计测装置及使用该计测装置的计测系统

摘要

一种计测装置(1)，具备：框部件(20)，被支承为以第1轴线(Ga)为中心而旋转自如；检测主体(31)，配置于框部件(20)的内侧，并被支承为以第2轴线(Gb)为中心而相对于框部件(20)旋转自如；及叶片(32a、32b、32c、32d)，配置于检测主体(31)中的相对于第2轴线(Gb)正交的正交方向一端侧，承受空气流而使检测主体(31)中的相对于第2轴线正交的正交方向另一端侧朝向空气流上游侧。计测装置(1)具备：风向传感器(40)，配置于检测主体(31)，用于检测出检测主体(31)中的相对于第2轴线(Gb)正交的正交方向另一端侧所朝向的方向作为风向；及风速传感器(50)，配置于检测主体(31)并对空气流的风速进行检测。

说明书

关联申请的相互参照

本申请基于在2014年5月23日提出的日本专利申请2014-106983，本申请通过参照而援引其公开内容。

技术领域

本发明涉及计测装置及使用该计测装置的计测系统。

背景技术

近年来，为了提高汽车的行驶用发动机的废气净化性能，作为行驶用发动机，正在从将废气的排气口设于车辆前方的型式的发动机向将废气的排气口设于车辆后方的型式的发动机改变。因此，从发动机的排气管等向发动机室中的发动机的车辆后方侧散热，有因该散热的热量而导致发动机室内的设备等产生不良情况的担忧。作为其对策，希望改善发动机室内的空气流，而提高发动机室内的冷却性。

在以往，存在利用热线的热线式风速计(参照例如专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-332867号公报

因此，本发明者等为了分析配置有将废气的排气口设于车辆后方的型式的发动机的发动机室内的空气流，研究了在关闭汽车的发动机室的后行李箱盖的状态下，对发动机室内的风速和风向进行测定的计测装置。

在例如上述专利文献1的热线式风速计中，即使能够测定风速也无法测定出风向。因此，还想到使用上述热线式风速计，以一边改变其朝向一边对每个方位的风速进行测定的方法应对，但是每次改变上述热线式风速计的朝向时，需要对汽车的后行李箱盖(机罩)进行开闭。因此，测定风速和风向花费劳力，有可能无法高效地测定风速、风向。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明鉴于上述目的，其目的在于提供一种能够有效地良好地测定风速和风向的计测装置及使用该计测装置的计测系统。

用于解决课题的手段

根据本发明的第1方式，一种计测装置，具备：框部件，该框部件被支承为以沿第1方向延伸的第1轴线为中心而旋转自如；检测器，该检测器具备：检测主体，该检测主体配置于所述框部件的内侧，并被支承为以沿与所述第1方向正交的第2方向延伸的第2轴线为中心而相对于所述框部件旋转自如；及叶片，所述叶片配置于所述检测主体中的相对于所述第2轴线靠正交方向一端侧，并承受空气流而使所述框部件及所述检测主体分别旋转，使所述检测主体中的相对于所述第2轴线的正交方向另一端侧朝向空气流上游侧；风向传感器，该风向传感器配置于所述检测主体，并检测出所述检测主体中的相对于所述第2轴线的正交方向另一端侧所朝向的方向作为风向；及风速传感器，该风速传感器配置于所述检测主体并对所述空气流的风速进行检测。

根据本发明的第1方式，能够在不改变计测装置的朝向的情况下检测出风速和风向。由此，能够提供能够效率良好地测定风速和风向的计测装置。

另外，根据本发明的第2方式，基于上述计测装置中的计测装置的风向传感器的输出信号和风速传感器的输出信号来显示由风向传感器检测出的风向和由风速传感器检测出的风速。

因此，根据本发明的第2方式，能够提供能够效率良好地测定风速和风向的计测系统。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的计测装置的立体图。

图2是上述第1实施方式的计测装置的主视图。

图3是上述第1实施方式的计测装置的右侧视图。

图4是上述第1实施方式的计测装置的俯视图。

图5是表示图1中的检测器的单体的图。

图6是表示适用上述第1实施方式的计测装置的计测系统的整体结构的图。

图7是图1中的检测器的旋转轴及轴承的半剖视图。

图8是上述第1实施方式的计测装置的立体图。

图9是表示本发明的第2实施方式的计测系统的整体结构的图。

图10是表示第2实施方式的计测装置的检测器的单体的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下的各实施方式彼此中，对于相互相同或者等同的部分为了简化说明而在图中附以相同的符号。

(第1实施方式)

图1～图8表示本发明的计测装置1的第1实施方式。本实施方式的计测装置1是用于测定汽车的发动机室(被测定空间)内的风速、风向的传感器，如图1～图4所示，具有：支承部件10、框部件20、及检测器30。

如图2所示，支承部件10是具备外侧框件11、突起部12a、12b、及外侧轴承13a、13b的框架。外侧框件11形成为圆环状，以在发动机室内直立的状态配置。突起部12a形成为从外侧框件11的外周面的上侧向上侧突起。突起部12b形成为从外侧框件11的外周面的下侧向下侧突起。突起部12a使后述的风向传感器40的配线部60(图2中虚线)的端部侧露出。突起部12b使后述的风速传感器50的配线部61(图2中虚线)的端部侧露出。

外侧轴承13a形成为从外侧框件11的内周面的左侧向右侧突起。外侧轴承13b形成为从外侧框件11的内周面的右侧向左侧突起。外侧轴承13a、13b将框部件20的外侧旋转轴(第2旋转轴)22a、22b支承为旋转自如。另外，后述外侧轴承(第2轴承)13a、13b的具体的构造。

框部件20配置于支承部件10的内侧，是具备内侧框件21、外侧旋转轴22a、22b、及内侧轴承23a、23b的旋转框。内侧框件21形成为圆环状。

外侧旋转轴22a形成为从内侧框件21的外周面的左侧向左侧突起。外侧旋转轴22b形成为从内侧框件21的外周面的右侧向右侧突起。外侧旋转轴22a、22b形成为分别沿第1方向(图2中左右方向)延伸。由此，框部件20被支承部件10的外侧轴承13a、13b支承为以沿着第1方向延伸的轴线Ga(第1轴线)为中心而旋转自如。轴线Ga是外侧旋转轴22a、22b的轴线。

内侧轴承23a形成为从内侧框件21的内周面的上侧向下侧突起。内侧轴承23b形成为从内侧框件21的内周面的下侧向上侧突起。内侧轴承23a、23b将检测器30的内侧旋转轴(第1旋转轴)33a、33b支承为旋转自如。另外，后述内侧轴承(第1轴承)23a、23b的具体的构造。

检测器30配置于框部件20的内侧，并具备检测主体31、叶片32a、32b、32c、32d、及内侧旋转轴33a、33b。检测主体31形成为沿着相对于轴线Ga(即、第1方向)正交的正交方向(图2中与纸面正交的方向)延伸。叶片32a、32b、32c、32d配置于检测主体31中的上述正交方向一端侧(图3中右侧)。

换言之，叶片32a、32b、32c、32d配置于检测器30中的相对于质量重心靠上述正交方向一端侧(即后方)的位置。在本实施方式中，上述质量重心表示将检测器30、风向传感器40、及风速传感器50设为1个物体时的该1个物体的质量重心。

由此，将检测器30中的承受空气动力的空气动力中心(力点)设定于检测器30中的相对于质量重心靠上述正交方向一端侧(即后方)的位置。因此，叶片32a～32d实现如下功能：承受空气流(即，空气的阻力)，使检测器30及框部件20分别旋转来使检测器30的姿势追随于空气流动方向。

在本实施方式中，检测主体31中的上述正交方向另一端侧31a形成为球状。并且，检测主体31形成为从质量重心向上述正交方向另一端侧31a(顶端侧)而截面积逐渐变小。检测主体31形成为从质量重心向上述正交方向一端侧(即，后方)而截面积逐渐变小。由此，检测主体31能够难以产生空气流引起的旋涡、乱流。

内侧旋转轴33a形成为从检测主体31向第2方向的一侧(图2中上侧)延伸。内侧旋转轴33b形成为从检测主体31向第2方向的另一侧(图2中下侧)延伸。由此，通过框部件20的内侧轴承23a、23b将检测器30支承为以轴线Gb(第2轴线)为中心而旋转自如。上述正交方向是相对于轴线Gb正交的正交方向。

在本实施方式中，内侧旋转轴33a、33b配置为它们的轴线与检测器30的质量重心重合。第2方向是内侧旋转轴33a、33b的轴线Gb延伸的方向。轴线Gb与外侧旋转轴22a、22b的轴线Ga(即，第1方向)正交。在本实施方式中，将作为外侧旋转轴22a、22b的轴线方向的第1方向设为水平方向。

如图5所示，检测器30具备风向传感器40及风速传感器50。

如后所述，风向传感器40是对在检测器30的周围流动的空气流的风向进行检测的传感器，如图6所示，具备传感元件41及计算电路42。传感元件41是分别对以轴线Ga为中心的框部件20的角速度和以轴线Gb为中心的检测主体31的角速度进行检测的陀螺传感器。

计算电路42以时间对由传感元件41检测出的以轴线Ga为中心的角速度进行积分，从而算出以轴线Ga为中心的框部件20的旋转角度，并以时间对由传感元件41检测出的以轴线Gb为中心的角速度进行积分，从而算出以轴线Gb为中心的检测主体31的旋转角度。计算电路42利用所算出的框部件20的旋转角度与检测主体31的旋转角度来求出空气流的风向。本实施方式的风向传感器40埋设于检测器30中的质量重心侧。

风速传感器50配置于检测主体31中的上述正交方向另一端侧(顶端侧)，是对在检测器30的周围流动的空气流的风速进行检测的众所周知的热线式风速传感器。本实施方式的风速传感器50埋设于检测主体31中的上述正交方向另一端侧。

在本实施方式中，设有用于对风向传感器40的输出信号进行传播的多根配线部60。配线部60由电线构成。配线部60在风向传感器40及突起部12a之间贯通内侧旋转轴33a、内侧轴承23a、框部件20、外侧旋转轴22a、外侧轴承13a及支承部件10。即，配线部60埋设于内侧旋转轴33a、内侧轴承23a、框部件20、外侧旋转轴22a、外侧轴承13a、支承部件10及突起部12a。

在此，配线部60中的一端侧连接于风向传感器40。配线部60中的另一端侧从突起部12a露出并连接于放大器80(参照图6)。

设有用于对风速传感器50的输出信号进行传播的多根配线部61。配线部61由电线构成。配线部61在风速传感器50及突起部12b之间贯通内侧旋转轴33b、内侧轴承23b、框部件20、外侧旋转轴22b、外侧轴承13b及支承部件10。即、配线部61埋设于内侧旋转轴33b、内侧轴承23b、框部件20、外侧旋转轴22b、外侧轴承13b、支承部件10及突起部12b。

在此，配线部61中的一端侧连接于风速传感器50。配线部60中的另一端侧从突起部12b露出并连接于放大器80(参照图6)。

另外，作为构成本实施方式的支承部件10、框部件20及检测器30的材料，能够采用树脂材料、金属材料。

接着，参照图7对本实施方式的内侧旋转轴33a及内侧轴承23a的构造进行说明。图7是内侧旋转轴33a及内侧轴承23a的局部放大图。

内侧旋转轴33a具备针形部70，该针形部70从轴线Gb的方向的一端侧越靠近另一端侧，则与轴线Gb的方向正交的截面的面积越小。内侧轴承23a具备孔部90，该孔部90收纳针形部70并将针形部70支承为旋转自如。内侧旋转轴33a的针形部70中的轴线Gb方向的另一端侧位于孔部90的底部92侧。在孔部90中的轴线Gb方向的另一端侧形成有锥形部90a。锥形部90a形成为从其开口部91侧越靠近底部92侧则开口面积越小的倒圆锥形状。锥形部90a将针形部70支承为旋转自如。

在此，如图7所示，内侧旋转轴33a的外周侧配置有多个电极(第1电极部)71。多个电极71相对于内侧旋转轴33a中的针形部70配置于轴线Gb的方向的一端侧。多个电极71按照每个配线部60连接于配线部60中的内置于内侧旋转轴33a的部位60a。多个电极71分别形成为以内侧旋转轴33a的轴线为中心的环状。图7示出了8个电极71及8根配线部60。

在内侧轴承23a的孔部90内配置有多个电刷(第2电极部)72。多个电刷72按照每个配线部60连接于配线部60中的内置于内侧轴承23a的部位60b。多个电刷72分别支承于内侧轴承23a。多个电刷72是随着内侧旋转轴33a的旋转而相对于多个电极71中的对应的电极71进行滑动的电极。

由此，在内侧旋转轴33a旋转的状态下，配线部60中的配置于内侧旋转轴33a的部位60a与配线部60中的配置于内侧轴承23a的部位60b通过电极71及电刷72而相接触。

在此，内侧旋转轴33b与内侧旋转轴33a相同地构成。内侧轴承23b与内侧轴承23a相同地构成。由此，在内侧旋转轴33b旋转的状态下，配线部61中的配置于内侧旋转轴33b的部位与配线部61中的配置于内侧轴承23b的部位通过电极71及电刷72而相接触。

外侧旋转轴22a与内侧旋转轴33a相同地构成。外侧轴承13a与内侧轴承23a相同地构成。由此，在外侧旋转轴22a旋转的状态下，配线部60中的配置于外侧旋转轴22a的部位与配线部60中的配置于外侧轴承13a的部位通过电极(第3电极部)及电刷(第4电极部)而相接触。另外，设于外侧旋转轴22a的电极及配置于外侧轴承13a的电刷分别与图7所示的设于内侧旋转轴33b的电极71和配置于内侧轴承23a的电刷72相同，因此省略图示。

外侧旋转轴22b与内侧旋转轴33a相同地构成。外侧轴承13b与内侧轴承23a相同地构成。由此，在外侧旋转轴22b旋转的状态下，配线部61中的配置于外侧旋转轴22b的部位与配线部61中的配置于外侧轴承13b的部位通过电极71及电刷72而相接触。

接着，对本实施方式的计测装置1的工作进行说明。

首先，在检测器30中，叶片32a～32d承受在检测主体31的周围流动的空气流(即，空气阻力)而对检测主体31施加驱动力。通过该驱动力，而检测主体31相对于框部件20以轴线Gb为中心进行旋转。此外，通过空气流从叶片32a～32d施加于检测主体31的驱动力被施加于框部件20。因此，框部件20相对于支承部件10以轴线Ga为中心进行旋转。由此，叶片32a、32b、32c、32d承受空气阻力，而使检测器30及框部件20分别旋转并使检测器30的姿势追随于空气流。即，检测器30作为所谓的“风向标”发挥功能。因此，检测主体31中的上述正交方向另一端侧31a(即，顶端侧)朝向空气流上游侧(参照图1、图8)。图1、图8表示在检测器30中，由于风向不同而检测主体31的另一端侧31a朝向不同的方位的状态。

在此，在风向传感器40中，传感元件41分别对框部件20的以轴线Ga为中心的角速度和检测主体31的以轴线Gb为中心的角速度进行检测。并且，计算电路42以时间对由传感元件41检测出的以轴线Ga为中心的角速度进行积分，而算出框部件20的以轴线Ga为中心的旋转角度，并且以时间对由传感元件41检测出的以轴线Gb为中心的角速度进行积分，而算出检测器30的以轴线Gb为中心的旋转角度。

接下来，计算电路42利用所算出的框部件20的旋转角度和检测器30的旋转角度来求出表示检测器30的姿势的空气流的风向。表示所求出的风向的检测信号在多根配线部60中传播而向计测装置1的外侧输出。另外，风速传感器50对在检测器30的周围流动的空气流的风速进行检测。表示所检测出的风速的检测信号在多根配线部61中传播而向计测装置1的外侧输出。

接着，对适用了本实施方式的计测装置1的计测系统100进行说明。

本实施方式的计测系统100具备：计测装置1、放大器80、记录器81及计测用PC82。

放大器80对从风向传感器40通过多根配线部60输出的检测信号进行放大并输出放大信号。另外，放大器80对从风速传感器50通过多根配线部61输出的检测信号进行放大并输出放大信号。

记录器81基于放大器80的输出信号而存储风向传感器40的测定数据和风速传感器50的测定数据。

风向传感器40的测定数据是表示由风向传感器40检测出的风向的数据。风速传感器50的测定数据是表示由风速传感器50检测出的风速的数据。

计测用PC82构成本发明的显示控制装置，是由显示装置、对该显示装置进行控制的控制装置构成的众所周知的计算机。计测用PC82在显示装置上立体地显示存储于记录器81的风向传感器40的测定数据、风速传感器50的测定数据。

例如，在显示装置中，立体地显示作为被测定对象的发动机室内的图像，并在该图像上重叠地显示作为测定数据的箭头。箭头的显示表示风向传感器40的测定数据及风速传感器50的测定数据。

在此，箭头所朝的方位表示风向(即，空气流上游侧)。箭头的大小、箭头的粗细表示作为风速传感器50的测定数据的风速。因此，风速越快，则箭头越大或箭头越粗。

根据以上所说明的本实施方式，计测装置1具备：框部件20，该框部件20被支承为以沿第1方向延伸的轴线Ga为中心而旋转自如；及检测主体31，该检测主体31配置于框部件20的内侧，并被支承为以沿与第1方向正交的第2方向延伸的轴线Gb为中心而相对于框部件20旋转自如。计测装置1配置于检测主体31中的相对于轴线Gb的正交方向一端侧，并承受空气流而使框部件20及检测主体31分别旋转，且具备使检测主体31中的相对于轴线Gb正交的正交方向另一端侧朝向空气流上游侧的叶片32a、32b、32c、32d。计测装置1的特征在于，具备：风向传感器40，该风向传感器40配置于检测主体31，并检测出检测主体31中的相对于第2轴线的正交方向另一端侧所朝向的方向作为风向；及风速传感器50，该风速传感器50配置于检测主体31，并对空气流的风速进行检测。因此，能够提供自动地检测风速和风向的计测装置1及采用该计测装置1的计测系统100。

在本实施方式中，外侧旋转轴22a、22b和内侧旋转轴33a、33b分别具备针形部70。在外侧轴承13a、13b和内侧轴承23a、23b设有形成为倒圆锥形状的锥形部90a。外侧轴承13a、13b和内侧轴承23a、23b通过锥形部90a而将外侧旋转轴22a、22b和内侧旋转轴33a、33b中的对应的旋转轴支承为旋转自如。因此，能够减少外侧旋转轴22a、22b与内侧旋转轴33a、33b及外侧轴承13a、13b与内侧轴承23a、23b之间的滑动阻力。

(第2实施方式)

在上述第1实施方式中，对为了将风向传感器40的输出信号和风速传感器50的输出信号向放大器80传播而采用了配线部60、61的例子进行了说明，取而代之，在本第2实施方式中，对采用无线通信来将风向传感器40的输出信号和风速传感器50的输出信号向放大器80传播的例子进行说明。

图9表示本发明的本实施方式的计测系统100的整体结构。图10表示本实施方式的计测装置1的检测器30的单体。在本实施方式的计测装置1的检测器30设有第1无线部83a。第2无线部83b相对于计测装置1独立地设置。第2无线部83b用于在与第1无线部83a之间进行无线通信。

在本实施方式中，与上述第1实施方式相同地，内侧旋转轴33a、33b配置为它们的轴线与检测器30的质量重心重合。其中，上述质量重心表示将检测器30、风向传感器40、风速传感器50及第1无线部83a作为1个物体的该1个物体的质量重心。并且，叶片32a、32b、32c、32d配置于检测器30中的相对于质量重心靠上述正交方向一端侧(即后方)。

在这样构成的本实施方式的计测系统100中，第1无线部83a以电波为介质发送包含风向传感器40的输出信号和风速传感器50的输出信号的发送信号。第2无线部83b接收从第1无线部83a发送的信号。所接收的信号由放大器80放大并输出至记录器81。因此，记录器81基于放大器80的输出信号而存储风向传感器40的测定数据和风速传感器50的测定数据。并且，计测用PC82与上述第1实施方式相同，在显示装置上立体地显示存储于记录器81的风向传感器40的测定数据和风速传感器50的测定数据。

(其他实施方式)

在上述第1、第2实施方式中，对将风向传感器40的计算电路42设于计测装置1的例子进行了说明，但也可以取而代之，相对于计测装置1独立地设置计算电路42。在该情况下，将风向传感器40的传感元件41的输出信号经由配线部60向放大器80侧传播。计算电路42基于由放大器80放大后的传感元件41的输出信号而求出风向。

在上述第1、第2实施方式中，对在检测主体31设置有内侧旋转轴33a、33b，并在框部件20设置有内侧轴承23a、23b的例子进行了说明，但也可以取而代之，在框部件20设置内侧旋转轴33a、33b，并在检测主体31设置内侧轴承23a、23b。

在上述第1、第2实施方式中，对在支承部件10设置外侧轴承13a、13b，并在框部件20设置外侧旋转轴22a、22b的例子进行了说明，但也可以取而代之，在框部件20设置外侧轴承13a、13b，并在支承部件10设置外侧旋转轴22a、22b。

在上述第1、第2实施方式中，对为了测定汽车的发动机室内的风速、风向而采用本发明的计测装置1的例子进行了说明，但也可以为了测定汽车以外的测定对象的风速、风向而采用本发明的计测装置1。

在上述第1、第2实施方式中，对将支承部件10的外侧框件11形状设为圆环状的例子进行了说明，但并不限定于此，只要支承部件10的外侧框件11是环状，也可以是圆环状以外的形状。

相同地，作为框部件20的形状，只要是环状，也可以是圆环状以外的形状。

在实施本发明时，也可以在上述第1、第2实施方式的外侧旋转轴22a、22b和内侧旋转轴33a、33b的针形部70的顶端侧形成球状部，并在外侧轴承13a、13b和内侧轴承23a、23b形成将针形部70的球状部支承为旋转自如的球状的孔部。

在上述第1、第2实施方式中，对采用了热线式风速传感器作为风速传感器50的例子进行了说明，但取而代之，也可以采用热线式风速传感器以外的各种类型的风速传感器作为风速传感器50。

在上述第1、第2实施方式中，对将风速传感器50设于检测器30中的顶端侧的例子进行了说明，但取而代之，也可以将风速传感器50设于检测器30中的顶端侧以外的部位。

在上述第1、第2实施方式中，对将作为外侧旋转轴22a、22b的轴线方向的第1方向设为水平方向的例子进行了说明，但并不限定于此，也可以将第1方向设为水平方向以外的方向。

另外，本发明不限定于上述第1、第2实施方式，能够进行适当变更。另外，在上述第1、第2实施方式中，除特别明示为必需的情况以及被认为原理上明显为必需的情况等外，自不必说，构成实施方式的要素不一定为必需。另外，在上述第1、第2实施方式中，在言及实施方式的结构要素的个数、数值、量、范围等数值时，除特别明示为必需的情况以及原理上明显被限定为特定的数的情况等外，不限定于其特定的数。