(57)【要約】      （修正有）【課題】植物の維管束に含まれる微小な水分量を、電気容量として高精度に測定することができる水分測定装置を提供する。【解決手段】２枚の絶縁板１４−１、１４−２、１８−１、１８−２で挟まれた電極１６−１、１６−２を、一定距離を隔てて対向して配置し、絶縁板で挟まれた電極の外側に一定の空間を置いてシールド板１２−１、１２−２を設けている。シールド板は接地され、外部ノイズを遮断している。電極は基板２０上に配置され、基板裏面に容量ディジタルコンバータ２４を配置して、ノイズの影響を抑え微小な静電容量の測定を可能とした。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
２枚の絶縁板で挟まれた電極を、一定距離を隔てて対向して配置したこと、
を特徴とする水分測定装置。
【請求項２】
対向して配置されたれた前記絶縁板で挟まれた前記電極の外側にシールド板を設けたこと、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項３】
前記シールド板は、前記絶縁板と一定の空間を置いて配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項４】
前記シールド板は接地されていること、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項５】
前記絶縁板は、すくなくとも一方が金属メッキ可能であること、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項６】
前記電極は、前記絶縁板に金属メッキして形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項７】
一対の前記絶縁板で挟まれた前記電極と、一対の前記シールド板は、基板上に配置され、前記基板裏面に容量ディジタルコンバータが設けられていること、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項８】
前記電極と容量ディジタルコンバータは、基板のビア又はビアホール通した接続線を介して接続されていること、
を特徴とする請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項９】
一対の前記絶縁板で挟まれた前記電極と一対の前記シールド板は、基板上に配置され、
前記基板裏面に容量ディジタルコンバータが設けられ、
さらに、シールド材で全体が囲われていること、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項１０】
前記絶縁板で挟まれた前記電極と前記シールド板を一体として形成した電極部を、基板上に対抗して配置し、少なくとも前記電極部の一方が移動可能であること、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の茎における水分を静電容量として微小な変化を測定する植物の水分測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物の生体情報を取得してその生育状況を診断した結果に基づいて栽培環境を最適に制御する技術はＳＰＡ（Ｓｐｅａｋｉｎｇ  Ｐｌａｎｔ  Ａｐｐｒｏａｃｈ）技術と呼ばれ、近年の計測機器の発達により、ＳＰＡ技術の農作物生産現場への導入が急速に進みつつある。
【０００３】
植物の生体情報を取得するためには、高空間分解で高精度な生体情報を検知する植物センサや計測装置が必要である。
【０００４】
例えば特許文献１には、植物の光合成機能の評価には、クロロフィル蛍光測定装置が開示されている。クロロフィル  （Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ）  は、光合成の明反応で光エネルギーを吸収する役割をもつ葉緑素であり、クロロフィル蛍光は、クロロフィル  が吸収した光エネルギーのうち、光合成反応に使われずに余ったエネルギーの一部を赤色光として放出したものである。このクロロフィル蛍光を測定して、植物の光合成診断が行なわれている。
【０００５】
特許文献２には、木部を通じて根から葉への水分の供給を診断するアために、水ストレスの増加により木部要素に空気の微小な泡を取り込むときに発生するキャビテーションに起因するアコースティック・エミッションの測定方法が開示されている。アコースティック・エミッションを検知するセンサには、圧電素子、静電容量素子などが使用され、維管束組織を有する茎の表面に伝播したアコースティック・エミッションの応力波が電気信号に変換される。
【０００６】
特許文献３には、植物の生育状態を把握するために、植物の液流量を直接測定する植物水分動態センサが開示されている。植物水分動態センサは、植物中の水分動態を測定するためのセンサであって、植物に突き刺して設置する一対のプローブと支持部とを備えている、センサを植物に突き刺して設置した状態において、温度差から樹液流速を算出している。
【０００７】
特許文献４には、植物の幹径または茎径の変化から植物体内の水分の変化を観測することができる植物体内水分計測センサが開示されている。植物体内水分計測センサは、絶縁フイルム上に形成された圧力−抵抗変換素子と、圧力−抵抗変換素子と共に一体化されているフイルム状弾性部材と、圧力−抵抗変換素子を備えたフイルム状弾性部材を一組以上設け、その両端を固着手段でそれぞれ接続することによって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４‐１７６３２６号公報
【特許文献２】特開２０１５‐０８７２１４号公報
【特許文献３】特開２０１４‐２１１４０７号公報
【特許文献４】特開１９９５‐２８９０８２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００９】
植物の生育状況を把握する装置は、ＳＰＡ技術にとって重要な要素であり、低価格で高精度の装置が望まれている。
【００１０】
しかしながら、上述したクロロフィル蛍光測定装置は高価であり、蛍光の誘導期現象は、光化学反応的要因と非光化学反応的要因にわけて考えられるが、定量化して解析することが難しい。
【００１１】
木部要素に空気の微小な泡を取り込むときに発生するキャビテーションに起因するアコースティック・エミッションの測定や、ノイズの影響を受けやすく、高精度な測定は困難である。
【００１２】
植物水分動態センサは、植物中にセンサを突き刺さなければならず、植物に損傷を与えてしまう。
【００１３】
植物の幹径または茎径の変化から植物体内の水分の変化を観測することができる植物体内水分計測センサは、高精度な測定は困難である。
【００１４】
本考案は、植物の維管束に含まれる微小な水分量を、電気容量として高精度に測定することができる装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本考案は、上記の課題を解決するために、以下の技術事項を提案している。
【００１６】
（１）本考案は、２枚の絶縁板で挟まれた電極を、一定距離を隔てて対向して配置したことを特徴とする水分測定装置である。
【００１７】
（２）本考案の水分測定装置では、対向して配置されたれた絶縁板で挟まれた電極の外側にシールド板を設けている。
【００１８】
（３）本考案の水分測定装置では、シールド板は、絶縁板と一定の空間を置いて配置されている。
【００１９】
（４）本考案の水分測定装置では、シールド板は接地されている。
【００２０】
（５）本考案の水分測定装置では、絶縁板は、すくなくとも一方が金属メッキ可能である。
【００２１】
（６）本考案の水分測定装置では、電極は、絶縁板に金属メッキして形成されている。
【００２２】
（７）本考案の水分測定装置では、一対の絶縁板で挟まれた電極と、一対のシールド板は、基板上に配置され、基板裏面に容量ディジタルコンバータが設けられている。
【００２３】
（８）本考案の水分測定装置では、電極と容量ディジタルコンバータは、基板のビア又はビアホール通した接続線を介して接続されている。
【００２４】
（９）本考案の水分測定装置では、一対の絶縁板で挟まれた電極と一対のシールド板は、基板上に配置され、基板裏面に容量ディジタルコンバータが設けられ、さらに、シールド材で全体が囲われている。
【００２５】
（１０）本考案の水分測定装置では、絶縁板で挟まれた電極と前記シールド板を一体として形成した電極部を、基板上に対抗して配置し、少なくとも電極部の一方が移動可能である。
【考案の効果】
【００２６】
（１）本考案の水分測定装置では、２枚の絶縁板で挟まれた電極を、一定距離を隔てて対向して配置したことでノイズが低減され、高精度の静電容量測定が可能である。基本的には電極のみで静電容量が測定できるが、ノイズが多く、微小な静電容量は測定できない。このため、電極版を絶縁体で挟んだ構造とすることによりノイズの発生を防止する効果が生れる。
【００２７】
（２）本考案の水分測定装置では、対向して配置されたれた絶縁板で挟まれた電極の外側にシールド板を設けることで、さらにノイズの発生を防止できる。
【００２８】
（３）本考案の水分測定装置では、絶縁板とシールド板は、一定の空間を置いて配置することで、にノイズの発生を防止できる。
【００２９】
（４）本考案の水分測定装置では、絶縁板とシールド板は、一定の空間を置いて配置し、シールド板を接地することでノイズの発生防止に効果がある。
【００３０】
（５）本考案の水分測定装置では、絶縁板は、すくなくとも一方が金属メッキ可能である。これにより電極を絶縁板と一体的に形成することができる。
【００３１】
（６）本考案の水分測定装置では、電極は、絶縁板に金属メッキして形成されている。このため、絶縁体と一体となって、平面度の高い平滑な面が形成され、容易に固定できるため高精度に微小な静電容量が測定できる。
【００３２】
（７）本考案の水分測定装置では、一対の絶縁板で挟まれた電極と、一対のシールド板は、基板上に配置され、前記基板裏面に容量ディジタルコンバータが設けられている。このため、電極間の微小な電気信号を短い距離で容量ディジタルコンバータに接続できるので、接続線の途中でノイズを拾うことが無く、ノイズの少ない電気信号を容量ディジタルコンバータに入力できる。また、容量ディジタルコンバータは、電極からのアナログ信号をディジタル信号に変換しているので、容量ディジタルコンバータと制御系を接続するケーブル線が長くなっても、ディジタル信号のためノイズの影響を受け難く、微小な静電容量の測定に効果的である。
【００３３】
（８）本考案の水分測定装置では、電極と容量ディジタルコンバータは、基板のビア又はビアホール通した接続線を介して接続しているので、最短距離での接続が可能となる。これによりノイズの影響を少なくできる。
【００３４】
（９）本考案の水分測定装置では、一対の絶縁板で挟まれた電極と一対のシールド板は、基板上に配置され、基板裏面に容量ディジタルコンバータが設けられ、さらに、シールド材で全体が囲われている。植物の茎に水分測定装置を取り付け他時に、外部からのノイズの影響を抑止することができる。このため、微小な静電容量の変化を高精度に測定可能となる。
【００３５】
（１０）本考案の水分測定装置では、絶縁板で挟まれた電極とシールド板を一体として形成した電極部を、基板上に対抗して配置し、少なくとも電極部の一方が移動可能である。これにより電極間の距離を調整することができるようになり、被測定物の大きさに対応可能となる。また、絶縁板で挟まれた電極とシールド板を一体として形成した電極部を移動させるので、絶縁板とシールド間の空間が一定に維持できる。このため、ノイズが少なく高精度に静電容量が測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本考案による水分測定装置の構成を示す図である。
【図２】本考案の水分測定装置で被測定植物の静電容量を測定する状態を説明する図である。
【図３】植物の光合成と水分量の変化を説明する図である。
【図４】植物の茎断面を示す図である。
【図５】２４時間の植物活性強さの変化である概日リズムを説明する図である。
【図６】晴れと雨の場合の太陽光の光強度を説明する図である。
【図７】水分測定装置の水分センサモデルと電気的等価回路を説明する図である。
【図８】試作した水分測定装置と水分測定装置制御系の外観を示す図である。
【図９】水分測定装置に被測定物をセッティングした状態を説明する図である。
【図１０】水分測定装置によりトマトの茎の水分量を測定する測定系を説明する図である。
【図１１】天候が晴れの場合に、トマトの茎の水分量の変化を静電容量の変化でデータ化した例である。
【図１２】天候が曇りの場合に、トマトの茎の水分量の変化を静電容量の変化でデータ化した例である。
【考案を実施するための形態】
【００３７】
本考案による植物の水分測定装置は、植物の導管を通って流れる水分の変化を、静電容量として電気信号に変換して測定する。水分の変化を表す静電容量は微小であり、フェムトファラッド（１０−１５）レベルの静電容量である。このため、ノイズの発生は最小限に抑える必要がある。
【００３８】
以下、本考案の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せをする様々なバリエーションが可能である。従って、本実施形態の記載をもって、実用新案登録請求の範囲に記載された考案の内容を限定するものではない。
【００３９】
図１は、本考案の水分測定装置の構成を示す図である。電極１６−１と電極１６−２に挟まれた領域はキャパシタを形成するが、この静電容量に電圧を印加して蓄えられる電荷から静電容量を求めるのが測定原理である。
【００４０】
しかしながら、植物の水分量は少なく、微小な静電容量を測定するためには、電極に発生するノイズを最小限に抑えなければならない。このため、本考案では、導電性の平板形状の電極１６−１を絶縁板Ａ１４−１と絶縁版Ｂ１８−１で挟んでいる。一定距離を隔てて対向した位置に配置する電極１６−２も同様に、絶縁板Ａ１４−２と絶縁版Ｂ１８−２で挟んでいる。この構造により、電極１６−１と電極１６−２におけるノイズの発生を防止している。絶縁版Ｂ１８−１と絶縁版Ｂ１８−２は、対向した向きに配置している。
【００４１】
絶縁板Ａ１４−２と絶縁版Ａ１４−２の外側には、シールド板１２−１とシールド板１２−２を設けている。シールド板１２−１は、絶縁版１４−１と一定の空間を置いて配置されている。シールド板１２−２の同様に、絶縁版１４−２と一定の空間を置いて配置されている。さらに、シールド板１２−１とシールド板１２−２を接地している。シールド板１２−１とシールド板１２−２は、導電性の金属板であり、外部からのノイズを遮断している。
【００４２】
シールド板１２−１、絶縁板Ａ１４−１と絶縁板Ｂ１８−１に挟まれた電極１６−１は、基板２０に固定されている。シールド板１２−２、絶縁板Ａ１４−２と絶縁板Ｂ１８−２２に挟まれた電極１６−２も同様に、基板２０に固定されている。これらを固定することにより、微小な振動によるノイズの発生を防止する。
【００４３】
絶縁板Ｂ１８−１と絶縁板Ｂ１８−２は、金属メッキが可能な絶縁体を使用する。電極１６−１と電極１６−２を金属メッキによって形成するためである。絶縁板Ｂ１８−１と絶縁板Ｂ１８−２のメッキ面を平滑にして、その面に金属メッキすることで、平滑な面を有する金属層が形成され、密着性もよく、高精度の電極１６−１と電極１６−２が得られる。なお、絶縁板Ａ１４−１と絶縁板Ａ１２−２に、金属メッキにより金属層形成してもよい。
【００４４】
基板２０の裏面には、容量ディジタルコンバータ２４を設けている。容量ディジタルコンバータは、電極１６−１と電極１６−２の間の静電容量をディジタル信号に変換する機能を備えている。電極１６−１と電極１６−２を、容量ディジタルコンバータ２４に接続するのは、基板２０を介して設けられたビア２２である。ビア２２は、基板２０にホールを設けて導電性材料で埋め、電極１６−１と電極１６−２、を最短距離で容量ディジタルコンバータ２４に接続している。勿論、基板２０に設けたホールを介してリード線で接続してもよい。
【００４５】
容量ディジタルコンバータ２４は、測定対象となる電極１６−１と電極１６−２間に蓄積された電荷を測定するが、励起信号として矩形波を用いた励起用ソースと、ΣΔモジュレータの入力を、電極１６−１と電極１６−２に接続する。矩形波の印加により蓄積された電荷を、ΣΔモジュレータでサンプリングして、静電容量を求め、ディジタル化する。印加電圧Ｖ、蓄積電荷Ｑと静電容量Ｃは、Ｑ＝Ｃ・Ｖの関係があるから。静電容量Ｃは、Ｃ＝Ｑ／Ｖで求められる。得られた静電容量Ｃをディジタル化した信号で制御部に送り、制御部ではデータ処理が行われる。
【００４６】
以上説明したように、本考案の水分測定装置は、電極でのノイズの発生を防止し、外部からのノイズを遮断するとともに、測定された静電容量をディジタル化して、水分測定装置から送信するので、ノイズの影響を最小限に抑えることができる。このため、高精度に静電容量が測定できるので、植物の水分による静電容量が微小であっても測定可能となる。
【００４７】
図２は、本考案の水分測定装置１０を使用して、植物の静電容量を測定する状態を示している。図２（Ａ）は側面を模式的に示した断面図であり、図２（Ｂ）は平面を模式的に示した図である。被測定植物２６は、絶縁板Ｂ１８−１と絶縁板Ｂ１８−２の間の空間に置かれる。本考案の水分測定装置１０は、植物の茎に設置して、茎の水分量の変化を測定することを想定しているから、水分測定装置１０の絶縁板Ｂ１８−１と絶縁板Ｂ１８−２の間の空間に植物の茎を挟むように、茎の横からセットする。図２（Ｂ）に示した様に、茎の一部に、本考案の水分測定装置がセッティングされる。水分測定装置１０は、植物の茎の導管を流れる水分量の変化を、静電容量として測定する装置であるが、導管に流れる水分量は、植物の光合成や呼吸等に依存して変化する。
【００４８】
電極間距離は、被測定植物２６に対応して任意に設定できるようにしてもよい。一方の電極を移動可能として、任意の位置に固定するようにしてもよい。電極を移動する場合、例えば、電極１６−２を移動する場合は、絶縁板Ｂ１８−２と絶縁板Ａ１４−２及びシールド板１２−２を一体として移動させる。ノイズの影響を少なくするためである。
【００４９】
図３は、植物の光合成と水分量の変化３０を説明する図である。植物の光合成は、葉３２に存在する葉緑素が、光によるエネルギーで空気中の二酸化炭素ＣＯ２と根３６から吸い上げた水分を使って、酸素Ｏ２と糖分（炭水化物）をつくる働きである。この糖分が植物の生長のエネルギーとなる。一方、植物は呼吸をしており、空気中の酸素を取り込んで二酸化炭素を排出しながら糖を利用して燃焼させ、生長のエネルギーを得ている。光合成に使われる水分は、根３６から植物の茎３４にある木部５２の導管を通して葉に運ばれる。光合成でできた糖分を含む水溶液は、篩部５４を通して移動する。
【００５０】
さらに葉３２では、根３６からの水分が葉から水蒸気となって出ていく蒸散作用が働いており、吸収した水の９０％は蒸散により放出されると考えられている。蒸散の目的は、根３６からの水分を吸収促進、水分量の調節、葉３２の温度の調節、水に溶けた養分を葉に届け、不要な水を捨てる役目がある。
【００５１】
図４は、図３の茎３４のＸ−Ｙ断面を示している。植物の組織は、維管束５６、基本組織６０と表皮６２から成っている。表皮６２は、植物の表面を覆う組織であり、植物の保護と物質の出入りを調節している。維管束５６は、円形上の維管束形成層５８にあり、木部５２と篩部５４から成っている。木部５２は、導管と仮導管からなり、導管は土壌から吸収した水分が上昇する円柱形の官で、細胞を仕切る細胞壁が死んでしまうことで形成される。仮導管は、細胞を仕切る細胞壁が残り、水分は、細胞壁を透過して移動する。
【００５２】
篩部５４は、光合成でできた糖分を含む水溶液が移動する通路である。列を作っている細胞が空洞化して篩官が形成される。細胞が完全になくなるわけではなく、細胞質が残って小孔が多数存在している状態である。篩官の集まった部分が篩部５４である。
【００５３】
このように、茎３４で測定される水分量は、木部５２と篩部５４を通過する水分量である。この水分量は、光合成と呼吸に依存し、太陽光の影響を受けることになる。このため、植物は、２４時間を単位とする概日リズムにより生長している。
【００５４】
図５は、概日リズムを説明するための概念図である。時間に対する植物活性の強さを表しており、体内時計の存在に依存している。植物は、開花だけでなく、気孔の開閉や葉茎の伸長、光合成の活性といった現象も体内時計の制御を受けている。植物は、太陽が出ている時間帯に合わせて光合成を活発に行えば、効率的に生長ができるので、日の出前からその準備をしている。また、夜間の冷え込みに備えて、自ら低温ストレス耐性を高める植物もある。
【００５５】
さらに、植物の体内時計は一日の時間の流れだけでなく、季節の認識も関与し、春や秋に咲く花のなかには、日照時間の変化を感知しているものがある。外部から受ける光刺激の時間的な変化を認識するためには、植物自身が物差しとしての時計を持っていなければならず、植物は体内時計が刻む概日リズムと、外部環境の変化とを照らし合わせることで、季節の変化を感知し生長している。
【００５６】
図６は、１日（２４時間）の太陽光の光強度の例を示している。晴れた日の太陽光（晴れ）６６の光強度と、雨の日の太陽光（雨天）６８光強度である。晴れた日中の光強度は強く、雨の日は日中でも光強度が弱い。このような光強度の違いは光合成に影響し、茎での水分量も光強度に伴って変化すると考えられる。
【００５７】
図７は、水分センサモデル７０と水分センサ等価回路モデル７２を示している。水分測定装置１０での測定は、電極１６−１と電極１６−２の間の静電容量の測定であり、この静電容量に直接関係する部分は、電極１６−１、絶縁板Ｂ１８−１、絶縁板Ｂ１８−２と電極１６−２であり、この部分を水分センサと呼ぶことにする。図７は、水分センサに被測定植物２６を置いた状態のモデルである。絶縁板Ｂ１８−１の厚さをｄｉ１、絶縁板Ｂ１８−１と被測定植物２６の距離をｄａ１、被測定植物２６と絶縁板Ｂ１８−２との距離をｄａ２、絶縁板Ｂ１８−１の厚さをｄｉ２とした。
【００５８】
この場合の電気的等価回路は、電極１６−１と電極１６−２は、等価抵抗Ｒｅ１と等価抵抗Ｒｅ２である。絶縁板Ｂ１８−１と絶縁板Ｂ１８−２の対抗する面の面積をＳとし、真空の誘電率をε０、絶縁板Ｂ１８−１と絶縁板Ｂ１８−２の被誘電率をεｉとすれば、絶縁板Ｂ１８−１の等価キャパシタンスＣｉ１は、Ｃｉ１＝ε０εｉＳ／ｄｉ１、絶縁板Ｂ１８−２の等価キャパシタンスＣｉ２は、Ｃｉ２＝ε０εｉＳ／ｄｉ２となる。絶縁板Ｂ１８−１と被測定植物２６との距離をｄａ１とすれば、等価キャパシタンスＣａ１は、Ｃａ１＝ε０Ｓ／ｄａ１となる。
【００５９】
また、絶縁板Ｂ１８−２と被測定植物２６との距離をｄａ２とすれば、等価キャパシタンスＣａ２は、Ｃａ２＝ε０Ｓ／ｄａ２となる。被測定植物２６は、維管束５６を通過する水分によるキャパシタンスをＣＷ、水分以外の基本組織や表皮によるキャパシタンスをＣＰとした。被測定植物２６がカバーしていない電極間空間は、被測定植物２６のキャパシタンスとの並列接続となるが、ここでは考慮していない。
【００６０】
これより、水分センサ等価回路モデル７２は、図７に示したように、各等価抵抗と各等価キャパシタンスが直列接続された等価回路モデルとなる。電極１６−１と電極１６−２は導電性の金属を使用するため、等価抵抗Ｒｅ１と等価抵抗Ｒｅ２は非常に小さく、無視できる程度である。このため、実質的に電極間の静電容量の測定が可能である。
【００６１】
植物の水分によるキャパシタンスＣＷ以外は一定の値に固定されたキャパシタンスである。このため、測定された静電容量の変化は、即ち水分量の変化である。水の比誘電率は約８０であり、植物の比誘電率は５〜１０程度と言われている。トマトの葉では比誘電率が２〜４という報告もある。水の比誘電率が植物の比誘電率よりも極めて大きいため、水分量が少なくても静電容量の測定が可能となっている。
（実施例）
【００６２】
図８は、試作した水分測定装置１０を示している。銅メッキされたエポキシ樹脂のプリント板を使用し、銅メッキ部を電極とし、基板となるエポキシ樹脂部は、絶縁板Ｂとした。エポキシ樹脂の比誘電率は、２．５〜６である。この銅メッキ面に、絶縁板Ａとしてアクリル板を貼付して絶縁板に挟まれた電極を形成した。シールド板は、アルミ板を使用した。電極平面は約２０ｍｍ×３０ｍｍで、絶縁板Ａと絶縁版Ｂの厚さは２〜３ｍｍである。測定空間（絶縁板Ｂ１８−１と絶縁板Ｂ１８−２の間の距離）は１５ｍｍの幅とした。シールド板は、絶縁板Ａの後方に、約７ｍｍの空間を設けて設置した。水分測定装置１０を囲むシールドシート７４は、アルミコーティングシートを利用した。
【００６３】
水分測定装置１０に設けられている容量ディジタルコンバータからの出力は、４芯ケーブルを介して水分センサ制御部７６に送られる。水分センサ制御部７６では、容量ディジタルコンバータからの出力をリアルタイムで静電容量に変換して表示部に表示する。さらに、静電容量を測定ずるサンプリング周期を任意に設定でき、一定時間ごとの静電容量を測定することもできる。測定した静電容量は、ＲＳ２３２Ｃケーブルでパソコンに送られ、データの保存や解析が行われる。
【００６４】
図９は、水分測定装置１０に被測定植物２６をセッティングした状態を示している。植物の茎を、水分測定装置１０の水分センサ部に固定用の紐７８で縛って固定する。水分測定装置１０と被測定植物２６は、シールドシート７４で囲まれ、外部からのノイズの影響を抑止している。
【００６５】
図１０は、実際にトマトの茎８２に水分測定装置１０を取り付け、水分量を測定した測定系８０を示している。トマトは鉢植えで栽培されている。この鉢植えトマトをプランタンに置き、根に一定の水分補給するようにしている。水分測定装置１０からのデータは、水分センサ制御部を通してパソコンに保存し、データ処理や解析を行った。
【００６６】
図１１は、晴れた日の日中に、トマトの茎の静電容量を測定した例である。温室栽培のトマトで、４月上旬に測定した。温度は２０℃前後である。時間帯は、７時〜１９時の１２時間である。サンプリング周期は３００ｍＳとした。水分測定装置１０に被測定植物２６が無い状態では、静電容量は１７５０ｆＦであった。
【００６７】
晴れた日の静電容量は、朝の日の出とともに太陽光がトマトに照射され、静電容量が少なくなっていく。８時５２分に一旦飽和するが、再度静電容量が低下し１０時５２分ごろからまた飽和して最小値の１８９５ｆＦを記録した。１２時５２分ごろまでは再度上昇し、１３時５２分ごろまで低下し、１４時５２分ごろまで再度上昇し、その後１時間ほどはわずかに低下した後、日の入りと共に１９時までは上昇傾向であった。
【００６８】
トマトの茎の水分量は、蒸散により茎の水分量の吸収速度が速くなり静電容量が少なくなると考えられ、図７で示した水分センサ等価回路モデル７２から、静電容量の変化で測定できる。このため、太陽光の照射によりトマトの葉からの水分の蒸散と共に、葉における光合成が活発となり、水分を多く消費するので、根から吸収され、維管束の導管を通して送られる水分量が多くなり、茎の水分量も多くなって、測定される静電容量が低下しているものと考えられる。午後になるとむしろ茎の静電容量が大きくなる傾向であり、水分量が少なくなっているのは、光合成は午前中に活発に行われ、午後になると光合成でつくられた糖分を、篩官を通して植物全体に送る作用が活発になり、水分の消費も少なくなっていくものと考えられる。
【００６９】
図１２は、曇った日の日中に、トマトの茎の静電容量を測定した例である。時間帯は、７時５０分から１９時２０分である。朝から静電容量が上昇傾向にあり、測定開始時には１８１５ｆＦであったが、測定終了時には１８５０ｆＦとなった。曇った日は、朝のわずかな光で光合成が行われるが、その後は光合成が活発に行われず、茎での水分量が少なくなっている。
【００７０】
本考案による水分測定装置で、トマトの茎の水分量を静電容量として測定したが、微小な容量の変化が測定でき、トマトの状態がリアルタイムで診断できることが明らかとなった。本考案の水分測定装置は、トマトに限らず、他の植物でも測定可能である。
【００７１】
以上、本考案の実施形態について説明したが、本考案は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本考案の主旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  水分測定装置
１２−１、１２−２  シールド板
１４−１、１４−２  絶縁版Ａ
１６−１、１６−２  電極
１８−１、１８−２  絶縁板Ｂ
２０  基板
２２  ビア
２４  容量ディジタルコンバータ
２６  被測定植物
３０  植物の光合成と水分量の変化
３２  葉
３４  茎
３６  根
５０  植物の茎断面
５２  木部
５４  篩部
５６  維管束
５８  維管束形成層
６０  基本組織
６２  表皮
６４  概日リズム
６６  太陽光（晴れ）
６８  太陽光（曇り）
７０  水分センサモデル
７２  水分センサ等価回路モデル
７４  シールドシート
７６  水分センサ制御部
７８  紐
８０  測定系
８２  トマトの茎
【図１】
0003215629.tif 000003
【図２】
0003215629.tif 000004
【図３】
0003215629.tif 000005
【図４】
0003215629.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003215629.tif 000008
【図７】
0003215629.tif 000009
【図８】
0003215629.tif 000010
【図９】
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【図１０】
0003215629.tif 000012
【図１１】
0003215629.tif 000013
【図１２】
0003215629.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月1日(2018.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
２枚の絶縁板で挟まれた電極を、一定距離を隔てて対向して配置したこと、
を特徴とする水分測定装置。
【請求項２】
対向して配置されたれた前記絶縁板で挟まれた前記電極の外側にシールド板を設けたこと、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項３】
前記シールド板は、前記絶縁板と一定の空間を置いて配置されていること、
を特徴とする請求項２に記載の水分測定装置。
【請求項４】
前記シールド板は接地されていること、
を特徴とする請求項２に記載の水分測定装置。
【請求項５】
前記絶縁板は、すくなくとも一方が金属メッキ可能であること、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項６】
前記電極は、前記絶縁板に金属メッキして形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項７】
一対の前記絶縁板で挟まれた前記電極と、一対の前記シールド板は、基板上に配置され、前記基板裏面に容量ディジタルコンバータが設けられていること、
を特徴とする請求項２に記載の水分測定装置。
【請求項８】
前記電極と容量ディジタルコンバータは、基板のビア又はビアホールを通した接続線を介して接続されていること、
を特徴とする請求項７に記載の水分測定装置。
【請求項９】
一対の前記絶縁板で挟まれた前記電極と一対の前記シールド板は、基板上に配置され、
前記基板裏面に容量ディジタルコンバータが設けられ、
さらに、シールド材で全体が囲われていること、
を特徴とする請求項２に記載の水分測定装置。
【請求項１０】
前記絶縁板で挟まれた前記電極と前記シールド板を一体として形成した電極部を、基板上に対抗して配置し、少なくとも前記電極部の一方が移動可能であること、
を特徴とする請求項２に記載の水分測定装置。
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月1日(2018.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
２枚の絶縁板で挟まれた電極を、一定距離を隔てて対向して配置したこと、
を特徴とする水分測定装置。
【請求項２】
対向して配置されたれた前記絶縁板で挟まれた前記電極の外側にシールド板を設けたこと、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項３】
前記シールド板は、前記絶縁板と一定の空間を置いて配置されていること、
を特徴とする請求項２に記載の水分測定装置。
【請求項４】
前記シールド板は接地されていること、
を特徴とする請求項２に記載の水分測定装置。
【請求項５】
前記絶縁板は、すくなくとも一方が金属メッキ可能であること、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項６】
前記電極は、前記絶縁板に金属メッキして形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項７】
一対の前記絶縁板で挟まれた前記電極と、一対の前記シールド板は、基板上に配置され、前記基板裏面に容量ディジタルコンバータが設けられていること、
を特徴とする請求項２に記載の水分測定装置。
【請求項８】
前記電極と容量ディジタルコンバータは、基板のビア又はビアホールを通した接続線を介して接続されていること、
を特徴とする請求項７に記載の水分測定装置。
【請求項９】
一対の前記絶縁板で挟まれた前記電極と一対の前記シールド板は、基板上に配置され、
前記基板裏面に容量ディジタルコンバータが設けられ、
さらに、シールド材で全体が囲われていること、
を特徴とする請求項２に記載の水分測定装置。
【請求項１０】
前記絶縁板で挟まれた前記電極と前記シールド板を一体として形成した電極部を、基板上に対抗して配置し、少なくとも前記電極部の一方が移動可能であること、
を特徴とする請求項２に記載の水分測定装置。