると、記憶部（33）は、スピーカ（10）が検出用音波を発信する方向と、その方向に関する経路情報とを対応づけて記憶する。

　経路情報は、検出用音波をスピーカ（10）が発信してからマイク（20）が受信するまでの、音波伝搬経路の長さ（距離情報）と、音波伝搬経路における音波の反射に関する反射情報とを含む。経路情報は、予め記憶部（33）に記録される。

　距離情報は、スピーカ（10）から発信されマイク（20）に到達するまでの検出用音波の伝搬経路の長さである。スピーカ（10）から互いに異なる角度で発信された複数の検出用音波は、それぞれ異なる伝搬経路を進む。そのため、各検出用音波の伝播経路の長さは異なる。

　反射情報は、検出用音波の伝搬経路において室内空間（S）の床面や壁面に反射された回数や、床面や壁面などの反射係数を含む。

　基準発信音量は、スピーカ（10）が発信する検出用音波の所定の基準となる音量である。基準発信音量は、任意の音量に設定される。ここでは、基準発信音量は、スピーカ（10）が発信可能な検出用音波の最大音量とする。

　基準受信音量は、マイク（20）が受信した検出用音波の所定の基準となる音量である。検出用音波の伝搬時間は、基準受信音量以上の音量の検出用音波を用いて算出される。基準受信音量は、任意の音量に設定される。

　設定部（34）は、室内空間（S）を複数の領域Ａ_ｎ（ｎ＝１，２，…ｎ）に区分する。設定部（34）は、記憶部（33）に予め記憶されている経路情報に基づいて、後述する第１制御の開始時にスピーカ（10）が発信する、検出用音波の音量および周波数を設定する。

　〈温度分布および風速分布の測定〉
　室内空間（S）が空調機（40）により空調される間、室内空間（S）の温度および速度は均一とはならない。図４は、空調機が暖房運転している状態での室内空間（S）の温度分布を等高線で示す。空調機（40）の吹出口から吹き出される空気の温度が最も高く、空調機（40）から遠ざかるにつれて徐々に温度が低下していく。

　室内空間（S）の各領域Ａ_ｎ（ｎ＝１，２，…ｎ）には、スピーカ（10）から発信された１以上の検出用音波が通過する。この各領域Ａ_ｎを通過する検出用音波の伝搬距離および伝搬時間に基づいて、各領域Ａ_ｎの温度および風速を求めることにより、室内空間（S）全体の温度分布および風速分布を求めることができる。

　以下では、室内空間（S）の温度分布および風速分布の測定方法について説明する。説明を平易にするために図５を参照する。

　図５は、室内空間（S）の横断面を示す。室内空間（S）は、上下方向に温度が異なる４つの領域（第１～第４領域（Ａ_１～Ａ_４））に区分される。

　スピーカ（10）およびマイク（20）は、室内空間（S）の左壁面の上部に設置される。スピーカ（10）から発信された複数の検出用音波は右側面に向かって伝搬する。ここで、第１領域Ａ_１の右壁面に到達した検出用音波の伝搬経路を第１伝搬経路Ｌ_１とする。マイク（20）は、第１伝搬経路Ｌ_１を往復した検出用音波を受信する。

　第２～第４領域（Ａ_２～Ａ_４）についても同様に、第２～第４領域（Ａ_２～Ａ_４）のそれぞれに対応する伝搬経路をそれぞれ第２～第４伝搬経路（Ｌ_２～Ｌ_４）とする。マイク（20）は、第２～第４伝搬経路（Ｌ_２～Ｌ_４）を往復する検出用音波を受信する。

　ここで、各伝搬経路Ｌ_ｍ（ｍ＝１～４）の距離Ｄ_ｍ（ｍ＝１～４）は、各伝搬経路Ｌ_ｍを伝搬する検出用音波が領域Ａ_ｎ（ｎ＝１～４）内を通過する距離ｄ_ｍｎの和となる。具体的に、第１伝搬経路Ｌ_１の第１距離Ｄ１は、ｄ_１１となる。第２伝搬経路Ｌ_２の第２距離Ｄ２は、ｄ_２１＋ｄ_２２となる。第３伝搬経路Ｌ_３の第３距離Ｄ３は、ｄ_３１＋ｄ_３２＋ｄ_３３となる。第４伝搬経路Ｌ_４の第４距離Ｄ４は、ｄ_４１＋ｄ_４２＋ｄ_４３＋ｄ_４４となる。

　室内空間（S）の温度分布を、以下のように求める。各領域Ａ_ｎを伝搬する検出用音波の伝搬速度をｖ_ｎ（m/s）（ｎ＝１～４）、各領域Ａ_ｎの温度をｔ_ｎ（degC）（ｎ＝１～４）とすると、以下の関係式［数１］が成り立つ。

　[数１]において、３３１．５（m/s）は音速、およびαは所定の定数を表す。各伝搬経路Ｌ_ｎ（ｎ＝１～４）を伝搬する検出用音波の往復時間を伝搬時間Ｔ_ｎ（ｎ＝１～４）とすると、検出用音波の伝搬時間Ｔ_ｎ、伝搬距離ｄ_ｍｎ、および伝搬速度ｖ_ｎは、以下の関係式［数２］が成り立つ。

　［数２］の連立方程式を最小二乗法により算出することで、各領域Ａ_ｎにおける伝搬速度ｖ_ｎを求めることができる。伝搬速度ｖ_ｎと［数１］とにより各領域Ａ_ｎの温度ｔ_ｎを求めることができる。なお、[数２]において、図５に示されない各領域の伝搬距離ｄｍｎ（例えば、ｄ₁₄やｄ₂₄など）の値はゼロが入力される。

　次に、室内空間（S）の風速分布を、以下のように求める。各領域Ａ_ｎの気流速度をｕ_ｎ（m/s）（ｎ＝１～４）とする。各伝搬経路Ｌ_ｎでは往路と復路によって、気流は伝搬する音波の追い風となったり向かい風となったりする。気流が追い風となる場合では、検出用音波の伝搬速度は、気流速度ｕ_ｎ分だけ高くなる。一方、気流が向かい風となる場合では、検出用伝搬速度は、気流速度ｕ_ｎ分だけ低くなる。そこで、音波の往路の速度ｖ_ｎａ（気流が追い風となる場合）と、復路の速度ｖ_ｎｂ（気流が向かい風となる場合）とにおいて、それぞれ関係式［３］および関係式［４］が成り立つ。

　各伝搬経路Ｌ_ｎ（ｎ＝１～４）を伝搬する検出用音波の往復時間を伝搬時間Ｔ_ｎ（ｎ＝１～４）とすると、検出用音波の伝搬時間Ｔ_ｎ、伝搬距離ｄ_ｍｎ、および伝搬速度ｖ_ｎは、以下の関係式［数５］が成り立つ。

　スピーカ（10）、およびマイク（20）を追加するなどして、［数５］右辺の左項（往）と右項（復）を別々に測定して、［数５］の連立方程式からｖ_ｎａ、ｖ_ｎｂを算出し、両者の差分から気流速度u_ｎを求めることができる。
〈温度分布および速度分布の測定処理〉
　次に、環境検出システム（1）が室内空間（S）の温度分布および速度分布を測定する処理について図６を用いて説明する。

　ステップST1では、コントローラ（30）は、記憶部（33）に格納されている経路情報から、室内空間（S）を伝搬する複数の検出用音波の距離情報を各領域Ａ_ｎごとに取得する。

　ステップST2では、コントローラ（30）は、スピーカ（10）が検出用音波を発信した時点から、マイク（20）が該検出用音波を受信した時点までの経過時間を計り、この経過時間を検出用音波の伝搬時間とする。

　ステップST3では、コントローラ（30）は、ステップST1で取得された各領域Ａ_ｎを通過する検出用音波の伝搬距離と、ステップST2で算出された各検出用音波の伝搬時間とに基づいて、各領域Ａ_ｎの温度および風速を算出する。コントローラ（30）は、算出した各領域Ａ_ｎの温度および風速を、記憶部（33）に記録する。

　ステップST4では、コントローラ（30）は、ステップST3で算出された各領域Ａ_ｎの温度および速度に基づいて、室内空間（S）の温度分布および速度分布を作成する。

　〈検出用音波伝搬距離の測定〉
　次に、ステップST2においてコントローラ（30）が音波伝搬時間を計測する処理について図７を用いて説明する。

　ステップST11では、コントローラ（30）は、複数の伝搬経路から伝搬経路Ｌ_ｎを選択する。

　ステップST12では、コントローラ（30）は、第１制御を実行する。第１制御は、マイク（20）が受信した検出用音波の音量が所定の基準受信音量以上になるように、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量、または、音量および周波数を調節する制御である。第１制御により、マイク（20）は、第１制御ステップST11で選択された伝搬経路Ｌ_ｎを伝搬する検出用音波を、基準受信音量以上の音量で受信できる。

　ステップST13では、コントローラ（30）は、伝搬経路Ｌ_ｎを往復する検出用音波の伝搬時間を測定する。

　ステップST14では、コントローラ（30）は、すべての伝搬経路Ｌ_ｎ（ｎ＝１，２，…ｎ）の検出用音波について、伝搬時間を測定したか否か判定する。すべての伝搬経路Ｌ_ｎの検出用音波を測定したと判定された場合、ステップST3へ移行する。すべての伝搬経路Ｌ_ｎの検出用音波を測定していないと判定された場合、ステップST11へ移行する。

　このように、図６のステップST2において、コントローラ（30）は、複数の伝搬経路Ｌ_ｎ（ｎ＝１，２，…ｎ）に対応する検出用音波のそれぞれについて、マイク（20）が受信した検出用音波の音量が所定の基準受信音量以上になるように、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量と周波数を調節する。

　〈第１制御〉
　次に、ステップST12の第１制御においてコントローラ（30）が行う処理について図８を用いて説明する。第１制御では、コントローラ（30）は後述する第１動作と第２動作とを選択的に行う。

　ステップST21では、コントローラ（30）は、ステップST11で選択された伝搬経路Ｌ_ｎについて、記憶部（33）に記憶されている経路情報を取得する。ここで取得される経路情報は、距離情報および反射情報である。

　ステップST22では、コントローラ（30）は、第１制御の開始時にスピーカ（10）が発信する検出用音波の初期値となる音量および周波数を、ステップST21で取得された経路情報に基づいて設定する。一般に、伝搬距離が長く、反射回数が多く、かつ、反射ごとの反射係数が低いほど、音波の減衰量が多くなるため、検出用音波の音量の初期値を比較的高い値に設定し、かつ検出用音波の周波数の初期値を比較的低い値に設定する。一方、伝搬距離が短く、反射回数が少なく、かつ反射ごとの反射係数が高いほど、音波の減衰量は少なくなるため、検出用音波の音量の初期値を比較的低い値に設定し、かつ検出用音波の周波数を比較的高い値に設定する。

　ステップST23では、コントローラ（30）は、ステップST22で設定された初期値の音量および周波数の検出用音波を発信するようにスピーカ（10）に指示する。コントローラ（30）から指示を受けたスピーカ（10）は検出用音波を発信する。

　ステップST24では、コントローラ（30）は、マイク（20）が受信した検出用音波の音量が、基準受信音量以上であるか否かを判定する。コントローラ（30）は、マイクが受信した検出用音波の音量が、基準受信音量以上であると判定すると、第１制御を終了する。コントローラ（30）は、マイクが受信した検出用音波の音量が、基準受信音量以上でないと判定すると、ステップST25の処理を行う。

　ステップST25では、コントローラ（30）は、マイク（20）が受信した検出用音波の音量が所定の基準発信音量（本実施形態では最大音量）に達しているか否かを判定する。マイク（20）が受信した検出用音波の音量が所定の基準発信音量（本実施形態では最大音量）に達しているとコントローラ（30）が判定すると、ステップST27の処理を行う。マイク（20）が受信した検出用音波の音量が所定の基準発信音量（本実施形態では最大音量）に達していないとコントローラ（30）が判定すると、ステップST26の処理を行う。

　ステップST26では、コントローラ（30）は、スピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数を、ステップST22で設定した値に一定（初期値）に保ちながら、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量を所定量増大させる。その後、コントローラ（30）はステップST24の処理を行う。このように、コントローラ（30）は、マイク（20）が受信した検出用音波の音量が基準受信音量以上になるように、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量を調節する第１動作を行う。

　ステップST27では、コントローラ（30）は、スピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数が最小値以下であるか否かを判定する。スピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数が既に最小値に達している場合、スピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数を低下させることができない。そのため、この場合、コントローラ（30）は、第１制御を終了する。一方、コントローラ（30）は、スピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数が最小値以下でないと判定すると、ステップST28の処理を行う。

　ステップST28では、コントローラ（30）は、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量を基準発信音量（ここでは最大音量）に保ちながら、スピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数を所定数低下させる。その後、コントローラ（30）はステップST24の処理を行う。このように、コントローラ（30）は、マイク（20）が受信した検出用音波の音量が基準受信音量以上になるように、スピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数を調節する第２動作を行う。

　このように、第１制御において、コントローラ（30）は、ステップST26において第１動作を実行し、第１動作中に切換条件が成立すると、ステップST28において第２動作を実行する。切換条件は、ステップST24において、マイク（20）が受信した音波の音量が基準受信音量未満であると判定され、かつ、ステップST25において、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量が所定の基準発信音量（本実施形態では最大量）に達したと判定される条件である。

　〈実施形態の特徴（１）〉
　実施形態の環境検出システム（1）では、室内空間（S）（対象空間）に検出用音波を発信するスピーカ（10）（音波発信部）と、スピーカ（10）が発信した検出用音波を受信するマイク（20）（音波受信部）と、スピーカ（10）を制御するコントローラ（30）（制御部）とを備え、コントローラ（30）は、マイク（20）が受信した検出用音波の音量が所定の基準受信音量以上になるように、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量および周波数の少なくとも一方を調節する第１制御を実行する。

　ここで、検出用音波を用いて室内空間の温度分布および風速分布の測定精度を高めるためには、検出用音波をスピーカが発信してからマイクが受信するまでの、検出用音波の伝搬距離および伝搬時間をより正確に測定することが求められる。そのため、音波伝搬時間の分解能を比較的高く維持するために、スピーカは、比較的高い周波数の音波を発信する必要がある。

　しかし、音波は周波数が高くなるほど、音波伝搬時間の分解能は高くなるが、伝搬距離が長くなると減衰量も大きくなる。減衰量が大きいと、マイクが受信した検出用音波の伝搬時間の分解能が低くなる。そのため、マイクが受信した検出用音波の音量が、音波伝搬時間を測定する基準となる音量以上となるように、かつ、減衰量を極力抑えられる周波数となるようにスピーカが発信する検出用音波を調節することが求められる。しかし、これまでのそのような検討はなされていなかった。

　これに対して、実施形態の特徴（１）によれば、第１制御により、マイク（20）が受信した検出用音波を基準受信音量以上とすることができる。このことにより、スピーカ（10）からマイク（20）まで検出用音波が伝搬する音波伝搬時間の測定精度を向上させることができる。その結果、検出用音波による対象空間（S）の温度分布および風速分布の測定精度が向上できると共に、温度分布および風速分布の測定の信頼性が向上する。

　〈実施形態の特徴（２）〉
　実施形態の環境検出システム（1）では、第１制御は、第１動作と第２動作とを選択的に行う制御である。第１動作は、スピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数を一定に保ちながら、マイク（20）が受信した検出用音波の音量が基準受信音量以上になるように、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量を調節する動作である。第２動作は、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量を基準発信音量に保ちながら、マイク（20）が受信した検出用音波の音量が基準受信音量以上になるように、スピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数を調節する。

　実施形態の特徴（２）によれば、第１動作では、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量が調節される。第２動作では、スピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数が調節される。このように第１動作と第２動作とが選択的に実行することによって、スピーカ（10）の音量と周波数とを同時に調節する必要がなく、第１制御を簡便に行うことができる。

　〈実施形態の特徴（３）〉
　実施形態の環境検出システム（1）では、コントローラ（30）は、第１動作中に切換条件が成立すると、第２動作を実行する。切換条件は、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量が所定の基準発信音量に達し、かつ、マイク（20）が受信した音波の音量が基準受信音量未満であるという条件である。

　実施形態の特徴（３）によれば、第１動作中に切換条件が成立すると、第２動作が実行される。切換条件が成立する前に、音波受信部（20）が受信した音波の音量が基準受信音量に達すれば、第２動作は実行されない。このように、切換条件が成立するか否かにより、第１動作と第２動作とを選択的に実行できる。

　〈実施形態の特徴（４）〉
　実施形態の環境検出システム（1）では、第１動作は、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量を増大させる動作であり、第２動作は、スピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数を低下させる動作である。

　実施形態の特徴（４）によれば、制御部（30）は、第１制御において音波発信部（10）が発信する検出用音波の周波数の低下よりも音量の増大を優先して行う。このことにより、音波受信部（20）が受信した基準受信音量以上の検出用音波の周波数を、できるだけ高くすることができる。

　加えて、第１動作において、コントローラ（30）はスピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数を初期値に保ちながら該音波の音量を増大させる。切換条件が成立する前に基準受信音量に達すると、初期値の周波数をもって音波伝搬時間を測定する。切換条件が成立しても、第２動作において、コントローラ（30）はスピーカ（10）が発信する検出用音波の周波数を低下させていく。このことにより、できるだけ高い周波数をもって音波伝搬時間を測定できる。このように、第１動作および第２動作により、コントローラ（30）は、スピーカ（10）の音量を増大させ、切換条件が成立するとスピーカの周波数を低減させていく。そのため、基準受信音量以上の検出用音波の周波数を可能な限り高くすることができる。周波数が高いほど、音波伝搬時間の分解能が高くなるため、音波伝搬時間の測定精度を高くできる。

　加えて、複数の周波数で繰り返し測定する必要がないため、測定時間を短縮できる。初期値を比較的高い周波数に設定することにより、音波伝搬時間の測定精度を高くできる。

　〈実施形態の特徴（５）〉
　実施形態の環境検出システム（1）では、検出用音波をスピーカ（10）が発信してからマイク（20）が受信するまでの、音波伝搬経路の長さを含む経路情報を予め記憶し、第１制御の開始時にスピーカ（10）が発信する検出用音波の音量および周波数を、前記経路情報に基づいて設定する。

　実施形態の特徴（５）によれば、経路情報に基いてスピーカ（10）が発信する検出用音波の音量および周波数を調節した方が、経路情報を用いない場合と比べて第１制御開始後に早くマイク（20）が受信した検出用の音波の音量を基準受信音量に到達させることができる。経路情報により、基準受信音量となるようにスピーカ（10）が発信する検出用音波の音量および周波数をある程度予測できるからである。このことにより、音波伝搬時間の測定を短縮できると共に、対象空間の温度分布および速度分布の測定を短縮できる。

　〈実施形態の特徴（６）〉
　実施形態の環境検出システム（1）では、経路情報は、音波伝搬経路における音波の反射に関する反射情報をさらに含む。

　実施形態の特徴（６）によれば、音波伝搬経路の長さに加え、音波の反射情報（反射回数や反射係数）も経路情報に含まれる。このことにより、音波伝搬時間の測定の精度が向上すると共に、対象空間の温度分布および速度分布の測定精度も向上する。

　《その他の実施形態》
　本開示の環境検出システム（1）は、温度分布および風速分布のいずれかを検出するシステムであってもよい。

　本開示の環境検出システム（1）では、第１制御によってスピーカ（10）が発信する検出用音波の音量が、マイク（20）が受信した基準受信音量以上になればよく、第１制御は、スピーカ（10）が発信する検出用音波の音量および周波数のいずれかを調節する制御であってもよい。

　本実施形態において、コントローラ（30）の記憶部（33）が記憶する経路情報は、距離情報および反射情報に限られない。第１制御開始時のスピーカ（10）が発信する検出用音波の音量および周波数の設定に用いられる情報であればよく、音波伝搬経路に関するその他の情報も含む。

　本実施形態において、コントローラ（30）は、ステップST22における検出用音波の音量および周波数の初期値の設定を省略してもよい。この場合、初期値は、環境検出システム（1）を設計する際に予め設定されるか、環境検出システムを設置する際に、作業者等によって設定されてもよい。

　本開示の環境検出システム（1）において、スピーカ（10）およびマイク（20）が設置される位置が室内空間（S）の天井に限られない。スピーカ（10）およびマイク（20）は、室内空間（S）の壁面や床面に設置されてもよい。

　本開示の環境検出システム（1）において、スピーカ（10）およびマイク（20）は、別体としてそれぞれ室内空間（S）の異なる位置に設置されてもよい。

　本開示の環境検出システム（1）において、室内空間（S）に設けられるスピーカ（10）およびマイク（20）の数は各１つずつに限られず、それぞれ複数設けられてもよい。

　本開示の環境検出システム（1）において、スピーカ（10）およびマイク（20）は、空調機（40）の室内ユニット（48）に設けられてもよい。

　本開示の環境システム（1）において、室内空間（S）に設けられる空調機（40）は、壁掛け式でもよいし、床置き式でもよい。

　以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。以上に述べた「第１」、「第２」、という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。

　以上説明したように、本開示は、環境検出システムについて有用である。

　　Ｓ　　　室内空間（対象空間）
　　１０　　スピーカ（音波発信部）
　　２０　　マイク（音波受信部）
　　３０　　コントローラ（制御部）

Claims

　対象空間（S）に検出用音波を発信する音波発信部（10）と、
　前記音波発信部（10）が発信した検出用音波を受信する音波受信部（20）と、
　前記音波発信部（10）を制御する制御部（30）とを備え、
　前記対象空間（S）の温度分布および風速分布の少なくとも一方を検出する環境検出システムであって、
　制御部（30）は、前記音波受信部（20）が受信した検出用音波の音量が所定の基準受信音量以上になるように、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量および周波数の少なくとも一方を調節する第１制御を実行する
ことを特徴とする環境検出システム。
　請求項１において、
　前記制御部（30）は、前記第１制御において第１動作と第２動作とを選択的に行い、
　前記第１動作は、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の周波数を一定に保ちながら、前記音波受信部（20）が受信した検出用音波の音量が基準受信音量以上になるように、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量を調節する動作であり、
　前記第２動作は、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量を基準発信音量に保ちながら、前記音波受信部（20）が受信した検出用音波の音量が基準受信音量以上になるように、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の周波数を調節する動作である
ことを特徴とする環境検出システム。
　請求項２において、
　前記制御部（30）は、前記第１動作中に切換条件が成立すると、前記第２動作を実行し、
　前記切換条件は、前記音波受信部（20）が受信した音波の音量が基準受信音量未満であり、かつ、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量が所定の基準発信音量に達するという条件である
ことを特徴とする環境検出システム。
　請求項３において、
　前記第１動作は、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量を増大させる動作であり、
　前記第２動作は、前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の周波数を低下させる動作である
ことを特徴とする環境検出システム。
　請求項１～４のいずれか１つにおいて、
　前記制御部（30）は、
　検出用音波を前記音波発信部（10）が発信してから前記音波受信部（20）が受信するまでの、音波伝搬経路の長さを含む経路情報を予め記憶し、前記第１制御の開始時に前記音波発信部（10）が発信する検出用音波の音量および周波数を、前記経路情報に基づいて設定する
ことを特徴とする環境検出システム。
　請求項５において、
　前記経路情報は、前記音波伝搬経路における音波の反射に関する反射情報をさらに含むことを特徴とする環境検出システム。