JP6368174B2 - ラジオゾンデ用の温度センサーおよびラジオゾンデ - Google Patents

Description

本発明は、気球により飛揚されて高層の気象を観測するラジオゾンデに関する。

高層天気を観測するラジオゾンデは、上層大気の風向、風速、気圧、気温、湿度等を測定し、測定情報を送信機により地上に送信する。

ラジオゾンデは、収納容器と、収納容器内に収納される各種の測定センサーと、測定センサーで測定した測定データの処理を行うデータ処理部と、データ処理部で処理したデータを送信する送信部と、データ処理部,送信部等を構成する電子部品を実装する回路基板、各種の電子部品、センサーに電力を供給する電源電池、送信アンテナ等を有する。収納容器は、ロープを介して気球に取り下げられる。

ラジオゾンデの収納容器は、一般に直方体形状に形成され、頂部に温度センサーが取り付けられる（特許文献１、２）。温度センサーは、収納容器の頂部より斜め上方に角のように張り出したセンサーホルダーと、センサーホルダーの先端部に取り付けられたサーミスタ等の温度検出素子とにより構成されている。

また、電源部の改良により使用する乾電池等の本数の削減等により、収納容器の小型化とラジオゾンデの軽量化が実現する（特許文献３）。

一般に、温度センサーで測定する実測値は、細かな温度変化を生じている。このため、測定データを処理して高層の温度を得ている。このような温度変化が生じる原因として、気球にロープを介して吊るされているラジオゾンデが上昇しながら振り子のように揺動することが挙げられている。

すなわち、収納容器の頂部は太陽光を受けて熱せられている。収納容器の頂部で熱せられた空気は、収納容器の揺動によって生じた気流に乗って温度センサーの温度検出素子に達する。その際、ラジオゾンデの揺動運動によって生じる気流（揺動気流と称す）は、一往復の揺動の際に、温度センサーに向かう流れと、温度センサーと反対側に向かう流れが生じる。このため、揺動気流により温度センサーの実測値が細かく変化すると推測される。

測定温度に生じる細かな変化を取り除くためにデータ処理を行っても、僅かではあるが測定精度の低下を招くおそれがある。

一方、温度センサーは、太陽光に対して暴露状態にあるため、センサーホルダーからの輻射熱の影響をできるだけ受けないことも重要である。

実開平６−１８９５９号公報 特開平９−２３６４９４号公報 ＷＯ２０１４/０４５３１５号公報

本発明の目的は、高層の温度を高精度に測定できるラジオゾンデ、温度センサーを提供しようとするものである。

本発明の目的を実現するラジオゾンデ用の温度センサーの第１の構成は、ラジオゾンデに装備される温度センサーであって、第１支持片と第２支持片とを基部から上方に二股状に分岐して支出し、前記基部を下向きに湾曲した切欠部とし、前記切欠部の内周縁と前記第１支持片と前記第２支持片との内縁とにより放物線を形成するセンサーホルダーと、前記第１支持片と前記第２支持片のそれぞれに、リード線を介して取り付けられ、前記第１支持片の内縁と前記第２支持片の内縁との間に配置されたサーミスタと、を有する。

本発明の目的を実現するラジオゾンデ用の温度センサーの第２の構成は、上記した第１の構成において、前記第１支持片と前記第２支持片とは、上端に向うに従って幅が狭くなる先細り形状に形成されていることを特徴とする。

本発明の目的を実現するラジオゾンデ用の温度センサーの第３の構成は、上記したいずれかの構成において、前記第１支持片と前記第２支持片とは、外側縁が上下方向に沿って真っ直ぐに延びていることを特徴とする。

本発明の目的を実現するラジオゾンデ用の温度センサーの第４の構成は、上記したいずれかの構成において、前記センサーホルダーは、非導電性で、可撓弾性変形が可能な薄板材により形成されていることを特徴とする。

本発明の目的を実現するラジオゾンデの第１の構成は、上述した本発明のラジオゾンデ用の温度センサーと、ラジオゾンデを構成する電子回路および電源電池を収納する縦長形状の収納容器と、を有する。前記収納容器は、上下方向と直交する前後方向の両端において後側面及び前側面を有する。前記収納容器の頂面は、前記後側面から前記前側面に向けて下向きに傾斜する片勾配の傾斜面で形成されており、前記センサーホルダーが前記頂面の傾斜下端側の前記前側面に配置されている。

本発明の目的を実現するラジオゾンデの第２の構成は、上記したラジオゾンデの第１の構成において、前記収納容器は、前記頂面から前記前側面に向けて傾斜する傾斜面は、湾曲していることを特徴とする。

本発明の目的を実現するラジオゾンデの第３の構成は、上記したラジオゾンデのいずれかの構成において、前記収納容器の前記頂面および前記前側面は、左右方向の中央部を頂部として左右両側に傾斜する湾曲面に形成されていることを特徴とする。

本発明の目的を実現するラジオゾンデの第４の構成は、上記したラジオゾンデのいずれかの構成において、前記サーミスタは、前記収納容器の上端よりも上方に配置されることを特徴とする。

本発明のラジオゾンデ用の温度センサーによれば、第１支持片と第２支持片に外力を加えても根元側にクラックが入りにくく折れ難い。このため、取り扱いが容易である。また、輻射熱の影響を受け難く、高精度の温度測定を行うことができる。

本発明のラジオゾンデによれば、気球にロープを介して吊り下げられるラジオゾンデが揺動しても、収納容器の頂面に沿って流れる気流は温度センサーから遠ざかる。このため、温度センサーの測定データには、ラジオゾンデの揺動による影響が現れず、高精度の温度測定が実現する。

本発明の実施形態によるラジオゾンデを透視した外観斜視図で、右斜め前方から見た斜視図。 図１のラジオゾンデを透視した外観斜視図で、左斜め前方から見た視斜視図。 図１のラジオゾンデの正面図。 図３のラジオゾンデの左側面図。 図３のラジオゾンデの上面図。 調整装置の実施形態を示す正面図。 図６の調整装置の側面図。 図６の調整装置の上面図。

以下本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態によるラジオゾンデを透視した外観斜視図で、右斜め前方から見た斜視図、図２は図１のラジオゾンデを透視した外観斜視図で、左斜め前方から見た視斜視図である。図３は図１のラジオゾンデの正面図、図４は図３のラジオゾンデの左側面図、図５は図３のラジオゾンデの上面図である。図６は調整装置の実施形態を示す正面図、図７は図６の調整装置の側面図、図８は図６の調整装置の上面図、図７は図６の周波数変更装置の側面図、図８は図６の上面図である。

図１および図２において、ラジオゾンデ１は、発泡スチロール製の収納容器３を有する。ラジオゾンデ１は、図１中、上方に配置された不図示の気球にロープ２（図４参照）を介して吊り下げられる。図１において、互いに直交する３軸をＸ，Ｙ，Ｚ軸とし、上下方向をＺ軸とする。また、Ｘ軸方向を前後方向、Ｙ軸方向を左右方向とする。

収納容器３は、Ｚ軸方向に沿って長い略直方体形状に形成される。収納容器３は、Ｚ軸方向の頂部をなす頂面３１と、Ｘ軸方向に沿って対向する前側面３２と後側面３３と、Ｙ軸方向に沿って対向する左右側面３４、３５と、Ｚ軸方向の底部をなす底面３６を有する。また、収納容器３は、後側面３３を有する容器本体３Ａと、前側面３２を有する蓋体３Ｂとにより構成される。容器本体３Ａと蓋体３Ｂとの接合面は、Ｚ−Ｘ平面とし、蓋体３Ｂは容器本体３Ａに対してＺ軸方向に沿って取り外すことができる。

本実施形態において、頂面３１は後側面３３から前側面３２に向けて下向きに傾斜する片勾配の斜面に形成される。頂面３１は全体的に凸の曲面に形成される。また、前側面３２は、頂面３１の曲面に連設して全体に凸の曲面に形成される。

収納容器３の前面３Ｃは上下方向において、図４に示すように、頂面３１側を急傾斜の曲面に、前側面３２側を緩傾斜の曲面に形成される。また、収納容器３の前側面３２、後側面３３、左右側面３４、３５の繋ぎ目はそれぞれ曲面に形成されている。さらに、片勾配の傾斜面の頂面３１と前側面３２とにより構成される前面３Ｃは、図５に示すように、Ｙ軸方向の中央が盛り上がり、左右側面３４、３５側を低くした曲面に形成される。

ラジオゾンデ１は、収納容器３からセンサーホルダー４と、無線通信用アンテナ６を外部に支出している。

センサーホルダー４は、ラジオゾンデ１の使用の際に、収納容器３の前面３Ｃ側に配置される。センサーホルダー４は、可撓弾性を有し、非導電性の薄板材により帯状に形成される。センサーホルダー４は、収納容器３内から支出されていて、容器本体３Ａの開口部分に折り畳まれて収容される。蓋体３Ｂを容器本体３Ａから取り外すと、折り畳まれたセンサーホルダー４が現れ、その可撓弾性力に基づく復元力で跳ね上がる。この状態で蓋体３Ｂを容器本体３Ａに対して被着すると、蓋体３Ｂの上端３Ｂ１と容器本体３Ａの開口端３Ａ１との間に、センサーホルダー４の基端部４１が挟まる。基端部４１の左右両側にはそれぞれ脚部４２が形成される。蓋体３Ｂの前面には、左右一対の脚部４２の下端が係合する係合突起３Ｂ２が突出形成されている。

センサーホルダー４は、基端部４１を弾性変形させながら一対の脚部４２を一対の係合突起部３Ｂ２に係合させることにより、収納容器３の前面３Ｃに支持され、斜め上方に向かって延びる。収納容器３の前面３Ｃに保持されるセンサーホルダー４は、図４に示すように、上方に向かうに従って収納容器３から離れるように延びている。

センサーホルダー４は、先端側に設けた温度センサー４３と、基端部側に設けた湿度センサー４４を有する。センサーホルダー４が収納容器３に傾斜支持された状態において、少なくとも温度センサー４３は収納容器３の頂端よりも上方に配置される。湿度センサー４４は、不図示のリード線がセンサーホルダー４を通して収納容器３内の回路７に接続される。

センサーホルダー４の温度センサー４３は、センサーホルダー４を構成する可撓弾性を有し、非導電性の薄板材からなり、左右方向に対向配置される左右一対の第１、第２支持片４５、４６と、第１支持片４５と第２支持片４６との間にリード線４７、４８を介して取り付けられるサーミスタ４９を有する。第１支持片４５と第２支持片４６は、基部から上方に二股状に分岐して支出される。各リード線４７、４８はセンサーホルダー４を通して収納容器３内の回路７に接続される。サーミスタ４９は、第１支持片４５と第２支持片４６の先端よりも下方に配置される。

温度センサー４３は、第１支持片４５と第２支持片４６の付け根部分が湾曲した凹面に切り欠かれる切欠部５０を有する。そして、切欠部５０の内周縁から第１支持片４５と第２支持片４６の内端縁がそれぞれ連設される。また、第１支持片４５と第２支持片４６の各内端縁が左右方向の外側にそれぞれ開く傾斜した形状とした先細り形状に形成される（以下、放物線切欠き形状と称す）。したがって、第１支持片４５、第２支持片４６に外力が加わっても、第１支持片４５と第２支持片４６の付け根に応力が集中してクラックが入り、破損することが防止される。また、先細り形状とするが、外端縁は長手方向に沿って真っ直ぐな直線状とすることで、強度の低下を防止する。

第１支持片４５と第２支持片４６の各内端縁を傾斜縁ではなく平行とした切欠き形状とした場合、第１支持片４５と第２支持片４６を左右方向の外側に開くように外力を加えると、第１支持片４５と第２支持片４６の付け根部分に応力が集中し、クラックが生じ易い。この場合、第１支持片４５と第２支持片４６の長さを長くすれば、よりクラックが発生し易い。これに対し、本実施形態の放物線切欠形状では、第１支持片４５と第２支持片４６の付け根部分と切欠部５０との連接位置が明確ではない。このため、本実施形態の放物線切欠形状では上述したようなクラックの発生が少ない。

一方、温度センサー４３のサーミスタ４９に対し、長さ方向（第１支持片４５と第２支持片４６の長さ方向）の上下に物体が存在すると、太陽により暖められた当該物体から生じる輻射熱の影響を受ける。本実施形態では、サーミスタ４９の長さ方向上方には輻射熱を発する物体はないが、下方には第１支持片４５と第２支持片４６の基底部５１が存在する。この基底部５１がサーミスタ４９と遠ければ、言い換えれば前記放物線切欠形状を深くすれば輻射熱の影響を低減することができる。すなわち、本実施形態の温度センサー４３は、輻射熱の影響が低減でき、第１支持片４５と第２支持片４６の付け根部分のクラック発生を低減することができる。

センサーホルダー４を収納容器３の前面３Ｃに取り付けた使用状態において、収納容器３の片勾配に形成された頂面３１の作用を以下に説明する。

図４において、不図示の気球からロープ６を介して吊り下げられたラジオゾンデ１は上昇しながら左右方向に搖動する。

ラジオゾンデ１が右側から左側に搖動すると、頂面３１の上部の気流は、破線Ｆ１で示すように、右から左に向かって流れる。したがって、温度センサー４３には、頂面３１で暖められた空気が流れない。

一方、ラジオゾンデ１が左側から右側に搖動すると、頂面３１の上部の搖動気流は、実線Ｆ２で示すように、左側から右側に向かって流れる。搖動気流Ｆ２は、片勾配の頂面３１の斜面に沿って流れる。頂面３１の片勾配は、収納容器３の後側面３３側を頂点とし、前側面３２側を下端とする。したがって、頂面３１で暖められた搖動気流Ｆ２は、センサーホルダー４の基端部に向けて下方に流れ、温度センサー４３には向かわない。特に、温度センサー４３を頂面３１の頂点よりも上方に配置されている。このため、温度センサー４３が搖動気流Ｆ２の流れに入り込むのが避けられる。

したがって、ラジオゾンデ１が往復搖動を繰り返しながら上昇して温度計測する際、温度センサー４３で計測した温度計測データは、揺動気流Ｆ２による影響がなくなり、温度センサー４３の実測値が明確に出力される。

また、温度センサー４３は、センサーホルダー４の輻射熱の影響を受けないので、高精度の温度測定が可能となる。

次に、収納容器３は、容器本体３Ａ内に、気圧、風向、風速等を測定する各種のセンサー（不図示）を収納する。また、前記各種のセンサーおよび温度センサー４３、湿度センサー４４で測定した測定データの処理を行うデータ処理部（不図示）と、前記データ処理部で処理したデータを送信する通信部（不図示）と、前記データ処理部,前記通信部等を構成する電子部品を実装する回路基板７、各種の電子部品およびセンサーに電力を供給する電源電池である乾電池８、乾電池８の電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ等で構成される電源部等を有する。前記通信部は、送信周波数を可変とする周波数調整部（不図示）を有する。ラジオゾンデ１を飛揚する際、周囲に飛揚される他のラジオゾンデとの混信をさけるために、送信周波数を変更する。

送信周波数の変更は、図６、図７に示すように、外部の周波数調整等を行う調整装置１００により行われる。調整装置１００は、ラジオゾンデ１の周波数調整部と非接触通信方式で通信を行う。非接触の通信方式として、電磁誘導方式がある。電磁誘導方式では、ラジオゾンデ１に通信用のループアンテナを配置する。ループアンテナは直径が大きいため、収納容器３の大型化を招く。また、ループアンテナはラジオゾンデ１の軽量化を阻害する。通信周波数の変更後、各種センサーの測定データが適正に送信できるかのテスト通信が調整装置１００により行われる。その際、電磁誘導による通信をラジオゾンデ１と調整装置１００との間で行うと、高周波の電磁波が、回路基板７に実装される各種の回路部に対して電波障害を生じさせる。

そこで、本実施形態において、ラジオゾンデ１と調整装置１００との非接触通信方式は、赤外線通信を用いている。赤外線通信においては、ループアンテナ等のアンテナは不要であるため、収納容器の小型軽量化が図れる。

回路基板７は、実装面を容器本体３Ａの開口側に向けて配置される。回路基板７の実装面には、赤外線通信用の赤外線通信部７１が実装される。赤外線通信部７１は、蓋体３Ｂを取り外すと、容器本体３Ａの開口に露出する。赤外線通信部７１は、赤外発光素子と、赤外光受光素子とを有する。

調整装置１００は、筐体１０１内を水平方向の第１仕切り壁１０２により上下に上区画１０１Ａと下区画１０１Ｂを区画し、上区画１０１Ａをさらに垂直方向の第２仕切り壁１０３により前室１０４と後室１０５により仕切っている。

前室１０４の前面には傾斜した前壁部１０６が設けられる。ラジオゾンデ１は、蓋体３Ｂを取り外した状態で、容器本体３Ａの開口側を前壁部１０６に載置する。この載置状態で、前壁部１０６に形成した開口部１０７にラジオゾンデ１の赤外線通信部７１が望む。

前室１０４内には、前壁部１０６の開口部１０７に面して赤外線通信部１０８が配置される。赤外線通信部１０８はラジオゾンデ１の赤外線通信部７１に対向し、赤外線通信部７１との間で通信を行う。

後室１０５内には、容器本体３Ａから延びるセンサーホルダー４が挿入される。後室１０５と、下区室１０１Ｂとの間に、送風機１０９が配置され、下区室１０１Ｂ内の空気を後室１０５内に送風し、後室１０５内の温度を一定にする。

調整装置１００は、例えばパーソナルコンピュータ（不図示）と接続され、周波数の変更をラジオゾンデ１の周波数調整部に指示する。ラジオゾンデ１は、変更された周波数により、各種センサーで測定したテストデータが通信アンテナ６を介して送信される。温度センサー４３は、後室１０５内の温度を測定する。

１ ラジオゾンデ
２ ロープ
３ 収納容器
３Ａ 容器本体 ３Ａ１ 開口端
３Ｂ 蓋体 ３Ｂ１ 上端 ３Ｂ２ 係合突起
３Ｃ 前面
３１ 頂面 ３２ 前側面 ３３ 後側面
３４ 左側面 ３５ 右側面 ３６ 底面
４ センサーホルダー
４１ 基端部 ４２ 脚部 ４３ 温度センサー
４４ 湿度センサー ４５ 第１支持片 ４６ 第２支持片
４７、４８ リード線 ４９ サーミスタ
５０ 切欠部
６ 通信アンテナ
７ 回路基板
７１ 赤外線通信部
８ 乾電池
１００ 調整装置
１０１ 筐体 １０１Ａ 上区画 １０１Ｂ 下区画
１０２ 第１仕切り壁 １０３ 第２仕切り壁
１０４ 前室 １０５ 後室
１０６ 前壁部 １０７ 開口部
１０８ 赤外線通信部 １０９ 送風機

Claims (8)

1. ラジオゾンデに装備される温度センサーであって、
   第１支持片と第２支持片とを基部から上方に二股状に分岐して支出し、前記基部を下向きに湾曲した切欠部とし、前記切欠部の内周縁と前記第１支持片と前記第２支持片との内縁とにより放物線を形成するセンサーホルダーと、
   前記第１支持片と前記第２支持片のそれぞれに、リード線を介して取り付けられ、前記第１支持片の内縁と前記第２支持片の内縁との間に配置されたサーミスタと、
   を有することを特徴とするラジオゾンデ用の温度センサー。
2. 前記第１支持片と前記第２支持片とは、上端に向うに従って幅が狭くなる先細り形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のラジオゾンデ用の温度センサー。
3. 前記第１支持片と前記第２支持片とは、外側縁が上下方向に沿って真っ直ぐに延びていることを特徴とする請求項１または２に記載のラジオゾンデ用の温度センサー。
4. 前記センサーホルダーは、非導電性で、可撓弾性変形が可能な薄板材により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のラジオゾンデ用の温度センサー。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のラジオゾンデ用の温度センサーと、
   ラジオゾンデを構成する電子回路および電源電池を収納する縦長形状の収納容器と、
   を有し、
   前記収納容器は、上下方向と直交する前後方向の両端において後側面及び前側面を有しており、
   前記収納容器の頂面は、前記後側面から前記前側面に向けて下向きに傾斜する片勾配の傾斜面で形成されており、
   前記センサーホルダーが前記頂面の傾斜下端側の前記前側面に配置されていることを特徴とするラジオゾンデ。
6. 前記収納容器は、前記頂面から前記前側面に向けて傾斜する傾斜面は、湾曲していることを特徴とする請求項５に記載のラジオゾンデ。
7. 前記収納容器の前記頂面および前記前側面は、左右方向の中央部を頂部として左右両側に傾斜する湾曲面に形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載のラジオゾンデ。
8. 前記サーミスタは、前記収納容器の上端よりも上方に配置されることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のラジオゾンデ。