(57)【要約】【課題】簡易な構成で監視空間内の発熱源位置の推定を行うこと。【解決手段】温度検知装置１００は、周囲が囲まれた監視空間の温度変化を検知する装置であって、音波信号の送信器と、音波信号の受信器からなる音波センサ１１１と、音波センサ１１１を回転させる回転手段１１２と、音波センサ１１１が音波信号を送信してから受信するまでの基準時間を予め記憶しておく記憶手段（例えば、記憶部１２４）と、音波センサ１１１が音波信号を送信してから受信するまでの受信時間をカウントし、基準時間と比較して温度変化を計算する演算手段と、回転手段を制御して音波センサ１１１を所定の回転角度に回転させ、温度変化が所定の閾値を超過したときの回転角度を記録する制御手段と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲が囲まれた監視空間の温度変化を検知する温度検知装置であって、
音波信号の送信器と、前記音波信号の受信器からなる音波センサと、
前記音波センサを回転させる回転手段と、
前記音波センサが前記音波信号を送信してから受信するまでの基準時間を予め記憶しておく記憶手段と、
前記音波センサが前記音波信号を送信してから受信するまでの受信時間をカウントし、前記基準時間と比較して温度変化を計算する演算手段と、
前記回転手段を制御して前記音波センサを所定の回転角度に回転させ、前記温度変化が所定の閾値を超過したときの回転角度を記録する制御手段と、を備える温度検知装置。
【請求項２】
前記回転手段は、電子基板上に配置され、
前記音波センサは、前記電子基板の上部を走査することを特徴とする請求項１に記載の温度検知装置。
【請求項３】
前記音波センサは前記電子基板の中心部に配置され、３６０度回転させることを特徴とする請求項２に記載の温度検知装置。
【請求項４】
前記音波センサは、前記監視空間の内縁部の複数点に配置され、それぞれ所定範囲の回転により前記電子基板の上部全域を走査することを特徴とする請求項２に記載の温度検知装置。
【請求項５】
前記基準時間は、温度検知開始前に前記音波センサが前記監視空間内を走査し設定されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の温度検知装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の温度検知装置と、
前記温度検知装置が異常発熱を検知したときに前記監視空間に配置された計測対象物の動作を停止させる異常処理手段と、
を備える保護装置。
【請求項７】
音波信号の送信器と、前記音波信号の受信器からなる音波センサと、前記音波センサを回転させる回転手段と、を備え、周囲が囲まれた監視空間の温度変化を検知する温度検知方法であって、
前記音波センサが前記音波信号を送信してから受信するまでの基準時間を予め記憶部に記憶し、
前記回転手段により前記音波センサを所定の回転角度に回転させ、
前記音波センサが前記音波信号を送信してから受信するまでの受信時間をカウントして前記基準時間と比較して温度変化を計算し、
前記温度変化が所定の閾値を超過したときの回転角度を記録する温度検知方法。
【請求項８】
音波信号の送信器と、前記音波信号の受信器からなる音波センサと、前記音波センサを回転させる回転手段と、を備え、周囲が囲まれた監視空間の温度変化を検知する温度検知装置に、
前記音波センサが前記音波信号を送信してから受信するまでの基準時間を予め記憶部に記憶する記憶処理と、
前記音波センサが前記音波信号を送信してから受信するまでの受信時間をカウントし、前記基準時間と比較して温度変化を計算する演算処理と、
前記回転手段を制御して前記音波センサを所定の回転角度に回転させ、前記温度変化が所定の閾値を超過したときの回転角度を記録する制御処理と、を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度検知装置、保護装置、温度検知方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空間内の温度状態を監視する手段として、赤外線センサを用いるものや、超音波センサを用いる技術が考えられ既に知られている。
【０００３】
超音波センサによる温度監視は、音波が伝播空間の温度によって伝播速度を異なるという性質を利用した技術である。今までの超音波センサでは超音波の送信器と受信器を対向に配置するものが一般的である。この場合、空間全域の走査には送信器、受信器の片方または両方が空間全域を網羅するよう多数配置するか、対向した送信器と受信器の片方または両方を駆動する必要があり、大規模、複雑化するという問題があった。例えば、特許文献１では、音波の送受信センサを、外周部を囲うよう多数配置する技術が開示されているが、大規模・複雑化するという問題は解消できていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、簡易な構成で監視空間内の発熱源位置の推定を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明は、周囲が囲まれた監視空間の温度変化を検知する温度検知装置であって、音波信号の送信器と、前記音波信号の受信器からなる音波センサと、前記音波センサを回転させる回転手段と、前記音波センサが前記音波信号を送信してから受信するまでの基準時間を予め記憶しておく記憶手段と、前記音波センサが前記音波信号を送信してから受信するまでの受信時間をカウントし、前記基準時間と比較して温度変化を計算する演算手段と、前記回転手段を制御して前記音波センサを所定の回転角度に回転させ、前記温度変化が所定の閾値を超過したときの回転角度を記録する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、簡易な構成で監視空間内の発熱源位置の推定ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る温度検知装置の概要を説明する図である。
【図２】一実施形態の温度検知装置の構成例を説明する図である。
【図３】一実施形態の温度検知装置の動作例を説明するフローチャートである。
【図４】図３の基準計測の動作例を説明するフローチャートである。
【図５】図３の異常検知処理の動作例を説明するフローチャートである。
【図６】計測対象物として電子基板を設置した温度検知装置の一例を説明する図である。
【図７】音波センサを複数配置する温度検知装置の一例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略または簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０００９】
上述したように、空間内の温度状態を監視する手段として、赤外線センサを用いるものや、超音波センサを用いる技術が知られている。
温度状態の監視手段には赤外線センサがよく知られている。一般に温度状態の監視に用いられる赤外線センサは焦電効果を利用し、物体が発する赤外線を検知し内部素子が発電することで発電量から温度を計測する技術である。今までの赤外線センサでは物体の温度変化を検知する手段であるため計測対象物とセンサが向き合う必要があり、面を走査することが困難という問題があった。
【００１０】
また、超音波センサによる温度監視は、音波は伝播空間の温度によって伝播速度を異なるという性質を利用した技術である。今までの超音波センサでは、上述したように、大規模、複雑化するという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の温度検知装置は、大規模な駆動構造や、多数のセンサを要しない簡易な構成で監視空間内の温度状態を走査し、発熱源位置の推定を行うことを実現する。一実施形態の温度検知装置は、音波センサを回転させることで監視空間内を走査し、伝播時間の異なった角度を記憶することで発熱源位置を推定することを特徴とする。上記記載の本発明の特徴について、以下の図面を用いて詳細に解説する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る温度検知装置の概要を説明する図であり、（Ａ）は、温度検知装置を上から見た図、（Ｂ）は、温度検知装置を横から見た図である。
一実施形態の温度検知装置では、音波センサ１は送信器と受信器が一体となったものを用い、外周が囲われた監視空間内にある熱源２を、音波センサ１を回転軸５により回転させることで検知する。
【００１３】
音波センサ１は、音波信号（「センサ信号」とも称する）を送信する送信器と、音波信号を受信する受信器からなる。
回転軸５は、音波センサ１を回転させる回転手段である。回転軸５は、一次元の回転角度により音波センサ１を回転させることができる。図１では、音波センサ１の回転手段として回転軸を図示しているが、回転軸以外の回転手段でもよい。
【００１４】
温度検知装置は、周囲が囲まれた監視空間の温度変化を検知する装置である。
監視空間は、周囲（外縁）が囲まれた空間とする。監視空間は、少なくとも、音波センサからの音波信号が到達する壁面（外壁）が囲まれているとよい。監視空間は、少なくとも、音波信号が反射する面（例えば、側面）が囲まれている。監視空間は、音波信号が反射する面に加え、計測対象物を囲む面全体（例えば、底面または上面）が囲まれているとよい。監視空間は、例えば、箱状に囲まれていることが好ましい。監視空間は、音波信号を反射する材料により周囲が囲まれているとよい。また、計測対象物は、監視空間内に設置される。
図１では監視空間は四角の形状となっているが、監視空間の形状については円や三角、凹凸を含んだ形状でもよい。
【００１５】
図１（Ａ）は、回転軸５を回転させて、左側に示す音波センサ１の位置を、右側に示す音波センサ１の位置に変更した状態を示す。音波センサ１の回転に伴い、音波センサの計測領域３を変更することができる。回転軸５により音波センサ１を３６０度回転させることにより、監視空間の全領域の温度を計測することが可能になる。
図１（Ｂ）は、熱源２により温められた空間４が、音波センサ１の計測領域３に重なった状態を示している。
【００１６】
上述した音波センサを用いる構成により、熱源によって加熱された空間の温度検知が可能であるため、音波センサを対象面（計測対象物の温度を検知する面）に向ける必要がなく、対象面に平行な空間を走査することで計測対象物の発熱する面の走査が可能になる。例えば、計測対象物が電子基板とすると、音波センサ１は、基板面の上部の空間を走査することにより、電子基板上に搭載された素子などが異常発熱を検知することができる。このようにして、簡易な構成で監視空間内の発熱源位置の推定を行うことを可能にする。
【００１７】
次に、温度検知装置の構成例について説明する。温度検知装置は、音波センサ１および回転軸５を制御して温度を検知する処理機能を備える。
図２は、一実施形態の温度検知装置の構成例を説明する図である。
温度検知装置１００は、計測部１１０と処理部１２０とで構成される。計測部１１０は、音波センサ１１１と回転手段１１２とを備える。処理部１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２３、および記憶部１２４を備える。
【００１８】
計測部１１０は、回転手段１１２により音波センサ１１１を回転させて複数の検知角度において、監視空間内で音波信号を送受信する。
音波センサ１１１は、図１の音波センサ１と同様であり、送信器と受信器とを有し、音波信号を送信、受信する。
回転手段１１２は、音波センサ１１１を回転させる。回転手段１１２は、例えば、ステッピングモータ等に取り付けられ音波センサ１１１を回転させる。図１の回転軸５は、回転手段１１２の一例である。
【００１９】
処理部１２０は、回転手段１１２等を制御する制御手段および音波信号から温度変化を計算する演算手段を実現するプログラムを実行する。
ＣＰＵ１２１は、各種のプログラムを実行する。ＣＰＵ１２１は、制御プログラムに基づいて温度検知装置１００全体の動作を制御する。
ＲＡＭ１２２は、ＣＰＵ１２１のワークエリアとして使用される。
ＲＯＭ１２３は、ＣＰＵ１２１の駆動に用いられるプログラムを記憶する。プログラムは、例えば、制御プログラム、制御手段および演算手段を実現するプログラムとする。また、ＲＯＭ１２３は、検知角度情報などの各種データを記憶する。
【００２０】
記憶部１２４は、基準時間などの各種データを記憶する。記憶部１２４は、ＣＰＵ１２１が参照可能な記憶領域であればよく、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）コントローラおよびＨＤにより構成されていてもよい。ＨＤＤコントローラは、ＣＰＵ１２１の制御に従って、ＨＤに対する各種データの読み出しまたは書き込みを制御する。
【００２１】
検知角度情報、閾値（例えば、後述する図３のステップＳ１０７で用いる閾値）等のデータは、予め設定され、ＲＯＭ１２３に格納される。なお、予め設定される各種データは、ＲＯＭ１２３に限られることなく、記憶部１２４などの温度検知装置が備える他の記憶手段に格納されてもよい。
【００２２】
演算手段は、音波センサ１１１が音波信号を送信してから受信するまでの受信時間をカウントし、基準時間と比較して温度変化を計算する。
制御手段は、音波センサ１１１、回転手段１１２および演算手段を制御して、温度変化を検知する。詳細には、制御手段は、回転手段１１２を制御して音波センサ１１１を所定の回転角度に回転させ、温度変化が所定の閾値を超過したときの回転角度を記憶部１２４に記録する。制御手段は、ＲＯＭ１２３に記憶する検知角度情報に基づいて、回転手段１１２を制御する。
【００２３】
なお、上述した演算手段と制御手段とが実行する処理の区分は一例であり、これに限られるわけではない。処理部１２０が演算手段と制御手段との処理を実行するように構成すればよい。例えば、演算手段が異常発熱を検知した回転角度を記憶部１２４に記憶してもよい。
【００２４】
検知角度情報は、音波センサ１１１が計測対象物を走査するときの回転角度を決める情報である。検知角度情報は、初期位置として音波センサ１１１を配置する位置（角度）、その後の検知処理で音波センサ１１１を回転させる角度（以降「所定角度」とも記載する）などを設定する。例えば、所定角度を３０度とすると、初期位置を回転角度ゼロとし、初期位置から所定角度を回転させたときの回転角度を３０度、さらに回転させたとき（初期位置から２回、所定角度を回転させたとき）の回転角度を６０度、というように、回転角度は、初期位置から所定角度を回転させた回数に応じて決めることとする。
【００２５】
基準時間は、熱源がないときに（温度検知開始前に）、音波センサ１１１が監視空間内で音波信号を送信してから受信するまでの時間を計測した情報である。基準時間は、熱源の存在の有無を判定する基準として用いる。記憶部１２４は、基準時間を予め記憶しておく記憶手段として働く。
【００２６】
図３は、一実施形態の温度検知装置の動作例を説明するフローチャートである。
制御手段は、まず検知処理の初期処理として予め設定された位置（角度）まで音波センサ１１１を回転させる（Ｓ１０１）。その後、制御手段は、基準時間が設定されていなければ（Ｓ１０２でＮｏ）、演算手段に指示して基準時間の計測を行う（Ｓ１０３）。基準時間の計測については図４を参照して後述する。
【００２７】
基準時間を設定し音波センサ１１１が初期位置に設置されると（Ｓ１０２でＹｅｓ）、制御手段は、音波センサ１１１を制御して音波信号の送信を行う（Ｓ１０４）。また、制御手段は、演算手段に受信時間のカウントの開始を指示する。
音波センサ１１１が音波信号を送信した後、演算手段は、音波センサ１１１が反射波を受信するまでの時間をカウントする（Ｓ１０５、Ｓ１０６でＮｏ）。反射波を受信した場合（Ｓ１０６でＹｅｓ）、演算手段は、反射波の受信までにかかった受信時間（「計測時間」とも称する）と、基準時間に予め設定された閾値を加算した合計値とを比較し、反射波の経路上に異常発熱があるかないかを判定する（Ｓ１０７）。
【００２８】
異常発熱が検知されない場合（Ｓ１０７でＮｏ）には、制御手段は、音波センサ１１１を回転手段１１２で所定角度回転させ（Ｓ１１０）、同様に音波の送信（Ｓ１０４）、時間カウント（Ｓ１０５）、反射波の受信（Ｓ１０６）、判定（Ｓ１０７）、回転（Ｓ１１０）を繰り返す。
【００２９】
異常発熱が検知された場合（Ｓ１０７でＹｅｓ）には、制御手段は、異常検知処理（Ｓ１０８）を行う。この時の回転角度を記憶部１２４に記憶する。異常検知処理については、図５を参照して後述する。異常検知処理後、異常発熱が検知された角度から１回転分走査する（Ｓ１０９でＮｏ）ことで、他の異常発熱箇所がないか検知する（ステップＳ１０４からＳ１１０を繰り返す）。
【００３０】
温度検知装置は、例えば、スイッチをＯＮ状態にすること（電源投入）などにより図３のステップＳ１０１の処理を開始し、制御手段は、異常を検知するまで、音波センサ１１１を所定角度回転させ（Ｓ１１０）、ステップＳ１０４からＳ１０７を繰り返す。温度検知装置は、温度異常が検知されないときには、スイッチをＯＦＦ状態にすることなどにより、動作を終了することができるように構成される。
【００３１】
次に、基準時間計測の一例について説明する。
図４は、基準時間計測の動作例を説明するフローチャートであり、図３の基準計測（Ｓ１０３）の処理にあたる。
基準計測開始時点では、音波センサ１１１が初期位置にあるため（図３のステップＳ１０１）、制御手段は、計測部１１０および演算手段を制御して、初期位置から一度１回転分の回転走査を行い、基準時間を計測する。
具体的には、音波センサ１１１が音波を送信し（Ｓ２０１）、演算手段は反射波を受信するまでの時間をカウントする（Ｓ２０２）（Ｓ２０３）。演算手段は、計測された時間を計測時の角度（回転角度）における基準時間として記憶部１２４に記憶する（２０４）。その後、制御手段は、回転手段１１２により音波センサ１１１を所定角度回転させる（Ｓ２０６）。演算手段は、再び基準時間を計測し、記憶部１２４に格納する（Ｓ２０１からＳ２０４）。これを１回転分繰り返し行い（Ｓ２０５）、回転角度と基準時間とを紐づけたテーブルを作成する。
【００３２】
このようにして、温度検知装置１００は、温度検知開始前に監視空間内を走査し、基準時間を設定する。初期処理として基準時間を設定することで、監視空間の周囲環境の温度、使用環境に依らず検知できる。
【００３３】
次に、異常検知処理の一例について説明する。
図５は、異常発熱検知時の動作例を説明するフローチャートであり、図３の異常検知処理（Ｓ１０８）にあたる。
異常発熱を検知した場合（図３のＳ１０７でＹｅｓ）には、制御手段は、計測対象物の故障・発火を防ぐために、計測対象物の動作を停止させ（Ｓ３０１）、回転角度を記憶部１２４に記憶する（Ｓ３０２）。このとき、制御手段は、回転角度と、演算手段が計測した受信時間とを記憶部１２４に記憶してもよい。このようにして、計測対象物のどの点で異常発熱を検知したかをデータとして残し、対策検討の容易化に貢献する。音波センサ１１１の回転角度の情報を残すことにより、計測対象物の異常発熱が生じた範囲を特定しやすくすることができる。
【００３４】
また、計測対象物は、一実施形態の温度検知装置と、温度検知装置が異常発熱を検知したときに計測対象物の動作を停止させる異常処理手段と、を備える電子基板保護装置に設置されてもよい。このような構成では、制御手段は、異常処理手段に指示して（例えば、停止信号の出力による指示）、異常処理手段が測対象物の動作を停止させるようにしてもよい。
異常検知処理により、電子基板の故障・発火を未然に防ぐとともに異常発熱源位置を推定することで対策検討を容易化することができる。
【００３５】
次に、計測対象物の一例として、電子基板を温度検知装置に設置した構成例を説明する。
図６は、計測対象物として電子基板を設置した温度検知装置の一例を説明する図であり、（Ａ）は、温度検知装置を上から見た図であり、（Ｂ）は、温度検知装置を横から見た図である。図６では、電装ボックス６で監視空間を囲み、電装ボックス６内に電子基板７を設置した温度検知装置の例を示している。
また、音波センサ１は電子基板７中心に設置されており、３６０度の回転をすることで電子基板７の面全域を走査することができる。
【００３６】
図６の温度検知装置によれば、音波センサ１は電子基板上を走査し、電子基板７に搭載された素子の異常発熱を検知した場合に回転軸５の回転角度を記録することができる。このようにして、本来異常発熱箇所の特定が難しい電子基板上の発熱源位置を推定可能とする。
また、音波センサ１は電子基板７の中心部に配置され、回転軸５による３６０度の回転でもって電子基板上全域を走査するため、１つの音波センサ１で発熱源位置の推定が可能である。
【００３７】
図７は、音波センサを複数配置する温度検知装置の一例について説明する図である。
単一の音波センサでは熱源を検知してもその経路上のいずれかの点にあるという情報しか持たないが、複数のセンサで熱源位置検知を組み合わせることによって熱源位置検知の精度向上が可能である。複数の音波センサを配置する位置は、図７（Ａ）の対角線上に配置された場合に限らず、図７（Ｂ）から（Ｄ）のように、対象空間の内縁部上のいずれの点でもよい。
【００３８】
図７において、（Ａ）は、二つの音波センサを対角線上に配置した例、（Ｂ）は、二つの音波センサを、対角線上ではなく、一つの辺の両端部（角部分）に配置した例、（Ｃ）は、二つの音波センサを、角以外の内縁部（異なる二辺）に配置した例、（Ｄ）は、円形の監視空間の異なる二カ所に音波センサを配置した例を示す。
監視空間の形状は図７（Ｄ）のような円の他、三角、角に丸みのある四角でもよく、凹凸が含まれていてもよい。
【００３９】
ここで、内縁部は、監視空間を囲む壁面の内側とする。
また、複数の音波センサは、監視空間の底面から同じ高さとなるように配置されるとよい。
図７に示す温度検知装置では、音波センサは監視空間の内縁部の複数点に配置され、それぞれ所定範囲の回転でもって電子基板上全域を走査する。音波センサを複数配置することにより、複数のセンサの検知結果を組み合わせることが可能になり、発熱源位置の推定精度を向上させることができる。
【００４０】
なお、図６、７において音波センサ１、熱源２、計測領域３、温められた空間４、および回転軸５は、図１と同様である。
【００４１】
本発明の一実施形態の温度検知装置は、音波センサから送信された音波信号の反射波を受信し温度計測を行う。そのため、計測対象物は周囲を外壁で覆われた箱状の監視空間内に存在する。音波センサは、図１、図６のように計測対象物の中心部か、図７のように計測対象物を含む空間の対角線上、または対角線上ではない監視空間の内縁部に複数配置される。
【００４２】
音波センサは、例えば、回転軸上に取り付けられ、中心設置の場合は３６０度、対角設置（対角線上の設置）の場合はそれぞれ９０度回転することで、監視空間内を走査する。
音波センサの送信から受信までには時間差があるため、送信・受信の間に音波センサの向きが変わらないよう音波センサが受信したことを基準に回転させることで方向を変えてから次の送信受信を行う制御手段を備える。
【００４３】
監視空間内で計測対象物の一部が発熱するとその近傍の空間の温度が上昇する。音波は伝播空間の温度によって伝播速度が異なる性質を持つため、音波センサの送信から受信までの時間をカウントし、時間カウントから温度を推定する演算手段を設けることで音波の経路上の温度を検知することができる。ただし、音波センサの検知した温度の絶対値は正確性に問題があるため、本発明のように発火を未然に防ぎ、熱源位置を推定したい場合には相対値を検知した方がよい。
【００４４】
監視空間は、音波センサの回転角度によって壁面までの距離が異なるため、あらかじめ送受信を行い、回転角度に対応づけた基準時間として記憶部に記憶しておくことで、計測対象物の発熱を検知することができる。この方法により、１次元の回転軸の走査で計測対象物の熱源位置を検知することができる。
計測対象物が電子基板の場合、異常発熱によって発火の懸念がある場合には対象の電子基板の動作を停止させ、回転角度を記憶することで熱源位置を推定し、対策検討を容易化させる。
【００４５】
なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１、１１１  音波センサ
２  熱源
３  計測領域
４  温められた空間
５  回転軸
１００  温度検知装置
１１０  計測部
１１２  回転手段
１２０  処理部
１２１  ＣＰＵ
１２２  ＲＡＭ
１２３  ＲＯＭ
１２４  記憶部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４７】
【特許文献１】特開平０６‐３３０１２５号公報
【図１】
2020190471.tif 000003
【図２】
2020190471.tif 000004
【図３】
2020190471.tif 000005
【図４】
2020190471.tif 000006
【図５】
2020190471.tif 000007
【図６】
2020190471.tif 000008
【図７】
2020190471.tif 000009