JP6932035B2 - 風速信号処理装置、風速信号処理システムおよび風速信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、風速信号処理装置、風速信号処理システムおよび風速信号処理方法に関する。

換気設備などの送風装置において、安定した送風がなされているかを確認するために風速を監視することがある。しかしながら、不安定な送風状態において、風速には様々な周波数成分が混在しており、また、風速の周波数は人間の可聴範囲より低い範囲も含まれているため、風速の聴覚による監視は容易ではない。
このような観点を考慮した発明を出願人は知らない。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、風速を容易に監視できるようにする風速信号処理装置、風速信号処理システムおよび風速信号処理方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、計測された風速に対応する第１風速信号にフィルタリング処理を行って第２風速信号を生成するフィルタ部と、前記第２風速信号を用いて基準信号を変調して第３風速信号を生成する変調器と、前記第３風速信号を増幅して音声再生用の第４風速信号を生成する増幅器と、を備える風速信号処理装置が提供される。
フィルタリング処理を行うことで、風速における所望の周波数成分を監視できる。

前記変調器は、前記第３風速信号の周波数が可聴範囲内となるよう、前記第３風速信号を生成するのが望ましい。
これにより、人間が風速の変動を聴くことができる。

前記基準信号の周波数は可聴範囲内であるのが望ましい。
これにより、第３風速信号を可聴範囲内とできる。

前記第１風速信号は、可聴範囲より低い周波数成分を含んでいてもよい。

前記フィルタ部は、ハイパスフィルタ処理を行ってもよい。
これにより、風速の短周期的な変動を監視できる。

前記フィルタ部は、ロウパスフィルタ処理を行ってもよい。
これにより、風速の長周期的な変動を監視できる。

前記変調器は、前記第２風速信号を用いて前記基準信号をＦＭ変調して前記第３風速信号を生成してもよい。
これにより、風速の変動を音の高さの変動として感度よく監視できる。

前記変調器は、前記第２風速信号を用いて前記基準信号をＡＭ変調して前記第３風速信号を生成してもよい。
これにより、風速の変動を音の大きさの変動として監視できる。

本発明の別の態様によれば、風速を計測する風速プローブと、前記計測された風速を前記第１風速信号に変換する風速変換器と、上記風速信号処理装置と、前記第４風速信号を音声として再生する音声再生器と、を備える風速信号処理システムが提供される。

また、本発明の別の態様によれば、風速を計測するステップと、前記計測された風速を、該風速に対応する第１風速信号に変換するステップと、前記第１風速信号にフィルタリング処理を行って第２風速信号を生成するステップと、前記第２風速信号を用いて基準信号を変調して第３風速信号を生成するステップと、前記第３風速信号を増幅して音声再生用に第４風速信号を生成するステップと、前記第４風速信号を音声として再生するステップと、を備える風速信号処理方法が提供される。

風速を容易に監視できる。

風速信号処理システムの概略構成を示すブロック図。 風速変換器２から出力される風速信号の一例を模式的に示す図。 図２の風速信号に対してロウパスフィルタ処理を行って得られた信号の一例を模式的に示す図。 図２の風速信号に対してハイパスフィルタ処理を行って得られた信号の一例を模式的に示す図。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、風速信号処理システムの概略構成を示すブロック図である。風速信号処理システムは、風路内に設置される風速プローブ１と、風速変換器２と、風速信号処理装置３と、音声再生器４１，４２と、表示器５と、警報信号発生器６とを備えている。風速信号処理装置３は、例えばパーソナルコンピュータであってよく、その一部として音声再生器４１，４２、表示器５および／または警報信号発生器６を含んでいてもよい。

風速プローブ１は風速を計測するセンサである。風速変換器２は、例えば熱線風速計のプローブを接続する本体部分であり、風速プローブ１によって計測された風速をアナログまたはデジタル電気信号である風速信号（第１風速信号）に変換する。通常、風速信号は可聴範囲より低い周波数成分を含んでおり、このままではそのような周波数成分を人間が聴くのは困難である。なお、風速プローブ１と風速変換器２は一体の計測器であってもよい。そして、風速変換器２は内部にロウパスフィルタ（雑音除去）機能を持たないのが望ましい。

図２は、風速変換器２から出力される風速信号の一例を模式的に示す図であり、横軸は時間、縦軸は風速を示している。風速信号は長周期的な変動に短周期的な変動が重畳された形状となっている。

図１に戻り、風速信号処理装置３は、風速の長周期的な変動を捉えるための長周期的変動監視部３ａと、風速の短周期的な変動を捉えるため短周期的変動監視部３ｂとを有する。
長周期的変動監視部３ａは、ロウパスフィルタ３１１、基準信号生成器３２１、変調器３３１、増幅器３４１および異常判定器３５などから構成される。

ロウパスフィルタ３１１は風速変換器２からの風速信号に対してロウパスフィルタ処理（例えば、移動平均算出）を行い、所定のカットオフ周波数以下の周波数成分を主に含む信号（第２風速信号）を生成する。ロウパスフィルタ３１１によって生成された信号は、変調器３３１、異常判定器３５および表示器５に出力される。

図３は、図２の風速信号に対してロウパスフィルタ処理を行って得られた信号の一例を模式的に示す図である。図示のように、風速変換器２からの風速信号（図２）に含まれる雑音や微小変動といった短周期的な変動が除去され、長周期的な変動が残る。この長周期的な変動の周波数は可聴範囲より低く、このままでは人間が聴くのはやはり困難である。

図１に戻り、基準信号生成器３２１は基準信号を生成する。例えば基準信号は正弦波であり、その周波数は可聴範囲内であるのが望ましく、数十Ｈｚ〜十数ｋＨｚ、より望ましくは数百Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度である。基準信号生成器３２１によって生成された基準信号は変調器３３１に出力される。

変調器３３１はロウパスフィルタ３１１からの信号を用いて基準信号を変調する。変調器３３１は、変調後の信号の周波数が可聴範囲内に収まるよう変調するのが望ましい。一例として、変調器３３１は、ロウパスフィルタ３１１からの信号の振幅に応じて基準信号の振幅を変調するＡＭ変調を行ってもよい。別の例として、変調器３３１は、ロウパスフィルタ３１１からの信号の振幅に応じて基準信号の周波数を変調するＦＭ変調を行ってもよい。変調器３３１によって生成された変調後の信号（第３風速信号）は増幅器３４１に出力される。

増幅器３４１は、変調器３３１からの信号を増幅し、音声再生用の信号（第４風速信号）を生成する。増幅器３４１によって生成された信号は音声再生器４１に出力される。

音声再生器４１はスピーカやヘッドフォンなどであり、増幅器３４１からの信号に応じた音声を再生する。これにより、風速の長周期的な緩やかな変動を音声の変化として再現できる。変調器３３１がＡＭ変調を行う場合、風速の変動が音声の大きさに反映される。変調器３３１がＦＭ変調を行う場合、風速の変動が音声の高さ（ピッチ）に反映される。人間は音の高さに特に敏感であるため、変調器３３１がＦＭ変調を行うのがより好適である。

異常判定器３５はロウパスフィルタ３１１からの信号と所定の閾値とを比較して異常判定を行い、その結果を示す信号を警報信号発生器６に出力する。警報信号発生器６は異常判定器３５による異常判定結果に基づいて警報を発生する。具体例として、ロウパスフィルタ３１１からの信号が所定の閾値より大きい場合に、警報信号発生器６から警報音が発生するようにしてもよい。

また、表示器５は、長周期的変動監視部３ａにおけるロウパスフィルタ３１１からの信号が入力され、これをアナログまたはデジタル計表示する。

一方、短周期的変動監視部３ｂは、ハイパスフィルタ３１２、基準信号生成器３２２、変調器３３２および増幅器３４２などから構成される。

ハイパスフィルタ３１２は風速変換器２からの風速信号に対してハイパスフィルタ処理を行い、所定のカットオフ周波数以上の周波数成分を主に含む信号（第２風速信号）を生成する。ハイパスフィルタ３１２の構成例として、風速変換器２からの風速信号に対してロウパスフィルタ処理（例えば、移動平均算出）を行った信号を風速信号から差し引くようにしてもよい。この場合、移動平均を算出する時間幅を短くするほど、より細かい変動だけを捉えられる。ハイパスフィルタ３１２によって生成された信号は、変調器３３２に出力される。

図４は、図２の風速信号に対してハイパスフィルタ処理を行って得られた信号の一例を模式的に示す図である。図示のように、風速変換器２からの風速信号（図２）から長周期的な変動が除去され、短周期的な変動が残る。短周期的な変動であっても、その周波数は可聴範囲より低く、このままでは人間が聴くのは困難である。

図１に戻り、基準信号生成器３２２は基準信号を生成する。例えば基準信号は正弦波であり、その周波数は可聴範囲内であるのが望ましく、数十Ｈｚ〜十数ｋＨｚ、より望ましくは数百Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度である。基準信号生成器３２２によって生成された基準信号は変調器３３２に出力される。

変調器３３２はハイパスフィルタ３１２からの信号を用いて基準信号を変調する。変調器３３２は、変調後の信号の周波数が可聴範囲内に収まるよう変調するのが望ましい。一例として、変調器３３２は、ハイパスフィルタ３１２からの信号の振幅に応じて基準信号の振幅を変調するＡＭ変調を行ってもよい。別の例として、変調器３３２は、ハイパスフィルタ３１２からの信号の振幅に応じて基準信号の周波数を変調するＦＭ変調を行ってもよい。変調器３３２によって生成された変調後の信号（第３風速信号）は増幅器３４２に出力される。

増幅器３４２は、変調器３３２からの信号を増幅し、音声再生用の信号（第４風速信号）を生成する。増幅器３４２によって生成された信号は音声再生器４２に出力される。

音声再生器４２はスピーカやヘッドフォンなどであり、増幅器３４２からの信号に応じた音声を再生する。これにより、風速の短周期的な細かい変動を音声の変化として再現でき、送風装置の異常検知などに役立つ。変調器３３２がＡＭ変調を行う場合、風速の変動が音声の大きさに反映される。変調器３３２がＦＭ変調を行う場合、風速の変動が音声の高さ（ピッチ）に反映される。人間は音の高さに特に敏感であるため、変調器３３２がＦＭ変調を行うのがより好適である。

このように、本実施形態では、風速信号にフィルタリング処理を行って所望の周波数帯域を取り出し、可聴範囲内の基準信号を変調する。これにより、所望の周波数帯域の風速を音として感度よく直感的に把握できる。特に、フィルタリング処理で高周波帯域を取り出すことで、風速の短周期的な変動を把握できる。

なお、風速信号処理装置３は、長周期的変動監視部３ａのみ、あるいは、短周期的変動監視部３ｂのみを含んでいてもよい。また、風速信号処理装置３内の各機能部の一部または全部は、ハードウェアで構成されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよい。後者の場合、プロセッサが所定のプログラムを実行することで、コンピュータが各機能部として機能する。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ 風速プローブ
２ 風速変換器
３ 風速信号処理装置
３ａ 長周期的変動監視部
３１１ ロウパスフィルタ
３２１ 基準信号生成器
３３１ 変調器
３４１ 増幅器
３５ 異常判定器
３ｂ 短周期的変動監視部
３１２ ハイパスフィルタ
３２２ 基準信号生成器
３３２ 変調器
３４２ 増幅器
４１，４２ 音声再生器
５ 表示器
６ 警報信号発生器

Claims (8)

1. 計測された風速に対応する第１風速信号にハイパスフィルタ処理を行って第２風速信号を生成するハイパスフィルタ部と、
   前記第２風速信号を用いて基準信号を変調して第３風速信号を生成する第１変調器と、
   前記第３風速信号を増幅して音声再生用の第４風速信号を生成する第１増幅器と、
   前記第１風速信号にロウパスフィルタ処理を行って、表示器に表示される第４風速信号を生成するロウパスフィルタ部と、
   前記第４風速信号を用いて基準信号を変調して第５風速信号を生成する第２変調器と、
   前記第５風速信号を増幅して音声再生用の第６風速信号を生成する第２増幅器と、を備える風速監視装置。
2. 前記第１変調器は、前記第３風速信号の周波数が可聴範囲内となるよう、前記第３風速信号を生成する、請求項１に記載の風速監視装置。
3. 前記基準信号の周波数は可聴範囲内である、請求項１または２に記載の風速監視装置。
4. 前記第１風速信号は、可聴範囲より低い周波数成分を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の風速監視装置。
5. 前記第１変調器は、前記第２風速信号を用いて前記基準信号をＦＭ変調して前記第３風速信号を生成する、請求項１乃至４のいずれかに記載の風速監視装置。
6. 前記第１変調器は、前記第２風速信号を用いて前記基準信号をＡＭ変調して前記第３風速信号を生成する、請求項１乃至４のいずれかに記載の風速監視装置。
7. 風速を計測する風速プローブと、
   前記計測された風速を前記第１風速信号に変換する風速変換器と、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の風速監視装置と、
   前記第４風速信号を音声として再生する第１音声再生器と、
   前記第６風速信号を音声として再生する第２音声再生器と、
   前記第４風速信号を表示する表示器と、を備える風速監視システム。
8. 風速を計測するステップと、
   前記計測された風速を、該風速に対応する第１風速信号に変換するステップと、
   前記第１風速信号にハイパスフィルタ処理を行って第２風速信号を生成するステップと、
   前記第２風速信号を用いて基準信号を変調して第３風速信号を生成するステップと、
   前記第３風速信号を増幅して音声再生用に第４風速信号を生成するステップと、
   前記第４風速信号を音声として再生するステップと、
   前記第４風速信号を表示器に表示させるステップと、
   前記第１風速信号にロウパスフィルタ処理を行って、表示器に表示される第４風速信号を生成するステップと、
   前記第４風速信号を用いて基準信号を変調して第５風速信号を生成するステップと、
   前記第５風速信号を増幅して音声再生用の第６風速信号を生成するステップと、
   前記第６風速信号を音声として再生するステップと、を備える風速監視方法。

Images