JPH1164516A - Ultrasonic snow depth meter - Google Patents
Ultrasonic snow depth meterInfo
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- JPH1164516A JPH1164516A JP9228088A JP22808897A JPH1164516A JP H1164516 A JPH1164516 A JP H1164516A JP 9228088 A JP9228088 A JP 9228088A JP 22808897 A JP22808897 A JP 22808897A JP H1164516 A JPH1164516 A JP H1164516A
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- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は超音波式積雪深計に関
し、とくに正確でしかも無人観測に適する超音波式積雪
深計に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic snow depth meter, and more particularly to an ultrasonic snow depth meter suitable for unmanned observation.
【0002】[0002]
【従来の技術】図1、5及び6を参照するに、所定地上
高さHから積雪の表面(以下、積雪面という場合があ
る。)へ向けて送信器1によりパルス状の超音波を間欠
的に発信し、超音波がその積雪面で反射して戻って来る
のを受信器2で検出することによりその間の音波の往復
時間を計測し、音速と計測された往復時間及び地上高さ
Hから積雪深さを求めることが従来から行われている。
図5において、タイミング図(b)は送信される間欠的パ
ルス状の超音波を示し、(c)は受信されるパルス状超音
波を示し、(d)は検波・平滑化後の受信器2の出力を示
し、(f)は受信された反射超音波の往復時間T1、T2を
示す。2. Description of the Related Art Referring to FIGS. 1, 5, and 6, a transmitter 1 intermittently transmits pulsed ultrasonic waves from a predetermined ground height H to a snow surface (hereinafter, sometimes referred to as a snow surface). The receiver 2 detects that the ultrasonic wave is reflected on the snow-covered surface and returns, and measures the reciprocating time of the sound wave between them, and determines the sound speed and the measured reciprocating time and ground height H. It has been conventionally performed to obtain the snow depth from the snow.
In FIG. 5, a timing chart (b) shows an intermittent pulsed ultrasonic wave to be transmitted, (c) shows a received pulsed ultrasonic wave, and (d) shows a receiver 2 after detection and smoothing. (F) shows the round trip times T1 and T2 of the received reflected ultrasonic waves.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】図5を参照するに通常
の音波往復時間の計測は、発信時刻から受信器の受信レ
ベルが所定比較レベルL0(図5(d))を最初に超える時
刻までの時間を計測することによって行う。しかし、実
際には雪質の分布や積雪面の凹凸による音波の干渉によ
り、受信波の波形が不規則に変化し、振幅が様々にしか
も大幅に変動するため、比較レベルL0が固定された装置
では、正確な積雪深の計測が困難なことが多い。また、
積雪面からの反射波が到達する以前に周囲の物体等によ
る乱反射波が受信器で受信されると、その乱反射波を反
射波と誤認して積雪深を誤計測する場合があった。Referring to FIG. 5, the normal measurement of the sound wave reciprocation time is performed from the transmission time to the time when the reception level of the receiver first exceeds the predetermined comparison level L0 (FIG. 5 (d)). By measuring the time. However, in practice, the waveform of the received wave changes irregularly due to the distribution of snow quality and the interference of sound waves due to the unevenness of the snow surface, and the amplitude varies widely and greatly. Then, it is often difficult to measure the snow depth accurately. Also,
If an irregularly reflected wave from a surrounding object or the like is received by a receiver before a reflected wave from a snow-covered surface arrives, the irregularly-reflected wave may be erroneously recognized as a reflected wave and the snow depth may be erroneously measured.
【0004】また、図5(d)に示す検波・平滑化後の出
力により図5(e)の高レベル検出信号Dを発生させ、こ
れから図5(f)の往復時間T1、T2を求める場合には、
反射波の立上がりが降雪中の超音波伝搬に伴う減衰や受
信回路の時間遅れのため鈍化し、反射波の始点と比較レ
ベルL0到達点との間にΔt1、Δt2の時間差が生ずる。こ
の時間差も、往復伝搬時間及び積雪深の測定誤差の原因
となる。A case where a high-level detection signal D shown in FIG. 5E is generated from the output after detection and smoothing shown in FIG. 5D, and the round-trip times T1 and T2 shown in FIG. In
The rise of the reflected wave is slowed down due to the attenuation due to the propagation of the ultrasonic wave during snowfall and the time delay of the receiving circuit, and a time difference of Δt1 and Δt2 is generated between the start point of the reflected wave and the point where the comparison level reaches L0. This time difference also causes a measurement error of the round trip propagation time and the snow depth.
【0005】さらに、従来の超音波式積雪深計ではその
計測値を測定者が確認した後に別途用意した記録手段に
収録している。人の近づけない場所で安定的に正確な観
測を行うには困難があったためである。Further, in the conventional ultrasonic snow depth meter, the measured value is recorded in a recording means separately prepared after the measurer confirms the measured value. This is because it was difficult to perform stable and accurate observations in places where no one could approach.
【0006】従って、本発明の目的は積雪の状況や周囲
物体の影響を受けない正確な超音波式積雪深計の提供に
ある。積雪状況や周囲物体に影響されない超音波式積雪
深計は無人観測に適する。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an accurate ultrasonic snow depth gauge which is not affected by snow conditions or surrounding objects. An ultrasonic snow depth meter that is not affected by snow conditions or surrounding objects is suitable for unmanned observations.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者は、超音波式積
雪深計の測定誤差の原因の一つが比較レベルL0を固定し
ている点にあることに注目した。積雪面からの反射波と
雑音波との識別については、送出された超音波信号のレ
ベルに応じた高い基準レベルと反射波レベルとの比較に
よって反射波検出を行えば、その識別の精度の高まる可
能性がある。また、積雪面からの反射波の始点の検出に
ついては、全ての受信波の立上がり点の検出を低い基準
レベルとの比較によって最少の時間遅れで行うことと、
全ての受信波の中から所要反射波を識別することとを組
合せれば、その反射波始点の検出精度の高まる可能性が
ある。本発明は、これらの可能性に基づいて完成された
ものである。The present inventor has noticed that one of the causes of the measurement error of the ultrasonic snow depth meter is that the comparison level L0 is fixed. As for the discrimination between the reflected wave from the snow surface and the noise wave, if the reflected wave is detected by comparing the reflected wave level with a high reference level corresponding to the level of the transmitted ultrasonic signal, the accuracy of the discrimination is improved. there is a possibility. In addition, regarding the detection of the start point of the reflected wave from the snow surface, the detection of the rising points of all the received waves is performed with a minimum time delay by comparing with the low reference level,
Combining this with identifying the required reflected wave from all the received waves may increase the detection accuracy of the reflected wave start point. The present invention has been completed based on these possibilities.
【0008】図1及び4を参照するに、本発明による超
音波式積雪深計は、所定地上高さHから積雪の表面へ向
け超音波の第1パルス群P1及び第2パルス群P2を間隔を
隔てて送出する(図4(b)参照)発信器1;所定地上高
さHで積雪の表面側方向からの超音波パルスS2、S3、S
5、S6を受信する受信器2;超音波の第1パルス群P1送
出に続く前記間隔内の受信器2における超音波パルス受
信波S2〜S3の振幅の最大値L3を検出し、1より十分小さ
な小係数を最大値L3に乗じて第1基準レベルL1を設定し
且つ1未満で1に近い大係数を最大値L3に乗じて第2基
準レベルL2を設定する基準レベル設定回路3;第2パル
ス群P2送出後の受信器2での受信波S5〜S6の振幅が第1
基準レベルL1を超過するごとに第2パルス群P2の送出開
始時t1から当該超過までの時間(t2-t1)、(t3-t1)を
受信波立上がり時間として検出し且つレジスタ41上に更
新記憶し、受信器2での受信波S5〜S6の振幅が第2基準
レベルL2を超過するのを検出し且つ該第2基準レベルL2
超過時のレジスタ41上の受信波立上がり時間(t3-t1)
を前記所定地上高さHと積雪の表面との間の超音波往復
時間T(=t3-t1)(図4(d)参照)として測定する測時
手段4;及び音速と往復時間Tと所定地上高さHとから
積雪深を算出する積雪深計算手段7bを備えてなるもので
ある。Referring to FIGS. 1 and 4, an ultrasonic snow depth meter according to the present invention is configured such that an ultrasonic first pulse group P1 and a second pulse group P2 are spaced from a predetermined ground height H toward the surface of snow. (See FIG. 4 (b)) Transmitter 1; Ultrasonic pulses S2, S3, S from a surface side of snow at a predetermined ground height H
5, a receiver 2 for receiving S6; detecting the maximum value L3 of the amplitude of the ultrasonic pulse reception waves S2 to S3 in the receiver 2 within the interval following the transmission of the first pulse group P1 of ultrasonic waves, and more than 1 A reference level setting circuit 3 for setting a first reference level L1 by multiplying a small coefficient by a maximum value L3 and setting a second reference level L2 by multiplying a maximum coefficient L3 by a large coefficient less than 1 and close to 1; The amplitude of the received waves S5 to S6 at the receiver 2 after the transmission of the pulse group P2 is the first
Every time the reference level L1 is exceeded, the time (t2−t1) and (t3−t1) from the start of transmission of the second pulse group P2 to the exceeding of the second pulse group P2 are detected as the rise time of the reception wave and updated and stored in the register 41. Then, it is detected that the amplitude of the reception waves S5 to S6 at the receiver 2 exceeds the second reference level L2 and the second reference level L2
Rise time of reception wave on register 41 when exceeding (t3-t1)
Means 4 for measuring the ultrasonic wave reciprocating time T (= t3-t1) between the predetermined ground height H and the surface of the snow (see FIG. 4 (d)); It is provided with snow depth calculation means 7b for calculating the snow depth from the ground height H.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】図1の実施例の機能及び動作を図
2、3の流れ図及び図4のタイミング図によって説明す
る。超音波式積雪深計の構成要素の制御及び演算処理を
マイクロコンピュータ7によって行う。この図示例のコ
ンピュータ7は、計測タイミング発生手段7a、積雪深計
算手段7b、及び収録手段7cを有する。ただし、本発明は
このようなコンピュータ7の使用に限定されない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The function and operation of the embodiment of FIG. 1 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 2 and 3 and the timing chart of FIG. The microcomputer 7 controls and calculates the components of the ultrasonic snow depth meter. The computer 7 in the illustrated example includes a measurement timing generation unit 7a, a snow depth calculation unit 7b, and a recording unit 7c. However, the present invention is not limited to the use of such a computer 7.
【0010】計測タイミング発生手段7aは、図4(a)の
計測タイミング信号aを送信器1に印加する。送信器1
のキャリア信号発振回路1aは、所定の超音波周波数、例
えば40kHzの方形波を計測タイミング信号aの到来に応
じて連続的に出力する。計測タイミング信号aはまた、
送信器1のバースト信号発生回路1bをして、キャリア信
号発振回路1aで発振した方形波を間欠的に制御し、例え
ば1mS出力と50mS停波とを繰返して図4(b)のバースト
信号P1、P2を発生する。送信器1の駆動回路1cによって
駆動される超音波発信器1dは、前記バースト信号P1、P2
を超音波パルス群として所定地上高さHから積雪の表面
へ向け送出する。本発明では、最初の超音波パルス群の
送出によって基準信号レベルの設定を行い、その次の超
音波パルス群の送出によって所定地上高さHと積雪の表
面間の超音波往復伝搬時間の測定を行うので、前者を基
準信号レベル設定サイクルとし、後者を時間測定サイク
ルと称する。The measurement timing generating means 7a applies the measurement timing signal a of FIG. Transmitter 1
The carrier signal oscillation circuit 1a continuously outputs a square wave of a predetermined ultrasonic frequency, for example, 40 kHz, according to the arrival of the measurement timing signal a. The measurement timing signal a also
The burst signal generation circuit 1b of the transmitter 1 intermittently controls the square wave oscillated by the carrier signal oscillation circuit 1a. For example, the 1 mS output and the 50 mS stop are repeated to repeat the burst signal P1 shown in FIG. , Generating P2. The ultrasonic transmitter 1d driven by the drive circuit 1c of the transmitter 1 transmits the burst signals P1, P2
As a group of ultrasonic pulses from a predetermined ground height H toward the surface of snow cover. In the present invention, the reference signal level is set by transmitting the first ultrasonic pulse group, and the measurement of the ultrasonic round-trip propagation time between the predetermined ground height H and the surface of snow is performed by transmitting the next ultrasonic pulse group. Therefore, the former is called a reference signal level setting cycle, and the latter is called a time measurement cycle.
【0011】受信器2は、超音波発信器1dから送出され
た超音波パルスが積雪面で反射して戻ってくる反射波を
所定地上高さHで受信するものであり、超音波受信器2
a、増幅器2b、及び検波・平滑回路2cを有する。超音波
受信器2aで受信した超音波の反射は、電気信号に変換さ
れた後増幅器2bにより適度に、例えば100倍程度増幅さ
れる。図4(c)は、増幅器2bの出力を示し、パルス群S
1、S4は、送出されたパルス群P1、P2の直接波の受信波
形であり、S3とS6が積雪面からの反射波を示し、S2とS5
は積雪面からの反射波の到達前に混入した雑音を示す。
検波・平滑回路2cが、増幅後の受信波を検波の上平滑化
して図4(d)の直流信号に変換する。The receiver 2 receives, at a predetermined ground height H, a reflected wave in which the ultrasonic pulse transmitted from the ultrasonic transmitter 1d is reflected on the snow-covered surface and returns.
a, an amplifier 2b, and a detection / smoothing circuit 2c. The reflection of the ultrasonic wave received by the ultrasonic receiver 2a is converted into an electric signal and then amplified by the amplifier 2b, for example, about 100 times. FIG. 4C shows the output of the amplifier 2b and the pulse group S
1, S4 are the received waveforms of the direct waves of the transmitted pulse groups P1, P2, S3 and S6 show the reflected waves from the snowy surface, S2 and S5
Indicates the noise mixed before the reflected wave from the snow surface arrives.
The detection / smoothing circuit 2c detects and smoothes the amplified received wave and converts it into a DC signal shown in FIG. 4 (d).
【0012】基準レベル設定器3は、受信器2の検波・
平滑回路2cの平滑化された直流出力の大きさに応じて二
つの比較レベルを発生するもので、最大値検出回路3a、
第1比較レベル設定回路3b、及び第2比較レベル設定回
路3cで構成される。最大値検出回路3aは、コンピュータ
7の計測タイミング発生手段7aからの指示信号g(図
1)に応じて、基準信号レベル設定サイクルにおける前
記平滑化された直流出力の最大値L3(図4(d))を検出
し、これを基準レベルとして次の基準信号レベル設定サ
イクルまでその値を保持する。第1比較レベル設定回路
3bは、最大値検出回路3aの出力である基準レベルL3を、
一定の小さな比率、例えば10分の2で減衰させ、受信波
立上がり時点検出用の第1比較レベルL1を発生する。第
2比較レベル設定回路3cは、積雪面からの反射の有無を
検知すべく、最大値検出回路3aの出力である基準レベル
L3を、1未満下で1に近い一定の大きな比率、例えば10
分の9で減衰させ、第2比較レベルL2を発生する。The reference level setting unit 3 detects and detects the signal of the receiver 2.
It generates two comparison levels according to the magnitude of the smoothed DC output of the smoothing circuit 2c, and the maximum value detection circuit 3a,
It comprises a first comparison level setting circuit 3b and a second comparison level setting circuit 3c. The maximum value detection circuit 3a responds to an instruction signal g (FIG. 1) from the measurement timing generation means 7a of the computer 7 to generate a maximum value L3 (FIG. 4 (d) of the smoothed DC output in the reference signal level setting cycle. )) Is detected, and this value is held as a reference level until the next reference signal level setting cycle. First comparison level setting circuit
3b is a reference level L3 output from the maximum value detection circuit 3a,
The signal is attenuated by a fixed small ratio, for example, two-tenths, to generate a first comparison level L1 for detecting the rising point of the reception wave. The second comparison level setting circuit 3c is a reference level which is an output of the maximum value detection circuit 3a to detect the presence or absence of reflection from the snow surface.
L3 is a constant large ratio below 1 and close to 1, for example, 10
It is attenuated by 9 / min to generate a second comparison level L2.
【0013】測時手段4は、コンピュータ7の計測タイ
ミング発生手段7aの指示信号h(図1)に応動し時間測
定サイクルにおいて、超音波パルス群P2の送出時から検
波・平滑回路2cの平滑化された直流出力が第2比較レベ
ルL2を超える直前に第1比較レベルL1を超えるまでの時
間Tを測定するものであり、第1比較器4a、第2比較器
4b、測時制御回路4c、クロック発振回路4d、カウンタ4
e、及びレジスタ4fで構成される。第1比較器4aは、検
波・平滑回路2cの平滑化された直流出力と第1比較レベ
ルL1との比較を行って、その回路2cの直流出力が第1比
較レベルL1を超えた時に、受信波立上がり時点検出信号
U(図4(e)参照)を出力する。第2比較器4bは、検波
・平滑回路2cの平滑化された直流出力と第2比較レベル
L2との比較を行って、その回路2cの直流出力が第2比較
レベルL2を超えた時に、反射波検知信号R(図4(f)参
照)を出力する。測時制御回路4cは、コンピュータ7の
計測タイミング発生手段7aの指示信号hに応動して、超
音波パルス群P2の送出開始時にカウント動作開始信号を
クロック発振回路4d及びカウンタ4eへ出力する。The time measuring means 4 responds to an instruction signal h (FIG. 1) of the measuring timing generating means 7a of the computer 7 and smoothes the detection / smoothing circuit 2c from the transmission of the ultrasonic pulse group P2 in the time measuring cycle. The first comparator 4a measures the time T until the output DC output exceeds the first comparison level L1 immediately before exceeding the second comparison level L2.
4b, timing control circuit 4c, clock oscillation circuit 4d, counter 4
e, and a register 4f. The first comparator 4a compares the smoothed DC output of the detection / smoothing circuit 2c with the first comparison level L1, and receives the signal when the DC output of the circuit 2c exceeds the first comparison level L1. A wave rising point detection signal U (see FIG. 4E) is output. The second comparator 4b calculates the smoothed DC output of the detection / smoothing circuit 2c and the second comparison level.
Comparison with L2 is performed, and when the DC output of the circuit 2c exceeds the second comparison level L2, a reflected wave detection signal R (see FIG. 4 (f)) is output. The time measurement control circuit 4c outputs a count operation start signal to the clock oscillation circuit 4d and the counter 4e at the start of transmission of the ultrasonic pulse group P2 in response to the instruction signal h of the measurement timing generation means 7a of the computer 7.
【0014】測時制御回路4cは、第1比較器4aからの受
信波立上がり時点検出信号Uを受ける度ごとにカウント
値取込みパルスをレジスタ4fへ出力するが、第2比較器
4bからの反射波検知信号Rを受けるとそれ以降はカウン
ト値取込みパルスの出力は行わない。The timekeeping control circuit 4c outputs a count value capture pulse to the register 4f every time it receives the rising edge detection signal U from the first comparator 4a.
When the reflected wave detection signal R from 4b is received, the count value acquisition pulse is not output thereafter.
【0015】クロック発振回路4dは、例えば1MHzの所
定周波数でクロックパルスの発振を連続して行い、カウ
ンタ4eがそのクロックパルスを入力として使用する。カ
ウンタ4eは、測時制御回路4cからのカウント動作開始信
号を受けてクロックパルスのカウントを開始する。レジ
スタ4fは、測時制御回路4cからのカウント値取込みパル
スを受けると、カウンタ4eの現在のカウント値を取込ん
で、レジスタ4fの内容を新しく取込んだカウント値に更
新して記憶する。従って、時間測定サイクルにおいてレ
ジスタ4fが最後に取込むカウント値は、第2比較器4bが
反射波検知信号Rを出力する直前における第1比較器4a
の受信波立上がり時点検出信号Uの出力時刻t3(図4
(e)参照)となる。コンピュータ7の積雪深計算手段7b
は、その受信波立上がり時点検出信号Uの出力時刻t3を
読み取って、雑音その他の外乱による変動を除去した往
復伝搬時間Tを算出する。空気中の超音波の伝搬速度v
は文献又は実測により既知であるから、積雪深Wは、所
定地上高さHから伝搬速度vと往復伝搬時間Tとの積の
半分を差し引いた差{W=H−(Tv)/2}として求
めることができる。積雪深Wを継続的に測定する場合等
においては、往復伝搬時間Tとして、順次求められる個
別の往復伝搬時間Tの値を単純移動平均法により統計処
理した上で使うことにより、雑音の影響を抑制すること
ができる。The clock oscillation circuit 4d continuously oscillates a clock pulse at a predetermined frequency of, for example, 1 MHz, and the counter 4e uses the clock pulse as an input. The counter 4e receives the count operation start signal from the timing control circuit 4c and starts counting clock pulses. When receiving the count value capture pulse from the timekeeping control circuit 4c, the register 4f captures the current count value of the counter 4e, updates the content of the register 4f to the newly captured count value, and stores it. Therefore, the last count value taken by the register 4f in the time measurement cycle is the first comparator 4a immediately before the second comparator 4b outputs the reflected wave detection signal R.
The output time t3 of the detection signal U of the rising edge of the received wave of FIG.
(See (e)). Computer 7 snow depth calculation means 7b
Reads the output time t3 of the received wave rising point detection signal U and calculates the round trip propagation time T from which fluctuations due to noise and other disturbances have been removed. Propagation velocity v of ultrasonic waves in air
Is known from literature or actual measurement, the snow depth W is defined as a difference {W = H− (Tv) / 2} obtained by subtracting half the product of the propagation velocity v and the round trip propagation time T from the predetermined ground height H. You can ask. In the case where the snow depth W is continuously measured, the influence of noise can be reduced by using the value of the individual round-trip propagation time T, which is sequentially obtained, as a round-trip propagation time T after performing statistical processing using the simple moving average method. Can be suppressed.
【0016】しかも、こうして求めた積雪深は、積雪の
状況や周囲物体に起因する超音波の乱反射等の影響が受
信波レベルと大きな第2比較レベルL2との比較に基づく
反射波検出信号Rの利用によって除去されているだけで
なく、超音波の伝搬によるパルス立上がりの鈍化による
誤差も受信波レベルと小さな第1比較レベルL1との比較
に基づく受信波立上がり時点検出信号Uの利用によって
実用上差支えない程度に抑制されている。Moreover, the snow depth determined in this manner is determined by the reflected wave detection signal R based on the comparison between the received wave level and the second comparative level L2, which is affected by the snow condition and the irregular reflection of ultrasonic waves caused by surrounding objects. In addition to being removed by the use, errors due to the slowing of the pulse rise due to the propagation of the ultrasonic wave are practically supported by the use of the reception wave rising point detection signal U based on the comparison between the reception wave level and the small first comparison level L1. It is suppressed to an extent.
【0017】従って、本発明の目的である「積雪の状況
や周囲物体の影響を受けない正確な超音波式積雪深計」
の提供が達成される。Therefore, the object of the present invention is to provide an "accurate ultrasonic snow depth meter which is not affected by snow conditions or surrounding objects".
Is achieved.
【0018】[0018]
【実施例】図1の実施例では、積雪に接する外気の温度
を温度センサー5によって測定しその出力を電気信号に
変換してコンピュータ7の積雪深計算手段7bに印加す
る。必要に応じ、積雪深計算手段7bの指示に応動するA
/D変換回路6によって温度センサー5の出力をデジタ
ル量に変換して積雪深計算手段7bへ加え、外気温のデジ
タル値を読取って超音波の空中伝搬速度の温度補正を行
い、補正後の音速と往復伝搬時間とにより積雪深を算出
する。この場合、外気温度に応じて空気中の音速を補正
するための補正プログラムからなる補正手段を、積雪深
計算手段7bに予め設けておく必要がある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the embodiment of FIG. 1, the temperature of the outside air in contact with snow is measured by a temperature sensor 5 and its output is converted into an electric signal to be applied to a snow depth calculating means 7b of a computer 7. A that responds to the instruction of the snow depth calculation means 7b if necessary
The output of the temperature sensor 5 is converted into a digital quantity by the / D conversion circuit 6 and added to the snow depth calculation means 7b. The digital value of the outside air temperature is read to correct the ultrasonic propagation speed in the air, and the corrected sound velocity And the round trip propagation time to calculate the snow depth. In this case, it is necessary to provide in advance the snow depth calculation means 7b with a correction means comprising a correction program for correcting the sound speed in the air according to the outside air temperature.
【0019】超音波式積雪深計を自記録型とする場合に
は、例えば半導体記憶素子8である記憶手段をコンピュ
ータ7の収録手段7cに接続し、積雪深計算手段7bにおけ
る計算の結果得られた積雪深データをその記憶素子8に
記憶し、保持し、貯えることができる。この場合、例え
ば測時手段4に設けた時計によって示される積雪深測定
操作の時刻を、記憶素子8に当該積雪深測定結果と併記
して記憶してもよい。When the ultrasonic snow depth meter is of a self-recording type, for example, the storage means, which is a semiconductor storage element 8, is connected to the recording means 7c of the computer 7, and the result of calculation by the snow depth calculation means 7b is obtained. The stored snow depth data can be stored, stored, and stored in the storage element 8. In this case, for example, the time of the snow depth measurement operation indicated by the clock provided in the time measuring means 4 may be stored in the storage element 8 together with the snow depth measurement result.
【0020】出力回路9は、積雪深の値をアナログ信号
A及び/又記憶素子8に記憶したデジタル信号Bにより
出力する。The output circuit 9 outputs the value of the snow depth by the analog signal A and / or the digital signal B stored in the storage element 8.
【0021】図2及び3の流れ図を説明する。計測が始
まると、ステップ201で送信器1から第1の超音波パル
ス群P1(図4(b))が送出される。ステップ202で受信器
2が積雪面からの反射パルスを受信した後増幅し、ステ
ップ203で検波・平滑化して図4(d)の直流信号を出力す
る。計測タイミング発生手段7aから、基準信号設定ゲー
ト信号sg(図4(g))の真値が印加されている間に、基
準信号設定器3がステップ204、205で受信波の最大値L3
(図4(d))を検出し、ステップ206で第1比較レベルL1
及び第2比較レベルL2を設定する。これらの最大値L3、
第1比較レベルL1、及び第2比較レベルL2の三者の値か
らなる基準信号レベルは、基準信号設定ゲート信号sgが
次回の真値をとるまで保持される。Referring now to the flow charts of FIGS. When the measurement is started, a first ultrasonic pulse group P1 (FIG. 4B) is transmitted from the transmitter 1 in step 201. In step 202, the receiver 2 receives the reflected pulse from the snow-covered surface and amplifies it. In step 203, the receiver 2 performs detection and smoothing to output the DC signal shown in FIG. While the true value of the reference signal setting gate signal sg (FIG. 4 (g)) is being applied from the measurement timing generating means 7a, the reference signal setter 3 performs the maximum value L3 of the received wave in steps 204 and 205.
(FIG. 4D) is detected, and in step 206, the first comparison level L1
And a second comparison level L2. These maximum values L3,
The reference signal level including the three values of the first comparison level L1 and the second comparison level L2 is held until the reference signal setting gate signal sg takes the next true value.
【0022】次いで第1の超音波パルス群P1送出完了か
ら所定の間隔の後、ステップ207で第2の超音波パルス
群P2(図4(b))が送出され、その送出開始時t1に測時
手段4がステップ208でカウンタ4eをリセットした上で
測時カウントを開始する。計測タイミング発生手段7aか
ら、長さが最長測路時間(図3のステップ310、この場
合、第2の超音波パルス群P2送出時点からカウントす
る。)である時間測定ゲート信号mg(図4(h))の真値
が印加されている間に、受信器3がステップ209で受信
波の受信及び増幅を行いステップ210で検波・平滑化を
する。基準レベル設定器3がステップ211で受信波の値
と第2比較レベルL2とを比較し、その結果ステップ212
において受信波の値が第2比較レベルL2以下であると認
められた時は、ステップ213で受信波の値が第1比較レ
ベルL1と較べられる。受信波の値が第1比較レベルL1以
下であると認められた場合には、記号αで示されるよう
に制御は図3のステップ310へ進み、前記最長測路時間
が経過したか否かを調べる。最長測路時間が経過してい
ない場合は、記号βで示されるように制御はステップ21
1へ戻り、受信波と比較レベルとの比較を続ける。Next, after a predetermined interval from the completion of the transmission of the first ultrasonic pulse group P1, a second ultrasonic pulse group P2 (FIG. 4 (b)) is transmitted in step 207, and measurement is started at t1 when the transmission is started. The time means 4 resets the counter 4e in step 208, and then starts time counting. From the measurement timing generating means 7a, the time measurement gate signal mg (FIG. 4 (), the length of which is the longest path time (step 310 in FIG. 3, in this case, counting from the time of transmission of the second ultrasonic pulse group P2). While the true value of h)) is being applied, the receiver 3 receives and amplifies the received wave in step 209, and performs detection and smoothing in step 210. The reference level setting unit 3 compares the value of the received wave with the second comparison level L2 in step 211, and as a result, in step 212
When it is determined that the value of the received wave is equal to or lower than the second comparison level L2, the value of the received wave is compared with the first comparison level L1 in step 213. If it is determined that the value of the received wave is equal to or lower than the first comparison level L1, the control proceeds to step 310 of FIG. 3 as indicated by the symbol α, and determines whether or not the longest path time has elapsed. Find out. If the longest path time has not elapsed, the control proceeds to step 21 as indicated by the symbol β.
Return to 1 and continue to compare the received wave with the comparison level.
【0023】ステップ212で第2比較レベル以下とされ
るがステップ213で第1比較レベルL1超とされた場合に
は、記号δで示されるようにステップ311で、カウンタ4
eの計数値t2-t1(又はt3-t1)をレジスタ4fに取込むと
共に図4(e)の受信波立上がり時点検出信号Uを発生す
る。その後、制御は記号βで示されるようにステップ21
1へ戻り、受信波と比較レベルとの比較を続けるが、ス
テップ212で第2比較レベルL2超とされた場合には、記
号εで示されるようにステップ300で、図4(f)の反射波
検知信号Rを出力すると共に、カウンタ4eの計数を停止
させレジスタ4fへの計数値の取込みを以後禁止する。図
示実施例では、次のステップ301で温度センサ5の出力
をA/D変換器6でデジタル変換の後外気温データとし
て積雪深計算手段7bに取込む。ステップ302でレジスタ4
fの計数値を読取り、ステップ303でその計数値(往復伝
搬時間T=t3-t1)に温度補正処理を施す。温度補正され
た往復伝搬時間をステップ304で半導体記憶素子8のメ
モリに書込み、ステップ305で往復伝搬時間の単純移動
平均処理を行う。この移動平均処理後の往復伝搬時間と
別途入力した設置高さと空気中の超音波伝搬速度とか
ら、ステップ306で積雪深を算出する。算出した積雪深
データをステップ307で時刻情報と共に半導体記憶素子
8に収録し、ステップ308で測定毎の積雪深と外気温と
を出力回路9により出力する。その後制御は記号γで示
されるように測定開始直後のステップ201へ戻る。If it is determined in step 212 that it is equal to or lower than the second comparison level, but in step 213 it is higher than the first comparison level L1, in step 311 as indicated by the symbol δ, the counter 4
The count value t2-t1 (or t3-t1) of e is taken into the register 4f, and the reception wave rising point detection signal U shown in FIG. 4E is generated. Control then proceeds to step 21 as indicated by the symbol β.
Returning to step 1, the comparison between the received wave and the comparison level is continued, but if it is determined in step 212 that the value exceeds the second comparison level L 2, the reflection in FIG. At the same time as outputting the wave detection signal R, the counting of the counter 4e is stopped, and the taking of the count value into the register 4f is prohibited thereafter. In the illustrated embodiment, in the next step 301, the output of the temperature sensor 5 is digitally converted by the A / D converter 6 and taken into the snow depth calculation means 7b as outside temperature data. Register 302 in step 302
The count value of f is read, and a temperature correction process is performed on the count value (round trip propagation time T = t3-t1) in step 303. The round-trip propagation time corrected in temperature is written in the memory of the semiconductor memory element 8 in step 304, and a simple moving average process of the round-trip propagation time is performed in step 305. The snow depth is calculated in step 306 from the round-trip propagation time after the moving average processing, the separately installed height and the ultrasonic wave propagation velocity in the air. The calculated snow depth data is recorded in the semiconductor memory element 8 together with the time information in step 307, and in step 308, the snow depth and the outside air temperature for each measurement are output from the output circuit 9. Thereafter, the control returns to step 201 immediately after the start of the measurement as indicated by the symbol γ.
【0024】ステップ310において最長測路時間が経過
したと判断された場合にも、制御は記号γで示されるよ
うに測定開始直後のステップ201へ戻る。If it is determined in step 310 that the longest measurement time has elapsed, the control returns to step 201 immediately after the start of the measurement, as indicated by the symbol γ.
【0025】図4(f)の反射波検知信号Rが発生した後
はカウント値の取込みを行わないので、レジスタ4fのカ
ウント値は積雪面へ送出された超音波パルスが積雪面か
ら反射し戻って来るまでの往復伝搬時間を示す。反射波
検知信号Rを発生させる契機となる第2比較レベルL2を
高いレベルに設定するので、雑音を反射波と混同するこ
とによる誤差を避けることができる。レジスタ4fのカウ
ント値は、反射波検知信号R発生の直前の受信波立上が
り時点で有効になるので、反射波の立上がりが鈍化する
ことがあっても、第1比較レベルL1が低いレベルにある
のでその鈍化に起因する誤差を防ぐことができる。After the reflected wave detection signal R shown in FIG. 4F is generated, the count value is not taken in. Therefore, the count value of the register 4f is determined by the ultrasonic pulse transmitted to the snow-covered surface reflected from the snow-covered surface and returned. Indicates the round-trip propagation time before arrival. Since the second comparison level L2 that triggers the generation of the reflected wave detection signal R is set to a high level, it is possible to avoid an error caused by confusing noise with a reflected wave. Since the count value of the register 4f becomes valid at the time of the rise of the received wave immediately before the generation of the reflected wave detection signal R, the first comparison level L1 is at a low level even if the rise of the reflected wave is slowed down. An error due to the dulling can be prevented.
【0026】[0026]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波式
積雪深計は、積雪深の測定毎に低い第1比較レベルと高
い第2比較レベルとを測定対象の積雪に即して定め、高
い第2比較レベルで雑音と反射波とを識別し、反射波立
上がりを鈍化前の状態で測定することを低い第1比較レ
ベルの利用で行うので、次の顕著な効果を奏する。As described above, in the ultrasonic snow depth meter according to the present invention, a low first comparison level and a high second comparison level are determined for each snow depth measurement in accordance with the snow depth to be measured. Since the noise and the reflected wave are discriminated at the high second comparison level and the rise of the reflected wave is measured before the dulling is performed by using the low first comparison level, the following remarkable effects are obtained.
【0027】(イ)積雪周囲の物の存在及び積雪自体の周
面の状況により反射波の振幅が変化しても、第2比較レ
ベルをその変化に追従させて設定するので、正確な積雪
深を計測することができる。 (ロ)雑音その他の外乱を高い第2比較レベルの設定によ
り反射波と識別して誤認識による計測誤差を防ぐことが
できる。 (ハ)積雪中の超音波伝搬に伴う反射波の立上がり部の鈍
化の影響を、低く設定した第1比較レベルの利用による
立上がり開始直後の立上がり時点検出によって、低く抑
えることができる。(A) Even if the amplitude of the reflected wave changes due to the existence of objects around the snow and the surrounding surface of the snow itself, the second comparison level is set to follow the change, so that the accurate snow depth Can be measured. (B) Noise and other disturbances can be identified as reflected waves by setting a high second comparison level to prevent measurement errors due to erroneous recognition. (C) The influence of the blunting of the rising portion of the reflected wave due to the propagation of the ultrasonic wave in the snow can be suppressed low by detecting the rising point immediately after the start of the rising by using the first comparative level set low.
【0028】(ニ)積雪深の測定値を容易に収録すること
ができる。 (ホ)外気温度変化に対する積雪深測定値の補正を容易に
行うことができる。 (ヘ)環境変化による誤差を防止して正確な積雪深を測定
し且つ収録できるので、人の近付けない場所での観測や
無人観測を効率よく行う用途に適する。(D) Measured values of snow depth can be easily recorded. (E) It is possible to easily correct the snow depth measurement value with respect to the outside air temperature change. (F) Since it is possible to measure and record the exact snow depth while preventing errors due to environmental changes, it is suitable for efficient use in places where people cannot reach and for efficient unmanned observations.
【図1】は、本発明の一実施例の構成を示す図式的ブロ
ック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
【図2】は、第1図の実施例の動作の流れ図の第1部分
である。FIG. 2 is a first part of a flowchart of the operation of the embodiment of FIG. 1;
【図3】は、第1図の実施例の動作の流れ図の第2部分
である。FIG. 3 is a second part of the flowchart of the operation of the embodiment of FIG. 1;
【図4】は、第1図の実施例における信号のタイムチャ
ートである。FIG. 4 is a time chart of signals in the embodiment of FIG.
【図5】は、従来の超音波式積雪深計のタイムチャート
である。FIG. 5 is a time chart of a conventional ultrasonic snow depth meter.
【図6】は、積雪深測定装置の作動原理を示す説明図で
ある。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an operation principle of the snow depth measuring device.
1…送信器 2…受信器 3…基準レベル設置器 4…測時手段 5…温度センサー 6…A/D変換回路 7…コンピュータ 8…半導体記憶素子 9…出力回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmitter 2 ... Receiver 3 ... Reference level setting device 4 ... Time measuring means 5 ... Temperature sensor 6 ... A / D conversion circuit 7 ... Computer 8 ... Semiconductor storage element 9 ... Output circuit
Claims (7)
の第1パルス群及び第2パルス群を間隔を隔てて送出す
る発信器;前記所定地上高さで前記積雪の表面方向から
の超音波パルスを受信する受信器;前記超音波の第1パ
ルス群送出に続く前記間隔内の前記受信器における超音
波パルスの受信波振幅の最大値を検出し、1より十分小
さな小係数を前記最大値に乗じて第1基準レベルを設定
し且つ1未満で1に近い大係数を前記最大値に乗じて第
2基準レベルを設定する基準レベル設定回路;前記第2
パルス群送出後に前記受信器の受信波の振幅が前記第1
基準レベルを超過するごとに前記第2パルス群の送出開
始から当該超過までの時間を受信波立上がり時間として
検出し且つレジスタ上に更新記憶し、前記受信器の受信
波の振幅が前記第2基準レベルを超過するのを検出し且
つ該第2基準レベル超過時に前記レジスタ上の受信波立
上がり時間を前記所定地上高さと積雪の表面との間の超
音波往復時間として測定する測時手段;及び音速と前記
往復時間と前記所定地上高さとから積雪深を算出する積
雪深計算手段を備えてなる超音波式積雪深計。A transmitter for transmitting a first pulse group and a second pulse group of ultrasonic waves from a predetermined ground height toward the surface of snow at an interval; A receiver for receiving an ultrasonic pulse; detecting a maximum value of a received wave amplitude of the ultrasonic pulse in the receiver within the interval following the transmission of the first pulse group of the ultrasonic wave; A reference level setting circuit for setting a first reference level by multiplying a maximum value and setting a second reference level by multiplying the maximum value by a large coefficient less than 1 and close to 1;
After transmitting the pulse group, the amplitude of the received wave of the receiver becomes the first
Each time the reference level is exceeded, the time from the start of the transmission of the second pulse group to the exceeding is detected as the rise time of the received wave and updated and stored in a register, and the amplitude of the received wave of the receiver is set to the second reference level. Time-measuring means for detecting exceeding the level and measuring the rise time of the received wave on the register as the ultrasonic reciprocating time between the predetermined ground height and the surface of the snow when the second reference level is exceeded; An ultrasonic snow depth meter comprising snow depth calculating means for calculating a snow depth from the round trip time and the predetermined ground height.
温度センサー及び温度に対する音速の補正手段を前記計
算手段に含めてなる超音波式積雪深計。2. An ultrasonic snow depth meter according to claim 1, wherein said calculating means includes a temperature sensor disposed outdoors and a means for correcting the speed of sound relative to temperature.
の算出値を記憶する記憶素子を前記計算手段に接続して
なる超音波式積雪深計。3. An ultrasonic snow depth meter according to claim 1, wherein a storage element for storing the calculated value of the snow depth is connected to said calculating means.
段に時計を含め、前記記憶素子に前記積雪深の算出値と
共に該算出値の算出時を記憶してなる超音波式積雪深
計。4. An ultrasonic snow depth measuring apparatus according to claim 3, wherein said time measuring means includes a clock and said memory element stores said calculated value of said snow depth together with said calculated time of said calculated snow depth. Total.
て、前記算出した積雪深をアナログ値及び/又はデジタ
ル値で送出する出力回路を含めてなる超音波式積雪深
計。5. An ultrasonic snow depth meter according to claim 1, further comprising an output circuit for transmitting the calculated snow depth as an analog value and / or a digital value.
て、前記基準レベル設定回路、測時手段、及び積雪深計
算手段を有するコンピュータを含めてなる超音波式積雪
深計。6. An ultrasonic snow depth meter according to claim 1, further comprising a computer having said reference level setting circuit, time measuring means, and snow depth calculating means.
て、前記発信器、基準レベル設定回路、測時手段、及び
積雪深計算手段に接続した計測タイミング発生手段を前
記コンピュータに含めてなる超音波式積雪深計。7. A snow depth gauge according to claim 1, wherein said computer includes a transmitter, a reference level setting circuit, a time measuring means, and a measurement timing generating means connected to the snow depth calculating means. Ultrasonic snow depth gauge.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9228088A JPH1164516A (en) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | Ultrasonic snow depth meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9228088A JPH1164516A (en) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | Ultrasonic snow depth meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1164516A true JPH1164516A (en) | 1999-03-05 |
Family
ID=16871008
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9228088A Pending JPH1164516A (en) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | Ultrasonic snow depth meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1164516A (en) |
-
1997
- 1997-08-25 JP JP9228088A patent/JPH1164516A/en active Pending
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