JP5946142B2 - 植物水分動態センサ - Google Patents
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Description
本発明は、植物水分動態センサに関する。さらに詳しくは、植物の新梢末端等の細部における水分動態測定を行うことができる植物水分動態センサに関する。
作物や果樹等の生産では、生産性の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、植物の生育に影響を与えず、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。
一般的に、多くの農業現場では、例えば無降雨日数に基づいた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。この測定方法は、植物の樹液流量を直接測定することができるので、植物の生体情報をより正確に把握することができるという測定方法である（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孔の中に配置することができる棒状の温度センサおよび棒状のヒータ付センサを備えた装置が開示されている。そして、特許文献１には、この装置の両センサを樹木の辺材部に形成した孔の中に配置し、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流量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、そもそも茎径が大きい樹木（具体的には、20cm以上）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もその大きさが直径2〜3mm以上、長さ2〜3cm以上となるように形成されている。このため、特許文献１の装置では、茎径が20cmよりも小さい植物には適用できない。しかも、樹液流量を測定するためには、ドリル等によって樹木に孔を形成する必要がある。このため、装置を設置した後、数日後でなければ、特許文献１の装置を用いて樹液流量を測定することができないし、樹木の表皮を削り取り、ドリルで孔を開けてセンサを挿入するため、破壊試験である。
そこで、茎径の小さな植物にも適用可能な装置が開発されている（例えば、特許文献２）。特許文献２には、平面視長方形の薄膜基材であって、縦（長手方向）の長さが約15〜20mm程度、横の長さが10mm程度、厚さが数百μm〜1mm程度の茎液流測定センサが開示されている。この茎液流測定センサは、基材上に一対の薄膜金属測温抵抗体とこの一対の抵抗体の間に薄膜金属ヒータが配設されている。そして、特許文献２には、この茎液流測定センサをトマトの茎の軸方向に沿って形成した切り込みに長手方向の面から約２／３程度挿入し、抵抗体とヒータが茎の内部の導管内に位置するように配置することによって、植物への悪影響を小さくしつつ、茎液流を測定することができる旨の記載がある。
上述したように、植物の生育状態を把握するには、植物の樹液流量を直接測定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等、作物や果樹等の近傍に位置する太さが数mm程度の植物細部中の水分の動き（つまり水分動態）を測定することが非常に重要である。
特許文献２の茎液流測定センサは、特許文献１の装置に比べて小型化されているので茎径が20cmよりも小さな植物に対しても適用することが可能であり、植物へ取付ける際の測定対象部位の破壊も特許文献１の装置に比べて小さくなる。しかしながら、特許文献２の茎液流測定センサでは、茎に縦約20mm、深さ約5〜10mmの切り込みを形成する必要があるので、茎径が数mmの新梢末端等に取付けることができない。しかも、仮に取付けが可能であったとしても、特許文献２のセンサを取付ける際に新梢末端等植物の生育において重要となる部位に上記のごとき傷を形成するので、かかる傷が原因となる感染や枝枯れ等を引き起こす可能性がある。
現状では、植物の新梢末端や果柄等の細部中の水分動態を測定することができる水分動態センサは開発されておらず、新梢末端等の細部に障害を与えることなく、細部中の水分動態を精度よく測定することができるセンサの開発が望まれている。
本発明は上記事情に鑑み、新梢末端や果柄等の植物細部内を流れる水分（液体）の動態（水分動態）を、植物にダメ−ジ(損傷)を与えることなく誰でも簡単に測定することができる植物水分動態センサを提供することを目的とする。
第１発明の植物水分動態センサは、植物中の水分動態を測定するためのセンサであって、温度センサとヒータとが設けられたヒータ付温度プローブと、温度センサが設けられた温度プローブと、電気抵抗測定用電極が設けられた電気抵抗プローブと、前記ヒータ付温度プローブ、前記温度プローブおよび前記電気抵抗プローブを平行に並べた状態で支持する支持部と、を備えることを特徴とする。
第２発明の植物水分動態センサは、第１発明において、前記電気抵抗測定用電極および前記温度センサは、前記植物への突き刺し方向に異なる位置に配置されており、前記電気抵抗測定用電極を前記植物の導管の位置に配置した状態において、前記温度センサが該植物の師管の位置に配置されることを特徴とする。
第３発明の植物水分動態センサは、第１発明において、前記温度センサおよび前記電気抵抗測定用電極は、前記植物への突き刺し方向に同位置に配置されていることを特徴とする。
第４発明の植物水分動態センサは、第１、第２または第３発明において、前記電気抵抗プローブが２つ備えられていることを特徴とする。
第５発明の植物水分動態センサは、第１、第２、第３または第４発明において、前記温度プローブが２つ備えられており、２つの前記温度プローブは、前記ヒータ付温度プローブを挟む位置に設けられていることを特徴とする。
第６発明の植物水分動態センサは、第１、第２、第３、第４または第５発明において、前記電気抵抗プローブは、前記ヒータ付温度プローブまたは前記温度プローブと一体のプローブとして形成されていることを特徴とする。
第７発明の植物水分動態センサは、第１、第２、第３、第４、第５または第６発明において、前記植物の樹液が流入する流路が形成された捕集プローブを備えることを特徴とする。
第８発明の植物水分動態センサは、第７発明において、前記捕集プローブは、前記ヒータ付温度プローブ、前記温度プローブ、または前記電気抵抗プローブと一体のプローブとして形成されていることを特徴とする。
第９発明の植物水分動態センサは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７または第８発明において、前記ヒータ付温度プローブ、前記温度プローブ、前記電気抵抗プローブおよび前記支持部は、ＳＯＩ基板で形成されており、前記ヒータ付温度プローブ、前記温度プローブおよび前記電気抵抗プローブは、前記支持部の縁に片持ち梁状に形成されていることを特徴とする。
第２発明の植物水分動態センサは、第１発明において、前記電気抵抗測定用電極および前記温度センサは、前記植物への突き刺し方向に異なる位置に配置されており、前記電気抵抗測定用電極を前記植物の導管の位置に配置した状態において、前記温度センサが該植物の師管の位置に配置されることを特徴とする。
第３発明の植物水分動態センサは、第１発明において、前記温度センサおよび前記電気抵抗測定用電極は、前記植物への突き刺し方向に同位置に配置されていることを特徴とする。
第４発明の植物水分動態センサは、第１、第２または第３発明において、前記電気抵抗プローブが２つ備えられていることを特徴とする。
第５発明の植物水分動態センサは、第１、第２、第３または第４発明において、前記温度プローブが２つ備えられており、２つの前記温度プローブは、前記ヒータ付温度プローブを挟む位置に設けられていることを特徴とする。
第６発明の植物水分動態センサは、第１、第２、第３、第４または第５発明において、前記電気抵抗プローブは、前記ヒータ付温度プローブまたは前記温度プローブと一体のプローブとして形成されていることを特徴とする。
第７発明の植物水分動態センサは、第１、第２、第３、第４、第５または第６発明において、前記植物の樹液が流入する流路が形成された捕集プローブを備えることを特徴とする。
第８発明の植物水分動態センサは、第７発明において、前記捕集プローブは、前記ヒータ付温度プローブ、前記温度プローブ、または前記電気抵抗プローブと一体のプローブとして形成されていることを特徴とする。
第９発明の植物水分動態センサは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７または第８発明において、前記ヒータ付温度プローブ、前記温度プローブ、前記電気抵抗プローブおよび前記支持部は、ＳＯＩ基板で形成されており、前記ヒータ付温度プローブ、前記温度プローブおよび前記電気抵抗プローブは、前記支持部の縁に片持ち梁状に形成されていることを特徴とする。
第１発明によれば、電気抵抗プローブで測定された電気抵抗から導管の位置を検出できるので、温度センサを師管または導管の位置に正確に配置することができる。そのため、植物水分動態センサの取り付け作業が容易であり、植物の水分動態を精度よく測定することができる。
第２発明によれば、プローブを植物に突き刺す際に、電気抵抗プローブが導管を検出する深さまで突き刺せば、温度センサを師管の位置に正確に配置することができる。そのため、植物水分動態センサの取り付け作業が容易であり、師管流の流量等を精度よく測定することができる。
第３発明によれば、プローブを植物に突き刺す際に、電気抵抗プローブが導管を検出する深さまで突き刺せば、温度センサを導管の位置に正確に配置することができる。そのため、植物水分動態センサの取り付け作業が容易であり、導管流の流量等を精度よく測定することができる。
第４発明によれば、プローブを植物に突き刺す際に、２つの電気抵抗プローブが導管を検出する深さまで突き刺せば、温度センサを師管または導管に沿って配置することができる。
第５発明によれば、２つの温度プローブで測定された温度を比較することで、樹液流の方向を特定できる。
第６発明によれば、プローブの本数を少なくできるので、植物水分動態センサを小型化することができる。また、プローブの本数を少なくできるので、植物に対するダメ−ジをより小さくできる。
第７発明によれば、捕集プローブにより樹液を捕集できるので、樹液に含まれる栄養物質の分析に用いることができる。
第８発明によれば、プローブの本数を少なくできるので、植物水分動態センサを小型化することができる。また、プローブの本数を少なくできるので、植物に対するダメ−ジをより小さくできる。
第９発明によれば、植物水分動態センサを小型化することができ、プローブを微細化できる。そのため、かかる植物水分動態センサ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、植物の水分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。
第２発明によれば、プローブを植物に突き刺す際に、電気抵抗プローブが導管を検出する深さまで突き刺せば、温度センサを師管の位置に正確に配置することができる。そのため、植物水分動態センサの取り付け作業が容易であり、師管流の流量等を精度よく測定することができる。
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つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明に係る植物水分動態センサは、植物中の水分動態を測定するためのセンサであって、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も容易に取り付けることができ、かかる細部における水分動態測定を行うことができるセンサである。
本発明に係る植物水分動態センサは、植物中の水分動態を測定するためのセンサであって、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も容易に取り付けることができ、かかる細部における水分動態測定を行うことができるセンサである。
本発明に係る植物水分動態センサは、グラニエ法を利用して植物の水分動態を測定する。そこで、本発明に係る植物水分動態センサを説明する前に、グラニエ法の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。このグラニエセンサは、一対の棒状のプローブを備えている。この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（以下、単にヒータ付温度プローブ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り、単に温度プローブ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ヶ所の孔を形成する。それぞれの孔にグラニエセンサのヒータ付温度プローブＨＰと温度プローブＲＰを挿入して樹木に設置した後、１日以上静置する。グラニエセンサの温度プローブＲＰとヒータ付温度プローブＨＰ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、根本側の孔に温度プローブＲＰを挿入し、末端側の孔にヒータ付温度プローブＨＰを挿入する。
つぎに、グラニエセンサのヒータ付温度プローブ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。
ここで、uは平均樹液流速[m/s]、ΔT(u)は平均樹液流速がuの時のヒータ付温度プローブＨＰと温度プローブ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２に基づき、樹液流速uから樹液流量Fを算出することができる。
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、ヒータ付温度プローブＨＰには、ヒータによって一定の熱がかけられるが、ヒータ付温度プローブ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、ヒータ付温度プローブＨＰには、ヒータによって一定の熱がかけられるが、ヒータ付温度プローブＨＰの近傍を流れる樹液が少ないので、ヒータ付温度プローブ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。
＜第１実施形態＞
つぎに、本発明の第１実施形態に係る植物水分動態センサ１について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ１は、特に師管流の方向および流量（流速）を測定するのに適したセンサである。
つぎに、本発明の第１実施形態に係る植物水分動態センサ１について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ１は、特に師管流の方向および流量（流速）を測定するのに適したセンサである。
図１および図２に示すように、植物水分動態センサ１は、１つのヒータ付温度プローブ１０と、一対の温度プローブ２０Ａ、２０Ｂと、一対の電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂと、支持部８０とを備えている。各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂは、それらを同一平面内で平行に並べた状態で、その基端が支持部８０に支持されている。これらのプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物に突き刺すことで、植物に植物水分動態センサ１が設置される。
プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂおよび支持部８０は、フォトリソグラフィや、エッチング、スパッタ法や真空蒸着法等の薄膜形成を用いたＭＥＭＳ技術を用いて、ＳＯＩ基板を加工することで形成されている。
ここで、ＳＯＩ基板は、支持基板ＳＢと活性層ＡＬとの間に酸化膜層ＢＬが挟まった３層構造を有している。支持基板ＳＢは、シリコン（Si）で形成されており、400〜500μmの厚みを有する。活性層ＡＬは、シリコン（Si）で形成されており、約10μmの厚みを有する。酸化膜層ＢＬは、二酸化ケイ素（SiO2）で形成されており、0.1〜1μmの厚みを有する。活性層ＡＬは熱伝導性を有し、酸化膜層ＢＬは熱および電気を通しにくい絶縁体である。
（支持部）
支持部８０は、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを支持する部材である。支持部８０は、平面視長方形の板材であり、片方の長辺部に全てのプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂが支持されている。支持部８０は、その長手方向の長さが全てのプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを後述の軸間距離Ｗで配置できる長さを有していればよく、短手方向の長さは特に限定されない。
支持部８０は、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを支持する部材である。支持部８０は、平面視長方形の板材であり、片方の長辺部に全てのプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂが支持されている。支持部８０は、その長手方向の長さが全てのプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを後述の軸間距離Ｗで配置できる長さを有していればよく、短手方向の長さは特に限定されない。
例えば、隣り合うプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの軸間距離Ｗが約2mmの場合、支持部８０は、平面視において、長手方向の長さが約12mm、短手方向の長さが約8mmとなるように形成することができる。支持部８０の厚みはＳＯＩ基板の厚みと同じである。つまり、支持部８０は、平面視において一辺が数mm程度の長さであって、厚さが1mm以下となるように形成されている。
（プローブ）
各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂは、薄板で形成された棒状の部材であり、支持部８０の縁（長辺部）に片持ち梁状に形成されている。各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂは、活性層ＡＬと、酸化膜層ＢＬと、支持基板ＳＢの上部とから構成されている。すなわち、支持基板ＳＢの下部が除去されており、ＳＯＩ基板の厚みより薄く形成されている。各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの厚みは特に限定されないが、例えば、40〜200μmである。厚みが40μm以上であれば強度が十分であり、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物に挿抜する際に折れる恐れがない。また、植物の種類にもよるが導管ＸＹや師管ＰＨの太さは100〜200μm程度であるため、厚みが200μm以下であればプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを導管ＸＹや師管ＰＨに刺してもそれらを塞ぐことを抑制できる。
各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂは、薄板で形成された棒状の部材であり、支持部８０の縁（長辺部）に片持ち梁状に形成されている。各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂは、活性層ＡＬと、酸化膜層ＢＬと、支持基板ＳＢの上部とから構成されている。すなわち、支持基板ＳＢの下部が除去されており、ＳＯＩ基板の厚みより薄く形成されている。各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの厚みは特に限定されないが、例えば、40〜200μmである。厚みが40μm以上であれば強度が十分であり、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物に挿抜する際に折れる恐れがない。また、植物の種類にもよるが導管ＸＹや師管ＰＨの太さは100〜200μm程度であるため、厚みが200μm以下であればプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを導管ＸＹや師管ＰＨに刺してもそれらを塞ぐことを抑制できる。
各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂは、その寸法が、植物の新梢末端や果柄等、茎径または軸径が数mm程度の植物の細部に突き刺して配置することができる寸法に形成されている。具体的には、長さ（軸方向に基端から先端までの長さ）と幅が、植物の細部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細部の導管ＸＹおよび／または師管ＰＨに配置し得るような長さ（例えば、50μm〜1mm）、幅（例えば、50〜300μm）に形成されている。
各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの先端部は三角形状等、尖った形に形成されているのが好ましい。プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの先端部が尖った形に形成されていれば、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物の細部に挿入するときの挿入抵抗を小さくすることができる。つまり、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物の細部にスムースに突き刺して設置することができる。このため、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物の細部に突き刺す際にプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの先端部が破損等することを防止することができる。
（ヒータ付温度プローブ）
ヒータ付温度プローブ１０には、温度センサ１１とヒータ１２とが設けられている。ヒータ付温度プローブ１０の寸法は、例えば、長さが300μm、幅が200μmである。
ヒータ付温度プローブ１０には、温度センサ１１とヒータ１２とが設けられている。ヒータ付温度プローブ１０の寸法は、例えば、長さが300μm、幅が200μmである。
温度センサ１１は、温度を感知する機能を有しており、上記のごときヒータ付温度プローブ１０の先端部に配設することができる大きさのものであれば、特に限定されない。例えば、酸化拡散炉を用いたｐｎ接合ダイオードによって形成したものを温度センサ１１として採用することができる。
ヒータ１２は、ヒータ付温度プローブ１０に熱を供給することができる機能を有しており、上記のごときヒータ付温度プローブ１０に配設することができる大きさのものであれば、特に限定されない。例えば、酸化拡散炉を用いたｐｎ接合ダイオードによって形成したものをヒータ１２として採用することができる。なお、ヒータ１２はヒータ付温度プローブ１０に熱を供給することができる位置に配設されればよく、先端部に配設されなくてもよい。
（温度プローブ）
一対の温度プローブ２０Ａ、２０Ｂには、それぞれ温度センサ２１が設けられている。各温度プローブ２０Ａ、２０Ｂの寸法は、ヒータ付温度プローブ１０の寸法と同じとすればよく、例えば、長さが300μm、幅が200μmである。温度センサ２１は、ヒータ付温度プローブ１０の温度センサ１１と同様のものを採用することができる。
一対の温度プローブ２０Ａ、２０Ｂには、それぞれ温度センサ２１が設けられている。各温度プローブ２０Ａ、２０Ｂの寸法は、ヒータ付温度プローブ１０の寸法と同じとすればよく、例えば、長さが300μm、幅が200μmである。温度センサ２１は、ヒータ付温度プローブ１０の温度センサ１１と同様のものを採用することができる。
植物水分動態センサ１には、２つの温度プローブ２０Ａ、２０Ｂが備えられている。この２つの温度プローブ２０Ａ、２０Ｂは、ヒータ付温度プローブ１０を挟む位置に設けられている。すなわち、温度プローブ２０Ａ、ヒータ付温度プローブ１０、温度プローブ２０Ｂの順に設けられている。
（電気抵抗プローブ）
一対の電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂには、それぞれ一対の電気抵抗測定用電極３３、３３が設けられている。各電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂの寸法は、長さが、ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂの長さよりも長く形成されており、例えば、長さが400μm、幅が200μmである。
一対の電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂには、それぞれ一対の電気抵抗測定用電極３３、３３が設けられている。各電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂの寸法は、長さが、ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂの長さよりも長く形成されており、例えば、長さが400μm、幅が200μmである。
一対の電気抵抗測定用電極３３、３３は、その電気抵抗測定用電極３３、３３間に存在する物質、例えば植物の師管液や導管液の電気抵抗を測定するための電極である。電気抵抗測定用電極３３、３３は、上記のごとき電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂの先端部に配設することができる大きさのものであれば、特に限定されない。例えば、アルミニウム（Al）薄板を電気抵抗測定用電極３３として採用することができる。
前述のごとく、各電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂの長さは、ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂの長さよりも長く形成されている。具体的には、各電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂの長さは、ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂの長さよりも、測定対象となる植物の師管ＰＨの中心と導管ＸＹの中心との距離の分だけ長く形成されている。この長さの差は、測定対象となる植物の種類や茎の太さによるが、例えば50〜300μmに設定される。
電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂはヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂよりも長く形成されており、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂの先端部には電気抵抗測定用電極３３が、ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂの先端部には温度センサ１１、２１が配設されている。そのため、電気抵抗測定用電極３３および温度センサ１１、２１は、測定対象となる植物への突き刺し方向（各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの軸方向）に、距離Ｄを有して異なる位置に配置されている。そして、電気抵抗測定用電極３３は、温度センサ１１、２１に比べて、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの基端からの距離が長く、植物のより深い位置に達するよう配置されている。
このように、電気抵抗測定用電極３３と温度センサ１１、２１との間に距離Ｄを有することにより、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物に突き刺し、電気抵抗測定用電極３３を植物の導管ＸＹの位置に配置した状態とすれば、温度センサ１１、２１が植物の師管ＰＨの位置に配置される。換言すれば、電気抵抗測定用電極３３と温度センサ１１、２１との間の距離Ｄは、電気抵抗測定用電極３３を植物の導管ＸＹの位置に配置した状態において、温度センサ１１、２１が植物の師管ＰＨの位置に配置されるよう設定される。この距離Ｄは、測定対象となる植物の種類や茎の太さによるが、例えば50〜300μmに設定される。
植物水分動態センサ１には、２つの電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂが備えられている。この２つの電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂは、ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂを挟む位置に設けられている。すなわち、電気抵抗プローブ３０Ａ、温度プローブ２０Ａ、ヒータ付温度プローブ１０、温度プローブ２０Ｂ、電気抵抗プローブ３０Ｂの順に設けられている。
（データロガー）
植物水分動態センサ１に設けられた温度センサ１１、２１、ヒータ１２、および電気抵抗測定用電極３３は、データロガーＤＲに接続され、電力の供給および各種データの収集が行われる。
植物水分動態センサ１に設けられた温度センサ１１、２１、ヒータ１２、および電気抵抗測定用電極３３は、データロガーＤＲに接続され、電力の供給および各種データの収集が行われる。
各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを構成する活性層ＡＬは、支持部８０を構成する活性層ＡＬと繋がっており、一体となっている。また、支持部８０において、各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂに接続された活性層ＡＬは、それぞれの間の活性層ＡＬが除去されており、熱的および電気的に絶縁性を有する酸化膜層ＢＬが介在している。すなわち、各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの活性層ＡＬは、酸化膜層Ｂにより、熱的にも電気的にも独立している。
支持部８０の活性層ＡＬ上には、電極パッド１１ｅ、２１ｅ、１２ｅ、３３ｅが配設されており、それぞれ前記温度センサ１１、２１、ヒータ１２、電気抵抗測定用電極３３と接続されている。
具体的には、ヒータ付温度プローブ１０を構成する活性層ＡＬと一体となった支持部８０の活性層ＡＬ上には、温度センサ１１用の一対の電極パッド１１ｅ、１１ｅと、ヒータ１２用の一対の電極パッド１２ｅ、１２ｅが配設されている。温度センサ１１は、その（ｐｎ接合ダイオードの）陽極および陰極が、それぞれ電極パッド１１ｅと配線を介して接続されている。また、ヒータ１２は、その（ｐｎ接合ダイオードの）陽極および陰極が、それぞれ電極パッド１２ｅと配線を介して接続されている。
各温度プローブ２０Ａ、２０Ｂを構成する活性層ＡＬと一体となった支持部８０の活性層ＡＬ上には、それぞれ温度センサ２１用の一対の電極パッド２１ｅ、２１ｅが配設されている。温度センサ２１は、その（ｐｎ接合ダイオードの）陽極および陰極が、それぞれ電極パッド２１ｅと配線を介して接続されている。
各電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂを構成する活性層ＡＬと一体となった支持部８０の活性層ＡＬ上には、それぞれ電気抵抗測定用電極３３、３３用の一対の電極パッド３３ｅ、３３ｅが配設されている。一対の電気抵抗測定用電極３３、３３は、それぞれ電極パッド３３ｅと配線を介して接続されている。
電極パッド１１ｅ、１２ｅ、２１ｅ、３３ｅおよび配線は、前記電気抵抗測定用電極３３とともに、例えば以下の方法で形成される。まず、酸化炉を用いて活性層ＡＬ上に絶縁膜（SiO2）を形成する。その後、温度センサ１１、２１およびヒータ１２との導通に必要なコンタクト形成とあわせて、電気抵抗測定用電極３３、電極パッド１１ｅ、１２ｅ、２１ｅ、３３ｅおよび配線を、フォトファブリケーション技術を用いて形成する。
図３に示すように、データロガーＤＲは定電流源９１と、電圧計９２とを備えている。定電流源９１は、電極パッド１１ｅ、１１ｅ（２１ｅ、２１ｅ）の間に接続されており、ｐｎ接合ダイオードである温度センサ１１（２１）に順方向に定電流を供給している。また、電圧計９２は、電極パッド１１ｅ、１１ｅ（２１ｅ、２１ｅ）の間に接続されており、ｐｎ接合ダイオードである温度センサ１１（２１）の陽極‐陰極間の電圧を測定している。
ダイオードの順方向特性は温度によって変化し、ダイオードに一定の電流を流すと温度変化に伴って電圧が変化することが知られている。上記のように、電圧計９２で温度センサ１１（２１）の電圧を測定することで、温度を算出することができる。
図４に示すように、データロガーＤＲは直流定電圧源９３を備えている。直流定電圧源９３は、電極パッド１２ｅ、１２ｅの間に接続されており、ｐｎ接合ダイオードであるヒータ１２に順方向に定電圧を供給している。ヒータ１２に電流を流すことで、熱を発することができる。
図５に示すように、データロガーＤＲは交流電源９４と、電流計９５とを備えている。交流電源９４および電流計９５は、電極パッド３３ｅ、３３ｅの間に直列に接続されており、交流電源９４で一対の電気抵抗測定用電極３３、３３間に電流を供給し、電流計９５で一対の電気抵抗測定用電極３３、３３間に流れる電流を測定している。オームの法則を基に、電流計９５で測定した電流から、一対の電気抵抗測定用電極３３、３３間の電気抵抗を算出することができる。
（製造方法）
前述のごとく、植物水分動態センサ１はＭＥＭＳ技術を用いて、ＳＯＩ基板を加工することで形成されている。以下では、各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂおよび支持部８０をＭＥＭＳ技術に用いて形成する方法について簡単に説明する。
前述のごとく、植物水分動態センサ１はＭＥＭＳ技術を用いて、ＳＯＩ基板を加工することで形成されている。以下では、各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂおよび支持部８０をＭＥＭＳ技術に用いて形成する方法について簡単に説明する。
まず、ＳＯＩ基板の活性層ＡＬ上に、酸化拡散炉を用いて温度センサ１１、２１およびヒータ１２としてのｐｎ接合ダイオードを形成する。具体的には、活性層ＡＬ上に拡散用ホール（ｐ形）を形成した後、ｎ拡散（ｎ形）を形成する。つぎに、ｐｎ接合ダイオードのコンタクト形成と、電気抵抗測定用電極３３、電極パッド１１ｅ、１２ｅ、２１ｅ、３３ｅおよび配線の形成を行う。具体的には、スパッタ法や蒸着法を用いて活性層ＡＬ上にAl薄膜を堆積させる。Al薄膜上にレジストを塗布して、コンタクト形成と、電気抵抗測定用電極３３、電極パッド１１ｅ、１２ｅ、２１ｅ、３３ｅおよび配線の形成を行う。
つぎに、ＳＯＩ基板の表面上にプローブ形状のフォトリソグラフィを行い、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングを用いて酸化膜層ＢＬまでエッチングを行い、プローブ形状の原形を形成する。その後、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂが片持ち梁状になるように、ＳＯＩ基板の裏面の一部をエッチバックする。
なお、植物水分動態センサ１は、上述した寸法および機能を有するように形成することができれば、ＭＥＭＳ技術以外の方法で形成してもよいし、素材もＳＯＩ基板に限定されない。
つぎに、植物水分動態センサ１によって植物の水分動態を測定する方法について以下説明する。
（取り付け方法）
まず、測定対象となる植物の新梢末端に、植物水分動態センサ１を取り付ける。
具体的には、図６に示すように、植物水分動態センサ１の全てのプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物の細部に突き刺して取り付ける。このとき、上述したグラニエ法と同様に植物の細部中に流れる水分（液体）の流れ方向に沿って、すなわち導管ＸＹおよび師管ＰＨに沿って、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを配置する。なお、温度プローブ２０Ａ、２０Ｂのどちらを末端側または根本側にするかは問わない。
（取り付け方法）
まず、測定対象となる植物の新梢末端に、植物水分動態センサ１を取り付ける。
具体的には、図６に示すように、植物水分動態センサ１の全てのプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物の細部に突き刺して取り付ける。このとき、上述したグラニエ法と同様に植物の細部中に流れる水分（液体）の流れ方向に沿って、すなわち導管ＸＹおよび師管ＰＨに沿って、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを配置する。なお、温度プローブ２０Ａ、２０Ｂのどちらを末端側または根本側にするかは問わない。
図７に示すように、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物の細部に突き刺していくと、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂに設けられた電気抵抗測定用電極３３は、植物の皮層ＣＯおよび師管ＰＨを通り、導管ＸＹに達する。さらに、深く突き刺していくと、電気抵抗測定用電極３３は、植物の髄ＰＩに達する。
ここで、導管ＸＹに流れる導管液にはミネラルが含まれているため、その他の部分（皮層ＣＯ、師管ＰＨ、髄ＰＩ等）に含まれる水分に比べて電気抵抗が低いという性質を有する。これを利用して、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂで測定された電気抵抗が低くなる深さまでプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを突き刺せば、電気抵抗測定用電極３３を導管ＸＹの位置に配置することができる。
また、前述のごとく、電気抵抗測定用電極３３および温度センサ１１、２１は、突き刺し方向に距離Ｄを有して配置されている。そのため、電気抵抗測定用電極３３を導管ＸＹの位置に配置した状態とすれば、自ずと温度センサ１１、２１が植物の師管ＰＨの位置に配置される。
以上のように、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物に突き刺すだけで植物に植物水分動態センサ１を設置することができる。そのため、従来の植物の水分動態を測定するためのセンサのように、植物に設置するために茎にドリルで孔を開けたり、植物に切り込み等を形成したりする操作が不要となるので、植物水分動態センサ１の植物への取り付け作業が容易である。
しかも、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂは導管ＸＹの位置検出機能を有し、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂで測定された電気抵抗から導管ＸＹの位置を検出できる。プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物に突き刺す際に、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂが導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、温度センサ１１、２１を師管ＰＨの位置に正確に配置することができる。そのため、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物に突き刺す深さをマイクロメータ等の特殊機器を用いて計測する必要がなく、植物水分動態センサ１の取り付け作業が容易である。その結果、後述の植物の水分動態（本実施形態においては師管流の流量等）を精度よく測定することができる。
電気抵抗プローブ３０を１つのみ備える形態としてもよいが、本実施形態の植物水分動態センサ１のように２つの電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂを備える方が好ましい。プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物に突き刺す際に、２つの電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂが同時に導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、温度センサ１１、２１を師管ＰＨに沿って配置することができるからである。
特に、本実施形態のように、２つの電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂを、ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂを挟む位置、すなわち、外側の位置に設ければ、２つの電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂの間の距離が長くなり、より正確に温度センサ１１、２１を師管ＰＨに沿って配置することができる。
（測定方法）
つぎに、植物に取り付けた植物水分動態センサ１を用いて植物の水分動態を測定する。
まず、ヒータ付温度プローブ１０に設けられたヒータ１２を作動させる。ヒータ１２を作動すれば、ヒータ１２から供給された熱エネルギは、ヒータ付温度プローブ１０に供給される。ヒータ付温度プローブ１０に供給された熱エネルギは、ヒータ付温度プローブ１０の表面から師管ＰＨ内を流れる師管液に放出される。
つぎに、植物に取り付けた植物水分動態センサ１を用いて植物の水分動態を測定する。
まず、ヒータ付温度プローブ１０に設けられたヒータ１２を作動させる。ヒータ１２を作動すれば、ヒータ１２から供給された熱エネルギは、ヒータ付温度プローブ１０に供給される。ヒータ付温度プローブ１０に供給された熱エネルギは、ヒータ付温度プローブ１０の表面から師管ＰＨ内を流れる師管液に放出される。
このときのヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂの温度は、温度センサ１１、２１によって測定することができる。そして、２つの温度プローブ２０Ａ、２０Ｂで測定された温度を比較することで、師管流の方向を特定できる。
なぜなら、２つの温度プローブ２０Ａ、２０Ｂは、ヒータ付温度プローブ１０を挟む位置に設けられているので、師管液が植物の末端から根本に向かって（図７における白抜き矢印の向き）流れている場合、根本側に位置する温度プローブ２０Ａは、ヒータ付温度プローブ１０により昇温された師管液により暖められ、末端側の温度プローブ２０Ｂに比べて温度が高くなるからである。
逆に、師管液が植物の根本から末端に向かって流れている場合、末端側に位置する温度プローブ２０Ｂは、ヒータ付温度プローブ１０により昇温された師管液により暖められ、根本側の温度プローブ２０Ａに比べて温度が高く検出される。
すなわち、師管流の方向は、温度の低い温度プローブ２０Ｂ（２０Ａ）から温度の高い温度プローブ２０Ａ（２０Ｂ）に向かう方向であると特定できる。
一般に、導管流は植物の根本から末端に向かって流れるが、師管流の方向は植物の外形から把握することはできない。しかし、植物水分動態センサ１によれば、師管流の方向を特定することができる。
つぎに、ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂで測定した温度から、上述したグラニエ法に基づいて新梢末端内を流れる師管流の流量（流速）を測定する。ここで、２つの温度プローブ２０Ａ、２０Ｂのうち、温度の低い温度プローブ２０Ｂ（２０Ａ）と、ヒータ付温度プローブ１０との温度差を基に計算する。温度の低い温度プローブ２０Ｂ（２０Ａ）は、ヒータ付温度プローブ１０よりも師管流の上流側に配置されているからである。
例えば、師管流の流量が多い（流速が速い）場合には、ヒータ付温度プローブ１０の近傍の師管液は、常に新しい師管液に置き換えられた状態となる。このため、ヒータ付温度プローブ１０に供給する熱エネルギを一定とすれば、ヒータ付温度プローブ１０の温度は、ヒータ付温度プローブ１０の近傍の師管液によって運び去られる。一方、師管流の流量が少ない（流速が遅い）場合には、ヒータ付温度プローブ１０の近傍の師管液は、滞留したような状態となるので、ヒータ付温度プローブ１０に供給する熱エネルギを一定とすれば、ヒータ付温度プローブ１０の温度は、蓄積されたような状態となる。
したがって、師管流の流速および流量を、ヒータ付温度プローブ１０と温度プローブ２０Ｂ（２０Ａ）との間の温度差ΔTを測定することによって算出することができる。
なお、ヒータ１２からヒータ付温度プローブ１０に供給された熱エネルギは、温度プローブ２０Ａ、２０Ｂに供給されない。なぜなら、酸化膜層ＢＬによって、ヒータ１２から供給された熱エネルギが隣の温度プローブ２０Ａ、２０Ｂに供給されるのを遮断するからである。
植物水分動態センサ１をＳＯＩ基板で形成することにより、植物水分動態センサ１を小型化することができ、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを微細化できる。そのため、かかる植物水分動態センサ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、植物の水分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。
また、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂが微細化されているので、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂ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１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの設置前後における植物の設置部位内の水分動態の変動を小さくできる。このため、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物に設置したのち、すぐに設置部位内を流れる水分（液体）の水分動態を測定することができる。しかも、従来のセンサでは設置することが困難であった植物の新梢末端や果柄等の細部にも容易に取付けることができる。
ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂは、軸間距離Ｗが、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂを植物の細部に取付けた状態において、かかる細部内を流れる水分（液体）の流量（流速）を測定することができる距離となるように形成する。具体的には、各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂの軸間距離Ｗが1〜20mmであればよい。
軸間距離Ｗが1mmよりも短い場合には、ヒータ１２から供給された熱エネルギが植物の組織等を介して温度プローブ２０Ａ、２０Ｂに供給される可能性がある。一方、軸間距離Ｗが20mmよりも長くなる場合には植物の細部内を流れる水分（液体）の流れを精度よく検出できない可能性がある。軸間距離Ｗを上述した範囲とすれば、植物の新梢末端等の細部にプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂを設置した状態において、水分動態を精度よく測定することができる。
なお、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの軸間距離Ｗは、全て同じになるようにしてもよいし、それぞれ異なるようにしてもよい。
植物水分動態センサ１を用いて植物の水分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。
＜第２実施形態＞
つぎに、本発明の第２実施形態に係る植物水分動態センサ２について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ２は、特に導管流の方向および流量（流速）を測定するのに適したセンサである。
つぎに、本発明の第２実施形態に係る植物水分動態センサ２について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ２は、特に導管流の方向および流量（流速）を測定するのに適したセンサである。
図８に示すように、植物水分動態センサ２は、第１実施形態に係る植物水分動態センサ１において、全てのプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの長さを同じに形成した形態である。各プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの寸法は、例えば、長さが400μm、幅が200μmである。
全てのプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂの長さが同じであり、ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂの先端部には温度センサ１１、２１が、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂの先端部には電気抵抗測定用電極３３が配設されている。そのため、温度センサ１１、２１および電気抵抗測定用電極３３は、測定対象となる植物への突き刺し方向に同位置に配置されている。
このように、温度センサ１１、２１と電気抵抗測定用電極３３とが同位置に配置されていることにより、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物に突き刺し、電気抵抗測定用電極３３を植物の導管ＸＹの位置に配置した状態とすれば、温度センサ１１、２１が植物の導管ＸＹの位置に配置される。
その余の構成は第１実施形態に係る植物水分動態センサ１と同様であるので同一部材に同一符号を付して説明を省略する。
測定対象となる植物の新梢末端に、植物水分動態センサ２を取り付けるには、全てのプローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物の細部に突き刺せばよい。その際に、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂが導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、温度センサ１１、２１を導管ＸＹの位置に正確に配置することができる。そのため、植物水分動態センサ２の取り付け作業が容易であり、導管流の流量等を精度よく測定することができる。
また、プローブ１０、２０Ａ、２０Ｂ、３０Ａ、３０Ｂを植物に突き刺す際に、２つの電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂが導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、温度センサ１１、２１を導管ＸＹに沿って配置することができる。
ヒータ付温度プローブ１０に設けられたヒータ１２を作動させ、２つの温度プローブ２０Ａ、２０Ｂで測定された温度を比較することで、導管流の方向を特定できる。また、２つの温度プローブ２０Ａ、２０Ｂのうち、温度の低い温度プローブ２０Ａ（２０Ｂ）と、ヒータ付温度プローブ１０との温度差を基に、導管流の流量（流速）を測定できる。
＜第３実施形態＞
つぎに、本発明の第３実施形態に係る植物水分動態センサ３について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ３は、特に導管流の流量（流速）を測定するのに適したセンサである。
つぎに、本発明の第３実施形態に係る植物水分動態センサ３について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ３は、特に導管流の流量（流速）を測定するのに適したセンサである。
図９に示すように、植物水分動態センサ３は、第２実施形態に係る植物水分動態センサ２において、温度プローブ２０を１つとした形態である。すなわち、植物水分動態センサ３は、１つのヒータ付温度プローブ１０と、１つの温度プローブ２０と、一対の電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂとを備えている。
全てのプローブ１０、２０、３０Ａ、３０Ｂの長さは同じであり、ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０の先端部には温度センサ１１、２１が、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂの先端部には電気抵抗測定用電極３３が配設されている。そのため、温度センサ１１、２１および電気抵抗測定用電極３３は、測定対象となる植物への突き刺し方向に同位置に配置されている。
その余の構成は第１実施形態に係る植物水分動態センサ１と同様であるので同一部材に同一符号を付して説明を省略する。
測定対象となる植物の新梢末端に、植物水分動態センサ３を取り付けるには、全てのプローブ１０、２０、３０Ａ、３０Ｂを植物の細部に突き刺せばよい。ここで、導管流の上流側に温度プローブ２０を配置し、下流側にヒータ付温度プローブ１０を配置する。一般に、導管流は植物の根本から末端に向かって流れることが知られている。そのため、植物の根本側に温度プローブ２０を配置し、末端側にヒータ付温度プローブ１０を配置すればよい。
プローブ１０、２０、３０Ａ、３０Ｂを植物に突き刺す際に、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂが導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、温度センサ１１、２１を導管ＸＹの位置に正確に配置することができる。そのため、植物水分動態センサ３の取り付け作業が容易であり、導管流の流量を精度よく測定することができる。
また、プローブ１０、２０、３０Ａ、３０Ｂを植物に突き刺す際に、２つの電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂが導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、温度センサ１１、２１を導管ＸＹに沿って配置することができる。
ヒータ付温度プローブ１０に設けられたヒータ１２を作動させれば、ヒータ付温度プローブ１０と温度プローブ２０との温度差から、導管流の流量（流速）を測定できる。
＜第４実施形態＞
つぎに、本発明の第４実施形態に係る植物水分動態センサ４について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ４は、特に師管流の方向および流量（流速）を測定するのに適したセンサである。
つぎに、本発明の第４実施形態に係る植物水分動態センサ４について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ４は、特に師管流の方向および流量（流速）を測定するのに適したセンサである。
図１０に示すように、植物水分動態センサ４は、第１実施形態に係る植物水分動態センサ１において、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂと温度プローブ２０Ａ、２０Ｂとが一体のプローブとして形成された、電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂを備える形態である。すなわち、植物水分動態センサ４は、１つのヒータ付温度プローブ１０と、一対の電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂとを備えている。
ヒータ付温度プローブ１０の寸法は、例えば、長さが300μm、幅が200μmである。電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂの寸法は、長さが、ヒータ付温度プローブ１０の長さよりも長く形成されており、例えば、長さが400μm、幅が200μmである。
ヒータ付温度プローブ１０の先端部には温度センサ１１が配設されている。また、各電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂの先端部には一対の電気抵抗測定用電極３３、３３が配設されており、植物への突き刺し方向においてヒータ付温度プローブ１０の温度センサ１１と同位置に温度センサ２１が配設されている。すなわち、電気抵抗測定用電極３３および温度センサ１１、２１は、測定対象となる植物への突き刺し方向に、距離Ｄを有して異なる位置に配置されている。
その余の構成は第１実施形態に係る植物水分動態センサ１と同様であるので同一部材に同一符号を付して説明を省略する。
測定対象となる植物の新梢末端に、植物水分動態センサ４を取り付けるには、全てのプローブ１０、４０Ａ、４０Ｂを植物の細部に突き刺せばよい。その際に、電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂが導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、温度センサ１１、２１を師管ＰＨの位置に正確に配置することができる。そのため、植物水分動態センサ５の取り付け作業が容易であり、師管流の流量等を精度よく測定することができる。
ヒータ付温度プローブ１０に設けられたヒータ１２を作動させ、２つの電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂで測定された温度を比較することで、師管流の方向を特定できる。また、２つの電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂのうち、温度の低い電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ（４０Ｂ）と、ヒータ付温度プローブ１０との温度差を基に、師管流の流量（流速）を測定できる。
本実施形態によれば、プローブ１０、４０Ａ、４０Ｂの本数を少なくできるので、植物水分動態センサ４を小型化することができる。また、プローブ１０、４０Ａ、４０Ｂの本数が少ないので、植物に対するダメ−ジ(損傷)をより小さくできる。
＜第５実施形態＞
つぎに、本発明の第５実施形態に係る植物水分動態センサ５について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ４は、特に導管流の方向および流量（流速）を測定するのに適したセンサである。
つぎに、本発明の第５実施形態に係る植物水分動態センサ５について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ４は、特に導管流の方向および流量（流速）を測定するのに適したセンサである。
図１１に示すように、植物水分動態センサ５は、第２実施形態に係る植物水分動態センサ２において、電気抵抗プローブ３０Ａ、３０Ｂと温度プローブ２０Ａ、２０Ｂとが一体のプローブとして形成された、電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂを備える形態である。すなわち、植物水分動態センサ５は、１つのヒータ付温度プローブ１０と、一対の電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂとを備えている。
ヒータ付温度プローブ１０と電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂの寸法は同じであり、例えば、長さが400μm、幅が200μmである。ヒータ付温度プローブ１０の先端部には温度センサ１１が配設されている。また、各電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂの先端部には一対の電気抵抗測定用電極３３、３３と、温度センサ２１が配設されている。すなわち、電気抵抗測定用電極３３および温度センサ１１、２１は、測定対象となる植物への突き刺し方向に同位置に配置されている。
その余の構成は第２実施形態に係る植物水分動態センサ２と同様であるので同一部材に同一符号を付して説明を省略する。
測定対象となる植物の新梢末端に、植物水分動態センサ５を取り付けるには、全てのプローブ１０、４０Ａ、４０Ｂを植物の細部に突き刺せばよい。その際に、電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂが導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、温度センサ１１、２１を導管ＸＹの位置に正確に配置することができる。そのため、植物水分動態センサ５の取り付け作業が容易であり、師管流の流量等を精度よく測定することができる。
ヒータ付温度プローブ１０に設けられたヒータ１２を作動させ、２つの電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂで測定された温度を比較することで、導管流の方向を特定できる。また、２つの電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ、４０Ｂのうち、温度の低い電気抵抗兼温度プローブ４０Ａ（４０Ｂ）と、ヒータ付温度プローブ１０との温度差を基に、導管流の流量（流速）を測定できる。
本実施形態によれば、プローブ１０、４０Ａ、４０Ｂの本数を少なくできるので、植物水分動態センサ５を小型化することができる。また、プローブ１０、４０Ａ、４０Ｂの本数が少ないので、植物に対するダメ−ジ(損傷)をより小さくできる。
＜第６実施形態＞
上記第４、第５実施形態では、電気抵抗プローブ３０と温度プローブ２０を一体のプローブとして形成したが、電気抵抗プローブ３０とヒータ付温度プローブ１０とを一体のプローブとして形成してもよい。
上記第４、第５実施形態では、電気抵抗プローブ３０と温度プローブ２０を一体のプローブとして形成したが、電気抵抗プローブ３０とヒータ付温度プローブ１０とを一体のプローブとして形成してもよい。
このような形態でも、プローブの本数を少なくできるので、植物水分動態センサを小型化することができる。また、プローブの本数が少ないので、植物に対するダメ−ジ(損傷)をより小さくできる。
＜第７実施形態＞
つぎに、本発明の第７実施形態に係る植物水分動態センサ７について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ７は、樹液の栄養物質を分析するのに適したセンサである。
つぎに、本発明の第７実施形態に係る植物水分動態センサ７について説明する。
本実施形態に係る植物水分動態センサ７は、樹液の栄養物質を分析するのに適したセンサである。
図１２および図１３に示すように、植物水分動態センサ７は捕集プローブ５０を備えている。なお、図示しないが、植物水分動態センサ７には、上記第１〜第６実施形態と同様にヒータ付温度プローブ１０と、温度プローブ２０と、電気抵抗プローブ３０とが備えられている。捕集プローブ５０は、他のプローブ１０、２０、３０とともに、それらを同一平面内で平行に並べた状態で、その基端が支持部８０に支持されている。これらのプローブ１０、２０、３０、５０を植物に突き刺すことで、植物に植物水分動態センサ７が設置される。
捕集プローブ５０は、他のプローブ１０、２０、３０と略同寸法のプローブである。捕集プローブ５０の表面、すなわち活性層ＡＬの表面には、その軸心に沿って、溝状の流路５１が形成されている。また、支持部８０には、その表裏を貫通する貫通孔５２が形成されている。流路５１は、捕集プローブ５０の先端から末端に掛けて形成されおり、さらに支持部８０の貫通孔５２にまで達している。
流路５１および貫通孔５２の形成は、例えば以下の方法で行われる。まず、捕集プローブ５０と支持部８０の表面上に、流路５１および貫通孔５２用のレジストパターンを形成する。つぎに、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより、流路５１および貫通孔５２を形成する。その後、不要になったレジストパターンを除去する。
捕集プローブ５０を測定対象となる植物に突き刺して、その先端を植物の導管ＸＹに配置すると、導管液が流路５１に流入して貫通孔５２に導かれる。また、捕集プローブ５０の先端を植物の師管ＰＨに配置すると、師管液が流路５１に流入して貫通孔５２に導かれる。貫通孔５２に導かれた樹液（導管液または師管液）は、支持部８０の裏面に接続されたポンプ等により回収することができる。このように、植物の樹液を、流路５１を介して捕集することができる。
捕集された樹液は、研究室等に持ち帰って液体クロマトグラフィー等の装置で分析することにより、栄養物質等を分析することができる。このように、捕集プローブ５０により樹液を捕集できるので、樹液に含まれる栄養物質の分析に用いることができる。
＜第８実施形態＞
第７実施形態では、捕集プローブ５０を他のプローブ１０、２０、３０とは独立のプローブとしたが、捕集プローブ５０をヒータ付温度プローブ１０、温度プローブ２０、または電気抵抗プローブ３０と一体のプローブとして形成してもよい。
第７実施形態では、捕集プローブ５０を他のプローブ１０、２０、３０とは独立のプローブとしたが、捕集プローブ５０をヒータ付温度プローブ１０、温度プローブ２０、または電気抵抗プローブ３０と一体のプローブとして形成してもよい。
図１４および図１５に示す例は、捕集プローブ５０と温度プローブ２０とを一体のプローブとした、捕集兼温度プローブ６０を備える形態である。捕集兼温度プローブ６０の内部には、その軸心に沿って、流路５１が形成されている。すなわち、捕集兼温度プローブ６０は中空針状に形成されている。また、捕集兼温度プローブ６０の表面には、温度センサ２１および電極パッド２１ｅに接続される配線が配設されている。
本実施形態の植物水分動態センサ８は、ホウケイ酸ガラス基板ＧＢとシリコン基板ＳＬとを貼りあわせた構造を有する。ホウケイ酸ガラス基板ＧＢの表面に流路５１用の溝を形成し、その上にシリコン基板ＳＬを張り付けることで、捕集兼温度プローブ６０に内包された流路５１が形成される。また、ホウケイ酸ガラス基板ＧＢには、流路５１と連通した貫通孔５２も形成されている。
シリコン基板ＳＬの表面に温度センサ２１および配線を配設することで、捕集兼温度プローブ６０が形成される。シリコン基板ＳＬの表面に配設する部材を変更することで、捕集プローブ５０とヒータ付温度プローブ１０とを一体化したプローブとすることもできるし、捕集プローブ５０と電気抵抗プローブ３０とを一体化したプローブとすることもできる。
本実施形態によれば、プローブの本数を少なくできるので、植物水分動態センサ８を小型化することができる。また、プローブの本数が少ないので、植物に対するダメ−ジ(損傷)をより小さくできる。
＜その他の実施形態＞
上記実施形態では、プローブを平板状の支持部８０の表面に平行な片持ち梁状に形成しているが、これに代えて、プローブを平板状の支持部８０の表面に垂直に立設するよう形成してもよい。このようなプローブは、例えば以下の方法で形成できる。まず、Si基板上にプローブの形状の型となるレジストマスクを形成した後、結晶異方性エッチングにより円錐形状加工を行う。その後、垂直方向性エッチングにより円筒形状を形成する。最後に、不要となるマスク材料を除去することによって、プローブを形成する。
上記実施形態では、プローブを平板状の支持部８０の表面に平行な片持ち梁状に形成しているが、これに代えて、プローブを平板状の支持部８０の表面に垂直に立設するよう形成してもよい。このようなプローブは、例えば以下の方法で形成できる。まず、Si基板上にプローブの形状の型となるレジストマスクを形成した後、結晶異方性エッチングにより円錐形状加工を行う。その後、垂直方向性エッチングにより円筒形状を形成する。最後に、不要となるマスク材料を除去することによって、プローブを形成する。
また、上記実施形態では、植物の新梢末端等の細部における水分動態測定を行うためにＭＥＭＳ技術を用いて小型のセンサとしたが、樹木の幹等の水分動態測定を行う目的であれば、ＭＥＭＳ技術を用いることなく従来のセンサと同様の寸法を有するセンサとしてもよい。
＜植物水分動態情報採取システム＞
上述の植物水分動態センサ１〜８（以下、単に植物水分動態センサ１とする。）は、植物の新梢末端等の細部内を流れる水分（液体）の流量（流速）等の測定データを配線や無線通信機等を介してサーバ装置等に送信し、集中管理することで、植物に水分供給や養分補給（施肥）等を行うのに役立てることができる。
上述の植物水分動態センサ１〜８（以下、単に植物水分動態センサ１とする。）は、植物の新梢末端等の細部内を流れる水分（液体）の流量（流速）等の測定データを配線や無線通信機等を介してサーバ装置等に送信し、集中管理することで、植物に水分供給や養分補給（施肥）等を行うのに役立てることができる。
以下では、農業現場等で、複数の植物水分動態センサ１で測定した植物水分動態情報をサーバ装置で集中管理するための植物水分動態情報採取システムを説明する。
図１６に示すように、農業現場の複数の植物に対して、複数の植物水分動態センサ１が取り付けられる。植物水分動態センサ１は、一の植物の複数箇所に取り付けてもよいし、複数の植物の全てに、または一部の標本に取り付けてもよい。
各植物水分動態センサ１には、データロガーＤＲが接続されており、電力の供給および各種データの収集が行われる。このデータロガーＤＲは、前述の定電流源９１、電圧計９２、直流定電圧源９３、交流電源９４、および電流計９５に加えて無線通信機が内蔵されている。
農業現場に隣接した建屋内等に植物水分動態情報を集中管理するためのサーバ装置ＳＶが設けられている。このサーバ装置ＳＶにも無線通信機が接続されており、データロガーＤＲと無線通信できるよう構成されている。
各データロガーＤＲは、植物水分動態センサ１の測定データを、無線通信機を介してサーバ装置ＳＶに送信する。サーバ装置ＳＶは受信した測定データを集中管理する。サーバ装置ＳＶで測定データを分析することで、植物に水分供給や養分補給（施肥）等を行うのに役立てることができる。
本発明の植物水分動態センサの有効性を確認するために、下記の試験を行った。
（温度センサの温度特性実験）
まず、温度センサの温度特性実験を行った。
その結果、温度センサは、16.6〜75.7℃の範囲において、感度-5.6mv/℃で測定可能であることが確認できた。
まず、温度センサの温度特性実験を行った。
その結果、温度センサは、16.6〜75.7℃の範囲において、感度-5.6mv/℃で測定可能であることが確認できた。
（ヒータの温度上昇実験）
つぎに、ヒータの温度上昇実験を行った。
その結果、ヒータは、310mWの直流電圧を印加することで、常温〜67℃まで昇温できることが確認できた。
つぎに、ヒータの温度上昇実験を行った。
その結果、ヒータは、310mWの直流電圧を印加することで、常温〜67℃まで昇温できることが確認できた。
（位置検出実験）
つぎに、電気抵抗による位置検出の実験を行った。
図１７に示す実験装置を作成した。実験装置は、一対の針状電極と、マイクロメータと、マルチメータとを備えている。針状電極の直径は0.55mmである。一対の針状電極をマルチメータで植物に突き刺し、針状電極間の電気抵抗をマルチメータで測定した。
つぎに、電気抵抗による位置検出の実験を行った。
図１７に示す実験装置を作成した。実験装置は、一対の針状電極と、マイクロメータと、マルチメータとを備えている。針状電極の直径は0.55mmである。一対の針状電極をマルチメータで植物に突き刺し、針状電極間の電気抵抗をマルチメータで測定した。
図１８は、針状電極の突き刺し深さと電気抵抗との関係を示すグラフである。図１８から分かるように、深さ約150〜300μmの範囲の電気抵抗は、それ以外の範囲の電気抵抗に比べて低い。導管に流れる導管液にはミネラルが含まれているため、その他の部分に含まれる水分に比べて電気抵抗が低いという性質を有する。したがって、この電気抵抗が低い範囲が導管の範囲であると考えられる。以上より、電気抵抗プローブで測定された電気抵抗から導管の位置を検出できることが確認できた。
（樹液流の方向、流量測定実験）
つぎに、樹液流の方向、流量測定実験を行った。
図１９に示す疑似植物実験系を用いて実験を行った。この疑似植物実験系では、シリコンチューブ（直径1mm、厚さ0.2mm）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、上記第１実施形態に係る植物水分動態センサ１のプローブを突き刺した。シリコ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することができる。植物水分動態センサには、温度センサのための定電流源、ヒータのための直流電源、およびデータ取得のためのデータロガーを接続した。
つぎに、樹液流の方向、流量測定実験を行った。
図１９に示す疑似植物実験系を用いて実験を行った。この疑似植物実験系では、シリコンチューブ（直径1mm、厚さ0.2mm）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、上記第１実施形態に係る植物水分動態センサ１のプローブを突き刺した。シリコ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することができる。植物水分動態センサには、温度センサのための定電流源、ヒータのための直流電源、およびデータ取得のためのデータロガーを接続した。
図２０は、シリンジポンプの流量（平均樹液流速度）を100μm/sとした場合における、ヒータ付温度プローブ１０および温度プローブ２０Ａ、２０Ｂの温度の計測開始時の温度からの時間変化を示すグラフである。図２０から分かるように、上流側の温度プローブ２０Ａは下流側の温度プローブ２０Ｂに比べて温度が低い。このことから、２つの温度プローブ２０Ａ、２０Ｂで測定された温度を比較することで、樹液流の方向を特定できることが確認された。
図２１は、マイクロシリンジポンプの流量（平均樹液流速度u）とＫ値との関係を示すグラフである。ここで、Ｋ値は、ヒータ付温度プローブ１０と上流側の温度プローブ２０Ａの温度差から得られる（数１参照）。測定されたＫ値をカーブフィッティングすることにより、数１の係数1/α、1/βは、それぞれ0.095、0.828と定められた。このことから、樹液流の流量を測定できることが確認された。
本発明の植物水分動態センサは、植物の水分動態を測定することに適している。
１〜８ 植物水分動態センサ
１０ ヒータ付温度プローブ
１１ 温度センサ
１２ ヒータ
２０ 温度プローブ
２１ 温度センサ
３０ 電気抵抗プローブ
３３ 電気抵抗測定用電極
４０ 電気抵抗兼温度プローブ
５０ 捕集プローブ
５１ 流路
５２ 貫通孔
６０ 捕集兼温度プローブ
８０ 支持部
１０ ヒータ付温度プローブ
１１ 温度センサ
１２ ヒータ
２０ 温度プローブ
２１ 温度センサ
３０ 電気抵抗プローブ
３３ 電気抵抗測定用電極
４０ 電気抵抗兼温度プローブ
５０ 捕集プローブ
５１ 流路
５２ 貫通孔
６０ 捕集兼温度プローブ
８０ 支持部
Claims (9)
- 植物中の水分動態を測定するためのセンサであって、
温度センサとヒータとが設けられたヒータ付温度プローブと、
温度センサが設けられた温度プローブと、
電気抵抗測定用電極が設けられた電気抵抗プローブと、
前記ヒータ付温度プローブ、前記温度プローブおよび前記電気抵抗プローブを平行に並べた状態で支持する支持部と、を備える
ことを特徴とする植物水分動態センサ。 - 前記電気抵抗測定用電極および前記温度センサは、前記植物への突き刺し方向に異なる位置に配置されており、
前記電気抵抗測定用電極を前記植物の導管の位置に配置した状態において、前記温度センサが該植物の師管の位置に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の植物水分動態センサ。 - 前記温度センサおよび前記電気抵抗測定用電極は、前記植物への突き刺し方向に同位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の植物水分動態センサ - 前記電気抵抗プローブが２つ備えられている
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の植物水分動態センサ。 - 前記温度プローブが２つ備えられており、
２つの前記温度プローブは、前記ヒータ付温度プローブを挟む位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の植物水分動態センサ。 - 前記電気抵抗プローブは、前記ヒータ付温度プローブまたは前記温度プローブと一体のプローブとして形成されている
ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の植物水分動態センサ。 - 前記植物の樹液が流入する流路が形成された捕集プローブを備える
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の植物水分動態センサ。 - 前記捕集プローブは、前記ヒータ付温度プローブ、前記温度プローブ、または前記電気抵抗プローブと一体のプローブとして形成されている
ことを特徴とする請求項７記載の植物水分動態センサ。 - 前記ヒータ付温度プローブ、前記温度プローブ、前記電気抵抗プローブおよび前記支持部は、ＳＯＩ基板で形成されており、
前記ヒータ付温度プローブ、前記温度プローブおよび前記電気抵抗プローブは、前記支持部の縁に片持ち梁状に形成されている
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の植物水分動態センサ。
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