JPS60263862A - 風速及び風向測定用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は音波送信機及び大気層から反射された音波を受
信するための音波受信機により風速及び風向の少なくと
も一方を測定できるようにした装置に関するものである
。この装置において各方向についての測定により得られ
た測定結果の編集内容は風速及び風向の少なくとも一方
の測定値を提供するものである。

背景技術 この種の装置は当該技術分野においてよく知られており
、これは互いに異なった方向を向いた三点接地アンテナ
からの音響信号の送信を基本として実施されるものであ
る。この場合、２個のアンテナはそれらの中心軸すなわ
ち音波を送信する方向の中心線が互いに直角となり、か
つ地表面に対し６０°の角度となるように傾斜配置され
、更に第３のアンテナの中心軸が垂直となるように配置
されたものである。受信された反響信号は過渡時間との
関連において、すなわち送信及び受信周波数間のドツプ
ラーシフトについて測定され、その結果は計算によりそ
の時点における風量及、び風向成分に変換される。

この関連において、異なった標高レベルから得られたも
のの測定結果を評価及び決定して平均４ｔｔｔ及び標準
偏差を算出することが可能である。

こわは互いに標高差を有する気層における風成分を確定
できるようにするものである。

得られた測定値はマイクロプロセッサにおいて処理及び
計算され、選択された高さにおける風速及び風向が確定
される。

今Ｈ入手可能なこれらの測定システムは、好適な稼働条
件において５０〜５００ｍの標高を対象とするように設
計されている。しかしながらシステムにおいて用いられ
る３個のアンテナ送機 信の各々は、高さが２ｍ１重さが１３０に９という大型
かつ大重量のものであり、システムが車両を形成する場
合にはこれらのものをトレーラ−上に設置しなければな
らない。加えてトレーラ−は例えば北から南という具合
に常に同一方向を指していなければならず、このように
して初めて風速値を正確に算定することができる。

技術的課題 上記のような風速及び風向測定装置の発展経過に関連し
て種々の重要な技術問題が生ずることとなった。

風の方向に対して送信される音波が風向きによって僅か
に偏向されるということは、反射したエコーが弱まるこ
とを意味している。更に、バンクグラウンドノイズを形
成する周囲環境がらの音波は風に対向してより多く発音
し、そのことが更にこの方向の測定結果に好ましくない
効果を生ずることになる。したがって、空間において反
射され風向きと反対の方向に伝達される音波は受信機に
おいて弱くキャッチされるようになり、高水準のバック
グラウンドノイズと混合され、特にこの方向における正
確な測定結果の獲得を困難にするものである。このこと
は測定を実施した三方向から得られた測定値間の不一致
を生じ、最終結果の信頼性を制限するものである。

更に測一定方向を降雨の方向からずらせることが要求さ
れる。これは雨が送信機及び受信機の感度を低下させる
からである。

次に例えば三つの測定方向が選択される場合、それらの
測定方向が種々の誤差源からの悪影響を可能な限り小さ
くする態様において自由に選択できることが要求される
。

上記の技術は、基本的には空間中の等湛大気層間の階層
において反射された音波を測定することに基づくもので
ある。これらの等混層は特に大風速において多少の散乱
を生ずるものであり、最良の測定結果は風向きの両側に
おいて４５゜の角度を有する２本の線に沿って測定する
ことにより得られるということが経験的ピ確立されてい
る。

したがって風向きの如何にかかわらず、測定を実施する
方向が測定結果に対する前記散乱層の効果を最小化する
ように選択できることが要求される。これによってその
環境（風速及びその他の気象条件）に関する最良の結果
を得ることができる。

更なる問題の１つは、装置が風速及び風向きの少なくと
も一方を測定する場合において、放物面皿を用いるよう
にした音波送信及び受信装置を好ましく構成しなければ
ならないことである。この放物面皿は高レベルのエネル
ギーヲ狭い突起部に集中させ、これによって比較的小型
のアンテナが用いられ一不ようにするものである。

更に別の問題は、受信された反響信号が音波送信機によ
って阻害されることなく、シかも前記反響信号が放物面
皿に反射されて、その放物面の焦点に向けられ、そこか
ら僅かな損失を生ずるのみでマイクロフォンに導ひかれ
るような条件を確立することである。

解決手段 これらの重要な問題点は、本発明により満足すべき程度
に解決されたものである。すなわち、本発明は音波送信
機、及び反射された音波を受信するための受信機を用い
て風速及び風向きの少なくとも一方を測定するための装
置に関するものである。この場合、音波は複数の方向に
送信され、各測定操作により得られた測定値の編集内容
は風速及び風向きの少なくとも一方の測定値を提供する
ものである。この装置の主たる構成は送信機及び受信機
の回転可能な配置にあり、これによってその回転中に多
様な測定条件から得られた測定結果の正確な算定を可能
にするものであり、前記送信機及び受信機はそれらの回
転軸に関して互いに傾斜したものである。

本発明の一実施例によれば、送信機、及び場合によって
は受信機を回転皿上に配置し、その皿から上向きに傾斜
した円錐ケーシングを突出させたものである。

送信機、及び兼用の場合には受信機もなるべくなら前記
皿の外周に近接して配置される。

好ましくは送信及び受信時の皿の回転位置を基準方向に
関して算定するための手段が提供される。

本発明の更なる実施例によれば、受信された反響信号に
おいて発生したドツプラーシフトは、送信された音波に
関連し、かつ信号特性に対応する風成分の大きさ及び方
向を得るために検出及び処理され、所望に応じて直角座
標上に投影される。

本発明によれば、放物面皿を用いて風速または風向きを
測定するための音波送信及び受信用装置が提供される。

この装置は放物面皿の焦点に位置する一端と、ラウドス
ピーカ−／マイクロフォンと協同する他端とを有するチ
ューブを具備している。好ましくは、このチューブは実
質的なＵ形状からなり、これによってラウドスピーカ−
／マイクロフォンが放物面皿の一側面に配置されるよう
にするものである。

本発明の装置には狭い突出部により音波を低エネルギー
レベルで送信する。ための手段が併用される。

ｉ二１ 本発明により提供される主たる利益点は、そのアンテナ
システムが小型かつ堅牢に形成されると共に、測定実施
の方向が前記算定結果におケルバンクグラウンドノイズ
の影響を極小化し、かつ装置の感度に影響する他の環境
条件の効果を減少できるように選択されたことである。

本発明による装置を用いる場合には、少量のエネルギー
を要するのみで音波の狭突出部を伝達し、空間中の気層
により反射された信号の受信可能性を大きくするもので
ある。

好ましい実施例の説明 第１図は送信機及び空間中の等湿層により反射された音
波を受信するための受信機を用いることにより風速及び
風向きの少なくとも一方を測定するための装置の斜視図
を示すものである。

この装置において音波は複数の方向に送信され、各測定
操作により得られた測定結果の編集内容は風速または風
向きの測定値を提供するようになっている。このため装
置はトレーラ−（１）上に配置されたＡ、Ｂ及びＣで示
す三基のアンテナを含んでいる。これらのアンテナＡ、
Ｂ及びＣは導体（２）を介して電子回路装置（３）に接
続され、この電子装置（３）は端末機（４）及びディス
プレイ装置（５）に接続されている。

アンテナＡ、Ｂ及びＣの各々はラウドスピーカ−を組込
んだものであり、アンテナＡ及びＢは互いに直角であっ
て、地表面に対し６０°の角度で傾斜するように配置さ
れ、第３のアンテナは垂直に配置される。

ここに述べるシステムは、５０ｍ〜５００ｍの夙成分を
測定することが可能であり、場合によっては１．０００
’ｍまでその範囲を拡大することができる。逆に装置は
５０ｍ以下の風成分に対しても適用可能である。

システムは次のオペレーションモードラ有スる。

Ａ、Ｈの２個が傾斜し、残りの１個Ｃが垂直にされた３
個のアンテナＡ、Ｂ及びＣは交互に音波を送信するよう
に構成されている。全てのアンテナＡ、Ｂ及びＣは送信
機として及び受信機としての双方の機能を有し、等湿層
から反射した受信信号において獲得された送信信号に関
連する情報より、優勢な半径方向の風成分の大きさ及び
方向をめることが可能である。

互いに９０°の角度で突出する２個の傾斜アンテナＡ及
びＢは地表面に対し６０°の角度で傾斜しており、これ
ら２個のアンテナは直交した風成分を発生することがで
き、その方向及び強度を明確に有する水平風ベクトルと
なるように算定及び編集される。風向き及び強度は送信
周波数を受信信号のエコー周波数と比較することにより
測定される。

風が測定されると同時に垂直アンテナからエコー強度が
検出される。

風速または風の強度が送信及び受信用アンテナＡ、Ｂ及
びＣにより測定できるようにするための電子回路装置は
第２図に示されている。アンテナの各々は各導体（６）
により送信及び受信スイッチ手段（ア）に直接（スイッ
チＤを除く）接続され、このスイッチ手段（７）は前置
増幅器（８）及び電力増幅器（９）に結合され、後者（
９）はトーンパルス発生器００）に結在される。

前置増幅器（８）は高域フィルタ（１υに接続され、こ
のフィルタ（１１）はドツプラー検出器（］２）及びエ
コされる。回路には更にトーンパルス発生器（１０）及
びドツプラー検出器（ロ）をトリガーするように配列さ
れたトリガー回路（１５）が設けられる。

所望の情報は図にはただ１つ（１７）のみ明示した種々
の端末機に送られる。これは％変換器及びデータプロセ
ッサ０６）並びに関連プログラム（＋６ａ）を用い、イ
ンターフェイス（＋６ｂ）を介在させることにより行わ
れる。しかしながら、情報は磁気テープやカセットテー
プまたはカラーディスプレイ装置に対して転送されるこ
とができる。

第３図は本発明に従って構成されたアンテナ機構００）
を略示するものである。この機構は、好ましくは電力増
幅器及び前置増Ｉ’ｔＢ器を含むものである。このアン
テナ機構は導体０］）を介して第２図に示したような設
計の、計算及びデータ出力装置に）に接続される。

アンテナ機構（２０）の部分断面図は第４図に示されて
いる。第４図を参照すると、音波送信機に）及び反射音
波受信用受信機により風の強度及び方向を測定するため
の装置が示されている。送信機及び受信機の双方は単一
ユニツ）　Ｇ！９）内に組込まれている。音波（２ダ）
は複数の方向に送信されることができ、その結果、各測
定操作により得られた測定結果の編集内容はすでに概略
説明した態様において、風速または風向の測定値を提供
するものである。図示の実施例において送信機及び受信
機（２優は回転するように構成され、その結果、複数の
測定位置から得られた測定結果を評価することができる
。送信突出部（２５っけ回転軸ｅΦに関して傾斜するよ
うに構成されている。

図示の実施例において送信機及び受信機に）は回転テー
ブルに）十に取付けられる。実際のアンテナ装置は底板
（ハ）と、この底板（ハ）から上向きに伸びる円鎧ケー
シング（イ）を有する。送信機、したがってまた受信機
はテーブルに）の外周に近接して配置される。

アンテナ装置、そして特定すれば底板（ハ）には基準方
向が設定され、これによって底板（ハ）に関する送信機
の回転及び設定位置を決定できるようになっている。こ
のため第４図の装置はコンパス手段（３ＣＩを含むもの
であり、これについては本発明の要旨でないため詳細な
説明を省略する。

第２図に示された３個のアンテナＡ、Ｂ及びＣは、１つ
のそして同一の受信機または送信機の種々の設定位置を
与えられることができる。

第２図に示した通り、アンテナの各々はスイッチまたは
接点“Ｄ“の操作により所定の時間周期を通じて駆動さ
れることができ、この駆動は導体を介して接続された％
寒換器（１４）により制御される。

コンパス機構から引出された信号を用い、かつ送信機兼
受信機機構の瞬間位置を確定するための手段を用いるこ
とは従来技術に属するため、それらの使用については詳
細な説明を省略する。

受信機及び送信機を駆動する際に基準方向及びその基準
方向に関するアンテナ装置の位置に関連づけられたデー
タは導体０υを介してマイクロメロセッサ０６）に伝達
される。

したがって受信されたエコー信号において発生したドツ
プラーシフトは送信された音波に関連して検出及び処理
され、これによってこれらの基準に対応する風成分が与
えられることは明らかである。３つの特定位置のいずれ
が最良の測定結果を与えるかを決定することが可能であ
るため、本発明によれば最良の測定方向を選択すること
ができる。

更に各測定操作を実施する最良の方向を選択することも
可能である。

本発明は同一の放物置皿Ｏ椴を用いることにより風速及
び風向きの少なくとも一方を測定することができる音波
送受信用装置に関するものである。この放物面皿０椴の
焦点には１つのチューブの一端（ａＳａ）が配置され、
そのチューブの他端（３３ｂ）はラウドスピーカ−／マ
イクロフォンと協同するように構成されている。チュー
ブ０場は実質上Ｕ形状に湾曲しており、これによってラ
ウドスピーカ−／マイクロフォンが皿０躊の周縁に近接
して配置されるようになっている。

チューブは更に並行壁部分を有し、これによってチュー
ブ（３檜を通過する音波の損失を制限するようになって
いる。

チー−−ブの口（ａａａ）から放射された突出部は周波
数に応じたものとなる。送信信号、そして受信されたエ
コー信号にとってはより重要なことであるが、これらは
放物面皿の焦点において捕捉される。

次に前記チューブの口径と放物面皿からチューブの口ま
での距離及び放物面皿の形態は、前述した測定環境に留
意して選択される。したがって音波が２．０００〜ａ、
ｏ　ｏ　ＯＩ’、１．Ｚの周波数帯域内に入っていれば
チューブの直径は約５４７１１となる。

これは音波が小エネルギーと狭い突出部を用いることに
より送信されるよりにするものであり、同時にエコー信
号の受信状態を改善するものである。

チューブの口（ＳＳａ）は放物面皿の焦点が幾分かチュ
ーブの範囲内に位置し、チューブが少なくともその口に
近接した並行壁部を有することができるように設けられ
る。

このような装置を使用することにより、突出部（２５ａ
）はバックグラウンドノイズ、雨及び空間中の容易に規
定できない等混層からの散乱が最も小さくなるような方
向を向くように設定することができる。

本発明の提案する装置を用いることにより、１０ｍより
低いレベルにおいて風速及び風向きを決定することがで
きる。

ラウドスピーカ−又はマイクロフォンはこれらのパワー
において放物面の焦点の一方の側に大きな物理的寸法を
要求するものであり、これは信号の通路に存在しないよ
うにされる。狭い送信突出部と小さな放物面とを形成す
ることにより高電力出力を得ることができる。ラウドス
ピーカ−は突出部の外側に位置し、チューブだけが信号
通路に位置するようになっている。

上述した信号周波数帯域は例示の目的によって記載した
ものであり、超音波帯域内に位置するような他の周波数
も可能である。

記載した実施例の送信機及び受信機の双方は回転皿上に
配置されたものであるが、それらは固定的に配置して、
その動作において皿を伴わないようにすることもできる
。

更に図示の実施例においては、装置中に所定のコンパス
方向が導入されるが、それは、測定方法が関連するもの
であり、各直立場所で所定の方向において使用ユニット
を整列させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はトレーラ−上に設置され、得られた測定値を計
算処理するように設計された電子回路装置に接続された
周知のアンテナシステムを示す斜視図、第２図は前記計
算を実行するための電子回路装置を略示するプルツク線
図、第３図は本発明によるアンテナ機構を略示する斜視
図、第４図は第３図に示したアンテナ機構の一部破断斜
視図である。 （１）・・・・・・・・・・・・・・・トレーラ−（２
）、　＠Ｉ）、　Ｆｌ）・・・・・・・・・・・・・・
・導体（３）・・・・・・・・・・・・・・・電子回路
装置（４）・・・・・・・・・・・・・・・端末機（５
）・・・・・・・・・・・・・・・ディスプレイ装置（
Ａ）ｌ　（Ｂ）、　（Ｃ）・・・・・・・・・・・・・
・・アンテナ（イ）・・・・・・・・・・・・・・・ア
ンテナ機構ｅｓ−・−・・−・−・・・・・計算及びデ
ータ出力装置−に）・・・・・・・・・・・・・・・音
波送信機（菊・・・・・・・・・・・・音波 に）・・・・・−・−・・・・・回転軸に）・・−・・
・・・・・・・・・回転テーブル（ハ）・・・・・・・
・・・・・・・・底板Ｑ９）・・−・・・・・・・・・
・・円錐ケーシング００・・・・・・・・・・・・・・
・コンパス手段０椴・・・・・・・・・・・・・・・放
物面皿（ハ）・・・・・−・・・・・・・・チューブ特
許出願人　マツツ　ニドビン　フルテイーク同　ゲスタ
　カール　カールソン 代　理　人　新　実　健　部 （外１名） ト１９．ン 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示　昭和５９年特許願第１１１２９４号２
、究明の６称　風速及び風向が１ｊ定用衾置３、補正を
する者 ｊＪ汀１との関係　特許出願人 民　名（名　称）　マツツ　ニドビン　フルテイーク（
外１名） ４、代理人　〒６０４　、 イ１　所　京都市中京区御幸町通三条上る丸屋町３３０
番地の１氏名　弁理士（５９６３）　新　実　健　部５
、補正命令の日イマ］　昭和５９年９月５日６、補正に
より増加する発明の数

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）音波送信機（２５）及び反射された音波を受信す
   るための受信機（ハ）を用いた風速及び風向の少なくと
   も一方を測定するための装置であって、音波（ｚ５ａ）
   が複数の方向に送信され、各測定操作において得られた
   測定結果の編集内容が風速及び風向の測定値を提供する
   ようにしたものであり、前記送信機兼受信機に）は回転
   可能に構成されたことにより、その回転中における種々
   の測定位置から１Ｍられた測定結果を評価できるように
   なっており、その送信突出部（２５ａ）が前記送信機及
   び受信機の回転軸に関して傾斜するようにしたことを特
   徴とする風速及び風向測定用装置。 （２）送信機、そして兼用される場合には受信機に）が
   傾斜した円錐ケーシング（２１′ｉｌを上向きに突設し
   た回転皿（イ）上に取付けられたことを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の装置。 （３）送信機、そして兼用される場合には受信機に）が
   前記器（ロ）の周縁に近接して配置されたことを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項記載の装
   置。 （４）送信機、そして兼用される場合には受信機の回転
   位置が測定実施の際、基準方向（３０に関して決定され
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第（１，
   ）　、　（２）又は（３）項のいずれが１項に記載の装
   置。 （５）受信されたエコー信号において生じ、送信された
   音響信号に関連するドツプラーシフトを検出し、かつこ
   れを処理してこれらの基準に対応する大きさ及び方向に
   関連した風成分をめるようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の
   装置。 （６）皿０椴が放物面型であり、チューブ０場がその一
   端（ａａａ）を前記放物面器Ｈの焦点内に位置させ、他
   端（ｓｓｂ）をラウドスピーカ−／マイクロフォンと協
   同させるように配置されたことを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）〜（５）項のいずれか１項に記載の装置。 （ア）前記チューブ（９つが実質上Ｕ形状に湾曲してお
   り、ラウドスピーカ−／マイクロフォンが前記放物部器
   ０乃の一方の側に配置されたものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（６）項記載の装置。 （８）前記チューブが少なくともその口部において両（
   卦一部を有し、チューブの直径が送信音波の周波数に適
   合するように形成されたことを特徴とする特許請求の範
   囲第（６）項又は第（γ）項記載の装置。 （９）　前記音波が狭い突出部及び信号通路中に位置し
   たチューブの補助作用により送信されるようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第（６）〜（８）項のいず
   れか１項に記載の装置。