JPS63241363A - イオン風速計 - 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】 （産業上の利用分野） この発明はイオン風速計に関し、特にイオンの移動時間
の風による変化を検出するようにしたものである。

（従来の技術） 従来この種の装置として、例えば特公昭４９−３７０４
号公報に示されるように、空気通路中にイオン発生源と
コレクタ電極とを設け、このイオン発生源とコレクタ電
極間に流れるイオン電流を測定できるようにし、このイ
オン電流の風による変化から風速を測定できるようにし
たもの（以下「前者」という。）が公知となっている。

また、特公昭５７−５２９７２号公報には、流体中にカ
ルマン渦を生起させるよう形成された円柱状電極とこの
円柱状電極に対向する針電極間にイオン電流を流すよう
にしたもの（以下「後者」という。）が示されている。

係る装置においてはカルマン渦の発生周期が風速に対応
して変化することに伴い、周期的に脈動するイオン電流
の脈動周波数を検出して風速を測定するようにしである
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前者にあってはイオン電流変化そのもの
を風速の測定に用いるので、イオン発生源の変動等が測
定結果に直接影響を与えるという問題点があった。

また、後者にあってはイオン電流の絶対値ではなく、脈
動周波数を測定に用いるので安定性の面で有利であるが
、定常的イオン電流の供給を必要とし、この実現が困難
であるという問題点があった。

そこで、この発明は上記従来例の問題点を解決し、小型
で安定した測定のできるイオン風速計を提供することを
課題とするものである。

（問題点を解決するための手段） しかして、この発明の要旨とするところは、第１の所定
電圧が印加されて放電によるイオン群を発生させる放電
電極対と、この放電電極対の一方の電極に接続され前記
放電電極対に放電を生起せしめるパルスを所定周期で発
生するパルス発生手段と、前記放電電極対に対向して設
けられ、第２の所定電圧が印加されるコレクタ電極と、
このコレクタ電極と前記放電電極対との間に設けられイ
オン群が通過自在に形成された検出電極と、前記放電電
極対の放電により発生したイオン群が前記検出電極を通
過したことを検出する通過検出手段と、前記放電電極対
における放電開始時から前記通過検出手段により前記イ
オン群の通過が検出された時までの時間を計測する時間
計測手段と、この時間計測手段の出力値と所定値との差
を演算する演算手段とを具備し、前記演算手段の出力値
の風に伴う変化から風速を測定するようにしたことにあ
る。

（作用） したがって、第２図に示されるように、放電電極対１で
発生したイオン群はコレクタ電極３に向かって移動し、
このイオン群の移動に伴い検出電極５には誘導電流が誘
起される。この誘導電流は、イオン群が前記検出電極５
へ向かう間は負極性で、該検出電極５を通過すると正極
性へ変化するものであり、検出電極５に到達した時にそ
の値は丁度零となるものである。即ち、検出電極５の誘
導電流値が零となる点（ゼロクロスポイント）を検出す
ることによりイオン群の通過を知ることができる。

そして、放電開始時から前記ゼロクロスポイントの検出
時までの時間は放電電極対１と検出電極５間のイオン群
の移動時間であって、この移動時間は風速の大きさに対
応して変化するので、無風時の移動時間を基準として個
々の風速下における移動時間との差は各風速に対応する
こととなり、イオン電流の大小に関係なく、風速を知る
ことができ、上記課題を達成できるものである。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面により説明する。

第１図において、放電電極対１は例えば平板状に形成さ
れた第１の誘導電極１ａと、この誘導電極１８に対向し
て設けられ針状に形成された放電電極１ｂとから構成さ
れている。この放電電極対１には第１の直流電源２が接
続され、第１の所定電圧ＶＢ、が負極性で印加されてい
る。また、前記放電電極１ｂと前記第１の直流電源２と
の間には高電圧パルス発生回路１００が直列接続されて
いる。この高電圧パルス発生回路１００は前記誘導電極
１ａと放電電極１ｂ間に放電を生起させる負パルスを発
生するもので、該負パルス出力時には前記放電電極１ｂ
に前記第１の直流電圧ＶＢ１に負パルスが重畳されて放
電に必要な放電電圧ＶＰとなる。放電用電源として負電
圧を用いたのは一般に知られているように、負コロナの
方が正コロナに比べ族１１！電流を多く流すことができ
ることに基づくものである。前記電圧ＶＰが変化した場
合の放電電流の変化の一例が第７図に示されている。

３はコレクタ電極で前記放ｆ！！電極対１に対向して設
けられており、第２の直流電源４が直列に接続され正極
性の第２の直流電圧ＶＢ、が印加されている。したがっ
て、前記放電電極対１における放電により発生したイオ
ン群はこのコレクタ電極３に吸引される。

放電電極対１とコレクタ電極３間に電圧を与えるのに、
本実施例のように直流電源を２分割としたのは後述する
検出電極５を接地電位として誘導電流測定を行なうため
である。

前記放電電極対１と前記コレクタ電極３との間には検出
電極５が設けられている。この検出電極５は例えばルー
プ状に形成されており、イオン群が通過し易い構造とな
っている。

この検出電極５にはイオン群の移動に伴い誘導電流が誘
起されるが、その極性は移動区間により変化する。第８
図には実測による誘導電流（実線表示）とパルス（二点
鎖線表示）が示されており。

イオン群が前記放電電極対１から検出電極５へ向かう間
は負極性で、検出電極５に到達した時点では丁度零とな
り、その後正極性へ転する。同図において誘導電流の波
形は非対称ではあるが、電流値が零となる点（ゼロクロ
スポイント）の位置には影響を与えないことが確認され
ている。また、このゼロクロスポイントまでの時間は放
電電極対１とコレクタ電極３間の直流電圧ＶＢの増加に
伴い減少していく。

１２０は前記検出電極６に誘起された誘導電流を増幅す
るための電流増幅回路で、増幅された電流はフィルタ回
路１４０を介して演算処理回路１６０に入力され、必要
な処理が施される。

フィルタ回路１４０は誘導ハムを除去するためのもので
ある。

演算処理回路１６０は入力された誘導電流のゼロクロス
ポイントの検出、イオン群の移動時間の計測等を行なう
ものである。第３図に詳細なブロック図が示されている
。同図において、比較回路１６２は誘導電流がゼロクロ
スポイントを通過したか否かを検出するものである。

ｔｏ′検出回路１６４は前記放電電極対１と検出電極５
間のイオン群の移動時間ｔ。′を検出するもので、具体
的にはｔ。′に相当するパルスを発生させて、このパル
スをクロック発生回路１６６から入力された同期信号に
同期させて出力している。。

カウンタ回路１６８は前記ｔ０′検出回路１６４の出力
信号を入力し、この出力信号の出力時間、即ち前記ｔ、
１を計数するものである。

ｔ０″レジスタ回路１７０は前記カウンタ回路１６８で
計数されたｔ０′の値を蓄積するものである。

ｔ０レジスタ回路１７２は前記ｔｌｌルジスタ回路１７
０と同様に前記カウンタ回路１６８の出力を蓄積するも
のであるが、特に無風状態での放電電極対１と検出電極
５間のイオン群の移動時間１、の計数値を蓄積するもの
である。第９図には無風時におけるこのｔ６と電圧ＶＢ
との関係が示されており、ＶＢが大きくなるに伴い前記
ｔ、は小さくなる傾向にある。

減算回路１７４は前記ｔ０ルジスタ回路１７０の蓄積デ
ータとｔ０レジスタ回路１７２の蓄積データとの減算を
行なうものである。即ち、イオン群の移動時間の変化量
Δｔ、＝　ｔ、　−ｔｌ、’が演算される。この変化量
Δｔ０と風速との関係が第１０図（ａ）、（ｂ）に示さ
れている。同図（ａ）、（ｂ）は放電電圧ＶＰを３ＫＶ
又は４ＫＶに設定し、ＶＢ＝（ＶＢ、＋ＶＢ、）をパラ
メータとして表しており、風速とΔｔ０とは非常によい
比例関係であることがわかる。したがって、この関係を
予め求めておけば、Δｔ０が判かれば対応する風速を求
めることができる。

Ｄ／Ａ変換回路１７６は前記減算回路１７４のデジタル
出力をアナログ信号に変換するものである。このＤ／Ａ
変換回路１７６の出力は例えば、一般のデータ記録装置
や指示計器等に入力され風速測定に供される。

制御パルス発生回路１７８は前記ｔ、９検出回路１６４
、カウンタ回路１６８等の回路動作に必要な各種基本信
号を発生するものである。

第１図に戻ってトリガ回路１８０は前記高電圧パルス発
生回路１００及び演算処理回路１６０に必要な基本トリ
ガ信号を発生するものである。

６は前記高電圧パルス回路１００に用いられる直流高圧
電源である。

上記構成の具体回路例が第４図及至第６図に示されてい
る。

第４図において、トリガ回路１８０は演算増幅器７を中
心として構成される比較回路を介し、交流入力信号を方
形波パルス信号に変換する。この方形波パルス信号は例
えばＩＣ化されたＪ−にフロップ回路８で電源周波数の
１７２に降倍されてモノマルチバイブレータ回路９に加
えられる。そして、該モノマルチバイブレータ回路９は
高電圧パルス回路１００用トリガ信号を出力端子２Ｑか
ら、制御パルス発生回路１７８用基準信号を出力端子Ｉ
Ｑからそれぞれ出力する。前記高電圧パルス回路１００
用トリガ信号はトランジスタ１０を介して高電圧ノ５ル
ス回路１００に印加される。尚、前記出力端子ＩＱ及び
２Ｑの出力パルス幅はそれぞれ可変抵抗器ＶＲＩ、ＶＲ
２によって調整できるようになっている。

高電圧パルス回路１００は二極真空管１１．１２を並列
に接続したものを中心に構成されている。

ｍ記トリガ回路１８０からのトリガ信号が三極真空管１
１のグリッドに入力されると抵抗１３の両端には第１１
図に示されるような負極性パルスが出力される。この負
極性パルスは第１の直流電圧Ｖ［３□を基準とし、その
最大値Ｖ。は前記二極真空管１１．１２の導通時の等価
抵抗値Ｒｔ、出力側の抵抗１３の値をＲ８とすれば、 Ｖｏ＝　−Ｒ８（Ｖｌｌ＋ＶＢ）　／　（Ｒ，＋Ｒｔ）
と表される。

この高電圧パルス回路１００の出力は前記放電電極１ｂ
へ印加される。

電流増幅回路１２０は演算増幅器１４を中心に構成され
ており、入力された誘導電流を電圧信号として出力する
ものである。１５．１６はダイオードに接続された電界
効果トランジスタで、前記演算増幅器１４の入力保護と
して作動するものである。

フィルタ回路１４０はＴ型ＲＣフィルタにボルテージフ
ォロワとして用いられる演算増幅器１７゜１８が接続さ
れてノツチフィルタが構成されている。該ノツチ周波数
は電源周波数（例えば５０Ｈ２）に設定されており、電
源回路からの誘導ハム成分のみを減衰させるものである
。

比較回路１６２は、演算増幅器１９を中心として構成さ
れており、入力信号が零になるとＯＲ回路２０を介して
１１　Ｌ　Ｉ＋比出力検出信号Ｆを出力する。

ｔ　、　Ｊ検出回路１６４はゲート回路より構成されて
おり、前記比較回路１６２の検出信号Ｆ及び後述する制
御パルス発生回路１７８からの基準信号Ｈを入力し、前
記放電電極対１と検出電極５間のイオン群の移動時間ｔ
。′に相当するパルスを発生するものである。このパル
スは後述する制御パルス発生回路１７８に入力される一
方、後述するクロック発生回路１６６からのクロック信
号と同期されて後述するカウンタ回路１６８に出力され
る。

クロック発生回路１６６は発振回路と分周回路とより成
り、発振回路はゲート回路２１．２２を用いて構成され
ている。また、分周回路はデケードカウンタ回路２３及
びＪ／にフリップ回路２４から構成されており、前記デ
ケードカウンタ回路２３では原発振周波数の１７１０周
期の周波数Ｆ１に、前記Ｊ／にフリップ回路２４では更
に１／２の周期の周波数Ｆ２にそれぞれ変換されて出力
される。出力周波数はクロック選択スイッチ２５により
Ｆｌ又はＦ２を選択できるようになっている。

尚、本実施例においては原発振周波数はＩＯＭＨ２を用
いている。

制御パルス発生回路１７８は２つのモノマルチバイブレ
ータ回路２６．２７より構成されており、前記トリガ回
路１８０の出力信号を基に前記ｔ。′検出回路１６４．
後述するカウンタ回路１６８等に必要な各種信号を発生
するものである。具体的には前記モノマルチバイブレー
タ回路２６により後述するカウンタ回路１６８のリセッ
ト信号を、前記モノマルチバイブレータ回路２７により
後述するｔ、ルジスタ回路１７０及びｔＩ、レジスタ回
路１７２用のロード信号と後述する減算回路１７４の演
算トリガ信号とをそれぞれ発生し出力する。

カウンタ回路１６８は２つのアップカウンタ回路２８．
２９より構成されており、前記ｔ、ｌ検出回路１６４の
出力信号を入力し、この入力信号の印加時間に相当する
バイナリデータに変換するものである。

１、レジスタ回路１７０は２つのシフトレジスタ回路３
０．３１より構成されており、前記カウンタ回路１６８
の出力データが前記制御パルス発生回路１７８のロード
信号の出力タイミング毎に入力され、シリアルデータに
変換されて後述する減算回路１７４に出力される。

ｔ０′　レジスタ回路１７２は前記ｔ０′　と同一構成
のシフトレジスタ回路３２．３３及び２つのラッチ回路
３４．３５とから構成されている。ラッチ回路３４，３
５は無風状態におけるイオン群の移動時間ｔ０のバイナ
リデータを保持するものである。無風状態で本装置を作
動させてｔ。設定スイッチ３６を開成すると前記カウン
タ回路１６８で計数出力されたｔ。のデータが保持され
る。そして、この保持されたデータは前記ｔ０′　レジ
スタ回路１７０と同様にシフトレジスタ回路３２゜３３
を介してシリアルデータとして後述する減算回路１７４
に出力される。

減算回路１７４は１ビツト減算回路３７、シリアル／パ
ラレル変換回路３８．３９等から構成されている。前記
１ビツト減算回路３７には前記ｔ０１　　レジスタ回路
１７０及びし。レジスタ回路１７２のシリアル出力信号
が入力され、１ビツト毎の演算が行なわれる。即ちΔｊ
ｏ＝ｔ０−ｔ。′が演算され、その演算結果はシリアル
／パラレル変換回路３８．３９及びＪ／にフリップフロ
ップ回路４０を介して８ビツトのパラレル信号に変換さ
れて出力される。

４ビツトバイナリカウンタ回路４１及びＪ／にフリップ
フロップ４２．４３等から構成される部分は前述したシ
リアル／パラレル変換のタイミング信号を発生するもの
であり、この信号は前記ｔ０′　レジスタ回路１７０及
びｔ。レジスタ回路１７２へも入力され、シリアルデー
タを出力するタイミング信号として用いられている。

Ｄ／Ａ変換回路１７６はＩＣ化されたＤ／Ａ変換器４４
を中心に構成されており、前記演算回路１７４からのパ
ラレールデータ入力を電圧信号に変換しており１例えば
入力データが全てｔｔ　Ｌ　ｕ信号の場合には○Ｖを出
力する。即ち、出力端子には放電電極対１と検出電極５
間の無風時を基準としたイオン群の移動時間の変位量Δ
ｔ０＝ｔ、−ｔ、’に相当する電圧信号が出力され、こ
の出力電圧は放電のたびに更新される。

前記Ｄ／Ａ変換器４４の出力信号は例えば記録装置２０
０に入力され、記録されるか又はメータ（図示せず）に
入力されてリアルタイムで風速指示される。

上記構成において、その使用方法は、初めに本装置を無
風状態の空間に設置し、１ｏ設定スイツチ３６をオフ状
態として電源を印加する。尚、クロック選択スイッチ２
５はいずれの設定でもよい。

次に、１ｏ設定スイツチ３６を閉成してＤ／Ａ変換回路
１７６の出力電圧がＯｖとなることを確認する。Ｏｖと
ならなかった場合は該ｔ０設定スイッチ３６を一旦開成
し、再度閉成する。この操作によりｔ。レジスタ回路１
７２には無風時におけるイオン群の移動時間ｔｌ、が保
持される。

次に本装置を風速設定場所に設定すれば、風速に対応し
た電圧信号が得られる。この電圧信号は前述した第１０
図に置けるΔｔ０に対応するものであるから、同図のよ
うな特性曲線を予め求めておけば対応する風速を知るこ
とができる。また、指示計器を接続し、該指示計器には
前記第１０図のような特性曲線に基づき指示値を目盛る
ことにより直接風速を指示するようにすることができる
。

尚、本実施例においては第１の所定電圧ＶＢ１及び第２
の所定電圧ＶＢ、を固定したが、これらを可変電源から
採るようにすれば、第１０図の特性曲線かられかるよう
に測定レンジを変えることができる。

（発明の効果） 以上述べたように、この発明によればパルス放電により
発生させたイオン群を所定電極間で移動させ、この移動
に要する時間の風による変化量を検出するようにしたの
で、従来装置のような測定値のドリフトが小さく、安定
な測定ができる。また、イオン群の移動時間の変位量に
鋸づき風速を測定するようにしたので、放電電流が変動
しても測定値には影響なく確実な測定ができる。

さらには、従来装置に比べ、放電回路の安定化を必要と
しないので、回路構成が簡易になるという効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るイオン風速計の実施例を示す構
成図、第２図は同上のイオン風速計の概略構成図、第３
図は同上のイオン風速計の演算処理回路の構成図、第４
図は同上のイオン風速計の具体回路図、第５図は同上の
イオン風速計の具体回路図、第６図は同上のイオン風速
計の具体回路図、第７図は同上のイオン風速計の具体回
路図、第８図は放電電圧と放電電流の関係を示す特性線
図、第９図は誘導電流とパルスとの関係を示す特性線図
、第１０図は放電電極対とコレクタ電極間の電圧と無風
時のイオン群の移動時間との関係を示す特性線図、第１
１図は風速とイオン群の移動時間変化量との関係を示す
特性線図、第１２図はパルス波形を示す波形図である。 １・・・放電電極対、３・・・コレクタ電極、１００・
・・高電圧パルス発生回路、１６２・・・比較回路、１
６４・・・ｔａ′検出回路、１６８・・・カウンタ回路
、１７０・・・ｔ、　ｊ　　レジスタ回路、１７２・・
・ｔ０レジスタ回路、１７４・・・減算回路。 第６図 ゝ１７６ 第７図 第８図 第９図 第１１図 時間（μ５ｅｃ）→ 第１０図 （ｍ／ｓｅｃ） （ｂ） （ｍ／５ｅｃ） 手続祁？−７ＩＥ書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６１年特許願第２０９２５９号 ２、発明の名称 イオン風速計 ３、補正をする老 事件との関係　　特許出願人 代表者　木　　村　　　功 昭和６３年１月２６日 メ ロ、補正の対象　　　　Ｌ （１）明細書第１９頁第１９行から第２０行「第１２図
は・・・・・である。」とあるのを削除する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の所定電圧が印加されて放電によるイオン群を発生
   させる放電電極対と、この放電電極対の一方の電極に接
   続され前記放電電極対に放電を生起せしめるパルスを所
   定周期で発生するパルス発生手段と、前記放電電極対に
   対向して設けられ、第２の所定電圧が印加されるコレク
   タ電極と、このコレクタ電極と前記放電電極対との間に
   設けられイオン群が通過自在に形成された検出電極と、
   前記放電電極対の放電により発生したイオン群が前記検
   出電極を通過したことを検出する通過検出手段と、前記
   放電電極対における放電開始時から前記通過検出手段に
   より前記イオン群の通過が検出された時までの時間を計
   測する時間計測手段と、この時間計測手段の出力値と所
   定値との差を演算する演算手段とを具備し、前記演算手
   段の出力値の風に伴う変化から風速を測定するようにし
   たことを特徴とするイオン風速計。