JPH08179052A - 降雪検知機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反射太陽光など外来光による降雪誤報が無く、
光源の寿命が長い屋外設置の降雪検知機を提供する。 【構成】パルス発生回路１はパルス信号を発生しパルス
駆動回路２を駆動する。パルス駆動回路２は赤外線発光
素子３を発光させ投光部光学系４により赤外線６を平行
光として投光する。光量制御回路１１は赤外線発光素子
の光量を制御する。雪片５に投光され雪片５を透過した
赤外線６は受光部光学系７により集光される。赤外線受
光素子８は赤外線を受光し電気信号に変換する。パルス
増幅回路９は受光した電気信号を雪片パルス信号２２と
して増幅する。雪片検出回路１０はパルス駆動回路２よ
り出力される同期信号２０に同期して雪片信号２１を出
力する。波形処理回路１２は雪片信号２１を計数パルス
信号２３に変換する。降雪積算回路１３は計数パルス信
号２３を積算し降雪量として計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は降雪検知機に関し、特に
赤外線による雪の透過量を検出する降雪検知機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の降雪検知機は、例えば平
成１年１２月８日に公開された特開平１−３０５３９２
号公報または平成３年５月８日に公開された特開平３−
１０８６３２号公報に示されているように、一般には雪
片に投光した可視光または赤外線の反射光を受光して計
測する方式を採用している。すなわち、発光素子から可
視光または赤外線を雪片に投光し、雪片からの反射光を
受光素子で受光し降雪を検知して、一定時間の間、検知
信号をカウントしその積算値で降雪量を計測している。

【０００３】また、上記の方法とは別に、雪片に投光し
た可視光または赤外線の透過光を受光して計測する方式
が有る。図８は、従来の雪片の透過光を利用した降雪検
知機のブロック図である。図９は、雪片を透過した雪片
信号の波形図である。

【０００４】図８の降雪検知機は、光量制御回路４５と
駆動回路４４とランプ３０と投光部光学系４とを含み雪
片５に投光する投光部２８と、受光部光学系７とフォト
ダイオード３１と増幅回路４３とを含み雪片５を透過し
た光線４６を受光し増幅して雪片信号４７を出力する受
光部２９と、雪片信号４７を処理し計数パルス信号２３
として出力する波形処理回路４８と、降雪量を積算する
降雪積算回路１３とから構成されている。

【０００５】次に、動作を説明する。

【０００６】従来の降雪検知機は、発光素子にタングス
テンランプ等の白色光を用いて、投光部２８と受光部２
９との間を通過する雪片５を、その透過光に応じた受光
信号として検出し、降雪量を算出していた。図８に示す
ように、投光部２８にある駆動回路４４により連続点灯
されたランプ３０からの白色光は、投光部光学系４を経
て雪片５が横断する光線４６として受光部光学系７に入
る。受光部光学系７の焦点位置には受光素子であるフォ
トダイオード３１があり、フォトダイオード３１の出力
した電気信号は増幅回路４３により増幅され、雪片信号
４７として出力される。

【０００７】雪片信号４７は図９のように透過する光の
量に応じて変化する信号を示し、次の波形処理回路４８
で処理される。すなわち、雪片信号４７は、そのレベル
の深さが深いほど、すなわち、透過率が０％に近いほど
降雪量が多いことに対応するので、雪片信号４７のレベ
ルが波形処理回路４８に含まれるＶ／Ｆ変換器等により
周波数に変換され計数パルス信号２３として出力され
る。

【０００８】ここで、Ｖ／Ｆ変換器とは電圧値に応じて
発振器の周波数を変える電圧制御発振器である。このＶ
／Ｆ変換器等の出力である計数パルス信号２３を降雪積
算回路１３に入力してパルス数を計数し降雪量に変換し
ている。

【０００９】また、雪片信号４７は光量制御回路４５に
入力され、ここで一定の時間積分されて、透過光量が一
定になるように駆動回路４４を制御する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の降雪検
知機は、雪片に投光する光線がランプ等の白色光を用い
た可視光であるため受光も可視光に応答する受光素子を
用いていた。このために、例えば太陽光が看板等で反射
したときなどの外来光に対して受光素子が反応すること
もあり、降雪が無いときにもかかわらず降雪検知出力を
出すことがあった。

【００１１】また、タングステンランプ等を使った光源
では時間と共に光量が低下するため、光量を補うべくラ
ンプの電流を多く流すように制御するので、次第に電力
が増しランプの寿命が短くなるという欠点を有してい
る。

【００１２】本発明の目的は、反射太陽光など外来光に
よる降雪誤報を無くし光源の寿命が長い降雪検知機を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の降雪検知機は、
光線を投光する投光部と、前記投光部により雪片に投光
され前記雪片を透過した前記光線を集光し前記雪片の信
号波形を検出して雪片信号を出力する受光部とを備え、
前記光線を雪片が横切ることにより降雪の有無を検知し
降雪量を算出する降雪検知機において、前記光線が間歇
光であり、前記雪片信号を計数パルス信号に変換する波
形処理回路と、前記波形処理回路から出力される前記計
数パルス信号を積算して降雪量を計測する降雪積算回路
とを備えて構成されている。

【００１４】また、前記投光部が、パルス信号を発生す
るパルス発生回路と、前記パルス信号により生成される
駆動信号および同期信号を出力するパルス駆動回路と、
前記パルス駆動回路によりパルス駆動される赤外線発光
素子と、前記赤外線発光素子からの赤外線を平行光とし
て投光する投光部光学系と、前記赤外線発光素子の光量
を前記パルス駆動回路を通して制御する光量制御回路と
から構成され、前記受光部が、前記投光部光学系により
雪片に投光され前記雪片を透過した前記赤外線を集光す
る受光部光学系と、前記受光部光学系により集光した前
記赤外線を電気信号に変換する赤外線受光素子と、前記
赤外線受光素子の出力した前記電気信号を雪片のパルス
信号として増幅するパルス増幅回路と、前記パルス増幅
回路により増幅された前記雪片パルス信号から前記パル
ス駆動回路より出力される前記同期信号に同期して前記
雪片の信号波形を検出し雪片信号を出力する雪片検出回
路とから構成されることを特徴とする降雪検知機が得ら
れる。

【００１５】また、前記赤外線発光素子が赤外線を発光
するＬＥＤで構成し、前記赤外線受光素子を赤外線に応
答するフォトダイオードで形成したことを特徴とする降
雪検知機が得られる。

【００１６】さらに、前記雪片検出回路が、前記同期信
号により前記パルス信号をサンプルホールドする第１の
サンプルホールド回路と、前記同期信号を一定の時間遅
延させる時間遅れ回路と、前記時間遅れ回路の出力信号
により前記第１のサンプルホールド回路の出力をサンプ
ルホールドする第２のサンプルホールド回路と、前記第
２のサンプルホールド回路の出力をバッファリングする
バッファ回路とを備えたことを特徴とする降雪検知機が
得られる。

【００１７】なお、前記第１のサンプルホールド回路を
ピークホールド回路で形成したことを特徴とする降雪検
知機が得られる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１９】図１は、本発明の降雪検知機の一実施例を
示すブロック図である。

【００２０】図１に示す本実施例の降雪検知機は、パル
ス信号を発生するパルス発生回路１と、パルス信号から
生成される駆動パルス信号４２および同期信号２０を出
力するパルス駆動回路２と、パルス駆動回路２によりパ
ルス駆動される赤外線発光素子３と、赤外線発光素子３
からの赤外線６を平行光として投光する投光部光学系４
と、赤外線発光素子３の光量をパルス駆動回路２を通し
て制御する光量制御回路１１とを含む投光部１４と、投
光部光学系４により雪片５に投光され雪片５を透過した
赤外線６を集光する受光部光学系７と、受光部光学系７
により集光した赤外線６を電気信号に変換する赤外線受
光素子８と、赤外線受光素子８の出力した電気信号を雪
片５のパルス信号として増幅するパルス増幅回路９と、
パルス増幅回路９により増幅された雪片パルス信号２２
からパルス駆動回路２より出力される同期信号２０に同
期して雪片の信号波形を検出し雪片信号２１を出力する
雪片検出回路１０とを含む受光部１５と、雪片信号２１
を計数パルス信号２３に変換する波形処理回路１２と、
波形処理回路１２から出力される計数パルス信号２３を
積算して降雪量を計測する降雪積算回路１３とから構成
されている。

【００２１】次に、動作を説明する。

【００２２】図１において、投光部１４にあるパルス発
生回路１からのパルス信号によりパルス駆動回路２で赤
外線発光素子３を駆動する。この赤外線発光素子３から
の光は投光部光学系４を通り赤外線６の平行赤外光とな
る。投光部１４と受光部１５の間を雪片５が通過すると
き、受光部光学系７を経て赤外線受光素子８には、雪片
５を透過した光量に応じて変化した雪片５の電気信号が
発生し、パルス増幅回路９によって雪片５のパルス信号
のパルス成分が増幅され雪片パルス信号２２として出力
される。この雪片パルス信号２２は、パルス駆動回路２
からの同期信号２０によって雪片検出回路１０で雪片の
信号波形が検出され雪片信号２１として出力される。

【００２３】出力された雪片信号２１は、波形処理回路
１２および光量制御回路１１に入力される。波形処理回
路１２は、雪片信号２１の電圧を波形処理回路１２に含
むＶ／Ｆ変換器等によりパルス数出力に変換し計数パル
ス信号２３として出力する。この計数パルス信号２３は
降雪積算回路１３でパルス数がカウントされ、一定時間
の降雪量として出力される。また、光量制御回路１１で
は、雪片信号２１を一定時間積分した信号をパルス駆動
回路２に与え赤外線発光素子３のピーク光量を一定に制
御している。

【００２４】次に、降雪量検知に関する雪片のセンシン
グについて説明する。図２は、雪片の検出を説明する原
理図である。図２において、ランプ３０の光を拡散ガラ
スピンホール３２とレンズ３４とを通し平行で均一な光
線３５をつくる。この均一な光線３５が雪片５を透過す
るときに、光線３５の光量が雪片５に反射および吸収さ
れるため、受光量が減衰した光線がスリット３３を通
り、レンズ３４により集光しフォトダイオード３１で受
光されることになる。

【００２５】フォトダイオード３１へは光線３５の変化
分のみが伝達されるので、雪片５が多いときには光線３
５の減衰が大きいためレベル差の大きい信号として検出
される。また、信号の時間幅は雪片５が光線３５を横断
している時間により決定されることになる。

【００２６】図３は、雪片の状態に応じて変化する雪片
信号の波形図である。図３（ａ）は、光線３５を横断す
る雪片５が１個の場合の雪片信号２１の波形である。図
３（ｂ）は、雪片５が２個重って横断する場合であり、
光線３５の透過量が雪片５が１個の場合に比べて１／２
になるので、雪片信号２１のレベルの深さは２倍とな
る。図３（ｃ）のように、２個の雪片が別々に離れて横
断する場合は、雪片信号２１は２個別々に出力される。
２個の雪片５が途中で重なる場合は、図３（ｄ）に示す
ような雪片信号２１が得られる。

【００２７】図３（ｅ）は、降雪量が多く雪片５が多数
個横断する場合で、雪片が重なるために雪片信号２１は
レベルの深さも時間幅もランダムな信号となる。特に、
光量制御回路１１により光量制御されない場合は、図３
（ｆ）の波形となり雪片信号２１のレベルは飽和し雪片
信号２１として検出できなくなる。このように、大量の
降雪のため光量制御回路１１が制御不能になると、光量
制御回路１１のリミッタが働き光量アラームが発生す
る。光量制御が正常になされる場合は図３（ｇ）のよう
な波形の雪片信号２１が得られる。たとえ大量の降雪に
より図３（ｆ）の状態になっても降雪の状態に変化が有
る限り、光量制御回路１１により光量を一定にする働き
のため、雪片信号２１の波形はゼロレベルに戻るので雪
片信号２１として検出される。降雪の相対的な変化を検
出しているため、雪片信号２１がゼロレベルに戻った以
降に降雪の状態に変化が無いと、雪片信号２１は出力さ
れない。

【００２８】図４は、従来技術による雪片信号と本発明
による雪片信号との波形図である。図４（ａ）は従来の
ランプ連続光による各部の波形を、図４（ｂ）は本発明
のパルス光による各部の波形を示す。ランプ連続光によ
る投光では、（Ａ）のように投光量が一定のため、雪片
５を透過してフォトダイオード３１で受光される受光量
は（Ｂ）となり、雪片１個の受光波形として（Ｃ）が得
られる。

【００２９】一方、本発明では（Ｄ）のように一群のパ
ルス光として投光されるので、雪片５を透過してフォト
ダイオード３１で受光される受光量は（Ｅ）のようなサ
ンプリング波形となる。このサンプリング波形の包絡線
は正確に雪片５の受光波形を示しているので、パルス成
分を除去することにより（Ｆ）のように雪片５の受光波
形が得られる。

【００３０】図５は、本発明の受光部の一例を示す詳細
ブロック図である。図において、雪片検出回路１０は、
サンプルホールド回路１６と、サンプルホールド回路１
７と、バッファ１８と、時間遅れ回路１９とにより構成
される。ここで、サンプルホールド回路１６はピークホ
ールド回路でも代用できる。

【００３１】図６は、図５の各部における動作を示すタ
イムチャートであるが、実際の赤外線発光素子３を駆動
する駆動パルス信号４２の幅は１０μｓ程度で、デュー
ティが１％〜５％程度と短いため、図６（ａ）では時間
軸を拡大して示してある。

【００３２】図６（ｂ）は、図６（ａ）の時間軸を拡大
した時に得られる雪片信号２１の波形であり、多数の駆
動パルス信号４２の包絡線により示される。この得られ
た雪片信号２１の波形は、雪片５が１個でも、降り始め
の数個でも、また大量の雪片でも、図３に示したように
よく似た波形となり、降雪の状態により波形のレベルや
幅が変化する。

【００３３】パルス駆動回路２の出力である駆動パルス
信号４２により赤外線発光素子３を発光させ、投光部光
学系４から投光された赤外線は、図５の赤外線受光素子
８で受光され、パルス増幅回路９で増幅される。増幅さ
れた出力であるＶ１信号２４は、図６（ａ）に示すよう
に駆動パルス信号４２と同期している。Ｖ１信号２４の
パルス列はそのピークレベルの包絡線が雪片５を透過し
た受光波形を示している。Ｖ１信号２４は、同期信号２
０でサンプリングされ、サンプルホールド回路１６でサ
ンプルホールドされ、Ｖ２信号２５として次段のサンプ
ルホールド回路１７に出力される。同期信号２０は時間
遅れ回路１９で一定時間遅延後Ｔ２信号２６としてサン
プルホールド回路１７に出力される。サンプルホールド
回路１７は、Ｔ２信号２６でＶ２信号２５をサンプルホ
ールドし、バッファ１８を通してＶ３信号２７を出力す
る。同期信号２０は固定周波数で実施例としては２ＫＨ
ｚ程度に設定している。

【００３４】図６（ｂ）の雪片信号２１の波形は、図６
（ａ）で示されるように多数の駆動パルス信号でサンプ
ルホールドされたバッファ１８の出力Ｖ３信号２７の一
部を示している。

【００３５】なお、図６（ｂ）に示した雪片信号２１の
波形のパルス幅は、降雪状態に依存する他、綿雪、粉雪
などの雪の質にも依存する。すなわち、雪片信号２１の
波形パルス幅は、投光された赤外線の光束を雪片が横断
する時間で決定されるから、綿雪だと横断時間が長くな
り、パルス幅も広くなる。

【００３６】ここで、２つのサンプルホールド回路１６
と１７とが必要な理由は、サンプルホールド回路１６は
サンプルホールドした信号をその都度放電させるためＶ
２信号２５が必らず０レベルになり、Ｖ２信号２５に切
れ込みが発生するので、本来の雪片信号２１が再生され
なくなる。このため時間遅れ回路１９で遅延させたＴ２
信号２６で、切れ込みが発生していない状態のＶ２信号
２５をサンプルホールド回路１７でサンプリングしてい
る。

【００３７】上記の動作から理解できるように、サンプ
ルホールド回路１６は、ピークホールド回路で代用でき
る。

【００３８】図７は、本発明の波形処理回路の一例を示
す詳細ブロック図であり、雪片信号２１から降雪量を積
算するための波形処理回路１２の動作を説明する。雪片
検出回路１０で得られた雪片信号２１は、その信号レベ
ルの深さに応じた周波数変換を行い、計数パルス信号２
３として変換して降雪積算回路１３に出力される。この
ために、まず雪片信号２１を反転アンプ３６ａおよび３
６ｂで増幅する。反転アンプ３６ｂで増幅された雪片信
号２１は、ピークホールド回路３９でホールドされ、そ
の出力レベルをＶ／Ｆ変換器４０により計数パルス信号
２３として出力される。一方、反転アンプ３６ａの出力
は、コンパレータ３７に入力され基準レベルとの比較に
よりモノマルチ３８を起動させる。モノマルチ３８の出
力を一定の計数時間として、この一定時間内での計数パ
ルス信号２３のパルス数を降雪量として計測する。実施
例では、計数時間を１分間程度に設定している。放電指
令信号４１は、ピークホールド回路３９にチャージされ
た電荷の放電を行う。

【００３９】なお、本実施例における投光部１４と受光
部１５との距離は約１．２ｍとしている。

【００４０】本実施例でのパルス増幅回路９はパルス成
分のみを増幅する、いわゆるＡＣ増幅回路になっている
ため、緩やかな信号に対しては応答せず出力がでない。
つまり、緩やかな外来光に対しては反応しない特徴があ
る。また、同期信号２０に同期しない外来光に対しては
検出されないので、結果として耐ノイズ性が上がる。

【００４１】さらに、雪片の透過光を利用しているので
雪片の反射光を利用した方式と比較して外来光との相関
が少なく耐ノイズ性が上がる。

【００４２】一方、連続点灯に比べてパルス駆動の方が
赤外線発光素子３等のピーク電流を大きく取れ、かつ、
同じ電流値では動作時間がデューティ比分だけ少ないの
で赤外線発光素子の長寿命化を達成できる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の降雪検知
機は、赤外線の光源でパルス駆動し雪片の透過光を利用
するため反射太陽光などの外来光による降雪誤報がなく
耐ノイズ性が向上し、かつ、発光素子の長寿命化が達成
できるので発光素子のメンテナンス期間を長くできると
いう効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の降雪検知機の一実施例を示すブロック
図である。

【図２】雪片の検出を説明する原理図である。

【図３】雪片の状態に応じて変化する雪片信号の波形図
である。

【図４】従来技術による雪片信号と本発明による雪片信
号との波形図である。

【図５】本発明の受光部の一例を示す詳細ブロック図で
ある。

【図６】図５の各部における動作を示すタイムチャート
である。

【図７】本発明の波形処理回路の一例を示す詳細ブロッ
ク図である。

【図８】従来の雪片の透過光を利用した降雪検知機のブ
ロック図である。

【図９】雪片を透過した雪片信号の波形図である。

【符号の説明】

１ パルス発生回路 ２ パルス駆動回路 ３ 赤外線発光素子 ４ 投光部光学系 ５ 雪片 ６ 赤外線 ７ 受光部光学系 ８ 赤外線受光素子 ９ パルス増幅回路 １０ 雪片検出回路 １１ 光量制御回路 １２ 波形処理回路 １３ 降雪積算回路 １４ 投光部 １５ 受光部 １６ サンプルホールド回路 １７ サンプルホールド回路 １８ バッファ １９ 時間遅れ回路 ２０ 同期信号 ２１ 雪片信号 ２２ 雪片パルス信号 ２３ 計数パルス信号 ２４ Ｖ１信号 ２５ Ｖ２信号 ２６ Ｔ２信号 ２７ Ｖ３信号 ２８ 投光部 ２９ 受光部 ３０ ランプ ３１ フォトダイオード ３２ 拡散ガラスピンホール ３３ スリット ３４ レンズ ３５ 光線 ３６ 反転アンプ ３７ コンパレータ ３８ モノマルチ ３９ ピークホールド回路 ４０ Ｖ／Ｆ変換器 ４１ 放電指令信号 ４２ 駆動パルス信号 ４３ 増幅回路 ４４ 駆動回路 ４５ 光量制御回路 ４６ 光線 ４７ 雪片信号 ４８ 波形処理回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光線を投光する投光部と、前記投光部に
   より雪片に投光され前記雪片を透過した前記光線を集光
   し前記雪片の信号波形を検出して雪片信号を出力する受
   光部とを備え、前記光線を雪片が横切ることにより降雪
   の有無を検知し降雪量を算出する降雪検知機において、
   前記光線が間歇光であり、前記雪片信号を計数パルス信
   号に変換する波形処理回路と、前記波形処理回路から出
   力される前記計数パルス信号を積算して降雪量を計測す
   る降雪積算回路とを備えたことを特徴とする降雪検知
   機。
2. 【請求項２】 前記投光部が、パルス信号を発生するパ
   ルス発生回路と、前記パルス信号により生成される駆動
   信号および同期信号を出力するパルス駆動回路と、前記
   パルス駆動回路によりパルス駆動される赤外線発光素子
   と、前記赤外線発光素子からの赤外線を平行光として投
   光する投光部光学系と、前記赤外線発光素子の光量を前
   記パルス駆動回路を通して制御する光量制御回路とから
   構成され、前記受光部が、前記投光部光学系により雪片
   に投光され前記雪片を透過した前記赤外線を集光する受
   光部光学系と、前記受光部光学系により集光した前記赤
   外線を電気信号に変換する赤外線受光素子と、前記赤外
   線受光素子の出力した前記電気信号を雪片のパルス信号
   として増幅するパルス増幅回路と、前記パルス増幅回路
   により増幅された前記雪片パルス信号から前記パルス駆
   動回路より出力される前記同期信号に同期して前記雪片
   の信号波形を検出し雪片信号を出力する雪片検出回路と
   から構成されたことを特徴とする請求項１記載の降雪検
   知機。
3. 【請求項３】 前記赤外線発光素子が赤外線を発光する
   ＬＥＤで構成し、前記赤外線受光素子を赤外線に応答す
   るフォトダイオードで形成したことを特徴とする請求項
   ２記載の降雪検知機。
4. 【請求項４】 前記雪片検出回路が、前記同期信号によ
   り前記パルス信号をサンプルホールドする第１のサンプ
   ルホールド回路と、前記同期信号を一定の時間遅延させ
   る時間遅れ回路と、前記時間遅れ回路の出力信号により
   前記第１のサンプルホールド回路の出力をサンプルホー
   ルドする第２のサンプルホールド回路と、前記第２のサ
   ンプルホールド回路の出力をバッファリングするバッフ
   ァ回路とを備えたことを特徴とする請求項２または請求
   項３記載の降雪検知機。
5. 【請求項５】 前記第１のサンプルホールド回路をピー
   クホールド回路で形成したことを特徴とする請求項４記
   載の降雪検知機。