JP2004257875A - 風向計 - Google Patents
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Abstract
【課題】２つのホール素子を用いて風の方位を検出する風向計にあって、前記ホール素子の出力の変化から検出精度が低下することを防ぐことにある。
【解決手段】Ｘ軸の電圧（Ｘｉ）とＹ軸の電圧（Ｙ）とから風の方向θを演算するものにあって、それぞれＸ軸、Ｙ軸の各出力の一方がＯＶの時に他方の電圧を最大値又は最小値として取り込む。また他方がＯＶの時に一方の電圧を最大値又は最小値として取り込む。そして、このＸ軸とＹ軸との出力が比較され、相違があれば補正係数としてＸ軸の出力電圧（Ｘｉ）に乗じ、それからＹ軸の出力電圧（Ｙ）とで風の方位を演算する。
【選択図】 図４
【解決手段】Ｘ軸の電圧（Ｘｉ）とＹ軸の電圧（Ｙ）とから風の方向θを演算するものにあって、それぞれＸ軸、Ｙ軸の各出力の一方がＯＶの時に他方の電圧を最大値又は最小値として取り込む。また他方がＯＶの時に一方の電圧を最大値又は最小値として取り込む。そして、このＸ軸とＹ軸との出力が比較され、相違があれば補正係数としてＸ軸の出力電圧（Ｘｉ）に乗じ、それからＹ軸の出力電圧（Ｙ）とで風の方位を演算する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は風の方位を得る風向計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、風向計は、風向指示体が固定軸に回転自在に設けられていると共に、尾翼が設けられ、この尾翼にて風向指示体が風の方向に正体するように設けられている。この風向指示体が示す方位は、固定軸の外側に設けられた筒状の回転部材の回動になって現れ、この回転部材にセルシン発信器、ポテンショメータ、エンコーダなどの風向出力装置を連結して風向情報を得て、風向表示装置に出力していた（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、前述の風向出力装置は高価であると共に、ごみやほこりに対して弱く、問題点を有していた。そこで、風向に追従して回転する磁石を設け、この磁石の内側に２つのホール素子（センサ）を設けて、このセンサが得たＸ軸の電圧とＹ軸の電圧とにて風向を演算することが行われている（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】実開昭５８−４９２６３号公報
【特許文献２】実開昭５１−８４５７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した風向を２つのホール素子の出力（電圧）からベクトル計算をして得る例では、磁石及びホール素子の温度変化や、経年変化により該ホール素子の出力が変化し、両出力に差が生じるようになり、そのまま出力を用いると精度に直接影響を及ぼすことになっていた。
【０００６】
そこで、この発明は、２つのホール素子の電圧の特性を比較して両特性を合わせることで、精度的に安定した風向信号を得ることができる風向計を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る風向計は、風向に追従して回転する磁石を設け、この磁石の内側に２つのホール素子を９０度への角度を有して固定し、風の向きに従って回転する磁石の位置から位相差を持つＸ軸の電圧とＹ軸の電圧を得て、この２つの電圧の特性を比較して補正係数を算出し、この補正係数を前記Ｘ軸の電圧に乗じた上でＹ軸の電圧とから方位を演算するものである（請求項１）。
【０００８】
したがって、２つのホール素子から得られるそれぞれの電圧の最大値と最小値を比較し、その差がなければ精度的に影響はないが、両者の出力の相違が生じた時は、補正係数を算出し、この補正値をＸ軸の電圧に乗じた上で、両センサからの特性が合わせられ、そしてＹ軸の電圧とから方位が演算されるので、精度を維持することが出来る。
【０００９】
また、補正係数はＹ軸の電圧の最大値から最小値を減じた値を、Ｘ軸の電圧の最大値から最小値を減じた値を除すことで得られることにある（請求項２）。この補正係数の演算がホール素子（センサ）からの出力電圧が正弦波である特徴から、特性の相違を最大値と最小値を押さえることで容易に検出できるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面により説明する。
【００１１】
図１，図２において、風向計１が示され、円筒状の風向指示胴体２が固定軸３に回転自在に取付られると共に、この風向指示胴体２の後方に尾翼４が設けられ、この尾翼４により風向指示胴体２の頭部が風の方向に正体するように追従制御がなされる。
【００１２】
風向指示胴体２の回動は、該風向指示胴体２の下端に突設の突軸５を介して、前記回転軸３の外側に配された回転カバー６と接合され、該回転カバー６を回転させる。７は軸受である。この回転カバー６の下端で内側には、それに添う円筒形の磁石１０が取付られている。
【００１３】
ホール素子１１，１２は、前記した磁石１０の内側で、しかも、ホール素子１１はＹ軸の出力を、ホール素子１２はＸ軸の出力を司り、両ホール素子１１，１２は９０度の角度を持たされて固定板１３に取付られている。したがって、磁石１０が一方向に回転すると、ホール素子１１とホール素子１２との出力は共に正弦波となると共に、その位相が９０度ずれて表れる。
【００１４】
図３において、２つのホール素子１１，１２から出力電圧の演算処理用の回路図が示され、共に演算増幅器１４，１５にて増幅されスキャナー１６にて選択して入力され、Ａ−Ｄ変換器１７で信号がデジタル化され、公知のマイクロコンピュータ１８に入力される。そして、このマイクロコンピュータ１８にて下記するように方位が演算され、風向表示装置１９に出力され、方位が表示される。
【００１５】
図４は方位の演算のメインルーチンが示され、これを説明すると、スタートステップ３０から始まり、ステップ３１に至ってＸ軸の出力電圧（Ｘｉ）であるホール素子１１の電圧の最大値（Ｘｍａｘ）と最小値（Ｘｍｉｎ）を設定しステップ３２に至る。ステップ３２にあっては、Ｙ軸の出力（Ｙ）であるホール素子１２の電圧の最大値（Ｙｍａｘ）と最小値（Ｘｍｉｎ）を設定し、ステップ３３に至る。ステップ３３にあっては、α＝１に設定する。αは下記の数式で得られる値である。
【００１６】
【数１】
【００１７】
ステップ３４にあっては、Ｘ軸の出力であるホール素子１１から得られる電圧の最大値（Ｘｍａｘ）と最小値（Ｘｍｉｎ）が検出される。このＸ軸（Ｘｍａｘ，Ｘｍｉｎ）の検出のサブルーチンは、図５に示され、説明すると、ステップ５０に至ってＸ軸の出力であるホール素子１１の現在の電圧（Ｘｉ）が取込まれ、ステップ５１に至る。ステップ５１では、Ｙ軸の出力電圧ＹがＯＶなのか判断される。ＮＯの時は、ただちにＥＮＤステップ５５に至る。ステップ５１で出力電圧Ｙ＝ＯＶの時に、ステップ５２に至ってＸｉ＞Ｏの判断がなされ、Ｘ軸の出力電圧（Ｘｉ）がＯＶより大きい正域ではステップ５３に至り、Ｘ軸のホール素子１１からの電圧（Ｘｉ）の最大値（Ｘｍａｘ）が更新される。またＸ軸の出力電圧（Ｘｉ）がＯＶより小さい負域では、ステップ５４に至ってＸ軸のホール素子１１からの電圧（Ｘｉ）の最小値（Ｘｍｉｎ）が更新される。
【００１８】
メインルーチンに戻り、ステップ３５にあっては、Ｙ軸の出力であるホール素子１２から得られる電圧（Ｙ）の最大値（Ｙｍａｘ）と最小値（Ｙｍｉｎ）が検出される。このＹ軸のＹｍａｘ，Ｘｍｉｎ検出のサブルーチンは、図６に示され、説明すると、ステップ６０に至ってＹ軸の出力であるホール素子１２の現在の電圧（Ｙ）が取込まれ、ステップ６１に至る。ステップ６１では、Ｘ軸の出力電圧（Ｘｉ）がＯＶなのか判断される。ＮＯの時はただちにＥＮＤステップ６５に至る。ステップ６１で（出力電圧）Ｘｉ＝ＯＶの時に、ステップ６２に至ってＹ＞ＯＶの判断がなされ、Ｙ軸の電圧（Ｙ）がＯよりも大きい正域ではステップ６３に至り、Ｙ軸のホール素子１２からの電圧（Ｙ）の最大値（Ｙｍａｘ）が更新される。また、Ｙ軸の出力電圧（Ｙ）がＯより小さい負域では、ステップ５４に至ってＸ軸のホール素子１２からの電圧（Ｙ）の最小値（Ｙｍｉｎ）が更新される。
【００１９】
再びメインルーチンに戻り、ステップ３６にあってはαの計算が前述した数式でなされる。即ち、Ｘ軸の出力であるホール素子１１の最大値、最小値、Ｙ軸の出力であるホール素子１２の最大値、最小値に変化が生じてくる同じ波形であるか否かをαを求めることで判断される。このαの値が温度や経年変化にて変わり、このαの値を補正係数として、Ｘ軸の出力電圧（Ｘｉ）に乗じ（Ｘ＝Ｘｉ×α）、ステップ３８に至る。
【００２０】
ステップ３８にあっては、風向計算がなされる。即ち、θ＝ＴＡＮ−１Ｙ／Ｘとして計算され、方位θが得られる。即ち、この方位は、前記したセンサであるホール素子１１，１２の出力が補正係数αにて補正されていることから、正確な角度θを出力することができる。そしてステップ３９に至り、外部の風向表示機器へ出力される。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、２つのホール素子から得られるそれぞれの電圧の最大値と最小値を比較し、その差がなければ精度的に影響はないが、両者の出力の相違が生じた時は、補正値を算出し、この補正値をＸ軸の電圧に乗じた上で、両センサからの特性が合わせられることから精度を維持することができる。そして、両ホール素子が９０度の角度を持つことから、一方の出力がＯＶの時に一方の出力が最大値又は最小値となり、該最大値又は最小値の検出が簡単である利点を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の風向計の側面図である。
【図２】同上の横断面図である。
【図３】同上の風向計の風向演算回路図である。
【図４】風向演算用のメインルーチンである。
【図５】Ｘ軸ｍａｘ．ｍｉｎ検出用のサブルーチンである。
【図６】Ｙ軸ｍａｘ．ｍｉｎ検出用のサブルーチンである。
【符号の説明】
１ 風向計
２ 風向指示胴体
３ 固定軸
４ 尾翼
６ 回転カバー
１１ ホール素子
１２ ホール素子
１４ 演算増幅器
１５ 演算増幅器
１８ マイクロコンピュータ
１９ 風向表示装置
【発明の属する技術分野】
この発明は風の方位を得る風向計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、風向計は、風向指示体が固定軸に回転自在に設けられていると共に、尾翼が設けられ、この尾翼にて風向指示体が風の方向に正体するように設けられている。この風向指示体が示す方位は、固定軸の外側に設けられた筒状の回転部材の回動になって現れ、この回転部材にセルシン発信器、ポテンショメータ、エンコーダなどの風向出力装置を連結して風向情報を得て、風向表示装置に出力していた（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、前述の風向出力装置は高価であると共に、ごみやほこりに対して弱く、問題点を有していた。そこで、風向に追従して回転する磁石を設け、この磁石の内側に２つのホール素子（センサ）を設けて、このセンサが得たＸ軸の電圧とＹ軸の電圧とにて風向を演算することが行われている（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】実開昭５８−４９２６３号公報
【特許文献２】実開昭５１−８４５７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した風向を２つのホール素子の出力（電圧）からベクトル計算をして得る例では、磁石及びホール素子の温度変化や、経年変化により該ホール素子の出力が変化し、両出力に差が生じるようになり、そのまま出力を用いると精度に直接影響を及ぼすことになっていた。
【０００６】
そこで、この発明は、２つのホール素子の電圧の特性を比較して両特性を合わせることで、精度的に安定した風向信号を得ることができる風向計を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る風向計は、風向に追従して回転する磁石を設け、この磁石の内側に２つのホール素子を９０度への角度を有して固定し、風の向きに従って回転する磁石の位置から位相差を持つＸ軸の電圧とＹ軸の電圧を得て、この２つの電圧の特性を比較して補正係数を算出し、この補正係数を前記Ｘ軸の電圧に乗じた上でＹ軸の電圧とから方位を演算するものである（請求項１）。
【０００８】
したがって、２つのホール素子から得られるそれぞれの電圧の最大値と最小値を比較し、その差がなければ精度的に影響はないが、両者の出力の相違が生じた時は、補正係数を算出し、この補正値をＸ軸の電圧に乗じた上で、両センサからの特性が合わせられ、そしてＹ軸の電圧とから方位が演算されるので、精度を維持することが出来る。
【０００９】
また、補正係数はＹ軸の電圧の最大値から最小値を減じた値を、Ｘ軸の電圧の最大値から最小値を減じた値を除すことで得られることにある（請求項２）。この補正係数の演算がホール素子（センサ）からの出力電圧が正弦波である特徴から、特性の相違を最大値と最小値を押さえることで容易に検出できるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面により説明する。
【００１１】
図１，図２において、風向計１が示され、円筒状の風向指示胴体２が固定軸３に回転自在に取付られると共に、この風向指示胴体２の後方に尾翼４が設けられ、この尾翼４により風向指示胴体２の頭部が風の方向に正体するように追従制御がなされる。
【００１２】
風向指示胴体２の回動は、該風向指示胴体２の下端に突設の突軸５を介して、前記回転軸３の外側に配された回転カバー６と接合され、該回転カバー６を回転させる。７は軸受である。この回転カバー６の下端で内側には、それに添う円筒形の磁石１０が取付られている。
【００１３】
ホール素子１１，１２は、前記した磁石１０の内側で、しかも、ホール素子１１はＹ軸の出力を、ホール素子１２はＸ軸の出力を司り、両ホール素子１１，１２は９０度の角度を持たされて固定板１３に取付られている。したがって、磁石１０が一方向に回転すると、ホール素子１１とホール素子１２との出力は共に正弦波となると共に、その位相が９０度ずれて表れる。
【００１４】
図３において、２つのホール素子１１，１２から出力電圧の演算処理用の回路図が示され、共に演算増幅器１４，１５にて増幅されスキャナー１６にて選択して入力され、Ａ−Ｄ変換器１７で信号がデジタル化され、公知のマイクロコンピュータ１８に入力される。そして、このマイクロコンピュータ１８にて下記するように方位が演算され、風向表示装置１９に出力され、方位が表示される。
【００１５】
図４は方位の演算のメインルーチンが示され、これを説明すると、スタートステップ３０から始まり、ステップ３１に至ってＸ軸の出力電圧（Ｘｉ）であるホール素子１１の電圧の最大値（Ｘｍａｘ）と最小値（Ｘｍｉｎ）を設定しステップ３２に至る。ステップ３２にあっては、Ｙ軸の出力（Ｙ）であるホール素子１２の電圧の最大値（Ｙｍａｘ）と最小値（Ｘｍｉｎ）を設定し、ステップ３３に至る。ステップ３３にあっては、α＝１に設定する。αは下記の数式で得られる値である。
【００１６】
【数１】
ステップ３４にあっては、Ｘ軸の出力であるホール素子１１から得られる電圧の最大値（Ｘｍａｘ）と最小値（Ｘｍｉｎ）が検出される。このＸ軸（Ｘｍａｘ，Ｘｍｉｎ）の検出のサブルーチンは、図５に示され、説明すると、ステップ５０に至ってＸ軸の出力であるホール素子１１の現在の電圧（Ｘｉ）が取込まれ、ステップ５１に至る。ステップ５１では、Ｙ軸の出力電圧ＹがＯＶなのか判断される。ＮＯの時は、ただちにＥＮＤステップ５５に至る。ステップ５１で出力電圧Ｙ＝ＯＶの時に、ステップ５２に至ってＸｉ＞Ｏの判断がなされ、Ｘ軸の出力電圧（Ｘｉ）がＯＶより大きい正域ではステップ５３に至り、Ｘ軸のホール素子１１からの電圧（Ｘｉ）の最大値（Ｘｍａｘ）が更新される。またＸ軸の出力電圧（Ｘｉ）がＯＶより小さい負域では、ステップ５４に至ってＸ軸のホール素子１１からの電圧（Ｘｉ）の最小値（Ｘｍｉｎ）が更新される。
【００１８】
メインルーチンに戻り、ステップ３５にあっては、Ｙ軸の出力であるホール素子１２から得られる電圧（Ｙ）の最大値（Ｙｍａｘ）と最小値（Ｙｍｉｎ）が検出される。このＹ軸のＹｍａｘ，Ｘｍｉｎ検出のサブルーチンは、図６に示され、説明すると、ステップ６０に至ってＹ軸の出力であるホール素子１２の現在の電圧（Ｙ）が取込まれ、ステップ６１に至る。ステップ６１では、Ｘ軸の出力電圧（Ｘｉ）がＯＶなのか判断される。ＮＯの時はただちにＥＮＤステップ６５に至る。ステップ６１で（出力電圧）Ｘｉ＝ＯＶの時に、ステップ６２に至ってＹ＞ＯＶの判断がなされ、Ｙ軸の電圧（Ｙ）がＯよりも大きい正域ではステップ６３に至り、Ｙ軸のホール素子１２からの電圧（Ｙ）の最大値（Ｙｍａｘ）が更新される。また、Ｙ軸の出力電圧（Ｙ）がＯより小さい負域では、ステップ５４に至ってＸ軸のホール素子１２からの電圧（Ｙ）の最小値（Ｙｍｉｎ）が更新される。
【００１９】
再びメインルーチンに戻り、ステップ３６にあってはαの計算が前述した数式でなされる。即ち、Ｘ軸の出力であるホール素子１１の最大値、最小値、Ｙ軸の出力であるホール素子１２の最大値、最小値に変化が生じてくる同じ波形であるか否かをαを求めることで判断される。このαの値が温度や経年変化にて変わり、このαの値を補正係数として、Ｘ軸の出力電圧（Ｘｉ）に乗じ（Ｘ＝Ｘｉ×α）、ステップ３８に至る。
【００２０】
ステップ３８にあっては、風向計算がなされる。即ち、θ＝ＴＡＮ−１Ｙ／Ｘとして計算され、方位θが得られる。即ち、この方位は、前記したセンサであるホール素子１１，１２の出力が補正係数αにて補正されていることから、正確な角度θを出力することができる。そしてステップ３９に至り、外部の風向表示機器へ出力される。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、２つのホール素子から得られるそれぞれの電圧の最大値と最小値を比較し、その差がなければ精度的に影響はないが、両者の出力の相違が生じた時は、補正値を算出し、この補正値をＸ軸の電圧に乗じた上で、両センサからの特性が合わせられることから精度を維持することができる。そして、両ホール素子が９０度の角度を持つことから、一方の出力がＯＶの時に一方の出力が最大値又は最小値となり、該最大値又は最小値の検出が簡単である利点を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の風向計の側面図である。
【図２】同上の横断面図である。
【図３】同上の風向計の風向演算回路図である。
【図４】風向演算用のメインルーチンである。
【図５】Ｘ軸ｍａｘ．ｍｉｎ検出用のサブルーチンである。
【図６】Ｙ軸ｍａｘ．ｍｉｎ検出用のサブルーチンである。
【符号の説明】
１ 風向計
２ 風向指示胴体
３ 固定軸
４ 尾翼
６ 回転カバー
１１ ホール素子
１２ ホール素子
１４ 演算増幅器
１５ 演算増幅器
１８ マイクロコンピュータ
１９ 風向表示装置
Claims (2)
- 風向に追従して回転する磁石を設け、この磁石の内側に２つのホール素子を９０度への角度を有して固定し、風の向きに従って回転する磁石の位置から位相差を持つＸ軸の電圧とＹ軸の電圧を得て、この２つの電圧の特性を比較して補正係数を算出し、この補正係数を前記Ｘ軸の電圧に乗じた上でＹ軸の電圧とから方位を演算するようにしたことを特徴とする風向計。
- 補正係数はＹ軸の電圧の最大値から最小値を減じた値を、Ｘ軸の電圧の最大値から最小値を減じた値で除することで得られることを特徴とする請求項１記載の風向計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003049356A JP2004257875A (ja) | 2003-02-26 | 2003-02-26 | 風向計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003049356A JP2004257875A (ja) | 2003-02-26 | 2003-02-26 | 風向計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004257875A true JP2004257875A (ja) | 2004-09-16 |
Family
ID=33115096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003049356A Pending JP2004257875A (ja) | 2003-02-26 | 2003-02-26 | 風向計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004257875A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113982857A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-01-28 | 国家电网有限公司 | 一种智慧风场监测的涡振变流防护装置 |
-
2003
- 2003-02-26 JP JP2003049356A patent/JP2004257875A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113982857A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-01-28 | 国家电网有限公司 | 一种智慧风场监测的涡振变流防护装置 |
| CN113982857B (zh) * | 2021-10-27 | 2023-09-01 | 国家电网有限公司 | 一种智慧风场监测的涡振变流防护装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060203 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20090414 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090604 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20090825 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |