(57)【要約】【課題】より好適に風向を測定することができる風向測定装置を実現する。【解決手段】風向測定装置１００は、減衰度がそれぞれ異なる複数の光減衰膜５０（基準光減衰膜、カウント用光減衰膜）が円周方向に等間隔に配設されている風向用減衰板５を備えており、その風向用減衰板５と一対の風向用光ファイバーである第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２とが、風向用発光素子６１からの連続光を風向用減衰板５の回転に応じたパルス光に変換して風向用受光素子６２に出力する風向用エンコーダとして機能するように構成されているので、風向用受光素子６２に入力されたパルス光の強度に応じたレベルの風向用パルス信号を制御部６５が検知し、制御部６５がカウントした風向用パルス信号の数と、そのカウントした風向用パルス信号のレベルの増減に基づいて風向を検出するようにして、風向きを好適に測定することができる。【選択図】図１
2018040636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風向きに応じてその向きを変える風向体と連動して回転するように共通の軸に取り付けられ、複数の光減衰膜が円周方向に等間隔に配設されている風向用減衰板と、
風向用発光素子と風向用受光素子にそれぞれ接続され、それぞれの端面同士が前記光減衰膜が配設されている半径位置にて前記風向用減衰板を挟んで対向するように設置された一対の風向用光ファイバーと、
前記風向用減衰板と前記一対の風向用光ファイバーとが、前記風向用発光素子からの連続光を前記風向用減衰板の回転に応じたパルス光に変換して前記風向用受光素子に出力する風向用エンコーダとして機能し、前記風向用受光素子に入力されたパルス光の強度に応じたレベルの風向用パルス信号に基づいて風向を検出する風向検出部と、
を備え、
前記風向用減衰板に配設されている複数の光減衰膜は、所定角度毎の基準点に配設された複数の基準光減衰膜と、前記基準光減衰膜の間に所定順に並べられた複数のカウント用光減衰膜とで構成されており、
前記複数の基準光減衰膜の減衰度はそれぞれ異なるとともに、前記複数のカウント用光減衰膜の減衰度とも異なり、
前記複数のカウント用光減衰膜における隣り合うカウント用光減衰膜の減衰度は互いに異なり、
前記風向検出部は、前記基準光減衰膜に対応した前記風向用パルス信号に基づき前記風向用減衰板の回転角度を判別して風向を検出する処理と、前記カウント用光減衰膜に対応した前記風向用パルス信号のレベルの増減に応じて前記風向用減衰板の回転方向を判別するとともに、その風向用パルス信号の数に応じて前記風向用減衰板の回転角度を判別して風向を検出する処理を実行することを特徴とする風向測定装置。
【請求項２】
前記複数のカウント用光減衰膜の減衰度はそれぞれ異なり、その減衰度の昇順あるいは降順に並べられていることを特徴とする請求項１に記載の風向測定装置。
【請求項３】
前記風向用減衰板における前記複数の光減衰膜の間の部位は、前記複数の光減衰膜の減衰度とは異なる同一の減衰度での光透過性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の風向測定装置。
【請求項４】
風を受けて回転する回転体と連動して回転する軸に取り付けられ、複数の貫通孔が円周方向に等間隔に形成されているスリット板と、
風速用発光素子と風速用受光素子にそれぞれ接続され、それぞれの端面同士が前記貫通孔が形成されている半径位置にて前記スリット板を挟んで対向するように設置された一対の風速用光ファイバーと、
前記スリット板と前記一対の風速用光ファイバーとが、前記風速用発光素子からの連続光を前記スリット板の回転に応じたパルス光に変換して前記風速用受光素子に出力する風速用エンコーダとして機能し、前記風速用受光素子に入力されたパルス光に応じた風速用パルス信号に基づいて風速を検出する風速検出部と、
を備え、
前記風向検出部は、前記風速用受光素子に入力されたパルス光の強度に応じた風速用パルス信号のレベルに基づき、前記風向用パルス信号のレベルを補正する処理を実行することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の風向測定装置。
【請求項５】
前記風向用減衰板に対し前記一対の風向用光ファイバーが少なくとも２組設置され、前記スリット板に対し前記一対の風速用光ファイバーが少なくとも２組設置されていることを特徴とする請求項４に記載の風向測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光を利用して風向を測定する風向測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風向きに応じてその向きを変える風向体と連動して回転する穴あき回転板と、穴あき回転板の回転に伴って穴の有無が変化する位置に向けて光を出射する光ファイバーを備えた光式風向センサーが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この光式風向センサーは、穴あき回転板の３つの同心円上に形成された円弧状の穴の有無を検知する３ビットのセンサーであり、４５°毎に区分した８方向の風向きを検出する測定が可能になっている。
【０００３】
また、風向きに応じてその向きを変える風向体と連動して回転する円板形減衰器を備え、その円板形減衰器を通過する光ビームのレベルの大きさにより風向きを検出する風向計が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
この風向計の円板形減衰器は、円周方向に光透過度が順次変化するように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９１５３１号公報
【特許文献２】実開平１−１１７５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の光式風向センサーのように、穴あき回転板を利用したビットパターンに基づいて風向きを測定する場合、より細かな角度で区分した風向きを測定するには、穴あき回転板により多くの同心円に沿う円弧状の穴を形成し、より多くの光ファイバーを備える必要が生じる。
例えば、５本の光ファイバーを設置して、穴あき回転板の５つの同心円上に形成された円弧状の穴の有無を検知する５ビットのセンサーとすれば、１１．２５°毎に区分した３２方向の風向きを検出する測定が可能になる。
但し、光ファイバーの敷設距離が長い場合には、光ファイバーの本数が増えるほど施工コストが増大する問題が生じる。
【０００６】
また、上記特許文献２の風向計の場合、例えば、円板形減衰器を通過した光ビームを８段階のレベルで検知し、４５°毎に区分した８方向の風向きを検出することは可能であるが、円板形減衰器を通過した光ビームをノイズとは区別して３２段階のレベルで検知するのは困難であり、１１．２５°毎に区分した３２方向の風向きを検出するような、より細かな角度で区分した風向きを測定するには不向きなものあった。
【０００７】
本発明の目的は、より好適に風向を測定することができる風向測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、この発明は、風向測定装置であって、
風向きに応じてその向きを変える風向体と連動して回転するように共通の軸に取り付けられ、複数の光減衰膜が円周方向に等間隔に配設されている風向用減衰板と、
風向用発光素子と風向用受光素子にそれぞれ接続され、それぞれの端面同士が前記光減衰膜が配設されている半径位置にて前記風向用減衰板を挟んで対向するように設置された一対の風向用光ファイバーと、
前記風向用減衰板と前記一対の風向用光ファイバーとが、前記風向用発光素子からの連続光を前記風向用減衰板の回転に応じたパルス光に変換して前記風向用受光素子に出力する風向用エンコーダとして機能し、前記風向用受光素子に入力されたパルス光の強度に応じたレベルの風向用パルス信号に基づいて風向を検出する風向検出部と、
を備え、
前記風向用減衰板に配設されている複数の光減衰膜は、所定角度毎の基準点に配設された複数の基準光減衰膜と、前記基準光減衰膜の間に所定順に並べられた複数のカウント用光減衰膜とで構成されており、
前記複数の基準光減衰膜の減衰度はそれぞれ異なるとともに、前記複数のカウント用光減衰膜の減衰度とも異なり、
前記複数のカウント用光減衰膜における隣り合うカウント用光減衰膜の減衰度は互いに異なり、
前記風向検出部は、前記基準光減衰膜に対応した前記風向用パルス信号に基づき前記風向用減衰板の回転角度を判別して風向を検出する処理と、前記カウント用光減衰膜に対応した前記風向用パルス信号のレベルの増減に応じて前記風向用減衰板の回転方向を判別するとともに、その風向用パルス信号の数に応じて前記風向用減衰板の回転角度を判別して風向を検出する処理を実行するようにした。
【０００９】
この風向測定装置は、減衰度がそれぞれ異なる複数の光減衰膜（基準光減衰膜、カウント用光減衰膜）が円周方向に等間隔に配設されている風向用減衰板を備えており、その風向用減衰板と一対の風向用光ファイバーとが、風向用発光素子からの連続光を風向用減衰板の回転に応じたパルス光に変換して風向用受光素子に出力する風向用エンコーダとして機能するように構成されているので、風向用受光素子に入力されたパルス光をカウントするようにして、風向用減衰板の回転角度を判別する処理を行って、風向を好適に測定することができる。
【００１０】
また、望ましくは、
前記複数のカウント用光減衰膜の減衰度はそれぞれ異なり、その減衰度の昇順あるいは降順に並べられているようにする。
【００１１】
基準光減衰膜の間に所定順に並べられた複数のカウント用光減衰膜の減衰度がそれぞれ異なり、その減衰度の降順に並べられていれば、風向用減衰板が一の方向に回転（例えば左回転）する際、風向用受光素子に入力されたパルス光の強度が順に大きくなり、風向用パルス信号のレベルが順に大きくなる。また、風向用減衰板が他の方向に回転（例えば右回転）する際、風向用受光素子に入力されたパルス光の強度が順に小さくなり、風向用パルス信号のレベルが順に小さくなる。
また、基準光減衰膜の間に所定順に並べられた複数のカウント用光減衰膜の減衰度がそれぞれ異なり、その減衰度の昇順に並べられていれば、風向用減衰板が一の方向に回転（例えば左回転）する際、風向用受光素子に入力されたパルス光の強度が順に小さくなり、風向用パルス信号のレベルが順に小さくなる。また、風向用減衰板が他の方向に回転（例えば右回転）する際、風向用受光素子に入力されたパルス光の強度が順に大きくなり、風向用パルス信号のレベルが順に大きくなる。
このような構成によれば、カウント用光減衰膜に対応した風向用パルス信号のレベルの増減に応じて風向用減衰板の回転方向を適正に判別することができる。
【００１２】
また、望ましくは、
前記風向用減衰板における前記複数の光減衰膜の間の部位は、前記複数の光減衰膜の減衰度とは異なる同一の減衰度での光透過性を有するようにする。
【００１３】
かかる構成によれば、風向用エンコーダとして機能する一対の風向用光ファイバーが断線していない場合には、風向用減衰板の回転角度によらず風向用受光素子は光を受光可能になっている。
こうすることで、風向用受光素子がパルス光を受光していない場合には、一対の風向用光ファイバーが断線していると判断し、所定の警報を発することができる。
【００１４】
また、望ましくは、
風を受けて回転する回転体と連動して回転する軸に取り付けられ、複数の貫通孔が円周方向に等間隔に形成されているスリット板と、
風速用発光素子と風速用受光素子にそれぞれ接続され、それぞれの端面同士が前記貫通孔が形成されている半径位置にて前記スリット板を挟んで対向するように設置された一対の風速用光ファイバーと、
前記スリット板と前記一対の風速用光ファイバーとが、前記風速用発光素子からの連続光を前記スリット板の回転に応じたパルス光に変換して前記風速用受光素子に出力する風速用エンコーダとして機能し、前記風速用受光素子に入力されたパルス光に応じた風速用パルス信号に基づいて風速を検出する風速検出部と、
を備え、
前記風向検出部は、前記風速用受光素子に入力されたパルス光の強度に応じた風速用パルス信号のレベルに基づき、前記風向用パルス信号のレベルを補正する処理を実行するようにする。
【００１５】
スリット板と一対の風速用光ファイバーとが、風速用発光素子からの連続光をスリット板の回転に応じたパルス光に変換して風速用受光素子に出力する風速用エンコーダとして機能するように風向測定装置に備えられている場合、風速用受光素子に入力されたパルス光の強度に応じた風速用パルス信号のレベルに基づき、風向用パルス信号のレベルを補正する処理を実行することで、光ファイバーによる伝送損失を含まない風向用パルス信号を得ることができるので、より正確な風向検出処理が可能になる。
【００１６】
また、望ましくは、
前記風向用減衰板に対し前記一対の風向用光ファイバーが少なくとも２組設置され、前記スリット板に対し前記一対の風速用光ファイバーが少なくとも２組設置されているようにする。
【００１７】
かかる構成によれば、風向用減衰板と一対の風向用光ファイバー２組とが２つの風向用エンコーダとして機能し、スリット板と一対の風速用光ファイバー２組とが２つの風速用エンコーダとして機能するようになるので、風向検出処理と風速検出処理の冗長化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、好適に風向を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の風向測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】風向測定装置の風向風速計の一例を示す断面図である。
【図３】風向風速計の風向用減衰板とスリット板を示す斜視図である。
【図４】風向用減衰板における光減衰膜（基準光減衰膜、カウント用光減衰膜）の配設パターンの一例を示す説明図である。
【図５】風向用パルス信号のカウントに関する説明図である。
【図６】他の実施形態の風向測定装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明に係る風向測定装置の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００２１】
図１は、本実施形態の風向測定装置１００の構成を示すブロック図である。
この風向測定装置１００は、風向と風速を測定する機能を有しており、風を受ける風向体３および回転体２を有する風向風速計１０と、風向風速計１０により計測された風向と風速を演算して出力する測定装置本体２０と、風向風速計１０と測定装置本体２０とを接続する光ファイバー３１，３２，３３，３４等を備えている。
なお、図１では、風向体３および回転体２の図示を省略している。
【００２２】
風向風速計１０には、一対の風向用光ファイバーである第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２の一端部がそれぞれ光コネクタＣ１１，Ｃ１２を介して接続されており、測定装置本体２０には、第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２の他端部がそれぞれ光コネクタＣ２１，Ｃ２２を介して接続されている。なお、光コネクタＣ１１，Ｃ１２は、防水光コネクタであることが好ましい。
また、風向風速計１０には、一対の風速用光ファイバーである第３光ファイバー３３と第４光ファイバー３４の一端部がそれぞれ光コネクタＣ１３，Ｃ１４を介して接続されており、測定装置本体２０には、第３光ファイバー３３と第４光ファイバー３４の他端部がそれぞれ光コネクタＣ２３，Ｃ２４を介して接続されている。なお、光コネクタＣ１３，Ｃ１４は、防水光コネクタであることが好ましい。
【００２３】
この風向測定装置１００においては、第１光ファイバー３１によって測定装置本体２０からの光を風向風速計１０へと伝送し、第２光ファイバー３２によって風向風速計１０からの光を測定装置本体２０へと伝送する。また、第３光ファイバー３３によって測定装置本体２０からの光を風向風速計１０へと伝送し、第４光ファイバー３４によって風向風速計１０からの光を測定装置本体２０へと伝送する。
【００２４】
本実施形態の風向測定装置１００は、鉄道の運行管理に用いるものであり、風向風速計１０は、河川に架かった橋梁やトンネル出口付近などに設置され、測定装置本体２０は、ターミナル駅等の通信機器室に設置されている。
また、風向風速計１０と測定装置本体２０とを接続する光ファイバー３１，３２，３３，３４は、鉄道の軌道に沿って設置されている。
【００２５】
風向風速計１０は、図２に示すように、基台１と、受ける風の強さに応じた速さで回転する回転体２が取り付けられた風向体３等を備えている。
風向体３は、風向体３と一体に形成されている円筒状の回転軸３ａを介して基台１に回転可能に支持されており、風向体３に設けられている尾翼３ｂの作用によって風向きに合わせて基台１に対して回転するようになっている。この風向体３と連動して回転する回転軸３ａに風向用減衰板５が取り付けられている。
また、風向体３の円筒状の回転軸３ａには回転可能に支持された回転軸２ｂが内挿されており、回転体２の回転は、回転体２に接続されているプロペラ軸２ａと歯車２Ｇを介して回転軸２ｂに伝達されるようになっている。この回転体２と連動して回転する回転軸２ｂにスリット板４が取り付けられている。
【００２６】
スリット板４は、図３に示すように、風を受けて回転する回転体２と連動して回転する回転軸２ｂに取り付けられている。
円板状を成すスリット板４には、複数の貫通孔４０が円周方向に等間隔に形成されている。例えば、スリット板４の周縁部には、４°毎に複数の貫通孔４０が形成されている。
そして、一対の風速用光ファイバーである第３光ファイバー３３と第４光ファイバー３４の一端部３３ａ，３４ａの端面同士がスリット板４を挟んで対向するように設置されている。具体的には、第３光ファイバー３３と第４光ファイバー３４の一端部３３ａ，３４ａの端面は、貫通孔４０が形成されている半径位置にてスリット板４を挟んで対向している。
この第３光ファイバー３３の一端部３３ａの端面から、測定装置本体２０から伝送された光が出射されるようになっている。
第３光ファイバー３３の一端部３３ａの端面から出射された光はスリット板４を通過して、第４光ファイバー３４の一端部３４ａの端面に入射するようになっている。
第４光ファイバー３４の一端部３４ａの端面に入射した光は、測定装置本体２０へと伝送されるようになっている。
【００２７】
このスリット板４と一対の風速用光ファイバーである第３光ファイバー３３と第４光ファイバー３４とが、後述する風速用発光素子６３からの連続光をスリット板４の回転に応じたパルス光に変換して後述する風速用受光素子６４に出力する風速用エンコーダとして機能する。
具体的には、第３光ファイバー３３の一端部３３ａの端面から出射された光が、スリット板４の周縁部に形成されている貫通孔４０を通過して、第４光ファイバー３４の一端部３４ａの端面に一定値以上の強度の光が入射される状態（以下「通過状態」という。）と、第３光ファイバー３３の一端部３３ａの端面から出射された光が、スリット板４（ここでは、スリット板４の貫通孔４０同士の間の部分）に遮断されて、第４光ファイバー３４の一端部３４ａの端面に一定値以上の強度の光が入射されない状態（以下「遮断状態」という。）と、が生じる。
スリット板４が回転している場合には、通過状態と遮断状態とが交互に繰り返されるため、第３光ファイバー３３の一端部３３ａから連続光を出射すると、その連続光はスリット板４の回転によってパルス光に変換される。スリット板４は、回転体２と連動して回転する回転軸２ｂに取り付けられているので、スリット板４の回転によって生成されたパルス光の周波数は、回転体２の回転速度に応じた周波数となる。
【００２８】
このように、風速用エンコーダとして機能するスリット板４と一対の風速用光ファイバー（第３光ファイバー３３、第４光ファイバー３４）は、第３光ファイバー３３を介して入力された風速用発光素子６３（後述）からの連続光を、スリット板４の回転によって回転体２の回転速度に応じた周波数のパルス光に変換し、第４光ファイバー３４を介して風速用受光素子６４（後述）に出力するように構成されている。
なお、本実施形態のスリット板４は、所定の減衰度による光透過性を有しており、入射した光の強度を減衰させて透過させることができるので、遮断状態であっても風速用受光素子６４（後述）が受光可能になっている。
【００２９】
風向用減衰板５は、図３に示すように、風向きに応じてその向きを変える風向体３と連動して回転するように、風向体３の回転軸３ａに取り付けられている。
円板状を成す風向用減衰板５には、複数の光減衰膜５０が円周方向に等間隔に配設されている。この光減衰膜５０は、入射した光の強度を減衰させて透過させる機能を有する。
そして、一対の風向用光ファイバーである第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２の一端部３１ａ，３２ａの端面同士が風向用減衰板５を挟んで対向するように設置されている。具体的には、第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２の一端部３１ａ，３２ａの端面は、光減衰膜５０が配設されている半径位置にて風向用減衰板５を挟んで対向している。
この第１光ファイバー３１の一端部３１ａの端面から、測定装置本体２０から伝送された光が出射されるようになっている。
第１光ファイバー３１の一端部３１ａの端面から出射された光は風向用減衰板５を通過して、第２光ファイバー３２の一端部３２ａの端面に入射するようになっている。
第２光ファイバー３２の一端部３２ａの端面に入射した光は、測定装置本体２０へと伝送されるようになっている。
【００３０】
この風向用減衰板５と一対の風向用光ファイバーである第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２とが、後述する風向用発光素子６１からの連続光を風向用減衰板５の回転に応じたパルス光に変換して後述する風向用受光素子６２に出力する風向用エンコーダとして機能する。
具体的には、第１光ファイバー３１の一端部３１ａの端面から出射された光が、風向用減衰板５の周縁部に配設されている光減衰膜５０を通過して、第２光ファイバー３２の一端部３２ａの端面に一定値以上の強度の光が入射される状態（以下「通過状態」という。）と、第１光ファイバー３１の一端部３１ａの端面から出射された光が、風向用減衰板５（ここでは、風向用減衰板５の光減衰膜５０同士の間の部分）に遮断されて、第２光ファイバー３２の一端部３２ａの端面に一定値以上の強度の光が入射されない状態（以下「遮断状態」という。）と、が生じる。
風向体３と連動して風向用減衰板５が回転している場合には、通過状態と遮断状態とが交互に繰り返されるため、第１光ファイバー３１の一端部３１ａから連続光を出射すると、その連続光は風向用減衰板５の回転によってパルス光に変換される。
【００３１】
特に、本実施形態の風向用減衰板５に配設されている複数の光減衰膜５０は、図４に示すように、所定角度毎の基準点に配設された複数の基準光減衰膜５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｊと、基準光減衰膜の間に所定順に並べられた複数のカウント用光減衰膜５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈとで構成されている。
複数の基準光減衰膜（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｊ）の減衰度はそれぞれ異なるとともに、複数のカウント用光減衰膜（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈ）の減衰度とも異なる。また、複数のカウント用光減衰膜（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈ）の減衰度はそれぞれ異なる。
なお、減衰膜の減衰度［ｄＢ］は、減衰膜に入射する入射光の強度と減衰膜を透過した透過光の強度とに基づき、減衰度［ｄＢ］＝１０×log（入射光／透過光）の式によって求めることができる。この減衰度が大きい減衰膜ほど、透過光の強度を減衰させて小さくする。
例えば、基準光減衰膜５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ、５０Ｉ，５０Ｊの減衰度はそれぞれ、Ａ［ｄＢ］，Ｂ［ｄＢ］，Ｃ［ｄＢ］，Ｄ［ｄＢ］，Ｅ［ｄＢ］，Ｆ［ｄＢ］，Ｇ［ｄＢ］，Ｈ［ｄＢ］，Ｉ［ｄＢ］，Ｊ［ｄＢ］であり、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅ＜Ｆ＜Ｇ＜Ｈ＜Ｉ＜Ｊであるとする。
また、カウント用光減衰膜５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈ）の減衰度はそれぞれ、ａ［ｄＢ］，ｂ［ｄＢ］，ｃ［ｄＢ］，ｄ［ｄＢ］，ｅ［ｄＢ］，ｆ［ｄＢ］，ｇ［ｄＢ］，ｈ［ｄＢ］であり、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ＜ｅ＜ｆ＜ｇ＜ｈであるとする。
また、基準光減衰膜（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｊ）と、カウント用光減衰膜（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈ）とを減衰度［ｄＢ］で識別し易くするように、基準光減衰膜５０Ｊとカウント用光減衰膜５０ａの減衰度に大きな差をつけ、
Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅ＜Ｆ＜Ｇ＜Ｈ＜Ｉ＜Ｊ＜＜ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ＜ｅ＜ｆ＜ｇ＜ｈであるようにした。
【００３２】
このような複数の光減衰膜５０が風向用減衰板５の周縁部に、例えば４°毎に配設されている。
具体的には、１０個の基準光減衰膜５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｊが、時計回りに減衰度の昇順で３６°毎に配設されており、各基準光減衰膜間にそれぞれ８個のカウント用光減衰膜５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈが、時計回りに減衰度の昇順で４°毎に配設されている。
そして、風向用エンコーダとして機能する風向用減衰板５と一対の風向用光ファイバー（第１光ファイバー３１、第２光ファイバー３２）は、第１光ファイバー３１を介して入力された風向用発光素子６１（後述）からの連続光を、風向用減衰板５の回転によって風向体３の回転に応じたパルス光に変換し、第２光ファイバー３２を介して風向用受光素子６２（後述）に出力するように構成されている。
【００３３】
なお、本実施形態の風向用減衰板５は、所定の減衰度による光透過性を有しており、遮断状態であっても風向用受光素子６２（後述）が受光可能になっている。
つまり、風向用減衰板５における複数の光減衰膜５０の間の部位は、複数の光減衰膜５０の減衰度とは異なる同一の減衰度での光透過性を有している。
この風向用減衰板５自体の減衰度をｋ［ｄＢ］とすると、ｈ＜＜ｋであるようにした。
【００３４】
測定装置本体２０は、図１に示すように、風向用光ファイバーである第１光ファイバー３１と接続されている風向用発光素子６１と、風向用光ファイバーである第２光ファイバー３２と接続されている風向用受光素子６２と、風速用光ファイバーである第３光ファイバー３３と接続されている風速用発光素子６３と、風速用光ファイバーである第４光ファイバー３４と接続されている風速用受光素子６４と、測定装置本体２０の各部を統括制御する制御部６５と、計測した風向を出力する風向出力部６６と、計測した風速を出力する風速出力部６７等を備えている。
【００３５】
風向用発光素子６１と風速用発光素子６３は、連続光を発する光源であり、例えば、レーザーダイオードを用いることができる。なお、風向用発光素子６１と風速用発光素子６３にはそれぞれ同じ発光素子を用いている。
風向用受光素子６２と風速用受光素子６４は、受光した光の強度を電気信号に変換する受光器であり、例えば、フォトダイオードを用いることができる。なお、風向用受光素子６２と風速用受光素子６４にはそれぞれ同じ受光素子を用いている。
【００３６】
風向出力部６６と風速出力部６７は、例えば、液晶ディスプレイなどの表示器であり、制御部６５からの指示に従って、風速や風向を表示する。
【００３７】
制御部６５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えるコンピュータである。ＲＯＭには、各種データおよびプログラムが記憶されている。そして、制御部６５は、ＣＰＵが指定されたプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭに展開し、展開されたプログラムとＣＰＵとの協働によって各種処理を行う。
【００３８】
制御部６５は、例えば、信号処理および演算処理を行って、風速用受光素子６４に入力されたパルス光に応じた風速用パルス信号に基づいて風速を検出する風速検出部として機能する。この制御部６５は、検出した風速の値を風速出力部６７に出力して表示させる処理を実行する。
なお、風速用受光素子６４が受光したパルス光の単位時間あたりのパルス数をカウントして、カウントしたパルス数を風速値に換算する処理は、従来公知のものと同様であるので、ここでは詳述しない。
【００３９】
また、制御部６５は、例えば、信号処理および演算処理を行って、風向用受光素子６２に入力されたパルス光の強度に応じたレベルの風向用パルス信号に基づいて風向を検出する風向検出部として機能する。この制御部６５は、検出した風向の角度値を風向出力部６６に出力して表示させる処理を実行する。
具体的には、風向検出部として機能する制御部６５は、基準光減衰膜（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｊ）に対応した風向用パルス信号に基づき風向用減衰板５の回転角度を判別して風向を検出する処理と、カウント用光減衰膜（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈ）に対応した風向用パルス信号のレベルの増減に応じて風向用減衰板５の回転方向を判別するとともに、基準光減衰膜とカウント用光減衰膜の風向用パルス信号の数に応じて風向用減衰板５の回転角度を判別して風向を検出する処理を実行する。
【００４０】
ここで、風向用受光素子６２に入力されたパルス光の強度に応じたレベルの風向用パルス信号に基づいて風向を検出する処理について説明する。
【００４１】
前述したように、複数の基準光減衰膜（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｊ）の減衰度はそれぞれ異なっており、複数のカウント用光減衰膜（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈ）の減衰度はそれぞれ異なっている。また、複数の基準光減衰膜の減衰度は複数のカウント用光減衰膜の減衰度とも異なっているので、各減衰膜５０を透過して風向用受光素子６２に入力されるパルス光の強度はそれぞれ異なるようになる。
本実施形態の風向測定装置１００は、風向用減衰板５０の各減衰膜５０を透過して風向用受光素子６２に入力されたパルス光の強度がそれぞれ異なることを利用して、風向を検出する処理を実行する。
【００４２】
風向検出部として機能する制御部６５は、図５に示すように、風向用受光素子６２に入力されたパルス光の強度に応じたレベルの風向用パルス信号をカウントする。
本実施形態では、後述するように、風向用減衰板５が時計回りで右回転する際、パルス信号を「正」でカウントし、風向用減衰板５が反時計回りで左回転する際、パルス信号を「負」でカウントする。
また、本実施形態では、基準光減衰膜５０Ａを「北基準」とし、その基準光減衰膜５０Ａに対応した風向用パルス信号を検知したことで、風向が「北」であることを示す「０°（３６０°）」を検出し、パルスカウント数を「０」にリセットする。
【００４３】
具体的には、図５に示すように、制御部６５が「北基準」である基準光減衰膜５０Ａに対応した風向用パルス信号を検知してパルスカウント数を「０」にリセットした後、風向用減衰板５が左回転すると、制御部６５は、例えばカウント用光減衰膜５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…５０ｇに対応した風向用パルス信号を検知し、パルス信号を「負」でカウントし、パルスカウント数を−１、−２、−３…−７とカウントする。
パルスカウント数「−７」をカウントした後、風向用減衰板５が右回転すると、制御部６５は、例えばカウント用光減衰膜５０ｆ、５０ｅ、５０ｄ…５０ａに対応した風向用パルス信号を検知し、パルス信号を「正」でカウントし、パルスカウント数を−６、−５、−４…−１とカウントする。
更に、風向用減衰板５が右回転し続けると、制御部６５は、基準光減衰膜５０Ａに対応した風向用パルス信号を検知してパルスカウント数を「０」にリセットした後、カウント用光減衰膜５０ｈ、５０ｇ、５０ｆ…５０ａや基準光減衰膜５０Ｊに対応した風向用パルス信号を検知し、パルス信号を「正」でカウントし、パルスカウント数を１、２、３、４、５…とカウントする。
【００４４】
このように、風向用減衰板５が左回転することに伴い、制御部６５がカウント用光減衰膜に対応する風向用パルス信号を検知する際、風向用受光素子６２に入力されるパルス光の強度は順に小さくなり、風向用パルス信号のレベルは小さくなる。
また、風向用減衰板５が右回転することに伴い、制御部６５がカウント用光減衰膜に対応する風向用パルス信号を検知する際、風向用受光素子６２に入力されるパルス光の強度は順に大きくなり、風向用パルス信号のレベルは大きくなる。
つまり、制御部６５が検知したカウント用光減衰膜（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈ）に対応する風向用パルス信号のレベルが小さくなるとき、制御部６５は、風向用減衰板５は左回転していると判別して、パルス信号を「負」でカウントする。
一方、制御部６５が検知したカウント用光減衰膜（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈ）に対応する風向用パルス信号のレベルが大きくなるとき、制御部６５は、風向用減衰板５は右回転していると判別して、パルス信号を「正」でカウントする。
【００４５】
そして、図５の説明図（および図４の説明図）において、制御部６５が、パルスカウント数「−７」をカウントしたとき（図中（イ）のポイント）、３６０°−７×４°＝３３２°のように、風向は「３３２°」と検出される。
【００４６】
同様に、図５の説明図（および図４の説明図）において、制御部６５が、パルスカウント数「１３」をカウントしたとき（図中（ロ）のポイント）、１３×４°＝５２°のように、風向は「５２°」と検出される。
また、基準光減衰膜（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｊ）に対応した風向用パルス信号を検知した際に、パルスカウント数を「０」に一旦リセットする処理を行ってもよい。
この場合、図５の説明図において下段に示すパルスカウントのように、制御部６５が、パルスカウント数「４」をカウントしたとき（図中（ロ）のポイント）、３６°＋４×４°＝５２°のように、風向は「５２°」と検出される。なお、各基準光減衰膜（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｊ）には、後述する角度が対応付けられている。
【００４７】
また、制御部６５は、基準光減衰膜（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｊ）に対応した風向用パルス信号に基づき風向用減衰板５の回転角度を判別して風向を検出する処理をあわせて行うことができる。
ここでは、基準光減衰膜５０Ａには北基準の「０°（３６０°）」、基準光減衰膜５０Ｂには「３２４°」、基準光減衰膜５０Ｃには「２８８°」、基準光減衰膜５０Ｄには「２５２°」、基準光減衰膜５０Ｅには「２１６°」、基準光減衰膜５０Ｆには「１８０°」、基準光減衰膜５０Ｇには「１４４°」、基準光減衰膜５０Ｈには「１０８°」、基準光減衰膜５０Ｉには「７２°」、基準光減衰膜５０Ｊには「３６°」が対応付けられている。
そして、図５の説明図（および図４の説明図）において、制御部６５が、基準光減衰膜５０Ｊに対応した風向用パルス信号を検知したとき（図中（ハ）のポイント）、風向は「３６°」と検出される。
【００４８】
こうして風向検出部としての制御部６５が検出した風向の角度の値を風向出力部６６に出力して表示する。
また、風速検出部として制御部６５が検出した風速の値を風速出力部６７に出力して表示する。
【００４９】
このように、本実施形態の風向測定装置１００は、減衰度がそれぞれ異なる複数の光減衰膜５０（基準光減衰膜、カウント用光減衰膜）が円周方向に等間隔に配設されている風向用減衰板５を備えており、その風向用減衰板５と一対の風向用光ファイバーである第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２とが、風向用発光素子６１からの連続光を風向用減衰板５の回転に応じたパルス光に変換して風向用受光素子６２に出力する風向用エンコーダとして機能するように構成されているので、風向用受光素子６２に入力されたパルス光の強度に応じたレベルの風向用パルス信号を制御部６５が検知して、制御部６５がカウントした風向用パルス信号の数と、そのカウントした風向用パルス信号のレベルの増減に基づいて風向を検出するようにして、風向きを好適に測定することができる。
【００５０】
また、この風向測定装置１００の風向用減衰板５は、光透過性を有しているので、風向用エンコーダとして機能する第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２とが断線していない場合には、遮断状態であっても風向用受光素子６２はパルス光を受光可能になっている。
つまり、風向用受光素子６２がパルス光を受光していないことを制御部６５が検知した場合、制御部６５は、第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２の少なくとも一方が断線したと判断し、所定の警報を発することができる。
同様に、風向測定装置１００のスリット４は、光透過性を有しており、風速用エンコーダとして機能する第３光ファイバー３３と第４光ファイバー３４とが断線していない場合には、遮断状態であっても風速用受光素子６４はパルス光を受光可能になっているので、風速用受光素子６４がパルス光を受光していないことを制御部６５が検知した場合、制御部６５は、第３光ファイバー３３と第４光ファイバー３４の少なくとも一方が断線したと判断し、所定の警報を発することができる。
【００５１】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、風向検出部として機能する制御部６５は、風速用受光素子６４に入力されたパルス光の強度に応じた風速用パルス信号のレベルに基づき、風向用パルス信号のレベルを補正する処理を実行することができる。
【００５２】
風向風速計１０と測定装置本体２０とを接続する光ファイバー３１，３２，３３，３４の敷設距離が長い場合、その光ファイバーによって伝送された光に伝送損失が生じていることがある。
光ファイバーによって伝送された光に伝送損失が生じている場合、風向用受光素子６２に入力されたパルス光の強度も伝送損失分低下しているので、風向検出部として機能する制御部６５が検出する風速用パルス信号のレベルには誤差が含まれてしまう。
つまり、風向用受光素子６２に入力されたパルス光の強度は、風向用減衰板５の光減衰膜５０を通過したことによる減衰に加え、伝送損失による減衰が含まれており、その分の誤差が生じてしまう。
【００５３】
ところで、風速用受光素子６４に入力された通過状態のパルス光の強度は、風速用発光素子６３が出力した光の強度が光ファイバーによる伝送損失分低下したものであるので、風向用発光素子６１と風速用発光素子６３に同じ発光素子が用いられていて、対をなす第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２の敷設距離（伝送距離）と、対を成す第３光ファイバー３３と第４光ファイバー３４の敷設距離（伝送距離）とが同じである場合には、風向用受光素子６２に入力されるパルス光と、風速用受光素子６４に入力されるパルス光には、同じ伝送損失が含まれているといえる。
そこで、風速用受光素子６４に入力されたパルス光の強度に応じた風速用パルス信号のレベルに基づき、風向用パルス信号のレベルを補正する処理を実行すれば、光ファイバーによる伝送損失を含まない風向用パルス信号を得ることができるので、より正確な風向検出処理が可能になる。
【００５４】
また、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図６に示すように、風向用減衰板５に対し一対の風向用光ファイバーである第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２が２組設置され、スリット板４に対し一対の風速用光ファイバーである第３光ファイバー３３と第２光ファイバー３３が２組設置されていてもよい。
一方（図中右側）の第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２には、それぞれ風向用発光素子６１ａと風向用受光素子６２ａが接続され、他方（図中左側）の第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２には、それぞれ風向用発光素子６１ｂと風向用受光素子６２ｂが接続されている。
また、一方（図中右側）の第３光ファイバー３３と第４光ファイバー３４には、それぞれ風速用発光素子６３ａと風速用受光素子６４ａが接続され、他方（図中左側）の第３光ファイバー３３と第４光ファイバー３４には、それぞれ風速用発光素子６３ｂと風向用受光素子６４ｂが接続されている。
【００５５】
ここでは、一方（図中右側）の第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２の一端部の端面が風向用減衰板５を挟んで対向している箇所から回転軸３ａを挟んだ反対側の箇所に、他方（図中左側）の第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２の一端部の端面が風向用減衰板５を挟んで対向するように配設している。
そして、第一制御部６５が前述した風向検出処理を実行するのに対し、第二制御部６５は同様の風向検出処理を実行した後、検出した風向の角度を１８０°反転させる処理を行うことで、第一制御部６５と同じ風向検出が可能になる。
【００５６】
このように、対をなす第１光ファイバー３１と第２光ファイバー３２を風向用減衰板５に２組の設置することで２つの風向用エンコーダを設置するようにすれば、風向検出処理の冗長化を図ることができる。
同様に、対を成す第３光ファイバー３３と第４光ファイバー３４をスリット板４に２組の設置することで２つの風速用エンコーダを設置するようにすれば、風速検出処理の冗長化を図ることができる。
【００５７】
なお、図６中、第一制御部６５と第二制御部６５を別体として図示しているが、この第一制御部６５と第二制御部６５は一体の制御部６５であってもよい。
同様に、第一風向出力部６６と第二風向出力部６６は一体の風向出力部６６であってよく、第一風速出力部６７と第二風速出力部６７は一体の風速出力部６７であってよい。
【００５８】
なお、以上の実施の形態において、風向測定装置１００は、鉄道の運行管理に用いる装置であるとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、風向測定装置１００の用途は適宜変更可能である。
また、以上の実施の形態の風向風速計１０には、プロペラ型の回転体２を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、風を受けて回転する回転体であれば、他の形状のものであってもよい。
【００５９】
また、以上の実施の形態において、風向用減衰板５には、複数の光減衰膜５０が円周方向に所定間隔をあけて等間隔に配設されているとしたが、複数の光減衰膜５０が間隔をあけずに配設されていてもよい。この場合、階段波形の信号に基づいて風向を検出するようにすればよい。
【００６０】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６１】
１      基台
２      回転体
２ａ    プロペラ軸
２ｂ    回転軸
２Ｇ    歯車
３      風向体
３ａ    回転軸
３ｂ    尾翼
４      スリット板
４０    貫通孔
５      風向用減衰板
５０    光減衰膜
５０Ａ〜５０Ｊ  基準光減衰膜（光減衰膜）
５０ａ〜５０ｈ  カウント用光減衰膜（光減衰膜）
１０    風向風速計
２０    測定装置本体
３１    第１光ファイバー
３１ａ  一端部
３２    第２光ファイバー
３２ａ  一端部
３３    第３光ファイバー
３３ａ  一端部
３４    第４光ファイバー
３４ａ  一端部
６１（６１ａ、６１ｂ）  風向用発光素子
６２（６２ａ、６２ｂ）  風向用受光素子
６３（６３ａ、６３ｂ）  風速用発光素子
６４（６４ａ、６４ｂ）  風速用受光素子
６５    制御部（風向検出部、風速検出部）
６６    風向出力部
６７    風速出力部
１００  風向測定装置
【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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【図６】
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