(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一辺にセンサとなる熱線を含んで構成されるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の両辺の電圧差を入力とし、その差動増幅出力を前記ブリッジ回路に帰還する帰還増幅器と、
前記帰還増幅器の出力を一定の周期で断続して前記ブリッジ回路に加える帰還電流断続手段と、
前記帰還増幅器から出力が定常状態になるまでの時間幅のパルス信号を出力する定常状態判別手段と、
前記定常状態判別手段からの出力の時間幅を検出する時間幅検出手段と、
前記時間幅検出手段より得られる時間幅の信号を風速値に変換する風速変換手段と、を具備することを特徴とする熱線風速計。
【請求項２】
一辺にセンサとなる熱線を含んで構成されるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の両辺の電圧差を入力とし、その差動増幅出力を前記ブリッジ回路に帰還する帰還増幅器と、
前記帰還増幅器の出力を一定の周期で断続して前記ブリッジ回路に加える帰還電流断続手段と、
前記帰還増幅器から得られる信号を所定レベルで弁別した信号を出力する弁別手段と、
前記弁別手段からの出力の時間幅を検出する時間幅検出手段と、
前記時間幅検出手段より得られる時間幅の信号を風速値に変換する風速変換手段と、を具備することを特徴とする熱線風速計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は熱線風速計に関し、特に低消費電力及び耐雑音性の向上をはかるようにした熱線風速計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のブリッジ回路を用いた熱線風速計は図５にその一例を示すように、感温素子として例えば白金線１を用い、白金線１と抵抗Ｒ１，Ｒ２及び感温抵抗Ｒ３によってブリッジ回路２を構成し、白金線１が所定温度となる加熱抵抗値ＲＨ  でブリッジ回路２を平衡させる。そしてブリッジ回路２の両辺の電圧を帰還増幅器３の一対の入力端に接続し、帰還増幅器３からブリッジ回路２にフィードバックし、白金線１を発熱させてブリッジを平衡状態とする。こうして白金線１の両端の電圧ＶＨ  に応じて、白金線１を通過する流体の速度Ｕを次式（１）によって測定していた。
ＶＨ  ２  ／ＲＨ  ＝（ａ＋ｂ√Ｕ）（ＴＰ  −Ｔ）・・・（１）
ここでａ，ｂは定数，ＴＰ  は白金線１の温度、Ｔは風温、ＲＨ  は白金線の加熱抵抗値である。この式から知られるように白金線１に印加される電圧ＶＨ  の４乗が風速Ｕに比例している。そして温度補償のためにブリッジの一辺に風速素子と同じ温度係数を持つ感温素子Ｒ３を組み込んで、風温Ｔが変化しても熱放散量、即ち白金線１の温度ＴＰ  と風温Ｔの差（ＴＰ  −Ｔ）が常に一定となるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の熱線風速計においては、帰還増幅器３から常にブリッジ回路２に帰還電流を供給しているため、消費電流が多いという欠点があった。又白金線１を含むプローブを熱線風速計本体から離して動作させる場合には、ケーブルで本体とプローブを接続する必要があり、このケーブルに誘導等の外部雑音を受け易いという欠点があった。熱線風速計を携帯型として電池を電源として動作させるためには、消費電流を減少させると共に外部雑音の影響を受け難くすることが必要となる。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、低消費電力で外部雑音を受け難い熱線風速計を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、一辺にセンサとなる熱線を含んで構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の両辺の電圧差を入力とし、その差動増幅出力をブリッジ回路に帰還する帰還増幅器と、帰還増幅器の出力を一定の周期で断続してブリッジ回路に加える帰還電流断続手段と、帰還増幅器から出力が定常状態になるまでの時間幅のパルス信号を出力する定常状態判別手段と、定常状態判別手段からの出力の時間幅を検出する時間幅検出手段と、時間幅検出手段より得られる時間幅の信号を風速値に変換する風速変換手段と、を具備することを特徴とするものである。
【０００６】
本願の請求項２の発明は、一辺にセンサとなる熱線を含んで構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の両辺の電圧差を入力とし、その差動増幅出力をブリッジ回路に帰還する帰還増幅器と、帰還増幅器の出力を一定の周期で断続してブリッジ回路に加える帰還電流断続手段と、帰還増幅器から得られる信号を所定レベルで弁別した信号を出力する弁別手段と、弁別手段からの出力の時間幅を検出する時間幅検出手段と、時間幅検出手段より得られる時間幅の信号を風速値に変換する風速変換手段と、を具備することを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】
このような特徴を有する本発明によれば、センサを含むブリッジ回路と帰還増幅器を設け、帰還電流断続手段によってブリッジ回路に加える帰還電流値を断続している。そして請求項１の発明では、定常状態判別手段によって帰還増幅器の出力が定常値となるまでの時間幅を検出し、その時間幅に基づいて風速値に変換して出力している。又請求項２の発明では、断続された帰還増幅器の出力を弁別手段によって所定レベルで弁別し、そのパルスの時間幅に基づいて風速値に変換して出力するようにしている。
【０００８】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例による熱線風速計の一例を示すブロック図である。本図において前述した従来例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。本実施例ではブリッジ回路２は従来例と同様に、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２、温度補償用の感温抵抗Ｒ３とセンサである熱線、例えば白金線１によって構成されている。このブリッジ回路２の抵抗Ｒ１，Ｒ３の共通接続点及び抵抗Ｒ２と白金線１との共通接続点は、帰還増幅器３の入力端に接続される。帰還増幅器３の出力は定常状態判別回路４に接続され、更にアナログスイッチ５の入力端に接続される。このアナログスイッチ５はクロック発振器６からのクロック信号によって入力を断続するものであり、その出力は帰還電流としてブリッジ回路２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の共通接続端に与えられる。これらのブロックが熱線風速計のプローブ内に収納されている。ここでクロック発振器６及びアナログスイッチ５は帰還増幅器の出力を一定の周期で断続してブリッジ回路に加える帰還電流断続手段を構成している。
【０００９】
さて定常状態判別回路４の出力はケーブル７を介して熱線式風速計本体内の波形整形回路８に与えられる。波形整形回路８はケーブル７等で加わる可能性のあるノイズ成分を除去して、定常状態判別回路４より得られる矩形波信号を再生するものであり、その出力は時間幅検出器９に与えられる。時間幅検出器９は波形整形回路の矩形波信号を時間信号に変換するものであって、所定周期の高速クロック信号を計数するカウンタ等によって構成される。この時間幅信号は風速変換器１０に与えられる。風速変換器１０はあらかじめ校正されている風速と時間幅との関係から得られた時間幅の信号を風速値に変換するものであって、時間幅の入力に対応して風速値を出力するＲＯＭテーブルによって構成される。風速変換器１０の出力は表示器１１に出力される。
【００１０】
次に本実施例の動作についてタイムチャートを参照しつつ説明する。図２（ａ）はクロック発振器６からのクロック信号を示している。このクロック発振器６の出力がＨレベルの期間t１〜t２，t３〜t４・・・では、アナログスイッチ５は閉成状態となって帰還増幅器３の出力がそのまま帰還信号となり、電源としてブリッジ回路２に入力される。ここでクロック信号の立上り時刻t１までは白金線１には通電されていないため、時刻t１に高いレベルの電圧が印加されることとなり、そのときの風速に対応する時定数の時間の後に定常状態に達する。そして定常状態に達した後、クロック発振器６からのクロック信号がＬレベルに反転するt２，t４・・・には、ブリッジ回路３への帰還電流が停止され、電源の供給がなくなる。このようにクロック発振器６のクロック周期に応じてブリッジ回路２を断続的に駆動することによって、帰還増幅器３の電圧出力波形は図２（ｂ）に示すように変化するものとなる。ここで定常状態判別回路４は定常状態に達するまでの時間幅を有するパルスを図２（ｃ）に示すように出力するものである。この信号はケーブル７を介して風速センサ本体側に伝えられる。そして波形整形回路８を介して波形整形され、時間幅検出器９によってその時間が検出される。時刻t１〜t５の間ではこの定常状態に達するまでの時間幅はＴａとなる。又時刻t６〜t１０の間はこれより風速が大きく、このとき定常状態に達するまでの時間幅Ｔｂとなっている。
【００１１】
さてこの定常状態に達するまでの時間Ｔａ，Ｔｂ・・・と風速Ｕとの関係は図３のようにほぼ二乗の関係で示される。これは実験の結果得られたデータであり、風速と時間幅Ｔとの関係が風速変換器１０ａのＲＯＭに保持されている。従ってこの時間幅Ｔａ，Ｔｂ・・・を入力とすることによって、風速変換器１０でこのときの風速値Ｕａ，Ｕｂに変換されて出力されることとなり、この信号が表示器１１に表示される。このように断続的にブリッジ回路２を駆動することによって熱線風速計の消費電流を小さくすることができる。又本実施例ではアナログ信号でなく図２（ｃ）に示すような矩形波のパルス信号でプローブからケーブル７を介して熱線風速計本体側に信号を伝送している。このためこの信号に雑音が重畳する場合にも波形整形回路８によって波形整形すれば、雑音の影響を極めて小さくすることが可能となる。
【００１２】
図４は本発明の第２実施例による熱線風速計の構成を示すブロック図である。本図において前述した第１実施例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。本実施例は定常状態判別回路４に代えて弁別回路２０を設けたものである。この弁別回路２０は帰還増幅器３の出力を所定の閾値Ｖｒｅｆ  で弁別し、矩形波信号を出力するものとする。その他の構成はほぼ第１実施例と同様であり、この矩形波に変換された信号がケーブル７を介して熱線風速計本体側に伝送される。本体側には波形整形回路８，時間幅検出器９が設けられ、このとき得られる時間幅の信号が風速変換器２１に与えられる。風速変換器２１は帰還増幅器３の出力を所定の閾値で弁別したときに得られる時間幅Ｔｃ，Ｔｄ・・・と風速値とを対応付けて風速に変換する変換テーブルを記憶するメモリである。このメモリのデータはあらかじめ実験によって求めておくものとする。こうして時間幅に対応して読出された風速値のデータを表示器１１に入力される。
【００１３】
次に本実施例の動作について説明する。図２（ａ）は第１実施例と同様にクロック発振器の出力であり、これによって帰還増幅器３からは図２（ｄ）に示す信号が出力される。この信号も第１実施例の図２（ｂ）と同一である。この帰還増幅器の出力は所定の閾値Ｖｒｅｆ  によって弁別され、図２（ｅ）に示す信号として出力される。この信号は第１実施例と同様にケーブル７を介して本体側に伝えられ、このとき得られる時間幅Ｔｃ，Ｔｄが風速変換器２１によって風速値Ｕｃ，Ｕｄに変換され、表示器１１によって表示される。図３（ｂ）はこのときの風速Ｕと時間幅との関係を示すグラフである。この場合にも風速Ｕと時間幅Ｔとは図３に示すように二乗曲線で示されることとなる。
【００１４】
この場合にも同様にして断続的にブリッジ回路を駆動しているため、消費電流を少なくすることができ、又ノイズの影響を受け難い熱線風速計とすることができる。このように図３（ａ），（ｂ）は時間幅と風速とがほぼ二乗の関係で示されるため、式（１）で示される従来の電圧及び風速の関係に比べて分解能が増し、風速測定の精度を向上させることもできる。
【００１５】
尚第１，第２実施例において、クロック発振器６のデューティ比を小さくすれば更に低消費電力化が図れるが、風速検出の応答性が低下する。従ってこのデューティ比を適宜変化させることによって、消費電流の低下と応答性の向上とを任意に選択することができる。
【００１６】
又前述第１，第２実施例ではアナログスイッチの開放時にも帰還増幅器３には通電しているが、アナログスイッチ５の出力を定常状態判別回路４又は弁別回路２０に入力してもよい。更にクロック発振器６の出力によって帰還増幅器３の電源を断続するようにしてもよい。この場合にはアナログスイッチ５を設けることなくプローブを構成することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項１，２の発明によれば、従来の熱線風速計に比べ断続的にブリッジ回路を駆動しているため、消費電流を大幅に低減することができる。更に熱線風速計のプローブ部と本体部とが離れており、その間を接続するケーブルを延長した場合にも、外部からの雑音の影響を受け難い熱線風速計とすることが可能である。又時間幅と風速は二乗の関係で示されるため、風速測定の精度を向上させることができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による熱線風速計の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１，第２実施例による熱線風速計の動作を示すタイムチャートである。
【図３】（ａ）は第１実施例、（ｂ）は第２実施例による時間幅と風速との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施例による熱線風速計の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の熱線風速計の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  白金線
２  ブリッジ回路
３  帰還増幅器
４  定常状態判別回路
５  アナログスイッチ
６  クロック発振器
７  ケーブル
８  波形整形回路
９  時間幅検出器
１０，２１  風速変換器
１１  表示器
２０  弁別回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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