JP2011089844A - Anemometer device and anemometer system - Google Patents

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英昭 手塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an anemometer device and an anemometer system capable of measuring a wind direction and a wind velocity at each spot in a room with a simple device structure. <P>SOLUTION: The anemometer device includes a prescribed support shaft, a rotor rotated about the support shaft, a nondirectional wind velocity detector provided on a surface of the rotor in a direction perpendicular to the support shaft, a drive part rotating the rotor via the support shaft, a drive control part controlling the drive part, and a wind direction/velocity calculation part calculating the wind direction and velocity at the spot where the rotor is installed on the basis of an output signal of the wind velocity detector and the rotation angle of the rotor. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、主に室内の風向および風速を計測する風向風速計測装置および風向風速計測システムに関する。   The present invention relates to a wind direction wind speed measuring apparatus and a wind direction wind speed measuring system that mainly measure the wind direction and wind speed of a room.

近年、データを格納するサーバーを集中的に配置したサーバールームや、サーバーのほかにルータなどの情報通信機器を備えてデータ通信を可能としたデータセンターの利用が増加している。   In recent years, there has been an increase in the use of server rooms in which servers for storing data are centrally arranged, and data centers that are equipped with information communication devices such as routers in addition to servers to enable data communication.

このようなサーバールームやデータセンターでは、大量の電子機器から多くの熱が発生するため、空調設備により室内の除熱が行われている。しかし、局所的には、熱だまりなどの温度が高い場所が生じる場合がある。局所的に温度が高い場所が生じると電子機器の過熱などにつながり、電子機器に悪影響を及ぼす。このため、局所的に温度が高い場所の発生の有無を確認することが重要である。   In such a server room or data center, a large amount of heat is generated from a large amount of electronic equipment, and therefore, heat removal from the room is performed by air conditioning equipment. However, locally, a place with a high temperature such as a heat pool may occur. If a place where the temperature is locally high is generated, the electronic device is overheated and the electronic device is adversely affected. For this reason, it is important to confirm the presence or absence of a place where the temperature is locally high.

局所的に温度が高い場所の発生の有無は、室内の各所におけるエンタルピーを求めて、熱の出入りが適切になされているかを評価することにより確認できる。室内各所のエンタルピーを求めるためには、その場所の温度とともに、風向および風速の情報が必要となる。   The presence or absence of occurrence of a locally high temperature can be confirmed by obtaining enthalpies at various locations in the room and evaluating whether heat has entered and exited appropriately. In order to determine the enthalpy of each place in the room, information on the wind direction and the wind speed is required along with the temperature of the place.

室内の風速の計測には、熱線式や超音波式の風速計がよく用いられている。熱線式風速計と超音波式風速計はともに、微風域を含めて測定範囲が広く、応答性が良い点で優れる。熱線式風速計と超音波式風速計を比較すると、熱線式は超音波式に比べ構成が簡単で安価であるとの利点を有する。   A hot-wire or ultrasonic anemometer is often used to measure the wind speed in a room. Both the hot-wire anemometer and the ultrasonic anemometer are excellent in that they have a wide measurement range including a fine wind region and good response. Comparing the hot-wire anemometer and the ultrasonic-type anemometer, the hot-wire type has the advantage that the configuration is simpler and cheaper than the ultrasonic type.

また、超音波式風速計は、超音波の送信部と受信部の間の伝搬時間差を利用して風速を計測するため、送信部と受信部の間の空間に温度や圧力の不均一な場所があると、超音波の伝搬速度の変化やレンズ効果による超音波の散乱が生じることにより、計測誤差が発生しうる。このため、超音波式風速計は、サーバールームやデータセンターなどの空間的な温度変化が大きい領域での風速の計測には不適である。熱線式風速計にはこのような問題がない。   In addition, an ultrasonic anemometer measures the wind speed using the propagation time difference between the ultrasonic transmitter and receiver, and therefore places where temperature and pressure are not uniform in the space between the transmitter and receiver. If there is, a measurement error may occur due to ultrasonic wave scattering due to a change in the propagation speed of the ultrasonic wave or a lens effect. For this reason, the ultrasonic anemometer is not suitable for measuring the wind speed in a region where the spatial temperature change is large, such as a server room or a data center. The hot wire anemometer has no such problem.

しかし、その一方で熱線式風速計は、計測できるのが一般に風速のみであり、単体では風向を計測することができない。熱線式風速計に工夫を施して、風向も計測可能にしたものに、特許文献1に開示される技術がある。特許文献1の技術は、温度に応じて抵抗値が変化する2本の直線状のヒータを、各々の一端で互いに接続して30度〜90度のかぎ型に配置した風向風速センサであり、電圧をかけられた各々のヒータからの信号を処理することにより風向と風速を検知できるとしている。   However, on the other hand, the hot-wire anemometer can generally measure only the wind speed, and cannot measure the wind direction by itself. A technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228867 is one that devised the hot-wire anemometer so that the wind direction can also be measured. The technology of Patent Document 1 is a wind direction and wind speed sensor in which two linear heaters whose resistance values change according to temperature are connected to each other at one end and arranged in a hook shape of 30 degrees to 90 degrees, It is supposed that the wind direction and the wind speed can be detected by processing the signals from the respective heaters to which the voltage is applied.

特開2002−296291号公報JP 2002-296291 A

しかし、特許文献1の技術では風向の計測に2本のセンサ(ヒータ)を用いており、これらのセンサをかぎ型に形成しているため、装置構成が複雑になる。また、2本のセンサの出力を比較、演算して風向を求めるため、信号処理も複雑になる。   However, in the technique of Patent Document 1, two sensors (heaters) are used for measuring the wind direction, and these sensors are formed in a hook shape, so that the apparatus configuration is complicated. Further, since the wind direction is obtained by comparing and calculating the outputs of the two sensors, the signal processing is also complicated.

本発明は、上記の課題に鑑み、室内各所の風向および風速を、簡単な装置構成で計測可能な風向風速計測装置および風向風速計測システムを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a wind direction and wind speed measurement device and a wind direction and wind speed measurement system capable of measuring the wind direction and wind speed in various places in a room with a simple device configuration.

上記課題を解決するために、本発明にかかる風向風速計測装置の代表的な構成は、所定の支持軸と、支持軸を中心として回転する回転体と、回転体の表面に支持軸に垂直な方向に向けて設けられた無指向性の風速検出器と、支持軸を介して回転体を回転させる駆動部と、駆動部を制御する駆動制御部と、風速検出器の出力信号と回転体の回転角度から、回転体が設置された場所の風向および風速を演算する風向風速演算部と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a typical configuration of a wind direction and wind speed measuring device according to the present invention includes a predetermined support shaft, a rotating body that rotates about the support shaft, and a surface of the rotating body that is perpendicular to the support shaft. A non-directional wind speed detector provided in the direction, a drive unit that rotates the rotating body via the support shaft, a drive control unit that controls the drive unit, an output signal of the wind speed detector, and And a wind direction and wind speed calculation unit that calculates a wind direction and a wind speed of a place where the rotating body is installed from a rotation angle.

かかる構成によれば、計測された風速検出器の出力信号と回転体の回転角度から、支持軸に垂直な平面における風向を求めるとともに、回転体設置場所の風速を求めることにより、簡単な装置構成で、風向風速計測装置が設置された場所の風向および風速を計測することができる。   According to such a configuration, a simple device configuration is obtained by obtaining the wind direction in a plane perpendicular to the support shaft from the measured output signal of the wind speed detector and the rotation angle of the rotary body, and by obtaining the wind speed at the location where the rotary body is installed. Thus, the wind direction and the wind speed at the place where the wind direction and wind speed measuring device is installed can be measured.

上記の風向風速演算部は、風速検出器の出力信号と回転体の回転角度との関係を求め、出力信号が最小のときの回転体の回転角度に基づいて回転体が設置された場所の風向を演算するとよい。これにより、風向演算が簡単になり、容易に風向を判断することができる。   The above wind direction and wind speed calculation unit obtains the relationship between the output signal of the wind speed detector and the rotation angle of the rotating body, and the wind direction of the place where the rotating body is installed based on the rotation angle of the rotating body when the output signal is minimum It is good to calculate. Thereby, the wind direction calculation is simplified, and the wind direction can be easily determined.

上記の駆動部は、ステッピングモータであるとよい。ステッピングモータを用いることにより、簡単な回路構成で、回転体の位置決めを正確に行うことができるため、風向を精度良く求めることができる。   The driving unit may be a stepping motor. By using the stepping motor, it is possible to accurately position the rotating body with a simple circuit configuration, so that the wind direction can be obtained with high accuracy.

本発明にかかる風向風速計測システムの代表的な構成は、上記のいずれか1つに記載の風向風速計測装置を、それぞれの支持軸が互いに直交するように2つ備え、それぞれの風向風速計測装置の風向風速演算部から得られた風向および風速から、2つの風向風速計測装置が設置された場所における風の3次元速度ベクトルを求める速度演算部を備えたことを特徴とする。   A typical configuration of a wind direction and wind speed measurement system according to the present invention includes two wind direction and wind speed measurement devices according to any one of the above, so that each support shaft is orthogonal to each other, and each wind direction and wind speed measurement device is provided. The wind direction and the wind speed obtained from the wind direction and the wind speed are provided with a speed calculation unit for obtaining a three-dimensional velocity vector of the wind at the place where the two wind direction wind speed measuring devices are installed.

かかる構成によれば、互いに直交する3軸上の風向および風速をベクトル合成することにより、簡単な装置構成で、風向風速計測装置が設置された場所における風の3次元速度ベクトルを計測することができる。   According to such a configuration, it is possible to measure the three-dimensional velocity vector of the wind at the place where the wind direction and wind speed measuring device is installed with a simple device configuration by vector combining the wind direction and wind speed on three axes orthogonal to each other. it can.

本発明によれば、室内各所の風向および風速を、簡単な装置構成で計測可能となる。   According to the present invention, it is possible to measure the wind direction and wind speed at various locations in a room with a simple device configuration.

本発明の実施形態における風向風速計測装置の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the wind direction wind speed measuring apparatus in embodiment of this invention. 回転角度と出力信号との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between a rotation angle and an output signal. 風向風速計測の流れを示したフロー図である。It is the flowchart which showed the flow of the wind direction wind speed measurement. 風の3次元速度ベクトルの計測を説明する図である。It is a figure explaining the measurement of the three-dimensional velocity vector of a wind.

以下に添付図面を参照しながら、本発明にかかる風向風速計測装置および風向風速計測システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。   Exemplary embodiments of a wind direction and wind speed measuring device and a wind direction and wind speed measuring system according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.

図1は、本発明の実施形態における風向風速計測装置の全体構成を示す概略図である。風向風速計測装置1は、計測部10と、風向風速演算部20と、表示部40とを含んで構成される。計測部10は、回転体11と、所定の支持軸12と、風速検出器13と、駆動部14と、駆動制御部15とを含んで構成される。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a wind direction and wind speed measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. The wind direction and wind speed measuring device 1 includes a measurement unit 10, a wind direction and wind speed calculation unit 20, and a display unit 40. The measurement unit 10 includes a rotator 11, a predetermined support shaft 12, a wind speed detector 13, a drive unit 14, and a drive control unit 15.

回転体11は、所定の支持軸12を中心として回転する。支持軸12の軸線の延長と底面の円との交点をQで示す。白抜き矢印は回転体11の回転方向を示している。回転体11の形状は、図1に示すように、略円柱である。このように、回転体11の回転に伴い、支持軸12に垂直な平面上の風速を同じ条件で検出するために、回転体11の形状は支持軸12に垂直な断面が円であることが好ましい。従って、回転体11の他の形状として、例えば球でもよい。球の場合、風速検出器13による風速の検出を同じ条件とするために、風速検出器13は球の赤道上に設けられるとよい。   The rotating body 11 rotates around a predetermined support shaft 12. The intersection of the extension of the axis of the support shaft 12 and the circle on the bottom is indicated by Q. The white arrow indicates the rotation direction of the rotating body 11. The shape of the rotating body 11 is a substantially cylindrical shape as shown in FIG. Thus, in order to detect the wind speed on a plane perpendicular to the support shaft 12 under the same conditions as the rotation of the rotation body 11, the shape of the rotation body 11 may have a circular cross section perpendicular to the support shaft 12. preferable. Therefore, for example, a sphere may be used as another shape of the rotating body 11. In the case of a sphere, the wind speed detector 13 may be provided on the equator of the sphere so that the wind speed detection by the wind speed detector 13 is the same condition.

回転体11は、風の流れを妨げて風向の計測に影響を与えることがないように、小型であることが好ましく、例えば、図1に示す円柱の形状の場合、支持軸12に垂直な断面の円の直径は約3cmであるとよい。また、回転体11は、自らの回転により風を生成して風向の計測に影響を与えることがないように、所定の回転速度以下で回転することが好ましく、回転体11の回転速度は、例えば、5秒/回転であるとよい。   The rotating body 11 is preferably small so that the wind flow is not disturbed and the measurement of the wind direction is not affected. For example, in the case of the cylindrical shape shown in FIG. The diameter of the circle is preferably about 3 cm. The rotating body 11 preferably rotates at a predetermined rotation speed or less so as not to generate wind by its own rotation and affect the measurement of the wind direction. It may be 5 seconds / rotation.

風速検出器13は、回転体11の表面に支持軸12に垂直な方向に向けて設けられている。風速検出器13として、例えば、熱線式風速計を構成する検出器が用いられる。熱線式風速計は、その検出器である電熱線に電流を流して加熱しておく。その電熱線が風の流れにより冷却されると電熱線の抵抗値が変化する。その抵抗値の変化を検出することにより風速を求める風速計である。熱線式風速計は、微風域での感度が高いため、室内の風速検出に適する。なお、風速検出器13は、回転体11の回転に伴って同じ条件で風速を検出するために、例えば球状の無指向性のものを適用する。   The wind speed detector 13 is provided on the surface of the rotating body 11 in a direction perpendicular to the support shaft 12. As the wind speed detector 13, for example, a detector constituting a hot-wire anemometer is used. The hot-wire anemometer is heated by passing an electric current through a heating wire as a detector. When the heating wire is cooled by the flow of wind, the resistance value of the heating wire changes. It is an anemometer which calculates | requires a wind speed by detecting the change of the resistance value. The hot-wire anemometer is suitable for detecting the wind speed in a room because it has high sensitivity in a light wind region. Note that the wind speed detector 13 uses, for example, a spherical non-directional one in order to detect the wind speed under the same conditions as the rotating body 11 rotates.

駆動部14は、支持軸12を介して回転体11を回転させる。駆動部14として、ステッピングモータが好適に用いられる。駆動制御部15は、駆動部14を制御する。駆動部14にステッピングモータを用いることにより、駆動制御部15からの制御信号に応じて、回転体11の位置決めを正確に行うことができる。従って、簡単な回路構成で、風向を精度良く求めることができる。   The driving unit 14 rotates the rotating body 11 via the support shaft 12. A stepping motor is preferably used as the drive unit 14. The drive control unit 15 controls the drive unit 14. By using a stepping motor for the drive unit 14, the rotating body 11 can be accurately positioned in accordance with a control signal from the drive control unit 15. Therefore, the wind direction can be obtained with high accuracy with a simple circuit configuration.

風向風速演算部20および駆動制御部15は、中央演算処理装置(CPU:Central Processing Unit)を含む半導体集積回路により実現される。風向風速演算部20は、風速検出器13と接続され、風速検出器13の出力信号が入力される。また、風向風速演算部20は、駆動制御部15と接続され、駆動制御部15との間で回転体11の回転角度情報などの信号の授受を行う。   The wind direction and wind speed calculation unit 20 and the drive control unit 15 are realized by a semiconductor integrated circuit including a central processing unit (CPU). The wind direction / wind speed calculation unit 20 is connected to the wind speed detector 13 and receives an output signal of the wind speed detector 13. In addition, the wind direction / wind speed calculation unit 20 is connected to the drive control unit 15, and exchanges signals such as rotation angle information of the rotating body 11 with the drive control unit 15.

風向風速演算部20は、風速検出器13の出力信号に基づいて回転体11が設置された場所の風速を演算するとともに、風速検出器13の出力信号と回転体11の回転角度に基づいて、回転体11が設置された場所の風向を演算する。風向の演算方法は図2を参照して後述する。風向は、回転体11の回転角度θを利用して表すことができる。回転体11の回転角度θは、例えば、支持軸12にエンコーダを設けることにより計測することができる。また、駆動部14にステッピングモータを用いる場合は、ステッピングモータに与えられたパルス信号の数から回転角度θを計測することができる。   The wind direction / wind speed calculation unit 20 calculates the wind speed of the place where the rotating body 11 is installed based on the output signal of the wind speed detector 13, and based on the output signal of the wind speed detector 13 and the rotation angle of the rotating body 11. The wind direction at the place where the rotating body 11 is installed is calculated. A method of calculating the wind direction will be described later with reference to FIG. The wind direction can be expressed using the rotation angle θ of the rotating body 11. The rotation angle θ of the rotating body 11 can be measured, for example, by providing an encoder on the support shaft 12. When a stepping motor is used for the drive unit 14, the rotation angle θ can be measured from the number of pulse signals given to the stepping motor.

表示部40は、風向風速演算部20に接続され、風向風速演算部20の演算結果を表示する。例えば、回転体11が設置された場所の風向および風速を表示する。表示部40として、例えば、液晶表示装置を用いることができる。   The display unit 40 is connected to the wind direction / wind speed calculation unit 20 and displays the calculation result of the wind direction / wind speed calculation unit 20. For example, the wind direction and wind speed of the place where the rotating body 11 is installed are displayed. For example, a liquid crystal display device can be used as the display unit 40.

上述の風向風速計測装置1を室内の風向風速の計測対象箇所に設置することにより、計測された風速検出器13の出力信号と回転体11の回転角度から、支持軸12に垂直な平面における風向を求めるとともに、回転体11設置場所の風速を求めることにより、簡単な装置構成で、風向風速計測装置1が設置された場所の風向および風速を計測することができる。   By installing the above-described wind direction and wind speed measuring device 1 at the measurement target location of the wind direction and wind speed in the room, the wind direction in a plane perpendicular to the support shaft 12 is calculated from the measured output signal of the wind speed detector 13 and the rotation angle of the rotating body 11. And the wind direction and the wind speed at the place where the wind direction and wind speed measuring device 1 is installed can be measured with a simple device configuration.

図2は、回転角度と出力信号との関係を説明する図である。図2(a)は、支持軸に垂直な平面上で回転体が回転する様子を表した図である。図2(b)は、風の主流成分による風速検出器13の出力信号(抵抗変化)の計測結果である。図2(a)において、実線の矢印は、支持軸12に垂直な平面上に投影された風の流れのベクトル成分であり、本例では、支持軸12に垂直な平面上での風の成分の向きは、北から南であることを表している。風の向きは、計測中は一定であるとする。白抜き矢印は、回転体11が支持軸12を中心として回転する回転方向を示す。   FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the rotation angle and the output signal. FIG. 2A is a diagram illustrating a state where the rotating body rotates on a plane perpendicular to the support shaft. FIG. 2B is a measurement result of the output signal (resistance change) of the wind speed detector 13 due to the mainstream component of the wind. In FIG. 2A, a solid line arrow is a vector component of a wind flow projected on a plane perpendicular to the support shaft 12, and in this example, a wind component on a plane perpendicular to the support shaft 12 is shown. The direction of represents from north to south. The wind direction is assumed to be constant during measurement. A white arrow indicates a rotation direction in which the rotating body 11 rotates about the support shaft 12.

風向を回転体11の回転角度θで表すこととし、風向計測の基準となる方向、すなわち基準となる回転角度θをθ=0°とする。図2においては、θ=0°をy軸の方向としている。図2(b)に示すように、風速検出器13の抵抗変化ΔRは、回転体11の回転に伴って回転角度θがθ=0°から大きくなるに従い、次第に増大する。そして、風速検出器13が西を向くとき、すなわち、θ=90°となる少し手前で最大(ΔR=ΔRmax)となる。その後、風速検出器13の抵抗変化ΔRは、やや急な傾きで減少し、θ=180°の近辺で最小となる(ΔR=ΔRmin)。なお、θ=180°近辺での抵抗変化は小さい。   The wind direction is represented by the rotation angle θ of the rotator 11, and the direction serving as a reference for wind direction measurement, that is, the reference rotation angle θ is θ = 0 °. In FIG. 2, θ = 0 ° is the y-axis direction. As shown in FIG. 2B, the resistance change ΔR of the wind speed detector 13 gradually increases as the rotation angle θ increases from θ = 0 ° as the rotating body 11 rotates. When the wind speed detector 13 faces west, that is, slightly before the angle θ = 90 ° is reached (ΔR = ΔRmax). Thereafter, the resistance change ΔR of the wind speed detector 13 decreases with a slightly steep slope and becomes the minimum in the vicinity of θ = 180 ° (ΔR = ΔRmin). Note that the resistance change around θ = 180 ° is small.

抵抗変化ΔRは、θ=180°を超えて、ある回転角度θからやや急な傾きで増大し、風速検出器13が東を向くとき、すなわち、θ=270°となる点を少し超えたところで再び最大(ΔR=ΔRmax)となる。その後、風速検出器13の抵抗変化ΔRは、徐々に減少する。回転体11の支持軸12に垂直な断面が円であることにより、回転体11の回転に伴う風速検出器13の抵抗変化が同じ条件で検出されるため、上述の抵抗変化ΔRは、θ=0°〜180°と、θ=180°〜360°とで対称になる。   The resistance change ΔR exceeds θ = 180 ° and increases with a slightly steep inclination from a certain rotation angle θ, and when the wind speed detector 13 faces east, that is, slightly beyond the point where θ = 270 °. It becomes maximum again (ΔR = ΔRmax). Thereafter, the resistance change ΔR of the wind speed detector 13 gradually decreases. Since the cross section perpendicular to the support shaft 12 of the rotating body 11 is a circle, the resistance change of the wind speed detector 13 accompanying the rotation of the rotating body 11 is detected under the same conditions. Therefore, the resistance change ΔR described above is θ = Symmetry occurs between 0 ° to 180 ° and θ = 180 ° to 360 °.

実際に計測される風の流れには変動成分があり、この変動成分が図2(b)に示される曲線上に重畳するが、室内の風においては変動成分は小さいため風向の算出においては無視しうる。従って、計測値から変動成分を取り除き、図2(b)のように、風の主流成分のみを求め、これから風向を算出すればよい。   There is a fluctuation component in the actually measured wind flow, and this fluctuation component is superimposed on the curve shown in FIG. 2B. However, since the fluctuation component is small in the indoor wind, it is ignored in calculating the wind direction Yes. Therefore, the fluctuation component is removed from the measured value, and only the mainstream component of the wind is obtained as shown in FIG. 2B, and the wind direction is calculated therefrom.

図2(b)に示す通り、風速検出器13の抵抗変化ΔRは、風速検出器13が最も風下に位置するとき(図2の場合では回転角度θ=180°の位置のとき)、最小値となる。従って、風向は、風速検出器13の抵抗変化ΔRが最小のときの回転角度θに180°を加えた(または180°を減じた)回転角度θと判断することができる。すなわち、図2の場合では、風速検出器13の抵抗変化ΔRが最小となるθ=180°に、例えば180°を加えたθ=360°(θ=0°)を風向と判断することができる。すなわち、北を風向と判断するのである。   As shown in FIG. 2B, the resistance change ΔR of the wind speed detector 13 is the minimum value when the wind speed detector 13 is located at the most leeward position (in the case of FIG. 2 at the rotation angle θ = 180 °). It becomes. Therefore, the wind direction can be determined as the rotation angle θ obtained by adding 180 ° (or subtracting 180 °) to the rotation angle θ when the resistance change ΔR of the wind speed detector 13 is the minimum. That is, in the case of FIG. 2, θ = 360 ° (θ = 0 °) obtained by adding 180 ° to θ = 180 ° at which the resistance change ΔR of the wind speed detector 13 is minimized can be determined as the wind direction. . That is, the north is determined to be the wind direction.

このように、出力信号(抵抗変化)が最小のときの回転体11の回転角度θに基づいて回転体11が設置された場所の風向を演算することにより、風向演算が簡単になり、容易に風向を判断することができる。また、回転体11は連続的に回転するため、θとΔRの関係も連続して得られる。従って、ΔRが最小のときのθを精度良く決定することができる。   Thus, by calculating the wind direction of the place where the rotating body 11 is installed based on the rotation angle θ of the rotating body 11 when the output signal (resistance change) is minimum, the wind direction calculation becomes simple and easy. The wind direction can be determined. Moreover, since the rotating body 11 rotates continuously, the relationship between θ and ΔR can also be obtained continuously. Therefore, it is possible to accurately determine θ when ΔR is minimum.

なお、θとΔRの関係を表す曲線から風向を判断する方法は、上述した方法に限られず、例えば、抵抗変化ΔRに所定の閾値を定めておいて、その閾値を下回る頻度が高い回転体11の回転角度θから風向を判断したり、計測値を移動平均処理して平滑化した後に風向を判断してもよい。   Note that the method of determining the wind direction from the curve representing the relationship between θ and ΔR is not limited to the above-described method. For example, a predetermined threshold value is set for the resistance change ΔR, and the rotating body 11 having a frequency lower than the threshold value is high. Alternatively, the wind direction may be determined from the rotation angle θ, or after the measured values are smoothed by moving average processing.

続いて、上述した風向風速計測装置1を用いた風向風速計測の流れについて説明する。図3は、風向風速計測の流れを示したフロー図である。まず、回転体11の回転角度θを、計測の基準となる方向であり、かつ計測の開始位置であるθ=0°に設定する(S01)。具体的には、駆動制御部15に内蔵された記憶部に設定された基準となる回転角度(θ=0°)がCPUにより呼び出され、その回転角度θに応じた駆動信号が駆動部14に与えられる。その駆動信号を受けて、駆動部14が回転体11を駆動して、回転体11の回転角度をθ=0°に設定する。なお、計測の基準となる方向は任意に決定すればよい。   Next, the flow of wind direction and wind speed measurement using the above-described wind direction and wind speed measuring apparatus 1 will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the flow of wind direction and wind speed measurement. First, the rotation angle θ of the rotator 11 is set to θ = 0 °, which is a direction serving as a measurement reference and is a measurement start position (S01). Specifically, the reference rotation angle (θ = 0 °) set in the storage unit built in the drive control unit 15 is called by the CPU, and a drive signal corresponding to the rotation angle θ is sent to the drive unit 14. Given. In response to the drive signal, the driving unit 14 drives the rotating body 11 to set the rotation angle of the rotating body 11 to θ = 0 °. In addition, what is necessary is just to determine arbitrarily the direction used as the reference | standard of measurement.

次に、ステップS01で設定された回転角度における風速検出器13の抵抗変化ΔRを検出する。抵抗変化の検出は、例えば、風速検出器13をブリッジ回路の一辺として構成することにより行うことができる。抵抗変化が風速に比例することから、検出された抵抗変化により検出箇所での風速を求めることができる(S03)。なお、風速検出器13周辺の温度を計測して風速検出器13の抵抗変化の検出における温度を補償するための温度補償検出器(図示せず)を備えることにより抵抗変化の検出精度を高めることができる。   Next, the resistance change ΔR of the wind speed detector 13 at the rotation angle set in step S01 is detected. The resistance change can be detected, for example, by configuring the wind speed detector 13 as one side of the bridge circuit. Since the resistance change is proportional to the wind speed, the wind speed at the detected location can be obtained from the detected resistance change (S03). It should be noted that the temperature change detection accuracy is improved by providing a temperature compensation detector (not shown) for measuring the temperature around the wind speed detector 13 and compensating for the temperature in the resistance change detection of the wind speed detector 13. Can do.

風速検出器13の抵抗変化の検出後、回転体11の回転角度θを変更する(S04)。すなわち、風速検出器13の出力信号が風向風速演算部20に伝送され、所定の回転角度における風速検出器13の抵抗変化の検出が終了したことをCPUが判定する。そして、その抵抗変化検出終了信号が駆動制御部15に伝送され、回転体11を所定の角度Δθだけ回転させる駆動信号が駆動制御部15から駆動部14に出力される。このとき、駆動部14にステッピングモータが用いられる場合は、駆動信号としてパルス信号をステッピングモータに与えることにより、θが変更される。   After detecting the resistance change of the wind speed detector 13, the rotation angle θ of the rotating body 11 is changed (S04). That is, the output signal of the wind speed detector 13 is transmitted to the wind direction wind speed calculation unit 20, and the CPU determines that the detection of the resistance change of the wind speed detector 13 at a predetermined rotation angle has been completed. The resistance change detection end signal is transmitted to the drive control unit 15, and a drive signal for rotating the rotating body 11 by a predetermined angle Δθ is output from the drive control unit 15 to the drive unit 14. At this time, when a stepping motor is used for the drive unit 14, θ is changed by giving a pulse signal as a drive signal to the stepping motor.

そして、回転体11の回転角度θが計測の終了位置であるθ=360°か否かを判定する(S05)。具体的には、回転角度θの情報が駆動制御部15に伝送され、駆動制御部15の記憶部に設定されたθ=360°と一致するか否かがCPUにより判定される。θ=360°でない場合(S05のN)、ステップS02に戻り、計測を継続する。なお、計測の終了位置は任意に決定すればよい。   Then, it is determined whether or not the rotation angle θ of the rotating body 11 is θ = 360 °, which is the measurement end position (S05). Specifically, information on the rotation angle θ is transmitted to the drive control unit 15, and it is determined by the CPU whether or not θ = 360 ° set in the storage unit of the drive control unit 15. If θ is not 360 ° (N in S05), the process returns to step S02 and measurement is continued. Note that the measurement end position may be arbitrarily determined.

θ=360°の場合(S05のY)、回転体11の回転角度θと風速検出器13の抵抗変化ΔRの関係を表す曲線が作成され(S06)、風向が算出される(S07)。曲線の作成方法および風向の求め方は、上述の通りである。計測結果が表示されて計測は終了する(S08)。計測結果は表示部40に表示される。   When θ = 360 ° (Y in S05), a curve representing the relationship between the rotation angle θ of the rotating body 11 and the resistance change ΔR of the wind speed detector 13 is created (S06), and the wind direction is calculated (S07). The method for creating the curve and the method for obtaining the wind direction are as described above. The measurement result is displayed and the measurement ends (S08). The measurement result is displayed on the display unit 40.

図4は、風の3次元速度ベクトルの計測を説明する図である。風向風速計測システム2は、2つの風向風速計測装置1と、速度演算部30と、表示部40とを含んで構成される。2つの風向風速計測装置1は、それぞれの支持軸12が互いに直交するように配置されている。図4では、2つの風向風速計測装置1の支持軸12が、それぞれ、y軸およびz軸に平行になるように設置された場合を例として示している。   FIG. 4 is a diagram for explaining measurement of a three-dimensional velocity vector of wind. The wind direction and wind speed measurement system 2 includes two wind direction and wind speed measurement devices 1, a speed calculation unit 30, and a display unit 40. The two wind direction and wind speed measuring devices 1 are arranged so that the support shafts 12 are orthogonal to each other. FIG. 4 shows an example in which the support shafts 12 of the two wind direction wind speed measuring devices 1 are installed so as to be parallel to the y axis and the z axis, respectively.

それぞれの風向風速計測装置1は、支持軸12に垂直な平面上での風の流れの成分を検出し、風向風速演算部20での演算により、風速検出器13の抵抗変化から風速を求めるとともに、回転角度θと風速検出器13の抵抗変化に基づいて、その平面上での風向を求める。   Each wind direction and wind speed measuring device 1 detects a wind flow component on a plane perpendicular to the support shaft 12, and obtains a wind speed from a change in resistance of the wind speed detector 13 by calculation in the wind direction and wind speed calculation unit 20. Based on the rotation angle θ and the resistance change of the wind speed detector 13, the wind direction on the plane is obtained.

速度演算部30は、それぞれの風向風速計測装置1の風向風速演算部20から得られた風向および風速をベクトル合成することにより、2つの風向風速計測装置1が設置された場所における風の3次元速度ベクトルを求める。これにより、簡単な装置構成で、風向風速計測システム2が設置された場所における風の3次元速度ベクトルを計測することができる。   The speed calculation unit 30 performs vector synthesis of the wind direction and the wind speed obtained from the wind direction and wind speed calculation unit 20 of each wind direction and wind speed measurement device 1, thereby three-dimensional wind in the place where the two wind direction wind speed measurement devices 1 are installed. Find the velocity vector. Thereby, it is possible to measure a three-dimensional velocity vector of wind at a place where the wind direction and wind speed measurement system 2 is installed with a simple device configuration.

風の3次元速度ベクトルの計測は以下のようにして行うことができる。例えば、i、j、kをそれぞれ、x、y、z軸上の単位ベクトルとして、風向風速計測システム2が設置された場所における風の3次元速度ベクトルvが、v=ai+bj+ckで表されるとする。このとき、y軸に平行な支持軸12を有する風向風速計測装置1において計測される風向および風速から、その場所での風の2次元速度ベクトルvyは、vy=ai+ckと求められる。同様に、z軸に平行な支持軸12を有する風向風速計測装置1において計測される風の2次元速度ベクトルvzは、vz=ai+bjと求められる。これにより、a、b、cが求められるため、風の3次元速度ベクトルvを求めることができる。   The measurement of the three-dimensional velocity vector of the wind can be performed as follows. For example, if i, j, and k are unit vectors on the x, y, and z axes, respectively, and the wind three-dimensional velocity vector v at the place where the wind direction wind speed measurement system 2 is installed is represented by v = ai + bj + ck. To do. At this time, from the wind direction and wind speed measured by the wind direction wind speed measuring apparatus 1 having the support shaft 12 parallel to the y axis, the two-dimensional velocity vector vy of the wind at that location is obtained as vy = ai + ck. Similarly, the two-dimensional velocity vector vz of wind measured by the wind direction wind velocity measuring device 1 having the support shaft 12 parallel to the z axis is obtained as vz = ai + bj. Thereby, since a, b, and c are obtained, the three-dimensional velocity vector v of the wind can be obtained.

なお、実際の計測においては、計測されたvyのaの値と、vzのaの値が異なる場合が考えられる。このような場合は、例えば、どちらかのaの値をvのaの値と等しいと仮定し、もう一方のaの値を、vのaの値と等しいと仮定したaの値により補正すればよい。また、x軸に平行な支持軸12を有する風向風速計測装置1をさらに設置し、かかる風向風速計測装置1により計測される風の2次元速度ベクトルvx=bj+ckを求めることにより、vyおよびvzにより求めた風の3次元速度ベクトルvを検証することができる。   In actual measurement, there may be a case where the measured value of a of vy is different from the value of a of vz. In such a case, for example, it is assumed that one of the values of a is equal to the value of a in v, and the other value of a is corrected by the value of a assumed to be equal to the value of a in v. That's fine. Further, a wind direction and wind speed measuring device 1 having a support shaft 12 parallel to the x axis is further installed, and a two-dimensional velocity vector vx = bj + ck of wind measured by the wind direction and wind speed measuring device 1 is obtained by vy and vz. The obtained three-dimensional velocity vector v of the wind can be verified.

上記説明した如く、本実施形態にかかる風向風速計測装置1においては、所定の支持軸12を中心として回転体11を回転させ、風速検出器13の抵抗変化から風速を求めるとともに、風速検出器13の抵抗変化と回転体11の回転角度θに基づいて風向を求めることにより、簡単な装置構成で、風向風速計測装置1が設置された場所の風向および風速を計測することができる。また、風向風速計測装置1を2つ、それぞれの支持軸12が互いに直交するように配置して、それぞれの風向風速計測装置1から得られた風向および風速をベクトル合成することにより、簡単な装置構成で、風向風速計測システム2が設置された場所における風の3次元速度ベクトルを計測することができる。   As described above, in the wind direction and wind speed measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the rotating body 11 is rotated around the predetermined support shaft 12 to obtain the wind speed from the resistance change of the wind speed detector 13 and the wind speed detector 13. By obtaining the wind direction based on the change in resistance and the rotation angle θ of the rotating body 11, it is possible to measure the wind direction and the wind speed at the place where the wind direction wind speed measuring device 1 is installed with a simple device configuration. Further, by arranging two wind direction and wind speed measuring devices 1 so that the respective support shafts 12 are orthogonal to each other, and vector synthesizing the wind direction and the wind speed obtained from each wind direction and wind speed measuring device 1, a simple device is obtained. With the configuration, it is possible to measure the three-dimensional wind vector of the wind at the place where the wind direction wind speed measurement system 2 is installed.

本発明は,主に室内の風向および風速を計測する風向風速計測装置および風向風速計測システムに利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a wind direction wind speed measuring device and a wind direction wind speed measuring system that mainly measure the wind direction and wind speed in a room.

1 …風向風速計測装置
2 …風向風速計測システム
10 …計測部
11 …回転体
12 …支持軸
13 …風速検出器
14 …駆動部
15 …駆動制御部
20 …風向風速演算部
30 …速度演算部
40 …表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wind direction wind speed measuring device 2 ... Wind direction wind speed measuring system 10 ... Measuring part 11 ... Rotating body 12 ... Supporting shaft 13 ... Wind speed detector 14 ... Drive part 15 ... Drive control part 20 ... Wind direction wind speed calculating part 30 ... Speed calculating part 40 ... Display section

Claims (4)

所定の支持軸と、
前記支持軸を中心として回転する回転体と、
前記回転体の表面に前記支持軸に垂直な方向に向けて設けられた無指向性の風速検出器と、
前記支持軸を介して前記回転体を回転させる駆動部と、
前記駆動部を制御する駆動制御部と、
前記風速検出器の出力信号と前記回転体の回転角度から、前記回転体が設置された場所の風向および風速を演算する風向風速演算部と、
を備えたことを特徴とする風向風速計測装置。
A predetermined support shaft;
A rotating body that rotates about the support shaft;
A non-directional wind speed detector provided on the surface of the rotating body in a direction perpendicular to the support shaft;
A drive unit that rotates the rotating body via the support shaft;
A drive control unit for controlling the drive unit;
From the output signal of the wind speed detector and the rotation angle of the rotating body, a wind direction and wind speed calculating unit that calculates the wind direction and the wind speed of the place where the rotating body is installed;
A wind direction and wind speed measuring device characterized by comprising:
前記風向風速演算部は、前記風速検出器の出力信号と前記回転体の回転角度との関係を求め、前記出力信号が最小のときの前記回転体の回転角度に基づいて前記回転体が設置された場所の風向を演算することを特徴とする請求項1に記載の風向風速計測装置。   The wind direction wind speed calculation unit obtains a relationship between the output signal of the wind speed detector and the rotation angle of the rotating body, and the rotating body is installed based on the rotation angle of the rotating body when the output signal is minimum. The wind direction and wind speed measuring device according to claim 1, wherein the wind direction at a certain place is calculated. 前記駆動部は、ステッピングモータであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の風向風速計測装置。   The wind direction and wind speed measuring device according to claim 1, wherein the driving unit is a stepping motor. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の風向風速計測装置を、それぞれの前記支持軸が互いに直交するように2つ備え、それぞれの当該風向風速計測装置の前記風向風速演算部から得られた風向および風速から、当該2つの風向風速計測装置が設置された場所における風の3次元速度ベクトルを求める速度演算部を備えたことを特徴とする風向風速計測システム。   The wind direction wind speed measuring device according to any one of claims 1 to 3 is provided so that each of the support shafts is orthogonal to each other, and from the wind direction wind speed calculation unit of each wind direction wind speed measuring device. A wind direction and wind speed measurement system comprising a speed calculation unit that obtains a three-dimensional velocity vector of wind at a place where the two wind direction and wind speed measurement devices are installed from the obtained wind direction and wind speed.
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