JPH0989630A - 埋設型積雪センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の埋設型積雪センサでは、融雪の初期に
シャーベット層が発生すると、投光器からの光がこのシ
ャーベット層を透過してさらに上方の積雪で乱反射され
るので、まだ積雪が残っているにもかかわらず、受光器
の受光レベルがしきい値Ｖthよりも低下し、ロードヒー
タへの通電を停止させるという誤動作を起こし易くな
る。 【解決手段】 透光性の透光材が平坦な上面を路面とほ
ぼ面一にして埋設設置されると共に、この透光材の上面
よりも下方に、それぞれ投光部と受光部を上方に向けた
投光器４と受光器５が併設された埋設型積雪センサにお
いて、投光器４から発した光を上方で乱反射させた場合
に、この反射光により受光器５の受光レベルが最大とな
る反射位置の高さＨ_P が、透光材の上面よりも上方とな
る位置にこれら投光器４と受光器５が設定されて構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、路面の積雪を融
雪するロードヒータのＯＮ／ＯＦＦを制御するために路
面に埋設して積雪の有無を検出する埋設型積雪センサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】積雪の多い地域では、路面にロードヒー
タを埋設して、このロードヒータの発熱により路面の積
雪を融雪するロードヒーティング設備を設ける場合があ
る。このロードヒーティング設備では、積雪がない場合
にロードヒータに通電を行うと電力が無駄になるので、
積雪の有無を検出する積雪センサを用いてロードヒータ
のＯＮ／ＯＦＦを制御するようにしている。

【０００３】前記積雪センサとしては、路面の上方に投
光器と受光器を設置し、この投光器から路面に向けて照
射した光の反射光の光量を受光器で測定することによ
り、路面の積雪の有無を検出するようにしたものが従来
から開発されている。しかし、このような積雪センサで
は、路上に投光器や受光器等を設置するための建造物を
設ける必要があり、装置が大掛かりで高価なものになる
ため、大規模なロードヒーティング設備でしか用いるこ
とができない。そこで、路面の下方に投光器と受光器を
埋設する埋設型積雪センサも従来から開発されている
（特開平４−３３７０８号公報に記載の発明等）。この
埋設型積雪センサ１は、例えば図３に示すように、上面
にアクリルガラス板２を嵌め込んだ容器３内に、投光部
と受光部を上方に向けた投光器４と受光器５を配置する
ことにより構成される。そして、この埋設型積雪センサ
１は、図４に示すように、アクリルガラス板２の上面が
路面１１と面一になるようにして舗装体１２中に埋設さ
れる。舗装体１２は、路盤１３上のアスファルト等によ
る舗装層であり、この舗装体１２中には、ロードヒーテ
ィング設備のロードヒータ１４が埋設されている。ま
た、埋設型積雪センサ１は、舗装体１２中に埋設された
ケーブル６を介して図示しないロードヒータ制御盤に接
続される。

【０００４】前記埋設型積雪センサ１は、路面１１に積
雪がない場合には、投光器４から発した光がアクリルガ
ラス板２を透過して上方に放出されるので、受光器５に
はほとんど反射光が戻らず受光レベルが低レベルとな
る。すると、ロードヒータ制御盤がケーブル６を介して
これを検出し、ロードヒータ１４への通電を停止して、
路面１１を不必要に加温するのを防止する。しかし、図
５に示すように、路面１１に積雪２１が積もった場合に
は、投光器４からの光がアクリルガラス板２の上面でこ
の積雪２１により乱反射（拡散反射）されて反射光の一
部が受光器５に戻るので受光レベルが高レベルとなる。
すると、ロードヒータ制御盤がケーブル６を介してこれ
を検出し、ロードヒータ１４への通電を開始し、路面１
１を加温することにより積雪２１を融雪する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】所で、図６に示すよう
に、上記投光器４と受光器５は、それぞれの指向特性に
より、出射光を照射し得る指向範囲３１と入射光を受光
し得る指向範囲３２の角度が限定されるので、これら投
光器４と受光器５の間隔距離Ｄが近いほど、また、これ
ら投光器４と受光器５からの高さＨが高いほど、双方の
指向範囲３１，３２が重なり合う領域３３が広くなる。
また、投光器４からの光を上方で乱反射させた場合、こ
の反射位置の高さＨが高くなるほど受光器５に戻る反射
光の光量が少なくなる。従って、これら投光器４と受光
器５は、上方の反射位置の高さＨを変化させると、領域
３３の下方端よりも少し高い位置で受光器５の受光レベ
ルが最大となり、それよりも高低両側に離れるほど徐々
に低下する特性を有する。即ち、図７に示すように、受
光器５の受光レベルの特性は、反射位置が高さＨ_P とな
るときに最大のピークとなり、それよりも高さＨが高く
なったり低くなるほど低レベルとなる。そして、従来の
埋設型積雪センサ１は、この受光レベルが最大となる高
さＨ_P がアクリルガラス板２の上面の高さＨ_B と一致す
るような位置に投光器４と受光器５を配置することによ
り、投光器４からの光がこのアクリルガラス板２の上面
で積雪２１により乱反射された場合に、受光器５が最も
効率良く反射光を受光できるようにしていた。

【０００６】ところが、図５に示す積雪２１は、ロード
ヒータ１４の発熱により融雪が開始されると、その初期
に路面１１に接する部分が氷と水の混ざったシャーベッ
ト状となり、図８に示すように、積雪２１の下層部にシ
ャーベット層２２が発生する場合がある。そして、この
ようなシャーベット層２２が発生すると、投光器４から
の光がこのシャーベット層２２を透過してさらに上層の
シャーベット状となっていない積雪２１まで達しここで
乱反射されようになるので、反射位置が図７に示す高さ
Ｈ_R まで上昇し、この高さＨ_R での受光レベルが積雪検
出のしきい値Ｖthよりも低レベルとなることがある。こ
のため、従来の埋設型積雪センサ１は、融雪の初期にシ
ャーベット層２２が発生すると、まだ積雪２１が残って
いるにもかかわらず、受光器５の受光レベルがしきい値
Ｖthよりも低下して、ロードヒータ１４への通電を停止
させる誤動作を起こし易くなるという問題があった。

【０００７】なお、このようなシャーベット層２２の発
生による誤動作を防止するには、投光器４の光量や受光
器５の感度を高めればよい。しかし、アクリルガラス板
２の表面では、積雪２１がない場合にも、空気との屈折
率の相違により一部の光が反射される。また、このアク
リルガラス板２の上面に付着したゴミ等により投光器４
からの光が反射される場合もある。従って、投光器４の
光量や受光器５の感度を高めると、これら積雪２１がな
い場合に生じるアクリルガラス板２の表面での光反射を
誤検出するおそれが生じるので温度変動や経年変化によ
り投光器４や受光器５の特性が変化したときに動作が不
安定になるという新たな問題を生じる。

【０００８】この発明は、かかる事情に鑑みてなされた
ものであり、受光レベルが最大となる反射位置の高さを
透光材の上面よりも上方に設定することにより、積雪の
下層部にシャーベット層が生じた場合にも確実にこの積
雪を検出することができる埋設型積雪センサを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、この発明は、上記
課題を解決するために、埋設型積雪センサが、透光性の
透光材が平坦な上面を路面とほぼ面一にして埋設設置さ
れると共に、この透光材の上面よりも下方に、それぞれ
投光部と受光部を上方に向けた投光器と受光器が併設さ
れた埋設型積雪センサにおいて、投光器から発した光を
上方で乱反射させた場合に、この反射光により受光器の
受光レベルが最大となる反射位置の高さが、透光材の上
面よりも上方となる位置にこれら投光器と受光器が設定
されたことを特徴とする。

【００１０】上記手段によれば、従来は受光レベルが最
大となる反射位置の高さが透光材の上面に一致していた
ものが、この透光材の上面よりもさらに上方となるの
で、受光レベルが積雪検出のしきい値を超えて検出可能
となる高さの範囲が上方側に広がる。このため、積雪の
下層部にシャーベット層が発生して投光器からの光の反
射位置が高くなった場合にも、受光レベルが低下しすぎ
ることがなく、確実にこの積雪を検出することができる
ようになる。なお、透光材は、投光器や受光器の上方に
配置したガラスやプラスチックの透明板であってもよい
し、これら投光器や受光器を覆い上面を平坦面とした透
明な充填材を用いることもできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の具体的実施の形
態について図面を参照して説明する。図１及び図２はこ
の発明の一実施形態を示すものであって、図１は埋設型
積雪センサの構成を示す縦断面図、図２は埋設型積雪セ
ンサの反射位置の高さに対する受光レベルの変化を示す
図である。なお、図３〜図８に示したものと同様の機能
を有する構成部材には同じ番号を付記する。

【００１２】この実施形態の埋設型積雪センサ１は、図
１に示すように、上面が開口された円筒形の容器３の内
部にセンサユニット７を収納したものである。また、こ
の容器３の上面の開口部には、透光性の高いアクリルガ
ラス板２が嵌め込まれて内部が密閉される。センサユニ
ット７には、上端部に投光器４と受光器５が配置され
て、これら投光器４の投光部と受光器５の受光部が上端
面から上方に向けて露出するようになっている。また、
このセンサユニット７には、受光器５が検出した受光レ
ベルの信号を増幅するための増幅器等の電子回路も設け
られている。このセンサユニット７は、容器３を貫通す
るケーブル６を介して、外部から電源が供給されると共
に、受光器５が検出した受光レベルの信号を外部に出力
するようになっている。

【００１３】前記埋設型積雪センサ１は、センサユニッ
ト７内の投光器４と受光器５の投光部と受光部からアク
リルガラス板２の上面までの高さＨ_B よりも、受光レベ
ルが最大となる反射位置の高さＨ_P の方が十分に高くな
るように、これら投光器４と受光器５の配置位置等を設
定している。この反射位置の高さＨ_P は、図６に示した
投光器４と受光器５において、投光器４からの光を上方
で乱反射させ、この反射位置の高さＨを変化させた場合
に、受光器５の受光レベルが最大となるときの反射位置
の高さＨである。従って、図２に示すように、受光器５
の受光レベルは、この反射位置の高さＨ_P をピークとし
て、反射位置がこの高さ位置から高低両側に離れるほど
徐々に低下する特性を有することになる。また、この反
射位置の高さＨ_P は、アクリルガラス板２の上面までの
高さＨ_B よりも十分に高いので、一点鎖線で示した従来
の埋設型積雪センサの特性の場合に受光レベルがしきい
値Ｖthを超える最高の高さＨ_U1よりも、本実施形態の埋
設型積雪センサの受光レベルがしきい値Ｖthを超える最
高の高さＨ_U2の方が高い位置となり、図８に示したよう
にシャーベット層２２の発生により反射位置が高さＨ_R
まで上昇た場合にも、この受光レベルがしきい値Ｖthよ
りも低レベルとなるようなことがなくなる。

【００１４】ただし、図２において、上記反射位置の高
さＨ_P を高くしすぎると、アクリルガラス板２の上面ま
での高さＨBに反射位置がある場合の受光レベルがしき
い値Ｖthよりも低レベルとなり、図５に示したようにア
クリルガラス板２の上面の積雪２１で乱反射が行われる
通常の場合の検出ができなくなる。従って、反射位置の
高さＨ_P は、この高さＨ_B での受光レベルがしきい値Ｖ
thよりも十分に高レベルとなる範囲内で高くしなければ
ならない。

【００１５】上記反射位置の高さＨ_P を高くするには、
投光器４と受光器５が従来と同じ指向特性であり同じ間
隔距離Ｄで配置されているとすると、センサユニット７
を容器３内に設置する高さ位置を調整して、これら投光
器４と受光器５が配置される位置を従来よりも高くすれ
ばよい。また、センサユニット７に配置されるこれら投
光器４と受光器５の間隔距離Ｄを離すか、又は、これら
投光器４と受光器５の指向特性を鋭くした場合（指向範
囲を狭くした場合）にも、同様に反射位置の高さＨ_P を
高くすることができる。本実施形態では、指向特性が鋭
い投光器４と受光器５を使用すると共に、これらを１０
ｍｍの間隔距離Ｄで配置することにより、受光レベルが
最大となる反射位置の高さＨ_P をアクリルガラス板２の
上面の高さＨ_B よりも４０ｍｍ上方に設定した。

【００１６】以上説明したように、本実施形態の埋設型
積雪センサによれば、受光器５の受光レベルが積雪検出
のしきい値Ｖthを超えて検出可能となる範囲が上方側に
広がるので、図８に示したように積雪２１の下層部にシ
ャーベット層２２が発生して投光器４からの光の反射位
置が高さＨRまで上昇した場合にも、受光レベルが十分
にしきい値Ｖthよりも高レベルとなり、確実にこの積雪
２１を検出することができるようになる。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の埋設型積雪センサによれば、積雪の下層部にシャーベ
ット層が発生した場合にも、誤動作を起こすことなく確
実にこの積雪を検出できるので、路面に埋設させること
により地上に障害物を設ける必要のない埋設型積雪セン
サの問題点を解消し実用化を促進することができるよう
になる。そして、特にこのような埋設型積雪センサは、
比較的小規模なロードヒーティング設備に有用なものと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示すものであって、埋
設型積雪センサの構成を示す縦断面図である。

【図２】この発明の一実施形態を示すものであって、埋
設型積雪センサの反射位置の高さに対する受光レベルの
変化を示す図である。

【図３】従来例を示すものであって、埋設型積雪センサ
の構成を示す縦断面図である。

【図４】埋設型積雪センサを路面に埋設した場合の縦断
面図である。

【図５】図４に示す路面に積雪がある場合の縦断面図で
ある。

【図６】投光器と受光器の指向特性と間隔距離の関係を
示す図である。

【図７】従来例を示すものであって、図４に示す埋設型
積雪センサの反射位置の高さに対する受光レベルの変化
を示す図である。

【図８】図５に示す積雪の下層にシャーベット層が発生
した場合の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 埋設型積雪センサ ２ アクリルガラス板 ４ 投光器 ５ 受光器 １１ 路面 ２１ 積雪 ２２ シャーベット層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸田 隆行 北海道札幌市中央区北２条西４丁目１番地 株式会社テクノヒ−ト内 (72)発明者 小林 裕一 北海道札幌市豊平区美しが丘４条９丁目２ 番１号 北海道電力株式会社総合研究所内 (72)発明者 渡辺 恭吾 北海道札幌市豊平区美しが丘４条９丁目２ 番１号 北海道電力株式会社総合研究所内 (72)発明者 土井 義明 北海道札幌市豊平区美しが丘４条９丁目２ 番１号 北海道電力株式会社総合研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性の透光材が平坦な上面を路面とほ
   ぼ面一にして埋設設置されると共に、この透光材の上面
   よりも下方に、それぞれ投光部と受光部を上方に向けた
   投光器と受光器が併設された埋設型積雪センサにおい
   て、 投光器から発した光を上方で乱反射させた場合に、この
   反射光により受光器の受光レベルが最大となる反射位置
   の高さが、透光材の上面よりも上方となる位置にこれら
   投光器と受光器が設定されたことを特徴とする埋設型積
   雪センサ。