JP2017151042A

JP2017151042A - 水分量検出装置

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Publication number: JP2017151042A
Application number: JP2016036026A
Authority: JP
Inventors: 圭博川原; Yoshihiro Kawahara; 亮繁田; Ryo Shigeta; 直也宮元; Naoya Miyamoto; 一洋西岡; Kazuhiro Nishioka; 悠揮小島; Yuki Kojima; 妥知白浜; Yasutomo Shirahama; 雄太森澤; Yuta Morisawa
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: JP6679088B2; WO2017146251A1

Abstract

【課題】より適正に水分量を検出する。
【解決手段】正極側の電極３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａに接続された電気配線４２，４４，４６，４８と同一材料による同一の幅で同一の長さで同一の間隔の補正配線５２，５４，５６，５８を負極側の電極３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，３８ｂに接続された接地配線５０の近傍に配置する。そして、電気配線４２，４４，４６と接地配線５０とを用いて検出される静電容量Ｃｐ（ｎ）から補正配線５２，５４，５６，５８と接地配線５０とを用いて検出される補正容量（静電容量）Ｃｂ（ｎ）を減じて得られる補正後容量Ｃ（ｎ）に基づいて水分量Ｑｗ（ｎ）を導出する。これにより、電気配線４２，４４，４６，４８等による静電容量に基づく誤差を小さくすることができ、より適正な水分量を検出することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、水分量検出装置に関し、詳しくは、土壌等に差し込まれて水分量を検出する水分量検出装置に関する。

従来、この種の水分量検出装置としては、２つの電極対を絶縁シートに蒸着し、これを円柱形状としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この土壌水分計の２つの電極対は、鉛直方向となるように、高さ方向にその一部が重なる高さとなるように配設されており、２つの電極対の静電容量に基づいて土中の水分量を検出している。そして、こうした２つの電極対により、土中の水分量を高精度かつ連続的に測定することができるとしている。

特開２０１２−１３２７９４号公報

しかしながら、上述の水分量検出装置では、２つの電極対には各々配線が接続されているから、配線間にも静電容量が生じ、測定した水分量が不確かなものとなる場合が生じる。特に高さ方向に複数の電極対を設ける場合、各電極対への配線による静電容量は無視できないものとなる。

本発明の水分量検出装置は、より適正に水分量を検出することを主目的とする。

本発明の水分量検出装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の水分量検出装置は、
土壌等に差し込まれて水分量を検出する水分量検出装置であって、
異なる高さに水平方向に配置された複数の電極対と、
前記複数の電極対に各々接続されて上端まで配線された複数の電気配線対と、
前記複数の電気配線対のうちの一方極側の複数の電気配線に沿って前記一方極側の複数の電気配線と同一の長さに配線された複数の補正配線と、
前記複数の電気配線対を用いて前記複数の電極対の静電容量を検出する静電容量検出手段と、
前記複数の電気配線対のうちの一方極側の電気配線または他方極側の電気配線と前記複数の補正配線とを用いて両配線間の静電容量を補正容量として検出する補正容量検出手段と、
前記複数の電極対の静電容量から前記補正容量を減じて得られる補正後容量を水分量に変換する水分量変換手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の水分量検出装置では、異なる高さに水平方向に複数の電極対を配置し、各電極対に対して電気配線対を配線すると共に、複数の電気配線対のうちの一方極側の複数の電気配線に沿って一方極側の複数の電気配線と同一の長さに複数の補正配線を配線する。複数の電気配線対を用いて複数の電極対の静電容量を検出すると共に、複数の電気配線対のうちの一方極側の電気配線または他方極側の電気配線と複数の補正配線とを用いて両配線間の静電容量を補正容量として検出する。そして、複数の電極対の静電容量から補正容量を減じて得られる補正後容量を水分量に変換する。複数の電極対の静電容量から補正容量を減じて得られる補正後容量は、複数の電極対の静電容量から複数の電極対に接続された電気配線間に生じる静電容量を減じたものに相当すると考えることができるから、電気配線間に生じる静電容量に基づく水分量の誤差を小さくすることができる。この結果、より適正に水分量を検出することができる。

こうした本発明の水分量検出装置において、前記複数の電気配線対の一方極側の電気配線または他方極側の電気配線は、前記複数の電極対の一方極側に連続して接続された接地配線であり、前記補正容量検出手段は、前記接地配線と前記補正配線とを用いて前記補正容量を検出する手段であるものとすることもできる。こうすれば、配線数を少なくすることができる。

また、本発明の水分量検出装置において、前記複数の電極対と前記複数の電気配線対と前記複数の補正配線とが樹脂製のシートに形成されてなるシート状配線部材と、前記シート状配線部材が表面に巻き付け固定される管状部材と、前記静電容量検出手段と前記補正容量検出手段と前記水分量変換手段とを収納し、前記管状部材の上端部に配置された収納部材と、を備えるものとすることもできる。

さらに、本発明の水分量検出装置において、前記複数の電極対より上部に取り付けられ、前記複数の電極対に対して傘として機能する傘部を備えるものとすることもできる。こうすれば、雨などによる水滴が配線に沿って流れることにより、測定対象の水分量が多く検出されるのを抑制することができる。

本発明の水分量検出装置において、前記複数の電極対の静電容量に基づいて全ての電極対によって検出される水分量が所定水分量未満のときには、第１間隔により前記複数の電極対の静電容量と前記補正容量とが検出されるよう前記静電容量検出手段と前記補正容量検出手段とを制御し、前記複数の電極対の静電容量に基づいていずれかの電極対によって検出される水分量が前記所定水分量以上のときには、前記第１間隔より短い第２間隔により前記複数の電極対の静電容量と前記補正容量とが検出されるよう前記静電容量検出手段と前記補正容量検出手段とを制御する検出間隔制御手段と、前記変換された水分量を無線通信により送信する送信手段と、を備えるものとすることもできる。ここで、所定水分量は、ある程度の降雨があったときの水分量など適宜定められるものである。電極対によって検出される水分量としては、水分量変換手段により変換された水分量を用いるもののほか、静電容量検出手段により検出される静電容量から補正容量検出手段により検出される補正用量を減じて得られる補正後容量を代用してもよいし、静電容量検出手段により検出される静電容量を代用してもよい。こうすれば、降雨のないときには、全ての電極対によって検出される水分量が所定水分量未満となるから、その場合には第１間隔で静電容量検出手段と補正容量検出手段とによる検出を行ない、ある程度の降雨によりいずれかの電極対により検出される水分量が所定水分量以上となったときには、第１間隔より短い第２間隔で静電容量検出手段と補正容量検出手段とによる検出を行なう。この結果、降雨のないときには検出頻度を少なくし、ある程度の降雨があったときには検出頻度を多くすることができ、検出に必要な電力を小さくすることができる。

本発明の水分量検出装置において、前記変換された水分量を無線通信により送信する送信手段と、前記複数の電極対の静電容量に基づいて全ての電極対によって検出される水分量が所定水分量未満のときには、第１間隔により前記水分量が送信されるよう前記送信手段を制御し、前記複数の電極対の静電容量に基づいていずれかの電極対によって検出される水分量が前記所定水分量以上のときには、前記第１間隔より短い第２間隔により前記水分量が送信されるよう前記送信手段を制御する送信間隔制御手段と、を備えるものとしてもよい。ここで、所定水分量は、ある程度の降雨があったときの水分量など適宜定められるものである。電極対によって検出される水分量としては、水分量変換手段により変換された水分量を用いるもののほか、静電容量検出手段により検出される静電容量から補正容量検出手段により検出される補正容量を減じて得られる補正後容量を代用してもよいし、静電容量検出手段により検出される静電容量を代用してもよい。こうすれば、降雨のないときには、全ての電極対により検出される水分量が所定水分量未満となるから、その場合には第１間隔で水分量を送信し、ある程度の降雨によりいずれかの電極対により検出される水分量が所定水分量以上となったときには、第１間隔より短い第２間隔で水分量の送信する。この結果、降雨のないときには水分量の送信頻度を少なくし、ある程度の降雨があったときには送信頻度を多くすることができ、送信に必要な電力を小さくすることができる。

本発明の一実施例としての水分量検出装置２０を有する水分量検出システム１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の水分量検出装置２０の構成の概略を示す構成図である。電極シート３０の平面的な構成を示す構成図である。電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂの静電容量と補正容量と水位との関係を示すグラフである。補正後の静電容量と水位との関係を示すグラフである。最下部に配置された電極対３２ａ，３２ｂが水深３０ｃｍとしたときの電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂの補正前の静電容量および補正後の静電容量の静電容量計による静電容量との誤差を示す一覧表である。制御装置６０により実行される検出送信処理の一例を示すフローチャートである。変形例の検出送信処理の一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての水分量検出装置２０を有する水分量検出システム１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、実施例の水分量検出装置２０の構成の概略を示す構成図である。水分量検出システム１０は、土壌に差し込み設置された複数の水分量検出装置２０と、この複数の水分量検出装置２０と通信網１４を介して無線通信により接続されたコンピュータ１２とを備え、複数の水分量検出装置２０により検出された土壌中の水分量をコンピュータ１２で収集するシステムとして構成されている。

実施例の水分量検出装置２０は、装置の骨格をなす管状部材としてのパイプ２２と、パイプ２２に巻き付けれた電極シート３０と、電極シート３０に接続された制御装置６０と、制御装置６０近傍の外部に取り付けられた傘部材７０と、を備える。

パイプ２２は、実施例では、塩化ビニルにより、長さが５０ｃｍ、厚さが３．５ｍｍ、直径が３２ｍｍとなるように形成されている。即ち、一般的な塩ビ管を用いて構成されている。

電極シート３０の平面的な構成を図３に示す。電極シート３０は、実施例では、ポリエチレンテレフタレートによる厚さが５０μｍの薄膜に、銅による厚さが４０μｍの４組の電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂや正極側の電極３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａに接続された電気配線４２，４４，４６，４８、負極側の電極３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，３８ｂに接続された接地配線５０、接地配線５０の横に配置された補正配線５２，５４，５６，５８が形成されて構成されている。４組の電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂは、図２および図３の上下方向に１０ｃｍ間隔となるように配置されている。正極側の電極３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａおよび負極側の電極３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，３８ｂはいずれも高さ（図２および図３中の上下方向）が２５ｍｍで幅（図２および図３中の左右方向）が７０ｍｍの矩形電極として形成されており、正極側の電極３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａと負極側の電極３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，３８ｂとの間隔（ギャップ）が１ｍｍとなるように配置されている。電気配線４２，４４，４６，４８は幅が１ｍｍとなるように形成されている。補正配線５２，５４，５６，５８は電気配線４２，４４，４６，４８と同一の幅で同一の長さで同一の間隔となるように形成されている。

制御装置６０は、主としてマイクロコンピュータを中心として構成されており、図２に示すように、各電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂの静電容量に基づいて土壌中の水分量を検出する制御部６１と、検出した水分量を通信網１４を介してコンピュータ１２に送信する送信装置６８と、各部に電力を供給するバッテリ６９と、を備える。制御部６１は、図２の機能ブロックに記載されているように、電気配線４２，４４，４６，４８と接地配線５０とを用いて静電容量を検出する静電容量検出部６２と、補正配線５２，５４，５６，５８と接地配線５０とを用いて補正容量（静電容量）を検出する補正容量検出部６３と、静電容量検出部６２からの静電容量から補正容量検出部６３からの補正容量を減じることにより補正後の静電容量（補正後容量）を演算する静電容量演算部６４と、静電容量演算部６４により演算された補正後容量を水分量に変換する水分量変換部６５と、水分量変換部６５により変換された水分量に基づいて静電容量検出部６２や補正容量検出部６３によって静電容量や補正容量を検出する時間間隔（頻度）を設定する検出間隔設定部６６と、水分量変換部６５により変換された水分量が送信装置６８により送信されるよう送信装置６８を制御する送信制御部６７と、を備える。これらの機能ブロックは、ハードウエアとソフトウエアとが一体となって実現される。静電容量検出部６２や補正容量検出部６３では、静電容量（補正容量）は、直流電力を印加した際の充電特性に基づいて計測したり、交流電力を印加してインピーダンスに基づいて計測したりすることができる。

傘部材７０は、実施例では、プラスチックにより最大直径が６０ｍｍの傘状の部材として形成されており、最上部の電極対３８ａ，３８ｂが土壌の表面から１０ｃｍ程度の位置となるように水分量検出装置２０を設置したときに、風の強さにもよるが、通常であれば雨滴が電極シート３０に直接当たらないように構成されている。実施例の水分量検出装置２０では、この傘部材７０を備えることにより、電極シート３０に直接当たった雨滴が、その表面を伝って流下し、この流下した雨滴に基づいて電極対３８ａ，３８ｂなどで本来の土壌中の水分量より大きい水分量が検出されるのを抑制している。

次に、こうして構成された実施例の水分量検出装置２０の性能について説明する。実施例の水分量検出装置２０をバケツなどの容器に入れて垂直に保持し、容器の水の深さ（Water Level）と静電容量と補正容量とを検出し、補正後の静電容量と、静電容量計により検出した静電容量とを比較した。静電容量計としては、例えば、高さ方向に等間隔に配置した複数の電極を用いることができる。図４は、電気配線４２，４４，４６と接地配線５０とを用いて検出される静電容量と補正配線５２，５４，５６と接地配線５０とを用いて検出される補正容量と水位との関係を示すグラフである。図中、実線Ａは最下部に配置された電極対３２ａ，３２ｂに接続された電気配線４２と接地配線５０とを用いて検出される静電容量を示し、破線Ｂは下から２番目に配置された電極対３４ａ，３４ｂに接続された電気配線４４と接地配線５０とを用いて検出される静電容量を示し、一点鎖線Ｃは下から３番目に配置された電極対３６ａ，３６ｂに接続された電気配線４６と接地配線５０とを用いて検出される静電容量を示す。また、実線Ｄは補正配線５２と接地配線５０とを用いて検出される補正容量を示し、破線Ｅは補正配線５４と接地配線５０とを用いて検出される補正容量を示し、一点鎖線Ｆは補正配線５６と接地配線５０とを用いて検出される補正容量を示す。図示するように、水位が１０ｃｍ程度で最下部に配置された電極対３２ａ，３２ｂに接続された電気配線４２と接地配線５０とを用いて検出される静電容量が急増し、水位が２０ｃｍ程度で下から２番目に配置された電極対３４ａ，３４ｂに接続された電気配線４４と接地配線５０とを用いて検出される静電容量が急増し、水位が３０ｃｍ程度で下から３番目に配置された電極対３６ａ，３６ｂに接続された電気配線４６と接地配線５０とを用いて検出される静電容量が急増する。補正容量は、いずれも水位の上昇と共に増加する。電気配線４２，４４，４６と接地配線５０とを用いて検出される静電容量は、電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂの静電容量と電気配線４２，４４，４６と接地配線５０の静電容量の和として考えることができる。このため、電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂの静電容量は、電気配線４２，４４，４６と接地配線５０とを用いて検出される静電容量から補正配線５２，５４，５６と接地配線５０とを用いて検出される補正容量を減じる補正を行なう必要がある。補正後の静電容量と水位との関係を図５に示す。図中、実線Ａ０は最下部に配置された電極対３２ａ，３２ｂに対する補正後の静電容量を示し、破線Ｂ０は下から２番目に配置された電極対３４ａ，３４ｂに対する補正後の静電容量を示し、一点鎖線Ｃ０は下から３番目に配置された電極対３６ａ，３６ｂに対する補正後の静電容量を示す。

最下部に配置された電極対３２ａ，３２ｂが水深３０ｃｍとしたときの電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂに対する補正前の静電容量および補正後の静電容量の静電容量計による静電容量との誤差を図６に示す。最下部に配置された電極対３２ａ，３２ｂでは、補正前は５６．０％の誤差であるのが補正後は３３．６％の誤差となる。下から２番目に配置された電極対３４ａ，３４ｂでは、補正前は２２．２％の誤差であるのが補正後は５．９％の誤差となる。下から３番目に配置された電極対３６ａ，３６ｂでは、補正前は９．７％の誤差であるのが補正後は０．２％の誤差となる。この結果より、どの水深でも、補正前に比して補正後の静電容量の方が静電容量計による静電容量との誤差は小さくなるのが解る。したがって、電気配線４２，４４，４６，４８と接地配線５０とを用いて検出される静電容量から補正配線５２，５４，５６，５８と接地配線５０とを用いて検出される補正容量（静電容量）を減じることにより、静電容量計により検出される静電容量との誤差を小さくすることができる。なお、図６の結果は、水深が大きいほど補正後の静電容量と静電容量計による静電容量との誤差が大きくなることも示している。

次に、実施例の水分量検出装置２０の制御装置６０の処理について説明する。図７は、制御装置６０により実行される検出送信処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、所定時間毎（例えば、１分毎など）に繰り返し実行される。検出送信処理が実行されると、制御装置６０は、まず、カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。ここで、カウンタＣは、各電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂによって水分量を検出する時間間隔（頻度）を設定するために用いられるものであり、本検出送信処理によりカウントアップされたりクリアされたりする。

カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ未満のときには、水分量Ｑｗ（ｎ）と閾値Ｑｒｅｆとを比較し（ステップＳ１６０）、水分量Ｑｗ（ｎ）の全てが閾値Ｑｒｅｆ未満のときには、カウンタＣを値Ｃ１だけアップし（ステップＳ１７０）、水分量Ｑｗ（ｎ）のうちのいずれか１つでも閾値Ｑｒｅｆ以上のときにはカウンタＣを値Ｃ１より大きな値Ｃ２だけアップして（ステップＳ１８０）、本検出送信処理を終了する。水分量Ｑｗ（ｎ）は、本検出送信処理により、電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂにより検出される水分量であり、「ｎ」は電極対３２ａ，３２ｂ，電極対３４ａ，３４ｂ，電極対３６ａ，３６ｂ，電極対３８ａ，３８ｂに対して１，２，３，４が対応する。また、閾値Ｑｒｅｆは、降雨により水分量が増加したと判断できる値として予め定められるものである。したがって、ステップＳ１６０〜Ｓ１８０の処理は、電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂにより検出される水分量に基づいて、降雨を検出しないときにはカウンタＣを小さな値Ｃ１ずつカウントアップし、降雨を検出したときにはカウンタＣを大きな値Ｃ２ずつカウントアップするものとなる。したがって、降雨を検出しないときには、長い時間間隔でステップＳ１００が肯定判定され、降雨を検出したときには短い時間間隔でステップＳ１００が肯定判定されることになる。即ち、降雨を検出しないときには、長い時間間隔でステップＳ１１０〜Ｓ１５０の水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理とが行なわれ、降雨を検出したときには、短い時間間隔でステップＳ１１０〜Ｓ１５０の水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理とが行なわれることになる。このように、水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理の実行間隔を、降雨を検出しないときには長い時間間隔とし、降雨を検出したときには短い時間間隔とするのは、降雨時ではないときの水分量Ｑｗ（ｎ）の時間変動が小さいのに対し、降雨時では水分量Ｑｗ（ｎ）の時間変動が大きいことに基づく。閾値Ｃｒｅｆと値Ｃ１，Ｃ２は、検出送信処理の起動間隔と、降雨を検出しないときの水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理とを実行する時間間隔と、降雨を検出したときの水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理とを実行する時間間隔と、に基づいて適宜設定することができる。

カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ以上のときには、カウンタＣを値０にクリアし（ステップＳ１１０）、電気配線４２，４４，４６，４８と接地配線５０とを用いて静電容量Ｃｐ（ｎ）を検出すると共に補正配線５２，５４，５６，５８と接地配線５０とを用いて補正容量Ｃｂ（ｎ）を検出する（ステップＳ１２０）。静電容量は、直流電力を印加した際の充電特性に基づいて計測したり、交流電力を印加してインピーダンスに基づいて計測したりすることができる。続いて、静電容量Ｃｐ（ｎ）から補正容量Ｃｂ（ｎ）を減じて補正後容量Ｃ（ｎ）を計算し（ステップＳ１３０）、補正後容量Ｃ（ｎ）から水分量Ｑｗ（ｎ）を導出する（ステップＳ１４０）。ここで、補正後容量Ｃ（ｎ）から水分量Ｑｗ（ｎ）を導出する手法としては、予め実験などにより補正後容量と水分量との関係を求めてマップとして記憶しておき、補正後容量が与えられるとマップから対応する水分量を導出する手法などを挙げることができる。そして、導出した水分量Ｑｗ（ｎ）を送信し（ステップＳ１５０）、ステップＳ１６０〜Ｓ１８０の処理を実行して本検出送信処理を終了する。

以上説明した実施例の水分量検出装置２０では、正極側の電極３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａに接続された電気配線４２，４４，４６，４８と同一材料による同一の幅で同一の長さで同一の間隔の補正配線５２，５４，５６，５８を負極側の電極３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，３８ｂに接続された接地配線５０の近傍に配置する。そして、電気配線４２，４４，４６と接地配線５０とを用いて検出される静電容量Ｃｐ（ｎ）から補正配線５２，５４，５６，５８と接地配線５０とを用いて検出される補正容量Ｃｂ（ｎ）を減じて得られる補正後容量Ｃ（ｎ）に基づいて水分量Ｑｗ（ｎ）を導出する。これにより、電気配線４２，４４，４６，４８等による静電容量に基づく誤差を小さくすることができ、より適正な水分量を検出することができる。

また、実施例の水分量検出装置２０では、傘部材７０を備えることにより、電極シート３０に直接当たった雨滴が、その表面を伝って流下し、この流下した雨滴に基づいて電極対３８ａ，３８ｂなどで本来の土壌中の水分量より大きい水分量が検出されるのを抑制することができる。この結果、より適正な水分量を検出することができる。

さらに、実施例の水分量検出装置２０では、水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理の実行間隔を、降雨を検出しないときには長い時間間隔とし、降雨を検出したときには短い時間間隔とすることにより、必要に応じた時間間隔とし、電力消費を抑制することができる。この結果、同一容量のバッテリ６９を用いる場合では、水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理の実行間隔を変更しないものに比して、より長時間に亘る水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理とを実行することができ、同一時間に亘る水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理とを実行する場合には、水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理の実行間隔を変更しないものに比して、容量の小さなバッテリ６９、即ち小型のバッテリ６９とすることができる。

実施例の水分量検出装置２０では、１０ｃｍ間隔に４組の電極対３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂを配置するものとしたが、電極対の間隔は１０ｃｍに限定されるものではなく、５ｃｍ間隔としたり、１５ｃｍ間隔としたり、２０ｃｍ間隔としたり、いかなる間隔としてもよい。また、電極対の組数も４組に限定されるものではなく３組以下としたり、５組以上としてもよい。また、電極対のサイズも２５ｍｍ×７０ｍｍに限定されるものではない。

実施例の水分量検出装置２０では、電気配線４２，４４，４６，４８と同一の幅で同一の長さで同一の間隔となるように形成した補正配線５２，５４，５６，５８を接地配線５０の近傍に配置するものとしたが、補正配線５２，５４，５６，５８を電気配線４２，４４，４６，４８の近傍に配置するものとしてもよい。

実施例の水分量検出装置２０では、負極側の電極３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，３８ｂに接続された接地配線５０を備えるものとしたが、負極側の電極３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，３８ｂの各々に負極側の電気配線を備えるものとしてもよい。

実施例の水分量検出装置２０では、水分量Ｑｗ（ｎ）の全てが閾値Ｑｒｅｆ未満であるか否かにより水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理の実行間隔を長くしたり短くしたりしたが、水分量Ｑｗ（ｎ）に代えて、電気配線４２，４４，４６と接地配線５０とを用いて検出される静電容量Ｃｐ（ｎ）の全てが閾値未満であるか否かにより水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理の実行間隔を長くしたり短くしたりしてもよいし、静電容量Ｃｐ（ｎ）から補正容量Ｃｂ（ｎ）を減じて得られる補正後容量Ｃ（ｎ）の全てが閾値未満であるか否かにより水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理の実行間隔を長くしたり短くしたりしてもよい。

実施例の水分量検出装置２０では、水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理の実行間隔を、降雨を検出しないときには長い時間間隔とし、降雨を検出したときには短い時間間隔としたが、送信処理の実行間隔だけを、降雨を検出しないときには長い時間間隔とし、降雨を検出したときには短い時間間隔とするものとしてもよい。この場合、図８に例示する検出送信処理を実行すればよい。図８の検出送信処理では、まず、電気配線４２，４４，４６，４８と接地配線５０とを用いて静電容量Ｃｐ（ｎ）を検出すると共に補正配線５２，５４，５６，５８と接地配線５０とを用いて補正容量Ｃｂ（ｎ）を検出する（ステップＳ２００）。そして、静電容量Ｃｐ（ｎ）から補正容量Ｃｂ（ｎ）を減じて補正後容量Ｃ（ｎ）を計算し（ステップＳ２１０）、補正後容量Ｃ（ｎ）から水分量Ｑｗ（ｎ）を導出する（ステップＳ２２０）。これまでのステップＳ２００〜Ｓ２２０の処理は図７の検出送信処理のステップＳ１２０〜Ｓ１４０の処理と同一である。続いて、水分量Ｑｗ（ｎ）と閾値Ｑｒｅｆとを比較し（ステップＳ２３０）、水分量Ｑｗ（ｎ）の全てが閾値Ｑｒｅｆ未満のときには、カウンタＣを値Ｃ１だけアップし（ステップＳ２４０）、水分量Ｑｗ（ｎ）のうちのいずれか１つでも閾値Ｑｒｅｆ以上のときにはカウンタＣを値Ｃ１より大きな値Ｃ２だけアップする（ステップＳ２５０）。そして、カウンタＣと閾値Ｃｒｅｆとを比較し（ステップＳ２６０）、カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ未満のときには本検出送信処理を終了し、カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ以上のときには、水分量Ｑｗ（ｎ）を送信し（ステップＳ２７０）、カウンタＣを値０にクリアして（ステップＳ２８０）、本検出送信処理を終了する。このように、送信処理の実行間隔だけを、降雨を検出しないときには長い時間間隔とし、降雨を検出したときには短い時間間隔とするものとしても、電力消費を抑制することができる効果や、より長時間に亘る水分量Ｑｗ（ｎ）の検出処理と送信処理とを実行することができる効果、バッテリ６９を小型化する効果などを奏することができる。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、水分量検出装置の製造産業などに利用可能である。

１０水分量検出システム、１２コンピュータ、１４通信網、２０水分量検出装置、２２パイプ、３０電極シート、３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ電極対（電極）、４２，４４，４６，４８電気配線、５０接地配線、５２，５４，５６，５８補正配線、６０制御装置、６１制御部、６２静電容量検出部、６３補正容量検出部、６４静電容量演算部、６５水分量変換部、６６検出間隔設定部、６７送信制御部、６８送信装置、６９バッテリ、７０傘部材。

Claims

土壌等に差し込まれて水分量を検出する水分量検出装置であって、
異なる高さに水平方向に配置された複数の電極対と、
前記複数の電極対に各々接続されて上端まで配線された複数の電気配線対と、
前記複数の電気配線対のうちの一方極側の複数の電気配線に沿って前記一方極側の複数の電気配線と同一の長さに配線された複数の補正配線と、
前記複数の電気配線対を用いて前記複数の電極対の静電容量を検出する静電容量検出手段と、
前記複数の電気配線対のうちの一方極側の電気配線または他方極側の電気配線と前記複数の補正配線とを用いて両配線間の静電容量を補正容量として検出する補正容量検出手段と、
前記複数の電極対の静電容量から前記補正容量を減じて得られる補正後容量を水分量に変換する水分量変換手段と、
を備える水分量検出装置。
請求項１記載の水分量検出装置であって、
前記複数の電気配線対の一方極側の電気配線または他方極側の電気配線は、前記複数の電極対の一方極側に連続して接続された接地配線であり、
前記補正容量検出手段は、前記接地配線と前記補正配線とを用いて前記補正容量を検出する手段である、
水分量検出装置。
請求項１または２記載の水分量検出装置であって、
前記複数の電極対と前記複数の電気配線対と前記複数の補正配線とが樹脂製のシートに形成されてなるシート状配線部材と、
前記シート状配線部材が表面に巻き付け固定される管状部材と、
前記静電容量検出手段と前記補正容量検出手段と前記水分量変換手段とを収納し、前記管状部材の上端部に配置された収納部材と、
を備える水分量検出装置。
請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載の水分量検出装置であって、
前記複数の電極対より上部に取り付けられ、前記複数の電極対に対して傘として機能する傘部、
を備える水分量検出装置。
請求項１ないし４のうちのいずれか１つの請求項に記載の水分量検出装置であって、
前記複数の電極対の静電容量に基づいて全ての電極対によって検出される水分量が所定水分量未満のときには、第１間隔により前記複数の電極対の静電容量と前記補正容量とが検出されるよう前記静電容量検出手段と前記補正容量検出手段とを制御し、前記複数の電極対の静電容量に基づいていずれかの電極対によって検出される水分量が前記所定水分量以上のときには、前記第１間隔より短い第２間隔により前記複数の電極対の静電容量と前記補正容量とが検出されるよう前記静電容量検出手段と前記補正容量検出手段とを制御する検出間隔制御手段と、
前記変換された水分量を無線通信により送信する送信手段と、
を備える水分量検出装置。
請求項１ないし４のうちのいずれか１つの請求項に記載の水分量検出装置であって、
前記変換された水分量を無線通信により送信する送信手段と、
前記複数の電極対の静電容量に基づいて全ての電極対によって検出される水分量が所定水分量未満のときには、第１間隔により前記水分量が送信されるよう前記送信手段を制御し、前記複数の電極対の静電容量に基づいていずれかの電極対によって検出される水分量が前記所定水分量以上のときには、前記第１間隔より短い第２間隔により前記水分量が送信されるよう前記送信手段を制御する送信間隔制御手段と、
を備える水分量検出装置。