JPH08220127A - 超音波式風向風速計 - Google Patents
超音波式風向風速計Info
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- JPH08220127A JPH08220127A JP2552095A JP2552095A JPH08220127A JP H08220127 A JPH08220127 A JP H08220127A JP 2552095 A JP2552095 A JP 2552095A JP 2552095 A JP2552095 A JP 2552095A JP H08220127 A JPH08220127 A JP H08220127A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 超音波式風向風速計の精度向上を行う。
【構成】 超音波式風向風速計に、超音波出射口及び超
音波入射口を同一面に有しかつ直交する2軸方向に配置
される１つの送信用超音波素子24及び4つの受信用超音
波素子231、234、232、233と、送信用超音波素子及び受
信用超音波素子を収容するケース24と、超音波出射口及
び超音波入射口と対向して位置し、超音波を反射するた
めの反射板22とが設けられる。伝搬時間検出手段304、3
05は送信用超音波素子から反射板を経て4つの受信用超
音波素子までの4つの超音波伝搬時間を検出する。温度
補正用回路308は2つの超音波伝搬時間の和から温度によ
る音速変化を検出する。超音波伝搬時間差導出回路309
は2つの超音波伝搬時間の差を求め、この差について温
度を基に温度補正を行う。風速、風向演算回路は、温度
補正された2組の2つの超音波伝搬時間の差から風速、風
向を算出する。
音波入射口を同一面に有しかつ直交する2軸方向に配置
される１つの送信用超音波素子24及び4つの受信用超音
波素子231、234、232、233と、送信用超音波素子及び受
信用超音波素子を収容するケース24と、超音波出射口及
び超音波入射口と対向して位置し、超音波を反射するた
めの反射板22とが設けられる。伝搬時間検出手段304、3
05は送信用超音波素子から反射板を経て4つの受信用超
音波素子までの4つの超音波伝搬時間を検出する。温度
補正用回路308は2つの超音波伝搬時間の和から温度によ
る音速変化を検出する。超音波伝搬時間差導出回路309
は2つの超音波伝搬時間の差を求め、この差について温
度を基に温度補正を行う。風速、風向演算回路は、温度
補正された2組の2つの超音波伝搬時間の差から風速、風
向を算出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波を用いて風速、風
向を検出するセンサに関し、特に本発明では走行中車両
が受ける風速、風向を検出する超音波式風向風速計に関
する。
向を検出するセンサに関し、特に本発明では走行中車両
が受ける風速、風向を検出する超音波式風向風速計に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来このような分野の技術として、特開
昭５７−７７９６５号公報に記載されている車両の風
速、風向センサがある。これには車両の車体上部に、車
両の風速、風向を測定するために対向する一対の超音波
送波器及び超音波受波器が二対配設され、二対のものの
配置が同一面に相互に直交するように記載されている。
昭５７−７７９６５号公報に記載されている車両の風
速、風向センサがある。これには車両の車体上部に、車
両の風速、風向を測定するために対向する一対の超音波
送波器及び超音波受波器が二対配設され、二対のものの
配置が同一面に相互に直交するように記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記車
両の風速、風向センサでは、一方の一対の超音波送波器
及び超音波受波器に対する風の流れは、他方の一対の超
音波送波器及び超音波受波器により乱され、この逆の場
合にも風の流れは乱されるので、風速、風向検出精度が
悪化するという問題点がある。さらに、空気の温度変化
により風速、風向検出精度が悪化する。
両の風速、風向センサでは、一方の一対の超音波送波器
及び超音波受波器に対する風の流れは、他方の一対の超
音波送波器及び超音波受波器により乱され、この逆の場
合にも風の流れは乱されるので、風速、風向検出精度が
悪化するという問題点がある。さらに、空気の温度変化
により風速、風向検出精度が悪化する。
【０００４】したがって、本発明は、上記問題点に鑑
み、送受信器自身による風の流れの乱れ、温度変化があ
っても、高精度に風速、風向を検出することができる超
音波式風向風速計を提供することを目的とする。
み、送受信器自身による風の流れの乱れ、温度変化があ
っても、高精度に風速、風向を検出することができる超
音波式風向風速計を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、次の構成を有する超音波式風向風速計
を提供する。すなわち、超音波の伝搬時間変化から風
速、風向を計測する超音波式風向風速計に、超音波を送
信する超音波出射口及び超音波を受信する超音波入射口
を同一面に有しかつ直交する２軸方向に配置され、風を
２軸方向の成分に分解し検出するための１つの送信用超
音波素子及び４つの受信用超音波素子と、該送信用超音
波素子及び受信用超音波素子を収容するケースと、前記
超音波出射口及び超音波入射口と対向して位置し、超音
波を反射するための反射板とが設けられる。伝搬時間検
出手段は前記送信用超音波素子による超音波送信から前
記反射板での超音波反射を経て４つの受信用超音波素子
の超音波受信までの４つの超音波伝搬時間を検出する。
温度補正用回路は２つの超音波伝搬時間の和から温度に
よる音速変化を検出する。超音波伝搬時間差導出回路は
２つの超音波伝搬時間の差を求め、この超音波伝搬時間
の差について前記温度を基に温度補正を行う。風速、風
向演算回路は温度補正された２組の２つの超音波伝搬時
間の差から風速、風向を算出する。
解決するために、次の構成を有する超音波式風向風速計
を提供する。すなわち、超音波の伝搬時間変化から風
速、風向を計測する超音波式風向風速計に、超音波を送
信する超音波出射口及び超音波を受信する超音波入射口
を同一面に有しかつ直交する２軸方向に配置され、風を
２軸方向の成分に分解し検出するための１つの送信用超
音波素子及び４つの受信用超音波素子と、該送信用超音
波素子及び受信用超音波素子を収容するケースと、前記
超音波出射口及び超音波入射口と対向して位置し、超音
波を反射するための反射板とが設けられる。伝搬時間検
出手段は前記送信用超音波素子による超音波送信から前
記反射板での超音波反射を経て４つの受信用超音波素子
の超音波受信までの４つの超音波伝搬時間を検出する。
温度補正用回路は２つの超音波伝搬時間の和から温度に
よる音速変化を検出する。超音波伝搬時間差導出回路は
２つの超音波伝搬時間の差を求め、この超音波伝搬時間
の差について前記温度を基に温度補正を行う。風速、風
向演算回路は温度補正された２組の２つの超音波伝搬時
間の差から風速、風向を算出する。
【０００６】また、前記１つの送信用超音波素子は、２
軸の方向への送信に共用されるために、中央に配置さ
れ、前記４つの受信用超音波素子は、直交する２軸上に
送信用超音波素子を中心に各軸上対称となるように一定
間隔で配置され、前記ケースは、送信用超音波素子を中
心に回転対称になる形状に形成される。また、前記超音
波出射口及び超音波入射口は、指向性を持たせるため
に、コーン形状である。
軸の方向への送信に共用されるために、中央に配置さ
れ、前記４つの受信用超音波素子は、直交する２軸上に
送信用超音波素子を中心に各軸上対称となるように一定
間隔で配置され、前記ケースは、送信用超音波素子を中
心に回転対称になる形状に形成される。また、前記超音
波出射口及び超音波入射口は、指向性を持たせるため
に、コーン形状である。
【０００７】また、前記反射板を車両のルーフに取り付
けるようにしてよい。また、前記ケースを車両のルーフ
に埋め込むようにしてもよい。
けるようにしてよい。また、前記ケースを車両のルーフ
に埋め込むようにしてもよい。
【０００８】
【作用】本発明の超音波式風向風速計によれば、超音波
を送信する超音波出射口及び超音波を受信する超音波入
射口を同一面に有しかつ直交する２軸方向に配置され、
風を２軸方向の成分に分解し検出することにより、送受
信器自身による風の流れの乱れを回避でき、風速、風向
の算出精度に寄与できる。また、２つの超音波伝搬時間
の和から温度による音速変化の検出し、さらに、２つの
超音波伝搬時間の差を求め、この超音波伝搬時間の差に
ついて前記温度を基に温度補正を行って、風速、風向演
算回路は温度補正された２組の２つの超音波伝搬時間の
差から風速、風向を算出することにより風速、風向算出
の精度を向上できる。
を送信する超音波出射口及び超音波を受信する超音波入
射口を同一面に有しかつ直交する２軸方向に配置され、
風を２軸方向の成分に分解し検出することにより、送受
信器自身による風の流れの乱れを回避でき、風速、風向
の算出精度に寄与できる。また、２つの超音波伝搬時間
の和から温度による音速変化の検出し、さらに、２つの
超音波伝搬時間の差を求め、この超音波伝搬時間の差に
ついて前記温度を基に温度補正を行って、風速、風向演
算回路は温度補正された２組の２つの超音波伝搬時間の
差から風速、風向を算出することにより風速、風向算出
の精度を向上できる。
【０００９】また、前記１つの送信用超音波素子は、２
軸の方向への送信に共用されるために、中央に配置さ
れ、前記４つの受信用超音波素子は、直交する２軸上に
送信用超音波素子を中心に各軸上対称となるように一定
間隔で配置され、前記ケースは、送信用超音波素子を中
心に回転対称になる形状に形成されることにより、風向
も検出可能とするために任意の方向からの風に対して風
検出感度が等しくなるようにできる。また、前記超音波
出射口及び超音波入射口は、指向性を持たせるために、
コーン形状であることにより、検出効率が向上する。ま
た、前記反射板を車両のルーフに取り付け、前記ケース
を車両のルーフに埋め込むことにより、車両への適用が
可能になる。
軸の方向への送信に共用されるために、中央に配置さ
れ、前記４つの受信用超音波素子は、直交する２軸上に
送信用超音波素子を中心に各軸上対称となるように一定
間隔で配置され、前記ケースは、送信用超音波素子を中
心に回転対称になる形状に形成されることにより、風向
も検出可能とするために任意の方向からの風に対して風
検出感度が等しくなるようにできる。また、前記超音波
出射口及び超音波入射口は、指向性を持たせるために、
コーン形状であることにより、検出効率が向上する。ま
た、前記反射板を車両のルーフに取り付け、前記ケース
を車両のルーフに埋め込むことにより、車両への適用が
可能になる。
【００１０】
【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の実施例に係る超音波式風向風
速計２の主要部を示す図である。本図に示すように、超
音波式風向風速計２は、そのケース２１、２５内に送信
用超音波素子２４、受信用超音波素子２３１、２３４、
この図には記載されていない２３２、２３３を収めてい
る。ケース２５は反射板２２に支柱２６を介して取り付
けられる。ケース２１、２５、反射板２２、支柱２６は
センサに加わる風の流れを乱さないよう例えば流線形構
造となっている。ケース２５と反射板２２には、超音波
が乱反射しないように乱反射防止構造２７が施されてい
る。乱反射防止構造２７は例えば超音波を吸収減衰しや
すい材質で構成する。反射板２２には超音波を反射する
エリア２８が設けられる。超音波出射口２９、入射口３
０、３１、この図には記されていない入射口３２、３３
は、例えばコーン形状等にし指向性を持たせてもよい。
検出効率を向上させるためである。
説明する。図１は本発明の実施例に係る超音波式風向風
速計２の主要部を示す図である。本図に示すように、超
音波式風向風速計２は、そのケース２１、２５内に送信
用超音波素子２４、受信用超音波素子２３１、２３４、
この図には記載されていない２３２、２３３を収めてい
る。ケース２５は反射板２２に支柱２６を介して取り付
けられる。ケース２１、２５、反射板２２、支柱２６は
センサに加わる風の流れを乱さないよう例えば流線形構
造となっている。ケース２５と反射板２２には、超音波
が乱反射しないように乱反射防止構造２７が施されてい
る。乱反射防止構造２７は例えば超音波を吸収減衰しや
すい材質で構成する。反射板２２には超音波を反射する
エリア２８が設けられる。超音波出射口２９、入射口３
０、３１、この図には記されていない入射口３２、３３
は、例えばコーン形状等にし指向性を持たせてもよい。
検出効率を向上させるためである。
【００１１】図２は図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
本図に示すように、送信用音波素子２４はケース中央に
配し、Ｘ方向、Ｙ方向への送信に共用される。受信用超
音波素子２３１、２３２、２３３、２３４は直交する
Ｘ、Ｙ軸上に送信用超音波素子２４を挟んで対称となる
ように配置される。風向も検出可能とするため任意の方
向からの風に大して風検出感度が等しくなるようにケー
ス２１、２５は送信用超音波素子２４を中心に回転対称
となり、かつ風の流れを乱さない形状が望ましい。
本図に示すように、送信用音波素子２４はケース中央に
配し、Ｘ方向、Ｙ方向への送信に共用される。受信用超
音波素子２３１、２３２、２３３、２３４は直交する
Ｘ、Ｙ軸上に送信用超音波素子２４を挟んで対称となる
ように配置される。風向も検出可能とするため任意の方
向からの風に大して風検出感度が等しくなるようにケー
ス２１、２５は送信用超音波素子２４を中心に回転対称
となり、かつ風の流れを乱さない形状が望ましい。
【００１２】図３は車両に超音波式風向風速計２が取り
付けられる配置例を示す図である。本図に示すように、
車両４に加わる風の流れの乱れが最も少なくかつ横風を
検出可能な位置として、例えば、ルーフ４１上に取り付
けられる。図４は図２に示した風速ベクトルＶのＶｘ成
分を検出ための回路部のブロックを示す図である。本図
に示すように、送信用超音波素子２４には一定の発振周
波数を発生する発振回路３０１が接続され、発振回路３
０１により発生した電気信号が供給される。送信用超音
波素子２４からは発振回路３０１の発振周波数と等しい
超音波が空気中に放射される。そして、発振回路３０１
には伝搬時間検出回路３０４、３０５が接続され、この
伝搬時間検出回路３０４、３０５には発振回路３０１に
より発生した電気信号が供給される。放射された超音波
は反射板２２で反射され、受信用超音波素子２３１、２
３４に到達し、電気信号に変換される。受信用超音波素
子２３１、２３４には増幅、波形整形回路３０２、３０
３を介して伝搬時間検出回路３０４、３０５が接続され
る。受信用超音波素子２３１、２３４により変換された
電気信号は増幅、整形回路３０２、３０３を経て、超音
波の伝搬時間を検出するために伝搬時間検出回路３０
４、３０５に送られ、発振回路３０１からの電気信号を
基準に伝搬時間を求める。伝搬時間検出回路３０４、３
０５にローパスフィルタ３０６、３０７が接続され、こ
のローパスフィルタ３０６、３０７を経て風向、風速検
出に必要な周波数成分のみを取り出す。ローパスフィル
タ３０６、３０７には温度補正用回路３０８と伝搬時間
差導出回路３０９とが接続される。この温度補正用回路
３０８は伝搬時間信号３０６１、３０７１を演算し音速
に及ぼす温度変化のみの信号を出力する。伝搬時間差導
出回路３０９は、伝搬時間信号の差（後述する超音波伝
搬時間差に対応する）を求め、この差に対して風速信号
のみを出力するために音速の温度補正を行う回路であ
り、例えば温度補正用回路３０８の出力信号で差分増幅
回路の利得を制御し温度変化による音速変化分を補正す
る。伝搬時間差導出回路３０９にはローパスフィルタ３
１０が接続され、温度補正された伝搬時間の差がローパ
スフィルタ３１０を通過して風速ベクトルＶのｘ成分で
あるＶｘとなる。
付けられる配置例を示す図である。本図に示すように、
車両４に加わる風の流れの乱れが最も少なくかつ横風を
検出可能な位置として、例えば、ルーフ４１上に取り付
けられる。図４は図２に示した風速ベクトルＶのＶｘ成
分を検出ための回路部のブロックを示す図である。本図
に示すように、送信用超音波素子２４には一定の発振周
波数を発生する発振回路３０１が接続され、発振回路３
０１により発生した電気信号が供給される。送信用超音
波素子２４からは発振回路３０１の発振周波数と等しい
超音波が空気中に放射される。そして、発振回路３０１
には伝搬時間検出回路３０４、３０５が接続され、この
伝搬時間検出回路３０４、３０５には発振回路３０１に
より発生した電気信号が供給される。放射された超音波
は反射板２２で反射され、受信用超音波素子２３１、２
３４に到達し、電気信号に変換される。受信用超音波素
子２３１、２３４には増幅、波形整形回路３０２、３０
３を介して伝搬時間検出回路３０４、３０５が接続され
る。受信用超音波素子２３１、２３４により変換された
電気信号は増幅、整形回路３０２、３０３を経て、超音
波の伝搬時間を検出するために伝搬時間検出回路３０
４、３０５に送られ、発振回路３０１からの電気信号を
基準に伝搬時間を求める。伝搬時間検出回路３０４、３
０５にローパスフィルタ３０６、３０７が接続され、こ
のローパスフィルタ３０６、３０７を経て風向、風速検
出に必要な周波数成分のみを取り出す。ローパスフィル
タ３０６、３０７には温度補正用回路３０８と伝搬時間
差導出回路３０９とが接続される。この温度補正用回路
３０８は伝搬時間信号３０６１、３０７１を演算し音速
に及ぼす温度変化のみの信号を出力する。伝搬時間差導
出回路３０９は、伝搬時間信号の差（後述する超音波伝
搬時間差に対応する）を求め、この差に対して風速信号
のみを出力するために音速の温度補正を行う回路であ
り、例えば温度補正用回路３０８の出力信号で差分増幅
回路の利得を制御し温度変化による音速変化分を補正す
る。伝搬時間差導出回路３０９にはローパスフィルタ３
１０が接続され、温度補正された伝搬時間の差がローパ
スフィルタ３１０を通過して風速ベクトルＶのｘ成分で
あるＶｘとなる。
【００１３】風向も検出可能とするため風を図２に示す
ようにＶｘ、Ｖｙの２成分に分解して検出する必要があ
り、図３の囲み点線部分３０が２対必要となる。伝搬時
間と風速との関係、伝搬時間差の温度補正の詳細につい
て、以下に説明する。図５は伝搬時間信号と風速との関
係、伝搬時間差の温度補正の詳細説明に用いる図であ
る。図１と一部の記号だけが異なる本図に示すように、
送信用超音波素子２４と、その両側に等距離間隔にて置
かれた受信用超音波素子２３１、２３４が配置されてい
る場合、超音波は送信用超音波素子２４より放射され超
音波反射エリア２８で反射し、受信用超音波素子２３
１、２３４に到達する。他の超音波反射経路は乱反射防
止構造により受信用超音波素子２３１、２３４への影響
は少ない。無風時において、超音波が送信用超音波素子
２４から受信用超音波素子２３１、２３４までの超音波
伝搬時間ｔ１は、ケース２５と反射板２２間の厚さを
Ｄ、音速をＣとすると、 ｔ１＝２Ｄ／（Ｃ・ｃｏｓθ） となり、無風時においては送信用超音波素子２４と受信
用超音波素子２３１間の伝搬時間と、送信用超音波素子
２４と受信用超音波素子２３１間の伝搬時間と、は同じ
である。
ようにＶｘ、Ｖｙの２成分に分解して検出する必要があ
り、図３の囲み点線部分３０が２対必要となる。伝搬時
間と風速との関係、伝搬時間差の温度補正の詳細につい
て、以下に説明する。図５は伝搬時間信号と風速との関
係、伝搬時間差の温度補正の詳細説明に用いる図であ
る。図１と一部の記号だけが異なる本図に示すように、
送信用超音波素子２４と、その両側に等距離間隔にて置
かれた受信用超音波素子２３１、２３４が配置されてい
る場合、超音波は送信用超音波素子２４より放射され超
音波反射エリア２８で反射し、受信用超音波素子２３
１、２３４に到達する。他の超音波反射経路は乱反射防
止構造により受信用超音波素子２３１、２３４への影響
は少ない。無風時において、超音波が送信用超音波素子
２４から受信用超音波素子２３１、２３４までの超音波
伝搬時間ｔ１は、ケース２５と反射板２２間の厚さを
Ｄ、音速をＣとすると、 ｔ１＝２Ｄ／（Ｃ・ｃｏｓθ） となり、無風時においては送信用超音波素子２４と受信
用超音波素子２３１間の伝搬時間と、送信用超音波素子
２４と受信用超音波素子２３１間の伝搬時間と、は同じ
である。
【００１４】ここに、受信用超音波素子２３１と送信用
超音波素子２４との丁度中間から反射板２２に垂線を下
ろした点と受信用超音波素子２３１と送信用超音波素子
２４とのそれぞれの中心位置とで形成される２等辺三角
形を形成し、垂線を下ろした位置での角度の１／２を反
射角θとする。受信用超音波素子２３２と送信用超音波
素子２４とにおいても反射角θと同じようになるように
する。
超音波素子２４との丁度中間から反射板２２に垂線を下
ろした点と受信用超音波素子２３１と送信用超音波素子
２４とのそれぞれの中心位置とで形成される２等辺三角
形を形成し、垂線を下ろした位置での角度の１／２を反
射角θとする。受信用超音波素子２３２と送信用超音波
素子２４とにおいても反射角θと同じようになるように
する。
【００１５】これに対して、風が矢印の方向から吹いた
時の２対の送信用超音波素子２４と受信用超音波素子２
３１の超音波伝搬時間をｔ２１とし、送信用超音波素子
２４と受信用超音波素子２３４間の伝搬時間ｔ２２とし
て、 ｔ２１＝２Ｄ／｛（Ｃ−Ｖ・ｓｉｎθ）・ｃｏｓθ｝ ｔ２２＝２Ｄ／｛（Ｃ＋Ｖ・ｓｉｎθ）・ｃｏｓθ｝ となる。
時の２対の送信用超音波素子２４と受信用超音波素子２
３１の超音波伝搬時間をｔ２１とし、送信用超音波素子
２４と受信用超音波素子２３４間の伝搬時間ｔ２２とし
て、 ｔ２１＝２Ｄ／｛（Ｃ−Ｖ・ｓｉｎθ）・ｃｏｓθ｝ ｔ２２＝２Ｄ／｛（Ｃ＋Ｖ・ｓｉｎθ）・ｃｏｓθ｝ となる。
【００１６】送信用超音波素子２４、受信用超音波素子
２３１間の伝搬時間ｔ２１と、送信用超音波素子２４、
受信用超音波素子２３４間の伝搬時間ｔ２２との両伝搬
時間は風速Ｖに対し反比例するために風速Ｖと伝搬時間
の関係は非線形性を持つが、伝搬時間ｔ２１、ｔ２２の
差分をとると、 ｔ２１−ｔ２２＝（４Ｄ・Ｖ・ｓｉｎθ）／｛（Ｃ2−
Ｖ2・ｓｉｎ2θ）・ｃｏｓθ｝ となり、ここで、Ｃ2≫Ｖ2・ｓｉｎ2θとすると、 ｔ２１−ｔ２２≒（４Ｄ・Ｖ・ｓｉｎθ）／（Ｃ2・ｃ
ｏｓθ） となる。
２３１間の伝搬時間ｔ２１と、送信用超音波素子２４、
受信用超音波素子２３４間の伝搬時間ｔ２２との両伝搬
時間は風速Ｖに対し反比例するために風速Ｖと伝搬時間
の関係は非線形性を持つが、伝搬時間ｔ２１、ｔ２２の
差分をとると、 ｔ２１−ｔ２２＝（４Ｄ・Ｖ・ｓｉｎθ）／｛（Ｃ2−
Ｖ2・ｓｉｎ2θ）・ｃｏｓθ｝ となり、ここで、Ｃ2≫Ｖ2・ｓｉｎ2θとすると、 ｔ２１−ｔ２２≒（４Ｄ・Ｖ・ｓｉｎθ）／（Ｃ2・ｃ
ｏｓθ） となる。
【００１７】このようにして、伝搬時間差ｔ２１−ｔ２
２が、伝搬時間検出回路３０４、３０５の伝搬時間の差
の変化として求められる。これにより一次元方向の風速
が検出することが可能になる。図６は温度による伝搬時
間の変化を示すグラフである。本図に示すように、温度
変化により音速が変化すると風速と伝搬時間の関係があ
るので、何らかの温度補正が必要となる。
２が、伝搬時間検出回路３０４、３０５の伝搬時間の差
の変化として求められる。これにより一次元方向の風速
が検出することが可能になる。図６は温度による伝搬時
間の変化を示すグラフである。本図に示すように、温度
変化により音速が変化すると風速と伝搬時間の関係があ
るので、何らかの温度補正が必要となる。
【００１８】図７は伝搬時間差分ｔ２１−ｔ２２の温度
変化を示すグラフである。本図に示すように、温度の影
響を伝搬時間差分で見ると、伝搬時間差は風速Ｖに比例
している。したがって、風速に対する伝搬時間差は、温
度変化があっても風速０ｍ／ｓの点は変化せず傾きのみ
傾きのみ補正すればよいことが分かる。また、伝搬時間
差分をとることで風速と伝搬時間差の関係は常温時にお
いて、例えば風速±５０ｍ／ｓの範囲で約±２％の非直
線性とすることができ、伝搬時間差をとらない場合と比
較し直線性を大きく向上することができる。
変化を示すグラフである。本図に示すように、温度の影
響を伝搬時間差分で見ると、伝搬時間差は風速Ｖに比例
している。したがって、風速に対する伝搬時間差は、温
度変化があっても風速０ｍ／ｓの点は変化せず傾きのみ
傾きのみ補正すればよいことが分かる。また、伝搬時間
差分をとることで風速と伝搬時間差の関係は常温時にお
いて、例えば風速±５０ｍ／ｓの範囲で約±２％の非直
線性とすることができ、伝搬時間差をとらない場合と比
較し直線性を大きく向上することができる。
【００１９】図７の傾きを補正するためには、媒体の温
度変化による音速を検出する必要がある。通常は温度セ
ンサを必要とするが、先の伝搬時間ｔ２１とｔ２２との
差分をとるかわりに、和を求めると、 ｔ２１＋ｔ２２＝（４Ｄ・Ｃ）／｛（Ｃ2−Ｖ2・ｓｉｎ
2θ）・ｃｏｓθ｝ ここで、ここで、Ｃ2≫Ｖ2・ｓｉｎ2θとすると、 ｔ２１＋ｔ２２≒４Ｄ／（Ｃ・ｃｏｓθ） となり、伝搬時間の和は音速のみの情報をもつことにな
る。音速Ｃは絶対温度をＴとすると、 Ｃ∝Ｔ1/2 のように変化する。そのため、伝搬時間ｔ２１とｔ２２
との和から温度変化を知ることができる。この温度変化
を検出し、図６の温度変化による傾きを補正し風速の変
化のみに対応する伝搬時間差を取り出すことができる。
度変化による音速を検出する必要がある。通常は温度セ
ンサを必要とするが、先の伝搬時間ｔ２１とｔ２２との
差分をとるかわりに、和を求めると、 ｔ２１＋ｔ２２＝（４Ｄ・Ｃ）／｛（Ｃ2−Ｖ2・ｓｉｎ
2θ）・ｃｏｓθ｝ ここで、ここで、Ｃ2≫Ｖ2・ｓｉｎ2θとすると、 ｔ２１＋ｔ２２≒４Ｄ／（Ｃ・ｃｏｓθ） となり、伝搬時間の和は音速のみの情報をもつことにな
る。音速Ｃは絶対温度をＴとすると、 Ｃ∝Ｔ1/2 のように変化する。そのため、伝搬時間ｔ２１とｔ２２
との和から温度変化を知ることができる。この温度変化
を検出し、図６の温度変化による傾きを補正し風速の変
化のみに対応する伝搬時間差を取り出すことができる。
【００２０】図８は風速、風向を算出するためのブロッ
クを示す図である。図２に示すように、風速ベクトル１
１をＶとして、風速のｘ方向成分をＶｘ、ｙ方向成分を
Ｖｙとして、風向をφとして、本図の示すように、入力
端子６１、６２に風速ベクトル１１のｘ、ｙ成分に対応
する図３の出力信号Ｖｘ、Ｖｙを加え、風速、風向演算
回路６３によって風速信号６４、風向信号６５が、以下
のように、算出される。
クを示す図である。図２に示すように、風速ベクトル１
１をＶとして、風速のｘ方向成分をＶｘ、ｙ方向成分を
Ｖｙとして、風向をφとして、本図の示すように、入力
端子６１、６２に風速ベクトル１１のｘ、ｙ成分に対応
する図３の出力信号Ｖｘ、Ｖｙを加え、風速、風向演算
回路６３によって風速信号６４、風向信号６５が、以下
のように、算出される。
【００２１】｜Ｖ｜＝（Ｖｘ2＋Ｖｙ2） 1/2 φ＝ｔａｎ-1Ｖｘ／Ｖｙ 伝搬時間を検出する方法としては超音波送信、受信波形
の位相差を検出する方式やあるいは、超音波をバースト
発振しその受信信号を検出し、バースト発振から受信ま
での時間から伝搬時間を求める方式としてもよい。
の位相差を検出する方式やあるいは、超音波をバースト
発振しその受信信号を検出し、バースト発振から受信ま
での時間から伝搬時間を求める方式としてもよい。
【００２２】図９は他の実施例を示す図である。本図に
示すように、図１の構成に対して、送信用超音波素子２
４、受信用超音波素子２３１、２３４、この図には記載
されていない受信用超音波素子２３２、２３３と反射体
２２とを上下逆にし、送信用超音波素子２４、受信用超
音波素子２３１、２３４、この図には記載されていない
受信用超音波素子２３２、２３３を車体表面に埋め込む
ような形状としてもよい。
示すように、図１の構成に対して、送信用超音波素子２
４、受信用超音波素子２３１、２３４、この図には記載
されていない受信用超音波素子２３２、２３３と反射体
２２とを上下逆にし、送信用超音波素子２４、受信用超
音波素子２３１、２３４、この図には記載されていない
受信用超音波素子２３２、２３３を車体表面に埋め込む
ような形状としてもよい。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波を送信する超音波出射口及び超音波を受信する超音
波入射口を同一面に有しかつ直交する２軸方向に配置さ
れ、風を２軸方向の成分に分解し検出するので、送受信
器自身による風の流れの乱れを回避でき、風速、風向の
算出精度に寄与できる。また、２つの超音波伝搬時間の
和から温度による音速変化の検出し、さらに、２つの超
音波伝搬時間の差を求め、この超音波伝搬時間の差につ
いて前記温度を基に温度補正を行って、風速、風向演算
回路は温度補正された２組の２つの超音波伝搬時間の差
から風速、風向を算出するので、風速、風向算出の精度
を向上できる。また、前記１つの送信用超音波素子は、
２軸の方向への送信に共用されるために、中央に配置さ
れ、前記４つの受信用超音波素子は、直交する２軸上に
送信用超音波素子を中心に各軸上１８０°点対称となる
ように一定間隔で配置され、前記ケースは、送信用超音
波素子を中心に回転対称になる形状に形成されるので、
風向も検出可能とするために任意の方向からの風に対し
て風検出感度が等しくなるようにできる。また、前記超
音波出射口及び超音波入射口は、指向性を持たせるため
に、コーン形状であるので、検出効率が向上する。ま
た、前記反射板を車両のルーフに取り付け、前記ケース
を車両のルーフに埋め込むので、車両への適用が可能に
なる。
音波を送信する超音波出射口及び超音波を受信する超音
波入射口を同一面に有しかつ直交する２軸方向に配置さ
れ、風を２軸方向の成分に分解し検出するので、送受信
器自身による風の流れの乱れを回避でき、風速、風向の
算出精度に寄与できる。また、２つの超音波伝搬時間の
和から温度による音速変化の検出し、さらに、２つの超
音波伝搬時間の差を求め、この超音波伝搬時間の差につ
いて前記温度を基に温度補正を行って、風速、風向演算
回路は温度補正された２組の２つの超音波伝搬時間の差
から風速、風向を算出するので、風速、風向算出の精度
を向上できる。また、前記１つの送信用超音波素子は、
２軸の方向への送信に共用されるために、中央に配置さ
れ、前記４つの受信用超音波素子は、直交する２軸上に
送信用超音波素子を中心に各軸上１８０°点対称となる
ように一定間隔で配置され、前記ケースは、送信用超音
波素子を中心に回転対称になる形状に形成されるので、
風向も検出可能とするために任意の方向からの風に対し
て風検出感度が等しくなるようにできる。また、前記超
音波出射口及び超音波入射口は、指向性を持たせるため
に、コーン形状であるので、検出効率が向上する。ま
た、前記反射板を車両のルーフに取り付け、前記ケース
を車両のルーフに埋め込むので、車両への適用が可能に
なる。
【図１】本発明の実施例に係る超音波式風向風速計２の
主要部を示す図である。
主要部を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図３】車両に超音波式風向風速計２が取り付けられる
配置例を示す図である。
配置例を示す図である。
【図４】図２に示した風速ベクトルＶのＶｘ成分を検出
ための回路部のブロックを示す図である。
ための回路部のブロックを示す図である。
【図５】伝搬時間信号と風速との関係、伝搬時間差の温
度補正の詳細説明に用いる図である。
度補正の詳細説明に用いる図である。
【図６】温度による伝搬時間の変化を示すグラフであ
る。
る。
【図７】伝搬時間差分ｔ２１−ｔ２２の温度変化を示す
グラフである。
グラフである。
【図８】風速、風向を算出するためのブロックを示す図
である。
である。
【図９】他の実施例を示す図である。
２２…反射板 ２４…送信用超音波素子 ２５…ケース ６３…風速、風向演算回路 ２３１、２３４…受信用超音波素子 ３０４、３０５…伝搬時間検出回路 ３０８…温度補正用回路 ３０９…超音波伝搬時間差導出回路
Claims (5)
- 【請求項１】 超音波の伝搬時間変化から風速、風向を
計測する超音波式風向風速計において、 超音波を送信する超音波出射口及び超音波を受信する超
音波入射口を同一面に有しかつ直交する２軸方向に配置
され、風を２軸方向の成分に分解し検出するための１つ
の送信用超音波素子及び４つの受信用超音波素子と、 該送信用超音波素子及び受信用超音波素子を収容するケ
ースと、 前記超音波出射口及び超音波入射口と対向して位置し、
超音波を反射するための反射板と、 前記送信用超音波素子による超音波送信から前記反射板
での超音波反射を経て４つの受信用超音波素子の超音波
受信までの４つの超音波伝搬時間を検出する伝搬時間検
出手段と、 ２つの超音波伝搬時間の和から温度による音速変化を検
出する温度補正用回路と、 ２つの超音波伝搬時間の差を求め、この超音波伝搬時間
の差について前記温度を基に温度補正を行う超音波伝搬
時間差導出回路と、 温度補正された２組の２つの超音波伝搬時間の差から風
速、風向を算出する風速、風向演算回路とを備えること
を特徴とする超音波式風向風速計。 - 【請求項２】 前記１つの送信用超音波素子は、２軸の
方向への送信に共用されるために、中央に配置され、前
記４つの受信用超音波素子は、直交する２軸上に送信用
超音波素子を中心に各軸上対称となるように一定間隔で
配置され、前記ケースは、送信用超音波素子を中心に回
転対称になる形状に形成されることを特徴とする、請求
項１に記載の超音波式風向風速計。 - 【請求項３】 前記超音波出射口及び超音波入射口は、
指向性を持たせるために、コーン形状であることを特徴
とする、請求項１に記載の超音波式風向風速計。 - 【請求項４】 前記反射板を車両のルーフに取り付ける
ことを特徴とする、請求項１に記載の超音波式風向風速
計。 - 【請求項５】 前記ケースを車両のルーフに埋め込むこ
とを特徴とする、請求項１に記載の超音波式風向風速
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2552095A JPH08220127A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 超音波式風向風速計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2552095A JPH08220127A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 超音波式風向風速計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08220127A true JPH08220127A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12168342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2552095A Withdrawn JPH08220127A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 超音波式風向風速計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08220127A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2909184A1 (fr) * | 2006-11-29 | 2008-05-30 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Vehicule automobile, du type comportant un dispositif de mesure du vent relatif au vehicule. |
| KR101044881B1 (ko) * | 2009-02-16 | 2011-06-28 | 경북대학교 산학협력단 | 초음파를 이용한 풍향 및 풍속 측정 장치 |
| KR101259634B1 (ko) * | 2011-08-31 | 2013-04-29 | 경북대학교 산학협력단 | 풍향 및 풍속 측정 장치 그리고 측정 방법 |
| DE102015003069A1 (de) * | 2015-03-11 | 2016-09-15 | Metek Meteorologische Messtechnik Gmbh | Ultraschallwindmesser |
| CN108776238A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-11-09 | 中科传启（苏州）科技有限公司 | 超声波风速仪换能器性能恶化状态检测方法 |
| CN112433068A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-03-02 | 中科传启（苏州）科技有限公司 | 一种超声波风速仪校正方法及装置 |
-
1995
- 1995-02-14 JP JP2552095A patent/JPH08220127A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2909184A1 (fr) * | 2006-11-29 | 2008-05-30 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Vehicule automobile, du type comportant un dispositif de mesure du vent relatif au vehicule. |
| KR101044881B1 (ko) * | 2009-02-16 | 2011-06-28 | 경북대학교 산학협력단 | 초음파를 이용한 풍향 및 풍속 측정 장치 |
| KR101259634B1 (ko) * | 2011-08-31 | 2013-04-29 | 경북대학교 산학협력단 | 풍향 및 풍속 측정 장치 그리고 측정 방법 |
| DE102015003069A1 (de) * | 2015-03-11 | 2016-09-15 | Metek Meteorologische Messtechnik Gmbh | Ultraschallwindmesser |
| CN108776238A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-11-09 | 中科传启（苏州）科技有限公司 | 超声波风速仪换能器性能恶化状态检测方法 |
| CN108776238B (zh) * | 2018-07-27 | 2020-08-14 | 中科传启（苏州）科技有限公司 | 超声波风速仪换能器性能恶化状态检测方法 |
| CN112433068A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-03-02 | 中科传启（苏州）科技有限公司 | 一种超声波风速仪校正方法及装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020507 |