JPS6231296B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は路面状態検出装置、特に高速道路、飛
行場滑走路などの路面の湿つた状態、氷が張つた
状態などを検出するための装置に係る。

かかる路面状態検出装置は自動車運転者、高速
道路管理者、飛行場管理者、パイロツトなどにと
つて非常に有用である。自動車運転者は橋を渡る
前にその表面に氷が張つていることを警報され、
必要な注意を払うことができる。同様に、飛行場
管理者は滑走路の一つあるいはそれ以上に氷が張
つていることを警報されれば、その除氷作業を開
始し、あるいは氷が張つていない滑走路を航空機
に使用させることができる。自動車運転者は、危
険であるとともに見にくいとされている荒れた高
速道路上の水たまりについて警報を得ることがで
きる。

路面状態検出装置は多数提案されており、たと
えば米国特許第3873927号、同第3882281号、同第
2419266号、同第3243793号、同第3428890号およ
びフランス特許第2078982号に開示されている。

公知の装置により路面状態についての有用な情
報が得られるけれども、いくつかの点で改良が必
要である。センサは実際の路面状態を正確に検出
するのに最も適した位置に、その上面が路面と実
質的に同一平面となるように路面に埋設される
が、その位置でセンサは通過する自動車、トラツ
ク、離着陸する航空機などにより接触される。し
たがつて、エポキシ樹脂で内包されたセンサの上
面から下側の短い距離、たとえば1/16インチ
（0.16cm）の距離に配置されたキヤパシタ板を有
するセンサ・ユニツトは著しい摩耗を受ける。エ
ポキシ層が比較的薄い場合には、その摩耗により
キヤパシタ板が損傷を受け、センサ・ユニツトが
作動不能状態に至る。

しかし、外側の合成樹脂の厚みを増すことによ
りセンサの耐摩耗性および耐用寿命を改善すれ
ば、表面の降水に対するセンサ・ユニツトの感度
と検出結果の信頼性とが著しく低下する。さらに
公知の装置の応答はしばしば温度の関数としての
ドリフトおよび変化を受ける。これらの補償は容
易でなく、実際の路面状態の指示に不正確さを伴
う。

センサと組合わせて信号発生器を用いる場合に
は、信号発生器およびそれに組合わされる要素を
離れた場所、たとえば橋の下あるいはセンサが埋
設されている滑走路、高速道路などの路面からか
なりの距離の所に設置することが望ましい。しか
し、かかる装置の感度を向上するため、周波数の
高い（たとえば200kHz）信号発生器がしばしば
用いられており、このことが、信号を通常のケー
ブルにより導き得る距離を著しく制限している。

本発明のいくつかの目的のなかで特記すべきこ
とは、路面の湿つた状態、氷が張つた状態などを
十分な信頼性と感度をもつて検出し得る装置を提
供すること、センサの耐摩耗性が大幅に改善され
しかも感度の高い装置を提供すること、周囲温度
が広範囲に変動しても路面状態を正確かつ確実に
検出し得る装置を提供すること、装置の種々の構
成部分の設置個所について自由度を増した装置を
提供することである。他の目的および特徴は以下
の説明のなかで一部は明らかとなり、また一部は
指摘されよう。

要約すると、本発明による装置は、上面が路面
と実質的に同一平面となるように路面に埋設され
るべく構成され、降水（雨、みぞれ、雪、あられ
などを含む）にさらされる電気絶縁材料のブロツ
クを含んでいる。センサ電極は前記ブロツクに内
包され、その上面から下側の所定の距離に位置
し、前記ブロツク上面に降水がたまると、前記路
面との間のキヤパシタンスおよびコンダクタンス
に変化が生ずる。また本装置は、振幅が実質的に
一定で前記ブロツク上面にたまつた降水に無関係
であり、瞬時値が時間的に変化する電流を前記セ
ンサ電極に供給するための電流供給手段を含んで
いる。一対の入力端子を有し、それに加えられた
電気信号を増幅する増幅器が設けられており、そ
の入力端子の一方は前記の時間的変化電流供給手
段とセンサ電極の近傍の路面とに共通に接続され
ている。センサ電極は、時間的変化電流供給手段
とセンサ電極と増幅器との間の回路を完成して増
幅器に電気信号を与えるため、増幅器の他方の入
力端子に接続されている。増幅器の入力端子にお
ける電気信号の振幅は、前記ブロツク上面に降水
がたまつた際の前記センサ電極と前記路面との間
のキヤパシタンスおよびコンダクタンスの変化の
みに実質的に関係して変化する。また本装置は、
前記増幅器からの被増幅電気信号が所定の大きさ
に到達すると、それに応答して、路面上に降水が
存在することを示す出力信号を発するための降水
信号手段を含んでいる。

さて図面を参照すると、路面の湿つた状態、氷
が張つた状態などを検出するための本発明による
装置は全体として１で示されているセンサを含ん
でいる。センサ１は平らな上面５を有する電気絶
縁材料のブロツク３を含んでいる。ブロツク３は
路面たとえば飛行場滑走路あるいは橋の表面に埋
設されており、その上面５は路面と実質的に同一
平面内に位置している。この位置で上面５は、路
面に降る雨、みぞれ、雪などにさらされている。
路面は第１図に鎖線６で示されている。ブロツク
３を構成する電気絶縁材料は温度と比較的無関係
な比誘電率を有する熱硬化性合成樹脂材料７を含
んでいる。エポキシ樹脂として一般に知られてい
る優秀な樹脂材料７はトリエチレンテトラミン硬
化剤とともにビスフエノールＡのデイグリシデイ
ル・エーテルを用いて得られる。寸法を安定にす
るため、ブロツク３を構成する電気絶縁材料は、
樹脂材料７と比誘電率が実質的に等しい不活性充
てん材料９をも含もでいることが好ましい。清浄
な乾燥した1/16インチの石英ガラス玉あるいは清
浄なケイ砂を不活性充てん材料９として用いるこ
とにより優秀な結果が得られている。樹脂材料７
と充てん材料９の混合比はたとえば重量比で50：
50である。

大体四角形の大きなセンサ電極１１がブロツク
３に内包され、その上面５から下側の所定の距離
（たとえば1/4インチ（6.4mm）のオーダー）に位
置している。電極１１は、やはりブロツク３に内
包された基体（印刷回路板の製造に用いるのに適
した絶縁板）１３の上面に金属はくを接着したも
のである。電極１１と路面６との間のキヤパシタ
ンスおよびコンダクタンスは第２Ａ図に等価コン
デンサＣ１およびＣ３ならびに等価抵抗Ｇ１によ
り破線で示されている。コンデンサＣ１およびＣ
３ならびに抵抗Ｇ１の値を有するデイスクリート
な要素が回路に実際に存在するわけではないが、
センサ電極１１と路面すなわち大地との間のキヤ
パシタンスおよびコンダクタンスの効果は、回路
に抵抗Ｇ１ならびにコンデンサＣ１およびＣ３を
有する場合と等価である。以後は、抵抗Ｇ１なら
びにコンデンサＣ１およびＣ３があたかもデイス
クリートな要素であるかのように回路を説明す
る。コンデンサＣ１はセンサ電極１１とブロツク
３の上面５との間のキヤパシタンスを表わし、コ
ンデンサＣ３および抵抗Ｇ１は上面５と路面６と
の間のキヤパシタンスおよびコンダクタンを表わ
す。路面６は、もちろん、定義により大地電位に
あり、センサ・ブロツクからすべての方向に延び
る極端に大きな大地電位板とみなすことができ
る。

一定電圧発振器１５および200pFのコンデンサ
Ｃ５は、振幅が実質的に一定でありかつブロツク
３の上面にたまる降水に無関係であり、瞬時値が
時間的に変化する電流１６をセンサ電極１１に供
給するための手段を構成している。発振器１５は
約5kHzの周波数で正弦波信号を発生し、この信
号を抵抗Ｒ１およびサーミスタＴ１に供給する。
これらの温度補償要素は、ブロツク３の材料７お
よび９の比誘電率が温度とともに変化することに
起因するコンデンサＣ１のキヤパシタンスの小さ
な変化を補償するために必要であり、全体とし
て、ブロツク３を構成する絶縁材料の比誘電率の
温度による変化を補償するため発振器１５および
センサ電極１１に接続される手段を構成してい
る。

発振器１５は、比較的低い周波数を発生するも
のであるから、センサ電極１１から500フイート
まで離れた所に設置することができる。

センサ電極１１に与えられる電流１６のいくら
かは、電極１１と路面６との間のキヤパシタンス
およびコンダクタンスの影響で大地に分流し、こ
の分流の程度は上面５にたまつている降水の量の
関数である。コンデンサＣ３で示されている上面
５と路面６との間のキヤパシタンスは上面５が乾
いている時は全く小さく、また抵抗Ｇ１で示され
ているコンダクタンスはほとんど零であり、した
がつて電極１１から路面６への電流１６の分流は
乾燥状態では実際上生じない。しかし、上面５に
降水がたまつている時は、それを経て上面５が路
面６にキヤパシタンス、コンダクタンスあるいは
その双方を通じて接続されるので、電極１１から
路面６への電流の分流が実質的に生ずる。

センサ電極１１は抵抗Ｒ３および導線Ｌ１によ
り増幅器１７の非反転入力端子に接続されてい
る。1MΩの抵抗Ｒ５が導線Ｌ１と路面６との間
に接続され、増幅器入力により必要とされる直流
バイアス回路を構成している。増幅器１７の反転
端子は導線Ｌ３により路面６すなわち大地に接続
されている。同様に、発振器１５は導線Ｌ５によ
り路面６に接続されている。もちろん、回路の実
際の接地導線を路面６のなかに挿入する必要はな
い。なぜならば、路面６の電位は他の任意の大地
電位と同一だからである。したがつて導線Ｌ１お
よび抵抗Ｒ３が発振器１５とセンサ電極１１と増
幅器１７との間の回路を完成する。その結果、参
照数字１９で示されている時間的に変化する電気
信号が増幅器１７の非反転入力端に加えられる。
センサ電極１１から路面６への分流により信号１
９の振幅が減少するので、増幅器１７の入力端子
におけるこの信号の振幅は、ブロツク３の上面に
降水がたまつた際のセンサ電極１１と路面６との
間のキヤパシタンスおよびコンダクタンスの変化
のみに実質的に関係して変化する。したがつて増
幅器１７で増幅された出力信号２１の大きさは、
電極１１と路面６との間のキヤパシタンスが増大
するにつれて、すなわち降水がブロツク３の上面
５にたまるにつれて減少する。

増幅された電気信号２１は、全体として２３で
示されている降水信号回路に与えられる。この回
路は電圧ホロワー２５と、全体として２７で示さ
れている整流回路と、反転増幅器２９と、抵抗Ｒ
７およびコンデンサＣ７から成る低域フイルタ３
１と、加算増幅器３３と、シユミツト・トリガ３
５と、ｎ―ｐ―ｎトランジスタＱ１とを含んでい
る。増幅された信号２１は整流回路２７により整
流された後、高調波成分を低域フイルタ３１によ
り除去され、平均成分のみが加算増幅器３３の加
算点３７に与えられる。

全体として３９で示されている平衡回路も加算
点３７に信号を与える。平衡回路３９は−12Vの
電源Ｖ１とポテンシオメータ４１とを含んでお
り、このポテンシオメータは、ブロツク３の上面
５に降水がたまつていないときに加算点３７にお
ける電圧がほぼ零になるように調節されている。
もちろん、上面５に降水がたまつているときの信
号２１の平均成分の大きさはそれよりも小さい。
したがつて加算点３７における電圧は減少して負
になり、加算増幅器３３の出力は一層正になる。
たとえば増幅器３３の出力は、上面５が“乾き”
のときは0.5V以下であり、上面５が“湿り”の
ときは2.0V以上である。加算増幅器３３の出力
は導線Ｌ７を経て、抵抗Ｒ９、抵抗Ｒ１１および
−12Vの電源Ｖ２から成る分圧回路に与えられ
る。抵抗Ｒ９およびＲ１１の値は、これらの抵抗
の中間から入力を受けるシユミツト・トリガ３５
の出力が加算増幅器３３の2.0V以上の出力に対
しては負になり、加算増幅器３３の0.5V以下の
出力に対しては正になるように選定されている。
シユミツト・トリガ３５の出力はトランジスタＱ
１のベースに与えられている。トランジスタＱ１
のベースにおける負電圧はクランピング・ダイオ
ードＤ１により阻止されている。トランジスタＱ
１のコレクタはTTLナンド・ゲートＧ１に接続
されている。もしシユミツト・トリガ３５の出力
が負であれば、すなわち路面６に降水がたまつて
いれば、トランジスタＱ１は導通せず、トランジ
スタＱ１のコレクタで測定される電圧は約5.0V
となる。このコレクタの電圧は、路面６に降水が
たまつていることを示す降水信号回路２３の出力
信号である。もしシユミツト・トリガ３５の出力
が正であれば、すなわち路面６に降水がたまつて
いなければ、トランジスタＱ１は導通し、そのコ
レクタで測定される電圧は約0Vである。トラン
ジスタＱ１のこの状態は降水信号回路２３からの
出力信号がないものとみなされる。被増幅信号２
１の振幅に対するシユミツト・トリガ３５の正確
なトリガリング点は、もちろん、降水信号回路２
３を構成する要素の値の関数である。降水信号回
路２３の要素の値により決定される所定の大きさ
まで被増幅信号２１の振幅が到達すなわち低下し
た時に限つて、シユミツト・トリガ３５の出力が
負に移行し、降水がたまつていることを示す出力
をトランジスタＱ１のコレクタに生じさせる。こ
れらの要素の値はブロツク３の上面５にたまる降
水の状況を正確に指示するように調節されてい
る。特に、被増幅信号２１の所定の大きさが加算
増幅器３３の少なくとも2Vの出力に対応してい
ると、優秀な結果が得られる。こうして、降水信
号回路２３は、増幅器１７からの被増幅電気信号
２１が所定の大きさに到達すると、それに応答し
て、路面６に降水がたまつていることを示す出力
信号たとえばトランジスタＱ１のコレクタで測定
される5V出力信号を生ずるための手段を構成し
ている。詳細には、降水信号回路２３は、被増幅
電気信号２１の振幅が所定の大きさまで低下する
と、それに応答して出力信号を生ずるための手段
を構成している。

さて第１図を参照すると、参照数字４３および
４５で示されている二つの平行板がブロツク３に
埋設されており、それらの上面はブロツク３の上
面５と同一平面内にある。平行板４３および４５
は降水にさらされる一対の隔置電極を形成してい
る。第２Ａ図に明らかに示されているように、電
極４３は導線Ｌ９により大地、すなわち上記のよ
うに路面６、に共通に接続されている。すなわち
導線Ｌ９は電極４３および路面６を共通接続する
ための手段を構成している。

電極４３は二重機能を有する。第一は、電極４
５と共働して氷センサとして機能することであ
り、これについては後で説明する。第二に、上面
５の上の降水と物理的に接触するとともに導線Ｌ
９により路面６に電気的に接続されているので、
路面６とセンサ・ブロツク３の上面５の上の降水
との間の電気的接続を強化するのに役立つ、もち
ろん、このような接続強化電極は種々の形状およ
び寸法のものであつてよい。

再び第１図を参照すると、参照数字４７で示さ
れている追加電極がセンサ・ブロツク３に内包さ
れている。電極４７はセンサ電極１１から間隔を
おいて、それと共面であり、またセンサ電極１１
をそれらの共通の平面内で実質的に包囲してい
る。電極４７は路面６と電極４３との間の導線Ｌ
１１により路面６に接続されている（電極４３も
路面６に接続されている）。導線Ｌ１１は、もち
ろん、電極４３および電極４７を共通に接続する
ための手段を構成している。もちろん、導線Ｌ１
１および電極４３以外の多くの手段を路面６およ
び電極４７の接続に用いることもできる。必要な
のは、電極４７が大地と電気的に接続されている
ことである。もちろん、電極４７は、本発明によ
る装置の作動方法を変更することなく省略可能で
ある。

さて第２Ａ図を参照すると、電極４５は12Vの
交流電源Ｖ３に接続され、また全体として４９で
示されている状態指示回路に接続されている。状
態指示回路４９は、電極４３と電極４５との間の
抵抗の関数として大きさが変化する出力電流を生
ずるための手段を構成している。電極４３および
４５は降水にさらされているので、両電極間の抵
抗はそこをおおつている降水の状態により影響さ
れる。詳細には、両電極が氷でおおわれていると
きは、水でおおわれているときにくらべて、両電
極間の抵抗が高い。電極４３と電極４５との間の
抵抗が増大するにつれて、電極４５から電極４３
へ分流する電流は少なくなり、したがつて電源Ｖ
３から状態指示回路４９へ与えられる信号の大き
さは増大する。もちろん、状態指示回路４９に与
えられる信号の大きさは電極４３と電極４５との
間の氷および水の相対的な量の関数として変化す
る。要約すれば、状態指示回路４９はこの信号を
整流回路（全体として５１で示す）で整流し、被
整流信号の高調波成分を低域フイルタ（全体とし
て５３で示す）で除去した後、信号の平均成分を
増幅器５５で増幅するので、増幅器の出力信号の
大きさは電極４３と電極４５との間の抵抗の関数
として変化する。もし電極４３と電極４５との間
に氷が存在すれば、増幅器５５の出力は氷スレシ
ホルドとして予め定められた値たとえば0.9V以
上である。もし両電極間に水しか存在しなけれ
ば、増幅器５５の出力は警報スレシホルドとして
予め定められた値たとえば0.75V以下である。上
記のスレシホルド値は、氷が張るのを防止するた
め路面６に塩まかれているときの好ましいスレシ
ホルド値である。もし他の結氷防止剤たとえばエ
チレン・グリコールおよび尿素が路面６上に用い
られているならば、上記の例とは異なるスレシホ
ルド値が設定される。特定の路面６に用いられる
装置のスレシホルド値は、もちろん、その路面に
代表的に用いられる結氷防止剤に応じて設定され
る。

もし路面６の温度が、それ以上では結氷しない
という所定温度たとえば3.3〓（0.56℃）よりも
高ければ、増幅器５５の出力は所定の警報スレシ
ホルド値たとえば0.75V以下であるべきである。
このことを保証するため、状態指示回路４９は、
全体として５７（第２Ｂ図）で示されている温度
測定回路を含んでいる。温度測定回路５７は２つ
の12V電源Ｖ５およびＶ７を含んでいる。電源Ｖ
５はゼナ・ダイオードＺ１およびダイオードＤ３
を経てｐ―ｎ―ｐトランジスタＱ２のベースに接
続され、他方電源Ｖ７はトランジスタＱ２のエミ
ツタに接続されており、このトランジスタＱ２か
ら、サーミスタＴ３を含む抵抗回路網（全体とし
て５９で示す）に電流が供給される。抵抗回路網
５９には−12Vの電源Ｖ９も接続されている。ト
ランジスタＱ２のコレクタは増幅器６１の非反転
入力端に接続されている。トランジスタＱ２のコ
レクタで測定される電圧はサーミスタＴ３の抵抗
の関数である。サーミスタＴ３は負の抵抗温度係
数を有するので、増幅器６１の出力は温度と逆方
向に変化する。増幅器６１の出力の大きさは、も
ちろん、必要であれば、抵抗回路網５９の一部分
である二つのポテンジオメータ６３および６５に
より調節可能である。

増幅器６１の出力は導線Ｌ１３を経て、全体と
して６７で示されている分圧回路に導かれる。こ
の分圧回路は12V電源Ｖ１１、抵抗Ｒ１３、ポテ
ンシオメータ６９および抵抗Ｒ１５を含んでい
る。ポテンシオメータ６９の中間端子はシユミツ
ト・トリガ７１の入力端に接続されている。路面
６の温度が33〓（0.56℃）に達する時、増幅器６
１の出力により、シユミツト・トリガ７１の入力
電圧が負になり、その出力電圧は正になる。この
正の電圧はｎ―ｐ―ｎトランジスタＱ３のベース
に与えられて、それを導通させる。トランジスタ
Ｑ３のコレクタは増幅器５５の非反転入力端に接
続されているので、トランジスタＱ３の導通時に
は、増幅器５５の入力は実際上零になり、したが
つてその出力は確実に0.75V以下になる。こうし
て、温度が33〓（0.56℃）以上の時に前記増幅器
により、電極４３と電極４５との間に氷が存在す
るという（誤つた）指示が発せられることは完全
に防止される。

増幅器５５の出力は、全体として７３で示され
ている氷指示回路と、全体として７５で示されて
いる警報回路とに与えられる。氷指示回路７３
は、増幅器７５の出力が所定の氷スレシホルド値
たとえば0.9V以上であることを示す出力を発
し、また警報回路７５は、増幅器５５の出力が所
定の警報スレシホルド値たとえば0.75V以上であ
ることを示す出力を発する。氷指示回路７３は−
12Vの電源Ｖ１３と、シユミツト・トリガ７７
と、抵抗Ｒ１７、ポテンシオメータ８１および抵
抗Ｒ１９から成る分圧回路７９とを含んでいる。
シユミツト・トリガ７７への入力はポテンシオメ
ータ８１の中間端子に接続されている。ポテンシ
オメータ８１は、増幅器５５の出力が0.9V以上
の時にシユミツト・トリガ７７への入力電圧がト
リガ電圧よりも大きくなるように設定されてい
る。こうして、電極４３と電極４５との間に氷が
存在することを示す増幅器５５の出力はシユミツ
ト・トリガ７７の出力を負とし、他方0.9以下の
増幅器５５の出力はシユミツト・トリガ７７の出
力を正とする。

警報指示回路７５は−12Vの電源Ｖ１５と、抵
抗Ｒ２１と、ポテンシオメータ８３と、それに接
続されたシユミツト・トリガ８５と、抵抗Ｒ２３
とを含んでいる。しかし、シユミツト・トリガ８
５は、警報スレシホルド値たとえば0.75Vが到達
あるい超過された時はいつでも、負の出力を有す
るので、警報指示回路７５と氷指示回路７３とで
は抵抗の値が相違している。

シユミツト・トリガ７７および８５の出力は導
線Ｌ１５およびＬ１７により、第２Ｃ図に全体と
して８７で示されている論理回路に与えられる。
論理回路８７は、それぞれ氷および雪融けを示す
これらの二つの出力を、ブロツク３の上面５にお
けるなんらかの降水の存在を示すトランジスタＱ
１のコレクタ電圧とともに利用して、湿つた路面
状態、氷が張つた路面状態、きれいな路面状態お
よび水と氷が混在する（氷の形成の開始時の）路
面状態を示す相互に排他的な四つの出力を発す
る。もしブロツク３の上面５に水が存在すれば、
トランジスタＱ１のコレクタ電圧は約5Vであ
り、またトリガ回路７７および８５の出力は正で
ある。トランジスタＱ１のコレクタ電圧は論理回
路８７の三つのナンド・ゲートＧ１，Ｇ３および
Ｇ５の一方の入力を高レベルとする。（注：論理
回路８７はTTL部品で構成されており、高レベ
ルの入出力は約＋5V、低レベルの入出力は約0V
である。）上面５に水のみが存在する時のナン
ド・ゲートＧ１への他方の入力は、トリガ回路８
５から導線Ｌ１７を経て与えられる高レベル信号
である。トリガ回路８５からの信号は大地と導線
Ｌ１７との間に接続されているダイオードＤ５に
より最小0Vに制限され、また導線Ｌ１７と5V電
源Ｖ１７との間に接続されているダイオードＤ７
により最大5Vに制限されている。ゲートＧ１に
生ずる低レベル出力はインバータ８９に導かれ、
そこで高レベル出力に反転されて、ラツチ９１に
与えられる。それによりラツチ９１の出力は高レ
ベルとなり、この高レベル出力は出力端子Ｔ１に
与えられる。出力端子Ｔ１の高レベル信号は路面
６上に水が存在することを示す。ランプ、ブザー
などが出力端子Ｔ１に接続されており、路面６上
に水が存在することについて可視および（あるい
は）可聴の指示を与える。

以上の説明からわかるように、ナンド・ゲート
Ｇ１は、降水信号回路２３からの出力信号と、所
定の警報スレシホルド値に到達しない状態指示回
路４９の出力信号とに応答して、湿つた路面状態
を示す出力を端子Ｔ１に発するための手段を構成
している。

氷指示回路７３から導線Ｌ１５を経て与えられ
る論理回路８７の入力は、導線Ｌ１５と5V電源
Ｖ１９との間に接続されているクランピング・ダ
イオードＤ９により最大5Vに制限され、また導
線Ｌ１５と大地との間に接続されているクランピ
ング・ダイオードＤ１１により最小0Vに制限さ
れている。もし路面６上に氷が存在すれば、氷指
示回路７３の出力は負となり、論理回路８７への
入力は低レベルとなる。この低レベル入力はイン
バータ９３に与えられ、そこで高レベルに反転さ
れた上で、ナンド・ゲートＧ５に与えられる。路
面６に降水が存在するので、ゲートＧ５の他方の
入力端も高レベルである。ゲートＧ５の低レベル
出力はインバータ９５により反転された上でラツ
チ９７に与えられるので、その出力は高レベルと
なる。この高レベル出力はノア・ゲートＧ７に与
えられ、その出力を低レベルとする。この低レベ
ル出力はインバータ９９により反転された上で出
力端子Ｔ２に与えられ、氷が張つた路面状態を指
示する。要約すると、論理回路８７は降水信号回
路２３からの出力信号と、所定の氷スレシホルド
値に到達する状態指示回路４９からの出力信号と
に応答して、路面６に氷が張つた状態を示す出力
を端子Ｔ２に与える。

路面６上に氷および水が混在している場合は、
論理回路８７への入力は導線１５上では高レベ
ル、導線１７上では低レベルである。導線Ｌ１５
上の高レベル入力はゲートＧ３の一方の入力端に
与えられ、このゲートの他方の入力は、降水が路
面６上に存在する時はやはり高レベルである。そ
の結果としてのゲートＧ３の低レベル出力はイン
バータ１０１で反転され、インバータ１０１の高
レベル出力はナンド・ゲートＧ９に与えられる。
導線Ｌ１７上の低レベル入力はインバータ１０３
で反転され、その高レベル出力はゲートＧ９の他
方の入力端に与えられて、その出力を低レベルと
する。ここで注意すべきこととして、もし路面６
上に氷しか存在していなければ、インバータ１０
３からゲートＧ９への入力はやはり高レベルであ
るが、ゲートＧ３およびインバータ１０１からの
入力が低レベルなので、ゲートＧ９の出力は高レ
ベルとなることである。すなわち、ゲートＧ９の
出力が低レベルになるのは、所定の警報スレシホ
ルド値には到達しているが、所定の氷スレシホル
ド値には到達していないという場合に限る。

ゲートＧ９の低レベル出力はインバータ１０５
で反転され、その結果としての高レベル信号がラ
ツチ１０７に与えられて、その出力を高レベルと
する。ラツチ１０７の高レベル出力はインバータ
１０９および排他的オア・ゲートＧ１１に与えら
れる。ゲートＧ１１への他方の入力はラツチ９７
の出力であり、これは路面６上に氷および水が混
在する時は低レベルである。ゲートＧ１１の高レ
ベル出力は別の排他的オア・ゲートＧ１３に与え
られる。ゲートＧ１３への他方の入力はラツチ９
１の出力であり、これはブロツク３の上面に氷が
存在する時は低レベルである。したがつてゲート
Ｇ１３の出力は高レベルであり、この出力は第三
の排他的オア・ゲートＧ１５に与えられる。ゲー
トＧ１５の他方の入力端は5V電源Ｖ２１に接続
されている。したがつてゲートＧ１５の出力は低
レベルであり、この出力はノア・ゲートＧ１７に
与えられる。ゲートＧ１７への他方の入力はゲー
トＧ７の出力であり、これは路面上に氷および水
が混在する時は低レベルである。その結果として
のゲートＧ１７の高レベル出力はノア・ゲートＧ
１７に与えられる。このゲートＧ１７の他方の入
力はインバータ１０９の低レベル出力である。し
たがつてゲートＧ１９の出力は高レベルであり、
この出力が端子Ｔ３に与えられて、ブロツク３の
上面５における氷の形成の開始を指示する。

もし状態指示回路４９の出力が氷スレシホルド
値以上であれば、警報スレシホルド値は氷スレシ
ホルド値以下であるから、論理回路８７への入力
は導線Ｌ１５上でも導線Ｌ１７上でも低レベルで
ある。もしこれらの両入力が低レベルであれば、
ゲートＧ３およびＧ９は警報端子Ｔ３における信
号を低レベルとする。他方、もし導線Ｌ１７上の
信号のみが低レベルであれば、ゲートＧ３および
Ｇ９は端子Ｔ３に高レベル信号を出現させる。こ
うしてゲートＧ３およびＧ９は降水信号回路２３
からの出力信号（ゲートＧ３の一方の入力端に与
えられている）と、所定の警報スレシホルド値に
は到達するが、氷スレシホルド値には到達しない
状態指示回路４９の出力信号とに応答して、ブロ
ツク３の上面５における氷の形成の開始を示す出
力を端子Ｔ３に発する。

路面６上の氷の融解中のある時点で、状態指示
回路４９からの信号は氷スレシホルド値以下に低
下する。しかし、氷が全部融解し終るまで、路面
６は極度に危険な状態にとどまる。この危険状態
について適正な警報を発するため、全体として１
１１で示されておりゲートＧ７，Ｇ１１，Ｇ１
３，Ｇ１５およびＧ１７から成る回路が端子Ｔ２
における電圧を維持し、それにより、路面６上の
氷が全部融解し終るまで、すなわち回路４９から
の信号が氷スレシホルド値よりも警報スレシホル
ド値よりも低くなるまで、路面に氷が張つた状態
を指示する。

きれいな路面状態を指示する出力を発すること
も望ましい。ここに、きれいな路面状態とは路面
６上に降水が存在しない状態をいうものとする。
これはトランジスタＱ１のコレクタが低レベルで
あること、すなわち降水信号回路２３からの出力
信号が存在しないことにより指示される。この低
レベル信号はナンド・ゲートＧ１，Ｇ３およびＧ
５に与えられて、三つの端子Ｔ１〜Ｔ３のすべて
における電圧を低レベルとする。端子Ｔ１〜Ｔ３
はノア・ゲートＧ２１に接続されている。路面６
がきれいであれば、端子Ｔ１〜Ｔ３からゲート２
１の入力端に与えられる低レベル信号によりゲー
ト２１の出力は高レベルとなる。この高レベル出
力は第四の端子Ｔ４に与えられて、きれいな路面
状態を指示する。明らかにノア・ゲートＧ２１
は、降水信号回路２３からの出力信号の不在に応
答して、きれいな路面状態を指示する出力を端子
Ｔ４に発するための手段を構成している。

車両などの通過によりブロツク３の上面５から
一時的に降水が除かれることがある。この一時的
な状態によつて指示端子Ｔ１〜Ｔ３に変化が生ず
るのを防止するため、センサ１は全体として１１
３で示されている遅延回路を含んでおり、この遅
延回路によりラツチ９１，９７および１０７の出
力の変化に１分間の遅延が与えられる。

以上の説明から、本発明のいくつかの目的が達
成され、また他の有利な結果が得られることが理
解されよう。

本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更
を行うことができるので、以上の図示および説明
は例示であつて、それに本発明の範囲が限定され
るものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による検出装置の部分切欠き斜
視図である。第２Ａ図ないし第２Ｃ図は第１図の
装置とともに用いられる電気回路の概要図であ
る。 １……センサ（全体）、３……ブロツク、５…
…ブロツクの上面、６……路面、７……熱硬化性
合成樹脂材料、９……不活性充てん材料、１１…
…電極、１３……基体材料、１５……発振器、１
７……増幅器、２３……降水信号回路、４３，４
５……平行板電極（第二電極）、４７……追加電
極、４９……状態指示回路、５７……温度測定回
路、６７……分圧回路、７３……氷指示回路、７
５……警報指示回路、７９……分圧回路、８７…
…論理回路、１１３……遅延回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 路面の湿つた状態を検出するための路面状態
   検出装置において、 上面が路面と実質的に同一平面となるように路
   面に埋設されるべく構成され、降水にさらされる
   電気絶縁材料のブロツクと、 前記ブロツク内にその前記上面から下方に隔置
   された位置に内包され、前記ブロツクの上面に降
   水が存在すると前記路面との間のキヤパシタンス
   およびコンダクタンスに変化を生じさせるセンサ
   電極と、 振幅が実質的に一定で前記ブロツクの上面にた
   まる降水に無関係であり、瞬時値が時間的に変化
   する電流を前記センサ電極に供給するための手段
   と、 一対の入力端子を有し、それに加えられた電気
   信号を増幅するための増幅器と、 前記増幅器の一方の入力端子と前記の時間的変
   化電流供給手段と前記のセンサ電極近傍の路面と
   を共通に接続するための手段と、 前記の時間的変化電流供給手段とセンサ電極と
   増幅器との間の回路を完成して前記増幅器に電気
   信号を与えるように前記センサ電極を前記増幅器
   の他方の入力端子に接続するための手段と、 を含み、前記増幅器の入力端子における前記信
   号の振幅は前記ブロツクの上面に降水がたまるに
   つれて前記センサ電極と前記路面との間のキヤパ
   シタンスおよびコンダクタンスの変化のみに実質
   的に関係して変化するようになつており、更に 前記増幅器からの増幅された電気信号の振幅が
   所定の大きさに達すると、それに応答して、路面
   上に降水が存在することを示す出力信号を発する
   警報手段を含むこととを特徴とする路面状態検出
   装置。 ２ 特許請求の範囲第１項の装置において、電気
   絶縁材料が熱硬化性合成樹脂材料を含むことを特
   徴とする装置。 ３ 特許請求の範囲第２項の装置において、電気
   絶縁材料が不活性充てん材料をも含むことを特徴
   とする装置。 ４ 特許請求の範囲第３項の装置において、前記
   充てん材料が合成樹脂材料の比誘電率と実質的に
   等しい比誘電率を有することを特徴とする装置。 ５ 特許請求の範囲第１項の装置において、前記
   ブロツクの上面とその下側に位置する前記電極と
   の間の所定の距離が1/4インチ（6.4mm）のオーダ
   ーであることを特徴とする装置。 ６ 特許請求の範囲第５項の装置において、前記
   センサ電極が前記ブロツクに内包された基体材料
   の上面に位置していることを特徴とする装置。 ７ 特許請求の範囲第１項の装置において、前記
   の時間的変化電流供給手段が約5KHzの周波数で
   正弦波を発生する発振器を含むことを特徴とする
   装置。 ８ 特許請求の範囲第１項の装置において、前記
   警報手段が増幅された電気信号の振幅が所定の大
   きさに低下するとそれに応答して路面上に降水が
   存在することを示す電気信号を発する手段を含む
   ことを特徴とする装置。