JP2005009973A - Anemometer - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光回転検出器を用いた風速計に関する。
【0002】
【従来の技術】
風向風速計の中には、光を用いた回転検出器(光回転検出器)を用いてプロベラの回転を非接触検出することによって風速を測定するタイプのものがある。この光回転検出器は、光ファイバからプロベラに連結したスリット板に向けて光を出射し、その反射光を受光することにより反射光の強弱に基づくパルス信号を生成するものである。このような光回転検出器を用いた風向風速計は、上記パルス信号を計数することによって風速を計測する。このような光回転検出器については、例えば実公昭63−10527号公報、実公昭63−11657号公報あるいは特開平8−160063号公報等に開示されている。
【0003】
【特許文献1】
実公昭63−10527号公報
【特許文献2】
実公昭63−11657号公報
【特許文献3】
特開平8−160063号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術には、スポット径が比較的大きな光ファイバの出射光をスリット板に照射して反射光を得るので、スリット板のスリット数が制限されて高精度の回転検出ができない。すなわち、光のスポット径が大きい場合には、広い間隔でスリットが形成されたスリット板を用いる必要があるので、必然的にスリット数が少なくなり、スリット板が1回転することによって得られる反射光のパルス数が少なくなる。このパルス数が少ないということは、要するに回転の検出精度が低いということであり、したがって風速の測定精度が低くなる。
【0005】
また、従来の光回転検出器は、光学系がLED等の発光素子、光ファイバ及びフォトダイオード等の受光素子等々、複数の個別部品で構成されているために、製造時において組み立て工数が掛かると共にコスト高であるという問題点もある。
【0006】
本発明は、風速の測定精度を向上させると共に製造コストを低減することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、プロペラの回転を光回転検出器で非接触検出することにより風速を測定する風速計において、光回転検出器は、プロペラに連結されると共に周面に所定間隔で溝部が形成された円体と、対物レンズを介することにより検出光を周面あるいは溝部の何れか一方に集光させた状態で照射すると共に、円体から得られる反射光を対物レンズを介して受光する光照射受光手段と、該光照射受光手段の受光出力を風速を示す風速信号として外部に出力する出力手段とを具備するという手段を採用する。
【0008】
すなわち、このような手段によれば、検出光を円体の周面あるいは溝部の何れか一方に集光させた状態で照射するので、検出光が集光する部位から得られる反射光は強度が強く、検出光が集光しない部位から得られる反射光は強度が弱くなる。例えば検出光を周面に集光させた場合には、当該周面からの反射光の強度が強くなり、これに比べて溝部からの反射光の強度は弱くなる。これに対して、検出光を溝部に集光させた場合には、当該溝部からの反射光の強度が強くなり、これに比べて周面からの反射光の強度は弱くなる。検出光は円体の回転に伴って周面と溝部とに交互に照射されるので、反射光の強度は強弱を繰り返すものとなる。
【0009】
また、検出光は周面あるいは溝部に集光・照射されるので、周面あるいは溝部における光スポットは極めて小さなものとなる。この光スポットのスポット径は、対物レンズの性能や検出光の性質に依存するが、少なくとも従来のように光ファイバの端面から出射された光よりも大幅に小さな径となる。
【0010】
また、本発明では、上記手段において、円体と光照射受光手段との間に外光を遮蔽する外光遮蔽手段を配置するという手段を採用する。このような手段を採用することにより、外光が外乱として作用することを防止することが可能である。
【0011】
さらに、本発明では、上記各手段において、光照射受光手段を、平面を有する基材と、対物レンズと、基材上に配置されたLEDと、該LEDに隣接して基材上に配置されたフォトダイオードと、基材に固定され、LED及びフォトダイオードの前方に対物レンズを固定配置するレンズホルダとからなる単一部品として形成するという手段を採用する。このように光学系を構成する各種部品を単一部品として構成することにより製造における組み立てが容易になる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、風速計測機能に加えて風向計測機能をも有する風向風速計に本発明を適用した場合に関するものである。
【0013】
図1は本風向風速計の外観及び一部断面を示す正面図、また図2はである。この図に示すように、本風向風速計は、略中空円筒状の胴体1の先端部にプロペラシャフト2を介してプロペラ3が回転自在に取り付けられると共に、胴体1の後端部には翼4が一体に設けられ、さらに胴体1の中心部が風向シャフト5を介することにより上記プロペラシャフトと2と直行する方向に回転自在に中空状の固定スタンド6に取り付けられたものである。
【0014】
胴体1内において、プロペラシャフト2の後端部には円盤状のエンコーダ7(円体)が取り付けられている。このエンコーダ7は、図示するように一定厚の円板であり、その周面7aには一定間隔で溝部7bが形成されている(図2参照)。すなわち、エンコーダ7の周面7aは、溝部7bが一定間隔となるように形成されているために、周面7aによって形成される凸部と溝部7bによって形成される凹部とが規則正しく配列した凹凸状になっている。
【0015】
一方、風向シャフト5は2重筒状態になっており、その内部には下端が胴体1に固定された固定シャフト8が設けられている。そして、この固定シャフト8の上端には、上記エンコーダ7の周面7aに対向する状態でセンサ部9が固定されている。センサ部9は、図2に示されているように、略円筒形状の光センサ10(光照射受光手段)と、この光センサ10を上記エンコーダ7に対して一定距離Dを隔てた状態に固定する3つのホルダ部材11〜13とから構成されている。この光センサ10と上記エンコーダ7とは、本実施形態における光回転検出器を構成している。
【0016】
これら各ホルダ部材11〜13のうち、ホルダ部材11は両端面が開口した略中空円筒状の樹脂部材であり、同じく略中空円筒状のホルダ部材12内に嵌め合い固定されている。光センサ10は、その周面がホルダ部材11の内周面がに圧接するように当該ホルダ部材11に圧入されることによって、ホルダ部材12内に位置規制された状態で固定されている。ホルダ部材12は、金属部材であり、上端には窓部14(外光遮蔽手段)が形成されている。
【0017】
この窓部14は、光センサ10から出射された検出光及びその反射光を通過させると共に、外光を遮蔽するためのものであり、図示するように断面形状が台形に形成されている。光センサ10は、この窓部14を間に挟んだ状態で上記エンコーダ7の周面7a及び溝部7bと対向している。このような窓部14を有するホルダ部材12は、略中空円筒状に形成されたホルダ部材13の上部開口側からホルダ部材13内に挿入されてネジ止め固定されている。
【0018】
なお、ホルダ部材12のホルダ部材13内への挿入量は、光センサ10とエンコーダ7の周面7aとが一定距離Dとなるように調節されている。このようにホルダ部材11,12を介して光センサ10が内部に固定されたホルダ部材13は、下端が上記固定シャフト8の上端に固定されている。
【0019】
また、固定スタンド6内には、風向検出部15及び回路基板16等が設けられている。風向検出部15は、風向シャフト5の回転状態に基づいて風向を検出するものである。一方、回路基板16は、当該風向検出部15の検出信号を風向を示す測定信号として外部に出力すると共に上記光センサ10の検出信号を風速を示す測定信号として外部に出力するための電気的処理を行うものである。
【0020】
次に、上記光センサ10の詳細構成について図3を参照して説明する。
この光センサ10は、円形平板形状の基材10aの表面上にLED10b及びフォトトランジスタ10cを隣接配置すると共に、これらLED10b及びフォトトランジスタ10cの前方に対物レンズ10dを固定配置したものである。
【0021】
対物レンズ10dは、図示するように、LED10bから出射された検出光の焦点がエンコーダ7の周面7aに結ぶように検出光を集光させると共に、当該検出光が周面7aあるいは溝部7bによって反射されて戻ってくる反射光をフォトトランジスタ10cの受光面に集光させる。すなわち、この対物レンズ10dは、焦点距離がエンコーダ7の周面7aの位置となるように光学設計されている。このような対物レンズ10dは、上記LED10b及びフォトトランジスタ10cと共にケース10f内に収納されている。
【0022】
ケース10fは、一端に上記基材10aが、また他端には円形ガラス板10eが各々嵌め合わされた略中空円筒状に形成されており、対物レンズ10dをLED10b及びフォトトランジスタ10cの前方に固定するためのレンズホルダでもある。また、上記基材10aの裏面には、LED10b及びフォトトランジスタ10cLED10bを外部と電気的に接続するための端子10gが設けられている。このように光センサ10は、単一の光学部品として形成されている。
【0023】
次に、このように構成された風向風速計の動作について詳しく説明する。
このような風向風速計では、翼4が風を受けると、胴体1(すなわち風向シャフト5)が回転して風向きに応じた向きに姿勢設定される。そして、このような風向シャフト5の回転は、風向検出部15によって検出されて検出信号に変換され、さらに回路基板16によって風向を示す測定信号に変換されて外部に出力される。
【0024】
また、このような風向計測と並行して、プロペラ3が風を受けることによってエンコーダ7が回転する。そして、このエンコーダ7の回転は光センサ10によって検出信号に変換され、さらに回路基板16によって風速を示す測定信号に変換されて外部に出力される。
【0025】
光センサ10は、エンコーダ7との間の距離Dが対物レンズ10dの焦点距離に対応して正確に位置規制されているので、LED10bから出射された検出光は、風によって回転するエンコーダ7の周面7aに正確に焦点を結ぶ状態で周面7aあるいは溝部7bに対して常時照射される。この結果、検出光が周面7aあるいは溝部7bに照射されて得られる反射光のうち、集光面である周面7aの反射光は強度が強く、非集光面である溝部7bの反射光は、周面7aの反射光よりも弱い強度となる。
【0026】
このような周面7aの反射光と溝部7bの反射光とは、エンコーダ7が回転することによって交互に発生する。そして、この反射光の強弱の繰り返し周波数は、エンコーダ7(プロペラ3)の回転速度つまり風速に対応したものとなる。フォトトランジスタ10cは、このような反射光を受光するもので、その検出信号は、上記反射光の強弱に対応して電圧レベルが変化する信号となり、当該電圧レベルの繰り返し周波数は、風速に対応したものとなる。回路基板15は、このような検出信号を例えばパルス信号に変換し測定信号として外部に出力する。
【0027】
ここで、本風向風速計では、LED10bから出射された検出光は、上述したように周面7aに焦点を結ぶようにエンコーダ7に照射されるので、その光スポットの径(スポット径)は少なくとも従来技術のように光ファイバの端面から出射された光のスポット径よりも大幅に小さくなる。エンコーダ7における溝部7b(つまり周面7a)の間隔は、この小さなスポット径に対応して短間隔に設定されている。
【0028】
すなわち、本風向風速計によれば、エンコーダ7が1回転したときに得られる上記パルス信号の個数は従来よりも多くなり、したがってエンコーダ7の回転速度つまり風速を高精度に測定することができる。従来技術では、光ファイバから出射される検出光のスポット径が比較的大きかったことによって風速測定精度が拘束されていたが、本風向風速計では、実質的に検出光のスポット径が風速測定精度を制約されることがない。
【0029】
また、本風向風速計によれば、外光を遮蔽してセンサ10から出射された検出光及びエンコーダ7からの反射光のみを通過させる窓部14を備えているので、外光が反射光に混入してフォトトランジスタ10cで受光されることを防止することが可能であり、したがって外光による風速測定精度の低下を防止することができる。
【0030】
さらに、本風向風速計の光センサ10は、LED10b、フォトトランジスタ10c及び対物レンズ10d等の光学部品が基材10a及びケース10fを介して一体部品として形成されているので、光学上の調整が簡単である。すなわち、光学上の調整ポイントは、エンコーダ7の周面7aと光センサ10との距離Dのみであり、この距離Dは、上述したセンサ部9の構成によって容易に調整される。したがって、本風向風速計は、製造における光学系の調整が容易なので、組み立てが容易であると共に製造コストを低減させることができる。
【0031】
なお、上記実施形態では、エンコーダ7の周面7aを検出光の集光面に設定したが、本発明はこれに限定されるものではない。周面7aに代えて溝部7bを集光面に設定しても良い。
また、上記実施形態は本発明を風向風速計に適用した場合に関するものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。、
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プロペラの回転を光回転検出器で非接触検出することにより風速を測定する風速計において、光回転検出器は、プロペラに連結されると共に周面に所定間隔で溝部が形成された円体と、対物レンズを介することにより検出光を周面あるいは溝部の何れか一方に集光させた状態で照射すると共に、円体から得られる反射光を対物レンズを介して受光する光照射受光手段と、該光照射受光手段の受光出力を風速を示す風速信号として外部に出力する出力手段とを具備するので、風速の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係わる風向風速計の外観及び一部断面を示す正面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係わる風向風速計の要部拡大断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係わる風向風速計における光センサの縦断面図である。
【符号の説明】
1…… 胴体
2…… プロペラシャフト
3…… プロペラ
4…… 翼
5…… 風向シャフト
6…… 固定スタンド
7…… エンコーダ(円体)
7a……周面
7b……溝部
8…… 固定シャフト
9…… センサ部
10……光センサ(光照射受光手段)
10a……基材
10b……LED
10c……フォトトランジスタ
10d……対物レンズ
10e……ガラス板
10f……ケース
11〜13……ホルダ部材
14……窓部(外光遮蔽手段)
15……風向検出部
16……回路基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an anemometer using an optical rotation detector.
[0002]
[Prior art]
Some anemometers measure the wind speed by detecting the rotation of the prober in a non-contact manner using a rotation detector using light (optical rotation detector). This optical rotation detector emits light from an optical fiber toward a slit plate connected to a prober, and receives the reflected light to generate a pulse signal based on the intensity of the reflected light. An anemometer using such an optical rotation detector measures the wind speed by counting the pulse signals. Such optical rotation detectors are disclosed in, for example, Japanese Utility Model Publication No. 63-10527, Japanese Utility Model Publication No. 63-11657, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-160063, and the like.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 63-10527 [Patent Document 2]
Japanese Utility Model Publication No. 63-11657 [Patent Document 3]
JP-A-8-160063 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above prior art, since the reflected light is obtained by irradiating the slit plate with the emitted light of the optical fiber having a relatively large spot diameter, the number of slits of the slit plate is limited and high-precision rotation detection cannot be performed. That is, when the spot diameter of light is large, it is necessary to use a slit plate in which slits are formed at a wide interval. Therefore, the number of slits is inevitably reduced, and the reflected light obtained by rotating the slit plate once. The number of pulses decreases. The fact that the number of pulses is small means that the rotation detection accuracy is low, and therefore the wind speed measurement accuracy is low.
[0005]
Further, in the conventional optical rotation detector, the optical system is composed of a plurality of individual parts such as light emitting elements such as LEDs, light receiving elements such as optical fibers and photodiodes, etc. There is also a problem that the cost is high.
[0006]
The object of the present invention is to improve the measurement accuracy of the wind speed and reduce the manufacturing cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, in an anemometer that measures the wind speed by non-contact detection of the rotation of the propeller by the optical rotation detector, the optical rotation detector is connected to the propeller and is mounted on the circumferential surface. A circular body having grooves formed at predetermined intervals and the objective lens are used to irradiate the detection light in a condensed state on either the peripheral surface or the groove part, and the reflected light obtained from the circular body is reflected on the objective lens. The light irradiation light receiving means that receives light via the light, and the output means that outputs the light reception output of the light irradiation light receiving means as a wind speed signal indicating the wind speed to the outside are employed.
[0008]
That is, according to such means, since the detection light is irradiated in a state of being condensed on either the circumferential surface or the groove of the circular body, the reflected light obtained from the portion where the detection light is condensed has an intensity. The intensity of the reflected light which is strong and is obtained from a portion where the detection light is not condensed is weak. For example, when the detection light is collected on the peripheral surface, the intensity of the reflected light from the peripheral surface is increased, and the intensity of the reflected light from the groove portion is reduced compared to this. On the other hand, when the detection light is condensed on the groove, the intensity of the reflected light from the groove is increased, and the intensity of the reflected light from the peripheral surface is lower than this. Since the detection light is alternately irradiated onto the peripheral surface and the groove as the circular body rotates, the intensity of the reflected light repeatedly increases and decreases.
[0009]
Further, since the detection light is condensed and irradiated on the peripheral surface or the groove portion, the light spot on the peripheral surface or the groove portion is extremely small. The spot diameter of this light spot depends on the performance of the objective lens and the nature of the detection light, but is a diameter that is significantly smaller than at least the light emitted from the end face of the optical fiber as in the prior art.
[0010]
In the present invention, in the above-mentioned means, means for arranging an external light shielding means for shielding external light between the circular body and the light irradiation / light receiving means is adopted. By adopting such means, it is possible to prevent external light from acting as a disturbance.
[0011]
Further, in the present invention, in each of the above means, the light irradiation / light receiving means is arranged on the base material adjacent to the LED, the base material having a flat surface, the objective lens, the LED arranged on the base material, and the LED. In this case, a unit is used which is formed as a single part including a photodiode and a lens holder which is fixed to a substrate and which has an LED and an objective lens fixedly disposed in front of the photodiode. Thus, the various parts which comprise an optical system are comprised as a single part, and the assembly in manufacture becomes easy.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment relates to a case where the present invention is applied to an anemometer having a wind direction measuring function in addition to a wind speed measuring function.
[0013]
FIG. 1 is a front view showing an appearance and a partial cross section of the anemometer, and FIG. As shown in this figure, in the anemometer, a propeller 3 is rotatably attached to a front end portion of a substantially hollow cylindrical body 1 via a propeller shaft 2 and a
[0014]
In the body 1, a disc-shaped encoder 7 (circular body) is attached to the rear end portion of the propeller shaft 2. The
[0015]
On the other hand, the
[0016]
Among these holder members 11 to 13, the holder member 11 is a substantially hollow cylindrical resin member having both end faces open, and is fitted and fixed in the substantially hollow
[0017]
The
[0018]
The insertion amount of the
[0019]
In the fixed
[0020]
Next, a detailed configuration of the
In this
[0021]
As shown in the figure, the
[0022]
The
[0023]
Next, the operation of the anemometer constructed as described above will be described in detail.
In such an anemometer, when the
[0024]
In parallel with the wind direction measurement, the
[0025]
Since the distance D between the
[0026]
Such reflected light from the
[0027]
Here, in the present anemometer, the detection light emitted from the
[0028]
That is, according to the present anemometer, the number of the pulse signals obtained when the
[0029]
In addition, according to the anemometer, since the
[0030]
Furthermore, the
[0031]
In the above-described embodiment, the
Moreover, although the said embodiment is related with the case where this invention is applied to an anemometer, this invention is not limited to this. ,
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the anemometer that measures the wind speed by non-contact detection of the rotation of the propeller by the optical rotation detector, the optical rotation detector is connected to the propeller and is provided on the circumferential surface. A circular body having grooves formed at predetermined intervals and the objective lens are used to irradiate the detection light in a focused state on either the peripheral surface or the groove part, and the reflected light obtained from the circular body is irradiated to the objective lens. Therefore, it is possible to improve the measurement accuracy of the wind speed. The light irradiation / light receiving means for receiving the light and the output means for outputting the light reception output of the light irradiation / light receiving means to the outside as a wind speed signal indicating the wind speed are provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an appearance and a partial cross section of an anemometer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of an anemometer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an optical sensor in an anemometer according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Body 2 ... Propeller shaft 3 ...
7a ...
10a:
10c ...
15 ……
Claims (3)
前記光回転検出器は、
プロペラに連結されると共に周面に所定間隔で溝部が形成された円体と、
対物レンズを介することにより検出光を前記周面あるいは溝部の何れか一方に集光させた状態で照射すると共に、円体から得られる反射光を前記対物レンズを介して受光する光照射受光手段と、
該光照射受光手段の受光出力を風速を示す風速信号として外部に出力する出力手段と
を具備することを特徴とする風速計。An anemometer that measures the wind speed by non-contact detection of the rotation of the propeller with a light rotation detector,
The optical rotation detector is
A circular body connected to the propeller and having grooves formed at predetermined intervals on the peripheral surface;
A light irradiating light receiving means for irradiating the detection light through the objective lens in a state of being condensed on either the peripheral surface or the groove and receiving the reflected light obtained from the circular body through the objective lens; ,
An anemometer comprising: output means for outputting the light reception output of the light irradiation light receiving means to the outside as a wind speed signal indicating the wind speed.
平面を有する基材と、
対物レンズと、
前記基材上に配置されたLEDと、
該LEDに隣接して基材上に配置されたフォトダイオードと、
前記基材に固定され、LED及びフォトダイオードの前方に対物レンズを固定配置するレンズホルダと
からなる単一部品であることを特徴とする請求項1または2記載の風速計。The light irradiation light receiving means is
A substrate having a plane;
An objective lens;
LEDs disposed on the substrate;
A photodiode disposed on a substrate adjacent to the LED;
The anemometer according to claim 1 or 2, wherein the anemometer is a single part comprising a lens holder fixed to the substrate and having an objective lens fixedly disposed in front of an LED and a photodiode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003173426A JP2005009973A (en) | 2003-06-18 | 2003-06-18 | Anemometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003173426A JP2005009973A (en) | 2003-06-18 | 2003-06-18 | Anemometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005009973A true JP2005009973A (en) | 2005-01-13 |
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---|---|---|---|
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Country | Link |
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JP (1) | JP2005009973A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7637172B2 (en) | 2006-09-19 | 2009-12-29 | Mattel, Inc. | Electronic device with speed measurement and output generation |
CN109298205A (en) * | 2018-11-27 | 2019-02-01 | 东南大学 | Air velocity transducer based on double layer lens structure |
-
2003
- 2003-06-18 JP JP2003173426A patent/JP2005009973A/en active Pending
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080902 |