JP2023080958A - Measurement device having sensor for detecting water - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水分を検出するセンサを備える測定装置に関する。 The present invention relates to a measuring device equipped with a sensor for detecting moisture.
イオンまたは分子の濃度や物性等を測定可能な測定装置が開示されている(例えば特許文献1-3)。また、雨または雪を検知してそれらに含まれるイオン濃度等を測定する装置が開示されている(例えば特許文献4-7)。
Measuring devices capable of measuring the concentration, physical properties, etc. of ions or molecules have been disclosed (eg,
例えば特許文献1に記載される測定装置の場合、作用電極に溶液が接触することで作用電極と参照電極との間の電位差を測定し、測定された電位差に基づいて溶液中の測定対象のイオンの濃度または物性を算出する。よって、このような測定装置を土壌中に設置し、土壌中の測定対象物質の濃度または物性を測定する場合、土壌中の含水率が低いと測定が不安定となることが考えられる。
For example, in the case of the measurement device described in
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、含水率が低い土壌についても土壌中の測定対象物質の濃度または物性を安定的に測定可能な技術を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to provide a technique capable of stably measuring the concentration or physical properties of a substance to be measured in soil even when the water content is low. is.
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。 The present invention adopts the following configurations in order to solve the above-described problems.
すなわち本発明の一側面に係る測定装置は、複数の電極であって、電極の少なくとも一部分が土壌中に設けられる複数の電極と、水分を検知するセンサと、前記センサから出力された信号に基づいて、複数の前記電極のうちの少なくとも何れか二つの電極の電位を計測し、計測された前記電位に基づいて前記土壌に含まれる測定対象物質の濃度または物性を測定する測定部と、を備える。 That is, a measuring device according to one aspect of the present invention includes a plurality of electrodes, at least a part of which is provided in soil, a sensor for detecting moisture, and a signal output from the sensor. a measuring unit that measures the potential of at least two of the plurality of electrodes and measures the concentration or physical properties of the substance to be measured contained in the soil based on the measured potential. .
当該構成によれば、降雨による水分を検知し、複数の電極のうちの少なくとも何れか二つの電極間に電圧を印加することができる。このような場合、土壌に降った水に溶解した測定対象物質は該電極間を移動する。よって、計測される該二つの電極の電位は、測定対象物質の濃度に応じた値となる。よって、含水率が低い土壌についても測定対象物質の濃度または物性の測定は安定的に可能となる。 According to this configuration, it is possible to detect moisture due to rainfall and apply a voltage between at least two of the plurality of electrodes. In such a case, the substance to be measured dissolved in the water falling on the soil moves between the electrodes. Therefore, the measured potentials of the two electrodes are values corresponding to the concentration of the substance to be measured. Therefore, it is possible to stably measure the concentration or physical properties of the substance to be measured even in soil with a low moisture content.
上記一側面に係る測定装置において、複数の前記電極は、一対の第1電極および第2電極からなる電極組を有し、前記第1電極および前記第2電極は、前記土壌中に設けられ、
前記二つの電極とは、前記第1電極と前記第2電極とのことであってもよい。
In the measuring device according to the above aspect, the plurality of electrodes has an electrode set consisting of a pair of a first electrode and a second electrode, the first electrode and the second electrode are provided in the soil,
The two electrodes may be the first electrode and the second electrode.
当該構成によれば、降雨による水分を検知し、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することができる。このような場合、土壌に降った水に溶解した測定対象物質は該電極間を移動する。よって、計測される第1電極の電位および第2電極の電位は、測定対象物質の濃度に応じた値となる。よって、含水率が低い土壌についても測定対象物質の濃度または物性の測定は安定的に可能となる。 According to this configuration, it is possible to detect moisture due to rainfall and apply a voltage between the first electrode and the second electrode. In such a case, the substance to be measured dissolved in the water falling on the soil moves between the electrodes. Therefore, the measured potential of the first electrode and the potential of the second electrode are values corresponding to the concentration of the substance to be measured. Therefore, it is possible to stably measure the concentration or physical properties of the substance to be measured even in soil with a low moisture content.
上記一側面に係る測定装置において、前記測定対象物質は、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加されることで前記第1電極が存する方向に移動し、前記第1電極を覆うように設けられ、前記測定対象物質が通過可能なフィルタを更に備えてもよい。 In the measuring device according to the above aspect, the substance to be measured is moved in the direction in which the first electrode is present by applying a voltage between the first electrode and the second electrode. and a filter through which the substance to be measured can pass.
当該構成によれば、雨とともに流れる砂や泥が第1電極に接触することを防止できる。よって、第1電極の耐久性は向上し得る。また、砂や泥が第1電極に付着することによる測定精度への影響は低減される。 According to this configuration, it is possible to prevent sand and mud flowing with rain from coming into contact with the first electrode. Therefore, durability of the first electrode can be improved. Also, the influence of sand or mud adhering to the first electrode on the measurement accuracy is reduced.
上記一側面に係る測定装置において、前記測定部に電力を供給する電源を更に備えてもよい。 The measuring device according to the one aspect described above may further include a power supply that supplies power to the measuring unit.
当該構成によれば、測定装置の外部にある電源に接続することなく測定装置は動作可能となる。よって、測定装置の外部にある電源に接続が困難なほど土壌の面積が広大であっても、測定対象物質の濃度または物性の測定が可能となる。 According to this configuration, the measuring device can operate without being connected to a power supply outside the measuring device. Therefore, even if the area of the soil is so large that it is difficult to connect to a power source outside the measuring device, it is possible to measure the concentration or physical properties of the substance to be measured.
上記一側面に係る測定装置において、複数の前記電極は、一対の電極からなる電極組を複数組含んでもよい。 In the measuring device according to the aspect described above, the plurality of electrodes may include a plurality of electrode sets each including a pair of electrodes.
当該構成によれば、複数の電極組の夫々を土壌内部の異なる深さに配置する場合、測定対象物質の濃度または物性の時間的変化と土壌における深さとの関係が得られる。よって、降雨等の環境変化による測定対象物質の土壌からの溶脱を詳細に測定できる。 According to this configuration, when the plurality of electrode sets are arranged at different depths inside the soil, the relationship between the temporal change in the concentration or physical properties of the substance to be measured and the depth in the soil can be obtained. Therefore, leaching of the substance to be measured from the soil due to environmental changes such as rainfall can be measured in detail.
上記一側面に係る測定装置において、前記測定部は、前記センサから出力された信号に基づいて、前記電位の計測間隔を変更してもよい。 In the measuring device according to the above aspect, the measuring section may change the potential measurement interval based on the signal output from the sensor.
当該構成によれば、降雨等の環境変化のイベントに応じて測定装置を駆動させ、測定対象物質の濃度または物性を測定することができる。又は、降雨等の環境変化のイベントに応じて測定装置の測定頻度を増大させることができる。よって、環境変化が土壌の測定対象物質の濃度または物性に与える影響を測定できる。また、当該構成が更に電源を備えている場合には、電源の消費電力量も低減できる。 According to this configuration, it is possible to drive the measuring device according to an event of environmental change such as rainfall, and measure the concentration or physical properties of the substance to be measured. Alternatively, the measurement frequency of the measurement device can be increased in response to environmental change events such as rainfall. Therefore, it is possible to measure the influence of environmental changes on the concentration or physical properties of the substance to be measured in soil. Also, if the configuration further includes a power supply, the power consumption of the power supply can also be reduced.
本発明によれば、含水率が低い土壌についても土壌中の測定対象物質の濃度または物性を安定的に測定可能な技術を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a technique capable of stably measuring the concentration or physical properties of a substance to be measured in soil even when the water content is low.
[実施形態]
図1は、本実施形態に係る測定装置1の概要を例示する。図1(A)は、測定装置1の外観斜視図の一例である。図1(B)は、測定装置1の側面図の一例である。測定装置1は、携帯可能なサイズであり、土壌11に差し込むように配置される。そして、土壌11に含まれる農作物の生育に即応する物質の濃度を測定する。農作物の生育に即応する物質は、例えば硝酸態窒素(本開示の「測定対象物質」の一例)である。
[Embodiment]
FIG. 1 illustrates an overview of a
より詳細には、測定装置1は、一対の作用電極2よび参照電極3からなる電極組を有する。よって、作用電極2と参照電極3との間には、土壌11の一部が存在することになる。ここで、土壌11の含水率は例えば20%未満である。また、作用電極2は、いわゆるイオン選択性電極であり、表面が感応膜によって覆われている。感応膜は、硝酸態窒素を選択的に捕捉可能な膜である。感応膜は、例えば漆マトリクス液体膜やPVC(ポリ塩化
ビニル)マトリクス液体膜である。参照電極3は、例えばKCL(塩化カリウム)に液浸させた銀塩化銀電極である。なお、作用電極2は本開示の「第1電極」の一例である。また、参照電極3は、本開示の「第2電極」の一例である。
More specifically, the
また、測定装置1は、計測部4を有する。計測部4は、作用電極2および参照電極3から見て上方の土壌の外部である大気中に設けられる。なお、計測部4と作用電極2および参照電極3とは夫々電気的に接続され、接続部分はケース5によって保護される。また、計測部4は、測定装置1の外部の電源と電気的に接続されている(図示略)。なお、ケース5の径は、例えば2cm以下である。また、計測部4は、本開示の「測定部」の一例である。
The
計測部4には、例えばCPU等のプロセッサ、RAMやROM等の記憶装置等が設けられる。記憶装置には、各種プログラム等が格納されている。そして、格納されているプログラムが主記憶装置の作業領域にロードされて実行される。そして、プログラムの実行を通じて、作用電極2と参照電極3との間への電圧の印加、作用電極2および参照電極3の電位の計測、および作用電極2と参照電極3との間の電位差から硝酸態窒素の濃度の算出等を行う各構成部等が制御されることで、所定の目的に合致した各機能を実現することができる。
The
また、測定装置1は、感雨センサ6を有する。感雨センサ6は、例えば光学式のセンサである。また、感雨センサ6は、大気中に露出するように計測部4の上に設けられる。そして、感雨センサ6は計測部4と電気的に接続されている。なお、感雨センサ6は、他の方式により水を検知できるセンサによって代替されてもよい。なお、感雨センサ6は、本開示の「センサ」の一例である。
The measuring
[動作例]
次に測定装置1の測定動作の概要を例示する。図2は、測定装置1の測定動作のフローチャートの概要を例示する。
[Example of operation]
Next, an outline of the measurement operation of the
(S01)
ステップS01では、計測部4は、感雨センサ6からの出力により雨が降っているか否かを判定する。
(S01)
In step S<b>01 , the
(S02)
ステップS02では、ステップS01において計測部4が雨が降っていると判定した場
合、作用電極2と参照電極3との間に電圧が印加される。なお、電圧は、作用電極2が陽極、参照電極3が陰極となるように印加される。すると、作用電極2と参照電極3との間に存在し、土壌11に含まれる水分と結合した硝酸態窒素は陰イオンであるため、陽極である作用電極2の方向に移動する。そして、硝酸態窒素は、作用電極2の外表面を被覆する感応膜に捕捉される。
(S02)
In step S<b>02 , voltage is applied between the working
(S03)
ステップS03では、計測部4は、作用電極2および参照電極3の夫々の電位を計測し、二つの電位の電位差を算出する。そして、計測部4は、算出された電位差と基準電位差とを比較することで、硝酸態窒素の基準濃度に対して土壌11に含まれる硝酸態窒素の濃度を相対的に算出する。なお、算出された電位差を基準電位差と比較せずに電位差の絶対値から土壌11に含まれる硝酸態窒素の濃度を算出してもよい。
(S03)
In step S03, the
[作用・効果]
上記のような測定装置1によれば、降雨による水分を検知し、硝酸態窒素の濃度測定を開始することで、土壌11中の水分量が増加した状態で硝酸態窒素の濃度を計測することとなる。体積含水率が低い土壌11においても安定して硝酸態窒素の濃度を測定できる。よって、硝酸態窒素の濃度をリアルタイムで精密に制御し、農作物の収量および品質の向上を図ることができる。
[Action/effect]
According to the
[変形例1]
図3は、第1変形例に係る測定装置1Aの概要を例示する。第1変形例に係る測定装置1Aは、実施形態に係る測定装置1と同様の構成である。さらに、測定装置1は自立電源12を有する。自立電源12は、例えば計測部4Aと感雨センサ6Aとの間に設けられる。そして、自立電源12は、計測部4Aおよび感雨センサ6Aに電力を供給する。
[Modification 1]
FIG. 3 illustrates an overview of a measuring device 1A according to a first modified example. A measuring device 1A according to the first modification has the same configuration as the measuring
また、測定装置1Aは、作用電極2Aを被覆するフィルタ7を有する。フィルタ7は、土壌11に含まれる砂や泥等が作用電極2Aに付着することを防止する一方で、硝酸態窒素は通過させる。
The measuring device 1A also has a filter 7 covering the working
[動作例]
次に測定装置1Aの測定動作の概要を例示する。図4は、測定装置1Aの測定動作のフローチャートの概要を例示する。
[Example of operation]
Next, an outline of the measurement operation of the measurement device 1A is illustrated. FIG. 4 exemplifies an outline of a flow chart of the measurement operation of the measurement device 1A.
(S1)
ステップS1では、計測部4Aが、感雨センサ6Aにおいて雨を検知したか否かを判定する。
(S1)
In step S1, the
(S2)
ステップS2では、ステップS1において雨が検知されたと判定された場合、計測部4Aは、現在の測定モードが通常モードであるか、あるいは雨モードであるかを判定する。なお、通常モードとは、例えば一日に1回(所定のタイミングの一例)硝酸態窒素の濃度測定を行うモードである。また、雨モードとは、通常モードよりも測定頻度が高く、例えば一時間に1回(所定のタイミングの一例)硝酸態窒素の濃度測定を行うモードである。
(S2)
In step S2, when it is determined that rain has been detected in step S1, the
(S3)
ステップS3では、ステップS2において測定モードが通常モードであると判定された場合、計測部4Aは測定モードを測定間隔が短い雨モードに変更する。
(S3)
In step S3, if the measurement mode is determined to be the normal mode in step S2, the
(S4)
ステップS4では、ステップS2において測定モードが雨モードであると判定された場合、計測部4Aは測定モードを雨モードのまま維持する。
(S4)
In step S4, if the measurement mode is determined to be the rain mode in step S2, the
(S5)
ステップS5では、ステップS1において雨が検知されなかったと判定された場合、計測部4Aは、現在の測定モードが通常モードであるか、または雨モードであるか否かを判定する。
(S5)
In step S5, if it is determined in step S1 that rain has not been detected, the
(S6)
ステップS6では、ステップS5において測定モードが通常モードであると判定された場合、計測部4Aは測定モードを通常モードのまま維持する。
(S6)
In step S6, if the measurement mode is determined to be the normal mode in step S5, the
(S7)
ステップS7では、ステップS5において測定モードが雨モードであると判定された場合、計測部4Aは測定モードを測定間隔が長く、電池12の消耗を抑制できる通常モードに変更する。
(S7)
In step S7, if the measurement mode is determined to be the rain mode in step S5, the
(S8)
ステップS8では、計測部4Aは、各測定モードの所定のタイミングで作用電極2Aと参照電極3Aとの間に電圧が印加される。なお、電圧は、作用電極2Aが陽極、参照電極3Aが陰極となるように印加される。すると、作用電極2Aと参照電極3Aとの間に存在し、水と結合した硝酸態窒素が作用電極2Aの方向に移動する。そして、硝酸態窒素は、作用電極2Aの外表面を被覆する感応膜に捕捉される。
(S8)
In step S8, the
(S9)
ステップS9では、計測部4Aは、作用電極2Aの電位と参照電極3Aの電位を計測し、二つの電位の電位差を算出する。そして、計測部4Aは、算出された電位差と基準電位差とを比較することで、硝酸態窒素の基準濃度に対して土壌11に含まれる硝酸態窒素の濃度を相対的に算出する。なお、算出された電位差を基準電位差と比較せずに電位差の絶対値から土壌11に含まれる硝酸態窒素の濃度を算出してもよい。
(S9)
In step S9, the measuring
[作用・効果]
上記のような測定装置1Aによれば、測定装置1Aの外部にある電源に接続することなく測定装置1Aは動作可能となる。よって、体積含水率が低く、外部電源からの電力供給が困難な広い土壌11においても硝酸態窒素の濃度測定が可能となる。
[Action/effect]
According to the measuring apparatus 1A as described above, the measuring apparatus 1A can operate without being connected to a power supply outside the measuring apparatus 1A. Therefore, it is possible to measure the concentration of nitrate nitrogen even in a large area of
また、上記のような測定装置1Aによれば、降雨等による水分を検知した場合には硝酸態窒素の濃度測定の頻度を増大させ、逆に水分を検知しない場合には硝酸態窒素の濃度測定の頻度を低下させている。よって、降雨等の環境変化のイベントに応じて測定装置1Aによる測定間隔を調整することで自立電源12の消費電力量を低減しつつ、降雨等の環境変化のイベントが土壌11の硝酸体窒素濃度等に与える影響を測定できる。
Further, according to the measuring device 1A as described above, when moisture due to rainfall or the like is detected, the frequency of nitrate nitrogen concentration measurement is increased, and conversely, when moisture is not detected, nitrate nitrogen concentration measurement is performed. reducing the frequency of Therefore, by adjusting the measurement interval of the measuring device 1A according to the event of environmental change such as rainfall, the power consumption of the
また、上記のような測定装置1Aによれば、作用電極2Aがフィルタ7により覆われることで、雨とともに流れる砂や泥が作用電極2Aに接触することを防止できる。よって、作用電極2Aの耐久性は向上し得る。また、砂や泥が作用電極2Aに付着することによる測定精度への影響は低減される。
Moreover, according to the measuring device 1A as described above, the working
[変形例2]
図5は、第2変形例に係る測定装置1Bの概要を例示する。第2変形例に係る測定装置1Bは、一対の作用電極および参照電極からなる電極組を二組有する。すなわち、測定装
置1Bは、一対の作用電極2Bおよび参照電極3Bからなる電極組と、一対の作用電極2Cおよび参照電極3Cから電極組と、を有する。作用電極2Bおよび参照電極3Bは、深さ方向の途中でケース5Bの内側から外側の土壌11に向けて突出している。また、作用電極2Cおよび参照電極3Cは、作用電極2Bおよび参照電極3Bよりも土壌11の深部寄りに配置されている。
[Modification 2]
FIG. 5 illustrates an overview of a
[作用・効果]
上記のような測定装置1Bによれば、作用電極2Bおよび参照電極3B、ならびに作用電極2Cおよび参照電極3Cを土壌11において異なる深さに夫々設けることで、硝酸態窒素の濃度の時間的変化と土壌11における深さとの関係が得られる。よって、降雨等の環境変化のイベントによる硝酸態窒素の土壌11からの溶脱をより詳細に測定できる。
[Action/effect]
According to the
[その他変形例]
第1変形例に係る測定装置1Aにおいて、降雨等による水分を検知した場合に硝酸態窒素の濃度測定の頻度を変更する形態は上記に記載した例に限定されない。例えば水分を検知しない場合には硝酸態窒素の濃度測定を行わず、水分を検知した場合には所定間隔で硝酸態窒素の濃度測定を行ってもよい。このような測定装置であっても、自立電源12の消費電力量を低減しつつ、降雨等の環境変化のイベントが土壌11の硝酸体窒素濃度等に与える影響を測定できる。また、測定間隔も適宜調整可能である。
[Other Modifications]
In the measuring device 1A according to the first modified example, the form of changing the frequency of concentration measurement of nitrate nitrogen when moisture due to rainfall or the like is detected is not limited to the example described above. For example, when moisture is not detected, the concentration of nitrate nitrogen may not be measured, and when moisture is detected, the concentration of nitrate nitrogen may be measured at predetermined intervals. Even with such a measuring device, it is possible to measure the influence of environmental change events such as rainfall on the nitrate nitrogen concentration and the like of the
また、上記の実施形態では、硝酸態窒素の濃度を測定する例を示したが、他の物質の濃度を測定してもよい。このような場合、感応膜は、他の物質を選択的に捕捉する膜に変更される。また、作用電極2と参照電極3との間の電位差情報を利用し、硝酸態窒素の拡散係数等の物性が測定されてもよい。また、作用電極2の電位情報のみを利用して硝酸態窒素の濃度または物性が測定されてもよい。また、測定装置1は、携帯可能なサイズでなくともよい。
Also, in the above embodiment, an example of measuring the concentration of nitrate nitrogen was shown, but the concentration of other substances may be measured. In such cases, the sensitive membrane is changed to a membrane that selectively traps other substances. Also, physical properties such as the diffusion coefficient of nitrate nitrogen may be measured using potential difference information between the working
以上で開示した実施形態および変形例に記載される事項はそれぞれ組み合わせる事ができる。 The items described in the embodiments and modifications disclosed above can be combined.
1、1A、1B :測定装置
2、2A、2B、2C :作用電極
3、3A、3B、3C :参照電極
4、4A :計測部
5、5B :ケース
6、6A :感雨センサ
7 :フィルタ
11 :土壌
12 :自立電源
1, 1A, 1B: measuring
Claims (6)
複数の電極であって、電極の少なくとも一部分が土壌中に設けられる複数の電極と、
水分を検知するセンサと、
前記センサから出力された信号に基づいて、複数の前記電極のうちの少なくとも何れか二つの電極の電位を計測し、計測された前記電位に基づいて前記土壌に含まれる測定対象物質の濃度または物性を測定する測定部と、を備える、
測定装置。 A measuring device comprising a sensor for detecting moisture,
a plurality of electrodes, at least a portion of the electrodes being provided in the soil;
a sensor for detecting moisture;
Based on the signal output from the sensor, the potential of at least any two of the plurality of electrodes is measured, and based on the measured potential, the concentration or physical properties of the substance to be measured contained in the soil. a measuring unit that measures
measuring device.
前記第1電極および前記第2電極は、前記土壌中に設けられ、
前記二つの電極とは、前記第1電極と前記第2電極とのことである、
請求項1に記載の測定装置。 The plurality of electrodes have an electrode set consisting of a pair of first electrode and second electrode,
The first electrode and the second electrode are provided in the soil,
The two electrodes are the first electrode and the second electrode,
The measuring device according to claim 1.
前記第1電極を覆うように設けられ、前記測定対象物質が通過可能なフィルタを更に備える、
請求項2に記載の測定装置。 the substance to be measured moves in the direction in which the first electrode exists by applying a voltage between the first electrode and the second electrode;
Further comprising a filter provided to cover the first electrode and through which the substance to be measured can pass;
The measuring device according to claim 2.
請求項2に記載の測定装置。 Further comprising a power supply that supplies power to the measurement unit,
The measuring device according to claim 2.
請求項2に記載の測定装置。 The plurality of electrodes includes a plurality of electrode sets each consisting of a pair of electrodes,
The measuring device according to claim 2.
請求項4に記載の測定装置。 The measurement unit changes the measurement interval of the potential based on the signal output from the sensor.
The measuring device according to claim 4.
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