JPH10269487A - 物理量分布測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の物理量分布測定システムは、配線が流れ
を乱すので正確な測定ができなかった。また、配線を固
定するための作業が煩雑であった。更に、プロペラのよ
うな可動部にセンサを設置する場合、配線のねじれなど
のために測定が困難であった。 【解決手段】外部との接続線を持たない無線型のセンサ
を複数個用いた物理量分布測定システムを提供する。ま
た、検知ユニットは流れを乱さないような端面をもつケ
ースに覆われている。また、検知ユニットは、フレキシ
ブルな基板上に形成されているので被測定物に密着させ
ることができる。更に、検知ユニットは音波発信器を有
し、データ収集ユニットは複数点で音波を受信して検知
ユニットの位置を算出する機能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や建設物等
の設計の際に、環境からの影響を測定するシステムに関
し、特に、被測定物に複数のセンサを取り付け、そのセ
ンサからのデータを収集する物理量分布測定システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の車体設計においては、走行中に
おける車体の空気抵抗やエンジン温度の伝導特性、ある
いはエンジンの振動の各位置における伝わり方などは極
めて重要な要素となる。通常これらの特性は、試作段階
において自動車の車体に、フローセンサ、圧力センサ、
温度センサ、振動センサなどを取り付け、必要なデータ
を収集している。

【０００３】そして、一般にセンサは、出力信号を外部
へ伝送したり、外部電源と接続したりするための配線を
有しており、これらの配線付のセンサを複数個用いて、
流速分布、圧力分布、温度分布、振動分布などを測定す
る必要があった。

【０００４】図７は風洞中での車体の設計において行わ
れる測定系の様子を示している。センサ６０を測定位置
に設置し、各センサ６０からの出力線・電源線６３がデ
ータ処理用の機器や外部電源６２に接続される。そして
図中矢印６１の如く、空気の流れを生成し、その状態で
の流速分布又は圧力分布等をセンサ６０で測定する。

【０００５】また図８は、ビルや橋脚等の建築物のモデ
ル７０に対する風速分布測定の様子である。この例で
は、センサ（風速計７１）の配線７３を処理するための
穴を開けたボード７６上にモデル７０を設置し、センサ
の配線をできるだけ隠した状況を作って測定を行ってき
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図７に示す自
動車６４の風洞実験における従来の流速分布測定等で
は、配線６３が露出され、流れを乱し、現実の状態を再
現できず正確な測定が困難である。また、従来の剪断応
力分布測定、圧力分布測定、温度分布測定等では、配線
が被測定物の剪断応力や圧力分布、熱容量を変化させ正
確な測定が困難である。更に、多くのセンサ６０を取り
付けるための配線６３の処理や、センサ６０と配線６３
との対応を付けるのが煩雑である。

【０００７】一方、図８に示す建築物の風洞実験では、
モデル７０を乗せたボード７６に穴をあけて、配線７３
による流れの乱れを防止している。しかし、モデル７０
上には配線７５があり、多くのセンサ７１を取り付ける
配線７３の処理や、センサ７１と配線７３との対応を付
けるのが煩雑であるのは、図７の場合と同様である。

【０００８】また、図７の配線６３を自動車６４に張り
付けたり、図８の配線７５をモデル７０に張り付けたと
しても、張り付けられた配線６３、７５は、その下流側
に乱れを作るので、壁面から離隔した位置で計測を行っ
たりしていたが、剪断応力分布測定、圧力分布測定、温
度分布測定は壁面でしか行えないので、配線の影響を取
り除くことは困難である。

【０００９】そこで、本発明の目的は、従来例のよう
に、配線の処理に手間がかかり、配線のために正確な測
定ができなかったという問題点を解決することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、外部との接続線を持たない無線型のセンサを複
数個用いた物理量分布測定システムを提供することによ
り達成される。

【００１１】即ち、本発明は、物理量の分布を測定する
システムにおいて、物理量を検出するセンサと、センサ
の測定データを発信する無線発信器とを有する複数の検
知ユニットと、測定データを受信する無線受信器を有す
るデータ収集ユニットとを有する。従って、センサとデ
ータ収集ユニットを接続する配線がなくなり、センサか
らの配線の処理が不要となるので、配線のために流れが
乱れたり、配線の熱容量により実際と異なる温度分布が
再現されてしまい正確な測定ができなかったという問題
点を解決することができる。

【００１２】また、本発明は、物理量の分布を測定する
システムにおいて、物理量を検出するセンサと、センサ
を駆動するための駆動信号を受信する第１の無線受信器
と、センサの測定データを発信する第１の無線発信器と
を有する複数の検知ユニットと、センサを駆動するため
の駆動信号を発信する第２の無線発信器と、第１の無線
発信器から発信された測定データを受信する第２の無線
受信器とを有するデータ収集ユニットとを有する。従っ
て、データ収集ユニットの側から、センサによる計測開
始指令等の駆動信号を送信することができ、必要な時に
のみセンサを駆動することで、センサでの電力消費を押
さえることができる。

【００１３】また、本発明の検知ユニットは、外形にな
めらかな曲面をもつケースに覆われていることを特徴と
する。従って、特に被測定物の周囲の流速分布を検出す
る場合に、検出ユニットが流速分布を乱すことがなく、
より現実に近い状況を再現することができる。

【００１４】また、本発明の検知ユニットは、フレキシ
ブルな基板上に形成されていることを特徴とする。従っ
て、被測定物の形状が曲面を有する場合に、検出ユニッ
トを被測定物に密着させることができ、特に被測定物の
温度分布を検出する場合に、正確な測定をすることがで
きる。

【００１５】また、本発明の検知ユニットは、第３の無
線発信器を有し、データ収集ユニットは、第３の無線発
信器からの信号を受信して検知ユニットの位置を検出す
る機能を有することを特徴とする。従って、個々の検出
ユニットの位置を自動的に測定することができ、位置測
定の労力の軽減を図ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例に
ついて図面に従って説明する。しかしながら、かかる実
施の形態例が本発明の技術的範囲を限定するものではな
い。

【００１７】図１は、この測定システムの実施の形態例
で、流速分布を測定する物理量分布測定システムの構成
例を示す。データ収集ユニット１００内のコンピュータ
１０１は計測システム全体を制御するもので、計測を開
始するときは計測指令回路１０２に計測開始信号を出力
する。計測指令回路１０２は、コンピュータ１０１から
のディジタル信号を信号変換し、発信器１０３に計測開
始指令を出力する。発信器１０３は、その計測開始指令
を検知ユニット１〜ｎに向けて一斉に発信する。

【００１８】発信器１０３から送信された計測開始指令
は、検知ユニット１〜ｎ内の受信器１３により受信さ
れ、フローセンサ駆動／計測回路１１に送られる。それ
に応答してフローセンサ駆動／計測回路１１は、フロー
センサ１０の駆動／計測を行い、測定結果を電圧−周波
数変換回路１２に出力する。電圧−周波数変換回路１２
は、フローセンサの検出値である電圧データを周波数信
号に変換する回路である。周波数信号に変換された測定
データは、発信器１４の発信周波数ｆ１を変調して、デ
ータ処理ユニット１００に向けて発信される。他の検知
ユニット２〜ｎも同様の構成を有するが、発信器１４の
発信周波数が異なり、ｆ２〜ｆｎの周波数を有する。
尚、付属回路１５には図示しない電池が内蔵されてお
り、各回路の駆動電源となっている。

【００１９】各検知ユニット１〜ｎからの信号をデータ
収集ユニット１００内の受信器１０４が受信し、周波数
−電圧変換回路１０５でもとの測定データである電圧値
に変換する。電圧値に変換された測定データは、Ａ−Ｄ
コンバータ１０６でディジタル信号に変換され、コンピ
ュータ１０１に出力される。コンピュータ１０１は、デ
ィジタル変換された測定データを取り込んで、予め入力
しておいた各検出ユニット１〜ｎの位置情報に基づいて
流速分布を計算し、図示しない表示装置に測定データを
表示する。

【００２０】上記の通り、センサの駆動及びデータの収
集を無線によって行うことができるので従来の様に各セ
ンサとデータ収集ユニットとの間の配線をなくすことが
でき、被測定物をより現実に近い状態で物理量の測定を
行うことができる。さらに、各検知ユニットの図示しな
い電源用の電池は、計測開始指令を受けた時のみ消費さ
れるので、電池の小型化及び検知ユニットの小型化を実
現することができる。

【００２１】更に、各検知ユニット１〜ｎの区別は、各
検知ユニットからの発信周波数ｆ１〜ｆｎを異ならせる
ことによって行うことができる。この場合に、各検知ユ
ニット１〜ｎの発信器１４として、異なる発信周波数ｆ
１〜ｆｎで発信する発信器を使用してもよいし、データ
収集ユニット１００の計測指令のなかに周波数変調信号
を入れておき、それぞれの発信器１４の発信周波数を異
ならせることもできる。また、共通の周波数を使用し、
データ収集ユニット１００からの計測指令を時分割と
し、各検知ユニット１〜ｎを順番に駆動させることもで
きる。

【００２２】また、別の方法としては、各検知ユニット
１〜ｎの発信器１４の発信周波数は共通にし、測定デー
タを含む発信信号に各検知ユニット番号を示すヘッダを
入れることで、データ収集ユニット１００がヘッダ情報
から各検知ユニットを識別することもできる。即ち、デ
ータ収集ユニット１００から一斉に計測指令信号を発信
し、それに応答して、順次各検知ユニットがヘッダと測
定データを時系列的に送信する。この場合は、各発信器
１４は共通の周波数を使用できるので、検知ユニットの
構成が簡素化されると共に、ヘッダ情報がディジタル信
号の場合は、データ収集ユニット１００でのデータ処理
が容易となる。

【００２３】図２は、本発明を適用する物理量分布測定
システムの他の構成例を示す。この構成例は、前記の構
成に加えて、各検知ユニット１〜ｎ内に音波発信器１６
を設けておき、データ収集ユニット１００内に音波受信
器１０７と変換回路１０８が設けられている例である。
データ収集ユニット１００を移動させて、例えば３箇所
で音波を受信し、その位相差を測定すれば、各検知ユニ
ット１〜ｎの位置を検出することが可能である。

【００２４】図３は、フローセンサを内蔵する検知ユニ
ットの実施の形態例の外観図である。この例は、壁面最
近傍で、流速、温度、剪断応力、圧力等の分布を測定す
る場合に有効な例である。矢印３１で示す流体の流れの
方向に対し、流れを乱さないように端部３０を曲面形に
したケース２１と、ケース２１の上面に設置されたフロ
ーセンサ２３と、それを支持する支持基板２２と、ケー
ス２１内に収納された付属回路用の基板２４、電池２５
から成る。支持基板２２のフローセンサ２３を取り付け
る部分は、キャビティー又は溝状になっており、フロー
センサ２３をそこに収納することによりフローセンサ２
３の上面をケース２１の上面と一致させることができ、
フローセンサ２３の上面での流れの乱れを防止すること
ができる。また、フローセンサ２３と支持基板２２を一
体として交換可能としておき、測定によりフローセンサ
２３にゴミ等が付着した場合に容易に交換できるように
することもできる。

【００２５】ケース２１の下面には装着用の接着部２６
が設けられる。また、ケース２１の下面に図示しない穴
をあけておき、電池２５を取り替え可能にすることもで
きる。また、送受信用のアンテナ２０は、感度を高める
ためにケース２１外に伸びているが、近距離の送受信で
受信感度が確保できる場合は、アンテナ２０をケース２
１内に内蔵することも可能である。

【００２６】フローセンサ２３及び支持基板２２の上面
は、ケース２１の上面と同一平面上に位置するように設
置されており、壁面に検知ユニットを取り付ても空気の
流れをできるだけ乱さない状態で流れを検知できる。支
持基板２２の電極２９とフローセンサ２３の電極２７と
は導線２８により電気的に接続され、フローセンサ２３
は支持基板２２を通して付属回路基板２４に接続され
る。電池２５はボタン電池やペーパー電池など、容積が
小さいものが使用される。尚、付属回路基板２４内に
は、図１又は２で示したフローセンサ駆動／計測回路１
１、電圧−周波数変換回路１２、受信器１３、発信器１
４、音波発信器１６等が設けられる。

【００２７】図４は、フローセンサを内蔵する検知ユニ
ットの他の実施の形態例の外観図である。この実施の形
態例は、検知ユニットが取り付けられた壁面から離れた
位置の流量等を検出する例で、接続導線を内部に通した
伸縮支持棒２７でフローセンサ２３と支持基板２２をケ
ース２１上に離して支持した例である。こうすることに
より、ケース２１による流速分布の乱れを最小限にし
て、壁面から離れた位置の流速分布を測定することがで
きる。ケース２１の構造等は、図３の実施の形態例と同
等である。

【００２８】図５は、フローセンサを内蔵する検知ユニ
ットの別の実施の形態例の外観図である。この例は、フ
ローセンサ２３を収納した支持基板２２が、付属回路が
形成されたフレキシブル基板２４上に搭載される。フレ
キシブル基板２４表面の支持基板２２の周囲に、図１又
は２で示したフローセンサ駆動／計測回路１１等の回路
が配置される。かかる構成にすることで検知ユニット全
体の厚みが最小限に押さえられ流れを乱さない。フレキ
シブルなペーパー電池２５や高分子電池を用い、アンテ
ナ２０としてフレキシブルな金属線を用いれば、支持基
板２２の部分以外はフレキシブルな構造となり、自動車
のボディーなどの曲面上に密着させて、流れを乱さずに
正確な測定が可能になる。また、この実施の形態例は、
フレキシブル基板２４を曲面上に密着させて熱伝導率を
向上させることができるので、特に壁面近傍の温度分布
測定に向いている。尚、アンテナ２０は、前記と同様に
フレキシブル基板２４に内蔵することも可能である。

【００２９】図６は、自動車４３の車体設計での風洞実
験に、本発明を適用した流速分布測定等（剪断応力分布
測定、圧力分布測定、温度分布測定等を含む）の様子を
示す。無線型フローセンサ４０等を車体表面の複数の所
定位置に設置し、各フローセンサ４０から発信されてく
る測定データをデータ収集ユニット４２の受信器で検知
し、流速分布等のデータを求める。各センサ４０の識別
は、前述したように各センサ４０に特有の周波数帯を割
り当てるか、各センサの出力信号に特有の変調をかける
ことにより行うことができる。データ収集ユニット４２
としてはパーソナルコンピュータを使用し、測定データ
をＣＲＴ表示装置等に表示することができる。

【００３０】更に、配線のねじれなどのため、従来では
不可能であったプロペラやスクリューのような可動部に
も本発明の無線型のセンサを設置することが可能であ
る。この場合は、可動部表面での物理量の測定を行うこ
とができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、無
線で信号をやりとりするので、配線が不要であり、配線
によって流体の流れを乱されることがなく、より現実に
近い状態で測定が可能である。また、配線によって剪断
応力や圧力分布や温度分布が変化して正しい測定ができ
なくなることを防止できる。また、配線処理作業が不要
であるので、計測するための準備時間を大幅に短縮する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する物理量分布測定システムの構
成例（１）を示す図である。

【図２】本発明を適用する物理量分布測定システムの構
成例（２）を示す図である。

【図３】本発明を適用する検知ユニットの実施例（１）
を示す図である。

【図４】本発明を適用する検知ユニットの実施例（２）
を示す図である。

【図５】本発明を適用する検知ユニットの実施例（３）
を示す図である。

【図６】本発明を用いた流速分布、圧力分布測定の様子
を示す図である。

【図７】従来のセンサを用いた流速分布、圧力分布測定
の様子を示す図である。

【図８】従来の風速分布測定装置の構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１〜ｎ 検知ユニット １０ フローセンサ １１ フローセンサ駆動／計測回路 １２ 電圧−周波数変換回路 １３ 検知ユニットの受信器 １４ 検知ユニットの発信器 １６ 音波発信器 １００ データ収集ユニット １０１ コンピュータ １０２ 計測指令回路 １０３ データ収集ユニットの発信器 １０４ データ収集ユニットの受信器 １０５ 周波数−電圧変換回路 １０６ Ａ−Ｄコンバータ １０７ 音波受信器 １０８ 変換回路

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物理量の分布を測定するシステムにおい
   て、 該物理量を検出するセンサと、該センサの測定データを
   発信する無線発信器とを有する複数の検知ユニットと、 該測定データを受信する無線受信器を有するデータ収集
   ユニットと、を有することを特徴とする物理量分布測定
   システム。
2. 【請求項２】物理量の分布を測定するシステムにおい
   て、 該物理量を検出するセンサと、該センサを駆動するため
   の駆動信号を受信する第１の無線受信器と、該センサの
   測定データを発信する第１の無線発信器とを有する複数
   の検知ユニットと、 該センサを駆動するための駆動信号を発信する第２の無
   線発信器と、前記第１の無線発信器から発信された測定
   データを受信する第２の無線受信器とを有するデータ収
   集ユニットと、を有することを特徴とする物理量分布測
   定システム。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記第１及び第
   ２の無線発信器及び無線受信器は、 前記センサの測定データ及び駆動信号により音波又は超
   音波又は電波又は赤外線又は光を変調した信号を発信又
   は受信することを特徴とする物理量分布測定システム。
4. 【請求項４】請求項１から３において、前記センサは、 流速又は剪断応力を検出することを特徴とする物理量分
   布測定システム。
5. 【請求項５】請求項１から３において、前記センサは、 温度を検出することを特徴とする物理量分布測定システ
   ム。
6. 【請求項６】請求項１から３において、前記センサは、 圧力を検出することを特徴とする物理量分布測定システ
   ム。
7. 【請求項７】請求項１から６において、前記検知ユニッ
   トは、 外形になめらかな曲面をもつケースに覆われていること
   を特徴とする物理量分布測定システム。
8. 【請求項８】請求項１から６において、前記検知ユニッ
   トは、 フレキシブルな基板上に形成されていることを特徴とす
   る物理量分布測定システム。
9. 【請求項９】請求項１から８において、 前記検知ユニットは、第３の無線発信器を有し、 前記データ収集ユニットは、該第３の無線発信器からの
   信号を受信して前記検知ユニットの位置を検出する機能
   を有することを特徴とする物理量分布測定システム。