JP2012225756A - 湿度計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】送波器1は、熱誘起型であって駆動回路30からの単峰性のパルスにより駆動され非可聴の圧力波を発生させる。受波器2は、送波器1と向かい合わせに配置され、送波器1からの圧力波を受波して電気信号に変換する。計時回路32は、送波器1から受波器2への圧力波の伝播時間を計測する。測温装置33は、圧力波が伝播される媒質の温度を計測する。送波器1は、送波器1と受波器2との距離を計測する測距装置34を備える。湿度演算部35は、測距装置34が計測した距離、計時回路33が計測した圧力波の伝播時間、測温装置32が計測した温度を用いて媒質の湿度を算出する。
【選択図】図1
Description
本実施形態は、湿度を計測する媒質で満たされた空間において、送波器から非可聴の圧力波を送出し、送波器からの圧力波を受波器で受波することにより、圧力波の伝播時間(実際には、伝播速度)を計測している。媒質の湿度は、媒質中での圧力波の伝播時間と媒質の温度とをパラメータとして以下の関係がある。具体的には、送波器と受波器との間で圧力波が伝播される距離をL[m]、伝播時間をt[s]、媒質の温度をT[K]、媒質の水蒸気圧をP[Pa]、大気圧をPA[Pa]としたときに、以下の関係が得られる。
L/t=k1{T(1+k2・P/PA)}1/2
ここで、温度Tにおける飽和水蒸気圧をPs[Pa]とし、相対湿度をRH[%]とすると、以下の関係が得られる。
RH=P/Ps×100
k1,k2は適宜に定められる係数であり、たとえば、媒質を空気とする場合は、k1=20.067、k2=0.3192を用いることができる。なお、媒質は空気を例として説明するが、他の気体であってもよい。空気以外の媒質では、係数k1,k2を変える必要がある。
実施形態1では、計時回路32において、送波器1が圧力波を送波すると同時に、コンデンサ321の放電を開始している。ところで、湿度演算部35では、コンデンサ321の両端電圧をAD変換器36によりデジタル値に変換しているから、計時回路32における伝播時間の分解能はコンデンサ321の両端電圧の変化幅とAD変換器36の分解能とに依存する。このことから、伝播時間の分解能は、AD変換器36の入力電圧の範囲と出力ビット数とに依存して決まることになる。一方、コンデンサ321は送波器1が圧力波を送波した時点から受波器2が圧力波を受波するまでの期間に放電されるから、コンデンサ321の両端電圧は伝播時間の計測範囲外の期間においても変化している。
2 受波器
10 送波素子
20 受波素子
30 駆動回路
32 計時回路
33 測温装置
34 測距装置
35 湿度演算部
321 コンデンサ
331,332 温度センサ
333 演算部
351 タイマ部
352 時間設定部
Claims (7)
- 非可聴の圧力波を発生させる送波器と、前記送波器と向かい合わせに配置され前記送波器からの圧力波を受波して電気信号に変換する受波器と、前記送波器を駆動する駆動回路と、前記送波器から前記受波器への圧力波の伝播時間を計測する計時回路と、圧力波が伝播される媒質の温度を計測する測温装置と、前記送波器と前記受波器との距離を計測する測距装置と、前記測距装置が計測した距離、前記計時回路が計測した圧力波の伝播時間、前記測温装置が計測した温度を用いて媒質の湿度を算出する湿度演算部とを備えることを特徴とする湿度計測装置。
- 前記送波器は通電に伴って媒質に局所的な熱衝撃を与えて圧力波を発生させる熱誘起型の送波素子を備え、前記駆動回路は単峰性のパルスにより前記送波素子を駆動し、前記計時回路は、コンデンサが充電された状態において前記駆動回路が前記送波素子に通電した後に前記コンデンサの放電を開始し、前記受波器が圧力波を受波した時点における前記コンデンサの両端電圧を前記送波器と前記受波器との間での圧力波の伝播時間として出力することを特徴とする請求項1記載の湿度計測装置。
- 前記計時回路は、前記送波素子に通電した時点から設定された遅れ時間後に前記コンデンサの放電を開始する機能と、前記遅れ時間が可変に設定される機能とを備えることを特徴とする請求項2記載の湿度計測装置。
- 前記湿度演算部は、前記コンデンサの両端電圧が放電開始からの時間経過に伴って線形に変化する領域で前記受波器が圧力波を受波するように、前記測距装置が計測した距離に応じて前記計時回路の前記遅れ時間を自動的に設定する機能を有することを特徴とする請求項3記載の湿度計測装置。
- 前記湿度演算部は、前記コンデンサの両端電圧が放電開始からの時間経過に伴って線形に変化する領域で前記受波器が圧力波を受波するように、前記測温装置が計測した温度に応じて前記計時回路の前記遅れ時間を自動的に設定する機能を有することを特徴とする請求項3記載の湿度計測装置。
- 前記測温装置は、前記送波器と前記受波器とにそれぞれ設けられた温度センサと、前記温度センサにより計測した温度の平均値を媒質の温度として出力する演算部とを備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の温度計測装置。
- 前記送波器は圧電素子を用いた送波素子を備え、前記受波器は圧電素子を用いた受波素子を備え、前記駆動回路は、前記送波素子から圧力波としての超音波を連続的に送波させることを特徴とする請求項1記載の温度計測装置。
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