(57)【要約】【解決手段】  照射部１０ａから土壌に向けて照射された検査光は、その土壌によって反射されて受光部２０ａによって受光される。受光部で受光された反射光は分岐手段２２によって多数の反射光に分岐され、それぞれに設けられた検出器２７、２９、３１によって各反射光における所定波長毎の強度が検出される。上記検査光の照射を断続させる断続手段１２が設けられており、各検出器のそれぞれに、上記検査光が照射された際に受光部で受光された反射光の強度から、検査光の照射が中断された際に受光部で受光された外乱光の強度を除く信号処理手段４１が設けられている。【効果】  外乱光の影響を排除した真の反射光の強度を、１箇所の計測点において多数採取することができるので、チゼル部を土壌中で高速度で進行させながら、多数の計測点でそれぞれ精度の良い多数のデータを採取することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チゼル部に設けられて土壌に検査光を照射する照射部と、上記チゼル部に設けられて土壌からの反射光を受光する受光部と、この受光部で受光した反射光を複数に分岐する分岐手段と、この分岐手段によって分岐された各反射光における所定波長毎の強度を検出する検出器とを備え、上記チゼル部を土壌中で進行させながら土壌の特性を測定する土壌特性測定装置において、
上記検査光の照射を断続させる断続手段を設けるとともに、上記分岐手段によって分岐された反射光毎にそれぞれ上記検出器を設け、かつ各検出器のそれぞれに、上記検査光が照射された際に受光部で受光された反射光の強度から、検査光の照射が中断された際に受光部で受光された外乱光の強度を除く信号処理手段を設けたことを特徴とする土壌特性測定装置。
【請求項２】
上記分岐手段は、受光部で受光した反射光を複数に分岐する分岐集光ファイバを備えることを特徴とする請求項１に記載の土壌特性測定装置。
【請求項３】
上記分岐手段は、受光部で受光した反射光を複数に分岐する分岐集光ファイバと、各分岐集光ファイバからの反射光をそれぞれ複数に分岐するダイクロイックミラー又はビームスプリッタとを備えることを特徴とする請求項１に記載の土壌特性測定装置。
【請求項４】
上記分岐手段は、各検出器のそれぞれに反射光を入射させる回折格子を備えることを特徴とする請求項１に記載の土壌特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌の特性を測定する土壌特性測定装置に関し、より詳しくは、チゼル部を土中で進行させることにより土壌の特性を測定するようにした土壌特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、土壌特性測定装置として、チゼル部に設けられて土壌に検査光を照射する照射部と、上記チゼル部に設けられて土壌からの反射光を受光する受光部と、この受光部で受光した反射光を複数に分岐する分岐手段と、この分岐手段によって分岐された各反射光における所定波長毎の強度を検出する検出器とを備え、上記チゼル部を土壌中で進行させながら土壌の特性を測定するようにしたものが知られている（特許文献１、特許文献２）。
上記チゼル部は一般に走行フレームに設けられており、この走行フレームをトラクタによって牽引することにより、チゼル部を土壌中で進行させることができるようになっている。
【０００３】
また従来、外乱光の影響を排除するために、上記検査光の照射を断続させる断続手段を設けた土壌特性測定装置も知られている（特許文献３）。
この土壌特性測定装置においては、検査光の照射が中断された際に受光部で受光された光の強度を、つまり外乱光の強度を計測しておき、上記検査光が土壌に照射された際に受光部で受光された反射光の強度から、上記外乱光の強度を除くようにしている。
【特許文献１】特開２００３−１３９７６５号公報
【特許文献２】特許第３４５１５３５号公報
【特許文献３】特許第３４５１５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、土壌特性のより詳細なデータが求められるようになってきており、１箇所の計測点におけるデータが９種類以上要求されることも普通となってきた。
しかしながら、従来の装置においては１箇所の計測点において、同時に多数のデータを高速で、しかもチゼル部の進行に伴って変化する外乱光の影響を排除しながら採取することはできなかった。
本発明はこのような欠点に鑑み、１箇所の計測点において、多数のデータを高速で、しかも外乱光の影響を排除しながら採取することができる土壌特性測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち請求項１の発明は、チゼル部に設けられて土壌に検査光を照射する照射部と、上記チゼル部に設けられて土壌からの反射光を受光する受光部と、この受光部で受光した反射光を複数に分岐する分岐手段と、この分岐手段によって分岐された各反射光における所定波長毎の強度を検出する検出器とを備え、上記チゼル部を土壌中で進行させながら土壌の特性を測定する土壌特性測定装置において、
上記検査光の照射を断続させる断続手段を設けるとともに、上記分岐手段によって分岐された反射光毎にそれぞれ上記検出器を設け、かつ各検出器のそれぞれに、上記検査光が照射された際に受光部で受光された反射光の強度から、検査光の照射が中断された際に受光部で受光された外乱光の強度を除く信号処理手段を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明によれば、照射部から検査光が土壌に照射されると、その土壌からの反射光は受光部で受光されるようになる。そして受光部で受光された反射光は、分岐手段により複数に分岐されて、それぞれの検出器に入射されるようになる。したがって、必要な数だけ反射光を分岐させることにより、１箇所の計測点において多数のデータを採取することができる。
また、上記検査光の照射を断続させる断続手段を設けるとともに、各検出器のそれぞれに、上記検査光が照射された際に受光部で受光された反射光の強度から、検査光の照射が中断された際に受光部で受光された外乱光の強度を除く信号処理手段を設けているので、各信号処理手段により外乱光の影響を排除することができる。そしてこの信号処理手段はそれぞれの検出器に設けているので、複数に分岐された各反射光を並行して同時に処理することができ、したがって多数のデータを採取する場合であっても、全体として高速に処理することができる。
その結果、チゼル部を土壌中で高速度で進行させながら、多数の計測点でそれぞれ精度の良い多数のデータを採取することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、土壌特性測定装置のチゼル部１はビーム２を介して走行フレームＦに連結してあり、この走行フレームＦをトラクタＴなどの作業用車両によって牽引することにより、チゼル部１を土壌中で進行させることができるようにしてある。
図２に示すように、上記チゼル部１の先端部分が土中貫入部１ａとなっており、このチゼル部１の先端と後端１ｂとの中間部分の底部に均平板３を設けている。そして上記トラクタＴの前進に伴って土中貫入部１ａで土中に穴を開けるとともに、均平板３でその穴の下面を均して土壌観測面４を作成することができるようにしてある。
上記均平板３よりも後方でチゼル部１の内部上方位置には、土壌の特性を測定する計測部５を設けてあり、この計測部５と土壌観測面４との間に観測空間６を形成するようにしている。
【０００８】
上記計測部５には照明用光ファイバ１０の一端部となる照射部１０ａを設けてあり、この照明用光ファイバ１０の他端部は上記ビーム２の内部を介して地上に引出し、上述した走行フレームＦに設けた光源１１に、回転式光チョッパなどの断続手段１２を介して向き合わせている。
上記断続手段１２は、回転板１３と、この回転板１３に形成した窓１４と、回転板１３を回転駆動するモータ１５とを備えており、上記回転板１３を照明用光ファイバ１０の他端部と光源１１との間に介在させている。
したがって光源１１を点灯させた状態でモータ１５により回転板１３を回転させれば、光源１１からの検査光は、回転板１３の窓１４を通過して照明用光ファイバ１０の照射部１０ａから土壌に照射されるようになり、または回転板１３によって遮断されて土壌に照射されることがない。
なお、断続手段１２の他の例として、光源１１自体を点滅させるようにしても良い。
【０００９】
上記計測部５には分岐集光ファイバ２０の一端部となる受光部２０ａを設けてあり、上記照射部１０ａから土壌に照射された検査光を該土壌で反射させて、その反射光を上記受光部２０ａによって受光させることができるようにしてある。
上記分岐集光ファイバ２０の他端部は上記ビーム２の内部を介して地上に引出し、上記走行フレームＦに設けた検出装置２１に接続してある。
上記分岐集光ファイバ２０は、上記受光部２０ａで受光した反射光を複数に分岐する分岐手段２２の一部を構成しており、図示実施例では反射光を３つに分岐させることができるようにしてある。
また上記分岐手段２２は、上記分岐集光ファイバ２０の他に、３つに分岐された各分岐集光ファイバからの反射光を更にそれぞれ３つに分岐するために、それぞれ２つのダイクロイックミラー２３、２４を備えている。ダイクロイックミラー２３、２４の代わりにビームスプリッタを用いても良い。
【００１０】
１つの分岐集光ファイバ２０から出射された反射光は、コリメートレンズ２５を透過して平行な光束とされた後、順次ダイクロイックミラー２３、２４を透過するようになっており、各ダイクロイックミラー２３、２４を透過する際にそれぞれ２つに分岐されるようになっている。
２つのダイクロイックミラー２３、２４を透過した反射光は、干渉フィルタ２６を透過して検出器２７によって検出されるようになっている。
他方、最初のダイクロイックミラー２３によって反射された反射光は干渉フィルタ２８を透過して検出器２９によって検出され、またダイクロイックミラー２３を透過して次のダイクロイックミラー２４によって反射された反射光は干渉フィルタ３０を透過して検出器３１によって検出されるようになっている。
上記各干渉フィルタ２６、２８、３０はそれぞれ特定の波長を透過させるように設定してあり、したがって各検出器２７、２９、３１によってそれぞれ特定の波長を有する反射光の強度を検出することができるようになっている。
残りの２つの分岐集光ファイバ２０から出射された反射光も、上述したのと同様にしてそれぞれ３つに分岐され、したがって本実施例では、合計で９種類の波長を有する反射光について各強度を検出することができるようにしてある。
なお、必要に応じて反射光を１０以上に分岐させることができることは勿論である。また図示しないが、上記計測部５には照射部１０ａや受光部２０ａの他に、土壌観測面４と照射部１０ａ及び受光部２０ａとの間隔を検出する土壌変位センサや、ＣＣＤカラーカメラ、或いは温度計などが設けられている。
【００１１】
さらに、上記断続手段１２を構成するモータ１５にはエンコーダ４０を取付けてあり、このエンコーダ４０からの信号を各検出器２７、２９、３１にそれぞれ設けた合計９個の信号処理手段４１にそれぞれ入力させている。
各信号処理手段４１は、エンコーダ４０からの信号により回転板１３の回転角度位置を、したがって光源１１からの検査光が窓１４を通過したか、或いは回転板１３によって遮断されたかを検出することができるようになっている。
そして各信号処理手段４１は、光源１１からの検査光が回転板１３によって遮断された際には、各検出器２７、２９、３１によって検出された光の強度を外乱光の強度として記憶するようになっている。
他方、光源１１からの検査光が窓１４を通過して土壌に照射された際には、各検出器２７、２９、３１によって検出された反射光の強度から、上記外乱光の強度を除いて、外乱光の影響を排除した真の反射光の強度を得ることができるようにしてある。そして、各信号処理手段４１によって得られた真の反射光の強度は、採取場所などのデータと共に、図示しない記憶装置に記憶されるようになっている。上記採取場所のデータは、例えば走行フレームに設けたＧＰＳ(図１参照)によって得ることができる。
【００１２】
上記土壌特性測定装置で採取されるデータとして、ＭＣ(水分)、ＳＯＭ(土壌有機物)、ＴＣ(全炭素)、ＴＮ(全窒素)、二酸化炭素量、ｐＨ、ＣＥＣ(陽イオン交換係数)等が挙げられる。
そして受光した反射光より、各波長の吸光度(どれだけ土壌に吸収されたかの度合)が検出される。このとき、波長と吸光度の関係において、予め物質毎の吸光度のレベルを検証してあり、特徴づけられる波長の吸光度から含まれる物質量を推定することができる。
また、複数の波長から物質量が推定されることが行なわれている。例えば、１２３０ｎｍ、１４５０ｎｍ、１６５０ｎｍという波長はＭＣ(水分)を推定するのに用いられ、ＭＣ(％)＝１０．９７＊Ａｂｓ（１３２０ｎｍ）＋１９４．５４＊Ａｂｓ（１４５０ｎｍ）−２３４．７４＊Ａｂｓ（１６５０ｎｍ）−１１．７０という式から水分が推定される。上記Ａｂｓ（１３２０ｎｍ）は、波長１３２０ｎｍの吸光度を示している。
これらの波長は、各干渉フィルタ２６、２８、３０を適宜なものに選定することにより、例えば紫外光から中赤外光の範囲で任意の波長を検出することができる。
【００１３】
このように、１箇所の計測点において多数のデータを採取することが必要となってきているが、本実施例では１箇所の計測点において採取された反射光を９つに分岐して各検出器２７、２９、３１に入力させているので、各検出器２７、２９、３１によるデータの採取を迅速に行なうことができる。
しかも、各検出器２７、２９、３１のそれぞれに信号処理手段４１を設けているので、各信号処理手段４１によって外乱光の影響を排除した真の反射光の強度をそれぞれ迅速に検出することができる。したがって、チゼル部１を土壌中で高速度で進行させながら、多数の計測点でそれぞれ精度の良い多数のデータを採取することが可能となる。
【００１４】
図３は本発明の第２実施例を示したもので、本実施例では第１実施例における各ダイクロイックミラー２３、２４を省略し、その代わりに分岐集光ファイバ５０のみによって反射光を複数に、例えば９つに分岐するようにしたものである。
したがって本実施例では分岐集光ファイバ５０が分岐手段２２を構成することになり、分岐集光ファイバ５０の一端部となる受光部５０ａで受光した反射光は、分岐集光ファイバ５０で９つに分岐されて、それぞれコリメートレンズ２５を透過し、かつ干渉フィルタ２６によって選択された特定の波長がそれぞれの検出器２７に入力されるようになる。
その他の構成は第１実施例と同様に構成してあり、同一部分若しくは相当部分には第１実施例と同一の符号を付して示してある。
本実施例でも第１実施例と同等の作用効果を得ることができ、特に本実施例ではダイクロイックミラーを使わないので光学系が簡単になり、調整不要で、機械振動に強いという利点がある。
【００１５】
図４は本発明の第３実施例を示したもので、本実施例では１本の集光ファイバ６０を用い、その一端部となる受光部６０ａで受光した反射光を、凹面状の回折格子６１に照射するようにしたものである。
上記回折格子６１に向けてアレイ状の多数の検出器２７を配置してあり、各検出器２７のそれぞれに信号処理手段４１を設けている。
上記回折格子６１に照射された反射光は、この回折格子６１によって短い波長から長い波長に連続的に分岐されて、アレイ状に配置された多数の検出器における一端部側の検出器２７から他端部側の検出器２７へ入力されるようになる。したがって本実施例では、回折格子６１が受光部６０ａで受光した反射光を複数に分岐する分岐手段２２を構成している。
そして各検出器２７は上述の実施例と同様に信号処理手段４１をそれぞれ備えているので、本実施例でも上記実施例と同等の作用効果を得ることができる。
【００１６】
図５は上述した第３実施例の変形例を示したもので、本実施例では各検出器２７のそれぞれに集光ファイバ６２を設け、各集光ファイバ６２の受光部６２ａをそれぞれ回折格子６１に向けて、かつ所要の位置に位置決めして固定してある。
本実施例においては、上記回折格子６１で照射された反射光は、各集光ファイバ６２の受光部６２ａで受光されてそれぞれの検出器２７へ入力されるようになる。この際、上記各集光ファイバ６２の受光部６２ａを所要の位置に位置決めしてあるので、上記回折格子６１によって短い波長から長い波長に連続的に分岐された波長のうち、必要とする波長を選択して各受光部６２ａで受光することができるようになる。
そして本実施例においても、各検出器２７は上述の実施例と同様に信号処理手段４１をそれぞれ備えているので、上記実施例と同等の作用効果を得ることができる。
【００１７】
なお、上記実施例ではいずれも光ファイバを用いているが、ライトパイプやレンズやミラーによるリレー光学系を用いても良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る土壌特性測定装置の全体を示す側面図。
【図２】本発明の第１実施例を示す概略構成図。
【図３】本発明の第２実施例を示す概略構成図。
【図４】本発明の第３実施例を示す要部の概略構成図。
【図５】本発明の第４実施例を示す要部の概略構成図。
【符号の説明】
【００１９】
１  チゼル部                      ４  土壌観測面
１０  照明用光ファイバ            １０ａ照射部
１２  断続手段                    ２２  分岐手段
２０、５０  分岐集光ファイバ      ６１  回折格子
２０ａ、５０ａ、６０ａ  受光部    ４１  信号処理手段
２３、２４  ダイクロイックミラー  ２７、２９、３１  検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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