JP2013200193A - Moisture detection device, electrical conductivity detection device, sensor network system, program, method of detecting moisture, and method of detecting electrical conductivity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に、土壌の水分量や電気伝導度を正確かつ安価で検出する技術に関する。さらには、畑などの培地に対する散水や追肥を自動的に制御する技術に関する。 The present invention mainly relates to a technique for accurately and inexpensively detecting soil moisture content and electrical conductivity. Furthermore, it is related with the technique which controls automatically the watering and topdressing with respect to culture media, such as a field.
従来より、畑の培地における水分量や養分濃度を検出するセンサが提案されている。 Conventionally, a sensor for detecting the amount of water and nutrient concentration in a field culture medium has been proposed.
ところが、電気伝導度を検出するセンサでは、土中の水分量が多くないと測定が難しいため、例えば、特許文献1に記載の技術では、測定する際に、センサから水分を供給する仕組みが必要となるという問題があった。
However, with a sensor that detects electrical conductivity, measurement is difficult unless the amount of moisture in the soil is large. For example, the technique described in
また、土中の水分量を電気的に計測する方法には、電気抵抗法や誘電率法などが提案されているが、電気抵抗法は安価である反面、塩分濃度や温度の影響を受けやすく、正確な測定ができないという問題がある。一方、誘電率法は、塩分濃度の影響はある程度抑制されるが、高周波を使用するために、検出装置そのものが比較的高価な構成となるという問題があった。 In addition, the electrical resistance method and the dielectric constant method have been proposed as methods for electrically measuring the moisture content in the soil. However, while the electrical resistance method is inexpensive, it is easily affected by salt concentration and temperature. There is a problem that accurate measurement cannot be performed. On the other hand, the dielectric constant method has a problem that the influence of the salinity concentration is suppressed to some extent, but since the high frequency is used, the detection device itself has a relatively expensive configuration.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、主に、土壌の水分量や電気伝導度を正確かつ安価で検出する技術を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and mainly aims at providing the technique which detects the moisture content and electrical conductivity of soil correctly and cheaply.
上記の課題を解決するため、請求項1の発明は、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段とを備える。
In order to solve the above problems, the invention of
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る水分検出装置であって、前記水分量特定手段は、
また、請求項3の発明は、請求項1または2の発明に係る水分検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値を検出する。
The invention according to
また、請求項4の発明は、請求項3の発明に係る水分検出装置であって、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第1周波数の第1入力電気信号と第2周波数の第2入力電気信号とを印加し、前記第1周波数および前記第2周波数は、いずれも第1基準周波数以上の周波数であり、前記第1基準周波数は10kHz程度である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the moisture detecting device according to the third aspect of the invention, wherein the signal generating means includes a first input electric signal having a first frequency and a second frequency having a second frequency as the input electric signal. A two-input electric signal is applied, and the first frequency and the second frequency are both frequencies equal to or higher than the first reference frequency, and the first reference frequency is about 10 kHz.
また、請求項5の発明は、請求項4の発明に係る水分検出装置であって、前記第1周波数は、第2基準周波数未満であり、前記第2周波数は、前記第2基準周波数以上であり、前記第2基準周波数は数百kHzである。
Further, the invention of
また、請求項6の発明は、請求項1または2の発明に係る水分検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記位相差を検出する。
The invention according to
また、請求項7の発明は、請求項6の発明に係る水分検出装置であって、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第1周波数の第1入力電気信号と第2周波数の第2入力電気信号とを印加し、前記第1周波数および前記第2周波数は、いずれも第1基準周波数以上の周波数であり、前記第1基準周波数は10kHz程度である。
The invention according to
また、請求項8の発明は、請求項1または2の発明に係る水分検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値および前記位相差を検出する。
The invention according to
また、請求項9の発明は、請求項8の発明に係る水分検出装置であって、前記入力電気信号は、第1周波数の第1入力電気信号を含み、前記第1周波数は、第1基準周波数以上の周波数であり、前記第1基準周波数は10kHz程度である。
The invention according to claim 9 is the moisture detecting device according to the invention of
また、請求項10の発明は、請求項9の発明に係る水分検出装置であって、前記入力電気信号は、第2周波数の第2入力電気信号を含み、前記第1周波数は、第2基準周波数未満であり、前記第2周波数は、前記第2基準周波数以上であり、前記第2基準周波数は数百kHzであり、前記インピーダンス測定手段は、前記第1入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間のインピーダンスの絶対値を測定するとともに、前記第2入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間の位相差を測定する。
The invention of
また、請求項11の発明は、請求項1ないし10のいずれかの発明に係る水分検出装置であって、前記信号発生手段は、矩形波の電気信号を前記入力電気信号とする。 An eleventh aspect of the present invention is the moisture detection apparatus according to any one of the first to tenth aspects, wherein the signal generating means uses a rectangular wave electric signal as the input electric signal.
また、請求項12の発明は、請求項1ないし11のいずれかの発明に係る水分検出装置であって、周囲の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記水分量特定手段は、前記温度検出手段による検出結果に応じて、前記抵抗値および前記静電容量またはそのうちの一方を補正する。
The invention of claim 12 is the moisture detecting device according to any one of
また、請求項13の発明は、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段とを備える。 The invention according to claim 13 is a signal generation for applying an alternating input electric signal to one of the pair of electrodes in contact with a measurement target system in which a solute insoluble in water is dispersed in water. An impedance measuring means for measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electrical signal and an output electrical signal from the other of the electrodes, and the impedance measurement A resistance value between the pair of electrodes and a capacitance between the pair of electrodes are obtained based on at least one of an absolute value or a phase difference of impedance measured by the means; And an electrical conductivity specifying means for obtaining electrical conductivity between the pair of electrodes based on the capacitance.
また、請求項14の発明は、請求項13の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電気伝導度特定手段は、
また、請求項15の発明は、請求項14の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電気伝導度特定手段は、
また、請求項16の発明は、請求項15の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電気伝導度特定手段は、前記測定対象系における水分量を求めるとともに、前記電気伝導度を前記水分量で補正する。 The invention of claim 16 is the electrical conductivity detecting device according to the invention of claim 15, wherein the electrical conductivity specifying means obtains the amount of water in the measurement target system and calculates the electrical conductivity. Correct with the amount of moisture.
また、請求項17の発明は、請求項13ないし16のいずれかの発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値を検出する。 The invention of claim 17 is the electrical conductivity detection device according to any of claims 13 to 16, further comprising a resistor disposed between one of the electrodes and the signal generating means. The impedance measuring means detects the absolute value by resistance partial pressure.
また、請求項18の発明は、請求項17の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第1周波数の第1入力電気信号と第2周波数の第2入力電気信号とを印加し、前記第1周波数および前記第2周波数は、いずれも第1基準周波数以上の周波数であり、前記第1基準周波数は10kHz程度である。 An eighteenth aspect of the present invention is the electrical conductivity detecting device according to the seventeenth aspect of the present invention, wherein the signal generating means includes a first input electric signal having a first frequency and a second frequency as the input electric signal. The first frequency and the second frequency are both equal to or higher than the first reference frequency, and the first reference frequency is about 10 kHz.
また、請求項19の発明は、請求項18の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記第1周波数は、第2基準周波数未満であり、前記第2周波数は、前記第2基準周波数以上であり、前記第2基準周波数は数百kHzである。 The invention according to claim 19 is the electrical conductivity detecting device according to the invention according to claim 18, wherein the first frequency is less than a second reference frequency, and the second frequency is the second reference frequency. Thus, the second reference frequency is several hundred kHz.
また、請求項20の発明は、請求項13ないし16のいずれかの発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記位相差を検出する。 The twentieth aspect of the present invention is the electrical conductivity detection device according to any one of the thirteenth to sixteenth aspects of the present invention, further comprising a resistor disposed between one of the electrodes and the signal generating means. The impedance measuring means detects the phase difference by resistance voltage division.
また、請求項21の発明は、請求項20の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第1周波数の第1入力電気信号と第2周波数の第2入力電気信号とを印加し、前記第1周波数および前記第2周波数は、いずれも第1基準周波数以上の周波数であり、前記第1基準周波数は10kHz程度である。 The invention according to claim 21 is the electrical conductivity detecting device according to claim 20, wherein the signal generating means uses the first input electrical signal of the first frequency and the second frequency as the input electrical signal. The first frequency and the second frequency are both equal to or higher than the first reference frequency, and the first reference frequency is about 10 kHz.
また、請求項22の発明は、請求項13ないし16のいずれかの発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値および前記位相差を検出する。 The invention of claim 22 is the electrical conductivity detection device according to any of claims 13 to 16, further comprising a resistor disposed between one of the electrodes and the signal generating means. The impedance measuring means detects the absolute value and the phase difference by resistance voltage division.
また、請求項23の発明は、請求項22の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記入力電気信号は、第1周波数の第1入力電気信号を含み、前記第1周波数は、第1基準周波数以上の周波数であり、前記第1基準周波数は10kHz程度である。 The invention of claim 23 is the electrical conductivity detecting device according to the invention of claim 22, wherein the input electrical signal includes a first input electrical signal of a first frequency, and the first frequency is The frequency is equal to or higher than one reference frequency, and the first reference frequency is about 10 kHz.
また、請求項24の発明は、請求項23の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記入力電気信号は、第2周波数の第2入力電気信号を含み、前記第1周波数は、第2基準周波数未満であり、前記第2周波数は、前記第2基準周波数以上であり、前記第2基準周波数は数百kHzであり、前記インピーダンス測定手段は、前記第1入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間のインピーダンスの絶対値を測定するとともに、前記第2入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間の位相差を測定する。 The invention of claim 24 is the electrical conductivity detection device according to claim 23, wherein the input electrical signal includes a second input electrical signal having a second frequency, and the first frequency is Less than 2 reference frequencies, the second frequency is greater than or equal to the second reference frequency, the second reference frequency is several hundred kHz, and the impedance measuring means outputs an output electrical signal with respect to the first input electrical signal And measuring the absolute value of the impedance between the pair of electrodes and measuring the phase difference between the pair of electrodes according to the output electrical signal with respect to the second input electrical signal.
また、請求項25の発明は、請求項13ないし24のいずれかの発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記信号発生手段は、矩形波の電気信号を前記入力電気信号とする。 The invention of claim 25 is the electrical conductivity detecting device according to any one of claims 13 to 24, wherein the signal generating means uses a rectangular wave electric signal as the input electric signal.
また、請求項26の発明は、請求項13ないし25のいずれかの発明に係る電気伝導度検出装置であって、周囲の温度を検出する温度検出手段を備え、前記電気伝導度特定手段は、前記温度検出手段による検出結果に応じて、前記抵抗値および前記静電容量またはそのうちの一方を補正する。 The invention of claim 26 is the electrical conductivity detector according to any one of claims 13 to 25, further comprising temperature detecting means for detecting the ambient temperature, wherein the electrical conductivity specifying means comprises: The resistance value and / or the capacitance is corrected according to the detection result by the temperature detecting means.
また、請求項27の発明は、測定対象系に水を供給する給水装置と、前記給水装置による水の供給を制御する制御装置と、前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な水分検出装置とを備え、前記水分検出装置は、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段とを備え、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段をさらに備え、前記制御装置は、前記水分検出装置による検出結果に応じて前記給水装置を制御する。 According to a twenty-seventh aspect of the present invention, there is provided a water supply device for supplying water to a measurement target system, a control device for controlling the supply of water by the water supply device, and a moisture detection capable of data communication with the control device via a network. The water detection device applies a pair of electrodes in contact with a measurement target system in which a solute insoluble in water is dispersed in water and an AC input electric signal to one of the electrodes. Signal generating means; and impedance measuring means for measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electric signal and an output electric signal from the other of the electrodes. , Based on at least one of the absolute value or the phase difference of the impedance measured by the impedance measuring means, The controller further includes a moisture amount specifying unit that calculates a capacitance between the pair of electrodes and calculates a moisture amount in the measurement target system based on the resistance value and the capacitance. The said water supply apparatus is controlled according to the detection result by a detection apparatus.
また、請求項28の発明は、測定対象系に養液を供給する養液供給装置と、前記養液供給装置による養液の供給を制御する制御装置と、前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な電気伝導度検出装置とを備え、前記電気伝導度検出装置は、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段とを備え、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段をさらに備え、前記制御装置は、前記電気伝導度検出装置による検出結果に応じて前記養液供給装置を制御する。 The invention of claim 28 provides a nutrient solution supply device for supplying a nutrient solution to a measurement target system, a control device for controlling supply of nutrient solution by the nutrient solution supply device, and data via the control device and a network. An electrical conductivity detection device capable of communication, the electrical conductivity detection device comprising a pair of electrodes in contact with a measurement target system in which a solute insoluble in water is dispersed in water, and the electrode At least one of an absolute value or a phase difference of impedance between the pair of electrodes based on signal generating means for applying an alternating input electric signal to one side, and the input electric signal and an output electric signal from the other of the electrodes Impedance measuring means for measuring one, based on at least one of the absolute value or phase difference of the impedance measured by the impedance measuring means, Electrical conductivity specifying means for obtaining a resistance value between a pair of electrodes and a capacitance between the pair of electrodes and obtaining an electrical conductivity between the pair of electrodes based on the resistance value and the capacitance The control device controls the nutrient solution supply device according to a detection result by the electrical conductivity detection device.
また、請求項29の発明は、コンピュータ読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段とを備える水分検出装置として機能させる。 The invention according to claim 29 is a computer-readable program, and the execution of the program by the computer makes the computer a measurement target system in which solutes insoluble in water are dispersed in water. A pair of electrodes in contact with each other, a signal generating means for applying an alternating input electric signal to one of the electrodes, and an impedance between the pair of electrodes based on the input electric signal and an output electric signal from the other of the electrodes An impedance measuring means for measuring at least one of an absolute value or a phase difference of the resistor, and a resistance between the pair of electrodes based on at least one of the absolute value or the phase difference of the impedance measured by the impedance measuring means A value and a capacitance between the pair of electrodes, and the resistance value and the capacitance Based on, to function as a moisture detecting device and a water content specifying means for determining the water content in the measurement target system.
また、請求項30の発明は、コンピュータ読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段とを備える電気伝導度検出装置として機能させる。 The invention according to claim 30 is a computer-readable program, and the execution of the program by the computer makes the computer a measurement target system in which solutes insoluble in water are dispersed in water. A pair of electrodes in contact with each other, a signal generating means for applying an alternating input electric signal to one of the electrodes, and an impedance between the pair of electrodes based on the input electric signal and an output electric signal from the other of the electrodes An impedance measuring means for measuring at least one of an absolute value or a phase difference of the resistor, and a resistance between the pair of electrodes based on at least one of the absolute value or the phase difference of the impedance measured by the impedance measuring means A value and a capacitance between the pair of electrodes, and the resistance value and the capacitance Based on, to function as an electrical conductivity detector having electric conductivity specifying means for determining the electrical conductivity between the pair of electrodes.
また、請求項31の発明は、一対の電極を水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触させる工程と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める工程とを有する。 Further, the invention of claim 31 is a step of bringing a pair of electrodes into contact with a measurement target system in which a solute insoluble in water is dispersed in water, and applying an alternating input electric signal to one of the electrodes. Measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electrical signal and an output electrical signal from the other of the electrodes, and the measured impedance The resistance value between the pair of electrodes and the capacitance between the pair of electrodes are obtained based on at least one of the absolute value or the phase difference of the two, and based on the resistance value and the capacitance, And determining the amount of water in the measurement target system.
また、請求項32の発明は、一対の電極を水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触させる工程と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める工程とを有する。 Further, the invention of claim 32 is a step of bringing a pair of electrodes into contact with a measurement target system in which a solute insoluble in water is dispersed in water, and applying an alternating input electric signal to one of the electrodes. Measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electrical signal and an output electrical signal from the other of the electrodes, and the measured impedance The resistance value between the pair of electrodes and the capacitance between the pair of electrodes are obtained based on at least one of the absolute value or the phase difference of the two, and based on the resistance value and the capacitance, And obtaining a conductivity between the pair of electrodes.
請求項1ないし12および請求項27,29,31に記載の発明は、入力電気信号と電極の他方からの出力電気信号とに基づいて一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定し、測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、一対の電極間の抵抗値および一対の電極間の静電容量を求めるとともに、当該抵抗値と当該静電容量とに基づいて、測定対象系における水分量を求めることにより、塩分濃度の影響が少なく、かつ、安価に水分量を検出できる。
The invention according to any one of
また、請求項13ないし26および請求項28,30,32に記載の発明は、入力電気信号と電極の他方からの出力電気信号とに基づいて一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定し、測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、一対の電極間の抵抗値および一対の電極間の静電容量を求めるとともに、当該抵抗値と当該静電容量とに基づいて、一対の電極間の電気伝導度を求めることにより、低水分量の環境においても測定対象系に接触させたままで電気伝導度を検出できる。 In the inventions according to claims 13 to 26 and claims 28, 30, and 32, the absolute value of the impedance or the phase difference between the pair of electrodes is based on the input electrical signal and the output electrical signal from the other electrode. Measure at least one of them, determine the resistance value between the pair of electrodes and the capacitance between the pair of electrodes based on at least one of the absolute value or phase difference of the measured impedance, and the resistance value By calculating the electrical conductivity between the pair of electrodes based on the capacitance and the capacitance, the electrical conductivity can be detected while being kept in contact with the measurement target system even in a low moisture content environment.
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<1. 実施の形態>
図1は、本発明に係るセンサネットワークシステム1を示す図である。センサネットワークシステム1は、互いにネットワーク9に接続される制御装置2、給水装置3、養液供給装置4および基地局5を備えている。また、センサネットワークシステム1は、測定対象系である培養土8に、一部が埋め込まれるように設置される複数のセンサ6を備えている。
<1. Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a
なお、培養土8は、野菜などの植物を育成するための畑を構成しており、一般に、溶媒としての水成分(液体成分)に、当該水に不溶性の溶質である土成分(固体成分)と空気成分(気体成分)とが混合したものである。また、ネットワーク9としては、LAN(Local Area Network)が想定されるが、インターネットや公衆網が採用されてもよい。
The
詳細は図示しないが、制御装置2は、一般的なコンピュータとしての構成および機能を備えた装置であり、データ通信が可能な状態でネットワーク9に接続されている。
Although not shown in detail, the
制御装置2は、センサ6が検出した情報(センシングデータ:詳細後述)を、基地局5およびネットワーク9を介して受信する。すなわち、制御装置2は、センシングデータを収集する機能を有している。
The
また、制御装置2は、収集したセンシングデータを分析し、培養土8の状態を判定する機能を有している。特に、制御装置2は、培養土8の水分量と肥料(養分)濃度とが、育成中の植物にとって適正量であるか否かを判定する。このような判定は、予め作成され記憶されている育成レシピ情報(例えば、育成中の植物の種類や生育状況に応じて適正値を記録した情報)に基づいて行うことができる。
The
さらに、制御装置2は、培養土8の状態に応じて、給水装置3および養液供給装置4を制御する。
Furthermore, the
給水装置3は、ネットワーク9を介して制御装置2との間でデータ通信が可能となっている。給水装置3は、制御装置2からの制御信号に応じて、培養土8に向けて、水分を供給する機能を有している。したがって、制御装置2が、培養土8に含まれる水分量が不足していると判定した場合には、給水を開始させる制御信号を給水装置3に向けて送信すれば、給水装置3から培養土8に向けて水分が供給される。
The
養液供給装置4は、ネットワーク9を介して制御装置2との間でデータ通信が可能となっている。養液供給装置4は、制御装置2からの制御信号に応じて、培養土8に向けて、植物の養分(肥料)が溶解した養液を供給する機能を有している。したがって、制御装置2が、培養土8に含まれる養分が不足していると判定した場合には、養液の供給を開始させる制御信号を養液供給装置4に向けて送信すれば、養液供給装置4から培養土8に向けて養液が供給される。
The nutrient
基地局5は、いわゆる無線通信用の基地局であり、後述するセンサ6をネットワーク9に接続する機能を提供する。
The
センサ6は、培養土8に、ある程度の間隔をおいて、複数、まんべんなく設置されることが好ましい。
It is preferable that a plurality of
図2は、本発明に係るセンサ6を示す図である。センサ6は、CPU60、ROM61、RAM62、操作ボタン63およびLED64を備えている。
FIG. 2 is a diagram showing a
CPU60は、ROM61に記憶されているプログラム7に従って動作することにより、各種データの演算を行うとともに、センサ6が備える各構成を制御する。これによってセンサ6は、プログラム7を実行する一般的なコンピュータとしての機能を有している。なお、CPU60によって実現される機能の詳細については、後述する。
The
ROM61は、読み取り専用の記憶装置であり、先述のように、主にプログラム7を記憶する。
The
メモリ62は、例えば、CPU60の一時的なワーキングエリアとして使用されるRAMや不揮発性のNANDメモリ等の記憶装置であり、CPU60による情報の読み取りだけでなく、CPU60による情報の書き込みも可能な記憶装置の総称である。メモリ62は、センサ6において作成された各種データを記憶するために使用され、特に、温度情報620、水分情報621および電気伝導度情報622を記憶する。
The
操作ボタン63は、ユーザによって操作されるハードウェアであり、センサ6に必要な情報(指示情報)を入力するために使用される。操作ボタン63としては、例えば、電源ボタンやペアリングボタン、初期化ボタンなどが該当する。
The
LED64は、CPU60からの制御信号に応じて点滅(あるいは点灯)し、センサ6の状態をユーザに報知する機能を有している。
The
また、センサ6は、基地局5に向けて電波を送信するとともに、基地局5から送信された電波を受信するアンテナ65と、アンテナ65からのアナログ信号をデジタル信号に変換するとともに、CPU60からのデジタル信号をアナログ信号に変換するRF回路66とを備えている。これらの構成を備えることにより、センサ6は、基地局5との間で、無線によるデータ通信が可能となっている。
The
さらに、センサ6は、温度計67、一対の電極68,69、信号発生部70、第1抵抗器71、第2抵抗器72、絶対値検出回路73、および、位相検出回路74を備えている。
The
温度計67は、センサ6の周囲の温度を検出する機能を有している。温度計67の検出結果である周囲の温度は、CPU60に伝達されて、温度情報620としてメモリ62に記憶される。
The
一対の電極68,69は、センサ6の下方に突出した柱状の構造物であり、センサ6が設置される際には、培養土8に接触するように、培養土8中に埋没する。なお、一対の電極68,69の形状は、ここに示す例に限定されるものではなく、測定対象系である培養土8にある程度の間隔で接触するものであればよい。
The pair of
信号発生部70は、第1信号発生回路75および第2信号発生回路76を備えている。
The
第1信号発生回路75は、矩形波の交流の電気信号を生成する回路であり、第1周波数の第1入力電気信号を電極69(一対の電極68,69の一方)に印加する。以下、第1周波数を「f1」と称する。0
第2信号発生回路76は、矩形波の交流の電気信号を生成する回路であり、第2周波数の第2入力電気信号を電極69(一対の電極68,69の一方)に印加する。以下、第2周波数を「f2」と称する。
The first
The second
このように、本実施の形態におけるセンサ6は、矩形波の電気信号を用いることにより、いわゆるマイコンのIOのみで実現することができ、正弦波の電気信号を使用する場合に比べて、コストを削減できる。
As described above, the
第1抵抗器71は、信号発生部70(第1信号発生回路75)と電極69(一対の電極68,69の一方)との間に配置される。
The
第2抵抗器72は、信号発生部70(第2信号発生回路76)と電極69との間に配置される。
The
絶対値検出回路73は、電極68,69間(培養土8)のインピーダンスの絶対値(以下、|Z|と称する。)を、電気抵抗法により測定する回路である。絶対値検出回路73は、抵抗分圧を計測することにより、上記絶対値|Z|を求める。本実施の形態における絶対値検出回路73は、第1信号発生回路75側から入力される第1入力電気信号と、当該第1入力電気信号に対する出力電気信号に基づいて、当該絶対値|Z|を求める。また、絶対値検出回路73は、測定した絶対値|Z|をCPU60に伝達する。また、本実施の形態では、絶対値|Z|を求める手法として、抵抗分圧を測定する手法を例に説明したが、これに限定されるものではない
位相検出回路74は、電極68,69間(培養土8)の位相差(以下、φと称する。)を、絶対値検出回路73と同様に、抵抗分圧により、上記位相差φを求める。本実施の形態における位相検出回路74は、第2信号発生回路76側から入力される第2入力電気信号と、当該第2入力電気信号に対する出力電気信号に基づいて、当該位相差φを求める。
The absolute
このように、位相検出回路74が抵抗分圧により位相差φを検出することで、絶対値|Z|を検出するための構成とほぼ同じ回路構成とすることができ、回路や電極68,69の共有が容易となる。
In this way, the
また、位相検出回路74に対しても、矩形波の第2入力電気信号が用いられる。このような矩形波を使用した場合には、正弦波を使用した場合に対して位相差が線形に変化する。すなわち、変化が線形であるため、後述する演算で正弦波を使用した場合と同等の状態に戻すことが可能である。
Further, the second input electric signal having a rectangular wave is also used for the
なお、位相検出回路74は、絶対値検出回路73と同様に、測定した位相差φをCPU60に伝達する。また、本実施の形態では、位相差φを求める手法として、抵抗分圧を測定する手法を例に説明したが、これに限定されるものではない。
The
次に、CPU60が、絶対値検出回路73から伝達される絶対値|Z|と、位相検出回路74から伝達される位相差φとに基づいて、培養土8の水分量(以下、θと称する。)および電気伝導度(水分量θが100%のときの塩分濃度。以下、σと称する。)を求める原理について説明する。なお、電気伝導度σは、土壌の塩類濃度の指標であり、農業分野においては、土壌中の肥料の量の目安とされる。
Next, based on the absolute value | Z | transmitted from the absolute
図3は、測定対象系である培養土8の等価回路を示す図である。培養土8を電気的に測定する場合には、電極68,69と培養土8との間に容量成分80が形成される。また、培養土8は、容量成分81と抵抗成分82で表すことができる。以下では、容量成分80の静電容量を「CS」、容量成分81の静電容量を「C」、抵抗成分82の抵抗値をRと称する。
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the
抵抗値Rは塩分濃度(すなわち電気伝導度σ)および水分量θによって変化し、静電容量Cは低塩分濃度であれば水分量θのみで変化する。一方で、静電容量CSは、塩分濃度や水分量θに依存せず、主に、センサ6の電極68,69の材質によって決まる。すなわち、これらの値の関係は、以下に示す式1および式2で表現することができる。
The resistance value R varies depending on the salinity concentration (that is, electric conductivity σ) and the water content θ, and the capacitance C varies only with the water content θ if the salinity concentration is low. On the other hand, the capacitance C S does not depend on the salinity concentration or the water content θ and is mainly determined by the material of the
なお、正確には、式1におけるF2(σ)は水分量θの関数となっており、F2(σ(θ))である。しかし、ここでは、一旦、式1で表し、詳細は後述する。
To be precise, F 2 (σ) in
したがって、水分量θおよび電気伝導度σを求めるためには、抵抗値Rおよび静電容量Cを求めればよい。そして、抵抗値Rおよび静電容量Cは、培養土8(電極68,69間)のインピーダンスの絶対値|Z|と、培養土8(電極68,69間)における電圧と電流との位相差φとにより、以下に示す式3および式4で表現される。
Therefore, in order to obtain the moisture amount θ and the electrical conductivity σ, the resistance value R and the capacitance C may be obtained. The resistance value R and capacitance C are the phase difference between the absolute value | Z | of the impedance of the culture soil 8 (between the
上記の式3および式4は、いずれもCS、C、Rの3つの変数をもつため、3つの連立方程式を解くことで、抵抗値Rと静電容量Cを求めることができる。
Since the
3つの連立方程式を解く方法としては、以下のように、3つの方法がある。1つ目は、3つの異なる周波数の入力電気信号を印加し、それぞれの場合について絶対値|Z|を測定して、式3に基づいて3つの連立方程式を立てて演算する方法である。2つ目は、3つの異なる周波数の入力電気信号を印加し、それぞれの場合について位相差φを測定して、式4に基づいて3つの連立方程式を立てて演算する方法である。3つ目は、絶対値|Z|または位相差φのうちのいずれか一方について、異なる2つの周波数の入力電気信号を印加して測定し、もう一方については1つの周波数の入力電気信号を印加して測定し、式3および式4に基づいて3つの連立方程式を立てて演算する方法である。
There are three methods for solving the three simultaneous equations as follows. The first is a method in which input electric signals having three different frequencies are applied, an absolute value | Z | is measured for each case, and three simultaneous equations are calculated based on
これらの方法によれば、CS、C、Rを分離することができ、抵抗値Rおよび静電容量Cが求まる。しかし、これらの方法は、3つの連立方程式を解くため、演算量が多くなるという問題がある。 According to these methods, C S , C, and R can be separated, and the resistance value R and the capacitance C can be obtained. However, these methods have a problem that the amount of calculation increases because three simultaneous equations are solved.
そこで、まず、容量成分80(CS)の影響を小さくして、2つの連立方程式を解くことにより、抵抗値Rおよび静電容量Cを求める方法を提案する。 Therefore, first, a method for obtaining the resistance value R and the capacitance C by solving the two simultaneous equations while reducing the influence of the capacitance component 80 (C S ) is proposed.
容量成分80の静電容量CSは、主に、構成される電極68,69の材料に依存し、通常は数uF程度と比較的大きな値である。そこで、10[kHz]以上(好ましくは数十[kHz]以上)の周波数の入力電気信号を使用すると、静電容量CSは、抵抗値R、静電容量Cに比べて、影響が非常に小さくなる。なお、本実施の形態では、10[kHz]を第1基準周波数と呼び、以下では「fα」と称する。第1基準周波数fαの値は、電極68,69の材料によって最適値が変化する。したがって、電極68,69に応じて第1基準周波数fαを決定すればよい。
The capacitance C S of the
以上のことから、fα以上の周波数の入力電気信号を用いることによって、式3および式4は、以下のように近似できる。
From the above, by using an input electric signal having a frequency equal to or higher than f α ,
上記の式5および式6は、いずれもC、Rの2つの変数をもつため、2つの連立方程式を解くことで、抵抗値Rと静電容量Cを求めることができる。すなわち、式3および式4を解く場合に比べて演算量が抑制できる。
Since both of the
式5および式6を用いて、2つの連立方程式を解いて抵抗値Rと静電容量Cを求める方法としては、以下のように、3つの方法がある。
There are three methods for obtaining the resistance value R and the capacitance C by solving two simultaneous
1つ目は、fα≦f1,f2となる2つの異なる周波数f1,f2を決定し、まず、第1信号発生回路75が第1周波数f1の第1入力電気信号を印加して、絶対値検出回路73が絶対値|Z|を測定する。そして、次に、第1信号発生回路75が周波数を切り替え、第2周波数f2の第2入力電気信号を印加して、絶対値検出回路73が絶対値|Z|を測定する。そして、fα以上の異なる2つの周波数f1,f2を使って測定した絶対値|Z|と、式5に基づいて、2つの連立方程式を立てて演算する方法(以下、「第1演算方法」と称する。)である。
First, two different frequencies f 1 and f 2 satisfying f α ≦ f 1 and f 2 are determined. First, the first
2つ目は、fα≦f1,f2となる2つの異なる周波数f1,f2を決定し、まず、第2信号発生回路76が第1周波数f1の第1入力電気信号を印加して、位相検出回路74が位相差φを測定する。そして、次に、第2信号発生回路76が周波数を切り替え、第2周波数f2の第2入力電気信号を印加して、位相検出回路74が位相差φを測定する。そして、fα以上の異なる2つの周波数f1,f2を使って測定した位相差φと、式6に基づいて、2つの連立方程式を立てて演算する方法(以下、「第2演算方法」と称する。)である。
Second, two different frequencies f 1 and f 2 satisfying f α ≦ f 1 and f 2 are determined. First, the second
3つ目は、fα≦f1となる周波数f1を決定し、第1信号発生回路75が第1周波数f1の第1入力電気信号を印加して、絶対値検出回路73が絶対値|Z|を測定する。一方で、第2信号発生回路76が、第1周波数f1の第1入力電気信号を印加して、位相検出回路74が位相差φを測定する。そして、同じ周波数f1を使って測定した絶対値|Z|および位相差φと、式5および式6に基づいて、2つの連立方程式を立てて演算する方法(以下、「第3演算方法」と称する。)である。
Third, the frequency f 1 satisfying f α ≦ f 1 is determined, the first
なお、本実施の形態におけるセンサ6は、絶対値|Z|を測定する回路および位相差φを測定する回路が、いずれも抵抗分圧を用いてそれぞれの値を測定する構成となっている。したがって、電極68,69を共有することができ、絶対値|Z|と位相差φとを同一の条件で測定することができる。
In the
本実施の形態におけるセンサ6は、上記の第1演算方法、第2演算方法および第3演算方法のいずれも採用可能な構成となっている。ただし、例えば、第1演算方法を採用して、位相検出回路74等を備えない構成としてもよい。また、逆に、第2演算方法を採用して、絶対値検出回路73等を備えない構成とすることもできる。あるいは、周波数を固定できる第3演算方法を採用して、第1信号発生回路75および第2信号発生回路76として周波数の切替機能のない回路を採用してもよい。
The
次に、上記式5について容量成分81(C)の影響を小さくして、上記の2つの連立方程式を解く方法よりもさらに演算量を抑制する方法を提案する。
Next, a method is proposed in which the influence of the capacitance component 81 (C) is reduced in
容量成分81の静電容量Cは、主に、構成される電極68,69の形状に依存し、通常は数pF程度と比較的小さな値である。そこで、数百[kHz]以下の周波数の入力電気信号を使用すると、静電容量Cは、抵抗値Rに比べて影響が非常に小さくなる。なお、本実施の形態では、数百[kHz]を第2基準周波数と呼び、以下では「fβ」と称する。第2基準周波数fβの値は、電極68,69の形状によって最適値が変化する。したがって、電極68,69に応じて第2基準周波数fβを決定すればよい。
The capacitance C of the
すなわち、fα以上でfβ未満の周波数の入力電気信号を用いることによって、式5は、以下のように近似できる。
That is, by using an input electrical signal having a frequency not less than f α and less than f β ,
上記式7は、Rのみを変数とする方程式である。したがって、fα以上でfβ未満の周波数の入力電気信号を用いることによって、静電容量CS,Cによる影響の小さい、抵抗値Rを求めることができる。
式7を用いて抵抗値Rと静電容量Cを求める方法としては、以下のように、2つの方法を提案する。
As methods for obtaining the resistance value R and the capacitance
1つ目は、fα≦f1<fβとなる周波数f1と、fβ≦f2となる周波数f2を決定し、まず、第1信号発生回路75が第1周波数f1の第1入力電気信号を印加して、絶対値検出回路73が絶対値|Z|を測定し、式7により抵抗値Rを求める。そして、次に、第1信号発生回路75が周波数を切り替え、第2周波数f2の第2入力電気信号を印加して、絶対値検出回路73が絶対値|Z|を測定する。そして、すでに求めた抵抗値Rと、第2入力電気信号を使用して測定した絶対値|Z|とを式5に代入することにより静電容量Cを演算する方法(以下、「第4演算方法」と称する。)である。
First, a frequency f 1 satisfying f α ≦ f 1 <f β and a frequency f 2 satisfying f β ≦ f 2 are determined. First, the first
2つ目は、fα≦f1<fβとなる周波数f1と、fβ≦f2となる周波数f2を決定し、まず、第1信号発生回路75が第1周波数f1の第1入力電気信号を印加して、絶対値検出回路73が絶対値|Z|を測定し、式7により抵抗値Rを求める。これと平行して、第2信号発生回路76が第2周波数f2の第2入力電気信号を印加して、位相検出回路74が位相差φを測定する。そして、求めた抵抗値Rと、第2入力電気信号を使用して測定した位相差φとを式6に代入することにより静電容量Cを演算する方法(以下、「第5演算方法」と称する。)である。
Second, a frequency f 1 satisfying f α ≦ f 1 <f β and a frequency f 2 satisfying f β ≦ f 2 are determined. First, the first
第4演算方法および第5演算方法は、いずれも連立方程式を解く必要がないので、第1演算方法ないし第3演算方法に比べて、演算量がさらに抑制される。 Since neither the fourth calculation method nor the fifth calculation method needs to solve simultaneous equations, the amount of calculation is further suppressed as compared with the first to third calculation methods.
なお、本実施の形態におけるセンサ6は、第4演算方法および第5演算方法のいずれも採用可能な構成を備えているが、以下では、第5演算方法を採用するものとして説明する。すなわち、センサ6のメモリ62には、式6における関数F8(C,R)および式7における関数F9(R)が実験等により求められ、格納されている。また、第5演算方法を採用するため、第1信号発生回路75および第2信号発生回路76としては、周波数を変更する機能のない回路を採用できる。
In addition, although the
また、本実施の形態では、周波数f1として、10[kHz]〜数十[kHz]程度の周波数を使用する。また、周波数f2(位相差を測定するための第2入力電気信号の周波数)としては、R=1/(ω×C)となるような周波数が測定上は好ましく、本実施の形態では10[MHz]程度の周波数を使用する(ただしω=2πf2)。すなわち、抵抗値Rおよび静電容量Cの値をある程度予測して、適した周波数f2を決定する。 In the present embodiment, a frequency of about 10 [kHz] to several tens [kHz] is used as the frequency f 1 . Further, the frequency f 2 (the frequency of the second input electric signal for measuring the phase difference) is preferably a frequency such that R = 1 / (ω × C). A frequency of about [MHz] is used (where ω = 2πf 2 ). That is, a suitable frequency f 2 is determined by predicting the resistance value R and the capacitance value C to some extent.
このように、CPU60は、入力電気信号と電極68(電極68,69の他方)からの出力電気信号とに基づいて一対の電極68,69間の抵抗値Rおよび一対の電極68,69間の静電容量Cを求める。
As described above, the
本実施の形態におけるセンサ6(CPU60)は、温度計67の検出結果(温度情報620)に基づいて、求めた抵抗値Rおよび静電容量Cを温度補正する機能も有している。
The sensor 6 (CPU 60) in the present embodiment also has a function of correcting the temperature of the obtained resistance value R and capacitance C based on the detection result (temperature information 620) of the
センサ6のメモリ62には、容量成分81の静電容量および抵抗成分82の抵抗値が温度に応じて、どのように変化するかを予め実験等により求めた情報が格納されている。CPU60は、第5演算方法により抵抗値Rおよび静電容量Cを求めた後に、温度情報620に基づいて当該情報を参照しつつ、抵抗値Rおよび静電容量Cを補正する。以下では、抵抗値Rの温度による補正後の値を「R0」、静電容量Cの温度による補正後の値を「C0」と称する。
The
容量成分81の静電容量C0および抵抗成分82の抵抗値R0が求まると、式1および式2の連立方程式を解くことにより、電気伝導度σおよび水分量θが求まる。
When the capacitance C 0 of the
もちろん、この連立方程式を解いてもよいが、本実施の形態におけるセンサ6は、さらに演算量を抑制する方法を採用する。
Of course, the simultaneous equations may be solved, but the
まず、式1のF1(θ)と、式2のF3(θ)とが同じ特性であることを利用して、式1と式2とを積算し、式8を求める。
First, using the fact that F 1 (θ) in
式8では、水分量θの影響がキャンセルされている。
In
そして、電気伝導度σが低い(例えば数百mS/m以下。通常の培養土8であればこの範囲となる。)ときには、F4(σ)が一定(定数Aとおく。Aは実験等により求めておくことができる。)となるため、式2は式9に、式8は式10に近似できる。
When the electrical conductivity σ is low (for example, several hundred mS / m or less. This is the range for normal culture soil 8), F 4 (σ) is constant (a constant A. A is an experiment or the like). Therefore,
したがって、関数F3(θ)および定数Aを実験で予め求めておけば、第5演算方法および温度補正により求めたC0を式9に代入することによって水分量θ(水分情報621)が求まる。また、関数F2(σ)および定数Aを実験で予め求めておけば、第5演算方法および温度補正により求めたR0,C0を式10に代入することによって電気伝導度σを求めることができる。
Therefore, if the function F 3 (θ) and the constant A are obtained in advance by experiment, the moisture amount θ (moisture information 621) can be obtained by substituting C 0 obtained by the fifth calculation method and temperature correction into Equation 9. . Further, if the function F 2 (σ) and the constant A are obtained in advance by experiment, the electric conductivity σ is obtained by substituting R 0 and C 0 obtained by the fifth calculation method and temperature correction into the
ここで、厳密には、関数F2(σ)において、電気伝導度σは水分量θの影響を受ける。したがって、これを考慮すると、式1は、式11となる。
Strictly speaking, in the function F 2 (σ), the electrical conductivity σ is affected by the moisture amount θ. Therefore, considering this,
すなわち、水分量θの影響を考慮すると、式10は、式12となる。
That is, when the influence of the moisture amount θ is taken into consideration,
そして、第5演算方法および温度補正により求めたR0,C0を式12に代入することにより得られる電気伝導度は、σ(θ)となる。 The electrical conductivity obtained by substituting R 0 and C 0 obtained by the fifth calculation method and temperature correction into Equation 12 is σ (θ).
本実施の形態におけるCPU60は、式9から求めた水分量θにより、σ(θ)を補正して、電気伝導度σ(電気伝導度情報622)を求める。これにより、水分量θの影響を考慮して補正することができるので、電気伝導度σの精度が向上する。そして、先述のセンシングデータ(センサ6のセンシングデータ)とは、水分情報621および電気伝導度情報622を含むデータである。
The
CPU60は、さらに、作成した水分情報621および電気伝導度情報622を、適当なタイミングで、制御装置2に向けて送信するように、RF回路66を制御する。
The
以上が、本実施の形態におけるセンサネットワークシステム1の構成および機能の説明である。
The above is description of the structure and function of the
次に、センサ6を用いて水分量θおよび電気伝導度σを求める方法について説明する。
Next, a method for obtaining the water content θ and the electrical conductivity σ using the
図4は、本発明に係る水分検出方法および電気伝導度検出方法を示す流れ図である。図4に示す各工程が開始されるまでに、センサ6は培養土8に適切に設置され、電源が投入され、所定の初期化処理が完了しているものとする。
FIG. 4 is a flowchart showing a moisture detection method and an electrical conductivity detection method according to the present invention. By the time each process shown in FIG. 4 is started, it is assumed that the
図4に示す工程が開始されると、センサ6(CPU60)は、測定タイミングか否かを監視しつつ(ステップS1)、待機する状態となる。センサネットワークシステム1では、測定タイミングは、予め初期化処理において制御装置2から送信されスケジュール情報と、センサ6が備えるタイマ(図示せず)とに基づいて検出されるものとする。ただし、スケジュール情報は、制御装置2から送信されるのではなく、プログラム7の一部としてメモリ62に格納されていてもよい。また、送信要求等により測定タイミングを制御装置2が、逐一、センサ6に報知してもよい。
When the process shown in FIG. 4 is started, the sensor 6 (CPU 60) enters a standby state while monitoring whether or not the measurement timing is reached (step S1). In the
測定タイミングが検出されると、センサ6はステップS1においてYesと判定し、培養土8のインピーダンスの絶対値|Z|を測定する(ステップS2)。
When the measurement timing is detected, the
ステップS2では、まず、CPU60が信号発生部70に対して、絶対値|Z|の測定を開始する旨を伝達する。これに応じて、信号発生部70は、入力電気信号を発生させるように第1信号発生回路75を制御する。これにより、第1信号発生回路75は、第1周波数f1(fα≦f1<fβ)の第1入力電気信号を発生させ、電極69に印加する。そして、絶対値検出回路73は、第1入力電気信号と電極68からの出力電気信号とに基づいて、絶対値|Z|を測定し、CPU60に伝達する。
In step S <b> 2, first, the
絶対値|Z|が測定されると、センサ6は、培養土8による位相差φを測定する(ステップS3)。
When the absolute value | Z | is measured, the
ステップS3では、まず、CPU60が信号発生部70に対して、位相差φの測定を開始する旨を伝達する。これに応じて、信号発生部70は、入力電気信号を発生させるように第2信号発生回路76を制御する。これにより、第2信号発生回路76は、第2周波数f2(fβ≦f2)の第2入力電気信号を発生させ、電極69に印加する。そして、位相検出回路74は、第2入力電気信号と電極68からの出力電気信号とに基づいて、位相差φを測定し、CPU60に伝達する。
In step S <b> 3, first, the
位相差φが測定されると、CPU60は、温度計67の値を参照することにより、培養土8中の温度を測定する(ステップS4)。
When the phase difference φ is measured, the
次に、CPU60は、測定した絶対値|Z|を式7に代入することにより、抵抗値Rを求める(ステップS5)。
Next, the
抵抗値Rが求まると、CPU60は、求めた抵抗値Rと測定した位相差φとを式6に代入することにより、静電容量Cを求める(ステップS6)。
When the resistance value R is obtained, the
抵抗値Rと静電容量Cとが求まると、CPU60は、温度情報620に基づいて、温度補正を行い、抵抗値R0および静電容量C0とを求める(ステップS7)。
When the resistance value R and the capacitance C are obtained, the
次に、CPU60は、ステップS7で求めた静電容量C0を式9に代入することにより、水分量θを求め、水分情報621を作成する(ステップS8)。このようにして、センサ6により、培養土8の水分量θが検出される。すなわち、センサ6は水分検出装置としての機能を有している。
Next, the
また、CPU60は、ステップS7で求めた抵抗値R0および静電容量C0を式12に代入することにより、電気伝導度σ(θ)を求める(ステップS9)。
Further, the
さらに、CPU60は、ステップS8で求めた水分量θに基づいて、ステップS9で求めた電気伝導度σ(θ)を補正し、電気伝導度情報622を作成する(ステップS10)。このようにして、センサ6により、培養土8の電気伝導度σが検出される。すなわち、センサ6は電気伝導度検出装置としての機能を有している。
Further, the
水分情報621および電気伝導度情報622が作成されると、センサ6は、これらの情報を制御装置2に向けて送信する(ステップS11)。
When the
水分情報621および電気伝導度情報622を制御装置2に送信すると、センサ6は、再び、測定タイミングが到来するまで、待機状態となる。
When the
以上のように、本実施の形態におけるセンサ6は、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する培養土8に接触する一対の電極68,69と、電極69に交流の入力電気信号を印加する信号発生部70と、入力電気信号と電極68からの出力電気信号とに基づいて一対の電極68,69間のインピーダンスを測定する絶対値検出回路73および位相検出回路74と、当該インピーダンスに基づいて一対の電極68,69間の抵抗値および一対の電極68,69間の静電容量を求め、当該抵抗値と当該静電容量とに基づいて、培養土8における水分量を求めるとともに、培養土8(一対の電極68,69間)の電気伝導度を求めるCPU60とを備える。これにより、塩分濃度の影響の少ない水分検出装置を安価に実現できる。また、水分量が少ない環境(例えば、培養土8に設置したままの状態)でも電気伝導度を測定する電気伝導度検出装置を実現できる。
As described above, the
また、信号発生部70は、入力電気信号として、第1周波数f1の第1入力電気信号を印加する第1信号発生回路75と、第2周波数f2の第2入力電気信号を印加する第2信号発生回路76とを備え、第1周波数f1および第2周波数f2は、いずれも第1基準周波数fα以上の周波数であり、第1基準周波数fαは10[kHz]程度であることにより、電極68,69と培養土8との間の静電容量CSの影響を小さくでき、第1演算方法ないし第3演算方法が採用できるため、演算が簡単になる。
The
また、第1周波数f1は、第2基準周波数fβ未満であり、第2周波数f2は、第2基準周波数fβ以上であり、第2基準周波数fβは数百[kHz]であることにより、第4演算方法および第5演算方法を採用することができ、連立方程式を解く必要がなくなり演算が簡単になる。 The first frequency f 1 is less than the second reference frequency f β , the second frequency f 2 is greater than or equal to the second reference frequency f β , and the second reference frequency f β is several hundreds [kHz]. Thus, the fourth calculation method and the fifth calculation method can be adopted, and it is not necessary to solve the simultaneous equations, thereby simplifying the calculation.
また、一対の電極68,69間の位相差φを検出する位相検出回路74は、抵抗分圧を使用して位相差φを測定する構成とすることにより、絶対値|Z|を検出するための回路や電極68,69を共有することができる。
In addition, the
また、CPU60は、培養土8における水分量θを求めるとともに、一旦求めた電気伝導度σを当該水分量θで補正することにより、水分量の影響を補正することができ、精度が向上する。
Moreover, the
また、信号発生部70は、矩形波の電気信号を入力電気信号とすることにより、正弦波の電気信号を使用する場合に比べて、コストを削減できる。
Further, the
周囲の温度を検出する温度計67を備え、CPU60は、温度計67による検出結果に応じて、抵抗値および静電容量またはそのうちの一方を補正することにより、温度の影響を除去できるので、精度が向上する。
The
<2. 変形例>
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
<2. Modification>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.
例えば、図4に示した各工程は、あくまでも例示であって、これに限定されるものではない。したがって、同様の効果が得られるならば、図4に示す各工程の内容や順序が、適宜、変更されてもよい。例えば、ステップS2により絶対値|Z|が求められた後、ただちにステップS5が実行されて抵抗値Rが求められてもよい。あるいは、ステップS4による温度測定は、ステップS7による温度補正の直前に実行されてもよい。 For example, each process shown in FIG. 4 is merely an example, and the present invention is not limited to this. Therefore, if the same effect is acquired, the content and order of each process shown in FIG. 4 may be changed suitably. For example, after the absolute value | Z | is obtained in step S2, step S5 may be executed immediately to obtain the resistance value R. Or the temperature measurement by step S4 may be performed immediately before the temperature correction by step S7.
また、上記実施の形態では、培養土8で育成されるものとして植物を例に説明したが、植物に限定されるものではない。例えば、特殊な環境で増殖させるバクテリア等であってもよい。また、必ずしも育成を目的とする必要もない。すなわち、本発明は、測定対象系の状態を検出する目的において、広く応用が可能である。
Moreover, in the said embodiment, although the plant was demonstrated as an example to be grown with the
また、測定対象系として土成分を含む培養土8を例に説明したが、水栽培のように、個体成分や気体成分をほとんど含まない系が測定対象系となってもよい。その場合、センサ6は水溶液に浮かべるような構成とするのが好ましい。
Moreover, although the
また、センサネットワークシステム1は、温度を調整する機能を有していてもよい。例えば、センサネットワークシステム1が暖房装置を備えており、センサ6の温度計の値に応じて、制御装置2が当該暖房装置を制御してもよい。
The
また、センサネットワークシステム1においては、絶対値|Z|や位相差φを測定する機能を有する検出装置を採用し、制御装置2が当該検出装置から送信されるセンシングデータ(絶対値|Z|や位相差φ)に基づいて、水分量θおよび電気伝導度σを演算により特定してもよい。すなわち、検出装置が水分量θおよび電気伝導度σを演算しなくてもよい。
The
1 センサネットワークシステム
2 制御装置
3 給水装置
4 養液供給装置
5 基地局
6 センサ
60 CPU
61 ROM
62 メモリ
620 温度情報
621 水分情報
622 電気伝導度情報
63 操作ボタン
64 LED
65 アンテナ
66 RF回路
67 温度計
68,69 電極
7 プログラム
70 信号発生部
71 第1抵抗器
72 第2抵抗器
73 絶対値検出回路
74 位相検出回路
75 第1信号発生回路
76 第2信号発生回路
8 培養土
9 ネットワーク
DESCRIPTION OF
61 ROM
62
65
Claims (32)
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段と、
を備える水分検出装置。 A pair of electrodes in contact with a measurement target system in which a solute that is insoluble in water is dispersed in water;
Signal generating means for applying an alternating input electric signal to one of the electrodes;
Impedance measuring means for measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electrical signal and an output electrical signal from the other of the electrodes;
Based on at least one of the absolute value or phase difference of the impedance measured by the impedance measuring means, the resistance value between the pair of electrodes and the capacitance between the pair of electrodes are obtained, and the resistance value and A moisture content specifying means for obtaining a moisture content in the measurement target system based on the capacitance;
A moisture detection device comprising:
前記水分量特定手段は、
The moisture content specifying means includes:
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値を検出する水分検出装置。 The moisture detection apparatus according to claim 1 or 2,
A resistor disposed between one of the electrodes and the signal generating means;
The said impedance measurement means is a moisture detection apparatus which detects the said absolute value by resistance partial pressure.
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第1周波数の第1入力電気信号と第2周波数の第2入力電気信号とを印加し、
前記第1周波数および前記第2周波数は、いずれも第1基準周波数以上の周波数であり、
前記第1基準周波数は10kHz程度である水分検出装置。 The moisture detection apparatus according to claim 3,
The signal generating means includes
As the input electrical signal, a first input electrical signal having a first frequency and a second input electrical signal having a second frequency are applied,
The first frequency and the second frequency are both frequencies equal to or higher than a first reference frequency,
The moisture detection apparatus, wherein the first reference frequency is about 10 kHz.
前記第1周波数は、第2基準周波数未満であり、
前記第2周波数は、前記第2基準周波数以上であり、
前記第2基準周波数は数百kHzである水分検出装置。 It is a moisture detection apparatus of Claim 4, Comprising:
The first frequency is less than a second reference frequency;
The second frequency is greater than or equal to the second reference frequency;
The moisture detection apparatus, wherein the second reference frequency is several hundred kHz.
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記位相差を検出する水分検出装置。 The moisture detection apparatus according to claim 1 or 2,
A resistor disposed between one of the electrodes and the signal generating means;
The impedance measuring means is a moisture detecting device that detects the phase difference by resistance partial pressure.
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第1周波数の第1入力電気信号と第2周波数の第2入力電気信号とを印加し、
前記第1周波数および前記第2周波数は、いずれも第1基準周波数以上の周波数であり、
前記第1基準周波数は10kHz程度である水分検出装置。 The moisture detection apparatus according to claim 6,
The signal generating means includes
As the input electrical signal, a first input electrical signal having a first frequency and a second input electrical signal having a second frequency are applied,
The first frequency and the second frequency are both frequencies equal to or higher than a first reference frequency,
The moisture detection apparatus, wherein the first reference frequency is about 10 kHz.
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値および前記位相差を検出する水分検出装置。 The moisture detection apparatus according to claim 1 or 2,
A resistor disposed between one of the electrodes and the signal generating means;
The said impedance measurement means is a moisture detection apparatus which detects the said absolute value and the said phase difference by resistance partial pressure.
前記入力電気信号は、第1周波数の第1入力電気信号を含み、
前記第1周波数は、第1基準周波数以上の周波数であり、
前記第1基準周波数は10kHz程度である水分検出装置。 The moisture detection apparatus according to claim 8,
The input electrical signal includes a first input electrical signal of a first frequency;
The first frequency is a frequency equal to or higher than a first reference frequency;
The moisture detection apparatus, wherein the first reference frequency is about 10 kHz.
前記入力電気信号は、第2周波数の第2入力電気信号を含み、
前記第1周波数は、第2基準周波数未満であり、
前記第2周波数は、前記第2基準周波数以上であり、
前記第2基準周波数は数百kHzであり、
前記インピーダンス測定手段は、前記第1入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間のインピーダンスの絶対値を測定するとともに、前記第2入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間の位相差を測定する水分検出装置。 The moisture detection device according to claim 9,
The input electrical signal includes a second input electrical signal of a second frequency;
The first frequency is less than a second reference frequency;
The second frequency is greater than or equal to the second reference frequency;
The second reference frequency is several hundred kHz;
The impedance measuring means measures the absolute value of the impedance between the pair of electrodes according to the output electrical signal with respect to the first input electrical signal, and the pair of pairs according to the output electrical signal with respect to the second input electrical signal. A moisture detector that measures the phase difference between electrodes.
前記信号発生手段は、矩形波の電気信号を前記入力電気信号とする水分検出装置。 The moisture detection device according to any one of claims 1 to 10,
The said signal generation means is a moisture detection apparatus which uses the electric signal of a rectangular wave as the said input electric signal.
周囲の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記水分量特定手段は、前記温度検出手段による検出結果に応じて、前記抵抗値および前記静電容量またはそのうちの一方を補正する水分検出装置。 The moisture detection device according to any one of claims 1 to 11,
A temperature detecting means for detecting the ambient temperature;
The moisture amount specifying unit corrects the resistance value and / or the capacitance according to a detection result by the temperature detection unit.
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段と、
を備える電気伝導度検出装置。 A pair of electrodes in contact with a measurement target system in which a solute that is insoluble in water is dispersed in water;
Signal generating means for applying an alternating input electric signal to one of the electrodes;
Impedance measuring means for measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electrical signal and an output electrical signal from the other of the electrodes;
Based on at least one of the absolute value or phase difference of the impedance measured by the impedance measuring means, the resistance value between the pair of electrodes and the capacitance between the pair of electrodes are obtained, and the resistance value and Based on the capacitance, an electrical conductivity specifying means for obtaining electrical conductivity between the pair of electrodes,
An electrical conductivity detection device comprising:
前記電気伝導度特定手段は、
The electrical conductivity specifying means includes
前記電気伝導度特定手段は、
The electrical conductivity specifying means includes
前記電気伝導度特定手段は、
前記測定対象系における水分量を求めるとともに、前記電気伝導度を前記水分量で補正する電気伝導度検出装置。 The electrical conductivity detection device according to claim 15,
The electrical conductivity specifying means includes
An electrical conductivity detection device that obtains a moisture content in the measurement target system and corrects the electrical conductivity with the moisture content.
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値を検出する電気伝導度検出装置。 The electrical conductivity detection device according to any one of claims 13 to 16,
A resistor disposed between one of the electrodes and the signal generating means;
The impedance measurement means is an electrical conductivity detection device that detects the absolute value by resistance partial pressure.
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第1周波数の第1入力電気信号と第2周波数の第2入力電気信号とを印加し、
前記第1周波数および前記第2周波数は、いずれも第1基準周波数以上の周波数であり、
前記第1基準周波数は10kHz程度である電気伝導度検出装置。 The electrical conductivity detection device according to claim 17,
The signal generating means includes
As the input electrical signal, a first input electrical signal having a first frequency and a second input electrical signal having a second frequency are applied,
The first frequency and the second frequency are both frequencies equal to or higher than a first reference frequency,
The electrical conductivity detecting device, wherein the first reference frequency is about 10 kHz.
前記第1周波数は、第2基準周波数未満であり、
前記第2周波数は、前記第2基準周波数以上であり、
前記第2基準周波数は数百kHzである電気伝導度検出装置。 The electrical conductivity detection device according to claim 18,
The first frequency is less than a second reference frequency;
The second frequency is greater than or equal to the second reference frequency;
The electrical conductivity detecting device, wherein the second reference frequency is several hundred kHz.
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記位相差を検出する電気伝導度検出装置。 The electrical conductivity detection device according to any one of claims 13 to 16,
A resistor disposed between one of the electrodes and the signal generating means;
The impedance measurement means is an electrical conductivity detection device that detects the phase difference by resistance partial pressure.
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第1周波数の第1入力電気信号と第2周波数の第2入力電気信号とを印加し、
前記第1周波数および前記第2周波数は、いずれも第1基準周波数以上の周波数であり、
前記第1基準周波数は10kHz程度である電気伝導度検出装置。 The electrical conductivity detection device according to claim 20,
The signal generating means includes
As the input electrical signal, a first input electrical signal having a first frequency and a second input electrical signal having a second frequency are applied,
The first frequency and the second frequency are both frequencies equal to or higher than a first reference frequency,
The electrical conductivity detecting device, wherein the first reference frequency is about 10 kHz.
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値および前記位相差を検出する電気伝導度検出装置。 The electrical conductivity detection device according to any one of claims 13 to 16,
A resistor disposed between one of the electrodes and the signal generating means;
The impedance measurement means is an electrical conductivity detection device that detects the absolute value and the phase difference by resistance partial pressure.
前記入力電気信号は、第1周波数の第1入力電気信号を含み、
前記第1周波数は、第1基準周波数以上の周波数であり、
前記第1基準周波数は10kHz程度である電気伝導度検出装置。 The electrical conductivity detection device according to claim 22,
The input electrical signal includes a first input electrical signal of a first frequency;
The first frequency is a frequency equal to or higher than a first reference frequency;
The electrical conductivity detecting device, wherein the first reference frequency is about 10 kHz.
前記入力電気信号は、第2周波数の第2入力電気信号を含み、
前記第1周波数は、第2基準周波数未満であり、
前記第2周波数は、前記第2基準周波数以上であり、
前記第2基準周波数は数百kHzであり、
前記インピーダンス測定手段は、前記第1入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間のインピーダンスの絶対値を測定するとともに、前記第2入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間の位相差を測定する電気伝導度検出装置。 The electrical conductivity detection device according to claim 23,
The input electrical signal includes a second input electrical signal of a second frequency;
The first frequency is less than a second reference frequency;
The second frequency is greater than or equal to the second reference frequency;
The second reference frequency is several hundred kHz;
The impedance measuring means measures the absolute value of the impedance between the pair of electrodes according to the output electrical signal with respect to the first input electrical signal, and the pair of pairs according to the output electrical signal with respect to the second input electrical signal. An electrical conductivity detector that measures the phase difference between electrodes.
前記信号発生手段は、矩形波の電気信号を前記入力電気信号とする電気伝導度検出装置。 The electrical conductivity detection device according to any one of claims 13 to 24,
The signal generating means is an electrical conductivity detecting device using a rectangular wave electric signal as the input electric signal.
周囲の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記電気伝導度特定手段は、前記温度検出手段による検出結果に応じて、前記抵抗値および前記静電容量またはそのうちの一方を補正する電気伝導度検出装置。 The electrical conductivity detection device according to any one of claims 13 to 25,
Equipped with a temperature detection means for detecting the ambient temperature,
The electrical conductivity specifying unit corrects the resistance value and / or the capacitance according to a detection result by the temperature detection unit.
前記給水装置による水の供給を制御する制御装置と、
前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な水分検出装置と、
を備え、
前記水分検出装置は、
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
を備え、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記水分検出装置による検出結果に応じて前記給水装置を制御するセンサネットワークシステム。 A water supply device for supplying water to the measurement target system;
A control device for controlling the supply of water by the water supply device;
A moisture detection device capable of data communication with the control device via a network;
With
The moisture detector is
A pair of electrodes in contact with a measurement target system in which a solute that is insoluble in water is dispersed in water;
Signal generating means for applying an alternating input electric signal to one of the electrodes;
Impedance measuring means for measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electrical signal and an output electrical signal from the other of the electrodes;
With
Based on at least one of the absolute value or phase difference of the impedance measured by the impedance measuring means, the resistance value between the pair of electrodes and the capacitance between the pair of electrodes are obtained, and the resistance value and A water content specifying means for determining a water content in the measurement target system based on the capacitance;
The said control apparatus is a sensor network system which controls the said water supply apparatus according to the detection result by the said moisture detection apparatus.
前記養液供給装置による養液の供給を制御する制御装置と、
前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な電気伝導度検出装置と、
を備え、
前記電気伝導度検出装置は、
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
を備え、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記電気伝導度検出装置による検出結果に応じて前記養液供給装置を制御するセンサネットワークシステム。 A nutrient solution supply device for supplying nutrient solution to the measurement target system;
A control device for controlling the supply of nutrient solution by the nutrient solution supply device;
An electrical conductivity detector capable of data communication with the control device via a network;
With
The electrical conductivity detector is
A pair of electrodes in contact with a measurement target system in which a solute that is insoluble in water is dispersed in water;
Signal generating means for applying an alternating input electric signal to one of the electrodes;
Impedance measuring means for measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electrical signal and an output electrical signal from the other of the electrodes;
With
Based on at least one of the absolute value or phase difference of the impedance measured by the impedance measuring means, the resistance value between the pair of electrodes and the capacitance between the pair of electrodes are obtained, and the resistance value and Further comprising electrical conductivity specifying means for determining electrical conductivity between the pair of electrodes based on the capacitance;
The said control apparatus is a sensor network system which controls the said nutrient solution supply apparatus according to the detection result by the said electrical conductivity detection apparatus.
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段と、
を備える水分検出装置として機能させるプログラム。 A computer-readable program, wherein execution of the program by the computer causes the computer to
A pair of electrodes in contact with a measurement target system in which a solute that is insoluble in water is dispersed in water;
Signal generating means for applying an alternating input electric signal to one of the electrodes;
Impedance measuring means for measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electrical signal and an output electrical signal from the other of the electrodes;
Based on at least one of the absolute value or phase difference of the impedance measured by the impedance measuring means, the resistance value between the pair of electrodes and the capacitance between the pair of electrodes are obtained, and the resistance value and A moisture content specifying means for obtaining a moisture content in the measurement target system based on the capacitance;
A program for functioning as a moisture detection device.
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段と、
を備える電気伝導度検出装置として機能させるプログラム。 A computer-readable program, wherein execution of the program by the computer causes the computer to
A pair of electrodes in contact with a measurement target system in which a solute that is insoluble in water is dispersed in water;
Signal generating means for applying an alternating input electric signal to one of the electrodes;
Impedance measuring means for measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electrical signal and an output electrical signal from the other of the electrodes;
Based on at least one of the absolute value or phase difference of the impedance measured by the impedance measuring means, the resistance value between the pair of electrodes and the capacitance between the pair of electrodes are obtained, and the resistance value and Based on the capacitance, an electrical conductivity specifying means for obtaining electrical conductivity between the pair of electrodes,
A program for functioning as an electrical conductivity detection device.
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、
測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める工程と、
を有する水分検出方法。 Contacting a pair of electrodes with a measurement target system in which a solute insoluble in water is dispersed in water; and
Applying an alternating input electrical signal to one of the electrodes;
Measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electrical signal and an output electrical signal from the other of the electrodes;
Based on at least one of the measured absolute value or phase difference of the impedance, a resistance value between the pair of electrodes and a capacitance between the pair of electrodes are obtained, and the resistance value and the capacitance And determining the amount of water in the measurement target system based on
A method for detecting moisture.
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、
測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める工程と、
を有する電気伝導度検出方法。 Contacting a pair of electrodes with a measurement target system in which a solute insoluble in water is dispersed in water; and
Applying an alternating input electrical signal to one of the electrodes;
Measuring at least one of an absolute value or a phase difference between the pair of electrodes based on the input electrical signal and an output electrical signal from the other of the electrodes;
Based on at least one of the measured absolute value or phase difference of the impedance, a resistance value between the pair of electrodes and a capacitance between the pair of electrodes are obtained, and the resistance value and the capacitance And determining the electrical conductivity between the pair of electrodes based on
A method for detecting electrical conductivity.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105116016A (en) * | 2015-08-26 | 2015-12-02 | 重庆大学 | Method for testing moisture content of saturated soil sample |
KR20160118322A (en) * | 2014-02-07 | 2016-10-11 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | Capacitive sensor for detecting a medium, and corresponding method |
KR20170135562A (en) * | 2016-05-31 | 2017-12-08 | 삼성전자주식회사 | Method and electronic device for obtaining touch input |
JP2019105512A (en) * | 2017-12-12 | 2019-06-27 | 株式会社Ihi | Electric conductivity estimation device |
WO2020085250A1 (en) | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 国立大学法人静岡大学 | Soil evaluation sensor, soil evaluation system, electrode for soil evaluation sensor, and device for obtaining impedance characteristic of soil |
JP2020169859A (en) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | 株式会社Ihi | measuring device |
US11035811B2 (en) | 2018-04-27 | 2021-06-15 | Lapis Semiconductor Co., Ltd. | Object determination device, program, object determination method, and semiconductor device |
WO2023003467A1 (en) * | 2021-07-22 | 2023-01-26 | Growficient B.V. | Sensor and system for monitoring a substrate |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101971992B1 (en) * | 2018-10-30 | 2019-04-24 | 주식회사 인포월드 | Water monitoring sensor for easy disassembly and assembly |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62158438A (en) * | 1985-12-28 | 1987-07-14 | 高木産業株式会社 | Control of culture liquid of medium in plant culture system |
JPH01121769A (en) * | 1987-11-06 | 1989-05-15 | Kagaku Gijutsucho Kokuritsu Bosai Kagaku Gijutsu Center | Method and instrument for measuring complex conductivity |
JPH0355244A (en) * | 1989-07-24 | 1991-03-11 | Canon Inc | Method and apparatus for forming of image |
JP2004061251A (en) * | 2002-07-26 | 2004-02-26 | National Agriculture & Bio-Oriented Research Organization | Programmable instrumentation general-purpose module and instrumentation system using the same |
JP2005156263A (en) * | 2003-11-21 | 2005-06-16 | Kagoshima Tlo Co Ltd | Method and instrument for measuring moisture content in medium and fold-back parallel two-line transmission passage used for them |
JP2008107109A (en) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Sony Corp | Label detector and label detection method |
US20080199359A1 (en) * | 2005-07-04 | 2008-08-21 | Senviro Pty Ltd | Soil Moisture Sensor |
JP2009002693A (en) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Oil deterioration detector |
WO2011158812A1 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | Specification device for water status of soil, and method for same |
-
2012
- 2012-03-23 JP JP2012068302A patent/JP6047692B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62158438A (en) * | 1985-12-28 | 1987-07-14 | 高木産業株式会社 | Control of culture liquid of medium in plant culture system |
JPH01121769A (en) * | 1987-11-06 | 1989-05-15 | Kagaku Gijutsucho Kokuritsu Bosai Kagaku Gijutsu Center | Method and instrument for measuring complex conductivity |
JPH0355244A (en) * | 1989-07-24 | 1991-03-11 | Canon Inc | Method and apparatus for forming of image |
JP2004061251A (en) * | 2002-07-26 | 2004-02-26 | National Agriculture & Bio-Oriented Research Organization | Programmable instrumentation general-purpose module and instrumentation system using the same |
JP2005156263A (en) * | 2003-11-21 | 2005-06-16 | Kagoshima Tlo Co Ltd | Method and instrument for measuring moisture content in medium and fold-back parallel two-line transmission passage used for them |
US20080199359A1 (en) * | 2005-07-04 | 2008-08-21 | Senviro Pty Ltd | Soil Moisture Sensor |
JP2008107109A (en) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Sony Corp | Label detector and label detection method |
JP2009002693A (en) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Oil deterioration detector |
WO2011158812A1 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | Specification device for water status of soil, and method for same |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102294825B1 (en) | 2014-02-07 | 2021-08-30 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | Capacitive sensor for detecting a medium, and corresponding method |
KR20160118322A (en) * | 2014-02-07 | 2016-10-11 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | Capacitive sensor for detecting a medium, and corresponding method |
CN105116016B (en) * | 2015-08-26 | 2018-01-09 | 重庆大学 | A kind of method for testing saturation Water Content Tests in Soil Samples |
CN105116016A (en) * | 2015-08-26 | 2015-12-02 | 重庆大学 | Method for testing moisture content of saturated soil sample |
KR20170135562A (en) * | 2016-05-31 | 2017-12-08 | 삼성전자주식회사 | Method and electronic device for obtaining touch input |
KR102609476B1 (en) * | 2016-05-31 | 2023-12-04 | 삼성전자주식회사 | Method and electronic device for obtaining touch input |
JP2019105512A (en) * | 2017-12-12 | 2019-06-27 | 株式会社Ihi | Electric conductivity estimation device |
JP7020094B2 (en) | 2017-12-12 | 2022-02-16 | 株式会社Ihi | Electrical conductivity estimation device |
US11035811B2 (en) | 2018-04-27 | 2021-06-15 | Lapis Semiconductor Co., Ltd. | Object determination device, program, object determination method, and semiconductor device |
JPWO2020085250A1 (en) * | 2018-10-22 | 2021-11-25 | 国立大学法人静岡大学 | Soil evaluation sensor, soil evaluation system, electrodes for soil evaluation sensor, and device for obtaining soil impedance characteristics |
EP3872483A4 (en) * | 2018-10-22 | 2022-07-06 | National University Corporation Shizuoka University | Soil evaluation sensor, soil evaluation system, electrode for soil evaluation sensor, and device for obtaining impedance characteristic of soil |
JP7356730B2 (en) | 2018-10-22 | 2023-10-05 | 国立大学法人静岡大学 | Soil evaluation sensor, soil evaluation system, electrode for soil evaluation sensor, and device for obtaining soil impedance characteristics |
WO2020085250A1 (en) | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 国立大学法人静岡大学 | Soil evaluation sensor, soil evaluation system, electrode for soil evaluation sensor, and device for obtaining impedance characteristic of soil |
JP2020169859A (en) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | 株式会社Ihi | measuring device |
JP7215303B2 (en) | 2019-04-02 | 2023-01-31 | 株式会社Ihi | measuring device |
WO2023003467A1 (en) * | 2021-07-22 | 2023-01-26 | Growficient B.V. | Sensor and system for monitoring a substrate |
NL2028809B1 (en) * | 2021-07-22 | 2023-01-27 | Growficient B V | Sensor and system for monitoring a substrate |
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Publication number | Publication date |
---|---|
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