JP6867679B2 - 維管束液流速センサ、および維管束液流速センサの製造方法 - Google Patents

維管束液流速センサ、および維管束液流速センサの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、維管束液流速センサ、および維管束液流速センサの製造方法に関する。さらに詳しくは、植物の新梢やそれにつながる茎等の維管束液の流速を測定する維管束液流速センサ、およびその維管束液流速センサの製造方法に関する。
作物や果樹等の生産では、生産性向上をはかる観点から植物の生育状態に合わせて適切な時期に灌水や養分補給を行う必要がある。このため、植物の生育を阻害せずに、その生育状態を的確に把握することが非常に重要となる。
一般に、多くの農業現場では、無降雨日数、天候、気温の変化等に基づいて、経験や勘によって植物の生育状態を把握しているというのが現状である。しかし、経験等に基づく方法によって植物の生育状況を管理するには、熟練が必要であり手間や時間がかかる。また、基準となる指標が個人的な経験等に基づくものである。したがって、このような経験等に基づいて植物の生育状態を把握する方法は、誰もが簡便に実施することは難しい。
一方、近年、植物の生体情報に基づいて作物や果樹の水分制御や施肥管理を行うための様々な技術が開発されている。その中でグラニエ法を利用した測定方法が注目を集めている。また、ヒートパルス法により樹液の流速を測定する方法も知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１には、樹木の主幹にドリル等によって形成した穴の中に配置することができる棒状の３本の温度センサおよび１本の棒状ヒータを備えた装置が開示されている。そして、特許文献１には、この装置の温度センサおよび棒状ヒータを樹木の辺材部に形成した穴の中に配置し、所定の時間経過後に両センサ間における温度差に基づいて樹木中を流れる樹液の流速を測定するという技術が開示されている。
しかし、特許文献１の装置は、そもそも茎径が比較的大きい樹木中を流れる樹液の流速を測定するために開発されたものであり、装置に用いられる棒状のセンサはある程度の大きさを有する。このため、特許文献１の装置は、新梢やそれにつながる茎等であって、茎径が数ｍｍ程度のものには適用が困難である。
植物の生育状態を把握するには、植物の維管束液の流量を把握することが重要である。特に、作物や果樹等の生産性および品質を向上させる上では、植物の新梢末端や果柄、それにつながる茎等、太さが数ｍｍ程度のものの維管束液の流量を把握することが非常に重要である。
そこで、本願発明者は、新梢末端や果柄等の植物細部内を流れる維管束液の動態（水分や養液の動態）を測定できる植物水分動態センサを考案している（特許文献２）。特許文献２には、新梢末端や果柄等に突き刺すことができる寸法に形成されたプローブを備える植物水分動態センサが開示されている。プローブを植物の茎等に突き刺して配置し、グラニエ法を利用して水分動態（維管束液の流量および方向）を測定できる。
特開平６−２７３４３４号公報 特開２０１４−２１１４０７号公報
特許文献２の植物水分動態センサはＭＥＭＳ技術により半導体基板を加工することにより形成される。したがって、少量生産の場合には製造コストが高くなる。
また、ＭＥＭＳ技術により半導体基板を加工してプローブを形成する場合、通常、プローブの長さは数百μｍである。しかし、茎の外皮から維管束までの距離が１ｍｍを超える植物も多く存在する。この場合、従来の植物水分動態センサでは維管束液の動態を測定できない。
本発明は上記事情に鑑み、植物の茎等の維管束液の流速を測定できる寸法を有しつつ、安価に製造できる維管束液流速センサ、およびその維管束液流速センサの製造方法を提供することを目的とする。
また、外皮から維管束までの距離が長い植物であっても、維管束液の流速を測定できる維管束液流速センサ、およびその維管束液流速センサの製造方法を提供することを目的とする。
第１発明の維管束液流速センサは、ヒータセンサと、２つのリファレンスセンサと、を備え、前記ヒータセンサは、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第１プローブ部と、前記第１プローブ部の前記伝熱板に熱を供給するヒータと、前記第１プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第１温度センサと、前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを内部に収納するとともに、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第１筐体と、を備え、２つの前記リファレンスセンサは、それぞれ、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第２プローブ部と、前記第２プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第２温度センサと、前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを内部に収納するとともに、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第２筐体と、を備え、前記第１プローブ部の前記プローブと前記第２プローブ部の前記プローブとは長さが同一であり、前記第１プローブ部および前記第２プローブ部は、それぞれ金属材料で形成されており、２つの前記リファレンスセンサは、植物への取り付け時に前記ヒータセンサを挟む位置に設けられることを特徴とする。
第２発明の維管束液流速センサは、第１発明において、前記第１プローブ部の前記プローブおよび前記第２プローブ部の前記プローブは、それぞれ長さが１ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする。
第３発明の維管束液流速センサは、第１または第２発明において、前記第１筐体と２つの前記第２筐体とが一体化した筐体を備え、前記第１プローブ部の前記プローブおよび２つの前記第２プローブ部の前記プローブが前記筐体の一の面に並んで配置されており、２つの前記第２プローブ部の前記プローブは前記第１プローブ部の前記プローブを挟む位置に配置されていることを特徴とする。
第４発明の維管束液流速センサは、第１〜第３発明のいずれかにおいて、前記第１プローブ部および前記第２プローブ部は、それぞれ、単一の金属板を機械加工して前記伝熱板および前記プローブを形成したものであることを特徴とする。
第５発明の維管束液流速センサは、第４発明において、前記第１プローブ部および前記第２プローブ部は、それぞれ、伝熱板相当部分とプローブ相当部分とを有する単一の金属板からなり、前記伝熱板相当部分と前記プローブ相当部分との接続部が折り曲げられたものであることを特徴とする。
第６発明の維管束液流速センサは、ヒータセンサと、リファレンスセンサと、を備え、前記ヒータセンサは、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第１プローブ部と、前記第１プローブ部の前記伝熱板に熱を供給するヒータと、前記第１プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第１温度センサと、前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを内部に収納するとともに、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第１筐体と、を備え、前記リファレンスセンサは、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第２プローブ部と、前記第２プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第２温度センサと、前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを内部に収納するとともに、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第２筐体と、を備え、前記第１プローブ部の前記プローブと前記第２プローブ部の前記プローブとは長さが同一であり、前記第１プローブ部および前記第２プローブ部は、それぞれ、深絞り加工により単一の金属板の一部を突出させて前記伝熱板および前記プローブを形成したものであることを特徴とする。
第７発明の維管束液流速センサは、ヒータセンサと、リファレンスセンサと、を備え、前記ヒータセンサは、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第１プローブ部と、前記第１プローブ部の前記伝熱板に熱を供給するヒータと、前記第１プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第１温度センサと、前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを内部に収納するとともに、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第１筐体と、を備え、前記リファレンスセンサは、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第２プローブ部と、前記第２プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第２温度センサと、前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを内部に収納するとともに、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第２筐体と、を備え、前記第１プローブ部の前記プローブと前記第２プローブ部の前記プローブとは長さが同一であり、前記第１プローブ部および前記第２プローブ部は、それぞれ、金属板からなる伝熱板相当部分に金属線材からなるプローブ相当部分を接合したものであることを特徴とする。
第８発明の維管束液流速センサは、第１〜第７発明のいずれかにおいて、前記ヒータは前記第１プローブ部の前記伝熱板と同一またはそれより広い面積を有することを特徴とする。
第９発明の維管束液流速センサは、第１〜第８発明のいずれかにおいて、前記第１温度センサおよび前記第２温度センサは、それぞれシート状素材に温度検出素子を設けたものであることを特徴とする。
第１０発明の維管束液流速センサは、第１〜第７発明のいずれかにおいて、前記ヒータおよび前記第１温度センサは、前記第１プローブ部の前記伝熱板と同一またはそれより広い面積を有する半導体基板に形成されていることを特徴とする。
第１１発明の維管束液流速センサは、第１〜第７発明のいずれかにおいて、前記２温度センサは、前記第２プローブ部の前記伝熱板と同一またはそれより広い面積を有する半導体基板に形成されていることを特徴とする。
第１２発明の維管束液流速センサは、第１〜第１１発明のいずれかにおいて、前記第１筐体および前記第２筐体は、それぞれ前記第１プローブ部および前記第２プローブ部よりも熱伝導率の低い材料で形成されていることを特徴とする。
第１３発明の維管束液流速センサの製造方法は、金属材料を用いて、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなるプローブ部を複数形成して第１プローブ部と第２プローブ部とを得るプローブ部形成工程と、前記第１プローブ部の前記伝熱板にヒータと第１温度センサとを設け、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを第１筐体の内部に収納することでヒータセンサを組み立てるヒータセンサ組立工程と、前記第２プローブ部の前記伝熱板に第２温度センサを設け、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを第２筐体の内部に収納することでリファレンスセンサを組み立てるリファレンスセンサ組立工程と、前記ヒータセンサと、植物への取り付け時に前記ヒータセンサを挟む位置に設けられる２つの前記リファレンスセンサとから維管束液流速センサを構成する工程と、を備えることを特徴とする。
第１４発明の維管束液流速センサの製造方法は、第１３発明において、前記プローブ部形成工程は、金属板を加工して伝熱板相当部分とプローブ相当部分とを形成する板加工工程と、前記伝熱板相当部分と前記プローブ相当部分との接続部を曲げ加工する曲げ工程と、を備えることを特徴とする。
第１５発明の維管束液流速センサの製造方法は、第１４発明において、前記板加工工程は、前記金属板をレーザ加工により切断して前記伝熱板相当部分と前記プローブ相当部分とを形成することを特徴とする。
第１６発明の維管束液流速センサの製造方法は、第１４発明において、前記板加工工程は、前記金属板をプレス加工により打抜いて前記伝熱板相当部分と前記プローブ相当部分とを形成することを特徴とする。
第１７発明の維管束液流速センサの製造方法は、金属材料を用いて、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなるプローブ部を複数形成して第１プローブ部と第２プローブ部とを得るプローブ部形成工程と、前記第１プローブ部の前記伝熱板にヒータと第１温度センサとを設け、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを第１筐体の内部に収納することでヒータセンサを組み立てるヒータセンサ組立工程と、前記第２プローブ部の前記伝熱板に第２温度センサを設け、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを第２筐体の内部に収納することでリファレンスセンサを組み立てるリファレンスセンサ組立工程と、を備え、前記プローブ部形成工程は、金属板に深絞り加工を施して前記プローブを突出させる工程を備えることを特徴とする。
第１８発明の維管束液流速センサの製造方法は、金属材料を用いて、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなるプローブ部を複数形成して第１プローブ部と第２プローブ部とを得るプローブ部形成工程と、前記第１プローブ部の前記伝熱板にヒータと第１温度センサとを設け、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを第１筐体の内部に収納することでヒータセンサを組み立てるヒータセンサ組立工程と、前記第２プローブ部の前記伝熱板に第２温度センサを設け、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを第２筐体の内部に収納することでリファレンスセンサを組み立てるリファレンスセンサ組立工程と、を備え、前記プローブ部形成工程は、金属板を切断して伝熱板相当部分を形成する工程と、金属線材を切断してプローブ相当部分を形成する工程と、前記伝熱板相当部分に前記プローブ相当部分を接合する工程と、を備えることを特徴とする。
第１発明によれば、プローブが立設する伝熱板にヒータおよび温度センサが設けられた構成であるので、ヒータおよび温度センサをプローブに直接設ける構成に比べて、プローブとヒータとの間およびプローブと温度センサとの間で熱が伝わりやく、プローブを小型化できる。そのため、植物の細部における維管束液の流速を測定できる。また、維管束液流速センサは単純な構成であるので、安価に製造できる。さらに、リファレンスセンサを２つ備えるので、維管束液の流れる方向も測定できる。
第２発明によれば、プローブの長さが１ｍｍ〜５ｍｍであるので、外皮から維管束までの距離が長い植物であっても、維管束液の流速を測定できる。
第３発明によれば、ヒータセンサとリファレンスセンサとが一体形成されているので、維管束液流速センサの植物への取り付けが行いやすい。
第４発明によれば、プローブ部が単一の金属板から形成されるので、プローブ部を安価に製造できる。
第５発明によれば、金属板を曲げ加工してプローブ部を形成するので、プローブ部を安価に製造できる。
第６発明によれば、金属板の一部を突出させてプローブ部を形成するので、プローブ部を安価に製造できる。
第７発明によれば、金属板と金属線材とからプローブ部を形成するので、プローブ部を安価に製造できる。
第８発明によれば、ヒータと伝熱板との接触面積が広くなり、ヒータの熱をプローブ部に効率よく供給できる。
第９発明によれば、市販のフィルム温度センサを用いるので、維管束液流速センサを安価に製造できる。
第１０発明によれば、半導体基板にヒータおよび第１温度センサを形成することで小型化できる。また、製造コストを抑えることができる。
第１１発明によれば、半導体基板に第２温度センサを形成することで小型化できる。また、製造コストを抑えることができる。
第１２発明によれば、筐体が熱伝導率の低い材料で形成されているので断熱性が高い。
第１３発明によれば、構成部材が単純であり、製造工程も簡単であるので、維管束液流速センサを安価に製造できる。
第１４発明によれば、金属板を曲げ加工してプローブ部を形成するので、プローブ部を安価に製造できる。
第１５発明によれば、金属板をレーザ加工してプローブ部を形成するので、プローブ部を安価に製造できる。
第１６発明によれば、金属板を打抜いてプローブ部を形成するので、プローブ部を安価に製造できる。
第１７発明によれば、金属板を深絞り加工してプローブ部を形成するので、プローブ部を安価に製造できる。
第１８発明によれば、金属板と金属線材とからプローブ部を形成するので、プローブ部を安価に製造できる。
本発明の第１実施形態にかかる維管束液流速センサの斜視図である。 同維管束液流速センサの分解斜視図である。 （Ａ）図はレーザ加工の説明図である。（Ｂ）図は曲げ加工の説明図である。（Ｃ）図はプローブ部の斜視図である。 （Ａ）図はレーザ加工の説明図である。（Ｂ）図はプローブ部の斜視図である。 （Ａ）図はレーザ加工の説明図である。（Ｂ）図はプローブ部の斜視図である。 （Ａ）図は打抜きの説明図である。（Ｂ）図は曲げ加工の説明図である。（Ｃ）図はプローブ部の斜視図である。 （Ａ）図は深絞り加工の説明図である。（Ｂ）図はプローブ部の斜視図である。 （Ａ）図は金属板および金属線材の加工の説明図である。（Ｂ）図はプローブ部の斜視図である。 植物に取り付けられた維管束液流速センサの説明図である。 本発明の第２実施形態にかかる維管束液流速センサの縦断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる維管束液流速センサの縦断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる維管束液流速センサの縦断面図である。 疑似植物実験系の説明図である。 疑似植物実験により得られたシリコーンチューブ内の流速ｕとＫ値との関係を示すグラフである。 実植物実験により得られた経過時間と道管液の流速との関係を示すグラフである。
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る維管束液流速センサ１は、植物の新梢の末端（以下、単に新梢末端という）や果柄等の植物の細部に容易に取り付けることができる。維管束液流速センサ１は植物の細部における維管束液の流速を測定する機能を有する。
（グラニエ法）
維管束液流速センサ１は、グラニエ法を利用して植物の維管束液の流速を測定する。そこで、グラニエ法により樹木中を流れる樹液の流速を求め、流速から流量を求める原理について簡単に説明する。
グラニエ法は、グラニエセンサを用いて樹液流量Ｆを算出する方法である。グラニエセンサは、一対の棒状のプローブを備えている。一対のプローブにはそれぞれ温度センサが設けられている。一対のプローブのうち、一方のプローブにはヒータが設けられている。温度センサとヒータとを有するプローブをヒータプローブＨＰという。他方のプローブは、リファレンス用として使用するプローブである。温度センサのみを有するプローブをリファレンスプローブＲＰという。
以下、グラニエセンサを樹木に設置して、樹木中の樹液流量Ｆを測定する方法について説明する。
まず、ドリル等によって樹木の主幹に２ヶ所の穴を形成する。それぞれの穴にグラニエセンサのヒータプローブＨＰとリファレンスプローブＲＰとを挿入して樹木に設置した後、１日以上静置する。グラニエセンサのリファレンスプローブＲＰとヒータプローブＨＰとは、樹液流の方向に沿って上流から下流に向かってこの順に配置する。つまり、樹液流が根本から末端に向かう方向である場合には、根本側の穴にリファレンスプローブＲＰを挿入し、末端側の穴にヒータプローブＨＰを挿入する。
つぎに、グラニエセンサのヒータプローブＨＰのヒータを作動させる。そうすると、一対のプローブＨＰ、ＲＰに設けられた温度センサ間には温度差ΔＴが生じる。下記数式（１）に示すように、この温度差ΔＴは樹液流速ｕの関数となるので、かかる関数に基づけば、温度差ΔＴから樹液流速ｕを算出することができる。
Figure 0006867679
 ここで、ｕは平均樹液流速［ｍ／ｓ］、ΔＴ(ｕ)は平均樹液流速がｕの時のヒータプローブＨＰとリファレンスプローブＲＰの温度差［℃］、ΔＴ(０)はΔＴの最大温度［℃］、αとβは観測データから得られる係数である。
また、下記数式（２）に基づき、樹液流速ｕから樹液流量Ｆを算出できる。
Figure 0006867679
 ここで、Ｆは樹液流量［ｍ3／ｓ］、ＳはプローブＨＰ、ＲＰが幹の円周方向に形成する断面積［ｍ2］である。
例えば、樹木中に流れる樹液流量Ｆが多い（樹液流速ｕが速い）場合、グラニエセンサの一対のプローブＨＰ、ＲＰに設けられた温度センサ間の温度差ΔＴは小さくなる。なぜなら、ヒータプローブＨＰには、ヒータによって一定の熱がかけられるが、ヒータプローブＨＰの近傍を流れる多量の樹液によって熱が運び去られるからである。一方、樹液流量Ｆが少ない（樹液流速ｕが遅い）場合、グラニエセンサの一対のプローブＨＰ、ＲＰに設けられた温度センサ間の温度差ΔＴは大きくなる。なぜなら、ヒータプローブＨＰには、ヒータによって一定の熱がかけられるが、ヒータプローブＨＰの近傍を流れる樹液が少ないので、ヒータプローブＨＰに供給された熱が樹液によって運び去られず溜まったような状態となるからである。
（維管束液流速センサ）
つぎに、本実施形態の維管束液流速センサ１を説明する。
図１および図２に示すように、維管束液流速センサ１はヒータセンサＨＳとリファレンスセンサＲＳとからなる。
ヒータセンサＨＳは第１プローブ部１０ａ、ヒータ２０、第１温度センサ３０ａ、および第１筐体４０ａから構成されている。第１プローブ部１０ａは伝熱板１１と、伝熱板１１に立設されたプローブ１２とからなる。伝熱板１１の形状は特に限定されないが、例えば矩形である。伝熱板１１の寸法は、例えば縦、横の寸法が２ｍｍ〜１０ｍｍである。
プローブ１２は棒状の部材である。プローブ１２は円柱形であってもよいし、角柱形であってもよい。プローブ１２は植物の新梢末端や果柄等の植物の茎に突き刺して配置できる寸法に形成されている。本実施形態の維管束液流速センサ１は、茎径または軸径が、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の植物を測定対象とする。プローブ１２の長さは、植物の茎等に突き刺して設置した状態において、その先端部が植物の茎等の道管や師管に配置され得る長さである。したがって、プローブ１２の長さは、例えば０．５ｍｍ〜５ｍｍとすることが好ましい。
プローブ１２は細いほど植物に対するダメ−ジ(損傷)を小さくできる。プローブ１２が円柱形の場合、その直径を、例えば１００μｍ〜１，０００μｍとすることが好ましい。ただし、プローブ１２の直径は必ずしもこれに限定されない。測定対象とする植物の茎径によってはプローブ１２の直径を１，０００μｍより大きくしてもよいし、１００μｍより小さくしてもよい。プローブ１２が四角柱形の場合、その横断面の縦横寸法の比率は１：１〜１：３とすることが好ましい。
第１プローブ部１０ａは熱伝導率の高い金属材料で形成されている。すなわち、伝熱板１１は金属板で形成されており、プローブ１２は金属針で形成されている。第１プローブ部１０ａを形成する金属は特に限定されないが、熱伝導率が高く、植物の細部への突き刺しに耐え得る強度を有する金属、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼、鉄、チタンが用いられる。また、第１プローブ部１０ａの素材として、飲料缶等に用いられるスチール板、アルミニウム板等、市販の金属板を用いることができる。
なお、伝熱板１１に対するプローブ１２の位置は特に限定されない。伝熱板１１の中央にプローブ１２が立設してもよいし、伝熱板１１の端にプローブ１２が立設してもよい。
ヒータ２０は熱を発する機能を有する部材である。ヒータ２０により第１プローブ部１０ａに熱を供給する。ヒータ２０は伝熱板１１に熱を供給できる態様で伝熱板１１に設けられる。ヒータ２０は伝熱板１１に直接接触するよう設けられてもよいし、他の部材を介して間接的に設けられてもよい。
ヒータ２０としては、伝熱板１１と面接触する面を有するものが好ましい。また、伝熱板１１と同程度の形状、寸法を有するものが好ましい。特に、ヒータ２０は伝熱板１１と同一、またはそれより広い面積を有することが好ましい。そうすれば、ヒータ２０と伝熱板１１との接触面積が広くなり、ヒータ２０の熱を第１プローブ部１０ａに効率よく供給できる。
ヒータ２０としてマイクロセラミックヒータを用いることができる。マイクロセラミックヒータは直方体形の発熱部を有している。発熱部は発熱体を酸化アルミニウム等のセラミック材料で覆って形成されている。マイクロセラミックヒータは発熱部が種々の寸法のものが市販されている。ヒータ２０として市販のマイクロセラミックヒータを用いれば、維管束液流速センサ１を安価に製造できる。
伝熱板１１とヒータ２０との間に熱伝導性の高いシートを挟んでもよい。このようにすれば、ヒータ２０で発生した熱を伝熱板１１に対してより効率的に伝えることができる。このようなシートとして、窒化ホウ素等の高熱伝導性フィラーを添加した樹脂シート、スーパーグラファイトシート等が挙げられる。
第１温度センサ３０ａは温度を測定する機能を有する部材である。第１温度センサ３０ａにより第１プローブ部１０ａの温度を測定する。第１温度センサ３０ａは伝熱板１１の温度を測定できる態様で伝熱板１１に設けられる。第１温度センサ３０ａは伝熱板１１に直接接触するよう設けられてもよいし、他の部材を介して間接的に設けられてもよい。
第１温度センサ３０ａとしてシート状素材に温度検出素子を設けたもの、例えばフィルム温度センサを用いることができる。この種の温度センサは、例えばポリイミド等のシート状素材で熱電対を挟み込んだ構成である。熱電対として、例えば白金―白金ロジウム、クロメル―アルメル等、種々の組合せの材料を用いることができる。また、熱電対に代えて、白金、ニッケル、銅等の測温抵抗体、またはサーミスタを用いてもよい。薄膜技術によりシート状素材の表面に熱電対や抵抗体を形成してもよい。なお、第１温度センサ３０ａとして市販のフィルム温度センサを用いれば、維管束液流速センサ１を安価に製造できる。
第１筐体４０ａは本体部４１と蓋部４２とからなる。本体部４１の内部にヒータ２０、第１温度センサ３０ａ、および第１プローブ部１０ａを納め、蓋部４２を閉めることでヒータセンサＨＳが組み立てられる。蓋部４２には孔４３が形成されている。プローブ１２は孔４３を通って、第１筐体４０ａの外部に露出する。したがって、ヒータセンサＨＳが組み立てられた状態では、第１筐体４０ａの内部には伝熱板１１、ヒータ２０、および第１温度センサ３０ａが収納され、プローブ１２のみが第１筐体４０ａの外部に露出する。
第１筐体４０ａはその内部に収納した各種部材を外部環境から断熱する機能と、防水、防湿機能とを有する。例えば、雨や風の影響により、第１プローブ部１０ａの温度が変化したり、ヒータ２０の熱が奪われたりすることを抑制する。また、雨が降った場合に、水分が第１筐体４０ａの内部に侵入することを抑制する。これにより、維管束液流速センサ１としての測定精度を向上できる。
第１筐体４０ａは第１プローブ部１０ａよりも熱伝導率の低い材料、例えば樹脂で形成するのが好ましい。第１筐体４０ａを熱伝導率の低い材料で形成すれば断熱性を高くできる。また、第１筐体４０ａを樹脂で形成すれば、第１筐体４０ａを安価に製造できる。
なお、伝熱板１１に対するヒータ２０および第１温度センサ３０ａの位置は特に限定されない。ヒータ２０、第１温度センサ３０ａ、伝熱板１１をこの順に積層してもよい。伝熱板１１の上面側（プローブ１２側）にヒータ２０および第１温度センサ３０ａを配置してもよい。
ヒータ２０および第１温度センサ３０ａの一方を伝熱板１１の下面側に配置し、他方を伝熱板１１の上面側に配置してもよい。そうすれば、ヒータ２０と伝熱板１１との接触面積、第１温度センサ３０ａと伝熱板１１との接触面積がともに広くなる。その結果、第１プローブ部１０ａとヒータ２０との間、および第１プローブ部１０ａと第１温度センサ３０ａとの間で熱が伝わりやすくなる。特に、フィルム温度センサの構成部材であるフレキシブルプリント基板は断熱性の高いポリイミドで形成されていることが多い。そのため、ヒータ２０と伝熱板１１との間にフィルム温度センサが挟まった状態であると、ヒータ２０の熱が第１プローブ部１０ａに伝わりに難くなる。このような場合に、第１温度センサ３０ａを伝熱板１１の上面側に配置すれば、ヒータ２０の熱が第１プローブ部１０ａに伝わりにやすくなる。
リファレンスセンサＲＳは第２プローブ部１０ｂ、第２温度センサ３０ｂ、および第２筐体４０ｂから構成されている。第２プローブ部１０ｂは伝熱板１１と、伝熱板１１に立設されたプローブ１２とからなる。
リファレンスセンサＲＳ用の第２プローブ部１０ｂとしてヒータセンサＨＳ用の第１プローブ部１０ａと同一構成のものを用いることができる。ヒータセンサＨＳ用の第１プローブ部１０ａおよびリファレンスセンサＲＳ用の第２プローブ部１０ｂとして、通常は同一形状、同一寸法のものが用いられる。第１プローブ部１０ａおよび第２プローブ部１０ｂの両プローブ１２、１２の先端部を植物の道管または師管に配置することから、両プローブ１２、１２は長さが同一である必要がある。以下、第１プローブ部１０ａと第２プローブ部１０ｂとを区別しない場合、単にプローブ部１０と称する。
第２温度センサ３０ｂは温度を測定する機能を有する部材である。第２温度センサ３０ｂにより第２プローブ部１０ｂの温度を測定する。第２温度センサ３０ｂは伝熱板１１の温度を測定できる態様で伝熱板１１に設けられる。第２温度センサ３０ｂは伝熱板１１に直接接触するよう設けられてもよいし、他の部材を介して間接的に設けられてもよい。第２温度センサ３０ｂとして、第１温度センサ３０ａと同一構成のもの、例えばシート状素材に温度検出素子を設けたものを用いることができる。
第２筐体４０ｂは本体部４１と蓋部４２とからなる。本体部４１の内部に第２温度センサ３０ｂ、および第２プローブ部１０ｂを納め、蓋部４２を閉めることでリファレンスセンサＲＳが組み立てられる。蓋部４２には孔４３が形成されている。プローブ１２は孔４３を通って、第２筐体４０ｂの外部に露出する。したがって、リファレンスセンサＲＳが組み立てられた状態では、第２筐体４０ｂの内部には伝熱板１１、および第２温度センサ３０ｂが収納され、プローブ１２のみが第２筐体４０ｂの外部に露出する。
第２筐体４０ｂはその内部に収納した各種部材を外部環境から断熱する機能と、防水、防湿機能とを有する。例えば、雨や風の影響により、第２プローブ部１０ｂの温度が変化することを抑制する。また、雨が降った場合に、水分が第２筐体４０ｂの内部に侵入することを抑制する。これにより、維管束液流速センサ１としての測定精度を向上できる。
第２筐体４０ｂは第２プローブ部１０ｂよりも熱伝導率の低い材料、例えば樹脂で形成するのが好ましい。第２筐体４０ｂを熱伝導率の低い材料で形成すれば断熱性を高くできる。また、第２筐体４０ｂを樹脂で形成すれば、第２筐体４０ｂを安価に製造できる。
なお、伝熱板１１に対する第２温度センサ３０ｂの位置は特に限定されない。伝熱板１１の下面側に第２温度センサ３０ｂを配置してもよいし、伝熱板１１の上面側に第２温度センサ３０ｂを配置してもよい。
（製造方法）
つぎに、維管束液流速センサ１の製造方法を説明する。
維管束液流速センサ１は大きく分けて、（Ｉ）プローブ部形成工程と、（II）ヒータセンサ組立工程と、（III）リファレンスセンサ組立工程とを経て製造される。以下、順に説明する。
（Ｉ）プローブ部形成工程
プローブ部形成工程は金属材料を用いてプローブ部１０を複数形成する工程である。この工程により、２つのプローブ部１０、すなわち、ヒータセンサＨＳ用の第１プローブ部１０ａと、リファレンスセンサＲＳ用の第２プローブ部１０ｂとを得る。
プローブ部形成工程として４種類の方法、すなわち（１）レーザ加工による方法、（２）打抜きによる方法、（３）深絞り加工による方法、（４）線材を用いた方法がある。このうち、（１）、（２）、（３）は、単一の金属板を機械加工して伝熱板１１およびプローブ１２を形成する方法である。以下、それぞれの方法を説明する。なおプローブ部１０は（１）〜（４）のいずれかの方法で形成すればよく、また、他の方法で形成してもよい。
（１）レーザ加工による方法
まず、図３（Ａ）に示すように、金属板５０をレーザ加工により切断して伝熱板相当部分５１と、プローブ相当部分５２とを形成する（板加工工程）。より詳細には、矩形の金属板５０の２つの角部を矩形に切断し（図３（Ａ）における一点鎖線に沿って切断し）、その角部を除去する（図３（Ａ）におけるハッチング部分を除去する）。金属板５０としてはステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼、鉄、チタン等の板が用いられる。レーザ加工にはレーザ加工機が用いられる。
つぎに、図３（Ｂ）に示すように、Ｖ字形の凹部を有する金型６１とＶ字形の先端部を有するパンチ６２とで金属板５０を挟み、伝熱板相当部分５１とプローブ相当部分５２との接続部を曲げ加工する（曲げ工程）。
そうすると、図３（Ｃ）に示す形状のプローブ部１０が形成される。このプローブ部１０は、伝熱板相当部分５１とプローブ相当部分５２とを有する単一の金属板５０からなり、伝熱板相当部分５１とプローブ相当部分５２との接続部が折り曲げられたものである。この方法によれば、プローブ１２が伝熱板１１の端に配置される。また、プローブ１２は角柱形となる。プローブ１２の厚みは金属板５０と同一である。
プローブ部１０が単一の金属板５０から形成されるので、プローブ部１０を安価に製造できる。金属板５０をレーザ加工し、曲げ加工してプローブ部１０を形成するので、プローブ部１０を安価に製造できる。また、伝熱板１１とプローブ１２とが一体形成されるので、プローブ部１０が破損しにくい。
なお、金属板５０の切断位置は図３（Ａ）に限定されない。図４（Ａ）に示すように、矩形の金属板５０の縁部を一端から中央まで切断（図４（Ａ）における一点鎖線に沿って切断）してもよい。プローブ相当部分５２を起立させれば、図４（Ｂ）に示す形状のプローブ部１０が形成される。
図５（Ａ）に示すように、矩形の金属板５０の一辺の中央から金属板５０の中心まで二筋切断（図５（Ａ）における一点鎖線に沿って切断）してもよい。プローブ相当部分５２を起立させれば、図５（Ｂ）に示す形状のプローブ部１０が形成される。この場合、プローブ１２が伝熱板１１の中央に配置される。
（２）打抜きによる方法
まず、図６（Ａ）に示すように、金属板５０をプレス加工により打抜いて伝熱板相当部分５１と、プローブ相当部分５２とを形成する（板加工工程）。より詳細には、伝熱板相当部分５１の端にプローブ相当部分５２が接続した形状となるように金属板５０を打抜く。打抜きには上記の形状の打抜きができる金型が用いられる。
つぎに、図６（Ｂ）に示すように、Ｖ字形の凹部を有する金型６１とＶ字形の先端部を有するパンチ６２とで金属板５０を挟み、伝熱板相当部分５１とプローブ相当部分５２との接続部を曲げ加工する（曲げ工程）。
そうすると、図６（Ｃ）に示す形状のプローブ部１０が形成される。このプローブ部１０は、伝熱板相当部分５１とプローブ相当部分５２とを有する単一の金属板５０からなり、伝熱板相当部分５１とプローブ相当部分５２との接続部が折り曲げられたものである。この方法によれば、プローブ１２が伝熱板１１の端に配置される。また、プローブ１２は角柱形となる。
金属板５０を打抜き、曲げ加工してプローブ部１０を形成するので、大量生産に向いており、プローブ部１０を安価に製造できる。また、伝熱板１１とプローブ１２とが一体形成されるので、プローブ部１０が破損しにくい。
（３）深絞り加工による方法
図７（Ａ）に示すように、金属板５０をダイス６３としわ抑え板６４とで挟み、針状のパンチ６５を用いて深絞り加工を施すことで、プローブ１２を突出させる。そうすると、図７（Ｂ）に示す形状のプローブ部１０が形成される。このプローブ部１０は単一の金属板５０の一部を突出させて伝熱板１１およびプローブ１２を形成したものである。この方法によれば、プローブ１２を伝熱板１１の中央に配置できる。深絞り加工により金属板５０の一部を突出させてプローブ部１０を形成するので、プローブ部１０を安価に製造できる。また、伝熱板１１とプローブ１２とが一体形成されるので、プローブ部１０が破損しにくい。
（４）線材を用いた方法
まず、図８（Ａ）に示すように、金属板を切断して伝熱板相当部分５１を形成する。また、金属線材を所定長さで切断してプローブ相当部分５２を形成する。つぎに、伝熱板相当部分５１にプローブ相当部分５２を立設させた状態で接合する。ここで、伝熱板相当部分５１に孔５１ｈを形成し、プローブ相当部分５２の端部を孔５１ｈに挿入することが好ましい。金属線材としてはステンレス鋼線、アルミニウム線、鉄線、銅線、真鍮線、チタン線、タングステン線等、一般に線材として用いられるものであれば特に限定されずに用いられる。伝熱板相当部分５１とプローブ相当部分５２との接合方法は特に限定されないが、溶接、ろう接、嵌め合いによる方法、接着剤を用いた方法等が挙げられる。
そうすると、図８（Ｂ）に示す形状のプローブ部１０が形成される。このプローブ部１０は金属板からなる伝熱板相当部分５１に金属線材からなるプローブ相当部分５２を接合したものである。この方法によれば、プローブ１２を伝熱板１１の中央に配置できる。また、プローブ１２を円柱形にできる。金属板と金属線材とからプローブ部１０を形成するので、プローブ部１０を安価に製造できる。しかも、金属線材の切断位置を変えるだけで、プローブ１２の長さを自由に設定できる。
（II）ヒータセンサ組立工程
ヒータセンサ組立工程は各種構成部材からヒータセンサＨＳを組み立てる工程である。図２に示すように、第１筐体４０ａの本体部４１の内部にヒータ２０、第１温度センサ３０ａ、および第１プローブ部１０ａを納め、蓋部４２を閉めることでヒータセンサＨＳが組み立てられる。プローブ１２は蓋部４２の孔４３を通って、第１筐体４０ａの外部に露出する。伝熱板１１、ヒータ２０、および第１温度センサ３０ａを第１筐体４０ａの内部に収納することで、伝熱板１１にヒータ２０と第１温度センサ３０ａとが設けられる。
（III）リファレンスセンサ組立工程
リファレンスセンサ組立工程は各種構成部材からリファレンスセンサＲＳを組み立てる工程である。第２筐体４０ｂの本体部４１の内部に第２温度センサ３０ｂ、および第２プローブ部１０ｂを納め、蓋部４２を閉めることでリファレンスセンサＲＳが組み立てられる。プローブ１２は蓋部４２の孔４３を通って、第２筐体４０ｂの外部に露出する。伝熱板１１、および第２温度センサ３０ｂを第２筐体４０ｂの内部に収納することで、伝熱板１１に第２温度センサ３０ｂが設けられる。
以上のように、維管束液流速センサ１は構成部材が単純であり、製造工程も簡単である。そのため、維管束液流速センサ１を安価に製造できる。また、維管束液流速センサ１は、植物の茎径にあわせてプローブ１２の長さを任意に設定できる。そのため、種々の茎径の植物の維管束液の流速を測定できる。
（使用方法）
つぎに、維管束液流速センサ１の使用方法を説明する。
まず、測定対象となる植物の細部に維管束液流速センサ１を取り付ける。具体的には、図９に示すように、ヒータセンサＨＳおよびリファレンスセンサＲＳの各プローブ１２を植物の細部に突き刺す。このとき、維管束液の流れに沿ってプローブ１２、１２を配置する。また、維管束液の流れの上流側にリファレンスセンサＲＳを配置し、下流側にヒータセンサＨＳを配置する。
道管液の流量を測定する場合、各プローブ１２の先端部を道管ＸＹに配置する。また、通常道管液が流れる方向は植物の根元側から末端側であるので、リファレンスセンサＲＳを根元側に配置し、ヒータセンサＨＳを末端側に配置する。
つぎに、ヒータセンサＨＳに設けられたヒータ２０を作動させる。ヒータ２０を作動すれば、ヒータ２０から供給された熱エネルギは、ヒータセンサＨＳのプローブ１２に供給される。ヒータセンサＨＳのプローブ１２に供給された熱エネルギは、プローブ１２の表面から道管ＸＹを流れる道管液に放出される。
つぎに、ヒータセンサＨＳおよびリファレンスセンサＲＳで測定した温度から、上述したグラニエ法に基づいて道管液の流量（流速）を測定する。例えば、道管液の流量が多い（流速が速い）場合には、ヒータセンサＨＳのプローブ１２の近傍の道管液は、常に新しい道管液に置き換えられた状態となる。そのため、プローブ１２に供給する熱エネルギを一定とすれば、プローブ１２の温度は低くなる。一方、道管液の流量が少ない（流速が遅い）場合には、ヒータセンサＨＳのプローブ１２の近傍の道管液は、滞留したような状態となる。そのため、プローブ１２に供給する熱エネルギを一定とすれば、プローブ１２の温度は高くなる。
したがって、ヒータセンサＨＳおよびリファレンスセンサＲＳで測定した温度の温度差ΔＴから道管液の流速および流量を算出できる。なお、ヒータセンサＨＳおよびリファレンスセンサＲＳの各プローブ１２の先端部を師管ＰＨに配置すれば、師管液の流速および流量を求めることができる。
なお、本実施形態の維管束液流速センサ１は、ヒートパルス法によっても維管束液の流速を測定できる。
維管束液流速センサ１は、プローブ１２を支持する伝熱板１１にヒータ２０および温度センサ３０ａ、３０ｂが設けられた構成である。ヒータおよび温度センサをプローブに直接設ける従来の構成に比べて、プローブ１２とヒータ２０との間およびプローブ１２と温度センサ３０ａ、３０ｂとの間で熱が伝わりやすい。そのため、プローブ１２を小型化でき、植物の細部における維管束液の流速を測定できる。
また、プローブ１２を小型化できることから、プローブ１２を植物に突き刺して設置しても、植物に与えるストレスを小さくすることができる。換言すれば、プローブ１２の設置前後における植物の設置部位内の維管束液の動態の変動を小さくできる。このため、プローブ１２を植物に突き刺したのち、すぐに設置部位内を流れる維管束液の動態を測定することができる。
さらに、プローブ１２を小型化できることから、維管束液流速センサ１を植物に設置しても植物に対するダメ−ジ(損傷)を小さくできるので、長期間設置させておくことができる。その結果、植物の維管束液の動態を長期間に渡ってモニタリングすることができるので、植物の生育状態に合わせて適切な水分供給や養分補給（施肥）を行うことができる。
維管束液流速センサ１を用いて植物の維管束液の動態測定を行うことで、植物の生育状態に合わせて最も適切な時期に灌水や養分補給を行なうことが可能となる。その結果、作物や果樹等の収穫量の増大を図ることができる。また、植物の新梢末端や果柄の水分量測定が可能なため、的確な灌水制御(水資源の有効利用)を行なうことができる。そのため、果樹栽培の高品質（果実糖度が高い）・安定生産（品質が揃った）等、高付加価値栽培が実現できる。
本実施形態の維管束液流速センサ１は機械加工によりプローブ部１０を形成するので、プローブ１２を比較的長く（例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ）形成できる。そのため、外皮から道管ＸＹまでの距離が長い植物であっても、維管束液の流速を測定できる。
〔第２実施形態〕
つぎに、第２実施形態に係る維管束液流速センサ２を説明する。
図１０に示すように、維管束液流速センサ２はヒータセンサＨＳとリファレンスセンサＲＳとからなる。
ヒータセンサＨＳは第１プローブ部１０ａ、ヒータ・温度センサユニット３１、および第１筐体４０ａから構成されている。ヒータ・温度センサユニット３１は半導体基板にヒータ２０および第１温度センサ３０ａが形成されたものである。ヒータ・温度センサユニット３１は伝熱板１１と同一、またはそれより広い面積を有することが好ましい。
ヒータ２０として半導体基板に形成したｐｎ接合ダイオードを用いることができる。半導体基板上に拡散用ホール（ｐ型）を形成した後、ｎ拡散（ｎ型）を形成することで、ｐｎ接合ダイオードを形成できる。半導体基板上にＰｔ（白金）、ＮｉＣｒ（ニクロム）、またはＩＴＯ（インジウムスズ酸化材料）の薄膜を蒸着やスパッタリング等により形成し、所定の形状に加工することで、ヒータ２０を形成してもよい。第１温度センサ３０ａとして半導体基板に形成したｐｎ接合ダイオードを用いることができる。薄膜技術により半導体基板上に熱電対または測温抵抗体となる金属膜を形成してもよい。
リファレンスセンサＲＳは第２プローブ部１０ｂ、温度センサユニット３２、および第２筐体４０ｂから構成されている。温度センサユニット３２は半導体基板に第２温度センサ３０ｂが形成されたものである。温度センサユニット３２は伝熱板１１と同一、またはそれより広い面積を有することが好ましい。第２温度センサ３０ｂとして半導体基板に形成したｐｎ接合ダイオードを用いることができる。薄膜技術により半導体基板上に熱電対または測温抵抗体となる金属膜を形成してもよい。
半導体基板にヒータ２０および温度センサ３０ａ、３０ｂを形成することで、ヒータセンサＨＳおよびリファレンスセンサＲＳを小型化できる。また、ヒータ・温度センサユニット３１および温度センサユニット３２を量産することで、製造コストを抑えることができる。
〔第３実施形態〕
つぎに、第３実施形態に係る維管束液流速センサ３を説明する。
図１１に示すように、維管束液流速センサ３はヒータセンサＨＳとリファレンスセンサＲＳとが一体となったものである。維管束液流速センサ３はヒータセンサＨＳを構成する第１筐体と、リファレンスセンサＲＳを構成する第２筐体とが一体化した筐体４０を備える。また、第１プローブ部１０ａのプローブ１２と、第２プローブ部１０ｂのプローブ１２とが筐体４０の一の面に並んで配置されている。
２つのプローブ１２、１２が一の筐体４０に配置されているので、ヒータセンサＨＳとリファレンスセンサＲＳとが一体化した状態となっている。そのため、維管束液流速センサ３の植物への取り付けが行いやすい。
なお、プローブ部１０として伝熱板１１の端にプローブ１２が立設したものを用いれば、２つのプローブ１２を近接させて配置できる。
〔第４実施形態〕
つぎに、第４実施形態に係る維管束液流速センサ４を説明する。
図１２に示すように、維管束液流速センサ４は１つのヒータセンサＨＳと２つのリファレンスセンサＲＳとからなる。すなわち、維管束液流速センサ４は３つのプローブ部１０を備えており、そのうちの１つがヒータセンサＨＳとして、２つがリファレンスセンサＲＳとして用いられている。
維管束液流速センサ４はヒータセンサＨＳを構成する第１筐体と、２つのリファレンスセンサＲＳを構成する２つの第２筐体とが一体化した筐体４０を備える。また、第１プローブ部１０ａのプローブ１２と、２つの第２プローブ部１０ｂ、１０ｂのプローブ１２、１２とが筐体４０の一の面に並んで配置されている。２つの第２プローブ部１０ｂ、１０ｂのプローブ１２、１２は第１プローブ部１０ａのプローブ１２を挟む位置に設けられている。
維管束液流速センサ４は維管束液の流量だけでなく、維管束液の流れる方向も測定できる。しかも、維管束液流速センサ４はヒータセンサＨＳとリファレンスセンサＲＳとが一体化形成された構成であるため、植物への取り付けが行いやすい。
維管束液流速センサ４は３つのプローブ１２が維管束液の流れに沿うように植物に取り付けられる。ヒータセンサＨＳに設けられたヒータ２０を作動させた後、ヒータセンサＨＳおよび２つのリファレンスセンサＲＳで温度を測定する。２つのリファレンスセンサＲＳで測定された温度を比較することで維管束液の方向を特定できる。
２つのリファレンスセンサＲＳはヒータセンサＨＳを挟む位置に設けられているので、維管束液の下流側に位置するリファレンスセンサＲＳのプローブ１２は、ヒータセンサＨＳにより昇温された維管束液により暖められる。その結果、維管束液の下流側に位置するリファレンスセンサＲＳのプローブ１２は、上流側に位置するリファレンスセンサＲＳのプローブ１２よりも温度が高くなる。
これを利用して、２つのリファレンスセンサＲＳで測定された温度を比較し、維管束液の流れる方向を特定する。維管束液の流れる方向は温度の低いリファレンスセンサＲＳから温度の高いリファレンスセンサＲＳに向かう方向である。
図１に示す維管束液流速センサ１を用いて、擬似植物実験および実植物実験を行った。
（擬似植物実験）
図１３に示す疑似植物実験系を用いて実験を行った。シリコーンチューブ（内径２ｍｍ、外径３ｍｍ）の中に、マイクロシリンジポンプで水を流し込むことで疑似的な維管束を形成した。この疑似的な維管束に、ヒータセンサＨＳおよびリファレンスセンサＲＳの各プローブ１２を突き刺した。シリコーンチューブ内の流量はマイクロシリンジポンプにより精密に制御できる。ヒータセンサＨＳのヒータ２０の電源としてファンクションジェネレータを用いた。ヒータセンサＨＳおよびリファレンスセンサＲＳの温度センサ３０ａ、３０ｂからデータを取得するためデータロガーを用いた。
図１４はシリコーンチューブ内の流速ｕとＫ値との関係を示すグラフである。シリコーンチューブ内の流速ｕはマイクロシリンジポンプの流量から求められる。Ｋ値は第１温度センサ３０ａと第２温度センサ３０ｂとの温度差から求められる（数式（１）参照）。測定値を数式（１）を用いてフィッティングし係数を求めた。その結果、以下の値が得られた。これより、維管束液流速センサ１を用いて、維管束液の流量を測定できることが確認できた。
１／α＝６．２０×１０-4
１／β＝０．９２
（実植物実験）
測定対象の植物としてユーパトリウムを用いた。ユーパトリウムの茎にヒータセンサＨＳおよびリファレンスセンサＲＳの各プローブ１２を突き刺した。この際、各プローブ１２の先端部が道管に配置されるようにした。ヒータセンサＨＳのヒータ２０の電源としてファンクションジェネレータを用いた。ヒータセンサＨＳおよびリファレンスセンサＲＳの温度センサ３０ａ、３０ｂからデータを取得するためデータロガーを用いた。
維管束液流速センサ１により道管液の流速を測定しながら、夜の再現と、昼の再現を行った。夜の再現はユーパトリウムの周囲をダンボールで覆い遮光することにより行った。昼の再現はダンボールを取り外し、ユーパトリウムに蛍光灯の光を照射することにより行った。まず夜の再現を１時間行い、つぎに昼の再現を１時間おこない、つぎに夜の再現を１５分行った。
図１５は経過時間と道管液の流速との関係を示すグラフである。図１５から分かるように、遮光している間は道管液の流速が遅くなり、蛍光灯の光を照射している間は道管液の流速が速くなる。一般に、植物に光を照射すると、植物が光合成を行い、水を吸い上げるため、道管液の流速が速くなる。本実験によりこのような植物の性質を再現できることが確認できた。また、維管束液流速センサ１により道管液の流速をリアルタイムで測定できることが確認できた。
１、２、３、４ 維管束液流速センサ
ＨＳ ヒータセンサ
１０ａ 第１プローブ部
１１ 伝熱板
１２ プローブ
２０ ヒータ
３０ａ 第１温度センサ
４０ａ 第１筐体
ＲＳ リファレンスセンサ
１０ｂ 第２プローブ部
３０ｂ 第２温度センサ
４０ｂ 第２筐体

Claims (18)

  1. ヒータセンサと、
    ２つのリファレンスセンサと、を備え、
    前記ヒータセンサは、
    伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第１プローブ部と、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板に熱を供給するヒータと、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第１温度センサと、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを内部に収納するとともに、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第１筐体と、を備え、
    ２つの前記リファレンスセンサは、それぞれ、
    伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第２プローブ部と、
    前記第２プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第２温度センサと、
    前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを内部に収納するとともに、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第２筐体と、を備え、
    前記第１プローブ部の前記プローブと前記第２プローブ部の前記プローブとは長さが同一であり、
    前記第１プローブ部および前記第２プローブ部は、それぞれ金属材料で形成されており、
    ２つの前記リファレンスセンサは、植物への取り付け時に前記ヒータセンサを挟む位置に設けられる
    ことを特徴とする維管束液流速センサ。
  2. 前記第１プローブ部の前記プローブおよび前記第２プローブ部の前記プローブは、それぞれ長さが１ｍｍ〜５ｍｍである
    ことを特徴とする請求項１記載の維管束液流速センサ。
  3. 前記第１筐体と２つの前記第２筐体とが一体化した筐体を備え、
    前記第１プローブ部の前記プローブおよび２つの前記第２プローブ部の前記プローブが前記筐体の一の面に並んで配置されており、
    ２つの前記第２プローブ部の前記プローブは前記第１プローブ部の前記プローブを挟む位置に配置されている
    ことを特徴とする請求項１または２記載の維管束液流速センサ。
  4. 前記第１プローブ部および前記第２プローブ部は、それぞれ、単一の金属板を機械加工して前記伝熱板および前記プローブを形成したものである
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の維管束液流速センサ。
  5. 前記第１プローブ部および前記第２プローブ部は、それぞれ、伝熱板相当部分とプローブ相当部分とを有する単一の金属板からなり、前記伝熱板相当部分と前記プローブ相当部分との接続部が折り曲げられたものである
    ことを特徴とする請求項４記載の維管束液流速センサ。
  6. ヒータセンサと、
    リファレンスセンサと、を備え、
    前記ヒータセンサは、
    伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第１プローブ部と、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板に熱を供給するヒータと、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第１温度センサと、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを内部に収納するとともに、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第１筐体と、を備え、
    前記リファレンスセンサは、
    伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第２プローブ部と、
    前記第２プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第２温度センサと、
    前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを内部に収納するとともに、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第２筐体と、を備え、
    前記第１プローブ部の前記プローブと前記第２プローブ部の前記プローブとは長さが同一であり、
    前記第１プローブ部および前記第２プローブ部は、それぞれ、深絞り加工により単一の金属板の一部を突出させて前記伝熱板および前記プローブを形成したものである
    ことを特徴とする維管束液流速センサ。
  7. ヒータセンサと、
    リファレンスセンサと、を備え、
    前記ヒータセンサは、
    伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第１プローブ部と、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板に熱を供給するヒータと、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第１温度センサと、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを内部に収納するとともに、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第１筐体と、を備え、
    前記リファレンスセンサは、
    伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなる第２プローブ部と、
    前記第２プローブ部の前記伝熱板の温度を測定する第２温度センサと、
    前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを内部に収納するとともに、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させる第２筐体と、を備え、
    前記第１プローブ部の前記プローブと前記第２プローブ部の前記プローブとは長さが同一であり、
    前記第１プローブ部および前記第２プローブ部は、それぞれ、金属板からなる伝熱板相当部分に金属線材からなるプローブ相当部分を接合したものである
    ことを特徴とする維管束液流速センサ。
  8. 前記ヒータは前記第１プローブ部の前記伝熱板と同一またはそれより広い面積を有する
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の維管束液流速センサ。
  9. 前記第１温度センサおよび前記第２温度センサは、それぞれシート状素材に温度検出素子を設けたものである
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の維管束液流速センサ。
  10. 前記ヒータおよび前記第１温度センサは、前記第１プローブ部の前記伝熱板と同一またはそれより広い面積を有する半導体基板に形成されている
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の維管束液流速センサ。
  11. 前記２温度センサは、前記第２プローブ部の前記伝熱板と同一またはそれより広い面積を有する半導体基板に形成されている
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の維管束液流速センサ。
  12. 前記第１筐体および前記第２筐体は、それぞれ前記第１プローブ部および前記第２プローブ部よりも熱伝導率の低い材料で形成されている
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の維管束液流速センサ。
  13. 金属材料を用いて、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなるプローブ部を複数形成して第１プローブ部と第２プローブ部とを得るプローブ部形成工程と、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板にヒータと第１温度センサとを設け、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを第１筐体の内部に収納することでヒータセンサを組み立てるヒータセンサ組立工程と、
    前記第２プローブ部の前記伝熱板に第２温度センサを設け、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを第２筐体の内部に収納することでリファレンスセンサを組み立てるリファレンスセンサ組立工程と、
    前記ヒータセンサと、植物への取り付け時に前記ヒータセンサを挟む位置に設けられる２つの前記リファレンスセンサとから維管束液流速センサを構成する工程と、を備える
    ことを特徴とする維管束液流速センサの製造方法。
  14. 前記プローブ部形成工程は、
    金属板を加工して伝熱板相当部分とプローブ相当部分とを形成する板加工工程と、
    前記伝熱板相当部分と前記プローブ相当部分との接続部を曲げ加工する曲げ工程と、を備える
    ことを特徴とする請求項１３記載の維管束液流速センサの製造方法。
  15. 前記板加工工程は、前記金属板をレーザ加工により切断して前記伝熱板相当部分と前記プローブ相当部分とを形成する
    ことを特徴とする請求項１４記載の維管束液流速センサの製造方法。
  16. 前記板加工工程は、前記金属板をプレス加工により打抜いて前記伝熱板相当部分と前記プローブ相当部分とを形成する
    ことを特徴とする請求項１４記載の維管束液流速センサの製造方法。
  17. 金属材料を用いて、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなるプローブ部を複数形成して第１プローブ部と第２プローブ部とを得るプローブ部形成工程と、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板にヒータと第１温度センサとを設け、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを第１筐体の内部に収納することでヒータセンサを組み立てるヒータセンサ組立工程と、
    前記第２プローブ部の前記伝熱板に第２温度センサを設け、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを第２筐体の内部に収納することでリファレンスセンサを組み立てるリファレンスセンサ組立工程と、を備え、
    前記プローブ部形成工程は、金属板に深絞り加工を施して前記プローブを突出させる工程を備える
    ことを特徴とする維管束液流速センサの製造方法。
  18. 金属材料を用いて、伝熱板と、該伝熱板に立設されたプローブとからなるプローブ部を複数形成して第１プローブ部と第２プローブ部とを得るプローブ部形成工程と、
    前記第１プローブ部の前記伝熱板にヒータと第１温度センサとを設け、前記第１プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第１プローブ部の前記伝熱板、前記ヒータ、および前記第１温度センサを第１筐体の内部に収納することでヒータセンサを組み立てるヒータセンサ組立工程と、
    前記第２プローブ部の前記伝熱板に第２温度センサを設け、前記第２プローブ部の前記プローブを外部に露出させるように、前記第２プローブ部の前記伝熱板、および前記第２温度センサを第２筐体の内部に収納することでリファレンスセンサを組み立てるリファレンスセンサ組立工程と、を備え、
    前記プローブ部形成工程は、
    金属板を切断して伝熱板相当部分を形成する工程と、
    金属線材を切断してプローブ相当部分を形成する工程と、
    前記伝熱板相当部分に前記プローブ相当部分を接合する工程と、を備える
    ことを特徴とする維管束液流速センサの製造方法。
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