(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流による圧力を検出することにより、風向及び風速を演算により求める風向風速計であって、
圧力検出孔を介して風による空気流を導入する圧力計測管と、該導入された空気流の圧力を検出する圧力センサとからなる圧力計と、
前記圧力計を周回駆動する駆動装置と、
前記駆動装置により前記圧力検出孔が全方位を周回するよう駆動して、方位角の所定角度αr毎に、前記圧力センサの計測値を記録する圧力計測結果記録手段と、
前記圧力計測結果記録手段に記録された圧力センサの計測値のうち２点の方位角θ1、θ2のそれぞれに対応する計測値Ｐ１、Ｐ２と、下記の数式(１)、(２)に基づいて、前記風による最大圧力Ｐmax(Ｕ)およびＰmax(Ｕ)を示す方位角αmaxを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された最大圧力Ｐmax(Ｕ)及び方位角αmaxに基づいて、前記風の風速及び風向を求める演算手段と、を備える、前記風向風速計；
Ｐ１＝Ｐmax(Ｕ)・Ｆ(θ1)  ・・・・・・・（１）
Ｐ２＝Ｐmax(Ｕ)・Ｆ(θ2)  ・・・・・・・（２）
ただし、Ｆ(θ)は、予め定められた風速に対し、前記圧力検出孔が風に正対向する位置を含む複数の周回角度θで取得した前記圧力センサの各計測値を、前記圧力検出孔が風に正対向する位置で得られる最大計測値で除算した規格化関数であり、θの関数である。
【請求項２】
前記計測値Ｐ１およびＰ２は、前記圧力計測結果記録手段に記録された圧力センサの計測値のうちの最大値を示す方位角の−αrおよび＋αrの方位角の記録された計測値である、請求項１記載の風向風速計。
【請求項３】
前記所定角度αrは１０度〜３０度の範囲から選択される、請求項１または２記載の風向風速計。
【請求項４】
前記算出手段は、計測値Ｐ１およびＰ２に加えさらに他の方位角における前記計測値に基づいて前記風による最大圧力Ｐmax(Ｕ)およびＰmax(Ｕ)を示す方位角αmaxを算出する、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の風向風速計。
【請求項５】
前記圧力計および前記駆動装置を支持する支持装置をさらに備え、該支持装置の高さが調整可能である、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の風向風速計。
【請求項６】
前記圧力計および前記駆動装置はマルチローターに載置され、
前記マルチローターは前記圧力計および前記駆動装置を支持するジンバルを有し、
前記マルチローターの位置情報および高度情報を前記圧力計測結果記録手段にさらに記録する、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の風向風速計。
【請求項７】
大気圧センサ、温度センサまたは湿度センサをさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の風向風速計。
【請求項８】
空気流による圧力を検出することにより、風向及び風速を演算により求める風向風速計測方法であって、
圧力検出孔を全方位にわたり周回させ、方位角の所定角度αr毎に、該圧力検出孔を介して風による空気流を導入し、該導入された空気流の圧力を圧力センサによって検出し、その計測値を記録する工程と、
前記圧力計測結果記録手段に記録された圧力センサの計測値のうち２点の方位角θ1、θ2のそれぞれに対応する計測値Ｐ１、Ｐ２と、下記の数式(１)、(２)に基づいて、前記風による最大圧力Ｐmax(Ｕ)およびＰmax(Ｕ)を示す方位角αmaxを算出する工程と、
前記算出手段により算出された最大圧力Ｐmax(Ｕ)および方位角αmaxに基づいて、前記風の風速および風向を求める工程と、を含み、
前記記録する工程の前に、予め定められた風速に対し、前記圧力検出孔が風に正対向する位置を含む複数の周回角度θで前記圧力センサの計測値を取得し、該圧力検出孔が風に正対向する位置で得られる最大計測値で除算した規格化関数Ｆ(θ)を求める工程をさらに含む、前記風向風速計測方法；
Ｐ１＝Ｐmax(Ｕ)・Ｆ(θ1)  ・・・・・・・（１）
Ｐ２＝Ｐmax(Ｕ)・Ｆ(θ2)  ・・・・・・・（２）
ただし、Ｆ(θ)はθの関数である。
【請求項９】
前記計測値Ｐ１およびＰ２は、前記圧力計測結果記録手段に記録された圧力センサの計測値のうちの最大値を示す方位角の−αrおよび＋αrの方位角の記録された計測値である、請求項８記載の風向風速計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気流による圧力を検出することにより、風向及び風速を演算により求める風向風速計及び風向風速計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風速風向計は気象状況や換気状態等を観測する目的に広く用いられており、例えば、風力発電機の建設候補地を決定する際には、様々な地点、高度で風速・風向を測定する必要がある。
一般的な風向風速計として、風杯型風速計、風車型風速計、超音波式風速計などが知られている。最近では、超音波やレーザーを用いたＳＯＤＡＲ、ＬＩＤＡＲにより、遠距離の計測も行われている．
【０００３】
空気流による圧力を検出することにより、風向風速を演算により求める風向風速計については、特許文献１〜３が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３８０３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２５８５５５号公報
【特許文献３】特開２０１１−８９８４２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、風杯型風速計と風車型風速計はある程度の設置スペースを必要とし、ＳＯＤＡＲやＬＩＤＡＲは高価で、しかも、重量があるため、設置コストが高く、設置箇所や高度を随時変えて計測を行うことは困難である。
また、空気流による圧力を検出することにより、風向風速を演算により求める風向風速計においては、圧力値が最大値となる方位を正確に特定する必要がある。
このため、特許文献１、２に記載された風向風速計においては、計測値の精度を高めるために、水平な円周に沿って多数の圧力センサを設置する必要があり、コストを要し、可搬性にも乏しい。
特許文献３に記載された風向風速計においては、１つの圧力センサを回転させることで、風向風速を演算により求めているが、微少角度毎に圧力を検出しないかぎり、正確な最大圧力を求めることができず、計測に時間を要する。
【０００６】
そこで、本発明は、最小限の圧力センサを用いるとともに、１０°〜３０°など、周方向の計測角度間隔を大きくとっても、正確な風向、風速の計測を可能にし、低コストでしかも可搬性に富む軽量コンパクトな風向風速計及び風向風速計測方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の風向風速計は、空気流による圧力を検出することにより、風向及び風速を演算により求める風向風速計であって、圧力検出孔を介して空気流を導入する圧力計測管と、該圧力検出孔の圧力を検出する圧力センサとからなる圧力計と、
前記圧力計を周回駆動する駆動装置とからなり、前記圧力計測管の圧力検出孔が全方位を周回するよう前記駆動装置を駆動し、所定の方位角度毎に、前記圧力センサの計測値を記録する圧力計測結果記録手段と、前記圧力計測結果記録手段に記録された圧力センサの計測値のうち、方位、計測値が(α、Ｐ１)、(α＋αr、Ｐ２)の２点と、下記の数式(１)、(２)に基づいて、前記圧力検出孔における最大圧力Ｐmax(Ｕ)と、この最大圧力Ｐmax(Ｕ)を示す際の方位αmaxを算出する算出手段と、前記算出手段により算出された最大圧力Ｐmax(Ｕ)及び方位、並びに、前記圧力検出孔周辺の大気圧、大気温及び湿度に基づいて、風向及び風速を演算する演算手段とを備えた。
Ｐ１＝Ｐmax(Ｕ)・Ｆ(α)・・・・・・・（１）
Ｐ２＝Ｐmax(Ｕ)・Ｆ(α＋αr) ・・・・（２）
ただし、Ｆ(α)は、予め定められた風速に対し、前記圧力計測管の前記圧力検出孔が風に正対向する位置(α＝０°)を含む、複数の周回角度(α)で取得した前記圧力センサの各計測値を、前記圧力検出孔が風に正対向する位置で得られる最大計測値で除算した規格値により予め特定した、周回角度(α)を変数とした規格値の関数である。
【０００８】
また、本発明の風向風速計測方法は、空気流による圧力を検出することにより、風向及び風速を演算により求める風向風速計測方法であって、圧力検出孔を介して空気流を導入する圧力計測管と、該圧力検出孔の圧力を検出する圧力センサとからなる圧力計を、風向風速を行う地点、高度に設置する工程と、前記圧力計測管の圧力検出孔を、全方位にわたり周回させ、所定の方位角度毎に、前記圧力センサの計測値を記録する工程と、前記圧力計測結果記録手段に記録された圧力センサの計測値のうち、方位、計測値が(α、Ｐ１)、(α＋αr、Ｐ２)の２点と、下記の数式(１)、(２)に基づいて、前記圧力検出孔における最大圧力Ｐmax(Ｕ)と、この最大圧力Ｐmax(Ｕ)を示す際の方位αmaxを算出する工程と、前記算出手段により算出された最大圧力Ｐmax(Ｕ)及び方位に基づいて、風速及び風向を演算する演算する工程とからなる。
Ｐ１＝Ｐmax(Ｕ)・Ｆ(α)・・・・・・・（１）
Ｐ２＝Ｐmax(Ｕ)・Ｆ(α＋αr) ・・・・（２）
ただし、Ｆ(α)は、予め定められた風速に対し、前記圧力計測管の前記圧力検出孔が風に正対向する位置(α＝０°)を含む、複数の周回角度(α)で取得した前記圧力センサの各計測値を、前記圧力検出孔が風に正対向する位置で得られる最大計測値で除算した規格値により予め特定した、周回角度(α)を変数とした規格値の関数である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、最小限の圧力センサを用いて、任意の２点で方位と圧力検出孔の圧力を計測するだけで、高精度の風向、風速を計測できるので、低コストでしかも可搬性に富む、風向風速計を実現することができる。
例えば、風力発電機の建設にあたっては、風車設置箇所の風況計測やアセスメントとして、さらに、建設後においては、風車周りの流れ場をモニターする必要がある。
本発明による風向風速計の軽量性、コンパクト性を活かして、無人飛行機の一つであるマルチローター(「マルチコプター」、「ドローン」と称されることもある。)に搭載することで、任意の空間領域(地点及び高度)で風向、風速を観測することができる
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の基本原理を説明するための圧力計の概要図である。
【図２】図２は、圧力計の詳細図である。
【図３】図３は、圧力検出孔を３箇所に設けた、圧力センサの変形例を示す図である。
【図４】図４は、主流速度が５ｍ／ｓのときの回転角に対する圧力分布を示す図である。
【図５】図５は、主流速度を５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、１５ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓとしたときの、圧力検出孔が正対向する位置を中心に±６０°の範囲で計測したそれぞれの圧力分布を示す図である。
【図６】図６は、図５の結果をそれぞれの最大圧力計測値で除して規格化することにより得られた結果を示す図である。
【図７】図７は、実施例の全体構成を示す図である。
【図８】図８は、圧力計測管をＬ字型にした変形例を示す図である。
【図９】図９は、Ｌ字型にした圧力計測管の２本を直線上に対向させた変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の基本原理を実験例を用いて説明する。
図１に示すように、圧力計１は、円筒状の圧力計測管１ａ、圧力センサ１ｂにより構成され、主流Ｕに対して垂直に配置されている。圧力計測管１ａの上端は閉じられ、側面に設けられた、圧力検出孔１ｃを開口部として圧力計測管１ａ周りの圧力を、圧力計測管１ａの開放端にパイプなどで接続された圧力センサ１ｂにより計測する。
圧力計測管１ａは、計測地点の支持装置２に垂直に取り付けられ、ステッピングモータやサーボモータ等、回転角度を制御可能なモーターを駆動装置として軸周りに回転させる。
ただし、マルチローターに設置する場合などは、マルチローター自身の姿勢制御や振動により支持装置の姿勢が変化することを抑制する観点から、支持装置２をマルチローターに設置したジンバル上に固定し、圧力計測管１ａを水平面に対し垂直にすることが好ましい。
本実験では、圧力計測管１ａの外径６ｍｍ、内径３ｍｍ、圧力検出孔１ｃの直径０.５ｍｍに配管された圧力センサを用いた。
【００１２】
図２に、圧力計１の詳細図を示す。
外径６ｍｍ、内径３ｍｍの円筒状の圧力計測管１ａは、高さが２００ｍｍで、両端は閉塞されている。上端から５０ｍｍのところに、直径０.５ｍｍの圧力検出孔１ｃが形成されている。
圧力計測管１ａの下端付近には、圧力取り出し部が設けられており、圧力計測管１ａ内部の圧力は、チューブ等により、差圧センサ型の圧力センサ１ｂに導入され、大気圧との差圧が電圧値として計測される。
なお、圧力計測管１ａの内部に圧力検出孔１ｃの直径と同等の内径を有するパイプを設け、このパイプの端部を圧力計測管１ａの側壁に開口させて、このパイプの他端をチューブ等を圧力センサ１ｂに接続するようにしてもよい。
図３に示すように、例えば、圧力計測管１ａに３点の圧力検出孔１ｃ1、１ｃ2、１ｃ3を設ける場合には、圧力計測管１ａの内部に、３本のパイプ１ｄ1、１ｄ2、１ｄ3を設け、一端を圧力計測管１ａの側壁に開口させ、他端のそれぞれを差圧センサ型圧力センサ１ｂ1、１ｂ2、１ｂ3に接続する。
このとき、圧力検出孔１ｃ1、１ｃ2、１ｃ3は、同一回転面内に位置しないように圧力計測管１ａの高さ方向の位置が互いに異なるように配置し、同一方位時におけるそれぞれの圧力計測値に基づいて平均値を算出する。
また複数で計測する利点を生かす意味で３点の圧力検出孔を有する場合は、回転面内のそれぞれの回転角位置は０°、１２０°、２４０°に配置すれば、最速で、圧力計測管１ａを１２０°回転させるだけで、全方位の圧力計測値を得ることができる。
【００１３】
ここで圧力計測管１ａの外径寸法は、円筒体周りの流れが比較的安定した状態を維持する観点で設計する必要がある。その際、流れ場の状態を表す無次元数の一つであるレイノルズ数Ｒｅ＝Ｕ・Ｄ／νが重要となる。(Ｕ；主流速度、Ｄ；円筒体の外径、ν：動粘性係数)。
圧力計測管１ａ周りの流れ場に対しては、ストローハル数が一定となるレイノルズ数の範囲が５.０×１０2〜３.０×１０5程度であり、臨界レイノルズ数が４.０×１０5程度であることから、設計レイノルズ数は、１.０×１０3〜１.０×１０5程度になるように寸法を決めるべきである。
例えば風速１０ｍ／ｓの場合、空気の動粘性係数を１.５×１０-5ｍ2／ｓ、円管外径６ｍｍとすると、レイノルズ数は４.０×１０3となり、風速５０ｍ／ｓであってもレイノルズ数は２.０×１０4であり、妥当といえる。
ただし、レイノルズ数の考慮だけではなく、表面の粗さ、固有振動数、剛性に加え、回転させるモーターの重さによる負荷を考慮した軽量性などの観点から材料の選択も重要である。
【００１４】
図４は、一例として主流風速５ｍ／ｓにおいて、小孔１ｃが主流を正対向から受けるときの回転角０°として、回転角に対する圧力分布を示す。
図の縦軸は、圧力センサ１ｂの出力(電圧値)表示であるが、これは小孔１ｃにおける圧力ｐと流れ場の静圧ｐsとの差圧；Ｐ＝ｐ−ｐsを表している。
【００１５】
図５は、小孔１ｃが主流を正対向から受けるときの回転角０°として、これを中心に回転角＝±６０°の範囲において、主流の速度Ｕ＝５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、１５ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓに対する圧力センサ１ｂの計測結果を示す。
圧力分布の最大値Ｐmaxは、主流方向に向かう回転角が０°のときに現れ、その値は主流速度Ｕが大きくなるにつれ増大することが分かる。
【００１６】
図６は、差圧Ｐの最大値が現れる０°を中心に回転角±６０°の範囲において、各主流速度に対する差圧Ｐの圧力分布を、それぞれの風速における最大値Ｐmaxで除算することにより規格化している。この図から分かるように、規格化された圧力分布は、風速によらず主流方向に向かう回転角に対し、ほぼ同一の曲線上にあり、Ｐ／Ｐmaxが、回転角αの関数；Ｆ(α)となることが分かる。
【００１７】
この関数Ｆ(α)は、予め風洞実験により、次のように特定する。
上述のとおり、５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、１５ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ・・・といった風速毎に、圧力センサ１ｂを配置した、円筒体の圧力計測管１ａを、最大値が現れる回転角０°を中心に、少なくとも±６０°の範囲で、例えば１０°毎に、各回転角毎に圧力センサ１ｂにより圧力値を採取する。
例えば、最大値が現れる回転角０°±６０°の範囲で、例えば１０°毎にデータを採取した場合、風速毎に、１３点の圧力値データＰ(−６０°、−５０°・・・０°・・・５０°、６０°)が得られる。
本実験では、このデータを用いて、Ｆ(α)のモデル関数を４次関数とした多項式近似を行い、最小二乗法を用いることで各係数を求め、高精度なＦ(α)を求めることができたが、低コスト化、軽量化、解析負荷の低減を優先する際には、２次関数など、より低次のモデル関数を用いてもよい。
【００１８】
なお、圧力計測管１ａを回転させる際の周速度は、主流速度に比べて十分低くなければならない。また、圧力値データＰを収集する周波数は、解析に十分なデータ数を確保する必要があり、回転角１０°毎に取得する場合、回転速度が１回転／秒のときは、サンプリング周波数を３６Ｈｚに設定する。
【００１９】
前述のように風向に対して±６０°の範囲における圧力計測管１ａ周りの圧力分布は、主流速度をＵ、回転角０°のときの圧力センサ出力をＰmax(Ｕ)とすると、
Ｐ＝Ｐmax(Ｕ)・Ｆ(α)
となる。
したがって、ある風速Ｕ、ある風向αに対して、任意の２点においては下記のように表せる。
Ｐ1＝Ｐmax(Ｕ)・Ｆ(α) ・・・・・・・・・（１）
Ｐ2＝Ｐmax(Ｕ)・Ｆ(α＋αr)・・・・・・・（２）
ここでαrは、２点間の相対的位置を表し、既知であるとする。
【００２０】
式(１)と式(２)より、
Ｐ1・Ｆ(α＋αr)−Ｐ2・Ｆ(α)＝０・・・・（３）
となり、この方程式を解くことでαmaxが求まる。
αmaxが求まれば、−αmaxが風向となる。
また、このαmaxを、式(１)あるいは式(２)に代入することで、Ｐmaxを求めることができる。
【００２１】
そこで、実際に風向風速を計測する場合は、例えば、真北をα＝０として、圧力センサ１ｂの出力を記録し、例えば、Ｆ(α)を求めるときと同じように、圧力計測管１ａを同速度で回転させ、Δθ＝１０°毎全方位にわたって、圧力センサ１ｂの圧力計測値をサンプリングし、計測結果記録メモリに記録する。
これらの圧力計測値のうち、最大値を特定し、このときの方位αに対し、そのｎ個前、あるいはｎ個後の圧力計測値、すなわち、αr＝±ｎ・Δθ＝±ｎ１０における圧力計測値を参照圧力計測値Ｐrefとすることで、風洞実験で特定したＦ(α)に両データを代入し、最大圧力値を示す風向αを算出することが可能となる。
ただし、図６から分かるように、最大値付近(−１０°〜１０°)は、角度毎の変化量が少なく、誤差が大きくなる可能性があるので、少なくとも１点は、この範囲からはずれた角度となるよう、αr＝±２０°とするなど、αとαrを選定することが好ましい。
なお、ΔθをＦ(α)を求めるときと同様１０°としたが、１０°〜３０°など、計測精度を勘案して種々選択することができる。
【００２２】
ここで、Ｐmax(Ｕ)とＵの関係については、ρを空気密度、速度係数をＣとしたとき、次の関係にある。
Ｕ＝Ｃ・(２Ｐmax／ρ)1/2・・・・・・・・（４）
なお、Ｃは速度係数であり、前述の風洞実験の際に、関数Ｆ(α)と同時に、予め求めておくことができる。
また、ρを空気密度で、Ｔを気温、Ｐｓを流れ場の静圧(大気圧)としたとき、次の関係にある。
ρ＝［１.２９３／(１＋０.００３６７Ｔ)］・Ｐｓ／１０１３
密度ρは、計測点における気圧、気温、湿度により決定されるため、圧力計測時にはこれらのデータを同時に取得する必要がある。
本実験では、圧力計測管１ａの周辺に、大気圧センサ(絶対圧力センサ)、気温センサ、湿度センサを組み込んだが、圧力計測地点が固定されている場合には、その周辺の気象観測情報を用いてもよい。
このように、関数Ｆ(α)と速度係数Ｃは、事前に行う風洞実験により、予め求めておけばよく、計測時の取得データとしては、（１）少なくとも２点における圧力計測管の圧力と回転角、（２）気圧、気温、湿度、そして、（３）方位、位置座標となる。
なお、圧力センサ１ｂに応答遅れがある場合でも、風向、風速を計測する際、圧力計測管１ａを風洞実験によりＦ(α)を求めるときと同速度で回転させているため、この応答遅れは相殺される。
もちろん、いずれの場合も例えば１０°毎など、圧力計測管１ａを間欠的に回転させ、応答遅れ分だけ、圧力計測値のサンプリングを遅らせてもよい。
【実施例】
【００２３】
上記の基本原理を利用した風向風速計の具体的な実施例を説明する。
図７は、本実施例の全体構成を示している。
圧力計１は、円筒体の圧力計測管１ａ、圧力センサ１ｂにより構成され、この実施例では圧力計測管１ａは円筒体で、上面は閉塞され、下面は開放されており、側面に圧力検出孔１ｃが形成されている。本実施例では、図２に示されるものを用いており、円筒体の内径を６ｍｍ、圧力検出孔１ｃの直径を０.５ｍｍに設定している。また、圧力計測管１ａの下方には、圧力計測管１ａの外方の大気圧と、圧力検出孔１ｃを通過した空気流による圧力計測管１ａの内部圧力との差圧を電圧値で出力する圧力センサ１ｂが取り付けられている。
なお、乱れ度を計測するなど、高い応答性を要求される場合には、この小孔１ｃに圧力センサ１ｂを直付けし、比較的低い応答性で十分な場合は、図２のように、圧力計測管１ａの開放端からチューブなどを介して圧力センサ１ｂに導く。
【００２４】
なお、圧力計測管１ａとしては、円筒型のほか、図８に示すように、先端が水平方向に開口するＬ字型パイプ、さらに、図９に示すように、このＬ字型パイプを２本組み合わせて、水平部をＴ字状に配置したもの、一定角度毎に配置したもの等を採用することができる。
【００２５】
圧力計１は、支持装置２上面の回転盤２ａに取り付けられており、圧力検出孔１ｃを３６０°にわたり周回させるもので、本実施例では、基準位置にある圧力検出孔１ｃが真北(α＝０)を向くよう、地上に設置されている。なお、支持装置２を支持する支持台２ｂは、上下方向に伸縮調整可能な脚により、風向・風速の観測地点の地上からの高さを調整できるようにしてもよい。なお、２ｂは支持装置２の支持台で、高さ調整装置を備えるようにしてもよい。
【００２６】
回転盤２ａを周回させる駆動装置として、ステッピングモータやサーボモータを用い、後述する演算制御装置３からの指令により、基準位置(真北；θ＝０°)から、圧力計１を一定速度で周回させ、基準位置からの一定の回転角度毎に周回角度、すなわち方位θを演算制御装置３に出力する。
本実施例の場合、１本の円筒体型圧力計測管１ａを用いているため、回転盤２ａを例えば、１０°ずつ、３６０°周回させる。
なお、２本の圧力計測管を直線上に配列し、１８０°異なる位置で同時に圧力を検出する場合は、回転盤２ａを１８０°、１２０°毎に３本の圧力計測管を配列する場合は１２０°回転させ、それぞれ１０°毎に圧力センサ１ｂの圧力計測値をサンプリングするようにすればよい。
【００２７】
演算制御装置３は、風向風速の計測開始指令を受けると、圧力検出孔１ｃが前述の基準位置となるよう初期調整を行い図４に示すように、真北(θ°＝０)における圧力センサ１ｂの計測を行い、方位(θ＝０°；真北Ｎ)とともに、圧力センサ１ｂの計測値Ｐ(０)を計測結果記録メモリ３ａに記録する。
【００２８】
次に、支持装置２の回転盤２ａを周回させる駆動モーターに指令を出力し、一定回転速度で圧力計測管１ａを回転させ、その回転角を参照しながら、設定角度毎のタイミングで圧力センサ１ｂの計測値Ｐ(Δθ)、Ｐ(２Δθ)、Ｐ(３Δθ)・・・取得し、計測結果記録メモリ３ａに、方位角毎に記録する。
例えば、圧力計測管１ａを１回転／秒で回転駆動し、１０°毎に圧力センサ１ｂの計測値を記録する場合には、３６Ｈｚのサンプリング周波数が必要となる。
なお、圧力計測管１ａを周回に伴う周速は、外径６ｍｍの円柱を１回転／秒の場合、風速に対し、きわめて低い速度で、周速の影響を無視することができる。
【００２９】
この計測を、θが３６０°となるまで繰り返すことで、計測結果記録メモリ３ａには、α＝０°から３５０°までの圧力センサ３ａの計測値が記録される。
なお、このような計測結果記録を、何回か連続して繰り返し、後述する風向・風速を演算する際、これらの平均値を用いるようにしてもよい。
【００３０】
前述のように、圧力計１に関しては、予め風洞実験により、既定の風速(５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、１５ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ・・・)に対し、圧力検出孔１ｃを３６０°周回させ、１０°毎に得られた圧力センサの検出値；Ｐ(０)、Ｐ(１０°)、Ｐ(２０°)・・・Ｐ(３５０°)を、正対向する際に得られる最大値(Ｐmax)であるＰ(０)で除算することにより、規格化(１、Ｐ(１０)／Ｐ(０)、Ｐ(２０)／Ｐ(０)・・・Ｐ(３５０)／Ｐ(１０)に基づいて、風向(α)に対する規格値の関数、Ｆ(α)が定められている。
【００３１】
変換された風速値から最大値(Ｐ’max、α’max)を特定し、この最大値の前後の参照風速値(Ｐref、α’max±αr)を特定する。
両データを式(２)、(３)に代入することで、最大圧力計測値Ｐmaxを示す風向αmaxが算出され、このαmaxにより、最大圧力計測値Ｐmaxを算出することができる。
こうして、最大圧力計測値Ｐmaxが特定されれば、前述の式(４)により、風速を換算することが可能となる。算出された風速データは、出力装置４を介して、ディスプレイに表示されるとともに、計測日時とともに記録され、風向風速計測結果としてプリンタなどに出力できるようにする。
【００３２】
この実施例では、支持装置２を支持台２ｂで支持する場合を示したが、支持装置２をマルチコプターに搭載し、マルチローターからの高さ情報、位置情報と連動させて、圧力計測値をメモリに記録し、マルチローターからメモリを回収し、記録したデータに基づいて、風向風速を算出するようにしてもよい。この際、支持装置は、マルチローターに設置されたジンバル上に固定することにより、マルチローター自身の姿勢制御や振動の影響を抑制する。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、低コストでしかも可搬性に富む、風向風速計を実現することができ、風車設置箇所の風況計測のみならず、交通機関の安全運行を確保するための風況計測など、様々な分野で広く採用されることが期待される。
【符号の説明】
【００３４】
１：圧力計
１ａ：圧力計測管
１ｂ：圧力センサ
１ｃ：圧力検出孔（小孔）
２：支持装置
２ａ；回転盤
２ｂ：支持台
３：演算制御装置
３ａ：計測結果記録メモリ
４：出力装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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