(57)【要約】【課題】  ノイズの多い設置場所においても幅広い温度領域で安定した出力を維持する雨雪降量計を提供する。【解決手段】  水と雨雪を検知する部材の温度による誘電率の変化を補償する関数を通すとともに、回路の温度ドリフトを補償する関数を通し、設置された場所におけるノイズレベルを自動補正する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小箱に開口部を設けこの開口部に雨雪を付着させるための第１の絶縁体を密着して小箱上部を閉鎖し、この第１の絶縁体の下にくし型電極を密着させその下に第２の絶縁体を密着し、さらにこの下に上記第１の絶縁体、くし型電極および第２の絶縁体を温めるためのアルミ板、ヒーター用抵抗および第１の温度計からなるヒーター部を設け、さらにこの下に回路上の温度を測定する第２の温度計を備えた回路部を設け、さらに下に外気温を測定する第３の温度計を設置し、第３の温度計は露出させた形で防水用充填材を注入してモールドしたことを特徴とする雨雪降量計。
【請求項２】
小箱の開口部を密封閉鎖している第１の絶縁体に付着する雨雪の量に応じてくし型電極の静電容量が変化することを検出する回路部が、発振周波数２ＭＨｚ、振幅５Ｖｐｐでくし型電極の一方を駆動する発振部と、もう一方のくし型電極からの信号を整流する整流部と、整流部からの信号を増幅する増幅部と、増幅部からの信号をＡＤ変換して入力するＣＰＵ部と、このＣＰＵ部は第１の温度計、第２の温度計および第３の温度計からのＡＤ変換された入力を持ちさらに上記増幅部へバイアス電圧を与えるＤＡ変換出力と、ヒーター用抵抗へ流す電流をＯＮ／ＯＦＦさせる出力と、最終的に雨雪の降量を判定して出力する機能と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の雨雪降量計。
【請求項３】
回路部のＣＰＵ部が雨雪の有り無しを精度良く出力する外部の感雨計からの入力端子を備え、ＣＰＵ部がこの入力端子の信号により晴れと判断した場合において増幅部からのＡＤ変換された入力レベルを現時点でのノイズレベルと判定し増幅部へのバイアス電圧を与えるＤＡ変換出力を変化させて上記増幅部からのＡＤ変換された入力レベルを所定のベースラインの位置に保つプログラムを組込んだことを特徴とする請求項２記載の雨雪降量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、農業分野や崖崩れなどの災害防止分野において利用される降雨量や降雪量をリアルタイムで検出し出力する雨雪降量計に関する。
【背景技術】
【０００２】  雨センサや雪センサとして電極間に交流電圧を印加し電極間の電流又は静電容量の変化を検出する方法は実開昭６４−３０４７０号に開示されており、その雨センサや雪センサを天窓開閉制御装置に取りつける方法は実告平４−１２８９７号に開示されている。これらの電気的検出方法は、少量の雨雪であってもその降り始めをいち早く検出することを第一の目的としており雨雪量に応じて出力が変化するものではなかった。そのため、雨雪量を測定するために転倒マスによってカウントする方法が一般的に利用されてきた。また、水の誘電率を利用してくし型電極間の静電容量の変化を検出する感雨感雪センサにおいてはくし型電極と雨雪の付着面との間を絶縁するためにガラスコーティング、樹脂系塗料およびプリント基板の基材を利用するなどの工夫がされてきた。静電容量の変化を検出する回路としては、周波数の変化として捉える方法や数百ｋＨｚ以上の交流でくし型電極を励磁しくし型電極からの信号を増幅して電圧変化として捉える方法などが利用されてきた。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】    農業分野において潅水散水の制御を行う場合や大雨大雪による災害予防警報を出す場合、さらに降雪量に応じて融雪装置を動かす場合などにおいては、霧雨小雨小雪の降り始めを検知することはそれほど重要ではなくむしろ降雨降雪量の大小や変化の傾向をつかむことが最重要課題となっている。前記転倒マス方式は、その積算数値において正確である反面、転倒してマスが空になってからいっぱいになるまでの時間を計測するため、雨雪の降り方の強度は平均化された数値でしか表すことができなかった。また、転倒マス方式は大型で重量があり高価である。また前記くし型電極と雨雪の付着面との間を絶縁するためにプリント基板の基材を使用する場合はセラミックス基材など温度による誘電率変化の小さい比較的高価な材料が使われてきた。
本発明は、小型軽量安価で雨雪量に応じた出力を得ることができる雨雪降量計を提供するためになされた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は、上記の目的を達するために次の構成を設ける。請求項１においては、小箱に開口部を設けこの開口部に雨雪を付着させるための第１の絶縁体を密着して小箱上部を閉鎖した。この第１の絶縁体の下にくし型電極を密着させその下に第２の絶縁体を密着させた。以上くし型電極を２つの絶縁体でサンドイッチした部分が雨雪感知部である。雨雪感知部を温めるためこの下にアルミ板、ヒーター用抵抗および第１の温度計からなるヒーター部を設け、さらにこの下に回路上の温度を測定する第２の温度計を備えた回路部を設け、さらに下に外気温を測定する第３の温度計を設置し、第３の温度計のみ露出させた形で回路部から上を防水用充填材を注入してモールドした。
【０００５】  次に、請求項１の動作原理を説明する。基本的動作は開口部に密封された第１の絶縁体に付着した雨雪の水分量の変化をくし型電極の静電容量の変化として捉え制御部に設けたＣＰＵが判定して結果を出力するものである。しかるに雨雪降量計は屋外に暴露設置されるものであり外気温はマイナス４０度Ｃからプラス４０度Ｃまで変動しさらに直射日光を受けると雨雪降量計内部はプラス６０度Ｃまで上昇すると想定しなければならない。図４に示すように温度に影響される要素として最低３つは考慮しなければならない。第１は水の誘電率が温度により変化することであり第２はくし型電極周辺すなわち上記雨雪感知部の誘電率が温度により変動することであり第３は回路部内のとりわけアナログ信号を処理するＯＰアンプ周辺回路の温度ドリフトである。この３つの温度補償を行うための３つの関数を求める方法であるが、図５に示すように基準温度例えば２５度Ｃからの偏差を実験によりプロットすることによりマイナス４０度Ｃからプラス６０度Ｃの範囲内で２次〜３次関数で近似することができるため指数関数を使用することもないためプログラムへの負担が軽減される。次にヒーター部はヒーター用抵抗の熱源がアルミ板で均一化されて雨雪感知部に伝導される。アルミ板の温度を測定する第１の温度計データをフィードバックさせヒーターのＯＮＯＦＦを行うためのＰＩＤ制御を回路部のＣＰＵに受け持たせる。原理的には上記温度補償を行うための３つの関数が正しければヒーター制御はラフでも良いはずであるが、風などによる外気温の変化による雨雪感知部の温度変化が第１の温度計に反映されるまでのタイムラグもあり、より安定した温度を維持できるヒーター制御が望ましい。
【０００６】  請求項２においては、小箱の開口部を密封閉鎖している第１の絶縁体に付着する雨雪の量に応じてくし型電極の静電容量が変化することを検出する回路部が、発振周波数２ＭＨｚ、振幅５Ｖｐｐでくし型電極の一方を駆動する発振部と、もう一方のくし型電極からの信号を整流する整流部と、整流部からの信号を増幅する増幅部と、増幅部からの信号をＡＤ変換して入力するＣＰＵ部を備えている。このＣＰＵ部は第１の温度計、第２の温度計および第３の温度計からのＡＤ変換された入力を持ちさらに上記増幅部へバイアス電圧を与えるＤＡ変換出力と、ヒーター用抵抗へ流す電流をＯＮ／ＯＦＦさせる出力と、最終的に雨雪の降量を判定して出力する機能を備えている。
【０００７】  次に、請求項２の動作原理を説明する。発振周波数２ＭＨｚ、振幅５Ｖｐｐの発振部は一般的なＤＣ５Ｖで動作するデジタル回路の矩形波出力をそのまま利用できることを示している。整流部と増幅部で使用するＯＰアンプは汎用的なＩＣで十分であり特に高速タイプや低ノイズタイプの必要はない。増幅部のバイアス電圧を変化させる理由は、ＡＤ変換の持つレンジをフルに使うだけの増幅率を稼ぎたいので温度変化による変動やノイズによるベースラインの変動で増幅後の上限がサチレーションしてしまうためＣＰＵのプログラムによる補正では対応できないためである。適正なバイアス電圧は、あらかじめ不揮発性メモリに入れておくか、外部より通信によってセットされてもよい。ＣＰＵは第１の温度計、第２の温度計および第３の温度計からのＡＤ変換されたデータを使って上記３つの温度補償を行うための３つの関数で補正値を作成し増幅部から入ってきたＡＤ変換されたデータに対して３回の補正を行い、最終的に雨雪の降量を判定して出力する。
【０００８】  請求項３においては、回路部のＣＰＵ部が雨雪の有り無しを精度良く出力する外部の感雨計からの入力端子を備え、ＣＰＵ部がこの入力端子の信号により晴れと判断した場合において増幅部からのＡＤ変換された入力レベルを現時点でのノイズレベルと判定し増幅部へのバイアス電圧を与えるＤＡ変換出力を変化させて上記増幅部からのＡＤ変換された入力レベルを所定のベースラインの位置に保つプログラムを組込んだ。
【０００９】  次に、請求項３の動作原理を説明する。請求項２の動作原理の中で増幅部への適正なバイアス電圧は不揮発性メモリか通信によってセットされるとあるがこれだけでは不充分な場合が存在する。雨雪降量計が設置されノイズレベルに合わせた適正なバイアス電圧がセットされ運用が開始されたあと、この雨雪降量計の周辺の環境変化により図３に示すように晴れ時のベースラインが変化し現時点で読み取れるデータとベースラインとの差の値これが雨雪量を示すのであるがこの差の値が信頼できなくなる場合がある。この問題を解決するため外部の信頼できる感雨計の出力をＣＰＵが取りこんで晴れ時のベースラインを所定のラインに維持するように増幅部へのバイアス電圧を変化させることとした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  本発明による実施例を図１、図２に基づいて説明する。図１においては小箱２の開口部１を第１の絶縁体３で内側からふさぐ。第１の絶縁体３は小枝小石などが当る可能性があり所定の強度が求められる。この下にくし型電極４をプリントした基板５を貼り付けその下にアルミ板６、ヒーター用抵抗１２と第１の温度計１１を搭載した基板７を密着させる。ヒーター用抵抗１２と第１の温度計１１はアルミ板６と充分接触させる必要があるため熱伝導シリコンを接触部分に塗付してもよい。ヒーター部の温度の影響をなるべくさけるためスペーサー８で間隔を取り回路部９を配置する。ＯＰアンプの直近に第２の温度計１３を設ける。外気温を測る第３の温度計１０は回路基板の裏側に接続され、回路部９まで小箱２内に納めて防水用充填材でモールドする。第３の温度計１０はしっぽのように小箱２から露出している。【００１１】  図２は回路部９の回路実施例を示している。発振部１４からくし型電極４に接続されくし型電極４からの出力信号が整流部１６と増幅部１７を通り増幅部出力１８はＡＤ変換されてＣＰＵに入力される。ＣＰＵは増幅部１７のバイアス電圧１５をコントロールすることができる。そのほかＣＰＵへの入力として第１の温度計１１、第２の温度計１３、第３の温度計１０及び外部感雨計からの入力があり、出力としてヒーター用電流のＯＮＯＦＦ出力と最終的雨雪量の出力を備えている。必要に応じて不揮発性メモリや通信用機能を持たせてもよい。
【発明の効果】
【００１２】  本発明によれば、小型軽量安価で雨雪量に応じた出力を得ることができるとともにノイズの多い設置場所においても幅広い温度領域で安定した出力を維持する雨雪降量計を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  組立て図である。
【図２】  回路図である。
【図３】  ノイズレベルを説明するグラフである。
【図４】  温度により影響を受けることを示すグラフである。
【図５】  温度補正の近似関数を作成するためのグラフである。
【符号の説明】
１  開口部
２  小箱
３  第１の絶縁体
４  くし型電極
５  第２の絶縁体
６  放熱用アルミ板
７  ヒーター部基板
８  スペーサー
９  回路部
１０  第３の温度計
１１  第１の温度計
１２  ヒーター用抵抗
１３  第２の温度計
１４  発振部
１５  バイアス電圧
１６  整流部
１７  増幅部
１８  増幅部出力
【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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