JP6493283B2 - 計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、風向及び風速の少なくとも一方を計測することの可能な計測装置に関する。

従来、この種の計測装置としては、特許文献１に記載の装置がある。特許文献１に記載の計測装置は、枠部材と、検出器と、風向きセンサと、風速センサとを備えている。枠部材は、第１方向に延びる第１軸心を中心として回転自在に支持されている。検出器は、検出本体と、羽根とを有している。検出本体は、枠部材の内側に配置されている。検出本体は、第１方向に直交する第２方向に延びる第２軸線を中心として枠部材に対して回転自在に支持されている。羽根は、検出本体のうち第２軸線に対する直交方向一端側に配置されている。羽根は、空気流れを受けて枠部材及び検出本体をそれぞれ回転させるとともに、検出本体のうち第２軸線に対する直交方向他端側を空気流れ上流側に向ける。風向きセンサ及び風速センサは、検出本体に配置されている。風向きセンサは、検出本体のうち第２軸線に対する直交方向他端側が向く方向として風向を検出する。風速センサは、空気流れの風速を検出する。

特開２０１５−２２２２１９号公報

特許文献１に記載の計測装置は、上述のように、枠部材、検出本体、及び羽根といった機械的な可動部の動作に基づいて風向及び風速を検出する装置である。このような装置において風向及び風速を高い精度で検出するためには、機械的な可動部の動作の信頼性を確保する必要がある。そのため、機械的な可動部の小型化には自ずと限界がある。これが、計測装置の小型化を妨げる要因の１つとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、風向及び風速の少なくとも一方を検出することが可能でありながら、小型化の可能な計測装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、計測装置（１０）は、受風部（２０）と、基材（６０）と、粉体（８０）と、状態検出部（３０）と、演算部（９０）とを備える。受風部は、風を受けることの可能な外面（２２）を有する。基材は、受風部の外面に設けられ、風を受けることによりイオンを発生する風触媒がコーティングされている。粉体は、基材の風触媒から発生するイオンにより基材に吸い付けられる帯電性を有する。状態検出部は、基材に対する粉体の吸い付き状態を検出する。演算部は、状態検出部により検出された粉体の吸い付き状態に基づいて風向及び風速の少なくとも一方を演算する。

この構成によれば、受風部が風を受けると、風を受けた部分に設けられる基材の風触媒からイオンが発生するとともに、この風触媒から発生したイオンにより粉体が基材に吸い付けられる。この際、基材に対する粉体の吸い付き状態が状態検出部により検出されるとともに、その状態検出部の検出結果に基づいて風向及び風速の少なくとも一方が演算部により演算される。このような構成によれば、風を受けることにより作動する機械的な可動部が不要な構造でありながら、風向及び風速の少なくとも一方を計測することができるため、従来の計測装置と比較すると、小型化が可能となる。

なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明によれば、風向及び風速の少なくとも一方を検出することが可能でありながら、小型化の可能な計測装置を提供することができる。

実施形態の計測装置の正面構造を示す正面図である。 実施形態の計測装置の平面構造を示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。 実施形態の受風部の外面に設けられる基材の断面構造を示す断面図である。 実施形態の計測装置の電気的な構成を示すブロック図である。 実施形態の計測装置の動作例を示す断面図である。

以下、計測装置の一実施形態について説明する。
図１及び図２に示されるように、本実施形態の計測装置１０は、受風部２０と、撮像装置３０と、支柱４０と、台座５０とを備えている。以下では、便宜上、互いに直交する３軸方向を「Ｘ方向」、「Ｙ方向」、及び「Ｚ方向」で表す。また、Ｚ方向のうちの一方向をＺ１方向で表し、Ｚ方向のうちの他方向をＺ２方向で表す。

図３に示されるように、受風部２０は、内部に空間２４を有する中空の球状に形成されている。具体的には、受風部２０は、格子状に配置された複数の金属ワイヤ２１により構成されている。複数の金属ワイヤ２１間の隙間は、透明なガラス又はアクリル樹脂により埋められている。これにより、受風部２０の内部空間２４は閉空間となっている。また、受風部２０は、外部から内部を視認することが可能なシースルー構造を有している。なお、図３の符号「Ｃ」は、受風部２０の中心点を表している。また、図１〜図３に示される軸線ｍ１は、中心点Ｃを通りＸ方向に平行な軸線を、軸線ｍ２は、中心点Ｃを通りＹ方向に平行な軸線を、軸線ｍ３は、中心点Ｃを通りＺ方向に平行な軸線を示している。

図４に示されるように、受風部２０の外面２２、より具体的には金属ワイヤ２１の外面には、基材６０が設けられている。基材６０の外面には、風触媒６１がコーティングされている。風触媒６１は、例えば酸化チタン等をアモルファス化及び微粒子化させたゲル状の部材からなる。この風触媒６１は、風を受けることにより磁界を形成し、例えばマイナスイオンを放出する。また、受風部２０が受ける風の速度である風速が増加するほど、基材６０が受ける風の量である風量が増加するため、風触媒６１から放出されるイオンの量が増加する。

図３に示されるように、受風部２０の内部空間２４には、粉体８０が収容されている。粉体８０は、基材６０の風触媒６１から発生するイオンにより吸い付けられる帯電性を有する極微粒の粉末、例えば約「２５［μｍ］」の平均粒径を有するアトマイズドアルミニウム粉からなる。Ｚ２方向が鉛直方向下方である場合、図３に示されるように、粉体８０は、受風部２０の内部におけるＺ２方向の部分に堆積する。また、基材６０の風触媒６１からイオンが発生すると、そのイオンの量に応じた量の粉体８０が受風部２０の内面２３に吸い付けられる。したがって、風触媒６１から放出されるイオンの量が増加するほど、受風部２０の内面２３に対する粉体８０の吸い付き量が増加する。

撮像装置３０は、受風部２０の内部を撮像することにより、基材６０に対する粉体８０の吸い付き状態を検出する状態検出部として機能する。図１及び図２に示されるように、撮像装置３０は、受風部２０の外面２２に設けられる５つのカメラ３１〜３５により構成されている。カメラ３１〜３５は、受風部２０においてガラス又はアクリル樹脂により構成された透明な部分を介して受風部２０の内部を撮像することの可能なＣＣＤカメラ等のデジタルカメラである。カメラ３１〜３５は、受風部２０の内部を撮像するとともに、撮像された受風部２０の内部の画像データを出力する。

図１及び図２に示されるように、カメラ３１は、受風部２０の外面２２における軸線ｍ３上の位置のうち、Ｚ１方向にあたる位置に配置されている。カメラ３１の撮像方向は、受風部２０の外面２２から軸線ｍ３に沿って受風部２０の中心点Ｃに向かう方向に設定されている。カメラ３２，３３は、受風部２０の外面２２における軸線ｍ１上の位置にそれぞれ配置されている。カメラ３２，３３の撮像方向は、受風部２０の外面２２から軸線ｍ１に沿って受風部２０の中心点Ｃに向かう方向に設定されている。カメラ３４，３５は、受風部２０の外面２２における軸線ｍ２上の位置にそれぞれ配置されている。カメラ３４，３５の撮像方向は、受風部２０の外面２２から軸線ｍ２に沿って受風部２０の中心点Ｃに向かう方向に設定されている。これらのカメラ３１〜３５からそれぞれ出力される画像データを用いることにより、受風部２０の内面２３に吸い付けられる粉体８０の状態を受風部２０の内面２３の全領域において検出することが可能となっている。

図１に示されるように、支柱４０は、円柱状に形成されている。支柱４０の一端部は、受風部２０の外面２２におけるＺ２方向の部分に固定されている。支柱４０の他端部は、台座５０のＺ１方向の外面５１に固定されている。台座５０は、直方体状に形成されている。計測装置１０は、台座５０のＺ２方向の外面５２を任意の設置面に当接させるようにして配置される。

次に、計測装置１０の電気的な構成について説明する。
図５に示されるように、計測装置１０は、演算部９０と、表示部１００とを更に備えている。

演算部９０は、ＣＰＵ９１やメモリ９２等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。演算部９０には、カメラ３１〜３５からそれぞれ出力される画像データが取り込まれている。演算部９０は、カメラ３１〜３５からそれぞれ出力される画像データに基づいて、受風部２０の内面２３に吸い付けられる粉体８０の状態を検出する。演算部は、検出された粉体８０の状態に基づいて、受風部２０の受けている風の向き及び速度を演算するとともに、演算された風向及び風速を表示部１００に表示する。

具体的には、演算部９０は、カメラ３１〜３５により受風部２０の内部の画像データを所定の周期で取得する。なお、演算部９０とカメラ３１〜３５との間の通信は、有線通信に限らず、無線通信であってもよい。演算部９０は、受風部２０の内部の画像データに対して適宜の画像処理を施すことにより、受風部２０の内面２３において粉体８０が吸い付けられている位置、及びその位置における粉体８０の吸い付き量を演算する。演算部９０は、受風部２０の内面２３において粉体８０が吸い付けられている位置に対応する方向を風向として検出する。また、演算部９０は、粉体８０の吸い付き量に基づいて風速を演算する。演算部９０は、このようにして風向及び風速を求め、それらを表示部１００に表示する。

次に、本実施形態の計測装置１０の動作例について説明する。
Ｚ２方向が鉛直方向下方となるように計測装置１０が設置された場合、図３に示されるように、受風部２０の内部におけるＺ２方向の部分に粉体８０が堆積する。この状態で受風部２０が風を受けると、風を受けた部分に設けられる基材６０の風触媒６１からイオンが発生する。例えば、図６に示されるように、受風部２０が、矢印Ｗで示される方向の風を受けているとする。この場合、受風部２０の外面２２に設けられる基材６０のうち、風を受けている部分Ａに配置されている基材６０の風触媒６１からイオンが発生する。この部分Ａに発生したイオンに粉体８０が吸い付けられることにより、図６に示されるように、この部分Ａに対応する受風部２０の内面２３に粉体８０の一部が吸い付けられる。この受風部２０の内面２３における粉体８０の吸い付き状態は、カメラ３１〜３５により撮像され、その受風部２０の内部状態に対応する画像データを演算部９０が取得する。演算部９０は、取得した受風部２０の内部状態に対応する画像データに基づいて、部分Ａに対応する受風部２０の内面２３に粉体８０が吸い付けられていることを検出すると、部分Ａに対応する方向Ｗを風向として検出する。また、演算部９０は、部分Ａに対応する受風部２０の内面２３における粉体８０の吸い付き量に基づいて風向を検出する。そして、演算部９０は、検出した風向及び風速を表示部１００に表示する。

以上説明した本実施形態の計測装置１０によれば、以下の（１）〜（５）に示される作用及び効果を得ることができる。

（１）本実施形態の計測装置１０は、風を受けることにより作動する機械的な可動部が不要な構造でありながら、風向及び風速を検出することができる。よって、従来の計測装置と比較すると、小型化が可能となる。

（２）受風部２０は、中空状に形成されている。粉体８０は、受風部２０の内部に収容されるとともに、基材６０の風触媒６１から発生するイオンにより受風部２０の内面２３に吸い付けられる。撮像装置３０は、受風部２０の内面２３における粉体８０の吸い付き状態を検出する。このように、中空状に形成された受風部２０の内部に粉体８０を収容させることで、受風部２０の外部へ粉体８０が飛散することがない。よって、風向及び風速の計測を繰り返し行うことが可能となる。

（３）基材６０に対する粉体８０の吸い付き状態を検出する状態検出部として、撮像装置３０が用いられている。これにより、基材６０に対する粉体８０の吸い付き状態をより適切に検出することが可能となる。

（４）受風部２０は、外部から内部を視認可能な構造を有している。撮像装置３０は、カメラ３１〜３５により、受風部２０の外面２２から受風部２０の内部を撮像する。これにより、受風部２０の外部に撮像装置３０を配置することができるため、受風部２０を小型化することができる。

（５）撮像装置３０は、受風部２０の外面２２に固定されている。これにより、受風部２０に対する撮像装置３０の位置が固定されるため、より的確に風向及び風速を検出することが可能となる。

なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・演算部９０は、計測装置１０の姿勢に基づいて、検出された風向を補正してもよい。例えば、受風部２０の内部に姿勢センサ及び地磁気センサを設ける。姿勢センサは、例えば重力加速度の方向を検出することにより、鉛直方向に対する計測装置１０の相対的な傾斜角を検出するとともに、検出された傾斜角に応じた検出信号を出力する。地磁気センサは、地磁気の方向を検出するとともに、検出された地磁気の方向に応じた検出信号を出力する。演算部９０は、姿勢センサの検出信号及び地磁気センサの検出信号を所定の周期で取り込む。演算部９０は、姿勢センサ及び地磁気センサのそれぞれの検出信号に基づいて、鉛直方向及び地磁気方向に対する計測装置１０の姿勢を検出するとともに、検出された計測装置１０に基づいて風向補正値を演算する。演算部９０は、撮像装置３０により取得した画像データに基づいて風向を演算した後、演算した風向を風向補正値に基づいて補正する。このような構成によれば、計測装置１０が起伏の大きい場所に設置されている場合でも、正確な風向を検出することが可能になるとともに、計測装置１０の設置場所の変更も容易となる。

・基材６０に対する粉体８０の吸い付き状態を検出する状態検出部は、撮像装置３０に限らず、適宜の装置を用いることが可能である。例えば、受風部２０の外面２２から受風部２０の内部にレーザ光を照射する照射部と、照射部から照射されるレーザ光を受光する受光部とにより構成されるレーザ装置を用いることもできる。このレーザ装置では、受風部２０の内面２３に粉体８０が吸い付いた場合、その粉体８０の前後でレーザ光が回折又は散乱するため、受光部により受光されるレーザ光の強さが変化する。よって、受光部により受光されるレーザ光の強さに基づいて、基材６０に対する粉体８０の吸い付き状態を検出することができる。

・受風部２０の形状は、中空の球状に限らず、四角箱状等、任意の形状に変更することが可能である。

・撮像装置３０は、受風部２０の外面２２から離間して配置されていてもよい。
・計測装置１０は、風向及び風速のいずれか一方のみを検出するものであってもよい。
・演算部９０が提供する手段及び／又は機能は、実体的なメモリ９２に記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えば演算部９０がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路により提供することができる。

・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０：計測装置
２０：受風部
２２：外面
３０：撮像装置（状態検出部）
６０：基材
８０：粉体
９０：演算部

Claims (5)

1. 風を受けることの可能な外面（２２）を有する受風部（２０）と、
   前記受風部の外面に設けられ、風を受けることによりイオンを発生する風触媒がコーティングされた基材（６０）と、
   前記基材の前記風触媒から発生するイオンにより前記基材に吸い付けられる帯電性を有する粉体（８０）と、
   前記基材に対する前記粉体の吸い付き状態を検出する状態検出部（３０）と、
   前記状態検出部により検出された前記粉体の吸い付き状態に基づいて風向及び風速の少なくとも一方を演算する演算部（９０）と、
   を備える計測装置。
2. 前記受風部は、中空状に形成されており、
   前記粉体は、前記受風部の内部に収容されるとともに、前記基材の前記風触媒から発生するイオンにより前記受風部の内面に吸い付けられ、
   前記状態検出部は、前記受風部の内面における前記粉体の吸い付き状態を検出する
   請求項１に記載の計測装置。
3. 前記状態検出部は、前記受風部の内部を撮像する撮像装置である
   請求項２に記載の計測装置。
4. 前記受風部は、外部から内部を視認可能な構造を有しており、
   前記撮像装置は、前記受風部の外面から前記受風部の内部を撮像する
   請求項３に記載の計測装置。
5. 前記撮像装置は、前記受風部の外面に固定されている
   請求項４に記載の計測装置。

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