JP2014041034A - Measuring device and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計測装置及び計測方法に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method.
一対の電極を測定対象物質に配置してその電極間の静電容量を計測する技術、計測された静電容量に基づいてその物質の比誘電率を計測する技術、更に、計測された比誘電率に基づいてその物質の密度を求める技術が知られている。例えば、雪を計測対象とし、電極を用いて雪の静電容量、比誘電率を計測し、その計測値から雪の密度を求める技術が知られている。 A technology for measuring the capacitance between electrodes by placing a pair of electrodes on the measurement target material, a technology for measuring the relative dielectric constant of the material based on the measured capacitance, and the measured dielectric constant Techniques for determining the density of a substance based on the rate are known. For example, a technique is known in which snow is an object to be measured, the capacitance and relative permittivity of snow are measured using electrodes, and the density of snow is obtained from the measured values.
また、静電容量を利用した計測技術として、電極間の静電容量に基づいて湿度を計測する容量式湿度センサが知られている。 As a measurement technique using capacitance, a capacitive humidity sensor that measures humidity based on capacitance between electrodes is known.
これまでの計測技術では、計測対象の形態、或いは計測環境やその変化の影響により、電極間の適正な静電容量を計測することができない場合がある。このように電極間の静電容量が適正に計測されない場合には、電極間の計測対象について、その比誘電率や密度を高精度に計測することができないことが起こり得る。 In the conventional measurement technology, there is a case where an appropriate capacitance between the electrodes cannot be measured due to the form of the measurement object, the measurement environment, or the influence of the change. Thus, when the electrostatic capacitance between electrodes is not measured appropriately, it may happen that the relative permittivity and density of the measurement object between the electrodes cannot be measured with high accuracy.
例えば、計測対象が雪の場合、その密度の変化に伴う比誘電率の変化が1.5〜4程度と小さく、静電容量の変化も小さいため、計測される静電容量、更にそれから得られる比誘電率や密度にばらつきが生じる虞がある。また、計測対象が雪の場合、計測が屋外で行われるため、屋外に設置される計測装置の回路が計測環境やその変化の影響を受け易く、適正な静電容量等が得られない虞がある。 For example, when the object to be measured is snow, the change in relative dielectric constant accompanying the change in density is as small as about 1.5 to 4, and the change in capacitance is also small. There is a risk of variations in relative permittivity and density. In addition, when the measurement target is snow, the measurement is performed outdoors, so the circuit of the measurement device installed outdoors is easily affected by the measurement environment and its change, and there is a possibility that appropriate capacitance or the like may not be obtained. is there.
本発明の一観点によれば、一対の電極と、第1キャパシタを備える参照部と、前記一対の電極及び前記第1キャパシタの出力を検出する検出部と、前記検出部を前記一対の電極又は前記第1キャパシタに接続するスイッチ部と、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第1出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第1キャパシタの第2出力を用いて、前記一対の電極間の第1静電容量を算出する第1算出部とを含む計測装置が提供される。 According to an aspect of the present invention, a pair of electrodes, a reference unit including a first capacitor, a detection unit that detects an output of the pair of electrodes and the first capacitor, and the detection unit as the pair of electrodes or A switch unit connected to the first capacitor; a first output of the pair of electrodes connected to the detection unit by the switch unit; and a second of the first capacitor connected to the detection unit by the switch unit. A measurement device is provided that includes a first calculation unit that calculates a first capacitance between the pair of electrodes using an output.
また、本発明の一観点によれば、計測装置を用いた計測方法が提供される。 Moreover, according to one viewpoint of this invention, the measuring method using a measuring device is provided.
開示の技術によれば、参照部のキャパシタを用いることで、検知部の電極間に存在する計測対象の形態や計測環境で変化し得る静電容量を適正に計測することが可能になる。 According to the disclosed technology, by using the capacitor of the reference unit, it is possible to appropriately measure the capacitance that can change in the form of the measurement target and the measurement environment existing between the electrodes of the detection unit.
以下、計測装置について、雪密度を計測する計測装置(雪密度センサ)を例に、詳細に説明する。
例えば、利水を目的として、積雪量を計測し雪から得られる水量を予測することは非常に有効である。雪から得られる水量の予測は、例えば、雪密度と積雪深を計測することで算出することが可能である。雪密度センサとして、対向する電極間の静電容量からその電極間の雪の比誘電率を計測し、その比誘電率を用いて雪の密度を計測するセンサが知られている。このような雪密度センサを用いることで、雪密度を経時的に計測することも可能になる。
Hereinafter, the measuring device will be described in detail by taking a measuring device (snow density sensor) for measuring snow density as an example.
For example, for the purpose of water utilization, it is very effective to measure the amount of snow and predict the amount of water obtained from snow. The prediction of the amount of water obtained from snow can be calculated, for example, by measuring snow density and snow depth. As a snow density sensor, a sensor is known that measures the relative dielectric constant of snow between electrodes from the capacitance between opposing electrodes and measures the density of snow using the relative dielectric constant. By using such a snow density sensor, the snow density can be measured over time.
ところで、雪密度の変化に伴う誘電率の変化は非常に小さく、比誘電率で1.5〜4程度である。そのため、これまでの雪密度センサでは、対向する電極間の静電容量の変化が小さく、雪密度センサの回路特性が計測環境やその変化の影響を受け、計測値にばらつきが生じる可能性がある。雪密度センサは、屋外に設置されることが想定されるため、計測環境やその変化の影響を受け易い。 By the way, the change of the dielectric constant accompanying the change of the snow density is very small, and the relative dielectric constant is about 1.5 to 4. Therefore, in the conventional snow density sensor, the capacitance change between the opposing electrodes is small, and the circuit characteristics of the snow density sensor are affected by the measurement environment and the change, and the measurement value may vary. . Since the snow density sensor is assumed to be installed outdoors, it is easily affected by the measurement environment and its change.
尚、静電容量の変化を大きくする方法として、対向する電極の面積を大きくする、或いは、対向する電極間の距離を小さくするという方法も考えられる。しかし、電極面積を大きくした場合には、製造コストの増加や設置面積の増大を招く可能性があり、電極間距離を小さくした場合には、電極間に雪が積もらない、或いは均一に積もらないといった状況を招く可能性がある。 In addition, as a method of increasing the change in capacitance, a method of increasing the area of the opposing electrodes or reducing the distance between the opposing electrodes can be considered. However, when the electrode area is increased, there is a possibility of increasing the manufacturing cost and the installation area. When the distance between the electrodes is reduced, no snow is accumulated between the electrodes, or it is not accumulated uniformly. It can lead to a situation.
また、静電容量を計測するうえでその計測環境の影響を補正する方法として、計測用の電極(計測電極)のほかに基準用の電極(基準電極)を別途用意し、基準電極の計測値を用いて計測電極の計測値を補正する方法も知られている。 In addition to measuring electrodes (measurement electrodes), a reference electrode (reference electrode) is prepared separately as a method of correcting the influence of the measurement environment when measuring capacitance. There is also known a method of correcting the measurement value of the measurement electrode by using.
電極の出力電圧と静電容量の関係は、例えば、図1に示すような特性曲線で表される。尚、図1の縦軸は電極の出力電圧、横軸は静電容量を表している。特性曲線30aは、主に温度に依存して、傾斜(感度)mとオフセットnが変動する。図1に実線で示した特性曲線30aを基準温度でのものとすると、特性曲線30aは、温度の影響により、図1に点線で示す特性曲線30bや特性曲線30cのように変動し得る。
The relationship between the output voltage of the electrode and the capacitance is represented by a characteristic curve as shown in FIG. 1, for example. In FIG. 1, the vertical axis represents the output voltage of the electrode, and the horizontal axis represents the capacitance. In the
そのため、上記のような計測電極と基準電極を用いる場合でも、補正は、例えばオフセットnのみではなく、傾斜mとオフセットnの2つの変動に対して行われることを要する。前述のように、雪密度の変化に伴う比誘電率の変化、静電容量の変化は小さいため、補正誤差が雪密度の計測結果に大きな影響を及ぼし得る。 Therefore, even when the measurement electrode and the reference electrode as described above are used, the correction needs to be performed not only for the offset n but also for two fluctuations of the inclination m and the offset n. As described above, since the change in the relative permittivity and the change in the capacitance due to the change in the snow density are small, the correction error can greatly affect the measurement result of the snow density.
更に、雪密度センサでは、微小な誘電率を計測するため、例えば、数十cm以上の大きな電極を使用する場合がある。そのため、上記のように計測電極と基準電極の双方を用意する場合、電極の設置面積、雪密度センサの設置コストや製造コストが増大してしまう可能性がある。 Further, in the snow density sensor, in order to measure a minute dielectric constant, for example, a large electrode of several tens of centimeters or more may be used. Therefore, when both the measurement electrode and the reference electrode are prepared as described above, there is a possibility that the installation area of the electrode, the installation cost and the manufacturing cost of the snow density sensor increase.
以上のような点に鑑み、ここでは、以下に実施の形態として示すような雪密度センサを用いる。
まず、第1の実施の形態について説明する。
In view of the above points, a snow density sensor as described below as an embodiment is used here.
First, the first embodiment will be described.
図2は第1の実施の形態に係る雪密度センサの構成例を示す図である。
図2に示す雪密度センサ1Aは、検知部10及び検出回路20を備える。検知部10は、一対の電極11a及び電極11b(電極対11)を含む。検出回路20は、第1参照部21及び第2参照部22(参照部20a)、スイッチ部23、検出部24、記録部25、静電容量算出部26、比誘電率算出部27、雪密度算出部28、並びに雪密度出力部29を含む。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the snow density sensor according to the first embodiment.
A
雪密度計測の際、検知部10は屋外に設置され、検出回路20は、例えば、防水ケースに収容される等、防水対策が施されて屋外に設置される。雪密度センサ1Aでは、このように検知部10及び検出回路20が共に、屋外に設置される。
When measuring the snow density, the
検知部10の電極対11の電極11a及び電極11bは、例えば、対向配置された一対の電極板とすることができる。尚、電極11a及び電極11bには、種々の配置(平面上に並設させる等)、形状(円板や角板等)を採用することができる。電極11a及び電極11bには、金属等の導電性材料を用いることができる。
The
検出回路20の第1参照部21は、既知の静電容量(第1固定容量)を有する第1キャパシタ21aを含む。第2参照部22は、第1キャパシタ21aとは異なる既知の静電容量(第2固定容量)を有する第2キャパシタ22aを含む。第1キャパシタ21a及び第2キャパシタ22aの静電容量は、例えば、1pF〜10pFの範囲に設定される。
The first reference unit 21 of the
第1参照部21の第1キャパシタ21a及び第2参照部22の第2キャパシタ22aは、スイッチ部23と接続可能とされている。第1キャパシタ21a及び第2キャパシタ22aと同様に、上記検知部10の電極対11も、スイッチ部23と接続可能とされている。スイッチ部23は、検出部24と接続されており、検出部24の接続先を電極対11、第1キャパシタ21a及び第2キャパシタ22aのいずれかに切り替える。
The
検出部24は、電極対11、第1キャパシタ21a及び第2キャパシタ22aへの入力信号を生成する。検出部24は、生成した入力信号を、スイッチ部23によって検出部24と接続された電極対11、第1キャパシタ21a及び第2キャパシタ22aのいずれかに供給し、それによって出力される出力信号を検出する。
The
即ち、スイッチ部23によって検出部24と電極対11とが接続されている場合には、検出部24は、電極対11に入力信号を供給し、電極対11の電極11aと電極11bの間の静電容量に応じた出力信号を検出する。スイッチ部23によって検出部24と第1キャパシタ21aとが接続されている場合には、検出部24は、第1キャパシタ21aに入力信号を供給し、第1キャパシタ21aからのその静電容量に応じた出力信号を検出する。スイッチ部23によって検出部24と第2キャパシタ22aとが接続されている場合には、検出部24は、第2キャパシタ22aに入力信号を供給し、第2キャパシタ22aからのその静電容量に応じた出力信号を検出する。
That is, when the
検出部24は、例えば、入力信号として、電極対11、第1キャパシタ21a及び第2キャパシタ22aの各々の一方の電極(印加電極)に交流電圧を印加し、もう一方の電極(検出電極)に流れる電流値を検出してそれを電圧に変換し、出力信号として検出する。
For example, the
記録部25は、検出部24によって検出される電極対11からの出力信号、第1キャパシタ21aからの出力信号、及び第2キャパシタ22aからの出力信号をそれぞれ記録する。記録部25には、メモリ等の記憶装置が用いられる。
The
静電容量算出部26は、電極対11、第1キャパシタ21a及び第2キャパシタ22aからの出力信号に基づいて、電極対11の間の静電容量を算出する。静電容量算出部26は、電極対11からの出力信号と電極対11の間の静電容量との関係について実験やシミュレーションで求められた、基準となる特性曲線(関係式)を備えている。更に、静電容量算出部26は、第1キャパシタ21a及び第2キャパシタ22aの静電容量(固定容量)の情報を備える。静電容量算出部26は、第1キャパシタ21a及び第2キャパシタ22aからの出力信号とそれらの静電容量(固定容量)に基づいて、基準の特性曲線を補正する。静電容量算出部26は、補正後の特性曲線と、検出部24で検出された電極対11からの出力信号を用いて、電極対11の間の静電容量を算出する。
The
比誘電率算出部27は、静電容量算出部26によって算出された、電極対11の間の静電容量を用いて、電極対11の間に存在する計測対象の物質、ここでは雪の比誘電率を算出する。
The relative
雪密度算出部28は、比誘電率算出部27によって算出された、電極対11の間に存在する雪の比誘電率を用いて、その雪の密度を算出する。
雪密度出力部29は、雪密度算出部28によって算出された雪密度のデータを、検出回路20の外部に出力する。雪密度出力部29は、例えば、通信コネクタとされ、雪密度センサ1A外部の他の機器(コンピュータ、記憶装置等)にデータを送信する。
The
The snow
続いて、上記のような構成を有する雪密度センサ1Aの雪密度計測処理について説明する。
図3は第1の実施の形態に係る雪密度計測処理の一例を示す図である。
Next, the snow density measurement process of the
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a snow density measurement process according to the first embodiment.
雪密度の計測の際、雪密度センサ1Aは、屋外等、所定の環境に設置され、電極対11の間には計測対象である雪が存在している。
雪密度センサ1Aでは、まず、スイッチ部23により、検出部24の接続先が検知部10の電極対11に切り替えられる(ステップS1)。そして、検出部24により、所定の入力信号が電極対11に供給され、間に雪が存在する電極対11からその静電容量に応じた出力信号(出力電圧)が検出される(ステップS2)。検出された電極対11の出力電圧は、記録部25に記録される。
When measuring the snow density, the
In the
次いで、スイッチ部23により、検出部24の接続先が第1参照部21の第1キャパシタ21aに切り替えられる(ステップS3)。そして、検出部24により、所定の入力信号が第1キャパシタ21aに供給され、第1参照部21からその第1キャパシタ21aの静電容量に応じた出力信号(出力電圧)が検出される(ステップS4)。検出された第1参照部21の出力電圧は、記録部25に記録される。
Next, the
次いで、スイッチ部23により、検出部24の接続先が第2参照部22の第2キャパシタ22aに切り替えられる(ステップS5)。そして、検出部24により、所定の入力信号が第2キャパシタ22aに供給され、第2参照部22からその第2キャパシタ22aの静電容量に応じた出力信号(出力電圧)が検出される(ステップS6)。検出された第2参照部22の出力電圧は、記録部25に記録される。
Next, the
次いで、静電容量算出部26により、第1参照部21及び第2参照部22の静電容量、並びに、第1参照部21及び第2参照部22の出力電圧に基づいて、基準の特性曲線が補正される(ステップS7)。そして、補正後の特性曲線と、電極対11の出力電圧が用いられ、電極対11の間の静電容量が算出される(ステップS8)。
Next, a standard characteristic curve is calculated by the
ここで、基準の特性曲線の補正処理、及び補正された特性曲線を用いた静電容量の算出処理について説明する。
図4は第1の実施の形態に係る特性曲線の補正処理の説明図である。
Here, a reference characteristic curve correction process and a capacitance calculation process using the corrected characteristic curve will be described.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the characteristic curve correction processing according to the first embodiment.
補正処理前の基準の特性曲線30a(関係式)は、例えば、図4に実線で示すような関係を有する。このような基準の特性曲線30aは、実験やシミュレーションにより求められる。静電容量算出部26は、このようにして求められた基準の特性曲線30aを備えている。
The reference
基準の特性曲線30aは、次の式(1a)で表される。
C=f(V) ・・・(1a)
式(1a)において、Cは静電容量、Vは出力電圧である。f(V)は、出力電圧Vの関数であって、雪密度センサ1Aの回路の構成等によって決定される。
The reference
C = f (V) (1a)
In the formula (1a), C is a capacitance, and V is an output voltage. f (V) is a function of the output voltage V, and is determined by the circuit configuration of the
計測環境の温度変化による回路特性の変動を含めた特性曲線30bは、上記図4に点線で示すような関係を有し、次の式(1b)のように表すことができる。
C=a×f(V)+b ・・・(1b)
式(1b)において、Cは静電容量、Vは出力電圧、aは計測環境の温度変化に対する感度補正係数、bは計測環境の温度変化に対するオフセット係数である。
A
C = a × f (V) + b (1b)
In Expression (1b), C is an electrostatic capacity, V is an output voltage, a is a sensitivity correction coefficient with respect to a temperature change in the measurement environment, and b is an offset coefficient with respect to a temperature change in the measurement environment.
感度補正係数a及びオフセット係数bは、第1参照部21の第1キャパシタ21aからの出力電圧、及び第2参照部22の第2キャパシタ22aからの出力電圧に基づいて求められる。今、第1キャパシタ21aの既知の静電容量をCr1、第2キャパシタ22aの既知の静電容量をCr2、第1キャパシタ21aからの出力電圧をVr1、第2キャパシタ22aからの出力電圧をVr2とする。更に、基準の特性曲線30aにおける、静電容量Cr1に対応する出力電圧をVrr1、静電容量Cr2に対応する出力電圧をVrr2とする。この時、感度補正係数a及びオフセット係数bは、それぞれ次の式(2)及び式(3)により近似できる。
The sensitivity correction coefficient a and the offset coefficient b are obtained based on the output voltage from the
a=[(Vr2−Vr1)/(Cr2−Cr1)]/[(Vrr2−Vrr1)/(Cr2−Cr1)] ・・・(2)
b=〔[Cr1−a×f(Vr1)]+{Cr2−a×f(Vr2)}〕/2 ・・・(3)
検出された出力電圧Vr1及びVr2、既知の静電容量Cr1及びCr2、並びに、基準の特性曲線30aから得られる出力電圧Vrr1及びVrr2が用いられ、式(2),(3)より、感度補正係数a及びオフセット係数bが求められる。求められた感度補正係数a及びオフセット係数bを式(1b)に適用することで、計測環境の温度変化による回路特性の変動を含めた、補正後の特性曲線30bが得られる。得られた補正後の特性曲線30b(式(1b))において、電極対11から検出された出力電圧(例えば図4の出力電圧Ve)が代入されることで、電極対11の間の静電容量(例えば図4の静電容量Ce)が算出される。
a = [(Vr2-Vr1) / (Cr2-Cr1)] / [(Vrr2-Vrr1) / (Cr2-Cr1)] (2)
b = [[Cr1-a * f (Vr1)] + {Cr2-a * f (Vr2)}] / 2 (3)
The detected output voltages Vr1 and Vr2, the known capacitances Cr1 and Cr2, and the output voltages Vrr1 and Vrr2 obtained from the reference
静電容量算出部26では、このようにして基準の特性曲線30aが補正されて、補正後の特性曲線30bが求められ、その特性曲線30bが用いられて、電極対11の間の静電容量が算出される。
In the
尚、静電容量算出部26には、所定の温度条件(例えば0℃)の下で実験やシミュレーションにより求められた特性曲線を、基準の特性曲線30aとして備えるようにすることができる。このほか、静電容量算出部26には、雪密度センサ1Aが設置される環境毎に、その環境の温度を考慮した条件(例えば+10℃や−10℃)の下で求められた特性曲線を、基準の特性曲線30aとして備えるようにすることもできる。実測時の温度と、基準の特性曲線30aを求めた時の温度条件とが近いと、実測される出力電圧と静電容量の関係が基準の特性曲線30aに近くなり、より基準の特性曲線30aに近い補正後の特性曲線30bによって、静電容量を算出することができる。
The
また、第1参照部21及び第2参照部22の静電容量は、基準の特性曲線30aによらず(求められた時の温度条件によらず)、予め設定された所定の値にすることができる。基準の特性曲線30a毎(求められた時の温度条件毎)に、各々の値やそれらの差分(間隔)を設定することもできる。第1参照部21及び第2参照部22の静電容量には、例えば、特性曲線30a或いは特性曲線30bにおける、比較的直線的な部分に対応する静電容量の値を設定することができる。これにより、特性曲線30a或いは特性曲線30bにおける2点間の変化率の比で表される感度補正係数a(及びそれを用いたオフセット係数b)の精度を高めることができる。
In addition, the capacitances of the first reference unit 21 and the
図3に戻り、静電容量算出部26による電極対11の間の静電容量算出(ステップS7,S8)後は、比誘電率算出部27により、電極対11の間にある雪の比誘電率が算出される(ステップS9)。
Returning to FIG. 3, after the capacitance calculation between the electrode pairs 11 by the capacitance calculation unit 26 (steps S <b> 7 and S <b> 8), the relative permittivity of the snow between the electrode pairs 11 is calculated by the relative dielectric
電極対11の間の静電容量をC、電極対11の間にある雪の比誘電率をεrとすると、比誘電率εrは、次の式(4a)のように表される。
εr=k×C/ε0 ・・・(4a)
式(4)において、ε0は真空の誘電率である。kは、変換係数であり、例えば、電極対11の対向する電極11aと電極11bの面積をA、電極11aと電極11bの間の距離をLとすると、次の式(4b)で表される。
When the electrostatic capacitance between the
εr = k × C / ε0 (4a)
In equation (4), ε0 is the dielectric constant of vacuum. k is a conversion coefficient. For example, when the area of the
k=L/A ・・・(4b)
比誘電率算出部27は、式(4a),(4b)で表されるような関係(関係式)を備えている。比誘電率算出部27では、真空の誘電率ε0及び変換係数k(面積A及び距離L)、並びに、静電容量算出部26によって算出された電極対11の間の静電容量Cが用いられ、式(4a),(4b)より、電極対11の間にある雪の比誘電率εrが算出される。
k = L / A (4b)
The relative dielectric
比誘電率算出部27による電極対11の間にある雪の比誘電率の算出後は、雪密度算出部28により、その雪の密度が算出される(ステップS10)。
電極対11の間にある雪の比誘電率をεr、雪密度をρとすると、雪密度ρは、次の式(5)のように表される。
After calculating the relative dielectric constant of the snow between the
Assuming that the relative dielectric constant of snow between the
ρ=j×εr ・・・(5)
式(5)において、jは実験或いはシミュレーションにより求められる係数である。雪密度算出部28は、式(5)で表されるような関係(関係式)を備えている。雪密度算出部28では、係数j、及び比誘電率算出部27によって算出された比誘電率εrが用いられ、式(5)より、電極対11の間にある雪の密度ρが算出される。
ρ = j × εr (5)
In Expression (5), j is a coefficient obtained by experiment or simulation. The snow
算出された雪密度ρは、雪密度出力部29によって検出回路20の外部に出力される(ステップS11)。
以上のように、雪密度センサ1Aでは、異なる既知の静電容量のキャパシタをそれぞれ備える第1参照部21及び第2参照部22を用いて基準の特性曲線を補正し、電極対11の間の静電容量を算出する。そして、算出した静電容量から比誘電率を算出し、更に雪密度を算出する。雪密度センサ1Aによれば、計測環境の温度変化等による回路特性の変化がある場合でも、電極対11の間の適正な静電容量を計測することができ、比誘電率、雪密度を高精度に計測することができる。
The calculated snow density ρ is output to the outside of the
As described above, in the
尚、ここでは、電極対11、第1参照部21、第2参照部22の順に出力電圧を検出し(ステップS1〜S6)、基準の特性曲線30aを補正し(ステップS7)、補正後の特性曲線30bを用いて静電容量を算出する(ステップS8)場合を例示した。これらの処理の順序は、上記の例に限定されるものではない。基準の特性曲線30aの補正前までに第1参照部21及び第2参照部22の出力電圧が検出され、補正後の特性曲線30bを用いた静電容量の算出前までに電極対11の出力電圧が検出されていればよい。
Here, the output voltage is detected in the order of the
また、ここでは、既知の静電容量を備える第1参照部21と第2参照部22の2つを設ける場合を例示したが、既知の静電容量を備える3つ以上の参照部を設けることもできる。3つ以上の参照部を設ける場合も、上記同様の雪密度計測処理を行うことができる。静電容量既知の参照部を増やすことで、基準の特性曲線30aを補正する際の精度を高めることが可能になる。
Moreover, although the case where two of the first reference part 21 and the
また、雪密度センサ1Aの検出回路20の処理機能は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、PLD(Programmable Logic Device)等の素子を用いて実現可能である。これらの素子のうち1種を用いて検出回路20の処理機能を実現してもよく、これらの素子のうち2種以上を組み合わせて、検出回路20の処理機能を実現してもよい。
The processing function of the
次に、第2の実施の形態について説明する。
図5は第2の実施の形態に係る雪密度センサの構成例を示す図である。
図5に示す雪密度センサ1Bは、その検出回路20に、静電容量が可変の可変容量キャパシタ31aを備える参照部31、及びその可変容量キャパシタ31aの静電容量を制御する可変容量制御部32を含んでいる。
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a snow density sensor according to the second embodiment.
The
雪密度センサ1Bにおける参照部31の可変容量キャパシタ31aの静電容量は、可変容量制御部32により、例えば、1pF〜10pFの範囲に設定される。参照部31の可変容量キャパシタ31aは、スイッチ部23と接続可能とされている。スイッチ部23は、検出部24の接続先を検知部10の電極対11及び参照部31の可変容量キャパシタ31aのいずれかに切り替える。検出部24は、入力信号を、スイッチ部23によって検出部24と接続された電極対11及び可変容量キャパシタ31aのいずれかに供給し、それによって出力される出力信号を検出する。
The capacitance of the
可変容量制御部32は、参照部31の可変容量キャパシタ31aの静電容量を2種以上の値に設定(制御)する。検出部24は、スイッチ部23により、第1の値の静電容量に設定された可変容量キャパシタ31aと接続された場合、その静電容量に設定された可変容量キャパシタ31aに入力信号を供給し、その静電容量に応じた出力信号を検出する。検出部24は、スイッチ部23により、第2の値の静電容量に設定された可変容量キャパシタ31aと接続された場合、その静電容量に設定された可変容量キャパシタ31aに入力信号を供給し、その静電容量に応じた出力信号を検出する。可変容量キャパシタ31aの静電容量が第3以降の値に設定される場合も同様に、その値に応じた出力信号が検出される。
The variable
尚、上記同様、検出部24は、スイッチ部23により、電極対11と接続された場合には、電極対11に入力信号を供給し、電極対11からその電極11aと電極11bの間の静電容量に応じた出力信号を検出する。
Similarly to the above, when the
検出部24は、例えば、入力信号として、電極対11及び可変容量キャパシタ31aの各々の一方の電極(印加電極)に交流電圧を印加し、もう一方の電極(検出電極)に流れる電流値を検出してそれを電圧に変換し、出力信号として検出する。
For example, the
記録部25は、検出部24によって検出される電極対11からの出力信号、及び可変容量キャパシタ31aからの出力信号を、それぞれ記録する。
静電容量算出部26は、電極対11及び可変容量キャパシタ31aからの出力信号に基づいて、電極対11の間の静電容量を算出する。
The
The
例えば、静電容量算出部26は、実験やシミュレーションで求められた基準の特性曲線(関係式)を備えている。更に、静電容量算出部26は、可変容量制御部32によって変更される可変容量キャパシタ31aの静電容量の情報を備える。静電容量算出部26は、静電容量を複数種の値に変更した可変容量キャパシタ31aからの出力信号に基づいて、基準の特性曲線を補正し、補正された特性曲線と、検出部24で検出された電極対11からの出力信号を用いて、電極対11の間の静電容量を算出する。
For example, the
静電容量算出部26は、基準の特性曲線を持たない構成とすることもできる。この場合、静電容量算出部26は、静電容量を複数種の値に変更した可変容量キャパシタ31aからの出力信号に基づいて、特性曲線を生成し、生成した特性曲線と、検出部24で検出された電極対11からの出力信号を用いて、電極対11の間の静電容量を算出する。或いは、静電容量算出部26は、可変容量キャパシタ31aの静電容量を変更しながら出力信号を検出し、電極対11からの出力信号に一致又は近似する時の静電容量を、電極対11の間の静電容量とする。
The
比誘電率算出部27は、静電容量算出部26によって算出された、電極対11の間の静電容量を用いて、電極対11の間に存在する雪の比誘電率を算出する。
雪密度算出部28は、比誘電率算出部27によって算出された、電極対11の間に存在する雪の比誘電率を用いて、その雪の密度を算出する。
The relative dielectric
The
雪密度出力部29は、雪密度算出部28によって算出された雪密度のデータを、検出回路20の外部に出力する。
続いて、上記のような構成を有する雪密度センサ1Bの雪密度計測処理について説明する。
The snow
Next, the snow density measurement process of the
まず、雪密度計測処理の第1の例について述べる。
図6は第2の実施の形態に係る雪密度計測処理の第1の例を示す図である。
雪密度の計測の際、雪密度センサ1Bは、屋外等、所定の環境に設置され、電極対11の間には計測対象である雪が存在している。
First, a first example of snow density measurement processing will be described.
FIG. 6 is a diagram illustrating a first example of the snow density measurement process according to the second embodiment.
When measuring the snow density, the
この図6に示す第1の例では、まず、スイッチ部23により、検出部24の接続先が検知部10の電極対11に切り替えられる(ステップS20)。そして、検出部24により、所定の入力信号が電極対11に供給され、間に雪が存在する電極対11からその静電容量に応じた出力信号(出力電圧)が検出される(ステップS21)。検出された電極対11の出力電圧は、記録部25に記録される。
In the first example shown in FIG. 6, first, the
次いで、スイッチ部23により、検出部24の接続先が参照部31の可変容量キャパシタ31aに切り替えられる(ステップS22)。参照部31の可変容量キャパシタ31aは、可変容量制御部32によって、所定の静電容量に設定(変更)される(ステップS23)。そして、検出部24により、所定の入力信号が可変容量キャパシタ31aに供給され、参照部31からその可変容量キャパシタ31aの静電容量に応じた出力信号(出力電圧)が検出される(ステップS24)。検出された参照部31の出力電圧は、記録部25に記録される。
Next, the
雪密度センサ1Bでは、このステップS23,S24の処理が、N回(Nは2以上の整数)繰り返される(ステップS25)。可変容量キャパシタ31aの静電容量は、繰り返しの度に可変容量制御部32によってその値が変更され、検出部24によってその値に応じた出力電圧が検出され、記録部25に記録される。
In the
次いで、静電容量算出部26により、静電容量が複数種の値に変更された参照部31の可変容量キャパシタ31aからの出力電圧に基づいて、基準の特性曲線が補正される(ステップS26)。そして、補正後の特性曲線と、電極対11からの出力電圧が用いられ、電極対11の間の静電容量が算出される(ステップS27)。
Next, the reference characteristic curve is corrected by the
基準の特性曲線30aは、例えば、上記図4の実線、式(1a)に示すような関係を有し、実験やシミュレーションにより求められる。静電容量算出部26は、このようにして求められた基準の特性曲線30aを備える。また、静電容量算出部26は、可変容量キャパシタ31aの静電容量の情報を備える。静電容量算出部26は、その基準の特性曲線30aを、静電容量が複数種の値に変更される可変容量キャパシタ31aからの出力電圧に基づいて補正する。
The reference
例えば、静電容量が2種の値に変更された可変容量キャパシタ31aからそれぞれ出力電圧を検出する場合(N=2の場合)を想定する。この場合、可変容量キャパシタ31aの2種の静電容量をそれぞれCr1及びCr2、出力電圧をVr1及びVr2、基準の特性曲線30aにおける静電容量Cr1及びCr2に対応する出力電圧をVrr1及びVrr2とする。この時、感度補正係数a及びオフセット係数bは、それぞれ上記の式(2)及び式(3)により近似できる。
For example, a case is assumed in which the output voltage is detected from each of the
検出された出力電圧Vr1及びVr2、可変容量キャパシタ31aの静電容量Cr1及びCr2、並びに、基準の特性曲線30aから得られる出力電圧Vrr1及びVrr2が用いられ、式(2),(3)より、感度補正係数a及びオフセット係数bが求められる。求められた感度補正係数a及びオフセット係数bを上記の式(1b)に適用することで、計測環境の温度変化による回路特性の変動を含めた、補正後の特性曲線30bが得られる。得られた補正後の特性曲線30b(式(1b))において、電極対11から検出された出力電圧(例えば図4の出力電圧Ve)が代入されることで、電極対11の間の静電容量(例えば図4の静電容量Ce)が算出される。
The detected output voltages Vr1 and Vr2, the electrostatic capacitances Cr1 and Cr2 of the
静電容量算出部26では、このようにして基準の特性曲線30aが補正され、補正後の特性曲線30bが用いられて、電極対11の間の静電容量が算出される。
尚、基準の特性曲線30aには、所定の温度条件の下で実験やシミュレーションにより求められたもののほか、雪密度センサ1Bの設置環境の温度を考慮した条件の下で求められたものを用いることができる。また、可変容量キャパシタ31aで実現する複数種の静電容量は、各々予め設定された所定の値にすることができる。雪密度センサ1Bの設置環境に応じて、各々の静電容量の値やそれらの差分を設定してもよい。
In the
For the reference
静電容量算出部26による電極対11の間の静電容量算出後は、比誘電率算出部27により、電極対11の間にある雪の比誘電率が算出される(ステップS28)。比誘電率算出部27は、上記の式(4a),(4b)で表されるような関係式を備えている。比誘電率算出部27では、式(4a),(4b)の真空の誘電率ε0及び変換係数k(面積A及び距離L)、並びに、静電容量算出部26によって算出された電極対11の間の静電容量Cが用いられ、電極対11の間にある雪の比誘電率εrが算出される。
After the capacitance calculation between the
比誘電率算出部27による電極対11の間にある雪の比誘電率の算出後は、雪密度算出部28により、その雪の密度が算出される(ステップS29)。雪密度算出部28は、上記の式(5)で表されるような関係式を備えている。雪密度算出部28では、式(5)の係数j、及び比誘電率算出部27によって算出された比誘電率εrが用いられ、電極対11の間にある雪の密度ρが算出される。
After the relative permittivity of the snow between the
算出された雪密度ρは、雪密度出力部29によって検出回路20の外部に出力される(ステップS30)。
以上のように、雪密度センサ1Bの第1の例に示す雪密度計測処理では、静電容量が可変の可変容量キャパシタ31aを備える参照部31を用いて基準の特性曲線を補正し、電極対11の間の静電容量を算出する。そして、算出した静電容量から比誘電率を算出し、更に雪密度を算出する。これにより、計測環境の温度変化等による回路特性の変化がある場合でも、電極対11の間の適正な静電容量を計測することができ、比誘電率、雪密度を高精度に計測することができる。
The calculated snow density ρ is output to the outside of the
As described above, in the snow density measurement process shown in the first example of the
尚、ここでは、電極対11、参照部31の順に出力電圧を検出し(ステップS20〜S25)、基準の特性曲線30aを補正し(ステップS26)、補正後の特性曲線30bを用いて静電容量を算出する(ステップS27)場合を例示した。これらの処理の順序は、上記の例に限定されるものではない。基準の特性曲線30aの補正前までに参照部31の出力電圧が検出され、補正後の特性曲線30bを用いた静電容量の算出前までに電極対11の出力電圧が検出されていればよい。
Here, the output voltage is detected in the order of the
また、上記第1の例に示したような雪密度計測処理を行う雪密度センサ1Bにおける検出回路20の処理機能は、例えば、CPU、MPU、ASIC、PLD等の素子を1種又は2種以上用いて実現可能である。
In addition, the processing function of the
続いて、雪密度計測処理の第2の例について述べる。
図7は第2の実施の形態に係る雪密度計測処理の第2の例を示す図である。
この図7に示す第2の例では、まず、スイッチ部23により、検出部24の接続先が検知部10の電極対11に切り替えられ(ステップS40)、検出部24により、間に雪が存在する電極対11からその静電容量に応じた出力電圧が検出される(ステップS41)。検出された電極対11の出力電圧は、記録部25に記録される。
Subsequently, a second example of the snow density measurement process will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating a second example of the snow density measurement process according to the second embodiment.
In the second example shown in FIG. 7, first, the
次いで、スイッチ部23により、検出部24の接続先が参照部31の可変容量キャパシタ31aに切り替えられ(ステップS42)、可変容量制御部32により、可変容量キャパシタ31aの静電容量が所定の値に設定(変更)される(ステップS43)。そして、検出部24により、所定の入力信号が可変容量キャパシタ31aに供給され、参照部31からその可変容量キャパシタ31aの静電容量に応じた出力電圧が検出される(ステップS44)。検出された参照部31の出力電圧は、記録部25に記録される。
Next, the
雪密度センサ1Bでは、このステップS43,S44の処理が、N回(Nは2以上の整数)繰り返される(ステップS45)。可変容量キャパシタ31aの静電容量は、繰り返しの度に可変容量制御部32によってその値が変更され、検出部24によってその値に応じた出力電圧が検出され、記録部25に記録される。
In the
次いで、静電容量算出部26により、静電容量が複数種の値に変更された可変容量キャパシタ31aからの出力電圧に基づき、最小二乗法を用いて、出力電圧と静電容量の関係式、即ち特性曲線が生成される(ステップS46)。そして、生成された特性曲線と、電極対11からの出力電圧が用いられ、電極対11の間の静電容量が算出される(ステップS47)。
Next, based on the output voltage from the
ここで、特性曲線の生成処理、及び生成された特性曲線を用いた静電容量の算出処理について説明する。
生成される特性曲線は、次の式(6a)で表される。
Here, a characteristic curve generation process and a capacitance calculation process using the generated characteristic curve will be described.
The generated characteristic curve is expressed by the following equation (6a).
C=f2(V) ・・・(6a)
式(6a)において、Cは静電容量、Vは出力電圧である。f2(V)は、出力電圧Vの関数であって、静電容量が複数種の値に変更された可変容量キャパシタ31aから計測される出力電圧に基づき、最小二乗法を用いて求められる。f2(V)は、計測回数にもよるが、例えば、係数a2,b2,c2,d2を用いて、次の式(6b)のように表される。
C = f2 (V) (6a)
In Expression (6a), C is an electrostatic capacity, and V is an output voltage. f2 (V) is a function of the output voltage V, and is obtained using the least square method based on the output voltage measured from the
f2(V)=a2×V3+b2×V2+c2×V+d2 ・・・(6b)
このように最小二乗法を用いて求められた特性曲線の式に、電極対11から計測される出力電圧Vを代入することで、電極対11の間の静電容量Cが算出される。
f2 (V) = a2 × V 3 + b2 × V 2 + c2 × V + d2 (6b)
The capacitance C between the
尚、可変容量キャパシタ31aで実現する複数種の静電容量は、各々予め設定された所定の値にすることができる。雪密度センサ1Bの設置環境に応じて、各々の静電容量の値やそれらの差分を設定してもよい。
Note that the plurality of types of capacitance realized by the
静電容量算出部26による電極対11の間の静電容量算出後は、比誘電率算出部27により、電極対11の間にある雪の比誘電率が算出される(ステップS48)。比誘電率算出部27は、上記の式(4a),(4b)で表されるような関係式を備えている。比誘電率算出部27では、式(4a),(4b)の真空の誘電率ε0及び変換係数k(面積A及び距離L)、並びに、静電容量算出部26によって算出された電極対11の間の静電容量Cが用いられ、電極対11の間にある雪の比誘電率εrが算出される。
After the capacitance calculation between the
比誘電率算出部27による電極対11の間にある雪の比誘電率の算出後は、雪密度算出部28により、その雪の密度が算出される(ステップS49)。雪密度算出部28は、上記の式(5)で表されるような関係式を備えている。雪密度算出部28では、式(5)の係数j、及び比誘電率算出部27によって算出された比誘電率εrが用いられ、電極対11の間にある雪の密度ρが算出される。
After the calculation of the relative dielectric constant of the snow between the electrode pairs 11 by the relative dielectric
算出された雪密度ρは、雪密度出力部29によって検出回路20の外部に出力される(ステップS50)。
以上のように、雪密度センサ1Bの第2の例に示す雪密度計測処理では、静電容量が可変の可変容量キャパシタ31aを備える参照部31を用いて特性曲線を生成し、電極対11の間の静電容量を算出する。そして、算出した静電容量から比誘電率を算出し、更に雪密度を算出する。これにより、計測環境の温度変化等による回路特性の変化がある場合でも、電極対11の間の適正な静電容量を計測することができ、比誘電率、雪密度を高精度に計測することができる。
The calculated snow density ρ is output to the outside of the
As described above, in the snow density measurement process shown in the second example of the
尚、ここでは、電極対11、参照部31の順に出力電圧を検出し(ステップS40〜S45)、特性曲線を生成し(ステップS46)、生成した特性曲線を用いて静電容量を算出する(ステップS47)場合を例示した。これらの処理の順序は、上記の例に限定されるものではない。特性曲線の生成前までに参照部31の出力電圧が検出され、生成した特性曲線を用いた静電容量の算出前までに電極対11の出力電圧が検出されていればよい。
Here, the output voltage is detected in the order of the
また、上記第2の例に示したような雪密度計測処理を行う雪密度センサ1Bにおける検出回路20の処理機能は、例えば、CPU、MPU、ASIC、PLD等の素子を1種又は2種以上用いて実現可能である。
In addition, the processing function of the
尚、上記第2の例では、可変容量キャパシタ31aを用いて特性曲線を生成するようにした。このほか、複数個のキャパシタ(静電容量が既知で各々の静電容量が異なるもの)を用い、それらの静電容量とそれらからの出力電圧を用いて、特性曲線の生成を行うようにすることもできる。
In the second example, the characteristic curve is generated using the
続いて、雪密度計測処理の第3の例について述べる。
図8は第2の実施の形態に係る雪密度計測処理の第3の例を示す図である。
この図8に示す第2の例では、まず、スイッチ部23により、検出部24の接続先が検知部10の電極対11に切り替えられ(ステップS60)、検出部24により、間に雪が存在する電極対11のその静電容量に応じた出力電圧が検出される(ステップS61)。検出された電極対11の出力電圧は、記録部25に記録される。
Subsequently, a third example of the snow density measurement process will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating a third example of the snow density measurement process according to the second embodiment.
In the second example shown in FIG. 8, first, the
次いで、スイッチ部23により、検出部24の接続先が参照部31の可変容量キャパシタ31aに切り替えられる(ステップS62)。次いで、可変容量制御部32により、参照部31の可変容量キャパシタ31aの静電容量が所定の値、この例ではその可変容量キャパシタ31aの可変容量範囲の中央値に設定される(ステップS63)。そして、検出部24により、可変容量キャパシタ31aの静電容量に応じた出力電圧が検出される(ステップS64)。検出された参照部31の出力電圧は、記録部25に記録される。
Subsequently, the
次いで、静電容量算出部26により、参照部31の可変容量キャパシタ31aから計測された出力電圧と、電極対11から計測された出力電圧との差分が求められる(ステップS65)。静電容量算出部26では、求められた可変容量キャパシタ31aと電極対11の出力電圧の差分が、設定された閾値以下であるか否かが判定される(ステップS66)。静電容量算出部26では、その差分が閾値以下と判定された場合、この判定時の出力電圧が計測された可変容量キャパシタ31aの静電容量が、電極対11の間の静電容量とされる(ステップS67)。
Next, the
静電容量算出部26において、求められた可変容量キャパシタ31aと電極対11の出力電圧の差分が、設定された閾値を上回ると判定された場合には(ステップS66)、可変容量制御部32により、可変容量キャパシタ31aの静電容量が所定の値に変更される(ステップS68)。その際、可変容量制御部32は、可変容量キャパシタ31aと電極対11の出力電圧の差分に応じて、可変容量キャパシタ31aの静電容量を変更する。[可変容量キャパシタ31aの出力電圧]>[電極対11の出力電圧]の場合には、可変容量キャパシタ31aの静電容量を、より小さな値に変更する。[可変容量キャパシタ31aの出力電圧]<[電極対11の出力電圧]の場合には、可変容量キャパシタ31aの静電容量を、より大きな値に変更する。
When the
このようにして可変容量キャパシタ31aの静電容量が変更された後、ステップS64以降の処理が実行される。即ち、検出部24により、静電容量変更後の可変容量キャパシタ31aの出力電圧が検出され(ステップS64)、その出力電圧と、電極対11の出力電圧との差分が求められ(ステップS65)、その差分が閾値以下であるか否かが判定される(ステップS66)。差分が閾値を上回ると判定された場合には、可変容量キャパシタ31aの静電容量が変更される(ステップS68)。静電容量算出部26及び可変容量制御部32は、このような処理を、差分が閾値以下となるまで繰り返す。
After the capacitance of the
尚、可変容量キャパシタ31aの静電容量を変更する際、その静電容量の変更量は、一定量ずつの変更量でもよいし、二分探索に基づいた変更量でもよい。
雪密度センサ1Bでは、このように可変容量キャパシタ31aと電極対11の出力電圧の差分が閾値以下になる時の、可変容量キャパシタ31aの静電容量が、電極対11の間の静電容量として決定される(ステップS67)。
When changing the capacitance of the
In the
静電容量算出部26による電極対11の間の静電容量算出後は、比誘電率算出部27により、電極対11の間にある雪の比誘電率が算出される(ステップS69)。比誘電率算出部27は、上記の式(4a),(4b)で表されるような関係式を備えている。比誘電率算出部27では、式(4a),(4b)の真空の誘電率ε0及び変換係数k(面積A及び距離L)、並びに、静電容量算出部26によって算出された電極対11の間の静電容量Cが用いられ、電極対11の間にある雪の比誘電率εrが算出される。
After calculating the capacitance between the
比誘電率算出部27による電極対11の間にある雪の比誘電率の算出後は、雪密度算出部28により、その雪の密度が算出される(ステップS70)。雪密度算出部28は、上記の式(5)で表されるような関係式を備えている。雪密度算出部28では、式(5)の係数j、及び比誘電率算出部27によって算出された比誘電率εrが用いられ、電極対11の間にある雪の密度ρが算出される。
After calculating the relative dielectric constant of the snow between the electrode pairs 11 by the relative dielectric
算出された雪密度ρは、雪密度出力部29によって検出回路20の外部に出力される(ステップS71)。
以上のように、雪密度センサ1Bの第3の例に示す雪密度計測処理では、静電容量が可変の可変容量キャパシタ31aを備える参照部31を用いる。この第3の例に示す雪密度計測処理では、電極対11の出力電圧との差分が閾値以下となる出力電圧が参照部31から得られる時の、その可変容量キャパシタ31aの静電容量を、電極対11の間の静電容量として決定する。そして、決定した静電容量から比誘電率を算出し、更に雪密度を算出する。これにより、計測環境の温度変化等による回路特性の変化がある場合でも、電極対11の間の適正な静電容量を計測することができ、比誘電率、雪密度を高精度に計測することができる。
The calculated snow density ρ is output to the outside of the
As described above, in the snow density measurement process shown in the third example of the
尚、ここでは、電極対11、参照部31の順に出力電圧を検出する(ステップS60〜S64)場合を例示したが、検出の順序は、上記の例に限定されるものではなく、参照部31、電極対11の順に出力電圧を検出するようにしてもよい。
Here, the case where the output voltage is detected in the order of the
また、上記第3の例に示したような雪密度計測処理を行う雪密度センサ1Bにおける検出回路20の処理機能は、例えば、CPU、MPU、ASIC、PLD等の素子を1種又は2種以上用いて実現可能である。
In addition, the processing function of the
尚、上記第3の例では、可変容量キャパシタ31aを用い、その出力電圧と電極対11の出力電圧との差分が閾値を上回る場合、可変容量キャパシタ31aの静電容量を変更するようにした。このほか、複数個のキャパシタ(静電容量が既知で各々の静電容量が異なるもの)を用いることもできる。この場合は、まず、それらのキャパシタのうちの1つでその出力電圧と電極対11の出力電圧との差分を閾値と比較し、差分が閾値を上回る場合に、別の1つで同様にその出力電圧と電極対11の出力電圧との差分を閾値と比較する。差分が閾値以下となった時のキャパシタの静電容量を、電極対11の間の静電容量として決定する。
In the third example, the
以上、雪密度センサ1A,1Bを例に説明したが、上記手法は、雪密度センサのほか、様々な計測装置に適用可能である。例えば、上記手法は、土壌の静電容量、比誘電率、密度、含有水分量等を計測する計測装置にも同様に適用可能である。
As described above, the
また、以上の説明では、電極対の間の静電容量を求めた後、その静電容量から電極対の間にある物質の比誘電率を求め、その比誘電率から電極対の間にある物質の密度を求め、その密度を出力する計測装置を例示した。このほか、静電容量を求めてそれを出力する静電容量の計測装置、比誘電率を求めてそれを出力する比誘電率の計測装置を実現することもできる。 In the above description, after obtaining the electrostatic capacity between the electrode pair, the relative dielectric constant of the substance between the electrode pair is obtained from the electrostatic capacity, and the relative dielectric constant is between the electrode pair. The measuring device which calculated | required the density of the substance and output the density was illustrated. In addition, it is possible to realize a capacitance measuring device that obtains and outputs the capacitance, and a relative dielectric constant measuring device that obtains and outputs the relative permittivity.
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) 一対の電極と、
第1キャパシタを備える参照部と、
前記一対の電極及び前記第1キャパシタの出力を検出する検出部と、
前記検出部を前記一対の電極又は前記第1キャパシタに接続するスイッチ部と、
前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第1出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第1キャパシタの第2出力を用いて、前記一対の電極間の第1静電容量を算出する第1算出部と
を含むことを特徴とする計測装置。
Regarding the embodiment described above, the following additional notes are further disclosed.
(Supplementary note 1) a pair of electrodes;
A reference unit comprising a first capacitor;
A detection unit for detecting outputs of the pair of electrodes and the first capacitor;
A switch unit that connects the detection unit to the pair of electrodes or the first capacitor;
Using the first output of the pair of electrodes connected to the detection unit by the switch unit and the second output of the first capacitor connected to the detection unit by the switch unit, between the pair of electrodes And a first calculation unit that calculates a first capacitance.
(付記2) 前記参照部は、第2キャパシタを備え、
前記検出部は、前記一対の電極、前記第1キャパシタ及び前記第2キャパシタの出力を検出し、
前記スイッチ部は、前記検出部を前記一対の電極、前記第1キャパシタ又は前記第2キャパシタに接続し、
前記第1算出部は、前記第1出力、前記第2出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第2キャパシタの第3出力を用いて、前記第1静電容量を算出することを特徴とする付記1に記載の計測装置。
(Supplementary Note 2) The reference unit includes a second capacitor,
The detection unit detects outputs of the pair of electrodes, the first capacitor, and the second capacitor,
The switch unit connects the detection unit to the pair of electrodes, the first capacitor, or the second capacitor,
The first calculation unit calculates the first capacitance using the first output, the second output, and a third output of the second capacitor connected to the detection unit by the switch unit. The measuring apparatus according to
(付記3) 前記第1キャパシタは、可変容量キャパシタであり、
前記第1算出部は、前記第1出力、前記第2出力、及び、前記第1キャパシタの容量を変化させた第2キャパシタの第3出力を用いて、前記第1静電容量を算出することを特徴とする付記1に記載の計測装置。
(Supplementary Note 3) The first capacitor is a variable capacitor,
The first calculation unit calculates the first capacitance using the first output, the second output, and a third output of a second capacitor obtained by changing a capacitance of the first capacitor. The measuring device according to
(付記4) 前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係式を有し、
前記第1算出部は、
前記第1キャパシタ及び前記第2キャパシタの静電容量、並びに、前記第2出力及び前記第3出力に基づいて、前記関係式を補正し、
補正された前記関係式及び前記第1出力を用いて、前記第1静電容量を算出することを特徴とする付記2又は3に記載の計測装置。
(Supplementary Note 4) It has a relational expression between the capacitance between the pair of electrodes and the output from the pair of electrodes,
The first calculation unit includes:
Based on the capacitances of the first capacitor and the second capacitor, and the second output and the third output, the relational expression is corrected,
The measurement apparatus according to appendix 2 or 3, wherein the first capacitance is calculated using the corrected relational expression and the first output.
(付記5) 前記第1算出部は、
前記第1キャパシタ及び前記第2キャパシタの静電容量、並びに、前記第2出力及び前記第3出力に基づいて、前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係式を生成し、
生成された前記関係式及び前記第1出力を用いて、前記第1静電容量を算出することを特徴とする付記2又は3に記載の計測装置。
(Supplementary Note 5) The first calculation unit includes:
Based on the capacitances of the first capacitor and the second capacitor, and the second output and the third output, a relational expression between the capacitance between the pair of electrodes and the output from the pair of electrodes. Produces
The measurement apparatus according to appendix 2 or 3, wherein the first capacitance is calculated using the generated relational expression and the first output.
(付記6) 前記第1算出部は、
前記第1出力と前記第2出力との第1差分を算出して前記第1差分を設定値と比較し、
前記第1差分が前記設定値以下である時に、前記第1キャパシタの静電容量を、前記第1静電容量に決定し、
前記第1出力と前記第3出力との第2差分を算出して前記第2差分を前記設定値と比較し、
前記第2差分が前記設定値以下である時に、前記第2キャパシタの静電容量を、前記第1静電容量に決定することを特徴とする付記2又は3に記載の計測装置。
(Supplementary Note 6) The first calculation unit includes:
Calculating a first difference between the first output and the second output and comparing the first difference with a set value;
When the first difference is less than or equal to the set value, the capacitance of the first capacitor is determined as the first capacitance;
Calculating a second difference between the first output and the third output and comparing the second difference with the set value;
4. The measuring device according to appendix 2 or 3, wherein when the second difference is equal to or less than the set value, the capacitance of the second capacitor is determined as the first capacitance.
(付記7) 算出された前記第1静電容量を用いて、前記一対の電極間の物質の比誘電率を算出する第2算出部を更に含むことを特徴とする付記1乃至6のいずれかに記載の計測装置。
(Supplementary note 7) Any one of
(付記8) 算出された前記比誘電率を用いて、前記物質の密度を算出する第3算出部を更に含むことを特徴とする付記7に記載の計測装置。
(付記9) 前記一対の電極及び前記参照部は、同等の温度環境下に配置されることを特徴とする付記1乃至8のいずれかに記載の計測装置。
(Additional remark 8) The measuring apparatus of Additional remark 7 characterized by further including the 3rd calculation part which calculates the density of the said substance using the calculated said relative dielectric constant.
(Supplementary note 9) The measuring apparatus according to any one of
(付記10) 一対の電極と、第1キャパシタを備える参照部と、前記一対の電極及び前記第1キャパシタの出力を検出する検出部と、前記検出部を前記一対の電極又は前記第1キャパシタに接続するスイッチ部と、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第1出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第1キャパシタの第2出力を用いて、前記一対の電極間の第1静電容量を算出する算出部とを含む計測装置を用いた計測方法であって、
前記一対の電極を、計測対象の物質を挟んで配置する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記一対の電極に接続し、前記検出部によって前記第1出力を検出する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記第1キャパシタに接続し、前記検出部によって前記第2出力を検出する工程と、
前記算出部によって前記第1出力及び前記第2出力を用いて、前記第1静電容量を算出する工程と
を含むことを特徴とする計測方法。
(Additional remark 10) A reference part provided with a pair of electrodes, a first capacitor, a detection part for detecting outputs of the pair of electrodes and the first capacitor, and the detection part as the pair of electrodes or the first capacitor Using the switch unit to be connected, the first output of the pair of electrodes connected to the detection unit by the switch unit, and the second output of the first capacitor connected to the detection unit by the switch unit, A measurement method using a measurement device including a calculation unit that calculates a first capacitance between the pair of electrodes,
Arranging the pair of electrodes with a substance to be measured interposed therebetween;
Connecting the detection unit to the pair of electrodes by the switch unit, and detecting the first output by the detection unit;
Connecting the detection unit to the first capacitor by the switch unit, and detecting the second output by the detection unit;
A step of calculating the first capacitance using the first output and the second output by the calculation unit.
(付記11) 前記参照部は、第2キャパシタを備え、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記第2キャパシタに接続し、前記検出部によって前記第2キャパシタの第3出力を検出する工程を含み、
前記算出部によって前記第1静電容量を算出する工程では、前記第1出力、前記第2出力及び前記第3出力を用いて、前記第1静電容量を算出することを特徴とする付記10に記載の計測方法。
(Supplementary Note 11) The reference unit includes a second capacitor,
Connecting the detection unit to the second capacitor by the switch unit, and detecting a third output of the second capacitor by the detection unit;
(Supplementary note 10) In the step of calculating the first capacitance by the calculation unit, the first capacitance is calculated using the first output, the second output, and the third output. Measurement method described in 1.
(付記12) 前記第1キャパシタは、可変容量キャパシタであり、
前記算出部によって前記第1静電容量を算出する工程では、前記第1出力、前記第2出力、及び、前記第1キャパシタの容量を変化させた第2キャパシタの第3出力を用いて、前記第1静電容量を算出することを特徴とする付記10に記載の計測方法。
(Supplementary Note 12) The first capacitor is a variable capacitor,
In the step of calculating the first capacitance by the calculation unit, the first output, the second output, and the third output of the second capacitor in which the capacitance of the first capacitor is changed, The measurement method according to
(付記13) 前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係式を有し、
前記算出部によって前記第1静電容量を算出する工程は、
前記第1キャパシタ及び前記第2キャパシタの静電容量、並びに、前記第2出力及び前記第3出力に基づいて、前記関係式を補正する工程と、
補正された前記関係式及び前記第1出力を用いて、前記第1静電容量を算出する工程と
を含むことを特徴とする付記11又は12に記載の計測方法。
(Additional remark 13) It has the relational expression of the electrostatic capacitance between the pair of electrodes and the output from the pair of electrodes,
The step of calculating the first capacitance by the calculation unit includes:
Correcting the relational expression based on capacitances of the first capacitor and the second capacitor, and the second output and the third output;
The method according to claim 11 or 12, further comprising: calculating the first capacitance using the corrected relational expression and the first output.
(付記14) 前記算出部によって前記第1静電容量を算出する工程は、
前記第1キャパシタ及び前記第2キャパシタの静電容量、並びに、前記第2出力及び前記第3出力に基づいて、前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係式を生成する工程と、
生成された前記関係式及び前記第1出力を用いて、前記第1静電容量を算出する工程と を含むことを特徴とする付記11又は12に記載の計測方法。
(Supplementary Note 14) The step of calculating the first capacitance by the calculation unit includes:
Based on the capacitances of the first capacitor and the second capacitor, and the second output and the third output, a relational expression between the capacitance between the pair of electrodes and the output from the pair of electrodes. Generating
The method according to claim 11 or 12, further comprising: calculating the first capacitance using the generated relational expression and the first output.
(付記15) 前記算出部によって前記第1静電容量を算出する工程は、
前記第1出力と前記第2出力との第1差分を算出して前記第1差分を設定値と比較する工程と、
前記第1差分が前記設定値以下である時に、前記第1キャパシタの静電容量を、前記第1静電容量に決定する工程と、
前記第1出力と前記第3出力との第2差分を算出して前記第2差分を前記設定値と比較する工程と、
前記第2差分が前記設定値以下である時に、前記第2キャパシタの静電容量を、前記第1静電容量に決定する工程と
を含むことを特徴とする付記11又は12に記載の計測方法。
(Supplementary Note 15) The step of calculating the first capacitance by the calculation unit includes:
Calculating a first difference between the first output and the second output and comparing the first difference with a set value;
Determining the capacitance of the first capacitor as the first capacitance when the first difference is less than or equal to the set value;
Calculating a second difference between the first output and the third output and comparing the second difference with the set value;
The method according to claim 11 or 12, further comprising: determining the capacitance of the second capacitor as the first capacitance when the second difference is equal to or less than the set value. .
(付記16) 前記一対の電極を配置する工程前に、前記一対の電極及び前記参照部を、同等の温度環境下に配置する工程を更に含むことを特徴とする付記11乃至16のいずれかに記載の計測方法。
(Supplementary note 16) In any one of
1A,1B 雪密度センサ
10 検知部
11 電極対
11a,11b 電極
20 検出回路
20a,31 参照部
21 第1参照部
21a 第1キャパシタ
22 第2参照部
22a 第2キャパシタ
23 スイッチ部
24 検出部
25 記録部
26 静電容量算出部
27 比誘電率算出部
28 雪密度算出部
29 雪密度出力部
30a,30b,30c 特性曲線
31a 可変容量キャパシタ
32 可変容量制御部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
第1キャパシタを備える参照部と、
前記一対の電極及び前記第1キャパシタの出力を検出する検出部と、
前記検出部を前記一対の電極又は前記第1キャパシタに接続するスイッチ部と、
前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第1出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第1キャパシタの第2出力を用いて、前記一対の電極間の第1静電容量を算出する第1算出部と
を含むことを特徴とする計測装置。 A pair of electrodes;
A reference unit comprising a first capacitor;
A detection unit for detecting outputs of the pair of electrodes and the first capacitor;
A switch unit that connects the detection unit to the pair of electrodes or the first capacitor;
Using the first output of the pair of electrodes connected to the detection unit by the switch unit and the second output of the first capacitor connected to the detection unit by the switch unit, between the pair of electrodes And a first calculation unit that calculates a first capacitance.
前記検出部は、前記一対の電極、前記第1キャパシタ及び前記第2キャパシタの出力を検出し、
前記スイッチ部は、前記検出部を前記一対の電極、前記第1キャパシタ又は前記第2キャパシタに接続し、
前記第1算出部は、前記第1出力、前記第2出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第2キャパシタの第3出力を用いて、前記第1静電容量を算出することを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 The reference unit includes a second capacitor,
The detection unit detects outputs of the pair of electrodes, the first capacitor, and the second capacitor,
The switch unit connects the detection unit to the pair of electrodes, the first capacitor, or the second capacitor,
The first calculation unit calculates the first capacitance using the first output, the second output, and a third output of the second capacitor connected to the detection unit by the switch unit. The measuring apparatus according to claim 1.
前記第1算出部は、前記第1出力、前記第2出力、及び、前記第1キャパシタの容量を変化させた第2キャパシタの第3出力を用いて、前記第1静電容量を算出することを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 The first capacitor is a variable capacitor;
The first calculation unit calculates the first capacitance using the first output, the second output, and a third output of a second capacitor obtained by changing a capacitance of the first capacitor. The measuring device according to claim 1.
前記第1算出部は、
前記第1キャパシタ及び前記第2キャパシタの静電容量、並びに、前記第2出力及び前記第3出力に基づいて、前記関係式を補正し、
補正された前記関係式及び前記第1出力を用いて、前記第1静電容量を算出することを特徴とする請求項2又は3に記載の計測装置。 A relational expression between the capacitance between the pair of electrodes and the output from the pair of electrodes;
The first calculation unit includes:
Based on the capacitances of the first capacitor and the second capacitor, and the second output and the third output, the relational expression is corrected,
The measuring apparatus according to claim 2, wherein the first capacitance is calculated using the corrected relational expression and the first output.
前記第1キャパシタ及び前記第2キャパシタの静電容量、並びに、前記第2出力及び前記第3出力に基づいて、前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係式を生成し、
生成された前記関係式及び前記第1出力を用いて、前記第1静電容量を算出することを特徴とする請求項2又は3に記載の計測装置。 The first calculation unit includes:
Based on the capacitances of the first capacitor and the second capacitor, and the second output and the third output, a relational expression between the capacitance between the pair of electrodes and the output from the pair of electrodes. Produces
The measurement apparatus according to claim 2, wherein the first capacitance is calculated using the generated relational expression and the first output.
前記第1出力と前記第2出力との第1差分を算出して前記第1差分を設定値と比較し、
前記第1差分が前記設定値以下である時に、前記第1キャパシタの静電容量を、前記第1静電容量に決定し、
前記第1出力と前記第3出力との第2差分を算出して前記第2差分を前記設定値と比較し、
前記第2差分が前記設定値以下である時に、前記第2キャパシタの静電容量を、前記第1静電容量に決定することを特徴とする請求項2又は3に記載の計測装置。 The first calculation unit includes:
Calculating a first difference between the first output and the second output and comparing the first difference with a set value;
When the first difference is less than or equal to the set value, the capacitance of the first capacitor is determined as the first capacitance;
Calculating a second difference between the first output and the third output and comparing the second difference with the set value;
4. The measuring device according to claim 2, wherein when the second difference is equal to or less than the set value, the capacitance of the second capacitor is determined as the first capacitance.
前記一対の電極を、計測対象の物質を挟んで配置する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記一対の電極に接続し、前記検出部によって前記第1出力を検出する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記第1キャパシタに接続し、前記検出部によって前記第2出力を検出する工程と、
前記算出部によって前記第1出力及び前記第2出力を用いて、前記第1静電容量を算出する工程と
を含むことを特徴とする計測方法。 A pair of electrodes, a reference unit including a first capacitor, a detection unit for detecting outputs of the pair of electrodes and the first capacitor, and a switch unit for connecting the detection unit to the pair of electrodes or the first capacitor And the first output of the pair of electrodes connected to the detection unit by the switch unit and the second output of the first capacitor connected to the detection unit by the switch unit, A measurement method using a measurement device including a calculation unit that calculates a first capacitance between
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