JPH0225173Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、回転部分の回転数に対応する出力信
号を発生するプロペラ式、風杯式等の風速センサ
を用いた回転型風速計に関するものである。

回転式風速センサにおいては、風速が一定の定
常風速状態ではその出力信号は風速に比例するか
或は直線性の補正により正確な風速を測定可能に
するが、風速が急速に変動する例えば市街地域の
風速に対しては回転部分の慣性のために追従遅れ
が生じて測定値に誤差をもたらす問題がある。

このような風速センサの回転部分の動特性を電
気回路で考えると、第１図に示す如く慣性Ｌに直
列接続した制動抵抗Rdの両端に出力電圧Ｅを生
じると考えることができる。したがつて、ある定
常風速における風速センサの直流出力をEo、そ
の時点の風速変動に対する応答特性のしや断周波
数をc、その時点で実際に発生した風速変動周期
を１／＝Ｔ、風速センサの時定数Ｌ／Rdをτ
とすると、 となる。したがつて、例えば真風速に95％の精度
（Ｅ／Eo＝0.95）で追従するためには、τ／Ｔ≒
0.05即ち風速変動周期の20倍の高応答性の風速セ
ンサを使用しなければならない。一方実際の風速
センサは風速Ｕ＝10m／ｓにおいて0.5秒程度の
τを有し、その風速状態で発生する可能性のある
風速変動周期1s（１Hz）について考えた場合必要
なτは１／20s＝0.05sであるから大きな測定誤差
を生じることになる。

よつて本考案は、回転部分を有する風速センサ
を用いているにも拘わらず、変動風速に対して高
い測定精度を保証し得る回転型風速計を提供する
ことを目的とする。

この目的の解決のためには、先ず風速センサの
出力信号を高域補償することが考えられるが、本
考案によれば風速センサの回転数の増加に伴いそ
の制動抵抗Rdが大きくなることに鑑みて風速に
応じて特性の変化する高域補償回路へセンサ出力
信号を供給することにより解決する。

即ち、風速に応じて直流レベルが変化するアナ
ログ出力信号を発生する風速センサに、高域補償
する周波数領域が可変の高域補償回路と、風速の
増大に対応して、つまり回転部分で機械的に規定
される制動抵抗の増大に伴ない高くなるカツトオ
フ周波数に対応して、補償される周波数領域が高
くなるように、風速センサの出力信号に応答して
高域補償回路に対して可変制御を行う制御回路と
を後続させた。これにより、風速Ｕによる機械的
動特性の変動で規定されるカツトオフ応答周波数
が、電気回路的にダイナミツク補償され、したが
つて定常的な風速Ｕが変動しても、センサ出力信
号のレベルは高精度に風速変動に追従する。換言
すれば、定常的な風速Ｕが変動する場合、通常そ
の風速から連続的にその風速に対応した速度（周
波数）で変動するために、その時点のカツトオフ
応答周波数が高域補償されることにより、忠実な
風速変動信号の出力が保証される。

次に本考案を図示の実施例を基に説明する。

第２図において、１は回転部分を有する風速セ
ンサの出力回路であり、その種類によりタコジエ
ネレータの出力を増幅したり或は光電パルスのＦ
−Ｖ変換を行つて風速に対応する電圧レベルのセ
ンサ出力信号を発生する。

２は本考案による高域補償回路であり、コンデ
ンサＣ１並びにこれに並列の固定抵抗器ｒ１及び
光導電体例えばCdS１と、これらに直列の固定抵
抗器ｒ２及びCdS２と、CdS１及びCdS２をそれ
ぞれ光照射するLED１及びLED２と、センサ出
力信号を低インピーダンスで供給するバツフア増
幅器Ａ１及び光導電体駆動用の増幅器Ａ２とから
構成されている。Ａ３は風速信号を出力するバツ
フア増幅器である。そして抵抗器ｒ１とCdS１と
の合成抵抗をＲ１そして抵抗器ｒ２とCdS２との
合成抵抗をＲ２とすると、先ず無風時即ちLED
１及びLED２が光照射を行つていない状態で例
えば分圧比η＝R2／R1＋R2＝0.2、即ち改善比を５ 倍に設定してある。また、高域補償回路の時定数
τaはコンデンサＣ１の容量をＣとするとτa＝
Ｃ・R1・R2／R1＋R2であり、回転部を有する風速セン サの周波数特性即ちステツプ応答時間は、所謂距
離定数（風速×応答時間）がほぼ一定であること
により風速にほぼ逆比例することに鑑みて、風速
1m／ｓ程度における風速センサの時定数τ（例え
ば約３秒）に時定数τaが対応するようにＣ１，
Ｒ１及びＲ２の値を決定し、風速Ｕが大きくなる
につれて、並列回路Ｃ１，ｒ１，CdS１及びｒ
２，CdS２の直流分圧比は一定に留るが、時定数
τaはほぼ逆比例するようにCdS１及びCdS２の抵
抗値変化が生じるようにする。このため増幅器Ａ
２は、センサ出力信号を基に風速にほぼ逆比例し
てＲ１及びＲ２の大きさを変化させ得る光量を
CdS１及びCdS２に供給するようにLED１及び
LED２を駆動する。

風速センサが定常速度で回転している場合、セ
ンサ出力信号は、増幅器Ａ１で直流増幅され、そ
の出力信号は低インピーダンスで時定数回路Ｃ
１，ｒ１，ｒ２，CdS１，CdS２へ供給され、1/
５に分圧されてバツフア増幅器Ａ３へ供給される。
この間、増幅器Ａ２は定常風速に対応してLED
２及びLED２を駆動しているが、CdS１及びCdS
２の抵抗値変化はＲ１及びＲ２を定常風速にほぼ
逆比例した同じ割合で変化させるために分圧比η
は常に一定であり、一方時定数τaは定常風速に
ほぼ逆比例して変化している。この状態において
風速が急に変化すると風速センサ出力は、定常風
速時の時定数τに従い追従遅れを生じるが、高域
補償回路２の時定数τaは既に自動的に定常風速
に応じて調整されているために、この追従遅れを
精密に補償することができ、バツフア増幅器Ａ３
からは急に変化した風速に精度良く対応するレベ
ルの風速信号が出力される。

第３図は、本考案の別の実施例を示すもので、
時定数回路を段階的に切換えるようにしたもので
ある。

コンデンサＣ１０、抵抗器Ｒ１０及び抵抗器Ｒ
２０により高域補償回路の無風時の時定数回路を
構成し、抵抗器Ｒ１０にはアナログスイツチＳ１
１〜Ｓ１４をそれぞれ介して抵抗器Ｒ１１〜Ｒ１
４が並列接続し、抵抗器Ｒ２０にはアナログスイ
ツチＳ２１〜Ｓ２４をそれぞれ介して抵抗器Ｒ２
１〜Ｒ２４が並列接続している。１０はこれらの
アナログスイツチＳ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２
４を択一的にオンにするスイツチング回路であ
り、毎秒風速２ｍ、４ｍ、８ｍ及び16ｍに相当す
るセンサ出力信号をそれぞれ検出する比較器１１
〜１４及びこれらの比較出力をそれぞれ入力とす
る排他的論理和回路２１〜２４から構成されてい
る。

風速が2m／ｓに達すると比較器１１の出力レ
ベルが“１”になり、また比較器１２の出力レベ
ルは“０”であるから排他的論理和回路２１の出
力レベルが“１”になり、アナログスイツチＳ１
１及びＳ２１をオンし、したがつて第４図のａで
示す高域補償特性が得られる。風速が4m／ｓに
達すると比較器１２の出力レベルも“１”にな
り、排他的論理和回路２１の入力が一致１，１す
るためにその出力レベルは“０”になり、代つて
排他的論理和回路２２の出力レベルが“１”にな
る。したがつて、アナログスイツチＳ１２及びＳ
２２がオンとなり、ｂで示す特性が得られる。以
下、同様にして風速が8m／ｓに達すると、アナ
ログスイツチＳ１３及びＳ２３がオンとなること
により特性ｃが得られ、風速が16m／ｓを越える
とアナログスイツチＳ１４及びＳ２４がオンとな
ることにより特性ｄが生じる。これにより、第５
図に示す如く、高域補償を行わない点線（センサ
出力信号）に較べて応答特性を大巾に改善でき
る。即ち、前述の風速10m／ｓでは１Hzの風速変
動周波数が十分に補償され、例えば風速2m／ｓ
では風速変動周波数0.2Hz（発生する可能性のあ
る風速変動周波数は風速に比例するために風速
10m／ｓでの１Hz×１／５）が十分に補償される。

第６図は本考案のさらに別の実施例を示すもの
で、風速の増大と減少に対する高域補償特性を切
換えるようにしたものである。即ちプロペラ型風
速センサと異り、風杯型では風速増大時に較べて
風速減少時には風杯周囲の空気抵抗が増すために
風速変化への応答が悪くなり、したがつて高域補
償用コンデンサＣ２０の充電即ち風速増大時の分
圧抵抗Ｒ３０〜Ｒ３４及びＲ４０〜Ｒ４１をダイ
オードＤ１１で選択し、放電即ち風速減少時の時
定数を相対的に大きくする補償される周波数領域
を相対的に低くする分圧抵抗Ｒ５０〜Ｒ５４及び
Ｒ６０〜Ｒ６４をダイオードＤ１２で選択する。
アナログスイツチＳ３１〜Ｓ３４，Ｓ４１〜Ｓ４
４，Ｓ５１〜Ｓ５４，Ｓ６１〜Ｓ６４は第３図の
排他的論理和回路２１〜２４の出力により風速レ
ベルに応じて関連する４個のアナログスイツチを
同時にオンにし、またダイオードＤ１１側の抵抗
値はダイオードＤ１２のものより数倍大きくなつ
ている。尚、ダイオードＤ１１及びＤ１２は、風
速の増大及び減少に応じてスイツチングされるア
ナログスイツチにそれぞれ置換することもでき、
風速による時定数τaの切換えは第２図の如き光
導素子を利用することもできる。

以上の説明から明らかなように、本考案による
ダイナミツク高域補償回路により、風速が変動す
る場合でもその変動に忠実にアナロクレベルが追
従する風速信号を出力する回転型風速計が実現さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転部分を有する風速センサの電気的
な等価回路、第２図は本考案の第１の実施例、第
３図は本考案の第２の実施例、第４図は第２の実
施例における種々の風速レベルに対する高域補償
特性、第５図は第２実施例の応答特性及び第６図
は本考案の第３の実施例を示す。 ２：高域補償回路、１０：スイツチング回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 風を受ける回転部分の回転数に対応して直流
   レベルが変化するアナログ出力信号を発生する
   風速センサを備えた回転型風速計において、 前記風速センサに、入力する前記アナログ出
   力信号に対して高域補償する周波数領域を風速
   の増減に伴い変化するように、前記アナログ出
   力信号に応答して時定数が変化する高域補償回
   路が後続している、ことを特徴とする回転型風
   速計。 ２ 高域補償回路が、風速増大時用及びこの風速
   増大時よりも補償される周波数領域が低くなる
   ように相対的に大きな時定数の減少時用の２種
   類より構成されている、ことを特徴とする実用
   新案登録請求の範囲第１項記載の回転型風速
   計。