(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雪に関する情報を検出する複数の電極と、
前記複数の電極の少なくとも一部の面を対向するように保持し、下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面を備える複数のアームと、
を具備し、
前記複数の電極の少なくとも一部が対向する面の間の静電容量に基づき雪に関する情報が検出されることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記複数のアームの対向する面と反対側の面は、前記傾斜面であることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記雪に関する情報は雪密度であり、
前記複数の電極の少なくとも一部の対向する面は垂直であることを特徴とする請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
前記アームを地面に固定し、下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面を備える固定部を具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のセンサ。
【請求項５】
前記雪に関する情報は雪密度であることを特徴とする請求項１、２および４のいずれか一項記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサに関し、例えば雪に関する情報を検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、寒冷地域では、計画的な利水を目的とし、ダム流域における積雪包蔵水量の算出が行われている。積雪包蔵水量は、ダムの流域面積に積雪深と雪密度を掛けることにより算出可能である。ダムの流域面積は地形情報から把握可能である。積雪深さは、例えば超音波方式の自動積雪深計により自動連続測定が可能である。しかしながら、自動連続測定可能な雪密度センサは実用化されていない。このため、雪密度の測定は人力での作業となる。
【０００３】
静電容量を用いて積雪を検知する方法が知られている（例えば特許文献１）。静電容量を用いて雪密度を算出する方法が知られている（例えば特許文献２）。このように、電極を用い雪に関する情報を検出するセンサが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−６７６５４号公報
【特許文献２】特開平６−２８８８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、特許文献１および２のように電極を用い雪に関する情報を検出する場合、雪と電極との間にギャップが形成される場合がある。この場合、ギャップにより、複数の電極間の雪の静電容量を精度よく検出できない。
【０００６】
本センサは、雪に関する情報をより精度よく検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
雪に関する情報を検出する複数の電極と、前記複数の電極の少なくとも一部の面を対向するように保持し、下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面を備える複数のアームと、を具備し、前記複数の電極の少なくとも一部が対向する面の間の静電容量に基づき雪に関する情報が検出されることを特徴とするセンサを用いる。
【発明の効果】
【０００８】
本センサによれば、雪に関する情報をより精度よく算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）および図１（ｂ）は、比較例に係るセンサの断面図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施例１に係るセンサの断面図である。
【図３】図３は、実施例１の変形例に係るセンサの断面図である。
【図４】図４は、実施例１およびその変形例に係るセンサのブロック図である。
【図５】図５は、実施例１およびその変形例に係るセンサの算出部の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、雪密度と比誘電率の関係を示した図である。
【図７】図７は、実施例２に係るセンサの斜視図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係るセンサのそれぞれ上面図、側面図および正面図である。
【図９】図９は、実施例３に係るセンサの斜視図である。
【図１０】図１０は、実施例３の変形例の付加部の断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照し、実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
まず、比較例について説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は、比較例に係るセンサの断面図である。図１（ａ）に示すように、雪５０内に、雪密度を検出する２つの電極１２が対向して設けられている。２つの電極１２間の静電容量を測定することにより、雪密度を検出することができる。２つのアーム１０は、電極１２を対向するように保持されている。２つのアーム１０の内面および外面はほぼ垂直に形成されている。
【００１２】
図１（ｂ）に示すように、アーム１０に熱が伝わると、アーム１０に接している雪５０が融けてしまう。これにより、アーム１０と雪５０との間にギャップ５２が形成される。この場合、電極１２は、雪５０の静電容量と２つのギャップ５２の静電容量とが直列に接続された静電容量を検出する。空気、水および氷の比誘電率はそれぞれ１、４および８１である。一方、雪の比誘電率は１から４の間である。よって、ギャップ５２の少なくとも一部が空気、水および氷の少なくとも１つで満たされると、電極１２は、雪５０の静電容量を精度よく測定できない。このため、雪密度を精度よく検出できない。
【００１３】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施例１に係るセンサの断面図である。図２（ａ）に示すように、２つのアーム１０は、それぞれ対向する内面１４と外側の外面１６とを備えている。内面１４および外面１６は、いずれも下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面となっている。傾斜面の垂直方向（例えば重力方向）との角度はθである。このように、アーム１０は、上から下に裾広がりの形状を備えている。
【００１４】
図２（ｂ）に示すように、アーム１０の周囲にギャップ５２が形成される。積雪深は、秋から冬にかけて増加し、冬から春にかけて減少する。これは、積雪によって積雪深が増加し、蒸発または融雪によって積雪深が減少するためである。さらに、積雪は、上から下にゆっくりと移動する。これは、融雪または雪の重量により雪が圧縮するためである。雪の上から下への移動速度は、環境に依存するため一定ではないが、例えば１日に数ｍｍから数ｃｍである。このため、矢印５８のように雪５０が下降する。実施例１によれば、アーム１０が下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面（例えば重力方向に対し傾斜している面）を備える。これにより、下降した雪５０が内面１４および外面１６に接触する。このように、ギャップ５２が雪５０により埋まる。よって、ギャップ５２が形成され難く、電極１２を用い、雪５０の静電容量を精度よく測定することができる。
【００１５】
図３は、実施例１の変形例に係るセンサの断面図である。図３に示すように、アーム１０の対向する面１４は互いに平行であり垂直である。一方、アーム１０の対向する面１４と反対側の面１６は、傾斜面である。実施例１の図２（ａ）のように、面１４が傾斜面の場合、雪が下に移動することにより、アーム１０間の雪が圧縮され、雪密度が高くなることがある。このため、精度のよい雪密度が検出できない場合がある。実施例１の変形例によれば、面１４が垂直（例えば重力方向に平行）である。これにより、アーム１０間の雪密度を精度よく検出することができる。また、アーム１０の面１６は傾斜面であるため、雪を効率よく下方向に移動させることができる。よって、ギャップ５２の生成を抑制することができる。
【００１６】
実施例１およびその変形例において、アーム１０の材料は、熱伝導が小さく絶縁性の高い材料であることが好ましい。アーム１０の材料として、例えばポリセタール等の樹脂を用いることができる。電極１２は、導電性の材料であり、例えばステンレス等の金属を用いることができる。電極１２の形状は、例えば長方形、正方形または円形とすることができる。アーム１０が２個、電極１２が２個の例を説明したが、アーム１０は３以上、電極１２は３以上でもよい。また、１個のアーム１０に１個の電極１２が設けられている例を説明したが、１個のアーム１０に複数の電極１が設けられていてもよい。傾斜面の重力方向に対する角度θは、例えば２２°とすることができる。角度θは、雪５０の下への移動を妨げず、かつギャップ５２の形成を抑制する範囲とすることが好ましい。
【００１７】
図４は、実施例１およびその変形例に係るセンサのブロック図である。センサ１００は、電極１２、検出回路３０、駆動回路３２、算出部３４およびメモリ３６が設けられている。駆動回路３２は、電極１２のうち一部の電極に例えば１ＭＨｚ程度の正弦波の電圧信号を印加する。検出回路３０は、電極１２のうち他の電極に流れる交流電流の振幅を直流電圧信号に変換する。さらに、検出回路３０は、デジタル信号に変換し、算出部３４に出力する。例えばＭＰＵ（Micro Processing Unit）が算出部３４として機能する。メモリ３６は、例えば揮発性メモリまたは不揮発性メモリである。
【００１８】
図５は、実施例１およびその変形例に係るセンサの算出部の処理を示すフローチャートである。図５に示すように、まず、算出部３４は、駆動回路３２に駆動信号を電極１２に印加させる（ステップＳ１０）。算出部３４は、検出回路３０に、電極１２に流れる電流のデジタル値を算出部３４に出力させる（ステップＳ１２）。算出部３４は、駆動回路３２が電極１２に印加した信号と、電極１２を流れた電流とから、電極１２間の静電容量を検出する（ステップＳ１４）。算出部３４は、静電容量から雪５０の比誘電率を算出する（ステップＳ１６）。算出部３４は、メモリ３６から、比誘電率と雪密度との相関を取得する（ステップＳ１８）。算出部３４は、取得した相関を用い雪５０の比誘電率から雪５０の雪密度を算出する（ステップＳ２０）。算出部３４は、算出した雪密度を出力する（ステップＳ２２）。その後、終了する。
【００１９】
図６は、雪密度と比誘電率の関係を示した図である。黒丸は測定点、実線は近似曲線である。比誘電率が１は空気の場合であり、比誘電率が４は氷の場合である。メモリ３６は、図６の雪密度と比誘電率の相関を記憶している。図４のステップＳ１８において、算出部３４は、メモリ３６から図６の相関を取得する。ステップＳ１６おいて算出した雪５０の比誘電率から図６を用い雪密度を算出できる。例えば、雪５０の比誘電率が２．０の場合、雪密度は０．４２ｇ／ｃｍ３と算出できる。
【実施例２】
【００２０】
図７は、実施例２に係るセンサの斜視図である。図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係るセンサのそれぞれ上面図、側面図および正面図である。図７から図８（ｃ）に示すように、センサ１００は、アーム１０、電極１２および固定部２５を備えている。固定部２５は、アーム１０を地面２０に固定する。固定部２５は、支柱２２、接続部２４および保持部２６を備えている。支柱２２は地面２０に固定されている。支柱２２は、地面２０に対しほぼ垂直（例えば重力方向）に起立している。保持部２６は、アーム１０が同じ方向に延伸するように保持している。接続部２４は、保持部２６と支柱２２とを接続する。支柱２２、接続部２４および保持部２６としては、絶縁性が高く、かつ熱伝導の低い材料が好ましい。例えば、ポリセタール等の樹脂を用いることができる。なお、２つの電極１２の距離Ｗ１は例えば１０ｃｍ、電極１２の大きさは１０ｃｍ×１０ｃｍとすることができる。傾斜面の重力方向に対する角度θは、実施例１と同様とすることができる。
【００２１】
図７のように、アーム１０が固定部２５により地面２０に固定されている。これにより、矢印４０のように、地面２０の地熱が支柱２２、接続部２４および保持部２６を介しアーム１０に伝搬する。よって、図１（ｂ）および図２（ｂ）において説明したように、アーム１０の回りにギャップが形成され易くなる。よって、アーム１０を実施例１およびその変形例のような構造とすることが好ましい。
【００２２】
さらに、固定部２５が支柱２２を備え、支柱２２の頂点が雪の上面より突出している場合、矢印４２のように、日射熱が支柱２２、接続部２４および保持部２６を介しアーム１０に伝搬する。よって、アーム１０を実施例１およびその変形例のような構造とすることが好ましい。
【００２３】
さらに、実施例２においては、固定部２５は、下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面を備える。例えば、支柱２２は、下部の幅が上部の幅より大きい。また、接続部２４は、下部の幅が上部の幅より大きい。保持部２６は、下部の幅が上部の幅より大きい。このように、固定部２５が傾斜面を備えることにより、雪が下に移動しやすくなる。よって、より精度の高い雪密度を検出できる。なお、支柱２２、接続部２４および保持部２６のそれぞれ側面は全て傾斜面であることにより、より雪の下への移動が促進される。しかしながら、支柱２２、接続部２４および保持部２６のそれぞれ側面は、少なくとも一部が傾斜面であればよい。
【００２４】
保持部２６の複数のアーム１０に挟まれた面２７は垂直（例えば重力方向に平行）であることが好ましい。これにより、雪が下に移動することにより、アーム１０間の雪密度が高くなることを抑制できる。
【実施例３】
【００２５】
図９は、実施例３に係るセンサの斜視図である。図９に示すように、接続部２４に接続された付加部２８が設けられている。矢印４６のように、支柱２２からアーム１０に向かう熱は、その一部が矢印４４のように、付加部２８に伝搬する。付加部により、雪に放熱される。これにより、アーム１０の回りにギャップが形成され難くなる。また、付加部２８の幅Ｗ３は、アーム１０の幅Ｗ２より広いことが好ましい。これにより、付加部２８からより放熱することができる。さらに、付加部２８は、下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面を備える。付加部２８のそれぞれ側面は全て傾斜面であることにより、より雪の下への移動が促進される。しかしながら、付加部２８のそれぞれ側面は、少なくとも一部が傾斜面であればよい。これにより、雪が下に移動しやすくなる。
【００２６】
図１０は、実施例３の変形例の付加部の断面斜視図である。図１０に示すように、付加部２８は、上面に凹部５４および凸部５６を備えている。このように、付加部２８の表面に凹凸が形成されていることにより、より効率的に放熱することができる。なお。凹凸は上面以外の表面に設けられていてもよい。
【００２７】
実施例１から３およびそれらの変形例において、複数の電極１２が雪密度を検出する場合を例に説明したが、複数の電極１２は、雪に関する情報を検出すればよい。例えば、電極１２は、積雪を検出してもよい。また、複数の電極１２は、雪の静電容量を検出することにより、雪密度を検出する場合について説明したが、電極１２は、雪の電気抵抗等を検出してもよい。
【００２８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００２９】
実施例１から３を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
付記１：雪に関する情報を検出する複数の電極と、前記複数の電極の少なくとも一部を対向するように保持し、下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面を備える複数のアームと、を具備することを特徴とするセンサ。
付記２：前記複数のアームの対向する面と反対側の面は、前記傾斜面であることを特徴とする付記１記載の雪密度センサ。
付記３：前記複数のアームの対向する面は垂直であることを特徴とする請求項１または２記載のセンサ。
付記４：前記アームを地面に固定し、下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面を備える固定部を具備することを特徴とする付記１から３のいずれか一項記載のセンサ。
付記５：前記複数のアームが同じ方向に延伸するように前記複数のアームを保持し、下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面を備える保持部を具備することを特徴とする付記１から３のいずれか一項記載のセンサ。
付記６：前記保持部の前記複数のアームに挟まれた面は垂直であることを特徴とする請求項５記載のセンサ。
付記７：地面に固定された支柱と、前記支柱と前記保持部とを接続する接続部と、を具備し、前記支柱および前記接続部は、下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面を備えることを特徴とする付記５または６記載のセンサ。
付記８：前記接続部に接続され、前記複数のアーム部より幅の広い付加部を具備し、前記付加部は、下部の幅が上部の幅より大きくなるような傾斜面を備えることを特徴とする付記７記載のセンサ。
付記９：前記付加部の表面に凹凸が形成されていることを特徴とする付記８記載のセンサ。
付記１０：前記雪に関する情報は雪密度であることを特徴とする付記１から９のいずれか一項記載のセンサ。
【符号の説明】
【００３０】
１０      アーム
１２      電極
１４、１６  面
２０      地面
２２      支柱
２４      接続部
２６      保持部
５０      雪
５２      ギャップ
【図１】
0005857814.tif 000002
【図２】
0005857814.tif 000003
【図３】
0005857814.tif 000004
【図４】
0005857814.tif 000005
【図５】
0005857814.tif 000006
【図６】
0005857814.tif 000007
【図７】
0005857814.tif 000008
【図８】
0005857814.tif 000009
【図９】
0005857814.tif 000010
【図１０】
0005857814.tif 000011