JPS5917380B2 - 高周波による含水量測定装置 - Google Patents
高周波による含水量測定装置Info
- Publication number
- JPS5917380B2 JPS5917380B2 JP49088243A JP8824374A JPS5917380B2 JP S5917380 B2 JPS5917380 B2 JP S5917380B2 JP 49088243 A JP49088243 A JP 49088243A JP 8824374 A JP8824374 A JP 8824374A JP S5917380 B2 JPS5917380 B2 JP S5917380B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water content
- high frequency
- measuring device
- measurement
- water
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は土壌中の含水量を測定する含水量測定装置に関
する。
する。
土壌中に含まれる水分を測定する場合一般に高周波信号
を使用して測定している。
を使用して測定している。
また土壌中の導電率、比誘電率はその含水量により変化
するが、導電率は水分量の指数倍で変化して比誘電率は
直線的に変化する。従つて一般に含水物質の電気的性質
を利用し含水量測定装置を構成するためには、比誘電率
の変化を検出した方が直線性のよい測定： 器ができる
。含水物質の等価回路は並列に接続された抵抗と容量で
表わされるが、含水量が多くなると抵抗分が容量分に比
して小さくなり、容量の変化を検出するには高い周波数
が必要となる。
するが、導電率は水分量の指数倍で変化して比誘電率は
直線的に変化する。従つて一般に含水物質の電気的性質
を利用し含水量測定装置を構成するためには、比誘電率
の変化を検出した方が直線性のよい測定： 器ができる
。含水物質の等価回路は並列に接続された抵抗と容量で
表わされるが、含水量が多くなると抵抗分が容量分に比
して小さくなり、容量の変化を検出するには高い周波数
が必要となる。
特に土壌の場□ 合には、その構成物質および、その割
合が多様であり、含水量が容量測定に与える影響も複雑
となり、単に周波数を高くすればよいというものではな
く、数１０ＭＨ２の周波数が適当である。このような高
い周波数で容量を測定するため、高周波容量ブリ５ ツ
ジが考えられる。しかしこのような測定器では含水量検
出部と測定器本体との距離をきわめて接近させなければ
ならない。しかるに地中の水分測定のような場合には水
分検出部と測定器本体との距離が長くなるので、一般的
な容量ブリッジで測０ 定することは困難となる。本発
明では検出部にサンプリング回路を設け、それにより高
周波信号を低周波信号に周波数変換し、結果的に距離の
離れた地点間で有効に容量の測定を行ない、含水物中の
水分を測定することを５ 可能ならしめたものである。
合が多様であり、含水量が容量測定に与える影響も複雑
となり、単に周波数を高くすればよいというものではな
く、数１０ＭＨ２の周波数が適当である。このような高
い周波数で容量を測定するため、高周波容量ブリ５ ツ
ジが考えられる。しかしこのような測定器では含水量検
出部と測定器本体との距離をきわめて接近させなければ
ならない。しかるに地中の水分測定のような場合には水
分検出部と測定器本体との距離が長くなるので、一般的
な容量ブリッジで測０ 定することは困難となる。本発
明では検出部にサンプリング回路を設け、それにより高
周波信号を低周波信号に周波数変換し、結果的に距離の
離れた地点間で有効に容量の測定を行ない、含水物中の
水分を測定することを５ 可能ならしめたものである。
以下に図面を用いて説明すれば、水の比誘電率は８０で
あり、土壌、穀物、木材のような含水物の比誘電率５〜
１０に比して一桁大きい。
あり、土壌、穀物、木材のような含水物の比誘電率５〜
１０に比して一桁大きい。
従つて含水量の如何により比誘電率も大きく変化するが
、’０ 土壌のような含水物では比誘電率の増大と共に
物質に含まれている電解質が水に溶解して導電率も犬き
くなる。第１図に示した土壌と電極の状態を、第２図に
等価回路で表示すると、１は電極、１ａは土壌のｊ５粒
子、Ｉｂは水の分子であり、Ｃは等価容量、Ｇは等価コ
ンダクタンスである。
、’０ 土壌のような含水物では比誘電率の増大と共に
物質に含まれている電解質が水に溶解して導電率も犬き
くなる。第１図に示した土壌と電極の状態を、第２図に
等価回路で表示すると、１は電極、１ａは土壌のｊ５粒
子、Ｉｂは水の分子であり、Ｃは等価容量、Ｇは等価コ
ンダクタンスである。
測定角周波数をωとするとき、アドミッタンスＹは、Ｙ
＝Ｇ＋ｊωＣ、ごとなる。
＝Ｇ＋ｊωＣ、ごとなる。
土壌の含水量と比誘電率の関係は土壌に含まれる水分の
体積比と水分の分散の状態により変化する。一般に含水
物の誘電率は（１）式で表わされる。ここにεは合成比
誘電率、ε，は含水物質の比誘電率、ε．は水の比誘電
率、φは含水物質の体積比である。
体積比と水分の分散の状態により変化する。一般に含水
物の誘電率は（１）式で表わされる。ここにεは合成比
誘電率、ε，は含水物質の比誘電率、ε．は水の比誘電
率、φは含水物質の体積比である。
土壌のような物質ではε，＝８，ε．＝８０と考えて（
１）式より計算すると第３図が得られる。含水物質の含
水率を測定する電極としては円筒形、平行板形等が考え
られるが、電極の間に含水物質を置いて高周波電圧Ｅを
印加したときの高周波電流をとすると（２）式が成立す
る。Ｙが変化しても印加電圧Ｅの値を一定に保つて電流
１の絶対値１１１（５１とＥの位相差θを測定する。こ
の測定値１１１，ｉＥ１，θの関係を（３）式に示す。
虚数項を比較してＣ＝εＣＯと置くと（４）式を得る。
１）式より計算すると第３図が得られる。含水物質の含
水率を測定する電極としては円筒形、平行板形等が考え
られるが、電極の間に含水物質を置いて高周波電圧Ｅを
印加したときの高周波電流をとすると（２）式が成立す
る。Ｙが変化しても印加電圧Ｅの値を一定に保つて電流
１の絶対値１１１（５１とＥの位相差θを測定する。こ
の測定値１１１，ｉＥ１，θの関係を（３）式に示す。
虚数項を比較してＣ＝εＣＯと置くと（４）式を得る。
ω，ＣＯ，ｌＥＩは一定であるから！Ｉｉ，θを測定す
ると、合成比誘電率εが従つて含水物質の含水率が測定
できます。
ると、合成比誘電率εが従つて含水物質の含水率が測定
できます。
この原理に基づき含水率を測定するときに１１１，１Ｅ
！，θを測定する必要があるが、測定周波数が数１０Ｍ
Ｈｚのときには被測定物質に対して配設する電極と、測
定装置との距離をきわめて短かくしなくては誤差を生じ
有効な測定はできない。
！，θを測定する必要があるが、測定周波数が数１０Ｍ
Ｈｚのときには被測定物質に対して配設する電極と、測
定装置との距離をきわめて短かくしなくては誤差を生じ
有効な測定はできない。
本発明では電極を有する検出部に高周波信号と同時にこ
の高周波信号と同期したサンプリング信号を送り、検出
部で高周波信号の電圧成分、電流成分の各々を、これと
等価の低周波電圧に変換して測定することを特徴として
いる。本発明の一実施例を第４図に示す。
の高周波信号と同期したサンプリング信号を送り、検出
部で高周波信号の電圧成分、電流成分の各々を、これと
等価の低周波電圧に変換して測定することを特徴として
いる。本発明の一実施例を第４図に示す。
図において１は電極部、２，３はサンプリング回路、４
は自動電圧調整増幅器、５は高周波信号発生器、６はサ
ンプリング信号発生器、７は位相制御回路、８，９は増
幅器、１０は検波回路、１１は位相検波回路、１２は表
示器である。上記の各構成要素で電極部１、サンプリン
グ回路２，３は一点鎖線をもつて示す検出部を構成し土
壌中に挿入される。これに対し一点鎖線をもつて囲繞し
た部分は測定部を構成し、これら両部は相互に離隔して
使用する。ここで高周波信号発生器５の周波数ｆとサン
プリング信号発生器６の周波数Ｆｓの周波数関係は、（
６）式を満足するように位相制御回路７により周波数制
御されている。たマしＦＬは高周波信号をサンプリング
回路により変換された低周波信号であり、ｎは整数とす
る。
は自動電圧調整増幅器、５は高周波信号発生器、６はサ
ンプリング信号発生器、７は位相制御回路、８，９は増
幅器、１０は検波回路、１１は位相検波回路、１２は表
示器である。上記の各構成要素で電極部１、サンプリン
グ回路２，３は一点鎖線をもつて示す検出部を構成し土
壌中に挿入される。これに対し一点鎖線をもつて囲繞し
た部分は測定部を構成し、これら両部は相互に離隔して
使用する。ここで高周波信号発生器５の周波数ｆとサン
プリング信号発生器６の周波数Ｆｓの周波数関係は、（
６）式を満足するように位相制御回路７により周波数制
御されている。たマしＦＬは高周波信号をサンプリング
回路により変換された低周波信号であり、ｎは整数とす
る。
具体的な数値ではｆ＝４０．０１０ＭＨｚ，ｆｓ１．０
００ＭＨｚになるように位相制御されると低周波信号Ｆ
Ｌ＝１０ｋＨｚが得られる。この２つの信号を電極１に
送給して電極で被測定物質に印加された高周波信号ｆの
電圧成分、電流成分をサンプリング回路２，３によりサ
ンプリング信号Ｆｓでサンプリングして低周波電圧ＳＥ
，ＳＩを得る。ＳＥは高周波信号ｆの電圧成分の情報を
含んだ信号であり、ＳＩは電流成分の情報を含んだ信号
である。数値例では４０．０１０ＭＨｚの高周波信号が
１０ｋＨｚの低周波信号に周波数変換される。変換され
たＳＥとＳＩは電極から測定部に伝送されるが、使用す
る周波数が低周波のためにその距離は長くなつても測定
誤差は出ない。測定部においてＳＥ（５Ｓは各々増幅器
８，９により増幅される。
００ＭＨｚになるように位相制御されると低周波信号Ｆ
Ｌ＝１０ｋＨｚが得られる。この２つの信号を電極１に
送給して電極で被測定物質に印加された高周波信号ｆの
電圧成分、電流成分をサンプリング回路２，３によりサ
ンプリング信号Ｆｓでサンプリングして低周波電圧ＳＥ
，ＳＩを得る。ＳＥは高周波信号ｆの電圧成分の情報を
含んだ信号であり、ＳＩは電流成分の情報を含んだ信号
である。数値例では４０．０１０ＭＨｚの高周波信号が
１０ｋＨｚの低周波信号に周波数変換される。変換され
たＳＥとＳＩは電極から測定部に伝送されるが、使用す
る周波数が低周波のためにその距離は長くなつても測定
誤差は出ない。測定部においてＳＥ（５Ｓは各々増幅器
８，９により増幅される。
ＳＥは検出器１０により直流電圧に変換されて、水分が
変化してもＳＥが一定になるように自動電圧調整増幅器
４により高周波信号を制御している。一方ＳＩは位相検
波器１１によりＳＥ信号で位相検波されて１ＳＩｉ−Ｓ
ｌｎθを求める。直流電圧、１ＳＩｉ−Ｓｉｎθは表示
器１２により土壌の含水量として表示する。以上に説明
したように土壌の含水量を測定する電極部に高周波信号
とサンプリング信号とを伝送して、電極端子の極めて近
くで高周波信号を低周波信号に周波数変換するため、含
水量の測定電極部（プローブ）を測定部から任意長の距
離に設けることができる。また地中の水分を連続的に測
定するとき電極と測定装置は１００ｍ以上にも離れるこ
とがあるために、従来の誘電式測定装置では実測が不可
能であつたことを考えると、本発明の効果は甚だ顕著で
あることになる。なお本願の含水量測定装置は土壌につ
いて説明したが、穀物、木材等に応用できることは勿論
である。
変化してもＳＥが一定になるように自動電圧調整増幅器
４により高周波信号を制御している。一方ＳＩは位相検
波器１１によりＳＥ信号で位相検波されて１ＳＩｉ−Ｓ
ｌｎθを求める。直流電圧、１ＳＩｉ−Ｓｉｎθは表示
器１２により土壌の含水量として表示する。以上に説明
したように土壌の含水量を測定する電極部に高周波信号
とサンプリング信号とを伝送して、電極端子の極めて近
くで高周波信号を低周波信号に周波数変換するため、含
水量の測定電極部（プローブ）を測定部から任意長の距
離に設けることができる。また地中の水分を連続的に測
定するとき電極と測定装置は１００ｍ以上にも離れるこ
とがあるために、従来の誘電式測定装置では実測が不可
能であつたことを考えると、本発明の効果は甚だ顕著で
あることになる。なお本願の含水量測定装置は土壌につ
いて説明したが、穀物、木材等に応用できることは勿論
である。
第１図は含水物質と電極との配置関係図、第２図はその
電気的等化回路図、第３図は含水量と合成比誘電率を示
す図、第４図は容量測定に基づく本発明装置のためのプ
ロツク線図を示す。 １・・・・・・電極部、２，３・・・・・・サンプリン
グ回路、５・・・・・・高周波信号発生器、６・・・・
・・サンプリング信号発生器。
電気的等化回路図、第３図は含水量と合成比誘電率を示
す図、第４図は容量測定に基づく本発明装置のためのプ
ロツク線図を示す。 １・・・・・・電極部、２，３・・・・・・サンプリン
グ回路、５・・・・・・高周波信号発生器、６・・・・
・・サンプリング信号発生器。
Claims (1)
- １ プローブ部と測定部とが離れた所に位置する場合の
土壌における含水量測定装置において、プローブ部に設
けた２つの電極間に被測定物を入れ、該電極に高周波の
一定電圧を印加し、該高周波電圧と電流とをそれぞれプ
ローブ部内でサンプリングし、低周波信号にして測定部
に送出し、該測定部で電流成分のサンプリング出力にお
ける電圧成分に直交する成分の量を検出して比誘電率を
求めて前記被測定物の含水量を測定することを特徴とす
る土壌の含水量測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49088243A JPS5917380B2 (ja) | 1974-07-31 | 1974-07-31 | 高周波による含水量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49088243A JPS5917380B2 (ja) | 1974-07-31 | 1974-07-31 | 高周波による含水量測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5116995A JPS5116995A (en) | 1976-02-10 |
| JPS5917380B2 true JPS5917380B2 (ja) | 1984-04-20 |
Family
ID=13937407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP49088243A Expired JPS5917380B2 (ja) | 1974-07-31 | 1974-07-31 | 高周波による含水量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5917380B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019168289A (ja) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | 株式会社東芝 | ガスセンシング方法、ガスセンサ、及びガスセンシングシステム |
| JPWO2022039007A1 (ja) * | 2020-08-18 | 2022-02-24 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3399344A (en) * | 1965-02-19 | 1968-08-27 | Kingsbury Technology Inc | Capacitor test cell, incorporated in a conveyor bed for conveying large bulky heavy individual pieces for the capacitive measurement of moisture in said pieces while supported on said bed |
| US3684954A (en) * | 1970-12-21 | 1972-08-15 | Industrial Nucleonics Corp | Single frequency moisture gauge with logarithmic feedback |
-
1974
- 1974-07-31 JP JP49088243A patent/JPS5917380B2/ja not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3399344A (en) * | 1965-02-19 | 1968-08-27 | Kingsbury Technology Inc | Capacitor test cell, incorporated in a conveyor bed for conveying large bulky heavy individual pieces for the capacitive measurement of moisture in said pieces while supported on said bed |
| US3684954A (en) * | 1970-12-21 | 1972-08-15 | Industrial Nucleonics Corp | Single frequency moisture gauge with logarithmic feedback |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5116995A (en) | 1976-02-10 |
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