JPS61175550A - 光学的降雨・降雪強度計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、気象観測業務に於いて、降雨又は降雪強度を
光学的手段によって降雨、−降雪別に計測する方法とそ
の装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の降雨又は降雪強度の計測方法は、設定時間長の間
の雨量又は積雪量を測定することによって行なう方法が
公知である。また、雨雪判別は強度の計測とは別個に行
なわれるのが通常であり、この雨雪判別方法としては、
例えば空中に一対（２枚）の導電板を、相互間に僅かな
隙間を設けることによシミ気的に離隔し、て配置し、上
記隙間に上記一対の導電板を橋絡して乗った雨滴又は雪
片の電気伝導度を測定し、その違いによって判別する方
法が公知である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の降雨又は降雪強度計測方法は、基本的には雨
量又は積雪量の測定であるため、現時点から前記設定時
間長を遡った過去のデータしか得られず、現時点での瞬
間的降雨又は降雪強度を得るには難がある。

また、強度を降雨、降雪別に計測する必要があるときは
、強度測定と雨雪判別を別個の測定手段で行なう必要が
アリ、計測装置が大型、かつ複雑となる。加えて、この
場合の雨雪判別は接触的手段によっているため、雪片の
溶解による降雪であることの判断の遅れ、霧雨時又は粉
雪時に於いて、雨滴又は雪片が前記導電板間の隙間より
細かいことによる降雨又は降雪の判断の遅れ等によシ現
時点での瞬間的強度の降雨、降雪別計測に難があり、更
に雨雪判別手段では原理的に電気的接触面（導電板）を
空気中に露出させておく必要がおることがら当該電気的
接触面の汚れ、腐蝕等によって長期間の間初期性能が保
てない等の問題点がある。

本発明は、以上に述べた従来の問題点を解決すべく提案
するもので、降雨又は降雪強度を過去に遡ることなく現
時点で瞬時に把握でき、かつ雨雪判別も同時に行なえる
降雨・降雪強度計測方法とその装置を得ることを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明は、雨滴又は雪・片
に光を投射したとき、当該雨滴又は雪片から反射して返
ってくる反射パルスの数とレベルとが、雨滴又は雪片の
降下密度に対して一定の相関関係を呈すること、及び雪
片又は雨滴に光を投射したときの光の拡散方向特性が互
に異ることに着目し、空間に光を投射し、その投射光の
雨滴又は雪片からの反射光パルスを受光して、その受光
パルスの数及びレベルから降雨又は降雪の強度を演算し
、かつ上記受光パルスのレベルから雨雪判別を行ない、
もって降雨、降雪別に強度を計測する方法を提供するも
のであり、また、この方法による降雨、・降雪強度計測
装置として本発明は、空間に光を投射する投光手段と、
光軸が上記投光手段の光軸に対して異った角度で交差す
る方向にそれぞれ設定され、上記投光手段からの投射光
が雨滴又は雪片で反射した反射光パルスをそれぞれ受光
する第１及び第２の受光手段と、該第１及び第２の受光
手段での受光パルスの数を測定する計数手段と、当該受
光パルスのレベルを測定するレベル測定手段と、当該双
方の受光パルスのレベルを比較するレベル比較手段と、
上記計数手段、レベル測定手段及びレベル比較手段から
それぞれ出力される出力情報に基いて降雨、降雪別にそ
の強度を演算する演算手段でなる降雨、・降雪強度計測
装置、又は上記２つの受光手段に代え、１つの受光手段
と、光の進路に設定した偏光手段とを設け、演算手段は
上記受光手段による受光パルスの数及びレベルから降雨
、降雪別にその強度の演算を行なうようにした降雨、−
降雪強度計測装置を提供するものである。

〔実施例の構成〕

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の第１及び第２実施
例を示すブロック図である。

まず、第１実施例の構成を説明する。

第１図に於いて、１は投光器、２はドライバ、３は第１
受光器、４は第２受光器、５及び６はアンプ、７及び８
は同期検波器、９はレベル検出器、１０はレベル比較器
、１１はパルス計数器、１２は演算器であり、ａは投光
器１の光軸を、ｂは第１受光器３の光軸を、Ｃは第２受
光器４の光軸を、ｄは光軸ａ、ｂ及びＣの交差点をそれ
ぞれ示している。

投光器１は、空間に光を投射するもので、発光素子、投
光用光学レンズ等でなる。

ドライバ２は、投光器１の発光素子を発光駆動するもの
で、発光電力供給部、該発光電力供給部からの出力電力
を変調する変調部、上記発光素子の発光強度を気温等環
境条件の変化にかかわらず一定に保つために上記発光電
力供給部からの出力電力を制御する自動電力制御部等で
なる。

第１受光器３及び第２受光器４は、それぞれ投光器１か
ら投射された光の雨滴又は雪片での反射光パルスを受光
して受光強度に対応した受光パルス信号（電気信号）を
出力するもので、それぞれ受光用光学レンズ、受光素子
でなシ、当該第１受光器３及び第２受光器４は、それぞ
れの光軸す及びＣが投光器１の光軸ａとそれぞれ角度θ
、及び角度θ、（θ、Ｎθ、）を有して、理想的には同
一の交差点ｄで交差するようにそれぞれの指向方向が設
定されている。

アンプ５及びアンプ６は、それぞれ第１受光器３及び第
２受光器４から出力される受光信号を増巾するものであ
る。

同期検波器７及び同期検波器８は、それぞれアンプ５及
びアンプ６を経て第１受光器３及び第２受光器４から入
力された受光信号を検出するもので、上記受光信号を投
光器１から放射される光の変調信号により同期検波し、
上記受光信号の強度に比例したレベルのパルス信号を出
力する。

レベル検出器９は同期検波器７及び８から出力されるパ
ルス信号の平均的レベルを検出するものである。

レベル比較器１０は、同期検波器７から出力されるパル
ス信号のレベルと同期検波器８から出力されるパルス信
号のレベルを比較するものである。

パルス計数器１１は、同期検波器７，８を介−して出力
される受光パルス信号を計数するものである。

演算器１２は、レベル検出器９、レベル比較器１０及び
パルス計数器１１からそれぞれ出力される出力情報を、
予め投入されているデータに照らして演算し、降雨又は
降雪の強度を算出するとともに降雨／降雪の判別をする
もので、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）　　と、それに
投入された雨雪判定及び強度演算プログラムでなる。

第１実施例に於いて、レベル検出器９・及びパルス計数
器１０は降雨、降雪強度測定のためのもの、レベル比較
器１０は雨雪判別のためのもの、その他の各部は降雨、
降雪強度測定と雨雪判別とで共用されるものである。但
し、２系統ある受光系のうちのいずれか１系統は機能的
には雨雪判別のために設けられたものである。

次に、第２実施例の構成を説明する。

第２図に於いて、１３は偏光手段であり、他の記号につ
いては前記第１実施例（第１図）と同様である。但し、
第２実施例は受光系が１系統であるので、受光系の記号
は前記第１実施例の第１受光系（第１受光器３が属する
系）の記号を使用した。

偏光手段１３は、交差点ｄに於いて投光器１の光軸ａか
ら角度θの方向への反射光の例えば横方向の波動のみを
通過させるもので、例えば光学的偏光フィルタでなる。

以上に説明したもの以外は、第１実施例の該当記号のも
のと同様の機能のものである。

第２実施例に於いて、パルス計数器１１は降雨、降雪強
度測定のためのもの、その他の各部は降雨、降雪強度測
定と雨雪判別とで共用されるものである。但し、偏光手
段（偏光フィルタ１３）は、機能的には雨雪判別のため
に設けられたものである。

〔実施例の作用〕

まず、第１実施例の作用を説明する。

ドライバ２は、投光器１中の発光素子を発光駆動させる
ための駆動信号を常時出力している。

この駆動信号は変調された信号であり、かつその出力電
力は温度等の環境条件によって制御されており、従って
投光器１は発光強度が常時一定であるように制御された
変調光を常時投射している。投射光を変調しているのは
、第１受光器３及び第２受光器４で反射光を受光する際
、正規の反射光と背光とを区別し、正規の反射光のみに
感応するようにするためである。

降雨又は降雪がないときには、投光器１から投射された
光の反射がないので（実際には空中に浮遊する塵等によ
る反射があるが、この反射は小さく限定された測定エリ
ア内では雨滴又は雪片での反射に比較して極めて僅かで
ある。）、第１受光器３及び第２受光器４は受感しない
。

降雨又は降雪があると、投光器１から投射された光は光
軸ａに沿って直進し、交差点ｄを降下する雨滴又は雪片
に反射して第１受光器３及び第２受光器４に上記反射に
よる反射光がパルス状で入射される。

第１受光器３又は第２受光器４は、上記反射光に感応し
てその強度に比例した電気信号（パルス信号）を出力し
、この信号はアンプ５又はアンプ６で増巾されたのち、
同期検波器７又は同期検波器８で同期検波される。同期
検波器７及び同期検波器８は、それぞれ第１受光器３及
び第２受光器４に入感じた反射光パルスの強度に比例し
たレベルのパルス信号を出力する。同期検波器７と同期
検波器８から出力されたパルス信号はレベル検出器９に
入力されて加算され、当該パルス信号の平均的レベルの
算出が行なわれるとともにレベル比較器１０に入力され
てレベル比較が行なわれる。

また、第１受光器３及び第２受光器４に入感する反射光
パルスの数がいずれかのポイントで計数されるが、本実
施例ではパルス計数器１１をレベル比較器１０の出力端
子に接続して当該出力端子を反射光パルスの計数ポイン
トとしている。計数ポイントをレベル比較器１０の出力
端子としたのは、後述するように当該出力端子には、一
方の同期検波器７の出力信号レベルを双方の同期検波器
７及び８の出力信号レベルの和で割った信号が出力され
るので、降雨又は降雪強度が大巾に変動しても変動中の
少ないパスス信号が当該出力端子に得られ、その結果、
パルス信号の計数動作が正確に行なえる（例えば受光器
への入感レベルが低い反射光パルスも脱落なく計数され
る。）からである。

以上のようにして、レベル検出器９から出力される反射
光パルスのレベル情報、レベル比較器１０から出力され
る異った２方向からの反射光パルスのレベル比較情報及
びパルス計数器１１から出力される反射光パルスの計数
情報を受けて演算器１２は降雨、降雪の判断及び降雨又
は降雪の強度の演算を行なう。

次に上記３種の出力情報によって雨雪判別及び強度演算
が可能となることについて説明する。

まず、雨雪判別について述べると、降雨の場合と降雪の
場合とでは、上記２つの受光器３及び４での反射光パル
スの受光レベル比率が著しく異なる。すなわち、第３図
囚に示すように、雨滴はそれが非晶質液体であることに
よって特定の形状で落下し、一方向からの投射光の当該
雨滴による光拡散特性は、特定の方向に極小点及び極大
点を有する特性となる。一方、第３図＠に示すように、
雪片は、それが結晶質固体であり、かつ回転して落下す
るため、時間巾をもって観察すればほぼ球形と等価の形
状で落下することとなり、当該雪片による光拡散特性は
雨滴の場合のような極小点及び極大点を有する特性とは
ならない。

従って、第１受光器３０光軸す及び第２受光器４の光軸
Ｃの方向を互に異ならせて設定すれば、すなわち、それ
ぞれの光軸す又はＣが投光器１の光軸ａとなす角度θ□
とθ、とを互に異った角度とすれば、第１受光器３の反
射光の入射強度と第２受光器４の反射光の入射強度との
比率は降雨時と降雪時とでは異なることとなり、この入
射強度の違いは同期検波器７及び８からの出力パルス信
号のレベルを比較することで検出することができる。

光軸すの光軸ａとなす角度θ、は雨滴による光拡散レベ
ル分布特性の極大点にできるだけ近づく大きさに、また
光軸Ｃの光軸ａとなす角度θ！は雨滴による光拡散レベ
ル分布特性の極小点にできるだけ近づく大きさにそれぞ
れ設定するのが望ましい。すなわち、レベル比較器１０
でのレベル比較動作に於いて、両者のレベル差が大きい
程比較し易いからである。

レベル比較器１０でのレベル比較は、第１受光系の出力
レベル（同期検波器７の出力レベル）をＡ＋　、　４＠
　２受光系の出力レベル（同期検波器８の出力レベル）
をｔ、とすると、例えば次式の演算によって行なう。第
３図囚又は（Ｂ）で明らかなように上記にの値は降雨の
ときは降雪のときに比べて大きくなる。従ってレベル比
較器１０からの出力情報を演算器１２に於いて設定値と
比較演算することによって降雨又は降雪の判定をするこ
とができる。

次に、降雨又は降雪の強度測定について述べると、第１
受光器３及び第２受光器４に入射する反射光パルスの数
とレベルは降雨又は降雪強度に対して相関関係を有する
。この相関関係は第４図に示すようになる。

第４図は降雨、降雪強度の実証データからグラフ化した
もので降雨の場合と降雪の場合とでは同じパルス数、同
じレベルでの強度は異なるが、変化の傾向（％性の勾配
等）は双方ともほぼ同一である。

第４図から明らかなように、反射光パルスの数が同じで
あってもそのレベルが高い程、降雨または降雪強度が大
きいことがわかる。これは雨滴又は雪片の粒子が大きい
程、投射された光が多く反射されることから了解される
。

演算器１２には、第４図に示すデータが演算処理マツプ
として予め投入されており、従ってレベル検出器９から
のレベル情報（ｔａｌ　ｚｂ、　ｔｃ・・・）、パルス
計数器１１からの計数情報特によって演算器１２は降雨
又は降雪強度を演算し、強度データを出力する。

また、上記強度データは、前記雨雪判別のデータを基に
、降雨、降雪別に出力される。

次に、第２実施例の作用を説明する。

第２実施例は、受光系が１系統のみであること、及び光
の進行路、例えば受光器３の受光面前方の光軸す上に偏
光手段、例えｉ光学的偏光フィルタ１１が設けられてい
る点で前記第１実施例と異っている。この相違点は雨雪
判別動作に係る相違点であり、強度測定動作は前記第１
実施例と同様の動作で行なわれる。

第２実施例の雨雪判別について説明する。

光の雨滴又は雪片による反射光を観察すると、雨滴によ
る場合には第５図囚に示すように特定の方向に偏光して
反射するが、雪片の場合には第５図の）に示すように全
方向に反射する。これは雨滴の表面に鏡面が形成されて
いて投射光が特定方向に強く反射するのく対し、雪片の
表面　′には鏡面が形成されず、投射光が乱反射するた
めである。

そこで偏光フィルタ１３の偏光面方向を、雨滴による反
射光の偏光方向と直角の方向に設定すると、当該偏光フ
ィルタ１３を透過する反射光の量は降雨の場合に於いて
少なく（透過率率）、降雪の場合に於いて多く（透過重
大）となる。

以上のことにより、同期検波器７が出力する信号のレベ
ルは降雨の場合に於いては小さく、降雪の場合に於いて
大きい。従ってレベル検出器１２で上記同期検波器７の
出力信号のレベルを検出し、このレベル情報に基いて演
算器１０で演算することによシ降雨、降雪の判定をする
ことができる。

また、第２実施例の降雨又は降雪強度は、同期検波器７
から出力される反射光の受信パルスをパルス計数器１１
で計数して計数情報を得、レベル検出器９から出力され
るレベル情報とともに演算器１２に入力され、当該演算
器１２は前記第１実施例と同様にして降雨又は降雪強度
の演算を行なう。

尚、偏光フィルタ１３の設定位置は投光器１の投光面前
方であってもよい。すなわち、投射光を特定の方向に偏
光させることで、雨滴からの反射貴べ比べて雪片からの
反射量を多くすることができるからである。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明は、投射光の雨滴
又は雪片による反射光パルスを把えて、その反射光パル
スの数及び受光レベルから降雨、降雪別に強度を計測す
るようにした方法または装置を提供するものであシ、降
雨又は降雪の程度にかかわらず、現時点での降雨、又は
降雪強度が降雨、降雪別に瞬時に把握できるばかりか、
装置の各部の殆んどを雨雪判別と強度測定に共用できる
ので、装置構成が簡単であり、また空気中（外気）に曝
露しておく電気回路部分が不必要であるので、長期にわ
たって初期特性が保てる等、本発明は極めて大きな効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の第１実施例及び第
２実施例を示すブロック図、第３図（２）、＠、第４図
及び第５図囚、■はそれぞれ第１実施例及び第２実施例
の測定原理を説明する図である。 １・・・投光器　　　　　３，４・・・受光器７．８・
・・同期検波器　９・・・レベル検出器１０・・・レベ
ル比較器　１１・・・パルス計数器１２・・・演算器　
１３・・・偏光手段（偏光フィルタ）０第３図 （Ａ）投制光の雨滴による　　　　（Ｂ）８劃光の雪片
による光拡散しτル分布　　　　　　　光拡散しτル分
布第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　空間に光を投射し、該投射光の雨滴又は雪片からの
   反射光パルスを受光して、その受光パルスの数及びレベ
   ルを測定し、上記受光パルスのレベルの違いによつて雨
   雪判別を判断するとともに、上記受光パルスの数及びレ
   ベルに基いて降雨又は降雪の強度を演算し、もつて降雨
   、降雪別に強度を計測するようにした光学的降雨・降雪
   強度計測方法。 ２　空間に光を投射する投光手段と、光軸が上記投光手
   段の光軸に対して互に異つた角度で交差する方向にそれ
   ぞれ設定され、上記投光手段からの投射光が雨滴又は雪
   片で反射した反射光パルスをそれぞれ受光する第１の受
   光手段及び第２の受光手段と、該第１の受光手段及び第
   ２の受光手段での受光パルスの数を測定する計数手段と
   、当該受光パルスのレベルを測定するレベル測定手段と
   、当該双方の受光パルスのレベルを比較するレベル比較
   手段と、上記計数手段、レベル測定手段及びレベル比較
   手段からそれぞれ出力される出力情報に基いて降雨、降
   雪別にその強度を演算する演算手段でなる光学的降雨・
   降雪強度計測装置。 ３　空間に光を投射する投光手段と、該投光手段からの
   投射光が雨滴又は雪片で反射した反射光パルスを受光す
   る受光手段と、上記投光手段の投光面前方又は上記受光
   手段の受光面前方に透光面が光軸と交差するようにして
   設けられた偏光手段と、上記受光手段での受光パルスの
   数を測定する計数手段と、当該受光パルスのレベルを測
   定するレベル測定手段と、上記計数手段及び上記レベル
   測定手段からそれぞれ出力される出力情報に基いて降雨
   、降雪別にその強度を演算する演算手段でなる光学的降
   雨・降雪強度計測装置。