JPS60501623A - 風速測定装置 - 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】 風速測定装置 この発明は風に曝される加熱センサ手段を備える風速測定装置に関するものであ り、該センサ手段は」二記加熱センザ手段と緊密な熱接触状態を維持させた温度 依存電気抵抗および該電気抵抗体と接続される測定器を備える。

米国特許第４，２７９，１４．７号は風速計を開示しており、該風速計は原理的 にポイーストンブリソヂ回路内に配置される２つの温度依存抵抗を具備している 。

これらの抵抗性センサは風に曝され、空気の流通、特に、風速に依存する冷却効 果が各センサにおいて異なるようにされている。これらの抵抗性センサは円筒状 基体の全長に沿ってその周部に配置される白金フィルムから成る加熱線型式のも のである。

上記測定器の原理は抵抗発熱により２つの抵抗性センサの抵抗値の合計が予め定 められた値に達するまで加熱することにある。この点に達すると、上記２つの抵 抗体の抵抗値の差異が計測される。この種の測定器の欠点の１つは所定信号に対 する風速の割り当てか経験的に得られる較正曲線を介して行なわれるということ にある。しかるに、当該加熱線センサの表面の不離１績時６ｏ−５ｏ１６ｚ３（ ２） 定な変質、たとえば、環境付着、腐食およびこれと同類の誤差を生じさせるもの によりこの較正曲線の精度が著しく低められる。

更に、上記米国特許のものは風向きを定めるようになっており、そこでは風向き に応じた信号が上述した２つの個別の抵抗性センサにより得られる。これら２つ の抵抗性センサの抵抗値の差異が風向きかあるいは風速に依るものであるかを決 めかねる場合のような不明瞭な結果が導出されることがある。

米国特許第４．２０６，６８３号は類似の風速計を開示しており、該風速計は複 数の抵抗性センサ配列を含み、始めに述べた特許における構成を改良したもので ある。そこでは、異なった平面における風速および風向きの測定が行え、この測 定方法は始めに述べた特許と同様のものである。

この発明の目的は先行技術を越えた良好な精度を有する風速測定装置を提供する ことにあり、この装置は海水中とか砂漠環境等の困難な条件下においても」−記 精度を維持するものである。

この発明によれば、」二記の目的にそって次のような風速測定装置が提供される 。この風速測定装置は風１−曝されるとともに緊密な熱接触状態を維持せしめた 温度依存電気抵抗を包含する加熱センサ手段および該電気抵抗と接続される測定 器を備える装置であって、上記センサ手段は加熱手段により実質的に全体にわた って均一な温度に加熱される質量体を備え、該温度を上記抵抗性センサにより変 化しないように保持させて測定することを特徴とする装置である。

この発明に係るセンサ手段は金属シリンダを備え、該金属シリンダの熱容量が小 さいことに基づき環境温度以上の温度に加熱するのにわずかなエネルギーを要す るに過ぎないという有利さがある。

抵抗性センサは金属シリンダに巻回され、それと緊密に熱接触させられるととも にそれと電気的に絶縁されたフィルム状抵抗体を備える。このフィルム状抵抗体 の温度はそれらが緊密に熱接触しているので該金属シリンダの温度と同じ温度と される。このようにして、温度測定を行うために金属シリンダとフィルム状抵抗 体間の十分な熱伝達が確保される。

フィルム状抵抗体は電子タイマ（ＩＣ５５５）の周波数設定抵抗とされ、これに より非常に精確に抵抗値が定められるようになっている。

センサ手段は風向きか定められる補助信号を発生する複数の補助センサを含む第 ２抵抗性センサを備える。

この複数の補助センサ配列により、左あるいは右情報のみによるものにおけるよ りも精確な風向き情報が得られる。

抵抗性センサと各補助センサとは測定電気抵抗値に応じたディジタル信号を発生 ずる論理回路に接続される。データ処理装置のディンタル文字は高精度水準とさ れ、更に、その結果は各電子部品のニーノック効果により影響されることがない 。

マイクロプロセッサに供給される論理回路からの信号およびその評価プログラム は全期間にわたって当該測定精度の維持を保証する。

測定された風速および／または風向きに対応する出力信号は、たとえば、ターゲ ツテイングの修正モート等の風速に応じた制御操作に用いられる。

更に、この発明は風速測定方法に関するしのである。

この方法は、加熱されると同時的に風により冷却されるセンサ手段により電気信 号を発生させるとともに該信号を抵抗性センサの電気抵抗値に依存させる一方、 これらのセンサ手段が」１記抵抗性センザの゛自動加熱と独立した態様で加熱手 段により加熱され、上記抵抗性センサにより該加熱手段による加熱と当該風によ る冷却との平衡温度を測定するようにしたものである。

更に、この発明の方法はそれぞれの方向に配向された幾つかの補助センサにより 風向き成分を測定するとともにこれらの成分を論理決定することから構成される 。

以上に、この発明を好ましい一実施例を示す添（１図面とともに説明する。

第１図はこの発明の風速測定装置の幾何学的構造を示す。

第２図は各補助センサに対応する種々の抵抗性センサの抵抗値を定めるための論 理決定回路を示す。

第３図は第１図の風速測定装置の斜視図を示す。

第４図は信号処理用ブロック図を示す。

第１図に風速測定装置を示す。この装置は実質的にシリンダ状のハウジンク１を 備え、該ハウジングｌは図示しない全ての電子部分を内蔵するとともにその頂部 にセンサ手段２を有する。このセンサ手段２は当該図示するものにおいては中空 シリンダとされる、金属シリンダ３を備え、該金属シリンダ３の壁部に加熱コイ ル４を含んでいる。この加熱コイル４の金属シリンダへの挿入は、たとえば、加 熱コイルを具備するねじから成るもう１つの内部補助ソリノダ内に１つの補助シ リンダをはめ込むことにより行なわれる。抵抗性）特表昭ＧＯ−５０１６２３（ ３） イルム体か金属シリング３の外周面に巻装され、この抵抗性フィルム体は図示し ない小さいスロットを除き実質的に３６０°にわｆコって当該金属シリンダ３を 取り巻く抵抗性フィルムを具備している。スロットの両端部に接触点が設けられ 、この抵抗性フィルム体はこれらの接触点を介して計算回路と接続される。

抵抗性フィルムから成る第２リングは金属シリンダ３の周囲に等間隔に配置され た一連の補助抵抗を備え、これらを介してシリンダの周囲に分布する環境温度と の差が検出される。抵抗性フィルム５と補助抵抗６との配置は第１図の斜視図に より容易に理解される。

第２図に、主構成部分として国際的名称ＩＣ５５５という集積回路から成る論理 タイマ回路を示す。このタイマ回路はそのベースが２つの抵抗Ｒ３およびＲ３を 介して正電圧電源と接続されるトランジスタＴ１を含んでいる。このトランジス タＴ、のコレクタはＩＣ５５５のビン７と接続され、次いで、温度依存抵抗てＩ Ｃ５５５のビン６と接続される。更に、ビン６はキャパシタＣ１を介して接地さ れる。このＩＣ５５５はスタート／リセット入力端子として作用するビン２を備 える。ビン１は接地され、ビン４と８は正電圧源に接続される。ビン３は抵抗Ｒ ３を介して第２トランジスタＴ、のベースと接続する信号出方端子とされる。

このトランジスタＴ、のエミッタは接地されるととらにそのコレクタは抵抗Ｒ， とＲ３間に存在する接続点Ｐ１と接続される。前述の図示するタイマ回路の出力 はトランジスタＴ、のコレクタに現れる。上記タイマ回路の動作は次ぎのとおり である ンタＣ１の電圧がある閾値電圧となると、このことが１ｃ５５５ｆ７）ビン６に 指示され、ＩＣ５５５のピノ３の出力はトランジスタＴ２を非導通に切り替える 。トランジスタＴ、のコレクタ電圧は正に上昇ずろ七とムにトランジスタＴ、の ベース電圧を」−昇さ且、よって、トランジスタＴＩは再び非導通とされる。こ のとき、放電する。このビン７はＩＣ５５５の内部で接地されている。キャパシ タｃ１が低い閾値まて放電ずろと直ぐにその出力が復帰して）・ランジスタＴ２ を導通させる。これにより、接続点Ｐ１の電圧が零に低下し、トランジスタＴ、 が導通し、再び、キャパシタＣ１が抵抗少Ｔ２のコレクタ電圧スロープは矩形振 動を表し、その周波数は抵抗Ｒに応したものとなっており、オフ：オフの割合は Ｉとされる。

次いで、トランジスタＴ２のコレクタの振動信号は図示しないマイクロプロセッ サに加えられ、該マイクロプロセッサは単位期間中のパルス数を計数してこのが 記憶曲線と逐次比較して定められる。

第１図には、更に、環境温度と同一・温度とされる温度依存抵抗７が設けられ、 該抵抗７の温度を測定することにより抵抗性フィルム５および６の測定における と同様にして空気温度を定めるとと乙にそれにより影響される各信号を修正する ために用いられる基皇信号か得られろ。

風の冷却効果は風速に依存するのみならす移動空気の温度にも依存するので、正 確な風速値を得るに（Ｊ環境温度を無関係と引るようにしな（〕ればならない。

これは、抵抗７により温度を測定するとともに該温度測定値を抵抗性フィルム５ による温度測定値から差し引く計算により実行される。このようにして得られた 信号は環境温度と当該センサ温度との差値を示す。この差値は風速の関数となっ ている。

シリンダの風に曝される側面部での風の冷却効果がその反対側面部におけるより もより高いため、当該シリンダ３の温度は風向きに依存してその周部において一 定となっていない。２つの極限角度間の中間部範囲において温度はある関数に応 じて低下する。各補助抵抗６に対応する幾つかの点て温度測定を行うことにより 最大冷却効果が生している角度範囲、即ち、風の吹く方向が定められる。最大抵 抗値を示す補助抵抗とその左右の補助抵抗との抵抗値を比較することにより風が 当該センサを打ち付けている位置における２つの補助抵抗間の正確な角度が補間 法により定められる。このようにして、単に多数の補助レッジを周辺部に配分す ることにより得られろものにお（上るよ：つも極めてより正確に風の方向を定め ることができる。

図示した風速計、特に、少なくともセンサ手段は図示しないハウジングにより太 陽に対し保護され、太陽からの放射線により該センサ手段の温度の指示誤りを防 止するようにされる。

第４図は各測定用抵抗からの信号処理を説明するためのブロック図である。

概略的に示す風速計のハウジングＩは加熱コイル４を包含するセンサ手段２を備 え、該加熱コイル４は定特表噛０−５（１１６２３（４） 電流源を含む電源１０から給電される。

第１図および第３図における抵抗性フィルム５並びに第２図における抵抗Ｒにそ れぞれ相当する抵抗は、第２図における回路に対応した単にブラックボックスで 示される回路１１に接続される。

補助抵抗６および６′と図示しない複数の抵抗に対応する補助センサがホックス ＩＩと同様の回路を含むホックスＩ３と１４に接続される。最後に、環境温度測 定用抵抗７が第２図の回路と同様のもう１つの回路を含むボックス１２に接続さ れる。

ボックス１１〜１４および更に別の補助センサ６に接続された図示しない回路が マイクロプロセッサＭＰに接続される。このマイクロプロセッサのブロクラムに より入力信号が処理され、既に述へたように、風速に依存する値に対して表示器 あるいは制御ユニットに供給されるティノタル出力信号１５が生成される。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　風に曝され、緊密な熱接触状態に維持せしめた温度依存電気抵抗を包含する 加熱センサ手段と、該電気抵抗と接続される測定器とを備える風速測定装置にお いて、 上記センサ手段は加熱手段により実質的に全体にわたって均一な温度に加熱され る質量体を備え、該加熱質量体の外面に−Ｆ−記加熱センセン配置する一方、上 記抵抗性センサにより温度か変化しないように保持して該温度を測定することを 特徴とする測定装置。 ２　質量体が金属ノリンダである請求の範囲第１項に記載の測定装置。 ３、抵抗性センサか金属ノリングの周りに緊密に熱接触しかつそこから電気的に 絶縁して巻装される抵抗性フィルムとされる請求の範囲第２項に記載の測定装置 。 ４　抵抗性フィルムが論理タイマ回路の周波数設定抵抗として設けられろ請求の 範囲第２項に記載の測定装置。 ５　センサ手段が金属シリンダの周囲に等間隔て配置される複数の補助センサを 包含する第２抵抗性センサから成り、これらの補助センサが抵抗性センサと類似 の方法で風向きに応じノＳ信弓を生成する請求の範囲第４項に記載の測定装置。 ６、抵抗性センサと各補助センサとをそれぞれタイマ回路に接続し、該タイマ回 路により抵抗値に応じたディジタル信号を得るようにした請求の範囲第４項また は第５項に記載の測定装置。 ７、タイマ回路から得られる信号がマイクロプロセッサに加えられる請求の範囲 第６項に記載の測定装置。 ８、マイクロプロセッサの出力部が表示器および／または風速に応じた制御工程 の制御機器に接続される請求の範囲第７項に記載の測定装置。 ９　加熱されると同時的に風により冷却されるセンサ手段により電気信号を発生 させ、該電気信号を抵抗性センサの電気抵抗値に依存させて風速を測定するにあ たり、 上記センサ手段を上記抵抗性センサの自動加熱と独立的に加熱し、該加熱手段に よる加熱と当該風による冷却との平衡温度を上記抵抗性センサにより測定するこ とを特徴とする風速測定方法。 ｌＯ風速の角度成分が種々の方向に配向された複数の補助センサにより測定する とともにこれらの成分を論理決定することを含む請求の範囲第９項に記載の風速 測定方法。