(57)【要約】【課題】風向と風速の両方を検出可能であり、且つ二軸回転機構の不要な風向風速計を提供する。【解決手段】風向風速計１は、圧力検出面３０ａに印加された圧力の大きさの分布を検出する面圧分布シート３０と、圧力検出面３０ａに載置された風検出部材２０とを備える。風検出部材２０は、風を受ける風受け部２１および圧力検出面３０ａに接触する底面２３ａを有する。風向風速計１は、面圧分布シート３０が検出する圧力の大きさの分布に基づいて風受け部２１が受ける風の風向および風速を特定する特定部６０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加された圧力の分布を検出する圧力検出部（３０、４３０）と、
気体の流れを受ける風受け部（２１、２２１）および前記圧力検出部に接触して前記風受け部が受けた前記気体の流れの風向および風速に応じた圧力を前記圧力検出部に印加する接触部（２３、３２３）を有する風検出部材（２０、３２０）と、
前記圧力検出部が検出する圧力の分布に基づいて前記風受け部が受ける前記気体の流れの風向および風速を特定する特定部（６０）と、
を備える風向風速計。
【請求項２】
前記圧力検出部（３０）は、
帯状であってそれぞれが一方向に並べられた複数の第１電極部（３２ａ）と、
帯状であってそれぞれが前記一方向に交差する方向に並べられて前記複数の第１電極部と重ね合わされた複数の第２電極部（３２ｂ）と、
を有し、前記複数の第１電極部と前記複数の第２電極部とが重なる部分に印加された圧力の大きさに相関する物理量を検出する請求項１に記載の風向風速計。
【請求項３】
前記圧力検出部（４３０）は、並べられた複数の圧電素子（４３１）を有する請求項１に記載の風向風速計。
【請求項４】
前記風受け部（２１）は、球体状に形成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の風向風速計。
【請求項５】
前記風受け部（２２１）は、上下方向について非対称な形状に形成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の風向風速計。
【請求項６】
前記接触部における前記圧力検出部と向かい合う底面（２３ａ）は、前記圧力検出部に対して凸状の球面形状である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の風向風速計。
【請求項７】
前記接触部における前記圧力検出部と向かい合う底面（３２３ａ）は、平面状である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の風向風速計。
【請求項８】
前記接触部における前記圧力検出部と向かい合う底面（２３ａ、３２３ａ）に、前記圧力検出部と接触する複数の突起部（２３ｂ）が形成されている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の風向風速計。
【請求項９】
風速の大きさを検出可能な風速検出部（５０）を備え、
前記特定部は、前記風速検出部が検出した風速と前記圧力検出部が検出した圧力の大きさの分布との関係に基づいて水平方向に対する風向の傾き角の大きさを特定する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の風向風速計。
【請求項１０】
側方への前記風検出部材の移動を規制する側方規制部（４１）を有する請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の風向風速計。
【請求項１１】
上方への前記風検出部材の移動を規制する上方規制部（４２）を有する請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の風向風速計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、風向風速計に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、風速と風向を検出する計測装置が開示されている。この計測装置は、第１軸心を中心として回転自在に支持部材に支持される環状の枠部材と、第１軸心に直交する第２軸心を中心として回転自在に枠部材に支持される検出器を備える。検出器には風向センサおよび風速センサが設けられている。計測装置は、検出器が空気流れに追従して回転することで、風向と風速の両方を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５‐２２２２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の計測装置では、検出器が空気流れに追従して回転可能となるように、検出器を支持するための枠部材を検出器の外側に２重に設ける必要がある。すなわち、検出器を二軸回転可能となるように支持する機構が必要となってしまう。
【０００５】
開示される目的は、風向と風速の両方を検出可能であり、且つ二軸回転機構の不要な風向風速計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、技術的範囲を限定するものではない。
【０００７】
開示された風向風速計のひとつは、印加された圧力の分布を検出する圧力検出部（３０、４３０）と、気体の流れを受ける風受け部（２１、２２１）および圧力検出部に接触して風受け部が受けた気体の流れの風向および風速に応じた圧力を圧力検出部に印加する接触部（２３、３２３）を有する風検出部材（２０、３２０）と、圧力検出部が検出する圧力の分布に基づいて風受け部が受ける気体の流れの風向および風速を特定する特定部（６０）と、を備える。
【０００８】
この開示によれば、風受け部が気体の流れを受けると、接触部から圧力検出部に印加される圧力の分布が気体の風向および風速に応じて変化する。したがって、この圧力の分布を基に、特定部において風受け部が受けた気体の風向および風速を特定できる。このため、風検出部材を二軸回転可能となるように支持する必要がない。以上により、風向と風速の両方を検出可能であり、且つ二軸回転機構の不要な風向風速計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る風向風速計を示す図である。
【図２】底面を下方から見た平面図である。
【図３】面圧分布シートの構造を示す斜視図である。
【図４】面圧分布シートの構造を示す断面図である。
【図５】風を受けた状態の風向風速計を示す図である。
【図６】風向および風速を特定する処理を示すフローチャートである。
【図７】面圧分布シートが検出する圧力分布と風流れとの関係の一例を示す図である。
【図８】水平方向成分に対する傾き角度ごとの参照風速の大きさと風の水平方向成分の大きさとの関係の一例を示すグラフである。
【図９】第２実施形態に係る風向風速計において風向風速を特定する処理を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態に係る風向風速計を示す図である。
【図１１】第４実施形態に係る風向風速計を示す図である。
【図１２】第５実施形態に係る風向風速計を示す図である。
【図１３】第５実施形態における圧電素子を示す図である。
【図１４】他の実施形態における底面を下方から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
第１実施形態の風向風速計１について、図１〜図８を参照しながら説明する。風向風速計１は、風流れの情報を検出する検出部１０と、検出部１０にて検出された情報から風速および風向を特定するための特定部６０とを備える。検出部１０は、風検出部材２０と、面圧分布シート３０と、壁部４０と、風速計５０とを備える。風向風速計１は、比較的狭小な空間における風流れの計測に特に適用される。風向風速計１は、例えば、ラジエータやエバポレータ等の熱交換器、エンジン、配管等の複数の部材を収容するために狭小な空間となる車両のエンジンルームにおける風流れ、すなわち気体である空気の流れの計測に適用される。
【００１１】
風検出部材２０は、風受け部２１と、支柱部２２と、接触部２３とを有する。風検出部材２０は、樹脂等の比較的軽量な材料で形成されている。風検出部材２０は、面圧分布シート３０の圧力検出面３０ａに載置されている。風受け部２１は、球体状、特に略真球状に形成されている。すなわち風受け部２１は、風速の同じ風から受ける風圧がその風向によらず実質的に均一となるような形状に形成されている。風受け部２１は、例えばその直径が１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度になるように形成されている。風受け部２１は、密度が一様となるように形成されている。風受け部２１は、支柱部２２の一端に連結されている。
【００１２】
支柱部２２は、その一端と他端にそれぞれ風受け部２１と接触部２３とが連結される棒状部材である。支柱部２２は、例えば横断面が略真円状の円柱形状に形成されている。すなわち支柱部２２は、風速の同じ風から受ける風圧が風向によらずなるべく均一となるように形成されている。支柱部２２は、流れる風に対して抵抗が少なくなるように、強度を確保できる程度に細い柱状であることが望ましい。支柱部２２は、その軸心を延長した仮想線が球体の風受け部２１の中心、すなわち重心を通るように風受け部２１に連結されている。
【００１３】
接触部２３は、底面２３ａと複数の突起部２３ｂとを有する。接触部２３は、例えば一部が欠けた略真球体状に形成されている。接触部２３は、支柱部２２における風受け部２１とは反対側の端部に連結されている。底面２３ａは、風検出部材２０の底面であり、圧力検出面３０ａと向かい合う面である。底面２３ａは、圧力検出面３０ａに対して凸状の球面形状に形成されている。底面２３ａは、接触部２３における球体の表面に相当する部分である。
【００１４】
複数の突起部２３ｂは、底面２３ａに形成されている。複数の突起部２３ｂは、接触部２３において面圧分布シート３０に直接接触する部分である。複数の突起部２３ｂは、例えば図２に示すように、無風状態における面圧分布シート３０との接触位置を中心として放射状に並ぶように設けられている。突起部２３ｂのひとつひとつは、風検出部材２０が所定の水平方向成分の大きさを有する風を受けて傾斜した傾斜状態において、底面２３ａの最下部となる位置に設けられる。例えば図２に示す例では、水平方向の風速がそれぞれ１ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、３ｍ／ｓ、４ｍ／ｓ、５ｍ／ｓの風を受けて傾斜した際に底面２３ａの最下部となる位置において、底面２３ａから突出するように設けられている。なお、実際には求められる最大検出可能風速、分解能等に合わせて突起部２３ｂの数を適宜決定すればよい。複数の突起部２３ｂは、球面状の底面２３ａのどの部分が面圧分布シート３０に接触しているのかを示す目盛として機能する。
【００１５】
風検出部材２０は、その重心が接触部２３側に位置するように形成されている。風検出部材２０は、外力を受けない状態において接触部２３を下方、風受け部２１を上方に向けて起立した状態（以下、初期状態と表記）を保つことができるようにその重心位置が設定されている。特に風検出部材２０は、接触部２３の中心、支柱部２２の軸心および風受け部２１の中心が鉛直方向に一直線に並んで起立した状態となるように形成されている。風検出部材２０は、風を受けるとその風速の大きさの分だけ初期状態から傾き、風が止むと再び初期状態に復帰するように重心位置が設定されている。すなわち図５に示すように、風検出部材２０は、初期状態において接触していた圧力検出面３０ａ上の位置Ａから、風を受けることでその風の風速に応じた距離だけ位置Ａから離間した位置Ｂに転がるように移動する。風検出部材２０は、少なくとも想定される最大風速までは風によって完全に転倒して初期状態に復帰できないことがないように重心位置が設定されている。風検出部材２０は、例えば風受け部２１を接触部２３よりも軽量な材料で形成する、接触部２３の内部に金属等の重りとなる部材を埋め込む等によってその重心位置が調整されている。
【００１６】
面圧分布シート３０は、シート形状に形成されている。面圧分布シート３０は、風検出部材２０が載置される面である圧力検出面３０ａを備える。面圧分布シート３０は、圧力検出面３０ａに印加された圧力の大きさの分布を検出する。換言すれば、面圧分布シート３０は、圧力検出面３０ａのどの位置にどの程度の大きさの圧力が印加されたのかを検出することができる。面圧分布シート３０は、「圧力検出部」に相当する。面圧分布シート３０は、検出した圧力分布情報の信号を制御部６に対して送信可能となるように配線によって制御部６に有線接続されている。
【００１７】
面圧分布シート３０は、図３および図４に示すように、一対のフィルム部３１と、行電極部３２ａと、列電極部３２ｂと、感圧導電性インク３３とを備える。一対のフィルム部３１は、樹脂材料で薄膜状に形成されている。一対のフィルム部３１は、一方の表面に行電極部３２ａが設けられ、他方の表面に列電極部３２ｂが設けられている。１つのフィルム部３１の、行電極部３２ａまたは列電極部３２ｂが設けられている面と反対側の面は、風検出部材２０が載置される圧力検出面３０ａを提供する。行電極部３２ａおよび列電極部３２ｂは、銀等の導電性材料で形成された電極である。行電極部３２ａおよび列電極部３２ｂは、それぞれ帯状に延びる複数の電極である。行電極部３２ａおよび列電極部３２ｂは、それぞれ対応するフィルム部３１の表面に複数列並んで設けられている。行電極部３２ａは、所定の一方向に並べられ、列電極部３２ｂは、一方向と交差する方向に並べられている。特に行電極部３２ａと列電極部３２ｂとは、互いに直交する方向に並ぶように設けられている。換言すれば行電極部３２ａと列電極部３２ｂとは格子状に配列されている。複数の行電極部３２ａは「複数の第１電極部」に相当し、複数の列電極部３２ｂは「複数の第２電極部」に相当する。行電極部３２ａおよび列電極部３２ｂの表面には、感圧導電性インク３３が塗布されている。
【００１８】
感圧導電性インク３３は、印加された圧力に応じて電気抵抗値が変化する感圧抵抗体の一種である。感圧導電性インク３３は、例えば熱可塑性樹脂等の絶縁性のバインダにカーボンブラック等の導電性のフィラーを充填したものであり、印加された圧力が大きい程フィラー同士の距離が小さくなるために電気抵抗値が小さくなる性質を有する。圧力が印加されていない状態では、各電極部３２ａ、３２ｂの感圧導電性インク３３は、各電極部３２ａ、３２ｂの交点において、軽く接触している状態となっている。
【００１９】
面圧分布シート３０の圧力検出面３０ａに圧力が印加されると、圧力が印加された領域の感圧導電性インク３３の電気抵抗値が、圧力の大きさに応じて変化する。面圧分布シート３０は、行電極部３２ａと列電極部３２ｂとの各交点における電気抵抗値の情報を、制御部６に送信する。したがって、行電極部３２ａと列電極部３２ｂの各交点における電気抵抗値の情報を取得することで、各交点に対応する位置において圧力検出面３０ａに印加された圧力の大きさを求めることができる。例えば、図５に示すように、風検出部材２０が風を受けて傾動して圧力検出面３０ａの位置Ｂが突起部２３ｂと接触すると、風検出部材２０の自重により位置Ｂが押圧される。これにより、位置Ｂに対応する行電極部３２ａと列電極部３２ｂの交点に圧力が印加され、位置Ｂにおける圧力の大きさが検出される。一方で、初期状態において突起部２３ｂと接触していた圧力検出面３０ａの位置Ａは、風検出部材２０の傾きにより突起部２３ｂが離間することで、圧力が印加されなくなる。これにより、面圧分布シート３０は圧力検出面３０ａに印加された圧力の大きさの分布を検出することが可能である。
【００２０】
壁部４０は、側壁部４１と上壁部４２とを有する。壁部４０は、面圧分布シート３０および風検出部材２０を取り囲むように設けられている。壁部４０は、その上端が上下方向において風受け部２１の下端よりも下方に位置するように形成されている。すなわち、壁部４０は風受け部２１が受ける風の流れを阻害することを避けるようにその高さが設定されている。側壁部４１は、面圧分布シート３０および風検出部材２０の側方で上下方向に延びる壁部である。側壁部４１は、風検出部材２０を水平方向の全周で取り囲んでいる。側壁部４１は、風検出部材２０が側方に移動して面圧分布シート３０から脱落することを抑制する側方規制部である。上壁部４２は、側壁部４１の上端から風検出部材２０に向かって延びるように形成された壁部分である。上壁部４２は、例えば壁部４０の上端に接触部２３の直径よりも小さい開口部を形成する。上壁部４２は、風検出部材２０が上方に移動することを規制する上方規制部である。上壁部４２は、例えば検出部１０を持ち運ぶ状況等で装置を傾けた際に風検出部材２０が抜け落ちることを防ぐことができる。
【００２１】
風速計５０は、例えば熱線式の風速計によって提供される。風速計５０は、風速の大きさを測定することが可能な風速検出部である。風速計５０は、検出される風速の大きさが風向に依存しない無指向性の風速計である。風速計５０は、例えば壁部４０に設けられる。風速計５０は、風受け部２１が受ける風の流れを阻害しない程度に風検出部材２０に近接した位置に設けられている。風速計５０は、ＰＣと通信可能に接続され、検出した風速情報をＰＣに送信可能となっている。以下、風速計５０によって検出された風速情報を参照風速情報と表記する。
【００２２】
制御部６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、およびこれらの構成を接続するバスラインなどを備えたコンピュータである。ＲＯＭには、汎用的なコンピュータを制御部６として機能させるためのプログラムが格納されている。なお、上述のプログラムは、非遷移的実体的記録媒体（non- transitory tangible storage medium）に格納されていればよく、その具体的な記憶媒体はＲＯＭに限らない。例えば、フラッシュメモリに上述のプログラムが保存されていてもよい。ＣＰＵがこのプログラムを実行することは、制御プログラムに対応する方法が実行されることに相当する。
【００２３】
この制御部６は、ＣＰＵがＲＯＭに格納されているプログラムを実行することによって、面圧分布シートから送信された情報に基づき風速と風向を特定するという機能を提供する。すなわち、制御部６は機能ブロックとして、特定部６０を備える。
【００２４】
なお、制御部６が備える機能ブロックの一部または全部は、１つあるいは複数のＩＣ等を用いて、すなわちハードウェアとして、実現してもよい。また、制御部６が備える機能ブロックの一部又は全部は、ＣＰＵによるソフトウェアの実行とハードウェア部材の組み合わせによって実現されてもよい。
【００２５】
次に図６のフローチャート、図７および図８を参照して検出部１０が検出した風の風向および風速を特定する方法の一例について説明する。特定部６０は、ステップＳ１で面圧分布シート３０からの圧力分布情報を取得する。その後ステップＳ２に進み、取得した圧力分布情報に基づいて風速ベクトルの水平方向成分の大きさとその向きを特定する。例えば、図７に示すように風検出部材２０によって最も押圧された位置Ｂが初期状態で押圧された初期位置Ａに対してどの位置にあるかを圧力分布情報から特定して風速の水平方向成分Ｖｈの大きさと向きを特定する。位置Ｂは、圧力分布情報から、最も大きい圧力が検出された位置として特定される。
【００２６】
すなわち、位置Ｂが初期位置Ａから径方向にどの向きに離間しているかを特定することで、水平方向成分Ｖｈの向きを特定できる。そして、位置Ｂが初期位置Ａから径方向にどの程度の距離だけ離間しているかを特定することで、水平方向成分Ｖｈの大きさを特定できる。図７に示す例では、位置Ｂが初期位置Ａに対してｄ方向に離間しているので、水平方向成分Ｖｈの向きはｄ方向であると特定できる。そして位置Ｂは、初期位置Ａからの距離が、風速５ｍ／ｓの風を受けた場合の離間距離に相当するので、水平方向成分Ｖｈの風速の大きさは５ｍ／ｓであると特定することができる。
【００２７】
次にステップＳ３に進み、風速計５０からの参照風速情報を取得する。特定部６０は、この参照風速情報を、検出部１０が検出した風の風速Ｖであるとみなす。参照風速情報は、検出した風の水平方向に対する傾きを特定するための情報である。参照風速情報を取得すると、ステップＳ４に進む。
【００２８】
ステップＳ４では、風速ベクトルＶの水平方向に対する傾き角の大きさを特定する。例えば特定部６０は、制御部６に予め記憶された図８に示す特性グラフと、ステップＳ３で取得した参照風速情報とを利用して傾き角の大きさを特定する。図８の特性グラフは、押圧位置Ｂの初期位置Ａからの距離、すなわち風検出部材２０の傾き度合を縦軸に示し、参照風速の大きさを横軸に示している。グラフ中の各線は、水平方向に対して所定の角度傾いて流れる風の風速と傾き度合との関係を示している。したがって、参照風速情報と、傾き度合とから、風の水平方向に対する傾き角の大きさを判別することができる。
【００２９】
例えば、参照風速が７．１ｍ／ｓであり、水平方向成分の大きさが５ｍ／ｓであった場合、図８のグラフから、この参照風速と水平方向成分の大きさの関係を満たすのは、水平方向に対して４５度傾いて流れる風であると特定できる。このように参照風速情報を用いることで、面圧分布シート３０の圧力検出の分解能が、後述の第２実施形態における風速の上下方向成分の大きさの算出に必要な分解能に対して不足していた場合でも、風の水平方向に対する傾き角度を算出することができる。
【００３０】
なお、図８のグラフでは水平方向成分に対する傾き角の大きさが０度、３０度、４５度の３つの状態における特性のみを示しているが、実際は求められる分解能に合わせて複数の角度における特性を予め実験等で求めて設定するようにすればよい。
【００３１】
ステップＳ４で水平方向成分に対する傾き角の大きさを特定すると、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ステップＳ４で特定した傾き角が、水平方向に対して上向きの傾き角か下向きの傾き角かを特定する。特定部６０は、この特定を位置Ｂにおける圧力の大きさに基づいて行う。例えば、ステップＳ５では、位置Ｂにおいて検出された圧力の大きさ（以下、検出値と表記）が、水平方向成分が同じ大きさの風速である風が水平方向成分のみに吹いた場合の圧力の大きさ（以下、基準値と表記）に対してどのような値であるかを評価する。
【００３２】
すなわち、図７の左欄に示すように、水平方向に対して上方に傾いて流れる風の場合、この上方に向かう成分によって風検出部材２０が圧力検出面３０ａに印加する圧力が水平方向成分のみに風が吹いた場合に比べて低減される。したがって、検出値が基準値よりも小さい値となる。そして、図７の右欄に示すように水平方向に対して下方に傾いて流れる風の場合、この下方に向かう成分によって風検出部材２０が圧力検出面３０ａに印加する圧力が増加する。したがって、検出値が基準値よりも大きい値となる。以上によれば、検出値が基準値よりも小さい場合には、ステップＳ４で特定した傾き角が水平方向に対して上向きの傾き角であり、検出値が基準値よりも大きい場合には、水平方向に対して下向きの傾き角であることが特定できる。
【００３３】
以上のように、ステップＳ１〜ステップＳ６のフローによって風向と風速とが特定されると、ステップＳ７に進み、特定した風速および風向の情報を出力する。情報は、例えばＰＣのディスプレイに数値を表示する、風速ベクトルを描画する等によって出力される。ステップＳ７の情報の出力を実行すると、図６のフローチャートを終了する。または、リアルタイムで風向および風速のモニタリングを行う場合は、モニタリングを終了するまで一定間隔おきに図６のフローチャートの処理を繰り返す。
【００３４】
次に第１実施形態の風向風速計１がもたらす作用効果について説明する。風向風速計１は、圧力検出面３０ａに印加された圧力の大きさの分布を検出する面圧分布シート３０と、風検出部材２０とを備える。風検出部材２０は、風を受ける風受け部２１および圧力検出面３０ａに接触して風の流れの風向および風速に応じた圧力を圧力検出面３０ａに印加する接触部２３を有する。風向風速計１は、面圧分布シート３０が検出する圧力の大きさの分布に基づいて風受け部２１が受ける風の風向および風速を特定する特定部６０を備える。
【００３５】
これによれば、風向風速計１は、風検出部材２０が底面２３ａを介して圧力検出面３０ａに与える圧力の大きさの分布を基に風受け部２１が受けた風の風向および風速を算出する。このため、風検出部材２０を二軸回転可能となるように支持する必要がない。これにより、風検出部材２０の体格を抑制することができる。以上により、風向と風速の両方を検出可能であり、且つ二軸回転機構の不要な風向風速計１を提供することができる。
【００３６】
風受け部２１は球体状である。これによれば、風の風向によらず実質的に均一に風を受けることができる。したがって、より精度よく風向および風速を計測することができる。また、風受け部２１を球体状に形成することで、風受け部２１を比較的簡単な形状とすることができる。
【００３７】
風向風速計１は、面圧分布シート３０によって圧力の大きさを検出する。風向風速計１は、格子状に重ね合わされた電極部３２ａ、３２ｂの重なる部分の電気抵抗値の変化に基づいて圧力を検出する。これによれば、圧力検出部である面圧分布シート３０の配線を簡素化できる。したがって、より簡素な構成の風向風速計１を提供することができる。
【００３８】
風向風速計１は、風速の大きさを検出可能な風速計５０を備える。特定部６０は、風速計５０が検出した風速と面圧分布シート３０が検出した圧力の分布との関係に基づいて上下方向の風向角度を算出する。これによれば、無指向性の風速計５０を利用して風向の上下方向に対する角度を算出することができる。このため、面圧分布シート３０の感度が小さい場合でも、風向の上下方向に対する角度をより正確に検出することが可能な風向風速計１を提供することができる。
【００３９】
底面２３ａに、圧力検出面３０ａと接触する複数の突起部２３ｂが形成されている。これによれば、複数の突起部２３ｂが底面２３ａのどの部分が面圧分布シート３０に接触しているのかを示す目盛として機能し、より正確に面圧分布シート３０と接触する位置を検出できる。
【００４０】
底面２３ａは、圧力検出面３０ａに対して凸状の球面形状である。これによれば、風検出部材２０は風受け部２１の受けた風によって圧力検出面３０ａ上で転がるように傾動して接触部２３の圧力検出面３０ａとの接触位置を変化させる。したがって、風に対してより感度の大きい風検出部材を提供できる。
【００４１】
側方への風検出部材２０の移動を規制する側壁部４１を有することによれば、風検出部材が側方へとずれて面圧分布シート３０から脱落することを規制することができる。上方への風検出部材２０の移動を規制する上壁部４２を有することによれば、風検出部材２０が面圧分布シート３０から離間することを規制することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態における風向風速計１の変形例について図９を参照しながら説明する。図９におけるステップＳ１０およびステップＳ７０は、第１実施形態におけるステップＳ１およびステップＳ７と同様の処理であり、第１実施形態の説明を参照により援用できる。
【００４３】
第２実施形態の風向風速計１は、圧力分布情報から風速および風向を特定する方法が第１実施形態と相違する。第２実施形態の制御部６が実行する特定処理について、図９のフローチャートを参照して説明する。制御部６は、まずステップＳ１で圧力分布を取得した後、ステップＳ１２で風速の水平方向成分および上下方向成分を特定する。
【００４４】
より具体的には、特定部６０は、風速の水平方向成分を第１実施形態におけるステップＳ２と同様にして特定する。特定部６０は、風速の上下方向成分を、面圧分布シート３０に印加された圧力の大きさを基に特定する。すなわち、面圧分布シート３０に印加された圧力の大きさと、風速の上下方向成分の大きさとの関係を予め実験等によって求めておき、この関係をグラフやテーブル等として制御部６に予め記憶させておく。そして検出された圧力の大きさと、制御部６に記憶された関係のデータとを照合することで、上下方向成分の大きさを特定することができる。
【００４５】
ステップＳ１２で風速の上下方向成分および水平方向成分を特定すると、次にステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、風速の上下方向成分と水平方向成分を合成し、実際の風の向き、すなわち水平方向成分または上下方向成分に対する傾きと、風速の合成成分の大きさとを求める。風速の大きさは、例えば上下方向成分および水平方向成分の大きさから三平方の定理により算出することができる。また、水平方向成分または上下方向成分に対する傾きは、例えば三角関数を利用して算出することができる。
【００４６】
ステップＳ１３で風速の合成成分を特定すると、ステップＳ７で特定した風速および風向の情報を出力して、図９のフローチャートを終了する。または、リアルタイムで風向および風速のモニタリングを行う場合は、モニタリングを終了するまで一定間隔で図９のフローチャートの処理を繰り返す。
【００４７】
第２実施形態の風向風速計１によれば、参照風速、すなわち無指向性の風速計５０からの風速の情報を使用せずに検出した風の風向および風速を特定することが可能である。したがって、風速計５０が不要となるため、より低コストの風向風速計１を提供することが可能となる。
【００４８】
（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態における風向風速計１の変形例について説明する。図１０において第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。
【００４９】
第３実施形態の風向風速計１は、風受け部２２１の形状が第１実施形態と相違する。第３実施形態の風受け部２２１は、例えば下半分が半球形状であり、上半分が多面体形状となるように形成されている。すなわち風受け部２２１は、その形状が上下方向について非対称となるように形成されている。
【００５０】
風受け部２２１が上下方向について非対称となるように形成されていることによれば、風向の上下方向成分が上向きの風と下向きの風とでは、風受け部２２１が受ける風圧の差が大きくなる。これにより、上向きの風と下向きの風とで接触部２３が圧力検出面３０ａに印加する圧力の差が大きくなる。したがって、風の上下方向の向きをより容易に判別することが可能となる。
【００５１】
（第４実施形態）
第４実施形態では、第１実施形態における風向風速計１の変形例について説明する。図１１において第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。
【００５２】
第４実施形態の風向風速計１は、接触部３２３の形状が第１実施形態と相違する。接触部３２３は、底面３２３ａが平面となるような形状、例えば平板状に形成されている。底面３２３ａは、外力がない状態において、圧力検出面３０ａに一様に圧力を印加するようにその重心を設定されている。
【００５３】
この構成であっても、風向風速計１は風の風向および風速を検出することができる。すなわち、風受け部２１が風の風圧を受けることで、底面３２３ａが圧力検出面３０ａに印加する圧力の分布が初期状態から変化する。この初期状態から変化した圧力分布の情報に基づいて、風受け部２１が受けた風の風向および風速を検出することができる。
【００５４】
第４実施形態の風向風速計１は、底面３２３ａが平面状に形成されているので風検出部材３２０が風を受けても大きく傾動しない。このため、風を受けた風検出部材３２０が周囲の部材等に干渉することがない。したがって、第５実施形態の風向風速計１は、より狭小な空間に設置することが可能である。
【００５５】
（第５実施形態）
第５実施形態では、第１実施形態における風向風速計１の変形例について説明する。図１２および図１３において第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。
【００５６】
第５実施形態の風向風速計１は、圧力検出部４３０が複数の圧電素子４３１によって形成されている点が第１実施形態と相違する。複数の圧電素子４３１は、図１３に示すように、平面状に敷き詰められて並べられている。複数の圧電素子４３１は、そのそれぞれが配線によってＰＣに接続されている。これにより、複数の圧電素子４３１のそれぞれが受けた圧力の大きさの情報がＰＣに送信される。各圧電素子４３１の圧力の大きさの情報から、圧力の大きさの分布が得られる。この圧力の分布から、風受け部２１が受けた風向および風速を算出することができる。
【００５７】
圧力検出部４３０が複数の圧電素子４３１であることによれば、比較的安価な素子である圧電素子を用いて圧力の大きさの分布を測定することができるため、より低コストの風向風速計１を提供することができる。
【００５８】
（他の実施形態）
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【００５９】
上述の実施形態において、底面２３ａには複数の突起部２３ｂが形成されているとしたが、底面２３ａが複数の突起部２３ｂを有さずに、直接的に圧力検出面３０ａに接触する構成であってもよい。
【００６０】
上述の実施形態において、圧力検出部として感圧導電性インク３３の電気抵抗値の変化を利用した面圧分布シート３０を使用するとした。これに代えて、２つの電極間の距離の変化による静電容量の大きさの変化から面圧の大きさを検出する面圧分布シートを使用してもよい。静電容量を検出する面圧分布シートは、感圧導電性インク３３を利用するものより感度が高いため、より分解能の高い測定を行うことが可能となる。これにより、風速の上下方向成分の大きさの判別が容易になる。
【００６１】
上述の実施形態において、底面は放射状に所定の間隔で並べられた複数の突起部を有するとした。これに代えて、底面は、圧力検出面３０ａに対して突出する凸条部を有する構成であってもよい。例えば図１４に示すように、底面５２３ａには、初期状態で圧力検出面３０ａに接触する位置を中心として放射状に延びる凸条部５２３ｂが形成されていてもよい。
【００６２】
上述の実施形態において、風向風速計１は、圧力分布情報を用いて風向および風速を特定するとしたが、圧力分布情報に加えて他の情報も使用して風向および風速を特定する構成としてもよい。例えば、加速度センサ、角速度センサ等の、風検出部材の傾斜角度に相関する物理量を検出可能なセンサが風検出部材に設けられていてもよい。この場合、センサからの情報に基づいて制御部６にて風検出部材２０の傾斜角度を算出することで、風速の水平方向成分の大きさを算出することができる。または、地磁気センサ等の風検出部材の傾斜方向を検出するセンサが設けられていてもよい。この場合、地磁気センサが検出した風検出部材の傾斜方向から、風速の水平方向成分の向きを特定することができる。
【００６３】
上述の実施形態において、面圧分布シート３０と制御部６とは有線接続されているとしたが、無線接続されていてもよい。例えば面圧分布シート３０の下方等に面圧分布シート３０の検出した圧力分布情報を無線送信可能な無線通信部が設けられ、制御部６に対して圧力分布情報を無線送信する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１  風向風速計、  ２０  風検出部材、  ２１  風受け部、  ２２０  風検出部材、  ２２１  風受け部、  ２３  接触部、  ２３ａ  底面、  ２３ｂ  突起部、  ３０  圧力検出部、  ３２０  風検出部材、  ３２３  接触部、  ３２３ａ  底面、  ３２ａ  行電極部（第１電極部）、  ３２ｂ  列電極部（第２電極部）、  ４１  側壁部（側方規制部）、  ４２  上壁部（上方規制部）、  ４３０  圧力検出部、  ４３１  圧電素子、  ５０  風速検出部、  ６０  特定部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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