(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段と、
を備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、
前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である水分検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水分検出装置であって、
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値を検出する水分検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水分検出装置であって、
前記第２周波数は、第２基準周波数以上であり、
前記第２基準周波数は数百ｋＨｚである水分検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の水分検出装置であって、
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記位相差を検出する水分検出装置。
【請求項５】
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段と、
を備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、
前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である水分検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の水分検出装置であって、
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値および前記位相差を検出する水分検出装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の水分検出装置であって、
前記入力電気信号は、第２周波数の第２入力電気信号を含み、
前記第２周波数は、第２基準周波数以上であり、
前記第２基準周波数は数百ｋＨｚであり、
前記インピーダンス測定手段は、前記第１入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間のインピーダンスの絶対値を測定するとともに、前記第２入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間の位相差を測定する水分検出装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の水分検出装置であって、
前記水分量特定手段は、
【数１】
0006047692.tif 000017
からなる連立方程式を解く水分検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の水分検出装置であって、
前記信号発生手段は、矩形波の電気信号を前記入力電気信号とする水分検出装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の水分検出装置であって、
周囲の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記水分量特定手段は、前記温度検出手段による検出結果に応じて、前記抵抗値および前記静電容量またはそのうちの一方を補正する水分検出装置。
【請求項１１】
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段と、
を備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、
前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である電気伝導度検出装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電気伝導度検出装置であって、
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値を検出する電気伝導度検出装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の電気伝導度検出装置であって、
前記第２周波数は、第２基準周波数以上であり、
前記第２基準周波数は数百ｋＨｚである電気伝導度検出装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の電気伝導度検出装置であって、
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記位相差を検出する電気伝導度検出装置。
【請求項１５】
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段と、
を備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、
前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である電気伝導度検出装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電気伝導度検出装置であって、
前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、
前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値および前記位相差を検出する電気伝導度検出装置。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の電気伝導度検出装置であって、
前記入力電気信号は、第２周波数の第２入力電気信号を含み、
前記第２周波数は、第２基準周波数以上であり、
前記第２基準周波数は数百ｋＨｚであり、
前記インピーダンス測定手段は、前記第１入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間のインピーダンスの絶対値を測定するとともに、前記第２入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間の位相差を測定する電気伝導度検出装置。
【請求項１８】
請求項１１ないし１７のいずれかに記載の電気伝導度検出装置であって、
前記電気伝導度特定手段は、
【数２】
0006047692.tif 000018
からなる連立方程式を解く電気伝導度検出装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の電気伝導度検出装置であって、
前記電気伝導度特定手段は、
【数３】
0006047692.tif 000019
を解く電気伝導度検出装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電気伝導度検出装置であって、
前記電気伝導度特定手段は、
前記測定対象系における水分量を求めるとともに、前記電気伝導度を前記水分量で補正する電気伝導度検出装置。
【請求項２１】
請求項１１ないし２０のいずれかに記載の電気伝導度検出装置であって、
前記信号発生手段は、矩形波の電気信号を前記入力電気信号とする電気伝導度検出装置。
【請求項２２】
請求項１１ないし２１のいずれかに記載の電気伝導度検出装置であって、
周囲の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記電気伝導度特定手段は、前記温度検出手段による検出結果に応じて、前記抵抗値および前記静電容量またはそのうちの一方を補正する電気伝導度検出装置。
【請求項２３】
測定対象系に水を供給する給水装置と、
前記給水装置による水の供給を制御する制御装置と、
前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な水分検出装置と、
を備え、
前記水分検出装置は、
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
を備え、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段をさらに備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、
前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度であり、
前記制御装置は、前記水分検出装置による検出結果に応じて前記給水装置を制御するセンサネットワークシステム。
【請求項２４】
測定対象系に水を供給する給水装置と、
前記給水装置による水の供給を制御する制御装置と、
前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な水分検出装置と、
を備え、
前記水分検出装置は、
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
を備え、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段をさらに備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、
前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度であり、
前記制御装置は、前記水分検出装置による検出結果に応じて前記給水装置を制御するセンサネットワークシステム。
【請求項２５】
測定対象系に養液を供給する養液供給装置と、
前記養液供給装置による養液の供給を制御する制御装置と、
前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な電気伝導度検出装置と、
を備え、
前記電気伝導度検出装置は、
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
を備え、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段をさらに備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、
前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度であり、
前記制御装置は、前記電気伝導度検出装置による検出結果に応じて前記養液供給装置を制御するセンサネットワークシステム。
【請求項２６】
測定対象系に養液を供給する養液供給装置と、
前記養液供給装置による養液の供給を制御する制御装置と、
前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な電気伝導度検出装置と、
を備え、
前記電気伝導度検出装置は、
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
を備え、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段をさらに備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、
前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度であり、
前記制御装置は、前記電気伝導度検出装置による検出結果に応じて前記養液供給装置を制御するセンサネットワークシステム。
【請求項２７】
コンピュータ読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段と、
を備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、
前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である水分検出装置として機能させるプログラム。
【請求項２８】
コンピュータ読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段と、
を備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、
前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である水分検出装置として機能させるプログラム。
【請求項２９】
コンピュータ読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段と、
を備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、
前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である電気伝導度検出装置として機能させるプログラム。
【請求項３０】
コンピュータ読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、
水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段と、
を備え、
前記信号発生手段は、
前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、
前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である電気伝導度検出装置として機能させるプログラム。
【請求項３１】
一対の電極を水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触させる工程と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、
測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める工程と、
を有し、
前記入力電気信号は、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを含み、
前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である水分検出方法。
【請求項３２】
一対の電極を水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触させる工程と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、
測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める工程と、
を有し、
前記入力電気信号は、第１周波数の第１入力電気信号を含み、
前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である水分検出方法。
【請求項３３】
一対の電極を水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触させる工程と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、
測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める工程と、
を有し、
前記入力電気信号は、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを含み、
前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である電気伝導度検出方法。
【請求項３４】
一対の電極を水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触させる工程と、
前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、
前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、
測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める工程と、
を有し、
前記入力電気信号は、第１周波数の第１入力電気信号を含み、
前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、
前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、
前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である電気伝導度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土壌の水分量や電気伝導度を正確かつ安価で検出する技術に関する。さらには、畑などの培地に対する散水や追肥を自動的に制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、畑の培地における水分量や養分濃度を検出するセンサが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０１４４０２号公報
【特許文献２】特開２００４−０７７４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、電気伝導度を検出するセンサでは、土中の水分量が多くないと測定が難しいため、例えば、特許文献１に記載の技術では、測定する際に、センサから水分を供給する仕組みが必要となるという問題があった。
【０００５】
また、土中の水分量を電気的に計測する方法には、電気抵抗法や誘電率法などが提案されているが、電気抵抗法は安価である反面、塩分濃度や温度の影響を受けやすく、正確な測定ができないという問題がある。一方、誘電率法は、塩分濃度の影響はある程度抑制されるが、高周波を使用するために、検出装置そのものが比較的高価な構成となるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、主に、土壌の水分量や電気伝導度を正確かつ安価で検出する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、水分検出装置であって、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段とを備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る水分検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値を検出する。
【０００９】
また、請求項３の発明は、請求項１または２の発明に係る水分検出装置であって、前記第２周波数は、第２基準周波数以上であり、前記第２基準周波数は数百ｋＨｚである。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項１の発明に係る水分検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記位相差を検出する。
【００１１】
また、請求項５の発明は、水分検出装置であって、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段とを備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である。
【００１２】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る水分検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値および前記位相差を検出する。
【００１３】
また、請求項７の発明は、請求項５または６の発明に係る水分検出装置であって、前記入力電気信号は、第２周波数の第２入力電気信号を含み、前記第２周波数は、第２基準周波数以上であり、前記第２基準周波数は数百ｋＨｚであり、前記インピーダンス測定手段は、前記第１入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間のインピーダンスの絶対値を測定するとともに、前記第２入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間の位相差を測定する。
【００１４】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの発明に係る水分検出装置であって、前記水分量特定手段は、
【数１】
0006047692.tif 000002
からなる連立方程式を解く。
【００１５】
また、請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれかの発明に係る水分検出装置であって、前記信号発生手段は、矩形波の電気信号を前記入力電気信号とする。
【００１６】
また、請求項１０の発明は、請求項１ないし９のいずれかの発明に係る水分検出装置であって、周囲の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記水分量特定手段は、前記温度検出手段による検出結果に応じて、前記抵抗値および前記静電容量またはそのうちの一方を補正する。
【００１７】
また、請求項１１の発明は、電気伝導度検出装置であって、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段とを備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である。
【００１８】
また、請求項１２の発明は、請求項１１の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値を検出する。
【００１９】
また、請求項１３の発明は、請求項１１または１２の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記第２周波数は、第２基準周波数以上であり、前記第２基準周波数は数百ｋＨｚである。
【００２０】
また、請求項１４の発明は、請求項１１の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記位相差を検出する。
【００２１】
また、請求項１５の発明は、電気伝導度検出装置であって、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段とを備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である。
【００２２】
また、請求項１６の発明は、請求項１５の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電極の一方と前記信号発生手段との間に配置される抵抗器をさらに備え、前記インピーダンス測定手段は、抵抗分圧により前記絶対値および前記位相差を検出する。
【００２３】
また、請求項１７の発明は、請求項１５または１６の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記入力電気信号は、第２周波数の第２入力電気信号を含み、前記第２周波数は、第２基準周波数以上であり、前記第２基準周波数は数百ｋＨｚであり、前記インピーダンス測定手段は、前記第１入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間のインピーダンスの絶対値を測定するとともに、前記第２入力電気信号に対する出力電気信号に応じて前記一対の電極間の位相差を測定する。
【００２４】
また、請求項１８の発明は、請求項１１ないし１７のいずれかの発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電気伝導度特定手段は、
【数２】
0006047692.tif 000003
からなる連立方程式を解く。
【００２５】
また、請求項１９の発明は、請求項１８の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電気伝導度特定手段は、
【数３】
0006047692.tif 000004
を解く。
【００２６】
また、請求項２０の発明は、請求項１９の発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記電気伝導度特定手段は、前記測定対象系における水分量を求めるとともに、前記電気伝導度を前記水分量で補正する。
【００２７】
また、請求項２１の発明は、請求項１１ないし２０のいずれかの発明に係る電気伝導度検出装置であって、前記信号発生手段は、矩形波の電気信号を前記入力電気信号とする。
【００２８】
また、請求項２２の発明は、請求項１１ないし２１のいずれかの発明に係る電気伝導度検出装置であって、周囲の温度を検出する温度検出手段を備え、前記電気伝導度特定手段は、前記温度検出手段による検出結果に応じて、前記抵抗値および前記静電容量またはそのうちの一方を補正する。
【００２９】
また、請求項２３の発明は、センサネットワークシステムであって、測定対象系に水を供給する給水装置と、前記給水装置による水の供給を制御する制御装置と、前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な水分検出装置とを備え、前記水分検出装置は、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段とを備え、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段をさらに備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度であり、前記制御装置は、前記水分検出装置による検出結果に応じて前記給水装置を制御する。
【００３０】
また、請求項２４の発明は、センサネットワークシステムであって、測定対象系に水を供給する給水装置と、前記給水装置による水の供給を制御する制御装置と、前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な水分検出装置とを備え、前記水分検出装置は、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段とを備え、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段をさらに備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度であり、前記制御装置は、前記水分検出装置による検出結果に応じて前記給水装置を制御する。
【００３１】
また、請求項２５の発明は、センサネットワークシステムであって、測定対象系に養液を供給する養液供給装置と、前記養液供給装置による養液の供給を制御する制御装置と、前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な電気伝導度検出装置とを備え、前記電気伝導度検出装置は、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段とを備え、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段をさらに備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度であり、前記制御装置は、前記電気伝導度検出装置による検出結果に応じて前記養液供給装置を制御する。
【００３２】
また、請求項２６の発明は、センサネットワークシステムであって、測定対象系に養液を供給する養液供給装置と、前記養液供給装置による養液の供給を制御する制御装置と、前記制御装置とネットワークを介してデータ通信が可能な電気伝導度検出装置とを備え、前記電気伝導度検出装置は、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段とを備え、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段をさらに備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度であり、前記制御装置は、前記電気伝導度検出装置による検出結果に応じて前記養液供給装置を制御する。
【００３３】
また、請求項２７の発明は、コンピュータ読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段とを備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である水分検出装置として機能させる。
【００３４】
また、請求項２８の発明は、コンピュータ読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める水分量特定手段とを備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である水分検出装置として機能させる。
【００３５】
また、請求項２９の発明は、コンピュータ読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段とを備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを印加し、前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である電気伝導度検出装置として機能させる。
【００３６】
また、請求項３０の発明は、コンピュータ読み取り可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータを、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触する一対の電極と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する信号発生手段と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める電気伝導度特定手段とを備え、前記信号発生手段は、前記入力電気信号として、第１周波数の第１入力電気信号を印加し、前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である電気伝導度検出装置として機能させる。
【００３７】
また、請求項３１の発明は、水分検出方法であって、一対の電極を水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触させる工程と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める工程とを有し、前記入力電気信号は、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを含み、前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である。
【００３８】
また、請求項３２の発明は、水分検出方法であって、一対の電極を水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触させる工程と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記測定対象系における水分量を求める工程とを有し、前記入力電気信号は、第１周波数の第１入力電気信号を含み、前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である。
また、請求項３３の発明は、電気伝導度検出方法であって、一対の電極を水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触させる工程と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める工程とを有し、前記入力電気信号は、第１周波数の第１入力電気信号と第２周波数の第２入力電気信号とを含み、前記第１周波数および前記第２周波数は、いずれも第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である。
また、請求項３４の発明は、電気伝導度検出方法であって、一対の電極を水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する測定対象系に接触させる工程と、前記電極の一方に交流の入力電気信号を印加する工程と、前記入力電気信号と前記電極の他方からの出力電気信号とに基づいて前記一対の電極間におけるインピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方を測定する工程と、測定された前記インピーダンスの絶対値または位相差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記一対の電極間の抵抗値および前記一対の電極間の静電容量を求めるとともに、前記抵抗値と前記静電容量とに基づいて、前記一対の電極間の電気伝導度を求める工程とを有し、前記入力電気信号は、第１周波数の第１入力電気信号を含み、前記第１周波数は、第１基準周波数以上の周波数であり、前記第１基準周波数は１０ｋＨｚ程度であり、前記第１周波数は、１０ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度である。
【発明の効果】
【００３９】
請求項１ないし１０、請求項２３、２４、２７、２８、３１、および、請求項３２に記載の発明は、塩分濃度の影響が少なく、かつ、安価に水分量を検出できる。
【００４０】
また、請求項１１ないし２２、請求項２５、２６、２９、３０、３３、および、請求項３４に記載の発明は、低水分量の環境においても測定対象系に接触させたままで電気伝導度を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るセンサネットワークシステムを示す図である。
【図２】本発明に係るセンサを示す図である。
【図３】測定対象系である培養土の等価回路を示す図である。
【図４】本発明に係る水分検出方法および電気伝導度検出方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００４３】
＜１．  実施の形態＞
図１は、本発明に係るセンサネットワークシステム１を示す図である。センサネットワークシステム１は、互いにネットワーク９に接続される制御装置２、給水装置３、養液供給装置４および基地局５を備えている。また、センサネットワークシステム１は、測定対象系である培養土８に、一部が埋め込まれるように設置される複数のセンサ６を備えている。
【００４４】
なお、培養土８は、野菜などの植物を育成するための畑を構成しており、一般に、溶媒としての水成分（液体成分）に、当該水に不溶性の溶質である土成分（固体成分）と空気成分（気体成分）とが混合したものである。また、ネットワーク９としては、ＬＡＮ（Local Area Network）が想定されるが、インターネットや公衆網が採用されてもよい。
【００４５】
詳細は図示しないが、制御装置２は、一般的なコンピュータとしての構成および機能を備えた装置であり、データ通信が可能な状態でネットワーク９に接続されている。
【００４６】
制御装置２は、センサ６が検出した情報（センシングデータ：詳細後述）を、基地局５およびネットワーク９を介して受信する。すなわち、制御装置２は、センシングデータを収集する機能を有している。
【００４７】
また、制御装置２は、収集したセンシングデータを分析し、培養土８の状態を判定する機能を有している。特に、制御装置２は、培養土８の水分量と肥料（養分）濃度とが、育成中の植物にとって適正量であるか否かを判定する。このような判定は、予め作成され記憶されている育成レシピ情報（例えば、育成中の植物の種類や生育状況に応じて適正値を記録した情報）に基づいて行うことができる。
【００４８】
さらに、制御装置２は、培養土８の状態に応じて、給水装置３および養液供給装置４を制御する。
【００４９】
給水装置３は、ネットワーク９を介して制御装置２との間でデータ通信が可能となっている。給水装置３は、制御装置２からの制御信号に応じて、培養土８に向けて、水分を供給する機能を有している。したがって、制御装置２が、培養土８に含まれる水分量が不足していると判定した場合には、給水を開始させる制御信号を給水装置３に向けて送信すれば、給水装置３から培養土８に向けて水分が供給される。
【００５０】
養液供給装置４は、ネットワーク９を介して制御装置２との間でデータ通信が可能となっている。養液供給装置４は、制御装置２からの制御信号に応じて、培養土８に向けて、植物の養分（肥料）が溶解した養液を供給する機能を有している。したがって、制御装置２が、培養土８に含まれる養分が不足していると判定した場合には、養液の供給を開始させる制御信号を養液供給装置４に向けて送信すれば、養液供給装置４から培養土８に向けて養液が供給される。
【００５１】
基地局５は、いわゆる無線通信用の基地局であり、後述するセンサ６をネットワーク９に接続する機能を提供する。
【００５２】
センサ６は、培養土８に、ある程度の間隔をおいて、複数、まんべんなく設置されることが好ましい。
【００５３】
図２は、本発明に係るセンサ６を示す図である。センサ６は、ＣＰＵ６０、ＲＯＭ６１、ＲＡＭ６２、操作ボタン６３およびＬＥＤ６４を備えている。
【００５４】
ＣＰＵ６０は、ＲＯＭ６１に記憶されているプログラム７に従って動作することにより、各種データの演算を行うとともに、センサ６が備える各構成を制御する。これによってセンサ６は、プログラム７を実行する一般的なコンピュータとしての機能を有している。なお、ＣＰＵ６０によって実現される機能の詳細については、後述する。
【００５５】
ＲＯＭ６１は、読み取り専用の記憶装置であり、先述のように、主にプログラム７を記憶する。
【００５６】
メモリ６２は、例えば、ＣＰＵ６０の一時的なワーキングエリアとして使用されるＲＡＭや不揮発性のＮＡＮＤメモリ等の記憶装置であり、ＣＰＵ６０による情報の読み取りだけでなく、ＣＰＵ６０による情報の書き込みも可能な記憶装置の総称である。メモリ６２は、センサ６において作成された各種データを記憶するために使用され、特に、温度情報６２０、水分情報６２１および電気伝導度情報６２２を記憶する。
【００５７】
操作ボタン６３は、ユーザによって操作されるハードウェアであり、センサ６に必要な情報（指示情報）を入力するために使用される。操作ボタン６３としては、例えば、電源ボタンやペアリングボタン、初期化ボタンなどが該当する。
【００５８】
ＬＥＤ６４は、ＣＰＵ６０からの制御信号に応じて点滅（あるいは点灯）し、センサ６の状態をユーザに報知する機能を有している。
【００５９】
また、センサ６は、基地局５に向けて電波を送信するとともに、基地局５から送信された電波を受信するアンテナ６５と、アンテナ６５からのアナログ信号をデジタル信号に変換するとともに、ＣＰＵ６０からのデジタル信号をアナログ信号に変換するＲＦ回路６６とを備えている。これらの構成を備えることにより、センサ６は、基地局５との間で、無線によるデータ通信が可能となっている。
【００６０】
さらに、センサ６は、温度計６７、一対の電極６８，６９、信号発生部７０、第１抵抗器７１、第２抵抗器７２、絶対値検出回路７３、および、位相検出回路７４を備えている。
【００６１】
温度計６７は、センサ６の周囲の温度を検出する機能を有している。温度計６７の検出結果である周囲の温度は、ＣＰＵ６０に伝達されて、温度情報６２０としてメモリ６２に記憶される。
【００６２】
一対の電極６８，６９は、センサ６の下方に突出した柱状の構造物であり、センサ６が設置される際には、培養土８に接触するように、培養土８中に埋没する。なお、一対の電極６８，６９の形状は、ここに示す例に限定されるものではなく、測定対象系である培養土８にある程度の間隔で接触するものであればよい。
【００６３】
信号発生部７０は、第１信号発生回路７５および第２信号発生回路７６を備えている。
【００６４】
第１信号発生回路７５は、矩形波の交流の電気信号を生成する回路であり、第１周波数の第１入力電気信号を電極６９（一対の電極６８，６９の一方）に印加する。以下、第１周波数を「ｆ1」と称する。０
第２信号発生回路７６は、矩形波の交流の電気信号を生成する回路であり、第２周波数の第２入力電気信号を電極６９（一対の電極６８，６９の一方）に印加する。以下、第２周波数を「ｆ2」と称する。
【００６５】
このように、本実施の形態におけるセンサ６は、矩形波の電気信号を用いることにより、いわゆるマイコンのＩＯのみで実現することができ、正弦波の電気信号を使用する場合に比べて、コストを削減できる。
【００６６】
第１抵抗器７１は、信号発生部７０（第１信号発生回路７５）と電極６９（一対の電極６８，６９の一方）との間に配置される。
【００６７】
第２抵抗器７２は、信号発生部７０（第２信号発生回路７６）と電極６９との間に配置される。
【００６８】
絶対値検出回路７３は、電極６８，６９間（培養土８）のインピーダンスの絶対値（以下、｜Ｚ｜と称する。）を、電気抵抗法により測定する回路である。絶対値検出回路７３は、抵抗分圧を計測することにより、上記絶対値｜Ｚ｜を求める。本実施の形態における絶対値検出回路７３は、第１信号発生回路７５側から入力される第１入力電気信号と、当該第１入力電気信号に対する出力電気信号に基づいて、当該絶対値｜Ｚ｜を求める。また、絶対値検出回路７３は、測定した絶対値｜Ｚ｜をＣＰＵ６０に伝達する。また、本実施の形態では、絶対値｜Ｚ｜を求める手法として、抵抗分圧を測定する手法を例に説明したが、これに限定されるものではない。
位相検出回路７４は、電極６８，６９間（培養土８）の位相差（以下、φと称する。）を、絶対値検出回路７３と同様に、抵抗分圧により、上記位相差φを求める。本実施の形態における位相検出回路７４は、第２信号発生回路７６側から入力される第２入力電気信号と、当該第２入力電気信号に対する出力電気信号に基づいて、当該位相差φを求める。
【００６９】
このように、位相検出回路７４が抵抗分圧により位相差φを検出することで、絶対値｜Ｚ｜を検出するための構成とほぼ同じ回路構成とすることができ、回路や電極６８，６９の共有が容易となる。
【００７０】
また、位相検出回路７４に対しても、矩形波の第２入力電気信号が用いられる。このような矩形波を使用した場合には、正弦波を使用した場合に対して位相差が線形に変化する。すなわち、変化が線形であるため、後述する演算で正弦波を使用した場合と同等の状態に戻すことが可能である。
【００７１】
なお、位相検出回路７４は、絶対値検出回路７３と同様に、測定した位相差φをＣＰＵ６０に伝達する。また、本実施の形態では、位相差φを求める手法として、抵抗分圧を測定する手法を例に説明したが、これに限定されるものではない。
【００７２】
次に、ＣＰＵ６０が、絶対値検出回路７３から伝達される絶対値｜Ｚ｜と、位相検出回路７４から伝達される位相差φとに基づいて、培養土８の水分量（以下、θと称する。）および電気伝導度（水分量θが１００％のときの塩分濃度。以下、σと称する。）を求める原理について説明する。なお、電気伝導度σは、土壌の塩類濃度の指標であり、農業分野においては、土壌中の肥料の量の目安とされる。
【００７３】
図３は、測定対象系である培養土８の等価回路を示す図である。培養土８を電気的に測定する場合には、電極６８，６９と培養土８との間に容量成分８０が形成される。また、培養土８は、容量成分８１と抵抗成分８２で表すことができる。以下では、容量成分８０の静電容量を「ＣS」、容量成分８１の静電容量を「Ｃ」、抵抗成分８２の抵抗値をＲと称する。
【００７４】
抵抗値Ｒは塩分濃度（すなわち電気伝導度σ）および水分量θによって変化し、静電容量Ｃは低塩分濃度であれば水分量θのみで変化する。一方で、静電容量ＣSは、塩分濃度や水分量θに依存せず、主に、センサ６の電極６８，６９の材質によって決まる。すなわち、これらの値の関係は、以下に示す式１および式２で表現することができる。
【００７５】
【数４】
0006047692.tif 000005
【００７６】
【数５】
0006047692.tif 000006
【００７７】
なお、正確には、式１におけるＦ2（σ）は水分量θの関数となっており、Ｆ2（σ（θ））である。しかし、ここでは、一旦、式１で表し、詳細は後述する。
【００７８】
したがって、水分量θおよび電気伝導度σを求めるためには、抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを求めればよい。そして、抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃは、培養土８（電極６８，６９間）のインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜と、培養土８（電極６８，６９間）における電圧と電流との位相差φとにより、以下に示す式３および式４で表現される。
【００７９】
【数６】
0006047692.tif 000007
【００８０】
【数７】
0006047692.tif 000008
【００８１】
上記の式３および式４は、いずれもＣS、Ｃ、Ｒの３つの変数をもつため、３つの連立方程式を解くことで、抵抗値Ｒと静電容量Ｃを求めることができる。
【００８２】
３つの連立方程式を解く方法としては、以下のように、３つの方法がある。１つ目は、３つの異なる周波数の入力電気信号を印加し、それぞれの場合について絶対値｜Ｚ｜を測定して、式３に基づいて３つの連立方程式を立てて演算する方法である。２つ目は、３つの異なる周波数の入力電気信号を印加し、それぞれの場合について位相差φを測定して、式４に基づいて３つの連立方程式を立てて演算する方法である。３つ目は、絶対値｜Ｚ｜または位相差φのうちのいずれか一方について、異なる２つの周波数の入力電気信号を印加して測定し、もう一方については１つの周波数の入力電気信号を印加して測定し、式３および式４に基づいて３つの連立方程式を立てて演算する方法である。
【００８３】
これらの方法によれば、ＣS、Ｃ、Ｒを分離することができ、抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃが求まる。しかし、これらの方法は、３つの連立方程式を解くため、演算量が多くなるという問題がある。
【００８４】
そこで、まず、容量成分８０（ＣS）の影響を小さくして、２つの連立方程式を解くことにより、抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを求める方法を提案する。
【００８５】
容量成分８０の静電容量ＣSは、主に、構成される電極６８，６９の材料に依存し、通常は数ｕＦ程度と比較的大きな値である。そこで、１０［kHz］以上（好ましくは数十［kHz］以上）の周波数の入力電気信号を使用すると、静電容量ＣSは、抵抗値Ｒ、静電容量Ｃに比べて、影響が非常に小さくなる。なお、本実施の形態では、１０［kHz］を第１基準周波数と呼び、以下では「ｆα」と称する。第１基準周波数ｆαの値は、電極６８，６９の材料によって最適値が変化する。したがって、電極６８，６９に応じて第１基準周波数ｆαを決定すればよい。
【００８６】
以上のことから、ｆα以上の周波数の入力電気信号を用いることによって、式３および式４は、以下のように近似できる。
【００８７】
【数８】
0006047692.tif 000009
【００８８】
【数９】
0006047692.tif 000010
【００８９】
上記の式５および式６は、いずれもＣ、Ｒの２つの変数をもつため、２つの連立方程式を解くことで、抵抗値Ｒと静電容量Ｃを求めることができる。すなわち、式３および式４を解く場合に比べて演算量が抑制できる。
【００９０】
式５および式６を用いて、２つの連立方程式を解いて抵抗値Ｒと静電容量Ｃを求める方法としては、以下のように、３つの方法がある。
【００９１】
１つ目は、ｆα≦ｆ1，ｆ2となる２つの異なる周波数ｆ1，ｆ2を決定し、まず、第１信号発生回路７５が第１周波数ｆ1の第１入力電気信号を印加して、絶対値検出回路７３が絶対値｜Ｚ｜を測定する。そして、次に、第１信号発生回路７５が周波数を切り替え、第２周波数ｆ2の第２入力電気信号を印加して、絶対値検出回路７３が絶対値｜Ｚ｜を測定する。そして、ｆα以上の異なる２つの周波数ｆ1，ｆ2を使って測定した絶対値｜Ｚ｜と、式５に基づいて、２つの連立方程式を立てて演算する方法（以下、「第１演算方法」と称する。）である。
【００９２】
２つ目は、ｆα≦ｆ1，ｆ2となる２つの異なる周波数ｆ1，ｆ2を決定し、まず、第２信号発生回路７６が第１周波数ｆ1の第１入力電気信号を印加して、位相検出回路７４が位相差φを測定する。そして、次に、第２信号発生回路７６が周波数を切り替え、第２周波数ｆ2の第２入力電気信号を印加して、位相検出回路７４が位相差φを測定する。そして、ｆα以上の異なる２つの周波数ｆ1，ｆ2を使って測定した位相差φと、式６に基づいて、２つの連立方程式を立てて演算する方法（以下、「第２演算方法」と称する。）である。
【００９３】
３つ目は、ｆα≦ｆ1となる周波数ｆ1を決定し、第１信号発生回路７５が第１周波数ｆ1の第１入力電気信号を印加して、絶対値検出回路７３が絶対値｜Ｚ｜を測定する。一方で、第２信号発生回路７６が、第１周波数ｆ1の第１入力電気信号を印加して、位相検出回路７４が位相差φを測定する。そして、同じ周波数ｆ1を使って測定した絶対値｜Ｚ｜および位相差φと、式５および式６に基づいて、２つの連立方程式を立てて演算する方法（以下、「第３演算方法」と称する。）である。
【００９４】
なお、本実施の形態におけるセンサ６は、絶対値｜Ｚ｜を測定する回路および位相差φを測定する回路が、いずれも抵抗分圧を用いてそれぞれの値を測定する構成となっている。したがって、電極６８，６９を共有することができ、絶対値｜Ｚ｜と位相差φとを同一の条件で測定することができる。
【００９５】
本実施の形態におけるセンサ６は、上記の第１演算方法、第２演算方法および第３演算方法のいずれも採用可能な構成となっている。ただし、例えば、第１演算方法を採用して、位相検出回路７４等を備えない構成としてもよい。また、逆に、第２演算方法を採用して、絶対値検出回路７３等を備えない構成とすることもできる。あるいは、周波数を固定できる第３演算方法を採用して、第１信号発生回路７５および第２信号発生回路７６として周波数の切替機能のない回路を採用してもよい。
【００９６】
次に、上記式５について容量成分８１（Ｃ）の影響を小さくして、上記の２つの連立方程式を解く方法よりもさらに演算量を抑制する方法を提案する。
【００９７】
容量成分８１の静電容量Ｃは、主に、構成される電極６８，６９の形状に依存し、通常は数ｐＦ程度と比較的小さな値である。そこで、数百［kHz］以下の周波数の入力電気信号を使用すると、静電容量Ｃは、抵抗値Ｒに比べて影響が非常に小さくなる。なお、本実施の形態では、数百［kHz］を第２基準周波数と呼び、以下では「ｆβ」と称する。第２基準周波数ｆβの値は、電極６８，６９の形状によって最適値が変化する。したがって、電極６８，６９に応じて第２基準周波数ｆβを決定すればよい。
【００９８】
すなわち、ｆα以上でｆβ未満の周波数の入力電気信号を用いることによって、式５は、以下のように近似できる。
【００９９】
【数１０】
0006047692.tif 000011
【０１００】
上記式７は、Ｒのみを変数とする方程式である。したがって、ｆα以上でｆβ未満の周波数の入力電気信号を用いることによって、静電容量ＣS，Ｃによる影響の小さい、抵抗値Ｒを求めることができる。
【０１０１】
式７を用いて抵抗値Ｒと静電容量Ｃを求める方法としては、以下のように、２つの方法を提案する。
【０１０２】
１つ目は、ｆα≦ｆ1＜ｆβとなる周波数ｆ1と、ｆβ≦ｆ2となる周波数ｆ2を決定し、まず、第１信号発生回路７５が第１周波数ｆ1の第１入力電気信号を印加して、絶対値検出回路７３が絶対値｜Ｚ｜を測定し、式７により抵抗値Ｒを求める。そして、次に、第１信号発生回路７５が周波数を切り替え、第２周波数ｆ2の第２入力電気信号を印加して、絶対値検出回路７３が絶対値｜Ｚ｜を測定する。そして、すでに求めた抵抗値Ｒと、第２入力電気信号を使用して測定した絶対値｜Ｚ｜とを式５に代入することにより静電容量Ｃを演算する方法（以下、「第４演算方法」と称する。）である。
【０１０３】
２つ目は、ｆα≦ｆ1＜ｆβとなる周波数ｆ1と、ｆβ≦ｆ2となる周波数ｆ2を決定し、まず、第１信号発生回路７５が第１周波数ｆ1の第１入力電気信号を印加して、絶対値検出回路７３が絶対値｜Ｚ｜を測定し、式７により抵抗値Ｒを求める。これと平行して、第２信号発生回路７６が第２周波数ｆ2の第２入力電気信号を印加して、位相検出回路７４が位相差φを測定する。そして、求めた抵抗値Ｒと、第２入力電気信号を使用して測定した位相差φとを式６に代入することにより静電容量Ｃを演算する方法（以下、「第５演算方法」と称する。）である。
【０１０４】
第４演算方法および第５演算方法は、いずれも連立方程式を解く必要がないので、第１演算方法ないし第３演算方法に比べて、演算量がさらに抑制される。
【０１０５】
なお、本実施の形態におけるセンサ６は、第４演算方法および第５演算方法のいずれも採用可能な構成を備えているが、以下では、第５演算方法を採用するものとして説明する。すなわち、センサ６のメモリ６２には、式６における関数Ｆ8（Ｃ，Ｒ）および式７における関数Ｆ9（Ｒ）が実験等により求められ、格納されている。また、第５演算方法を採用するため、第１信号発生回路７５および第２信号発生回路７６としては、周波数を変更する機能のない回路を採用できる。
【０１０６】
また、本実施の形態では、周波数ｆ1として、１０［kHz］〜数十［kHz］程度の周波数を使用する。また、周波数ｆ2（位相差を測定するための第２入力電気信号の周波数）としては、Ｒ＝１／（ω×Ｃ）となるような周波数が測定上は好ましく、本実施の形態では１０［MHz］程度の周波数を使用する（ただしω＝２πｆ2）。すなわち、抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃの値をある程度予測して、適した周波数ｆ2を決定する。
【０１０７】
このように、ＣＰＵ６０は、入力電気信号と電極６８（電極６８，６９の他方）からの出力電気信号とに基づいて一対の電極６８，６９間の抵抗値Ｒおよび一対の電極６８，６９間の静電容量Ｃを求める。
【０１０８】
本実施の形態におけるセンサ６（ＣＰＵ６０）は、温度計６７の検出結果（温度情報６２０）に基づいて、求めた抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを温度補正する機能も有している。
【０１０９】
センサ６のメモリ６２には、容量成分８１の静電容量および抵抗成分８２の抵抗値が温度に応じて、どのように変化するかを予め実験等により求めた情報が格納されている。ＣＰＵ６０は、第５演算方法により抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを求めた後に、温度情報６２０に基づいて当該情報を参照しつつ、抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを補正する。以下では、抵抗値Ｒの温度による補正後の値を「Ｒ0」、静電容量Ｃの温度による補正後の値を「Ｃ0」と称する。
【０１１０】
容量成分８１の静電容量Ｃ0および抵抗成分８２の抵抗値Ｒ0が求まると、式１および式２の連立方程式を解くことにより、電気伝導度σおよび水分量θが求まる。
【０１１１】
もちろん、この連立方程式を解いてもよいが、本実施の形態におけるセンサ６は、さらに演算量を抑制する方法を採用する。
【０１１２】
まず、式１のＦ1（θ）と、式２のＦ3（θ）とが同じ特性であることを利用して、式１と式２とを積算し、式８を求める。
【０１１３】
【数１１】
0006047692.tif 000012
【０１１４】
式８では、水分量θの影響がキャンセルされている。
【０１１５】
そして、電気伝導度σが低い（例えば数百mS/m以下。通常の培養土８であればこの範囲となる。）ときには、Ｆ4（σ）が一定（定数Ａとおく。Ａは実験等により求めておくことができる。）となるため、式２は式９に、式８は式１０に近似できる。
【０１１６】
【数１２】
0006047692.tif 000013
【０１１７】
【数１３】
0006047692.tif 000014
【０１１８】
したがって、関数Ｆ3（θ）および定数Ａを実験で予め求めておけば、第５演算方法および温度補正により求めたＣ0を式９に代入することによって水分量θ（水分情報６２１）が求まる。また、関数Ｆ2（σ）および定数Ａを実験で予め求めておけば、第５演算方法および温度補正により求めたＲ0，Ｃ0を式１０に代入することによって電気伝導度σを求めることができる。
【０１１９】
ここで、厳密には、関数Ｆ2（σ）において、電気伝導度σは水分量θの影響を受ける。したがって、これを考慮すると、式１は、式１１となる。
【０１２０】
【数１４】
0006047692.tif 000015
【０１２１】
すなわち、水分量θの影響を考慮すると、式１０は、式１２となる。
【０１２２】
【数１５】
0006047692.tif 000016
【０１２３】
そして、第５演算方法および温度補正により求めたＲ0，Ｃ0を式１２に代入することにより得られる電気伝導度は、σ（θ）となる。
【０１２４】
本実施の形態におけるＣＰＵ６０は、式９から求めた水分量θにより、σ（θ）を補正して、電気伝導度σ（電気伝導度情報６２２）を求める。これにより、水分量θの影響を考慮して補正することができるので、電気伝導度σの精度が向上する。そして、先述のセンシングデータ（センサ６のセンシングデータ）とは、水分情報６２１および電気伝導度情報６２２を含むデータである。
【０１２５】
ＣＰＵ６０は、さらに、作成した水分情報６２１および電気伝導度情報６２２を、適当なタイミングで、制御装置２に向けて送信するように、ＲＦ回路６６を制御する。
【０１２６】
以上が、本実施の形態におけるセンサネットワークシステム１の構成および機能の説明である。
【０１２７】
次に、センサ６を用いて水分量θおよび電気伝導度σを求める方法について説明する。
【０１２８】
図４は、本発明に係る水分検出方法および電気伝導度検出方法を示す流れ図である。図４に示す各工程が開始されるまでに、センサ６は培養土８に適切に設置され、電源が投入され、所定の初期化処理が完了しているものとする。
【０１２９】
図４に示す工程が開始されると、センサ６（ＣＰＵ６０）は、測定タイミングか否かを監視しつつ（ステップＳ１）、待機する状態となる。センサネットワークシステム１では、測定タイミングは、予め初期化処理において制御装置２から送信されスケジュール情報と、センサ６が備えるタイマ（図示せず）とに基づいて検出されるものとする。ただし、スケジュール情報は、制御装置２から送信されるのではなく、プログラム７の一部としてメモリ６２に格納されていてもよい。また、送信要求等により測定タイミングを制御装置２が、逐一、センサ６に報知してもよい。
【０１３０】
測定タイミングが検出されると、センサ６はステップＳ１においてＹｅｓと判定し、培養土８のインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜を測定する（ステップＳ２）。
【０１３１】
ステップＳ２では、まず、ＣＰＵ６０が信号発生部７０に対して、絶対値｜Ｚ｜の測定を開始する旨を伝達する。これに応じて、信号発生部７０は、入力電気信号を発生させるように第１信号発生回路７５を制御する。これにより、第１信号発生回路７５は、第１周波数ｆ1（ｆα≦ｆ1＜ｆβ）の第１入力電気信号を発生させ、電極６９に印加する。そして、絶対値検出回路７３は、第１入力電気信号と電極６８からの出力電気信号とに基づいて、絶対値｜Ｚ｜を測定し、ＣＰＵ６０に伝達する。
【０１３２】
絶対値｜Ｚ｜が測定されると、センサ６は、培養土８による位相差φを測定する（ステップＳ３）。
【０１３３】
ステップＳ３では、まず、ＣＰＵ６０が信号発生部７０に対して、位相差φの測定を開始する旨を伝達する。これに応じて、信号発生部７０は、入力電気信号を発生させるように第２信号発生回路７６を制御する。これにより、第２信号発生回路７６は、第２周波数ｆ2（ｆβ≦ｆ2）の第２入力電気信号を発生させ、電極６９に印加する。そして、位相検出回路７４は、第２入力電気信号と電極６８からの出力電気信号とに基づいて、位相差φを測定し、ＣＰＵ６０に伝達する。
【０１３４】
位相差φが測定されると、ＣＰＵ６０は、温度計６７の値を参照することにより、培養土８中の温度を測定する（ステップＳ４）。
【０１３５】
次に、ＣＰＵ６０は、測定した絶対値｜Ｚ｜を式７に代入することにより、抵抗値Ｒを求める（ステップＳ５）。
【０１３６】
抵抗値Ｒが求まると、ＣＰＵ６０は、求めた抵抗値Ｒと測定した位相差φとを式６に代入することにより、静電容量Ｃを求める（ステップＳ６）。
【０１３７】
抵抗値Ｒと静電容量Ｃとが求まると、ＣＰＵ６０は、温度情報６２０に基づいて、温度補正を行い、抵抗値Ｒ0および静電容量Ｃ0とを求める（ステップＳ７）。
【０１３８】
次に、ＣＰＵ６０は、ステップＳ７で求めた静電容量Ｃ0を式９に代入することにより、水分量θを求め、水分情報６２１を作成する（ステップＳ８）。このようにして、センサ６により、培養土８の水分量θが検出される。すなわち、センサ６は水分検出装置としての機能を有している。
【０１３９】
また、ＣＰＵ６０は、ステップＳ７で求めた抵抗値Ｒ0および静電容量Ｃ0を式１２に代入することにより、電気伝導度σ（θ）を求める（ステップＳ９）。
【０１４０】
さらに、ＣＰＵ６０は、ステップＳ８で求めた水分量θに基づいて、ステップＳ９で求めた電気伝導度σ（θ）を補正し、電気伝導度情報６２２を作成する（ステップＳ１０）。このようにして、センサ６により、培養土８の電気伝導度σが検出される。すなわち、センサ６は電気伝導度検出装置としての機能を有している。
【０１４１】
水分情報６２１および電気伝導度情報６２２が作成されると、センサ６は、これらの情報を制御装置２に向けて送信する（ステップＳ１１）。
【０１４２】
水分情報６２１および電気伝導度情報６２２を制御装置２に送信すると、センサ６は、再び、測定タイミングが到来するまで、待機状態となる。
【０１４３】
以上のように、本実施の形態におけるセンサ６は、水に対して不溶性の溶質が水中に分散して存在する培養土８に接触する一対の電極６８，６９と、電極６９に交流の入力電気信号を印加する信号発生部７０と、入力電気信号と電極６８からの出力電気信号とに基づいて一対の電極６８，６９間のインピーダンスを測定する絶対値検出回路７３および位相検出回路７４と、当該インピーダンスに基づいて一対の電極６８，６９間の抵抗値および一対の電極６８，６９間の静電容量を求め、当該抵抗値と当該静電容量とに基づいて、培養土８における水分量を求めるとともに、培養土８（一対の電極６８，６９間）の電気伝導度を求めるＣＰＵ６０とを備える。これにより、塩分濃度の影響の少ない水分検出装置を安価に実現できる。また、水分量が少ない環境（例えば、培養土８に設置したままの状態）でも電気伝導度を測定する電気伝導度検出装置を実現できる。
【０１４４】
また、信号発生部７０は、入力電気信号として、第１周波数ｆ1の第１入力電気信号を印加する第１信号発生回路７５と、第２周波数ｆ2の第２入力電気信号を印加する第２信号発生回路７６とを備え、第１周波数ｆ1および第２周波数ｆ2は、いずれも第１基準周波数ｆα以上の周波数であり、第１基準周波数ｆαは１０［kHz］程度であることにより、電極６８，６９と培養土８との間の静電容量ＣSの影響を小さくでき、第１演算方法ないし第３演算方法が採用できるため、演算が簡単になる。
【０１４５】
また、第１周波数ｆ1は、第２基準周波数ｆβ未満であり、第２周波数ｆ2は、第２基準周波数ｆβ以上であり、第２基準周波数ｆβは数百［kHz］であることにより、第４演算方法および第５演算方法を採用することができ、連立方程式を解く必要がなくなり演算が簡単になる。
【０１４６】
また、一対の電極６８，６９間の位相差φを検出する位相検出回路７４は、抵抗分圧を使用して位相差φを測定する構成とすることにより、絶対値｜Ｚ｜を検出するための回路や電極６８，６９を共有することができる。
【０１４７】
また、ＣＰＵ６０は、培養土８における水分量θを求めるとともに、一旦求めた電気伝導度σを当該水分量θで補正することにより、水分量の影響を補正することができ、精度が向上する。
【０１４８】
また、信号発生部７０は、矩形波の電気信号を入力電気信号とすることにより、正弦波の電気信号を使用する場合に比べて、コストを削減できる。
【０１４９】
周囲の温度を検出する温度計６７を備え、ＣＰＵ６０は、温度計６７による検出結果に応じて、抵抗値および静電容量またはそのうちの一方を補正することにより、温度の影響を除去できるので、精度が向上する。
【０１５０】
＜２．  変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【０１５１】
例えば、図４に示した各工程は、あくまでも例示であって、これに限定されるものではない。したがって、同様の効果が得られるならば、図４に示す各工程の内容や順序が、適宜、変更されてもよい。例えば、ステップＳ２により絶対値｜Ｚ｜が求められた後、ただちにステップＳ５が実行されて抵抗値Ｒが求められてもよい。あるいは、ステップＳ４による温度測定は、ステップＳ７による温度補正の直前に実行されてもよい。
【０１５２】
また、上記実施の形態では、培養土８で育成されるものとして植物を例に説明したが、植物に限定されるものではない。例えば、特殊な環境で増殖させるバクテリア等であってもよい。また、必ずしも育成を目的とする必要もない。すなわち、本発明は、測定対象系の状態を検出する目的において、広く応用が可能である。
【０１５３】
また、測定対象系として土成分を含む培養土８を例に説明したが、水栽培のように、個体成分や気体成分をほとんど含まない系が測定対象系となってもよい。その場合、センサ６は水溶液に浮かべるような構成とするのが好ましい。
【０１５４】
また、センサネットワークシステム１は、温度を調整する機能を有していてもよい。例えば、センサネットワークシステム１が暖房装置を備えており、センサ６の温度計の値に応じて、制御装置２が当該暖房装置を制御してもよい。
【０１５５】
また、センサネットワークシステム１においては、絶対値｜Ｚ｜や位相差φを測定する機能を有する検出装置を採用し、制御装置２が当該検出装置から送信されるセンシングデータ（絶対値｜Ｚ｜や位相差φ）に基づいて、水分量θおよび電気伝導度σを演算により特定してもよい。すなわち、検出装置が水分量θおよび電気伝導度σを演算しなくてもよい。
【符号の説明】
【０１５６】
１  センサネットワークシステム
２  制御装置
３  給水装置
４  養液供給装置
５  基地局
６  センサ
６０  ＣＰＵ
６１  ＲＯＭ
６２  メモリ
６２０  温度情報
６２１  水分情報
６２２  電気伝導度情報
６３  操作ボタン
６４  ＬＥＤ
６５  アンテナ
６６  ＲＦ回路
６７  温度計
６８，６９  電極
７  プログラム
７０  信号発生部
７１  第１抵抗器
７２  第２抵抗器
７３  絶対値検出回路
７４  位相検出回路
７５  第１信号発生回路
７６  第２信号発生回路
８  培養土
９  ネットワーク
【図１】
0006047692.tif 000020
【図２】
0006047692.tif 000021
【図３】
0006047692.tif 000022
【図４】
0006047692.tif 000023