(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体で隔離された材質の異なる２種類の電極を、その上面のみ露出させて路面に埋設し、湿潤路面に散布された融雪剤による電解質と前記異種電極対とによって構成され得る電池構造の起電力を利用して路面表面の融雪剤濃度測定をすることを特徴とする自己起電力による路面融雪剤濃度測定手法。
【請求項２】
湿潤路面に散布された融雪剤の濃度を測定する為の測定装置において、絶縁体で隔離された材質の異なる２種類の電極を、その上面のみ露出させて路面に埋設し、上記湿潤路面に散布された融雪剤による電解質と異種電極対とによって構成する電池に起電力を発生し、該起電力に負荷する負荷抵抗と、これら二者の閉回路内に流れる電流又は負荷抵抗に分圧された電圧を測定する為の測定器とで構成され、他の外部からの電源供給によらず自己起電力のみにより連続して自動的に融雪剤濃度を測定することを特徴とする自己起電力による路面融雪剤濃度測定装置。
【請求項３】
上記負荷抵抗の値を変更することで、検出可能な融雪剤濃度の感度を選択することが出来るようにした請求項２記載の路面融雪剤濃度測定装置。
【請求項４】
上記起電力による電流又は電圧を利用した外部電源不要の制御出力器によって、融雪剤濃度に比例した抵抗値及び閾値による接点信号を外部機器に対して出力可能とした請求項２、又は請求項３記載の路面融雪剤濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冬季期間における路面上の融雪剤残留量を容易に把握し凍結防止を図る技術として、自己起電力による路面融雪剤濃度測定手法ならびに路面融雪剤濃度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
路面融雪剤濃度を測定する場合、主に路面採取水の塩分濃度を光学的屈折率測定法（例えば特開平０６−３４７４００）や同種金属電極間の外部印加電圧による電流値測定方法（例えば特開平１１−３３７５１２）、あるいは誘電率を測定する方法（例えば特開平０８−１７８８７１）等によって測定する方法がある。冬季路面管理における融雪剤散布の自動化のためには、連続自動測定がしやすい電流測定方法が適していると考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電流測定方法においては、一定電圧を同種金属電極間に印加するための外部電源装置が必要である。さらに、検出対象とする電流値がマイクロアンペアオーダーの極微弱電流である。したがって、前記の電流測定方法による路面融雪剤濃度測定装置は複雑でコスト高になる。路面融雪剤濃度測定装置のコストが高いと、それを利用した融雪剤自動散布装置や凍結予測システムの価格が高額になり、冬季路面対策の障害になりえる。
【０００４】
この発明の目的は、冬季路面対策の省力化を目指す上で重要な融雪剤自動散布装置や路面凍結システムの普及促進を図るため、路面融雪剤濃度の簡易な自動連続測定法として、融雪剤の自己起電力を利用した路面融雪剤濃度測定手法および路面融雪剤濃度測定装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題解決のため、請求項１による発明の自己起電力による路面融雪剤濃度測定手法は、絶縁体で隔離された材質の異なる２種類の電極を、その上面のみ露出させて路面に埋設し、湿潤路面に散布された融雪剤による電解質と前記異種電極対とによって構成され得る電池構造の起電力を利用して路面表面の融雪剤濃度測定をすること、を特徴とするものである。
【０００６】
したがって、電極上面の露出部分に、融雪剤を含む水分が付着すると電極間に起電力が発生し、その大きさを測ることにより融雪剤濃度を得る。
【０００７】
請求項２による発明の自己起電力による路面融雪剤濃度測定装置は、請求項１記載の電池構造電極と、その起電力に負荷する負荷抵抗と、これら二者の閉回路内に流れる電流または負荷抵抗に分圧された電圧を測定するための測定器と、で構成され、他の外部からの電源供給によらず自己起電力のみにより連続して自動的に融雪剤濃度を測定すること、を特徴とするものである。
【０００８】
したがって、路面の融雪剤含有水分によって電極間に発生した起電力を、融雪剤濃度に依存する電極間の内部抵抗と負荷抵抗とによって分圧し、その分圧された電圧値または負荷抵抗を流れる電流値を測定することにより、路面の融雪剤濃度を得る。
【０００９】
請求項３による発明の自己起電力による路面融雪剤濃度測定装置は、請求項２記載の負荷抵抗の値を変更することにより、検出可能な融雪剤濃度の感度を選択することができること、を特徴とするものである。
【００１０】
したがって、微量濃度の融雪剤あるいは電離度が小さい弱電解質の融雪剤を測定する場合には負荷抵抗値を大きくすることによって感度を上げる。逆に負荷抵抗値を小さくすると、負荷抵抗に分圧される電圧が下がり、感度も下がる。
【００１１】
請求項４による発明の自己起電力による路面融雪剤濃度測定装置は、請求項１記載の起電力による電流又は電圧を利用した電源不要の制御出力器によって、融雪剤濃度に比例した抵抗値および閾値による接点信号を外部機器に対し出力すること、を特徴とするものである。
【００１２】
したがって、路面融雪剤計測値を利用する装置またはシステムに連続して自動的に計測値または任意の閾値によるＯＮ・ＯＦＦ接点信号が伝送される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１（Ａ）は、本研究に係る路面融雪剤濃度測定手法を実際に実現するために、材質が異なる融雪剤検出器用陽極１および融雪剤検出器用陰極２の電池電極と、その各電極間にはさまれて充填された絶縁体３と、で構成された融雪剤検出器本体４を、路面５に埋設した状態を示したものである。融雪剤による電解質を含有する水分が陽極１および陰極２に連続して接触すると起電力が生じ、負荷抵抗６に分圧された値を電圧計７によって測定する。
【００１５】
この融雪剤検出器本体１は、車両のタイヤ通過位置に合致するように埋設されており、その上面を通過するタイヤによって常に陽極１および陽極２の表面が清潔に保たれ、かつ周囲路面から新鮮な融雪剤の電解質含有水分が補給され続ける。その結果、電池効果を低下させる陽極での分極作用は抑制されることになる。なお、図１（Ａ）では、融雪剤検出器本体４を２個埋設し、通過車両の左右両輪に１個ずつ接触するようにして、陽極１および陰極２の路面露出面積を大きくした例を示している。このように電極部の露出面積を大きくすると、電極間の電流密度が低下するので、陽極１の分極作用ならびに陰極２の消耗作用を効果的に低減させることができる。
【００１６】
また図１（Ｂ）の埋設断面ａ−ｂに示されるように、陽極１と陰極２の間は絶縁体３が密に充填され、路面水分が各電極上面以外に付着して残留しないようにされている。したがって、路面の融雪剤濃度の変化に対する測定値の追従性を良好に保つことができる。
【００１７】
図１（Ｃ）は角型の融雪剤検出器本体４Ａであり、図１（Ｄ）は丸型の融雪剤検出器本体４Ｂである。このように、実際に製作する融雪剤検出器の形状は自由にできる。また、図１（Ｄ）に示すように、各電極を二対以上の並列構造にすることにより、検出器本体埋設面積を有効に利用して陽極１および陰極２の露出面積を確保することができる。
【００１８】
また、融雪剤検出器本体４の材料は電池電極と絶縁体のみであり、構造が簡易であるため堅牢に製作できる。したがって、融雪剤検出器本体４における路面埋設に必要な強度を容易に得ることができる。
【００１９】
図２（Ａ）および（Ｂ）には、融雪剤検出器本体４で発生した起電力を路面融雪剤濃度として読み取るための路面融雪剤濃度測定装置の基本原理が示されている。融雪剤検出器用陽極１および陰極２の反対側には負荷抵抗６を接続し、電圧計７を用いる場合には図２（Ａ）の回路を、電流計８を用いる場合には図２（Ｂ）の回路とする簡単な構造が特徴である。
【００２０】
動作原理は次のようになる。まず、路面に散布されている融雪剤が、路面水分により電解液をつくり、陽極１および陰極２の電池電極対に起電力を生じさせる。この起電力の大きさは、本来陽極１および陰極２のイオン化エネルギーの差で決定されるものである。しかしながら負荷抵抗６が接続されていることにより、発生した起電力は基本的にその負荷抵抗値と、電極間の内部抵抗とによって分圧される。この電極間の内部抵抗は、電解質となる融雪剤の電離度と濃度に依存して変化する。その結果、路面５の融雪剤濃度の変化を電圧又は電流の変化として読み取ることができるわけである。この発明による融雪剤濃度測定手法は外部電源供給装置を特に必要としないので簡易性および省エネルギー性に優れる。
【００２１】
図３（Ａ）または図３（Ｂ）では、実際の路面融雪剤濃度測定装置の使用において、制御出力器１２Ａまたは１２Ｂを併用することにより、融雪剤散布状況の遠隔監視や自動融雪剤散布機器の動作制御を容易に行うことができる方法を示している。
【００２２】
すなわち、図３（Ａ）では、トランジスタ９Ａのベース電流の感度を分圧抵抗１０Ａによって調整することにより、トランジスタ９Ａを増幅動作させるか、あるいは任意の閾値によるスイッチング動作させるか、を選択することができる。その結果、制御出力端子１１Ａでは、融雪剤濃度に応じた抵抗変化出力または融雪剤濃度閾値によるコレクタ接点出力を得ることができる。同じように、図３（Ｂ）では、トランジスタ９Ｂのベース電流の感度を分流抵抗１０Ｂによって調整することにより、制御出力端子１１Ｂから同様な制御出力を得ることができる。なお、制御出力器１２Ａおよび１２Ｂを併用した場合においても、基本的に外部電源は不要である。
【００２３】
図４には、本発明にかかる自動路面融雪剤濃度測定装置を使用して、融雪剤濃度の変化と実測した電圧の変化が示されている。グラフ１およびグラフ２はそれぞれ異なった負荷抵抗６の値を用いて測定した結果の例であり、それぞれ１．０ｋΩおよび０．１ｋΩが選択使用されている。ここでは、陽極１および陰極２としてそれぞれ銅および亜鉛を使用し、その各電極表面の露出部の大きさはともに５ｍｍ×１４０ｍｍ、電極間隔は１０ｍｍとしている。測定対象である融雪剤は、塩化物系、酢酸系、あるいは蟻酸系など、その水溶液が電解液として電池電極に起電力を発生させるものであれば、すべて測定可能である。ここでは塩化ナトリウムの例を示してある。この結果より、融雪剤濃度と負荷抵抗６にかかる電圧値には指数関数的な相関があるので、本発明により路面融雪剤濃度を測定できることがわかる。
【００２４】
またグラフ１とグラフ２によって示されるように、負荷抵抗６の大きさの違いによって描かれる近似曲線の切片と傾きが異なっていることがわかる。すなわち、負荷抵抗６の大きさを変化させると、その負荷抵抗６に分圧される電圧の大きさも変化する。この原理を利用して、幅広い融雪剤の濃度に対する感度調整が可能になる。例えば図４の場合、濃度が概ね０．０１％〜１．００％の範囲においては１．０ｋΩ、１％以上の範囲では０．１ｋΩが負荷抵抗６の値として適していると考えられる。したがって、本発明による路面融雪剤濃度測定装置の感度は、個々の路面の融雪剤散布状況に適合した感度を設定することができる。
【００２５】
さらにこの図４において、例えば負荷抵抗０．１ｋΩの場合における濃度３％のときの電流値に注目すると、約２ｍＡの値が得られている。したがって、図３（Ｂ）におけるトランジスタ９Ｂとして電流増幅率５００のものを選択したとき、濃度値３％を閾値とするコレクタ電流容量１Ａの接点制御を制御出力端子１１Ｂにおいて実現することができる。またこのとき、分流抵抗１０Ｂによってベース電流の最大値を２ｍＡまでに抑えると、トランジスタ９Ｂのコレクタ電流は飽和しないので、制御出力端子１１Ｂでは融雪剤濃度に応じて変化する抵抗値を得ることができる。
【００２６】
図５には、本発明による路面融雪剤濃度測定装置を用いて平成１１年１２月から平成１３年３月（２シーズン）にかけて行った実路面における観測結果の一部を示している。ここでは、銅および亜鉛の各電極露出部の大きさを２０ｍｍ×２００ｍｍ、電極間隔は１０ｍｍとして製作した融雪剤検出器本体４を、通過車両の左右両輪に接触するように片輪側１個ずつ計２個埋設して測定している。散布した融雪剤は塩化ナトリウムである。図５中に示されているように、融雪剤濃度を示す電圧値（融雪剤濃度電圧）は融雪剤散布Ｓ１を反映して急激に上昇し、数時間の残留を呈した後、徐々に低下している。そして再度、融雪剤散布Ｓ２を反映して急激な電圧値の再上昇を示していることが確認できる。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、請求項１による発明の自己起電力による路面融雪剤濃度測定手法では、絶縁体で隔離された材質の異なる２種類の電極を、その上面のみ露出させて路面に埋設し、湿潤路面の融雪剤による電解質と前記異種電極対によって構成され得る電池構造より発生する起電力を利用して、路面表面の融雪剤濃度測定をすることができる。
【００２８】
請求項２による発明の自己起電力による路面融雪剤濃度測定装置では、湿潤路面の融雪剤による電解質と電池構造電極によって生じた起電力を、電極の反対側に接続した負荷抵抗と融雪剤濃度に依存する前記電極間の内部抵抗とによって分圧し、負荷抵抗にかかる電圧値または負荷抵抗を流れる電流値の測定よって融雪剤濃度値を得ることができる。特に、外部からの電源供給を必要としないので、本発明によって融雪剤濃度の連続自動測定が容易にできる。
【００２９】
請求項３による発明の自己起電力による路面融雪剤濃度測定装置では、電極に接続した負荷抵抗の値を変更することにより、検出可能な融雪剤濃度の感度を容易に選択することができ、測定する路面散布状況に対する適合性がよい。
【００３０】
請求項４による発明の自己電力による路面融雪剤濃度測定装置では、融雪剤と電池構造電極による起電力から得られる電流又は電圧によってトランジスタを動作させることにより、他の外部機器の動作を自動的に制御するための出力を、外部電源不要で行うことが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の路面融雪剤濃度測定手法、および（Ｃ）、（Ｄ）は本発明にかかる融雪剤検出器本体を示す説明図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の路面融雪剤濃度測定手法の原理を示す回路図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の路面融雪剤濃度測定装置の外部機器制御信号出力方法を示す回路図である。
【図４】本発明にかかる融雪剤濃度測定手法によって測定した融雪剤濃度と電圧値の変化を示すグラフである。
【図５】路面温度および気温の変化と、このときの本発明の路面融雪剤濃度測定装置によって観測された路面融雪剤の濃度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１    融雪剤検出器用陽極
２    融雪剤検出器用陰極
３    絶縁体
４    融雪剤検出器本体
４Ａ  角型融雪剤検出器本体
４Ｂ  丸型融雪剤検出器本体
５    路面
６    負荷抵抗
７    電圧計
８    電流計
９Ａ  トランジスタ
９Ｂ  トランジスタ
１０Ａ  ベース電流感度調整用分圧抵抗
１０Ｂ  ベース電流感度調整用分流抵抗
１１Ａ  制御出力端子
１１Ｂ  制御出力端子
１２Ａ  制御出力器
１２Ｂ  制御出力器
【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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