JP6083745B2 - 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、植物の新梢末端など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。
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と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１５ｍｍ〜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。
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１５ｍｍ〜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、植物の液流量を直接測定することが重要である。とくに、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など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。
しかるに、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の新梢末端など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など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など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など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、新梢末端や果柄など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、前記植物に突き刺して設置する一対のプローブと、該一対のプローブを支持する支持部と、を備えており、前記各プローブは、前記植物に突き刺して設置した状態において、先端部が該植物の導管または師管に配置し得る長さに形成されており、その軸径が、５０μｍ〜３００μｍとなるように形成されており、前記一対のプローブのうちの一方には温度センサとヒータとが接続されており、他方には温度センサが接続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、植物中の水分動態を測定するためのセンサであって、前記植物に突き刺して設置する一対のプローブと、該一対のプローブを支持する支持部と、を備えており、前記各プローブは、前記植物に突き刺して設置した状態において、先端部が該植物の導管または師管に配置し得る長さに形成されており、その軸径が、５０μｍ〜３００μｍとなるように形成されており、前記支持部と前記一対のプローブは、一体形成されており、該支持部は、その背面に、前記一対のプローブの基端近傍に設けられた温度センサと、前記一対のプローブのうちの一のプローブの基端近傍に設けられたヒータと、を備えてい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または第２発明において、前記一対のプローブは、両者間の距離が１ｍｍ〜２０ｍｍとなるように形成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、前記一対のプローブは、その基端から先端まで距離が５０μｍ〜１ｍｍとなるように形成さ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、前記一対のプローブは、その先端部が円錐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、植物中の水分動態を測定するためのセンサであって、前記植物に突き刺して設置する一対のプローブと、該一対のプローブを支持する支持部と、を備えており、前記各プローブは、前記植物に突き刺して設置した状態において、先端部が該植物の導管または師管に配置し得る長さに形成されており、その軸径が、５０μｍ〜３００μｍとなるように形成されており、前記支持部と前記一対のプローブは、一体形成されており、該支持部は、その背面に、前記一対のプローブの基端近傍に設けられた温度センサと、前記一対のプローブのうちの一のプローブの基端近傍に設けられたヒータと、を備えてい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または第２発明において、前記一対のプローブは、両者間の距離が１ｍｍ〜２０ｍｍとなるように形成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、前記一対のプローブは、その基端から先端まで距離が５０μｍ〜１ｍｍとなるように形成さ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、前記一対のプローブは、その先端部が円錐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、プローブを植物に突き刺すだけで植物に設置することができるので、取付作業が容易になる。また、プローブの軸径が所定の太さに形成されているので、プローブ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。言い換えれば、プローブ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などの細部にも容易に取付けることができる。
第２発明によれば、プローブと支持部と温度センサとヒータとを一体に形成しているので、本発明の植物水分動態センサを小型化することができる。このため、かかる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。すると、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３発明によれば、一対のプローブ間の距離が所定の距離となるように形成されているので、植物にプローブを設置した状態において、プローブ間を流れる水分の水分動態を精度よく測定することができる。
第４発明によれば、プローブを所定の長さとなるように形成しているので、支持部の表面と植物の表面が接触またはほぼ接触させるように配置するだけで、プローブを植物に簡単に取付けることができる。しかも、プローブの長さを植物の表面から導管または師管までの距離とほぼ同じまたは若干長くなるように形成するので、マイクロメータなどの特殊機器等を用いることなく、プローブの先端部を所望の位置に配置することができる。このため、プローブを突き刺して設置するだけで、植物の水分動態をより精度よく測定することができる。
第５発明によれば、プローブの先端部が円錐状に形成されているので、プローブを植物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、プローブを植物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、プローブを植物に突き刺す際にプローブ先端部が破損等することを防止することができる。
第２発明によれば、プローブと支持部と温度センサとヒータとを一体に形成しているので、本発明の植物水分動態センサを小型化することができる。このため、かかる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。すると、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３発明によれば、一対のプローブ間の距離が所定の距離となるように形成されているので、植物にプローブを設置した状態において、プローブ間を流れる水分の水分動態を精度よく測定することができる。
第４発明によれば、プローブを所定の長さとなるように形成しているので、支持部の表面と植物の表面が接触またはほぼ接触させるように配置するだけで、プローブを植物に簡単に取付けることができる。しかも、プローブの長さを植物の表面から導管または師管までの距離とほぼ同じまたは若干長くなるように形成するので、マイクロメータなどの特殊機器等を用いることなく、プローブの先端部を所望の位置に配置することができる。このため、プローブを突き刺して設置するだけで、植物の水分動態をより精度よく測定することができる。
第５発明によれば、プローブの先端部が円錐状に形成されているので、プローブを植物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、プローブを植物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、プローブを植物に突き刺す際にプローブ先端部が破損等することを防止することができる。
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、植物に突き刺して設置するだけで、すぐに設置部位内を流れる水分の水分動態を測定することができるようにしたことに特徴を有する。
とくに、本発明の植物水分動態センサは、植物の新梢末端や果柄などの植物の細部にも容易に取付けることができるようにしたことに特徴を有する。
本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、植物に突き刺して設置するだけで、すぐに設置部位内を流れる水分の水分動態を測定することができるようにしたことに特徴を有する。
とくに、本発明の植物水分動態センサは、植物の新梢末端や果柄などの植物の細部にも容易に取付けることができるようにしたことに特徴を有する。
まず、本発明の植物水分動態センサは、グラニエ法の原理を利用して植物の水分動態を測定する。そこで、本発明の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速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おり、この一対のプローブのうち、一のプローブには、ヒータが設けられている（以下、単にヒータ付温度センサＨＳという）。なお、他のプローブは、リファレンス用として使用するプローブであり、単に温度センサＲＳという。
以下、グラニエセンサを樹木に設置して、樹木中の樹液流速を測定する方法について説明する。
まず、グラニエセンサのヒータ付温度センサＨＳとリファレンス用の温度センサＲＳを樹木の主幹にドリル等によって形成された孔に挿入して樹木に設置した後、１日以上静置する。なお、グラニエセンサのリファレンス用の温度センサＲＳとヒータ付温度センサＨＳは、樹液流速の流れ方向に沿って下方からこの順に配置する。つまり、地面に近い方の孔にリファレンス用の温度センサＲＳを配設し、その上方の孔にヒータ付温度センサＨＳを配設する。
ついで、グラニエセンサのヒータ付温度センサＨＳのヒータを作動させる。このとき、一対のプローブに設けられた温度センサ間には、温度差Δｔが生じる。この温度差Δｔが樹液流速Ｕの関数となるので、かかる関数に基づけば、樹木中に流れる樹液流速Ｆを算出することができる。
例えば、樹木中に流れる樹液流量が多い（つまり樹液流速Ｆが早い）場合、グラニエセンサの一対のプローブ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、ヒータ付温度センサＨＳには、ヒータによって一定のジュール熱がかけられるが、ヒータ付温度センサＨＳ近傍を流れる多量の樹液流量によって熱が運び去られるからである。一方、樹液流量が少ない（つまり樹液流速Ｆが遅い）場合、グラニエセンサの一対のプローブ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、ヒータ付温度センサＨＳには、ヒータによって一定のジュール熱がかけられるが、ヒータ付温度センサＨＳ近傍を流れる樹液流量が少ないので、ヒータ付温度センサＨＳに供給された熱が樹液流量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。
なお、樹液流速Ｕは、１．１９×１０−４・Ｋ１．２３（ｍ／s）、樹液流速Ｆは、Ｕ×Ｓ(ｍ３／ｓ）で表すことができる。
ここで、Ｋは、ヒータ付温度センサＨＳとリファレンス用の温度センサＲＳの温度差Δｔから得られる係数であり、Ｓは、プローブが茎の円周方向に形成する断面積（ｍ２）である。
ここで、Ｋは、ヒータ付温度センサＨＳとリファレンス用の温度センサＲＳの温度差Δｔから得られる係数であり、Ｓは、プローブが茎の円周方向に形成する断面積（ｍ２）である。
つぎに、本実施形態の植物水分動態センサ１の構造について説明する。
図１に示すように、本実施形態の植物水分動態センサ１（以下、本センサ１という）は、一対のプローブ２Ａ、２Ｂと、支持部５と、を備えている。
（支持部５の説明）
まず、支持部５は、一対のプローブ２Ａ、２Ｂを支持する部材であり、支持するプローブ２Ａ、２Ｂの温度差を測定するための機能を有する部材である。具体的には、支持部５は、一対のプローブ２Ａ、２Ｂを支持するための支持面５Ｓを有するベース部６と、このベース部６の支持面５Ｓに対向する面を含む背面5BS側に配設された温度センサ７と、ヒータ８と、を備えた構造を有している。
まず、支持部５は、一対のプローブ２Ａ、２Ｂを支持する部材であり、支持するプローブ２Ａ、２Ｂの温度差を測定するための機能を有する部材である。具体的には、支持部５は、一対のプローブ２Ａ、２Ｂを支持するための支持面５Ｓを有するベース部６と、このベース部６の支持面５Ｓに対向する面を含む背面5BS側に配設された温度センサ７と、ヒータ８と、を備えた構造を有している。
支持部５は、その形状が平面視長方形の略矩形状を有する部材の場合、その長手方向の長さが後述する一対のプローブ２Ａ、２Ｂの軸間距離Ｗよりも長くなるように形成されていれば、長手方向に直交する辺の長さや厚さはとくに限定されない。
例えば、一対のプローブ２Ａ、２Ｂの軸間距離Ｗが約２ｍｍ、プローブ２の軸径が約１００μｍの場合、支持部５は、平面視において、長手方向の長さが約３ｍｍ、長手方向に直交する辺の長さが約１ｍｍとなるように形成することができる。そして、支持部５の厚さも、上記プローブ２を支持することができ、後述する温度センサ７と、ヒータ８とを配設することができる厚さとなるように形成されていれば、とくに限定されず、例えば、６００μｍ程度となるように形成することができる。
つまり、支持部５は、平面視において、一辺が数ミリ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たものを使用することができる。
つまり、支持部５は、平面視において、一辺が数ミリ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たものを使用することができる。
（ベース部６について）
図１に示すように、支持部５は、一対のベース部６を備えており、それぞれのベース部６の上面がプローブ２を立設するための面を有する構造のものを使用することができる。
なお、この一対のベース部６の上面が、支持部５の支持面５Ｓに相当する。また、ベース部６は、その材質は熱伝導性を有する部材であれば、とくに限定されず、例えば、シリコン（Ｓｉ）製の部材を採用することができる。
図１に示すように、支持部５は、一対のベース部６を備えており、それぞれのベース部６の上面がプローブ２を立設するための面を有する構造のものを使用することができる。
なお、この一対のベース部６の上面が、支持部５の支持面５Ｓに相当する。また、ベース部６は、その材質は熱伝導性を有する部材であれば、とくに限定されず、例えば、シリコン（Ｓｉ）製の部材を採用することができる。
この一対のベース部６は、断面長方形の部材であって、その背面5BS側に温度センサ７と、ヒータ８を備えた構造を有している。
具体的には、一対のベース部６の背面5BS側、つまり、ベース部６の支持面５Ｓに対向する面を有する部分には、一対のプローブ２Ａ、２Ｂの中心軸ＣＬ近傍に位置する背面5BS側にそれぞれ温度センサ７Ａ、７Ｂが配設されている。そして、一対のベース部６のうち一のベース部６の背面5BS側には、プローブ２Ｂの中心軸ＣＬ近傍に位置する部分にヒータ８が配設されている。
具体的には、一対のベース部６の背面5BS側、つまり、ベース部６の支持面５Ｓに対向する面を有する部分には、一対のプローブ２Ａ、２Ｂの中心軸ＣＬ近傍に位置する背面5BS側にそれぞれ温度センサ７Ａ、７Ｂが配設されている。そして、一対のベース部６のうち一のベース部６の背面5BS側には、プローブ２Ｂの中心軸ＣＬ近傍に位置する部分にヒータ８が配設されている。
（絶縁部材５ｃについて）
図１に示すように、一対のベース部６は、両者間において、両者を熱的に絶縁する機能を有する絶縁部材５ｃを備えている。
具体的には、この絶縁部材５ｃは、一対のベース部６の支持面５Ｓに立設された一対のプローブ２Ａ、２Ｂの中心軸ＣＬからほぼ等距離に位置するように配置されている。例えば、一対のベース部６がそれぞれ平面視長方形の部材であって長手方向に直交する面同士を対向するように配置する場合であって、対向面から略等距離の位置にそれぞれのプローブ２Ａ、２Ｂが立設されている場合、絶縁部材５ｃは、その対向面同士によって挟み込まれるようにして配置することができる。言い換えれば、絶縁部材５ｃは、ほぼ真ん中で一対のベース部６を分離するように配置されている。
図１に示すように、一対のベース部６は、両者間において、両者を熱的に絶縁する機能を有する絶縁部材５ｃを備えている。
具体的には、この絶縁部材５ｃは、一対のベース部６の支持面５Ｓに立設された一対のプローブ２Ａ、２Ｂの中心軸ＣＬからほぼ等距離に位置するように配置されている。例えば、一対のベース部６がそれぞれ平面視長方形の部材であって長手方向に直交する面同士を対向するように配置する場合であって、対向面から略等距離の位置にそれぞれのプローブ２Ａ、２Ｂが立設されている場合、絶縁部材５ｃは、その対向面同士によって挟み込まれるようにして配置することができる。言い換えれば、絶縁部材５ｃは、ほぼ真ん中で一対のベース部６を分離するように配置されている。
なお、絶縁部材５ｃは、一対のベース部６を熱的に分離することができる部材であれば、とくに限定されず、例えば、略矩形状の断熱性を有する部材を上記のごとき一対のベース部６間に配置してもよいし、断熱性を有する樹脂を一対のベース部６間に流し込むようにして形成してもよい。
（温度センサ７について）
なお、温度センサ７Ａ、７Ｂは、温度を感知する機能を有しており、上記のごとき支持部５の背面5BS側に配設することができる大きさのものであれば、とくに限定されない。
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７として採用することができる。
なお、温度センサ７Ａ、７Ｂは、温度を感知する機能を有しており、上記のごとき支持部５の背面5BS側に配設することができる大きさのものであれば、とくに限定されない。
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７として採用することができる。
（ヒータ８について）
また、ヒータ８は、支持部５のベース部６（図１では左側のベース部６）に熱を供給することができる機能を有しており、上記のごとき支持部５の背面5BS側に配設することができる大きさのものであれば、とくに限定されない。
例えば、ヒータ８として、チタン（Ｔｉ）製の薄膜ヒータを採用すれば、プローブ２Ｂを約６０〜７０℃まで加熱することができる。しかも、かかる薄膜ヒータを使用すれば、プローブ２Ｂを上記温度に加熱するための消費電力を０．１〜０．２Ｗ程度にすることができる。さらに、ヒータ８として、Ｔｉ製の薄膜ヒータを採用すれば、プローブ２Ｂを常温から約７０℃の範囲内で制御することができる。
また、ヒータ８は、支持部５のベース部６（図１では左側のベース部６）に熱を供給することができる機能を有しており、上記のごとき支持部５の背面5BS側に配設することができる大きさのものであれば、とくに限定されない。
例えば、ヒータ８として、チタン（Ｔｉ）製の薄膜ヒータを採用すれば、プローブ２Ｂを約６０〜７０℃まで加熱することができる。しかも、かかる薄膜ヒータを使用すれば、プローブ２Ｂを上記温度に加熱するための消費電力を０．１〜０．２Ｗ程度にすることができる。さらに、ヒータ８として、Ｔｉ製の薄膜ヒータを採用すれば、プローブ２Ｂを常温から約７０℃の範囲内で制御することができる。
（プローブ２Ａ、２Ｂについて）
図１に示すように、プローブ２Ａ、２Ｂは、支持部５のベース部６の支持面５Ｓに立設するように形成された棒状の部材である。プローブ２Ａ、２Ｂは、その大きさが、植物の新梢の末端（以下、単に新梢末端という）や果柄など茎径または軸径が数ミリ程度の植物の細部に突き刺して配置することができる大きさに形成されている。具体的には、プローブ２Ａ、２Ｂは、軸径Ｄと軸方向の長さＬ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４が植物の細部の導管ＣＴおよび／または師管ＳＴに配置し得るような太さＤ（例えば、５０μｍ〜３００μｍ）、長さＬ（例えば、５０μｍ〜１ｍｍ）に形成されている。
図１に示すように、プローブ２Ａ、２Ｂは、支持部５のベース部６の支持面５Ｓに立設するように形成された棒状の部材である。プローブ２Ａ、２Ｂは、その大きさが、植物の新梢の末端（以下、単に新梢末端という）や果柄など茎径または軸径が数ミリ程度の植物の細部に突き刺して配置することができる大きさに形成されている。具体的には、プローブ２Ａ、２Ｂは、軸径Ｄと軸方向の長さＬ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４が植物の細部の導管ＣＴおよび／または師管ＳＴに配置し得るような太さＤ（例えば、５０μｍ〜３００μｍ）、長さＬ（例えば、５０μｍ〜１ｍｍ）に形成されている。
例えば、図２または図３に示すように、プローブ２Ａ、２Ｂは、茎径約３ｍｍの植物の新梢末端に突き刺して配置する場合、その軸径Ｄが約１００μｍ、軸方向の長さＬが３００μｍとなるように形成することができる。この場合、プローブ２Ａ、２Ｂを植物の細部である新梢末端に突き刺して設置した状態において、プローブ２の先端部４が、新梢末端内に形成されている導管ＣＴ内に収容させておくことができる。
以上のごとき構成であるので、支持部５に立設するように形成された一対のプローブ２Ａ、２Ｂを植物に突き刺すだけで植物に設置することができる。このため、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、本センサ１の植物への取付作業が容易になる。
しかも、プローブ２Ａ、２Ｂは、その軸径Ｄ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４が植物の細部の導管ＣＴおよび／または師管ＳＴに配置することができる太さとなるように形成されている。このため、プローブ２Ａ、２Ｂ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。
例えば、プローブ２の軸径Ｄが植物の細部内に形成された導管ＣＴの内径よりも小さくなるように形成すれば、植物に突き刺して設置した状態において、プローブ２の先端部４が植物の細部内に形成された導管ＣＴ内に収容されるように配置することができる。
すると、プローブ２の先端部４によって、プローブ２の先端部４に位置する導管ＣＴ内を流れる水分等の流れを止めないので、プローブ２の設置前後における植物の設置部位（つまりプローブ２の先端部４に位置する導管ＣＴ）内の水分動態の変動を小さくできる。
すると、プローブ２の先端部４によって、プローブ２の先端部４に位置する導管ＣＴ内を流れる水分等の流れを止めないので、プローブ２の設置前後における植物の設置部位（つまりプローブ２の先端部４に位置する導管ＣＴ）内の水分動態の変動を小さくできる。
さらに、プローブ２Ａ、２Ｂは、その軸方向の長さＬ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４が植物の細部の導管ＣＴおよび／または師管ＳＴに配置することができる長さとなるように形成されている。具体的には、プローブ２Ａ、２Ｂは、基端から先端までの長さＬ、言い換えれば、ベース部６の支持面５Ｓから先端までの長さＬが、プローブ２を設置対象となる植物の細部の表面から内部に形成された複数の導管ＣＴのうち一の導管ＣＴの略中心までの距離とほぼ同じとなるように形成する。
例えば、図３に示すように、プローブ２Ａの長さＬ１が、植物の細部の表面から導管ＣＴの略中心までの距離Ｌ２とほぼ同じ長さとなるように形成する。そして、図３に示すように、プローブ２を基端近傍まで突き刺すように支持部５のベース部６の支持面５Ｓと植物の細部の表面が接触またはほぼ接触させるように配置すれば、プローブ２の先端部４を所望の位置（つまり植物の細部の導管ＣＴおよび／または師管ＳＴ）に配置することができる。すると、プローブ２を突き刺して植物に設置するだけで、植物、より具体的には植物の細部内を流れる水分の水分動態をより精度よく測定することができる。しかも、プローブ２を植物の細部に挿入する長さをマイクロメータなどの特殊機器等を用いて計測する必要もないため、プローブ２を植物に簡単に取付けることができる。
つぎに、本センサ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。
（本センサ１の取付方法）
まず、測定対象となる植物の新梢末端に、本センサ１を取付ける。
具体的には、本センサ１のプローブ２Ａ、２Ｂを植物の細部に突き刺して配置する。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Ｌｑ）の流れ方向に沿って、プローブ２Ａ、２Ｂ配置する。このとき、上流側には、ヒータ８を配設していない支持部６（図１では右側の支持部６）に立設したプローブ２Ａ（図１では右側のプローブ２Ａ）を配置する。一方、下流側には、ヒータ８が配設された支持部６（図１では左側の支持部６）に立設したプローブ２Ｂ（図１では左側のプローブ２Ｂ）を配置する。つまり、図２に示すように、植物の新梢末端が地面に対して略す鉛直方向に上方に向かって伸びている場合、地面に近い方にプローブ２Ａを配置し、その上方にプローブ２Ｂが配置されるように取付ける。
まず、測定対象となる植物の新梢末端に、本センサ１を取付ける。
具体的には、本センサ１のプローブ２Ａ、２Ｂを植物の細部に突き刺して配置する。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Ｌｑ）の流れ方向に沿って、プローブ２Ａ、２Ｂ配置する。このとき、上流側には、ヒータ８を配設していない支持部６（図１では右側の支持部６）に立設したプローブ２Ａ（図１では右側のプローブ２Ａ）を配置する。一方、下流側には、ヒータ８が配設された支持部６（図１では左側の支持部６）に立設したプローブ２Ｂ（図１では左側のプローブ２Ｂ）を配置する。つまり、図２に示すように、植物の新梢末端が地面に対して略す鉛直方向に上方に向かって伸びている場合、地面に近い方にプローブ２Ａを配置し、その上方にプローブ２Ｂが配置されるように取付ける。
（測定方法）
ついで、ベース部６の背面5BS側に配設されたヒータ８を作動させる。ヒータ８を作動すれば、ヒータ８から供給された熱エネルギは、ベース部６を介してプローブ２Ｂに供給される。プローブ２Ｂに供給された熱エネルギは、プローブ２Ｂ表面からプローブ２Ｂ近傍に位置する新梢末端内に存在する導管ＣＴ内を流れる液体Ｌｑに放出される。
例えば、図２および図３に示すように、プローブ２Ｂの先端部が新梢末端の導管ＣＴ内に位置するようにプローブ２Ｂを配置した場合、ヒータ８から供給された熱エネルギは、プローブ２Ｂを介して導管ＣＴ内を流れる液体Ｌｑ（図３では紙面に対して手前方向に向かって流れる液体Ｌｑ）に放出される。
ついで、ベース部６の背面5BS側に配設されたヒータ８を作動させる。ヒータ８を作動すれば、ヒータ８から供給された熱エネルギは、ベース部６を介してプローブ２Ｂに供給される。プローブ２Ｂに供給された熱エネルギは、プローブ２Ｂ表面からプローブ２Ｂ近傍に位置する新梢末端内に存在する導管ＣＴ内を流れる液体Ｌｑに放出される。
例えば、図２および図３に示すように、プローブ２Ｂの先端部が新梢末端の導管ＣＴ内に位置するようにプローブ２Ｂを配置した場合、ヒータ８から供給された熱エネルギは、プローブ２Ｂを介して導管ＣＴ内を流れる液体Ｌｑ（図３では紙面に対して手前方向に向かって流れる液体Ｌｑ）に放出される。
このときの各プローブ２Ａ、２Ｂの温度は、一対のベース部６の背面5BS側に配設された対応する温度センサ７Ａ、７Ｂによって検出することができるようになっている。そして、各温度センサ７Ａ、７Ｂが検出した温度値から両者の温度差を算出し、上述したグラニエ法に基づいて新梢末端内を流れる液体Ｌｑの流速（または流量）を測定することができる。
例えば、導管ＣＴ内を流れる液体Ｌｑの流速が早い（つまり液体Ｌｑの流量が多い）場合には、プローブ２Ｂ近傍の液体Ｌｑは、常に新しい液体Ｌｑに置き換えられた状態となる。このため、プローブ２Ｂに供給する熱エネルギを一定とすれば、プローブ２Ｂの温度は、プローブ２Ｂ近傍の液体Ｌｑによって運び去られる。一方、導管ＣＴ内を流れる液体Ｌｑの流速が遅い（つまり液体Ｌｑの流量が少ない）場合には、プローブ２Ｂ近傍の液体Ｌｑは、滞留したような状態となるので、プローブ２Ｂに供給する熱エネルギを一定とすれば、プローブ２Ｂの温度は、蓄積されたような状態となる。
したがって、導管ＣＴ内を流れる液体Ｌｑの流速（または流量）をプローブ２Ａ、２Ｂ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のである。
したがって、導管ＣＴ内を流れる液体Ｌｑの流速（または流量）をプローブ２Ａ、２Ｂ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のである。
なお、ヒータ８からプローブ２Ｂに供給された熱エネルギは、他方のプローブ２Ａに供給されない。なぜなら、一対のベース部６間に設けられた絶縁部材５ｃによって、ヒータ８から供給された熱エネルギがプローブ２Ａが立設したベース部６に供給されるのを遮断するからである。しかも、プローブ２Ａとプローブ２Ｂを導管ＣＴ内を流れる液体Ｌｑの流路方向に沿って順に配置（つまり、液体Ｌｑの上流側にプローブ２Ａを配置し、下流側にプローブ２Ｂを配置）しているので、プローブ２Ｂの表面から放出された熱エネルギが液体Ｌｑの流れに乗ってプローブ２Ａに供給されるのを防止できる。
以上のごとく、プローブ２が上記のごとき構造であるので、プローブ２を植物の新梢末端などの細部に設置しても、かかる細部に与えるストレスを小さくできるので、設置後すぐにかかる細部内を流れる水分（液体Ｌｑ）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などの細部にも容易に取付けることができる。
なお、プローブ２Ａ、２Ｂは、上述したように軸径Ｄおよび長さＬが、それぞれ５０μｍ〜３００μｍ、５０μｍ〜１ｍｍとなるように形成されているのが好ましく、軸径Ｄが５０μｍ〜１００μｍ、長さＬが２５０μｍ〜３００μｍとなるように形成するのがより好ましい。
プローブ２Ａ、２Ｂの軸径が５０μｍよりも細い場合には、植物の細部にプローブ２Ａ、２Ｂを取付けるとくにプローブ２Ａ、２Ｂが破損する可能性が高くなる。一方、プローブ２Ａ、２Ｂの軸径が３００μｍよりも太い場合には、植物の細部にプローブ２Ａ、２Ｂを取付けた状態において、植物の細部へ与えるストレスが大きくなる。
また、プローブ２Ａ、２Ｂの長さＬが、５０μｍよりも短い場合にはプローブ２Ａ、２Ｂの先端部４が植物の細部内の導管ＣＴなどの所望の位置までとどかなくなる可能性がある。一方、プローブ２Ａ、２Ｂの長さＬが１ｍｍよりも長い場合には先端部４が導管ＣＴが存在する部位よりもさらに芯材方向に位置する部分に配置される可能性がある。つまり、プローブ２Ａ、２Ｂは、その長さが上記範囲となるように形成すれば、支持部５の支持面５Ｓと植物の細部の表面が接触またはほぼ接触させるように配置するだけで、プローブ２Ａ、２Ｂを植物の細部に簡単に取付けることができる。しかも、プローブ２Ａ、２Ｂの長さを植物の表面から導管ＣＴおよび／または師管ＳＴまでの距離とほぼ同じまたは若干長くなるように形成するので、マイクロメータなどの特殊機器等を用いることなく、プローブ２Ａ、２Ｂの先端部４を所望の位置（例えば、配置対象の細部内に存在する導管ＣＴ内）に配置することができる。このため、プローブ２Ａ、２Ｂを突き刺して設置するだけで、植物の細部の水分動態をより精度よく測定することができる。
したがって、植物の細部内を流れる水分（液体Ｌｑ）の水分動態を測定するには、プローブ２Ａ、２Ｂは、その軸径が５０μｍ〜３００μｍ、より好ましくは５０μｍ〜１００μｍであり、その長さＬが５０μｍ〜１ｍｍ、より好ましくは２５０μｍ〜３００μｍである。
また、プローブ２Ａ、２Ｂは、両者間の距離Ｗが、プローブ２Ａ、２Ｂ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Ｌｑ）の流速（流量）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２Ａ、２Ｂの中心軸ＣＬの中心間距離Ｗが１ｍｍ〜２０ｍｍであればよいが、１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、より好ましくは１〜２ｍｍである。
プローブ２Ａ、２Ｂの中心間距離Ｗが１ｍｍよりも短い場合にはヒータ８から供給された熱エネルギが植物の組織等を介してプローブ２Ａに供給される可能性がある。一方、プローブ２Ａ、２Ｂの中心間距離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Ｌｑ）の流れを精度よく検出できなかったりする可能性がある。したがって、各プローブ２Ａ、２Ｂの中心軸ＣＬの中心間距離Ｗは、１ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍ、より好ましくは１〜２ｍｍである。プローブ２Ａ、２Ｂの中心間距離Ｗを上述した範囲とすれば、植物の新梢末端などの細部にプローブ２Ａ、２Ｂを設置した状態において、プローブ２Ａ、２Ｂ間を流れる水分（液体Ｌｑ）の水分動態を精度よく測定することができる。
プローブ２Ａ、２Ｂの中心間距離Ｗが１ｍｍよりも短い場合にはヒータ８から供給された熱エネルギが植物の組織等を介してプローブ２Ａに供給される可能性がある。一方、プローブ２Ａ、２Ｂの中心間距離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Ｌｑ）の流れを精度よく検出できなかったりする可能性がある。したがって、各プローブ２Ａ、２Ｂの中心軸ＣＬの中心間距離Ｗは、１ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍ、より好ましくは１〜２ｍｍである。プローブ２Ａ、２Ｂの中心間距離Ｗを上述した範囲とすれば、植物の新梢末端などの細部にプローブ２Ａ、２Ｂを設置した状態において、プローブ２Ａ、２Ｂ間を流れる水分（液体Ｌｑ）の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２Ａ、２Ｂは、円柱状の軸部３と先端部４とから形成されたものを使用することができる。この先端部４は、その形状が円錐状に形成されているのが好ましい。プローブ２Ａ、２Ｂの先端部４が円錐状に形成されていれば、プローブ２Ａ、２Ｂ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２Ａ、２Ｂ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２Ａ、２Ｂを植物の細部に突き刺す際にプローブ２Ａ、２Ｂの先端部４が破損等することを防止することができる。
また、支持部５とプローブ２Ａ、２Ｂは一体形成されているのが好ましい。プローブ２Ａ、２Ｂと支持部５（温度センサ７とヒータ８も含む）を一体に形成すれば、本センサ１を小型化することができる。このため、かかる本センサ１を植物の細部に設置しても植物に対する負担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。すると、植物の細部内を流れる水分（液体Ｌｑ）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。
しかも、植物の新梢末端などの細部は水分供給等の影響を受けやすい部位である。本センサ１を使用すれば、かかる部位内を流れる水分（液体Ｌｑ）の水分動態を長期間に渡り、かつほぼリアルタイムに把握することができるので、植物の生育状態に合わせてより適切に水分供給や養分補給（施肥）を行うことができる。
なお、本センサ１は、植物の新梢末端などの細部内を流れる水分（液体Ｌｑ）の流量（流速）などの測定データを配線や無線通信装置等を介して植物に水分供給や養分補給（施肥）等を行う機能を有する補給手段に送信することができる機能を設けてもよい。この場合、本センサ１から送信された測定データに基づいて補給手段を作動させることができるので、植物栽培が自動化することが可能となる。
また、図１に示すように、支持部５は、ベース部６と外部を熱的に絶縁する機能を有する絶縁部材５ａを備えた構造を採用してもよい。具体的には、絶縁部材５ａは、ベース部６の背面を覆うように形成する。絶縁部材５ａを備えた構造を採用すれば、プローブ２Ａ、２Ｂの温度の温度をより精度よく検出できるから、プローブ２Ａ、２Ｂを植物の細部に取付けた状態において、プローブ２Ａ、２Ｂの温度差Δｔをより精度よく測定することができる。
さらになお、図１に示すように、支持部５は、ベース部６と絶縁部材５ａとの間に両者間を電気的に絶縁する機能を有する電気絶縁部材５ｂを備えた構造を採用してもよい。具体的には、電気絶縁部材５ｂは、その表面に絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜）を有しており、その絶縁膜表面に温度センサ７を配設している。
例えば、図１に示すように、電気絶縁部材５ｂは、表裏を貫通する貫通孔が複数形成されており、この貫通孔内に配線が配設された部材である。この電気絶縁部材５ｂの表面には温度センサ７が配設されており、背面にはヒータ８が配設されている。そして、両者は電気絶縁部材５ｂに配設された配線によって外部と電気的に接続することができるように形成されている。なお、電気絶縁部材５ｂの配線は、端部を外部の温度モニタなどの検出器等と電気的に接続することができるものであればとくに限定されない。
例えば、図１に示すように、電気絶縁部材５ｂは、表裏を貫通する貫通孔が複数形成されており、この貫通孔内に配線が配設された部材である。この電気絶縁部材５ｂの表面には温度センサ７が配設されており、背面にはヒータ８が配設されている。そして、両者は電気絶縁部材５ｂに配設された配線によって外部と電気的に接続することができるように形成されている。なお、電気絶縁部材５ｂの配線は、端部を外部の温度モニタなどの検出器等と電気的に接続することができるものであればとくに限定されない。
（製造方法）
本実施形態の植物水分動態センサ１のプローブ２および支持部５を製造する方法は、上述した大きさおよび機能を有するように形成することができれば、とくに限定されない。例えば、支持部５を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技術に基づいて形成することができる。
なお、ＭＥＭＳ技術に基づく製造方法は、特開２０１２−８４７３７に開示された方法を採用することができる。
本実施形態の植物水分動態センサ１のプローブ２および支持部５を製造する方法は、上述した大きさおよび機能を有するように形成することができれば、とくに限定されない。例えば、支持部５を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技術に基づいて形成することができる。
なお、ＭＥＭＳ技術に基づく製造方法は、特開２０１２−８４７３７に開示された方法を採用することができる。
以下では、プローブ２および支持部５をＭＥＭＳ技術に基づいて一体形成する場合について簡単に説明する。
（支持部５の製造方法について）
まず、ベース部６の背面側に酸化拡散炉を用いてｐｎ接合を用いた温度センサ７と、ヒータ８および配線を配設する。具体的には、ベース部６の背面側において、拡散用ホールを形成した後、Ｎ拡散を形成する。その後、配線用ホールを形成した後、金およびクロムなどの金属薄膜を形成する。その後、配線層およびヒータ８を形成した後、レジストを除去すれば、ベース部６の背面側にｐｎ接合を用いた温度センサ７と、ヒータ８および配線を配設することができる。
まず、ベース部６の背面側に酸化拡散炉を用いてｐｎ接合を用いた温度センサ７と、ヒータ８および配線を配設する。具体的には、ベース部６の背面側において、拡散用ホールを形成した後、Ｎ拡散を形成する。その後、配線用ホールを形成した後、金およびクロムなどの金属薄膜を形成する。その後、配線層およびヒータ８を形成した後、レジストを除去すれば、ベース部６の背面側にｐｎ接合を用いた温度センサ７と、ヒータ８および配線を配設することができる。
（プローブ２の製造方法について）
ついで、ベース部６の表面（つまり支持面５Ｓ側）にプローブ２を形成する。
まず、プローブ２の水平断面形状にレジストマスクを形成し、その後、結晶異方性エッチングにより円錐形状加工を行う（先端部４の形成）。その後、垂直方向性エッチングにより円筒状形状加工を行う（軸部３の形成）。最後に、マスク材料を除去すれば、先端部４が円錐状に形成された円筒状のプローブ２を形成することができる。
ついで、ベース部６の表面（つまり支持面５Ｓ側）にプローブ２を形成する。
まず、プローブ２の水平断面形状にレジストマスクを形成し、その後、結晶異方性エッチングにより円錐形状加工を行う（先端部４の形成）。その後、垂直方向性エッチングにより円筒状形状加工を行う（軸部３の形成）。最後に、マスク材料を除去すれば、先端部４が円錐状に形成された円筒状のプローブ２を形成することができる。
（他の実施形態）
上記例では、プローブ２Ａ、２Ｂ間の温度差Δｔを測定する場合について説明したが、プローブ２Ａ、２Ｂ間の温度差Δｔを測定することができれば、プローブ２をさらに追加した構造を採用することもできる。つまり、支持部５が複数のベース部６を有する構造としてもよい。
上記例では、プローブ２Ａ、２Ｂ間の温度差Δｔを測定する場合について説明したが、プローブ２Ａ、２Ｂ間の温度差Δｔを測定することができれば、プローブ２をさらに追加した構造を採用することもできる。つまり、支持部５が複数のベース部６を有する構造としてもよい。
例えば、温度センサ７Ａとプローブ２Ａを備えたベース部６（センサベース部６という）を２つ設け、この２つのセンサベース部６の間に、温度センサ７Ｂとヒータ８とプローブ２Ｂとを備えたベース部６を配置する構造を採用してもよい。なお、かかる構成とした場合には、隣接するプローブ２の軸間距離が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く、とくに限定されない。
そして、上記構造を有する本実施形態の植物水分動態センサのプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ａを植物の細部に突き刺して配置する。このとき、各プローブ２Ａ、２Ｂ、２Ａの先端部４が植物の細部内に存在する師管ＳＴ内に位置するように配置する。すると、各プローブ２を植物の細部に配置した状態において、ヒータ８を作動すれば、師管ＳＴ内を流れる水分（液体）の水分動態、例えば、上下方向の流動を測定することができる。なぜなら、師管ＳＴ内を流れる水分（液体）が新梢末端の先端方向に向かって流れている場合、プローブ２Ｂを一対のプローブ２Ａで挟むように配置しているので、新梢末端の先端側に位置するプローブ２Ａは他方のプローブ２Ａに比べて温度が高く検出されるからである。
なお、各プローブ２Ａ、２Ｂ、２Ａは、その軸径Ｄが師管ＳＴの内径と略同じまたはやや小さくなるように形成し、長さＬが植物の細部表面から師管ＳＴが存在する部位までの長さよりもやや長くなるように形成する。
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（１）（２）の試験を行った。
（１）動作検証試験
（２）比較試験
（１）動作検証試験
（２）比較試験
実験に使用した植物水分動態センサは、以下の製造プロセスに基づいて作成した。
温度センサおよびヒータの製作フロー（図４では紙面上方から下方へ）を図４に、プローブの製作フロー（図５では紙面上方から下方へ）を図５に示す。
（温度センサおよびヒータの製作プロセス）
図４に示すように、Ｓｉチップ（支持部のベース部に相当）上に工程（１）、（２）において、酸化拡散炉を用いてｐｎ接合を用いた温度センサを製作した。その後、工程（３）でマイクロヒータ（Ｔｉ薄膜ヒータ：消費電力が約０．１〜０．２Ｗ）や配線形成を行なった。
なお、図４において、温度センサおよびヒータは、Ｓｉチップの背面に形成されているが、一対のプロ−ブが形成されたＳｉチップの表面であっても良い。
図４に示すように、Ｓｉチップ（支持部のベース部に相当）上に工程（１）、（２）において、酸化拡散炉を用いてｐｎ接合を用いた温度センサを製作した。その後、工程（３）でマイクロヒータ（Ｔｉ薄膜ヒータ：消費電力が約０．１〜０．２Ｗ）や配線形成を行なった。
なお、図４において、温度センサおよびヒータは、Ｓｉチップの背面に形成されているが、一対のプロ−ブが形成されたＳｉチップの表面であっても良い。
（プローブの製作プロセス）
図５に示すように、工程（１）において、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、工程（２）で、結晶異方性エッチングにより円錐形状加工を行なった。その後、工程（３）および工程（４）で、垂直方向性エッチングにより円筒形状を形成した。そして、最後に工程（５）で不要となるマスク材料を除去することによって、プローブを形成した。
なお、この際、Ｓｉチップの表面（支持面に相当）上に絶縁膜を形成し、一のプローブのみにヒータの熱を伝達させたり、他のプローブのみで熱を検出したりする構成にしても良い。
図５に示すように、工程（１）において、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、工程（２）で、結晶異方性エッチングにより円錐形状加工を行なった。その後、工程（３）および工程（４）で、垂直方向性エッチングにより円筒形状を形成した。そして、最後に工程（５）で不要となるマスク材料を除去することによって、プローブを形成した。
なお、この際、Ｓｉチップの表面（支持面に相当）上に絶縁膜を形成し、一のプローブのみにヒータの熱を伝達させたり、他のプローブのみで熱を検出したりする構成にしても良い。
上記製作フローに基づくことによって、プローブとヒータと温度センサとをＳｉ基板上に一括形成することができた。
上記製作フローに基づいて製作したプローブの外観のＳＥＭ写真を図６（Ａ）および図７に示す。また、温度センサおよびヒータの外観のＳＥＭ写真を図６（Ｂ）に示す。
図６および図７に示すように、プローブは、その先端部形状が円錐状に形成することができた。また、プローブは、軸径が約１００μｍ、長さが約３００μｍとなるように形成することができた。
上記製作フローに基づいて製作したプローブの外観のＳＥＭ写真を図６（Ａ）および図７に示す。また、温度センサおよびヒータの外観のＳＥＭ写真を図６（Ｂ）に示す。
図６および図７に示すように、プローブは、その先端部形状が円錐状に形成することができた。また、プローブは、軸径が約１００μｍ、長さが約３００μｍとなるように形成することができた。
（動作検証試験）
（１）動作検証試験
つぎに、上記製作フローに基づいて製作したプローブと温度センサおよびヒータの動作検証試験を行った。
（１）動作検証試験
つぎに、上記製作フローに基づいて製作したプローブと温度センサおよびヒータの動作検証試験を行った。
（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。
まず、温度センサの温度特性実験を行った。
結果を図８に示す。
図８に示すように、２０℃〜８５℃の範囲で測定可能であることが確認できた。また、かかる温度センサの温度特性つまり感度は、−４．４（ｍＶ／℃）であった。
図８に示すように、２０℃〜８５℃の範囲で測定可能であることが確認できた。また、かかる温度センサの温度特性つまり感度は、−４．４（ｍＶ／℃）であった。
（プローブの温度上昇実験）
つぎに、プローブの温度上昇実験を行った。
実験では、プローブの温度をより直接的に測定を行うために、赤外線サーモグラフィ（ＮＥＣ Ａｖｉｏ赤外線テクノロジー（株）社製、型番；ＩｎｆＲｅＣ Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ Ｒ３００）を用いた。
つぎに、プローブの温度上昇実験を行った。
実験では、プローブの温度をより直接的に測定を行うために、赤外線サーモグラフィ（ＮＥＣ Ａｖｉｏ赤外線テクノロジー（株）社製、型番；ＩｎｆＲｅＣ Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ Ｒ３００）を用いた。
結果を図９に示す。
図９には、プローブの温度とヒータ駆動電圧の関係を示した。
図９に示すように、ＤＣ４Ｖ（ヒータ電力０．１２Ｗ）をヒータに印加することによって、プローブの温度を常温〜約７０℃まで制御することができることが確認できた。つまり、植物内を流れる液体の水分動態の測定に必要と考えられる常温〜５０℃の範囲でプローブの温度を制御することができることが確認できた。
図９には、プローブの温度とヒータ駆動電圧の関係を示した。
図９に示すように、ＤＣ４Ｖ（ヒータ電力０．１２Ｗ）をヒータに印加することによって、プローブの温度を常温〜約７０℃まで制御することができることが確認できた。つまり、植物内を流れる液体の水分動態の測定に必要と考えられる常温〜５０℃の範囲でプローブの温度を制御することができることが確認できた。
以上の結果から、本発明の植物水分動態センサを用いることによって、植物の細部（例えば、新梢末端や果柄）にプローブを突き刺して設置すれば、植物の細部内を流れる液体の水分動態の測定することができることが確認できた。
（比較試験）
（２）比較試験
つぎに、本発明の植物水分動態センサ（以下、単に本センサという）の有効性を評価するために、従来から樹木の樹液流量の測定方法として信頼性が高いグラニエセンサを用いて比較した。
（２）比較試験
つぎに、本発明の植物水分動態センサ（以下、単に本センサという）の有効性を評価するために、従来から樹木の樹液流量の測定方法として信頼性が高いグラニエセンサを用いて比較した。
実験では、（Ｉ）孟宗竹を用いた樹液流速の比較実験、（ＩＩ）疑似植物実験系を用いた樹液流速の比較実験、を行い評価した。
（Ｉ）孟宗竹を用いた樹液流速の比較実験
まず、孟宗竹を用いた樹液流速の比較実験を行い、グラニエセンサの樹液流速Ｕの実験式を用いて、グラニエセンサと同等の精度で樹液流速が測定可能か否かを検証した。
まず、孟宗竹を用いた樹液流速の比較実験を行い、グラニエセンサの樹液流速Ｕの実験式を用いて、グラニエセンサと同等の精度で樹液流速が測定可能か否かを検証した。
実験に使用したプローブは、軸径が３００μｍのものを使用した。
実験に使用したグラニエセンサは、軸径が２．０ｍｍと１．３ｍｍのものを使用した。
実験に用いた孟宗竹は、香川県高松市西植田のドングリランド内の竹林より採取したものを使用した。孟宗竹を用いた理由は、径方向(深さ方向)に維管束が比較的均一に配列している植物であり、最近、樹液流速の測定報告例が多いためである。
実験に使用したグラニエセンサは、軸径が２．０ｍｍと１．３ｍｍのものを使用した。
実験に用いた孟宗竹は、香川県高松市西植田のドングリランド内の竹林より採取したものを使用した。孟宗竹を用いた理由は、径方向(深さ方向)に維管束が比較的均一に配列している植物であり、最近、樹液流速の測定報告例が多いためである。
なお、グラニエセンサの樹液流速Ｕの実験式は以下の式に示す。
Ｕ＝１．１９×１０−４・Ｋ１．２３（ｍ／s）
ここで、Ｋは、グラニエセンサのヒータ付温度センサＨＳとリファレンス用の温度センサＲＳの温度差Δｔから得られる係数である。
Ｕ＝１．１９×１０−４・Ｋ１．２３（ｍ／s）
ここで、Ｋは、グラニエセンサのヒータ付温度センサＨＳとリファレンス用の温度センサＲＳの温度差Δｔから得られる係数である。
また、樹液流量Ｆは、以下の式で表すことができた。
Ｆ＝Ｕ×Ｓ(ｍ３／ｓ）
ここで、Ｓは、プローブが茎の円周方向に形成する断面積（ｍ２）である。
Ｆ＝Ｕ×Ｓ(ｍ３／ｓ）
ここで、Ｓは、プローブが茎の円周方向に形成する断面積（ｍ２）である。
実験では、本センサのプローブとグラニエセンサを切り出した孟宗竹に挿し込んで樹液流速の同時測定を行った。
なお、本実験系を用いて測定した樹液流速Ｕｂａｍｂｏｏの導出には以下の補正式を使用した。
Ｕｂａｍｂｏｏ＝１．６１×１０−４・Ｋ１．２３（ｍ／s）
なお、本実験系を用いて測定した樹液流速Ｕｂａｍｂｏｏの導出には以下の補正式を使用した。
Ｕｂａｍｂｏｏ＝１．６１×１０−４・Ｋ１．２３（ｍ／s）
その結果、樹液流速Ｕｂａｍｂｏｏは,プローブの軸径によらず一定になると予想したが、実験では,プローブの軸径を細くすると、樹液流速が僅かに増大する結果となった。しかし、本センサのプローブを用いた樹液流速の測定結果は、グラニエセンサを用いた測定結果である小野澤らによる既報の報告結果（日本森林学会誌、９１（５）（２００９）３６６−３７０）の偏差内に入っていることから、概ね良好に測定できていることが確認できた。
（ＩＩ）疑似植物実験系を用いた樹液流速の比較実験
つぎに、疑似植物実験系を用いた樹液流速の比較実験を行った。
つぎに、疑似植物実験系を用いた樹液流速の比較実験を行った。
なお、本実験は、以下の理由から行った。
比較実験（Ｉ）では、植物ごとに個体差があり、更に季節や天候の影響を受け易い等の理由から、実験結果の再現性に問題が残る可能性があった。また、植物維管束を流れる樹液流量の絶対値の把握が必要なことは言うまでもない。このため、本センサのプローブを細くした場合の樹液流量に関する定量的な議論を行なう上では、流量を任意に変更でき、かつ安定した樹液流量を流すことが可能であり、しかもその流量の絶対値を検出可能なマイクロ電子天秤等が組み込まれた疑似植物実験系を準備する必要があったからである。
比較実験（Ｉ）では、植物ごとに個体差があり、更に季節や天候の影響を受け易い等の理由から、実験結果の再現性に問題が残る可能性があった。また、植物維管束を流れる樹液流量の絶対値の把握が必要なことは言うまでもない。このため、本センサのプローブを細くした場合の樹液流量に関する定量的な議論を行なう上では、流量を任意に変更でき、かつ安定した樹液流量を流すことが可能であり、しかもその流量の絶対値を検出可能なマイクロ電子天秤等が組み込まれた疑似植物実験系を準備する必要があったからである。
実験に使用した疑似植物実験系は、シリコンチューブ内におが屑を詰め込み、その中に水を流し込むことで疑似的な植物維管束を形成した。そして、この疑似的な植物維管束にグラニエセンサと本センサのプローブ（テストセンサという）を挿し込んで樹液流速の同時測定を行った。
なお、流量の絶対値測定には、マイクロ電子天秤(島津製作所製、型番；ＡＵＷ２２０Ｄ、最少表示：０．０１ｍｇ）を使用した。
グラニエセンサと本センサのプローブ（テストセンサ）の測定データを上述した樹液流速Ｕの式に代入して求められた樹液流速の測定値とマイクロ電子天秤の重量変化から算出された樹液流速の絶対値との関係を調べた。
その結果、本センサのプローブの軸径を３００μｍよりも細くした場合であっても、グラニエセンサ(軸径 １．３ｍｍ、Ｒｅｆ）とほぼ同程度の測定精度で樹液流速を測定可能なことが確認できた。
なお、樹液流速の測定値は、樹液流速の絶対値の６割程度であった。この差異が生じた理由としては、測定を行なった樹液流速が比較的微少領域であり、そのために樹液流速の測定精度が低下したことが原因と考えられる。
なお、樹液流速の測定値は、樹液流速の絶対値の６割程度であった。この差異が生じた理由としては、測定を行なった樹液流速が比較的微少領域であり、そのために樹液流速の測定精度が低下したことが原因と考えられる。
図１０は、本センサのプローブ（テストセンサ）（軸径３００μｍ）について上述した樹液流速Ｕの式に基づいて導出した樹液流速の測定値とマイクロ電子天秤の重量変化から算出した樹液流速の絶対値との関係をプロットした図である。
図１０に示すように、本センサのプローブ（テストセンサ）で測定された樹液流速の測定値は、樹液流速の絶対値との比較から、過少評価されていることが確認できた。
図１０に示すように、本センサのプローブ（テストセンサ）で測定された樹液流速の測定値は、樹液流速の絶対値との比較から、過少評価されていることが確認できた。
そこで、本センサのプローブ（テストセンサ）による疑似植物実験系での樹液流速Ｕは、上述した比較試験（Ｉ）の補正式と同様に、上述したグラニエ法におけるグラニエセンサの樹液流速Ｕの実験式に基づいて、以下の式で表すことができた。
Ｕ＝１．９８×１０−４・Ｋ１．２３（ｍ／s）
Ｕ＝１．９８×１０−４・Ｋ１．２３（ｍ／s）
以上の実験結果から、本センサのプローブの軸径を３００μｍよりも小さくしても、グラニエセンサとほぼ同等の精度で樹液流速の測定が可能であることが確認できた。
以下では、プローブを３つ備えた構造の植物水分動態センサの有効性を確認した。
実験では、図１１に示すように、３つのセンサを有する植物水分動態センサを使用することによって師管内を流れる液体の水分動態（流れ方向と流量）が検出できるか否かを評価した。
実験では、図１１に示すように、３つのセンサを有する植物水分動態センサを使用することによって師管内を流れる液体の水分動態（流れ方向と流量）が検出できるか否かを評価した。
実験では、図１２に示すような、流れの向きと流量を計測するために擬似植物実験系を使用した。
実験に使用した本センサのプローブは、その軸径が３００μｍであった。
なお、リファレンスとなる流量の絶対量は、マイクロ電子天秤を用いて測定した。
実験に使用した本センサのプローブは、その軸径が３００μｍであった。
なお、リファレンスとなる流量の絶対量は、マイクロ電子天秤を用いて測定した。
結果を図１３および図１４に示す。
図１３は、流れの向きに関する実験結果である。
図１４は、流量に関する実験結果である。
なお、データ取得間隔は５分間隔として、その時点の測定値をプロットした。
図１３は、流れの向きに関する実験結果である。
図１４は、流量に関する実験結果である。
なお、データ取得間隔は５分間隔として、その時点の測定値をプロットした。
図１３に示すように、温度センサ１と温度センサ２の温度差から流れの向きを推定できることが確認できた。
また、図１４に示すように、温度センサ１、２とヒータ付温度センサの温度差から流量を算出することができた。算出した流量は、絶対量に対して約６０％を示していることが確認できた。このため、上述した基本実験の場合と同様に補正式を導出することによって、師管内を流れる液体の流量を算出できることが確認できた。
また、図１４に示すように、温度センサ１、２とヒータ付温度センサの温度差から流量を算出することができた。算出した流量は、絶対量に対して約６０％を示していることが確認できた。このため、上述した基本実験の場合と同様に補正式を導出することによって、師管内を流れる液体の流量を算出できることが確認できた。
したがって、本発明の植物水分動態センサを用いることによって、師管内を流れる液体の水分動態（流れ方向と流量）を検出できることが確認できた。
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 植物水分動態センサ
２ プローブ
３ 軸部
４ 先端部
５ 支持部
６ ベース部
７ 温度センサ
８ ヒータ
Ｄ プローブの軸径
Ｌ プローブの長さ
Ｗ プローブ間の距離
２ プローブ
３ 軸部
４ 先端部
５ 支持部
６ ベース部
７ 温度センサ
８ ヒータ
Ｄ プローブの軸径
Ｌ プローブの長さ
Ｗ プローブ間の距離
Claims (5)
- 植物中の水分動態を測定するためのセンサであって、
前記植物に突き刺して設置する一対のプローブと、
該一対のプローブを支持する支持部と、を備えており、
前記各プローブは、
前記植物に突き刺して設置した状態において、先端部が該植物の導管または師管に配置し得る長さに形成されており、
その軸径が、５０μｍ〜３００μｍとなるように形成されており、
前記一対のプローブのうちの一方には温度センサとヒータとが接続されており、他方には温度センサが接続されている
ことを特徴とする植物水分動態センサ。 - 植物中の水分動態を測定するためのセンサであって、
前記植物に突き刺して設置する一対のプローブと、
該一対のプローブを支持する支持部と、を備えており、
前記各プローブは、
前記植物に突き刺して設置した状態において、先端部が該植物の導管または師管に配置し得る長さに形成されており、
その軸径が、５０μｍ〜３００μｍとなるように形成されており、
前記支持部と前記一対のプローブは、一体形成されており、
該支持部は、
その背面に、前記一対のプローブの基端近傍に設けられた温度センサと、前記一対のプローブのうちの一のプローブの基端近傍に設けられたヒータと、を備えている
ことを特徴とする植物水分動態センサ。 - 前記一対のプローブは、
両者間の距離が１ｍｍ〜２０ｍｍとなるように形成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の植物水分動態センサ。 - 前記一対のプローブは、
その基端から先端まで距離が５０μｍ〜１ｍｍとなるように形成されている
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。 - 前記一対のプローブは、
その先端部が円錐状に形成されている
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。
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