風速・風向センサー / Acu-Res®テクノロジー

Acu-Res®の仕事内容

風速・風向センサー Powered by Acu-Res® Technology

経営執行役会長Savvas Kapartis博士による発明および1997年特許を取ったAcu-Res®は風速と風向の測定に向けた半導体(不稼働部分)テクノロジーです。

Acu-Res® 小さな空洞の中に 共振される音響(超音)波を 利用しています。 小空間での強い共鳴音波は、他の超音波技術よりも40dB以上強いSN比をもたらします。

Acu-Res®はFTテクノロジー独自のものであり、機械式センサーや他の超音波風センサーよりも堅牢で信頼性の高い測定ソリューションを提供します。

音響共振測定システム

最も基本的な形態では、デバイスは上下のリフレクターと呼ばれる一対の小さな平行板で構成されています。 水平面では、この構造は制限されず、気流がプレート間を自由に行き交います。 垂直方向では、反射板によって制限され、この方向での平均風速はごく低水準です。 音響波(超音波)は、3枚の振動板とその同数の圧電物質を通じて生成され、受信されます。 振動板は図示の通り、三角形状に配置されています。

どの時点においても、電子的に励起されている振動板が1枚あります。 超音波はその表面から生成され、下方の振動板に当たるまで外側に移動し、そこでほぼ完全な全反射をします。 それで形成された波面は、上方に移動して上方振動板に当たり、再度反射します。 超音波は、エネルギーを周辺の空気に発散して十分に減衰し、不完全反射となるまで、反射板ペアの間を跳ね続けます。 実際には、このプロセスでおよそ200回の反射が起こります。

狭帯域周波数では、それぞれの反射の位相が組み合わさり、信号の強さが急激に増加します。 純周波の分布は複雑ですが、水平面では2次元の放射状に移動する波のようになる、垂直の準定常波として捉えることができます。 音場の2つの特徴は、以下の方法により引き出されます。

気流の測定は、進行波の動きから導出されます。

どの振動板ペアの間の純フェーズも、そのペアの軸における空気流を示します。 3つの振動板ペアをすべて測定することにより、三角形(振動板によって形成)の辺に沿った空気流のコンポーネントベクトルを判定することができます。 これらのベクトルを組み合わせて、全体の速度と方向を算出します。

自動補正は、定常波の動きから導出されます。

空中の音速は、気温、湿度、そして多少なりとも気圧の関数として変化します。 Acu-Res® は追加のセンサーを使わずに、これらを自動的に補正します。 動作にあたり、エレクトロニクスが周波を調整して応答を最大化し、音響を維持するようにします。 これらの条件の下、音速から独立した測定が可能となります。

さらに、共振による動作は、周囲の物体、乱気流を含む空力効果、不均一な気流による、望ましくない音響反射を劇的に減少させます。 振動板が近接されていることで大きい風速 の 下での動作が可能となり、一体式構造は精度向上に寄与します。 風速と測定された位相は線形の関係にあります。 さらに、共振への選択的応答は「フロントエンドの共振フィルター」を提供し、SN比(信号対ノイズ比)を劇的に向上させます。 信号電力は極めて低く(典型的に10分の1マイクロワット)、動作シグネチャは無視できる水準です。 Acu-Res は、代替技術に対して多くの利点があり、より重要なものは下記の通りです。

  • 広範囲で拡張性のあるダイナミックレンジ
  • 風速に対する位相の線形応答
  • 精密な速度と方向の測定
  • 速度から独立している風向の測定精度
  • 気温・気圧・湿度の変動に対する自動補正
  • すべての気象条件下における動作と高可用性のための、頑丈かつ完全にシーリングされた構造
  • 信頼できるソリッドステート(可動部品不使用)構造
  • 小型、軽量、容易に加熱
  • 低電力消費

Acu-Res®ソフトウェア

FT Technologiesのすべての風速・風向センサーには、Acu-Res®ソフトウェアが内蔵されています。 風速と風向を導き出す複雑な計算をすると共に、以下も行います。

  • 共振を維持するためにトランスデューサーの信号周波数を常に調整
  • データの質をモニターし、コントローラシステムやデータロガーへ問題を警告
  • センサーのサブシステムの状態をチェックし、冗長システムを稼働
  • 最小の電力消費量で結氷を防止するため、ヒーター強度を動的に管理

  • データのフィルタリングや指定可能な出力設定等、センサーを顧客特有のニーズに合わせて設定するためのユーザー指定のパラメーターを実装

Acu-Res® ソフトウェアは、気流関連の産業専用に開発され、風速・風向測定の用途において最も優れたパフォーマンスを発揮するよう、最適化されています。

環境保護システム

Acu-Res® の環境保護システム(EPS)は、極度の環境下においてもセンサーが信頼に足る機能を発揮するよう、設計されています。

空気密度や大気中微粒子の変化は、風杯風速計に影響を与えることがあります。 TOF(Time of Flight)方式の超音波機器は、音波パルスの有効方向が雨や埃によって反射あるいは歪められることにより、精度が劣る場合があります。

空中の音速は、気温、そして多少なりとも湿度、気圧の関数として変化します。 Acu-Res® で駆動するセンサーは、共振を維持するために伝送周波を適応させ、どのような環境変化にも自動的に補正します。 Acu-Res® ソフトウェアが、センサーの共振を維持する能力をモニターし、報告することから、気流測定の品質は保証されています。

EPSは、すべての気象条件下において、データの高可用性の確保に寄与し、以下の影響を最小限にするように最適化してきました。

  • 落雷とEMC
  • 埃と砂
  • 太陽輻射
  • 大雨
  • 塩水
  • 雪、氷晶雨、結氷
  • 物理的衝撃
  • 振動
  • 腐食
  • 風化と老朽化

EPSは 、下記により、高可用性を実現します。

  • 頑丈で耐腐食性、さらに容易かつ均一に伝熱可能な陽極酸化硬化の合金ボディ
  • 砂、埃、浸水から保護するボディとコネクタ周辺のシーリングシステム
  • 落雷による高電圧と過渡電流に対するセンサーの耐性を高めるサージ保護のエレクトロニクス
  • センサーを一定の温度に保ち、結氷を防ぐ3つのヒーター
  • センサーの清潔・乾燥を保つ超疎水性コーティング
  • 極度の温度と振動に対するセンサーの耐性を示す高加速寿命試験

Acu-Res®テクノロジー の結合された恩恵は、当社が FT7シリーズ が世界最強の風速・風向センサーであることを確信しているからです。

欧州特許番号: EP 0 801 311. 米国特許番号: 5,877,416.