JPH09257818A - 超音波風速計 - Google Patents
超音波風速計Info
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- JPH09257818A JPH09257818A JP9480196A JP9480196A JPH09257818A JP H09257818 A JPH09257818 A JP H09257818A JP 9480196 A JP9480196 A JP 9480196A JP 9480196 A JP9480196 A JP 9480196A JP H09257818 A JPH09257818 A JP H09257818A
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- Japan
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- ultrasonic
- ultrasonic wave
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- transmission
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Abstract
(57)【要約】
〔課題〕 超音波送受波器の使用個数を低減し、装置全
体の低価格化と、測定対象の風速の分布の攪乱を最小限
度にとどめた超音波風速計を提供する。 〔解決手段〕 第１の送受波器(11)と、この第１の送受
波器(11)から離間してかつこれに対向して空間内の互い
に異なる箇所に配置された第２, 第３，第４の超音波送
受波器（12,13,14) とを有する送受波センサ部(10)と、
この送受波センサ部の第１, 第２の超音波送受波器(11,
12) の対、第１, 第３の超音波送受波器(11,13) の対及
び第１, 第４の超音波送受波器(11,14) の対に超音波ビ
ームの送受波器を行わせ、各対についてこの対を連ねる
一つの伝播方向とその逆の伝播方向との伝播時間の差異
を風速の三次元成分として算定する風速算定部(20)とを
備える。
体の低価格化と、測定対象の風速の分布の攪乱を最小限
度にとどめた超音波風速計を提供する。 〔解決手段〕 第１の送受波器(11)と、この第１の送受
波器(11)から離間してかつこれに対向して空間内の互い
に異なる箇所に配置された第２, 第３，第４の超音波送
受波器（12,13,14) とを有する送受波センサ部(10)と、
この送受波センサ部の第１, 第２の超音波送受波器(11,
12) の対、第１, 第３の超音波送受波器(11,13) の対及
び第１, 第４の超音波送受波器(11,14) の対に超音波ビ
ームの送受波器を行わせ、各対についてこの対を連ねる
一つの伝播方向とその逆の伝播方向との伝播時間の差異
を風速の三次元成分として算定する風速算定部(20)とを
備える。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
プロセスを収容するクリーンルーム内などに設置されこ
のクリーンルーム内の微弱な空気の速度などを風速とし
て検出したり、屋外の風を検出するために塔上などに設
置する超音波風速計に関するものである。
プロセスを収容するクリーンルーム内などに設置されこ
のクリーンルーム内の微弱な空気の速度などを風速とし
て検出したり、屋外の風を検出するために塔上などに設
置する超音波風速計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造プロセスなどを収容す
るクリーンルーム内では、その清浄さを保つうえで室内
のかすかな空気の流れを微弱な風として精度良く検出
し、制御することが要求されており、この目的を達成す
るために、超音波風速計が利用される。通常、この種の
超音波風速計は、三次元の風速を検出するように構成さ
れている。また、屋外の鉄塔上などに設置する超音波風
速計は、毎秒数十メートルもの強風をも測定できるよう
になっている。
るクリーンルーム内では、その清浄さを保つうえで室内
のかすかな空気の流れを微弱な風として精度良く検出
し、制御することが要求されており、この目的を達成す
るために、超音波風速計が利用される。通常、この種の
超音波風速計は、三次元の風速を検出するように構成さ
れている。また、屋外の鉄塔上などに設置する超音波風
速計は、毎秒数十メートルもの強風をも測定できるよう
になっている。
【０００３】従来、超音波式の三次元風速計を構成する
超音波送受波器は、図３に例示するように、三次元空間
内に対向して配置される三つの超音波送受波器の対（Ａ
+ ，Ａ- ），（Ｂ+ ，Ｂ- ），（Ｃ+ ，Ｃ- ）から構成
されている。超音波送受波器の対（Ａ+ ，Ａ- ）につい
て、Ａ+ からＡ- への伝播方向と、その逆のＡ- からＡ
+ への伝播方向との超音波の伝播時間の差異から、両者
を結ぶ線分に沿う方向の風速の三次元成分Ｖａが検出さ
れる。これは、一方の伝播方向では向かい風を受けるた
め伝播所要時間が増大し、他方の伝播方向では追い風を
受けるため伝播所要時間が減少するからである。残り２
対（Ｂ+ ，Ｂ- ），（Ｃ+ ，Ｃ- ）についても同様に、
超音波の各方向への伝播速度の差異から各対内の両者を
結ぶ線分に沿う方向の風速の三次元成分Ｖｂ，Ｖｃがそ
れぞれ検出される。
超音波送受波器は、図３に例示するように、三次元空間
内に対向して配置される三つの超音波送受波器の対（Ａ
+ ，Ａ- ），（Ｂ+ ，Ｂ- ），（Ｃ+ ，Ｃ- ）から構成
されている。超音波送受波器の対（Ａ+ ，Ａ- ）につい
て、Ａ+ からＡ- への伝播方向と、その逆のＡ- からＡ
+ への伝播方向との超音波の伝播時間の差異から、両者
を結ぶ線分に沿う方向の風速の三次元成分Ｖａが検出さ
れる。これは、一方の伝播方向では向かい風を受けるた
め伝播所要時間が増大し、他方の伝播方向では追い風を
受けるため伝播所要時間が減少するからである。残り２
対（Ｂ+ ，Ｂ- ），（Ｃ+ ，Ｃ- ）についても同様に、
超音波の各方向への伝播速度の差異から各対内の両者を
結ぶ線分に沿う方向の風速の三次元成分Ｖｂ，Ｖｃがそ
れぞれ検出される。
【０００４】６個の超音波送受波器を図３のように配列
することにより、各対の超音波送受波器によって送受さ
れる超音波ビームの伝播経路が一点で交差し、ほぼ同一
の空間の風速が計測される。
することにより、各対の超音波送受波器によって送受さ
れる超音波ビームの伝播経路が一点で交差し、ほぼ同一
の空間の風速が計測される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の超音波
風速計は、超音波送受波器を６個も使用しているので、
電気／音響変換素子（トランスデューサ）と付属の送受
信増幅器を含む送受波センサ部全体の製造費用がかさむ
という問題がある。また、６個もの超音波送受波器と、
これらを取付けるために大型になってしまうフレーム
（枠体）とが、測定しようとする本来の風速の分布を攪
乱してしまい、正確なデータが得られなくなるという問
題もある。また、この超音波風速計を屋外の数十メート
ルもの高さの鉄塔上などに設置する場合には、フレーム
が大型になると、これを保持するための鉄塔が大型化
し、建設費用が高騰するという問題もある。従って、本
発明の目的は、超音波送受波器の個数を低減し、装置の
低価格化だけでなく鉄塔なども含めた測定システム全体
の低価格化と、測定対象の風速の攪乱を最小限にとどめ
た超音波風速計を提供することにある。
風速計は、超音波送受波器を６個も使用しているので、
電気／音響変換素子（トランスデューサ）と付属の送受
信増幅器を含む送受波センサ部全体の製造費用がかさむ
という問題がある。また、６個もの超音波送受波器と、
これらを取付けるために大型になってしまうフレーム
（枠体）とが、測定しようとする本来の風速の分布を攪
乱してしまい、正確なデータが得られなくなるという問
題もある。また、この超音波風速計を屋外の数十メート
ルもの高さの鉄塔上などに設置する場合には、フレーム
が大型になると、これを保持するための鉄塔が大型化
し、建設費用が高騰するという問題もある。従って、本
発明の目的は、超音波送受波器の個数を低減し、装置の
低価格化だけでなく鉄塔なども含めた測定システム全体
の低価格化と、測定対象の風速の攪乱を最小限にとどめ
た超音波風速計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波風速計
は、第１の超音波送受波器と、この第１の超音波送受波
器から離間してかつこれに対向して三次元空間内の互い
に異なる箇所に設置された第２、第３、第４の超音波送
受波器とを有する送受波センサ部と、この送受波センサ
部の第１，第２の超音波送受波器の対、第１，第３の超
音波送受波器の対及び第１，第４の超音波送受波器の対
に超音波ビームの送受波を行わせ、各対についてこの対
を連ねる一つの伝播方向とその逆の伝播方向との伝播時
間の差異を風速の三次元成分として算定する風速算定部
とを備えている。
は、第１の超音波送受波器と、この第１の超音波送受波
器から離間してかつこれに対向して三次元空間内の互い
に異なる箇所に設置された第２、第３、第４の超音波送
受波器とを有する送受波センサ部と、この送受波センサ
部の第１，第２の超音波送受波器の対、第１，第３の超
音波送受波器の対及び第１，第４の超音波送受波器の対
に超音波ビームの送受波を行わせ、各対についてこの対
を連ねる一つの伝播方向とその逆の伝播方向との伝播時
間の差異を風速の三次元成分として算定する風速算定部
とを備えている。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態によれば、前
記送受波センサ部の第１の超音波送受波器は、その法線
を鉛直にして配置され、第２、第３，第４の超音波送受
波器は、第１の超音波送受波器の法線が通過する中心を
有するように水平面に描かれた仮想的な円の円周上にこ
の円周に沿って等間隔を保って配置されている。本発明
の他の実施の形態によれば、送受波センサ部の第１の超
音波送受波器は、前記第２，第３，第４の超音波送受波
器のそれぞれよりも広い指向性を有している。
記送受波センサ部の第１の超音波送受波器は、その法線
を鉛直にして配置され、第２、第３，第４の超音波送受
波器は、第１の超音波送受波器の法線が通過する中心を
有するように水平面に描かれた仮想的な円の円周上にこ
の円周に沿って等間隔を保って配置されている。本発明
の他の実施の形態によれば、送受波センサ部の第１の超
音波送受波器は、前記第２，第３，第４の超音波送受波
器のそれぞれよりも広い指向性を有している。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の一実施例の超音波風速計の構
成を示すブロック図であり、１０は送受波センサ部、２
０は風速算定部である。送受波センサ部２０について
は、各超音波送受波器の配置が斜視図（Ａ）と、平面図
（Ｂ）とによって示されている。
成を示すブロック図であり、１０は送受波センサ部、２
０は風速算定部である。送受波センサ部２０について
は、各超音波送受波器の配置が斜視図（Ａ）と、平面図
（Ｂ）とによって示されている。
【０００９】送受波センサ部１０は、第１の超音波送受
波器１1 と、この第１の送受波器から離間してかつそれ
ぞれに対向して空間内の互いに異なる箇所に設置される
第２，第３，第４の超音波送受波器１２，１３，１４と
から構成されている。
波器１1 と、この第１の送受波器から離間してかつそれ
ぞれに対向して空間内の互いに異なる箇所に設置される
第２，第３，第４の超音波送受波器１２，１３，１４と
から構成されている。
【００１０】第１の超音波送受波器１１は、その法線Ｎ
を鉛直にして配置される。第２、第３，第４の超音波送
受波器１２，１３，１４は、第１の超音波送受波器１１
の法線Ｎが通過する中心Ｏを有するように水平面に描か
れた仮想的な円Ｃの円周上にかつこの円周に沿って等間
隔（120 o の角度）を保って配置される。実際の取付け
に際しては、この仮想的な円に沿って円形の枠体（フレ
ーム）が形成される。
を鉛直にして配置される。第２、第３，第４の超音波送
受波器１２，１３，１４は、第１の超音波送受波器１１
の法線Ｎが通過する中心Ｏを有するように水平面に描か
れた仮想的な円Ｃの円周上にかつこの円周に沿って等間
隔（120 o の角度）を保って配置される。実際の取付け
に際しては、この仮想的な円に沿って円形の枠体（フレ
ーム）が形成される。
【００１１】第１の超音波送受波器１１は、第２，第
３，第４の超音波送受波器１２，１３，１４のいずれと
の間でも超音波の送受波を行えるよう、それぞれよりも
広い指向性を有している。そして、第１の超音波送受波
器１１と、第２，第３，第４の超音波送受波器１２，１
３，１４のそれぞれと間に超音波の伝播路Ｒ12，Ｒ13，
Ｒ14が形成される。
３，第４の超音波送受波器１２，１３，１４のいずれと
の間でも超音波の送受波を行えるよう、それぞれよりも
広い指向性を有している。そして、第１の超音波送受波
器１１と、第２，第３，第４の超音波送受波器１２，１
３，１４のそれぞれと間に超音波の伝播路Ｒ12，Ｒ13，
Ｒ14が形成される。
【００１２】風速算定部２０は、まず、伝播路Ｒ12上を
順方向に超音波を伝播させることにより、すなわち、超
音波送受波器１１から超音波を送信させてこれを超音波
送受波器１２に受信させることにより、送信から受信ま
での所要時間を順方向伝播所要時間として検出する。次
に、風速算定部２０は、伝播路Ｒ12上を逆向きに超音波
を伝播させることにより、すなわち、超音波送受波器１
２から超音波を送信させてこれを超音波送受波器１１に
受信させることにより、送信から受信までの所要時間を
逆方向伝播所要時間として検出する。風速算定部２０
は、順方向と逆方向の伝播所要時間の差を検出すること
により、伝播路Ｒ12上の風速の成分Ｖ12を算定する。こ
の測定方法は、一方の伝播方向で向かい風を受けて伝播
所要時間が増大するならば、他方の伝播方向では追い風
を受けて伝播所要時間が減少するはずであるという考え
に立脚している。
順方向に超音波を伝播させることにより、すなわち、超
音波送受波器１１から超音波を送信させてこれを超音波
送受波器１２に受信させることにより、送信から受信ま
での所要時間を順方向伝播所要時間として検出する。次
に、風速算定部２０は、伝播路Ｒ12上を逆向きに超音波
を伝播させることにより、すなわち、超音波送受波器１
２から超音波を送信させてこれを超音波送受波器１１に
受信させることにより、送信から受信までの所要時間を
逆方向伝播所要時間として検出する。風速算定部２０
は、順方向と逆方向の伝播所要時間の差を検出すること
により、伝播路Ｒ12上の風速の成分Ｖ12を算定する。こ
の測定方法は、一方の伝播方向で向かい風を受けて伝播
所要時間が増大するならば、他方の伝播方向では追い風
を受けて伝播所要時間が減少するはずであるという考え
に立脚している。
【００１３】同様に、風速算定部２０は、残る二つの伝
播路Ｒ13，Ｒ14についても、順逆双方向の伝播所要時間
の差を検出し、それぞれの伝播路Ｒ13，Ｒ14上の風速の
三次元成分Ｖ13，Ｖ14を検出する。最後に、風速算定部
２０は、 から、風速の直交三軸方向の成分 (Ｖx,Ｖy,Ｖz ) を算
定する。ただし、（αx,αy,αz ), (βx,βy,βz) ,
(γx,γy,γz)はそれぞれ伝播路Ｒ12, Ｒ13，Ｒ14の直
交（ｘ，ｙ，ｚ）軸に対する方向余弦である。
播路Ｒ13，Ｒ14についても、順逆双方向の伝播所要時間
の差を検出し、それぞれの伝播路Ｒ13，Ｒ14上の風速の
三次元成分Ｖ13，Ｖ14を検出する。最後に、風速算定部
２０は、 から、風速の直交三軸方向の成分 (Ｖx,Ｖy,Ｖz ) を算
定する。ただし、（αx,αy,αz ), (βx,βy,βz) ,
(γx,γy,γz)はそれぞれ伝播路Ｒ12, Ｒ13，Ｒ14の直
交（ｘ，ｙ，ｚ）軸に対する方向余弦である。
【００１４】図２は、本発明の他の実施例の超音波風速
計の送受波センサ部の構成を示す斜視図（Ａ）と、平面
図（Ｂ）である。この実施例の超音波風速計の送受セン
サ部は、図１の送受波センサ部の第１，第２，第３，第
４の超音波送受波器１１，１２，１３，１４に対して、
さらに第５の超音波送受波器１５を追加した構成となっ
ている。
計の送受波センサ部の構成を示す斜視図（Ａ）と、平面
図（Ｂ）である。この実施例の超音波風速計の送受セン
サ部は、図１の送受波センサ部の第１，第２，第３，第
４の超音波送受波器１１，１２，１３，１４に対して、
さらに第５の超音波送受波器１５を追加した構成となっ
ている。
【００１５】この第５の超音波送受波器１５は、真下に
向けて配置された第１の超音波送受波器１１の法線Ｎを
その法線と一致させるように、真上に向けて仮想的な円
Ｃの中心の近傍に配置されている。この構成では、図１
の場合の風速の三次元成分Ｖ12，Ｖ13 ，Ｖ14に加え
て、送受波器１１と１５の対によってＶz 成分を直接計
測できるため、高い測定精度が実現できる。
向けて配置された第１の超音波送受波器１１の法線Ｎを
その法線と一致させるように、真上に向けて仮想的な円
Ｃの中心の近傍に配置されている。この構成では、図１
の場合の風速の三次元成分Ｖ12，Ｖ13 ，Ｖ14に加え
て、送受波器１１と１５の対によってＶz 成分を直接計
測できるため、高い測定精度が実現できる。
【００１６】以上、各対に共通の第１の超音波送受波器
を真下に向けて配置する構成を例示した。しかしなが
ら、この共通の超音波送受波器を真上に向けて配置する
こともできる。
を真下に向けて配置する構成を例示した。しかしなが
ら、この共通の超音波送受波器を真上に向けて配置する
こともできる。
【００１７】また、共通の第１の超音波送受波器だけは
その指向性を広くする構成を例示した。しかしながら、
部品に互換性を持たせる目的などから、全ての超音波送
受波器に共通の第１の超音波送受波器と同一の広めの指
向性を与える構成とすることもできる。
その指向性を広くする構成を例示した。しかしながら、
部品に互換性を持たせる目的などから、全ての超音波送
受波器に共通の第１の超音波送受波器と同一の広めの指
向性を与える構成とすることもできる。
【００１８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、１個の超音
波送受波器を残り３個の超音波送受波器と対となる共通
の超音波送受波器として配置する構成であるから、超音
波送受波器の個数と各超音波送受波器に付属する送受信
増幅器の個数が従来の６個から４個に低減され、付属の
送受増幅器も含めた送受波センサ部全体や、屋外設置用
の鉄塔なども含めたシステム全体の低価格化と、測定対
象の風速の攪乱を最小限にとどめた超音波送受波器が実
現される。
波送受波器を残り３個の超音波送受波器と対となる共通
の超音波送受波器として配置する構成であるから、超音
波送受波器の個数と各超音波送受波器に付属する送受信
増幅器の個数が従来の６個から４個に低減され、付属の
送受増幅器も含めた送受波センサ部全体や、屋外設置用
の鉄塔なども含めたシステム全体の低価格化と、測定対
象の風速の攪乱を最小限にとどめた超音波送受波器が実
現される。
【図１】本発明の一実施例の超音波風速計の構成を示す
ブロック図であり、（Ａ）は送受波センサ部を斜視図に
よって示す図、（Ｂ）と送受波センサ部を平面図によっ
て示す図である。
ブロック図であり、（Ａ）は送受波センサ部を斜視図に
よって示す図、（Ｂ）と送受波センサ部を平面図によっ
て示す図である。
【図２】本発明の他の実施例の超音波風速計の送受波セ
ンサ部を示す斜視図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
ンサ部を示す斜視図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図３】従来の超音波風速計の送受波センサ部の超音波
送受波器の配置を示す平面図（Ａ）と、正面図（Ｂ）で
ある。
送受波器の配置を示す平面図（Ａ）と、正面図（Ｂ）で
ある。
10 送受波センサ部 11 第１の超音波送受波器 12 第２の超音波送受波器 13 第３の超音波送受波器 14 第４の超音波送受波器 15 第５の超音波送受波器 20 風速算定部
Claims (6)
- 【請求項１】第１の超音波送受波器と、この第１の超音
波送受波器から離間してかつこれに対向して空間内の互
いに異なる箇所に配置された第２、第３、第４の超音波
送受波器とを有する送受波センサ部と、 この送受波センサ部の前記第１，第２の超音波送受波器
の対、第１，第３の超音波送受波器の対及び第１，第４
の超音波送受波器の対に超音波ビームの送受波を行わ
せ、各対についてこの対を連ねる一つの伝播方向とその
逆の伝播方向との伝播時間の差異を風速の三次元成分と
して算定する風速算定部とを備えたことを特徴とする超
音波風速計。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記送受波センサ部の前記第１の超音波送受波器はその
法線を鉛直にして配置され、 前記送受波器センサ部の第２、第３，第４の超音波送受
波器は、前記第１の超音波送受波器の法線が通過する中
心を有するように水平面に描かれた仮想的な円の円周上
にこの円周に沿って等間隔を保って配置されたことを特
徴とする超音波風速計。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、 前記送受波センサ部の第１の超音波送受波器は、前記送
受波センサ部の第２，第３，第４の超音波送受波器のそ
れぞれよりも広い指向性を有することを特徴とする超音
波風速計。 - 【請求項４】第１の超音波送受波器と、この第１の超音
波送受波器から離間してかつこれに対向して空間内の互
いに異なる箇所に配置された第２、第３、第４、第５の
超音波送受波器とを有する送受波センサ部と、 この送受波センサ部の前記第１，第２の超音波送受波器
の対、第１，第３の超音波送受波器の対、第１，第４の
超音波送受波器の対及び第１，第５の超音波送受波器の
対に超音波ビームの送受波を行わせ、各対についてこの
対を連ねる一つの伝播方向とその逆の伝播方向との伝播
時間の差異を風速の三次元成分として算定する風速算定
部とを備えたことを特徴とする超音波風速計。 - 【請求項５】 請求項４において、 前記送受波センサ部の前記第１，第５の超音波送受波器
は、その法線を鉛直にして配置され、 前記送受波センサ部の第２、第３，第４の超音波送受波
器は、前記第１の超音波送受波器の法線が通過する中心
を有するように水平面に描かれた仮想的な円の円周上に
この円周に沿って等間隔を保って配置されたことを特徴
とする超音波風速計。 - 【請求項６】 請求項４又は５において、 前記送受波センサ部の前記第１の超音波送受波器は、前
記第２，第３，第４，第５の超音波送受波器のそれぞれ
よりも広い指向性を有することを特徴とする超音波風速
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9480196A JPH09257818A (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 超音波風速計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9480196A JPH09257818A (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 超音波風速計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09257818A true JPH09257818A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=14120172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9480196A Pending JPH09257818A (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 超音波風速計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09257818A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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