JPH0432353B2

JPH0432353B2 -

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Publication number: JPH0432353B2
Application number: JP18639487A
Authority: JP
Priority date: 1987-07-24
Filing date: 1987-07-24
Publication date: 1992-05-29
Also published as: JPS6429791A

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野）本発明は超音波による雪検知装置に関する。（背景技術）超音波を利用した雪検知装置は、超音波を屋根
上の雪面に対して送波し、その反射波を受波し、
送波から受波までに要する時間から積雪高を測定
し、積雪高が所定値よりも大となつた時に検知動
作をするようになつている。第１７図はこの種の雪検知装置の取付状態の概
念図を示したものであり、１はセンサ部、ROOF
は屋根である。しかして、センサ部１のセンサマ
イクロホンＭにより超音波が送波されると共に反
射波が受波されるものであり、センサマイクロホ
ンＭの屋根面からの距離L₀が一定の場合、セン
サマイクロホンＭから積雪面Ｓまでの距離Ｌが短
いほど屋根面の積雪量は多く、逆に距離Ｌが長い
ほど屋根面の積雪量は少なくなる。今、L₀−Ｌ＝Ｈ（Ｈ；屋根面の積雪高）とする
と、L₀＝ＬのときＨ＝０となり、積雪高Ｈが０
であることを表わす。ここで、雪検知装置の積雪
高Ｈが検出誤差δと積雪高Ｈとの関係を示すと以
下のようになる。 δ＝Ｌ・α（α；誤差定数）Ｌ＝L₀−Ｈ ∴δ＝（L₀−Ｈ）・α よつて、積雪高Ｈが小さくなるほど雪検知装置の
検出誤差δは大きくなる。従来の雪検知装置による積雪高の検出は上記の
検出誤差δによつて積雪高Ｈが数cm以下での積雪
の有無についての判定が不安定で曖昧なものであ
つた。すなわち、積雪があるかどうかを判断でき
る最小の積雪高Ｈは５〜６cmであつた。なお、非
常に精密な構成とすることにより微小な積雪高の
検出も理論的には可能であるが、この種の融雪を
目的とした雪検知装置としてはコストがかかり過
ぎ、実現は不可能である。ところで、ある種の融雪装置、例えば地下水、
海水等を汲み上げ、消雪パイプにより放出して屋
根や道路の雪を融かすタイプの融雪装置では、屋
根にうつすらと雪が積もつた時点（数mmの積雪）
で消雪ポンプを作動させ、屋根に雪がたくさん積
もらないうちに雪を融かし落としてしまう必要が
ある。そのため、前述した積雪高が５〜６cmの検
知では消雪タイミングが遅れてなかなか融雪でき
なくなつてしまうという欠点があつた。（発明の目的）本発明は上記の点に鑑み提案されたものであ
り、その目的とするところは、所定の積雪高を越
えた際に信号を出力する通常の動作に加え、うつ
すらと雪が積もつた状態（５〜10mm）をも検知す
ることができ、２種類の融雪手段に対応すること
ができる超音波による雪検知装置を提供すること
にある。（発明の開示）以下、実施例を示す図面に沿つて本発明を詳述
する。第１図は本発明の超音波による雪検知装置の一
実施例を示すブロツク構成図であり、第２図ない
し第１２図はその動作を示すタイムチヤート、第
１３図および第１４図は家屋への取付状態を示す
図である。以下、実施例の説明に先立つて本発明の動作原
理について説明する。本発明の動作は大きく次の２つのモードモードＡ；積雪検知モードモードＢ；微小積雪（雪化粧状態）検知モードに分けられ、各モードは更に細かなモードに分け
られる。なお、モードＡ，Ｂは後述する積雪検知
モード切替スイツチにより切り替えられる。しかして、第１５図はモードＡの各検知領域を
示した図であり、１はセンサ部、ROOFは屋根で
ある。しかして、L_THは積雪検知レベルであり、
融雪装置等をオンさせたい積雪レベル（積雪高）
を示す。なお、この設定はユーザがスイツチ等を
操作することにより行われる（例えば、３段階の
設定値の中から選択する。）。また、図に示す各領域〜は次の如くであ
る。領域：屋根面から積雪検知レベルL_THまでの領
域（長さはｘとする。）領域：積雪検知レベルL_THから不検知領域の終
端までの領域（長さはＬとする。）領域：センサ部１より下方の不検知領域（長さ
はｌとする。）領域：センサ部１より上方の不検知領域しかして、センサ部１は屋根ROOFに対して超
音波を送波し、その反射波を受波し、送波から受
波に至るまでの時間からどの領域からの反射であ
るかを検知するが、その状態により下表のような
モード分けが可能である。まお、雪検知装置の出
力によりルーフヒータを動作させる場合について
示している。

〔モード〕

このモードは反射波が領域および領域の両
方ともない場合である。これは、例えば、領域
あるいは領域まで積雪があつて、反射波が完全
に振動子の送波時間内あるいは残響時間内に隠れ
ていることを示す。従つて、積雪が積雪検知レベ
ルL_TH以上であると判断し、ルーフヒータをオン
としてよい。〔モード〕このモードは反射波が領域にのみ存在する場
合である。これは、例えば、積雪がゼロで屋根
ROOFからの反射波が存在する場合、あるいは積
雪検知レベルL_TH以下の積雪がある場合である。
従つて、この状態では積雪が積雪検知レベルL_TH
以下であると判断し、ルーフヒータをオフとして
よい。〔モード〕このモードは領域に反射波が存在する場合で
ある。これは、設定した積雪検知レベルL_THを越
えて領域に積雪があるか、また、領域にまで
積雪があつて、その多重反射が領域に現れてい
る場合である。したがつて、積雪が積雪検知レベ
ルL_TH以上であると判断し、ルーフヒータをオン
としてよい。〔モード〕このモードは領域および領域の両方に反射
波がある場合である。これは、設定した積雪検知
レベルL_THを越えて領域に積雪があり、その多
重反射が領域にも現われている場合である。し
たがつて、積雪が積雪検知レベルL_TH以上である
と判断し、ルーフヒータをオンとしてよい。このようにモード分けを行い、各モードに応じ
て積雪検知信号を送出することにより、不検知領
域に達する積雪がある場合にも検知動作を行わせ
ることができる。次に、第１６図はモードＢの各検知領域を示し
た図である。モードＡは超音波の反射波の反射時
間によつて細かいモードを設定しているが、この
モードＢはそれに加えて反射波の反射レベルによ
つて少量の雪の積雪状態を判断し、細かいモード
を規定している。第１６図において各領域〜は次の如くであ
る。領域：屋根面から積雪検知レベルL_TH′までの領
域（長さはx′とする。）領域：積雪検知レベルL_TH′からモードＡの積雪
検知レベルL_THまでの領域（長さはｘ−x′で
ある。）領域：モードＡの領域と同じ。領域：モードＡの領域と同じ。領域：モードＡの領域と同じ。しかして、センサ部１は屋根ROOFに対して超
音波を送波し、その反射波を受波する。ここで、
積雪が全くなく屋根ROOFに直接超音波が当たつ
た時の受波レベルをE_R1とすると、積雪がある場
合は雪により超音波が吸収あるいは乱反射され、
反射波の受波レベルはE_R1よりも小さくなる。そ
こで、屋根面に積雪し始めて融雪装置をオンさせ
たい積雪検知レベルL_TH′に達した時の受波レベル
をE_R2とすると、受波レベルをE_R2よりも小さいか
どうかを判断に考慮することにより微小な積雪を
検出することができる。なお、積雪検知レベル
L_TH′はモードＡの積雪検知レベルL_THに対しては
極めて小さいものである。また、積雪高が更に増
しても、少なくともモードＡの積雪検知レベル
L_THを越えるまでは積雪検知レベルL_TH′の時より
も受波レベルが増えることがないことは確認され
ている。一方、積雪高が積雪検知レベルL_TH′に達した時
の受波レベルE_R2と積雪がない時の受波レベルE_R1
とを比較した場合、 E_R1≫E_R2 となり、両者の受波レベルには数倍以上の差があ
る。よつて、積雪検知レベルL_TH′に達した時の受
波レベルE_R2がスレシユホールドレベルになるよ
うに受波増幅率および後続の積分回路の定数を設
定するようにする。この結果、モードＢにおいて下表のようなモー
ド分けが可能であることを見い出した。なお、雪
検知装置の出力によりルーフヒータを動作させる
場合について示している。また、下表において
“０”は設定された受波増幅率ではスレシユホー
ルドレベルに達する反射波が検出されないこと
を、“１”はスレシユホールドレベルに達する反
射波が検出されることを夫々示している。

〔モード′〕

このモードは反射波が領域および領域，
にわたつて存在しない場合である。これは、例え
ば領域，まで積雪があるために受波レベルが
E_R2より大きくならないため、反射波が存在しな
いことによるものである。従つて、積雪が積雪検
知レベルL_TH′，L_TH以上であると判断し、ルーフ
ヒータをオンとしてよい。すなわち、判定ロジツ
クをモードＡと共用させることによりモードＡに
おけるモードと似た状態になる。なお、モード
Ａのモードと異なる点は、反射波は残響時間内
にも隠れておらず、どこにも存在しない点であ
る。〔モード′〕このモードは反射波が領域のみに存在する場
合である。これは、例えば積雪がゼロで屋根
ROOFからの反射波が存在する場合、あるいは積
雪検知レベルL_TH′以下の積雪の場合である。すな
わち、積雪検知レベルL_TH′以下の積雪であるなら
ば受波レベルは必ずE_R2より大きくなるため、ス
レシユホールドレベル以上となり、反射波有りと
なる。従つて、この状態では積雪が積雪検知レベ
ルL_TH′以下であると判断し、ルーフヒータをオフ
としてよい。〔モード′〕このモードは反射波が領域に存在する場合で
ある。これは、極めて反射率の高い残雪が領域
にあるか、もしくは領域にまで残雪があつて、
その多重回反射が領域に現われている場合であ
る。従つて、積雪が積雪検知レベルL_TH′，L_TH以
上であると判断し、ルーフヒータをオンとしてよ
い。〔モード′〕このモードは反射波が領域から領域までの
全域にわたつて存在しない場合である。これは、
例えば領域まで積雪があつて、それが残雪等の
場合、反射波が完全に振動子の残響時間内に隠れ
ている状態の時に起こる。また、それが新雪等の
場合、吸収により領域から領域までの全域に
わたつて反射波が存在しない状態の時に起こる。
従つて、積雪が積雪検知レベルL_TH′，L_TH以上で
あると判断し、ルーフヒータをオンとしてよい。〔モード′〕このモードは領域および領域の両方に反射
波がある場合である。これは、モードＡでの積雪
検知レベルL_THを越えて領域，に積雪があり、
その多重反射がモードＡの領域にも現われてい
る場合である。従つて、積雪が積雪検知レベル
L_TH′，L_TH以上であると判断し、ルーフヒータを
オンとしてよい。このように、モードＢにおいてもモードＡとロ
ジツクを共用することにより、モードＡと同様に
モード分けができ、各モードに応じて積雪検知信
号を送出することにより、領域のみに反射波が
ある場合はルーフヒータをオフ、それ以外のいか
なる状態においてもルーフヒータをオンとするよ
うな検知動作を行わせることができる。次に第１図に戻つて本発明の実施例について説
明する。第１図において、１は超音波の送波および受波
を行うセンサ部、２は分電盤、３はセンサ部１お
よび分電盤２と接続されて積雪の検知および融雪
動作の制御を行う検知回路部である。まお、Ｈは
屋根ROOF上に配設されたルーフヒータ、ACは
商用電源である。また、地下水、海水等を汲み上
げ、消雪パイプにより放出して屋根や道路の雪を
融かすタイプの融雪装置では、ルーフヒータＨに
代えて消雪ポンプを用いる。第１３図および第１４図は家屋への取付の例を
示したものであり、第１３図はルーフヒータを用
いる場合、第１４図は消雪ポンプを用いる場合で
ある。図において、４は屋根ROOF上の所定位置
にセンサ部１を取り付けるための支柱、５，７は
配線コード、６は検知回路ボツクス、Ｐは消雪ポ
ンプ、SPは消雪パイプ、Ｓは雪である。第１図に戻り他の構成を説明すると、検知回路
部３内の送波周期設定回路１１、送波幅設定回路
１２、基準発振回路１３、送波回路１４を介して
センサ部１の送波回路１５に間欠的に発生する超
音波信号が与えられ、この送波回路１５の出力に
よりセンサ部１に設けられた振動子１６が駆動さ
れるようになつている。また、振動子１６は送受
兼用で用いられており、その両端に発生した信号
はセンサ部１内の受波ヘツドアンプ１７を介した
後、検知回路部３内の積雪検知モード切替スイツ
チ２９によつてモードＡ検知回路３２もしくはモ
ードＢ検知回路３３のいずれか一方に切り替えら
れ、モードＡ検知回路３２およびモードＢ検知回
路３３の出力信号がアンドゲートAND₁，AND₂
の一方の入力端子に共通に与えられるようになつ
ている。ここで、モードＡ検知回路３２およびモードＢ
検知回路３３について説明する。先ず、モードＡ
検知回路３２は受波増幅回路１８，１９、積分回
路２０の縦続接続となつているが、モードＢ検知
回路３３は受波増幅回路３０、積分回路３１の縦
続接続となつている。両者の相違点は、その受波
増幅率と積分回路（Ａ−Ｄ変換回路）のコンパレ
ートレベルにあり、それによつて生じる検知信号
の現われ方に差が出る。すなわち、モードＡ検知
回路３２は受波増幅率が高いため、屋根面および
領域，、および領域の一部に存在する積雪
の雪質にかかわりなく全て検知信号を出力してア
ンドゲートAND₁，AND₂の一方の入力端子に与
えるが、モードＢ検知回路３３は受波増幅率が低
いため、積雪のない屋根面、もしくは屋根面に積
もり始めて数mm以内程度で雪が超音波を吸収しき
れない状態（積雪検知レベルL_TH′以下の積雪）の
時、および極めて反射率の高い雪質の時のみに検
知信号を出力してアンドゲートAND₁，AND₂の
一方の入力端子に与える。なお、領域では受波
増幅率が低いため、雪質にかかわりなく検知出力
は与えられない。第１図において他の構成を説明すると、送波周
期設定回路１１の出力には不検知領域ゲート設定
回路２１，積雪検知領域ゲート設定回路２２，
積雪検知領域ゲート設定回路２４が順次接続さ
れ、アンドゲートAND₁の他方の入力端子には積
雪検知領域ゲート設定回路２４の出力が与えら
れ、アンドゲートAND₂の他方の入力端子には積
雪検知領域ゲート設定回路２２の出力が与えら
れるようになつている。なお、積雪検知領域ゲ
ート設定回路２２は複数の積雪検知領域ゲート
設定回路２２−１〜２２−ｎが並列に設けられて
おり、積雪検知レベル設定スイツチ２３の操作に
より積雪検知領域ゲート設定回路２２−１〜２
２−ｎのいずれか１つが選択されるようになつて
いる。次いで、アンドゲートAND₁，AND₂の出力端
子はフリツプフロツプFF₁，FF₂の一方の入力端
子に夫々接続され、フリツプフロツプFF₁，FF₂
の他方の入力端子には送波周期設定回路１１の出
力が共通に与えられ、フリツプフロツプFF₁，
FF₂の出力は積雪検知判定回路２５に与えられる
ようになつている。次いで、積雪検知判定回路２５の出力は出力回
路２６に送出され、この出力回路２６の出力は分
電盤２内のルーフヒータ制御部２７に与えられる
ようになつている。なお、ルーフヒータ制御部２
７は出力回路２６から積雪を示す信号（積雪検知
信号）を受けると商用電源ACをルーフヒータＨ
に供給する動作を行う。また、２８は検知回路部
３内の各部に直流電源を供給するための電源回路
である。以下、第２図ないし第１２図に示すタイムチヤ
ートに従つて動作を説明する。なお、各信号は第
１図において同符号を付した点の波形を示してお
り、第２図はモードＡ，Ｂに共通な波形、第３図
ないし第６図はモードＡにおける各モードの波
形、第７図ないし第１２図はモードＢにおける各
モードの波形である。先ず、第２図は送波のタイミングと不検知領域
ゲート設定回路２１、積雪検知領域ゲート設定
回路２２、積雪検知領域ゲート設定回路２４の
信号との関係を示したものである。すなわち、不
検知領域ゲート設定回路２１は送波周期設定回路
１１の出力の立上りからT₁なる幅の信号G₁を発
生し、積雪検知領域ゲート設定回路２２は不検
知領域ゲート設定回路２１の出力信号G₁の立下
りからT₂₁〜T_2oなる幅の信号G₂₁〜G_2oを発生す
る。また、積雪検知領域ゲート設定回路２４は
積雪検知領域ゲート設定回路２２の出力信号
G₂₁〜G_2oのうち選択されたものの立下がりから
T₃₁〜T_3oなる幅の信号G₃₁〜G_3oを発生する。な
お、不検知領域ゲート設定回路２１の出力信号
G₁の幅T₁は第１５図における領域の距離ｌに
対応し、積雪検知領域ゲート設定回路２２の出
力信号G₂（G₂₁〜G_2o）の幅T₂（T₂₁〜T_2o）は領域
の距離Ｌに対応し、積雪検知領域ゲート設定
回路２４の出力信号G₃（G₃₁〜G_3o）の幅T₃（T₃₁〜
T_3o）は領域の距離ｘに対応する。次に、第３図ないし第６図はモードＡにおける
各モードの波形、第７図ないし第１２図はモード
Ｂにおける各モードの波形を示したものである。しかして、送波周期設定回路１１では所定の送
波周期で信号S₁を送出し、送波幅設定回路１２で
は所定の送波幅T₂となる信号S₂に加工する。次
いで、基準発振回路１３は送波幅設定回路１２か
らハイレベルの信号が与えられている期間に周波
数ｆの信号（超音波信号）S₃を発生し、送波回路
１４，１５により所定のレベルに増幅して振動子
１６に与える。なお、送波回路１５の出力側の信
号S₅にはａの如き残響が生じると共に、反射があ
る場合には反射波ｂ，ｃが現われる。また、振動子１６の両端に現われる信号S₅は受
波ヘツドアンプ１７、受波増幅回路１８，１９も
しくは受波ヘツドアンプ１７、受波増幅回路３０
を介して夫々所定のレベルに増幅され、信号R₃
もしくはR₅の如く矩形状の包絡線を有する信号
とされる。次いで、この信号R₃もしくはR₅は積
分回路２０もしくは３１により信号R₄もしくは
R₆のように高周波成分が除去され緩やかに立ち
上がる信号とされ、アンドゲートAND₁，AND₂
の一方の入力端子に印加される。なお、このよう
に積分回路２０，３１を設けることによりノイズ
による誤動作が防止できる。しかして、アンドゲートAND₁では積雪検知領
域ゲート設定回路２４の出力信号G₃がハイレ
ベルとなつている期間に積分回路２０もしくは３
１の出力信号R₄もしくはR₆がハイレベルとなれ
ば、論理積をとつた信号がハイレベルとなり、領
域もしくは領域，から反射があることを示
す。ただし、モードＢでは領域からの反射は起
こり得ない。また、アンドゲートAND₂では積雪
検知領域ゲート設定回路２２の出力信号G₂が
ハイレベルとなつている期間に積分回路２０もし
くは３１の出力信号R₄もしくはR₆がハイレベル
となれば、論理積をとつた信号がハイレベルとな
り、領域または領域から反射があることを示
す。なお、これらの信号は短期間しか得られない
ため、フリツプフロツプFF₁，FF₂により保持し
信号P₁₁，P₁₂として出力する。次いで、積雪検知判定回路２５では前述の表に
ルーフヒータのオン・オフとして示した論理演算
を行い、積雪検出信号を送出する。これにより出
力回路２６を介して分電盤２のルーフヒータ制御
部２７が動作し、ルーフヒータＨに商用電源AC
より電力を供給して融雪動作を行わせる。（発明の効果）以上のように本発明にあつては、超音波を発射
し、その反射時間から積雪高を測定し、積雪高が
所定の値を越えた際に検知動作する超音波による
雪検知装置において、超音波を発射し、この反射
波を受信する送受波器と、この送受波器に対面す
る反射面からの反射波を高増幅する積雪検知モー
ドの検知回路部と、この送受波器に対面する積雪
高が小さい場合の反射面からの一定範囲のレベル
の反射波を低増幅する微小積雪検知モードの検知
回路部と、この送受波器からの距離に応じて設定
された複数の各領域に対応した領域ゲート設定回
路を設け、通常の積雪高測定の場合は、前記積雪
検知モードの検知回路部からの出力と前記領域ゲ
ート設定回路からの出力により積雪領域を検知
し、微小積雪の有無を検知する場合は、前記微小
積雪検知モードの検知回路部からの出力と前記領
域ゲート設定回路からの出力により行うので、 (イ) 所定の積雪高を越えた際に信号を出力する通
常の動作に加え、うつすらと雪が積もつた状態
（５〜10mm）をも検知することができ、多様な
融雪方式に対応することができる。 (ロ) ２つの検知モードがほとんどの回路部を共用
して行えるので、コストアツプを招かない。 (ハ) 消雪パイプ方式の融雪装置の場合、ユーザが
雪検知装置あるいは融雪装置の電源をオフして
旅行等に出かけ、その間に大雪等になつても、
帰宅してからモードＢとして運転することによ
り、屋根面に完全に雪がなくなるまで融雪装置
を動作させることができる。等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波による雪検知装置の一
実施例を示すフロツク構成図、第２図ないし第１
２図はその動作を示すタイムチヤート、第１３図
および第１４図は家屋への取付状態を示す図、第
１５図および第１６図は検知領域の説明図、第１
７図は超音波による雪検知の概念図である。１……センサ部、２……分電盤、３……検知回
路部、４……支柱、５，７……配線コード、６…
…検知回路ボツクス、Ｈ……ルーフヒータ、Ｐ…
…消雪ポンプ、SP……消雪パイプ、２９……積
雪検知モード切替スイツチ、３２……モードＡ検
知回路、３３……モードＢ検知回路。

Claims

【特許請求の範囲】１超音波を発射し、その発射時間から積雪高を
測定し、積雪高が所定の値を越えた際に検知動作
する超音波による雪検知装置において、超音波を発射し、この発射波を受信する送受波
器と、この送受波器に対面する反射面からの反射波を
高増幅する積雪検知モードの検知回路部と、この送受波器に対面する積雪高が小さい場合の
反射面からの一定範囲のレベルの反射波を低増幅
する微小積雪検知モードの検知回路部と、この送受波器からの距離に応じて設定された複
数の各領域に対応した領域ゲート設定回路を設
け、通常の積雪高測定の場合は、前記積雪検知モー
ドの検知回路部からの出力と前記領域ゲート設定
回路からの出力により積雪領域を検知し、微小積雪の有無を検知する場合は、前記微小積
雪検知モードの検知回路部からの出力と前記領域
ゲート設定回路からの出力により行うことを特徴
とする超音波による雪検知装置。