JP2001091531A

JP2001091531A - 光式風向センサ

Info

Publication number: JP2001091531A
Application number: JP27403399A
Authority: JP
Inventors: Shuji Unno; 修司海野; Morio Matsushita; 守夫松下; Satoru Yamamoto; 哲山本; Kenichi Saito; 健一斎藤
Original assignee: Densetsu Consultants Kk; Hitachi Cable Ltd; Foundation of River and Basin Integrated Communications
Current assignee: Densetsu Consultants Kk; Hitachi Cable Ltd; Foundation of River and Basin Integrated Communications
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】落雷による故障や誤動作が起きず、電源やデ
ータ伝送装置の必要がない光式風向センサを提供する。【解決手段】風向指示器１に連動して穴あき回転板２
が回転することにより、光ファイバ４１、４２、４３と
反射板６１、６２、６３との間の光路が断続される。こ
の光路の断続を光ファイバ４０、４１、４２、４３を介
して検出することにより風向がわかる。光ファイバ４
０、４１、４２、４３を伝搬する光は落雷による影響を
受けることがないので、故障や誤動作がない。また、光
式風向センサ６には電源が不要であり、光検出器９にデ
ータ伝送装置を設置する必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気象観測に用いら
れる風向を検出する風向センサに関し、特に光式風向セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の風向センサの一例の構成及び動作
について以下に述べる。

【０００３】風向に対応してその向きを変える風向指示
器の回転軸に直接、あるいはギヤを介して取り付けられ
たポテンショメータの抵抗値が回転により変化すること
を利用し、ポテンショメータの抵抗値を電気的に検出し
て、風向を求めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の風向
センサは、風向を電気的に検出するため、電気絶縁に配
慮した設計を行っていた。

【０００５】しかしながら、一般に気象観測機器である
風向計は、屋外に設置されているため、落雷の影響を受
け、電気絶縁が破壊し、故障する場合がある。また、セ
ンサの出力が電磁誘導により誤った値となる場合があ
る。落雷の起こる気象条件での気象観測は通常時に比べ
て重要であるにもかかわらず故障が起こりやすい。

【０００６】さらに、風向の検出を行うのに電源が必要
であり、電源確保の難しい場所には適用できないことが
多かった。

【０００７】さらにまた、複数箇所の風向を観測する場
合、各風向観測場所に無線伝送器を設置したり、通信線
を利用する伝送装置を設置する必要があり、データの伝
送にコストがかかるという問題があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、落雷による故障や誤動作が起きず、電源やデータ伝
送装置の必要がない光式風向センサを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光式風向センサは、風向指示器に連動して回
転する穴あき回転板と、一端から光を出射する光ファイ
バと、光ファイバの近傍に配置され光ファイバから出射
された光を光ファイバの一端に反射する反射板とを備
え、穴あき回転板の回転に伴って穴の有無が変化する位
置を挟んで光ファイバと反射板とが互いに対向するよう
に配置したものである。

【００１０】上記構成に加え本発明の光式風向センサ
は、穴あき回転板の回転軸を中心としてＮ個の同心円上
に、中心からｎ番目の同心円上に基準角度位置から円弧
状に３６０／２ｎの角度の穴有り部と穴無し部とが交互
に設けられてもよい。

【００１１】上記構成に加え本発明の光式風向センサ
は、光ファイバの他端に光分岐器を介して接続された光
検出器からＮ箇所の反射板までの光路長が全て異なるよ
うにしてもよい。

【００１２】本発明によれば、風向指示器に連動して穴
あき回転板が回転することにより、光ファイバと反射板
との間の光路が断続される。この光路の断続を光ファイ
バを介して検出することにより風向がわかる。光ファイ
バを伝搬する光は落雷による影響を受けることがないの
で、故障や誤動作がない。また、光式開度センサには電
源が不要であり、光検出器にデータ伝送装置を設置する
必要がない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１４】図１は本発明の光式風向センサの一実施の
形態を示す概念図である。図２は図１に示した光式風向
センサの主要部の拡大図である。図３は図１に示した穴
あき回転板の正面図である。

【００１５】図１及び図２に示す光式風向センサ８は、
風向指示器１に連動して矢印Ａ方向（あるいは逆方向）
に回転する穴あき回転板２と、一端（図２では右端）か
ら光を出射する光ファイバ４１、４２、４３と、光ファ
イバ４１、４２、４３の近傍に配置され、光ファイバ４
１、４２、４３から出射された光を光ファイバ４１、４
２、４３の一端にそれぞれ反射する反射板６１、６２、
６３とを備え、穴あき回転板２の回転に伴って穴２ａ、
２ｂ、２ｃの有無が変化する位置を挟んで光ファイバ４
１、４２、４３と反射板６１、６２、６３とが互いに対
向するように配置されたものである。

【００１６】光ファイバ４１、４２、４３の一端側には
レンズ５１、５２、５３が設けられ、略凹字断面形状の
保持部材１０の一方の側に固定されている。保持部材１
０の他方の側にはレンズ５１、５２、５３に対向するよ
うに反射板６１、６２、６３が配置されている。

【００１７】図３に示す穴あき回転板２の各穴２ａ、２
ｂ、２ｃは、穴あき回転板２のＮ個の同心円上に、中心
軸Ｌｃからｎ番目の同心円上に基準角度位置３から円弧
状に３６０／２ｎの角度の穴有り部（穴２ａ、２ｂ、２
ｃ）と穴無し部とが交互に設けられている。なお、本実
施の形態ではＮ＝３の場合としたが限定されるものでは
ない。

【００１８】穴あき回転板２の中心軸Ｌｃに一番近い同
心円上の円弧状の穴２ａは１８０度分明けられており、
残りの１８０度分には穴が明けられていない。中心軸Ｌ
ｃから２番目の同心円上には９０度の円弧状の穴２ｂ
と、９０度の穴が開けられていない部分とが交互に２組
形成されている。中心軸Ｌｃから３番目の同心円上に
は、４５度の円弧状の穴２ｃと穴無し部とが交互に４組
形成されている。

【００１９】ここで、穴を開ける同心円の数Ｎと風向分
解能との関係を表１に示す。風向の方位分解能は２^Nと
なる。

【００２０】

【表１】

【００２１】図１及び図２に示す３本の光ファイバ４
１、４２、４３の穴あき回転板２と反対側の端は、入力
ポート数が１で出力ポート数が３の副光分岐器７に接続
されている。副光分岐器７の一つの入力ポートから３つ
の出力ポートへの分岐比率はそれぞれ１／３に設定され
ている。光ファイバ４１の長さは例えば１ｍであり、光
ファイバ４２の長さは１１ｍであり、光ファイバ４３の
長さは２１ｍと、１０ｍずつ異なった長さとしてある。

【００２２】図４は図１に示した光式風向センサを用い
た観測システムを示すブロック図である。

【００２３】本システムは、複数の風向指示器（図示せ
ず）に設けられた光式風向センサ８ａ、８ｂ、８ｃ、８
ｄ、…と、各光式風向センサ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、
…の副光分岐器７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、…に光ファイ
バ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、…を介してそれぞ
れ接続された主光分岐器７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０
ｄ、…と、主光分岐器７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０
ｄ、…を直列接続する幹線光ファイバ４９ａ、４９ｂ、
４９ｃ、４９ｄ、４９ｅ、…と、各光式風向センサ８
ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、…に幹線光ファイバ４９ａ、４
９ｂ、４９ｃ、４９ｄ、４９ｅ、…を介して接続された
光検出器９とで構成されている。

【００２４】ここで、例えば副光分岐器７ａの入力ポー
ト側は、入力ポート数が１で、出力ポート数が２の主光
分岐器７０の出力ポート７０２に光ファイバ４０ａによ
り接続されている。

【００２５】主光分岐器７０ａの入力ポート７０３から
出力ポート７０１への分岐比率は０．９９に、入力ポー
ト７０３から出力ポート７０２への分岐比率は０．０１
に設定されている。

【００２６】光検出器９の入出力ポートに接続された幹
線光ファイバ４９ａは、主光分岐器７０ａの入力ポート
７０３に接続され、主光分岐器７０ａの出力ポート７０
２は光式風向センサ８ａに接続され、出力ポート７０１
は次段の主光分岐器７０ｂの入力ポートに接続されてい
る。以下、光式風向センサ８ｂ、８ｃ、８ｄ、…が接続
された主光分岐器７０ｃ、７０ｄ、…が順番に長さ１０
０ｍ以上の１心の幹線光ファイバ４９ｂ、４９ｃ、４９
ｄ、４９ｅ、…で接続されている。

【００２７】光検出器９からは、周期Ｔｐで半値全幅３
０ｎｓｅｃのパルス光が出力されている。パルス光は、
幹線光ファイバ４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ、４９
ｅ、…及び主光分岐器７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０
ｄ、…を経て各光式風向センサ８ａ、８ｂ、８ｃ、８
ｄ、…に到達し、各副光分岐器７ａ、７ｂ、７ｃ、７
ｄ、…を経て各穴あき回転板まで到達する。各穴あき回
転板の穴が光ファイバ４１ａ（４１ｂ、４１ｃ、４１
ｄ、…）、４２ａ（４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、…）、４
３ａ（４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、…）と反射板との間に
位置する場合は、反射板で反射された光が同じ光ファイ
バ４１ａ（４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、…）、４２ａ（４
２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、…）、４３ａ（４３ｂ、４３
ｃ、４３ｄ、…）に入射し、副光分岐器７ａ、７ｂ、７
ｃ、７ｄ、…、主光分岐器７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７
０ｄ、…、幹線光ファイバ４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４
９ｄ、４９ｅ、…を逆方向に伝搬して光検出器９に到達
し、電気信号に変換される。

【００２８】パルス光が光検出器９から出力された後、
光式風向センサ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、…の反射板で
反射されて再び光検出器９に到達して検出されるまでの
間の時間は、光が伝搬する光路（光ファイバや光分岐
器）の長さで決まる。

【００２９】したがって、同じ光式風向センサ８ａ、８
ｂ、８ｃ、８ｄ、…の３本の光ファイバ４１ａ（４１
ｂ、４１ｃ、４１ｄ、…）、４２ａ（４２ｂ、４２ｃ、
４２ｄ、…）、４３ａ（４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、…）
の長さが１０ｍ（往復で２０ｍ）ずつ異なり、光ファイ
バ中を伝搬する光速が約２×１０⁸ｍ／ｓｅｃであるの
で、図５に示すように、反射光の検出時間はそれぞれ１
００ｎｓｅｃずつ異なることになる。すなわち、パルス
光が出射されてから時間の関数として反射光を計測すれ
ば、穴あき回転板の３つの同心円上に形成された円弧状
の穴の有無を検出することができる。この穴あき回転板
の穴の有無のパターンと風向との関係を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】表２に示すように、風向を表１に示す方位
分解能（８段階）で求めることができる。

【００３２】なお、図５は図１に示した光式風向センサ
の検出波形を示す図であり、横軸が時間を示し、縦軸が
受光強度を示している。

【００３３】他の光式風向センサからの反射光は、光式
風向センサ間が１００ｍ以上離れており、反射光の戻り
時間が１μｓｅｃ以上異なることになるので、それぞ
れ、反射の有無（穴あき回転板の穴の有無）を検出する
ことができ、風向指示器の風向を求めることができる。

【００３４】なお、本実施の形態では、検出部から送出
される光パルスは、周期Ｔｐ毎に発光するパルスであっ
たが、疑似ランダム変調したパルス光を用いてもよい。

【００３５】本光式風向センサを、河川に沿って設置
し、遠隔で監視することにより、河川に沿った複数箇所
の風向情報を遠隔で監視することができる。

【００３６】以上において本発明によれば、落雷等の電
気的外乱の影響を受けず、電源を用いることなく気象観
測のための風向検出が行える。

【００３７】また、風向観測場所にデータ伝送のための
伝送機器を設置することなく、光検出器から複数の主光
分岐器を結ぶ幹線光ファイバが１心あれば、複数箇所の
風向を検出することができるので、低コストで複数箇所
の風向観測を遠隔で行うことができる。

【００３８】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００３９】落雷による故障や誤動作が起きず、電源や
データ伝送装置の必要がない光式風向センサの提供を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光式風向センサの一実施の形態を示す
概念図である。

【図２】図１に示した光式風向センサの主要部の拡大図
である。

【図３】図１に示した穴あき回転板の正面図である。

【図４】図１に示した光式風向センサを用いた観測シス
テムを示すブロック図である。

【図５】図１に示した光式風向センサの検出波形を示す
図である。

【符号の説明】

１風向指示器２穴あき回転板４０、４１、４２、４３光ファイバ６１、６２、６３反射板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者海野修司東京都千代田区麹町１丁目３番地財団法人河川情報センター内 (72)発明者松下守夫東京都千代田区神田錦町３丁目６番地電設コンサルタンツ株式会社内 (72)発明者山本哲茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者斎藤健一東京都千代田区丸の内２丁目１番２号日立電線株式会社内Ｆターム(参考） 2F034 AA02 AC10 DB05 DB14 2F103 BA10 BA12 BA17 BA47 CA02 DA06 DA13 EA04 EA24 EB01 EB11 EB32 EC01 EC09 EC11 FA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】風向指示器に連動して回転する穴あき回
転板と、一端から光を出射する光ファイバと、該光ファ
イバの近傍に配置され上記光ファイバから出射された光
を上記光ファイバの一端に反射する反射板とを備え、上
記穴あき回転板の回転に伴って穴の有無が変化する位置
を挟んで上記光ファイバと上記反射板とが互いに対向す
るように配置したことを特徴とする光式風向センサ。
【請求項２】上記穴あき回転板の回転軸を中心として
Ｎ個の同心円上に、中心からｎ番目の同心円上に基準角
度位置から円弧状に３６０／２ｎの角度の穴有り部と穴
無し部とが交互に設けられた請求項１に記載の光式風向
センサ。
【請求項３】上記光ファイバの他端に光分岐器を介し
て接続された光検出器からＮ箇所の反射板までの光路長
が全て異なる請求項１に記載の光式風向センサ。