JPH06229917A - 水分計測方法 - Google Patents

水分計測方法

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JPH06229917A
JPH06229917A JP1406993A JP1406993A JPH06229917A JP H06229917 A JPH06229917 A JP H06229917A JP 1406993 A JP1406993 A JP 1406993A JP 1406993 A JP1406993 A JP 1406993A JP H06229917 A JPH06229917 A JP H06229917A
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JP
Japan
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water
wavelength
light
absorbed
infrared rays
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JP1406993A
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English (en)
Inventor
Satoru Matsuoka
悟 松岡
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 計測装置と計測対象が相対的に高速で移動し
ているときにおいても、正確な計測が可能な水分計測方
法の提供。 【構成】 水に大きく吸収される波長の近赤外線と水に
吸収されにくい波長の近赤外線の少なくとも2つの波長
の近赤外線を含む光線を計測対象に照射し、計測対象か
ら反射された近赤外光から前記水に大きく吸収される波
長の近赤外線と水に吸収されにくい波長の近赤外線を夫
々抽出し、これらの光量を測定し、この測定値に基づい
て所定の演算を行うことによって対象物の水分を計測す
る水分計測方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水分計測方法に関し、
更に詳しくは、計測装置と計測対象とが相対的に比較的
高速で移動している場合にも適用できる水分計測方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】物質に近赤外線を照射すると、その物質
に応じて特定波長域で吸収が起こる。例えば、水の場合
には、図2に示すように1.20μm, 1.45 μm,1.94μm の
波長(水の吸収波長) 域で吸収がおこり、反射光の強度
が弱まる。このとき赤外線の吸収量は水分量に応じて変
化するので、水を含んだ物質に水の吸収波長の近赤外線
を照射し、この物質で反射された赤外線量を計測するこ
とによって、物質にどれだけの水分が含まれているかを
知ることができる。
【0003】しかし、この水の吸収波長のみの計測で
は、物質の表面状態、粒度等の影響を受けるため、実際
には水の吸収波長の他に、水分の影響を受けない他の波
長の光を参照波長光として照射し、夫々の反射光量を測
定する。この測定値を下記の式にいれることによって水
分量を求めることができる。 W=a0 +a1 In(R/s) s:吸収波長光の反射光量 R:参照波長光の反射光量 W:水分量(%) a0 :定数 a1 :比例定数 この原理を利用した水分計測装置として、図6に示す装
置がある。この装置は光源用ランプ61、フィルタホイー
ル63、凹面鏡67、赤外線透過フィルタ69、光電素子70、
交流増幅器71、サンプルホールド回路72、CPU74 等から
構成される。
【0004】光源用ランプ61を出た光は、レンズ62、62
で集光され、モータ64によって回転駆動されるフィルタ
ホイール63によって、断続的な光線に変えられる。フィ
ルタホイール63には、4種類のフィルタ(F1,F2,F3,F4)
が取付けられている。F1は水によって大きく吸収される
水の吸収波長λ1のみを、F2,F3 は参照波長λ2、λ3
のみを、F4は可視光のみを、夫々透過させる。これらフ
ィルタ(F1,F2,F3,F4)が取付けられたフィルタホイール
63(図7)は、モータ64によって所定速度で回転駆動さ
せられるので、光源用ランプ61からの光は、波長λ1,λ
2,λ3の赤外光線及び可視光線の、断続的な流れに変換
される。この断続的な光線は平面鏡65、レンズ66を経
て、計測対象Oに照射される。
【0005】計測対象Oによって反射された断続的な光
線は、凹面鏡67、凸面鏡68、赤外線透過フィルタ69を経
て、受光素子70に導かれる。このとき、水の吸収波長λ
1の赤外光線は計測対象の水分量に応じて吸収されてい
るが、参照波長光は吸収されていない。受光素子70で水
の吸収波長λ1の赤外光線及び参照波長(λ2、λ3)
の光線は、その光量に応じた電気信号に変換される。
【0006】この電気信号は、、吸収波長信号S、参照
波長信号R1、R2の順に並んだ直列的な信号である。
この信号を先ず交流増幅機71で増幅し、サンプルホール
ド回路72でS、R1、R2の信号を分離し、夫々直流信
号として取出す。直流信号となった、S、R1、R2
は、AD変換器73で、AD変換されデジタル信号としてCPU7
4 に送られる。CUP74 では、上述した式の演算に加え、
温度、湿度等の補正演算が行われ、計測対象Oの水分量
が算出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような計測装置による計測では、水分の吸収波長の赤
外線と参照波長の赤外線とが異なったタイミングで計測
対象に照射されるため、計測装置と計測対象とが相対的
に移動しているときには、水分の吸収波長λ1の近赤外
線が照射される計測対象の領域A1と、参照波長の近赤
外線が照射される計測対象の領域A2とが異ってしま
う。特に、両者が高速で、相対移動しているときには、
A1とA2とが大きく離間してしまうため、正確な水分
計測が困難になるという問題がある。
【0008】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あって、計測装置と計測対象物とが相対的に高速で移動
しているときであっても、正確な水分の計測が可能な水
分計測方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、水に大きく吸収される波長の近赤外線と
水に吸収されにくい波長の近赤外線との少なくとも2つ
の波長の近赤外線を含む光線を計測対象に照射する照射
工程と、計測対象から反射された近赤外光から前記水に
大きく吸収される波長の近赤外線と前記水に吸収されに
くい波長の近赤外線のそれぞれを取り出す取出し工程
と、前記取り出された水に大きく吸収される波長の近赤
外線と前記水に吸収されにくい波長の近赤外線の量から
計測対象に含まれる水分量を演算する演算工程と、から
なる水分計測方法を提供する。
【0010】
【作用】上記のように構成された本発明によれば、水に
大きく吸収される波長(水の吸収波長)の近赤外線と水
に吸収されにくい波長(参照波長)の近赤外線との少な
くとも2つの波長の近赤外線を含む光線を計測対象に照
射し、計測対象からの反射光から水の吸収波長の近赤外
線と参照波長の近赤外線とを取り出すので、吸収波長の
近赤外線と参照波長の近赤外線との両者が、常に計測対
象物の同一領域に照射される。換言すれば、同一領域か
らの反射光に基づいて計測対象の水分計測が行われる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。図
1は、本発明の実施例で使用する水分計測装置を模式的
に示す。この水分計測装置は、水に大きく吸収される波
長λa(水の吸収波長)の近赤外線と水に吸収されにく
い波長λb(参照波長)の近赤外線との少なくとも2つ
の波長の近赤外線を含む光線を発生させる光源1と、光
源1からの光線を集光するレンズ2、2と、平面鏡3
と、レンズ4とを有する。レンズ2、2によって集光さ
れた光線は、平面鏡3及びレンズ4によって計測対象O
に照射される。本実施例では、水の吸収波長λaとして
は1.94μm 、参照波長λbとしては1.80μm を採用して
いる。しかし、他の水の吸収波長と参照波長とを用いて
も良い。
【0012】計測対象Oからの反射光は、凹面鏡5及び
凸面鏡6によって、ハーフミラー7に導かれる。このハ
ーフミラー7によって反射光は2つに分割され、分割さ
れた一方は、水の吸収波長λaのみを透過するバンドパ
スフィルタ8aを通って、水の吸収波長λaの近赤外光
用の受光素子(光電素子)9aに導かれる。又、分割さ
れた他方は、参照波長λbのみを透過するバンドパスフ
ィルタ8bを通って、参照波長λbの近赤外光用の受光
素子(光電素子)9bに導かれる。
【0013】受光素子8a、8bは、夫々、水の吸収波
長λaの近赤外光及び参照波長λbの近赤外光の光量に
応じた電気信号を発生させる。受光素子8a、8bによ
って発生させられたこれらの電気信号は、夫々、増幅器
10a、10bで増幅され、更に、ローパスフィルタ11a 、
11b によってノイズを除去された後、AD変換器12a、12
bを経て、CPU13に入力される。
【0014】CPU13では、上述した式 W=a0 +a1 In(R/s) s:吸収波長光の反射光量に基づく信号 R:参照波長光の反射光量に基づく信号 W:水分量(%) a0 :定数 a1 :比例定数 に基づいた演算を行って水分量Wを算出する。このと
き、温度、湿度等に基づいた種々の補正を行うようにし
てもよい。
【0015】次に、上述した水分計測装置を自動車用路
面乾湿センサとして用いた適用例を説明する。路面乾湿
センサ20は、上記の水分計測装置と同様の構成を有し、
自動車の車体Bの一部に取付けられている。そして、路
面を計測対象として、路面に向かって水に大きく吸収さ
れる波長λa(水の吸収波長)の近赤外線と水に吸収さ
れにくい波長λb(参照波長)の近赤外線の少なくとも
2つの波長の近赤外線を含む光線を照射する。そして、
路面からの反射光を受光し、上述の水分計測装置と同様
の処理を行い、路面の水分量を算出する。
【0016】更に、図4のフローチャートに従った判断
をCPUが行う。即ち、算出された水分量Wが、所定の
しきい値WO 以下であれば、乾燥路と判断し、所定のし
きい値WO より大きければ、非乾燥路であると判断する
(図5)。非乾燥路と判断されたとき温度計から路面温
度Tを読み込み、Tが0℃未満のときは、氷雪路である
と判断し、Tが0℃以上のときは、通常の湿潤路である
と判断する。
【0017】この判断結果は、前方を走行する車両との
車間距離によって自動的にブレーキが作動する自動ブレ
ーキシステムにおいて制動距離を算出するためパラメー
タ等として利用される。尚、上記実施例は本発明を何ら
限定するものではなく、本発明は、特許請求の範囲の範
囲に記載された技術的事項の範囲内で種々の変形・変更
が可能である。
【0018】
【効果】以上詳述した本発明によれば、水の吸収波長の
近赤外光と参照波長の近赤外光とを含む光線を計測物に
照射し、反射光から水の吸収波長の近赤外光と参照波長
の近赤外光とを分離し、対象物の水分を算出するので、
水の吸収波長の近赤外光と参照波長の近赤外光の両者が
必ず計測物の同一領域に照射される。従って、計測物と
計測装置が相対的に高い速度で移動しているときでも、
常に、精度の高い計測が可能となる。
【0019】更に、機械的な動作によって水分吸収波長
と参照波長とを分離するものではないので、機械的作動
部分が不要となり、サンプルレートを上げられ、移動物
体等の水分量の変化の大きな物体に対しても高い精度で
計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水分計測方法を実施する水分計測装置
の一例を概略的に示す模式図。
【図2】近赤外における水の反射率(吸収率)を示すグ
ラフ。
【図3】本発明の水分計測方法を実施する水分計測装置
を自動車用路面乾湿センサとして使用した場合の説明
図。
【図4】本発明の水分計測方法を実施する水分計測装置
を自動車用路面乾湿センサとして使用した場合のCPU
の処理の一例を示すフローチャート。
【図5】図4における乾燥路か非乾燥路(湿潤路)かの
判断を示すグラフ。
【図6】先行技術の水分計測装置の概略図。
【図7】図6の水分計測装置に使用されるフィルタホイ
ールの正面図。
【符号の説明】
1 光源 5 凹面鏡 7 ハーフミラー 8a バンドパスフィルタ 8b バンドパスフィルタ 9a 受光素子 9b 受光素子 10a 増幅器 11a ローパスフィルタ 12a AD変換器 13 CPU

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水に大きく吸収される波長の近赤外線と
    水に吸収されにくい波長の近赤外線との少なくとも2つ
    の波長の近赤外線を含む光線を計測対象に照射する照射
    工程と、 計測対象から反射された近赤外光から前記水に大きく吸
    収される波長の近赤外線と前記水に吸収されにくい波長
    の近赤外線のそれぞれを取り出す取出し工程と、 前記取り出された水に大きく吸収される波長の近赤外線
    の量と前記水に吸収されにくい波長の近赤外線の量から
    計測対象に含まれる水分量を演算する演算工程と、 からなる水分計測方法。
  2. 【請求項2】 前記取出し工程が反射された近赤外光を
    2つに分離する分離工程と、分離した近赤外光の一方か
    ら水に大きく吸収される波長の近赤外線を抽出し、他方
    から水に吸収されにくい波長の近赤外線を抽出する抽出
    工程と、 からなることを特徴とする請求項1に記載に記載された
    水分計測方法。
  3. 【請求項3】 前記演算工程が、前記取り出された水に
    大きく吸収される波長の近赤外線と前記水に吸収されに
    くい波長の近赤外線とを光量に対応した電気信号に変換
    する変換工程を有する、 ことを特徴とする請求項2に記載された水分計測方法。
  4. 【請求項4】 前記分離工程がハーフミラーによって行
    われ、前記抽出工程がバンドパスフィルタによって行わ
    れる、 ことを特徴とする請求項2に記載された水分計測方法。
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