JP5541607B2 - 温度分布検出システム及び検出体 - 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検出する温度分布検出システムおよびその検出システムに用いられる検出体に関する。

物体の温度分布を検出する手段の一つとして、物体から放射される赤外線を赤外線カメラにより検出する方法がある。かかる方法により、空間の温度分布を測定する場合には、空間に存在する気体の温度分布を赤外線カメラにより測定して行うことが考えられる。しかし、気体は、赤外線放射率が小さいため、気体を赤外線カメラにより直接的に測定することは困難である。そこで、気体の熱が伝達される媒体を空間内に設置し、この媒体から放射される赤外線を赤外線カメラによって測定することにより、空間の温度分布を検出する方法が用いられることがある。

このような熱受容体としての媒体を利用した空間の温度分布の検出方法として、例えば、温度分布を検出すべき空間に金属ワイヤを熱受容体としてメッシュ状に配置し、金属ワイヤから放射される赤外線を撮影する方法がある。

また、特許文献１には、熱容量の小さい材料で形成され、温度分布を測定すべき空間に設置された複数の検知板と、その検知板の温度を測定する赤外線放射温度計とを備えた、建物内部等の温度分布測定装置が開示されている。かかる装置によれば、空間の温度分布が読み取り誤差なく、簡単かつ迅速に測定できるとしている。

特開昭６３−１００３３９号公報

しかし、金属ワイヤをメッシュ状に配置する方法や特許文献１の検知板を用いる方法では、装置が大がかりになるため、運搬や設置に手間がかかるとの問題があった。特に、大きな空間の温度分布を検出する場合に、金属ワイヤや検知板を配置するための大きな枠体が必要となるときには、問題がより一層大きくなった。

本発明は、かかる課題に鑑み、コンパクトな構成で、空間の温度分布を簡易に検出することが可能な温度分布検出システム及びかかる検出システムに用いられる検出体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、本発明にかかる温度分布検出システムに用いられる検出体の代表的な構成は、複数の支持部と、支持部を保持するガイドレールと、可とう性を有し、両端が任意の支持部に接続されて弧状に曲げられ、温度に応じて赤外線を放射する熱受容体と、を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、熱受容体を弧状に曲げ、熱受容体の端部が接続された支持部を移動させることにより、ガイドレール上の所定の位置に熱受容体を設置することができる。そして、熱受容体が設置された位置における空間の温度に相当する熱が熱受容体に伝達されるため、その温度に応じて熱受容体から放射される赤外線を検出することにより空間の温度分布を検出することができる。従って、特に大きな空間の温度分布の検出において、熱受容体を配置する大きな枠体が不要であり、検出体をコンパクトにできるため、空間の温度分布を簡易に検出することができる。

上記のガイドレールは、複数の分割レールの両端に設けられた連結部を連結することにより形成されるとよい。かかる構成によれば、長尺のガイドレールであってもコンパクトに折り畳むことができる。

上記の熱受容体は、中空状に形成されているとよい。赤外線は熱受容体の表面から放射されるため、熱受容体を中空状に形成することにより、空間の温度分布の検出が可能であるとともに、熱受容体を軽量にでき、かつ、材料費を節約することができる。

本発明にかかる検出体を備える温度分布検出システムとして構成してもよい。かかる温度分布検出システムの代表的な構成は、赤外線を撮影可能な赤外線カメラを備えたカメラシステムと、赤外線カメラでの撮影を簡易化するために用いられる検出体とを備え、検出体は、複数の支持部と、支持部を保持するガイドレールと、可とう性を有し、両端が任意の支持部に接続されて弧状に曲げられ、温度に応じて赤外線を放射する熱受容体と、からなり、カメラシステムは、赤外線カメラによって熱受容体を撮影可能であることを特徴とする。

かかる構成によれば、熱受容体を検出体としてガイドレール上を移動させ、熱受容体の設置位置毎に、熱受容体から放射される赤外線を赤外線カメラによって撮影することにより、コンパクトな構成で空間の温度分布を簡易に検出することができる。

上記の検出体は、熱受容体の温度を計測する第１の温度計測部と、第１の温度計測部の周囲温度を計測する第２の温度計測部と、を備え、赤外線カメラは、第１の温度計測部により計測された温度と第２の温度計測部により計測された温度の差が所定値以下になったときに撮影を行うこととしてもよい。

支持部の移動により熱受容体が所定の位置に設置された後、その設置位置における空間の熱が熱受容体に伝達されて、空間と熱受容体の間の熱の出入りが平衡状態になるのに一定の時間がかかる。従って、熱受容体の温度と、熱受容体の周囲温度の差が所定値以下になったときに、熱受容体が空間の温度に応じた赤外線を放射していると判断して撮影を行うことにより、空間の温度分布の検出精度を高めることができる。

本発明によれば、コンパクトな構成で、空間の温度分布を簡易に検出することが可能になる。

本発明の実施形態における温度分布検出システムおよびかかるシステムに用いられる検出体の全体構成を示す概略図である。 検出体を折り畳んだ状態を説明する図である。 連結部の一形態の構造を説明する図である。 連結部の他の形態の構造を説明する図である。 ガイドレールと熱受容体の支持部の構造を説明する図である。 温度計測部を説明する図である。 熱受容体の移動方法を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明にかかる温度分布検出システムおよびかかる検出システムに用いられる検出体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。

図１は、本発明の実施形態における温度分布検出システムおよびかかるシステムに用いられる検出体の全体構成を示す概略図である。温度分布検出システム３０は、赤外線を撮影可能な赤外線カメラ２１を備えたカメラシステム２０と、赤外線カメラ２１での撮影を簡易化するために用いられる温度分布検出システム用検出体（以下、適宜、「検出体」という）１０とから構成される。

検出体１０は複数の支持部１１と、支持部１１を保持するガイドレール１２と、可とう性を有し、両端が任意の支持部１１に接続され、温度に応じて赤外線を放射する熱受容体１４とから構成される。図１には、支持部１１が２つの例を示しているが、支持部１１は２以上であればいくつでもよい。また、本実施形態では、ガイドレール１２は、複数の分割レール１８の両端に設けられた連結部１３を連結することにより形成されている。なお、検出体１０の転倒防止のために、ガイドレール１２にＬ字形の補助部材を設けてもよい。

熱受容体１４は、可とう性を有するため、図１に示すように、一方の端部が熱受容体１４を支持する任意の支持部１１に接続され、他方の端部は、一方の端部が接続された支持部１１とは異なる支持部１１に接続されることにより、弧状に曲げられる。熱受容体１４は、熱受容体１４の周囲の温度に応じて赤外線を放射するため、弧状に曲げられた熱受容体１４を赤外線カメラ２１で撮影することにより、空間の温度分布を検出することができる。

ここで、熱受容体１４を直立させずに弧状とするのは、直立とすると、熱受容体１４の頂部付近が安定せず揺動して赤外線カメラ２１による撮影に適さないためである。熱受容体１４は、空間の温度分布に影響を与えることがないように細線であることが望ましい。また、温度変化に対する応答性の点からも細線であることが望ましい。しかし、熱受容体１４を細線とすると、安定して直立させることが困難になる。特に、計測対象の空間が大きい場合は、その困難度が増す。従って、熱受容体１４を弧状とするのである。

熱受容体１４の断面は円の形状であることが望ましい。断面を円の形状にすると、周囲から熱受容体１４への熱の伝達率が高くなるため、空間の温度分布の特徴をより正確に表しやすくなるためである。なお、断面を円の形状とすることにより、弧状であっても、熱受容体１４の頂部が揺動するなどして安定しない場合は、例えば、熱受容体１４の断面を楕円や長方形の形状にすることにより安定性を高めることができる。断面が円の形状の熱受容体１４を二つ、長手方向に全体的に隣接させ、ガイドレール１２の幅方向に二つの熱受容体１４が並ぶように配置することにより安定性を高めてもよい。

熱受容体１４は、中空状に形成されていてもよい。赤外線は熱受容体１４の表面から放射されるため、熱受容体１４を中空状に形成することにより、空間の温度分布の検出が可能であるとともに、熱受容体１４を軽量にすることができ、かつ材料費を節約してコストを抑えることができる。

熱受容体１４の材料には炭素を用いるとよい。炭素は熱放射性に優れるため、熱受容体１４の材料を炭素にすることにより、熱受容体１４から放射される赤外線の撮影が容易になる。可とう性を有する炭素材料として、例えば、カーボンファイバを用いることができる。カーボンファイバ製の熱受容体１４とすることにより、炭素の熱放射性の高い点を生かしつつ、熱受容体１４の機械的強度を高くすることができる。

また、熱受容体１４は、粉末状にした炭素を含有させたグラスファイバとしてもよい。グラスファイバは、熱伝導率が小さいため、熱受容体１４の長手方向の熱の伝導が小さくなることにより、空間の温度分布の特徴をより正確に表すことができる。なお、グラスファイバに炭素を含有させず、黒色のグラスファイバとしても、熱放射性を高めることができる。

カメラシステム２０は、赤外線カメラ２１と、赤外線カメラ２１に接続され、赤外線カメラ２１で撮影した画像を表示する表示装置２２とから構成される。表示装置２２は、例えば、液晶表示装置を用いることができるが、赤外線カメラ２１に内蔵されていてもよい。

上述の温度分布検出システム３０とすることにより、コンパクトな構成で、空間の温度分布を簡易に検出することができる。特に、大きな空間の温度分布の検出において、熱受容体１４を配置する大きな枠体が不要であり、装置の運搬時や設置時の手間を省くことができる。

図２は、検出体を折り畳んだ状態を説明する図である。ガイドレール１２が分割レール１８の連結により構成されている場合は、図２に示すように、長尺のガイドレール１２であってもコンパクトに折り畳むことができる。従って、検出体１０の運搬時や設置時は検出体１０を折り畳み、使用時は検出体１０を広げることにより、検出体１０をコンパクトにできるとともに、大きな空間の温度分布の検出が可能となる。

図３は、連結部の一形態の構造を説明する図である。図３（ａ）は、分割レール１８の端部と連結部１３の概略拡大図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ矢視図である。図３に示すように、分割レール１８同士の連結は、例えば、それぞれの分割レール１８の端部に孔をあけ、この端部を相互に重ね合わせ、重ね合わされた端部の孔に、軸が円筒形状の留め具を連結部１３として嵌め込むことにより、検出体１０を折り畳み可能とするものである。

図４は、連結部の他の形態の構造を説明する図である。図４（ａ）は、分割レール１８の端部と連結部１３の概略拡大図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ矢視図である。図４に示すように、本実施形態では、分割レール１８の端部に突起を設け、他の分割レール１８の端部に受け孔を設けて、この突起と受け孔を勘合させることにより、分割レール１８同士を連結するものである。かかる構成によれば、分割レール１８相互が滑らかに連結されるため、連結部１３での支持部１１の移動を滑らかに行うことができる。本実施形態では、ガイドレール１２は折り畳むのではなく、複数の分割レール１２に切り離すことにより、検出体１０をコンパクトにするとともに、大きな空間の温度分布の検出が可能となる。

図３および図４に示す分割レール１８や連結部１３は、例えばアルミ材で形成されると軽量のため、扱いが容易になる。分割レール１８の長さはすべて同じでもよいし、長さが異なってもよい。すべて同じ長さとすると、製作が容易になる。分割レール１８の長さは、例えば、３０ｃｍから５０ｃｍ程度にすると、持ち運びが容易で、かつ、少ない数で比較的大きな空間の温度分布の検出が可能である。図４の分割レール１８同士の連結は、連結部１３に磁石を用いて、磁力を利用することにより連結してもよい。

図５は、ガイドレールと熱受容体の支持部の構造を説明する図である。図５（ａ）から（ｃ）のいずれも、ガイドレール１２を、ガイドレール１２の長手方向に直交する面で切断した断面図である。ガイドレール１２は、図５（ａ）に示すように、例えば、断面コの字状の部材が対向して、長手方向に沿って溝が形成されており、この溝に沿ってガイドレール１２を長手方向に自在に移動可能な支持部１１を保持可能としている。

図５（ａ）に示すように、ガイドレール１２が溝を有する場合は、支持部１１は、例えば２つの異なる四角形を接して並べた断面形状を有しており、ガイドレール１２の溝を摺動することができる。なお、支持部１１は、ガイドレール１２上の任意の位置で固定されるように、ストッパを備えているとよい。ストッパは、例えば、支持部１１をガイドレール１２に押し付ける機構を有するものとしたり、ガイドレール１２上で支持部１１の前後に挿入されて支持部１１の移動を阻止するピン形状の部材とすることができる。

ガイドレール１２は、図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、その断面形状を長方形にしてもよい。この場合は、図５（ｂ）に示すように、ガイドレール１２を磁性体で構成し、支持部１１を磁石で構成して、磁性体が磁石に磁力吸着される性質を利用することにより、支持部１１をガイドレール１２上の任意の位置に配置可能とすることができる。かかる構成によれば、支持部１１の移動を阻止するストッパなどの部材を別に設ける必要がないため、検出体１０の構造を簡単にすることができる。また、図５（ｃ）に示すように、支持部１１をガイドレール１２に挿嵌することにしてもよい。

熱受容体１４の支持部１１への接続は、図５（ａ）から（ｃ）に示すように直接、接続してもよいし、接続部材を介して接続してもよい。熱受容体１４を支持部１１から着脱可能としてもよい。また、支持部１１の移動方法は、上記に限られず、例えば、支持部１１が車輪などの回動部材を備えて、車輪がガイドレール１２に沿って回動することにより移動可能としてもよい。

図６は、温度計測部を説明する図である。図６（ａ）は、温度計測部を備えた中空状の熱受容体１４の温度計測部を含む一部の概略外観図である。図６（ｂ）は、中空状の熱受容体１４の断面図であり、温度計測部と熱受容体１４の位置関係を示している。図６に示すように、本実施形態において、検出体１０は、熱受容体１４の温度を計測する第１の温度計測部１５と、第１の温度計測部１５の周囲温度を計測する第２の温度計測部１６とを備える。

ここで、第１の温度計測部１５の周囲温度とは、第１の温度計測部１５が位置する近傍の空間における雰囲気温度をいう。第１の温度計測部１５および第２の温度計測部１６の両方とも、例えば、熱電対や測温抵抗体などの一般的な温度センサを用いることができる。

熱受容体１４が中空状の場合は、図６（ｂ）に示すように、第１の温度計測部１５は熱受容体１４の内面に当接して設けられていてもよいし、熱受容体１４の肉厚部に埋め込まれていてもよい。熱受容体１４が中実状の場合は、第１の温度計測部１５は、熱受容体１４の内部に埋め込まれていればよい。第２の温度計測部１６は第１の温度計測部１５の近傍に位置し、接続部１７を介して熱受容体１４に接続されている。接続部１７には、熱受容体から第二の温度計測部１６への熱の伝導を抑えるために、例えば、熱伝導率の小さいプラスチックが用いられる。

支持部１１の移動により熱受容体１４が所定の位置に設置された後、その設置位置における空間の熱が熱受容体１４に伝達されて、空間と熱受容体１４の間の熱の出入りが平衡状態になるのに一定の時間がかかる。従って、第１の温度計測部１５により計測された温度Ｔ１と第２の温度計測部１６により計測された温度Ｔ２を比較して、Ｔ１とＴ２の差が所定値以下になったときに、熱受容体１４が熱受容体１４の周囲温度に応じた赤外線を放射していると判断する。このときに撮影を行うことにより、空間の温度分布の検出精度を高めることができる。

Ｔ１とＴ２の差が所定値以下でないと判断した場合は、所定の時間経過後、Ｔ１とＴ２の差が所定値以下か否かの判断を再度行えばよい。なお、Ｔ１とＴ２の比較を行わずに、熱受容体１４の所定の位置への設置後、所定の時間（熱受容体１４の材料の種類、太さにもよるが、例えば１０秒から２０秒）経過後、撮影を行うこととしてもよい。

図７は、熱受容体の移動方法を説明する図である。図７（ａ）は、熱受容体１４の一方の端部が接続された支持部１１が、ガイドレール１２に固定され、熱受容体１４の他方の端部が接続された支持部１１が、ガイドレール１２上を白抜き矢印の方向に向けて自在に移動可能である様子を示している。支持部１１の移動によって所定の位置に設置された熱受容体１４を撮影することにより、空間の温度分布を検出することができる。固定する方の支持部１１をガイドレール１２の端部に固定することにより、ガイドレール１２の長さにわたる空間の温度分布を検出できる。ガイドレール１２の長さを例えば３ｍとして、３ｍ四方の空間の温度分布を計測することができる。

図７（ｂ）は、熱受容体１４の両端に接続された支持部１１間の距離を一定としたまま、白抜き矢印の方向に向けて、熱受容体１４が自在に移動可能である様子を示している。支持部１１をガイドレール１２の端部から端部まで移動させることにより、ガイドレール１２の長さにわたる空間の温度分布を検出できる。なお、温度分布の空間分解能を高めるために、図７（ａ）、（ｂ）の移動方法を併用することができる。

表示装置２２では、赤外線カメラ２１により撮影された熱受容体１４の各位置における画像を合成することにより、計測対象である空間の温度分布の合成画像を作成する。作成された合成画像は、表示装置２２に表示される。

上記説明した如く、本実施形態にかかる温度分布検出システム３０およびかかる検出システムに用いられる検出体１０においては、熱受容体１４を弧状に曲げ、熱受容体１４の端部が接続された支持部１１を移動させることにより、ガイドレール１２上の所定の位置に熱受容体１４を設置する。そして、設置位置における熱受容体１４から放射される赤外線を赤外線カメラ２１により撮影することにより空間の温度分布を計測する。このため、検出体１０を配置するための枠体が不要であり、コンパクトな構成で、簡易に空間の温度分布を計測することができる。

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検出する温度分布検出システムおよびその検出システムに用いられる検出体として利用することができる。

１０…温度分布検出システム用検出体
１１…支持部
１２…ガイドレール
１３…連結部
１４…熱受容体
１５…第１の温度計測部
１６…第２の温度計測部
１７…接続部
１８…分割レール
２０…カメラシステム
２１…赤外線カメラ
２２…表示装置
３０…温度分布検出システム

Claims (5)

1. 複数の支持部と、
   前記支持部を保持するガイドレールと、
   可とう性を有し、両端が任意の前記支持部に接続されて弧状に曲げられ、温度に応じて赤外線を放射する熱受容体と、
   を備えたことを特徴とする温度分布検出システム用検出体。
   
2. 前記ガイドレールは、複数の分割レールの両端に設けられた連結部を連結することにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の温度分布検出システム用検出体。
3. 前記熱受容体は、中空状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度分布検出システム用検出体。
4. 赤外線を撮影可能な赤外線カメラを備えたカメラシステムと、前記赤外線カメラでの撮影を簡易化するために用いられる検出体とを備え、
   前記検出体は、複数の支持部と、
   前記支持部を保持するガイドレールと、
   可とう性を有し、両端が任意の前記支持部に接続されて弧状に曲げられ、温度に応じて赤外線を放射する熱受容体と、からなり、
   前記カメラシステムは、前記赤外線カメラによって前記熱受容体を撮影可能であることを特徴とする温度分布検出システム。
   
5. 前記検出体は、前記熱受容体の温度を計測する第１の温度計測部と、
   前記第１の温度計測部の周囲温度を計測する第２の温度計測部と、を備え、
   前記赤外線カメラは、前記第１の温度計測部により計測された温度と前記第２の温度計測部により計測された温度が等しくなったときに撮影を行うことを特徴とする請求項４に記載の温度分布検出システム。
   

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