JPH09506165A

JPH09506165A - 土壌水分センサ

Info

Publication number: JPH09506165A
Application number: JP7508148A
Authority: JP
Inventors: エル．レビィ，カレン; グルック，イスラエル; フリードマン，アナトリー; フェニガー，ナフタリ
Original assignee: シローラテレビジョンアンドエレクトロニクス
Priority date: 1993-08-29
Filing date: 1994-08-17
Publication date: 1997-06-17
Also published as: DE69423898D1; ES2147240T3; AU7527594A; EP0715724A1; AU690918B2; WO1995006881A1; EP0715724A4; EP0715724B1

Abstract

(57)【要約】土壌抵抗の弱められた検出感度と土壌水分の増加された検出感度のためのより大きい容量をそれぞれがもつセンサ電極（１２，１４）を用いる土壌水分センサ（１０）。土壌水分センサは誘電体材料（１７）の薄い層でそれぞれが被覆された１組の円筒ロッドとして備えられ，それは地中もしくは他の媒体に埋められそして電極が可変容量として動作する変換回路に接続される。各々の該センサ電極により発現される容量は電極を囲む土壌に含まれる水分に関係する。有効導電領域は電極に接触する土壌粒子により発現され，そしてそれは変換回路に与えられる可変容量を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】土壌水分センサ発明の分野本発明は土壌水分センサに関し，そして特にセンサを囲む土壌の支障なく利用できる水分を測定する土壌灌漑システムに関し，灌漑システムに対して制御の増大された精度を与えることに関する。発明の背景先行技術にはいくとおりかの土壌水分技術があり，その各々はセンサ電極間の容量効果に基づいて電気的手段により土壌水分を測定しようとするものである。これらの技術の変形はベイリーの米国特許４，８５０，３８６号に与えられていて，それは二つの電極と電極間のインピーダンスを測定するために電極に接続された検出回路を開示している。すくなくとも，電極の一つは相対的に厚い誘電体コーティングをもち，そのためにセンサリアクタンスもまた相対的に高い。水滴が電極間の誘電体コーティングに至る道筋を形成し，それは相対的に互いに接近して好適に配置されていて抵抗を減少させかつ容量を最小にする。電極間のインピーダンスは土壌の水分レベルとともに変化するが，その技術は小容量を特徴とするので測定は水分の変化程には鋭敏でない。シューラーの米国特許４，８３７，４９９号には，水分レベルとともに抵抗が変化するコンデンサを形成するために繊維金属により分離されて同心的に配置された一組の円筒導体を持つ土壌水分センサが開示されている。イルティスの米国特許４，６８３，９０４号には，一組のプレート間の容量がその間の水分に従って変化するのにつれて，周波数を変化させる発振器をもつ水分センサが開示されている。ウォルシュの米国特許４，５４０，９３６号には，土壌に挿入することのできる同軸コンデンサを形成する一組の同軸管として構成された土壌センサが開示され，それは土壌に挿入される。その同軸容量は，可変周波数発振器と周波数検出器を適用することによりインピーダンスを測定するためのウィーンブリッジ回路に接続され，そして一度共振周波数が検出されると，容量が誘電体定数と土壌水分に応じて導かれる。ラウフヘルガーの米国特許第３，７７１，５４８号には，２つのプレートとして備えられ，そのプレートの間で水分がプレート間の容量に直接的に比例する可変コンデンサが開示されている。発振器がピーク電圧検出器により測定されるコンデンサ間の電圧を発生させるために使用され，そしてそれから容量が導かれ，そしてその容量に土壌水分もまた直接的に容量に比例する。なお，ラウヘルガの米国特許３，６２６，２８６号には他の水分センサが開示されていて，そこでは２つのプレートが土壌中で離され，そして土壌の導電性水分はプレート間で測定される容量に影響する。センサの問題の１つは土壌自身が誘電体材料として使用され，そしてそのような理由で土壌成分がセンサの動作において変動を生じる要因であるということである。先行技術の検討により明らかにされたように，土壌水分を決定するために２つの電極間の容量に焦点をしぼる技術が存在する。一般的に，その容量は小さい値を持ち，そのために水分の変化によって小さい容量変化が生じ，そして，そのために土壌抵抗に相対的に高いリアクタンスを許容するようにするために低い。低周波数は電気分解コンデンサとして作用するように生じ，それは３０−７０ｋＨｚ以下の領域において低周波数で電極にイオン集中で引き起こされる寄生容量を示す。容量は厳密に実際の水分に依存しないで，寄生容量フィールド効果により歪められるので，寄生容量の望ましくない効果は土壌水分測定に問題を生じる。先行技術の水分センサに係わる他の問題は，それらが土壌にさらされる電極金属を使用しているということであり，そして酸化され，そのために高価な金属が使用されなければ，それは効果を失うということである。上記のように，土壌の主たる抵抗が支障なく利用できる水もしくは土壌水分の測定を許容せず，そのようなわけで，測定は，塩分の関数である大地の導電性の影響をあまりに簡単に受ける。そのようなわけで，土壌抵抗に影響されずそして現存する技術よりより正確な土壌抵抗の測定をもたらす土壌水分センサを提供することが望まれる。発明の要約従って，先行技術の土壌水分技術の上述の欠点を克服し，そして土壌抵抗に対する感度を弱め，そして電極を囲む土壌水分の感度を高めるためにより大きい容量をもって設計された各センサ電極を使用する土壌水分センサを提供することが本発明の主な目的である。本発明の望ましい実施例どおりに，土壌水分センサは構成する。各々が地中に置かれそして薄い誘電体被覆をもつ少なくとも２つのロッド形状電極，該各電極は第１プレートを定め，該各電極，該薄い誘電体薄膜は水分を含む複数の領域の土壌粒子とその領域にわたって接触してその領域は該接触領域にわたる該コンデンサの第２プレートを定めるものであり，該コンデンサに結合されそして検出された容量に応答する出力周波数を与える可変周波数発振手段は，ここに，該検出容量として該複数の土壌粒子を含まれている水分の該接触領域により生じる有効導電面積に関係する。望ましい実施例において，土壌水分センサは，１組の円筒ロッドとして備えられ，各々は土壌もしくは他の媒体中に埋められそして電極が可変容量として作用する変換回路に接続される誘電体材料の薄い層で被覆される。センサ電極の各々により発生される容量は電極を囲む土壌粒子に含まれる水分に関係する。水分は導電性であるので，有効導電領域が電極と接触している水分を含む土壌粒子により発生され，そしてそれは変換回路に与えられる可変容量の値を決定する。土壌水分センサは，直列接続を与える水分を含む土壌の導電性により二つの等価容量の直列接続として構成され，各等価容量は，それぞれがコンデンサを備える複数の誘電体被覆電極の並列接続により与えられる。変換回路はマルチバイブレータであり得て，マルチバイブレータは可変容量は出力周波数を決定し，そして，それは土壌水分を測定をする。他方，変換回路は電圧出力電圧として測定する。各電極の相対的に薄い誘電体被覆の使用は容量を増大し，それは土壌水分測定における因子としての土壌抵抗の除去につながるものである。被覆電極とそれを囲む水分または土壌水分は，生物に対して支障なく有効に利用できる過剰な水が示す有効導電領域を定める土壌の有効水分に基づいて土壌水分測定を与える。センサ電極と誘電体被覆の円筒形状に基づいて，線形関係が容量と土壌粒子との接触する電極長さとの関係において発生され，それは関心とする土壌の深さにおいて土壌水分測定の精度を増大させる。本発明の土壌水分センサは自動的に制御される灌漑システムに使用するのに設計された流れバルブコントローラを動作させるのに使用でき，そして現存するシステムとの関わりにおいて独立装置として提供でき，あるいは一ユニットとしてのタイマと流れバルブと一体的にも供給できるものである。本発明の他の特徴および利点は次の図面と記述により明らかにされるであろう。図面の簡単な説明発明の実施例に関して発明をよりよく理解するために，添付図面が参照される。図面において同じ番号は要素もしくは断面図を通じて対応し，ここにおいて，図１は本発明の原理に従って構成され，動作される土壌水分センサの望ましい実施例の正面図である。図２−３は土壌粒子を囲む水分に接触する図１のセンサの電極部分を図示したものである。図４は図１−３のセンサを使用して土壌水分測定をするための変換回路の電子回路図である。図５は３電極で特徴付けられる図１−３の土壌センサの他の実施例である。図６は図１の水分センサを使用する灌漑制御システムの断面ブロック図である。図７は図１の水分センサを使用する他の灌漑システムの断面ブロック図である。図８−９は，それぞれ図６−７のシステムにおいて使用するための土壌水分コントローラ他の電子回路図である。図１０は，先行技術の灌漑方法に係わる土壌水分測定変動を示す図である。図１１は本発明の土壌水分センサを使用する灌漑システムによる土壌水分測定を示す図である。図１２は土壌水分と本発明の土壌水分センサのパラメータの関係を示すグラフであり，そして，図１３ａ−ｂは精度を増大させるために分離トランスを使用した土壌水分センサの断面図である。望ましい実施例の詳細な説明図１を参照すると，本発明の原理に従って構成されて動作する土壌水分センサ１０の望ましい実施例の正面図が示されている。センサ１０は予めきめられた長さの一組の円筒形の電極を備え，土壌水分測定を目的として土壌（図示せず）に伸びる自由端部をもって，各々は容器１６内のその上端でエポキシのような封止材料で固定される。各電極１２，１４はその長さ方向に誘電体材料１７の薄い層で被覆され，そして，さらに図示されるように，変換回路１８に接続された時に土壌水分測定のための電極ペア。ケーブル１９はセンサ１０の出力信号の外部的結合を可能にする。本発明の原理に従って，センサ１０は，センサが埋め込まれている土壌の水分の囲む領域との関係において各電極１２，１４の容量に基づいて可変な容量が変換回路１８にいたるように設計されている。円筒電極１２，１４の誘電体被覆１７により与えられる各コンデンサの等価容量（ｃｓ）は次の数学的関係により与えられる。ここにおいて，Ｅ＝電極１２，１４の被覆の誘電定数である。Ｌ＝各電極の有効長さＲｏｕｔ＝誘電体被覆をもつ電極の半径である。Ｒｉｎ＝電極のみの半径である。方程式（１）の関係からわかるように，分母の値が相対的に低い値であるので，薄い誘電体被覆１７が使用された場合には相対的に高い容量が得られる。高容量の達成はリアクタンスがセンサ１０の電気的特性を支配し，そして土壌抵抗は重要でないことを意味する。例えば，５０ミクロンの薄い誘電体薄膜でロッド長１００ｍｍの場合，４ナノファラッドの容量が発生でき，センサ１０の変換回路１８の動作を数百ｋＨｚの高周波数で可能にする。発明の原理に従って，方程式（１）からわかるように土壌湿度センサ１０の容量は電極の有効長に比例し，但し，その長さは誘電体被覆１７が水分もしくは導電性液体と接触する長さにわたるものである。そのようなわけで，それは電極１２，１４を包む誘電体被覆１７と接触する導電性液体のレベルに関係する容量を与えるので，土壌水分センサ１０はレベルセンサとして使用できる。図２−３に図示されるように，土壌に埋め込られた時，電極１２，１４の各誘電体被覆１７は電極により占められる空間の周囲を囲む土壌粒子２０の水分に接触する。これらの図は異なる土壌水分条件に対して，電極１２，１４の誘電体被覆１７と土壌粒子２０との間の接触表面の形態を拡大して単純化している。土壌に含まれる水分は各土壌粒子２０を囲む水の量および現れる表面水張力に関係する厚さを持つリング２１として示される。図２の条件において土壌の水の量は図３の条件の場合より小さいので，図２のリング３１の厚さは図３のそれより小さい。各電極１２，１４上のリング２１と誘電体被覆１７の間の接触表面は有効導電領域２２により示され，図２において水の量が少ないのでそれは図３のそれより小さい。有効導電領域２２の大きさはセンサ１０により変換回路に送られる変化容量を調整し，そしてこの特性は土壌水分測定に使用される。図２−３により示唆されるように，有効導電領域２２は土壌粒子２０を囲む支障なく利用できる過剰水分に関係し，そして栽培を支える土壌水分条件の良好な示唆を提供する。先行技術と本発明との間の主要な差の一つは先行技術においては，容量の測定は少なくとも二つの電極間でなされ，発明においては，容量測定は各電極１２，１４とその周囲の有効導電領域の間である。図２−３を参照して上述したようにセンサ１０の等価容量は変化し，そしてそれを囲む土壌の水の有効導電領域に依存する。つけ加えるに，容量は高く，そしてリアクタンスは支配的な特性でありこれは土壌抵抗の影響がインピーダンスにおいて少ないことを意味する。図４を参照すると，図１−３のセンサ１０を使用する土壌水分測定をなすための変換回路１８の電子回路図が示されている。変換回路１８は非安定マルチバイブレータ２４に基づいて動作し，それはセンサ１０によりその入力に与えられる等価容量Ｃｓに基づく周波数により端子ＯＵＴ２に出力を与える。分離容量Ｃ１とＣ２の各組はセンサ電極１２，１４と直列に接続され，センサ１０が土壌に挿入される時に誘電体被覆１７を損傷する望ましくない結果を減少させる。非安定マルチバイブレータ２４の周波数は可変抵抗Ｒ１の設定により制御される。変換回路１８はまたフリップフロップ２６により構成され，さらに抵抗Ｒ２ −Ｒ３，ダイオードＤ１とコンデンサＣ３とＣ４を使用する出力電圧を供給する周波数−電圧変換器を含む。フリップフロップ２６から出力されるパルス幅は固定され，そしてｆ＝１／Ｔの関係でマルチバイブレータ２４の周波数に依存する周期を持つ（ここにｆ＝周波数，Ｔ＝周期）。周波数−電圧変換はダイオードＤ１，抵抗Ｒ₃とコンデンサＣ４により直接的になされる。フリップ−フロップ２６はＲ２とＣ３の値に基づく固定デュレレーションのパルスを供給し，そしてこれらのパルスはダイオードＤ１により整流され，そのためコンデンサＣ４に蓄積される電荷は，出力端子ＯＵＴ１に土壌水分を有効に表現される電圧を発生する。図５に，３つの電極１２，１３と１４により特徴付けられる土壌水分センサ１０の他の実施例が示されている。これらの各電極の等価容量Ｃｓは等価回路表現において示されるように接続され，図２−３で定義されたように，有効導電領域２２を増大することにより増大された土壌測定の感度を提供する。図６は図１−３の水分センサを使用する灌漑制御システム３０のブロック図である。灌漑制御システム１０は灌漑時間コントローラ３２と水分センサ１０からデータを受け取る土壌水分コントローラ３４により構成される。一般的に，この配置はすでに時間コントローラ３２を持つ既存の制御システム３０が使用され，土壌水分コントローラ３４は時間コントローラ３２と灌漑制御バルブ３６の間で接続される。制御バルブ３６は，土壌センサ１０が埋められている大地４０を灌漑するためにスプリンクラーシステム３８への水の流れを制御する。ここにおいて，コントロールシステム３０の動作がさらに記述される。図７において，土壌水分制御システム３０の他の変形が示されていて，そこにおいて土壌水分コントローラ３４は灌漑制御バルブ３６の部品として一体的に供給される。この配置において，制御システム３０は時間に基づいて灌漑動作を行い，そしてセンサ１０は操作制御バルブ３６を操作するために使用される土壌水分に基づく情報を与える。図６−７の配置の間での基本的差異は，土壌センサ１０が時間とバルブの間で独立した装置として販売されるか，あるいは土壌センサ１０がタイマーとバルブとコントローラが全て一つにまとめられている一体的パッケージとして販売されるかどうかということである。図８−９に，図６−７のシステムにおいて使用するための土壌水分コントローラ３４の他の電子ブロック図が示されている。図８において，土壌水分コントローラ３４は変換回路１８からの周波数入力信号に基づいて動作するように構成されている。内部タイマ４２は灌漑間隔を副間隔に分割するように動作し，その副間隔においてシステムは回復基盤に灌漑する。タイマ４２が，灌漑のための時間が正規にやってきたことを決定した時に，土壌水分コントローラ３４は時間が灌漑のために使用されるべきであるどうかを決定するために土壌水分センサ１０を用いてチェックするが，もし充分な水分が存在すれば，そのシステムは動作しないでいる。この決定は土壌水分を示す変換回路１８の出力信号１８の周期（周波数）を確かめるディスクリミネータ４４によりなされる。ポテンショメータＲ４は望ましい土壌水分のしきい値を調整し，そしてタイマ４２は，もし土壌水分が予め定められたしきい値以下に低下していれば，制御バルブ３６を活性化する。このモードにおいて土壌水分コントローラ３４の動作は，土壌水分がゆるやかに変化することを仮定されていて，そして，もしあまりに低ければ，灌漑は次の時間間隔まで再度土壌水分をチェックすることなく任意の間隔でなされる。図９において，土壌水分コントローラ３４は変換回路１８からの電圧入力信号に基づいて動作するように構成されている。この配置において，電圧比較器は演算増幅器４６により構成され，そしてその感度はポテンショメータＲ５の調整により調整可能であり，それは抵抗器Ｒ６−Ｒ７により与えられる分圧電圧により定められる電圧範囲で動作する。土壌水分があるしきい値以下に低下した時，センサ１０はこれを検出し，そしてその点において，コントロールバルブ３６が操作される。かくして，土壌水分レベルが連続的に監視され，要求に従って灌漑がなされる。上限電圧および下限電圧しきい値を，コントロールバルブ３６が調整されないはずの電圧範囲に定められるように，電圧比較器の感度のデッドゾーンが抵抗器Ｒ８−Ｒ９により定めることができる。かくして，灌漑はヒステリシス関数をもってなされる。図１０および図１１は電圧項において，得られた土壌水分測定の結果である。比較は，土壌水分検出を使用しない先行技術の灌漑システムと発明の土壌水分センサ１０を用いる方法との間のものである。図１０において，グラフは先行技術の灌漑方法に係わる大きい土壌水分の変動を示している。図１１の場合には，ヒステリシス関数をもつ動作に基づいて本発明の土壌水分センサ１０を使用する灌漑システム用いて得られる土壌水分測定のグラフが示されている。土壌中の１０ｃｍのところにバルブを制御する土壌水分センサ１０が埋められていて，そして第２の土壌水分センサ１０が比較のために１０ｃｍのところに埋められている。容易にわかるように，土壌水分の変動は小さく，そして望みの土壌水分レベルが全時間にわたって望みの土壌深さにおいて維持されている。つけ加えるに，制御バルブ３６は，５日（Ｘ点）に示すように，土壌水分のレベルの差に有効に変化をもたらすように操作され，これは最小の乱れを実現する。図１２は土壌水分測定と先に記述した回路を介して周期（周波数）として定められるシステムパラメータとの間の関係を示すグラフである。水分と周期の間の線型的関係があることが観察できる。線型関係は，土壌水分センサー１０の測定の精度と信頼性を増大する。図１３ａ−ｂを参照すると，望ましくない寄生容量の影響を最小にすることにより測定精度を増大するように設計された他の土壌水分センサ１０の図が示されている。例えば，図４において，分離コンデンサＣ１とＣ２の各々は高周波数で短絡回路として作用し，そしてＣＯＭラインは事実上電極１４に接続されるであろう。同様に，供給電圧Ｖｄｄと出力信号ＯＵＴ２は電極１２に事実上接続されるであろう。結果として，変換回路１８と土壌水分コントローラ３４の間の外部ケーブル接続の周囲の土壌水分は寄生容量を発生し，それは，センサ１０と土壌水分コントローラ３４が大きい距離で隔たっている場合には，測定精度に対して特に問題である。図１３ａは変換回路１８に分離トランスＴＲ１を付加することによるこの問題への解決を示す。土壌水分コントローラ３４は分離トランス経由によりＡＣ電圧を供給し，それはダイオードＤ２とコンデンサＣ５により整流される。出力端子ＯＵＴ２とＣＯＭラインの間に接続される光カプラー４７が出力信号ＯＵＴ２と土壌水分コントローラ３４への外部接続との間の電気的分離を与える。図１３ｂにおいて，センサ１０の他の実施例が示されていて，そこにおいては，出力信号ＯＵＴ２が変調器５０に供給され，そのために分離トランスＴＲ１に供給される電圧はこの信号により変調される。フィルター５２と比較器５４が，土壌水分コトローラ３４接続されて復調し，土壌水分コントローラ３４で使用するために信号ＯＵＴ２を復元する。この構成はセンサ１０とシステム３０のコストを低減する。明確な特徴的な実施例に関して記述したが，この記述は限定として意味されるものではなく，より一層の変更がこの技術に熟達した者に示唆されうるものであり，そして添付の請求範囲の概念に含まれるような範囲の修正で覆われることが意図される。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項【提出日】１９９５年２月３日【補正内容】１．土壌水分センサであって，少なくとも１組の直径との関係において相対的に大きい距離で互いに隔てられているロッド形状電極，各該電極は地中に置かれそして薄い誘電体被覆をもち，各該電極はコンデンサの第１プレートを定め，前記薄い誘電体薄膜は水分を含む複数の土壌粒子とその領域にわたって接触して，その領域は前記接触領域にわたる前記コンデンサの第２プレートを定めるものであり，前記組の電極はおのおの相対的に高い容量をもつコンデンサを備え，前記組のコンデンサは水分を含む土壌粒子の導電性を介して直列的に接続され，そして検出された容量に応答する出力周波数を与える可変周波数発振器手段を有し，ここに，検出容量は前記誘電体被覆と前記複数の土壌粒子に含まれる該水分の間の接触により定められる有効導電領域に関係してなる土壌水分センサ。２．（削除）３．（削除）４．前記検出容量が直列的に接続される一組のコンデンサの等価容量により構成され，ここに，各該組のコンデンサは各々がコンデンサを構成する一組の誘電体被覆電極の並列接続により与えられるものである請求項１に記載のセンサ。５．３つ一組の前記誘電体被覆電極が共通平面内で縦方向に配置され，前記電極の二つのおのおのが中央電極のいずか一方に配置され，該二つの電極は並列に接続されるコンデンサを定め，前記中央の電極は二つの並列接続されたコンデンサと直列に接続されるコンデンサを定めるものである請求項１に記載のセンサ。１３．前記外部接続は電気的に光結合素子により分離されるものである請求項１１に記載のセンサ。１４．土壌水分の測定方法であって，地中に埋められそして薄い誘電体被覆をもつ少なくとも一組のロッド形状電極を用意し，それらの直径との関係において相対的に大きな距離で互いに離間され，各電極は地中に置かれそして薄い誘電体被覆をもち，前記電極はコンデンサの第１プレートを定め，前記薄い誘電体薄膜は水分を含む複数の土壌粒子とその領域にわたって接触して，その領域は前記接触領域にわたる前記各コンデンサの第２プレートを定めるものであり，前記組の電極はおのおの接触領域にわたってコンデンサの第２の電極を定め，前記組の電極はおのおの相対的に高い容量を与え，該組のコンデンサは水分を含む土壌粒子の導電性を介して直列的に接続され，前記第１のプレートと各電極の前記接触領域の間に発生する検出容量，そして前記検出容量に応答する出力周波数を供給し，ここに，前記検出容量は前記薄い誘電体被覆と前記複数の土壌粒子に含まれる水分の間の前記接触領域により定められる有効導電領域に関係する測定方法。１５．（削除）１６．各々が前記薄い誘電体被覆を持ちそして前記検出容量に加えて容量を与える複数のコンデンサを定めるために土壌中に置かれる複数の付加的なロッド形状電極を備える請求項１４に記載の方法。１７．前記検出容量は，連続的に監視され，土壌水分測定を行うものである請求項１４に記載の方法。【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年３月２４日【補正内容】請求の範囲１．土壌水分センサであって，少なくとも１組の直径との関係において相対的に大きい距離で互いに隔てられているロッド形状電極，各該電極は地中に置かれそして薄い誘電体被覆をもち，各該電極はコンデンサの第１プレートを定め，前記薄い誘電体薄膜は水分を含む複数の土壌粒子とその領域にわたって接触して，その領域は前記接触領域にわたる前記コンデンサの第２プレートを定めるものであり，前記組の電極はおのおの相対的に高い容量をもつコンデンサを備え，前記組のコンデンサは水分を含む該土壌粒子の導電性を介して直列的に接続され，そして検出された容量に応答する出力周波数を与える可変周波数発振器手段を有し，ここに，前記検出容量は前記誘電体被覆と前記複数の土壌粒子に含まれる水分の間の接触により定められる有効導電領域に関係してなる土壌水分センサ。２．（削除）３．（削除）４．前記検出容量が直列的に接続される一組のコンデンサの等価容量により構成され，ここに，該各該組のコンデンサは各々がコンデンサを構成する一組の誘電体被覆電極の並列接続により与えられるものである請求項１に記載のセンサ。５．３つ一組の前記誘電体被覆電極が共通平面内で縦方向に配置され，前記電極の二つのおのおのが中央電極のいずか一方に配置され，該二つの電極は並列に接続されるコンデンサを定め，前記中央の電極は該二つの並列接続されたコンデンサと直列に接続されるコンデンサを定めるものである請求項１に記載のセンサ。１３．前記外部接続は電気的に光結合素子により分離されるものである請求項１１に記載のセンサ。１４．土壌水分の測定方法であって，地中に埋められそして薄い誘電体被覆をもつ少なくとも一組のロッド形状電極を用意し，それらの直径との関係において相対的に大きな距離で互いに離間され，各電極は地中に置かれそして薄い誘電体被覆をもち，前記電極はコンデンサの第１プレートを定め，前記薄い誘電体薄膜は水分を含む複数の土壌粒子とその領域にわたって接触して，その領域は前記接触領域にわたる前記各コンデンサの第２プレートを定めるものであり，前記組の電極はおのおの前記接触領域にわたってコンデンサの第２の電極を定め，前記組の電極はおのおの相対的に高い容量を与え，前記組のコンデンサは水分を含む土壌粒子の導電性を介して直列的に接続され，前記第１のプレートと各電極の前記接触領域の間に発生する検出容量，そして該検出容量に応答する出力周波数を供給し，ここに，前記検出容量は前記薄い誘電体被覆と前記複数の土壌粒子に含まれる水分の間の前記接触領域により定められる有効導電領域に関係する測定方法。１５．（削除）１６．各々が前記薄い誘電体被覆を持ちそして前記検出容量に加えて容量を与える複数のコンデンサを定めるために土壌中に置かれる複数の付加的なロッド形状電極を備える請求項１４に記載の方法。１７．前記検出容量は，連続的に監視され，土壌水分測定を行う請求項１４に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者グルック，イスラエルイスラエル国25208 デイ．エヌ．アシュラト，キブツキフアルマサリク（番地なし) (72)発明者フリードマン，アナトリーイスラエル国25208 デイ．エヌ．アシュラト，キブツキフアルマサリク（番地なし) (72)発明者フェニガー，ナフタリイスラエル国25208 デイ．エヌ．アシュラト，キブツキフアルマサリク（番地なし)

Claims

【特許請求の範囲】１．土壌水分センサであって，各々が地中に置かれそして薄い誘電体被覆をもつ少なくとも２つのロッド形状電極，該電極はコンデンサの第１プレートを定め，前記薄い誘電体薄膜は水分を含む複数の土壌粒子とその領域にわたって接触し，前記領域は該接触領域にわたる前記コンデンサの第２プレートを定めるものであり，前記コンデンサに結合され，そして検出された容量に応答する出力周波数を与える可変周波数発振器手段を有し，ここに，前記検出容量は前記複数の土壌粒子に含まれる水分の前記接触領域により生じる有効導電領域に関係する土壌水分センサ。２．各々が前記コンデンサを備える一組の前記誘電体被覆電極により構成され，前記一組のコンデンサは直列に接続されるものである請求項１に記載のセンサ。３．前記コンデンサの組の直列接続が水分を含む土壌の導電性によりなされるものである請求項２に記載のセンサ。４．前記検出容量が直列的に接続された一組のコンデンサの等価容量により構成され，ここに，前記各組のコンデンサは各々がコンデンサを構成する一組の誘電体被覆電極の並列接続により与えられるものである請求項１に記載のセンサ。５．３つ一組の前記誘電体被覆電極が共通平面内で縦方向に配置され，該電極の２つの各々が中央電極のいずれか一方に配置され，該２つの電極は並列に接続されるコンデンサを定め，前記中央の電極は２つの並列接続されたコンデンサと直列に接続されるコンデンサを定めるものであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。６．各々の前記電極は，前記薄い誘電体被覆を損傷する望ましくない影響を減少するために分離コンデンサに接続される請求項１に記載のセンサ。７．前記電極は液体の高さを測定するように配列され，該電極の長さ方向にわたって広がる有効導電面積と検出された容量は液体の高さの検出レベルを与えるために電極長方向にわたって連続的に監視されるものである請求項１に記載のセンサ。８．前記出力周波数は灌漑システムの制御バルブに与えられ，あらかじめ定められた周波数レベルに応答してその動作を制御する請求項１に記載のセンサ。９．前記出力周波数は周波数−電圧変換器により電圧に変換されるものである請求項１に記載のセンサ。１０．電圧は灌漑システムの制御バルブに与えられ，あらかじめ定められた電圧レベルに応答してその動作を制御するものである請求項９に記載のセンサ。１１．出力周波数は，センサと制御装置の間の一組の外部接続を経由して灌漑システムで使用するために与えられ，前記外部接続は該センサ電極から電気的に分離しているものである請求項１に記載のセンサ。１２．前記外部接続は電気的に分離トランスにより分離されている請求項１１に記載のセンサ。１３．前記外部接続は電気的に光結合素子により分離されるものである請求項１１に記載のセンサ。１４．土壌水分の測定方法であって，地中に埋められそして薄い誘電体被覆をもつロッド形状電極を用意し，該電極はコンデンサの第１プレートを定め，前記薄い誘電体被覆はその領域にわたって複数の水分を含む土壌粒子と接触し前記接触領域にわたって前記コンデンサの第２プレートを定め，前記第１プレートと前記接触領域の間に現れる容量を検出すること，そして検出された容量に応答して出力周波数を供給し，ここに，検出容量は前記複数の土壌粒子に含まれる水分の前記接触領域により生じる有効導電領域に関係する測定方法。１５．前記薄い誘電体薄膜を持ち，そして前記検出された容量に加えて容量を与える少なくとも一つのコンデンサを定めるために地中に置かれる少なくとも一つの付加的なロッド形状電極をさらに備えるものである請求項１４に記載の方法。１６．各々が前記薄い誘電体被覆を持ちそして検出された容量に加えて容量を与える複数のコンデンサを定めるために土壌中に置かれる複数の付加的なロッド形状電極をさらに備える請求項１４に記載の方法。１７．前記検出された容量は，連続的に監視され，土壌水分測定を行うものである請求項１４に記載の方法。１８．前記出力周波数は，灌漑システムの制御バルブに供給され，予めきめられた周波数レベルに応答してその動作を制御するものである請求項１４に記載の方法。１９．前記出力周波数は周波数−電圧変換器により電圧に変換される請求項１４に記載の方法。２０．電圧は灌漑システムの制御バルブを制御するように供給され，あらかじめきめられた電圧レベルに応答してその操作を制御するものである請求項１９に記載の方法。２１．出力周波数は，前記電極から電気的に分離された１組の外部接続を経由して灌漑システムにおいて使用するために供給されるものである請求項１４に記載の方法。