JP2011053184A - マイクロ波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】積雪、凍結、湿潤、乾燥等の対象物の表面状態を判別する精度が高いマイクロ波センサを提供する。
【解決手段】マイクロ波受信機４が路面１等の対象物から放出される微弱なマイクロ波帯熱雑音２を計測し、赤外線放射温度計５が対象物から放出される赤外線３から物理温度を計測し、データ処理部６が計測されたマイクロ波帯熱雑音２と、物理温度との割合から積雪、凍結、湿潤、乾燥等の対象物の表面状態を判別する。さらにはデータ処理部６の検知結果を表示する表示部７を設けた積雪、凍結、湿潤、乾燥、等の対象物の状況を判別し、その結果を表示する。
【選択図】図１

Description

この発明は、対象物から放出される微弱なマイクロ波帯の熱雑音強度を検出して、積雪、凍結、湿潤、乾燥等の対象物の状態を判別するマイクロ波センサに関する。

マイクロ波帯の熱雑音強度を検出するセンサは、従来からリモートセンシングに用いられてきている。
例えば、特許文献１にあるようにマイクロ波受信機を用いて、対象物である路面から放出される微弱なマイクロ波帯の熱雑音強度を検出して路面の状態を検知する装置が提案されている。

実開昭６２−１８７８８４

しかしながら、マイクロ波受信機を用いて対象物として例えば路面からの熱雑音強度を計測しても、乾燥路面と凍結路面で、同様な熱雑音強度となる場合があり、それだけでは実際に路面状態を判別することは困難であった。

かかる点に鑑み、この発明は、対象物からの熱雑音強度だけでなく、温度計により対象物の物理温度を計測し、それらのデータを演算処理することにより、積雪、凍結、湿潤、乾燥、等の対象物の状態を判別するマイクロ波センサを提供することを目的とする。

この発明に係るマイクロ波センサは、対象物からの熱雑音強度を計測するマイクロ波受信機と、上記対象物の温度を計測する温度計と、上記熱雑音強度と温度との割合から対象物の状態を検知するデータ処理部とを備えたものである。

この発明のマイクロ波センサによれば、マイクロ波受信機が対象物からの熱雑音強度を計測し、温度計が上記対象物の温度を計測し、データ処理部が上記熱雑音強度と温度との割合から対象物の状態を検知するので、対象物の積雪、凍結、湿潤、乾燥等の状態を精度良く判別することができる。

この発明の実施の形態1によるマイクロ波センサの構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるマイクロ波センサの構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態３によるマイクロ波センサの構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態４によるマイクロ波センサの構成を示す説明図である。 所定周波数での熱雑音強度及び物理温度の計測値と路面状態との関係図である。 実施の形態１におけるデータ処理部６の動作説明図である。 実施の形態２におけるデータ処理部６の動作説明図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるマイクロ波センサの構成を示す説明図であり、１は観測すべき対象物でここでは以下路面として説明する。２は路面１から放出されるマイクロ波帯熱雑音（以下、熱雑音と称す）、３は路面１から放出される赤外線、４は熱雑音２の強度を計測するマイクロ波受信機、５は赤外線３から物理温度を計測する赤外線放射温度計、６は熱雑音２と物理温度との割合から対象物の状態を検知するデータ処理部である。

なお、ここで言うマイクロ波は、「波長１０００ｍｍ程度から１ｍｍ程度までの電磁波」を代表的に以下単にマイクロ波と称することとする。

図１に示す例では、路面１から放出される微弱な熱雑音２の強度をマイクロ波受信機４で計測する。同時に路面１から放出される赤外線３を赤外線放射温度計５で検出することにより路面１の物理温度を計測する。
また、データ処理部６はマイクロ波受信機４で計測された熱雑音２の強度と、赤外線放射温度計５で計測された物理温度の割合を演算処理し、積雪、凍結、湿潤、乾燥等の路面状態を判別する。

図５は所定周波数での熱雑音強度及び物理温度の計測値と路面状態との関係図である。図５では例えば乾燥路面、凍結路面及び湿雪路面の例を示している。図５により路面１の所定状態での物理温度と熱雑音強度とは比例関係にあることがわかる。また、例えば乾燥路面における路面１の物理温度が０℃、凍結路面における路面１の物理温度が−１０℃、及び湿雪路面における路面１の物理温度が１０℃時の熱雑音２の強度が等しくなっていることがわかる。このことより熱雑音２の強度を計測しただけで路面状態を判別することは困難である。しかしながら、路面１の熱雑音強度とともに物理温度を計測することによって、路面１の状態を精度良く推定できるようになることがわかる。

次に、データ処理部６の動作を説明する。図６は実施の形態１におけるデータ処理部６の動作説明図である。尚データ処理部６には、予め図５で示すような路面１を所定の周波数で計測した熱雑音、物理温度と路面状態との関係データが記憶されているものとする。データ処理部６は、マイクロ波受信機４にて測定した熱雑音強度を赤外線放射温度計５で測定した物理温度で除算した射出率と予め記憶しているデータとを比較して路面状態を判別する。図６では６ＧＨｚのマイクロ波が出力した熱雑音強度を計測した時の射出率により路面状態を判別している。これにより、熱雑音強度が同じでも物理温度の相違によって路面状態を把握することができるようになる。

参考までに、図６で示した路面状態は以下のように定義される。
・ 湿潤・・・湿気を帯びている路面状態
・ 湿雪・・・含水率の大きい雪（湿り雪）がある路面状態
・ 乾燥・・・湿気や水分の無い路面状態
・ 凍結・・・こおりついている路面状態。
・ 積雪・・・降り積もった雪がある路面状態

以上のように実施の形態１のマイクロ波センサによれば、マイクロ波受信機４が路面１からの熱雑音強度を計測し、赤外線放射温度計５が路面１からの温度を計測し、データ処理部６が上記熱雑音強度と温度との割合から路面１の状態を検知するので、路面の積雪、凍結、湿潤、乾燥等の状態を精度良く判別することができる。
尚、図６での判別結果において例えば「湿潤」と「湿雪」の重なり部分は「半湿雪」と定義しても良い。また、温度計として赤外線放射温度計５を用いることで熱雑音強度および温度とも対象物である路面と接触することなく計測できるので、車等の移動物に搭載しての計測が可能となり、より利用しやすくなる。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２によるマイクロ波センサの構成を示す説明図であり、前述した実施の形態１の場合と同様に路面１の熱雑音強度と物理温度を計測するが、路面１から放出される微弱な周波数の異なるマイクロ波帯熱雑音２ａ，２ｂを受信周波数の異なる２つのマイクロ波受信機４ａ，４ｂで計測し、赤外線放射温度計５で計測した路面１の物理温度とともにデータ処理部６で演算処理して路面１の状態を判別する。

また、図７は実施の形態２におけるデータ処理部６の動作説明図である。図７では第１に６ＧＨｚのマイクロ波が出力した熱雑音強度と物理温度から求めた射出率より６ＧＨｚでの路面状態を割り出す。第２に１８ＧＨｚのマイクロ波が出力した熱雑音強度と物理温度から求めた射出率より１８ＧＨｚでの路面状態を割り出す。これにより、６ＧＨｚの射出率と１８ＧＨｚの射出率との相関関係より路面１の状態を判別する。

これにより、例えば６ＧＨｚでの射出率で判別が「湿潤」及び「湿雪」との重なり部分にある「半湿雪」箇所を、１８ＧＨｚでの射出率との相関により「湿潤」又は「湿雪」と明確に判別できるようになる。また、６ＧＨｚ及び１８ＧＨｚの射出率が共に「湿潤」及び「湿雪」との重なり部分にある場合は「半湿雪」との判別に確実性が増すことで、実施の形態１よりもこまやかにかつ確実に路面１の状態を判別できるようになる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３によるマイクロ波センサの構成を示す説明図であり、データ処理部６の検知結果を表示する表示器７を設けたものである。
この形態に示すマイクロ波センサも前述した実施の形態１又は２の場合と同様に、路面１の状態を判別するが、実施の形態１又は２の構成に表示器７を付加することにより、自動的にしかもリアルタイムにマイクロ波センサを搭載した車の運転手に現在の路面の状態を知らせることができるようになる。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４によるマイクロ波センサの構成を示す説明図であり、データ処理部６の検知結果を外部に送信するデータ送信機８を設けたものである。
この形態に示すマイクロ波センサも前述した実施の形態１又は２の場合と同様に、路面１の状態を判別するが、実施の形態１又は２の構成にデータ送信機８を付加することにより、自動的にしかもリアルタイムに送信先の道路管理者等に路面の状態を知らせることができ、さらに道路管理者から付近を走行中のドライバーに現在の路面の状態を通報したり、広く現状の情報を発信し注意を喚起したりすることができるようになる。

この発明は、マイクロ波受信機と赤外線放射温度計を用いて、高い精度で路面状態を判別するセンサ装置の実現に有用である。またさらに、路面に限定されることなく表面の積雪、凍結、湿潤、乾燥の状態に関する情報を得ることができる。例えば、レーダードームの表面状態や太陽電池パネルの表面状態を自動的に判別し、除雪等の適切な対策を施すことによってより効率化を図ることができる等、広くその利用分野が存在する。

１ 路面
２，２ａ，２ｂ マイクロ波帯熱雑音
３ 赤外線
４，４ａ，４ｂ マイクロ波受信機
５ 赤外線放射温度計
６ データ処理部
７ 表示器
８ データ送信機

Claims (5)

1. 対象物からの熱雑音強度を計測するマイクロ波受信機と、
   上記対象物の温度を計測する温度計と、
   上記熱雑音強度と温度との割合から上記対象物の状態を検知するデータ処理部とを備えたことを特徴とするマイクロ波センサ。
2. 上記温度計に上記対象物から放出される赤外線を検出して計測する赤外線放射温度計を用いたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波センサ。
3. 上記マイクロ波受信機は上記対象物からの熱雑音強度を周波数の異なる２つの周波数で測定し、
   上記データ処理部は上記各々の周波数で計測した熱雑音と温度から周波数毎に上記対象物の状態を割り出すとともに、当該割り出した２つの状態の相関により上記対象物の状態を検知することを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ波センサ。
4. 上記データ処理部の検知結果を表示する表示部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のマイクロ波センサ。
5. 上記データ処理部の検知結果を外部に送信するデータ送信部を設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載のマイクロ波センサ。