JP7133584B2 - センサ装置、水分量測定装置、水分量測定方法、情報処理装置および情報処理方法 - Google Patents
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Description
上記センサヘッドは、送信用の第1のアンテナ部を有する第1のプローブと、上記第1のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第2のアンテナ部を有する第2のプローブとを含む。
上記測定ユニットは、上記第1及び第2のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する信号生成部を有する。
上記センサ装置は、第1及び第2のアンテナ部を介して電磁波を送受信するため、プローブの共振による測定精度の低下を抑制する。
これにより、アンテナ部を有するプローブの構成を簡素化することができる。
これにより、プローブ終端における送受信信号の不要反射が防止される。
これにより開口部以外の領域からの送受信信号の漏洩が抑制される。
これにより、センサヘッドの構成の簡素化、堅牢化が可能となり、取り扱い性の向上を図ることができる。
これにより、センサヘッドと測定ユニットとを一体的に構成することが可能となる。
これにより、測定データの補正に用いる媒質の温度情報を取得することができる。
これにより、測定データの補正に用いる媒質の電気伝導度情報を取得することができる。
これにより、プローブ間を伝搬する電磁波の伝搬遅延時間に関する情報を生成することができる。
これにより、観測地とは異なる場所に配置された情報処理装置へ測定信号を提供することができる。
上記センサヘッドは、送信用の第1のアンテナ部を有する第1のプローブと、上記第1のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第2のアンテナ部を有する第2のプローブとを含む。
上記測定部は、上記第1及び第2のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する。
上記信号処理部は、上記測定信号に基づいて、上記媒質中の水分量を測定する。
上記測定信号に基づいて、上記媒質中の水分量が測定される。
上記遅延時間算出部は、媒質中に配置された第1のプローブの第1のアンテナ部から送信され、上記第1のプローブと所定の距離をおいて上記媒質中に配置された第2のプローブのアンテナ部で受信された電磁波に基づいて、上記第1及び第2のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出する。
上記比誘電率算出部は、上記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出する。
上記水分量算出部は、上記比誘電率に基づいて上記媒質中の水分量を算出する。
上記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率が算出される。
上記比誘電率に基づいて上記媒質中の水分量が算出される。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
図1は、本技術の一実施形態に係るセンサ装置を備えた水分量測定装置の概略構成図である。図2は、上記水分量測定装置の構成を示すブロック図である。
本実施形態の水分量測定装置100は、センサ装置10と、信号処理ユニット50とを有する。本実施形態では、農作物を育成する土壌の水分量の測定に本技術を適用した例について説明する。
以下、各部の詳細について説明する。
センサヘッド20は、送信用プローブ21(第1のプローブ)と、受信用プローブ22(第2のプローブ)とを有する。センサヘッド20は、土壌等の媒質Mの中に配置され、送信用及び受信用プローブ21,22間で所定周波数の電磁波EWを送受信することが可能なアンテナ部210,220(第1のアンテナ部、第2のアンテナ部)をそれぞれ有する。
図3は、測定ユニット30の構成を示すブロック図である。
信号処理ユニット50は、図2に示すように、遅延時間算出部51、比誘電率算出部52および水分量算出部53、メモリ54を有する。信号処理ユニット50は、センサ装置10(測定ユニット30)から送信される測定信号S1に基づいて、媒質M中の水分量を測定する情報処理装置で構成される。
以下、信号処理ユニット50の詳細について、本実施形態に係る水分量測定装置の典型的な動作とともに説明する。
h(τ)=FFT{I(n)、Q(n)} …(1)
τdelay=τ-τ0 …(2)
τdelay=d・√(εr)/c …(3)
θ=-5.3×10-2+2.92×10-2εr-5.5×10-4εr 2+4.3×10-6εr 3 …(4)
図12は、本技術の第2の実施形態に係る水分量測定装置を示す概略構成図である。
以下、第1の実施形態と異なる構成について主に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
図17は、本技術の第3の実施形態に係る水分量測定装置を示す概略構成図である。
以下、第1の実施形態と異なる構成について主に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
図18及び図19はそれぞれ、本技術の他の実施形態に係るセンサ装置の構成を概略的に示す正面図及び部分破断側面図である。本実施形態のセンサ装置40は、センサヘッド420と、測定ユニット430とを有する。
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、種々変更を加え得ることは勿論である。
(1) 送信用の第1のアンテナ部を有する第1のプローブと、前記第1のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第2のアンテナ部を有する第2のプローブとを含むセンサヘッドと、
前記第1及び第2のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する信号生成部を有する測定ユニットと
を具備するセンサ装置。
(2)上記(1)に記載のセンサ装置であって、
前記第1及び第2のプローブは、芯線部とシールド部とを有する同軸ケーブルで構成され、
前記第1及び第2のアンテナ部は、前記シールド部の一部に設けられた開口部を含む
センサ装置。
(3)上記(2)に記載のセンサ装置であって、
前記第1及び第2のプローブは、前記芯線部の終端部と前記シールド部との間に電気的に接続された終端抵抗をそれぞれ有する
センサ装置。
(4)上記(2)又は(3)に記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、前記第1及び第2のプローブに設けられ前記開口部の周辺の前記シールド部を被覆する電磁波吸収材をさらに有する
センサ装置。
(5)上記(4)に記載のセンサ装置であって、
前記電磁波吸収材は、フェライトを含む
センサ装置。
(6)上記(1)に記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、第1のアーム部と、第2のアーム部と、前記第1及び第2のアーム部を連結する連結部とを含む支持基板をさらに有し、
前記第1及び第2のプローブは、前記第1及び第2のアーム部にそれぞれ設けられたストリップ線路で構成される
センサ装置。
(7)上記(6)に記載のセンサ装置であって、
前記測定ユニットは、前記連結部に搭載される
センサ装置。
(8)上記(1)~(7)のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、前記第1及び第2のプローブの少なくとも一方に設けられ前記媒質の温度を検出することが可能に構成された温度検出部をさらに有する
センサ装置。
(9)上記(1)~(8)のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、前記第1及び第2のプローブの少なくとも一方に設けられ前記媒質の電気伝導度を検出することが可能に構成された電気伝導度検出部をさらに有する
センサ装置。
(10)上記(1)~(9)のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記信号生成部は、前記第1のプローブに所定周波数のパルス信号を入力する信号発生器と、前記第2のプローブの出力を直交検波する検波器とを有する
センサ装置。
(11)上記(1)~(10)のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記測定ユニットは、前記測定信号を情報処理装置へ送信することが可能に構成された通信部をさらに有する
センサ装置。
(12) 送信用の第1のアンテナ部を有する第1のプローブと、前記第1のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第2のアンテナ部を有する第2のプローブとを含むセンサヘッドと、
前記第1及び第2のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する測定ユニットと、
前記測定信号に基づいて、前記媒質中の水分量を測定する信号処理ユニットと
を具備する水分量測定装置。
(13)上記(12)に記載の水分量測定装置であって、
前記信号処理ユニットは、
前記測定信号に基づいて前記第1及び第2のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
前記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出する比誘電率算出部と、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出する水分量算出部と
を有する
水分量測定装置。
(14)上記(12)又は(13)に記載の水分量測定装置であって、
前記センサヘッドは、前記媒質の温度を検出することが可能に構成された温度検出部をさらに有し、
前記信号処理ユニットは、前記温度検出部の出力に基づいて前記水分量を補正する
水分量測定装置。
(15)上記(12)~(14)のいずれか1つに記載の水分量測定装置であって、
前記センサヘッドは、前記媒質の電気伝導度を検出することが可能に構成された電気伝導度検出部をさらに有し、
前記信号処理ユニットは、前記電気伝導度検出部の出力に基づいて前記水分量を補正する
水分量測定装置。
(16) 媒質中に配置された第1のプローブの第1のアンテナ部から送信された電磁波を、前記第1のプローブと所定の距離をおいて前記媒質中に配置された第2のプローブの第2のアンテナ部で受信することで、前記電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成し、
前記測定信号に基づいて、前記媒質中の水分量を測定する
水分量測定方法。
(17)上記(16)に記載の水分量測定方法であって、
前記水分量の測定は、
前記測定信号に基づいて測定された前記電磁波の伝搬遅延時間を算出し、
前記伝搬遅延時間に基づいて前記媒質の比誘電率を算出し、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出することを含む
水分量測定方法。
(18)上記(16)又は(17)に記載の水分量測定方法であって、
前記媒質は、土壌である
水分量測定方法。
(19) 媒質中に配置された第1のプローブの第1のアンテナ部から送信され、前記第1のプローブと所定の距離をおいて前記媒質中に配置された第2のプローブの第2のアンテナ部で受信された電磁波に基づいて、前記第1及び第2のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
前記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出する比誘電率算出部と、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出する水分量算出部と
を具備する情報処理装置。
(20) 媒質中に配置された第1のプローブの第1のアンテナ部から送信され、前記第1のプローブと所定の距離をおいて前記媒質中に配置された第2のプローブの第2のアンテナ部で受信された電磁波に基づいて、前記第1及び第2のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出し、
前記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出し、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出する
情報処理方法。
20,420…センサヘッド
21,421…送信用プローブ
22,422…受信用プローブ
23…終端抵抗
24,424…スリーブ
25…温度検出部
26…電気伝導度検出部
30,430…測定ユニット
31…信号生成部
32…通信部
50…信号処理ユニット
51…遅延時間算出部
52…比誘電率算出部
53…水分量算出部
100,200,300…水分量測定装置
210,220,4210,4220…アンテナ部
310…制御部
311…信号発生器
313…位相シフタ
314…混合器
Claims (14)
- 送信部と、
受信部と、
前記送信部から放射され、前記送信部と前記受信部との間の媒質中を伝搬し、前記受信部で受信された電磁波を検波する信号生成部を支持し、配線層を有する基板と、を備えた、前記媒質中の水分を測定するセンサ装置であって、
前記センサ装置は、
前記送信部を有する第1プローブと、
前記受信部を有する第2プローブと、
前記第1プローブと前記第2プローブの一部の領域を被覆し、電磁波吸収材を含有するスリーブと、
前記第1プローブと前記第2プローブとの間を連結し前記送信部と前記受信部とを所定の距離を隔てて相互に対向させる支持部とを備え、
前記第1プローブは、
第1信号線と、
前記第1信号線の周囲を覆う第1シールド層と
を有し、
前記送信部は、前記スリーブで被覆されない領域の前記第1シールド層と、当該第1シールド層から露出する前記第1信号線とにより形成され、
前記第2プローブは、
第2信号線と、
前記第2信号線の周囲を覆う第2シールド層とを有し、
前記受信部は、前記スリーブで被覆されない領域の前記第2シールド層と、当該第2シールド層から露出する前記第2信号線とにより形成され、
前記第1信号線と、前記第1シールド層と、前記第2信号線と、前記第2シールド層と、のいずれもが、前記配線層を介して前記信号生成部に接続される
センサ装置。 - 請求項1に記載のセンサ装置であって、
前記基板は、前記支持部に配置される
センサ装置。 - 請求項1または2に記載のセンサ装置であって、
前記第1プローブおよび前記第2プローブは、帯状に形成される
センサ装置。 - 請求項1~3のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記第1プローブおよび前記第2プローブは、ストリップ線路またはマイクロストリップ線路で構成される
センサ装置。 - 請求項1~4のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記第1プローブと前記第2プローブは、相互に平行に形成される
センサ装置。 - 請求項1~5のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記送信部と前記受信部は、電磁波透過性の保護部材で被覆されている
センサ装置。 - 請求項1~6のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記送信部から放射される前記電磁波の周波数は、500MHz以上8GHz以下である
センサ装置。 - 請求項1~7のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記信号生成部は、前記送信部から放射する前記電磁波を発生させる送信信号を生成する信号発生器を有し、
前記信号発生器は、前記送信信号として、周波数が掃引された送信信号を生成する
センサ装置。 - 請求項8に記載のセンサ装置であって、
前記信号発生器は、前記送信信号として、前記周波数が所定の大きさで段階的に変化した送信信号を生成する
センサ装置。 - 請求項1~9のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記信号生成部は、前記受信部で受信された電磁波を検波することで、前記媒質中を伝搬中に発生した前記電磁波の伝搬遅延に関する情報を含む測定信号を生成する
センサ装置。 - 請求項1~10のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記信号生成部は、前記受信部で受信された前記電磁波に対して直交検波を行う検波器を有する
センサ装置。 - 請求項1~11のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
前記媒質の温度を検出する温度検出部、前記媒質の電気伝導度を検出する電気伝導度検出部、または、前記媒質のpHを検出するpH検出部の少なくとも1つをさらに具備する
センサ装置。 - 送信部と、
受信部と、
前記送信部から放射され、前記送信部と前記受信部との間の媒質中を伝搬し、前記受信部で受信された電磁波を検波する信号生成部を支持し、配線層を有する基板と、
前記信号生成部の出力に基づいて前記媒質中の水分量を測定する信号処理ユニットと、を備えたセンサ装置であって、
前記センサ装置は、
前記送信部を有する第1プローブと、
前記受信部を有する第2プローブと、
前記第1プローブと前記第2プローブとの間を連結し前記送信部と前記受信部とを所定の距離を隔てて相互に対向させる支持部とを備え、
前記第1プローブは、
第1信号線と、
前記第1信号線の周囲を覆う第1シールド層と、
電磁波を吸収する材料で形成され、かつ、前記第1信号線および前記第1シールド層の延在方向に沿って配置され、かつ、前記第1信号線と前記第1シールド層とを併せたその周囲の一部の領域を被覆する第1電磁波吸収層と、を有し、
前記送信部は、前記第1電磁波吸収層で被覆されない領域の前記第1シールド層と、当該第1シールド層から露出する前記第1信号線とにより形成され、
前記第2プローブは、
第2信号線と、
前記第2信号線の周囲を覆う第2シールド層と、
電磁波を吸収する材料で形成され、かつ、前記第2信号線および前記第2シールド層の延在方向に沿って配置され、かつ、前記第2信号線と前記第2シールド層とを併せたその周囲の一部の領域を被覆する第2電磁波吸収層と、を有し、
前記受信部は、前記第2電磁波吸収層で被覆されない領域の前記第2シールド層と、当該第2シールド層から露出する前記第2信号線とにより形成され、
前記第1信号線と、前記第1シールド層と、前記第2信号線と、前記第2シールド層と、のいずれもが、前記配線層を介して前記信号生成部に接続される
水分量測定装置。 - 請求項13に記載の水分量測定装置であって、
前記信号生成部の出力は、前記信号処理ユニットに対して無線で送信される
水分量測定装置。
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