(57)【要約】【課題】超音波よりも遠方まで届く可聴領域の音波を使用して空間の温度を測定する。【解決手段】温度測定装置は、所定の音波パターンおよび可聴領域周波数を有する音波を発生する送信器１と、音波を受信する受信器２と、送信器１と受信器２の既知の距離と、送信器１から受信器２への音波の伝搬時間とに基づいて、送信器１と受信器２とが設置された対象空間の平均温度を演算する測定部３とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の音波パターンおよび可聴領域周波数を有する音波を発生する送信器と、
前記音波を受信する受信器と、
前記送信器と前記受信器の既知の距離と、前記送信器から前記受信器への前記音波の伝搬時間とに基づいて、前記送信器と前記受信器とが設置された対象空間の平均温度を演算する演算手段とを備えることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の温度測定装置において、
前記演算手段は、
前記送信器から送信した音波信号と前記受信器で受信した音波信号との相互相関演算に基づいて、前記送信器から前記受信器への前記音波の伝搬時間を演算する相互相関演算手段と、
前記送信器と前記受信器の既知の距離と、前記相互相関演算手段の演算結果とに基づいて、前記対象空間の音速を演算する音速演算手段と、
この音速演算手段の演算結果に基づいて、前記対象空間の平均温度を演算する温度演算手段とからなることを特徴とする温度測定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の温度測定装置において、
前記受信器は、前記対象空間内に複数設置され、
前記演算手段は、前記送信器と個々の受信器との間で空間の平均温度を順番に演算することを特徴とする温度測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の温度測定装置において、
前記音波パターンおよび可聴領域周波数を有する音波は、所定の周期で発生するチャイム音であることを特徴とする温度測定装置。
【請求項５】
送信器から所定の音波パターンおよび可聴領域周波数を有する音波を発生する送信ステップと、
前記音波を受信器で受信する受信ステップと、
前記送信器と前記受信器の既知の距離と、前記送信器から前記受信器への前記音波の伝搬時間とに基づいて、前記送信器と前記受信器とが設置された対象空間の平均温度を演算する演算ステップとを含むことを特徴とする温度測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の温度測定方法において、
前記演算ステップは、
前記送信器から送信した音波信号と前記受信器で受信した音波信号との相互相関演算に基づいて、前記送信器から前記受信器への前記音波の伝搬時間を演算する相互相関演算ステップと、
前記送信器と前記受信器の既知の距離と、前記相互相関演算ステップの演算結果とに基づいて、前記対象空間の音速を演算する音速演算ステップと、
この音速演算ステップの演算結果に基づいて、前記対象空間の平均温度を演算する温度演算ステップとを含むことを特徴とする温度測定方法。
【請求項７】
請求項５または６記載の温度測定方法において、
前記受信器は、前記対象空間内に複数設置され、
前記演算ステップは、前記送信器と個々の受信器との間で空間の平均温度を順番に演算することを特徴とする温度測定方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の温度測定方法において、
前記音波パターンおよび可聴領域周波数を有する音波は、所定の周期で発生するチャイム音であることを特徴とする温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波によって空間の温度を測定する温度測定装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空間を伝わる音波は、空間の温度（生活空間でいうと、空気の温度であり、室温と等価）によってその速度が変化する。この性質を利用し、音波を発生および受信するための手段と、空間内の所定の区間に対する音波の伝搬時間を検出するための手段とによって、空間の温度を測定する技術が知られている（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３９２５１号公報
【特許文献２】米国特許第５３４９８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、超音波を利用した空間温度測定方法が開示されている。しかし、一般的に、超音波は同じ伝播媒質では、遠方に行けばいくほどそのエネルギーが小さくなることが知られている。この特性は、伝播媒質が個体より液体、液体よりも気体のときに、顕著に表れる。したがって、特許文献１に開示された方法では、空間、特に生活空間の温度測定を行う場合に、測定距離が制限されてしまうという問題点があった。
【０００５】
また、特許文献２に開示された技術のように、炉内、ボイラーなど、雑音環境下において、音響波（音波）を用いて温度測定を行う装置は知られているものの、オフィス、病院などといった人の生活環境において、このような音響波を用いて温度測定を行う装置は実用化されていなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、超音波よりも遠方まで届く可聴領域の音波を使用して、空間、特に生活空間の温度を測定することができる温度測定装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の温度測定装置は、所定の音波パターンおよび可聴領域周波数を有する音波を発生する送信器と、前記音波を受信する受信器と、前記送信器と前記受信器の既知の距離と、前記送信器から前記受信器への前記音波の伝搬時間とに基づいて、前記送信器と前記受信器とが設置された対象空間の平均温度を演算する演算手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の温度測定装置の１構成例において、前記演算手段は、前記送信器から送信した音波信号と前記受信器で受信した音波信号との相互相関演算に基づいて、前記送信器から前記受信器への前記音波の伝搬時間を演算する相互相関演算手段と、前記送信器と前記受信器の既知の距離と、前記相互相関演算手段の演算結果とに基づいて、前記対象空間の音速を演算する音速演算手段と、この音速演算手段の演算結果に基づいて、前記対象空間の平均温度を演算する温度演算手段とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の温度測定装置の１構成例において、前記受信器は、前記対象空間内に複数設置され、前記演算手段は、前記送信器と個々の受信器との間で空間の平均温度を順番に演算することを特徴とするものである。
また、本発明の温度測定装置の１構成例において、前記音波パターンおよび可聴領域周波数を有する音波は、所定の周期で発生するチャイム音である。
【０００８】
また、本発明の温度測定方法は、送信器から所定の音波パターンおよび可聴領域周波数を有する音波を発生する送信ステップと、前記音波を受信器で受信する受信ステップと、前記送信器と前記受信器の既知の距離と、前記送信器から前記受信器への前記音波の伝搬時間とに基づいて、前記送信器と前記受信器とが設置された対象空間の平均温度を演算する演算ステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、送信器から送信される音波は、所定の音波パターンおよび可聴領域周波数を有する音波信号である。そのため、従来の超音波を利用した空間温度測定方法よりも遠方まで空間の温度を測定することができる。また、本発明では、対象空間内の人が違和感を覚えることがないような音波パターンを設定しておけば、可聴領域周波数の音波を使用しても、対象空間にいる人が不信感を抱くことや、鳴り響く音によって不快となることがない。また、室内の環境音、人の声、室内に侵入する外来ノイズ等との識別が容易な音波パターンを設定しておけば、環境音、人の声、外来ノイズ等と音波との切り分けが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】七音音階の周波数データを示す図である。
【図４】チャイム音における周波数変更パターンを示す図である。
【図５】対象空間に設けられる送信器と受信器の配置例を示す平面図である。
【図６】対象空間に設けられる送信器と受信器の別の配置例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る温度測定装置の構成を示すブロック図である。温度測定装置は、送信器１と、受信器２と、測定部３（演算手段）とを備えている。
【００１２】
音波を送信する送信器１は、例えばスピーカなどにより構成される。送信器１から送信された音波を受信する受信器２は、例えばマイクロフォンなどにより構成される。
送信器１と受信器２とは、所定の距離Ｌだけ離間されて配置されている。例えば室内であれば、一方の壁面などに送信器１が設置され、対向する壁面などに受信器２が設置される。送信器１から送信された音波が受信器２によって受信されるまでの伝播時間を測定することによって、伝搬時間が室内の平均温度に換算されて、室内温度が測定されることになる。
【００１３】
測定部３は、信号出力部３０と、信号入力部３１と、記憶部３２と、相互相関演算部３３と、音速演算部３４と、温度演算部３５と、出力部３６とからなる。このような測定部３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置と、メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の記憶装置と、キーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、タッチパネル等の、外部からの情報の入力を検出する入力装置と、外部との情報の送受を行うＩ／Ｆ（Interface）装置と、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の表示装置とを備えたコンピュータから構成される。ＣＰＵは、記憶装置に記憶されたプログラムに従って、測定部３としての処理を行う。
【００１４】
以下、本実施の形態の温度測定装置の動作を図２のフローチャートを用いて説明する。信号出力部３０は、所定の音波パターンおよび可聴領域周波数を有する送信信号（電気信号）を、送信器１および相互相関演算部３３に送信するインターフェース回路である。信号出力部３０は、この送信信号を記憶部３２から取得する。送信器１は、信号出力部３０からの送信信号に応じた可聴領域周波数の音波を発生する（図２ステップＳ１）。
【００１５】
受信器２は、送信器１から送信された音波を受信して受信信号（電気信号）に変換する（図２ステップＳ２）。信号入力部３１は、受信器２から受信信号を受け取って相互相関演算部３３に入力するインターフェース回路である。
【００１６】
次に、相互相関演算部３３は、信号出力部３０から入力された送信信号と信号入力部３１から入力された受信信号に基づいて、送信器１から受信器２への音波の伝搬時間ｔを演算する（図２ステップＳ３）。具体的には、相互相関演算部３３は、送信信号と受信信号との相互相関関数を演算したときに相互相関関数が最大となる受信時刻を受信器２が音波を受信した時刻ｔ２とし、送信器１から送信信号に応じた音波が送信された時刻ｔ１（信号出力部３０から送信信号を受け取った時刻）と音波を受信した時刻ｔ２との差分をとることにより伝搬時間ｔを演算する。ここで、相互相関演算部３３は、計時機能を有しており、送信信号および受信信号を同期をとりながら受信することにより、時刻ｔ１および時刻ｔ２の算出を実現している。
【００１７】
記憶部３２は、所定の音波パターンおよび可聴領域周波数を有する送信信号、送信器１と受信器２の距離Ｌ、などを予め記憶している。
音速演算部３４は、記憶部３２に記憶されている距離Ｌと、相互相関演算部３３が演算した伝搬時間ｔとから、音速Ｃを演算する（図２ステップＳ４）。音速演算部３４は、具体的には、下式（１）に基づいて音速Ｃを演算する。
Ｃ＝Ｌ／ｔ                                                      ・・・（１）
【００１８】
温度演算部３５は、音速演算部３４による演算結果に基づいて、送信器１と受信器２との間の空間の平均温度Ｔを演算する（図２ステップＳ５）。空間の平均温度Ｔを用いると、この空間における音速Ｃは下式（２）のように表される。温度演算部３５は、音速演算部３４が演算した音速Ｃを式（２）に代入することで、空間の平均温度Ｔを演算する。なお、下式（２）において、Ｍは気体の分子量、κは比熱比、Ｒは気体の状態定数を示しており、これらＭ，κ，Ｒは既知の値である。
Ｃ2＝κＲＴ／Ｍ                                                 ・・・（２）
【００１９】
出力部３６は、温度演算部３５による演算結果を出力するインターフェース回路である。この出力部３６から出力された演算結果は、測定装置の表示画面に表示されたり、通信回線を介して外部（１例としては空調制御装置）に送信されたり、記憶媒体に記憶されたりすることとなる（図２ステップＳ６）。温度測定装置は、ステップＳ１〜Ｓ６のような温度測定を定期的に行えばよい。
【００２０】
以上のように、本実施の形態では、送信器１から送信される音波は、所定の音波パターンおよび可聴領域周波数を有する音波信号である。そのため、特許文献１に開示された超音波を利用した空間温度測定方法よりも長距離まで空間の温度を測定することができる。また、空間内の人が違和感を覚えることがないような音波パターンを設定しておけば、可聴領域の音波を使用しても、測定環境下にいる人が不信感を抱くことや、鳴り響く音によって不快となることがない。また、室内の環境音、人の声、室内に侵入する外来ノイズなどとの識別が容易な音波パターンを設定しておけば、送信信号と受信信号の相関をとり易くなるので、環境音、人の声、外来ノイズなどとの切り分けが容易になる。
【００２１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は第１の実施の形態の具体例を説明するものである。本実施の形態においても、温度測定装置の構成および処理の流れは第１の実施の形態で説明したとおりである。第１の実施の形態で説明した温度測定の周期は適宜設定すればよく、所定の音波パターンおよび周波数を有するメロディを常に流しながら温度測定を行ってもよいが、所定の周期に従って温度測定を行うことも考えられる。
【００２２】
例えば１例として、オフィスや学校などでは、所定の音波パターンおよび周波数を有するチャイム音によって温度測定を行うことが考えられる。このようにすると、測定環境下にいる人たちは、常日頃から聞いているチャイム音に対して違和感を覚えることはほとんどない。勿論、チャイム音だけでなく、休憩時間に音楽などを送信器１から出力して温度測定を行ってもよい。
【００２３】
図３は、七音音階における、１オクターブに含まれる音の周波数を示す図である。また、図４は、よく知られるチャイム音について、その音階と周波数とを示す図である。つまり、図４に示す順番で、決められたパターンで音階を変更することにより、送信器１からチャイム音が出力される。このチャイム音を受信器２で受信し、第１の実施の形態で説明した演算処理を行うことによって、空間の平均温度Ｔを測定することが可能である。
【００２４】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。第１、第２の実施の形態では、対象空間の壁面に設置された、１対の送信器１および受信器２によって温度測定を行う例を示した。図５の平面図で示すように、対象空間１０の壁面に送信器１と受信器２が１つずつ配置される場合は、この送信器１と受信器２間の空間の平均温度を測定することが可能である。すなわち、この平均温度を対象空間１０の室温とみなすことが可能である。
【００２５】
これに対して、対象空間１０の詳細な温度分布情報を取得する場合には、図６に示すように、複数の受信器２−１〜２−６を対象空間１０内に配置すればよい。この場合には、送信器１と受信器２−１との間で第１の実施の形態で説明した方法により空間の平均温度を測定し、送信器１と受信器２−２との間で空間の平均温度を測定するといったように、送信器１と個々の受信器２−１〜２−６との間で空間の平均温度を測定すればよい。こうして、対象空間１０の温度分布を測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、空間の温度を測定する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１…送信器、２，２−１〜２−６…受信器、３…測定部、３０…信号出力部、３１…信号入力部、３２…記憶部、３３…相互相関演算部、３４…音速演算部、３５…温度演算部、３６…出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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