(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
超音波風向風速センサの超音波発信及び受信素子は、対向配置する素子を1組として、上下方向に沿った軸周りに2組配置したことを特徴とする請求項1または2に記載の気象計。
前記第2ユニットの筒体部は、外筒体部の内側に前記気圧センサが配置される内筒体部が隙間を有して配置された二重壁構造であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の気象計。
前記第3ユニットの温湿度筒部は、前記温度センサと湿度センサを一体的に収納したカートリッジ式に構成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の気象計。
前記第2ユニットの内筒体部の下面開口を覆うボトムカバーには、内筒体部内に配置される配線板に取り付けられた電源スイッチを外部からの操作を可能とする操作孔が形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の気象計。
前記第4ユニットの通風筒は、上下に隔設配置された複数の傘部材により構成され、前記各傘部材の外表面は反射面に形成し、内面を輻射熱を吸収する輻射熱吸収面としたことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の気象計。
前記第4ユニットの通風筒の外径は前記2ユニットの本体部の外径よりも小径とし、前記本体部よりも内側に前記通風筒が配置されることを特徴とする請求項8に記載の気象計。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0012】
図1は本発明の実施形態を示す気象計の全体構成の外観図で、(a)は正面図、(b)は上面図、(c)は側面図、
図2は
図1の気象計の分解図、
図3は
図2のA−A矢視図、
図4は
図2のB−B矢視図、
図5は
図3のC−C矢視断面図、
図6は
図2のD−D矢視図、
図7は
図2のF−F矢視図、
図9は
図7の回路カバーを取り外した図、
図9は
図8のボトムカバーを取り外した図、
図10は
図9のメイン基板を取り外した図である。
【0013】
図1、2において、本実施形態の気象計1は、地面などに立設された支柱2に、L字形状の取り付けブラケット3を介して取り付けられる。気象計1は、第1ユニット10と、第2ユニット30と、第3ユニット60と、第4ユニット80とにより構成する。気象計1により観測した各種の気象要素のデータは、例えば有線、無線の通信回線を介して所定のサーバに送信される。
【0014】
第1ユニット10は第2ユニット30の上部に取り外し可能に取り付けられ、第3ユニット60は第2ユニット30の下部に取り外し可能に取り付けられ、第4ユニット80は第3ユニット60を取り囲むようにして第2ユニット30の下部に取り外し可能に取り付けられる。気象計1は、第1ユニット10と、第2ユニット30と、第4ユニット80が上下方向に一列に配置される。
【0015】
ここで、
図1(b)において、中心点Oを通る直交2軸をX軸、Y軸とし、中心点Oを挟んでX軸方向の右側をE側,左側をW側、中心点Oを挟んでY軸方向の上側をN側,下側をS側とする。
【0016】
第1ユニット10は、球面状の屋根面11を有する逆凹部形状の屋根部12と、例えば鏡面状の天井面13を有する円盤形状の天井部14とを有する。第2ユニット30に設けた4本の支柱15の上端部に天井部14がネジ止めされることにより、第1ユニット10と第2ユニット30が一体的に組み付けられる。4本の支柱15は、
図1(b)に示すように、天井部14の中心点Oを中心とする同一円周上に配置され、X軸(Y軸)に対して45度の角度を有して配置される。
【0017】
屋根面11には、雨が降り始めたことをリアルタイムに感知する感雨感知手段としての感雨センサ16と、日射をリアルタイムに感知する日射感知手段としての日射センサ17が望む窓部17aが配置される。屋根部12は、天井部14に対し、不図示のネジにより取り外し可能となっている。
【0018】
天井部14は、
図2及び
図3に示すように、上面に日射センサ17が窓部17aに対応して配置される。
【0019】
感雨センサ16は、プリント基板上に複数本の導電性パターンを配置した静電容量式の構成で、屋根面11の凹部11a内に配置される。傾斜した感雨センサ16は、隣接する導電性パターンに跨って雨滴が付着すると、両方の導電性パターンが短絡することを利用して降雨を検知する。凹部11aの底面は例えば下向きに20度の角度で傾斜し、前記プリント基板上に落ちた雨滴は傾斜するプリント基板面に沿って滑落させ、水はけを良くする。
【0020】
日射センサ17は、例えばフォトダイオードにより構成され、感雨センサ16に並設して配置される。感雨センサ16および日射センサ17の通信線(不図示)は、空洞の支柱15内を通して第2ユニット30内に配置された回路部に接続される。
【0021】
各支柱15の上端部には、係合片部15aが形成されている。係合片15aには、ネジ孔部15bと支柱15の空洞部に連通する連通孔部15cが形成される。天井部14の下面側には、係合片部15aが係合する窪み部14aが形成される。窪み部14aには、係合片部15aのネジ穴部に対応してネジ挿通孔14bと支柱の空洞部に対応して通信線が挿通される穴部14cが形成される。したがって、ネジ挿通孔14bを通してネジ(不図示)を係合片部15aのネジ穴部にねじ込むことで、支柱15に天井部14が固定される。
【0022】
第2ユニット30は、円筒状に形成された外筒部である第1筒体部31と、第1筒体部31の内側に配置された角筒上に形成された内筒部である第2筒体部32を有し、第1筒体部31と第2筒体部32の上面は上板部33により塞がれている。
【0023】
第1筒体部31は、E側の外周部に形成した窪み部311に外部電源および外部との通信を行う接続ポート部34を配置する。上板部33の上面には、超音波式の風向風速計35の発信・受信素子351〜354を配置する。第1発信・受信素子(H1素子と略す)351と第3発信・受信素子(H3素子と略す)353とを一組として送受信を行う第1センサ部を構成し、第2発信・受信素子(H2素子と略す)352と第4発信・受信素子(H4素子と略す)354を一組として送受信を行う第2センサ部を構成する。ここで、
図4に示すように、H1素子をE側、H2素子をS側、E3素子をW側、E4素子をN側に配置する。また、H1素子351とH3素子353とを中心点Oを中心とする点対称に配置し、同様にH2素子352とH4素子354を中心点Oを中心とする点対称に配置する。さらに、H1素子351〜H4素子354は、支柱15との間に配置され、第1センサ部と第2センサ部は測定区間が互いに直交し、かつ等しい測定区間が設定される。
【0024】
H1素子351〜H4素子354は、
図5に示すように、発信・受信面355が互いに向かい合う方向に向き、かつ斜め上方に45度〜60度の放射角度で傾斜する。H1素子351〜H4素子354の発信・受信面355から放射された超音波は、屋根部12の天井面13で反射し、対向するH1素子351〜H4素子354の発信・受信面355に入射する。第1センサ部のH1素子351とH3素子353間での超音波の伝搬時間及び第2センサ部の各素子間での超音波の伝播時間を測定することにより、風向および風速を測定する。ここで、音速をVs、風速をVwとすると、音波は風上から風下にVs+Vwの速度で伝播し、風下から風上にはVs−Vwの速度で伝播する。したがって、第1センサ部と第2センサ部の超音波の伝播時間を測定することで風速が測定できる。また、第1センサ部を例えば南北方向、第2センサ部を東西方向に配置することにより、風向を測定することができる。
【0025】
本実施形態において、対向するH1素子351とH3素子353の素子間距離、および対向するH2素子352とH4素子354の素子間距離は、例えば3cm〜10cmとすると、風速を高精度に測定できた。
【0026】
また、風向風速計35は、天井面13を利用した反射型構成としているので、H1、H2、H3、H4素子と天井面12との間の障害物が無い空間に超音波を発信することができるため、高精度の風向風速を測定することができる。また、屋根部12により、雨や雪の影響を受け難い状態で風向風速の測定ができる。
【0027】
一方、第1筒体部31は、
図6−
図11に示すように、内周壁部からX軸方向とY軸方向に沿って4箇所からリブ36が中心点Oに向けて張り出している。各リブ36は、筒体部31の上下方向の略全長に渡って形成される。各リブ36は、内端面が第2筒体部32の外周壁面に一体的に接続され側に空間37を形成する。
【0028】
すなわち、第2ユニット30は、第1筒体部31の内側に第2筒体部32を配置した二重壁構造を構成し、第2筒体部32内の温度が外気温の温度変化の影響を受けないようにしている。これは、第2筒体部32内に気圧をリアルタイムに感知する気圧感知手段としての気圧センサ50を配置するため、温度変化による気圧の変化を少なくするためである。気圧センサ50としては、ピエゾ素子を用いている。
【0029】
第1筒体部31の上端の外周には、下方に向けて垂れ下がり、表面が凸の曲面に形成される鍔部38が周方向に設けられる。すなわち、風向風速計35に対する横風は、鍔部38に当たると、風はスムーズに上板部33と天井面14との間の空間に導かれ、高精度に風向及び風速を検出できるようにしている。
【0030】
第2筒体部32の下端面にはボトムカバー39が配置され、第2筒体部32の下面開口をボトムカバー39で塞ぐ。ボトムカバー39は、ネジ40が第2筒体部32のネジ穴部32aにねじ込まれることで取り外し可能に固定される。
【0031】
また、第1筒体部31の上端部には、筒体部の内外を連通する連通口312が適当間隔で周方向に形成される。すなわち、これらの連通口312を介して第1筒体部31の内側(第2筒体部32の内側を含む)の気圧を外気圧と同じにする。なお、第1筒体部31と第2筒体部32の間には隙間が形成され、外気を第1筒体部31内に取り込むが雨は防ぐ構造となっている。
【0032】
図5に示すように、第2筒体部32の内部空間には、気圧センサ50が取り付けられたメイン基板41と、メイン基板41に対して直角にサブ基板42が配置される。
【0033】
図9は、メイン基板41を筒体部31の下方から見た図、
図10はメイン基板41とサブ基板42を取り外し、上板部32の裏面側を見た図である。サブ基板42には、例えば気象計1に搭載される各種センサ等のドライバー回路等が設けられ、メイン基板41には各種センサ等の測定結果を演算処理する回路部等が設けられる。なお、メイン基板41は、ボトムカバー39を取り外すことにより、
図9に示すように現れる。
【0034】
本実施形態において、ボトムカバー39には、第3ユニット60を構成するカートリッジ式の温湿度筒61が取り外し可能に取り付けられる。
【0035】
図2、
図7に示されるように、温湿度筒61は、ボトムカバー39に形成された装着孔部39aに温湿度筒61の円筒状に形成された上端部62が押し込まれることで、メイン基板41に設けた温湿度センサ用コネクタ43に、温湿度筒61の上端部62に設けたコネクタ63が差し込まれて接続される。温湿度筒61の上端部62には、位置決め用の平坦部64が形成される。温湿度センサ用コネクタ43の上部に設けた位置決め板39bにこの平坦部64が向かい合うように、温湿度筒61を装着すると、スムーズに装着されて、両コネクタ43、63が接続される。
【0036】
温湿度筒61の上端部62には、外周部にゴム製のOリング65が装着されている。温湿度筒61を装着孔部39aに差し込む際に、このOリング65が装着孔部39aの内周面に摩擦接触する。このため、温湿度筒61は装着孔部39aにこのOリング65により摩擦力を有して保持され、脱落が防止される。
【0037】
また、温湿度筒61の根元側には、フランジ部67が形成されている。フランジ部67の下端側にはゴム板で形成された水密性のシール部材66が装着される。そして、温湿度筒61は、装着孔部39aの開口端面にフランジ部67が当接するまで押し込まれる。
【0038】
一方、温湿度筒61の上端部62には、上下方向に延びる配線板68の上端部68aが固定される。配線板68の下端部68bには、両面に温度センサ69aと湿度センサ69bが配置する。配線板68の下端部68bの周囲は、ポリエチレン等の多孔質の部材により筒形状に形成した防護筒70が隙間を有して覆われている。防護筒70は、通気性を有するため、温度センサ69aと湿度センサ69bの温度および湿度の検知に影響を与えない。また防護筒70の底面には、網部材を設けることで、防護筒70内に虫等が入り込むことが防止される。防護筒70は、上端開口部が上端部62にねじ込まれて固定される。
【0039】
本実施形態の温湿度筒61は、温度センサ69a、湿度センサ69bが故障した場合、温湿度筒61等を構成する第3ユニット60を交換する。第3ユニット60の交換に際し、温度センサ69aと湿度センサ69bは防護筒70で覆われているため、温度センサ69aと湿度センサ69bに直接手が触れるといったトラブルが生じることがない。
【0040】
本実施形態において、第3ユニット60を第2ユニット30に装着する方法として、温湿度筒61を押し込み方式としているが、これに限定されるものではなく、例えば温湿度筒61の上端部62を装着孔部39aに差し込み、その後所定角度軸周りに回転させて係合させ、脱落を防止するような構成としても良い。この場合、配線板68を上端部62に対して回転可能とすることで、両コネクタ43、63が結合した状態で、上端部62のみの回転が許容される。また、温湿度筒61の上端部62の外周部に複数の突起部を設け、装着孔部39aの開口の周囲に、これらの突起部が上下方向に沿って係合する上下方向の案内溝と、前記案内溝の上端に通じる周方向に沿った周溝とにより形成する。この周溝の下面側を傾斜面とすることにより、突起部がこの傾斜面に沿って上方に移動し、フランジ部67と装着孔部39aの開口面との間にシール部材66を挟持する。
【0041】
図7に示すように、ボトムカバー39には、電池カバー39cが取り外し可能に取り付けられている。電池カバー39cを取り外すと、メイン基板41の一部が現れ、ニッケル水素電池の二次電池あるいは乾電池等の電池47の交換が可能となる。電池カバー39cの開口部に現れるメイン基板41には、ディップスイッチ48、USBコネクタ49等が配置される。また、メイン基板41には、例えば押しボタン式の電源スイッチ52が配置される。ボトムカバー39には、スイッチ52に対応して操作孔39dが形成され、操作孔39dを通して外部から電源スイッチ52のON,OFF操作を可能とする。操作孔39dは、不図示の栓部材により塞がれており、電源スイッチ52を操作する際にこの栓部材を取り外す。また、ボトムカバー39には、稼働状態と通信状態を明示するパイロットランプ53を配置する。
【0042】
また、
図6−
図8に示すように、ボトムカバー39の周囲には、第4ユニット80を構成する通風筒81を取り外し可能に取り付ける弧形状に形成した第1係合部54が設けられている。なお、第1係合部54による第4ユニット80の係合構造については後述する。
【0043】
図2に示すように、第4ユニット80は、通風筒81を有する。通風筒81は、円筒形状の複数の傘部材811〜814を上下に間隔を有して一体化している。
【0044】
通風筒81は、下から上に向けて第1傘部材811、第2傘部材812、第3傘部材813、第4傘部材814で構成し、第2傘部材812と第3傘部材813は同一構造としている。本実施形態において、第1傘部材811〜第4の傘部材814は、基本的な外形形状が同一で、第1傘部材811の天面(不図示)は塞がれている。第1傘部材811〜第4の傘部材814は、外表面を鏡面仕上げとし、日射の影響による温度上昇防止する。第1傘部材811〜第4の傘部材814は、内表面を黒色塗装し、輻射熱を吸収する。
【0045】
また、第2傘部材812〜第4傘部材814の天面(不図示)には、円形の開口部(不図示)が形成されている。これらの開口部の内径は、防護筒70の外径よりも大径に形成される。通風筒81の上部には、第2傘部材812〜第4傘部材814の開口部内に温湿度筒61を通して第1係合部54に取り外し可能に取り付けられる円筒形状の第2係合部82が設けられている。第2係合部82の内周側には、温湿度筒61のフランジ部66の下側に配置されるシール部材67の下面に当接する円筒形状に形成された押し付け筒部83が形成されている。第2係合部82の内壁面側には、周方向に沿って3か所に係合突起部82aが中心部に向けて形成される。第2係合部82の内周面には、周方向の3か所に内面を平坦面とする平坦部(不図示)が形成され、この平坦部に係合突起部82aが形成される。
【0046】
第1係合部54には、係合突起部82aに対応して、外周面側を平坦面とした平坦部54aが前記第2係合部82の内周面に形成した平坦面に対応して3か所に形成され、平坦部54aにネジ孔部54bが形成される。平坦部54aには、係合突起部82aが係合する係合溝部54cがそれぞれ形成される。この係合溝部54cは、係合突起部82aが上下方向において係合する第1係合溝(不図示)と、第1係合溝に連設され、周方向において係合突起部82aが係合する第2係合溝(不図示)とを有し、前記第2係合溝の下辺面は第1係合溝から離れるに従って上方に向けて高くなるような傾斜面に形成されている。
【0047】
したがって、通風筒81の第2係合部82をボトムカバー39の第1係合部54に装着するには、第2係合部82の内周面に形成された平坦部を第1係合部54の各平坦部54aに位置合わせし、そのまま押し込むと、各係合突起部82aが係合溝部54cの第1係合溝に係合し、さらに押し込むと各係合突起部82aが第2係合溝との連設位置まで押し込まれる。そして、通風筒81を右回転すると、各係合突起部82aが第2係合溝の傾斜した下辺面を摺動しながら上方に移動する。
【0048】
したがって、押し付け筒部83が温湿度筒61のシール部材66と共にフランジ67をボトムカバー39に押し付け、さらに各係合突起部82aが第2係合溝に沿って上方に移動する力によって、シール部材66を弾性変形させながらフランジ67をボトムカバー39の下面に押し付ける。このため、温湿度筒61は、通風筒82により脱落が防止される。
【0049】
また、通風筒81を所定の位置まで回転すると、第2係合部82の各ネジ挿通孔84が第1係合部54の各ネジ孔部54bに一致し、不図示の止めネジをネジ挿通孔82bを通して各ネジ孔部54bにねじ込み、通風筒81の軸周り方向への回転が阻止される。
【0050】
第1傘部材811〜第4の傘部材814は、不図示の取り付け部材を介して所定の間隔を有して一体的に固定される。なお、各開口部と防護筒70との間には通風が確保できる適当な隙間が形成される。
【0051】
また、第1傘部材811の天面には開口がなく、通風筒81の最上面はボトムカバー39により塞がれているので、通風筒81内は上下方向に速い風の流れが発生しない。このため、防護筒70は速い風の影響による温度変化が防止される。
【0052】
本実施形態において、通風筒81の外径は、第2ユニット30の第1筒体部31の外径よりも小径としている。このため、太陽が天頂に達する前後において通風筒81には、第1筒体部31が影となって直接太陽光が当たらないので、通風筒81が熱せられるのを防止できる。しかも、第1傘部材811〜第4の傘部材814の表面は鏡面仕上げとしているため、太陽光の照射による通風筒81内の温度変化の影響を排除することができる。したがって、防護筒70内に収納した温度センサ69aおよび湿度センサ69bは正確な温湿度の測定が行える。
【0053】
上記した構成の気象計1において、気象計1が正常に動作しているか否かは、第2ユニット30の下側からパイロットランプ53を見ることにより判断できる。正常でない場合には、
図6及び
図7に示すように、第4ユニット80の通風筒81を第2ユニット30から取り外す。次いで、ボトムカバー39の操作孔39dを塞いでいる栓部材を取り外し、操作孔39dから押しボタン式スイッチ52を押して全体の電気回路をOFFとする。なお、単なる電池切れの場合には、
図8に示すように電池カバー39cの取り外しで露出する電池47の交換作業が行える。
【0054】
電池カバー39cの取り外しにより、メイン基板41の一部が露出するので、電気回路の状態を検査する場合には、診断用のパソコンの通信ケーブルをUSBコネクタ49に接続する。その際、所定のマニュアルに従ってディップスイッチ48等の設定を行い、気象計1の診断を行う。
【0055】
温度センサあるいは湿度センサの故障と診断されると、通風筒81を取り外し、第3ユニット60の温湿度筒61を交換することで、対処することができる。その際、温度センサおよび湿度センサに直接手を触れることがないので、故障等の発生を未然に防止することができる。
【0056】
気圧センサ50の故障と診断されると、ボトムカバー39を本体部33から取り外し、メイン基板41を交換する。その際、気圧センサ50のみを交換できるようにしても良い。
【0057】
風向風速計35の故障と判断されると、第2ユニット30を交換する。この場合、第1ユニット10から支柱15を取り外し、第2ユニットから第3ユニット60と第4ユニット80を取り外せば、第2ユニット30を分離することができる。
【0058】
感雨センサ16または日射センサ17が故障と診断されると、第1ユニット10を交換する。
【0059】
このように、本実施形態の気象計は、特殊な技術を不要とせずに簡単に部品の交換が行える。このため、気象計1の設置場所の近くの人に保守管理等を委託することが可能となる。