CN109725024B - 测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够精度良好地多方面地测量测量对象的状态的测量装置。具备：第一电极以及第二电极，它们用于在表侧形成经由测量对象的通电路径并测量上述测量对象的导电度；以及参照电极以及ISFET，它们用于测量上述测量对象的pH值，上述参照电极的基准电极与上述第一电极以及上述第二电极相比配置在背侧。

Description

测量装置
技术领域
本发明涉及检查土壤等测量对象的状态的测量装置。
背景技术
为了促进作物的生长，需要土壤的管理。
作为该管理方法，能够列举管理土壤的状态成为适合作物的生长的环境的方法，需要土壤的含水量、离子浓度、pH值的测量。
作为测量土壤的含水量、离子浓度的装置，已知有通过成对的电极测量土壤的导电度的水分状态确定装置(例如，参照专利文献1)。
另外，作为测量土壤的pH值的装置，已知有使用了参照电极以及ISFET的装置(例如，参照专利文献2)，不存在多方面地测量含水量、离子浓度、pH值等的测量装置，期望这样的测量装置。
专利文献1：国际公开2011/158812号
专利文献2：日本特开2009－300272号公报
因此，本申请发明人们研究出了具备用于测量导电度的一对电极、和用于测量pH值的参照电极以及ISFET的测量器。
然而，在该测量器中，构成基准电极的参照电极对由一对电极进行的导电度的测量造成影响，而产生测量精度降低这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述的课题而完成的，目的在于提供能够抑制参照电极对测量造成的影响，并进行多方面的测量的测量装置。
本发明所涉及的测量装置具备：第一电极以及第二电极，它们用于在表侧形成经由测量对象的通电路径并测量上述测量对象的导电度；以及参照电极以及ISFET，它们用于测量上述测量对象的pH值，上述参照电极的基准电极与上述第一电极以及上述第二电极相比配置在背侧。
根据本发明，能够抑制参照电极对测量造成的影响，并进行多方面的测量。
附图说明
图1是表示一实施方式所涉及的测量装置的立体图。
图2是表示一实施方式所涉及的从与图1相反侧观察测量装置的状态的立体图。
图3是表示一实施方式所涉及的测量装置的剖视图。
图4是表示一实施方式所涉及的测量装置的凹部底面的主要部分的剖视图。
图5是表示一实施方式所涉及的测量装置的框图。
图6是表示一实施方式所涉及的测量装置的pH传感器的说明图。
图7是表示一实施方式所涉及的测量装置的导电度测量传感器的说明图。
图8是表示一实施方式所涉及的测量装置的使用状态的说明图。
附图标记说明
10…测量装置，12…壳体，22…前端面，24…前部倾斜面，26A…凹部底面，28…第一电极，28A…第一顶面，30…第二电极，30A…第二顶面，32…通电路径，34…表侧，36…ISFET，36A…感应面，38…参照电极，42…后部倾斜面，56…背侧，58…基准电极，60…控制部，68…接收部，70…振荡部，CS…中心线，I…一方，K…交叉方向，ST…测量对象，T…另一方。
具体实施方式
以下，参照附图对一实施方式进行说明。图1是表示本实施方式所涉及的测量装置10的图，测量装置10在测量培育作物的土壤、无土栽培的营养液等测量对象ST(图5～图7参照)的状态时使用。另外，测量装置10构成为具备两种传感器，能够多方面地测量测量对象ST的含水量、离子浓度、pH值等。
作为一个例子由作为绝缘体的合成树脂形成该测量装置10的壳体12。如图1～图3所示，为了方便，该壳体12形成为具备构成前侧的前面14、构成后侧的后面16、构成左侧的左面18、构成右侧的右面20以及构成前端侧的前端面22的棱柱状。
如图1所示，在壳体12的前面14的图1中上侧亦即前端部形成有随着朝向前端而向后面16侧倾斜的前部倾斜面24。在前部倾斜面24形成有凹陷为矩形形状的凹部26，在该凹部26的底部形成作为平坦的一面的一个例子的凹部底面26A。
在凹部底面26A相互在左右方向分离地并排设置有用于测量测量对象ST的导电度的第一电极28以及第二电极30。各电极28、30形成为长方形的板状，以表面朝向前侧并且背面与凹部底面26A面接触的状态固定。
第一电极28的表面构成与测量对象ST接触的面，第一电极28输出交流信号。另外，第二电极30的表面具有与测量对象ST接触的面，在第二电极30输入有从第一电极28输出的交流信号作为输入信号。
这样，各电极28、30构成为表面为通电面，在将测量装置10插入到测量对象ST的测量时，在表侧34形成经由测量对象ST的通电路径32(参照图7)。
此时，如图4所示，构成为在假设与第一电极28的表面构成同一平面的第一假想面28B、以及与第二电极30的表面构成同一平面的第二假想面30B时，能够测量与两假想面28B、30B相比表侧34的导电度。此外，在本实施方式中，作为一个例子两假想面28B、30B构成同一平面。
另外，在凹部底面26A设有矩形形状的ISFET(IonSensitive FieldEffectTransistor：离子选择性场效应晶体管)36。ISFET36是用于与后述的参照电极38(参照图3)一起使用来测量测量对象ST的pH值的芯片，ISFET36的外形尺寸与第一电极28以及第二电极30相比较小。
该ISFET36与第一电极28以及第二电极30间的分离区域40相比配置在前端侧。另外，如图4所示，构成ISFET36的表面的感应面36A与构成第一电极28的表面的第一顶面28A以及构成第二电极30的表面的第二顶面30A相比位于凹部底面26A侧。
这里，在本实施方式中，使ISFET36与第一电极28以及第二电极30相比为薄壁，而ISFET36的感应面36A与第一电极28的第一顶面28A以及第二电极30的第二顶面30A相比位于凹部底面26A侧，但并不限定于此。
例如，也可以在凹部底面26A形成凹陷，并在该凹陷内设置ISFET36，从而使ISFET36的感应面36A与各电极28、30的各顶面28A、30A相比位于凹部底面26A侧。
如图2所示，在壳体12的后面16在图2中上侧的前端部形成有随着朝向前端而向前面14侧倾斜的后部倾斜面42，平坦地形成后部倾斜面42。
如图3所示，上述的前部倾斜面24相对于通过位于壳体12的最前端侧的顶点或者顶面的一个例子亦即前端面22并纵贯壳体12的假想线CS，设在与假想线CS交叉的交叉方向K的一方I侧。由此，形成在前部倾斜面24的凹部底面26A构成设在以假想线CS为边界的一方I侧的第一面。另外，后部倾斜面42设在与假想线CS交叉的交叉方向K的另一方T侧，该后部倾斜面42构成交叉方向K的另一方T侧的第二面。
此外，在本实施方式中，例示假想线CS由纵贯壳体12的中心线构成的情况。另外，例如在由球面构成壳体12的顶部的情况下，该假想线CS也可以是在壳体12通过位于最前端侧的顶点的直线。
在该壳体12内设有参照电极38和控制单元44。
参照电极38具备容器状的罐46，在罐46内填充有内部液48。在该内部液48内配置有内部电极50，内部电极50的基端部从罐底面46A延伸突出。作为内部液48，作为一个例子能够列举氯化钾(KCl)溶液，作为内部电极50的材料，作为一个例子能够列举银/氯化银(Ag/AgCl)。
罐46的顶面46B随着朝向中央部而向前端侧倾斜，圆筒状的筒部52从其顶部延伸突出。筒部52内的连通孔52A构成为与罐46内连通，能够将罐46内的内部液48从筒部52的前端供给至液络部54。
在该筒部52的前端设有圆柱状的液络部54，液络部54由多孔质材料构成。液络部54的前端部为倾斜地切断的尖端渐细形状，其端面在后部倾斜面42露出。而且，以该端面与后部倾斜面42成为同一水平面的方式配置该参照电极38。
由此，在与纵贯壳体12的假想线CS交叉的交叉方向K的另一方T侧的后部倾斜面42设置参照电极38。另外，在交叉方向K的一方I侧的凹部底面26A设置第一电极28以及第二电极30，参照电极38与第一电极28以及第二电极30相比配置在背侧56。
换句话说，参照电极38与和第一电极28的表面构成同一平面的第一假想面28B相比配置在第一电极28的背面侧128，并且与和第二电极30的表面构成同一平面的第二假想面30B相比配置在第二电极30的背面侧130。
另外，参照电极38将罐46内的内部液48从筒部52供给到液络部54，液络部54使内部液48从端面滲出到壳体12的外侧。在后部倾斜面42露出的液络部54的端面构成给予测量对象ST基准电位的基准电极58。
该参照电极38的从罐46延伸突出的内部电极50与控制单元44连接。
如图5所示，控制单元44具备控制部60，控制部60例如以内置了ROM以及RAM的微机为中心构成。在该控制部60连接有参照电极38的内部电极50(参照图3)、和与参照电极38成对的ISFET36，通过参照电极38、ISFET36以及控制部60构成pH传感器62。
如图6所示，在ISFET36的漏极D连接直流电源64的正极，源极S经由恒流电路66与地线G连接，并且与构成控制部60(参照图5)的例如微机的AD转换端口连接。ISFET36的漏极D与源极S间的栅极部分由离子感应膜36B构成，离子感应膜36B构成为其感应面36A与测量对象ST接触。
若从基准电极58对该测量对象ST施加参照电极38的基准电位，则测量对象ST内的氢离子(H+)聚集到ISFET36的感应面36A。这样一来，ISFET36检测测量对象ST与离子感应膜36B间的界面电位并流过电流。然后，控制部60通过测量ISFET36检测出的界面电位与参照电极38的电位差，测量表示测量对象ST的氢离子指数的pH值。
另外，如图5所示，在控制部60连接有接收部68，在接收部68供给有来自振荡部70的交流信号。在振荡部70连接有第一电极28，第一电极28的表面与测量对象ST接触，并向测量对象ST输出交流信号。
与第一电极28成对的第二电极30也构成为表面与测量对象ST接触，第二电极30与接收部68连接。由此，第二电极30输入从第一电极28输出到测量对象ST的交流信号作为输入信号。
通过该第一电极28、第二电极30、振荡部70、以及接收部68构成导电度测量传感器72，来自导电度测量传感器72的信号送至控制部60。
若使用等效电路对导电度测量传感器72进行详细说明，则如图7所示，由输出规定的频率的交流信号的交流电源74构成导电度测量传感器72的振荡部70。该交流电源74将交流信号施加给第一电极28。
由对从交流电源74向第一电极28供给的交流信号、和输入到第二电极30的交流信号亦即输入信号进行比较的比较电路76构成接收部68(参照图5)。若具体地进行说明，则获取施加给第一电极28的交流电压与经由测量对象ST输入到第二电极30的交流电压的振幅以及相位差，作为两电极28、30间的导电度以及阻抗并输出到控制部60。由此，构成对第一电极28施加交流信号，并且测量从第一电极输出的交流信号与经由测量对象ST输入到第二电极的输入信号的相位差获取测量对象ST的导电度的获取单元。
若对该导电度测量传感器72的动作进行说明，则将测量装置10插入测量对象ST，并使测量对象ST与两电极28、30接触。然后，对第一电极28施加规定的频率的交流信号，并测量经由测量对象ST输入到第二电极30的输入信号，并根据与测量对象ST的抵抗成分R对应地变化的交流电压的振幅的大小获取导电度。另外，根据与测量对象ST的电容C对应地变化的从第一电极输出的交流电压与经由测量对象ST输入到第二电极的交流电压的相位差来获取阻抗。
然后，由于能够根据获取的导电度以及阻抗把握测量对象ST所包含的空气量、含水量，所以将这些测量结果与预先存储于控制部60的数据库进行比较，获取测量对象ST的含水量以及离子浓度。另外，根据利用数据库获取的含水量以及离子浓度估计测量对象ST所包含的养分。
此外，在该数据库存储有用于排除配置在第一电极28以及第二电极30的附近的ISFET36给予导电度测量传感器72的测量结果的影响的取消数据。而且，控制部60使用该取消数据修正导电度测量传感器72的测量结果。
(作用·效果)
接下来，对本实施方式的作用进行说明。
在测量培育作物的土壤、无土栽培的营养液等测量对象ST的状态时，如图8所示，将测量装置10的前端部插入测量对象ST，并利用pH传感器62测量pH值，并且利用导电度测量传感器72测量含水量以及离子浓度。
此时，构成pH传感器62的参照电极38中的基准电极58设在壳体12的后部倾斜面42，内部液48从基准电极58滲出到测量对象ST并且给予测量对象ST基准电位。给予了该基准电位的测量对象ST内的氢离子(H+)聚集在设在前部倾斜面24的凹部底面26A的ISFET36的感应面36A，由此在ISFET36流过电流。由此，通过测量ISFET36的源极S的输出电压，能够把握测量对象ST的氢离子量，能够获取测量对象ST的pH值。
另一方面，导电度测量传感器72的第一电极28以及第二电极30设在前部倾斜面24的凹部底面26A，根据施加给两电极28、30的交流信号的输入输出波形的变化能够获取含水量以及离子浓度从而估计测量对象ST所包含的养分。
这里，pH传感器62的参照电极38与和第一电极28的表面构成同一平面的第一假想面28B相比配置在第一电极28的背面侧128，并且与和第二电极30的表面构成同一平面的第二假想面30B相比配置在第二电极30的背面侧130。由此，构成为测量与两假想面28B、30B相比靠表侧34的导电度的导电度测量传感器72的通电路径32不会横穿参照电极38的基准电极58。
因此，能够抑制参照电极38给予导电度测量传感器72的测量的影响，并进行多方面的测量。
另外，pH传感器62的参照电极38配置在第一电极28以及第二电极30的背侧56。因此，参照电极38的基准电极58在第一电极28以及第二电极30的背侧56露出。
此时，在壳体12的配置了导电度传感器72的电极28、30的一侧配置参照电极38的情况下，由于经由参照电极38的液络部54扩散到测量对象物ST中的参照电极38的内容液48而导电度的测量值受到影响。
因此，在本实施方式的情况下，在与导电度传感器72的电极28、30相反侧配置参照电极38，所以能够抑制从参照电极38的液络部54扩散的内容液48给予导电度测量传感器72的测量的影响。
另外，参照电极38的基准电极58与ISFET36相比较，与测量对象ST的接触面积较大。因此，与在基于第一电极28以及第二电极30的通电路径32侧配置参照电极38的基准电极58的情况相比较，能够抑制给予通过第一电极28以及第二电极30的导电度的测量的影响。
因此，能够精度良好地多方面地测量测量对象ST的状态。
这里，若作为与实际不同的值测量出测量对象ST中的含水量、离子浓度的测量值，并基于该测量值管理测量对象ST，则可能产生对测量对象ST过度地供给水分、养分，或者产生供给不足的情况。该情况下，有给予农作物的生长影响的担心。
因此，在本实施方式所涉及的测量装置10中，由于能够精度良好地多方面地测量测量对象ST的状态，所以能够形成适合农作物的生长的环境。
此时，如图8所示，构成pH传感器62的ISFET36与导电度测量传感器72的第一电极28以及第二电极30相比配置在前端侧。由此，抑制导电度测量传感器72的测量区域SR1与pH传感器62的测量区域SR2的重叠。
另外，如图3所示，来自参照电极38的基准电极58的内部液48向与形成在第一电极28以及第二电极30间的通电路径32相反侧滲出。因此，能够抑制内部液48给予导电度测量传感器72的测量结果的影响，特别是抑制在内部液48扩散的过程可能产生的影响度的变化。
由此能够有助于测量精度的提高。
另外，相对于通过作为壳体12的顶点或者顶面的一个例子的前端面22并纵贯壳体12的假想线CS，在与假想线CS交叉的交叉方向K的一方I侧的第一面亦即凹部底面26A设置第一电极28以及第二电极30。另外，在与交叉方向K的另一方T侧的第二面亦即后部倾斜面42设置参照电极38中的基准电极58。
由此，能够将参照电极38配置在第一电极28以及第二电极30的背侧，所以能够实现构成的简单化。
而且，在本实施方式中，在设置了导电度测量传感器72的第一电极28以及第二电极30的第一面亦即凹部底面26A设置pH传感器62的ISFET36。
因此，能够在接近导电度测量传感器72的测量区域SR1的位置进行ISFET36的pH值的测量。由此，与在测量装置10的相反侧测量测量对象ST的pH值、和含水量以及离子浓度的情况相比较，能够提高反映了测量结果的管理的效果。
另外，该ISFET36的感应面36A与第一电极28的第一顶面28A以及第二电极30的第二顶面30A相比位于作为一面的凹部底面26A侧。
由此，能够使在第一电极28的第一顶面28A与第二电极30的第二顶面30A之间流过的交流信号的通电路径32从ISFET36的感应面36A向表侧34远离。因此，能够抑制在两电极28、30间流过的交流信号给予ISFET36的影响，能够有助于pH传感器62的测量精度的提高。
而且，对第一电极28施加交流信号，并且测量经由测量对象ST输入到第二电极30的交流信号的相位差获取测量对象ST的导电度。
由此，能够获取测量对象ST的含水量以及离子浓度，并且根据它们估计测量对象ST所包含的养分。
此外，虽然在本实施方式中，例举在形成为尖端渐细形状的壳体12的前部倾斜面24侧设置第一电极28以及第二电极30，并在后部倾斜面42侧设置参照电极38的基准电极58的情况进行了说明，但并不限定于此。
例如，也可以在壳体12的前端部形成为球面状的情况下，在与纵贯壳体12的假想线CS交叉的交叉方向K的一方I侧的面设置第一电极28以及第二电极30，并在交叉方向K的另一方T侧的面设置参照电极38的基准电极58。
另外，也可以在形成在球面状的壳体12的平坦面设置第一电极28以及第二电极30的情况下，在与平坦面不同的面设置参照电极38的基准电极58。此时，也可以在纵贯壳体12的假想平面的一方I侧设置第一电极28以及第二电极30，并在另一方T侧设置参照电极38的基准电极58。

Claims (7)

1. 一种测量装置，其特征在于，具备：
第一电极以及第二电极，它们用于仅在壳体的表侧形成经由测量对象的通电路径并测量上述测量对象的导电度；以及
参照电极以及ISFET，它们用于测量上述测量对象的pH值，
上述参照电极的基准电极配置在上述壳体的与上述第一电极以及上述第二电极相反侧以便上述通电路径不会横穿上述参照电极的基准电极。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
相对于通过壳体的顶点或者顶面并纵贯上述壳体的假想线，在与该假想线交叉的交叉方向的一方侧的第一面设置上述第一电极以及上述第二电极，并在上述交叉方向的另一方侧的第二面设置上述参照电极的上述基准电极。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，
在上述第一面设置上述ISFET。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，
上述ISFET的感应面与上述第一电极的顶面以及上述第二电极的顶面相比位于上述第一面侧。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的测量装置，其特征在于，
还具备获取单元，该获取单元对上述第一电极施加交流信号，并且测量经由上述测量对象输入到上述第二电极的交流信号的相位差来获取上述测量对象的导电度。
6.一种测量装置，其特征在于，具备：
第一电极，其具有与测量对象接触的表面，并输出交流信号；
第二电极，其具有与上述测量对象接触的表面，并输入从上述第一电极输出的上述交流信号作为输入信号；以及
参照电极，其与和上述第一电极的表面构成同一平面的第一假想面相比配置在上述第一电极的背面侧，并且与和上述第二电极的表面构成同一平面的第二假想面相比配置在上述第二电极的背面侧，
仅在壳体的表侧形成经由测量对象的通电路径以便上述通电路径不会横穿上述参照电极的基准电极。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，
上述参照电极的基准电极与和上述第一电极的表面构成同一平面的第一假想面相比配置在上述第一电极的背面侧，并且与和上述第二电极的表面构成同一平面的第二假想面相比配置在上述第二电极的背面侧。
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