JPH0690138B2 - 降雪粒子の含水率測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 降雪粒子の含水率を連続的に測定する装置に関するもの
である。

（従来の技術） 第３図、第４図は従来技術の降雪粒子の含水率測定装置
の要部構成図である。

図において、微小な孔の取入口37より、わずかの雪粒子
46を採取室33に取り入れ、これを加水発色性物質を含む
吸水素材36に受けて、雪粒子に付着していた水分を吸収
素材36に吸収させる。吸収素材36中の加水発色性物質は
水と反応して発色し、その発色面積で水分値を示すこと
になる。

この吸収素材36は固定側ローラ34に巻かれていて、駆動
側ローラ35で巻き取ることにより移動するようになって
いる。

この装置での含水率の測定は、雪粒子46を加水発色性物
質を含む吸水素材36上に受けたとき、その付着水分が吸
水素材36に吸収されて、即ち雪粒子のみ残存した状態で
発色した発色部分を、採取室33に配してある投光器41で
照明される位置に移動し、受光センサー39でその発色面
積を測定する。次に雪粒子46を載せた吸収素材36を融解
室32の加熱器38の真上に移動して、雪粒子46を全て融解
して水として、再び吸収素材36に吸収させて発色させ
る。この発色部分を融解室32内の投光器42で照明される
位置に移動し、受光センサー40で、その発色面積を測定
する。ここで雪粒子46を融解する前の発色面積を、融解
後の発色面積で徐し、雪粒子46中の含水率を算出する。
この計算は演算処理装置43で行う。

このように従来の装置では、雪粒子を融解する前の発色
面積の測定と、融解後の発色面積の測定は、それぞれ別
の位置、別の投光器、別の受光センサーで行われてい
た。

（発明が解決しようとする課題） 降雪粒子の含水率は雪の性質を知る上で重要である。一
般に乾いた雪を粉雪、湿った雪をボタン雪とかベタ雪な
どと表現するように、含水率の違いが雪の微妙な性質の
違いを示す。

例えば、電線に付着し成長する雪は湿った雪であり、粉
雪では風に飛ばされて付着することはない。この付着力
は含水率と密接な関係があり、水分が多いと付着力は急
速に増大する。

従来の装置では降雪粒子に初めから含まれている付着水
分による発色部分の測定（以下Ａ測定と言う）と、その
水分除去後の雪粒子融解による発色部部分の測定（以下
Ｂ測定と言う）とは、上述のように別の位置で、別の投
光器及び別の受光センサーを使って行われていた。

このため、投光器及び受光センサー間の器差が生じ、測
定精度の低下につながっていた。又、測定精度を上げる
ためには、Ａ測定で測定した発色部分の位置をそのまま
維持してＢ測定を行う、即ち、Ａ測定及びＢ測定とも受
光センサーは同一測定部分を測定することが重要である
が、吸収素材を移動する駆動ローラーの動作精度や、移
動に伴う振動による雪粒子の微妙な動きなどで、測定部
分の完全な一致は困難であった。又、移動を繰り返すた
め測定に要する時間もその分余計にかかるものであっ
た。さらに、投光器、受光センサーが２組必要なので装
置は大型となり、可搬性が悪く、製作費が高くなり、経
済性が悪いはどの問題点があった。

このため、降雪粒子の含水率の測定を迅速かつ正確に、
しかも経済的に行うことのできる装置の開発が強く望ま
れていた。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するために以下の手段を採用した。

即ち、降雪粒子を取り入れるための降雪粒子採取口１を
開閉自動シャッター２で覆い、このシャッター２を開放
して、降雪粒子をその下方に位置する吸収素材４（後
述）上に採取する降雪採取室３と、一部に開口を持つ仕
切り壁15を介して降雪採取室３と接続する観測室10と、
仕切り壁15の開口を貫通し、降雪採取室３から観測室10
に亘って水平に配した加水発色性物質（水分を吸収する
と発色とする物質）を含む吸収素材４と、降雪採取室３
に配した吸収素材４を巻き付けておくための回転リール
5a及び観測室10に配したこの吸収素材４を巻き取るため
の回転リール5bと、回転リール5bを回転するための駆動
装置６と、観測室10の吸収素材４の上面（表面）に近接
して配した冷却器17bと、観測室10の吸収素材４の下面
（表面）に近接して配してあり、吸収素材４を挟んで冷
却器17bと対象位置とその対象位置を外れた位置とに移
動し、冷却器17bと対象位置で吸収素材４を加熱して降
雪粒子を融解する加熱器９と、冷却器17bと対応する位
置の吸収素材４の下面部分をその真下から照明するため
に観測室10の下方に配した照明ランプ７と、加熱器９で
加熱する前及び後の吸収素材４の前記下面部分を真下か
ら撮影するために照明ランプ７に近接して配した撮影装
置８と、撮影装置８の信号を受け、加熱器９で加熱する
前及び後の吸収素材４の発色部分の面積を算出し、その
面積比率を計算して含水率を算出する画像処理解析装置
11と、前記開閉自動シャッター２を開けておく時間を設
定する降雪粒子採取時間計13、開閉自動シャッター２を
開ける周期（時間）を設定する採取周期時間計14を有
し、前記駆動装置６、冷却器17b、加熱器９、照明ラン
プ７、撮影装置８及び画像処理解析装置11の作動を制御
する制御盤12とを備えた降雪粒子の含水率測定装置をそ
の手段とした。

（作用） 本発明は上記の課題を解決するために、従来装置で投光
器（照明ランプ）、撮影装置がそれぞれ２組であったも
のを１組とし、しかも前記Ａ測定及びＢ両測定が可能な
構造としたものである。

即ち、上記手段を採用した本発明の装置は、以下の
（１）〜（５）の順序で動作することになる。

（１）降雪採取口１を覆う開閉自動シャッター２を一定
時間（降雪粒子採取時間計13に設定した時間）開いて、
降雪粒子を取り込み、これを降雪採取室３内の加水発色
性物質を含む吸収素材４上に受けて、雪粒子に付着する
水分を吸収素材４に吸収させ発色させる。

（２）駆動装置６で回転リール5bを回転して吸収素材４
を巻き取り、観測室10に移動し、発色部分を冷却器17b
の真下、即ち照明ランプ７と撮影装置８の真上に停止さ
せる。ここでさらに冷却器17bで一定時間雪粒子が融解
しない状態を維持し、降雪採取室３内で吸収素材４に吸
収できなかった雪粒子の水分を完全に吸収させ、前記Ａ
測定を行う。

（３）加熱器９を発色部分の真下に移動し、吸収素材上
に残存している雪粒子を加熱融解し全部を水とし、再び
吸収素材４に吸収させ、加熱器９を発色部分から外れる
位置に移動する。ここでＡ測定と同一の照明ランプと撮
影装置でＢ測定を行う。

尚、Ａ測定は雪粒子に付着する水によって吸収素材４上
に採取した雪粒子の真下に発色部分をつくり、Ｂ測定は
その発色部分のほぼ中央に残存する雪粒子が融解して水
になるため、この水が吸収素材４にさらに吸収されるこ
とによって、Ａ測定時の発色部分の外側に発色部分を付
加拡大した形になるものである。又、この発色部分は吸
収素材４の裏面（測定面）にも現れ、表面、裏面とも同
一形状、同一面積となる。

（４）撮影装置８から送られるＡ測定時、Ｂ測定時それ
ぞれの信号を画像処理解析装置11で処理して降雪粒子の
含水率を算出する。

（５）制御盤12に配した降雪粒子採取周期時間計14の設
定時間ごとに、上記（１）〜（４）の一連の動作を繰り
返して行う。

（実施例） 実施例の一例を第１図、第２図によって以下詳細に説明
する。

降雪採取室３と観測室10が、一部に開口を持つ仕切り壁
15を介して接続され、一体に構成されている。

降雪採取室３の天井に降雪粒子採取口１が設けてあり、
この採取口１には両開きで三角屋根形の開閉自動シャッ
ター２が取り付けてある。このシャッター２は降雪粒子
採取口１に蝶番2aで結合されている。又、シャッター２
には金具2bが固定してありアーム23と自在結合となって
いる。このアーム23は電動シリンダー24の移動軸25に自
在結合されている。このため移動軸25の上下移動に伴っ
てシャッター２は開閉動作を行うことになる。このシャ
ッター２が開いている時間（雪の降る量にもよるが一般
に２〜５秒間）だけ降雪粒子が降雪採取室３に取り込ま
れることになる。

尚、本実施例ではこの電動シリンダー24を降雪採取室３
内に配してあるが、その位置は降雪採取室３内に限定さ
れることはなく、又、シャッター２の形状及び開閉動作
を行うための構成も上記に限定されることはない。

加水発色性物質（水分を吸収すると発色する物質）を含
む吸収素材４が、仕切り壁15の開口を貫通し、降雪採取
室３から観測室10に亘って水平に配してあり、その降雪
採取室３側の端部は、仕切り壁15に対向する降雪採取室
３の側壁に近接して水平に配した回転リール5aに巻き付
けられている。又、その他端部は仕切り壁15に対向する
観測室10の側壁に近接して水平に配した回転リール5bに
取り付けてある。又、仕切り壁15の開口に近接した観測
室10内に水平かつ吸収素材４の裏面に接して配してある
ローラー16は、吸収素材４の弛みを除去するためのもの
である。

さて、回転リール5bの軸（図示せず）には、観測室10内
に配した駆動装置６が接続してあり、駆動装置６でこの
軸を回転し、回転リール5bを回し、これに吸収素材４を
巻き取るようになっている。

降雪採取室３の吸収素材４の下面に近接して冷却器17a
（本実施例では電磁冷却素子を用いた）が配してあり、
吸収素材４上に採取した雪粒子で、その粒子は融解せず
に付着している水分だけが吸収素材４に吸収されるよう
に、予め吸収素材４を例えば０℃に保持してある。

又、観測室10の吸収素材４の上面に近接して冷却器17b
（本実施例では電磁冷却素子を用いた）が配してある。
この冷却器17bは、吸収素材４を例えば０℃に保持する
ように冷却するもので、前記の回転リール5bを回してこ
の冷却器17b真下に降雪採取室３で吸収素材４上に採取
した雪粒子を移動したとき、降雪採取室３で吸収素材４
に吸収できなかった雪粒子の付着水分を完全に吸着させ
るために一定時間（本実施例では２分間）その温度に維
持するものである。

観測室10の吸収素材４の下面に近接して、吸収素材４上
の雪粒子を融解するための加熱器９（本実施例では電磁
冷却素子を用いた）が配してある。加熱器９は吸収素材
４を挟んで冷却器17bとほぼ対象位置とその対象位置を
外れた位置とに水平に移動できるもので、冷却器17bと
ほぼ対象位置（即ち吸収素材４上の雪粒子の下方位置）
にあるとき、一定時間（本実施例では２分間）加熱する
ようになっている。このとき当然冷却器17bは冷却を停
止するようにになっている。又、加熱器９の移動は、観
測室10の下方に水平に配したスライドレール18に加熱器
９を載置した移動台19が連結してあり、この移動台19に
結合したラック20と噛合するピニオン21を観測室10内に
配した減速モーター22で正、逆回転して行うものであ
る。

又、観測室10の下方には、冷却器17bの真下に位置する
吸収素材４の下面部分をその真下から照明するリング状
の照明ランプ７が配してあり、そのランプ７の中心に吸
収素材４のその下面部分を撮影する影響装置８が配して
ある。

上記吸収素材４の下面部分の撮影は、最初に、冷却器17
bの真下で一定時間、一定の温度に維持されながら降雪
採取室３で吸収素材４に吸収できなかった雪粒子の付着
水分を完全に吸着させた後、照明ランプ７を点灯し、同
時に撮影装置８を動作させ、付着水分による発色部分を
撮影する。即ち、前記Ａ測定を行う。次に、前記Ｂ測定
を行う。即ち、加熱器９を吸収素材４を挟んで冷却器17
bと対象位置に移動し、吸収素材４上の雪粒子を融解す
る。再度加熱器９を元の位置に移動し、同時に照明ラン
プ７を点灯し、撮影装置８を動作させてその発色部分を
撮影する。

さて、上記で仕切り壁15は降雪採取室３内と観測室10内
の温度が相互に影響し会わないように設けたもので、特
に加熱器９で加熱しているときの温度が降雪採取室３に
伝わらないようにするためのものである。又、本実施例
では冷却器17a、17b及び加熱器９に電磁冷却素子を用い
ているが、電磁冷却素子はその極性を変更することで冷
却と加熱の双方に使用できるものである。そこで観測室
10内で行う冷却及び加熱をより効果的に行うために、Ａ
測定前の冷却、Ｂ測定前の加熱時に、冷却器17aの真下
に加熱器９を位置させ、両者を同時に冷却及び加熱に用
いてもよい。

画像処理解析装置11は撮影装置８からの信号を受け、Ａ
測定及びＢ測定における吸収素材４の発色部分の面積を
算出し、その面積比率を計算して降雪粒子の含水率を求
めるものである。図示しないが撮影装置８の画像を二値
化処理する画像処理装置とその処理画像から発色部分の
面積を計算し、Ａ測定及びＢ測定の値を比較演算するパ
ーソナルコンピューター、プリンターなどから構成され
ている。又、雪粒子の含水率はＡ測定の値をＢ測定の値
で徐して求めるものである。

又、制御盤12には、雪の降る量によって前記開閉自動シ
ャッター２を開けておく時間を設定する降雪粒子採取時
間計13、この開閉自動シャッター２を開ける周期（時
間）を設定する採取周期時間計14が設けてある。さらに
前記駆動装置６の駆動、冷却器17a及び17bでの冷却、加
熱器９の移動及び加熱、照明ランプ７の点灯消灯及び撮
影装置８作動、画像処理解析装置11の作動の一連の動作
を制御する回路が内装してあり、開閉自動シャッター２
が閉じられると、この一連の動作が開始され、採取周期
時間計14に設定した時間内（例えば10分間）で終了し、
次に開閉自動シャッター２が開き、閉じると再度同じ動
作を繰り返すようになっている。

尚、本実施例で用いた照明ランプ７、撮影装置８、画像
処理解析装置11は前記従来技術の説明中、投光器42、受
光センサー40、演算処理装置43と同一であり、又同様
に、降雪採取室３は採取室33と、観測室10は融解室32
と、回転リール5aは固定ローラー34と、回転リール5bは
駆動側ローラー35と同一である。

このように構成した本実施例の装置の動作は次のように
なる。

（１）降雪粒子採取時間計13に設定した時間（２〜５秒
間）開閉自動シャッター２を開いて、降雪粒子を降雪採
取室３内も吸収素材４上に採取し、雪粒子に付着する水
分を吸収素材４に吸収させ発色させる。本実施例ではこ
のとき雪粒子が融解しないように、予め冷却器17aで吸
収素材４をその裏面から０℃になるように冷却してい
る。

（２）駆動装置６で回転リール5bを回転して吸収素材４
を巻き取り、その発色部分を観測室10の冷却器17bの真
下に移動する。ここでさらに冷却器17bで一定時間（２
分間）雪粒子が融解しない状態を維持し、降雪採取室３
内で吸収素材４に吸収できなかった雪粒子の水分を完全
に吸収させる。

（３）照明ランプ７を点灯し撮影装置８で吸収素材４の
裏面からその発色部分を撮影し、その画像を画像処理解
析装置11に送り、演算処理する。即ち、Ａ測定を行う。

（４）加熱器９を発色部分の真下に移動し、吸収素材４
上に残存している雪粒子を加熱融解し全部を水として吸
収素材４に吸収させる。

（５）加熱器９を発色部分から外れる位置に移動する。
ここで、上記（３）と同一動作、即ち、Ｂ測定を行う。

（６）（３）及び（５）、即ち、Ａ測定及びＢ測定で得
られた結果を基に、Ａ測定の値をＢ測定の値で徐して降
雪粒子の含水率を算出する。

（７）降雪粒子採取周期時間計14の設定時間（15分間）
ごとに、上記（１）〜（６）の一連の動作を繰り返して
行う。

（効果） 本発明によれば、従来の装置で２組必要としていた照明
ランプ及び撮影装置を１組としたため、撮影機器による
器差が解消し、又、一回雪粒子を移動するだけでＡ測定
及びＢ測定の両方ができるため、測定位置の位置ずれ、
移動に伴う雪粒子の微妙な動きがなくなり、測定（分
析）精度が向上した。各種の実験結果を総合すると、こ
の測定精度は従来装置に対して20％の向上を得ていた。

また、撮影機器が１組であるため、装置がコンパクトに
なり、容易に可搬できる大きさとなり、その製作コスト
も約30％低減することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部の構成図。 第２図は本発明の一実施例の説明図。 第３図は従来技術の一例の側面断面図。 第４図は従来技術の一例の平面の断面図。 １……降雪粒子採取口、 ２……開閉自動シャッター、３……降雪採取室、 ４……吸収素材、5b……回転リール ６……駆動装置、７……照明ランプ、 ８……撮影装置、９……加熱器、 10……観察室、11……画像解析処理装置、 12……制御盤、13……降雪粒子採取時間計、 14……採取周期時間計、15……仕切り壁、 17b……冷却器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】降雪粒子を取り入れるための降雪粒子採取
   口１を開閉自動シャッター２で覆い、このシャッター２
   を開放して、降雪粒子をその下方に位置する吸収素材４
   上に採取する降雪採取室３と、一部に開口を持つ仕切り
   壁15を介して降雪採取室３と接続する観測室10と、仕切
   り壁15の開口を貫通し、降雪採取室３から観測室10に亘
   って水平に配した加水発色性物質を含む吸収素材４と、 降雪採取室３に配した吸収素材４を巻き付けておくため
   の回転リール5a及び観測室10に配したこの吸収素材４を
   巻き取るための回転リール5bと、 回転リール5bを回転するための駆動装置６と、観測室10
   の吸収素材４の上面に近接して配した冷却器17bと、 観測室10の吸収素材４の下面に近接して配してあり、吸
   収素材４を挟んで冷却器17bと対象位置とその対象位置
   を外れた位置とに移動し、冷却器17bと対象位置で吸収
   素材４を加熱して降雪粒子を融解する加熱器９と、 冷却器17bと対応する位置の吸収素材４の下面部分をそ
   の真下から照明するために観測室10の下方に配した照明
   ランプ７と、 加熱器９で加熱する前及び後の吸収素材４の前記下面部
   分を真下から撮影するために照明ランプ７に近接して配
   した撮影装置８と、 撮影装置８の信号を受け、加熱器９で加熱する前及び後
   の吸収素材４の発色部分の面積を算出し、その面積比率
   を計算して含水率を算出する画像処理解析装置11と、 前記開閉自動シャッター２を開けておく時間を設定する
   降雪粒子採取時間計13、開閉自動シャッター２を開ける
   周期を設定する採取周期時間計14を有し、前記駆動装置
   ６、冷却器17b、加熱器９、照明ランプ７、撮影装置８
   及び画像処理解析装置11の作動を制御する制御盤12と を備えたことを特徴とする降雪粒子の含水率測定装置。