JP6070063B2 - 積雪測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、積雪測定装置に関する。

近時、積雪の物理量の測定を行う技術が注目されている。

積雪の物理量の測定を行うことにより、雪解け水の量の予測等を行うことが可能となる。

例えば雪解け水の量を予測するためには、積雪量のみならず、積雪の密度をも求めることが重要である。

特公昭６２−１８８６６号公報 特開平６−２８８８８８号公報

しかしながら、積雪の密度等を求めることは必ずしも容易ではなかった。

本発明の目的は、積雪の物理量の測定を正確に行い得る積雪測定装置を提供することにある。

実施形態の一観点によれば、センサ電極を用いて測定を行う積雪測定装置であって、前記センサ電極は、接続部材により接続された複数の部分電極に分割されており、前記複数の部分電極は、積雪方向に配列されていることを特徴とする積雪測定装置が提供される。

開示の積雪測定装置によれば、センサ電極が複数の部分電極に分割されており、かかる複数の部分電極が積雪方向に配列されている。このため、積雪の上面から露出している部分の部分電極が太陽光の照射により熱せられたとしても、積雪に埋もれている部分の部分電極に熱が伝わり難い。このため、積雪に埋もれている部分の部分電極が昇温してしまうのを抑制することができ、センサ電極部に接している積雪の融解を防止することができ、センサ電極部と積雪との間に間隙が生じるのを防止することができる。センサ電極部と積雪との間に間隙が生じるのを防止することができるため、積雪の物理量を正確に測定することができる。

図１は、第１実施形態による積雪測定装置を示すブロック図である。 図２は、第１実施形態による積雪測定装置の一部を示す側面図である。 図３は、第１実施形態による積雪測定装置のセンサ電極部の構成要素のレイアウトを示す平面図である。 図４は、シミュレーションに用いたセンサ電極部を示す側面図（その１）である。 図５は、第１実施形態の変形例（その１）による積雪測定装置のセンサ電極部を示す断面図である。 図６は、第１実施形態の変形例（その１）による積雪測定装置のセンサ電極部の構成要素のレイアウトを示す平面図である。 図７は、第１実施形態の変形例（その２）による積雪測定装置のセンサ電極部を示す断面図である。 図８は、第２実施形態による積雪測定装置の一部を示す側面図である。 図９は、第２実施形による積雪測定装置のセンサ電極部の構成要素のレイアウトを示す平面図である。 図１０は、シミュレーションに用いたセンサ電極部を示す側面図（その２）である。 図１１は、比較例２の静電容量値に対する実施例２の静電容量値を示すグラフである。 図１２は、第３実施形態による積雪測定装置を示すブロック図である。 図１３は、第３実施形態による積雪測定装置の一部を示す側面図である。 図１４は、第３実施形態による積雪測定装置の一部の等価回路である。 図１５は、検出される信号を示すグラフである。

雪の密度と比誘電率との間には関係があり、密度が大きいほど比誘電率が大きくなる。互いに対向する一対の電極の静電容量は、比誘電率に比例する。このため、一対のセンサ電極を互いに対向するように設置し、一対のセンサ電極の静電容量に基づいて、一対のセンサ電極間に堆積された積雪の密度を測定することが考えられる。

しかしながら、センサ電極が積雪に完全に埋もれる前の途中段階では、センサ電極の一部が積雪の表面より上方に位置する一方、センサ電極部の他の一部が積雪に埋もれた状態となる。このような段階において、太陽光の照射によりセンサ電極の温度が上昇した場合には、センサ電極のうちの積雪に埋もれている部分に熱が伝達され、積雪に埋もれている部分のセンサ電極と積雪との間に隙間が生じてしまう。そして、このような隙間が解消されることなく、雪が更に堆積され、センサ電極が積雪に埋もれる場合もあり得る。

積雪とセンサ電極との間に隙間が生じている状態で積雪の密度を求めた場合には、かかる隙間に起因する誤差が含まれてしまい、積雪の密度を正確に求めることができない。

［第１実施形態］
第１実施形態による積雪測定装置を図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態による積雪測定装置を示すブロック図である。図２は、本実施形態による積雪測定装置の一部を示す側面図である。図３は、本実施形態による積雪測定装置のセンサ電極部の構成要素のレイアウトを示す平面図である。図２は、図３のＡ−Ａ′線断面に対応している。

図１に示すように、本実施形態による積雪測定装置は、一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂと、一方のセンサ電極部１０ａに電圧信号を印加する信号源１２と、他方のセンサ電極部１０ｂを介して流れ込む電流を検出する検出回路１４とを有している。更に、本実施形態による積雪測定装置は、積雪測定装置全体の制御を司るとともに所定の演算処理等を行う制御処理部１６と、コンピュータプログラム、テーブル値、測定データ等が記憶される記憶部１８とを有している。更に、本実施形態による積雪測定装置は、操作者が操作入力を行うための入力部２０と、測定結果等を表示する表示部２２とを有している。

センサ電極部（検知部、センサ板）１０ａ、１０ｂの外形は、全体として長方形の板状となっている。図２に示すように、板状の基材（支持体、支持板）２４の一方の主面側には、複数の部分電極２６が配されている。各々の部分電極２６は、基材２４に形成された複数の溝２８内にそれぞれ埋め込まれている。基材２４の寸法は、例えば４００ｍｍ×２００ｍｍ×１０ｍｍ程度とする。

図３（ａ）は、部分電極２６のレイアウトを示す平面図である。

図３（ａ）に示すように、部分電極２６の平面形状は、長細い形状とする。ここでは、部分電極２６の平面形状を例えば長方形とする。複数の部分電極２６は、互いに並行するように配されている。換言すれば、複数の部分電極２６がストライプ状に形成されている。

センサ電極部１０ａ、１０ｂは、積雪方向、即ち、積雪が進行する予定の方向に複数の部分電極２６が配列された状態になるように、測定箇所に設置される。例えば、センサ電極部１０ａ、１０ｂは、鉛直方向において複数の部分電極２６が配列された状態となるように、測定箇所に設置される。また、センサ電極部１０ａ、１０ｂは、積雪方向に対して部分電極２６の長手方向が交差した状態となるように、測定箇所に設置される。例えば、センサ電極部１０ａ、１０ｂは、部分電極２６の長手方向が水平方向に沿った状態となるように、測定箇所に設置される。

これら複数の部分電極２６、即ち、部分電極群により、センサ電極２７が形成されている。

基材２４の材料としては、熱伝導率の比較的小さい、絶縁性の材料が用いられている。ここでは、基材２４の材料として、例えばＡＢＳ樹脂（Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer）が用いられている。

部分電極２６の材料としては、導電性の材料が用いられている。ここでは、部分電極２６の材料として、例えば金属が用いられている。センサ電極部１０ａ、１０ｂは、積雪に埋もれ、高湿な環境に長期間放置されることとなる。高湿な環境においても部分電極２６が腐食するのを防止すべく、部分電極２６の材料としては、耐食性が高い材料を用いることが好ましい。ここでは、部分電極２６ａの材料として、例えばステンレス鋼を用いる。

部分電極２６の長手方向の寸法Ｌ１は、例えば１００〜２００ｍｍ程度とする。部分電極の幅Ｗ１、即ち、部分電極２６の長手方向に直交する方向における部分電極２６の寸法は、例えば１０ｍｍ程度とする。部分電極２６の厚さは、例えば２ｍｍ程度とする。

互いに隣接する部分電極２６間の距離（スペース）Ｄ１は、互いに対向する一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂのセンサ電極２７間の距離Ｄ２と比較して十分に小さいことが好ましい。互いに隣接する部分電極２６間の距離Ｄ１を、互いに対向する一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂのセンサ電極２７間の距離Ｄ２に対して十分に小さく設定することにより、センサ電極を全体的に形成した場合とほぼ同等の静電容量が得られるためである。

ここで、シミュレーション結果について図４を用いて説明する。

図４は、シミュレーションに用いたセンサ電極部を示す側面図である。

図４（ａ）は、実施例１の場合を示すものであり、互いに対向するように配されたセンサ電極部１０ａ、１０ｂを側部から見た状態を示している。実施例１は、本実施形態による積雪測定装置に対応するものである。各々のセンサ電極部１０ａ、１０ｂには、互いに並行するように複数の部分電極２６が配されている。部分電極２６の長手方向は、図４（ａ）における紙面垂直方向である。部分電極２６の幅Ｗ１、即ち、部分電極２６の長手方向に直交する方向における部分電極２６の寸法は、１０ｍｍとした。部分電極２６間の距離Ｄ１は、１０ｍｍとした。配列した部分電極２６の数は、１１個とした。間隙を隔てて形成された複数の部分電極２６によりセンサ電極２７が形成されている。互いに対向する一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂのセンサ電極２７間の距離Ｄ２は、１００ｍｍとした。

図４（ｂ）は、比較例１の場合を示すものであり、互いに対向するように配されたセンサ電極部１１０ａ、１１０ｂを側部から見た状態を示している。比較例１では、センサ電極１２６が複数に分割されておらず、センサ電極１２６がセンサ電極部１１０ａ、１１０ｂ内に全体的に形成されている。図４（ｂ）の紙面上下方向におけるセンサ電極１２６の寸法は、２１０ｍｍとした。即ち、実施例１においてセンサ電極２７が形成されている範囲と、比較例１においてセンサ電極１２６が形成されている範囲とを等しく設定した。

シミュレーションの手法としては、二次元の有限要素解析を用いた。

比較例１の場合には、図４（ｂ）の紙面垂直方向における１ｍ当たりの静電容量値は、２８．１ｐＦであった。

これに対し、実施例１の場合には、図４（ａ）の紙面垂直方向における１ｍ当たりの静電容量値は、２８．０ｐＦであった。

これらのことから、互いに隣接する部分電極２６間の距離Ｄ１を、一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂのセンサ電極２７間の距離Ｄ２に対して十分に小さく設定すれば、センサ電極１２６を分割していない場合とほぼ同等の静電容量値が得られることがわかる。

実施例１と比較例１とでほぼ同等の静電容量値が得られるのは、以下のような理由によるものである。即ち、実施例１では、センサ電極２７のうちの部分電極２６が存在しない箇所の分の電界が、部分電極２６が存在する箇所に集中する。このため、センサ電極２７からある程度離間した箇所においては、電界が全体として平均化され、センサ電極を分割せずに全体的に形成した場合とほぼ同様の電界分布となる。このため、実施例１と比較例１とでほぼ同等の静電容量値が得られる。

センサ電極を全体的に形成した場合と同様の静電容量値を得るためには、互いに隣接する部分電極２６間の距離Ｄ１を、互いに対向する一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂのセンサ電極２７間の距離Ｄ２の１０分の１以下とすることが好ましい。換言すれば、一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂのセンサ電極２７間の距離Ｄ２を、互いに隣接する部分電極２６間の距離Ｄ１の１０倍以上とすることが好ましい。

本実施形態では、互いに隣接する部分電極２６間の距離Ｄ１を、例えば１０ｍｍ程度とする。また、上述したように、一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂのセンサ電極２７間の距離Ｄ２は、３００ｍｍ程度とする。

このように、互いに隣接する部分電極２６間の距離Ｄ１を一対のセンサ電極２７間の距離Ｄ２に対して十分に小さく設定すれば、センサ電極を全体的に形成した場合とほぼ同等の静電容量値が得られ、検出感度が低下してしまうことはない。

センサ電極部１０ａ、１０ｂ内にそれぞれ配する部分電極２６の数は、例えば１０〜２０個程度とする。

図３（ｂ）は、接続部材３０のレイアウトを示す平面図である。互いに並行するように配列された複数の部分電極２６は、接続部材３０に電気的に接続されている。これにより、複数の部分電極２６は接続部材３０により互いに電気的に接続されている。接続部材３０は、例えば基材２４に埋め込まれている。接続部材３０の断面積は、部分電極２６の断面積（部分電極２６の長手方向の寸法Ｌ１と部分電極２６の厚さとの積）に対して十分に小さく設定されている。接続部材３０の断面積は、部分電極２６の断面積の例えば３０分の１以下とすることが好ましい。更には、接続部材３０の断面積は、部分電極２６の断面積の例えば１００分の１以下とすることがより好ましい。接続部材３０の断面積をこのように極めて小さく設定するのは、積雪の上面から露出している部分の部分電極２６が太陽光の照射により昇温した際に、積雪に埋もれている部分の他の部分電極２６に熱が伝わるのを十分に防止するためである。接続部材３０としては、例えば金属線（針金）等を用いることができる。金属線３０の直径は、例えば１ｍｍ程度とする。金属線３０の材料としては、例えばステンレス鋼を用いる。金属線３０の長手方向は、例えば、部分電極２６の長手方向に対して垂直な方向とする。換言すれば、金属線３０の長手方向は、複数の部分電極２６が配列されている方向とする。更に換言すれば、金属線３０の長手方向は、積雪方向、即ち、積雪が進行する予定の方向とする。

なお、接続部材３０は、金属線に限定されるものではない。接続部材３０として、例えば金属等の棒状体等を用いてもよい。

部分電極２６及び接続部材３０が埋め込まれた基材２４の一方の主面には、保護板３２が取り付けられている。保護板３２の材料としては、例えば、基材２４の材料と同様に、ＡＢＳ樹脂等を用いる。保護板３２の厚さは、例えば３ｍｍ程度とする。

こうして、一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂが形成されている。

一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂは、互いに対向するように設置される。互いに対向する一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂのセンサ電極２７間の距離Ｄ２は、例えば３００ｍｍ程度とする。センサ電極部１０ａ、１０ｂは、図２に示すように、支柱（支持体）３４によりそれぞれ支持され、測定箇所に設置される。センサ電極部１０ａ、１０ｂを設置する際には、上述したように、複数の部分電極２６が配列されている方向が積雪方向になるように設置する。

一方のセンサ電極部１０ａは、信号線（電線、接続線、接続ケーブル）３６を介して、信号源（印加電圧信号源）１２に電気的に接続されている。より具体的には、センサ電極部１０ａの接続部材３０の端部が、信号線３６を介して、信号源１２に電気的に接続されている。信号源１２は、センサ電極部１０ａに交流電圧信号を印加するためのものである。信号源１２から発せられる交流電圧信号の周波数は、例えば５ＭＨｚ程度とする。信号源１２から発せられる交流電圧信号の大きさは、例えば５Ｖ程度とする。

他方のセンサ電極部１０ｂは、信号線（電線、接続線、接続ケーブル）３８を介して、検出回路１４に接続されている。より具体的には、センサ電極部１０ｂの接続部材３０の端部が、信号線３８を介して、検出回路１４に接続されている。検出回路１４は、センサ電極部１０ｂを介して流れ込む電流を検出するものである。

検出回路１４により検出される電流信号（電流波形）の振幅は、一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂにおける静電容量値に比例する。雪が堆積すると、一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂ間には積雪が存在する状態となる。一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂにおける静電容量値は、一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂ間に堆積された積雪の密度に比例する。従って、検出回路１４により検出される電流信号の振幅は、一対のセンサ電極部１０ａ、１０ｂ間に堆積される積雪の密度に比例する。従って、検出回路１４により検出される電流信号の振幅に基づいて、静電容量を求めることが可能であり、また、積雪の密度等を求めることが可能である。

制御処理部（システム制御部）１６は、積雪測定装置全体の制御を司るとともに、所定の演算処理等を行うものである。制御処理部１６としては、例えばパーソナルコンピュータ等が用いられる。

制御処理部１６には、操作者が命令を入力するための入力部２０が接続されている。入力部２０としては、例えば、キーボードやマウス等を用いることができる。

制御処理部１６には、記憶部１８が接続されている。記憶部１８には、静電容量や積雪の密度を求める際に用いられるテーブル値のデータや、測定結果のデータ等、様々なデータが一時的又は継続的に記憶される。記憶部１８は、例えばハードディスクドライブやＲＡＭ等により構成することができる。また、記憶部１８には、制御処理部１６に所定の制御や処理等を行わせるためのコンピュータプログラムがインストールされている。

本実施形態による積雪測定装置を用いて積雪の測定を行う際には、信号源１２から電圧信号を発するとともに、検出回路１４により電流波形を検出する。信号源１２の制御や検出回路１４の制御は、制御処理部１６により行われる。制御処理部１６は、検出回路１４により検出された信号電流（電流波形）の大きさに基づいて、積雪の密度等を求める。具体的には、例えば、予め用意されたテーブル値を用いて、信号電流の大きさを積雪の密度に換算する。かかるテーブルは、有限要素解析等のシミュレーションにより求めてもよいし、実測により求めてもよい。

なお、検出された信号電流の大きさに基づいて静電容量値を求め、かかる静電容量値に基づいて積雪の密度等を求めるようにしてもよい。検出された信号電流の大きさに基づいて静電容量を求める場合には、例えば、予め用意されたテーブル値を用いて、信号電流の大きさを静電容量値に換算する。信号電流の大きさを静電容量値に換算するためのテーブル値は、回路シミュレーションにより求めてもよいし、実測により求めてもよい。また、静電容量値に基づいて積雪の密度を求める場合には、例えば、予め用意されたテーブル値を用いて、静電容量値の大きさを積雪の密度に換算する。静電容量値を積雪の密度に換算するためのテーブル値は、有限要素解析等のシミュレーションにより求めてもよいし、実測により求めてもよい。

また、検出された信号電流の大きさに基づいて積雪の誘電率を求め、積雪の密度を求めなくてもよい。

このように、本実施形態による積雪測定装置は、積雪の密度を測定するものであってもよいし、積雪の誘電率を測定するものであってもよい。即ち、本実施形態による積雪測定装置は、積雪密度測定装置であってもよいし、誘電率測定装置であってもよい。

このように、本実施形態によれば、センサ電極２７が複数の部分電極２６に分割されており、かかる複数の部分電極２６が積雪方向に配列されている。このため、積雪の上面から露出している部分の部分電極２６が太陽光の照射により熱せられたとしても、積雪に埋もれている部分の部分電極２６に熱が伝わり難い。このため、積雪に埋もれている部分の部分電極２６が昇温してしまうのを抑制することができ、積雪に埋もれた部分のセンサ電極部１０ａ、１０ｂによる積雪の融解を防止することができる。このため、本実施形態によれば、センサ電極部１０ａ、１０ｂと積雪との間に間隙が生じるのを防止することができる。センサ電極部１０ａ、１０ｂと積雪との間に間隙が生じるのを防止することができるため、本実施形態によれば、積雪の密度等の積雪の物理量を正確に測定することができる。

（変形例（その１））
次に、本実施形態の変形例（その１）による積雪測定装置について図５及び図６を用いて説明する。図５は、本変形例による積雪測定装置のセンサ電極部を示す断面図である。図６は、本変形例による積雪測定装置のセンサ電極部の構成要素のレイアウトを示す平面図である。図６（ａ）は、部分電極２６のレイアウトを示す平面図である。図６（ｂ）は、接続部材４０のレイアウトを示す平面図である。図６（ｃ）は、接続部材３０のレイアウトを示す平面図である。

本変形例による積雪測定装置は、基材２４に埋め込まれた接続部材４０を介して部分電極２６が接続部材３０に接続されているものである。

図５に示すように、基材２４には、接続部材４０が埋め込まれている。接続部材４０は、図６（ｂ）に示すようなレイアウトで配されている。接続部材４０としては、例えば金属製のピンや金属線等が用いられる。かかる接続部材４０は、部分電極２６と接続部材３０とを電気的に接続するためのものである。接続部材４０の長手方向は、基材２４の主面の法線方向に沿う方向である。接続部材４０は、各々の部分電極２６に対応するように基材２４に埋め込まれている。接続部材４０の直径は、例えば２ｍｍ程度とする。接続部材４０の断面積は、部分電極２６の断面積（部分電極２６の長手方向の寸法Ｌ１と部分電極２６の厚さとの積）に対して十分に小さく設定されている。接続部材４０の断面積をこのように十分に小さく設定するのは、積雪の上面から露出している部分の部分電極２６が太陽光の照射により昇温した際に、積雪に埋もれている部分の他の部分電極２６に熱が伝わるのを十分に防止するためである。

接続部材４０が埋め込まれた基材２４の一方の面側には、複数の部分電極２６が配されている。複数の部分電極２６は、図６（ａ）に示すようなレイアウトで配されている。

接続部材４０が埋め込まれた基材２４の他方の面側には、接続部材３０が配されている。接続部材３０は、図６（ｃ）に示すようなレイアウトで配されている。

複数の部分電極２６は、それぞれ接続部材４０を介して接続部材３０に電気的に接続されている。

本実施形態では、互いに隣接する部分電極２６同士の接続経路が接続部材４０の分だけ長くなる。このため、積雪の上面から露出している部分の部分電極２６が太陽光の照射により昇温した際に、積雪に埋もれている部分の他の部分電極２６に熱が伝わるのを十分に防止し得る。

このように、基材２４に埋め込まれた接続部材４０を介して、部分電極２６を接続部材３０に電気的に接続してもよい。

（変形例（その２））
次に、本実施形態の変形例（その２）による積雪測定装置について図７を用いて説明する。図７は、本変形例による積雪測定装置のセンサ電極部を示す断面図である。

本変形例による積雪測定装置は、保護板３２が更に設けられているものである。

図７に示すように、部分電極２６、接続部材３０、４０が形成された基材２４の一方の面側には、保護板３２が配されている。保護板３２が取り付けられた基材２４の周縁は、図示しない封止材により封止されている
このように、保護板３２を更に設けるようにしてもよい。

［第２実施形態］
第２実施形態による積雪測定装置について図８乃至図１１を用いて説明する。図８は、本実施形態による積雪測定装置の一部を示す側面図である。図９は、本実施形態による積雪測定装置のセンサ電極部の構成要素のレイアウトを示す平面図である。図１乃至図７に示す第１実施形態による積雪測定装置と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。

本実施形態による積雪測定装置は、センサ電極２７の背面側を遮蔽するシールド電極４３が更に形成されているものである。

図８に示すように、板状の基材（支持体、支持板）２４の一方の主面側には、複数の部分電極２６が配されている。各々の部分電極２６は、基材２４に形成された溝２８内にそれぞれ埋め込まれている。部分電極２６のレイアウトは、図３（ａ）を用いて上述した第１実施形態による積雪測定装置のセンサ電極部１０ａ、１０ｂの部分電極２６のレイアウトと同様である。これら複数の部分電極２６、即ち、部分電極群により、センサ電極２７が形成されている。

複数の部分電極２６は、基材２４に埋め込まれた接続部材３０に電気的に接続されている。接続部材３０のレイアウトは、図３（ｂ）を用いて上述した第１実施形態による積雪測定装置のセンサ電極部１０ａ、１０ｂの接続部材３０のレイアウトと同様である。

基材２４の一方の面側には、保護板３２が取り付けられている。

板状の基材２４の他方の主面側には、複数のシールド用部分電極４２が配されている。各々のシールド用部分電極４２は、基材２４に形成された溝４４内にそれぞれ埋め込まれている。シールド用部分電極４２の材料としては、部分電極２６と同様の材料が用いられている。これら複数のシールド用部分電極４２、即ち、シールド用部分電極群により、シールド電極４３が形成されている。

シールド電極４３は、センサ電極２７の背面側、即ち、センサ電極２７の表面側（検出面側）と反対の面側を遮蔽するためのものである。シールド電極４３は、支柱３４が金属等により形成されている場合に、センサ電極部１０ａ、１０ｂの静電容量に支柱３４が悪影響を及ぼすのを防止する。

図９（ａ）は、シールド用部分電極のレイアウトを示す平面図である。

複数のシールド用部分電極４２は、部分電極２６に対応するよう配されている。シールド用部分電極４２の平面形状や寸法は、部分電極２６の平面形状や寸法と同様とする。

複数のシールド用部分電極４２は、基材２４に埋め込まれた接続部材４６に電気的に接続されている。接続部材４６の寸法や材料等は、例えば、接続部材３０の寸法や材料等と同様とする。

基材２４の他方の面側には、保護板４８が取り付けられている。保護板４８の材料は、例えば保護板３２の材料と同様とする。

部分電極２６とシールド用部分電極４２との間の距離Ｄ３は、以下に示す理由により、互いに隣接する部分電極２６間の距離Ｄ１の０．８倍以上とすることが好ましい。部分電極２６とシールド用部分電極４２との間の距離Ｄ３が小さい場合には、部分電極２６とシールド用部分電極４２との結合が過度に強くなり、部分電極２６から電界が広がりにくくなり、検出感度の低下等を招いてしまうためである。

ここで、シミュレーション結果について図１０を用いて説明する。図１０は、シミュレーションに用いたセンサ電極部を示す側面図である。

図１０（ａ）は、実施例２の場合を示すものであり、互いに対向するように配されたセンサ電極部１０ａ、１０ｂを側部から見た状態を示している。実施例２は、本実施形態による積雪測定装置に対応するものである。互いに並行するように複数の部分電極２６が配されている。部分電極２６の長手方向は、図１０（ａ）における紙面垂直方向である。また、部分電極２６に対応するようにシールド用部分電極４２が配されている。部分電極２６の幅Ｗ１、即ち、部分電極２６の長手方向に直交する方向における部分電極２６の寸法は、１０ｍｍとした。シールド用部分電極４２の幅も、部分電極２６の幅Ｗ１と同様に１０ｍｍとした。部分電極２６間の距離Ｄ１は、１０ｍｍとした。シールド用部分電極４２間の距離も、部分電極２６間の距離Ｄ１と同様に１０ｍｍとした。配列した部分電極２６の数は、１１個とした。センサ電極部１０ａ、１０ｂのセンサ電極２７間の距離Ｄ２は、１００ｍｍとした。部分電極２６とシールド用部分電極４２との間の距離Ｄ３を変化させてシミュレーションを行った。

図１０（ｂ）は、比較例２の場合を示すものであり、互いに対向するように配されたセンサ電極部１１０ａ、１１０ｂを側部から見た状態を示している。比較例２では、センサ電極１２６が複数に分割されておらず、センサ電極部１１０ａ、１１０ｂ内に全体的に形成されている。センサ電極１２６に対応するようにシールド用電極１４２が配されている。図１０（ｂ）の紙面上下方向における電極１２６及びシールド用電極１４２の寸法は、２１０ｍｍとした。即ち、実施例２においてセンサ電極２７及びシールド用電極４３が形成されている範囲と、比較例２においてセンサ電極１２６及びシールド用電極１４２が形成されている範囲とを等しく設定した。電極１２６とシールド用電極１４２との間の距離は、１０ｍｍとした。

シミュレーションの手法としては、二次元の有限要素解析を用いた。

比較例２の場合には、図１０（ｂ）の紙面垂直方向における１ｍ当たりの静電容量値は、２０．０ｐＦであった。

図１１は、比較例２の静電容量値に対する実施例２の静電容量値を示すグラフである。図１１における横軸は、電極２６とシールド用部分電極４２との間の距離Ｄ３を示している。図１１における縦軸は、比較例２の静電容量値を１とした場合の実施例２の静電容量値、即ち、静電容量比率を示している。

図１１から分かるように、電極２６とシールド用部分電極４２との間の距離Ｄ３が小さくなるに伴って、センサ電極部１０ａ、１０ｂの静電容量値が小さくなる。

検出感度が過度に損なわれるのを防止するためには、少なくとも、比較例２の場合の０．９倍以上の静電容量を確保することが好ましい。

比較例２の場合の０．９倍以上の静電容量を確保するためには、互いに隣接する部分電極２６間の距離Ｄ１が１０ｍｍの場合において、部分電極２６とシールド用電極４２との間の距離Ｄ３を８ｍｍ以上とすればよいことが図１１から分かる。

即ち、部分電極２６とシールド用部分電極４２との間の距離Ｄ３は、互いに隣接する部分電極２６間の距離Ｄ１の０．８倍以上とすることが好ましい。

一方のセンサ電極部１０ａのセンサ電極２７は、信号線３６を介して信号源１２（図１参照）に電気的に接続されている。

他方のセンサ電極部１０ｂのセンサ電極２７は、信号線３８を介して検出回路１４（図１参照）に電気的に接続されている。

センサ電極部１０ａ、１０ｂの各々のシールド用電極４３は、例えば積雪測定装置の接地電位ＧＮＤに電気的に接続される。

このように、本実施形態によれば、シールド電極４３が形成されているため、支柱３４が金属等の場合であっても、センサ電極部１０ａ、１０ｂの静電容量に悪影響が及ぶのを防止することができ、十分な測定感度を得ることができる。

［第３実施形態］
第３実施形態による積雪測定装置を図１２乃至図１５を用いて説明する。図１２は、本実施形態による積雪測定装置を示すブロック図である。図１３は、本実施形態による積雪測定装置の一部を示す側面図である。図１乃至図１１に示す第１又は第２実施形態による積雪測定装置と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。

本実施形態による積雪測定装置は、１つのセンサ電極部を用いて積雪の測定を行うものである。

図１２に示すように、信号源１２ａが設けられている。信号源１２ａは、ステップ状の波形の電圧信号を出力するものである。信号源１２ａとセンサ電極部１０との間には、電気抵抗器５０が設けられている。信号源１２ａから発せられるステップ状の電圧信号は、電気抵抗器５０を介してセンサ電極部１０のセンサ電極２７に印加される。

センサ電極部１０は、例えば、第１乃至第３実施形態のいずれかのセンサ電極部１０ａ、１０ｂと同様とする。

信号源１２ａは、制御処理部１６により制御される。

電気抵抗器５０とセンサ電極部１０とを接続する信号線３６は、増幅器（オペアンプ）５２の非反転入力端子に接続されている。増幅器５２の反転入力端子は、増幅器５２の出力端子に接続されている。増幅器５２の出力端子と反転入力端子とを直接接続することにより、増幅率が１の増幅回路であるボルテージフォロワが形成されている。増幅器５２の出力信号は、制御処理部１６に入力されるようになっている。

図１３に示すように、センサ電極部１０は支柱３４を介して測定箇所に設置される。

図１４は、本実施形態による積雪測定装置の一部の等価回路である。

図１５は、検出される信号を示すグラフである。図１５における横軸は時間を示しており、図１５における縦軸は検出される信号の電圧を示している。

ステップ状の波形を信号源１２ａから出力すると、検出される信号の電圧、即ち、増幅器５２の出力信号は、図１５のようになる。信号源１２ａから出力される信号が、例えば０Ｖから１Ｖに変化するステップ状の信号である場合、以下のような式（１）が成立する。

Ｖ ＝ １ − ｅｘｐ（−ｔ／（ＲＣ）） ・・・（１）
ここで、Ｖは増幅器５２の出力の電圧であり、ｔは時間であり、Ｒは電気抵抗器５０の抵抗値であり、Ｃはセンサ電極部１０の自己静電容量である。

電圧Ｖ′に達するときの時間Ｔ′を測定し、上記式（１）を用いることにより、静電容量（自己静電容量）Ｃを求めることが可能である。

センサ電極部１０の自己静電容量Ｃは、センサ電極部１０の周囲に存在する積雪の密度等に依存する。従って、予め用意したテーブル値等を用いて、検出された静電容量値Ｃを積雪の密度に換算することが可能である。

このように、１つのセンサ電極部１０を用いた場合であっても、積雪の密度等を求めることが可能である。

［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、部分電極２６と接続部材３０とが別個に形成されている場合を例に説明したが、部分電極２６と接続部材３０とが一体形成されていてもよい。

また、第２実施形態では、シールド用部分電極４２と接続部材４６とが別個に形成されている場合を例に説明したが、シールド用部分電極４２と接続部材４６とが一体形成されていてもよい。

１０、１０ａ、１０ｂ…センサ電極部
１２、１２ａ…信号源
１４…検出回路
１６…制御処理部
１８…記憶部
２０…表示部
２２…入力部
２４…基材
２６…部分電極
２７…センサ電極
２８…溝
３０…接続部材
３２…保護板
３４…支柱
３６…信号線
３８…信号線
４０…接続部材
４２…シールド用部分電極
４３…シールド電極
４４…溝
４６…接続部材
４８…保護板
５０…電気抵抗器
５２…増幅器
１１０ａ、１１０ｂ…センサ電極部
１２６…センサ電極
１４２…シールド電極

Claims (5)

1. センサ電極を用いて測定を行う積雪測定装置であって、
   前記センサ電極は、接続部材により接続された複数の部分電極に分割されており、
   前記複数の部分電極は、積雪方向に配列されている
   ことを特徴とする積雪測定装置。
2. 請求項１記載の積雪測定装置において、
   前記部分電極の長手方向は、前記積雪方向に交差する方向である
   ことを特徴とする積雪測定装置。
3. 請求項１又は２記載の積雪測定装置において、
   前記センサ電極の背面側を遮蔽するシールド電極を更に有し、
   前記シールド電極は、複数のシールド用部分電極に分割されており、
   前記シールド用部分電極は、前記積雪方向に配列されている
   ことを特徴とする積雪測定装置。
4. 請求項３記載の積雪測定装置において、
   前記部分電極と前記シールド用部分電極との間の距離は、前記部分電極間の距離の０．８倍以上である
   ことを特徴とする積雪測定装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の積雪測定装置において、
   一対の前記センサ電極を有し、
   前記部分電極間の距離は、前記一対のセンサ電極間の距離の１０分の１以下である
   ことを特徴とする積雪測定装置。

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