電磁波強度分布測定装置
【課題】簡易な構成で、電磁波強度分布の測定を高精度に行う電磁波強度分布測定装置を提供する。
【解決手段】一定の立体角を有する筒状のセンサ保持部材２１の一端に紫外線センサ２２を固定し、他端側を、半円球状のセンサ取付け部材１０に形成した貫通孔１１を貫通して、センサ取付け部材１０の表面側に突出させ、センサ取付け部材１０を挟んで両側から六角ナット２３で締めつけて固定する。同様にして同一の立体角を有するセンサ保持部材２１に固定された全ての紫外線センサ２２をセンサ取付け部材１０に取り付ける。そして、各紫外線センサ２２のセンサ信号をデータ処理装置６０で取り込み、これを現在時刻と対応付けて記憶装置６５に格納する。
【解決手段】一定の立体角を有する筒状のセンサ保持部材２１の一端に紫外線センサ２２を固定し、他端側を、半円球状のセンサ取付け部材１０に形成した貫通孔１１を貫通して、センサ取付け部材１０の表面側に突出させ、センサ取付け部材１０を挟んで両側から六角ナット２３で締めつけて固定する。同様にして同一の立体角を有するセンサ保持部材２１に固定された全ての紫外線センサ２２をセンサ取付け部材１０に取り付ける。そして、各紫外線センサ２２のセンサ信号をデータ処理装置６０で取り込み、これを現在時刻と対応付けて記憶装置６５に格納する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線などの電磁波の強度分布を自動測定する電磁波強度分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、天空の放射輝度分布測定を行う装置として、機械式天空放射輝度分布測定装置が知られている。
この機械式天空放射輝度分布測定装置は、天空輝度測定用のセンサと、これらセンサを垂直面内で回転させる高度角制御用モータと、水平面内で回転させる方位角制御用モータと、を備えている。そして、高度角制御用モータと方位角制御用モータとを駆動制御することにより、順次高度角を変更させながら水平面内で回転させることによって、全天空に対して、センサを走査させるようになっている。（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“気象観測機器 Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、ＥＫＯ、[平成２２年１１月１１日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.eko.co.jp/eco/a/a0501.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記機械式天空放射輝度分布測定装置の場合、高度角制御用モータおよび方位角制御用モータによってセンサを走査させる構成となっている。このため、全天空の放射輝度分布を測定するためには、センサを、全天空に対して走査させつつ天空の所定の測定点において放射輝度測定を行う必要がある。
このように、放射輝度測定を行いつつセンサを走査させる場合、センサを測定点位置まで移動させるのに時間を要する。そのため、計測すべき測定点が多い場合には、全ての測定点における測定が終了するまでに、ある程度の測定時間を要することになる。
【０００５】
ここで、天空の放射輝度は、天候の状態の影響、特に雲の影響をうける。そのため、測定時間が長ければ長いほど空の状態が変化する可能性が高くなり、測定時間中に雲の移動が生じると、この雲の移動により放射輝度が変化してしまう。
特に、このような機械式天空放射輝度分布測定装置を用いて紫外線を測定し、これにより得た紫外線強度分布を、紫外線被曝のような１５分から２０分程度で皮膚に日焼けが発生するような現象に関する研究資料として用いる場合等には、天空から降り注ぐ放射を正確に把握する必要があるため、雲の移動などによる放射強度変化は好ましくない。
【０００６】
また、放射輝度の最も強い、夏季の正午前後の太陽の移動は速い。そのため、測定に時間を要していては放射輝度分布そのものが変化してしまう。
また、測定時間が長いほど、測定開始初期における環境と測定終了時における環境とは異なる可能性があるため、測定開始初期の測定点における測定結果と測定終了時の測定点における測定結果とを一つの放射輝度分布上に表現することは、前述のように雲の状態による影響を受けている可能性があるため、本来矛盾することである。
【０００７】
さらに、放射輝度分布の測定は屋外で行うため、埃や雨の影響をうけやすく、且つ機械駆動部分があるため、劣化、磨耗などによる故障につながる原因となる。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題点に着目してなされたものであり、電磁波強度分布を容易に且つ高精度に検出することの可能な電磁波強度分布測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる電磁波強度分布測定装置は、電磁波強度を測定する複数のセンサと、当該複数のセンサを、同一且つ一定の立体角で保持し且つ前記センサを互いに異なる方向となる一定の相対位置で保持する保持手段と、前記複数のセンサのセンサ信号のデータ処理を行うデータ処理手段と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２にかかる電磁波強度分布測定装置は、前記保持手段は、前記センサのキャリブレーションを行うための治具を、前記センサと対向する位置に位置決めするための案内部を備えることを特徴としている。
また、請求項３にかかる電磁波強度分布測定装置は、前記保持手段は、半円球状のセンサ取付け部材と、前記センサ毎に設けられ、前記立体角を有する筒状に形成された一方の端部に前記センサが固定され且つ他方の端部側は前記センサ取付け部材を貫通して表面側から突出して前記センサ取付け部材に固定されるセンサ保持部材と、で構成され、前記センサ保持部材の前記筒状の内面部分が前記案内部を形成することを特徴としている。
さらに、請求項４にかかる電磁波強度分布測定装置は、前記センサ保持部材は、国際照明委員会により規定された１４５個の天空要素と対応する前記センサ取付け部材上の位置に設けられることを特徴としている。
【００１０】
さらにまた、請求項５にかかる電磁波強度分布測定装置は、前記データ処理手段は、前記センサ信号のそれぞれに対応して設けられ且つ前記センサのセンサ信号を信号変換する第１の信号変換回路と、前記第１の信号変換回路のそれぞれから出力されるセンサ信号のうち何れか一つのセンサ信号を選択し、且つ前記選択するセンサ信号を順次切り替えて出力するマルチプレクサと、当該マルチプレクサから出力されるセンサ信号を信号変換する第２の信号変換回路と、当該第２の信号変換回路から出力されるセンサ信号をデジタル信号に変換して所定の処理を行う処理手段と、を備えることを特徴としている。
また、請求項６にかかる電磁波強度分布測定装置は、前記センサは、紫外線センサであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電磁波強度を測定する複数のセンサを同一且つ一定の立体角で保持し且つ各センサを互いに異なる方向となる一定の相対位置で保持し、各センサのセンサ信号をデータ処理するようにしたため、複数の方向における電磁波強度の計測時刻の差を短縮することができ、電磁波強度分布を高精度に検出することができる。
また、センサが複数ある場合、キャリブレーションを行うには手間がかかるが、キャリブレーション用の治具を、センサと対向する位置に位置決めするための案内部を設けたため、キャリブレーションを行う際の手間を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による電磁波強度分布測定装置の斜視図である。
【図２】（ａ）は、本発明による電磁波強度分布測定装置の上面図、（ｂ）は、正面図である。
【図３】センサ部の要部の断面図である。
【図４】天空要素の配置図である。
【図５】データ処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】天頂の紫外線センサによる測定結果の一例である。
【図７】（ａ）は本発明の電磁波強度分布測定装置による紫外線強度分布の一例、（ｂ）は従来の測定装置による紫外線強度分布の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態は、本発明の電磁波強度分布測定装置の一例を示したものであって、電磁波として紫外線を測定するようにしたものである。図１は電磁波強度分布測定装置の斜視図、図２（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。
図１、図２において、１は測定部、２は機材収納部である。
測定部１は、センサ取付け部材１０と、センサ部２０と、前記センサ取付け部材１０と前記機材収納部２とを固定する固定部材３０とから構成される。
【００１４】
センサ取付け部材１０は中空の半円球状に形成され、図３の断面図に示すように半円球の球面に所定間隔で１４５個の貫通孔１１が形成されている。この貫通孔１１は、図４に示す、国際照明委員会ＣＩＥにより定められた天空の１４５箇所の位置に設定された天空要素に対応して配置されている。
すなわち、図４に示すように、半円球の頂点に１つ（天空要素の要素番号１４５）、この頂点側からみて、この頂点を円中心とする７個の同心円上に形成され且つ、各同心円において均等に形成されている。
【００１５】
センサ部２０は、図３に示すように、貫通孔１１に挿入されて固定されるセンサ保持部材２１と、センサ保持部材２１に固定される紫外線センサ２２とで構成される。
センサ保持部材２１は、一定の立体角を有する筒状に形成された筒部２１ａと、底部２１ｂとから構成される。前記立体角は、全てのセンサ保持部材２１の筒部２１ａにおいて同一に設定される。
【００１６】
底部２１ｂは、筒部２１ａの一方の端部に嵌合する円柱状に形成され、且つ底部２１ｂの一方の端部には縁部２１ｃが形成されている。そして、縁部２１ｃが形成された側とは逆側を、筒部２１ａの一方の端部に押し込むことにより、底部２１ｂは筒部２１ａに固定される。
前記筒部２１ａの他方の端部にはネジ山が形成される。筒部２１ａは、貫通孔１１を介してセンサ取付け部材１０の表面側に突出して設けられ、センサ取付け部材１０を挟んでその両側に設けられた六角ナット２３を両側から締めつけてセンサ取付け部材１０を両側から挟み込むことによって、筒部２１ａはセンサ取付け部材１０に固定される。
【００１７】
底部２１ｂには、縁部２１ｃが形成された側とは反対側の面に、紫外線センサ２２が接着などにより固定され、この紫外線センサ２２のアノード端子およびカソード端子２２ａは、底部２１ｂに形成された配線孔（図示せず）を介して前記縁部２１ｃ側に伸びている。
ここで、前記センサ取付け部材１０を挟んで筒部２１ａを六角ナット２３により固定し、且つ底部２１ｂを、縁部２１ｃと筒部２１ａとが接する位置まで押し込むことにより、紫外線センサ２２とセンサ取付け部材１０との間の距離を一定に保つことができる。
【００１８】
また、前記筒部２１ａの開口部は、前述のように一定の立体角を有する大きさに形成される。さらに、前記開口部は、紫外線センサ２２のキャリブレーション（校正）用に用いる紫外線照射装置の光ファイバを挿入可能な大きさを有する。すなわち、筒部２１ａの内径は光ファイバの先端近傍の外径よりも多少大きな値に設定され、光ファイバの先端を、紫外線センサ２２に突き当たるまで筒部２１ａに挿入することによって、光ファイバの先端が紫外線センサ２２と対向する位置に一定距離で位置決めされるようになっている。つまり、センサ取付け部材１０側の筒部２１ａの内部は、キャリブレーションを行う際の光ファイバの位置決めを行うための治具案内部２４を形成している。
前記筒部２１ａの軸方向の長さが短すぎたり、内径が光ファイバの外径よりも大きすぎたりすると、筒部２１ａ内に挿入した光ファイバの姿勢が定まりにくい。このため、筒部２１ａは、光ファイバの姿勢が定まりやすい長さおよび内径に設定される。
【００１９】
また、各センサ保持部材２１近傍の、センサ取付け部材１０の表面には、前記図４に示す天空要素に対応する位置に、この天空要素を識別するための要素番号が記載されている。なお、この要素番号は、全ての天空要素である１４５個全てについて記載してもよく、例えば、５個毎など数個おきに記載するようにしてもよい。
前記固定部材３０は、中空の円柱状に形成され、外周が前記センサ取付け部材１０の直径と同等程度に形成され、前記センサ保持部材２１が固定された前記センサ取付け部材１０を前記固定部材３０により支持可能な肉厚に形成されている。
【００２０】
一方、機材収納部２は、熱を吸収しにくい白系色で構成され、正方形の開口部を有する箱体からなる収納部本体５１と収納部本体５１の開口部を塞ぐ、当該開口部よりも大きい正方形の板材からなる蓋部材５２とで構成され、収納部本体５１の開口部と反対側には、その４隅に脚５１ａが設けられている。なお、前記蓋部材５２は前記収納部本体５１の開口部を塞ぐことの可能な大きさであればよく、収納部本体５１の開口部と同等程度の大きさであってもよい。
【００２１】
前記収納部本体５１には、前記紫外線センサ２２のセンサ信号の信号処理を行うデータ処理装置６０が格納される。そのため、蓋部材５２には、半円球のセンサ取付け部材１０の円周よりも小さい配線穴が形成され（図示せず）、この配線穴を通して収納部本体５１内に収納されたデータ処理装置６０と、センサ取付け部材１０に配置された紫外線センサ２２のアノード端子およびカソード端子２２ａとが接続されるようになっている。また、この蓋部材５２の上面の適所には水準器５３が設けられている。
【００２２】
そして、前記機材収納部２の蓋部材５２の上面に、固定部材３０を介して前記センサ取付け部材１０を固定することにより、前記センサ取付け部材１０は、前記蓋部材５２の上面よりも前記固定部材３０相当だけ高い位置に配置される。そのため、前記蓋部材５２の上面に配置された水準器５３が、前記センサ取付け部材１０の下方の位置に配置された紫外線センサ２２での紫外線強度の測定の妨げとなることはない。また、最下端の紫外線センサ２２と蓋部材５２との間には、固定部材３０の高さ相当の間隔があるため、最下端の紫外線センサ２２に対して、後述のキャリブレーションを行う場合でも容易に行うことができる。
【００２３】
なお、ここでは、固定部材３０を介してセンサ取付け部材１０を固定する場合について説明したが必ずしも固定部材３０を介する必要はなく、例えば、蓋部材５２にセンサ取付け部材１０を直接固定することも可能である。
以上の構成を有する電磁波強度分布測定装置は、前記機材収納部２の開口部が縦横各３７ｃｍ、高さ２０ｃｍ、脚５１ａの長さ５．５ｃｍ、センサ取付け部材１０の直径は４０ｃｍ、高さは２０ｃｍである。また、筒部２１ａの開口角は１１度である。
【００２４】
図５は、データ処理装置６０の機能構成を示すブロック図である。
データ処理装置６０は、図５に示すように、紫外線センサ２２からの紫外線強度に応じた電流信号からなるセンサ信号を電流電圧変換する電流電圧変換回路６１および、この電流電圧変換回路６１で電圧信号に変換されたセンサ信号を増幅する増幅回路６２と、増幅回路６２で増幅された各センサ信号を一つずつ選択して出力するマルチプレクサ６３と、マルチプレクサ６３から順次出力されるセンサ信号を、再度増幅する増幅回路６４と、増幅回路６４で増幅されたセンサ信号をデジタル値に変換し、これをＳＤカードなどの記憶装置６５に格納する演算処理装置（ＣＰＵ）６６とから構成される。
【００２５】
なお、前記電流電圧変換回路６１および増幅回路６２は、各紫外線センサ２２のそれぞれに対応して設けられている。
前記増幅回路６２は、入力されるセンサ信号を例えば１０倍に増幅する。前記増幅回路６４は入力されるセンサ信号を、１倍、１０倍、１００倍の何れかに増幅する。この増幅倍率の設定は演算処理装置６６からの切り替え信号に応じて行われる。
【００２６】
前記マルチプレクサ６３は、演算処理装置６６からのセンサ切替信号に応じて動作し、入力される１４５個のセンサ信号を順次切り替えて増幅回路６４に出力する。
前記演算処理装置６６には、ボタン電池６７で駆動されてクロック信号を供給するリアルタイムクロック６８が接続されている。
この演算処理装置６６は、前記マルチプレクサ６３に選択すべきセンサ信号を切り替えるためのセンサ切替信号を出力する。演算処理装置６６は、センサ切替信号として、要素番号１番の天空要素に対応するセンサ信号から要素番号の昇順に切り替えを行うセンサ切替信号を出力する。また、演算処理装置６６は、増幅回路６４からのセンサ信号を、例えば、リアルタイムクロック６８からのクロック信号から特定される現在時刻データと対応付けて記憶装置６５に格納する。
【００２７】
ここで、紫外線センサ２２は、得られる紫外線強度が比較的小さい。そのため、増幅回路等の各種回路を経由することによるノイズがセンサ信号に与える影響が比較的大きい。そのため、各センサ信号が経由する回路が異なると、各センサ信号には異なる大きさのノイズがのるため、回路によるノイズによって、センサ信号間に誤差が生じる可能性がある。
上記データ処理装置６０では、マルチプレクサ６３を２段目の増幅回路６４の前段に設け、２段目の増幅を行う際には、共通の増幅回路６４で行っている。そのため、２段目の増幅を異なる増幅回路により行うことによってセンサ信号間に生じる誤差を抑制することができる。
【００２８】
なお、データ処理装置６０本体へは、機材収納部２の外部に設けられている図示しない電源装置によりケーブルを介して電源供給が行われるようになっている。ここでは、外部の電源装置から電源供給を行うようにしているが、機材収納部２内にバッテリを設け、このバッテリにより電源供給を行うことも可能である。
そして、このように構成されるデータ処理装置６０に、パーソナルコンピュータなどの制御装置７０を接続することによって、記憶装置６５のデータの読み出しや、読み出したデータの表示などを行うことができるようになっている。
【００２９】
次に、本実施の形態における電磁波強度分布測定装置による測定手順を説明する。
まず、この電磁波強度分布測定装置を測定場所に設置する。この測定場所は、紫外線センサ２２への放射入力が妨げられることのない、建物等の遮蔽物のない場所が好ましい。また、水準器５３を用いて水平な場所に設置する。さらに、図４に示す、１番の天空要素に対応する紫外線センサ２２が基準方向（本実施形態の場合には真南）を向くように設置する。なお、真南方向の測定は、方位磁石を用いて行う。この方位磁石は、紫外線センサ２２に入力される電磁波強度に影響を与える可能性があるため、設置時にのみ用い、測定時には除去する。
【００３０】
また、屋外等に設置する場合には、例えば、センサ部２０全体を覆う、石英等からなる透明ケースをセンサ部２０にかぶせればよい。これによって、雨や塵などから装置を保護することができる。
そして、例えば、測定場所の予測される紫外線強度を考慮して、必要に応じて増幅回路６４の増幅倍率の変更を行う。この変更は、例えば、演算処理装置６６に制御装置７０を接続しオペレータが制御装置７０を操作することにより、演算処理装置６６を介して行う。
【００３１】
この状態で、紫外線強度の測定を開始するとそれぞれ対応する各紫外線センサ２２において同時に紫外線強度に応じたセンサ信号が出力され、これが電流電圧変換回路６１で電流電圧変換が行われて増幅回路６２で増幅された後、マルチプレクサ６３に入力される。マルチプレクサ６３では、演算処理装置６６からのセンサ切替信号に応じて各紫外線センサ２２からのセンサ信号を順に切り替える。つまり、まず要素番号が１番の天空要素に対応する紫外線センサ２２のセンサ信号が選択されて増幅回路６４で増幅された後、演算処理装置６６に入力され、ここでデジタル信号に変換されて現在時刻データと対応付けられて記憶装置６５に格納される。次に要素番号が２番の天空要素に対応する紫外線センサ２２のセンサ信号が選択され、同様にして記憶装置６５に格納される。この処理が繰り返し行われることにより要素番号１番から１４５番の各天空要素に対応するセンサ信号が、現在時刻データと対応付けられて記憶装置６５に格納される。そして、要素番号が１４５番の天空要素に対応するセンサ信号に対する処理が終了したならば、再度要素番号が１番の天空要素に対応するセンサ信号から順に処理が行われる。この処理を繰り返し行うことによって、各時刻におけるセンサ信号が逐次記憶装置６５に格納される。なお、このセンサ信号の記憶は、所定時間継続して繰り返し行うようにしてもよく、所定時間毎に行うようにしてもよい。
【００３２】
このようにして測定され記憶装置６５に格納されたセンサ信号を参照する場合には、演算処理装置６６に制御装置７０を接続し、記憶装置６５の記憶データを読み出す。これによって、紫外線強度の測定結果を参照することができる。
図６は、天頂（要素番号１４５番の天空要素）の紫外線センサ２２のセンサ信号による測定結果を示したものであり、４分３０秒の間における紫外線強度を示したものである。なお、横軸は時刻（ｈ：ｍ：ｓ）、縦軸は紫外線強度の階調である。４分３０秒の間に、紫外線強度が大きく変化していることがわかる。
【００３３】
図７は、上記の手順で計測した所定時間における測定結果をもとに、天空の紫外線強度分布を示したものであって、（ａ）は上記手順で測定した測定結果に基づく紫外線強度分布を示したものである。また、図７（ｂ）は従来の機械式の測定装置を用いて、同一の測定場所で同一時刻に１４５個の天空要素について紫外線強度を測定した場合の測定結果をもとに、紫外線強度分布を示したものである。
【００３４】
図７に示すように、本発明の電磁波強度分布測定装置により得た紫外線強度分布に比較して、機械式の測定装置による紫外線強度分布の方が、紫外線強度が低めに現れており、これは、雲の移動による影響をうけたことを表す。つまり、前述のように、機械式の測定装置の場合、モータによりセンサを各天空要素位置に移動させて計測を行うため、センサを移動させる分時間がかかり、全天空要素についてセンサ信号を獲得し終えるまでには、２分から４分程度かかっている。雲がない状態で測定を開始したとしても、数分程度の時間があれば雲が移動する可能性は高く、すなわち紫外線が遮蔽されるため、結果的に天空の紫外線強度の計測精度が低下することになる。
【００３５】
これに対し、本発明による電磁波（紫外線）強度分布測定装置は、紫外線センサ２２を各天空要素位置に移動させる必要はないため、センサの移動に要する分だけ全天空要素のセンサ信号を獲得するために要する所要時間を短縮することができる。
そのため、計測中に雲の移動による影響をうける可能性が低くなり、すなわち、天空の紫外線強度の計測精度を向上させることができる。
【００３６】
また、全ての天空要素についてそのセンサ信号を獲得し終えるまでの時間を短縮することができ、約２秒程度で実現することができるため、大幅に測定時間を短縮することができるため、要素番号１番の天空要素のセンサ信号を獲得した時刻と、１４５番の天空要素のセンサ信号を獲得した時刻との時間差を短縮することができる。そのため、１４５個のセンサ信号を獲得した時刻の差による天空の紫外線強度分布の検出誤差をより低減することができる。
【００３７】
次に、紫外線センサ２２のキャリブレーション時の操作を説明する。
紫外線センサ２２は、感度劣化が生じやすく、また比較的得られるセンサ信号が小さいため、ある程度の期間毎（例えば１カ月程度毎）に、キャリブレーションを行う必要がある。ここで、本電磁波強度分布測定装置は、１４５個の紫外線センサ２２を備えているため、１４５個それぞれの紫外線センサ２２についてキャリブレーションを行う必要がある。例えば、各紫外線センサ２２に紫外線照射装置等によってキャリブレーション用の強度で紫外線を照射し、その際の紫外線センサ２２のセンサ信号から得られる紫外線強度がキャリブレーション用の強度と一致するかどうかを判断する必要がある。
【００３８】
本発明の電磁波（紫外線）強度分布測定装置はセンサ部１に治具案内部２４が形成されている。キャリブレーションを行う場合には、キャリブレーション用の光ファイバを、その先端が紫外線センサ２２に突き当たるまで治具案内部２４に挿入し、紫外線センサ２２に対して紫外線センサ２２を一定距離となる位置に位置決めした後、この状態で紫外線照射を行う。この処理を繰り返し行い全ての紫外線センサ２２についてキャリブレーションを行う。
【００３９】
このとき、演算処理装置６６には制御装置７０を接続し、制御装置７０から、演算処理装置６６を介してマルチプレクサ６３へのセンサ切替信号を出力し、オペレータが光ファイバを治具案内部２４に挿入して位置決めが完了するタイミングと同期して、マルチプレクサ６３へのセンサ切替信号の切り替えを行って、現在のキャリブレーション対象の紫外線センサ２２のセンサ信号を取り込む。そして、取り込んだセンサ信号を、例えば、キャリブレーション対象の紫外線センサ２２に対応する天空要素の要素番号とセンサ信号とを対応付けて、制御装置７０の表示装置に表示したり、或いは記憶装置６５に記憶したりする。
【００４０】
これによって、オペレータは、制御装置７０に表示されたセンサ信号を参照することによって対応する紫外線センサ２２が正常であるかを判断することができる。或いは、記憶装置６５に記憶されたデータを読み出すことによって、紫外線センサ２２の異常を検出することができる。
ここで、前述のように、治具案内部２４によりキャリブレーション用の光ファイバを案内するようになっている。このため、光ファイバを、先端が突き当たるまで治具案内部２４に挿入するだけで、光ファイバは紫外線センサ２２と対向する一定距離の位置に位置決めされる。したがって、位置決めを容易に行うことができるとともに、姿勢が定まりやすい。そのため、全紫外線センサ２２のキャリブレーションに要する手間や所要時間を短縮することができる。
【００４１】
特に、センサ取付け部材１０は半円球状に形成されているため、センサ取付け部材１０の表面で光ファイバの位置を維持し、且つ、光ファイバをセンサ取付け部材１０の表面に対して略垂直に維持することは比較的困難である。さらに、一つの紫外線センサ２２のみをキャリブレーションする場合にはそれほど問題にはならないが、１４５個全てについてキャリブレーションを行う場合には神経を使うことになり、キャリブレーションを容易に行うことができるということは、キャリブレーションを行うオペレータにとって有効である。
【００４２】
また、各センサ保持部材２１ａの近傍には、少なくとも数個おきに天空要素の要素番号が記載されている。そのため、オペレータは記載された要素番号を参照することによって、どの紫外線センサ２２までキャリブレーションを行ったかを容易に認識することができる。特に、紫外線センサ２２の数が多いため、このように要素番号が記載されていることは、漏れなくキャリブレーションを行い、且つ同じ紫外線センサ２２に対して再度キャリブレーションを行うことを回避するためにも有効である。
【００４３】
特に、同じ紫外線センサ２２に対して再度キャリブレーションを繰り返した場合、演算処理装置６６や制御装置７０側で認識している紫外線センサ２２の要素番号と実際の要素番号とがずれる可能性がある。このように演算処理装置６６や制御装置７０側で認識している要素番号と実際の要素番号とが異なる場合、演算処理装置６６や制御装置７０側ではセンサ信号と要素番号とを対応付けてデータを管理しているため、正常な紫外線センサ２２の要素番号と異常なセンサ信号とが対応付けられる可能性があり、異常が生じている紫外線センサ２２の交換は行わず、実際には正常である紫外線センサ２２をセンサ信号の異常と判断して交換してしまう可能性がある。これはすなわち、不要な交換を行うことになる。
【００４４】
本発明では、上述のように、天空要素の要素番号を、センサ保持部材２１近傍に表示することによって、今現在、何番の天空要素の紫外線センサ２２に対する紫外線照射を行ったかを、オペレータは容易に認識することができ且つ要素番号で認識することができるため認識しやすく、紫外線センサ２２の漏れや、同じ紫外線センサ２２に対して紫外線照射を行うことを回避することができるため、不要な交換を行うことを抑制することができる。
【００４５】
また、上記実施の形態においては、天空を走査するために、紫外線センサ２２を移動させる必要がない。そのため、紫外線センサを移動させるためのモータや駆動機構などを設ける必要がないため、その分コスト削減を図ることができるとともに、モータや駆動機構等の劣化や故障などにより異常が発生することはないため、その分、装置全体の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
なお、上記実施の形態では、筒部２１ａの一方の端部を、センサ取付け部材１０の表面よりも突出させて治具案内部２４を形成する場合について説明したが、これに限るものではない。
図３のセンサ取付け部材１０の表面側の六角ナット２３をセンサ取付け部材１０内に埋め込んだ形状とし、六角ナット２３を埋め込むことによってセンサ取付け部材１０に形成される凹部を、治具案内部２４として用いることも可能である。
【００４７】
また、上記実施においては、国際照明委員会ＣＩＥにより定められた１４５個の天空要素について紫外線強度を測定する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、センサ取付け部材１０の下方に設けられた紫外線センサ２２は、高度が低いため建物や、車や人の移動などの外乱の影響をうけやすい。したがって、例えば、比較的外乱の影響をうけやすいと予測される下方位置を除いた部分のみに、紫外線センサ２２を設けるようにしてもよい。
【００４８】
また、１４５個の天空要素の全てについて紫外線センサ２２を設けるのではなく、１つおき等、数個おきに設けるようにしてもよく、逆にこれ以上の数を設けてもよい。紫外線センサ２２の数が少なくすると、天空の放射輝度分布の測定精度が低くなる可能性があるため、必要とする測定精度に応じた数の紫外線センサ２２を設ければよく、また、紫外線センサ２２の数を少なくした場合には、筒部２１ａの立体角を大きくすることで、紫外線センサ２２の数が少なくなった分を補うようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では天空の紫外線強度分布を測定する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、屋内での窓からの紫外線強度を簡易的に測定する測定装置を構成することもでき、この場合には、１４５個の天空要素全てに紫外線センサ２２を設ける必要はなく、必要とする精度に応じた数だけ設ければよい。また、例えば、半円球の窓側の半分の球面のみに紫外線センサ２２を設けるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態においては、紫外線センサ２２により紫外線強度を検出する場合について説明したがこれに限るものではなく、赤外線センサ、輝度センサ、光度センサや、日照、可視光などを測定する各種センサを適用することができる。
ここで、上記実施の形態において、紫外線センサ２２がセンサに対応し、センサ取付け部材１０およびセンサ保持部材２１が保持手段に対応し、データ処理装置６０がデータ処理手段に対応し、治具案内部２４が案内部に対応している。
また、電流電圧変換回路６１および増幅回路６２が第１の信号変換回路に対応し、増幅回路６４が第２の信号変換回路に対応し、演算処理装置６６が処理手段に対応している。
【符号の説明】
【００５１】
１ 測定部
２ 機材収納部
１０ センサ取付け部材
１１ 貫通孔
２０ センサ部
２１ センサ保持部材
２１ａ 筒部
２２ 紫外線センサ
２３ 六角ナット
２４ 治具案内部
３０ 固定部材
６０ データ処置装置
６２ 増幅回路
６３ マルチプレクサ
６４ 増幅回路
７０ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線などの電磁波の強度分布を自動測定する電磁波強度分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、天空の放射輝度分布測定を行う装置として、機械式天空放射輝度分布測定装置が知られている。
この機械式天空放射輝度分布測定装置は、天空輝度測定用のセンサと、これらセンサを垂直面内で回転させる高度角制御用モータと、水平面内で回転させる方位角制御用モータと、を備えている。そして、高度角制御用モータと方位角制御用モータとを駆動制御することにより、順次高度角を変更させながら水平面内で回転させることによって、全天空に対して、センサを走査させるようになっている。（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“気象観測機器 Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、ＥＫＯ、[平成２２年１１月１１日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.eko.co.jp/eco/a/a0501.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記機械式天空放射輝度分布測定装置の場合、高度角制御用モータおよび方位角制御用モータによってセンサを走査させる構成となっている。このため、全天空の放射輝度分布を測定するためには、センサを、全天空に対して走査させつつ天空の所定の測定点において放射輝度測定を行う必要がある。
このように、放射輝度測定を行いつつセンサを走査させる場合、センサを測定点位置まで移動させるのに時間を要する。そのため、計測すべき測定点が多い場合には、全ての測定点における測定が終了するまでに、ある程度の測定時間を要することになる。
【０００５】
ここで、天空の放射輝度は、天候の状態の影響、特に雲の影響をうける。そのため、測定時間が長ければ長いほど空の状態が変化する可能性が高くなり、測定時間中に雲の移動が生じると、この雲の移動により放射輝度が変化してしまう。
特に、このような機械式天空放射輝度分布測定装置を用いて紫外線を測定し、これにより得た紫外線強度分布を、紫外線被曝のような１５分から２０分程度で皮膚に日焼けが発生するような現象に関する研究資料として用いる場合等には、天空から降り注ぐ放射を正確に把握する必要があるため、雲の移動などによる放射強度変化は好ましくない。
【０００６】
また、放射輝度の最も強い、夏季の正午前後の太陽の移動は速い。そのため、測定に時間を要していては放射輝度分布そのものが変化してしまう。
また、測定時間が長いほど、測定開始初期における環境と測定終了時における環境とは異なる可能性があるため、測定開始初期の測定点における測定結果と測定終了時の測定点における測定結果とを一つの放射輝度分布上に表現することは、前述のように雲の状態による影響を受けている可能性があるため、本来矛盾することである。
【０００７】
さらに、放射輝度分布の測定は屋外で行うため、埃や雨の影響をうけやすく、且つ機械駆動部分があるため、劣化、磨耗などによる故障につながる原因となる。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題点に着目してなされたものであり、電磁波強度分布を容易に且つ高精度に検出することの可能な電磁波強度分布測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる電磁波強度分布測定装置は、電磁波強度を測定する複数のセンサと、当該複数のセンサを、同一且つ一定の立体角で保持し且つ前記センサを互いに異なる方向となる一定の相対位置で保持する保持手段と、前記複数のセンサのセンサ信号のデータ処理を行うデータ処理手段と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２にかかる電磁波強度分布測定装置は、前記保持手段は、前記センサのキャリブレーションを行うための治具を、前記センサと対向する位置に位置決めするための案内部を備えることを特徴としている。
また、請求項３にかかる電磁波強度分布測定装置は、前記保持手段は、半円球状のセンサ取付け部材と、前記センサ毎に設けられ、前記立体角を有する筒状に形成された一方の端部に前記センサが固定され且つ他方の端部側は前記センサ取付け部材を貫通して表面側から突出して前記センサ取付け部材に固定されるセンサ保持部材と、で構成され、前記センサ保持部材の前記筒状の内面部分が前記案内部を形成することを特徴としている。
さらに、請求項４にかかる電磁波強度分布測定装置は、前記センサ保持部材は、国際照明委員会により規定された１４５個の天空要素と対応する前記センサ取付け部材上の位置に設けられることを特徴としている。
【００１０】
さらにまた、請求項５にかかる電磁波強度分布測定装置は、前記データ処理手段は、前記センサ信号のそれぞれに対応して設けられ且つ前記センサのセンサ信号を信号変換する第１の信号変換回路と、前記第１の信号変換回路のそれぞれから出力されるセンサ信号のうち何れか一つのセンサ信号を選択し、且つ前記選択するセンサ信号を順次切り替えて出力するマルチプレクサと、当該マルチプレクサから出力されるセンサ信号を信号変換する第２の信号変換回路と、当該第２の信号変換回路から出力されるセンサ信号をデジタル信号に変換して所定の処理を行う処理手段と、を備えることを特徴としている。
また、請求項６にかかる電磁波強度分布測定装置は、前記センサは、紫外線センサであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電磁波強度を測定する複数のセンサを同一且つ一定の立体角で保持し且つ各センサを互いに異なる方向となる一定の相対位置で保持し、各センサのセンサ信号をデータ処理するようにしたため、複数の方向における電磁波強度の計測時刻の差を短縮することができ、電磁波強度分布を高精度に検出することができる。
また、センサが複数ある場合、キャリブレーションを行うには手間がかかるが、キャリブレーション用の治具を、センサと対向する位置に位置決めするための案内部を設けたため、キャリブレーションを行う際の手間を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による電磁波強度分布測定装置の斜視図である。
【図２】（ａ）は、本発明による電磁波強度分布測定装置の上面図、（ｂ）は、正面図である。
【図３】センサ部の要部の断面図である。
【図４】天空要素の配置図である。
【図５】データ処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】天頂の紫外線センサによる測定結果の一例である。
【図７】（ａ）は本発明の電磁波強度分布測定装置による紫外線強度分布の一例、（ｂ）は従来の測定装置による紫外線強度分布の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態は、本発明の電磁波強度分布測定装置の一例を示したものであって、電磁波として紫外線を測定するようにしたものである。図１は電磁波強度分布測定装置の斜視図、図２（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。
図１、図２において、１は測定部、２は機材収納部である。
測定部１は、センサ取付け部材１０と、センサ部２０と、前記センサ取付け部材１０と前記機材収納部２とを固定する固定部材３０とから構成される。
【００１４】
センサ取付け部材１０は中空の半円球状に形成され、図３の断面図に示すように半円球の球面に所定間隔で１４５個の貫通孔１１が形成されている。この貫通孔１１は、図４に示す、国際照明委員会ＣＩＥにより定められた天空の１４５箇所の位置に設定された天空要素に対応して配置されている。
すなわち、図４に示すように、半円球の頂点に１つ（天空要素の要素番号１４５）、この頂点側からみて、この頂点を円中心とする７個の同心円上に形成され且つ、各同心円において均等に形成されている。
【００１５】
センサ部２０は、図３に示すように、貫通孔１１に挿入されて固定されるセンサ保持部材２１と、センサ保持部材２１に固定される紫外線センサ２２とで構成される。
センサ保持部材２１は、一定の立体角を有する筒状に形成された筒部２１ａと、底部２１ｂとから構成される。前記立体角は、全てのセンサ保持部材２１の筒部２１ａにおいて同一に設定される。
【００１６】
底部２１ｂは、筒部２１ａの一方の端部に嵌合する円柱状に形成され、且つ底部２１ｂの一方の端部には縁部２１ｃが形成されている。そして、縁部２１ｃが形成された側とは逆側を、筒部２１ａの一方の端部に押し込むことにより、底部２１ｂは筒部２１ａに固定される。
前記筒部２１ａの他方の端部にはネジ山が形成される。筒部２１ａは、貫通孔１１を介してセンサ取付け部材１０の表面側に突出して設けられ、センサ取付け部材１０を挟んでその両側に設けられた六角ナット２３を両側から締めつけてセンサ取付け部材１０を両側から挟み込むことによって、筒部２１ａはセンサ取付け部材１０に固定される。
【００１７】
底部２１ｂには、縁部２１ｃが形成された側とは反対側の面に、紫外線センサ２２が接着などにより固定され、この紫外線センサ２２のアノード端子およびカソード端子２２ａは、底部２１ｂに形成された配線孔（図示せず）を介して前記縁部２１ｃ側に伸びている。
ここで、前記センサ取付け部材１０を挟んで筒部２１ａを六角ナット２３により固定し、且つ底部２１ｂを、縁部２１ｃと筒部２１ａとが接する位置まで押し込むことにより、紫外線センサ２２とセンサ取付け部材１０との間の距離を一定に保つことができる。
【００１８】
また、前記筒部２１ａの開口部は、前述のように一定の立体角を有する大きさに形成される。さらに、前記開口部は、紫外線センサ２２のキャリブレーション（校正）用に用いる紫外線照射装置の光ファイバを挿入可能な大きさを有する。すなわち、筒部２１ａの内径は光ファイバの先端近傍の外径よりも多少大きな値に設定され、光ファイバの先端を、紫外線センサ２２に突き当たるまで筒部２１ａに挿入することによって、光ファイバの先端が紫外線センサ２２と対向する位置に一定距離で位置決めされるようになっている。つまり、センサ取付け部材１０側の筒部２１ａの内部は、キャリブレーションを行う際の光ファイバの位置決めを行うための治具案内部２４を形成している。
前記筒部２１ａの軸方向の長さが短すぎたり、内径が光ファイバの外径よりも大きすぎたりすると、筒部２１ａ内に挿入した光ファイバの姿勢が定まりにくい。このため、筒部２１ａは、光ファイバの姿勢が定まりやすい長さおよび内径に設定される。
【００１９】
また、各センサ保持部材２１近傍の、センサ取付け部材１０の表面には、前記図４に示す天空要素に対応する位置に、この天空要素を識別するための要素番号が記載されている。なお、この要素番号は、全ての天空要素である１４５個全てについて記載してもよく、例えば、５個毎など数個おきに記載するようにしてもよい。
前記固定部材３０は、中空の円柱状に形成され、外周が前記センサ取付け部材１０の直径と同等程度に形成され、前記センサ保持部材２１が固定された前記センサ取付け部材１０を前記固定部材３０により支持可能な肉厚に形成されている。
【００２０】
一方、機材収納部２は、熱を吸収しにくい白系色で構成され、正方形の開口部を有する箱体からなる収納部本体５１と収納部本体５１の開口部を塞ぐ、当該開口部よりも大きい正方形の板材からなる蓋部材５２とで構成され、収納部本体５１の開口部と反対側には、その４隅に脚５１ａが設けられている。なお、前記蓋部材５２は前記収納部本体５１の開口部を塞ぐことの可能な大きさであればよく、収納部本体５１の開口部と同等程度の大きさであってもよい。
【００２１】
前記収納部本体５１には、前記紫外線センサ２２のセンサ信号の信号処理を行うデータ処理装置６０が格納される。そのため、蓋部材５２には、半円球のセンサ取付け部材１０の円周よりも小さい配線穴が形成され（図示せず）、この配線穴を通して収納部本体５１内に収納されたデータ処理装置６０と、センサ取付け部材１０に配置された紫外線センサ２２のアノード端子およびカソード端子２２ａとが接続されるようになっている。また、この蓋部材５２の上面の適所には水準器５３が設けられている。
【００２２】
そして、前記機材収納部２の蓋部材５２の上面に、固定部材３０を介して前記センサ取付け部材１０を固定することにより、前記センサ取付け部材１０は、前記蓋部材５２の上面よりも前記固定部材３０相当だけ高い位置に配置される。そのため、前記蓋部材５２の上面に配置された水準器５３が、前記センサ取付け部材１０の下方の位置に配置された紫外線センサ２２での紫外線強度の測定の妨げとなることはない。また、最下端の紫外線センサ２２と蓋部材５２との間には、固定部材３０の高さ相当の間隔があるため、最下端の紫外線センサ２２に対して、後述のキャリブレーションを行う場合でも容易に行うことができる。
【００２３】
なお、ここでは、固定部材３０を介してセンサ取付け部材１０を固定する場合について説明したが必ずしも固定部材３０を介する必要はなく、例えば、蓋部材５２にセンサ取付け部材１０を直接固定することも可能である。
以上の構成を有する電磁波強度分布測定装置は、前記機材収納部２の開口部が縦横各３７ｃｍ、高さ２０ｃｍ、脚５１ａの長さ５．５ｃｍ、センサ取付け部材１０の直径は４０ｃｍ、高さは２０ｃｍである。また、筒部２１ａの開口角は１１度である。
【００２４】
図５は、データ処理装置６０の機能構成を示すブロック図である。
データ処理装置６０は、図５に示すように、紫外線センサ２２からの紫外線強度に応じた電流信号からなるセンサ信号を電流電圧変換する電流電圧変換回路６１および、この電流電圧変換回路６１で電圧信号に変換されたセンサ信号を増幅する増幅回路６２と、増幅回路６２で増幅された各センサ信号を一つずつ選択して出力するマルチプレクサ６３と、マルチプレクサ６３から順次出力されるセンサ信号を、再度増幅する増幅回路６４と、増幅回路６４で増幅されたセンサ信号をデジタル値に変換し、これをＳＤカードなどの記憶装置６５に格納する演算処理装置（ＣＰＵ）６６とから構成される。
【００２５】
なお、前記電流電圧変換回路６１および増幅回路６２は、各紫外線センサ２２のそれぞれに対応して設けられている。
前記増幅回路６２は、入力されるセンサ信号を例えば１０倍に増幅する。前記増幅回路６４は入力されるセンサ信号を、１倍、１０倍、１００倍の何れかに増幅する。この増幅倍率の設定は演算処理装置６６からの切り替え信号に応じて行われる。
【００２６】
前記マルチプレクサ６３は、演算処理装置６６からのセンサ切替信号に応じて動作し、入力される１４５個のセンサ信号を順次切り替えて増幅回路６４に出力する。
前記演算処理装置６６には、ボタン電池６７で駆動されてクロック信号を供給するリアルタイムクロック６８が接続されている。
この演算処理装置６６は、前記マルチプレクサ６３に選択すべきセンサ信号を切り替えるためのセンサ切替信号を出力する。演算処理装置６６は、センサ切替信号として、要素番号１番の天空要素に対応するセンサ信号から要素番号の昇順に切り替えを行うセンサ切替信号を出力する。また、演算処理装置６６は、増幅回路６４からのセンサ信号を、例えば、リアルタイムクロック６８からのクロック信号から特定される現在時刻データと対応付けて記憶装置６５に格納する。
【００２７】
ここで、紫外線センサ２２は、得られる紫外線強度が比較的小さい。そのため、増幅回路等の各種回路を経由することによるノイズがセンサ信号に与える影響が比較的大きい。そのため、各センサ信号が経由する回路が異なると、各センサ信号には異なる大きさのノイズがのるため、回路によるノイズによって、センサ信号間に誤差が生じる可能性がある。
上記データ処理装置６０では、マルチプレクサ６３を２段目の増幅回路６４の前段に設け、２段目の増幅を行う際には、共通の増幅回路６４で行っている。そのため、２段目の増幅を異なる増幅回路により行うことによってセンサ信号間に生じる誤差を抑制することができる。
【００２８】
なお、データ処理装置６０本体へは、機材収納部２の外部に設けられている図示しない電源装置によりケーブルを介して電源供給が行われるようになっている。ここでは、外部の電源装置から電源供給を行うようにしているが、機材収納部２内にバッテリを設け、このバッテリにより電源供給を行うことも可能である。
そして、このように構成されるデータ処理装置６０に、パーソナルコンピュータなどの制御装置７０を接続することによって、記憶装置６５のデータの読み出しや、読み出したデータの表示などを行うことができるようになっている。
【００２９】
次に、本実施の形態における電磁波強度分布測定装置による測定手順を説明する。
まず、この電磁波強度分布測定装置を測定場所に設置する。この測定場所は、紫外線センサ２２への放射入力が妨げられることのない、建物等の遮蔽物のない場所が好ましい。また、水準器５３を用いて水平な場所に設置する。さらに、図４に示す、１番の天空要素に対応する紫外線センサ２２が基準方向（本実施形態の場合には真南）を向くように設置する。なお、真南方向の測定は、方位磁石を用いて行う。この方位磁石は、紫外線センサ２２に入力される電磁波強度に影響を与える可能性があるため、設置時にのみ用い、測定時には除去する。
【００３０】
また、屋外等に設置する場合には、例えば、センサ部２０全体を覆う、石英等からなる透明ケースをセンサ部２０にかぶせればよい。これによって、雨や塵などから装置を保護することができる。
そして、例えば、測定場所の予測される紫外線強度を考慮して、必要に応じて増幅回路６４の増幅倍率の変更を行う。この変更は、例えば、演算処理装置６６に制御装置７０を接続しオペレータが制御装置７０を操作することにより、演算処理装置６６を介して行う。
【００３１】
この状態で、紫外線強度の測定を開始するとそれぞれ対応する各紫外線センサ２２において同時に紫外線強度に応じたセンサ信号が出力され、これが電流電圧変換回路６１で電流電圧変換が行われて増幅回路６２で増幅された後、マルチプレクサ６３に入力される。マルチプレクサ６３では、演算処理装置６６からのセンサ切替信号に応じて各紫外線センサ２２からのセンサ信号を順に切り替える。つまり、まず要素番号が１番の天空要素に対応する紫外線センサ２２のセンサ信号が選択されて増幅回路６４で増幅された後、演算処理装置６６に入力され、ここでデジタル信号に変換されて現在時刻データと対応付けられて記憶装置６５に格納される。次に要素番号が２番の天空要素に対応する紫外線センサ２２のセンサ信号が選択され、同様にして記憶装置６５に格納される。この処理が繰り返し行われることにより要素番号１番から１４５番の各天空要素に対応するセンサ信号が、現在時刻データと対応付けられて記憶装置６５に格納される。そして、要素番号が１４５番の天空要素に対応するセンサ信号に対する処理が終了したならば、再度要素番号が１番の天空要素に対応するセンサ信号から順に処理が行われる。この処理を繰り返し行うことによって、各時刻におけるセンサ信号が逐次記憶装置６５に格納される。なお、このセンサ信号の記憶は、所定時間継続して繰り返し行うようにしてもよく、所定時間毎に行うようにしてもよい。
【００３２】
このようにして測定され記憶装置６５に格納されたセンサ信号を参照する場合には、演算処理装置６６に制御装置７０を接続し、記憶装置６５の記憶データを読み出す。これによって、紫外線強度の測定結果を参照することができる。
図６は、天頂（要素番号１４５番の天空要素）の紫外線センサ２２のセンサ信号による測定結果を示したものであり、４分３０秒の間における紫外線強度を示したものである。なお、横軸は時刻（ｈ：ｍ：ｓ）、縦軸は紫外線強度の階調である。４分３０秒の間に、紫外線強度が大きく変化していることがわかる。
【００３３】
図７は、上記の手順で計測した所定時間における測定結果をもとに、天空の紫外線強度分布を示したものであって、（ａ）は上記手順で測定した測定結果に基づく紫外線強度分布を示したものである。また、図７（ｂ）は従来の機械式の測定装置を用いて、同一の測定場所で同一時刻に１４５個の天空要素について紫外線強度を測定した場合の測定結果をもとに、紫外線強度分布を示したものである。
【００３４】
図７に示すように、本発明の電磁波強度分布測定装置により得た紫外線強度分布に比較して、機械式の測定装置による紫外線強度分布の方が、紫外線強度が低めに現れており、これは、雲の移動による影響をうけたことを表す。つまり、前述のように、機械式の測定装置の場合、モータによりセンサを各天空要素位置に移動させて計測を行うため、センサを移動させる分時間がかかり、全天空要素についてセンサ信号を獲得し終えるまでには、２分から４分程度かかっている。雲がない状態で測定を開始したとしても、数分程度の時間があれば雲が移動する可能性は高く、すなわち紫外線が遮蔽されるため、結果的に天空の紫外線強度の計測精度が低下することになる。
【００３５】
これに対し、本発明による電磁波（紫外線）強度分布測定装置は、紫外線センサ２２を各天空要素位置に移動させる必要はないため、センサの移動に要する分だけ全天空要素のセンサ信号を獲得するために要する所要時間を短縮することができる。
そのため、計測中に雲の移動による影響をうける可能性が低くなり、すなわち、天空の紫外線強度の計測精度を向上させることができる。
【００３６】
また、全ての天空要素についてそのセンサ信号を獲得し終えるまでの時間を短縮することができ、約２秒程度で実現することができるため、大幅に測定時間を短縮することができるため、要素番号１番の天空要素のセンサ信号を獲得した時刻と、１４５番の天空要素のセンサ信号を獲得した時刻との時間差を短縮することができる。そのため、１４５個のセンサ信号を獲得した時刻の差による天空の紫外線強度分布の検出誤差をより低減することができる。
【００３７】
次に、紫外線センサ２２のキャリブレーション時の操作を説明する。
紫外線センサ２２は、感度劣化が生じやすく、また比較的得られるセンサ信号が小さいため、ある程度の期間毎（例えば１カ月程度毎）に、キャリブレーションを行う必要がある。ここで、本電磁波強度分布測定装置は、１４５個の紫外線センサ２２を備えているため、１４５個それぞれの紫外線センサ２２についてキャリブレーションを行う必要がある。例えば、各紫外線センサ２２に紫外線照射装置等によってキャリブレーション用の強度で紫外線を照射し、その際の紫外線センサ２２のセンサ信号から得られる紫外線強度がキャリブレーション用の強度と一致するかどうかを判断する必要がある。
【００３８】
本発明の電磁波（紫外線）強度分布測定装置はセンサ部１に治具案内部２４が形成されている。キャリブレーションを行う場合には、キャリブレーション用の光ファイバを、その先端が紫外線センサ２２に突き当たるまで治具案内部２４に挿入し、紫外線センサ２２に対して紫外線センサ２２を一定距離となる位置に位置決めした後、この状態で紫外線照射を行う。この処理を繰り返し行い全ての紫外線センサ２２についてキャリブレーションを行う。
【００３９】
このとき、演算処理装置６６には制御装置７０を接続し、制御装置７０から、演算処理装置６６を介してマルチプレクサ６３へのセンサ切替信号を出力し、オペレータが光ファイバを治具案内部２４に挿入して位置決めが完了するタイミングと同期して、マルチプレクサ６３へのセンサ切替信号の切り替えを行って、現在のキャリブレーション対象の紫外線センサ２２のセンサ信号を取り込む。そして、取り込んだセンサ信号を、例えば、キャリブレーション対象の紫外線センサ２２に対応する天空要素の要素番号とセンサ信号とを対応付けて、制御装置７０の表示装置に表示したり、或いは記憶装置６５に記憶したりする。
【００４０】
これによって、オペレータは、制御装置７０に表示されたセンサ信号を参照することによって対応する紫外線センサ２２が正常であるかを判断することができる。或いは、記憶装置６５に記憶されたデータを読み出すことによって、紫外線センサ２２の異常を検出することができる。
ここで、前述のように、治具案内部２４によりキャリブレーション用の光ファイバを案内するようになっている。このため、光ファイバを、先端が突き当たるまで治具案内部２４に挿入するだけで、光ファイバは紫外線センサ２２と対向する一定距離の位置に位置決めされる。したがって、位置決めを容易に行うことができるとともに、姿勢が定まりやすい。そのため、全紫外線センサ２２のキャリブレーションに要する手間や所要時間を短縮することができる。
【００４１】
特に、センサ取付け部材１０は半円球状に形成されているため、センサ取付け部材１０の表面で光ファイバの位置を維持し、且つ、光ファイバをセンサ取付け部材１０の表面に対して略垂直に維持することは比較的困難である。さらに、一つの紫外線センサ２２のみをキャリブレーションする場合にはそれほど問題にはならないが、１４５個全てについてキャリブレーションを行う場合には神経を使うことになり、キャリブレーションを容易に行うことができるということは、キャリブレーションを行うオペレータにとって有効である。
【００４２】
また、各センサ保持部材２１ａの近傍には、少なくとも数個おきに天空要素の要素番号が記載されている。そのため、オペレータは記載された要素番号を参照することによって、どの紫外線センサ２２までキャリブレーションを行ったかを容易に認識することができる。特に、紫外線センサ２２の数が多いため、このように要素番号が記載されていることは、漏れなくキャリブレーションを行い、且つ同じ紫外線センサ２２に対して再度キャリブレーションを行うことを回避するためにも有効である。
【００４３】
特に、同じ紫外線センサ２２に対して再度キャリブレーションを繰り返した場合、演算処理装置６６や制御装置７０側で認識している紫外線センサ２２の要素番号と実際の要素番号とがずれる可能性がある。このように演算処理装置６６や制御装置７０側で認識している要素番号と実際の要素番号とが異なる場合、演算処理装置６６や制御装置７０側ではセンサ信号と要素番号とを対応付けてデータを管理しているため、正常な紫外線センサ２２の要素番号と異常なセンサ信号とが対応付けられる可能性があり、異常が生じている紫外線センサ２２の交換は行わず、実際には正常である紫外線センサ２２をセンサ信号の異常と判断して交換してしまう可能性がある。これはすなわち、不要な交換を行うことになる。
【００４４】
本発明では、上述のように、天空要素の要素番号を、センサ保持部材２１近傍に表示することによって、今現在、何番の天空要素の紫外線センサ２２に対する紫外線照射を行ったかを、オペレータは容易に認識することができ且つ要素番号で認識することができるため認識しやすく、紫外線センサ２２の漏れや、同じ紫外線センサ２２に対して紫外線照射を行うことを回避することができるため、不要な交換を行うことを抑制することができる。
【００４５】
また、上記実施の形態においては、天空を走査するために、紫外線センサ２２を移動させる必要がない。そのため、紫外線センサを移動させるためのモータや駆動機構などを設ける必要がないため、その分コスト削減を図ることができるとともに、モータや駆動機構等の劣化や故障などにより異常が発生することはないため、その分、装置全体の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
なお、上記実施の形態では、筒部２１ａの一方の端部を、センサ取付け部材１０の表面よりも突出させて治具案内部２４を形成する場合について説明したが、これに限るものではない。
図３のセンサ取付け部材１０の表面側の六角ナット２３をセンサ取付け部材１０内に埋め込んだ形状とし、六角ナット２３を埋め込むことによってセンサ取付け部材１０に形成される凹部を、治具案内部２４として用いることも可能である。
【００４７】
また、上記実施においては、国際照明委員会ＣＩＥにより定められた１４５個の天空要素について紫外線強度を測定する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、センサ取付け部材１０の下方に設けられた紫外線センサ２２は、高度が低いため建物や、車や人の移動などの外乱の影響をうけやすい。したがって、例えば、比較的外乱の影響をうけやすいと予測される下方位置を除いた部分のみに、紫外線センサ２２を設けるようにしてもよい。
【００４８】
また、１４５個の天空要素の全てについて紫外線センサ２２を設けるのではなく、１つおき等、数個おきに設けるようにしてもよく、逆にこれ以上の数を設けてもよい。紫外線センサ２２の数が少なくすると、天空の放射輝度分布の測定精度が低くなる可能性があるため、必要とする測定精度に応じた数の紫外線センサ２２を設ければよく、また、紫外線センサ２２の数を少なくした場合には、筒部２１ａの立体角を大きくすることで、紫外線センサ２２の数が少なくなった分を補うようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では天空の紫外線強度分布を測定する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、屋内での窓からの紫外線強度を簡易的に測定する測定装置を構成することもでき、この場合には、１４５個の天空要素全てに紫外線センサ２２を設ける必要はなく、必要とする精度に応じた数だけ設ければよい。また、例えば、半円球の窓側の半分の球面のみに紫外線センサ２２を設けるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態においては、紫外線センサ２２により紫外線強度を検出する場合について説明したがこれに限るものではなく、赤外線センサ、輝度センサ、光度センサや、日照、可視光などを測定する各種センサを適用することができる。
ここで、上記実施の形態において、紫外線センサ２２がセンサに対応し、センサ取付け部材１０およびセンサ保持部材２１が保持手段に対応し、データ処理装置６０がデータ処理手段に対応し、治具案内部２４が案内部に対応している。
また、電流電圧変換回路６１および増幅回路６２が第１の信号変換回路に対応し、増幅回路６４が第２の信号変換回路に対応し、演算処理装置６６が処理手段に対応している。
【符号の説明】
【００５１】
１ 測定部
２ 機材収納部
１０ センサ取付け部材
１１ 貫通孔
２０ センサ部
２１ センサ保持部材
２１ａ 筒部
２２ 紫外線センサ
２３ 六角ナット
２４ 治具案内部
３０ 固定部材
６０ データ処置装置
６２ 増幅回路
６３ マルチプレクサ
６４ 増幅回路
７０ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波強度を測定する複数のセンサと、
当該複数のセンサを、同一且つ一定の立体角で保持し且つ前記センサを互いに異なる方向となる一定の相対位置で保持する保持手段と、
前記複数のセンサのセンサ信号のデータ処理を行うデータ処理手段と、を備えることを特徴とする電磁波強度分布測定装置。
【請求項２】
前記保持手段は、前記センサのキャリブレーションを行うための治具を、前記センサと対向する位置に位置決めするための案内部を備えることを特徴とする請求項１記載の電磁波強度分布測定装置。
【請求項３】
前記保持手段は、半円球状のセンサ取付け部材と、
前記センサ毎に設けられ、前記立体角を有する筒状に形成された一方の端部に前記センサが固定され且つ他方の端部側は前記センサ取付け部材を貫通して表面側から突出して前記センサ取付け部材に固定されるセンサ保持部材と、で構成され、
前記センサ保持部材の前記筒状の内面部分が前記案内部を形成することを特徴とする請求項２記載の電磁波強度分布測定装置。
【請求項４】
前記センサ保持部材は、国際照明委員会により規定された１４５個の天空要素と対応する前記センサ取付け部材上の位置に設けられることを特徴とする請求項３記載の電磁波強度分布測定装置。
【請求項５】
前記データ処理手段は、
前記センサ信号のそれぞれに対応して設けられ且つ前記センサのセンサ信号を信号変換する第１の信号変換回路と、
前記第１の信号変換回路のそれぞれから出力されるセンサ信号のうち何れか一つのセンサ信号を選択し、且つ前記選択するセンサ信号を順次切り替えて出力するマルチプレクサと、
当該マルチプレクサから出力されるセンサ信号を信号変換する第２の信号変換回路と、
当該第２の信号変換回路から出力されるセンサ信号をデジタル信号に変換して所定の処理を行う処理手段と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電磁波強度分布測定装置。
【請求項６】
前記センサは、紫外線センサであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電磁波強度分布測定装置。
【請求項１】
電磁波強度を測定する複数のセンサと、
当該複数のセンサを、同一且つ一定の立体角で保持し且つ前記センサを互いに異なる方向となる一定の相対位置で保持する保持手段と、
前記複数のセンサのセンサ信号のデータ処理を行うデータ処理手段と、を備えることを特徴とする電磁波強度分布測定装置。
【請求項２】
前記保持手段は、前記センサのキャリブレーションを行うための治具を、前記センサと対向する位置に位置決めするための案内部を備えることを特徴とする請求項１記載の電磁波強度分布測定装置。
【請求項３】
前記保持手段は、半円球状のセンサ取付け部材と、
前記センサ毎に設けられ、前記立体角を有する筒状に形成された一方の端部に前記センサが固定され且つ他方の端部側は前記センサ取付け部材を貫通して表面側から突出して前記センサ取付け部材に固定されるセンサ保持部材と、で構成され、
前記センサ保持部材の前記筒状の内面部分が前記案内部を形成することを特徴とする請求項２記載の電磁波強度分布測定装置。
【請求項４】
前記センサ保持部材は、国際照明委員会により規定された１４５個の天空要素と対応する前記センサ取付け部材上の位置に設けられることを特徴とする請求項３記載の電磁波強度分布測定装置。
【請求項５】
前記データ処理手段は、
前記センサ信号のそれぞれに対応して設けられ且つ前記センサのセンサ信号を信号変換する第１の信号変換回路と、
前記第１の信号変換回路のそれぞれから出力されるセンサ信号のうち何れか一つのセンサ信号を選択し、且つ前記選択するセンサ信号を順次切り替えて出力するマルチプレクサと、
当該マルチプレクサから出力されるセンサ信号を信号変換する第２の信号変換回路と、
当該第２の信号変換回路から出力されるセンサ信号をデジタル信号に変換して所定の処理を行う処理手段と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電磁波強度分布測定装置。
【請求項６】
前記センサは、紫外線センサであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電磁波強度分布測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１１２７２７（Ｐ２０１２−１１２７２７Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６０５３２（Ｐ２０１０−２６０５３２）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
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