(57)【要約】【課題】複数個の各センサーユニットの各投光部から投射光を投射すると共に投射光の雪片からの反射光を各受光部で受光することになり、この投光部の光軸を各センサーユニットの検出領域が重複するように交差状に配置され、各受光部からの検出パルスの論理積を論理積演算手段により演算してＡＮＤパルスを出力し、計数手段により論理積演算されたＡＮＤパルスの数及び各センサーユニットの重複検出領域の大きさを演算計測することになり、降雪強度の定量化計測の容易化及び計測精度を高めることができる。【解決手段】投光部１から投射光Ｒを投射すると共に投射光の雪片Ｄからの反射光を受光部２で受光する構造のセンサーユニットＡ・Ｂを複数個備えてなる。【選択図】図１
2008014677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出空間に投光部から投射光を投射すると共に該投射光の雪片からの反射光を受光部で受光する構造のセンサーユニットを複数個備えてなり、上記複数個のセンサーユニットの投光部の光軸を各センサーユニットの検出領域が重複するように交差状に配置すると共に各センサーユニットの検出作動が互いに非干渉な独立した状態でなされるように構成されてなり、該複数個のセンサーユニットの各受光部からの各検出パルスの論理積を演算出力すると共に該論理積演算されたＡＮＤパルスの数を計数し、該論理積演算されたＡＮＤパルスの数及び上記各センサーユニットの検出領域が重複する重複検出領域の大きさに基づいて降雪強度を計測することを特徴とする降雪強度計測方法。
【請求項２】
検出空間に投光部から投射光を投射すると共に該投射光の雪片からの反射光を受光部で受光する構造のセンサーユニットを複数個備え、上記複数個のセンサーユニットの投光部の光軸を各センサーユニットの検出領域が重複するように交差状に配置すると共に各センサーユニットの検出作動が互いに非干渉な独立した状態でなされるように構成された検出手段を備えてなり、該複数個のセンサーユニットの各受光部からの各検出パルスの論理積を演算出力する論理積演算手段と、該論理積演算されたＡＮＤパルスの数を計数する計数手段と、該論理積演算されたＡＮＤパルスの数及び上記各センサーユニットの検出領域が重複する重複検出領域の大きさに基づいて降雪強度を演算計測する演算計測手段とを具備してなることを特徴とする降雪強度計測装置。
【請求項３】
上記各検出手段は、電源回路と、基準となるクロックパルスを発振出力する発振回路と、該基準となるクロックパルスから各種のタイミングパルスを生成するタイミング発生回路と、該タイミングパルスによる投光パターンで上記投光部を駆動する投光駆動回路と、上記受光部からの検出パルスのうちの上記タイミングパルスに同期する検出パルスのみを弁別する信号処理回路と、該同期検出時の検出パルスを上記論理積演算手段に出力する出力回路とからなることを特徴とする請求項２記載の降雪強度計測装置。
【請求項４】
上記演算計測手段に外気温度を検出する温度センサを備えてなることを特徴とする請求項２又は３記載の降雪強度計測装置。
【請求項５】
上記複数個のセンサーユニットを内装した検出器体を水平旋回自在に配置し、該検出器体に吹いてくる風が該センサーユニットの投光部の光軸を可及的に横切るように風向きに応じて該検出器体を旋回させる風向舵部材を設けてなることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の降雪強度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば気象観測や融雪装置の自動制御に用いられる降雪強度計測方法及び降雪強度計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の降雪強度計測装置として、検出空間に投光部から測定光を投射すると共に該測定光の雪片からの反射光を受光部で受光する所謂反射型構造のセンサーユニットからの検出パルスの数を計数し、この検出パルスの数に基づいて降雪強度を演算計測しようとする構造のものが知られている。
【特許文献１】特公平４−２３７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来構造の場合、反射型構造のセンサーであるため、検出領域はセンサーユニットの前方に位置することから、センサー部分の大きさを小さくすることができ、製作コストも低減することができ、かつ、センサー部分の設置も容易に行うことができ、設置の融通性を高めることができるものの、一方において、反射型構造のセンサーの場合、計測すべき雪片の大きさ、雪片の移動速度により検出距離特性が大きく変化し、検出距離特性の変化により検出領域が曖昧となり、検出領域が曖昧となることにより一定領域での雪片検出ができず、一定領域における単位時間当たりの雪片の数を検出することができず、降雪強度の定量化、すなわち、刻々変化する降雪強度を計測することができないことがあるという不都合を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明はこれらの不都合を解決することを目的とするもので、本発明のうちで、請求項１記載の方法の発明にあっては、検出空間に投光部から投射光を投射すると共に該投射光の雪片からの反射光を受光部で受光する構造のセンサーユニットを複数個備えてなり、上記複数個のセンサーユニットの投光部の光軸を各センサーユニットの検出領域が重複するように交差状に配置すると共に各センサーユニットの検出作動が互いに非干渉な独立した状態でなされるように構成されてなり、該複数個のセンサーユニットの各受光部からの各検出パルスの論理積を演算出力すると共に該論理積演算されたＡＮＤパルスの数を計数し、該論理積演算されたＡＮＤパルスの数及び上記各センサーユニットの検出領域が重複する重複検出領域の大きさに基づいて降雪強度を計測することを特徴とする降雪強度計測方法にある。
【０００５】
又、請求項２記載の装置の発明は、検出空間に投光部から投射光を投射すると共に該投射光の雪片からの反射光を受光部で受光する構造のセンサーユニットを複数個備え、上記複数個のセンサーユニットの投光部の光軸を各センサーユニットの検出領域が重複するように交差状に配置すると共に各センサーユニットの検出作動が互いに非干渉な独立した状態でなされるように構成された検出手段を備えてなり、該複数個のセンサーユニットの各受光部からの各検出パルスの論理積を演算出力する論理積演算手段と、該論理積演算されたＡＮＤパルスの数を計数する計数手段と、該論理積演算されたＡＮＤパルスの数及び上記各センサーユニットの検出領域が重複する重複検出領域の大きさに基づいて降雪強度を演算計測する演算計測手段とを具備してなることを特徴とする降雪強度計測装置にある。
【０００６】
又、請求項３記載の装置の発明は、上記各検出手段は、電源回路と、基準となるクロックパルスを発振出力する発振回路と、該基準となるクロックパルスから各種のタイミングパルスを生成するタイミング発生回路と、該タイミングパルスによる投光パターンで上記投光部を駆動する投光駆動回路と、上記受光部からの検出パルスのうちの上記タイミングパルスに同期する検出パルスのみを弁別する信号処理回路と、該同期検出時の検出パルスを上記論理積演算手段に出力する出力回路とからなることを特徴とするものであり、又、請求項４記載の装置の発明は、上記演算計測手段に外気温度を検出する温度センサを備えてなることを特徴とするものであり、又、請求項５記載の装置の発明は、上記複数個のセンサーユニットを内装した検出器体を水平旋回自在に配置し、該検出器体に吹いてくる風が該センサーユニットの投光部の光軸を可及的に横切るように風向きに応じて該検出器体を旋回させる風向舵部材を設けてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は上述の如く、請求項１又は２記載の発明にあっては、検出空間に複数個の各センサーユニットの各投光部から投射光を投射すると共に投射光の雪片からの反射光を各受光部で受光することになり、この複数個のセンサーユニットの投光部の光軸を各センサーユニットの検出領域が重複するように交差状に配置され、この各センサーユニットの各受光部からの検出パルスの論理積を論理積演算手段により演算してＡＮＤパルスを出力し、この論理積演算されたＡＮＤパルスの数を計数手段により計数し、論理積演算されたＡＮＤパルスの数及び上記各センサーユニットの検出領域が重複する重複検出領域の大きさ、例えば、重複検出領域の面積に基づいて演算計測手段により降雪強度を演算計測することになり、このため、各センサーユニットの検出領域が重複する重複検出領域を形成することにより検出領域を特定することができ、特定された検出領域たる重複検出領域での雪片のみを検出することができ、降雪強度の定量化計測の容易化及び計測精度を高めることができ、かつ、各センサーユニットの検出作動が互いに非干渉な独立した状態でなされるように構成された検出手段を備えてなるから、各センサーユニット別に各検出パルスを検出することができ、正確な検出パルスを得ることができ、降雪強度の計測精度を高めることができる。
【０００８】
又、請求項３記載の発明にあっては、上記各検出手段は、電源回路と、基準となるクロックパルスを発振出力する発振回路と、該基準となるクロックパルスから各種のタイミングパルスを生成するタイミング発生回路と、該タイミングパルスによる投光パターンで上記投光部を駆動する投光駆動回路と、上記受光部からの検出パルスのうちの上記タイミングパルスに同期する検出パルスのみを弁別する信号処理回路と、同期検出時の検出パルスを上記論理積演算手段に出力する出力回路とからなるので、上記クロックパルスの固有の周波数の相違及び又は、各タイミング発生回路による異なる周波数のタイミングパルスの生成によって各センサーユニットの検出作動を互いに非干渉な独立した状態で確実に行うことができ、計測精度の向上を図ることができ、又、請求項４記載の発明にあっては、上記演算計測手段に外気温度を検出する温度センサを備えてなるから、雨雪判別をより正確に行うことができ、又、請求項５記載の発明にあっては、上記複数個のセンサーユニットを内装した検出器体を水平旋回自在に配置し、検出器体に吹いてくる風がセンサーユニットの投光部の光軸を可及的に横切るように風向きに応じて検出器体を旋回させる風向舵部材を設けてなるから、仮に同じ速度で移動する雪片でも風向きによって異なる角度で検出領域を通過すると通過時間が違ってくることになり、ＡＮＤパルスが発生しないことがあるが、風向舵部材により検出器体は吹いてくる風の向きに応じて旋回し、投光部の光軸を可及的に横切るように旋回するので、計測精度を高めることができる。降雪強度の計測精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１乃至図６は本発明の実施の形態例を示し、Ａ・Ｂは複数個、この場合、二個のセンサーユニットからなり、この各センサーユニットＡ・Ｂは、検出空間Ｋに投光部１から投射光Ｒを投射すると共に該投射光Ｒの雪片Ｄからの反射光Ｒを受光部２で受光する構造となっている。
【００１０】
この場合、図１、図２、図６において、地上に立設される支柱Ｇの上端部に検出器体Ｋの取付筒体Ｋ1を取付け、検出器体Ｋに各センサーユニットＡ・Ｂの投光部１の光軸を各センサーユニットＡ・Ｂの検出領域が重複するように交差状に配置し、この交差状配置により各センサーユニットＡ・Ｂの検出領域が重複する重複検出領域Ｗを形成するようにしている。
【００１１】
この投光部１には、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）などの発光素子１ａが内蔵され、受光部２にはフォトトランジスタ（ＰＴｒ）やフォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子２ａが内蔵されている。
【００１２】
この場合、上記二個のセンサーユニットＡ・Ｂの投光部１・１の光軸を各センサーユニットＡ・Ｂの検出領域が重複するように交差状に配置されている。
【００１３】
３・３は検出手段であり、上記各センサーユニットＡ・Ｂの検出作動が互いに非干渉な独立した状態でなされるように構成されている。
【００１４】
４は論理積演算手段であって、図３、図４、図５の如く、上記二個のセンサーユニットＡ・Ｂの各受光部２・２からの検出パルスの論理積を演算してＡＮＤパルスを出力する回路となっている。
【００１５】
５は計数手段であって、上記論理積演算されたＡＮＤパルスの数を計数する回路となっている。
【００１６】
６は演算計測手段であって、上記論理積演算されたＡＮＤパルスの数及び上記各センサーユニットＡ・Ｂの検出領域が重複する重複検出領域Ｗの大きさに基づいて降雪強度を演算計測する回路となっている。
【００１７】
例えば、ＡＮＤパルスの数＝Ｎ［個］、計測時間＝ｔ［分］とすると、
１時間当たりの降雪強度＝Ｒは（但し、計測時間ｔで検出したＡＮＤパルスが１時間続いたものとする。）、
Ｒ＝６０・ｋ・ｎ／（Ｓ・ｔ）
Ｒ＝降水量に換算した降雪強度［ｍｍ／ｈ］
ｋ＝雪片の質量パラメータ≒雪片の密度［ｍｍ／ｐｕｌｓ］（１雪片当たりの降水量換算量）
Ｓ＝雪片流線進入方向からみた重複検出領域Ｗの投影面積［ｃｍ2］
で求められることになる。
【００１８】
尚、この場合、上記演算計測手段６に外気温度を検出する例えばサーミスター温度計などの温度センサ７を備えている。すなわち、例えば、設定温度を０．３℃以下は雪、以上は雨として雨雪判別を設定したとすると、設定温度以上の場合には雨として出力せず、設定温度以下の場合には雪として降雪強度を演算計測するように構成している。
【００１９】
この場合、図２、図３の如く、上記各検出手段３は、電源回路３ａと、基準となるクロックパルスを発振出力する発振回路３ｂと、基準のクロックパルスから各種のタイミングパルスを生成するタイミング発生回路３ｃと、タイミングパルスによる投光パターンで上記投光部を駆動する投光駆動回路３ｄと、上記受光部２からの外乱光を除去する外乱光除去回路３ｅと、上記受光部２からの検出パルスのうちの上記タイミングパルスに同期する検出パルスのみを弁別する信号処理回路３ｆと、同期検出時の検出パルスを論理積演算手段４に出力する出力回路３ｇとからなる。
【００２０】
すなわち、図３、図４、図５において、センサーユニットＡ・Ｂの発振回路３ｂ・３ｂは、内蔵コンデンサーを定電流で充放電することにより、基準となるクロックパルスを固有の周波数（ｆａ）・周波数（ｆｂ）をもって発振出力し、この発振出力はタイミング発生回路３ｃに入力され、投光部駆動用パルス、デジタル信号処理用の各種のタイミングパルスを生成し、このタイミング発生回路により生成された投光部駆動用パルスにより投光駆動回路３ｄは投光部１のＬＥＤを所定のデューティ比で投光駆動し、しかして、この投光駆動回路３ｄにより投光部１のＬＥＤは所定の投光パターンで投射光を点滅投光し、その投射光の雪片Ｄからの反射光は受光部２に受光され、反射光の受光により受光部２のオンチップ型のフォトダイオードは光電流を発生し、この光電流は外乱光除去回路３ｅのプリアンプ回路により電圧に変換され、かつ、プリアンプ回路の交流増幅回路により直流及び低周波外乱光に対するダイナミックレンジが拡大されると共に信号検出感度が高められ、さらに、Ｃ結合によって低周波外乱光が除去され、同時にプリアンプ部の直流オフセットを除去し、またさらに、バッファーアンプ回路によりコンパレーターレベルまで増幅し、基準電圧発生回路でコンパレータレベル信号を出力し、コンパレータ回路のヒステリシス機能により入力光の微少変動によるチャタリングが防止され、そして、信号処理回路３ｆはゲート回路とデジタル積分回路とで構成され、このゲート回路は上記受光部２からの検出パルスのうちのタイミング発生回路３ｃにより生成されたタイミングパルスに同期する検出パルスのみを弁別し、非同期外乱光による誤動作を防止し、同期外乱光についてはデジタル積分回路により除去し、出力回路３ｇは同期検出時の検出パルスを論理積演算手段４へ出力することになる。
【００２１】
しかして、このような検出回路３・３の基準となるクロックパルスの固有の周波数（ｆａ）・周波数（ｆｂ）が相違すること、及び、又は、各タイミング発生回路３ｃ・３ｃにより生成される異なる周波数のタイミングパルスによって、各センサーユニットＡ・Ｂの検出作動が互いに非干渉な独立した状態でなされるように構成されている。
【００２２】
又、この場合、図６において、上記検出器体Ｋを軸受部Ｋ2により水平旋回自在に配置し、検出器体Ｋに吹いてくる風がセンサーユニットＡ・Ｂの投光部の光軸を可及的に横切るように風向きＦに応じて検出器体Ｋを旋回させる風向舵部材Ｍを設けている。
【００２３】
この実施の形態例は上記構成であるから、検出空間に複数個、この場合、二個の各センサーユニットＡ・Ｂの各投光部１・１から投射光Ｒを投射すると共に投射光Ｒの雪片Ｄからの反射光Ｒを各受光部２・２で受光することになり、この二個のセンサーユニットＡ・Ｂの投光部１・１の光軸を各センサーユニットＡ・Ｂの検出領域が重複するように交差状に配置され、この二個のセンサーユニットＡ・Ｂの各受光部２・２からの各検出パルスの論理積を論理積演算手段４により演算してＡＮＤパルスを出力し、この論理積演算されたＡＮＤパルスの数を計数手段５により計数し、論理積演算されたＡＮＤパルスの数及び上記各センサーユニットＡ・Ｂの検出領域が重複する重複検出領域Ｗの大きさ、例えば、重複検出領域Ｗの面積に基づいて演算計測手段６により降雪強度を演算計測することになり、このため、二個のセンサーユニットＡ・Ｂの検出領域が重複する重複検出領域Ｗを形成することにより検出領域を特定することができ、特定された検出領域たる重複検出領域Ｗでの雪片Ｄのみを検出することができ、降雪強度の定量化計測の容易化及び計測精度を高めることができ、かつ、各センサーユニットＡ・Ｂの検出作動が互いに非干渉な独立した状態でなされるように構成された検出手段３・３を備えてなるから、各センサーユニットＡ・Ｂ別に各検出パルスを検出することができ、正確な検出パルスを得ることができ、降雪強度の計測精度を高めることができる。
【００２４】
尚、雨滴のような表面が滑らかなものに対しては透過又は全反射し、雪片は乱反射する構造のため、雨滴のときには受光部２に戻る頻度は極めて少なく、このような雪片と雨滴との反射構造の違いによって、降雨を降雪と誤って検出することは少なく、又、上記重複検出領域Ｗの外にある雪片Ｄも偶々同時期に検出することもあるがその数は極めて少ないので、降雪強度の計測精度を低下させることはないと考えられる。
【００２５】
この場合、上記各検出手段３は、電源回路３ａと、基準となるクロックパルスを発振出力する発振回路３ｂと、該基準となるクロックパルスから各種のタイミングパルスを生成するタイミング発生回路３ｃと、該タイミングパルスによる投光パターンで上記投光部を駆動する投光駆動回路３ｄと、上記受光部２からの検出パルスのうちの上記タイミングパルスに同期する検出パルスのみを弁別する信号処理回路３ｆと、同期検出時の検出パルスを上記論理積演算手段４に出力する出力回路３ｇとからなるので、上記クロックパルスの固有の周波数（ｆａ）・周波数（ｆｂ）の相違及び又は、各タイミング発生回路による異なる周波数のタイミングパルスの生成によって各センサーユニットＡ・Ｂの検出作動を互いに非干渉な独立した状態で確実に行うことができ、計測精度の向上を図ることができ、又、この場合、上記演算計測手段６に外気温度を検出する温度センサ７を備えてなるから、雨雪判別をより正確に行うことができ、又、この場合、上記二個のセンサーユニットＡ・Ｂを内装した検出器体Ｋを水平旋回自在に配置し、検出器体Ｋに吹いてくる風がセンサーユニットＡ・Ｂの投光部２・２の光軸を可及的に横切るように風向きに応じて検出器体Ｋを旋回させる風向舵部材Ｍを設けてなるから、仮に同じ速度で移動する雪片Ｄでも風向きによって異なる角度で検出領域を通過すると通過時間が違ってくることになり、ＡＮＤパルスが発生しないことがあるが、風向舵部材Ｍにより検出器体Ｋは吹いてくる風の向きＦに応じて旋回し、投光部２・２の光軸を可及的に横切るように旋回するので、計測精度を高めることができる。
【００２６】
尚、本発明は上記実施の形態例に限られるものではなく、センサーユニットＡ・Ｂ、投光部１、受光部２、検出手段３、論理積演算回路４、計数手段５、演算計測手段６の構造等は適宜変更して設計されものである。
【００２７】
以上、所期の目的を充分達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態例の検出状態の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態例の構成系統ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態例の検出手段の構成系統ブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態例の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態例の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態例の斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
Ａ    センサーユニット
Ｂ    センサーユニット
Ｄ    雪片
Ｋ    検出器体
Ｗ    重複検出領域
Ｍ    風向舵部材
Ｆ    風向
Ｇ    支柱
１    投光部
２    受光部
３    検出手段
３ａ    電源回路
３ｂ    発振回路
３ｃ    タイミング発生回路
３ｄ    投光駆動回路
３ｅ    外乱光除去回路
３ｆ    信号処理回路
３ｇ    出力回路
４    論理積演算手段
５    計数手段
６    演算計測手段
７    温度センサ
【図１】
2008014677.tif 000003
【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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