(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記信号処理部は、前記結露予想演算手段により予想される結露予想と、前記第二結露判定手段による判定結果とに基づいて結露発生の有無を判定する第三結露判定部を更に有することを特徴とする、請求項7に記載の結露検出装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1に記載の結露検出装置は、発光素子が必要であること、及び、特定の波長領域に感度特性を有する2種類の受光素子が必要であることから、消費電力や構成の複雑さの観点から好ましくない。
【0006】
そこで、本発明は低消費電力で簡易な構成の結露検出装置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】
上記目的を達成するために出願人が案出した第一の発明は、対象物から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線に応じた出力信号を出力する赤外線センサと、前記赤外線センサからの前記出力信号が入力される信号処理部とを備えた結露検出装置であって、前記信号処理部は、異なる時刻において取得された前記赤外線センサからの前記出力信号の変化量が所定の閾値よりも大きいときに、前記対象物に結露が発生したことを示す結露判定信号を出力する第一結露判定手段を有する。
【0008】
第二の発明は、前記赤外線センサが水の赤外線吸収波長域に感度を有する。
【0009】
第三の発明は、前記赤外線センサの赤外線入射面側に水の赤外線吸収波長域のバンドパスフィルタを備える。
【0010】
第四の発明は、前記対象物が有する赤外線放射率が水の赤外線放射率よりも高く、前記結露判定部手段が、最新の時刻において取得された前記出力信号が前回の時刻において取得された前記出力信号に対して低下した場合に前記結露判定信号を出力する。
【0011】
第五の発明は、前記対象物が有する赤外線放射率が水の赤外線放射率よりも低く、前記結露判定部手段が、最新の時刻において取得された前記出力信号が前回の時刻において取得された前記出力信号に対して増大した場合に前記結露判定信号を出力する。
【0012】
第六の発明は、環境温度を前記信号処理部に出力する環境温度測定部を更に備え、前記信号処理部が、前記異なる時刻において取得された環境温度の変化量を算出する環境温度変化量算出手段と、前記第一結露判定手段からの前記出力信号及び算出された前記環境温度の変化量に基づいて結露発生の有無を判定する第二結露判定手段を更に有する。
【0013】
第七の発明は、環境湿度を前記信号処理部に出力する環境湿度測定部を更に備え、前記信号処理部が、前記異なる時刻において取得された前記環境温度測定部からの前記環境温度及び所定時刻において取得された前記環境湿度測定部からの環境湿度に基づいて前記対象物の結露を予想する結露予想演算手段を更に有する。
【0014】
第八の発明は、前記信号処理部が、前記結露予想演算手段により予想される結露予想と、前記第二結露判定手段による判定結果とに基づいて結露発生の有無を判定する第三結露判定部を更に有する。
【発明の効果】
【0015】
第一の発明によれば、低消費電力で簡易な構成で対象物に結露が発生したことを検出することができ、結露の発生を高精度に検出することができる。
【0016】
第二の発明によれば、特定波長の赤外線量の変動を測定することができる。
【0017】
第三の発明によれば、信号対雑音比を改善することができる。
【0018】
第四の発明によれば、水よりも放射率が高いものが結露した場合の結露検出を高精度に行うことができ。
【0019】
第五の発明によれば、水よりも放射率が低いものが結露した場合の結露検出を高精度に行うことができる。
【0020】
第六の発明によれば、環境温度と赤外線の変化量から結露検出を行うことにより、環境温度変化による誤差判定を低減した、より高精度な結露発生検出を行うことができる。
【0021】
第七の発明によれば、結露の発生を予測することができる。
【0022】
第八の発明によれば、環境湿度・環境温度と赤外線センサの出力変化の観点から結露検出を行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、この出願に係る発明の好適な実施形態を添付図面により例示し、該図面を参照して本発明を説明する。なお、例示の実施形態は本発明をより分かり易く説明するためのものであって、別途提出の特許請求の範囲に記載した本発明の技術的範囲を、該実施形態にしたがって限定的に解釈すべきではないことに留意されたい。
【0025】
本発明装置の原理構成
本発明に係る各実施形態の結露検出装置は、対象物から放射される赤外線を受ける受光部を有する赤外線センサと、赤外線センサからの出力が入力される信号処理部を備える。信号処理部は、それぞれ異なる時刻において取得された赤外線センサからの出力の変化量に基づいて、対象物表面の結露の発生の有無を判定することができる。
【0026】
第一の実施形態
図1は本発明に係る結露検出装置の第一の実施形態の構成を示すブロック図である。
図1に示した結露検出装置100は赤外線センサ110と赤外線センサ110からの出力が入力される信号処理部120を備える。赤外線センサ110は測定対象物101からの赤外線を検知する。信号処理部120は第一結露判定部121を含む。
【0027】
[赤外線センサ]
赤外線センサ110は、赤外線を吸収して電気信号に変換するセンサであればよい。赤外線センサ110として、例えば、フォトダイオードやフォトコンダクタなど、光電変換によって信号を出力する「量子型センサ」や、サーモパイルや焦電型センサなど、赤外線吸収による温度変化を電気信号に変換する「熱型センサ」を用いることができる。
【0028】
赤外線センサ110の視野内の環境が一切変化しなに場合は、赤外線センサ110は一定の信号を出力する。赤外線センサ110の視野内の温度が緩やかに変化する場合は、赤外線センサ110はその緩やかな変化に対応して変化する信号を出力する。赤外線センサ110の視野内の測定対象物101に結露が発生した場合は、それまでは存在しなかった結露による水滴からの赤外線が入射されるため、赤外線センサ110は急激な出力変化を示す。
【0029】
したがって、赤外線センサ110の出力をモニタして、測定対象物101に結露が発生したと判断し得る急激な出力変化を検出することで、結露の発生を検出する。急激な出力変化を検出するために異なる時刻において複数回、赤外線センサ110の出力を得て最新の値と前回の値の差分を演算するが、これら2つの値の時間間隔を一定の時間よりも短くする必要がある。
【0030】
本発明で用いる赤外線センサ110は、より精度よく結露判定を行う観点から、水の赤外線吸収波長域に感度を備えるものであることが好ましい。また本発明で用いる赤外線センサ110は、S/N比をより向上させる観点から、赤外線センサ110の赤外線入射面側に水の赤外線吸収波長域のバンドパスフィルタを備えることが好ましい。
【0031】
[信号処理部]
信号処理部120には、赤外線センサ110からの信号が入力される。信号処理部120は該出力信号について所定の信号演算を行い、結露の発生の有無の判定を行う。必要となる演算に応じて、所定の演算処理装置や記録媒体を備える。
【0032】
なお、赤外線センサ110が上記一定の時間と等しいか上記一定の時間よりも短い一定の時間間隔で信号を出力する構成とすることができ、或いは、信号処理部120が上記一定の時間と等しいか上記一定の時間よりも短い一定の時間間隔で赤外線センサ110の出力をモニタする構成とすることができる。
【0033】
[第一結露判定部121]
第一結露判定部121は、それぞれ異なる時刻において取得された赤外線センサからの出力の変化量に基づいて、対象物表面の結露の発生の有無を判定する。第一結露判定部121は、結露が発生したと判定した場合、第一の結露発生信号を出力する。容易な構成にする観点から、新たに入力された信号と、前回入力された信号との差分を求め、該差分を閾値と比較して対象物101の表面の結露の発生の有無を判定し、結露が発生したと判定した場合に第一の結露発生信号を出力する構成が好ましい。
【0034】
測定の対象物101が、水の赤外線放射率よりも高い赤外線放射率を持つ対象物である場合、第一結露判定部121は、赤外線センサ110からの出力の変化量がマイナスに増加した場合に結露が発生したと判定することができる。また、測定の対象物101が、水の赤外線放射率よりも低い赤外線放射率を持つ対象物である場合、第一結露判定部121は、赤外線センサ110からの出力の変化量がプラスに増加した場合に結露が発生したと判定することができる。
【0035】
[動作説明]
図1に示した構成を備える第一の実施形態の結露検出装置の動作について
図2及び
図3を参照して以下で具体的に説明する。
【0036】
図2に示すフローチャートにおいて、対象物101から入射された赤外線に従った赤外線センサ110の出力信号が信号処理部120に入力される(S20)。
【0037】
次に、信号処理部120中の第一結露判定部121は、赤外線センサ110の出力信号の変化量を演算する(S22)。信号処理部120は該変化量を所定の閾値と比較し(S24)、該変化量が該閾値よりも小さい場合は結露非発生と判断し(S25)、一方、該変化量が該閾値よりも大きい場合は結露が発生したと判断して第一の結露発生信号を出力し(S26)、処理を終了する。
【0038】
ここで、対象物に結露が発生すると、赤外線センサ110からの出力信号は対象物101表面に付着した水分による赤外線吸収、および水分からの赤外線放射により急激な出力変化を示し、それに伴い変化量も急激に大きくなる。すなわち、
図3に示した動作特性図の通り、結露が発生した際に変化しうる赤外線センサ110の出力信号の変化量よりも小さく上記所定の閾値を設定することにより、結露の有無を判定することが可能になる。
【0039】
第二の実施形態
図4は本発明に係る結露検出装置の第二の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、
図1に示した構成要素の機能と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
図1に示した結露検出装置400は、赤外線センサ110と信号処理部120に加えて環境温度測定部130を備える。信号処理部120は、第一結露判定部121に加えて環境温度変化量算出部122及び第二結露判定部123を含む。以下、本実施形態に固有の構成要素及び動作について説明する。
【0040】
[環境温度測定部]
環境温度測定部130は、結露検出装置400の周囲環境の温度(以下、環境温度と称する)を測定し、その結果に基づく信号を環境温度変化量算出部122に出力する。環境温度測定部130の具体例としては、熱電対、測温抵抗体やサーミスタを用いた抵抗温度計、または、前述の熱型または量子型赤外線センサを用いた放射温度計等の電気式温度計を好適に用いることができる。
【0041】
[環境温度変化量算出部]
環境温度変化量算出部122は、それぞれ異なる時刻において取得された環境温度測定部130からの入力信号の変化量を算出し、環境温度変化量信号を出力する。環境温度変化量信号は、異なる時刻において取得された入力信号の変化量に基づく信号であればよい。容易な構成にする観点からは、環境温度変化量算出部122が出力する境温度変化量信号は、例えば、新たに入力された信号と、前回入力された信号との差分に基づく信号であることが好ましい。また、後述の第二結露判定部123での判定精度を高める観点からは、第一結露判定部121による差分の計算で用いた赤外線センサ110からの異なる時刻における2つの信号と同じタイミングで取得された温度に基づく信号であることが好ましい。
【0042】
[第二結露判定部]
第二結露判定部123は、第一結露判定部121からの第一の結露発生信号と環境温度変化量算出部122からの環境温度変化量信号に基づいて対象物101の表面における結露発生を判定し、第二の結露発生信号を出力する。
【0043】
赤外線センサ視野内の環境温度が急激に変化した場合、その変化を赤外線量の変化として赤外線センサ110が出力する場合がある。そこで、第二結露判定部123が環境温度自体の変化量を取得することで、赤外線センサ視野内の環境温度が急激に変化したしているような特別な場合であっても、視野内の対象物温度変化または環境温度変化に由来して赤外線量が変化したのかまたは対象物101に結露が発生したことにより赤外線量が変化したのかを精度よく判断することが可能になり、その結果、精度よく結露判定をすることができる。
【0044】
[動作説明]
図4に示した構成を備える第二の実施形態の結露検出装置の動作について
図5及び
図6を参照して以下で具体的に説明する。
【0045】
なお、
図5に示すフローチャート中のステップS50〜S55における処理は
図2に示したフローチャート中のステップS20〜S25における処理と同様である。
【0046】
本実施形態では、第二結露判定部123が、ステップS56の処理により第一の結露発生信号(S13)が入力された場合、更に環境温度変化量が所定の温度閾値以上であるか否かを、ステップS60〜S64に従って判定する。
【0047】
それぞれ異なる時刻において取得された環境温度測定部130の出力信号が信号処理部120に入力される(S60)。信号処理部120中の環境温度変化量算出部122は、環境温度測定部130からの入力信号から環境温度変化量を演算する(S61)。演算により得られた環境温度変化量信号は第二結露判定部123に出力され、第二結露判定部123で温度閾値と比較される(S62)。ここで、環境温度変化量が所定の温度閾値以上であると判定した場合は、
図6(B)に示した動作特性図の通りの状態であって、第一の結露発生信号は環境温度の変化に基づいて出力された誤検知信号であって結露は発生していないと判断し(S63)、処理を終了する。一方、環境温度変化量が所定の閾値未満であると判定した場合、
図6(A)に示した動作特性図の通りの状態であって、第一の結露発生信号は対象物101の表面に発生した結露により出力されたものであると判断し、第二の結露発生信号を出力して(S64)、処理を終了する。
【0048】
以上より、第二の実施形態の結露検出装置400では、環境温度の急激な変化に依らず、より正確に結露の有無を検出することが可能になる。
【0049】
第三の実施形態
図7は本発明に係る結露検出装置の第三の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、
図1及び
図4に示した構成要素の機能と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
図7に示した結露検出装置700は、赤外線センサ110と信号処理部120と環境温度測定部130に加えて環境湿度測定部151を備える。信号処理部120は、第一結露判定部121と環境温度変化量算出部122と第二結露判定部123に加えて結露予想判定部150を含む。本実施形態において、結露予想判定部150及び環境湿度測定部151は、第二結露判定部123とは独立の処理を実施する。以下、本実施形態に固有の構成要素及び動作について説明する。
【0050】
[環境湿度測定部]
環境湿度測定部151は、結露検出装置700の周囲環境の湿度(以下、環境湿度と称する)を測定し、その結果に基づく信号を結露予想判定部150に出力する。環境湿度測定部151は、湿度に基づく信号を出力できるものであればよい。例えば、容量性センサや抵抗性センサを用いた電気式湿度計を好適に用いることができる。
【0051】
[結露予想判定部]
結露予想判定部150は、環境温度測定部130と環境湿度測定部151から入力される信号に基づき、結露発生の予想を判定する。
【0052】
結露予想判定部の第一の実施形態としては、環境湿度測定部151から得られる環境湿度をもとに、その環境湿度で空気中水分が水滴として発生しない温度の下限界を算出することで結露予想判定を行うことができる。
【0053】
より具体的には、結露予想判定部は、前記算出した温度の下限界に基づいて得られる温度閾値2と、環境温度測定部130により得られた環境温度とを比較することで、現状の環境湿度が結露を発生しやすい状態であるか否かを判定することができる。
【0054】
すなわち、環境温度測定部130により得られた環境温度が、環境湿度から導出される所定の温度閾値2以上であれば、結露は発生しない環境であると予想判定することができる。一方、環境温度測定部130により得られた環境温度が所定の温度閾値2未満ならば、結露が発生しやすい環境であると予想判定することができる。
【0055】
この結露予想判定部150は、常に一定の時間インターバルで環境温度測定部130がモニタしている温度、すなわち現在の温度が結露しやすい温度環境であるか否かに基づき、結露予想を行う。本実施形態において、環境湿度測定部151は、環境温度測定部130のように変化量を知るために異なる時刻に湿度を測定する必要がなく、結露予想判定を行うときに測定をすればよい。
【0056】
上記説明は、結露予想判定部が環境湿度と一定の相関を持った所定の温度閾値2を用いる方法を説明した。結露予想判定部の別の実施形態としては、環境温度測定部130から得られる環境温度をもとに、その環境温度における飽和水蒸気量を算出し、飽和水蒸気量に基づいて湿度閾値を求め、環境湿度測定部151から得られる環境湿度とその湿度閾値と比較することでも結露予想判定は可能である。
【0057】
[動作説明]
図7に示した構成を備える第三の実施形態の結露検出装置の動作について
図8及び
図9を参照して以下で具体的に説明する。
【0058】
図8に示すフローチャートにおいて、環境湿度測定部151の出力信号が結露予想判定部150に入力され、環境湿度に対する水滴発生の温度の下限界および該下限界に基づいて得られる温度閾値2が算出される(S80)。環境温度測定部130の出力信号が結露予想判定部150に入力されると(S81)、前記温度閾値2と環境温度とを比較し(S82)、比較結果に応じて結露発生か非発生かの予想判定を行う。
【0059】
環境温度が温度閾値2以上である場合(
図9にイで示す)は結露が発生しにくい状況であるとの予想判定をして結露発生予想信号を出力し(S83)、処理を終了する。一方、環境温度が温度閾値2未満である場合(
図9にロで示す)は結露が発生しやすい状況であるとの予想判定をし(S84)、処理を終了する。
【0060】
本実施形態では、第二結露判定部123により、環境温度の急激な変化に依らずより正確に結露の有無を検出することができることに加え、結露有りと判定されない場合であっても、結露予想判定部150により、現状の環境温度及び環境湿度が結露を発生しやすい状態であるか否かに応じて結露発生か非発生か予想することができる。
【0061】
第四の実施形態
図10は本発明に係る結露検出装置の第四の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、
図1及び
図4及び
図7に示した構成要素の機能と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
図10に示した結露検出装置1000の信号処理部120は、
図7の構成に加えて第三結露判定部152を備える。本実施形態における第三結露判定部152は、第二結露判定部123からの出力と結露予想判定部150からの出力に基づいて結露判定を行う。以下、本実施形態に固有の構成要素及び動作について説明する。
【0062】
[第三結露判定部]
第三結露判定部152は、第二結露判定部123から出力される第二の結露発生信号と、結露予想判定部150から出力される結露予想信号が両方入力された場合に、第三の結露発生信号を出力する。
【0063】
本実施形態ではより高精度の結露判定を行うため、第一結露判定部にてセンサが急激な赤外線量の変化を感じており、かつ、その変化が環境温度に依存しておらず、かつ、結露発生が起こりやすい湿度の条件を有している場合に、第三結露判定部152が結露発生と判定する。
【0064】
[動作説明]
図10に示した構成を備える第四の実施形態の結露検出装置の動作について
図11のフローチャートを参照して以下で具体的に説明する。
【0065】
なお、
図11中のステップS100〜S109における処理は
図5に示したフローチャート中のステップS50〜S63における処理と同様であり、ステップS110〜S114における処理は
図8に示したフローチャート中のステップS80〜S845における処理と同様である。
【0066】
本実施形態では、結露予想判定部150がステップS115で、第二結露判定部123から出力される第二の結露発生信号と結露予想判定部150から出力される結露予想信号に基づいて結露判定を行う。すなわち、ステップS109で第二結露判定部123が第二の結露発生信号を出力しており、かつ、ステップS114で結露予想判定部150が結露予想と判定している場合に、第三結露判定部152は結露発生と判定し、第三の結露発生信号を出力し(S117)、処理を終了する。一方、結露予想判定信号のみの場合及び第二結露判定出力信号のみの場合、すなわち両信号が出力されない場合は結露非発生と判定し(S116)、処理を終了する。
【0067】
以上より、第四の実施形態の結露検出装置では、第二の結露発生信号と環境温度と環境湿度に基づく結露発生予想とに基づいて結露判定を行うことにより、水の吸収領域に放射をもつ特別な光源を有することなく正確な結露検出を可能とすることができる。