(57)【要約】【課題】  路面の被覆水における凍結防止剤の濃度や厚み自身がパラメータになっており、この部分を推測等によって補う必要があるので、正確さに欠けるという課題があった。【解決手段】  ステップＳ１００では、電波送信手段１における発振器１１の周波数を１ＧＨｚ〜６ＧＨｚぐらいの範囲で変化させつつ、その際の反射率を送受信変化量算出部３から取得し、ステップＳ２００にて反射率のピーク比率を取得するとともに、ステップＳ３００では、このようにして求めたピーク比率が現れるピーク周波数を特定し、ステップＳ４００では、このピーク比率とピーク周波数を引数として周波数濃度関係記憶部４に記憶されているテーブル等を参照し、対応する濃度を取得するようにしたので、従来のような推測等の余地が無くなり、正確に濃度を測定することができる。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定面における無機塩水の濃度を計測するにあたり、同面に対して電波を照射し、反射した電波を受信し、照射波と反射波との関係に基づいて、同無機塩水の濃度を計測する被覆塩水計測装置であって、
上記面に対して所定の周波数の電波を照射する電波送信手段と、
上記面からの反射電波を受信してその強度を検知する電波受信手段と、
上記電波送信手段における照射電波の周波数を所定範囲で変化させつつ、上記電波受信手段での検知結果に基づいて照射電波と反射電波の強度の比率を求め、
同比率が極値となるピーク比率と、同比率がピーク比率となるときの周波数であるピーク周波数との対応関係とから上記面における無機塩水の濃度を特定する濃度計測制御手段とを具備することを特徴とする被覆塩水計測装置。
【請求項２】
上記比率における増減傾向が変化するときの比率を上記ピーク比率とすることを特徴とする上記請求項１に記載の被覆塩水計測装置。
【請求項３】
上記比率が最も小さくなったときの比率を上記ピーク比率とすることを特徴とする上記請求項２に記載の被覆塩水計測装置。
【請求項４】
上記濃度計測制御手段は、上記比率が変化する際における変化の尖頭度合いを合わせて評価することを特徴とする上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の被覆塩水計測装置。
【請求項５】
上記尖頭度合いは、上記比率の変化傾向が反転する前後での同比率の変化率の極大値と極小値との差を利用することを特徴とする上記請求項４に記載の被覆塩水計測装置。
【請求項６】
上記所定面は、道路面であることを特徴とする上記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の被覆塩水計測装置。
【請求項７】
上記道路面の下には、電波反射部材を埋設してあることを特徴とする上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の被覆塩水計測装置。
【請求項８】
上記電波反射部材は、カーボンファイバークロスであることを特徴とする上記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の被覆塩水計測装置。
【請求項９】
上記無機塩水は、凍結防止剤の溶解水であることを特徴とする上記請求項１〜請求項８のいずれかに記載の被覆塩水計測装置。
【請求項１０】
上記無機塩水は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムや酢酸マグネシウムナトリウムのいずれかまたはこれらの組み合わせを含む上記請求項１〜請求項９のいずれかに記載の被覆塩水計測装置。
【請求項１１】
所定面における無機塩水の濃度を計測するにあたり、同面に対して電波を照射し、反射した電波を受信し、照射波と反射波との関係に基づいて、同無機塩水の濃度を計測する被覆塩水計測方法であって、
上記照射電波の周波数を所定範囲で変化させつつ、上記面からの反射電波を受信してその強度を検知して照射電波と反射電波の強度の比率を求め、
同比率が極値となるピーク比率と、同比率がピーク比率となるときの周波数であるピーク周波数との対応関係とから上記面における無機塩水の濃度を特定することを特徴とする被覆塩水計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路や滑走路などの路面に散布した凍結防止剤（例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムや酢酸マグネシウムナトリウム等の無機塩で構成される。むろん、同様の無機塩で構成される融雪剤を含むが、本明細書および特許請求の範囲では簡単のために融雪剤を略し、凍結防止剤とのみ表記している。）に代表される無機塩水の有無や濃度を計測する被覆塩水計測装置および被覆塩水計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から路面に散布された凍結防止剤の濃度を測定して凍結を事前に防止する道路管理が行われているが、凍結防止剤の濃度を計測する方法あるいは装置として各種技術が開発されている（例えば特許文献１，２参照）。これらの技術では、観測車によって管理道路を走行しながらタイヤで跳ね上げた路面上の水を採取し、その採取した水に含まれる凍結防止剤の濃度を計測する方法が使われている。
【０００３】
しかし、この種の凍結防止剤の濃度計測方法にあっては、採取する装置の維持管理が煩雑であることに加えて、採取を行う部分に雪等がつまり採取ができなくなるといった問題があった。また、観測車が計測に出動する周期でしか凍結防止剤の濃度の計測ができないため、厳冬期においては頻繁に出動を繰り返す必要があるといった問題もあった。
【０００４】
このため、本願出願人は、路面に向けて電波を照射するとともに反射した電波を受信し、照射した電波に対する受信した電波の変化を基に凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測する方法を開発した（特許文献３）。
【特許文献１】特開平１１−１４５１５号
【特許文献２】特開平１１−２２９３１１号
【特許文献３】特開２００４−１０１５２１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献３の発明においては、電波の反射率に注目することによって実際の路面上の水を採取する必要がなくなり、技術的革新があった。しかし、反射率による凍結防止剤の有無・濃度の計測の前提として、実際には路面の被覆水における凍結防止剤の濃度や厚み自身がパラメータになっており、この部分を推測等によって補う必要があるので、正確さに欠けるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、路面等の所定面における凍結防止剤などの無機塩水の有無や濃度を正確に計測することが可能な被覆塩水計測装置、および被覆塩水計測方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、所定面における無機塩水の濃度を計測するにあたり、同面に対して電波を照射し、反射した電波を受信し、照射波と反射波との関係に基づいて、同無機塩水の濃度を計測する被覆塩水計測装置であって、上記面に対して所定の周波数の電波を照射する電波送信手段と、上記面からの反射電波を受信してその強度を検知する電波受信手段と、上記電波送信手段における照射電波の周波数を所定範囲で変化させつつ、上記電波受信手段での検知結果に基づいて照射電波と反射電波の強度の比率を求め、同比率が極値となるピーク比率と、同比率がピーク比率となるときの周波数であるピーク周波数との対応関係とから上記面における無機塩水の濃度を特定する濃度計測制御手段とを具備する構成としてある。
【０００８】
かかる構成とすることにより、濃度計測制御手段は、照射電波の周波数を所定範囲で変化させつつ、照射電波と反射電波の強度の比率を求める。
その前提として、照射電波の周波数を所定の範囲で変化させたとき、照射電波と反射電波の強度の関係も変化するが、現実には特定の変化パターン（反射率が最小となるとき）が表れる周波数（ピーク周波数）が塩水の濃度に殆ど影響されることなく被覆水の膜厚によって特定し得ることが分かった。このため、被覆水の膜厚と上記ピーク周波数とを予め所定の対応関係として記憶しておけば、同対応関係に基づいて被覆水の膜厚、およびそれに基づいた被覆の状態を特定できることになった。また、このような関係をさらに検証した結果、濃度によって上記ピーク周波数と同ピーク周波数となるときにおける上記強度の関係（最小値となるピーク比率）とが変化することも分かった。このため、逆にピーク比率とピーク周波数とを利用して濃度を求めることが可能である。
【０００９】
上記濃度計測制御手段は、同比率のピーク比率と、同比率がピーク比率となるときの周波数とを求め、予め求めておいた両者と濃度との対応関係とを参照して上記面における無機塩水の濃度を特定する。
ここでピーク比率は分子と分母との関係で最大値あるいは最小値のような値をそれぞれ表すことになる。また、比率は、それぞれ別個に強度を求めておく場合も含むし、強度の差異が直接求められる回路等を利用してもよい。さらに、強度の比率は必ずしも割り算の関係にある必要はなく、一対一の対応関係となる別の演算結果として導出するようにしても良い。
【００１０】
ピーク比率の表し方の一例として、請求項２にかかる発明は、上記請求項１に記載の被覆塩水計測装置において、上記比率における増減傾向が変化するときの比率を上記ピーク比率とする構成としてある。
照射電波と反射電波の強度の比率にピーク比率が生じるので、ある周波数で何らかのピークをなすとすれば、その周波数に至るまでの同比率の増減傾向と、同周波数を超えた後での同比率の増減傾向は逆転する。従って、上記のように構成した請求項２にかかる発明においては、この増減傾向の変化に着目することでピーク比率を得る。
【００１１】
増減傾向の変化を端的に表す一例として、請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の被覆塩水計測装置において、上記比率が最も小さくなったときの周波数を上記ピーク比率とする構成としてある。
以上の特定においては、照射電波と反射電波の強度の関係を求めた上で、同関係のピーク比率とピーク周波数とを利用して所定の対応関係と対比させる必要がある。この際の演算の分解能を向上させる一例として、請求項４にかかる発明では、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の被覆塩水計測装置において、上記濃度計測制御手段は、上記比率が変化する際における変化の尖頭度合いを合わせて評価する構成としてある。
後述するように、上記比率の変化は上記無機塩水の濃度に応じて変化傾向が異なっている。すなわち、無機塩水の濃度が大きな場合に変化の尖頭度合いが大きくなる傾向が現れる。このため、同変化の尖頭度合いを合わせて利用することで上記比率の変化のみに基づく場合に比べて精度は向上する。
【００１２】
変化傾向として利用する尖頭度合いの求め方は各種の手法を採用可能であるが、その一例として、請求項５にかかる発明では、上記請求項４に記載の被覆塩水計測装置において、上記尖頭度合いは、上記比率の変化傾向が反転する前後での同比率の変化率の極大値と極小値との差を利用する構成としてある。
照射電波と反射電波の強度の関係を比率で表した場合、同比率はある周波数において極小値を有するカーブを描くため、極小値において上記比率の変化の傾向は減少から増加に反転する。このような反転が生じる前後では特別な要因がなければＳ字カーブを描くのが通常である。尖頭度合いはこのカーブのなだらかさ、あるいは急峻さを示すことになる。この尖頭度合いは上記極小値の前後におけるＳ字カーブに表れる変化率の極大値と極小値をもって表すことができる。
この際、比率の変化率の極大値と極小値との差を利用することで比較的簡易な演算で実施することができる。
【００１３】
むろん、このような無機塩水の濃度を検知する効果的な適用例は、道路面上における凍結防止剤の溶解水の有無であり、請求項６にかかる発明では、上記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の被覆塩水計測装置において、上記所定面は、道路面であることを特徴としている。
【００１４】
照射電波と反射電波の強度に基づいて判断をするため、反射電波の強度も高い方が好ましい。このため、請求項７にかかる発明では、上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の被覆塩水計測装置において、上記道路面の下には、電波反射部材を埋設した構成としてある。
道路面の下に電波反射部材を埋設しておくことにより、照射電波は効率的に反射され、道路面上の無機塩水の影響以外の要因で減衰が生じるようなことを防止できる。
【００１５】
電波反射部材は各種の構成を採用することが可能であり、その一例として、請求項８にかかる発明では、上記電波反射部材は、カーボンファイバークロスで構成してある。
カーボンファイバークロスは電波反射が高いため、照射電波は効率的に反射される。
【００１６】
この他、請求項９にかかる発明は、上記無機塩水が凍結防止剤の溶解水である場合の発明であり、請求項１０にかかる発明は、上記無機塩水が、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムや酢酸マグネシウムナトリウムのいずれかまたはこれらの組み合わせを含む場合の発明である。
【００１７】
このように、照射電波の周波数を所定範囲で変化させつつ、照射電波と反射電波の強度の関係から被覆無機塩水の濃度を特定する手法は必ずしも実体のある装置に限られる必要はなく、その方法としても機能することは容易に理解できる。
【００１８】
このため、請求項１１にかかる発明は、所定面における無機塩水の有無や濃度を計測するにあたり、同面に対して電波を照射し、反射した電波を受信し、照射波と反射波との関係に基づいて、同無機塩水の濃度を計測する被覆塩水計測方法であって、上記照射電波の周波数を所定範囲で変化させつつ、上記面からの反射電波を受信してその強度を検知して照射電波と反射電波の強度の比率を求め、同比率が極値となるピーク比率と、同比率がピーク比率となるときの周波数であるピーク周波数との対応関係とから上記面における無機塩水の濃度を特定する構成としてある。
すなわち、必ずしも実体のある装置に限らず、その方法としても有効であることに相違はない。むろん、この場合にも装置の発明と同様にその従属請求項の発明を適用できる。
【００１９】
ところで、このような被覆塩水計測装置は単独で存在する場合もあるし、ある機器に組み込まれた状態で利用されることもあるなど、発明の思想としてはこれに限らず、各種の態様を含むものである。従って、ソフトウェアであったりハードウェアであったりするなど、適宜、変更可能である。
発明の思想の具現化例として被覆塩水計測装置のソフトウェアとなる場合には、かかるソフトウェアを記録した記録媒体上においても当然に存在し、利用されるといわざるをえない。
むろん、その記録媒体は、磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今後開発されるいかなる記録媒体においても全く同様に考えることができる。また、一次複製品、二次複製品などの複製段階については全く問う余地無く同等である。その他、供給方法として通信回線を利用して行なう場合でも本発明が利用されていることにはかわりない。
さらに、一部がソフトウェアであって、一部がハードウェアで実現されている場合においても発明の思想において全く異なるものではなく、一部を記録媒体上に記憶しておいて必要に応じて適宜読み込まれるような形態のものとしてあってもよい。
【００２０】
本発明をソフトウェアで実現する場合、ハードウェアやオペレーティングシステムを利用する構成とすることも可能であるし、これらと切り離して実現することもできる。例えば、各種の演算処理といっても、その実現方法はオペレーティングシステムにおける所定の関数を呼び出して処理することも可能であれば、このような関数を呼び出すことなくハードウェアから入力することも可能である。そして、実際にはオペレーティングシステムの介在のもとで実現するとしても、プログラムが媒体に記録されて流通される過程においては、このプログラムだけで本発明を実施できるものと理解することができる。
【００２１】
また、本発明をソフトウェアで実施する場合、発明がプログラムを記録した媒体として実現されるのみならず、本発明がプログラム自体として実現されるのは当然であり、プログラム自体も本発明に含まれる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明は、照射電波と反射電波の強度の比率を観察し、同比率がピーク比率となるときの値と周波数とによって簡易に濃度を求めることが可能となった。
また、請求項２にかかる発明によれば、比率における増減傾向が変化する点に着目することでピーク比率を得やすくなる。
さらに、請求項３にかかる発明によれば、比率が最も小さくなったときに着目するので演算はきわめて容易となり、構成を簡素化することができる。
さらに、請求項４にかかる発明によれば、変化の尖頭度合いを合わせて評価することで精度の向上を図ることができる。
【００２３】
さらに、請求項５にかかる発明によれば、演算の負荷を大きく増大させることなく精度の向上を図れる。
さらに、請求項６にかかる発明によれば、道路面上には傾斜によって常に一様な水膜が形成されるため無機塩水の有無や濃度を容易に検知することができる。
さらに、請求項７にかかる発明によれば、反射電波をロスなく発生させることができるので、計測の信頼性も向上する。
さらに、請求項８にかかる発明によれば、カーボンファイバークロスは電波反射効率が高い上にしなやかであるので道路面に埋設するのに好適である。
【００２４】
さらに、請求項９にかかる発明によれば、凍結防止剤の濃度を特定するのに好適である。
さらに、請求項１０にかかる発明によれば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムや酢酸マグネシウムナトリウムのいずれかまたはこれらの組み合わせからなる凍結防止剤の濃度を特定するのに好適である。
さらに、請求項１１にかかる発明によれば、同様の効果を奏する被覆塩水計測方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の被覆塩水計測装置を凍結防止剤の濃度計測装置に適用した一実施形態を図１により説明する。１は電波の電波送信手段にして、数ＧＨｚ以下（本実施例においては、後述するように１．５ＧＨｚ〜３．５ＧＨｚ）の発振周波数の電界を生成する発振器１１と、入力された信号を増幅し数ＧＨｚ以下の電波として照射する送信アンテナ１２とから構成される。
【００２６】
２は電波受信手段にして、路面Ｒから反射した電波を受信する受信アンテナ２２と受信した電波を検波する検波器２１とから構成される。なお、送信アンテナ１２と受信アンテナ２２は、梁柱などの支持手段によって路面に対して電波を正反射させて受信する位置に並べて配置される。
【００２７】
３は電波送信手段１の送信強度に対する電波受信手段２の受信強度の比を電波の減衰量（反射率）として算出する送受信変化量算出部、４は路面Ｒに照射した電波の減衰量の変化傾向が変化する際のピーク比率とピーク周波数と、凍結防止剤の濃度とを対応づけた周波数濃度関係を予め記憶した周波数濃度関係記憶部、５は電波の減衰量の変化と周波数濃度関係から路面状態を判別する路面状態判別部である。
【００２８】
６は通信手段を備え、路面状態判別部５で判別された凍結防止剤の溶解水濃度を図示しない中央の観測装置に配信する出力部、７は凍結防止剤の濃度を検出するためのプログラムを記憶した制御プログラム記憶部、８は制御プログラム記憶部７のプログラムと図示しないキースイッチにより設定されたサンプリング周期や発振周波数などの設定値に従い前記の１〜６を制御し凍結防止剤の濃度計測を実行するＣＰＵである。なお、９はアスファルトなどの路面Ｒに埋設されたカーボンファイバークロスからなる電波反射体にして、より精度の高い検出結果を得る場合に使用するものであり、路面内に埋設している。
【００２９】
次に、本被覆塩水計測装置の動作の説明に入る前に計測原理について説明する。なお、その前提として、道路面上に凍結防止剤の溶解水からなる水膜が存在する場合の照射電波と反射電波の強度の比率の変化については、本願出願人の先願出願である特願２００３−２９７６７２号などに詳細を記載してある。ここに同出願の内容を引用する。
【００３０】
図２〜図４は、上記電波送信手段１における発振器１での発振周波数を変化させた際の無機塩水が塩化ナトリウムであるときの周波数変化と反射率との対応関係を示している。ここで、反射率は送受信変化量算出部３が算出する電波送信手段１の送信強度に対する電波受信手段２の受信強度の比である。このような反射率は表現の差こそあれ、減衰率を含めた各種の表現が可能であるが、実質的には、照射電波の強度と反射電波の強度との関係（比率など）を意味する。
【００３１】
図２は水膜の膜厚が０．０１ｍｍ、図３は同水膜の膜厚が０．０５ｍｍ、図４は同水膜の膜厚が０．１ｍｍの場合である。また、各図には、水膜が同じであって塩水濃度が異なる場合についてグラフ化してあり、それぞれ濃度０％の水、濃度５％の塩水、濃度１０％の塩水、濃度１５％の塩水を乾燥状態を合わせて記載しつつ表示している。
【００３２】
各図に現れているように、周波数が変化すると反射率が変化していくことは共通するものの、反射率の値や変化の仕方は塩水の濃度や膜厚によってさまざまであり、このままでは濃度あるいは膜厚のいずれか一方が特定されないと他方は特定できない。
しかし、本願出願人はこのような状況の中においても反射率が変化する際の極値（ピーク比率）に着目したところ、膜厚と同ピーク比率が現れる周波数との間に相関関係が生じていることを発見した。
【００３３】
図５は、このピーク値が現れる周波数（ピーク周波数：ピーク周波数）と膜厚との対応関係を示している。同図に示すように、縦軸のピーク周波数が１．５ＧＨｚ〜３．３ＧＨｚの範囲で変化するのに対応して膜厚は０ｍｍ（乾燥状態）〜１．００ｍｍの範囲で一対一で対応することが分かる。従って、ピーク周波数ごとに膜厚を対応づけてテーブル等としておけば、ピーク周波数を得てから同テーブルの引数として参照すれば膜厚を特定することができる。
【００３４】
むろん上述したピーク周波数は一つの現象に過ぎない。また、ピーク周波数が現れるのは反射率の変化に何らかの極値が存在することの一例に過ぎない。その意味で他の相当する値として特定することも可能である。また、反射率が一旦減少した後、ピーク周波数を超えると増加するという意味では、反射率の増減傾向が変化する時点の周波数をとらえても良い。この場合、微分値をとって正負の符号が変化する周波数でよい。さらに、極端な例では反射率の変化のカーブ全体として特定することも可能である。カーブをサンプリングして特定した状態で最小自乗法等によって最も差異の小さいカーブを特定すればよい。
【００３５】
以上においては反射率が最小値となるときのピーク周波数を求め、このピーク周波数が膜厚に依存する現象を利用していた。しかし、反射率の極値自体に濃度依存性があることが分かった。図６は塩水の濃度ごとにピーク比率とピーク周波数の関係をグラフで示している。同図においては、それぞれ濃度０％の水、濃度１％の塩水、濃度３％の塩水、濃度５％の塩水、濃度７％の塩水、濃度１０％の塩水、濃度１５％の塩水を表示している。同図に示すように、同じ周波数であるなら濃度が高くなるにつれて反射率は下がる傾向を示している。従って、ピーク比率とピーク周波数を特定することで塩水の有無や濃度を特定できる。
【００３６】
次に、このようにして濃度を求める際の演算精度の向上を図る手法について説明する。まず、図６は離散的な濃度に基づく実験結果をグラフ化しているが、この離散的なグラフに基づいて補間演算を用いることにより、同グラフで欠いている任意の濃度における反射率ピーク値と周波数との関係を求めることができる。この関係を二次元（参照値が二つ）のテーブル（以下、二次元濃度テーブルと呼ぶ）としておくことにより、反射率のピーク比率とピーク周波数とから濃度を参照することが可能となる。
【００３７】
次に、図２〜図４を参照すると、ピーク比率が小さい値を取る場合、反射率の変化特性は急峻となり、大きな値を取る場合は同特性がなだらかになっていることが分かる。従って、ピーク比率の情報だけでなく、この反射率の変化特性における急峻度合い（尖頭度合い）を付加することで上述した濃度テーブルの分解能を向上させることが可能となる。むろん、手順としては分解能を向上させた状態でテーブル化し、周波数濃度関係記憶部４に記憶しておく。
【００３８】
図７はこのような尖頭度合いを求めるための説明用のグラフを示している。反射率が図２〜図４に示すように変化する場合、ピーク値の前後では特性の変化は連続的であり、その変化カーブはいわゆるＳ字カーブ（概略的には３次関数といえる）となる。従って、反射率の微分値を求めると、図７に示すように、周波数が徐々に上がるにつれ、正の領域において極大値を迎えてから徐々に減少し、「０」となる位置で上述したピーク値を生じ、その後、減少度合いが減って極小値を迎え、今度は増加し始める。このような微分値の変化は、上述した極大値と極小値において変化のカーブにおける最大の傾斜部位を示すものであり、両者の差をもって下降時のカーブの傾斜と上昇時のカーブの傾斜との差を表す。むろん、この差は急峻さを表すから尖頭度合いに他ならない。
【００３９】
そこで、反射率のピーク値が小さい値を取る場合に反射率の変化特性は急峻となり、大きな値を取る場合は同特性がなだらかになっていることを反射率の値に反映させて強調化するためには、
補正反射率＝（ピーク比率）／（尖頭度合い）
なる演算を実行すればよい。むろん、かかる強調演算は一例に過ぎない。
図８はこのようにピーク比率を強調補正した補正反射率を使用して図６に示す関係を表現し直している。同図に示すように、図８によれば濃度が異なる場合における分離度合いがより大きくなり、分解精度が向上したことが表れている。
【００４０】
以上より、予め図８に示す特性曲線を得た後に、同特性曲線を利用して補間演算を行い、分解精度が向上した状態で二次元濃度テーブルを作成する。そして、上述したように周波数濃度関係記憶部４に記憶しておく。ただし、図８において分離度合いの低い３．６ＧＨｚ以上の周波数に関しては、図6の反射率と周波数の関係を元に作成した二次元濃度テーブルを利用し、低周波領域と高周波領域のそれぞれの分解能が高い計測を行うことが望ましい。
【００４１】
以上のような各種の手法を採用可能であるとして、図９はその一例であるピーク比率とピーク周波数から濃度を判別するための制御フローチャートを示している。
図において、ステップＳ１００では、ＣＰＵ８が制御主体となって電波送信手段１における発振器１１の周波数を望ましくは１ＧＨｚ〜６ＧＨｚぐらいの範囲、より狭めた範囲としては１．５ＧＨｚ〜３．５ＧＨｚぐらいの範囲で変化させつつ、その際の反射率を送受信変化量算出部３から取得する。より具体的には、周波数を変化させる範囲において所定の周波数間隔を設けて発振器１１に発振周波数を設定し、発振器１１が同発振周波数で発振すると送信アンテナ１２を介して路面Ｒに送信する。送信された電波は路面Ｒの状況および路面Ｒに埋設した電波反射体９によって反射電波となり、受信アンテナ２２と検波器２１を介して電波受信手段２にて受信される。その受信結果を得て送受信変化量算出部３が反射率を求め、ＣＰＵ８は先に設定した発振周波数と反射率との対応関係を得る。その後、発振周波数を所定の周波数間隔で変化させながら各発振周波数に対応する反射率を得て所定の記憶領域に記憶していく。
【００４２】
なお、所定面に照射する周波数は上記実施例の周波数に限定されるものではなく、図２〜４に示すように水膜の膜厚に対してピーク比率がシフトする他の周波数帯を用いても、同様な計測を実行することが可能である。
【００４３】
次に、予定している周波数の全範囲で反射率を求めたら、ステップＳ２００にて反射率のピーク値であるピーク比率を取得する。最も簡単な手法としてはステップＳ１００にて所定の記録領域に記憶しておいた反射率の最小値を求めることで対応できる。また、最小自乗法を使用して反射率の変化カーブを求め、その変化カーブにおける最小値を求めても良い。また、同変化カーブを微分して増減傾向の変化ポイントを求めても良い。いずれにしてもこのようなピーク比率を求める。
【００４４】
ステップＳ３００では、このようにして求めたピーク比率が現れる周波数であるピーク周波数を特定する。ステップＳ１００〜Ｓ３００はこのようなピーク周波数に相当する周波数を求める手順に過ぎないので、アルゴリズムは適宜変更可能である。例えば、図１０に示すように、ステップＳ１１０にて周波数を変化させながら反射率を取得する際に、周波数を変化する前後で反射率の大小を比較し、低い方の反射率を記憶しつつそれに対応する周波数を記憶させる。周波数を徐々に変化させていっても常に最小の反射率のときの周波数が記憶されるので、最も簡便に上述したピーク周波数を求めることが可能となる。
【００４５】
ステップＳ４００では、これらのピーク比率とピーク周波数とを引数として上記二次元濃度テーブルを参照すると、対応する濃度を取得することができる。この結果を得て、路面状態判別部５は、無機塩水の有無や濃度を特定する。従って、上述したステップＳ１００〜Ｓ４００の制御は上述した濃度計測制御手段に相当する。
【００４６】
テーブル等の記憶手法は様々であり、ピーク比率とピーク周波数と濃度との関係については、二次元のテーブルで引数をピーク比率とピーク周波数として対応する濃度を対として記憶しておいてもよいし、予め所定間隔で比率と周波数とが並ぶことを前提として所定間隔ごとに濃度だけを並べて記憶しておいても良い。
【００４７】
このように、ステップＳ１００では、電波送信手段１における発振器１１の周波数を１ＧＨｚ〜６ＧＨｚぐらいの範囲で変化させつつ、その際の反射率を送受信変化量算出部３から取得し、ステップＳ２００にて反射率のピーク比率を取得するとともに、ステップＳ３００では、このようにして求めたピーク比率が現れるピーク周波数を特定し、ステップＳ４００では、このピーク比率とピーク周波数を引数として周波数濃度関係記憶部４に記憶されているテーブル等を参照し、対応する濃度を取得するようにしたので、従来のような推測等の余地が無くなり、正確に濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる被覆塩水計測装置を適用した凍結防止剤の濃度計測装置のブロック図である。
【図２】０．０１ｍｍの膜厚における塩水濃度と反射率を周波数の関係を示す図である。
【図３】０．０５ｍｍの膜厚における塩水濃度と反射率を周波数の関係を示す図である。
【図４】０．１ｍｍの膜厚における塩水濃度と反射率を周波数の関係を示す図である。
【図５】ピーク周波数と膜厚の関係を示す図である。
【図６】無機塩水の各濃度における反射率の最小値と周波数との関係を示すグラフである。
【図７】尖頭度合いの説明を示す図である。
【図８】無機塩水の各濃度における補正反射率と周波数との関係を示すグラフである。
【図９】凍結防止剤の濃度計測装置における制御フローを示すフローチャートである。
【図１０】凍結防止剤の濃度計測装置における制御フローの変形例を示すフローチャートである
【符号の説明】
【００４９】
１…電波送信手段
１１…発振器
１２…送信アンテナ
２…電波受信手段
２１…検波器
２２…受信アンテナ
３…送受信変化量算出部
４…周波数濃度関係記憶部
５…路面状態判別部
６…出力部
７…制御プログラム記憶部
８…ＣＰＵ
９…電波反射体
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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