JP7020094B2 - Electrical conductivity estimation device - Google Patents

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本発明は、電気伝導度推定装置に関するものである。 The present invention relates to an electric conductivity estimation device.

下記特許文献には、検出対象物の水分量を静電容量として検出する水分検出装置及び方法(MOISTURE DETECTION APPARATUS AND METHOD)が開示されている。すなわち、この水分検出装置及び方法は、検出対象物に接触する検出電極に抵抗器を介して所定周波数のクロック信号(基準信号)を入力し、水分量に依存して変化する検出対象物の静電容量の影響によって立上りが緩慢になった検出信号を検出電極から取得し、この検出信号と基準信号との位相差を検出することによって水分量を示す直流電圧(出力電圧)を生成するものである。 The following patent documents disclose a moisture detection device and method (MOISTURE DETECTION APPARATUS AND METHOD) for detecting the moisture content of a detection object as a capacitance. That is, in this moisture detection device and method, a clock signal (reference signal) having a predetermined frequency is input to a detection electrode in contact with the detection object via a resistor, and the detection object changes depending on the amount of moisture. A detection signal whose rise is slow due to the influence of electric capacity is acquired from the detection electrode, and a DC voltage (output voltage) indicating the amount of water is generated by detecting the phase difference between this detection signal and the reference signal. be.

米国特許第6904789号明細書U.S. Pat. No. 6,904,789

ところで、検出対象物の水分量に加えて、検出対象物の電気伝導度の取得が求められる場合がある。従来の水分検出装置では、水分量を測定することはできても、電気伝導度を簡易に測定することができない。このため、簡易に電気伝導度を測定可能な方法が求められている。 By the way, in addition to the water content of the object to be detected, it may be required to obtain the electric conductivity of the object to be detected. Although the conventional water content detection device can measure the water content, it cannot easily measure the electric conductivity. Therefore, there is a demand for a method that can easily measure the electrical conductivity.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、検出対象物の電気伝導度を簡易に推定可能とすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to make it possible to easily estimate the electric conductivity of a detection object.

本発明は、課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。 The present invention adopts the following configuration as a means for solving the problem.

第1の発明は、電気伝導度推定装置であって、検出電極と、上記検出電極に検出用入力信号を供給する信号供給手段と、上記信号供給手段に第1周波数の上記検出用入力信号あるいは上記第1周波数と異なる第2周波数の上記検出用入力信号を生成させると共に、上記第1周波数の上記検出用入力信号が供給されたことによる上記検出電極の検出信号と、上記第2周波数の上記検出用入力信号が供給されたことによる上記検出電極の検出信号とに基づいて、検出対象物の電気伝導度を推定する演算制御手段とを備えるという構成を採用する。 The first invention is an electric conductivity estimation device, which comprises a detection electrode, a signal supply means for supplying a detection input signal to the detection electrode, and the detection input signal having a first frequency to the signal supply means. The detection signal of the detection electrode due to the generation of the detection input signal of the second frequency different from the first frequency and the supply of the detection input signal of the first frequency, and the detection signal of the second frequency. A configuration is adopted in which an arithmetic control means for estimating the electric conductivity of the object to be detected is provided based on the detection signal of the detection electrode due to the supply of the input signal for detection.

第2の発明は、第1の発明において、上記第2周波数が、上記第1周波数と比較して、上記検出対象物の電気伝導度の単位変化に対する上記検出信号が含む検出誤差の変化量が大きくなる周波数であるという構成を採用する。 In the second invention, in the first invention, the change amount of the detection error included in the detection signal with respect to the unit change of the electric conductivity of the detection object is different from that of the first frequency. Adopt a configuration in which the frequency is increased.

第3の発明は、第2の発明において、上記演算制御手段が、上記第1周波数の上記検出用入力信号が供給されたことによる上記検出電極の検出信号に基づいて、上記検出対象物の体積含水率を求めるという構成を採用する。 In the third aspect of the invention, in the second invention, the arithmetic control means has the volume of the detection object based on the detection signal of the detection electrode due to the supply of the detection input signal of the first frequency. Adopt a configuration to find the water content.

第4の発明は、第1~第3いずれかの発明において、上記検出信号と上記検出用入力信号との位相差を検出する位相検出手段と、上記検出用入力信号に応じた直流電圧を内部基準電圧として生成する基準電圧生成手段と、上記検出信号の電圧と上記内部基準電圧とを差動増幅する増幅手段とを備えるという構成を採用する。 In the fourth invention, in any one of the first to third inventions, a phase detecting means for detecting the phase difference between the detection signal and the detection input signal and a DC voltage corresponding to the detection input signal are internally provided. A configuration is adopted in which a reference voltage generating means for generating as a reference voltage and an amplification means for differentially amplifying the voltage of the detection signal and the internal reference voltage are provided.

本発明によれば、第1周波数の検出用入力信号と、第2周波数の検出用入力信号とを用い、それぞれの検出用入力信号を検出電極に入力して得られる検出信号によって電気伝導度を推定する。検出対象物の電気伝導度の単位変化に対する検出信号に含まれる検出誤差の変化量は、検出用入力信号の周波数に依存して変化する。このため、異なる周波数の検出用入力信号を用いて検出信号の出力値の変化量から、検出対象物の電気伝導度を推定することが可能となる。したがって、本発明によれば、検出対象物の電気伝導度を簡易に推定することが可能となる。 According to the present invention, the detection input signal of the first frequency and the detection input signal of the second frequency are used, and the electric conductivity is determined by the detection signal obtained by inputting the respective detection input signals to the detection electrode. presume. The amount of change in the detection error included in the detection signal with respect to the unit change in the electrical conductivity of the detection object changes depending on the frequency of the detection input signal. Therefore, it is possible to estimate the electrical conductivity of the detection target from the amount of change in the output value of the detection signal using the detection input signals of different frequencies. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily estimate the electric conductivity of the object to be detected.

本発明の一実施形態における電気伝導度推定装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the electric conductivity estimation apparatus in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における電気伝導度推定装置が備える検出器の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the detector provided in the electric conductivity estimation apparatus in one Embodiment of this invention. 電気伝導度を変化させた場合の出力電圧と体積含水率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the output voltage and the volume water content when the electric conductivity is changed. 本発明の一実施形態における電気伝導度推定装置が備える検出器の外観構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the appearance structure of the detector provided in the electric conductivity estimation apparatus in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における電気伝導度推定装置が備える検出器の動作を説明する図であり、(a)波形図であり、(b)が出力特性を示すグラフである。It is a figure explaining the operation of the detector provided in the electric conductivity estimation apparatus in one Embodiment of this invention, (a) the waveform diagram, (b) is the graph which shows the output characteristic.

以下、図面を参照して、本発明に係る電気伝導度推定装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部を認識可能な大きさとするために、各部の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of the electric conductivity estimation device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each part is appropriately changed in order to make each part recognizable.

図1は、本実施形態の電気伝導度推定装置20の機能構成を示すブロック図である。本実施形態の電気伝導度推定装置20は、土壌等の検出対象物の電気伝導度を推定すると共に、検出対象物に含まれる水分量を算出する装置である。図1に示すように、本実施形態の電気伝導度推定装置20は、検出器30と、検出器30の制御と検出器30の検出信号に基づいて演算を行う演算制御部40(演算制御手段)とを備えている。 FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of the electric conductivity estimation device 20 of the present embodiment. The electric conductivity estimation device 20 of the present embodiment is a device that estimates the electric conductivity of a detection target such as soil and calculates the amount of water contained in the detection target. As shown in FIG. 1, the electric conductivity estimation device 20 of the present embodiment includes a detector 30, a calculation control unit 40 (calculation control means) that performs a calculation based on the control of the detector 30 and the detection signal of the detector 30. ) And.

図2は、検出器30の機能構成を示すブロック図である。検出器30は、図2に示すように、周波数可変発振器1、駆動回路2、抵抗器3、一対の検出電極4aと検出電極4b、遅延回路5、位相検出器6、ローパスフィルタ7、バッファアンプ8、差動アンプ9、駆動回路10、ローパスフィルタ11、バッファアンプ12、バッファアンプ13、5V電源回路14、3.3V電源回路15を備えている。なお、これら各構成要素のうち、一対の検出電極4aと検出電極4bを除く構成要素は検出器30の主回路Aを構成している。 FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the detector 30. As shown in FIG. 2, the detector 30 includes a frequency variable oscillator 1, a drive circuit 2, a resistor 3, a pair of detection electrodes 4a and a detection electrode 4b, a delay circuit 5, a phase detector 6, a low-pass filter 7, and a buffer amplifier. 8. The differential amplifier 9, the drive circuit 10, the low-pass filter 11, the buffer amplifier 12, the buffer amplifier 13, the 5V power supply circuit 14, and the 3.3V power supply circuit 15 are provided. Of these components, the components other than the pair of detection electrodes 4a and the detection electrodes 4b constitute the main circuit A of the detector 30.

ここで、これら各構成要素のうち、周波数可変発振器1、駆動回路2及び抵抗器3は、検出電極4aに検出用入力信号を供給する信号供給手段を構成している。また、遅延回路5、位相検出器6及びローパスフィルタ7は、検出電極4aから出力される検出信号と検出用入力信号との位相差を検出する位相検出手段を構成している。また、駆動回路10、ローパスフィルタ11及びバッファアンプ12は、検出用入力信号に応じた直流電圧を内部基準電圧として生成する基準電圧生成手段を構成している。さらに、バッファアンプ8、差動アンプ9及びバッファアンプ12は、検出信号の電圧と内部基準電圧とを差動増幅する増幅手段を構成している。 Here, among these components, the frequency variable oscillator 1, the drive circuit 2, and the resistor 3 constitute a signal supply means for supplying the detection input signal to the detection electrode 4a. Further, the delay circuit 5, the phase detector 6, and the low-pass filter 7 constitute a phase detection means for detecting the phase difference between the detection signal output from the detection electrode 4a and the detection input signal. Further, the drive circuit 10, the low-pass filter 11, and the buffer amplifier 12 constitute a reference voltage generating means for generating a DC voltage corresponding to the detection input signal as an internal reference voltage. Further, the buffer amplifier 8, the differential amplifier 9, and the buffer amplifier 12 constitute an amplification means for differentially amplifying the voltage of the detection signal and the internal reference voltage.

周波数可変発振器1は、例えば所定周波数かつ所定ディーティ比の方形波信号(クロック信号)を発生する発振器である。この周波数可変発振器1は、演算制御部40の制御の下、異なる周波数の方形波信号を発生可能とする発振器であり、水分量を正確に測定可能な第1周波数の方形波信号と、電気伝導度を推定するために用いられる第2周波数の方形波信号とを出力可能としている。 The frequency variable oscillator 1 is, for example, an oscillator that generates a square wave signal (clock signal) having a predetermined frequency and a predetermined detail ratio. This frequency variable oscillator 1 is an oscillator capable of generating square wave signals of different frequencies under the control of the arithmetic control unit 40, and has a first frequency square wave signal capable of accurately measuring the water content and electrical conduction. It is possible to output a square wave signal of the second frequency used for estimating the degree.

ここで、第1周波数と第2周波数とについてより詳しく説明する。検出電極4aから出力される検出信号に基づく検出器30の出力電圧は、検出対象物に含まれる水分量(体積含水率)によって変化する。このとき、検出信号に僅かなら誤差が含まれており、検出器30の出力電圧(出力信号)にも僅かなら誤差が含まれる。この誤差量は検出電極4aに入力される検出用入力信号の周波数によって異なり、さらには検出対象物の電気伝導度によって誤差量の変化状態が周波数によって大きく異なる。つまり、検出用入力信号の周波数を変更すると、検出対象物の電気伝導度の単位変化に対する出力信号が含む検出誤差の変化量(誤差量)が変化する。第1周波数は、第1周波数の検出用入力信号が検出電極4aに入力された場合に、検出対象物の電気伝導度の変化に対して、出力信号に含まれる誤差が少ない周波数である。この第1周波数は、検出対象物の水分量を最も正確に検出することが可能な周波数である。一方、第2周波数は、第2周波数の検出用信号が検出電極4aに入力された場合に、第1周波数の検出用信号の場合よりも出力信号に含まれる誤差が大きな周波数である。つまり、第2周波数は、第1周波数と比較して、検出対象物の電気伝導度の単位変化に対する出力信号が含む検出誤差の変化量が大きくなる周波数である。例えば、第1周波数は50MHzであり、第2周波数は5MHzとすることができる。ただし、第1周波数及び第2周波数は、検出対象物に応じて最適値が適宜設定される。なお、デューティ比は、例えば50%であるが、これについても検出対象物に応じて最適値が適宜設定される。 Here, the first frequency and the second frequency will be described in more detail. The output voltage of the detector 30 based on the detection signal output from the detection electrode 4a changes depending on the water content (volume water content) contained in the detection target. At this time, if the detection signal contains a slight error, the output voltage (output signal) of the detector 30 also contains a slight error. This error amount varies depending on the frequency of the detection input signal input to the detection electrode 4a, and further, the change state of the error amount greatly differs depending on the frequency depending on the electric conductivity of the detection object. That is, when the frequency of the detection input signal is changed, the amount of change (error amount) of the detection error included in the output signal with respect to the unit change of the electric conductivity of the detection object changes. The first frequency is a frequency at which an error included in the output signal is small with respect to a change in the electrical conductivity of the detection object when the detection input signal of the first frequency is input to the detection electrode 4a. This first frequency is a frequency at which the water content of the detection target can be detected most accurately. On the other hand, the second frequency is a frequency having a larger error included in the output signal when the detection signal of the second frequency is input to the detection electrode 4a than in the case of the detection signal of the first frequency. That is, the second frequency is a frequency in which the amount of change in the detection error included in the output signal with respect to the unit change in the electric conductivity of the detection object is larger than that in the first frequency. For example, the first frequency may be 50 MHz and the second frequency may be 5 MHz. However, the optimum values of the first frequency and the second frequency are appropriately set according to the object to be detected. The duty ratio is, for example, 50%, but the optimum value is appropriately set according to the object to be detected.

図3は、電気伝導度が変化した場合の検出誤差の変化量が大きくなる周波数(第2周波数)の検出用入力信号とした場合の検出器30の出力電圧の変化を示すグラフである。図3において、横軸が出力電圧であり、縦軸が検出対象物の体積含水率を示している。また、図3においては、4つの電気伝導度で出力電圧を測定した結果を示しており、電気伝導度ごとに線種を変更したグラフとなっている。この図に示すように、同一の体積含水率であっても、電気伝導度が異なると出力電圧が大きく変化し、この変化量が電気伝導度ごとに異なることが分かる。 FIG. 3 is a graph showing a change in the output voltage of the detector 30 when the detection input signal has a frequency (second frequency) in which the amount of change in the detection error becomes large when the electric conductivity changes. In FIG. 3, the horizontal axis represents the output voltage, and the vertical axis represents the volume moisture content of the object to be detected. Further, FIG. 3 shows the results of measuring the output voltage with four electric conductivitys, and is a graph in which the line type is changed for each electric conductivity. As shown in this figure, it can be seen that even if the volume water content is the same, the output voltage changes greatly when the electric conductivity is different, and the amount of this change is different for each electric conductivity.

このような周波数可変発振器1は、方形波信号を駆動回路2、遅延回路5及び駆動回路10に出力する。駆動回路2は、一種の電流増幅回路であり、方形波信号を電流増幅して抵抗器3に出力する。なお、周波数可変発振器1は、3.3V電源回路15から供給される3.3V電源によって作動するので、方形波信号(クロック信号)の波高値(振幅)は3.3Vである。 Such a variable frequency oscillator 1 outputs a square wave signal to the drive circuit 2, the delay circuit 5, and the drive circuit 10. The drive circuit 2 is a kind of current amplification circuit, and a square wave signal is current-amplified and output to the resistor 3. Since the frequency variable oscillator 1 is operated by the 3.3V power supply supplied from the 3.3V power supply circuit 15, the peak value (amplitude) of the square wave signal (clock signal) is 3.3V.

抵抗器3は、所定の抵抗値を有する2端子の電子素子であり、駆動回路2と一方の検出電極4aとの間に設けられている。すなわち、抵抗器3は、一端が駆動回路2の出力端に接続され、他端が一方の検出電極4aに接続されている。このような抵抗器3は、一対の検出電極4a及び検出電極4b共に駆動回路2に対する負荷を構成している。また、この抵抗器3は検出器30の検出ダイナミックレンジを支配する構成要素であり、抵抗値は、この検出ダイナミックレンジが最大となるよう最適設定されている。 The resistor 3 is a two-terminal electronic element having a predetermined resistance value, and is provided between the drive circuit 2 and one of the detection electrodes 4a. That is, one end of the resistor 3 is connected to the output end of the drive circuit 2, and the other end is connected to one of the detection electrodes 4a. In such a resistor 3, both the pair of detection electrodes 4a and the detection electrodes 4b constitute a load on the drive circuit 2. Further, the resistor 3 is a component that controls the detection dynamic range of the detector 30, and the resistance value is optimally set so that the detection dynamic range is maximized.

一対の検出電極4a及び検出電極4bは、土壌等の検出対象物に接触される導電性部材であり、所定距離を隔てて対向配置されている。ここで、検出対象物は、水分量に応じた大きさの静電容量を有する誘電体である。すなわち、一対の検出電極4a及び検出電極4bは、検出対象物と共に静電容量を有するコンデンサ(電子素子)を構成する。 The pair of detection electrodes 4a and 4b are conductive members that come into contact with a detection object such as soil, and are arranged so as to face each other with a predetermined distance between them. Here, the object to be detected is a dielectric having a capacitance having a magnitude corresponding to the amount of water. That is, the pair of detection electrodes 4a and the detection electrode 4b together with the detection target form a capacitor (electronic element) having a capacitance.

また、このような一対の検出電極4a及び検出電極4bは、コンデンサとして回路的に機能するので、上述した抵抗器3と共に電子回路におけるCR回路J、つまりコンデンサの静電容量Cと抵抗器3の抵抗値Rとに基づく時定数τを有する受動回路を構成している。すなわち、CR回路Jにおける一方の検出電極4aと抵抗器3との接点Pの電圧波形は、検出用入力信号として駆動回路2から入力された方形波信号が時定数τに基づいて積分処理されたものとなる。このようなCR回路Jは、接点Pつまり一方の検出電極4aから検出用入力信号(方形波信号)が積分処理された信号を検出信号として位相検出器6に出力する。 Further, since such a pair of detection electrodes 4a and 4b function as a capacitor in a circuit, the CR circuit J in the electronic circuit together with the above-mentioned resistor 3, that is, the capacitance C of the capacitor and the resistor 3 It constitutes a passive circuit having a time constant τ based on the resistance value R. That is, the voltage waveform of the contact P between one of the detection electrodes 4a and the resistor 3 in the CR circuit J is an integral processing of the square wave signal input from the drive circuit 2 as the detection input signal based on the time constant τ. It will be a thing. Such a CR circuit J outputs a signal obtained by integrating a detection input signal (square wave signal) from the contact P, that is, one of the detection electrodes 4a, to the phase detector 6 as a detection signal.

遅延回路5は、位相検出器6の前段に設けられ、周波数可変発振器1から入力される方形波信号を駆動回路2における方形波信号の遅延時間に相当する時間(遅延時間τ)だけ遅延させる回路であり、当該遅延時間τだけ遅延させた方形波信号を位相検出器6に出力する。この遅延回路5は、例えば駆動回路2と全く同様な回路構成を備える。 The delay circuit 5 is provided in front of the phase detector 6 and delays the square wave signal input from the frequency variable oscillator 1 by a time corresponding to the delay time of the square wave signal in the drive circuit 2 (delay time τ). Therefore, a square wave signal delayed by the delay time τ is output to the phase detector 6. The delay circuit 5 has exactly the same circuit configuration as, for example, the drive circuit 2.

位相検出器6は、このような遅延回路5から入力される方形波信号とCR回路Jから入力される検出信号との位相差を比較する位相比較器である。位相比較器には、周知のように各種形式の回路が存在するが、位相検出器6は、検出信号と方形波信号とをデジタル信号として位相比較処理するデジタル型比較器である。このような位相検出器6は、検出信号と方形波信号との位相差を示す信号(位相差信号)をローパスフィルタ7に出力する。 The phase detector 6 is a phase comparator that compares the phase difference between the square wave signal input from the delay circuit 5 and the detection signal input from the CR circuit J. As is well known, various types of circuits exist in a phase comparator, and the phase detector 6 is a digital comparator that performs phase comparison processing using a detection signal and a square wave signal as digital signals. Such a phase detector 6 outputs a signal (phase difference signal) indicating the phase difference between the detection signal and the square wave signal to the low-pass filter 7.

ローパスフィルタ7は、所定の遮断周波数を有する受動フィルタ回路であり、位相差信号から直流成分を抽出することにより検出信号と方形波信号との位相差を示す直流電圧(検出電圧)をバッファアンプ8に出力する。バッファアンプ8は、一種のインピーダンス変換器であり、検出電圧を低インピーダンス化して差動アンプ9に出力する。 The low-pass filter 7 is a passive filter circuit having a predetermined cutoff frequency, and a DC voltage (detection voltage) indicating a phase difference between a detection signal and a square wave signal is obtained by extracting a DC component from a phase difference signal. Output to. The buffer amplifier 8 is a kind of impedance converter, and outputs the detected voltage to the differential amplifier 9 by lowering the impedance.

差動アンプ9は、バッファアンプ8から入力される検出電圧と後述するバッファアンプ12から入力される内部基準電圧とを所定の増幅度で差動増幅する差動増幅器である。検出電圧は、比較的低い電圧値、例えば数100mVオーダーなので、外部に出力するためには十分なS/N比を確保するために増幅する必要がある。この差動アンプ9は、このような検出電圧を内部基準電圧により差動増幅し、当該差動増幅によって得られた信号(出力電圧)をバッファアンプ13に出力する。 The differential amplifier 9 is a differential amplifier that differentially amplifies the detection voltage input from the buffer amplifier 8 and the internal reference voltage input from the buffer amplifier 12, which will be described later, with a predetermined amplification degree. Since the detected voltage is a relatively low voltage value, for example, on the order of several hundred mV, it needs to be amplified in order to secure a sufficient S / N ratio for output to the outside. The differential amplifier 9 differentially amplifies such a detected voltage by an internal reference voltage, and outputs a signal (output voltage) obtained by the differential amplification to the buffer amplifier 13.

一方、駆動回路10は、一種の電流増幅回路であり、周波数可変発振器1から入力された方形波信号(クロック信号)を電流増幅してローパスフィルタ11に出力する。ローパスフィルタ11は、所定の遮断周波数を有する受動フィルタ回路であり、方形波信号を直流電圧である内部基準電圧に変換してバッファアンプ12に出力する。なお、方形波信号の波高値は3.3Vに設定されているので、内部基準電圧は、方形波信号の平均的な電圧(直流電圧)つまり1.65Vとなる。 On the other hand, the drive circuit 10 is a kind of current amplification circuit, and a square wave signal (clock signal) input from the frequency variable oscillator 1 is current-amplified and output to the low-pass filter 11. The low-pass filter 11 is a passive filter circuit having a predetermined cutoff frequency, converts a square wave signal into an internal reference voltage which is a DC voltage, and outputs the square wave signal to the buffer amplifier 12. Since the peak value of the square wave signal is set to 3.3V, the internal reference voltage is the average voltage (DC voltage) of the square wave signal, that is, 1.65V.

バッファアンプ12は、一種のインピーダンス変換器であり、内部基準電圧を低インピーダンス化して差動アンプ9に出力する。バッファアンプ13は、一種の電流増幅回路であり、差動アンプ9から入力された出力電圧を電流増幅して外部に出力する。5V電源回路14は、外部から供給された外部電源(例えば12V電源)を5V電源に電圧変換してバッファアンプ8、バッファアンプ12、バッファアンプ13及び差動アンプ9、また3.3V電源回路15に供給する。3.3V電源回路15は、5V電源回路14から入力された5V電源を3.3V電源に電圧変換して周波数可変発振器1、駆動回路2、駆動回路10及び位相検出器6に供給する。 The buffer amplifier 12 is a kind of impedance converter, and outputs the internal reference voltage to the differential amplifier 9 by lowering the impedance. The buffer amplifier 13 is a kind of current amplification circuit, and the output voltage input from the differential amplifier 9 is current-amplified and output to the outside. The 5V power supply circuit 14 converts an external power supply (for example, a 12V power supply) supplied from the outside into a 5V power supply to convert the voltage into a buffer amplifier 8, a buffer amplifier 12, a buffer amplifier 13, a differential amplifier 9, and a 3.3V power supply circuit 15. Supply to. The 3.3V power supply circuit 15 converts the 5V power supply input from the 5V power supply circuit 14 into a 3.3V power supply and supplies it to the frequency variable oscillator 1, the drive circuit 2, the drive circuit 10, and the phase detector 6.

図4は、検出器30の外観構成を示す模式図である。上述のような電気的構成を備える検出器30は、図4に示すような機械的構成を備える。すなわち、この検出器30は、プリント基板B、接続ケーブルD及び樹脂モールドEを備える。プリント基板Bは、図示するように並行対峙する2本の櫛歯部b1及び櫛歯部b2を有する形状であり、これらの櫛歯部b1及び櫛歯部b2のうち、一方の櫛歯部b1の表面もしくは内部には上述した一方の検出電極4aが配線パターンの一部として形成され、他方の検出電極4bの表面もしくは内部には他方の検出電極4bが形成されている。また、上述した主回路Aは、プリント基板Bにおいて櫛歯部b1及び櫛歯部b2以外の領域、つまりボディ部b3に形成されている。ここで、プリント基板Bが一層の場合は、検出電極4a及び検出電極4bが表面に形成され得る。ただし、プリント基板Bが多層プリント基板である場合は、その表面以外の内層部に検出電極4a及び検出電極4bが形成されることがある。 FIG. 4 is a schematic view showing the external configuration of the detector 30. The detector 30 having the electrical configuration as described above has the mechanical configuration as shown in FIG. That is, the detector 30 includes a printed circuit board B, a connection cable D, and a resin mold E. As shown in the figure, the printed substrate B has a shape having two comb tooth portions b1 and a comb tooth portion b2 facing in parallel, and one of the comb tooth portions b1 and the comb tooth portion b2 has a comb tooth portion b1. One of the above-mentioned detection electrodes 4a is formed as a part of the wiring pattern on the surface or the inside of the other detection electrode 4b, and the other detection electrode 4b is formed on the surface or the inside of the other detection electrode 4b. Further, the above-mentioned main circuit A is formed in a region other than the comb tooth portion b1 and the comb tooth portion b2 in the printed circuit board B, that is, in the body portion b3. Here, when the printed circuit board B is a single layer, the detection electrode 4a and the detection electrode 4b can be formed on the surface. However, when the printed circuit board B is a multilayer printed circuit board, the detection electrode 4a and the detection electrode 4b may be formed on an inner layer portion other than the surface thereof.

接続ケーブルDは、上述した外部電源及び出力電圧を伝送するための電線であり、複数の芯線と当該芯線を覆うシース(被覆部材)から構成されている。このような接続ケーブルDは、半田付け等によってプリント基板Bに接続されている。この検出器30は、人がボディ部b3を把持して一対の櫛歯部b1及び櫛歯部b2を土壌等の検出対象物内に挿入することにより使用される。樹脂モールドEは、主回路Aが形成されたボディ部b3を電気的かつ機械的に保護するためにボディ部b3に被覆された絶縁性の樹脂材料である。 The connection cable D is an electric wire for transmitting the above-mentioned external power supply and output voltage, and is composed of a plurality of core wires and a sheath (covering member) covering the core wires. Such a connection cable D is connected to the printed circuit board B by soldering or the like. The detector 30 is used by a person grasping the body portion b3 and inserting the pair of comb tooth portions b1 and the comb tooth portion b2 into a detection object such as soil. The resin mold E is an insulating resin material coated on the body portion b3 in order to electrically and mechanically protect the body portion b3 on which the main circuit A is formed.

図1に戻り、演算制御部40は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置、入力装置及び出力表示等を備えるコンピュータ等からなり、これらのハードウェアによって具現化される機能部として、周波数選択部41、水分量算出部42、水分量算出テーブル記憶部43、電気伝導度推定部44及び電気伝導度推定テーブル記憶部45を備えている。 Returning to FIG. 1, the arithmetic control unit 40 includes a CPU (Central Processing Unit), a storage device, an input device, an output display, and the like, and is a frequency selection unit as a functional unit embodied by these hardware. It includes 41, a water content calculation unit 42, a water content calculation table storage unit 43, an electric conductivity estimation unit 44, and an electric conductivity estimation table storage unit 45.

周波数選択部41は、外部から入力される指令等に基づいて、周波数可変発振器1に発生させる方形波信号の周波数を選択すると共に、選択した周波数を発生する旨の指令信号を周波数可変発振器1に向けて出力する。ここで、周波数選択部41が選択する周波数は、上述の第1周波数及び第2周波数である。つまり、周波数選択部41は、検出対象物の電気伝導度の変化に対して検出信号に含まれる誤差が少ない周波数と、検出対象物の電気伝導度の変化に対して検出信号に含まれる誤差が大きな周波数とを選択する。 The frequency selection unit 41 selects the frequency of the square wave signal to be generated in the frequency variable oscillator 1 based on a command or the like input from the outside, and transmits a command signal to the frequency variable oscillator 1 to generate the selected frequency. Output toward. Here, the frequencies selected by the frequency selection unit 41 are the above-mentioned first frequency and the second frequency. That is, the frequency selection unit 41 has a frequency in which the error included in the detection signal is small with respect to the change in the electric conductivity of the detection object and an error included in the detection signal with respect to the change in the electric conductivity of the detection object. Select a large frequency.

水分量算出部42は、第1周波数の検出用入力信号が検出電極4aに入力され、その結果得られた検出信号に基づいて検出対象物に含まれる水分量を算出する。この水分量算出部42は、検出器30の出力電圧と、水分量算出テーブル記憶部43に記憶された水分量算出テーブルとに基づいて、検出対象物に含まれる水分量を算出する。水分量算出テーブル記憶部43は、検出対象物の水分量を算出するためのテーブル(水分量算出テーブル)を記憶している。この水分量算出テーブルは、検出器30の出力電圧と、検出対象物の体積含水率との関係を示すテーブルであり、実験やシミュレーションによって予め求められたものである。 The water content calculation unit 42 calculates the water content contained in the detection target based on the detection signal obtained by inputting the detection input signal of the first frequency to the detection electrode 4a. The water content calculation unit 42 calculates the water content contained in the detection target based on the output voltage of the detector 30 and the water content calculation table stored in the water content calculation table storage unit 43. The water content calculation table storage unit 43 stores a table (water content calculation table) for calculating the water content of the detection target object. This water content calculation table is a table showing the relationship between the output voltage of the detector 30 and the volume water content of the detection target, and is obtained in advance by experiments and simulations.

電気伝導度推定部44は、第2周波数の検出用入力信号が検出電極4aに入力され、その結果得られた検出信号に基づいて検出対象物の電気伝導度を算出する。この電気伝導度推定部44は、検出器30の出力電圧と、電気伝導度推定テーブル記憶部45に記憶された電気伝導度推定テーブルとに基づいて、検出対象物の電気伝導度を推定する。電気伝導度推定テーブル記憶部45は、電気伝導度ごとに、検出器30の出力電圧と、体積含水率との関係を示すテーブル(電気伝導度推定テーブル)を記憶している。これらの電気伝導度推定テーブルは、実験やシミュレーションによって予め求められたものである。例えば、検査対象物が土壌である場合には、土壌を採取して一度乾燥させた後、電気伝導度及び体積含水率を調整したサンプルを電気伝導度及び体積含水率を変化させて複数用意する。その後、サンプルごとに第2周波数の検出用入力信号を用いて検出器30の出力電圧を取得し、その取得結果に基づいて電気伝導度推定テーブルを作成する。 The electric conductivity estimation unit 44 inputs the detection input signal of the second frequency to the detection electrode 4a, and calculates the electric conductivity of the detection object based on the detection signal obtained as a result. The electric conductivity estimation unit 44 estimates the electric conductivity of the object to be detected based on the output voltage of the detector 30 and the electric conductivity estimation table stored in the electric conductivity estimation table storage unit 45. The electric conductivity estimation table storage unit 45 stores a table (electrical conductivity estimation table) showing the relationship between the output voltage of the detector 30 and the volume moisture content for each electric conductivity. These electrical conductivity estimation tables have been obtained in advance by experiments and simulations. For example, when the object to be inspected is soil, after collecting the soil and drying it once, prepare a plurality of samples whose electrical conductivity and volume moisture content are adjusted by changing the electrical conductivity and volume moisture content. .. After that, the output voltage of the detector 30 is acquired by using the detection input signal of the second frequency for each sample, and the electric conductivity estimation table is created based on the acquisition result.

電気伝導度推定部44は、水分量算出部42で算出された体積含水率(すなわち第1周波数の検出用入力信号で得られた体積含水率)を取得する。続いて、電気伝導度推定部44は、第2周波数の検出用入力信号で得られた検出器30の出力電圧と、上述の水分量算出部42で算出された体積含水率との関係が、電気伝導度ごとに記憶された電気伝導度推定テーブルのいずれに該当するかを判定する。その結果、電気伝導度推定部44は、例えば出力電圧と体積含水率との関係と最も相関性が高い電気伝導度推定テーブルが示す電気伝導度を、検出対象物の電気伝導度と推定する。 The electric conductivity estimation unit 44 acquires the volume water content calculated by the water content calculation unit 42 (that is, the volume water content obtained by the detection input signal of the first frequency). Subsequently, in the electric conductivity estimation unit 44, the relationship between the output voltage of the detector 30 obtained by the detection input signal of the second frequency and the volume water content calculated by the water content calculation unit 42 described above is determined. It is determined which of the electric conductivity estimation tables stored for each electric conductivity corresponds to. As a result, the electric conductivity estimation unit 44 estimates, for example, the electric conductivity shown by the electric conductivity estimation table having the highest correlation with the relationship between the output voltage and the volume water content as the electric conductivity of the detection object.

なお、本実施形態では、水分量算出テーブルを用いて水分量を求め、電気伝導度推定テーブルを用いて電気伝導度を求めている。しかしながら、例えば、これらのテーブルに換えて近似式を記憶し、近似式を用いて水分量や電気伝導度を求めるようにすることも可能である。 In this embodiment, the water content is obtained using the water content calculation table, and the electric conductivity is obtained using the electric conductivity estimation table. However, for example, it is also possible to store the approximate expression in place of these tables and use the approximate expression to obtain the water content and the electrical conductivity.

次に、このように構成された本実施形態の電気伝導度推定装置20の動作について、詳しく説明する。なお、以下の説明においては、水分量算出テーブルが予め水分量算出テーブル記憶部43に記憶され、電気伝導度推定テーブルが予め電気伝導度推定テーブル記憶部45に記憶されているものとする。 Next, the operation of the electric conductivity estimation device 20 of the present embodiment configured in this way will be described in detail. In the following description, it is assumed that the water content calculation table is stored in the water content calculation table storage unit 43 in advance, and the electric conductivity estimation table is stored in the electric conductivity estimation table storage unit 45 in advance.

まず、検出器30の一対の櫛歯部b1及び櫛歯部b2が土壌等の検出対象物内に挿入され、一対の櫛歯部b1及び櫛歯部b2に形成された一対の検出電極4a及び検出電極4bが土壌等の検出対象物に接触する。この状態にて、演算制御部40は、外部からの開始指令が入力されると、周波数選択部41によって第1周波数を選択し、第1周波数を発生する旨の指令信号を周波数可変発振器1に向けて出力する。この結果、一対の検出電極4a及び検出電極4bは、検出対象物の水分量に応じた静電容量Cを有するコンデンサとして機能する。そして、このような一対の検出電極4a及び検出電極4bと抵抗値Rを有する抵抗器3とは、静電容量Cと抵抗値Rとによって規定される時定数τを有するCR回路Jを形成する。 First, a pair of comb tooth portions b1 and a comb tooth portion b2 of the detector 30 are inserted into a detection object such as soil, and a pair of detection electrodes 4a and a pair of detection electrodes 4a formed on the pair of comb tooth portions b1 and the comb tooth portion b2. The detection electrode 4b comes into contact with a detection object such as soil. In this state, when the start command from the outside is input, the arithmetic control unit 40 selects the first frequency by the frequency selection unit 41, and sends a command signal to the frequency variable oscillator 1 to generate the first frequency. Output toward. As a result, the pair of detection electrodes 4a and the detection electrode 4b function as capacitors having a capacitance C according to the amount of water in the detection object. The pair of detection electrodes 4a and the detection electrode 4b and the resistor 3 having the resistance value R form a CR circuit J having a time constant τ defined by the capacitance C and the resistance value R. ..

この検出器30では、周波数可変発振器1で発振した方形波信号が駆動回路2を介してCR回路Jに印加される。すなわち、CR回路Jにおいて、方形波信号は、抵抗器3を介して一方の検出電極4aに検出用入力信号として入力される。そして、CR回路Jは、図5(a)に示すように、自身の時定数τ(つまり静電容量C)に応じて方形波信号の立ち上がりを遅延させた検出信号を位相検出器6に出力する。この検出信号の方形波信号に対する遅延時間、つまり方形波信号と検出信号との位相差θは、検出対象物の体積含水率を示している。 In this detector 30, the square wave signal oscillated by the frequency variable oscillator 1 is applied to the CR circuit J via the drive circuit 2. That is, in the CR circuit J, the square wave signal is input to one of the detection electrodes 4a via the resistor 3 as a detection input signal. Then, as shown in FIG. 5A, the CR circuit J outputs a detection signal whose rise of the square wave signal is delayed according to its own time constant τ (that is, capacitance C) to the phase detector 6. do. The delay time of this detection signal with respect to the square wave signal, that is, the phase difference θ between the square wave signal and the detection signal indicates the volume water content of the detection object.

位相検出器6では、このようなCR回路J(つまり一方の検出電極4a)から入力された検出信号と遅延回路5から入力された方形波信号との位相差θに応じた位相差信号が生成される。この位相差信号は、デューティ比が位相差θに応じて変化するパルス信号である。このような位相差信号は、ローパスフィルタ7によって高周波成分が除去されることにより、検出対象物の水分量を示す検出電圧(直流電圧)としてバッファアンプ8に入力される。そして、この検出電圧は、バッファアンプ8によって低インピーダンス化されて差動アンプ9の+入力端(非反転入力端)に入力される。 In the phase detector 6, a phase difference signal corresponding to the phase difference θ between the detection signal input from the CR circuit J (that is, one of the detection electrodes 4a) and the square wave signal input from the delay circuit 5 is generated. Will be done. This phase difference signal is a pulse signal whose duty ratio changes according to the phase difference θ. Such a phase difference signal is input to the buffer amplifier 8 as a detection voltage (DC voltage) indicating the water content of the detection target by removing the high frequency component by the low-pass filter 7. Then, this detected voltage is reduced in impedance by the buffer amplifier 8 and input to the + input end (non-inverting input end) of the differential amplifier 9.

この差動アンプ9で検出電圧を正常に増幅するためには、差動アンプ9の-入力端(反転入力端)に差動増幅の動作点を規定する内部基準電圧を入力する必要があるが、この検出器30では、周波数可変発振器1から入力された方形波信号を駆動回路10及びローパスフィルタ7で信号処理することによって内部基準電圧が生成される。 In order to normally amplify the detected voltage with this differential amplifier 9, it is necessary to input an internal reference voltage that defines the operating point of differential amplification to the-input end (inverting input end) of the differential amplifier 9. In this detector 30, an internal reference voltage is generated by processing a square wave signal input from the frequency variable oscillator 1 with a drive circuit 10 and a low-pass filter 7.

すなわち、内部基準電圧は、方形波信号が駆動回路10で電流増幅された後にローパスフィルタ7で高周波成分が除去されることにより、方形波信号の波高値(3.3V)の平均直流電圧(1.65V)として生成される。そして、このようにして生成された内部基準電圧は、電圧調整した後、バッファアンプ12によって低インピーダンス化されて差動アンプ9の-入力端(反転入力端)に入力される。 That is, the internal reference voltage is the average DC voltage (1) of the peak value (3.3 V) of the square wave signal by removing the high frequency component by the low-pass filter 7 after the square wave signal is current-amplified by the drive circuit 10. It is generated as .65V). Then, after adjusting the voltage, the internal reference voltage generated in this way is reduced in impedance by the buffer amplifier 12 and input to the-input end (inverting input end) of the differential amplifier 9.

ここで、差動アンプ9に入力される検出電圧及び内部基準電圧は何れも周波数可変発振器1が出力する方形波信号に基づいて生成された直流電圧であり、よって温度特性として同一傾向を有する。すなわち、検出電圧及び内部基準電圧は、周囲温度の変化に対して同一傾向の変化を呈する。例えば、検出電圧が周囲温度が上昇すると上昇する温度特性を有している場合、内部基準電圧も、周囲温度が上昇すると上昇する温度特性を有する。 Here, both the detected voltage and the internal reference voltage input to the differential amplifier 9 are DC voltages generated based on the square wave signal output by the frequency variable oscillator 1, and therefore have the same tendency as the temperature characteristics. That is, the detected voltage and the internal reference voltage show the same tendency to change with respect to the change in ambient temperature. For example, if the detected voltage has a temperature characteristic that rises as the ambient temperature rises, the internal reference voltage also has a temperature characteristic that rises as the ambient temperature rises.

したがって、この検出器30によれば、検出電圧の温度特性と内部基準電圧の温度特性とが同一傾向を示すので、差動アンプ9による検出電圧の増幅処理において、従来よりも温度特性を改善することが出来る。 Therefore, according to this detector 30, since the temperature characteristic of the detected voltage and the temperature characteristic of the internal reference voltage show the same tendency, the temperature characteristic is improved in the amplification process of the detected voltage by the differential amplifier 9 as compared with the conventional case. Can be done.

そして、検出電圧は、内部基準電圧を用いて差動アンプ9で電圧増幅され、さらにバッファアンプ13で電流増幅され、検出器30の出力電圧として外部に出力される。この出力電圧は、図5(b)に示すように、検出対象物の水分量(体積含水率)の変化に対して直線的に変化する特性を有する。なお、このような出力電圧は、上述した接続ケーブルDによって演算制御部40に入力される。 Then, the detected voltage is voltage-amplified by the differential amplifier 9 using the internal reference voltage, further current-amplified by the buffer amplifier 13, and output to the outside as the output voltage of the detector 30. As shown in FIG. 5B, this output voltage has a characteristic that it changes linearly with a change in the water content (volume water content) of the detection object. Such an output voltage is input to the arithmetic control unit 40 by the connection cable D described above.

また、この検出器30では、遅延回路5が設けられているので、位相検出器6における位相比較の誤差要因を解消することが可能である。すなわち、遅延回路5が設けられていない場合、位相検出器6に入力される方形波信号と検出信号とは駆動回路2が本来的に有する遅延時間だけズレた時間関係になるが、遅延回路5が設けられている場合には時間関係のズレが解消されるので、方形波信号と検出信号とをより精度よく位相比較することが可能となる。したがって、このような検出器30によれば、水分量をより精度よく検出することが可能である。 Further, since the detector 30 is provided with the delay circuit 5, it is possible to eliminate the error factor of the phase comparison in the phase detector 6. That is, when the delay circuit 5 is not provided, the square wave signal input to the phase detector 6 and the detection signal have a time relationship that is deviated by the delay time originally possessed by the drive circuit 2, but the delay circuit 5 When is provided, the time-related deviation is eliminated, so that the phase comparison between the square wave signal and the detection signal becomes possible with higher accuracy. Therefore, according to such a detector 30, it is possible to detect the water content more accurately.

演算制御部40に検出器30からの出力電圧が入力されると、水分量算出部42が、水分量算出テーブル記憶部43に記憶された水分量算出テーブルに照らし合わせ、出力電圧に基づいて検出対象物に含まれる水分量を算出する。 When the output voltage from the detector 30 is input to the arithmetic control unit 40, the water content calculation unit 42 compares it with the water content calculation table stored in the water content calculation table storage unit 43, and detects it based on the output voltage. Calculate the amount of water contained in the object.

続いて、演算制御部40は、周波数選択部41によって第2周波数を選択し、第2周波数を発生する旨の指令信号を周波数可変発振器1に向けて出力する。そして、同様に検出器30の出力電圧が演算制御部40に入力されると、電気伝導度推定部44が、電気伝導度推定テーブル記憶部45に記憶された電気伝導度推定テーブルに照らし合わせ、出力電圧に基づいて検出対象物の電気伝導度を推定する。 Subsequently, the arithmetic control unit 40 selects the second frequency by the frequency selection unit 41, and outputs a command signal to the effect that the second frequency is generated to the frequency variable oscillator 1. Similarly, when the output voltage of the detector 30 is input to the arithmetic control unit 40, the electric conductivity estimation unit 44 compares it with the electric conductivity estimation table stored in the electric conductivity estimation table storage unit 45. Estimate the electrical conductivity of the object to be detected based on the output voltage.

以上のような本実施形態の電気伝導度推定装置20によれば、第1周波数の検出用入力信号と、第2周波数の検出用入力信号とを用い、それぞれの検出用入力信号を検出電極4aに入力して得られる検出信号によって電気伝導度を推定する。つまり、本実施形態の電気伝導度推定装置20によれば、周波数可変発振器1で生成する方形波信号の周波数を変更するのみで、検出対象物の電気伝導度を推定することが可能となる。したがって、本実施形態の電気伝導度推定装置20によれば、検出対象物の電気伝導度を簡易に推定することが可能となる。 According to the electric conductivity estimation device 20 of the present embodiment as described above, the detection input signal of the first frequency and the detection input signal of the second frequency are used, and each detection input signal is detected by the detection electrode 4a. The electrical conductivity is estimated from the detection signal obtained by inputting to. That is, according to the electric conductivity estimation device 20 of the present embodiment, it is possible to estimate the electric conductivity of the object to be detected only by changing the frequency of the square wave signal generated by the frequency variable oscillator 1. Therefore, according to the electric conductivity estimation device 20 of the present embodiment, it is possible to easily estimate the electric conductivity of the object to be detected.

また、本実施形態の電気伝導度推定装置20においては、第2周波数が、第1周波数と比較して、検出対象物の電気伝導度の単位変化に対する検出信号が含む検出誤差の変化量が大きくなる周波数とされている。さらに、本実施形態の電気伝導度推定装置20においては、第1周波数の検出用入力信号が供給されたことによる検出電極の検出信号に基づいて、検出対象物の体積含水率を求めている。このため、電気伝導度に依存せずに、正確に検出対象物の水分量(体積含水率)を算出することができる。 Further, in the electric conductivity estimation device 20 of the present embodiment, the second frequency has a larger change amount of the detection error included in the detection signal with respect to the unit change of the electric conductivity of the detection object as compared with the first frequency. It is said that the frequency is. Further, in the electric conductivity estimation device 20 of the present embodiment, the volume water content of the object to be detected is obtained based on the detection signal of the detection electrode obtained by supplying the detection input signal of the first frequency. Therefore, the water content (volume water content) of the detection target can be accurately calculated without depending on the electrical conductivity.

また、本実施形態の電気伝導度推定装置20においては、検出信号と検出用入力信号との位相差を検出する位相検出手段(遅延回路5、位相検出器6及びローパスフィルタ7)と、検出用入力信号に応じた直流電圧を内部基準電圧として生成する基準電圧生成手段(駆動回路10、ローパスフィルタ11及びバッファアンプ12)と、検出信号の電圧と内部基準電圧とを差動増幅する増幅手段(バッファアンプ8、差動アンプ9及びバッファアンプ12)とを備えている。このため、検出電圧の温度特性と内部基準電圧の温度特性とが同一傾向を示し、温度の測定結果に対する影響を低減することができる。 Further, in the electric conductivity estimation device 20 of the present embodiment, the phase detecting means (delay circuit 5, phase detector 6 and low-pass filter 7) for detecting the phase difference between the detection signal and the detection input signal, and the detection device. A reference voltage generation means (drive circuit 10, low-pass filter 11 and buffer amplifier 12) that generates a DC voltage corresponding to an input signal as an internal reference voltage, and an amplification means (amplification means) that differentially amplifies the detection signal voltage and the internal reference voltage. It includes a buffer amplifier 8, a differential amplifier 9 and a buffer amplifier 12). Therefore, the temperature characteristic of the detected voltage and the temperature characteristic of the internal reference voltage show the same tendency, and the influence on the temperature measurement result can be reduced.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiment. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiment are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態においては、2つの周波数のみを用いて電気伝導度を推定する構成について説明した。しかしながら、3つ以上の周波数を用いて電気伝導度をより正確に推定することも可能である。つまり、少なくとも第1周波数と第2周波数の2つの周波数を用いることで電気伝導度の推定は可能であるが、第1周波数と第2周波数に加えて他の周波数を用いることも可能である。また、周波数を所定の範囲で掃引し、掃引途中で得られた検出信号の各々にて電気伝導度を求め、これらの平均値を検出対象物の電気伝導度とすることも可能である。 For example, in the above embodiment, a configuration for estimating electrical conductivity using only two frequencies has been described. However, it is also possible to estimate electrical conductivity more accurately using three or more frequencies. That is, although it is possible to estimate the electrical conductivity by using at least two frequencies, the first frequency and the second frequency, it is also possible to use other frequencies in addition to the first frequency and the second frequency. It is also possible to sweep the frequency within a predetermined range, obtain the electric conductivity from each of the detection signals obtained during the sweep, and use the average value of these as the electric conductivity of the object to be detected.

また、上記実施形態においては、第1周波数が検出対象物の水分量を正確に算出可能な周波数であるとした。しかしながら、検出対象物の水分量を求める必要がなく、検出対象物の電気伝導度のみを求めれば良い場合には、第1周波数として誤差が大きくなる周波数を用いることも可能である。 Further, in the above embodiment, the first frequency is assumed to be a frequency at which the water content of the detection target can be accurately calculated. However, when it is not necessary to obtain the water content of the detection target and only the electrical conductivity of the detection target needs to be obtained, it is possible to use a frequency having a large error as the first frequency.

また、上記実施形態においては、検出信号と検出用入力信号との位相差を検出する位相検出手段(遅延回路5、位相検出器6及びローパスフィルタ7)と、検出用入力信号に応じた直流電圧を内部基準電圧として生成する基準電圧生成手段(駆動回路10、ローパスフィルタ11及びバッファアンプ12)と、検出信号の電圧と内部基準電圧とを差動増幅する増幅手段(バッファアンプ8、差動アンプ9及びバッファアンプ12)とを備える構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。特に、検出対象物の水分量を算出する必要がないような場合には、位相検出手段、基準電圧生成手段、増幅手段を備えず、検出信号から直接的に電気伝導度を求める構成を採用することも可能である。 Further, in the above embodiment, the phase detecting means (delay circuit 5, phase detector 6 and low-pass filter 7) for detecting the phase difference between the detection signal and the detection input signal, and the DC voltage corresponding to the detection input signal. Reference voltage generation means (drive circuit 10, low-pass filter 11 and buffer amplifier 12) that generates the internal reference voltage as an internal reference voltage, and amplification means (buffer amplifier 8, differential amplifier) that differentially amplifies the voltage of the detection signal and the internal reference voltage. A configuration including 9 and a buffer amplifier 12) was adopted. However, the present invention is not limited to this. In particular, when it is not necessary to calculate the water content of the object to be detected, a configuration is adopted in which the phase detection means, the reference voltage generation means, and the amplification means are not provided and the electric conductivity is directly obtained from the detection signal. It is also possible.

1 周波数可変発振器
2 駆動回路
3 抵抗器
4a 検出電極
4b 検出電極
5 遅延回路
6 位相検出器
7 ローパスフィルタ
8 バッファアンプ
9 差動アンプ
10 駆動回路
11 ローパスフィルタ
12 バッファアンプ
13 バッファアンプ
14 5V電源回路
15 3.3V電源回路
20 電気伝導度推定装置
30 検出器
40 演算制御部(演算制御手段)
41 周波数選択部
42 水分量算出部
43 水分量算出テーブル記憶部
44 電気伝導度推定部
45 電気伝導度推定テーブル記憶部
A 主回路
B プリント基板
b1 櫛歯部
b2 櫛歯部
b3 ボディ部
D 接続ケーブル
E 樹脂モールド
J 回路
P 接点
1 Frequency variable oscillator 2 Drive circuit 3 Resistor 4a Detection electrode 4b Detection electrode 5 Delay circuit 6 Phase detector 7 Low-pass filter 8 Buffer amplifier 9 Differential amplifier 10 Drive circuit 11 Low-pass filter 12 Buffer amplifier 13 Buffer amplifier 14 5V power supply circuit 15 3.3V power supply circuit 20 Electrical conductivity estimation device 30 Detector 40 Calculation control unit (calculation control means)
41 Frequency selection unit 42 Moisture content calculation unit 43 Moisture content calculation table storage unit 44 Electric conductivity estimation unit 45 Electrical conductivity estimation table storage unit A Main circuit B Printed circuit board b1 Comb tooth part b2 Comb tooth part b3 Body part D Connection cable E Resin mold J circuit P contact

Claims (2)

検出電極と、
前記検出電極に検出用入力信号を供給する信号供給手段と、
前記信号供給手段に第1周波数の前記検出用入力信号あるいは前記第1周波数と異なる第2周波数の前記検出用入力信号を生成させると共に、前記第1周波数の前記検出用入力信号が供給されたことによる前記検出電極の検出信号と、前記第2周波数の前記検出用入力信号が供給されたことによる前記検出電極の検出信号とに基づいて、検出対象物の電気伝導度を推定する演算制御手段と
を備え、
前記第2周波数は、前記第1周波数と比較して、前記検出対象物の電気伝導度の単位変化に対する前記検出信号が含む検出誤差の変化量が大きくなる周波数であり、
前記演算制御手段は、
前記第1周波数及び前記第2周波数のうち前記第2周波数を用いることなく、前記第1周波数の前記検出用入力信号が供給されたことによる前記検出電極の検出信号に基づいて、前記検出対象物の体積含水率を求め
前記体積含水率と、前記第2周波数の前記検出用入力信号が供給されたことによる前記検出電極の検出信号とに基づいて、前記検出対象物の電気伝導度を求める
ことを特徴とする電気伝導度推定装置。
With the detection electrode
A signal supply means for supplying a detection input signal to the detection electrode,
The signal supply means was made to generate the detection input signal of the first frequency or the detection input signal of the second frequency different from the first frequency, and the detection input signal of the first frequency was supplied. An arithmetic control means for estimating the electrical conductivity of the object to be detected based on the detection signal of the detection electrode and the detection signal of the detection electrode due to the supply of the detection input signal of the second frequency. Equipped with
The second frequency is a frequency in which the amount of change in the detection error included in the detection signal with respect to the unit change of the electric conductivity of the detection object is larger than that of the first frequency.
The arithmetic control means is
The detection object is based on the detection signal of the detection electrode obtained by supplying the detection input signal of the first frequency without using the second frequency of the first frequency and the second frequency. To find the volume moisture content of
Based on the volume water content and the detection signal of the detection electrode due to the supply of the detection input signal of the second frequency, the electric conductivity of the detection object is obtained.
An electric conductivity estimation device characterized by this.
前記検出信号と前記検出用入力信号との位相差を検出する位相検出手段と、
前記検出用入力信号に応じた直流電圧を内部基準電圧として生成する基準電圧生成手段と、
前記検出信号の電圧と前記内部基準電圧とを差動増幅する増幅手段と
を備えることを特徴とする請求項記載の電気伝導度推定装置。
A phase detection means for detecting the phase difference between the detection signal and the detection input signal, and
A reference voltage generating means that generates a DC voltage corresponding to the detection input signal as an internal reference voltage,
The electric conductivity estimation device according to claim 1 , further comprising an amplification means for differentially amplifying the voltage of the detection signal and the internal reference voltage.
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