(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状に巻回する導電性部材であって測定対象物に取付けられ、水分量の変化により等価インダクタンスが変化するセンサ部を有し、
前記センサ部の等価インダクタンス変化により前記測定対象物に含まれる水分量を検出し、
前記等価インダクタンスは、前記センサ部のインダクタンス成分と容量成分とを含むパラメータである、水分センサ。
【請求項２】
前記センサ部は、前記測定対象物に含まれる水分量の変化により容量成分が変化し、
前記等価インダクタンス変化は、前記容量成分の変化による前記センサ部のインピーダンス変化を、インダクタンス変化に置き換えたものである、請求項１に記載の水分センサ。
【請求項３】
前記センサ部は、一方の端部から延在する第１の辺部と、他方の端部から延在して前記第１の辺部と対向する第２の辺部とを有し、前記第１の辺部の先端部と前記第２の辺部の先端部とは、第３の辺部により電気的に接続されている、
請求項１又は請求項２に記載の水分センサ。
【請求項４】
前記センサ部は、前記第１の辺部に沿って複数取り付けられ前記第１の辺部から前記第２の辺部に向かって延在する第１の櫛歯部と、前記第２の辺部に沿って複数取り付けられ前記第２の辺部から前記第１の辺部に向かって延在する第２の櫛歯部とを有し、前記第１の櫛歯部と前記第２の櫛歯部とはそれぞれ交互に隣接する、
請求項３に記載の水分センサ。
【請求項５】
前記センサ部は、絶縁性を有する基板上に設けられており、
前記センサ部上には、前記センサ部を前記基板と共に覆う絶縁性部材が設けられている、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水分センサ。
【請求項６】
前記センサ部に電気的に接続されて所定の静電容量を有するコンデンサ部と、
前記センサ部及びコンデンサ部と電気的に接続され、前記センサ部及びコンデンサ部に周波数を変化させながら第１の電気信号を出力する可変周波数発振部と、
を有し、
少なくとも前記センサ部と前記コンデンサ部とで前記センサ部のインダクタンス変化に応じて共振周波数が変化する共振回路を形成し、前記共振回路は前記第１の電気信号の周波数に応じた第２の電気信号を出力する、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水分センサ。
【請求項７】
前記共振回路と電気的に接続されて前記第２の電気信号の周波数を変換して第３の電気信号として出力する周波数変換部と、
前記周波数変換部と電気的に接続されて前記第３の電気信号を外部に出力する出力部と、
をさらに有する、請求項６に記載の水分センサ。
【請求項８】
請求項６に記載の水分センサと、
前記共振回路と電気的に接続されて前記第２の電気信号から前記共振回路の共振周波数を算出し、前記共振周波数に応じて前記測定対象物に含まれる水分量を算出する演算部と、
を有する、水分測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の水分量を測定する水分センサ及び水分測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば畑で植物を育てる場合などには、土壌中の含水量を測定することが求められる場合がある。土壌等の対象物に含まれる水分量を測定する場合、一般的には静電容量方式の水分センサが利用されている。
【０００３】
また、特許文献１には、対象物の誘電率の変化を共振周波数として検出し、対象物中の水分量を測定する水分センサについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２３８３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、対象物の水分中には、例えば塩分等の異物が存在することがある。水分中の異物により共振周波数の測定結果が変化する場合、対象物中の水分量の測定精度が低下する可能性がある。
【０００６】
本発明は、対象物中の水分量の測定精度の低下を抑制する水分センサ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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の水分センサは、平面状に巻回する導電性部材であって測定対象物に取付けられ、水分量の変化により等価インダクタンスが変化するセンサ部を有し、前記センサ部の等価インダクタンス変化により前記測定対象物に含まれる水分量を検出する。
【０００８】
この水分センサは、センサ部の等価インダクタンス変化により水分量を検出する。等価インダクタンスは、測定対象物に含まれる水分量に応じて変化する一方、水分中の塩分等の異物による変化が小さい。従って、本発明の水分センサは、水分中に塩分等の異物が存在する場合であっても、測定対象物中の水分量の測定精度の低下を抑制することができる。
【０００９】
前記水分センサにおいて、前記センサ部は、前記測定対象物に含まれる水分量の変化により容量成分が変化し、前記等価インダクタンス変化は、前記容量成分の変化による前記センサ部のインピーダンス変化を、インダクタンス変化に置き換えたものであることが好ましい。本発明の水分センサは、インピーダンス変化をインダクタンス変化に置き換えて検出している。従って、本発明の水分センサは、水分中に塩分等の異物が存在する場合であっても、測定対象物中の水分量の測定精度の低下を抑制することができる。
【００１０】
前記水分センサにおいて、前記センサ部は、一方の端部から延在する第１の辺部と、他方の端部から延在して前記第１の辺部と対向する第２の辺部とを有し、前記第１の辺部の先端部と前記第２の辺部の先端部とは、第３の辺部により電気的に接続されていることが好ましい。この水分センサは、閉回路によって構成されているため、より好適に等価インダクタンス変化を検出することができる。
【００１１】
前記水分センサにおいて、前記センサ部は、前記第１の辺部に沿って前記第１の辺部から前記第２の辺部に向かって複数延在する第１の櫛歯部と、前記第２の辺部に沿って前記第２の辺部から前記第１の辺部に向かって複数延在する第２の櫛歯部とを有し、前記第１の櫛歯部と前記第２の櫛歯部とはそれぞれ交互に隣接することが好ましい。この水分センサは、櫛歯状の構成を有するため、測定対象物中の水分量をより好適に検出することができる。
【００１２】
前記水分センサにおいて、前記センサ部は、絶縁性を有する基板上に設けられており、前記センサ部上には、前記センサ部を前記基板と共に覆う絶縁性部材が設けられていることが好ましい。この水分センサは、絶縁性を有する基板と絶縁性部材とに覆われているため、測定対象物中の水分による短絡を抑制することができる。
【００１３】
前記水分センサは、前記センサ部に電気的に接続されて所定の静電容量を有するコンデンサ部と、前記センサ部及びコンデンサ部と電気的に接続され、前記センサ部及びコンデンサ部に周波数を変化させながら第１の電気信号を出力する可変周波数発振部と、を有し、少なくとも前記センサ部と前記コンデンサ部とで前記センサ部の等価インダクタンス変化に応じて共振周波数が変化する共振回路を形成し、前記共振回路は前記第１の電気信号の周波数に応じた第２の電気信号を出力することが好ましい。この水分センサは、等価インダクタンス変化を電気信号の共振周波数変化として検出することにより、測定対象物中の水分量を検出する。従って、この水分センサは、測定対象物中の水分量をより好適に検出することができる。
【００１４】
前記水分センサは、前記共振回路と電気的に接続されて前記第２の電気信号の周波数を変換して第３の電気信号として出力する周波数変換部と、前記周波数変換部と電気的に接続されて前記第３の電気信号を外部に出力する出力部と、をさらに有することが好ましい。この水分センサは、検出した電気信号の周波数を変換して例えば外部機器に出力することができるため、測定対象物中の水分量の測定を容易に行うことができる。
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の水分測定装置は、前記水分センサと、前記共振回路と電気的に接続されて前記第２の電気信号から前記共振回路の共振周波数を算出し、前記共振周波数に応じて前記測定対象物に含まれる水分量を算出する演算部と、を有する。この水分測定装置は、等価インダクタンス変化に応じた共振周波数の変化に応じて、測定対象物中の水分量を算出する。従って、この水分測定装置は、測定対象物中の水分量の測定精度の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、対象物中の水分量の測定精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態１に係る水分測定装置のブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施形態１に係るセンサ部の図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施形態１に係るセンサ部の図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施形態１に係るセンサ部の図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、実施形態１に係るセンサ部の図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、実施形態１に係るセンサ部の図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、実施形態１に係るセンサ部の図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、実施形態１に係るセンサ部の図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、実施形態１に係るセンサ部の図である。
【図２Ｉ】図２Ｉは、実施形態１に係るセンサ部の図である。
【図３】図３は、実施形態１に係るセンサ部の形成方法を示す模式図である。
【図４】図４は、実施形態１に係るセンサ部の形成方法を示す模式図である。
【図５】図５は、実施形態１に係るセンサ部の形成方法を示す模式図である。
【図６】図６は、実施形態１に係るセンサ部の斜視図である。
【図７】図７は、共振周波数と土壌の水分量との関係の一例を示した図である。
【図８Ａ】図８Ａは、変形例１に係るセンサ部の図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、変形例１に係るセンサ部の図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、変形例１に係るセンサ部の図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、変形例１に係るセンサ部の図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、変形例１に係るセンサ部の図である。
【図８Ｆ】図８Ｆは、変形例１に係るセンサ部の図である。
【図８Ｇ】図８Ｇは、変形例１に係るセンサ部の図である。
【図８Ｈ】図８Ｈは、変形例１に係るセンサ部の図である。
【図８Ｉ】図８Ｉは、変形例１に係るセンサ部の図である。
【図９Ａ】図９Ａは、変形例２に係るセンサ部の図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、変形例２に係るセンサ部の図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、変形例２に係るセンサ部の図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、変形例２に係るセンサ部の図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、変形例２に係るセンサ部の図である。
【図９Ｆ】図９Ｆは、変形例２に係るセンサ部の図である。
【図９Ｇ】図９Ｇは、変形例２に係るセンサ部の図である。
【図９Ｈ】図９Ｈは、変形例２に係るセンサ部の図である。
【図１０】図１０は、変形例３に係るセンサ部の平面図である。
【図１１】図１１は、実施形態２に係る水分測定装置のブロック図である。
【図１２】図１２は、実施形態３に係る水分測定装置のブロック図である。
【図１３】図１３は、実施例３に係る共振回路の周波数スペクトルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施形態１）
（水分測定装置の全体構成）
本発明の実施形態１について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、実施形態１に係る水分測定装置のブロック図である。図１に示されるように、実施形態１の水分測定装置１は、水分センサ１０と、コンピュータ部２０を有する。
【００１９】
図１に示されるように、水分センサ１０は、センサ部３０と、コンデンサ部５０と、可変周波数発振部５１と、周波数変換部５３と、出力部５４とを有する。水分センサ１０は、センサ部３０が測定対象物としての土壌８１中に埋め込まれ、コンデンサ部５０、可変周波数発振部５１、周波数変換部５３及び出力部５４が土壌８１の外部である露出部８２に配置される（土壌８１の外部に露出される）ことにより、センサ部３０の等価インダクタンス変化を検出する。
【００２０】
センサ部３０は、インダクタンス成分を有する平面コイルを形成し、土壌８１中に含まれる水分量の変化により等価インダクタンスを変化させる。センサ部３０の形状については後述する。また、等価インダクタンスについても後述する。
【００２１】
図１に示されるように、コンデンサ部５０は、センサ部３０と電気的に接続されて、所定の静電容量を有する。コンデンサ部５０は、センサ部３０と共に共振回路５５を構成する。共振回路５５の共振周波数は、センサ部３０の等価インダクタンス変化に応じて変化する。実施形態１において、共振回路５５は、直列ＬＣ回路である。ただし、共振回路５５は、共振回路であれば、直列ＬＣ回路に限られない。共振回路５５は、例えば、並列ＬＣ回路、又は抵抗部を更に有するＲＬＣ回路等であってもよい。
【００２２】
可変周波数発振部５１は、センサ部３０及びコンデンサ部５０に電気的に接続されている。可変周波数発振部５１は、周波数を変化させながら電気信号を出力することができる。可変周波数発振部５１は、周波数を変化させながら共振回路５５へ第１の電気信号を出力する。共振回路５５は、第１の電気信号が入力されることにより、第１の電気信号の周波数に応じて信号強度が変化する第２の電気信号を出力する。ここで、信号強度とは、例えば電流の大きさである。なお、可変周波数発振部５１は、共振回路５５に可変周波数信号を印加するものであれば、この回路構成に限られない。また、可変周波数発振部５１は、水分センサ１０ではなく、例えばコンピュータ部２０が有していてもよい。
【００２３】
周波数変換部５３は、コンデンサ部５０に電気的に接続されている。周波数変換部５３には、共振回路５５から第２の電気信号が入力される。周波数変換部５３は、第２の電気信号の周波数を変換して、第３の電気信号として出力する。
【００２４】
出力部５４は、周波数変換部５３に電気的に接続される。出力部５４は、後述するコンピュータ部２０の入力部６０に着脱可能に取り付けられる。出力部５４は、入力部６０に取付けられることにより、互いに電気的に接続される。出力部５４は、入力部６０と電気的に接続されることにより、第３の電気信号を入力部６０に出力する。出力部５４は、例えばオーディオプラグであるが、電気信号を外部に出力するものであれば、これに限られない。次に、コンピュータ部２０について説明する。
【００２５】
コンピュータ部２０は、入力部６０と、演算部６１と、記憶部６２と、表示部６３とを有する。コンピュータ部２０は、水分センサ１０と別体であり、入力部６０を介して水分センサ１０と着脱可能に接続される。コンピュータ部２０は、入力部６０により、第３の電気信号を水分センサ１０の出力部５４から受信する。そして、コンピュータ部２０は、演算部６１及び記憶部６２により、第３の電気信号の共振周波数に基づいて土壌等に含まれる水分量を算出する。コンピュータ部２０は、例えば、いわゆるスマートフォン、タブレットＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、又はＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯端末である。ただし、コンピュータ部２０は、入力部６０と演算部６１と記憶部６２と表示部６３とを有していれば、携帯端末に限られない。
【００２６】
入力部６０は、水分センサ１０の出力部５４が取り付けられることにより、出力部５４と電気的に接続される。入力部６０は、第３の電気信号を、出力部５４から受信する。入力部６０は、例えば携帯端末が有する入力用のオーディオジャックであるが、電気信号が入力されるものであれば、これに限られない。
【００２７】
演算部６１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）及びメモリである。演算部６１は、入力部６０と電気的に接続されている。また、演算部６１は、記憶部６２と電気的に接続されている。記憶部６２は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）又はＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置である。
【００２８】
演算部６１には、入力部６０から第３の電気信号が入力される。演算部６１は、第３の電気信号をデジタルデータに変換して、記憶部６２に記憶させる。演算部６１は、記憶部６２に記憶させたデジタルデータから、共振回路５５の共振周波数を算出する。例えば、演算部６１は、記憶部６２に記憶させたデジタルデータをＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）処理することにより、第３の電気信号の信号強度と周波数との関係を示した周波数スペクトルを作成する。演算部６１は、この周波数スペクトルを記憶部６２に記憶させる。演算部６１は、この周波数スペクトルにより、共振回路５５の共振周波数を算出して、記憶部６２に記憶させる。
【００２９】
記憶部６２は、例えば共振周波数と土壌の水分量との関係を示したテーブルを記憶している。演算部６１は、記憶部６２からこのテーブルを読み出し、算出した共振周波数に応じた土壌の水分量を算出する。そして、演算部６１は、算出した土壌の水分量を記憶部６２に記憶させる。
【００３０】
表示部６３は、演算部６１に電気的に接続されている。表示部６３には、演算部６１により、記憶部６２に記憶された土壌の水分量が表示される。また、表示部６３には、演算部６１により記憶部６２に記憶された周波数スペクトルが表示されてもよい。表示部６３は、例えば携帯端末が有するディスプレイである。次に、センサ部３０の形状について説明する。
【００３１】
（センサ部の形状）
図２Ａから図２Ｉは、実施形態１に係るセンサ部の図である。図２Ａは、センサ部３０の平面図である。図２Ｂは、センサ部３０の底面図である。図２Ｃは、センサ部３０の正面図である。図２Ｄは、センサ部３０の背面図である。図２Ｅは、センサ部３０の右側面図である。図２Ｆは、センサ部３０の左側面図である。図２Ｇは、図２Ａの箇所Ｋを拡大して示した一部拡大図である。図２Ｈは、図２Ｅの一部拡大図である。図２Ｉは、図２Ｆを拡大した図である。
【００３２】
図２Ａから図２Ｉに示されるように、センサ部３０は、一方の端部としての第１の端部３１と、他方の端部としての第２の端部３２と、第１の底辺部３３と、第１の辺部３５と、第２の底辺部３７と、第２の辺部３９と、第３の辺部４１と、第１の櫛歯部４２と、第２の櫛歯部４３とを有する。第１の端部３１、第２の端部３２、第１の底辺部３３、第１の辺部３５、第２の底辺部３７、第２の辺部３９、第３の辺部４１、第１の櫛歯部４２及び第２の櫛歯部４３は、導電性を有する導電性部材７１によって形成される。導電性部材７１を形成する材料としては、導電性があればよく、例えば金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、導電性ペースト、またこれらの混合物等が挙げられる。金属としては、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウムなどが使用できる。導電性ペーストとしては、金、銀、ニッケル、銅等の金属の粒子をバインダー及び／又は溶媒に分散させたものなどが使用できる。金属酸化物としては、アンチモンをドープした酸化スズ（ＡＴＯ；Ａｎｔｉｍｏｎｙ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、フッ素をドープした酸化スズ（ＦＴＯ；Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ；Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ；Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などが使用できる。電気伝導性化合物としては、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどが使用できる。
【００３３】
センサ部３０は、第１の端部３１から、第１の底辺部３３、第１の辺部３５、第３の辺部４１、第２の辺部３９及び第２の底辺部３７を経て、第２の端部３２までにおいて、導電性部材７１が平面状に巻回する形状となっている。センサ部３０は、第１の端部３１から第２の端部３２までが閉回路である平面コイルを形成する。図２Ｃから図２Ｆ、及び図２Ｈ及び図２Ｉに示すように、センサ部３０は、各部が略同一の厚みを有している。ここで、略同一とは、所定の公差を許容しつつ、同一の厚みになるよう設計されることをいうが、これに限られず、厚みが箇所で異なるものであってもよい。なお、図２Ｉは、図２Ｆを拡大した図であるが、図２Ｆにおけるセンサ部３０の厚みを強調して示した図であり、図２Ｉにおけるセンサ部３０の厚みと幅との寸法関係は、実際のセンサ部３０の厚みと幅との寸法関係とは異なる。実際のセンサ部３０の厚みと幅との寸法関係は、例えば図２Ｆに示したものとなる。
【００３４】
第１の端部３１は、コンデンサ部５０と電気的に接続される。第２の端部３２は、第１の端部３１に対向して設けられ、可変周波数発振部５１と電気的に接続される。図２Ａに示されるように、第１の端部３１は、第２の端部３２と反対方向に第１の末端部３４まで延在する第１の底辺部３３を有する。第１の辺部３５は、第１の末端部３４から、第１の底辺部３３が延在する方向と交差する方向に、第１の辺部３５の先端部としての第１の先端部３６まで延在する。すなわち、第１の辺部３５は、第１の底辺部３３を介して、第１の端部３１から延在している。なお、センサ部３０は、第１の底辺部３３を有さなくてもよい。この場合、第１の辺部３５は、第１の端部３１から直接延在してもよい。
【００３５】
第２の端部３２は、第１の端部３１と反対方向に第２の末端部３８まで延在する第２の底辺部３７を有する。第２の辺部３９は、第２の末端部３８から、第２の底辺部３７が延在する方向と交差する方向に、第２の辺部３９の先端部としての第２の先端部４０まで延在する。すなわち、第２の辺部３９は、第２の底辺部３７を介して、第２の端部３２から延在している。また、第２の辺部３９は、第１の辺部３５と対向し、第１の辺部３５と平行に延在している。なお、センサ部３０は、第２の底辺部３７を有さなくてもよい。この場合、第２の辺部３９は、第２の端部３２から直接延在してもよい。
【００３６】
第３の辺部４１は、第１の辺部３５及び第２の辺部３９が延在する方向に交差する方向に、第１の先端部３６から第２の先端部４０まで延在する。すなわち、第３の辺部４１は、第１の辺部３５と第２の辺部３９とを電気的に接続する。
【００３７】
センサ部３０は、第１の辺部３５、第２の辺部３９及び第３の辺部４１とで、矩形の外周の３辺を形成する。実施形態１においては、第１の辺部３５及び第２の辺部３９は長辺を形成し、第３の辺部４１は、短辺のうちの一つを形成する。ただし、第１の辺部３５、第２の辺部３９及び第３の辺部４１は、互いに電気的に接続していれば、その形状はこれに限られない。例えば、第１の辺部３５、第２の辺部３９及び第３の辺部４１は、矩形の外周の３辺を形成しなくてもよい。
【００３８】
さらに、センサ部３０は、第１の櫛歯部４２と、第２の櫛歯部４３とを有する。図２Ａに示されるように、第１の櫛歯部４２は、第１の辺部３５の延在方向に沿って複数設けられ、第１の辺部３５から第２の辺部３９に向かって延在している。図２Ａ及び図２Ｇに示すように、第１の櫛歯部４２は、第２の辺部３９に接続されていない。第１の櫛歯部４２と第２の辺部３９との間には、導電性部材７１を有さない第１の間隙４４が設けられている。
【００３９】
第２の櫛歯部４３は、第２の辺部３９の延在方向に沿って複数設けられ、第２の辺部３９から第１の辺部３５に向かって延在している。図２Ａ及び図２Ｇに示すように、第２の櫛歯部４３は、第１の辺部３５に接続されていない。第２の櫛歯部４３と第１の辺部３５との間には、導電性部材７１を有さない第２の間隙４５が設けられている。図２Ａに示されるように、第１の櫛歯部４２と第２の櫛歯部４３とは、第１の辺部３５が延在する方向に沿って、それぞれが交互に隣接している。言い換えれば、センサ部３０は、第１の櫛歯部４２と第２の櫛歯部４３により、櫛歯が互い違いである形状となっている。
【００４０】
図２Ａ及び図２Ｇに示すように、実施形態１において、第１の櫛歯部４２と第２の櫛歯部４３との第１の辺部３５が延在する方向に沿った幅Ｘ（以下、適宜「線幅Ｘ」と記載する）と、隣接する第１の櫛歯部４２と第２の櫛歯部４３との第１の辺部３５が延在する方向に沿った間の距離Ｙ（以下、適宜「線間Ｙ」と記載する）との寸法比は、３：１である。ただし、第３の辺部４１とそれに隣接する第２の櫛歯部４３との第１の辺部３５が延在する方向に沿った間の距離Ｙａ（線間Ｙａ）は、線間Ｙよりも大きくなっている。線間Ｙａは、幅Ｘよりは小さい。ただし、線間Ｙａは、例えば線間Ｙより大きくなくてもよく、例えば線間Ｙと同じ長さでもよい。
【００４１】
また、図２Ａ及び図２Ｇに示すように、第１の間隙４４であって第１の櫛歯部４２と第２の辺部３９との間と、第２の間隙４５であって第２の櫛歯部４３と第１の辺部３５との間との距離Ｚは、０．５ｍｍ（公差含む）である。距離Ｚは、小さい方が好ましく、例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましい。ただし、センサ部３０は、第１の櫛歯部４２と第２の櫛歯部４３とにより櫛歯が互い違いとなる形状になっていれば、寸法比及び寸法は限定されない。次に、センサ部３０の形成方法について説明する。
【００４２】
（センサ部の形成方法）
図３から図５は、実施形態１に係るセンサ部３０の形成方法を示す模式図である。図３は、基板７０上に導電性部材７１を形成する工程を示している。図４は、基板７０上に形成された導電性部材７１をパターニングして、センサ部３０を形成している工程を示している。図５は、センサ部３０上にフィルム７４を取り付け、センサ部３０を基板７０とフィルム７４とで覆う工程を示している。
【００４３】
最初に、図３に示されるように、導電性部材７１が、絶縁性を有する基板７０の一方の面７５上に形成される。基板７０は、例えばポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリブテンフィルム、ポリブタジエンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、塩化ビニル共重合体フィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリウレタンフィルム、エチレン酢酸ビニルフィルム、アイオノマー樹脂フィルム、エチレン−（メタ）アクリル酸共重合体フィルム、エチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体フィルム、ポリスチレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム、フッ素樹脂フィルムなどのフィルムや、グラシン紙や上質紙などの紙を用いることができる。また、これらの架橋フィルムを用いてもよい。さらに、これらのフィルムの複数が積層された積層フィルムであってもよく、絶縁性を有していればこれに限られない。
【００４４】
次に、図４に示されるように、基板７０上の導電性部材７１は、例えばフォトリソグラフィ法等によりパターニングされ、センサ部３０を形成する。その他のパターニング法としては、印刷法、蒸着法、溶射法、メッキ法等が挙げられる。印刷法としては、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等が挙げられる。蒸着法としては、真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｎａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等の方法を挙げることが出来る。また溶射法としては、大気圧プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法等が挙げられる。メッキ法としては、無電解メッキ法、溶融メッキ法、電気メッキ法等が挙げられる。
【００４５】
次に、図５に示されるように、センサ部３０上に、絶縁性部材としてのフィルム７４が取り付けられる。フィルム７４は、フィルム部７２と粘着部７３とを有する。フィルム７４は、粘着部７３によりフィルム部７２と基板７０とを接着させる。フィルム部７２は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）により形成される板状の部材であるが、絶縁性を有していればこれに限られない。粘着部７３は、フィルム部７２の一方の面７６の外周に沿って設けられる。粘着部７３は、粘着剤や接着剤等で形成される。例えば、粘着剤としては、アクリル系、シリコーン系、ゴム系、ポリエステル系、ポリウレタン系等を用いることができる。接着剤としては、熱により溶融し、冷却されると固化して対象物同士を接着する熱可塑性接着剤、主剤と硬化剤を混合することにより硬化し対象物を接着する２液混合型接着剤や主剤と硬化剤をあらかじめ混合させておき、熱やエネルギー線により硬化し対象物を接着する１液型接着剤を用いて形成することができる。耐水性の観点から、アクリル系、シリコーン系、ゴム系、ポリエステル系の粘着剤や接着剤が好ましい。
【００４６】
フィルム７４は、粘着部７３を基板７０の一方の面７５であってセンサ部３０よりも外側に当接させ、フィルム部７２の一方の面７６をセンサ部３０に当接させるように取り付けられる。そして、基板７０とフィルム７４とは、センサ部３０を挟むように圧着されながら加熱され、その後冷却される。粘着部７３は、本説明では熱可塑性接着剤であり、加熱されことにより溶融して粘着性を有する。また、粘着部７３は、その後に冷却されることにより固化し、基板７０の一方の面７５とフィルム部７２の一方の面７６とを接着する。このようにして、センサ部３０は、基板７０とフィルム７４とに覆われる。センサ部３０と基板７０とフィルム７４とは、センサ体７７を構成する。実施形態１において、基板７０とフィルム７４とを接着した場合における、基板７０とフィルム７４との基板７０の面と垂直な方向における厚みは、例えば１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましいが、これに限られない。厚みが１０μｍ以下ではコシ（曲げ剛性）が弱くなり生産性が劣る可能性があり、２００μｍ以上ではセンサ部３０と測定対象物との距離が離れすぎて精度良い測定ができない恐れがある。なお、センサ部３０を基板７０とフィルム部７２とにより覆う方法は、これに限られない。
【００４７】
また、センサ部３０は、基板７０上に形成されなくてよく、センサ部３０上にフィルム７４を有さなくてもよい。図６は、実施形態１に係るセンサ部３０の斜視図である。図６に示されるように、センサ部３０は、基板７０及びフィルム７４を有さなくても、平面状に巻回する平面コイルとして形成することができる。次に、図１を参照に、水分測定装置１による土壌等に含まれる水分量の測定方法について説明する。
【００４８】
（水分量の測定方法）
水分測定装置１は、センサ部３０を土壌８１に埋め込むことにより、土壌８１中の水分量を測定する。センサ部３０は、土壌８１中の水分量に応じて、等価インダクタンスが変化する。以下、等価インダクタンスについて説明する。
【００４９】
センサ部３０は、コイルであり、インダクタンス成分を有する。センサ部３０を理想的なコイルとする場合におけるセンサ部３０のインダクタンスをＬ１とし、インピーダンスをＺＬとすると、センサ部３０のインピーダンスＺＬは、次の式（１）のように表される。また、この場合におけるインダクタンスＬ１は、式（１）を変形して、次の式（２）のように表される。
【００５０】
ＺＬ＝ｊ・ω１・Ｌ１  ・・・（１）
Ｌ１＝ＺＬ／（ｊ・ω１）  ・・・（２）
【００５１】
ここで、ｊは虚数単位であり、ω１は交流電流の角周波数である。
【００５２】
ただし、実際には、センサ部３０は、インダクタンスＬ１に加え、容量成分も有する。すなわち、実際には、センサ部３０は、インダクタンスＬ１と容量成分Ｃ１とを有する。センサ部３０は、等価回路で表現すると、インダクタンス成分Ｌ１を有するインダクタと、容量成分Ｃ１を有するキャパシタとが、並列に接続された回路となる。インダクタンス成分Ｌ１を有するインダクタのインピーダンスは、上述のインピーダンスＺＬである。また、容量成分Ｃ１を有するキャパシタもインピーダンス成分を有し、そのインピーダンスをＺＣとすると、インピーダンスＺＣは、次の式（３）のように表される。
【００５３】
ＺＣ＝１／（ｊ・ω１・Ｃ１）  ・・・（３）
【００５４】
また、容量成分を考慮した場合のセンサ部３０のインピーダンスをＺとすると、インピーダンスＺは、次の式（４）のように表される。
【００５５】
Ｚ＝（ＺＬ・ＺＣ）／（ＺＬ＋ＺＣ）  ・・・（４）
【００５６】
このように、センサ部３０は、容量成分を考慮しない場合の理想的なインピーダンスが、インピーダンスＺＬであり、容量成分を考慮する場合の実際のインピーダンスが、インピーダンスＺである。本実施形態において、水分センサ１０は、センサ部３０の実際のインピーダンスであるインピーダンスＺを、容量成分を考慮しない理想的なインピーダンスであるインピーダンスＺＸとして取り扱う。インピーダンスＺＸの値は、インピーダンスＺと同じである。そして、水分センサ１０は、インピーダンスＺＸを、センサ部３０のインダクタンスに置き換えて、その置き換えたインダクタンスを、等価インダクタンスＬとして検出する。
【００５７】
すなわち、等価インダクタンスを等価インダクタンスＬとすると、水分センサ１０は、式（２）のインピーダンスＺＬとインダクタンスＬ１との関係を、次の式（５）のように、インピーダンスＺＸと等価インダクタンスＬとの関係に適用する。
【００５８】
Ｌ＝ＺＸ／（ｊ・ω）  ・・・（５）
【００５９】
このように、水分センサ１０は、インピーダンスＺを理想的なインピーダンスＺＸとして扱い、インピーダンスＺＸを等価インダクタンスＬに置き換えて、等価インダクタンスＬを検出する。
【００６０】
ここで、センサ部３０のインダクタンスＬ１は、周囲の水分量に応じて変化しない。一方、センサ部３０のキャパシタンスＣ１は、土壌８１中の水分量に応じて変化する。センサ部３０は、キャパシタンスＣ１が変化すると、容量成分のインピーダンスＺｃが変化するため、実際のインピーダンスＺ（インピーダンスＺＸ）も変化する。センサ部３０のインピーダンスＺ（インピーダンスＺＸ）が変化すれば、等価インダクタンスＬも変化する。水分センサ１０は、インピーダンスＺの変化を、インダクタンスの変化に置き換えて、等価インダクタンスＬの変化として検出する。
【００６１】
このように、センサ部３０は、土壌８１等の測定対象物に含まれる水分量の変化により等価インダクタンスＬが変化する。より詳しくは、センサ部３０は、測定対象物に含まれる水分量の変化により、センサ部３０のキャパシタンスＣ１が変化する。そして、等価インダクタンスＬとは、センサ部３０のキャパシタンスＣ１の変化によるインピーダンスＺの変化を、インダクタンス変化に置き換えたものである。
【００６２】
可変周波数発振部５１は、周波数を変化させながら共振回路５５に第１の電気信号を出力する。共振回路５５は、第１の電気信号が入力されることにより、第１の電気信号の周波数に応じて信号強度が変化する第２の電気信号を出力する。
【００６３】
共振回路５５は、第１の電気信号の周波数変化に応じて、所定の周波数で共振する。共振回路５５の共振周波数は、次の式（６）のように表される。
【００６４】
ω＝１／（Ｌ×Ｃ）０．５  ・・・（６）
【００６５】
式（６）において、ωは共振回路５５の共振周波数であり、Ｃはコンデンサ部５０の容量成分（静電容量）である。
【００６６】
コンデンサ部５０は、共振回路５５の基準用コンデンサとして設けられており、コンデンサ部５０は土壌８１の外部である露出部８２に位置している。コンデンサ部５０は露出部８２に位置しているため、コンデンサ部５０の容量成分Ｃは、土壌８１の水分量によって変化しない。そのため、共振回路５５の共振周波数ωは、センサ部３０の等価インダクタンスＬの値に応じて変化する。従って、共振回路５５の共振周波数ωも、土壌に含まれる水分量の変化に応じて変化する。
【００６７】
実施形態１において、センサ部３０を水道水中に浸けた場合の共振回路５５の共振周波数は、例えば１０ＭＨｚ以上５００ＭＨｚ以下であることが好ましい。水道水中での共振周波数が１０ＭＨｚ以上であるため、水分センサ１０は、土壌中のノイズによる検出精度の低下を抑制することができる。また、水道水中での共振周波数が５００ＭＨｚ以下であるため、水分センサ１０は、水分子の配向変化の影響を受け難い範囲で、実用的に使用することができる。さらに、センサ部３０を水道水中に浸けた場合の共振回路５５の共振周波数は、例えば１０ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下であることがより好ましい。共振周波数をこの範囲内とすることにより、水分センサ１０は、より実用的に使用することができる。
【００６８】
周波数変換部５３には、共振回路５５から第２の電気信号が入力される。周波数変換部５３は、第２の電気信号の周波数を変換して、第３の電気信号として出力する。第２の電気信号が高周波であった場合などに、入力部６０に入力可能な周波数帯域は、第２の電気信号の周波数帯域とずれる場合がある。そのため、電気信号をコンピュータ部２０に入力するためには、第２の電気信号の周波数を低周波数に変換することが求められる場合がある。従って、周波数変換部５３は、第２の電気信号を、第２の電気信号の周波数に応じた低周波数を有する第３の電気信号に変換する。例えば、周波数変換部５３は、第２の電気信号を、２０Ｈｚから２０ｋＨｚの周波数帯域の電気信号に変換する。ただし、第２の電気信号の周波数帯域が入力部６０に入力可能であれば、水分センサ１０は、周波数変換部５３を有さなくてもよく、第２の電気信号をそのままコンピュータ部２０に出力してもよい。また、入力部６０に入力可能であれば、第２の電気信号の周波数を電圧値や電流値に変換して、コンピュータ部２０に出力してもよい。
【００６９】
出力部５４は、コンピュータ部２０の入力部６０と接続される。出力部５４は、第３の電気信号を、入力部６０を介してコンピュータ部２０の演算部６１に出力する。
【００７０】
演算部６１は、第３の電気信号をデジタルデータに変換して、記憶部６２に記憶させる。演算部６１は、記憶部６２に記憶させたデジタルデータから、共振回路５５の共振周波数を算出する。例えば、演算部６１は、記憶部６２が記憶したデジタルデータをＦＦＴ処理することにより、第３の電気信号の強度と周波数との関係を示した周波数スペクトルを作成する。演算部６１は、この周波数スペクトルを読み取ることにより、共振回路５５の共振周波数を算出する。演算部６１は、作成した周波数スペクトルを、記憶部６２に記憶させる。演算部６１は、例えば共振回路５５の電流が最大である場合の周波数を読み出し、その周波数を周波数変換部５３による周波数変換前の周波数に換算して、換算した周波数を共振周波数として算出する。演算部６１は、第３の電気信号の周波数を、第２の電気信号の周波数に再変換して、第２の電気信号の強度と周波数との関係を示した周波数スペクトルを作成してもよい。なお、共振周波数の算出方法は、このような周波数スペクトルを読み取る方法に限られない。ＦＦＴ処理により周波数スペクトルを作成した場合、操作者が容易にデータを読み取ることができるが、演算部６１は、ＦＦＴ処理を行わず、デジタルデータから共振周波数の値を直接検出してもよい。この場合、水分測定装置１は、その構成をシンプルにすることができる。
【００７１】
図７は、共振周波数と土壌の水分量との関係の一例を示した図である。記憶部６２は、例えば図７に示されるような、共振周波数と土壌の水分量との関係を示したテーブルを記憶している。演算部６１は、記憶部６２からこのテーブルを読み出す。演算部６１は、算出した共振回路５５の共振周波数と、記憶部６２から読み出したテーブルとに基づき、土壌の水分量を算出する。そして、演算部６１は、算出した土壌の水分量を記憶部６２に記憶させる。ただし、共振周波数による土壌の水分量の算出方法は、これに限られない。
【００７２】
表示部６３には、演算部６１により、記憶部６２に記憶された土壌の水分量が表示される。また、表示部６３には、演算部６１により記憶部６２に記憶された周波数スペクトルが表示されてもよい。
【００７３】
このようにして、水分測定装置１は、センサ部３０の等価インダクタンスを検出して、土壌に含まれる水分量を測定する。これに対して、一般的な静電容量式の水分センサは、一対の電極を所定の距離だけ離して対象物中に挿入し、対象物の誘電率を測定することにより、対象物中の水分量を測定する。しかし、対象物の誘電率は、水分中に含まれる塩分等の不純物によって変化する。そのため、例えば静電容量式の水分センサは、水分中に含まれる塩分等の不純物により、対象物中の水分量の測定精度が低下する可能性がある。
【００７４】
実施形態１に係る水分センサ１０は、センサ部３０の等価インダクタンス変化により対象物中の水分量を測定する。等価インダクタンスＬの変化は、容量成分Ｃ１の変化によるセンサ部３０のインピーダンスＺの変化を、インダクタンス変化に置き換えたものである。等価インダクタンスは、水分中の塩分等の不純物に応じての変化が小さい。従って、実施形態１に係る水分センサ１０は、例えば水分中に塩分等の不純物が含まれていた場合においても、対象物中の水分量の測定精度が低下することを抑制することができる。なお、測定対象物は、土壌に限られず、例えば穀物等であってもよい。
【００７５】
また、センサ部３０は、平面状に巻回する導電性部材７１を備える。従って、実施形態１に係る水分センサ１０は、その薄型化を可能とする。
【００７６】
また、センサ部３０は、第１の辺部３５と第２の辺部３９とが、第３の辺部４１により電気的に接続されているため、第１の辺部３５と第２の辺部３９と第３の辺部４１とは、閉回路を構成している。従って、実施形態１に係る水分センサ１０は、センサ部３０の等価インダクタンス変化をより好適に検出することができる。一般的な静電容量式の水分センサは、センサ部がコンデンサであるため、開回路である。センサ部が開回路である場合、低周波のノイズの影響を受けやすく、水分量を正確に検出できないおそれがある。一方、本実施形態のセンサ部３０は、閉回路であるため、低周波のノイズの影響を抑制し、水分量を正確に検出することができる。
【００７７】
また、センサ部３０は、第１の櫛歯部４２と第２の櫛歯部４３とにより櫛歯が互い違いである形状になっている。センサ部３０は、このような形状を有することにより、センサ部３０の等価インダクタンスをより好適に検出することができる。
【００７８】
また、センサ部３０は、基板７０上に設けられており、センサ部３０は、基板７０とフィルム７４により覆われている。センサ部３０は、基板７０上に設けられることにより、好適に形成することができる。また、センサ部３０は、絶縁性を有する基板７０とフィルム７４とに覆われている。センサ部３０は、基板７０とフィルム７４とに覆われているため、センサ部３０を土壌８１中に埋め込んだ場合においても、土壌８１と直接接さない。従って、実施形態１に係る水分センサ１０は、対象物中の水分によるセンサ部３０の短絡又は錆び等を抑制することができる。また、基板７０とフィルム７４との厚みは１０μｍ以上２００μｍ以下であるため、実施形態１に係る水分センサ１０は、その薄型化を可能とする。
【００７９】
共振回路５５は、センサ部３０の等価インダクタンスに応じて共振周波数が変化する。また、共振回路５５には、第１の電気信号が周波数を変化させながら入力されるため、共振回路５５は、所定の周波数での第１の電気信号により共振する。従って、共振回路５５は、共振周波数に相当する周波数を有する電気信号を含む第２の電気信号を出力する。従って、実施形態１に係る水分センサ１０は、測定対象物の水分量を、共振回路５５の共振周波数により測定することができる。実施形態１に係る水分センサ１０は、共振周波数により測定対象物の水分量を測定することができるため、好適に測定対象物の水分量を検出することができる。さらに、本実施形態においては、コンデンサ部５０は、共振回路５５中で、特性値（ここでは容量成分）が変化しない、基準部として機能している。コンデンサは、コイルよりも特性値の安定性が高い。言い換えれば、コンデンサの容量成分は、コイルのインダクタンス成分よりも、安定性が高い。本実施形態に係る共振回路５５は、特性値の安定性が高いコンデンサ部５０を基準部として使用しているため、共振周波数の出力が安定する。従って、実施形態１に係る水分センサ１０は、水分量を正確に検出することができる。
【００８０】
また、水分センサ１０は、例えば携帯端末としてのコンピュータ部２０に接続することにより、測定対象物の水分量を測定することができる。従って、水分センサ１０は、例えば専用の機械を用いることなく、測定対象物の水分量を容易に測定することができる。水分センサ１０は、周波数変換部５３により第２の電気信号の周波数を低周波数に変換することができる。従って、水分センサ１０は、例えばコンピュータ部２０がいわゆるスマートフォン等であった場合においても、例えば入力用のオーディオジャックを介して電気信号をコンピュータ部２０に出力することにより、測定対象物の水分量を測定することができる。
【００８１】
（変形例１）
次に、実施形態１の変形例１に係る水分センサ１０Ａについて説明する。変形例１に係る水分センサ１０Ａは、第１の櫛歯部及び第２の櫛歯部の寸法比が実施形態１に係る水分センサ１０と異なる。変形例１に係る水分センサ１０Ａは、他の構成において実施形態１に係る水分センサ１０と同じであるため、共通する部分の説明は省略する。
【００８２】
水分センサ１０Ａは、センサ部３０Ａを有する。図８Ａから図８Ｉは、変形例１に係るセンサ部の図である。図８Ａは、センサ部３０Ａの平面図である。図８Ｂは、センサ部３０Ａの底面図である。図８Ｃは、センサ部３０Ａの正面図である。図８Ｄは、センサ部３０Ａの背面図である。図８Ｅは、センサ部３０Ａの右側面図である。図８Ｆは、センサ部３０Ａの左側面図である。図８Ｇは、図８Ａの箇所Ｌを拡大して示した一部拡大図である。図８Ｈは、図８Ｅの一部拡大図である。図８Ｉは、図８Ｆを拡大した図である。図８Ａから図８Ｈに示されるように、センサ部３０Ａは、第１の端部３１と、第２の端部３２と、第１の底辺部３３Ａと、第１の辺部３５Ａと、第２の底辺部３７Ａと、第２の辺部３９Ａと、第３の辺部４１Ａと、を有する。また、センサ部３０Ａは、第１の櫛歯部４２Ａと、第２の櫛歯部４３Ａとを有する。図８Ｃから図８Ｆ、及び図８Ｈ及び図８Ｉに示すように、センサ部３０Ａは、各部が略同一の厚みを有している。なお、図８Ｉは、図８Ｆを拡大した図であるが、図８Ｆにおけるセンサ部３０のＡ厚みを強調して示した図であり、図８Ｉにおけるセンサ部３０Ａの厚みと幅との寸法関係は、実際のセンサ部３０Ａの厚みと幅との寸法関係とは異なる。実際のセンサ部３０Ａの厚みと幅との寸法関係は、例えば図８Ｆに示したものとなる。
【００８３】
図８Ａ及び図８Ｇに示すように、変形例１において、第１の櫛歯部４２Ａ及び第２の櫛歯部４３Ａの線幅ＸＡと、第１の櫛歯部４２Ａと第２の櫛歯部４３Ａとの線間ＹＡとの寸法比は、１：１である。このように、変形例１における線幅ＸＡと線間ＹＡとの寸法比とは、実施形態１と異なる。
【００８４】
実施形態１に係る水分センサ１０と同様に、変形例１に係る水分センサ１０Ａは、センサ部３０Ａを有するため、例えば水分中に塩分等の不純物が含まれていた場合においても、対象物中の水分量の測定精度が低下することを抑制することができる。
【００８５】
（変形例２）
次に、実施形態１の変形例２に係る水分センサ１０Ｂについて説明する。変形例２に係る水分センサ１０Ｂは、第１の櫛歯部及び第２の櫛歯部の寸法が実施形態１に係る水分センサ１０と異なる。変形例２に係る水分センサ１０Ｂは、他の構成において実施形態１に係る水分センサ１０と同じであるため、共通する部分の説明は省略する。
【００８６】
水分センサ１０Ｂは、センサ部３０Ｂを有する。図９Ａから図９Ｈは、変形例２に係るセンサ部の図である。図９Ａは、センサ部３０Ｂの平面図である。図９Ｂは、センサ部３０Ｂの底面図である。図９Ｃは、センサ部３０Ｂの正面図である。図９Ｄは、センサ部３０Ｂの背面図である。図９Ｅは、センサ部３０Ｂの右側面図である。図９Ｆは、センサ部３０Ｂの左側面図である。図９Ｇは、図９Ｅの一部拡大図である。図９Ｈは、図９Ｆを拡大した図である。図９Ａから図９Ｈに示されるように、センサ部３０Ｂは、第１の端部３１と、第２の端部３２と、第１の底辺部３３Ｂと、第１の辺部３５Ｂと、第２の底辺部３７Ｂと、第２の辺部３９Ｂと、第３の辺部４１Ｂと、を有する。また、センサ部３０Ｂは、第１の櫛歯部４２Ｂと、第２の櫛歯部４３Ｂとを有する。図９Ｃから図９Ｈに示すように、センサ部３０Ｂは、各部が略同一の厚みを有している。なお、図９Ｈは、図９Ｆを拡大した図であるが、図９Ｆにおけるセンサ部３０のＢ厚みを強調して示した図であり、図９Ｈにおけるセンサ部３０Ｂの厚みと幅との寸法関係は、実際のセンサ部３０Ｂの厚みと幅との寸法関係とは異なる。実際のセンサ部３０Ｂの厚みと幅との寸法関係は、例えば図９Ｆに示したものとなる。
【００８７】
図９Ａに示すように、第１の底辺部３３Ｂと、第１の辺部３５Ｂと、第２の底辺部３７Ｂと、第２の辺部３９Ｂと、第３の辺部４１Ｂとは、延在する方向に直交する方向における幅が、それぞれ実施形態１に係る第１の底辺部３３と、第１の辺部３５と、第２の底辺部３７と、第２の辺部３９と、第３の辺部４１とよりも大きい。
【００８８】
図９Ａに示すように、変形例２において、第１の櫛歯部４２Ｂ及び第２の櫛歯部４３Ｂの線幅ＸＢは、実施形態１に係る線幅Ｘよりも大きい。また、第１の櫛歯部４２Ｂと第２の櫛歯部４３Ｂとの線間ＹＢは、実施形態１に係る線間Ｙよりも大きい。ただし、線幅ＸＢと線間ＹＢとの寸法比は、実施形態１と同様に、３：１である。変形例２に係るセンサ部３０Ｂの外周は、実施形態１に係るセンサ部３０と同じ大きさである。変形例２に係る第１の櫛歯部４２Ｂ及び第２の櫛歯部４３Ｂの数は、実施形態１に係る第１の櫛歯部４２及び第２の櫛歯部４３の数よりも少ない。また、第１の櫛歯部４２Ｂと第２の辺部３９Ｂとの間と、第２の櫛歯部４３Ｂと第１の辺部３５Ｂとの間との距離ＺＢは、第１実施形態における距離Ｚよりも大きい。距離ＺＢは、距離Ｚよりも大きく、かつ、例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましい。ただし、距離ＺＢは、距離Ｚと同じ長さであってもよい。
【００８９】
実施形態１に係る水分センサ１０と同様に、変形例２に係る水分センサ１０Ｂは、センサ部３０Ｂを有するため、例えば水分中に塩分等の不純物が含まれていた場合においても、対象物中の水分量の測定精度が低下することを抑制することができる。
【００９０】
（変形例３）
次に、実施形態１の変形例３に係る水分センサ１０Ｃについて説明する。変形例３に係る水分センサ１０Ｃは、センサ部が第１の櫛歯部及び第２の櫛歯部を有さず、形状が実施形態１に係るセンサ部３０と異なる。変形例３に係る水分センサ１０Ｃは、他の構成において実施形態１に係る水分センサ１０と同じであるため、共通する部分の説明は省略する。
【００９１】
水分センサ１０Ｃは、センサ部３０Ｃを有する。図１０は、変形例３に係るセンサ部３０Ｃの平面図である。図１０に示されるように、センサ部３０Ｃは、第１の端部３１と、第２の端部３２と、第１の辺部３５Ｃと、第２の辺部３９Ｃと、第３の辺部４１Ｃと、を有する。センサ部３０Ｃは、第１の端部３１から、第１の辺部３５Ｃ，第３の辺部４１Ｃ及び第２の辺部３９Ｃを経て、第２の端部３２までにおいて、平面状に巻回する形状であり、平面コイルを形成する。センサ部３０Ｃは、第１の底辺部、第２の底辺部、第１の櫛歯部及び第２の櫛歯部を有さない。
【００９２】
第１の辺部３５Ｃは、第１の端部３１から第１の辺部３５Ｃの先端部としての第１の先端部３６Ｃまで延在する。第１の辺部３５Ｃは、延在する方向と直交する方向における幅が、実施形態１に係る第１の辺部３５よりも大きい。第２の辺部３９Ｃは、第２の端部３２から第２の辺部３９Ｃの先端部としての第２の先端部４０Ｃまで延在する。第２の辺部３９Ｃは、延在する方向と直交する方向における幅が、実施形態１に係る第２の辺部３９よりも大きい。
【００９３】
第３の辺部４１Ｃは、第１の辺部３５Ｃ及び第２の辺部３９Ｃが延在する方向に交差する方向に、第１の先端部３６Ｃから第２の先端部４０Ｃまで延在する。すなわち、第３の辺部４１Ｃは、第１の辺部３５Ｃと第２の辺部３９Ｃとを電気的に接続する。
【００９４】
変形例３に係るセンサ部３０Ｃは、櫛歯が互い違いとなる形状ではない。ただし、センサ部３０Ｃは、平面コイルを形成しているため、例えば水分中に塩分等の不純物が含まれていた場合においても、対象物中の水分量の測定精度が低下することを抑制することができる。
【００９５】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。実施形態１においては、水分センサ１０とは別体のコンピュータ部２０によって、測定対象物中の水分量が算出されていた。一方、実施形態２においては、水分センサと一体の水分測定装置によって、測定対象物中の水分量が算出される。実施形態２において、実施形態１と共通する内容については、説明を省略する。
【００９６】
図１１は、実施形態２に係る水分測定装置１Ｄのブロック図である。図１１に示されるように、水分測定装置１Ｄは、水分センサ１０Ｄと、演算部６１と、記憶部６２と、表示部６３とを有する。水分センサ１０Ｄは、センサ部３０と、コンデンサ部５０と、可変周波数発振部５１とを有する。また、センサ部３０とコンデンサ部５０とは、共振回路５５を構成する。
【００９７】
実施形態２に係る水分センサ１０Ｄは、実施形態１と同様に、共振回路５５が第２の電気信号を出力する。実施形態２に係る水分センサ１０Ｄは、実施形態１に係る水分センサ１０とは異なり、周波数変換部及び出力部を有さない。実施形態２に係る演算部６１は、共振回路５５と直接電気的に接続されている。ただし、水分センサ１０Ｄは、周波数変換部を有してもよい。
【００９８】
実施形態２に係る演算部６１には、第２の電気信号が入力される。演算部６１は、第２の電気信号をデジタルデータに変換して、記憶部６２に記憶させる。演算部６１は、記憶部６２が記憶したデジタルデータから周波数スペクトルを作成し、周波数スペクトルに基づき共振回路５５の共振周波数を算出する。また、演算部６１は、記憶部６２からテーブルを読み出すことにより、共振周波数から測定対象物中の水分量を算出する。表示部６３は、演算部６１が算出した測定対象物中の水分量の算出結果を表示する。
【００９９】
このように、実施形態２に係る水分測定装置１Ｄは、実施形態１と同様にセンサ部３０を有するため、例えば水分中に塩分等の不純物が含まれていた場合においても、対象物中の水分量の測定精度が低下することを抑制することができる。水分測定装置１Ｄは、水分センサ１０Ｄと演算部６１とを一体とした装置としても、測定対象物中の水分量を測定することができる。
【０１００】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３について説明する。実施形態３に係る水分測定装置１Ｅは、コンデンサ部５０を有さない点で、実施形態１に係る水分測定装置１とは異なる。実施形態３において、実施形態１と共通する内容については、説明を省略する。
【０１０１】
図１２は、実施形態３に係る水分測定装置のブロック図である。図１２に示すように、実施形態３に係る水分測定装置１Ｅは、水分センサ１０Ｅを有する。水分センサ１０Ｅは、センサ部３０Ｅを有するが、第１実施形態とは異なり、コンデンサ部５０を有さない。
【０１０２】
センサ部３０Ｅは、第１実施形態のセンサ部３０と同様の形状、材質である。センサ部３０Ｅは、平面コイルであるため、自己インダクタンスに加え、自己キャパシタンス（容量成分）を有する。従って、センサ部３０Ｅは、自己インダクタンスと自己キャパシタンスとにより、単独で共振回路５５Ｅを構成することができる。センサ部３０Ｅ自身の容量成分を容量成分ＣＥとすると、第３実施形態における共振回路５５Ｅの共振周波数は、上述の式（６）の容量成分Ｃを、容量成分ＣＥに置き換えたものとなる。このように、第３実施形態に係る水分センサ１０Ｅは、コンデンサ部５０を有さなくても、センサ部３０Ｅが単独で共振回路５５Ｅを形成するため、第１実施形態と同様の方法で水分検出を行うことができる。
【０１０３】
（実施例１）
次に、本発明を評価例により具体的に説明する。表１は、センサ部を空気中、水道水中、及び塩水中に配置した場合の、水分センサの共振周波数を示した表である。ただし、本発明は、これらの評価例によって、何ら限定されるものではない。
【０１０４】
【表１】
0006530637.tif 000002
【０１０５】
銅箔（厚さ３５μｍ）とＰＥＴシート（厚さ５０μｍ）を貼り合わせた銅箔積層シート（商品名「ニカフレックス（登録商標）Ｆ−１０Ｔ５０Ｃ−１」、ニッカン工業社製）の銅箔面に、スクリーン印刷法によりレジストパターンを印刷し、エッチングすることにより、図２に示すような実施形態１に係るセンサ部３０を作成した。
【０１０６】
次に、作成したセンサ部３０上に、一方の面の外周に沿って熱可塑性接着剤が設けられているＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ、商品名「ＰＥＴ５０（Ａ）  ＰＡＴ１  ８ＬＫ」、リンテック社製）を、ＰＥＴシートとＰＥＴフィルムとで、作成したセンサ部３０を覆うように取り付けた。次に、ＰＥＴシートとＰＥＴフィルムとを圧接させながら、フィルムを加熱して熱可塑性接着剤を溶融させた。そして、フィルムを冷却することにより、熱可塑性接着剤を固化させて、ＰＥＴシートとＰＥＴフィルムとを、作成したセンサ部３０を覆いながら互いに接着させた。
【０１０７】
このように、実施例１においては、実施形態１に係るセンサ部３０を作成した。従って、実施例１におけるセンサ部３０の線幅Ｘと線間Ｙとの寸法比は３：１である。そして、実施例１のセンサ部３０の線幅Ｘを１．５ｍｍとし、線間Ｙを０．５ｍｍとした。
【０１０８】
そして、センサ部３０に、実施形態１のコンデンサ部５０、可変周波数発振部５１、周波数変換部５３、出力部５４としてのオーディオプラグを取り付けて、水分センサ１０を作成した。
【０１０９】
（実施例２）
実施例２においては、変形例１に係るセンサ部３０Ａ及び水分センサ１０Ａを作成した。従って、実施例２におけるセンサ部３０Ａの線幅ＸＡと線間ＹＡとの寸法比は１：１である。そして、実施例２のセンサ部３０Ａの線幅ＸＡを１ｍｍとし、線間ＹＡを１ｍｍとした。実施例２のセンサ部３０Ａ及び水分センサ１０Ａの作成方法は、その他の点においては実施例１と同じである。
【０１１０】
（実施例３）
実施例３においては、変形例２に係るセンサ部３０Ｂ及び水分センサ１０Ｂを作成した。従って、実施例３におけるセンサ部３０Ｂの線幅ＸＢと線間ＹＢとの寸法比は３：１である。そして、実施例３のセンサ部３０Ｂの線幅ＸＢを３ｍｍとし、線間ＹＢを１ｍｍとした。実施例３のセンサ部３０Ｂ及び水分センサ１０Ｂの作成方法は、その他の点においては実施例１と同じである。
【０１１１】
（評価結果）
次に、実施例１の水分センサ１０、実施例２の水分センサ１０Ａ、及び実施例３の水分センサ１０Ｂによる共振周波数の評価について説明する。以下、実施例１の水分センサ１０、実施例２の水分センサ１０Ａ、及び実施例３の水分センサ１０Ｂをそれぞれ区別する必要がない場合は、適宜水分センサ１０Ｘと記載する。また、実施例１のセンサ部３０、実施例２のセンサ部３０Ａ及び実施例３のセンサ部３０Ｂをそれぞれ区別する必要がない場合は、適宜センサ部３０Ｘと記載する。
【０１１２】
本評価では、水分センサ１０Ｘに、コンピュータ部２０としてスマートフォン（商品名Ｇａｌａｘｙ  Ｎｅｘｕｓ）を取り付けた。そして、スマートフォンでソフトウェア（プログラム名  ｂｓ−ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ｆｒｅｅ）を用いて、空気中、水道水中、及び塩水中にセンサ部３０Ｘを配置させた場合における、出力部５４からの第３の信号に基づく周波数スペクトルを作成した。そして、周波数スペクトルから電気信号の強度のピークでの周波数の値を読み取り、それを周波数変換部５３による周波数変換前の周波数に換算することにより、センサ部３０Ｘとコンデンサ部５０からなる共振回路５５の共振周波数を算出した。なお、本評価では、電気伝導率が２Ｓ／ｍとなる塩分濃度を有する塩水を使用した。実際の土壌における塩分の電気伝導率は、一般的に０．１Ｓ／ｍ以下である。次に、例として、実施例３に係る共振回路５５の周波数スペクトルについて説明する。
【０１１３】
図１３は、実施例３に係る共振回路５５の周波数スペクトルの一例を示す図である。より詳しくは、図１３は、周波数変換部５３が周波数変換した第３の電気信号に基づいた周波数スペクトルを示すグラフである。図１３の（Ａ）は、センサ部３０Ｂを空気中に配置した場合の周波数スペクトルである。図１３の（Ｂ）は、センサ部３０Ｂを水道水中に配置した場合の周波数スペクトルである。図１３の（Ｃ）は、センサ部３０Ｂを塩水中に配置した場合の周波数スペクトルである。図１３に示す周波数スペクトルにおいて、横軸は電気信号の周波数を示し、縦軸はその周波数における電気信号の強度を示す。図１３において、電気信号の強度の最大値における周波数を、周波数変換部５３による周波数変換前の周波数したものが、共振周波数となる。
【０１１４】
水分センサ１０Ｘは、測定対象物中の水分量を検出するものである。従って、水分センサ１０Ｘは、空気中と比較して、水道水中及び塩水中の共振周波数の変化が大きい方が、測定対象物中の水分量をより好適に検出できる。また、水分センサ１０Ｘは、塩分により測定対象物中の水分量の検出結果が変化しない方が、測定対象物の水分量の測定精度の低下を抑制することができる。従って、水分センサ１０Ｘは、水道水中での共振周波数と塩水中での共振周波数との変化が小さい方が好ましい。図１３の（Ａ）と図１３の（Ｂ）及び（Ｃ）とを比較すると、空気中での共振周波数と水道水中及び塩水中での共振周波数とが明らかに異なることがわかる。そして、図１３の（Ｂ）と図１３の（Ｃ）とを比較すると、水道水中での共振周波数と塩水中での共振周波数との差は小さいことがわかる。本評価においては、このようにして周波数スペクトルを読み取ることにより共振周波数を算出した。次に、表１に基づいて、共振周波数測定の評価結果について説明する。
【０１１５】
表１は、センサ部３０Ｘを空気中、水道水中、及び塩水中に配置した場合の、共振回路の共振周波数を示した表である。表１において、周波数とは、センサ部３０Ｘを空気中、水道水中及び塩水中に配置した場合のそれぞれにおける、共振回路５５の共振周波数である。表１において、変化率とは、共振周波数の変化率である。水道水中の変化率とは、水道水中での共振周波数の、空気中での共振周波数からの変化率を示している。塩水中の変化率とは、塩水中の共振周波数の、空気中での共振周波数からの変化率を示している。感度差とは、水道水中の共振周波数と塩水中の共振周波数との変化率を示している。
【０１１６】
水分センサ１０Ｘは、空気中と比較して、水道水中及び塩水中での共振周波数の変化が大きい方が、測定対象物中の水分量をより好適に検出できる。すなわち、水分センサ１０Ｘは、表１中の水道水中及び塩水中の変化率が大きい方が好ましい。また、水分センサ１０Ｘは、塩分により測定対象物中の水分量の検出結果が変化しない方が好ましい。従って、水分センサ１０Ｘは、表１中の感度差が小さい方がより好ましい。
【０１１７】
実施例１に係る水分センサ１０、実施例２に係る水分センサ１０Ａ、及び実施例３に係る水分センサ１０Ｂの周波数スペクトルは、ピークの山が複数に分割されていなかった。そのため、本評価において、水分センサ１０，１０Ａ，１０Ｂは、周波数スペクトルによる共振周波数の算出を精度よく行うことができた。実施例１のセンサ部３０、実施例２のセンサ部３０Ａ、及び実施例３のセンサ部３０Ｂは、櫛歯が互い違いになっている形状である。変形例３に係るセンサ部３０Ｃは、櫛歯が互い違いになっている形状ではない。本評価結果によれば、水分センサ１０，１０Ａ，１０Ｂは、櫛歯が互い違いになっている形状のセンサ部を有することにより、共振周波数及び測定対象物の水分量をより好適に検出することができる。
【０１１８】
また、表１に示されるように、実施例１に係る水分センサ１０、実施例２に係る水分センサ１０Ａ及び実施例３に係る水分センサ１０Ｂの、水道水中及び塩水中での変化率は、いずれも大きな値となっている。このように、水分センサ１０，１０Ａ，１０Ｂは、空気中と比較して、水道水中及び塩水中での共振周波数の変化が大きい。すなわち、本評価結果によると、水分センサ１０，１０Ａ，１０Ｂは、櫛歯が互い違いになっている形状のセンサ部を有するため、共振周波数及び測定対象物中の水分量をより好適に検出できる。
【０１１９】
また、表１に示されるように、実施例１に係る水分センサ１０、実施例２に係る水分センサ１０Ａ、及び実施例３に係る水分センサ１０Ｂの感度差は、いずれも値が小さい。従って、本評価結果によると、水分センサ１０，１０Ａ，１０Ｂは、対象物中の水分量の測定精度の低下が抑制される。
【０１２０】
また、より詳しくは、水分センサ１０及び水分センサ１０Ａの感度差は、水分センサ１０Ｂの感度差よりも小さい。すなわち、水分センサ１０及び水分センサ１０Ａは、水分センサ１０Ｂよりも測定対象物中の水分量の測定精度の低下をより好適に抑制する。そして、センサ部３０の線幅Ｘ及びセンサ部３０Ａの線幅ＸＡは、センサ部３０Ｂの線幅ＸＢよりも小さい。以上より、本評価結果によれば、センサ部３０Ｘは、線幅の小さい方が測定対象物中の水分量の測定精度の低下をより好適に抑制する。なお、線幅が４ｍｍであって線間が４ｍｍの場合における同様の評価によると、感度差は７．５％であり、水分センサ１０Ｂよりもさらに感度差が大きくなっていることもわかった。線幅は、例えば５００μｍ以上４ｍｍ以下であることがより好ましい。
【０１２１】
さらに詳しくは、実施例２に係る水分センサ１０Ａは、実施例１に係る水分センサ１０よりも感度差が小さい。センサ部３０Ａの線幅ＸＡと線間ＹＡとの寸法比率は１：１である。従って、本評価結果によれば、センサ部３０Ｘは、線幅と線間との寸法比率が１：１であることがより好ましく、この場合に測定対象物中の水分量の測定精度の低下をより好適に抑制する。
【０１２２】
以上、本発明の実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態等の内容によりこれらの実施形態等が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態等の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１  水分測定装置
１０  水分センサ
２０  コンピュータ部
３０  センサ部
３１  第１の端部
３２  第２の端部
３５  第１の辺部
３９  第２の辺部
４１  第３の辺部
４２  第１の櫛歯部
４３  第２の櫛歯部
５０  コンデンサ部
５１  可変周波数発振部
５３  周波数変換部
５４  出力部
６０  入力部
６１  演算部
６２  記憶部
６３  表示部
７０  基板
７４  フィルム
【図１】
0006530637.tif 000003
【図２Ａ】
0006530637.tif 000004
【図２Ｂ】
0006530637.tif 000005
【図２Ｃ】
0006530637.tif 000006
【図２Ｄ】
0006530637.tif 000007
【図２Ｅ】
0006530637.tif 000008
【図２Ｆ】
0006530637.tif 000009
【図２Ｇ】
0006530637.tif 000010
【図２Ｈ】
0006530637.tif 000011
【図２Ｉ】
0006530637.tif 000012
【図３】
0006530637.tif 000013
【図４】
0006530637.tif 000014
【図５】
0006530637.tif 000015
【図６】
0006530637.tif 000016
【図７】
0006530637.tif 000017
【図８Ａ】
0006530637.tif 000018
【図８Ｂ】
0006530637.tif 000019
【図８Ｃ】
0006530637.tif 000020
【図８Ｄ】
0006530637.tif 000021
【図８Ｅ】
0006530637.tif 000022
【図８Ｆ】
0006530637.tif 000023
【図８Ｇ】
0006530637.tif 000024
【図８Ｈ】
0006530637.tif 000025
【図８Ｉ】
0006530637.tif 000026
【図９Ａ】
0006530637.tif 000027
【図９Ｂ】
0006530637.tif 000028
【図９Ｃ】
0006530637.tif 000029
【図９Ｄ】
0006530637.tif 000030
【図９Ｅ】
0006530637.tif 000031
【図９Ｆ】
0006530637.tif 000032
【図９Ｇ】
0006530637.tif 000033
【図９Ｈ】
0006530637.tif 000034
【図１０】
0006530637.tif 000035
【図１１】
0006530637.tif 000036
【図１２】
0006530637.tif 000037
【図１３】
0006530637.tif 000038