JP6583103B2 - 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、複数の基材（３０）と、複数のイオン検出部（４０）と、演算部（８０）と、を備える。受風部は、風を受けることの可能な外面（２３）を有する。複数の基材は、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。複数のイオン検出部は、複数の基材の風触媒から発生するイオンをそれぞれ検出する。演算部は、複数のイオン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、このイオンが複数のイオン検出部のうちのいずれかにより検出される。そして、このイオン検出部の検出結果に基づいて演算部が風向及び風速の少なくとも一方を演算する。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、計測装置を小型化することができる。

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。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構造を示す断面図である。 実施形態のイオン検出部の構成を模式的に示す図である。 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。

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、基材３０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」で示し、Ｚ１方向と逆の方向を「Ｚ２方向」で表す。本実施形態では、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向が第１方向、第２方向、及び第３方向にそれぞれ相当する。

図３及び図４に示されるように、受風部２０は、内部に空間２１を有する中空の球状に形成されている。受風部２０の外面２３は、風を受ける部分である。図３及び図４の符号「Ｃ］は、受風部２０の中心点を表している。また、図１〜図４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。また、図３及び図４に示されるように、受風部２０の中心点Ｃを通り、且つＸ方向及びＹ方向に平行な平面に対する仰角方向を「φ」で表し、方位角方向を「θ」で表す。

図３及び図４に示されるように、受風部２０には、外面２３から内面２４に貫通する複数の貫通孔２２が形成されている。なお、図３及び図４では、複数の貫通孔２２のうち、断面の部分に配置されている貫通孔のみが図示されている。複数の貫通孔２２は、仰角方向φに４５°間隔で、且つ方位角方向θに４５°間隔で形成されている。すなわち、受風部２０には、２６個の貫通孔２２が均等な間隔で形成されている。

基材３０は、受風部２０の外面２３に複数設けられている。具体的には、図３に示されるように、複数の基材３０は、複数の貫通孔２２のうち、Ｚ２方向に位置する貫通孔２２ａを除く貫通孔２２のそれぞれに対応するように受風部２０の外面２３に設けられている。すなわち、受風部２０の外面２３には、２５個の基材３０が均等な間隔で配置されている。なお、図３及び図４では、複数の基材３０のうち、断面の部分に配置されている基材３０のみが図示されている。基材３０は、内部に空気通路３１を有する筒状の部材からなる。基材３０には、風触媒がコーティングされている。風触媒は、風を受けるとイオンを発生する物性を有する触媒である。風触媒は、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。この風触媒は、風を受けることにより磁界を形成してマイナスイオンを放出し、放出したマイナスイオンによって帯電する粉体を吸着させる。

図３及び図４に示されるように、計測装置１０は、受風部２０の内部に設けられる複数のイオン検出部４０を備えている。図３に示されるように、複数のイオン検出部４０は、複数の貫通孔２２のうち、Ｚ２方向に位置する貫通孔２２ａを除く複数の貫通孔２２のそれぞれに対応する位置に設けられている。すなわち、受風部２０の内部には、２５個のイオン検出部４０が均等な間隔で配置されている。イオン検出部４０のそれぞれの一端部は、貫通孔２２に嵌合されている。この嵌合構造により、イオン検出部４０は、受風部２０に固定されている。イオン検出部４０は、基材３０の風触媒から発生したイオンの濃度をゲルディエン法により検出するセンサである。

具体的には、図５に示されるように、イオン検出部４０は、二重同心円筒状に形成されている。イオン検出部４０の内側の円筒管である内筒４１は、電気的に接地されている。イオン検出部４０の外側の円筒管である外筒４２には、所定の電圧Ｖが印加されている。これにより、内筒４１と外筒４２との間に形成される空気通路４３には、電界が形成される。内筒４１の外周面と外筒４２の外周面との空気通路４３に空気が流通すると、空気とともに空気中のイオンが空気通路４３に流れ込む。空気通路４３には電界が形成されているため、設定された移動度、換言すれば臨界移動度以上の移動度を有するイオンは、電界を移動して内筒４１に捕捉される。イオンが内筒４１に捕捉されると、電流が発生する。この内筒４１に発生する電流Ｉは、電流検出部４４により検出される。この電流検出部４４により検出される電流Ｉに基づいて、空気中のイオン濃度を検出することができる。イオン検出部４０は、電流検出部４４により検出される電流Ｉに応じた検出信号を出力する。

図３及び図４に示されるように、イオン検出部４０の空気通路４３は、基材３０の空気通路３１、及び受風部２０の内部空間２１に繋がっている。したがって、受風部２０が風を受けると、その風が基材３０の空気通路３１及びイオン検出部４０の空気通路４３を通じて受風部２０の内部空間２１に送り込まれる。

図１に示されるように、計測装置１０は、支柱５０と、土台６０とを備えている。また、図３に示されるように、計測装置１０は、送風機７０を更に備えている。

支柱５０は、内部に空気通路５１を有する筒状の部材からなる。Ｚ１方向における支柱５０の一端部は、受風部２０の貫通孔２２ａに嵌合されている。この貫通孔２２ａと支柱５０との嵌合構造により、支柱５０が受風部２０に固定されている。支柱５０の空気通路５１は、受風部２０の内部空間２１に繋がっている。

土台６０は、内部に空気通路６１を有する中空箱状の部材からなる。土台６０におけるＺ１方向の外壁６２には、外面から内面に貫通する嵌合孔６３が形成されている。嵌合孔６３には、Ｚ２方向における支柱５０の一端部が嵌合されている。この嵌合構造により、支柱５０が土台６０に固定されている。土台６０の空気通路６１は、支柱５０の空気通路５１を通じて受風部２０の内部空間２１に繋がっている。土台６０におけるＸ方向の一側壁６４には、外面から内面に貫通する排出孔６５が形成されている。

送風機７０は、土台６０の内部に収容されている。送風機７０は、図３に破線で示されるように、基材３０の空気通路３１、イオン検出部４０の空気通路４３、受風部２０の内部空間２１、支柱５０の空気通路５１、土台６０の空気通路６１、排出孔６５の順で流れる空気流を形成する。

次に、計測装置１０の電気的な構成について説明する。
図６に示されるように、計測装置１０は、演算部８０と、表示部９０とを更に備えている。

演算部８０は、ＣＰＵ８１やメモリ８２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８０には、イオン検出部４０のそれぞれの検出信号が取り込まれている。演算部８０は、メモリ８２に記憶されている処理プログラムを実行することにより、イオン検出部４０のそれぞれの検出結果に基づいて、受風部２０で受けた風の向き及び速度を演算するとともに、演算した風向及び風速を表示部９０に表示する。

具体的には、演算部８０のメモリ８２には、受風部２０が風を受けていない状態におけるイオン検出部４０の検出信号の初期値が予め記憶されている。この初期値は、実験等により得られる値である。

演算部８０は、イオン検出部４０のそれぞれの検出信号を所定の周期で取り込む。なお、演算部８０とイオン検出部４０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８０は、取り込んだイオン検出部４０のそれぞれの検出信号の値と初期値との偏差を演算するとともに、演算された偏差に基づいて、基材３０からそれぞれ発生したイオンの濃度をマップや演算式等を用いて演算する。イオン検出部４０の検出信号とイオン濃度との関係を示すマップや演算式は、実験等により予め求められてメモリ８２に記憶されている。

演算部８０は、演算されたイオン濃度に基づいて、基材３０のそれぞれの位置における風速をマップを用いて演算する。イオン濃度と風速との関係を示すマップは、実験等により予め求められてメモリ８２に記憶されている。演算部８０は、基材３０のそれぞれの位置における風速の中に所定の風速を超えるものが存在する場合には、所定の風速を超える風速が検出された所定の基材３０の位置に風が当たっていると判定する。この場合、演算部８０は、風が当たっていると判定された所定の基材３０の位置に対応する向きを風向として検出する。演算部８０は、このようにして所定の基材３０の位置に対応する風向及び風速を求め、それらを表示部９０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。
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３０の風触媒からイオンが発生するとともに、このイオンが、複数のイオン検出部４０のうちのいずれかにより検出される。例えば図３に示されるように、受風部２０が、矢印Ｗで示されるＺ２方向の風を受けているとする。この場合、受風部２０の複数の基材３０のうち、Ｚ１方向に位置する基材３０ａに風が当たるため、この基材３０ａの風触媒からイオンが発生する。基材３０ａから発生したイオンは、送風機７０により形成される空気の流れにより、イオン検出部４０の空気通路４３を流れる。これにより、基材３０ａから発生したイオンは、基材３０ａに対応するイオン検出部４０ａにより検出される。この際、演算部８０は、イオン検出部４０ａの検出信号に基づいて基材３０ａにおける風速を検出するとともに、基材３０ａの位置に対応する向きを風向として検出する。そして、演算部８０は、検出した風速及び風向を表示部９０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）〜（４）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、風向及び風速を計測することができる。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）複数の基材３０は、受風部２０の外面２３全体に均等な間隔で配置されている。これにより、受風部２０がどの方向から風を受けた場合でも、基材３０の風触媒からイオンが発生するため、このイオンをイオン検出部４０により検出することで、任意の風向及び風速を検出することが可能となる。

（３）受風部２０は、中空の球状に形成されている。複数のイオン検出部４０は、複数の基材３０が設けられる位置に対応して受風部２０の内面に設けられており、基材３０を通過して受風部２０の内部へと流れる空気中のイオンを検出する。このような構造を採用することにより、基材３０の風触媒から発生するイオンをより的確に検出することができる。

（４）送風機７０は、基材３０を通過して受風部２０の内部へと流れる空気流を形成する。これにより、送風機７０により形成される空気流によって、基材３０の風触媒から発生したイオンをイオン検出部４０へと流すことができるため、より的確にイオン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８０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、検出し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８０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８０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８０は、イオン検出部４０の検出結果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。

・受風部２０の外面２３における複数の基材３０の配置は適宜変更可能である。例えば受風部２０の外面２３の特定の位置に基材３０を集中的に配置することにより、特定の風向のみを検出できるようにしてもよい。すなわち、複数の基材３０は、受風部２０の外面２３に不均一な間隔で配置されていてもよい。

・受風部２０の外面２３に設けられる基材３０の数は適宜変更可能である。なお、複数の基材３０には、図１〜図４に示されるＸ方向に配置される基材３０ｂ，３０ｃと、Ｙ方向に配置される基材３０ｄ，３０ｅと、Ｚ方向に配置される基材３０ａとが含まれていれば、直交する３軸方向の風向及び風速を検出することができる。

・受風部２０の形状は、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。

・イオン検出部４０の構造は、図４に示される構造に限らず、基材３０の風触媒から発生するイオンを検出可能な任意の構造に変更可能である。

・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８０が提供する手段及び／又は機能は、実体的なメモリ８２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８０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、条件、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
２３：外面
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ：基材
４０：イオン検出部
７０：送風機
８０：演算部

Claims (5)

1. 風を受けることの可能な外面（２３）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複数の基材（３０）と、
   複数の前記基材の前記風触媒から発生するイオンをそれぞれ検出する複数のイオン検出部（４０）と、
   複数の前記イオン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を演算する演算部（８０）と、
   を備える計測装置。
2. 前記複数の基材は、
   前記受風部の外面全体に均等な間隔で配置されている
   請求項１に記載の計測装置。
3. 前記複数の基材には、
   互いに直交する３軸方向を第１方向、第２方向、及び第３方向とするとき、
   前記受風部の外面において前記第１方向に配置される基材（３０ｂ，３０ｃ）と、
   前記受風部の外面において前記第２方向に配置される基材（３０ｄ，３０ｅ）と、
   前記受風部の外面において前記第３方向に配置される基材（３０ａ）と、が少なくとも含まれている
   請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 前記受風部は、
   中空の球状に形成されており、
   複数の前記イオン検出部は、
   複数の前記基材がそれぞれ設けられる位置に対応して前記受風部の内面に設けられており、前記基材を通過して前記受風部の内部へと流れる空気中のイオンを検出する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の計測装置。
5. 前記基材を通過して前記受風部の内部へと流れる空気流を形成する送風機（７０）を更に備える
   請求項４に記載の計測装置。

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