特許 6031889 計測装置及び計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6031889

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】計測装置及び計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/22 20060101AFI20161114BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/22 C

【請求項の数】7

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-182849(P2012-182849)

(22)【出願日】2012年8月22日

(65)【公開番号】特開2014-41034(P2014-41034A)

(43)【公開日】2014年3月6日

【審査請求日】2015年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092152

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 毅巖

(72)【発明者】

【氏名】陽奥 幸宏

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 康浩

(72)【発明者】

【氏名】宮本 晶規

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 幸一

【審査官】 塚本 丈二

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−０７５５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１４６９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２８１１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０９３３１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−３１４７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２８８８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１１２９７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／２４

Ｇ０１Ｒ ２７／００−２７／３２

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の電極と、
第１キャパシタ及び第２キャパシタを備える参照部と、
前記一対の電極、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの出力を検出する検出部と、
前記検出部を前記一対の電極、前記第１キャパシタ又は前記第２キャパシタに接続するスイッチ部と、
前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第１出力、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第１キャパシタの第２出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第２キャパシタの第３出力を用いて、前記一対の電極間の第１静電容量を算出する第１算出部と、
前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係を表す特性曲線を示す関係式と
を含み、
前記第１算出部は、
前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの静電容量、並びに、前記第２出力及び前記第３出力に基づいて、前記関係式を補正し、
補正された前記関係式及び前記第１出力を用いて、前記第１静電容量を算出することを特徴とする計測装置。

【請求項2】

一対の電極と、
第１キャパシタ及び第２キャパシタを備える参照部と、
前記一対の電極、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの出力を検出する検出部と、
前記検出部を前記一対の電極、前記第１キャパシタ又は前記第２キャパシタに接続するスイッチ部と、
前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第１出力、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第１キャパシタの第２出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第２キャパシタの第３出力を用いて、前記一対の電極間の第１静電容量を算出する第１算出部と
を含み、
前記第１算出部は、
前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの静電容量、並びに、前記第２出力及び前記第３出力に基づいて、前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係を表す特性曲線を示す関係式を生成し、
生成された前記関係式及び前記第１出力を用いて、前記第１静電容量を算出することを特徴とする計測装置。

【請求項3】

前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタは、可変容量キャパシタの容量を変化させたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項4】

算出された前記第１静電容量を用いて、前記一対の電極間の物質の比誘電率を算出する第２算出部を更に含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の計測装置。

【請求項5】

算出された前記比誘電率を用いて、前記物質の密度を算出する第３算出部を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の計測装置。

【請求項6】

一対の電極と、第１キャパシタ及び第２キャパシタを備える参照部と、前記一対の電極、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの出力を検出する検出部と、前記検出部を前記一対の電極、前記第１キャパシタ又は前記第２キャパシタに接続するスイッチ部と、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第１出力、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第１キャパシタの第２出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第２キャパシタの第３出力を用いて、前記一対の電極間の第１静電容量を算出する算出部と、前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係を表す特性曲線を示す関係式とを含む計測装置を用いた計測方法であって、
前記一対の電極を、前記一対の電極間に計測対象の物質が設けられるように配置する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記一対の電極に接続し、前記検出部によって前記第１出力を検出する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記第１キャパシタに接続し、前記検出部によって前記第２出力を検出する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記第２キャパシタに接続し、前記検出部によって前記第３出力を検出する工程と、
前記算出部によって前記第１出力、前記第２出力及び前記第３出力を用いて、前記第１静電容量を算出する工程と
を含み、
前記算出部によって前記第１静電容量を算出する工程は、
前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの静電容量、並びに、前記第２出力及び前記第３出力に基づいて、前記関係式を補正する工程と、
補正された前記関係式及び前記第１出力を用いて、前記第１静電容量を算出する工程と
を含むことを特徴とする計測方法。

【請求項7】

一対の電極と、第１キャパシタ及び第２キャパシタを備える参照部と、前記一対の電極、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの出力を検出する検出部と、前記検出部を前記一対の電極、前記第１キャパシタ又は前記第２キャパシタに接続するスイッチ部と、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第１出力、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第１キャパシタの第２出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第２キャパシタの第３出力を用いて、前記一対の電極間の第１静電容量を算出する算出部とを含む計測装置を用いた計測方法であって、
前記一対の電極を、前記一対の電極間に計測対象の物質が設けられるように配置する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記一対の電極に接続し、前記検出部によって前記第１出力を検出する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記第１キャパシタに接続し、前記検出部によって前記第２出力を検出する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記第２キャパシタに接続し、前記検出部によって前記第３出力を検出する工程と、
前記算出部によって前記第１出力、前記第２出力及び前記第３出力を用いて、前記第１静電容量を算出する工程と
を含み、
前記算出部によって前記第１静電容量を算出する工程は、
前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの静電容量、並びに、前記第２出力及び前記第３出力に基づいて、前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係を表す特性曲線を示す関係式を生成する工程と、
生成された前記関係式及び前記第１出力を用いて、前記第１静電容量を算出する工程と
を含むことを特徴とする計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測装置及び計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一対の電極を測定対象物質に配置してその電極間の静電容量を計測する技術、計測された静電容量に基づいてその物質の比誘電率を計測する技術、更に、計測された比誘電率に基づいてその物質の密度を求める技術が知られている。例えば、雪を計測対象とし、電極を用いて雪の静電容量、比誘電率を計測し、その計測値から雪の密度を求める技術が知られている。

【0003】

また、静電容量を利用した計測技術として、電極間の静電容量に基づいて湿度を計測する容量式湿度センサが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６−２８８８８８号公報

【特許文献2】特開２００７−２４８０６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

これまでの計測技術では、計測対象の形態、或いは計測環境やその変化の影響により、電極間の適正な静電容量を計測することができない場合がある。このように電極間の静電容量が適正に計測されない場合には、電極間の計測対象について、その比誘電率や密度を高精度に計測することができないことが起こり得る。

【0006】

例えば、計測対象が雪の場合、その密度の変化に伴う比誘電率の変化が１．５〜４程度と小さく、静電容量の変化も小さいため、計測される静電容量、更にそれから得られる比誘電率や密度にばらつきが生じる虞がある。また、計測対象が雪の場合、計測が屋外で行われるため、屋外に設置される計測装置の回路が計測環境やその変化の影響を受け易く、適正な静電容量等が得られない虞がある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によれば、一対の電極と、第１キャパシタ及び第２キャパシタを備える参照部と、前記一対の電極、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの出力を検出する検出部と、前記検出部を前記一対の電極、前記第１キャパシタ又は前記第２キャパシタに接続するスイッチ部と、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第１出力、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第１キャパシタの第２出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第２キャパシタの第３出力を用いて、前記一対の電極間の第１静電容量を算出する第１算出部と、前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係を表す特性曲線を示す関係式とを含み、前記第１算出部は、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの静電容量、並びに、前記第２出力及び前記第３出力に基づいて、前記関係式を補正し、補正された前記関係式及び前記第１出力を用いて、前記第１静電容量を算出する計測装置が提供される。更に、本発明の一観点によれば、一対の電極と、第１キャパシタ及び第２キャパシタを備える参照部と、前記一対の電極、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの出力を検出する検出部と、前記検出部を前記一対の電極、前記第１キャパシタ又は前記第２キャパシタに接続するスイッチ部と、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第１出力、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第１キャパシタの第２出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第２キャパシタの第３出力を用いて、前記一対の電極間の第１静電容量を算出する第１算出部とを含み、前記第１算出部は、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの静電容量、並びに、前記第２出力及び前記第３出力に基づいて、前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係を表す特性曲線を示す関係式を生成し、生成された前記関係式及び前記第１出力を用いて、前記第１静電容量を算出する計測装置が提供される。

【0008】

また、本発明の一観点によれば、計測装置を用いた計測方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

開示の技術によれば、参照部のキャパシタを用いることで、検知部の電極間に存在する計測対象の形態や計測環境で変化し得る静電容量を適正に計測することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】電極の出力電圧と静電容量の関係の一例を示す図である。

【図2】第１の実施の形態に係る雪密度センサの構成例を示す図である。

【図3】第１の実施の形態に係る雪密度計測処理の一例を示す図である。

【図4】第１の実施の形態に係る特性曲線の補正処理の説明図である。

【図5】第２の実施の形態に係る雪密度センサの構成例を示す図である。

【図6】第２の実施の形態に係る雪密度計測処理の第１の例を示す図である。

【図7】第２の実施の形態に係る雪密度計測処理の第２の例を示す図である。

【図8】第２の実施の形態に係る雪密度計測処理の第３の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、計測装置について、雪密度を計測する計測装置（雪密度センサ）を例に、詳細に説明する。
例えば、利水を目的として、積雪量を計測し雪から得られる水量を予測することは非常に有効である。雪から得られる水量の予測は、例えば、雪密度と積雪深を計測することで算出することが可能である。雪密度センサとして、対向する電極間の静電容量からその電極間の雪の比誘電率を計測し、その比誘電率を用いて雪の密度を計測するセンサが知られている。このような雪密度センサを用いることで、雪密度を経時的に計測することも可能になる。

【0012】

ところで、雪密度の変化に伴う誘電率の変化は非常に小さく、比誘電率で１．５〜４程度である。そのため、これまでの雪密度センサでは、対向する電極間の静電容量の変化が小さく、雪密度センサの回路特性が計測環境やその変化の影響を受け、計測値にばらつきが生じる可能性がある。雪密度センサは、屋外に設置されることが想定されるため、計測環境やその変化の影響を受け易い。

【0013】

尚、静電容量の変化を大きくする方法として、対向する電極の面積を大きくする、或いは、対向する電極間の距離を小さくするという方法も考えられる。しかし、電極面積を大きくした場合には、製造コストの増加や設置面積の増大を招く可能性があり、電極間距離を小さくした場合には、電極間に雪が積もらない、或いは均一に積もらないといった状況を招く可能性がある。

【0014】

また、静電容量を計測するうえでその計測環境の影響を補正する方法として、計測用の電極（計測電極）のほかに基準用の電極（基準電極）を別途用意し、基準電極の計測値を用いて計測電極の計測値を補正する方法も知られている。

【0015】

電極の出力電圧と静電容量の関係は、例えば、図１に示すような特性曲線で表される。尚、図１の縦軸は電極の出力電圧、横軸は静電容量を表している。特性曲線３０ａは、主に温度に依存して、傾斜（感度）ｍとオフセットｎが変動する。図１に実線で示した特性曲線３０ａを基準温度でのものとすると、特性曲線３０ａは、温度の影響により、図１に点線で示す特性曲線３０ｂや特性曲線３０ｃのように変動し得る。

【0016】

そのため、上記のような計測電極と基準電極を用いる場合でも、補正は、例えばオフセットｎのみではなく、傾斜ｍとオフセットｎの２つの変動に対して行われることを要する。前述のように、雪密度の変化に伴う比誘電率の変化、静電容量の変化は小さいため、補正誤差が雪密度の計測結果に大きな影響を及ぼし得る。

【0017】

更に、雪密度センサでは、微小な誘電率を計測するため、例えば、数十ｃｍ以上の大きな電極を使用する場合がある。そのため、上記のように計測電極と基準電極の双方を用意する場合、電極の設置面積、雪密度センサの設置コストや製造コストが増大してしまう可能性がある。

【0018】

以上のような点に鑑み、ここでは、以下に実施の形態として示すような雪密度センサを用いる。
まず、第１の実施の形態について説明する。

【0019】

図２は第１の実施の形態に係る雪密度センサの構成例を示す図である。
図２に示す雪密度センサ１Ａは、検知部１０及び検出回路２０を備える。検知部１０は、一対の電極１１ａ及び電極１１ｂ（電極対１１）を含む。検出回路２０は、第１参照部２１及び第２参照部２２（参照部２０ａ）、スイッチ部２３、検出部２４、記録部２５、静電容量算出部２６、比誘電率算出部２７、雪密度算出部２８、並びに雪密度出力部２９を含む。

【0020】

雪密度計測の際、検知部１０は屋外に設置され、検出回路２０は、例えば、防水ケースに収容される等、防水対策が施されて屋外に設置される。雪密度センサ１Ａでは、このように検知部１０及び検出回路２０が共に、屋外に設置される。

【0021】

検知部１０の電極対１１の電極１１ａ及び電極１１ｂは、例えば、対向配置された一対の電極板とすることができる。尚、電極１１ａ及び電極１１ｂには、種々の配置（平面上に並設させる等）、形状（円板や角板等）を採用することができる。電極１１ａ及び電極１１ｂには、金属等の導電性材料を用いることができる。

【0022】

検出回路２０の第１参照部２１は、既知の静電容量（第１固定容量）を有する第１キャパシタ２１ａを含む。第２参照部２２は、第１キャパシタ２１ａとは異なる既知の静電容量（第２固定容量）を有する第２キャパシタ２２ａを含む。第１キャパシタ２１ａ及び第２キャパシタ２２ａの静電容量は、例えば、１ｐＦ〜１０ｐＦの範囲に設定される。

【0023】

第１参照部２１の第１キャパシタ２１ａ及び第２参照部２２の第２キャパシタ２２ａは、スイッチ部２３と接続可能とされている。第１キャパシタ２１ａ及び第２キャパシタ２２ａと同様に、上記検知部１０の電極対１１も、スイッチ部２３と接続可能とされている。スイッチ部２３は、検出部２４と接続されており、検出部２４の接続先を電極対１１、第１キャパシタ２１ａ及び第２キャパシタ２２ａのいずれかに切り替える。

【0024】

検出部２４は、電極対１１、第１キャパシタ２１ａ及び第２キャパシタ２２ａへの入力信号を生成する。検出部２４は、生成した入力信号を、スイッチ部２３によって検出部２４と接続された電極対１１、第１キャパシタ２１ａ及び第２キャパシタ２２ａのいずれかに供給し、それによって出力される出力信号を検出する。

【0025】

即ち、スイッチ部２３によって検出部２４と電極対１１とが接続されている場合には、検出部２４は、電極対１１に入力信号を供給し、電極対１１の電極１１ａと電極１１ｂの間の静電容量に応じた出力信号を検出する。スイッチ部２３によって検出部２４と第１キャパシタ２１ａとが接続されている場合には、検出部２４は、第１キャパシタ２１ａに入力信号を供給し、第１キャパシタ２１ａからのその静電容量に応じた出力信号を検出する。スイッチ部２３によって検出部２４と第２キャパシタ２２ａとが接続されている場合には、検出部２４は、第２キャパシタ２２ａに入力信号を供給し、第２キャパシタ２２ａからのその静電容量に応じた出力信号を検出する。

【0026】

検出部２４は、例えば、入力信号として、電極対１１、第１キャパシタ２１ａ及び第２キャパシタ２２ａの各々の一方の電極（印加電極）に交流電圧を印加し、もう一方の電極（検出電極）に流れる電流値を検出してそれを電圧に変換し、出力信号として検出する。

【0027】

記録部２５は、検出部２４によって検出される電極対１１からの出力信号、第１キャパシタ２１ａからの出力信号、及び第２キャパシタ２２ａからの出力信号をそれぞれ記録する。記録部２５には、メモリ等の記憶装置が用いられる。

【0028】

静電容量算出部２６は、電極対１１、第１キャパシタ２１ａ及び第２キャパシタ２２ａからの出力信号に基づいて、電極対１１の間の静電容量を算出する。静電容量算出部２６は、電極対１１からの出力信号と電極対１１の間の静電容量との関係について実験やシミュレーションで求められた、基準となる特性曲線（関係式）を備えている。更に、静電容量算出部２６は、第１キャパシタ２１ａ及び第２キャパシタ２２ａの静電容量（固定容量）の情報を備える。静電容量算出部２６は、第１キャパシタ２１ａ及び第２キャパシタ２２ａからの出力信号とそれらの静電容量（固定容量）に基づいて、基準の特性曲線を補正する。静電容量算出部２６は、補正後の特性曲線と、検出部２４で検出された電極対１１からの出力信号を用いて、電極対１１の間の静電容量を算出する。

【0029】

比誘電率算出部２７は、静電容量算出部２６によって算出された、電極対１１の間の静電容量を用いて、電極対１１の間に存在する計測対象の物質、ここでは雪の比誘電率を算出する。

【0030】

雪密度算出部２８は、比誘電率算出部２７によって算出された、電極対１１の間に存在する雪の比誘電率を用いて、その雪の密度を算出する。
雪密度出力部２９は、雪密度算出部２８によって算出された雪密度のデータを、検出回路２０の外部に出力する。雪密度出力部２９は、例えば、通信コネクタとされ、雪密度センサ１Ａ外部の他の機器（コンピュータ、記憶装置等）にデータを送信する。

【0031】

続いて、上記のような構成を有する雪密度センサ１Ａの雪密度計測処理について説明する。
図３は第１の実施の形態に係る雪密度計測処理の一例を示す図である。

【0032】

雪密度の計測の際、雪密度センサ１Ａは、屋外等、所定の環境に設置され、電極対１１の間には計測対象である雪が存在している。
雪密度センサ１Ａでは、まず、スイッチ部２３により、検出部２４の接続先が検知部１０の電極対１１に切り替えられる（ステップＳ１）。そして、検出部２４により、所定の入力信号が電極対１１に供給され、間に雪が存在する電極対１１からその静電容量に応じた出力信号（出力電圧）が検出される（ステップＳ２）。検出された電極対１１の出力電圧は、記録部２５に記録される。

【0033】

次いで、スイッチ部２３により、検出部２４の接続先が第１参照部２１の第１キャパシタ２１ａに切り替えられる（ステップＳ３）。そして、検出部２４により、所定の入力信号が第１キャパシタ２１ａに供給され、第１参照部２１からその第１キャパシタ２１ａの静電容量に応じた出力信号（出力電圧）が検出される（ステップＳ４）。検出された第１参照部２１の出力電圧は、記録部２５に記録される。

【0034】

次いで、スイッチ部２３により、検出部２４の接続先が第２参照部２２の第２キャパシタ２２ａに切り替えられる（ステップＳ５）。そして、検出部２４により、所定の入力信号が第２キャパシタ２２ａに供給され、第２参照部２２からその第２キャパシタ２２ａの静電容量に応じた出力信号（出力電圧）が検出される（ステップＳ６）。検出された第２参照部２２の出力電圧は、記録部２５に記録される。

【0035】

次いで、静電容量算出部２６により、第１参照部２１及び第２参照部２２の静電容量、並びに、第１参照部２１及び第２参照部２２の出力電圧に基づいて、基準の特性曲線が補正される（ステップＳ７）。そして、補正後の特性曲線と、電極対１１の出力電圧が用いられ、電極対１１の間の静電容量が算出される（ステップＳ８）。

【0036】

ここで、基準の特性曲線の補正処理、及び補正された特性曲線を用いた静電容量の算出処理について説明する。
図４は第１の実施の形態に係る特性曲線の補正処理の説明図である。

【0037】

補正処理前の基準の特性曲線３０ａ（関係式）は、例えば、図４に実線で示すような関係を有する。このような基準の特性曲線３０ａは、実験やシミュレーションにより求められる。静電容量算出部２６は、このようにして求められた基準の特性曲線３０ａを備えている。

【0038】

基準の特性曲線３０ａは、次の式（１ａ）で表される。
Ｃ＝ｆ（Ｖ） ・・・（１ａ）
式（１ａ）において、Ｃは静電容量、Ｖは出力電圧である。ｆ（Ｖ）は、出力電圧Ｖの関数であって、雪密度センサ１Ａの回路の構成等によって決定される。

【0039】

計測環境の温度変化による回路特性の変動を含めた特性曲線３０ｂは、上記図４に点線で示すような関係を有し、次の式（１ｂ）のように表すことができる。
Ｃ＝ａ×ｆ（Ｖ）＋ｂ ・・・（１ｂ）
式（１ｂ）において、Ｃは静電容量、Ｖは出力電圧、ａは計測環境の温度変化に対する感度補正係数、ｂは計測環境の温度変化に対するオフセット係数である。

【0040】

感度補正係数ａ及びオフセット係数ｂは、第１参照部２１の第１キャパシタ２１ａからの出力電圧、及び第２参照部２２の第２キャパシタ２２ａからの出力電圧に基づいて求められる。今、第１キャパシタ２１ａの既知の静電容量をＣｒ１、第２キャパシタ２２ａの既知の静電容量をＣｒ２、第１キャパシタ２１ａからの出力電圧をＶｒ１、第２キャパシタ２２ａからの出力電圧をＶｒ２とする。更に、基準の特性曲線３０ａにおける、静電容量Ｃｒ１に対応する出力電圧をＶｒｒ１、静電容量Ｃｒ２に対応する出力電圧をＶｒｒ２とする。この時、感度補正係数ａ及びオフセット係数ｂは、それぞれ次の式（２）及び式（３）により近似できる。

【0041】

ａ＝[（Ｖｒ２−Ｖｒ１）／（Ｃｒ２−Ｃｒ１）]／[（Ｖｒｒ２−Ｖｒｒ１）／（Ｃｒ２−Ｃｒ１）] ・・・（２）
ｂ＝〔[Ｃｒ１−ａ×ｆ（Ｖｒ１）]＋｛Ｃｒ２−ａ×ｆ（Ｖｒ２）｝〕／２ ・・・（３）
検出された出力電圧Ｖｒ１及びＶｒ２、既知の静電容量Ｃｒ１及びＣｒ２、並びに、基準の特性曲線３０ａから得られる出力電圧Ｖｒｒ１及びＶｒｒ２が用いられ、式（２），（３）より、感度補正係数ａ及びオフセット係数ｂが求められる。求められた感度補正係数ａ及びオフセット係数ｂを式（１ｂ）に適用することで、計測環境の温度変化による回路特性の変動を含めた、補正後の特性曲線３０ｂが得られる。得られた補正後の特性曲線３０ｂ（式（１ｂ））において、電極対１１から検出された出力電圧（例えば図４の出力電圧Ｖｅ）が代入されることで、電極対１１の間の静電容量（例えば図４の静電容量Ｃｅ）が算出される。

【0042】

静電容量算出部２６では、このようにして基準の特性曲線３０ａが補正されて、補正後の特性曲線３０ｂが求められ、その特性曲線３０ｂが用いられて、電極対１１の間の静電容量が算出される。

【0043】

尚、静電容量算出部２６には、所定の温度条件（例えば０℃）の下で実験やシミュレーションにより求められた特性曲線を、基準の特性曲線３０ａとして備えるようにすることができる。このほか、静電容量算出部２６には、雪密度センサ１Ａが設置される環境毎に、その環境の温度を考慮した条件（例えば＋１０℃や−１０℃）の下で求められた特性曲線を、基準の特性曲線３０ａとして備えるようにすることもできる。実測時の温度と、基準の特性曲線３０ａを求めた時の温度条件とが近いと、実測される出力電圧と静電容量の関係が基準の特性曲線３０ａに近くなり、より基準の特性曲線３０ａに近い補正後の特性曲線３０ｂによって、静電容量を算出することができる。

【0044】

また、第１参照部２１及び第２参照部２２の静電容量は、基準の特性曲線３０ａによらず（求められた時の温度条件によらず）、予め設定された所定の値にすることができる。基準の特性曲線３０ａ毎（求められた時の温度条件毎）に、各々の値やそれらの差分（間隔）を設定することもできる。第１参照部２１及び第２参照部２２の静電容量には、例えば、特性曲線３０ａ或いは特性曲線３０ｂにおける、比較的直線的な部分に対応する静電容量の値を設定することができる。これにより、特性曲線３０ａ或いは特性曲線３０ｂにおける２点間の変化率の比で表される感度補正係数ａ（及びそれを用いたオフセット係数ｂ）の精度を高めることができる。

【0045】

図３に戻り、静電容量算出部２６による電極対１１の間の静電容量算出（ステップＳ７，Ｓ８）後は、比誘電率算出部２７により、電極対１１の間にある雪の比誘電率が算出される（ステップＳ９）。

【0046】

電極対１１の間の静電容量をＣ、電極対１１の間にある雪の比誘電率をεｒとすると、比誘電率εｒは、次の式（４ａ）のように表される。
εｒ＝ｋ×Ｃ／ε０ ・・・（４ａ）
式（４）において、ε０は真空の誘電率である。ｋは、変換係数であり、例えば、電極対１１の対向する電極１１ａと電極１１ｂの面積をＡ、電極１１ａと電極１１ｂの間の距離をＬとすると、次の式（４ｂ）で表される。

【0047】

ｋ＝Ｌ／Ａ ・・・（４ｂ）
比誘電率算出部２７は、式（４ａ），（４ｂ）で表されるような関係（関係式）を備えている。比誘電率算出部２７では、真空の誘電率ε０及び変換係数ｋ（面積Ａ及び距離Ｌ）、並びに、静電容量算出部２６によって算出された電極対１１の間の静電容量Ｃが用いられ、式（４ａ），（４ｂ）より、電極対１１の間にある雪の比誘電率εｒが算出される。

【0048】

比誘電率算出部２７による電極対１１の間にある雪の比誘電率の算出後は、雪密度算出部２８により、その雪の密度が算出される（ステップＳ１０）。
電極対１１の間にある雪の比誘電率をεｒ、雪密度をρとすると、雪密度ρは、次の式（５）のように表される。

【0049】

ρ＝ｊ×εｒ ・・・（５）
式（５）において、ｊは実験或いはシミュレーションにより求められる係数である。雪密度算出部２８は、式（５）で表されるような関係（関係式）を備えている。雪密度算出部２８では、係数ｊ、及び比誘電率算出部２７によって算出された比誘電率εｒが用いられ、式（５）より、電極対１１の間にある雪の密度ρが算出される。

【0050】

算出された雪密度ρは、雪密度出力部２９によって検出回路２０の外部に出力される（ステップＳ１１）。
以上のように、雪密度センサ１Ａでは、異なる既知の静電容量のキャパシタをそれぞれ備える第１参照部２１及び第２参照部２２を用いて基準の特性曲線を補正し、電極対１１の間の静電容量を算出する。そして、算出した静電容量から比誘電率を算出し、更に雪密度を算出する。雪密度センサ１Ａによれば、計測環境の温度変化等による回路特性の変化がある場合でも、電極対１１の間の適正な静電容量を計測することができ、比誘電率、雪密度を高精度に計測することができる。

【0051】

尚、ここでは、電極対１１、第１参照部２１、第２参照部２２の順に出力電圧を検出し（ステップＳ１〜Ｓ６）、基準の特性曲線３０ａを補正し（ステップＳ７）、補正後の特性曲線３０ｂを用いて静電容量を算出する（ステップＳ８）場合を例示した。これらの処理の順序は、上記の例に限定されるものではない。基準の特性曲線３０ａの補正前までに第１参照部２１及び第２参照部２２の出力電圧が検出され、補正後の特性曲線３０ｂを用いた静電容量の算出前までに電極対１１の出力電圧が検出されていればよい。

【0052】

また、ここでは、既知の静電容量を備える第１参照部２１と第２参照部２２の２つを設ける場合を例示したが、既知の静電容量を備える３つ以上の参照部を設けることもできる。３つ以上の参照部を設ける場合も、上記同様の雪密度計測処理を行うことができる。静電容量既知の参照部を増やすことで、基準の特性曲線３０ａを補正する際の精度を高めることが可能になる。

【0053】

また、雪密度センサ１Ａの検出回路２０の処理機能は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）等の素子を用いて実現可能である。これらの素子のうち１種を用いて検出回路２０の処理機能を実現してもよく、これらの素子のうち２種以上を組み合わせて、検出回路２０の処理機能を実現してもよい。

【0054】

次に、第２の実施の形態について説明する。
図５は第２の実施の形態に係る雪密度センサの構成例を示す図である。
図５に示す雪密度センサ１Ｂは、その検出回路２０に、静電容量が可変の可変容量キャパシタ３１ａを備える参照部３１、及びその可変容量キャパシタ３１ａの静電容量を制御する可変容量制御部３２を含んでいる。

【0055】

雪密度センサ１Ｂにおける参照部３１の可変容量キャパシタ３１ａの静電容量は、可変容量制御部３２により、例えば、１ｐＦ〜１０ｐＦの範囲に設定される。参照部３１の可変容量キャパシタ３１ａは、スイッチ部２３と接続可能とされている。スイッチ部２３は、検出部２４の接続先を検知部１０の電極対１１及び参照部３１の可変容量キャパシタ３１ａのいずれかに切り替える。検出部２４は、入力信号を、スイッチ部２３によって検出部２４と接続された電極対１１及び可変容量キャパシタ３１ａのいずれかに供給し、それによって出力される出力信号を検出する。

【0056】

可変容量制御部３２は、参照部３１の可変容量キャパシタ３１ａの静電容量を２種以上の値に設定（制御）する。検出部２４は、スイッチ部２３により、第１の値の静電容量に設定された可変容量キャパシタ３１ａと接続された場合、その静電容量に設定された可変容量キャパシタ３１ａに入力信号を供給し、その静電容量に応じた出力信号を検出する。検出部２４は、スイッチ部２３により、第２の値の静電容量に設定された可変容量キャパシタ３１ａと接続された場合、その静電容量に設定された可変容量キャパシタ３１ａに入力信号を供給し、その静電容量に応じた出力信号を検出する。可変容量キャパシタ３１ａの静電容量が第３以降の値に設定される場合も同様に、その値に応じた出力信号が検出される。

【0057】

尚、上記同様、検出部２４は、スイッチ部２３により、電極対１１と接続された場合には、電極対１１に入力信号を供給し、電極対１１からその電極１１ａと電極１１ｂの間の静電容量に応じた出力信号を検出する。

【0058】

検出部２４は、例えば、入力信号として、電極対１１及び可変容量キャパシタ３１ａの各々の一方の電極（印加電極）に交流電圧を印加し、もう一方の電極（検出電極）に流れる電流値を検出してそれを電圧に変換し、出力信号として検出する。

【0059】

記録部２５は、検出部２４によって検出される電極対１１からの出力信号、及び可変容量キャパシタ３１ａからの出力信号を、それぞれ記録する。
静電容量算出部２６は、電極対１１及び可変容量キャパシタ３１ａからの出力信号に基づいて、電極対１１の間の静電容量を算出する。

【0060】

例えば、静電容量算出部２６は、実験やシミュレーションで求められた基準の特性曲線（関係式）を備えている。更に、静電容量算出部２６は、可変容量制御部３２によって変更される可変容量キャパシタ３１ａの静電容量の情報を備える。静電容量算出部２６は、静電容量を複数種の値に変更した可変容量キャパシタ３１ａからの出力信号に基づいて、基準の特性曲線を補正し、補正された特性曲線と、検出部２４で検出された電極対１１からの出力信号を用いて、電極対１１の間の静電容量を算出する。

【0061】

静電容量算出部２６は、基準の特性曲線を持たない構成とすることもできる。この場合、静電容量算出部２６は、静電容量を複数種の値に変更した可変容量キャパシタ３１ａからの出力信号に基づいて、特性曲線を生成し、生成した特性曲線と、検出部２４で検出された電極対１１からの出力信号を用いて、電極対１１の間の静電容量を算出する。或いは、静電容量算出部２６は、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量を変更しながら出力信号を検出し、電極対１１からの出力信号に一致又は近似する時の静電容量を、電極対１１の間の静電容量とする。

【0062】

比誘電率算出部２７は、静電容量算出部２６によって算出された、電極対１１の間の静電容量を用いて、電極対１１の間に存在する雪の比誘電率を算出する。
雪密度算出部２８は、比誘電率算出部２７によって算出された、電極対１１の間に存在する雪の比誘電率を用いて、その雪の密度を算出する。

【0063】

雪密度出力部２９は、雪密度算出部２８によって算出された雪密度のデータを、検出回路２０の外部に出力する。
続いて、上記のような構成を有する雪密度センサ１Ｂの雪密度計測処理について説明する。

【0064】

まず、雪密度計測処理の第１の例について述べる。
図６は第２の実施の形態に係る雪密度計測処理の第１の例を示す図である。
雪密度の計測の際、雪密度センサ１Ｂは、屋外等、所定の環境に設置され、電極対１１の間には計測対象である雪が存在している。

【0065】

この図６に示す第１の例では、まず、スイッチ部２３により、検出部２４の接続先が検知部１０の電極対１１に切り替えられる（ステップＳ２０）。そして、検出部２４により、所定の入力信号が電極対１１に供給され、間に雪が存在する電極対１１からその静電容量に応じた出力信号（出力電圧）が検出される（ステップＳ２１）。検出された電極対１１の出力電圧は、記録部２５に記録される。

【0066】

次いで、スイッチ部２３により、検出部２４の接続先が参照部３１の可変容量キャパシタ３１ａに切り替えられる（ステップＳ２２）。参照部３１の可変容量キャパシタ３１ａは、可変容量制御部３２によって、所定の静電容量に設定（変更）される（ステップＳ２３）。そして、検出部２４により、所定の入力信号が可変容量キャパシタ３１ａに供給され、参照部３１からその可変容量キャパシタ３１ａの静電容量に応じた出力信号（出力電圧）が検出される（ステップＳ２４）。検出された参照部３１の出力電圧は、記録部２５に記録される。

【0067】

雪密度センサ１Ｂでは、このステップＳ２３，Ｓ２４の処理が、Ｎ回（Ｎは２以上の整数）繰り返される（ステップＳ２５）。可変容量キャパシタ３１ａの静電容量は、繰り返しの度に可変容量制御部３２によってその値が変更され、検出部２４によってその値に応じた出力電圧が検出され、記録部２５に記録される。

【0068】

次いで、静電容量算出部２６により、静電容量が複数種の値に変更された参照部３１の可変容量キャパシタ３１ａからの出力電圧に基づいて、基準の特性曲線が補正される（ステップＳ２６）。そして、補正後の特性曲線と、電極対１１からの出力電圧が用いられ、電極対１１の間の静電容量が算出される（ステップＳ２７）。

【0069】

基準の特性曲線３０ａは、例えば、上記図４の実線、式（１ａ）に示すような関係を有し、実験やシミュレーションにより求められる。静電容量算出部２６は、このようにして求められた基準の特性曲線３０ａを備える。また、静電容量算出部２６は、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量の情報を備える。静電容量算出部２６は、その基準の特性曲線３０ａを、静電容量が複数種の値に変更される可変容量キャパシタ３１ａからの出力電圧に基づいて補正する。

【0070】

例えば、静電容量が２種の値に変更された可変容量キャパシタ３１ａからそれぞれ出力電圧を検出する場合（Ｎ＝２の場合）を想定する。この場合、可変容量キャパシタ３１ａの２種の静電容量をそれぞれＣｒ１及びＣｒ２、出力電圧をＶｒ１及びＶｒ２、基準の特性曲線３０ａにおける静電容量Ｃｒ１及びＣｒ２に対応する出力電圧をＶｒｒ１及びＶｒｒ２とする。この時、感度補正係数ａ及びオフセット係数ｂは、それぞれ上記の式（２）及び式（３）により近似できる。

【0071】

検出された出力電圧Ｖｒ１及びＶｒ２、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量Ｃｒ１及びＣｒ２、並びに、基準の特性曲線３０ａから得られる出力電圧Ｖｒｒ１及びＶｒｒ２が用いられ、式（２），（３）より、感度補正係数ａ及びオフセット係数ｂが求められる。求められた感度補正係数ａ及びオフセット係数ｂを上記の式（１ｂ）に適用することで、計測環境の温度変化による回路特性の変動を含めた、補正後の特性曲線３０ｂが得られる。得られた補正後の特性曲線３０ｂ（式（１ｂ））において、電極対１１から検出された出力電圧（例えば図４の出力電圧Ｖｅ）が代入されることで、電極対１１の間の静電容量（例えば図４の静電容量Ｃｅ）が算出される。

【0072】

静電容量算出部２６では、このようにして基準の特性曲線３０ａが補正され、補正後の特性曲線３０ｂが用いられて、電極対１１の間の静電容量が算出される。
尚、基準の特性曲線３０ａには、所定の温度条件の下で実験やシミュレーションにより求められたもののほか、雪密度センサ１Ｂの設置環境の温度を考慮した条件の下で求められたものを用いることができる。また、可変容量キャパシタ３１ａで実現する複数種の静電容量は、各々予め設定された所定の値にすることができる。雪密度センサ１Ｂの設置環境に応じて、各々の静電容量の値やそれらの差分を設定してもよい。

【0073】

静電容量算出部２６による電極対１１の間の静電容量算出後は、比誘電率算出部２７により、電極対１１の間にある雪の比誘電率が算出される（ステップＳ２８）。比誘電率算出部２７は、上記の式（４ａ），（４ｂ）で表されるような関係式を備えている。比誘電率算出部２７では、式（４ａ），（４ｂ）の真空の誘電率ε０及び変換係数ｋ（面積Ａ及び距離Ｌ）、並びに、静電容量算出部２６によって算出された電極対１１の間の静電容量Ｃが用いられ、電極対１１の間にある雪の比誘電率εｒが算出される。

【0074】

比誘電率算出部２７による電極対１１の間にある雪の比誘電率の算出後は、雪密度算出部２８により、その雪の密度が算出される（ステップＳ２９）。雪密度算出部２８は、上記の式（５）で表されるような関係式を備えている。雪密度算出部２８では、式（５）の係数ｊ、及び比誘電率算出部２７によって算出された比誘電率εｒが用いられ、電極対１１の間にある雪の密度ρが算出される。

【0075】

算出された雪密度ρは、雪密度出力部２９によって検出回路２０の外部に出力される（ステップＳ３０）。
以上のように、雪密度センサ１Ｂの第１の例に示す雪密度計測処理では、静電容量が可変の可変容量キャパシタ３１ａを備える参照部３１を用いて基準の特性曲線を補正し、電極対１１の間の静電容量を算出する。そして、算出した静電容量から比誘電率を算出し、更に雪密度を算出する。これにより、計測環境の温度変化等による回路特性の変化がある場合でも、電極対１１の間の適正な静電容量を計測することができ、比誘電率、雪密度を高精度に計測することができる。

【0076】

尚、ここでは、電極対１１、参照部３１の順に出力電圧を検出し（ステップＳ２０〜Ｓ２５）、基準の特性曲線３０ａを補正し（ステップＳ２６）、補正後の特性曲線３０ｂを用いて静電容量を算出する（ステップＳ２７）場合を例示した。これらの処理の順序は、上記の例に限定されるものではない。基準の特性曲線３０ａの補正前までに参照部３１の出力電圧が検出され、補正後の特性曲線３０ｂを用いた静電容量の算出前までに電極対１１の出力電圧が検出されていればよい。

【0077】

また、上記第１の例に示したような雪密度計測処理を行う雪密度センサ１Ｂにおける検出回路２０の処理機能は、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ等の素子を１種又は２種以上用いて実現可能である。

【0078】

続いて、雪密度計測処理の第２の例について述べる。
図７は第２の実施の形態に係る雪密度計測処理の第２の例を示す図である。
この図７に示す第２の例では、まず、スイッチ部２３により、検出部２４の接続先が検知部１０の電極対１１に切り替えられ（ステップＳ４０）、検出部２４により、間に雪が存在する電極対１１からその静電容量に応じた出力電圧が検出される（ステップＳ４１）。検出された電極対１１の出力電圧は、記録部２５に記録される。

【0079】

次いで、スイッチ部２３により、検出部２４の接続先が参照部３１の可変容量キャパシタ３１ａに切り替えられ（ステップＳ４２）、可変容量制御部３２により、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量が所定の値に設定（変更）される（ステップＳ４３）。そして、検出部２４により、所定の入力信号が可変容量キャパシタ３１ａに供給され、参照部３１からその可変容量キャパシタ３１ａの静電容量に応じた出力電圧が検出される（ステップＳ４４）。検出された参照部３１の出力電圧は、記録部２５に記録される。

【0080】

雪密度センサ１Ｂでは、このステップＳ４３，Ｓ４４の処理が、Ｎ回（Ｎは２以上の整数）繰り返される（ステップＳ４５）。可変容量キャパシタ３１ａの静電容量は、繰り返しの度に可変容量制御部３２によってその値が変更され、検出部２４によってその値に応じた出力電圧が検出され、記録部２５に記録される。

【0081】

次いで、静電容量算出部２６により、静電容量が複数種の値に変更された可変容量キャパシタ３１ａからの出力電圧に基づき、最小二乗法を用いて、出力電圧と静電容量の関係式、即ち特性曲線が生成される（ステップＳ４６）。そして、生成された特性曲線と、電極対１１からの出力電圧が用いられ、電極対１１の間の静電容量が算出される（ステップＳ４７）。

【0082】

ここで、特性曲線の生成処理、及び生成された特性曲線を用いた静電容量の算出処理について説明する。
生成される特性曲線は、次の式（６ａ）で表される。

【0083】

Ｃ＝ｆ２（Ｖ） ・・・（６ａ）
式（６ａ）において、Ｃは静電容量、Ｖは出力電圧である。ｆ２（Ｖ）は、出力電圧Ｖの関数であって、静電容量が複数種の値に変更された可変容量キャパシタ３１ａから計測される出力電圧に基づき、最小二乗法を用いて求められる。ｆ２（Ｖ）は、計測回数にもよるが、例えば、係数ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２を用いて、次の式（６ｂ）のように表される。

【0084】

ｆ２（Ｖ）＝ａ２×Ｖ³＋ｂ２×Ｖ²＋ｃ２×Ｖ＋ｄ２ ・・・（６ｂ）
このように最小二乗法を用いて求められた特性曲線の式に、電極対１１から計測される出力電圧Ｖを代入することで、電極対１１の間の静電容量Ｃが算出される。

【0085】

尚、可変容量キャパシタ３１ａで実現する複数種の静電容量は、各々予め設定された所定の値にすることができる。雪密度センサ１Ｂの設置環境に応じて、各々の静電容量の値やそれらの差分を設定してもよい。

【0086】

静電容量算出部２６による電極対１１の間の静電容量算出後は、比誘電率算出部２７により、電極対１１の間にある雪の比誘電率が算出される（ステップＳ４８）。比誘電率算出部２７は、上記の式（４ａ），（４ｂ）で表されるような関係式を備えている。比誘電率算出部２７では、式（４ａ），（４ｂ）の真空の誘電率ε０及び変換係数ｋ（面積Ａ及び距離Ｌ）、並びに、静電容量算出部２６によって算出された電極対１１の間の静電容量Ｃが用いられ、電極対１１の間にある雪の比誘電率εｒが算出される。

【0087】

比誘電率算出部２７による電極対１１の間にある雪の比誘電率の算出後は、雪密度算出部２８により、その雪の密度が算出される（ステップＳ４９）。雪密度算出部２８は、上記の式（５）で表されるような関係式を備えている。雪密度算出部２８では、式（５）の係数ｊ、及び比誘電率算出部２７によって算出された比誘電率εｒが用いられ、電極対１１の間にある雪の密度ρが算出される。

【0088】

算出された雪密度ρは、雪密度出力部２９によって検出回路２０の外部に出力される（ステップＳ５０）。
以上のように、雪密度センサ１Ｂの第２の例に示す雪密度計測処理では、静電容量が可変の可変容量キャパシタ３１ａを備える参照部３１を用いて特性曲線を生成し、電極対１１の間の静電容量を算出する。そして、算出した静電容量から比誘電率を算出し、更に雪密度を算出する。これにより、計測環境の温度変化等による回路特性の変化がある場合でも、電極対１１の間の適正な静電容量を計測することができ、比誘電率、雪密度を高精度に計測することができる。

【0089】

尚、ここでは、電極対１１、参照部３１の順に出力電圧を検出し（ステップＳ４０〜Ｓ４５）、特性曲線を生成し（ステップＳ４６）、生成した特性曲線を用いて静電容量を算出する（ステップＳ４７）場合を例示した。これらの処理の順序は、上記の例に限定されるものではない。特性曲線の生成前までに参照部３１の出力電圧が検出され、生成した特性曲線を用いた静電容量の算出前までに電極対１１の出力電圧が検出されていればよい。

【0090】

また、上記第２の例に示したような雪密度計測処理を行う雪密度センサ１Ｂにおける検出回路２０の処理機能は、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ等の素子を１種又は２種以上用いて実現可能である。

【0091】

尚、上記第２の例では、可変容量キャパシタ３１ａを用いて特性曲線を生成するようにした。このほか、複数個のキャパシタ（静電容量が既知で各々の静電容量が異なるもの）を用い、それらの静電容量とそれらからの出力電圧を用いて、特性曲線の生成を行うようにすることもできる。

【0092】

続いて、雪密度計測処理の第３の例について述べる。
図８は第２の実施の形態に係る雪密度計測処理の第３の例を示す図である。
この図８に示す第２の例では、まず、スイッチ部２３により、検出部２４の接続先が検知部１０の電極対１１に切り替えられ（ステップＳ６０）、検出部２４により、間に雪が存在する電極対１１のその静電容量に応じた出力電圧が検出される（ステップＳ６１）。検出された電極対１１の出力電圧は、記録部２５に記録される。

【0093】

次いで、スイッチ部２３により、検出部２４の接続先が参照部３１の可変容量キャパシタ３１ａに切り替えられる（ステップＳ６２）。次いで、可変容量制御部３２により、参照部３１の可変容量キャパシタ３１ａの静電容量が所定の値、この例ではその可変容量キャパシタ３１ａの可変容量範囲の中央値に設定される（ステップＳ６３）。そして、検出部２４により、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量に応じた出力電圧が検出される（ステップＳ６４）。検出された参照部３１の出力電圧は、記録部２５に記録される。

【0094】

次いで、静電容量算出部２６により、参照部３１の可変容量キャパシタ３１ａから計測された出力電圧と、電極対１１から計測された出力電圧との差分が求められる（ステップＳ６５）。静電容量算出部２６では、求められた可変容量キャパシタ３１ａと電極対１１の出力電圧の差分が、設定された閾値以下であるか否かが判定される（ステップＳ６６）。静電容量算出部２６では、その差分が閾値以下と判定された場合、この判定時の出力電圧が計測された可変容量キャパシタ３１ａの静電容量が、電極対１１の間の静電容量とされる（ステップＳ６７）。

【0095】

静電容量算出部２６において、求められた可変容量キャパシタ３１ａと電極対１１の出力電圧の差分が、設定された閾値を上回ると判定された場合には（ステップＳ６６）、可変容量制御部３２により、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量が所定の値に変更される（ステップＳ６８）。その際、可変容量制御部３２は、可変容量キャパシタ３１ａと電極対１１の出力電圧の差分に応じて、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量を変更する。［可変容量キャパシタ３１ａの出力電圧］＞［電極対１１の出力電圧］の場合には、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量を、より小さな値に変更する。［可変容量キャパシタ３１ａの出力電圧］＜［電極対１１の出力電圧］の場合には、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量を、より大きな値に変更する。

【0096】

このようにして可変容量キャパシタ３１ａの静電容量が変更された後、ステップＳ６４以降の処理が実行される。即ち、検出部２４により、静電容量変更後の可変容量キャパシタ３１ａの出力電圧が検出され（ステップＳ６４）、その出力電圧と、電極対１１の出力電圧との差分が求められ（ステップＳ６５）、その差分が閾値以下であるか否かが判定される（ステップＳ６６）。差分が閾値を上回ると判定された場合には、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量が変更される（ステップＳ６８）。静電容量算出部２６及び可変容量制御部３２は、このような処理を、差分が閾値以下となるまで繰り返す。

【0097】

尚、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量を変更する際、その静電容量の変更量は、一定量ずつの変更量でもよいし、二分探索に基づいた変更量でもよい。
雪密度センサ１Ｂでは、このように可変容量キャパシタ３１ａと電極対１１の出力電圧の差分が閾値以下になる時の、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量が、電極対１１の間の静電容量として決定される（ステップＳ６７）。

【0098】

静電容量算出部２６による電極対１１の間の静電容量算出後は、比誘電率算出部２７により、電極対１１の間にある雪の比誘電率が算出される（ステップＳ６９）。比誘電率算出部２７は、上記の式（４ａ），（４ｂ）で表されるような関係式を備えている。比誘電率算出部２７では、式（４ａ），（４ｂ）の真空の誘電率ε０及び変換係数ｋ（面積Ａ及び距離Ｌ）、並びに、静電容量算出部２６によって算出された電極対１１の間の静電容量Ｃが用いられ、電極対１１の間にある雪の比誘電率εｒが算出される。

【0099】

比誘電率算出部２７による電極対１１の間にある雪の比誘電率の算出後は、雪密度算出部２８により、その雪の密度が算出される（ステップＳ７０）。雪密度算出部２８は、上記の式（５）で表されるような関係式を備えている。雪密度算出部２８では、式（５）の係数ｊ、及び比誘電率算出部２７によって算出された比誘電率εｒが用いられ、電極対１１の間にある雪の密度ρが算出される。

【0100】

算出された雪密度ρは、雪密度出力部２９によって検出回路２０の外部に出力される（ステップＳ７１）。
以上のように、雪密度センサ１Ｂの第３の例に示す雪密度計測処理では、静電容量が可変の可変容量キャパシタ３１ａを備える参照部３１を用いる。この第３の例に示す雪密度計測処理では、電極対１１の出力電圧との差分が閾値以下となる出力電圧が参照部３１から得られる時の、その可変容量キャパシタ３１ａの静電容量を、電極対１１の間の静電容量として決定する。そして、決定した静電容量から比誘電率を算出し、更に雪密度を算出する。これにより、計測環境の温度変化等による回路特性の変化がある場合でも、電極対１１の間の適正な静電容量を計測することができ、比誘電率、雪密度を高精度に計測することができる。

【0101】

尚、ここでは、電極対１１、参照部３１の順に出力電圧を検出する（ステップＳ６０〜Ｓ６４）場合を例示したが、検出の順序は、上記の例に限定されるものではなく、参照部３１、電極対１１の順に出力電圧を検出するようにしてもよい。

【0102】

また、上記第３の例に示したような雪密度計測処理を行う雪密度センサ１Ｂにおける検出回路２０の処理機能は、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ等の素子を１種又は２種以上用いて実現可能である。

【0103】

尚、上記第３の例では、可変容量キャパシタ３１ａを用い、その出力電圧と電極対１１の出力電圧との差分が閾値を上回る場合、可変容量キャパシタ３１ａの静電容量を変更するようにした。このほか、複数個のキャパシタ（静電容量が既知で各々の静電容量が異なるもの）を用いることもできる。この場合は、まず、それらのキャパシタのうちの１つでその出力電圧と電極対１１の出力電圧との差分を閾値と比較し、差分が閾値を上回る場合に、別の１つで同様にその出力電圧と電極対１１の出力電圧との差分を閾値と比較する。差分が閾値以下となった時のキャパシタの静電容量を、電極対１１の間の静電容量として決定する。

【0104】

以上、雪密度センサ１Ａ，１Ｂを例に説明したが、上記手法は、雪密度センサのほか、様々な計測装置に適用可能である。例えば、上記手法は、土壌の静電容量、比誘電率、密度、含有水分量等を計測する計測装置にも同様に適用可能である。

【0105】

また、以上の説明では、電極対の間の静電容量を求めた後、その静電容量から電極対の間にある物質の比誘電率を求め、その比誘電率から電極対の間にある物質の密度を求め、その密度を出力する計測装置を例示した。このほか、静電容量を求めてそれを出力する静電容量の計測装置、比誘電率を求めてそれを出力する比誘電率の計測装置を実現することもできる。

【0106】

以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 一対の電極と、
第１キャパシタを備える参照部と、
前記一対の電極及び前記第１キャパシタの出力を検出する検出部と、
前記検出部を前記一対の電極又は前記第１キャパシタに接続するスイッチ部と、
前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第１出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第１キャパシタの第２出力を用いて、前記一対の電極間の第１静電容量を算出する第１算出部と
を含むことを特徴とする計測装置。

【0107】

（付記２） 前記参照部は、第２キャパシタを備え、
前記検出部は、前記一対の電極、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの出力を検出し、
前記スイッチ部は、前記検出部を前記一対の電極、前記第１キャパシタ又は前記第２キャパシタに接続し、
前記第１算出部は、前記第１出力、前記第２出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第２キャパシタの第３出力を用いて、前記第１静電容量を算出することを特徴とする付記１に記載の計測装置。

【0108】

（付記３） 前記第１キャパシタは、可変容量キャパシタであり、
前記第１算出部は、前記第１出力、前記第２出力、及び、前記第１キャパシタの容量を変化させた第２キャパシタの第３出力を用いて、前記第１静電容量を算出することを特徴とする付記１に記載の計測装置。

【0109】

（付記４） 前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係式を有し、
前記第１算出部は、
前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの静電容量、並びに、前記第２出力及び前記第３出力に基づいて、前記関係式を補正し、
補正された前記関係式及び前記第１出力を用いて、前記第１静電容量を算出することを特徴とする付記２又は３に記載の計測装置。

【0110】

（付記５） 前記第１算出部は、
前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの静電容量、並びに、前記第２出力及び前記第３出力に基づいて、前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係式を生成し、
生成された前記関係式及び前記第１出力を用いて、前記第１静電容量を算出することを特徴とする付記２又は３に記載の計測装置。

【0111】

（付記６） 前記第１算出部は、
前記第１出力と前記第２出力との第１差分を算出して前記第１差分を設定値と比較し、
前記第１差分が前記設定値以下である時に、前記第１キャパシタの静電容量を、前記第１静電容量に決定し、
前記第１出力と前記第３出力との第２差分を算出して前記第２差分を前記設定値と比較し、
前記第２差分が前記設定値以下である時に、前記第２キャパシタの静電容量を、前記第１静電容量に決定することを特徴とする付記２又は３に記載の計測装置。

【0112】

（付記７） 算出された前記第１静電容量を用いて、前記一対の電極間の物質の比誘電率を算出する第２算出部を更に含むことを特徴とする付記１乃至６のいずれかに記載の計測装置。

【0113】

（付記８） 算出された前記比誘電率を用いて、前記物質の密度を算出する第３算出部を更に含むことを特徴とする付記７に記載の計測装置。
（付記９） 前記一対の電極及び前記参照部は、同等の温度環境下に配置されることを特徴とする付記１乃至８のいずれかに記載の計測装置。

【0114】

（付記１０） 一対の電極と、第１キャパシタを備える参照部と、前記一対の電極及び前記第１キャパシタの出力を検出する検出部と、前記検出部を前記一対の電極又は前記第１キャパシタに接続するスイッチ部と、前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記一対の電極の第１出力、及び前記スイッチ部によって前記検出部に接続された前記第１キャパシタの第２出力を用いて、前記一対の電極間の第１静電容量を算出する算出部とを含む計測装置を用いた計測方法であって、
前記一対の電極を、計測対象の物質を挟んで配置する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記一対の電極に接続し、前記検出部によって前記第１出力を検出する工程と、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記第１キャパシタに接続し、前記検出部によって前記第２出力を検出する工程と、
前記算出部によって前記第１出力及び前記第２出力を用いて、前記第１静電容量を算出する工程と
を含むことを特徴とする計測方法。

【0115】

（付記１１） 前記参照部は、第２キャパシタを備え、
前記スイッチ部によって前記検出部を前記第２キャパシタに接続し、前記検出部によって前記第２キャパシタの第３出力を検出する工程を含み、
前記算出部によって前記第１静電容量を算出する工程では、前記第１出力、前記第２出力及び前記第３出力を用いて、前記第１静電容量を算出することを特徴とする付記１０に記載の計測方法。

【0116】

（付記１２） 前記第１キャパシタは、可変容量キャパシタであり、
前記算出部によって前記第１静電容量を算出する工程では、前記第１出力、前記第２出力、及び、前記第１キャパシタの容量を変化させた第２キャパシタの第３出力を用いて、前記第１静電容量を算出することを特徴とする付記１０に記載の計測方法。

【0117】

（付記１３） 前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係式を有し、
前記算出部によって前記第１静電容量を算出する工程は、
前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの静電容量、並びに、前記第２出力及び前記第３出力に基づいて、前記関係式を補正する工程と、
補正された前記関係式及び前記第１出力を用いて、前記第１静電容量を算出する工程と
を含むことを特徴とする付記１１又は１２に記載の計測方法。

【0118】

（付記１４） 前記算出部によって前記第１静電容量を算出する工程は、
前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの静電容量、並びに、前記第２出力及び前記第３出力に基づいて、前記一対の電極間の静電容量と前記一対の電極からの出力との関係式を生成する工程と、
生成された前記関係式及び前記第１出力を用いて、前記第１静電容量を算出する工程と を含むことを特徴とする付記１１又は１２に記載の計測方法。

【0119】

（付記１５） 前記算出部によって前記第１静電容量を算出する工程は、
前記第１出力と前記第２出力との第１差分を算出して前記第１差分を設定値と比較する工程と、
前記第１差分が前記設定値以下である時に、前記第１キャパシタの静電容量を、前記第１静電容量に決定する工程と、
前記第１出力と前記第３出力との第２差分を算出して前記第２差分を前記設定値と比較する工程と、
前記第２差分が前記設定値以下である時に、前記第２キャパシタの静電容量を、前記第１静電容量に決定する工程と
を含むことを特徴とする付記１１又は１２に記載の計測方法。

【0120】

（付記１６） 前記一対の電極を配置する工程前に、前記一対の電極及び前記参照部を、同等の温度環境下に配置する工程を更に含むことを特徴とする付記１１乃至１６のいずれかに記載の計測方法。

【符号の説明】

【0121】

１Ａ，１Ｂ 雪密度センサ
１０ 検知部
１１ 電極対
１１ａ，１１ｂ 電極
２０ 検出回路
２０ａ，３１ 参照部
２１ 第１参照部
２１ａ 第１キャパシタ
２２ 第２参照部
２２ａ 第２キャパシタ
２３ スイッチ部
２４ 検出部
２５ 記録部
２６ 静電容量算出部
２７ 比誘電率算出部
２８ 雪密度算出部
２９ 雪密度出力部
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 特性曲線
３１ａ 可変容量キャパシタ
３２ 可変容量制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】