JP3157902B2 - 超音波風向風速温度測定装置 - Google Patents
超音波風向風速温度測定装置Info
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Description
度に測定することのできる超音波風向風速温度測定装置
に関する。
動き(風)により変化することを利用した超音波風速計
は従来より知られており、例えば、特公昭42−138
31号、特開昭55−112521号、特開昭59−6
5261号、実開昭59−28382号等の公報に各種
超音波風速計が開示されている。
速計或いは風向風速計が使用されるときは、多くは同時
に温度も測定される。この場合、従来は風速計・風向風
速計とは別に温度計を設置し、風向・風速と温度とを別
個に測定していた。しかし、このように別個の測定器を
用いることは全体として装置の構成を複雑化するととも
に、信頼性を下げる。
つの問題点は、例えば演算回路等に異常が生じて誤った
風速値等が算出された場合でも、よほど異常な値が出て
こない限り、算出された値が正しいものか否かを判断す
ることができないということである。
した2対の超音波送受信器を使用して風向及び風速を測
定する風向風速計では、各対の超音波送信器から同時に
超音波を発生させるとそれらが相互に干渉を生じ、受信
器までの超音波伝播時間を正しく測定することができな
くなるということである。これを避けるために時間を分
割してシーケンシャルに超音波を送信するようにする
と、短時間で風向風速が変化するような状況下では正し
い風向風速を測定することができないという不都合があ
る。
に成された本発明に係る超音波風向風速温度測定装置
は、(a)周囲に超音波を送信する超音波送信器と、
(b)超音波送信器を挟んで対向する位置に置かれた超
音波受信器の対が、超音波送信器を中心に少なくとも2
方向に配置されて成る超音波受信器群と、(c)超音波
送信器が超音波を送信してから各超音波受信器がその超
音波を受信するまでの伝播時間を測定する伝播時間検出
手段と、(d)検出された各伝播時間の値を基に、周辺
の温度、風向及び風速を算出するとともに、本装置に異
常が生じているか否かを判断する演算手段とを備えるこ
とを特徴とする。
を測定する温度計と、(f)演算手段が検出した温度と
温度計が測定した温度とを比較することにより、超音波
風向風速温度測定装置の異常を検出する異常検出手段と
を設けてもよい。
ている超音波受信器の対を(b1+,b1-),(b2+,b2
-),…とする。ここで、或る一つの超音波受信器対(b
1+,b1-)を結ぶ線b1と、他の任意の超音波受信器対、
例えば(b2+,b2-)を結ぶ線b2とは方向が異なり、超
音波送信器aの位置において交わっている。超音波送信
器aから送信された超音波を各超音波受信器(b1+,b1
-),(b2+,b2-),…が受けたとき、伝播時間検出手段
cは各受信器毎に超音波送信から受信までの時間t1+,
t1-,t2+,t2-,…を検出する。演算手段dはこれらの
検出値を基に、次のようにして温度、風向及び風速を算
出し、また、異常の有無を判断する。
音波送信器aと超音波受信器b1+,b1-との間の距離が
共にLであるとする。超音波送信器aから各超音波受信
器b1+,b1-への超音波の伝播時間がそれぞれt1+,t1-
であったとすると、t1+及びt1-はそれぞれ、 t1+=L/(c+v1) …(1) t1-=L/(c−v1) …(2) となる。ここで、cは音速、v1は受信器b1-から受信
器b1+への方向の風速である。ところが、音速cは温度
Tにより変化するため、これらには温度Tの変数が含ま
れ、実際には t1+=L/(c0+k・T+v1) …(3) t1-=L/(c0+k・T−v1) …(4) と表わされる。ここで、c0は0℃における音速(c0=
331.5m/s)、kは1℃当たりの音速の変化率(k=0.60
7(m/s)/deg)である。本発明の風向風速温度測定装置で
はここで両式より温度Tを T=(L/t1++L/t1-−2・c0)/(2・k) …(5) と算出する。
超音波伝播時間式t1+から求められる式(3)に代入す
ることにより、送信器aから受信器b1+への風速v1+を v1+= (L/t1+−L/t1-)/2 …(6) と、また、同じく温度Tの値を受信器b1-への超音波伝
播時間式t1-から求められる式(4)に代入することに
より、送信器aから受信器b1-への風速v1-を v1-=−(L/t1+−L/t1-)/2 …(7) と算出する。
v1+及びv1-は本来、符号が逆であるのみで、絶対値は
同じであるはずであるが、本装置に何らかの異常が生じ
ている場合には両値v1+,v1-の絶対値の算出結果が一
致しないことがあり得る。そこで、本発明に係る風向風
速温度測定装置の演算装置では、式(6)及び(7)の
双方を用いて風速値のb1方向成分v1+,v1-を算出し、
両者v1+,v1-の絶対値を比較することにより、本装置
に何らかの異常が生じているか否かを判断する。すなわ
ち、両者の絶対値が一致しているときは、v1+=−v1-
=v1として、風速のb1方向成分を決定する。両者の値
が一致しないとき(v1+≠−v1)は、本装置が異常で
あると判定する。
された2個の超音波受信器対(b2+,b2-)により検出
される超音波伝播時間t2+,t2-により、上記と同様に
風速のb2方向の成分v2+,v2-が算出される。 v2+= (L/t2+−L/t2-)/2 …(8) v2-=−(L/t2+−L/t2-)/2 …(9) b2方向についても上記と同様に本装置が異常であるか
否かを判断し、両値v2+,v2-の絶対値が等しいときに
は、b2方向の成分値としてv2+=−v2-=v2を採用す
る。b1方向とb2方向とは平行でないため、これら2方
向の成分値v1,v2より、風向及び風速の絶対値を算出
することができる。
異常検出手段fは、その温度計eによる測定値Teを上
記算出値Tと比較し、両値が異なるときに本装置が異常
であると判定する。
音波送信器とその両側の受信器との間の距離は等しい
(L)としたが、この距離は異なっていてもよく、この
場合には上記各式のLがL+とL-に区別され、計算が多
少複雑になるだけである。
る。図1に示すように、本実施例の風向風速温度測定装
置は、超音波送受信器から成る測定部10と、超音波送
信器のドライバ回路、受信器の信号処理回路及びマイク
ロプロセッサ等から成る制御部20とで構成される。
音波送信器Tと、その周囲の水平面内に配置された2対
(4個)の超音波受信器R1+,R1-,R2+,R2-とで構成
される。超音波送信器Tは図3に示すように、超音波発
生器TCの上下に傘状のホーンTH1,TH2を設けたも
ので、360°方向に超音波を送信することができるよ
うになっている。本実施例の超音波送信器Tではこのよ
うに超音波発生器TC自体は1個しか持たないため、超
音波の相互干渉という問題がなく、各受信器R1+,R1-,
R2+,R2-において問題なく正しい波形の超音波を受信
することができる。なお、通常の円錐状のホーンを4個
用い、それぞれが各超音波受信器R1+,R1-,R2+,R2-
の方に向くようにして構成してもよい。
はいずれも送信器Tから等距離Lの位置に、かつ、互い
に90°づつ離れて配置されており、送信器Tを挟んで
対称な位置にある2個の受信器R1+とR1-、及び、R2+
とR2-がそれぞれ対を成している。なお、送受信器間の
距離Lは、後の計算の便宜のためには全て等しいことが
望ましいが、適当な演算式を用意しておけば、これらは
必ずしも全て等しくなくてもよい。両受信器対(R1+,
R1-)と(R2+,R2-)の間の角度についても同様に、
計算の便のためには垂直であることが望ましいが、演算
式を用意しておけば設置場所等の条件に合わせて任意の
角度とすることができる。
回路及びドライバTxに接続され、4個の受信器R1+,R
1-,R2+,R2-は各個毎に設けられた増幅器Rx1+,Rx1-,
Rx2+,Rx2-に接続される。また、制御部20には更
に、各受信器に応じて4個の位相検波回路Pd1+,Pd1-,
Pd2+,Pd2-が設けられており、対応する受信器の増幅
器Rx1+,Rx1-,Rx2+,Rx2-及び送信回路・ドライバTx
からの信号を受けて、両者の位相差を検出する。4個の
位相検波回路Pd1+,Pd1-,Pd2+,Pd2-により検出され
た各受信器毎の位相差、すなわち、送受信器間の超音波
の伝播時間の値は、電子切替スイッチSWにより順次A
/Dコンバータに取り込まれ、デジタルデータ化されて
マイクロプロセッサユニットMPUに入力される。な
お、切替スイッチSWの切り替えもMPUにより制御さ
れる。
d2+,Pd2-により検出された超音波の伝播時間t1+,t1
-,t2+,t2-を基に、上記の通り、温度、風向及び風速
を算出するとともに、本測定装置に異常がないか否かを
判断する。これらの演算結果及び判断結果は、MPUに
接続された風速表示器V、風向表示器A、気温表示器T
m、及び、測定装置の異常の有無を表示する装置Xに表
示される。
ミスタ式や熱電対式の温度計を設け、MPUにおいてそ
の検出値Toと上記算出値Tとを比較することにより、
本装置の異常の有無を判断するようにしてもよい。
置は、風向・風速のみならず、温度も検出することがで
きる。これにより全体の構成が簡単となり、信頼性が向
上するため、特に無人観測所等で使用する風速風向計に
適している。また、本発明の超音波風向風速温度測定装
置は装置内に何らかの異常が生じた場合には自動的にそ
れを検出し、誤った風速値等をそのまま与えることな
く、警告を行なう。このため、出力される風速値等は信
頼の置ける値となる。
計の構成を示すブロック図。
成図。
器の斜視図。
風速を算出する方法を説明するための説明図。
1,TH2…ホーン b1+,b1-,b2+,b2-,R1+,R1-,R2+,R2-…超音波受
信器 20…制御部 Tx…送信回路・ドライバ Rx1+,Rx1-,Rx2+,Rx2-…増幅器 Pd1+,Pd1-,Pd2+,Pd2-…位相検波回路 SW…電子切替スイッチ MPU…マイクロプロセッサユニット A…風向表示器 Tm…気温表示器 V…風速表示器 X…異常表示装置
Claims (2)
- 【請求項1】 (a)周囲に超音波を送信する超音波送
信器と、 (b)超音波送信器を挟んで対向する位置に置かれた超
音波受信器の対が、超音波送信器を中心に少なくとも2
方向に配置されて成る超音波受信器群と、 (c)超音波送信器が超音波を送信してから各超音波受
信器がその超音波を受信するまでの伝播時間を測定する
伝播時間検出手段と、 (d)検出された各伝播時間の値を基に、周辺の温度、
風向及び風速を算出するとともに、本装置に異常が生じ
ているか否かを判断する演算手段と を備えることを特徴とする超音波風向風速温度測定装
置。 - 【請求項2】 さらに、 (e)周辺の温度を測定する温度計と、 (f)演算手段が算出した温度と温度計が測定した温度
とを比較することにより、超音波風向風速温度測定装置
の異常を検出する異常検出手段と を備えることを特徴とする請求項1記載の超音波風向風
速温度測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14016992A JP3157902B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 超音波風向風速温度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP14016992A JP3157902B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 超音波風向風速温度測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH05307087A JPH05307087A (ja) | 1993-11-19 |
JP3157902B2 true JP3157902B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=15262492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14016992A Expired - Lifetime JP3157902B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 超音波風向風速温度測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3112831A1 (en) * | 2015-07-01 | 2017-01-04 | Nxp B.V. | Environmental parameter sensor |
WO2017077534A1 (en) * | 2015-11-02 | 2017-05-11 | Samsung Electronics Co., Ltd | Method and system for measurement of ambience parameters using audio signals |
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JP2015087100A (ja) * | 2013-09-24 | 2015-05-07 | 株式会社デンソーウェーブ | 農業設備の環境制御システム |
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JP6129110B2 (ja) * | 2014-04-24 | 2017-05-17 | 明星電気株式会社 | 気象計 |
-
1992
- 1992-04-30 JP JP14016992A patent/JP3157902B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10365166B2 (en) | 2015-07-01 | 2019-07-30 | Nxp B.V. | Environmental parameter sensor |
WO2017077534A1 (en) * | 2015-11-02 | 2017-05-11 | Samsung Electronics Co., Ltd | Method and system for measurement of ambience parameters using audio signals |
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