JPH0623693B2

JPH0623693B2 - 空間浮遊物体の密度測定装置

Info

Publication number: JPH0623693B2
Application number: JP2269507A
Authority: JP
Inventors: 均五代; 一雄鈴木; 聡小笠原
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1994-03-30
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: JPH04147037A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は空間浮遊物体の密度測定装置に関し、さらに
詳しくは時系列のパルス状エネルギー波を測定空間に放
射し該空間に浮遊する標的からの後方散乱波を受信する
ことで標的密度を測定する空間浮遊物体の密度測定装置
に関する。

［従来の技術］測定空間に時系列のパルス状エネルギー波を放射し該空
間に浮遊する雨、雪等の標的からの後方散乱波を受信す
ると、その受信パルス積分電圧の平均値は標的密度の時
系列変化に対応することが知られている。そこで、従来
は、この受信パルス積分電圧の平均値を直接求めたり、
またはこの平均値が一定以上継続した時間幅を計数する
ことで降水強度等を測定していた。すなわち、従来は受
信データの絶対値に基づいて標的密度をを測定してい
た。

ところで、この種の装置はパルス状エネルギー波の送／
受信部を有しており、しかもこの部分は外部にさらされ
るので、ここに汚損や損傷が生じるとそのために送／受
信信号が減衰し、従来のような絶対値による評価では測
定誤差を生じてしまう。例えば、光パルスの投／受光面
が汚損すると、これによって後方散乱波の受光レベルが
低下してしまうから、従来の装置では正しい値よりも低
降水量と測定してしまう。しかも、このような汚損や損
傷が進行すると、受光レベルはさらに低下し、装置の測
定レンジは極端に狭くなってしまう。

また、一般に標的の後方散乱波の受信電力は粒子の散乱
係数（主として誘電率）に支配されることが知られてい
るが、従来のように受信電力の絶対値で評価をすると、
仮に同一粒径、同一粒子密度を持った標的であってもそ
の散乱係数が異なれば、標的密度の測定値が異なってし
まう。

［発明が解決しようとする課題］上記のような従来の空間浮遊物体の密度測定は以上のよ
うに行われ、標的密度の測定を受信電力の絶対値で行う
ので、その測定値は送／受信部の汚損や標的粒子の散乱
係数の相違による誤差を含んでしまっていた。

この発明はかかる課題を解決するためになされたもの
で、エネルギー波の送／受信部に汚損や損傷が生じて
も、または標的粒子の散乱係数が相違しても、常に正確
な標的密度の測定が行える空間浮遊物体の密度測定装置
の提供を目的としている。

［課題を解決するための手段］この発明にかかる空間浮遊物体の密度測定装置は、時系
列のパルス状エネルギー波を測定空間に放射し該空間に
浮遊する標的からの後方散乱波を受信することで標的密
度を測定する空間浮遊物体の密度測定装置において、時
系列の後方散乱波を所定時間収集してｎ個の受信電力を
得る受信手段と、このｎ個の受信電力の中から最大電力
を検出する最大電力検出手段と、このｎ個の受信電力の
平均電力を検出する平均電力検出手段と、前記検出した
最大電力を基準として前記検出した平均電力を相対評価
する標的密度の評価手段とを備える。

［作用］この発明における空間浮遊物体の密度測定装置は、時系
列の後方散乱波を一定時間収集してｎ個の受信電力値
（Ｐ_ｉ）を得るとともに、これらの受信電力値（Ｐ_ｉ）
に基づいてその最大電力（Ｐ_ｍ）と平均電力（Ｐ_ａ）と
を求め、得られた最大電力（Ｐ_ｍ）を基準として平均電
力（Ｐ_ａ）を相対評価するものであり、これによって、
例えば送／受信部の着雪や着滴によってその分受信電力
値（Ｐ_ｉ）が減衰を受けても、最大電力（Ｐ_ｍ）と平均
電力（Ｐ_ａ）とは夫々同程度の減衰を受けるので、これ
を相対評価する（例えば比をとる）ことで減衰の影響は
相殺される。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図面を用いて説明する。第
１図は本発明による実施例の降雪強度計のブロック図
で、図において（１）は降雪強度計の本体、（２），
（３）は透明の保護板、（４），（５）は光学レンズ、
（６）は赤外線の発光素子、（７）は送信回路、（８）
はタイミングクロック発生回路、（９）は赤外線の受光
素子、（１０）は受信回路、（１１）は最大値検出回
路、（１２）は平均値検出回路、（１３）は除算回路、
（１４）は対数変換回路である。

また、図の斜線で囲まれたエリアはこの降雪強度計の視
野であって、（Ｗ）は降雪（標的）である。

次に動作について説明する。第２図は第１図の装置の動
作タイミングチャートで、図においてタイミングクロッ
ク発生回路（８）は所定周期（ｔ_２）毎に例えば３８Ｋ
Ｈｚの送信パルスを時間（ｔ_１）の区間だけ発生し、こ
れを所定時間（ｔ_０）にわたって繰り返す。送信回路
（７）は送信パルスの信号に従つて発光素子（６）を駆
動し、この発光素子（６）からのパルス状の赤外光は光
学レンズ（５）及び透明の保護板（３）を通して標的
（Ｗ）に向け、放射される。

一方、標的（Ｗ）で散乱した後方散乱光は透明の保護板
（２）及び光学レンズ（４）を通して受光素子（９）で
受信される。この受信波は視野内の個々の粒子（降雪）
からの反射波の合成波であるから、降雪のランダムな配
列と夫々の運動とによりパルスヒット毎の夫々の粒子か
らの反射波の位相が変動し、その受信電力（すなわち受
信電圧）は時々刻々と変動する。そこで、受信回路（１
０）はパルスヒット毎の受信電圧を積分するとともに、
所定周期（ｔ_２）毎にその区間の受信電圧を積分した受
信パルス積分電圧（Ｖ_１）〜（Ｖ_ｎ）をサンプリング出
力する。

第３図はこうして得られた受信パルス積分電圧（Ｖ_１）
〜（Ｖ_ｎ）を降順に並べたグラフ図で、ここでは受信パ
ルス積分電圧（Ｖ_４）が最大電圧（Ｖ_ｍ）として示され
ている。

第４図は第３図の状態を包絡線で表したグラフ図で、こ
こでは異なる標的密度について測定した複数の包絡線が
示されている。図において（Ｖ_a1）は標的密度が最も小
さい場合の包絡線を示しており、この時の受信パルス積
分電圧（Ｖ_１）〜（Ｖ_ｎ）の平均電圧を求めると、（Ｖ
_a1）である。同様にして（Ｖ_a2）は標的密度が前記より
も少し大きい場合の包絡線を示しており、この時の平均
電圧は（Ｖ_a2）である。さらに（Ｖ_a5）は標的密度が最
も大きい場合の包絡線を示しており、この時の平均電圧
は（Ｖ_a5）である。かくして、各平均電圧には（Ｖ_a1）
＜（Ｖ_a2）＜（Ｖ_a3）＜（Ｖ_a4）＜（Ｖ_a5）の関係があ
り、この平均電圧を求めることで標的密度を測定できる
ことは上記の通りである。

ところで、本実施例のように所定時間（ｔ_０）にわたっ
て受信パルス積分電圧の収集を行うと、どの包絡線も略
一定の最大受信パルス積分電圧（Ｖ_ｍ）を有しているこ
とに気づく。

一般に、後方散乱光の受光電力（Ｐ）は、（但し、Ｋ：光学的定数、σ：粒子の散乱断面積、Ｄ：
空間の粒子密度、Ｒ：投光器と標的までの距離）の関係で示されるが、各受光電力（Ｐ_ｉ）の中には、粒
子密度（Ｄ）が一定であるにもかかわらず、散乱断面積
（σ）が大、または距離（Ｒ）が小であることによって
生じるピーク電圧（Ｐ_ｍ）が必ず含まれてくるのであ
る。

そこで第１図に戻り、最大値検出回路（１１）は受信パ
ルス積分電圧（Ｖ_１）〜（Ｖ_ｎ）の中から最大の受信パ
ルス積分電圧値（Ｖ_ｍ）を検出する。一方、平均値検出
回路（１２）は受信パルス積分電圧（Ｖ_１）〜（Ｖ_ｎ）
の平均値（Ｖ_ａ）を、によって検出する。そして、除算回路（１３）は最大の
受信パルス積分電圧値（Ｖ_ｍ）を基準としてこの平均値
（Ｖ_ａ）を相対評価すべく、これらの比を、に従つて求め、対数変換回路（１４）は測定値（Ｓ）
を、Ｓ＝２０log Ｑに従つてデシベル値に変換する。なお、（Ｑ）が電力比
の場合は、Ｓ＝１０log Ｑである。

ここで、透明の保護板（２），（３）が汚れると、それ
に応じて受信パルス積分電圧（Ｖ_１）〜（Ｖ_ｎ）も減衰
するが、今、平均値（Ｖ_ａ）を求める基礎となる受信パ
ルス積分電圧（Ｖ_１）〜（Ｖ_ｎ）の検出時の平均減衰係
数をα_１、最大の受信パルス積分電圧値（Ｖ_ｍ）に対応
する受信パルス積分電圧（Ｖ_ｉ）の検出時の減衰係数を
α_２とすると、その測定値（Ｓ）は厳密には、となるが、汚れの進行に比べて受信パルス積分電圧（Ｖ
_ｉ）の収集時間（ｔ_０）が充分に短ければα_１≒α_２と
して良いから、となり、本実施例によれば透明の保護板（２），（３）
に汚れが生じても、これによる減衰分は分母分子の関係
で相殺され、もって測定結果には誤差を生じない。

また、これによって従来はフルスケールの約５０％程度
であった有効計測範囲も約９０％にまで拡大できる。

また、本発明によれば（Ｖ_ａ）と（Ｖ_ｍ）との相対評価
をするので、例えば装置の設置場所毎に標的の散乱係数
が異なる場合でも、標的密度に忠実な正確な測定結果が
得られる。

さらに、従来の電磁波を用いた雨量レーダや雪量レーダ
では、反射電力を降水強度に換算するための所謂レーダ
反射因子と呼ばれる反射係数を推定しなければならず、
これに推定誤差があるとこれが降水強度の測定誤差につ
ながるが、本発明を応用すれば反射係数は関与しなくな
るので、測定精度の向上が図れる利点がある。

なお、上記実施例では降雪強度計を示したが、降水強度
計でも、他の空間浮遊物体の密度測定装置でも良い。

また、上記実施例では赤外線を利用したが、本発明は光
波を利用した濁度計、電磁波を利用してレーダ雨・雪量
計、もしくは音波を利用して空間浮遊物を非接触で測定
する装置にも適用できる。

［発明の効果］この発明は以上説明したように、検出した最大電力を基
準としてその平均電力を相対評価するので、送／受信部
の汚損や標的の散乱係数の相違等があっても常に正確な
測定結果が得られるとともに、測定の有効範囲を広く維
持できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例の降雪強度計のブロツク
図、第２図は第１図の装置の動作タイミングチャート、
第３図は受信パルス積分電圧（Ｖ_１）〜（Ｖ_ｎ）を降順
に並べたグラフ図、第４図は平均電圧（Ｖ_a1）〜
（Ｖ_a5）をパラメータとして対応する受信パルス積分電
圧の並びを包絡線で示したグラフ図である。（１）は本体、（２），（３）は透明保護板、（４），
（５）は光学レンズ、（６）は赤外線発光素子、（７）
は送信回路、（８）はタイミングクロック発生回路、
（９）は赤外線受光素子、（１０）は受信回路、（１
１）は最大値検出回路、（１２）は平均値検出回路、
（１３）は除算回路、（１４）は対数変換回路である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】時系列のパルス状エネルギー波を測定空間
に放射し該空間に浮遊する標的からの後方散乱波を受信
することで標的密度を測定する空間浮遊物体の密度測定
装置において、時系列の後方散乱波を所定時間収集してｎ個の受信電力
を得る受信手段と、このｎ個の受信電力の中から最大電力を検出する最大電
力検出手段と、このｎ個の受信電力の平均電力を検出する平均電力検出
手段と、前記検出した最大電力を基準として前記検出した平均電
力を相対評価する標的密度の評価手段とを備えたことを
特徴とする空間浮遊物体の密度測定装置。