JPS629288A

JPS629288A - 新規な除去機構を備えたマイクロプロセツサにより雨氷を測定するシステム

Info

Publication number: JPS629288A
Application number: JP61067023A
Authority: JP
Inventors: ジル　プロヴアンサル; イーヴオン　コーテ
Original assignee: Hydro Quebec
Current assignee: Hydro Quebec
Priority date: 1985-07-04
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1987-01-17
Also published as: CA1240050A; US4721949A; EP0211126B1; EP0211126A1; ATE56297T1; JPH0571915B2; DE3579594D1

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、マイクロプロセッサによって雨氷を測定する
システムであって、新規な除去機構が組み込まれたシス
テムに係る。特に、本発明は。

現在使用されているシステムの測定誤差をなくす雨氷検
出器に係る。「雨氷」という表現は、霜の形成も含むも
のとする。

従来の技術本出願人の場合のように特に送電を専業とする会社では
、塔を設計したり、既存の送電線を実時間で遠隔監視し
たりする場合に１着氷性の嵐を観察するネットワークが
非常に重要なものとなる。

計画された送電線経路において、次の２つの要点につい
て天候の調査が行われる。即ち、着氷性の嵐のときに送
電線が受ける衝撃の強さと、このような事態が起こる頻
度、即ち、その時間的な確率とが調査される。雨氷検出
装置で収集された資料を使用することにより、どの程度
の危険性があるかを充分に知った上で送電線を設計でき
ると共に、雨氷や霜が酷く堆積したときに生じるであろ
う機械的な欠陥の程度や大きさを予測することができる
。送電線プロジェクトの技術者は、観察と、雨氷検出器
のネットワークから得た情報とに基づいて、経済性とい
う点で明らかに受は容れられるような危険水準で送電線
を設計することができる。

電力会社の高圧送電線は、厳しい気候条件の山地を通る
ことがしばしばある。送電線の成る部分は、他の部分よ
りも雨氷や霜に頻繁に曝され。

時には、雨氷や霜が甚だしい送電線破壊の直接的な原因
となる。他の多くの場合は、霜や雨氷によって、架空ス
ペーサダンパ、接地線、電線、等が損傷を受けたり切断
されたりして、大規模な停電を招くことがある。

本出願人の送電線は、各々孤立して遠く離れた地域にあ
るために、嵐に関する気象学的な条件を考慮すれば、霜
や雨氷を観察することは非常に困難である。又１着氷性
の雨が降るときに、嵐の強さ、時間及び傾向や、送電線
に対するその影響を的確に把握することは困難である。

理想的には、この物理的な連結手段は、大気条件が悪い
ときでも送電を確保するに充分な機械的信頼性を有して
いなければならない。然し乍ら、これまで何年もの経験
から、電力会社では、送電線が損傷を受は易い幾つかの
区域を識別できるに至っている。フール・プルーフの送
電線は存在しないが、これらの問題を解消するための解
決策は多数提案されている。然し、送電線のルートを変
更する以外、これらの解決策（送電線の補強法もしくは
停電時間を短縮するための応急工事法）は、雨氷による
事故のおそれをなくすものではない。

主として、このような理由から、着氷性の雨が降るとき
に警報を発して状況の重大性を指示することのできる雨
氷の実時間観察システムが本出願人によって設計された
。

雨氷を検出し及び／又は測定することのできる装置は、
殆どない。又、これまでに市販されている装置は、主と
して航空業界のニーズに応じて開発されたものである。

本出願人の要求に最も適していて且つその遠隔送電シス
テムに最も適合しうる装置は、ローズマウント・インス
ツルメンツ社（ＲｏｓｅｍｏｕｎｔＩｎｓｔｒｕｍｅｎ
ｔｓ　Ｌｔｄ、）、以下“ローズマウント社”と称する
、の氷検出器である。この氷検出器は。

ローズマウント・エンジニアリング社（Ｒｏｓｅｍｏｕ
ｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｎ＋ｐａｎｙ　Ｌｉ
ｍ１ｔｅｄ）に対して１９６９年３月１８日付けで発行
されたカナダ特許第８０８．８２７号、並びに上記ロー
ズマウント・エンジニアリング社に対して１９６６年１
０月４日付けと１９６７年９月１２日付けで発行された
各々米国特許第３，２７７，４５９号及び米国特許第３
゜３４１．８３５号に開示されている。

本出願人は、１９７２年以来、現在又は将来の７３５ｋ
Ｖ送電系統に対し雨氷ａ察プログラムの枠内で上記装置
を約３０台使用してきた。これにより、この種の装置に
ついてかなりの実績を得ることができた。

ローズマウント社の雨氷検出器の作動モードの要点を要
約すると、この検出器は、検出部と。

ヒータと、上記検出部と取付プレートとの間に所要の距
離を確保する保持チューブとを含んでいる。

この組立体は、電子部分を含むケーシングにネジ止めさ
れている。

この装置は、軸方向に振動する超音波ロッドで構成され
た検出器によって雨氷の存在を検出する。このロッドの
固有振動数は、雨氷が堆積するに従って低下する。

氷の厚さが０．５１ｍｍ　（０，０２インチ）に達する
と、装置の電子インターフェースによって信号が発せら
れ、解氷システムが作動を開始する。

７秒後に、堆積した氷は、保持チューブ内の加熱素子の
組立体によって溶け、キャプタが冷却して装置は雨氷又
は霜の新たな堆積を受ける準備ができる。

発明が解決しようとする問題点ローズマウント社の装置は、航空業界のニーズに応じて
開発されたものであるから、本出願人の要求には完全に
合致しない、ローズマウント社の装置は、独立した電源
を使用するために電気エネルギを著しく消費する。検出
器の加熱に用いる交流１１５ｖの電圧は、装置を孤立し
た地域で用いる場合には、高過ぎる値である。更に、ロ
ーズマウント社の装置は、固定支持体に取り付けた場合
には、着氷性の嵐のときに、しばしばエラーを生じる。

これらの状態のもとでは、加熱の後に、検出器の底に水
滴がみられる。これらの水滴は。

加熱時間が終ると、結局水に変る。検出器の底に氷が存
在すると、誤った測定結果をもたらすと共に偽警報を発
し、せっかく情報を得てもその信頼性がないことから装
置を使用に供することができなくなる。

検出器の底で水滴が凍った場合には、基本的な振動数が
増大するのに対して、雨氷が堆積したときには、基本振
動数が減少する。ローズマウント社の装置は、基本振動
数の変化の極性を考慮に入れないアナログ比較方式を採
用しているために、上記の条件のもとでは、得られた測
定結果が必然的に誤ったものとなる。基本振動数の正の
変化を、以後１周波数反転と称する。

それ故、エラーを生じることなく高い精度で雨氷の形成
を検出でき、然も、低電圧で電気エネルギを少ししか消
費しないような装置が実際に必要とされている。

問題点を解決するための手段既知の検出器の前記欠点を克服するために。

本出願人は、ローズマウント社の検出器と、この検出器
の加熱によって雨氷が溶けた後に検出器に生じる水を、
新たな特定量の雨氷が検出器に形成されて検出される前
に、取り除くための手段とを具備する雨氷測定システム
を開発した。更に、このシステムは、少量の電気エネル
ギしか消費しないという利点を有している。

本発明の特定の特徴は、検出器に生じる水を取り除く方
法にある。これには、ソレノイドと。

検出器表面上の水滴が全て取り去られるまでこのソレノ
イドによって検出器を機械的に脈動できるようにし然も
少量の電気エネルギしか必要としないような装置とが含
まれる。

検出器は、一端でピボット運動できるようなロッド取付
は式の支持体に取り付けるのが好ましい。ロッドと支持
体との間のリンクは、ピボットを構成し、ロッドが垂直
方向にスライドした後に支持体が２つの点でピボット運
動できるようになっている。又、このシステムは、ソレ
ノイドを含むケーシングも備えており、このソレノイド
は。

ロッドを突いて垂直方向にスライドできるようにロッド
に組み合わされている。このようにロッドを作動するこ
とにより、支持体がその２つのピボット点でピボット運
動し、最終的に、検出器が横方向に振動するようになっ
ている。

本発明の別の特徴として、システムは、検出器の下部を
覆うフレキシブルな材料のスカートと、支持体、ピボッ
ト及びロッドの上部より成る除去機構とを含んでいる。

上記スカートは、これらの部品を雨氷の形成に対して保
護する。この人カートは、約−４０℃から約＋１００℃
の間でフレキシビリティを発揮することのできるゴムで
形成されるのが好ま°しい。

本発明の更に別の特徴は、ケーシングの上部に配置され
た保持カラーにあり、このカラーには。

ゴムのスカートが挿入される。

本発明の更に別の特徴は、ゴムのスカートが逆截頭円錐
であってその頂部が若干凸状であり且つその外面には一
連の環状リブが円錐の底面から頂部まで含まれていると
いうことである。従って、スカートは、検出器がソレノ
イドによって脈動されたときに、検出器と同じ振動を受
ける。スカートが截頭円錐形状であり且つ上記のリブが
設けられているために、ソレノイドの動きによってスカ
ートが折り曲げられたときに、スカートに最終的に形成
された雨氷が容易に破壊される。

本発明の更に別の特徴は、システムにデコーダが含まれ
ていて、このデコーダが発振器によって検出器に接続さ
れると共に、除去機構にも接続されていることである。

このデコーダは、受信インターフェースの一部であり、
この受信インターフェースは、３軸ケーブル又は同軸ケ
ーブルによって送信インターフェースに接続されている
。この送信インターフェースは、測定システムの中枢部
としてのマイクロプロセッサシステムの一体的な部分で
ある。受信インターフェースは、検出器が信号を発生で
きるようにするための発振器を有していると共に、必要
に応じて検出器を加熱すべきか振動させるべきかを判定
することのできるデコーダをも有している。送信インタ
ーフェースはマイクロプロセッサによって検出器に送ら
れた信号を変換したりこれと逆の変換を行なったりする
このシステムには、ローカルメモリを組み込むこともで
きる。このメモリは、データ送信システムによって接続
されていない孤立したステーションの場合及び／又は送
信システムに故障が生じた場合に、測定結果をコンパイ
ルするように働くデータ収集モジュールを含んでいる。

実施例以下、添付図面を参照しながら本発明を説明するが、こ
れは、単に本発明を解説するためのもので１本発明をこ
れに限定するものではない。

添付図面の特に第１図、第２図、第３図及び第４図は、
本発明の雨氷検出器がそれ自体既知である超音波検出器
１の形態をとったところを示している。検出器によって
構成された測定システムのこの部分は、全く一般的なも
のであり、本発明の特徴部分を構成するものではない。

上記したように、雨氷を解かすために検出器、　　を加
熱すると、解けた水が下方に流れる。従って。

結氷性の雨が降るときに通常生じる気象条１件のも、　
　とでは、主として検出器の底部に氷が形成し、誤った
読みをもたらす。

この欠点を克服するために、超音波検出器１が支持体５
に取り付けられており、この支持体５は、その一端７で
ピボット運動するように配置され且つロッド９に取り付
けられている。ロッド９と支持体５との間のリンクは、
ピボット８によって構成され、ロッド９が垂直方向にス
ライド移動した後に支持体が７と８の両方でピボット運
動できるようになっている。このシステムは、ソレノイ
ド１５を含むケーシング１１を備えており、このソレノ
イド１５は、ロッド９を作動して垂直方向にスライド移
動するように既知の方法でロッド９と連結されている。

このロッド９の作動により、支持体５は、上記したよう
に、７及び８でピボット運動し、最終的には、検出器１
が矢印１７及び１９の方向に横に振動する。

又、本発明の検出器は、第１図に示すように。

頂部が僅かに凸型をした逆截頭円錐状のスカート２１を
含んでいる０図示したように、このスカートは、フレキ
シブルな材料で形成される。望ましい材料は、約−４０
℃から約＋１ｏｏ℃の間でフレキシビリティを発揮する
ゴムである。このスカートは、検出器の下部２３を覆う
だけでなく、支持体５．ピボット７及び８並びにロッド
９の上部で形成された除去機構も覆っていて、これらの
部品を雨氷の形成から保護するようにしなければならな
い、スカート２１は、ケーシングの上部に取り付けられ
た支持カラー２２に適合される。

スカート２１の外面には、逆截頭円錐の底面からその頂
部まで延びる一連の円形リブ２５が含まれている。゛こ
のスカートは、検出器がソレノイドＩＳによって振動を
受けたとき、検出器と同じ振動を受ける。更に、スカー
ト２１が逆截頭形状にされそしてリブ２５が設けられて
いるために、ソレノイドの脈動作用によってスカートが
折り曲げられるとき、スカート２１に最終的に存在する
雨氷が容易に破壊されることが明らかである。

本発明の雨氷測定システムは、後述するマイクロプロセ
ッサ２９を含んでいる。第５図は、本システムがデコー
ダ５３も含んでいることを示している。このデコーダ５
３は、発振器４３によって検出器１に接続されると共に
、除去機構４１にも接続されている。デコーダ５３は、
受信インターフェース３１の一体的部分であり、このイ
ンターフェース３１は、３軸ケーブル４５（同軸ケーブ
ルも使用できるが）によって送信インターフェース３３
に接続される。この送信インターフェース３３は、測定
及び制御システムの中枢部とじて働くマイクロプロセッ
サシステム２９の一体的部分である。

通常の電気エネルギ源が利用できないような地域では、
ソーラパネル（又は他の独立したエネルギ源）から給電
される既知のシステムに電源が接続される。

データは、アナログ／デジタル変換システム３７によっ
て読み取られた後、例えば、サテライト、マイクロ波、
電話線又は無線といった既知の手段によりデータ処理シ
ステムに送信することができる。

このシステムは、集積型のローカルメモリ３９と、デー
タ収集モジュール（図示せず）も含んでいる。ローカル
メモリは、ステーションが孤立していてデータ送信シス
テムによって接続されていない場合に組み込まれる。こ
のローカルメモリ３９は、データ送信システムが故障し
た場合にも使用され、現地又はオフィスでローカルメモ
リ３９を交換することによって簡単に読み取ることがで
きる。

除去機構自体を除いて、本発明のシステムを充分に説明
するために、特に第５図及び第６図を参照されたい。

第５図には、検出器及びこれに関連したマイクロプロセ
ッサが示されている。加熱検出器及び除去機構は、参照
番号４１で概略的に示されている。又、第５図には、発
振器４３と、デコーダ５３を含む受信インターフェース
３１と、送信インターフェース３３が示されており、こ
れらは全て３軸ケーブル４５によって相互接続されてい
る。

通常の配電回路とは別個の電源が必要とさ゛れる場合に
は、ソーラパネル４７及びバッテリ電源５１を使用する
ことができる０通常の電源を接続する場合には、チャー
ジャ４９及びバッテリ５１を使用することができる。

第６図は、任意のパラメータ及び基本周波数を測定する
プログラムを確立するためにたどるステップを示す。

第７図は、発振周波数の測定手順と、雨氷を検出したと
きに取るべき動作とを示したものである。

最後に、予期しない水滴の生成に続いて周波数反転があ
る場合にこの処理を続行するための手順が第８図に示さ
れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ゴムスカートの細部を含む測定装置の概略図
、第２図は、除去機構を示す図。第３図は、除去機構を作動位置で示す図。第４図は、除去機構と、スカート用のカラーを示す図、第５図は、本発明による雨氷測定システムの回路図、第６図は、任意なパラメータと基本周波数を測定するプ
ログラムを示したフローチャート、第７図は１発振周波
数の測定と、雨氷を検出したときに取るべき一連の動作
とを示したフローチャート、そして第８図は、周波数反転の処理を示すフローチャートであ
る。１・・・超音波検出器　　　５・・・、支持体７．８・
・・ピボット　　　９・・・、ロッド１１・・・ゲージ
ング　　１５・・・ソレノイド２１・・・スカート　　
　２２・・・カラー２３・・・検出器の下部　２５・・
・リブ２９・・・マイクロプロセッサ３１・・・受信インターフェース３３・・・送信インターフェース３７・・・アナログ／デジタル変換システム３９・・・
ローカルメモリ４１・・・除去機構４３・・・発振器４５・・・３軸ケーブル４７・・・ソーラパネル４９・・・チャージャ５１・・・バッテリ電源　５３・・・デコーダソシ→マ
ートフロー＋デート（末社ｔγ−水浦）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）雨氷検出器と、この検出器に接続されていてこの
検出器に特定量の雨氷が形成されたことを検出する信号
を発生するための手段と、この信号に応答して、上記検
出器に形成された雨氷を解かすに充分な程上記検出器を
加熱する手段とを具備する雨氷測定システムにおいて、
上記検出器の加熱により雨氷が解けた後に上記検出器に
生じる水を、新たな特定量の雨氷が上記検出器に形成さ
れて検出される前に、除去する手段を具備することを特
徴とするシステム。
（２）上記検出器に生じた水を除去する上記手段は、ソ
レノイドと、全ての水滴が検出器の表面から除去される
までこのソレノイドによって検出器を機械的に脈動でき
るようにする装置とを備えた特許請求の範囲第１項に記
載の雨氷測定システム。
（３）上記検出器が取り付けられたピボット支持体と、
この支持体の一端にある第１ピボットと、上記支持体が
設置されたロッドと、このロッドを上記ピボット支持体
に接続する第２ピボットとを更に備え、上記ロッドは、
上記ソレノイドに組み合わされ、上記ロッドの下部及び
上記ソレノイドは、ケーシング内に包囲され、上記ロッ
ドの上部は、上記ケーシングの外部を垂直方向にスライ
ド移動することができ、上記ソレノイドは、上記ロッド
に作用を与えてこれを作動させると共に垂直方向にスラ
イド移動させ、上記支持体を上記第１及び第２のピボッ
トに対してピボット運動させ、上記検出器を横方向に振
動させる特許請求の範囲第１項に記載の雨氷測定システ
ム。
（４）上記ロッドの下部を覆うフレキシブルな材料のス
カートと、上記ピボット支持体、ピボット及びロッドの
上部で形成されてこれらの部品を雨氷の形成に対して保
護する除去機構とを備えた特許請求の範囲第３項に記載
の雨氷測定システム。
（５）上記スカートは、約−４０℃と約＋１００℃との
間でフレキシビリティを発揮できるゴムで形成される特
許請求の範囲第４項に記載の雨氷測定システム。
（６）上記スカートを受入るように上記ケーシングの上
部に配置された保持カラーを備えた特許請求の範囲第５
項に記載の雨氷測定システム。
（７）上記スカートは、逆截頭円錐形状であり、その頂
部は若干凸状で、その外面には一連の円形リブが上記逆
截頭円錐の底面から頂部まで設けられており、上記スカ
ートは、上記検出器がソレノイドによって脈動されたと
きにこの検出器と同じ振動を受け、更に、上記スカート
が截頭形状であり且つ上記スカートにリブが設けられて
いることにより、上記ソレノイドの脈動作用のもとでス
カートが折り曲がったときに、上記スカートに存在する
雨氷がうまく破壊される特許請求の範囲第４項に記載の
雨氷測定システム。
（８）上記システムに給電する電源は、上記加熱素子及
び上記除去機構を順次に作動させる制御システムに接続
される特許請求の範囲第７項に記載の雨氷測定システム
。
（９）上記システムは、低電圧の直流電源及び少量の電
気エネルギしか必要としない特許請求の範囲第８項に記
載の雨氷測定システム。
（１０）発信器によって上記検出器に接続されると共に
上記除去機構にも接続されたデコーダを具備し、このデ
コーダは、受信インターフェースの一体的な部分であり
、このインターフェースは、３軸又は同軸ケーブルによ
って送信インターフェースに接続され、この送信インタ
ーフェースは、測定及び制御システムの中枢部として働
くマイクロプロセッサシステムの一体的な部分である特
許請求の範囲第８項に記載の雨氷測定システム。
（１１）上記受信インターフェースは、必要に応じて検
出器を加熱すべきか振動すべきかを判断できるような信
号を検出器によって発生できるようにするデコーダを有
している特許請求の範囲第１０項に記載の雨氷測定シス
テム。
（１２）上記送信インターフェースは、マイクロプロセ
ッサから検出器及び除去機構へ或いはこれと反対に送ら
れる信号を変換できるようにする特許請求の範囲第１１
項に記載の雨氷測定システム。
（１３）上記システムに給電する電源は、独立した電源
系統に接続され、これにより、上記測定システムは、一
般の電気エネルギ源が存在しない離れた区域や孤立した
区域に必要に応じて設置される特許請求の範囲第８項に
記載の雨氷測定システム。
（１４）上記システムにより得た測定値をデータ送信シ
ステムにより送信する手段を具備した特許請求の範囲第
１項に記載の雨氷測定システム。
（１５）上記データ送信システムは、サテライト、マイ
クロ波、電話線又は無線を使用できる特許請求の範囲第
１４項に記載の雨氷測定システム。
（１６）上記システムに組み込まれたローカルメモリを
更に備え、このメモリは、データ収集モジュールを含ん
でいて、データ送信システムによって接続されていない
孤立したステーションの場合や及び／又は送信システム
が故障した場合に測定結果をコンパイルするように働く
特許請求の範囲第１項に記載の雨氷測定システム。