JP2005308483A - 風速計 - Google Patents

Abstract

【課題】 検出される光の強弱の差を大きくすることにより、風速の測定精度を向上させることができる風速計を提供する。
【解決手段】 プロペラの回転を光回転検出器１８で非接触検出することにより風速を測定する風速計Ｆにおいて、光回転検出器１８が、プロペラに連結されると共に所定間隔で複数の櫛歯７ｂが形成された円体７と、櫛歯７ｂの側面７ａに向けて検出光を照射する投光部と、検出光を受光する受光部と、受光部からの受光出力を風速信号として外部に出力する信号処理部とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、本発明は、光回転検出器を用いた風速計に関する。

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。そして、この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。
実公昭６３−１０５２７号公報 実公昭６３−１１６５７号公報 特開平８−１６００６３号公報

ところで、風速の測定精度を高めるためには、スリット板からの反射光の強弱に基づくパルス信号の精度高める必要がある。
しかしながら、スリット板を用いる場合には、スリットの凸部と凹部（溝）からの反射光の強弱の差を大きくすることに限界があり、このため風速の測定に誤差が発生してしまうという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、検出される光の強弱の差を大きくすることにより、風速の測定精度を向上させることができる風速計を提供することを目的とする。

本発明に係る風速計では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、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、光回転検出器が、プロペラに連結されると共に所定間隔で複数の櫛歯が形成された円体と、櫛歯の側面に向けて検出光を照射する投光部と、検出光を受光する受光部と、受光部からの受光出力を風速信号として外部に出力する信号処理部と、を備えるようにした。
この発明によれば、円体に所定間隔で複数形成された櫛歯の側面に向けて検出光を照射し、その検出光を検出するようにしたので、例えば、櫛歯が存在する部分では強い光が検出され、一方、櫛歯と櫛歯の間では光が検出されないようにすることができる。

また、櫛歯が円体における回転軸に直交する面上の外周領域に形成されるでは、円体の外周方向から検出光を投射することにより、強弱の差が大きな検出光を検出することができるようになる。
また、櫛歯が円体の周面に形成されるものでは、円体の回転軸方向から検出光を投射することにより、強弱の差が大きな検出光を検出することができるようになる。

また、受光部としては、検出光のうち櫛歯の側面で反射した光を受光するものを用いることができる。

本発明によれば以下の効果を得ることができる。
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、光回転検出器が、プロペラに連結されると共に所定間隔で複数の櫛歯が形成された円体と、櫛歯の側面に向けて検出光を照射する投光部と、検出光を受光する受光部と、受光部からの受光出力を風速信号として外部に出力する信号処理部と、を備えるようにした。
これにより、円体に所定間隔で複数形成された櫛歯の側面に向けて検出光を照射し、その検出光を検出するようにしたので、検出される光の強弱に基づく風速信号の精度を向上させることができる。したがって、計測精度の高い風速計を得ることができる。

以下、本発明の風速計の実施形態について図を参照して説明する。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。

図１は風向風速計の外観及び一部断面を示す正面図、図２は要部拡大断面図である。
図１及び図２に示すように、風向風速計Ｆ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。

図３は、エンコーダ７の正面、側面、及び斜視図である。
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（円体）７が取り付けられている。
エンコーダ７は、一定厚の円板であり、回転軸Ｌと直交する面（以下、正面７ｃという）上における外周領域に複数の櫛歯７ｂが所定間隔（角度）で配置される。すなわち、フェースギアのように、エンコーダ７の正面７ｃの外周領域に複数の櫛歯７ｂが所定間隔で配置される。このために、エンコーダ７の周面７ａ（櫛歯７ｂの側面）には、櫛歯７ｂよって形成される凸部と櫛歯７ｂと櫛歯７ｂの間の隙間とが規則正しく配列された状態となる。

図１及び図２に戻り、風向シャフト５は二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、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に示されるように、略円筒形状の光センサ１０と、この光センサ１０をエンコーダ７に対して一定距離を隔てた状態に固定する３つのホルダ部材１０〜１３とから構成されている。この光センサ１０とエンコーダ７とは、本実施形態における光回転検出器１８を構成している。

これら各ホルダ部材１２，１３のうち、略中空円筒状のホルダ部材１２内に光センサ１０は嵌め合い固定されている。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、樹脂部材であり、上端には窓部１４が形成されている。

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エンコーダ７の周面７ａ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。

また、ホルダ部材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、下端が固定シャフト８の上端に固定されている。固定シャフト８を上下に移動することにより、光センサ１０とエンコーダ７の周面７ａとの距離を最適に調整する。

図４は、光センサ１０の断面を示す図である。
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。

対物レンズ１０ｄは、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、検出光が周面７ａ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、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。

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、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。

再び、図１に戻り、固定スタンド６内には、風向検出部１５及び回路基板２０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２０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。

図５は、回路基板２０を示す概念図である。
回路基板２０では、必要な信号成分を取り出すために、発振回路２１により光センサ１０のＬＥＤ１０ｂを変調し、フォトトランジスタ１０ｃからの出力信号をＡＣアンプ２２で目的とする周波数成分の信号のみを増幅する。更にコンパレータ２３でその出力波形を検出し、検出回路２４により発振回路２１に同期した信号のみを取り出す。このようにして、風速出力パルス信号を得るように構成される。

次に、上述したように構成された風向風速計Ｆの作用について詳しく説明する。
風向風速計Ｆ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２０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。

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２０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。

光センサ１０とエンコーダ７との間の距離は、光センサ１０の焦点距離に対応して正確に位置規制されているので、光センサ１０のＬＥＤ１０ｂから出射された検出光は、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に対して常時照射される。
そして、エンコーダ７の周面７ａには、櫛歯７ｂよって形成される凸部と櫛歯７ｂと櫛歯７ｂの間の隙間とが規則正しく配列されているので、櫛歯７ｂによる反射と隙間による非反射とが、規則正しく検出される。

櫛歯７ｂによる反射（明）と隙間による非反射（暗）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、この反射光の明暗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。そして、光センサ１０の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、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、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２０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。

ここで、風向風速計Ｆでは、光センサ１０から出射された検出光は、エンコーダ７の周面７ａ、すなわち櫛歯７ｂによって形成される凸部と櫛歯７ｂと櫛歯７ｂの間（隙間）とが規則正しく配列された部分に照射されるので、フォトトランジスタ１０ｃにより検出される光の強弱（明暗）が大きくなり、したがって、強弱がはっきりした検出信号を得ることができる。これにより、風速計の検出精度を向上させることができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本実施形態では、フェースギアのように、エンコーダ７の正面７ｃにおける外周領域に複数の櫛歯７ｂを所定間隔に設け、エンコーダ７の周面７ａ方向から検出光を投射する場合について説明したが、これに限らない。
例えば、平歯車のように、エンコーダ７の周面７ａに複数の櫛歯７ｂを所定間隔に設け、エンコーダ７の正面７ｃ方向から検出光を投射するようにしてもよい。

また、光センサ１０としては、櫛歯７ｂの側面で反射した光を検出する方式に限らない。例えば、投光部と受光部とを、エンコーダ７の櫛歯７ｂを挟んで対向するように配置し、櫛歯７ｂと櫛歯７ｂの間の隙間を通過した検出光を検出する方式を採用してもよい。

風向風速計Ｆの外観及び一部断面を示す正面図 風向風速計Ｆの要部拡大断面図 エンコーダ７の正面、側面、及び斜視図 光センサ１０の断面図 回路基板２０を示す概念図

符号の説明

３ プロペラ
７ エンコーダ（円体）
７ａ 周面（側面）
７ｂ 櫛歯
７ｃ 正面（面）
１０ｂ ＬＥＤ（投光部）
１０ｃ フォトトランジスタ（受光部）
１８ 光回転検出器
２０ 回路基板（信号処理部）
Ｆ 風向風速計（風速計）
Ｌ 回転軸

Claims (4)

1. 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、
   前記光回転検出器は、
   前記プロペラに連結されると共に所定間隔で複数の櫛歯が形成された円体と、
   前記櫛歯の側面に向けて検出光を照射する投光部と、
   前記検出光を受光する受光部と、
   前記受光部からの受光出力を風速信号として外部に出力する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする風速計。
2. 前記櫛歯は、前記円体における回転軸に直交する面上の外周領域に形成されることを特徴とする請求項１に記載の風速計。
3. 前記櫛歯は、前記円体の周面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の風速計。
4. 前記受光部は、前記検出光のうち前記櫛歯の側面で反射した光を受光することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の風速計。
   
   
   

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