JP4725913B2 - Snowfall intensity measuring method and snowfall intensity measuring apparatus - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a snowfall strength measuring method and a snowfall strength measuring device used for, for example, weather observation and automatic control of a snowmelt device.
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。
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。 However, in the case of the above conventional structure, since the sensor is a reflective structure, the detection area is located in front of the sensor unit, so the size of the sensor part can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced, In addition, the sensor can be easily installed and the installation flexibility can be improved. On the other hand, in the case of a sensor with a reflective structure, it is detected by the size of the snowflake to be measured and the moving speed of the snowflake. Detects the number of snowflakes per unit time in a certain area because the distance characteristic changes greatly, the detection area becomes ambiguous due to the change in the detection distance characteristic, and the detection area becomes ambiguous. Cannot be quantified, that is, it may not be possible to measure the ever-changing snow intensity. That.
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。
The present invention aims to solve these disadvantages. Among the present inventions, in the method invention according to
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。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a plurality of sensor units having a structure in which projection light is projected from the light projecting unit to the detection space and reflected light from the snowflake is received by the light receiving unit. The optical axes of the light projecting portions of a plurality of sensor units are arranged in an intersecting manner so that the detection areas of the sensor units overlap with each other, and the detection operations of the sensor units are configured in an independent state without mutual interference. AND means for calculating and outputting the logical product of the detection pulses from the light receiving portions of the plurality of sensor units, and counting the number of AND pulses subjected to the AND operation. Counting means, and calculation measuring means for calculating and measuring snowfall intensity based on the number of AND pulses obtained by the AND operation and the size of the overlapping detection area where the detection areas of the respective sensor units overlap. In snowfall intensity measuring apparatus characterized by comprising in Bei.
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。
According to a third aspect of the present invention, each of the detection means includes a power supply circuit, an oscillation circuit for oscillating and outputting a reference clock pulse, and timings for generating various timing pulses from the reference clock pulse. A generation circuit, a light projecting drive circuit for driving the light projecting unit with a light projecting pattern based on the timing pulse, and a signal processing circuit for discriminating only a detection pulse synchronized with the timing pulse among the detection pulses from the light receiving unit And an output circuit that outputs a detection pulse at the time of the synchronization detection to the AND operation means. A temperature sensor for detecting temperature is provided, and the invention according to
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。 As described above, according to the first or second aspect of the present invention, the projection light is projected from each light projecting portion of each of the plurality of sensor units to the detection space and the reflected light from the snowflake of the projection light is projected. Light is received by each light receiving unit, and the optical axes of the light projecting units of the plurality of sensor units are arranged in an intersecting manner so that the detection areas of each sensor unit overlap, and from each light receiving unit of each sensor unit, The AND of the detected pulses is calculated by the AND operation means and an AND pulse is output. The number of AND pulses obtained by the AND operation is counted by the counting means. Based on the size of the overlapping detection area where the detection areas of the sensor unit overlap, for example, the area of the overlapping detection area, the snowfall intensity is calculated and measured by the calculation measuring means. By forming an overlap detection area that overlaps the detection area of the knit, it is possible to specify the detection area, and it is possible to detect only snowflakes in the overlap detection area that is the specified detection area, and to quantify the snowfall intensity Since each sensor unit is equipped with detection means configured to be able to improve the measurement accuracy and the measurement accuracy, and the detection operation of each sensor unit is performed in an independent state without mutual interference, each detection is performed for each sensor unit. Pulses can be detected, accurate detection pulses can be obtained, and snowfall intensity measurement accuracy can be increased.
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。
In the invention according to
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。
FIGS. 1 to 6 show an embodiment of the present invention. A / B includes a plurality of sensor units, in this case, two sensor units. The projection light R is projected from 1 and the reflected light R from the snowflake D of the projection light R is received by the
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。
In this case, in FIGS. 1, 2, 6, the upper end of the tower G to be erected on the ground mounting the mounting cylinder K 1 of the detector body K, the detector body K of each sensor unit A · B The optical axis of the
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。
The
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。
In this case, the optical axes of the
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。
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。
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。
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。 6 is an arithmetic measurement means, which is a circuit for calculating and measuring snowfall intensity based on the number of AND pulses obtained by the AND operation and the size of the overlapping detection area W where the detection areas of the sensor units A and B overlap. It has become.
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。
For example, assuming that the number of AND pulses = N [pieces] and measurement time = t [minutes],
Snowfall intensity per hour = R (assuming that the AND pulse detected at the measurement time t continues for one hour)
R = 60 · k · n / (S · t)
R = Snowfall intensity converted to precipitation [mm / h]
k = mass parameter of snowflakes ≒ snowflake density [mm / puls] (equivalent amount of precipitation per snowflake)
S = Projected area [cm 2 ] of the overlap detection area W as seen from the direction of the snowflake flow
Will be required.
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。
In this case, the arithmetic and measuring means 6 is provided with a
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。
In this case, as shown in FIGS. 2 and 3, each of the detection means 3 includes a power supply circuit 3a, an
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。
That is, in FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 5, the
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。
Thus, the inherent frequency (fa) and frequency (fb) of the clock pulse serving as a reference for the
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。 Further, in this case, in FIG. 6, the detector body K is arranged freely horizontal turn by a bearing section K 2, the optical axis of the light projecting portion of the wind blows on the detector body K is the sensor unit A · B A wind steering member M that turns the detector body K according to the wind direction F is provided so as to cross as much as possible.
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。
Since this embodiment is configured as described above, the projection light R is projected from each of the
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。
It should be noted that a smooth surface such as raindrops is transmitted or totally reflected, and the snowflakes are irregularly reflected. Therefore, the frequency of returning to the
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。
In this case, each detection means 3 includes a power supply circuit 3a, an
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。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes the sensor units A and B, the
以上、所期の目的を充分達成することができる。 As described above, the intended purpose can be sufficiently achieved.
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
A sensor unit B sensor unit D snowflake K detector body W overlap detection area M wind steering member F wind
Claims (5)
The detector body having the plurality of sensor units is arranged in a horizontally swingable manner so that the wind blown to the detector body is directed in the direction of the wind so as to cross the optical axis of the light projecting portion of the sensor unit as much as possible. 5. A snowfall intensity measuring device according to claim 2, further comprising a wind rudder member that turns the detector body accordingly.
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