(57)【要約】  全方向性風速計および、そのような風速計を使用して、処理チャンバーを通過するらせん状経路などの搬送経路に沿って、気流を測定する方法。風速計は、最小限の気流閉塞構造を有する薄型の全方向性の３軸風速計である。それが薄型であるため、風速計は短い段ピッチのスパイラルコンベヤに適合できる。【選択図】図１
2021510809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気流を測定するための超音波風速計であって、
中央開口領域を画定する基部と、
前記基部によって支持された少なくとも１対の対向する超音波変換器であって、
前記少なくとも１対の前記対向する超音波変換器が、前記中央開口領域が開口している共通空間の内部のある点で交差する複数の伝達経路に沿って前記共通空間を通って、互いに超音波パルスを送受信し、
前記少なくとも１対の各々の第１の超音波変換器が、前記基部から第１の距離に配置され、かつ前記少なくとも１対の各々の第２の超音波変換器が、前記基部からの前記第１の距離未満である第２の距離に配置されている、少なくとも１対の対向する超音波変換器と、を備える、超音波風速計。
【請求項２】
前記少なくとも１対の対向する超音波変換器が、３つの相互に直交する伝達経路を画定する静止的な３対の風速計からなる、請求項１に記載の超音波変換器。
【請求項３】
前記少なくとも１対の対向する超音波変換器が、単一の対の対向する超音波変換器と、前記単一の対を移動して前記複数の伝達経路の異なる経路を画定するための移動手段と、からなる、請求項１に記載の超音波変換器。
【請求項４】
前記移動手段が、前記基部および前記単一の対の超音波変換器を回転させるために、前記基部に結合されたモータおよびギヤを備える、請求項３に記載の超音波変換器。
【請求項５】
気流を測定するための超音波風速計であって、
中央開口領域を画定する基部と、
離間された位置で前記基部によって支持されている３対の対向する超音波変換器であって、
各対の前記超音波変換器が、前記中央開口領域が開口している共通空間の内部のある点で前記他の２対の伝達経路と交差する前記伝達経路に沿って前記共通空間を通って相互に超音波パルスを送受信し、
各対の第１の超音波変換器が、前記基部から第１の距離に、前記基部に取り付けられ、前記対の第２の超音波変換器が、前記基部から、前記第１の距離未満である第２の距離に、前記基部に取り付けられている、３対の対向する超音波変換器と、を備える、超音波風速計。
【請求項６】
前記基部が環状である、請求項５に記載の超音波風速計。
【請求項７】
前記基部から前記第１の超音波変換器までの前記第１の距離が、５ｃｍ未満である、請求項５に記載の超音波変換器。
【請求項８】
前記第１の超音波変換器の間に接続された安定化部材をさらに備える、請求項５に記載の超音波風速計。
【請求項９】
前記基部上の離間された位置から、前記第１の超音波変換器が取り付けられている遠位端まで延在する３つのアームを備える、請求項５に記載の超音波風速計。
【請求項１０】
前記基部から延在し、前記第１および第２の超音波変換器を対毎に選択的に接続してパルスを送受信する送信／受信スイッチを含む電子回路を収容する筐体を備える、請求項５に記載の超音波風速計。
【請求項１１】
各伝達経路に沿って反対方向に送信された前記超音波パルスの飛行時間を測定し、各伝達経路沿った反対方向の前記飛行時間の間の差から、各伝達経路に沿った気流速度の成分を計算するプロセッサを含む、請求項５に記載の超音波風速計。
【請求項１２】
前記プロセッサが、座標系の回転によって、前記伝達経路に沿った気流速度の前記成分を、静止基準フレームに沿った気流速度の成分に変換する、請求項１１に記載の超音波風速計。
【請求項１３】
前記伝達経路の仰角が、遭遇する前記気流の最大速度の臨界角の余角よりも大きい、請求項５に記載の超音波風速計。
【請求項１４】
チャンバー内のスパイラルコンベヤを通る前記気流を測定する方法であって、
気流測定装置を、チャンバー内のらせん状経路に沿って、スパイラルコンベヤで上下に前記気流測定装置を運ぶ、スパイラルコンベヤベルトの搬送面上に位置づけることと、
前記らせん状経路に沿って、前記スパイラルコンベヤベルトと共に前進する時に、前記気流測定装置による定期的な気流測定を行うことと、
前記定期的な気流測定をログ記録すること、もしくは表示すること、またはその両方を行うことと、を含む、方法。
【請求項１５】
時間または前記風速計の方位角に対する、前記定期的な気流測定を表示することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記らせん状経路に沿った、前記風速計の方位角および仰角に対する、前記定期的な気流測定を表示することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記らせん状経路に沿った前記気流のマップを作成することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記気流測定装置が、超音波風速計である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記気流測定装置が、３つの軸に沿って前記気流を測定する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記気流測定装置が、前記らせん状経路の出口端にある時に、前記気流測定装置を前記スパイラルコンベヤベルトから取り外すことを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記気流測定値に応じて、ファンの速度を調整することによって前記気流を制御することを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、気流の測定に関し、特に、スパイラルコンベヤを通る気流を測定するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパイラルコンベヤでは、コンベヤベルトが、中央ドラムの周りで、らせん状経路で駆動される。らせん状経路は、ドラムの周りに多くの段またはラップを含むために、ベルトは長くなるが、同じ長さの直線経路上のベルトよりも小さな空間内にとどめられる。スパイラルコンベヤの小さな空間と小さな設置面積により、冷凍庫、調理器、プルーファ、および他の処理チャンバーでの使用が一般的になっている。しかし、スパイラルコンベヤの小ささは、ベルトを通る冷却または加熱された空気の流れ、およびらせん状経路に沿った移動中に、特定の熱処理を受ける製品に影響を与える。そして、気流は製品の熱処理の品質に影響を与える。ファンの適切な配置、配向、および速度調整によって最適な気流を実現すると、製品の均一な、または所望の熱処理が得られる。
【０００３】
風速計は、気流を測定するために使用される。Ｒ．Ｍ．Ｙｏｕｎｇ社（Ｔｒａｖｅｒｓｅ  Ｃｉｔｙ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）が製造販売するモデル８１０００Ｖ超音波風速計などの超音波風速計は、３対の超音波変換器を使用して、それぞれの対の変換器の間での超音波パルスの飛行時間から３次元の気流を測定する。変換器は、ある方向の気流を他の方向よりもはるかに遮る構造に取り付けられる。そのため、風速計は均一に全方向性ではない。
【発明の概要】
【０００４】
気流を測定する本発明の特徴を具体化する超音波風速計の１つのバージョンは、中央開口領域を画定する基部によって支持された少なくとも１対の対向する超音波変換器を備える。対向する超音波変換器は、中央開口領域が開口している共通空間の内部のある点で交差する複数の伝達経路に沿って、共通空間を介して互いに超音波パルスを送受信する。各対の第１の超音波変換器は、基部から第１の距離に配置され、また各対の第２の超音波変換器は、基部からの第１の距離未満である第２の距離に配置される。
【０００５】
気流を測定する超音波風速計の別のバージョンは、中央開口領域を画定する基部と、離間した位置で基部によって支持された３対の対向する超音波変換器と、を備える。各対の超音波変換器は、中央開口領域が開口している共通空間の内部のある点で他の２対の伝達経路と交差する伝達経路に沿って共通空間を介して相互に超音波パルスを送受信する。各対の第１の超音波変換器は、基部から第１の距離に、基部に取り付けられ、対の第２の超音波変換器は、基部からの第１の距離未満である第２の距離に、基部に取り付けられる。
【０００６】
チャンバー内のスパイラルコンベヤを通る気流を測定する本発明の特徴を具体化する方法は、（ａ）チャンバー内のらせん状経路に沿って、スパイラルコンベヤの上下に気流測定装置を運ぶスパイラルコンベヤベルトの搬送面上に気流測定装置を配置することと、（ｂ）らせん状経路に沿ってスパイラルコンベヤベルトと共に前進する時に、気流測定装置で定期的な気流測定を行うことと、（ｃ）定期的な気流測定をログ記録すること、もしくは表示すること、またはその両方を行うことと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の特徴を具体化する薄型超音波風速計の等角図である。
【図２】図２は、図１と同様の、スパイラルコンベアベルト上の風速計の斜視図である。
【図３】図３は、図１の風速計の電気系統のブロック図である。
【図４】図４は、３対の変換器のうちの１つによる超音波パルスの双方向送信を示すタイミング図である。
【図５】図５は、デカルト座標と球座標における気流速度ベクトルを表す図である。
【図６】図６は、図３のような風速計システムで使用可能な表示システムのブロック図である。
【図７】図７Ａ及び７Ｂは、超音波パルスの屈折が、送信機の対の最小仰角にどのように影響するかを示している。
【図８】図８は、筐体が部分的に開いている状態が示されている、複数の伝達経路に沿った飛行時間を決定できる超音波風速計の別のバージョンの等角図である。
【図９】図９Ａは、図６の表示システムによって表示可能な気流対方位角表示の例である。図９Ｂは、図６の表示システムによって表示可能な、気流対仰角および方位角の３Ｄマップの例である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の特徴を具体化する超音波風速計が図１に示されている。風速計１０は、中央開口領域１４を画定する薄い環状基部１２を有する。基部１２は、頂部１３および反対側の底部１５を有し、狭いバンドを形成する。図示される円形の環状体である代わりに、基部１２は、楕円形または他の方法で湾曲されていてもよく、あるいは多角形であってもよい。そして、図示されるようなエンドレスバンドである代わりに、基部１２はセグメント化されていてもよい。３つの基部変換器マウント１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは、基部１２の頂部１５で角度をなして上向きに延在する。変換器マウント１６Ａ〜Ｃは、基部の周りに１２０°毎に等間隔に配置されて示されている。しかし、それらは等間隔に配置される必要はない。超音波変換器Ａ１、Ｂ１、Ｃ１は、それぞれのマウント１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃに取り付けられている。変換器Ａ１、Ｂ１、Ｃ１はそれぞれ、基部１２から第１の距離に配置されている。この例では、３つすべての変換器Ａ１、Ｂ１、Ｃ１が基部から同じ距離にある。ただし、それらを基部１２から様々な距離に位置づけることもできる。そして、変換器Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の送信軸はすべて、この例では、同じ量だけ基部１２から上方に傾斜している。
【０００９】
基部変換器Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の各々は、対応する上部変換器Ａ２、Ｂ２、Ｃ２と対になっている。上部変換器Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は、正反対にあり、下部基部変換器よりも基部１２から遠い距離に、基部変換器Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の上方に持ち上げられている。上部変換器Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は、上部変換器マウント１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃに取り付けられている。変換器マウントは、基部１２の近位端から上向きに延在する細い湾曲アーム１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの遠位終端に位置付けられている。この例では、Ｃ字形アーム１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは、それらの遠位端で内側に曲がる前に、基部１２から外側に曲がるが、他のアーム形状も可能である。基部変換器Ａ１、Ｂ１、Ｃ１と同様に、上部変換器Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は１２０°毎に等間隔に配置されている。下部および上部変換器マウント１６Ａ〜Ｃ、１７Ａ〜Ｃは、各対の変換器を角度をなして上向きまたは下向きに向け、それらの送信軸が一致し、各変換器対の伝達経路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを画定するようにする。各変換器は、その伝達経路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに沿って、その対の変換器から超音波パルスを送信し、またその対の変換器から超音波パルスを受信する。３つの伝達経路２０Ａ〜Ｃは、変換器Ａ１〜Ｃ１、Ａ２〜Ｃ２の間の共通空間２４の中央の点Ｐで交差する。３つの伝達経路は、最良の全方向性の結果を得るために図１では相互に直交しているが、非直交であってもよい。基部１２の開口領域１４は、共通空間２４に開口している。細いアーム１８Ａ〜Ｃ、および広い開口領域１４を有する細くて狭い基部１２は、気流を妨げる構造要素を最小限にすることによって、風速計に、より均一な全方向性を与える。上部変換器マウント１７Ａ〜Ｃを安定させるために、図示されるように、周方向に連続する変換器間に任意選択的な安定化部材２２を提供することができる。
【００１０】
アーム１８Ａ〜Ｃは、上部変換器Ａ２〜Ｃ２に接続された配線を収容するために中空である。アーム１８Ａ〜Ｃ内の中空は、基部１２の底部１５のチャネル（図示せず）に開口している。チャネルは、上部と下部の両方の変換器Ａ１〜Ｃ１、Ａ２〜Ｃ２からの配線用のケーブルランを形成する。配線は、基部１２の外側に延在する電子機器筐体２６内の電子回路に接続されている。筐体２６は、とりわけ、変換器用のドライバおよび送信／受信スイッチを収容している。ケーブルチャネルは、基部の底部１５上に開口していてもよく、底部に封入されていてもよい。電子機器筐体２６は、例えば、ベルトの搬送方向に平行な軸２８でコンベヤベルト上の風速計１０を方向付けるための基準として使用され得る、基部１２と交差するその半径方向対称軸に沿った風速計軸２８を任意に画定する。風速計軸２６はまた、風速計軸２６に平行なｘ軸、基部１２の平面に平行な平面でｘ軸に直交するｙ軸、およびｘ−ｙ平面に垂直な垂直ｚ軸を有する３―Ｄデカルト座標系を画定するために使用され得る。
【００１１】
図２は、冷凍庫、プルーファ、調理器、または他のチャンバー３２内のスパイラルコンベヤ３０を示す。スパイラルコンベヤ３０は、底部３８から上部３９まで延在する円筒状外周３６を有する、駆動タワー３４またはドラムを含む。平行な駆動部材４０は、駆動ドラム３４の周囲３６に沿って、底部３８から上部３９まで長さ方向に延在する。駆動部材４０は、周囲３６から半径方向外向きに延在する。段支持４４に取り付けられた１対の平行な羽根ライナ４２（外側の羽根ライナのみが示されている）は、駆動ドラム３４の周りにらせん状搬送路を形成する。らせん状搬送路は、羽根ライナ４２上に支持された横方向に曲がるコンベヤベルト４６のために、駆動ドラム３４の周囲３６の周りに多段らせん状経路を画定する。駆動ドラム３４は、図２のように、駆動部材４０の長さに平行な垂直軸４８上で回転するように駆動される。しかし、駆動部材は、代替として、垂直軸４８に対して斜めの角度で平行に配置され得る。駆動部材４０は、コンベヤベルト４６の内縁に確実に係合して、それをらせん状経路に沿って駆動する。この例では、スパイラルコンベヤ３０は、ベルト４６が底部３８で搬送経路の入口端５０でらせん状経路に入り、上部３９において出口端５２で出る、上昇するスパイラルである。下降するスパイラルでは、入口端は上部３９にあり、出口端は底部３８にある。スパイラルコンベヤ３０を出るベルト４６は、それが入口端５０に戻る時、巻き取りスプロケット（図示せず）および戻りローラ５４の周りを通過する。駆動ドラム３４および巻き取りスプロケットは、従来、モータ（図示せず）によって駆動される。その他のスパイラルコンベヤ、例えば、コンベヤベルトが、ベルト速度よりも速く回転するオーバードライブされた駆動ドラムによって摩擦駆動される低張力スパイラル、または駆動ドラムではなく駆動スプロケットによって駆動されるスパイラルコンベヤも、チャンバー３２で使用可能であり、小さなコンベヤ設置面積を実現する。風速計１０は、らせん状経路に沿って、スパイラルコンベヤ３０を通る気流を測定するために、コンベヤベルト４６上に置かれているのが示されている。段は互いに接近できるため、風速計は薄い形状である必要がある。このことは、段ピッチが短いスタッカースパイラルベルトに特に当てはまる。風速計の基部１２の底部１５から上部変換器Ａ２〜Ｃ２までの距離、つまり風速計の高さは、短ピッチのスパイラルで使用する場合は５ｃｍ未満にすることができる。
【００１２】
超音波風速計１０の設計に影響を与える別の要因は、超音波パルスの屈折である。図７Ａに示されるように、各変換器マウント１６は、下部変換器Ａ１に近い遮蔽領域１０８内の気流を遮断する。音響パルスは、遮蔽領域１０８内の空気中を音速ｃで移動する。パルスは遮蔽領域を出て、入射角θ１で伝達経路２０に沿って非遮蔽気流に入ると、伝達経路の全体の風速の変化は、屈折角θ２での超音波パルスの屈折および、入射角に等しい反射角でのパルスの部分反射を引き起こす。屈折角θ２は風速とともに増加する。図７Ｂに示されるように、９０°の屈折角θ２になる入射角θ１は、臨界角θＣである。入射角θ１が臨界角θＣ未満である場合、すべての超音波パルスのエネルギーが反射される。入射角θ１は、屈折角θ２ならびに
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による２つの領域でのパルスの速度ｖ１およびｖ２に関連付けられている。臨界角θｃにおいて、屈折角θ２＝９０°かつｓｉｎθ２＝１である。遮蔽領域１０８におけるパルスの速度は、ｖ１＝ｃで与えられ、非遮蔽領域内の気流における速度はｖ２＝ｃ＋ｖで与えられ、式中、ｖは風速であり、ｓｉｎθｃ＝ｃ／（ｃ＋ｖ）、またはθｃ＝ｓｉｎ―１［ｃ／（ｃ＋ｖ）］である。遭遇する最大風速または気流がｖｍａｘである場合、臨界角は、θｃ＝ｓｉｎ−１［ｃ／（ｃ＋ｖｍａｘ）］で計算され得る。例えば、ｖｍａｘ＝３０ｍ／ｓかつｃ＝３１５ｍ／ｓである場合、
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である。その場合、風速計の基部の平面１１０から測定された伝達経路２０の仰角θＥは、超音波パルスが全ては反射されず、受信側変換器Ａ２に送信されないことを確実にするために、２４°以上でなければならない。それにより、風速計は、伝達経路の仰角θＥが、遭遇する最大風速ｖｍａｘの臨界角θｃの余角より大きくなるように構築されなければならない。
【００１３】
超音波風速計の電気系統のブロック図を図３に示す。３対の超音波変換器Ａ１／Ａ２、Ｂ１／Ｂ２、およびＣ１／Ｃ２は、例えば、マイクロチップモデルＨＶ２６０５高電圧アナログスイッチなどの送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ５６に接続され、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ５６は、一度に送信チャネル５８に変換器を１つだけ接続する。Ｔ／Ｒスイッチ５６はまた、変換器のうちの１つを、受信チャネル６０に選択的に接続する。送信チャネル５８内の送信ドライバ６２は、送信パルスを、変換器のための適切なレベルまでブーストする。受信チャネル６０は、低ノイズ前置増幅器６６、その後に、プログラム可能利得増幅器６８を含み、受信されたパルスのレベルをブーストする。Ｔ／Ｒスイッチ５６および増幅器は、電力回路および制御回路７２によって制御ラインおよび電力ライン７０を介して、制御および電力供給される。変換器を除いて、他の構成要素は個別にすることも、または小型にするために単一の装置に統合することもできる。変換器を除くすべての構成要素は、図１の筐体２６に収容されている。筐体上のコネクタ７４は、ケーブル７６の一端と嵌合し、その他端は、プロセッサモジュール８０のコネクタ７８に接続される。
【００１４】
プロセッサモジュール８０は、プログラムおよびデータメモリ８３を含むプログラム可能なプロセッサ８２と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）８４と、を含み、すべてバッテリ８６によって電力が供給される。筐体２６内の回路に接続されたプロセッサモジュール８０は、風速計と共にコンベヤベルトに乗る。プロセッサ８２は、プログラムメモリ８３に格納されたプログラムステップを実行し、ケーブル７６を介して筐体２６内の送信ドライバ６２の入力に接続される送信ライン８８上に送信パルスを生成する。変換器によって受信され、筐体２６内の増幅器６６、６８によって増幅されたパルスは、ケーブル７６を介してＡＤＣ８４に送られる。ＡＤＣ８４は、受信したアナログパルスをデジタル値に変換し、デジタル値は、受信データライン９０を介してプロセッサに送信される。プロセッサ８２は、ケーブル７６によって筐体内の制御回路７２に接続された１つ以上の制御ライン９２を介してＴ／Ｒスイッチ５６の動作を制御する。バッテリ８６からの電力はまた、ケーブル７６を介して電力回路７２に供給される。
【００１５】
超音波風速計の双方向送信の動作は、変換器対の１つについて図３を参照して図４に示されている。プロセッサ８２は、コマンド制御信号９２’Ｔ／Ｒスイッチに送信することによってサイクルを開始し、この例では、第１の下部変換器Ａ１を送信チャネル５８に、またその対の上部変換器Ａ２を受信チャネル６０に接続する。同時に、プロセッサ８２はタイマーを開始し、そして送信パルス９４を送信ドライバ６２および変換器Ａ１に送信する。次に、送信された超音波パルスは、減衰されたパルス９４’として、対になった変換器Ａ２によって受信される。プロセッサ８２は、相関技術によって、受信チャネル６０内のＡＤＣ８４によって変換されたデジタル値上で動作し、増幅された受信パルス９４’‘を検出し、その飛行時間ｔ１２をタイマーから決定する。各変換器の受信パルスの以前に格納された波形テンプレートは、データメモリ８３にログ記録される、飛行時間を決定するために受信パルスと相互相関される。他の受信機方式を代わりに使用することができる。例えば、クロススペクトル電力スペクトル変換の共振周波数で位相遅延を測定すると、飛行時間を得ることができる。別の例として、受信されたパルスの振幅閾値は、飛行時間の直接測定に使用できる。変換器Ａ２によってパルスが受信された後、プロセッサ８２は、最初にＴ／Ｒスイッチ５６に、変換器Ａ１を受信チャネル６０に、また変換器Ａ２を送信チャネル５８に、接続するように命令することによって、変換器Ａ２から変換器Ａ１までの逆方向パルス送信を開始する。サイクルは、Ａ１からＡ２への送信と同じ方法で継続し、変換器Ａ２から変換器Ａ１までの飛行時間ｔ２１を検出する。逆方向送信の開始は、第１のパルスの受信後の固定時間であってもよいが、第１のパルスの送信後の固定時間であってもよい。次に、他の変換器の対Ｂ１／Ｂ２およびＣ１／Ｃ２のために同じ双方向送信サイクルが繰り返される。
【００１６】
飛行時間測定は、受信したパルスの開始ではなく、相関ピークの時間を返す。しかし、対の変換器の間の距離がわかっているため、理論的な飛行時間は、所定の温度で計算できる。飛行時間測定は、所定の温度で、かつ気流なしで実行された以前の校正で校正され、校正飛行時間を決定する。理論的な飛行時間と校正飛行時間の差は、運用時の飛行時間測定に適用される校正オフセットである。変換器の各々の校正オフセットはメモリに保存される。
【００１７】
伝達経路に沿った気流は飛行時間に影響する。図４は、伝達経路に沿った気流が下部変換器Ａ１から上部変換器Ａ２に向けられる状況を示している。言い換えれば、変換器Ａ１は変換器Ａ２の上流にある。その状況では、Ａ１からＡ２までの飛行時間ｔ１２は、Ａ２からＡ１までの飛行時間ｔ２１未満である。飛行時間の差、ΔＴＯＦ＝ｔ２１―ｔ１２は、
2021510809.tif 000005
によって伝達経路に沿った風速ｖに関連し、式中、ｃは、空気中の音速であり、ｄは、対の変換器Ａ１、Ａ２の間の距離である。伝達経路に沿った風速ｖの方向は、ΔＴＯＦのサインによって与えられる。
【００１８】
各伝達経路（図１の２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ）の飛行時間ＴＯＦＡ１２、ＴＯＦＡ２１、ＴＯＦＢ１２、ＴＯＦＢ２１、ＴＯＦＣ１２、ＴＯＦＣ２１がプロセッサ８２によって計算されると、プロセッサは次に、風速計の３つの伝達経路によって画定されるＡ−Ｂ−Ｃ軸の成分を、図１のｘ−ｙ−ｚ基準フレーム９６に変換し、ｘ−ｙ−ｚ基準フレーム９６の気流速度ｖｘ、ｖｙ、ｖｚを計算する。計算は、Ｖ＝Ａ−１・Ｍによって記述される行列計算であり、式中、
2021510809.tif 000006
であり、
図５に示されるように、ｄＡは、変換器Ａ１とＡ２との間の距離であり、ｄＢは、変換機Ｂ１とＢ２との間の距離であり、ｄＣは、変換器Ｃ１とＣ２との間の距離であり、θＡは、ｘ軸と伝達経路２０Ａとの間の方位角であり、θＢは、ｘ軸と伝達経路２０Ｂとの間の方位角であり、θＣは、ｘ軸と伝達経路２０Ｃとの間の方位角であり、φＡは、ｚ軸と伝達経路２０Ａとの間の仰角であり、φＢは、ｚ軸と伝達経路２０Ｂとの間の仰角であり、そして、φＣは、ｚ軸と伝達経路２０Ｃとの間の仰角である。コンベヤのらせん状経路が水平に対して傾いているため、図１で画定された風速計のｘ軸が、ベルト上で、ｙ軸が駆動ドラムの回転軸に対して半径方向に整列された状態で、搬送方向に整列している場合、ｘ−ｙ−ｚ座標系はｙ軸を中心に効果的に回転する。次に、気流速度成分ｖｘおよびｖｚは、その傾斜角によって調整され、ｚ軸が真の垂直軸である垂直Ｘ−Ｙ−Ｚ基準フレームに対するｘ−ｙ−ｚ速度成分を参照する。気流速度成分ｖｘ、ｖｙ、ｖｚが計算され、Ｘ−Ｙ−Ｚ基準フレーム内のｖＸ、ｖＹ、ｖＺ成分に変換されると、プロセッサ８２は、ベルト速度の事前知識により、コンベヤベルトがらせん状経路上を静止基準フレームまで進む時に常に回転しているＸ軸とＹ軸からのｖＸ値およびｖＹ値を変換する。３つの座標系変換は、１つずつ順番に行うことも、またはＡ−Ｂ−Ｃフレームから静止基準フレームまでの１回の座標系回転で行うこともできる。最終的な気流速度成分、中間計算、および飛行時間はすべて、コンピュータのメモリ８３に、またはＵＳＢドライブ８５にログ記録できる。格納されたデータから、スパイラルコンベヤのらせん状経路に沿った気流のマップを作成できる。
【００１９】
典型的な動作では、風速計１０は、ベルトがスパイラルに進入した直後に、スパイラルコンベヤベルト上に位置付けられる。風速計は出口に向かって曲がりくねって進みながら、選択されたレート、例えば、毎秒８回で継続的に気流を測定する。風速計がスパイラルの出口に到達する前に、それはベルトから取り外される。風速計がベルトから取り外されると、プロセッサモジュール８０をオフラインディスプレイ９８に接続して、３つの成分と、図６のように時間に対するもしくは任意の水平面上の方位角に対するらせん状経路に沿ったチャンバー３２（図２）内の、または図９Ａのようにらせん状経路の任意の段上の気流の全体的な大きさと、を表示することができる。任意の時間の風速計の方位角位置は、ベルト速度、らせん状経路長さ、既知の方位角基準位置からの経過時間に関する知識から決定できる。方位角基準位置は、コンベヤフレーム上の基準位置にあるマーケットを感知する風速計上の、または風速計とともに乗った位置センサーによって設定され得る。光学センサー付きの可視マーカーと、磁気センサー付きの磁気マーカーは、基準位置を検出できる２つの方法である。おおよその基準位置を取得するもう１つの方法は、らせん状経路のレイアウトと、最大気流が知られているらせん状経路に沿った位置に関する知識によるものである。次に、時間または方位角に対する気流信号でのピークは、最大気流位置に対応し、また、連続するピーク間の気流信号は、らせん状経路の段上のらせん状経路に沿った気流を表す。図９Ｂのように、気流は、方位角および仰角の関数として表示され、気流の３Ｄマップを生成することもできる。ディスプレイ９８は、図６のように、リモートまたはローカルコンピュータ９９において、例えばキーボード１００などのユーザ入力デバイスと結合することができる。入力デバイス１００は、ベルト速度、らせん状経路の傾斜角度、および測定サイクルレートなどの様々な動作パラメータを設定するために使用することができる。コンピュータ９９とプロセッサ８２との間の接続１０２は、有線であり得るか、または無線通信リンクであり得る。オペレータはディスプレイから、らせん状経路に沿った気流パターンを決定し、そしてファン１０６とバッフルを、搬送される製品を通してより均一または所望の気流を実現するように適切に配置し、調整する。あるいは、コンピュータ９９は、気流測定値に応じて、ファンの速度を自動的に制御することができる。オフライン分析のために、測定データと、中間および最終計算データをＵＳＢドライブ８５から、取り外し可能なフラッシュメモリカード１０４にダウンロードすることもできる。
【００２０】
超音波風速計の別のバージョンが図８に示されている。図１のように３対の静止した超音波変換器を有する代わりに、この風速計１１２は、中央の共通空間１１６を通る伝達経路１１４を画定する一対の対向する変換器Ｔ１およびＴ２を有する。２つの変換器Ｔ１、Ｔ２は、基部から異なる距離に、基部１１８に取り付けられる。下部変換器Ｔ１は、上部変換器Ｔ２よりも基部１１８の近くに取り付けられ、上部変換器Ｔ２は、基部から上に延在するアーム１１９の端部に取り付けられる。基部１１８は、風速計の中央空間１１６に開口している中央開口領域１２０を有する。基部１１８の中央開口領域１２０は、内側ギヤ歯１２２によって境界付けられている。筐体１２６に収容されたピニオンギヤ１２４は、基部のギヤ歯１２２に噛合い、基部１１６を回転させる。ピニオンギヤ１２４は、筐体１２６内の双方向ステップモータ１２８によって駆動される。ギヤ歯１２２、ピニオンギヤ１２４、およびモータ１２８は、単一の対の変換器を移動させて、選択された伝達経路に沿った飛行時間を測定するための移動手段を構成する。そのようにして、単一の対の変換器Ｔ１、Ｔ２が、複数の伝達経路に沿った飛行時間の測定を行うことができる。また、変換器は１対しか使用されないため、気流に対する構造的な干渉はほとんどない。
【００２１】
本発明は、気流測定装置の特定のバージョン、すなわち、超音波風速計に関して説明されてきたが、その他の気流測定装置がベルト上に乗せるために使用され得る。例としては、レーザードップラー風速計、恒温風速計、機械式風速計、およびピトー管が挙げられる。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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