TDR 土壌水分センサー

CACC-TDR-315L

取扱説明書
Rev 2.02019 年 2 月

Based ON
User Manual:
True TDR-315, TDR315L & TDR-310S(November 2017 Rev.6)

Edited & Copyright by:

1763 W. Marcon Ln., Ste. 175
Meridian, Idaho 83642

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CACC-TDR-315L

目次
12
2.1
2.2
2.3
3
4
5
5.1
5.2
1

はじめに
センサーの概要
概要と特徴
測定原理
仕様
配線方法
設置方法
計測方法
SDI アドレスの割り当て
計測コマンドトラブルシューティング

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1 はじめにAcclima True TDR シリーズセンサ（以下、TDR-315L）は、工業標準である SDI12 インターフェイスを使用して、データロガーまたは SDI-12 を備えたコントロールデバイスと通信することができます。
SDI-12 通信標準はデジタルシリアルデータ通信機器と 1200baud と、3 線のバスを介した ACII 文字列通信のプロトコルです。
TDR-315L は SDI-12 のバージョン 1.4 に準拠しています。
バージョン 1.4 は 2017 年１１月時点で最新の規格です。
※注意
本マニュアルは Acclima 社の取扱説明書(2017 年 11 月、Rev.6)を基に編集したものです。TDR 土壌水分センサーの仕様は予告なく変更される場合があります。
最新の仕様については以下に示す Acclima の製品ページよりご確認ください。
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2 センサーの概要
2.1

概要と特徴

TDR-315L はブレークスルーテクノロジーにより、従来大型のシステム（例：CTDR100)でしか可能ではなかった真の TDR 測定方式を小型なセンサーの中に凝縮しました。
従来の TDR 方式と言われる小型センサーは、実は簡略化した測定方式を採用していましたが、TDR-315L は特許申請中の画期的 TDR 方式により、真の誘電率を測定をします。
C-CR1000 C-CR800、CR200X などのデータロガーや当社製の C-M1001
Handy 土壌水分モニター／ロガー等で計測を行うことができます。C-M1001
Handy 土壌水分モニター／ロガーでの計測方法については C-M1001 Handy 土壌水分モニター／ロガーの取扱説明書をご覧ください。本センサーは TDT 方式の土壌水分センサーと同じように、メンテナンスフリーなので、長期間の連続観測が可能です。
土壌水分（体積含水率）だけでなく、土中の導電率(EC)、温度、誘電率が測定可能です。省電力かつ、コストパフォーマンスに優れているので、多点、無人観測にも適しています。
特徴•

針状ロッドなので土中に差し込む事が出来る•

土壌水分（体積含水率）だけでなく、土中の導電率(EC)、温度、誘電率が測定可能•

SDI 出力•精度が高く、長期安定性も高い•

粘土質土壌、塩分の高い土壌でも測定可能•

穀物の水分量測定への可能性•

みかけの誘電率(ε)を測定できるので土壌に合わせた独自の式(ε-θ関係)も活用できる•

旧タイプと比較してレスポンスが 30%向上

2.2

測定原理

TDR(Time Domain Reflectometer system)：時間領域反射法)方式の土壌水分計
で、電磁波がロッド先端から反射時間する時間が誘電率に比例することを利用します。
土壌水分は TOPP の式により、換算されます。この TDR センサーは独自の方式により、広い温度範囲、塩分濃度の中で高精度に測定が可能になっています。
誘電率と導電率は温度により補正された値となっています。
EC は勾配最大点の勾配(MaxSlope)に基づいて独自の関係式によって計算されます。

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2.3

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仕様
型式
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測定
範
囲

体積含水率
導電率
温度
誘電率
体積含水率

精度

導電率

分解能

温度
誘電率

0～100%
0～5dS/m (0～5000µS/cm)*1-20～50℃±2%±0.1 dS/m (100µS/cm)±2.5%*1±0.2℃（0～50℃）±2.5%FS

体積含水率

0.1%

温度0.1℃

温度安定性
1-50℃（体積含水率）EC 安定性
0-5dS/m（体積含水率）
測定条件
測定体積出 力有効測定波長波形伝播分解能
伝播波形波長範囲
測定時間
測定間隔
動作温度範囲
電源*2

動作時消費電流*2材 質
大きさ
重 さ
ケーブル長さ±1%±2％
温度：-20～+50℃
導電率：0～5dS/m
約 100cc
SDI-12 (Ver.1.3)
200G sample/sec
空気中：1.5mm
水中：0.16mm
3.5GHzSDI-12 コマンド 425ms
2 分以上推奨（2 分以内は自己加熱のため温度が不正確になります）-20～50℃（保存温度：-20～70℃）
6～15VDC
動作時： 170mA@6～15VDC(300mA@6VDC）
非動作時：31uA@12V
通信時：5mA
304 ステンレス、エポキシ、ポリエチレン
200L * 53W * 19H mm
440g （10m cable）
標準 10m PVC
最大６０ｍ（同じ C ポートに接続されたセンサーの合計は 610m 以下）

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土壌水分（体積含水率）の式

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鉱物性土壌の土壌体積含水率θv と bulk 誘電率(土壌誘電率）)Ka の関係はTopp et al.(1980)の式を用いて以下のように実験的に表されます。

θv = -5.3*10^-2 + 2.92*10^-2Ka - 5.5*10^-4Ka^2 +4.3*10^-6Ka^3
上記の式を用いず自分で校正することも可能です。

*1

水溶液中で測定された値になります。

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3 配線方法センサからは赤、青、白の 3 本の線が出ており、SDI バスに接続されます。
赤は電源（正側）、青は SDI12 信号、白は電源と信号の共通 GND となります。
外部電源を用いて SDI バスを構成する場合、電源 GND を信号 GND と必ず接続してください。

図 2-1 データロガー（CR1000、DataSnap 等）との接続

図 2-2 市販の SDI12 インターフェイスを使った PC との接続

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4 設置方法推奨されるセンサの設置方法を以下に示します。

土壌の温度は、緑のヘッド部分で測定しています。
土壌水分は温度補正されますので、ヘッドとプローブは同じ温度環境になるように設置して下さい。
例) このセンサーを地表面の上から挿入、ヘッドのみ地上部に残り日射を受けると、プローブとヘッド部分の温度が著しく大きくなり、測定値に誤差が生じます。

※図は TDT センサですが TDR-315L も同様です

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設置時の注意事項
・計測範囲(17×10×6cm)に空隙・根(特に径の大きいもの)・鉱物・金属(他のセンサ含む)が無きこと。
・センサ自体に土が密着すること(センサ U 字内にも空隙を作らないこと)※1:センサの隙間になるべく均一な土壌を入れ、計測範囲を回りの土壌と同じ密度にすること。
※2:設置時は降雨後またはカルキ抜きした水で土壌を軟らかくしてからセンサの設置を推奨。
埋め戻し後も適度に水をかける。（カルキ抜きは、土壌微生物への影響を小さくするため）・近くに電気ノイズを発生するものが無きこと。

======================= 注意 =============================
・設置後、土壌が安定するまでの期間はデータが安定しない場合があります。データのばらつきが無い、散水時に値が上昇する等、変動が安定した後のデータを使用してください。
・鉱物由来、導電率(EC)が高い土壌、土壌以外の物質で含水率は正常に計測できない事があります。

・土壌水分センサは、周辺環境の影響を受け易いセンサです。周辺の根や土壌構造によりデータに変動を及ぼされる事があります。定期的に土壌のサンプリングを行ない、土壌水分(絶対値)との比較を行なう事を推奨致します。

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5 計測方法
5.1

SDI アドレスの割り当て

一つの SDI バス上に複数のセンサを配置することができますが、この場合センサの持つ SDI アドレスはそれぞれ別の値であることが必要です。
このセンサの SDI アドレスは工場出荷時、0 に設定されています。
もしバス上のセンサの数が１台のみならば、アドレス変更をせずに０のまま使用できます。
バス上に複数のセンサを配置する場合、個々の SDI アドレスが重複しないようアドレスを再割り当てしてください。
ご注文段階でアドレスを指定して頂ければあらかじめ割り当ててから出荷します。
アドレスとして使用できる文字は数字の[0-9]、小文字の[a-z]、大文字の[A-Z]となります。ただし使用する計測系により使用できる文字に制限があります。
センサの SDI アドレスの確認や変更を行うには SDI バスを通して SDI コマンドを送受信できる環境が必要です。
通常、計測・記録に用いるデータロガーに付随する通信機能を用いてセンサとの通信を行います。
以下にいくつかの接続例を紹介しますので参考にしてください。ただし、アドレス確認コマンドを使用する場合、バス上のセンサの数はその時だけは 1 台だけである必
要があります。
例１）市販の SDI12 インターフェィスを使用して PC と接続する方法

前章 図 2-2 のように接続します。ターミナルソフトで SDI12 インターフェィスに割り当てられた COM ポートを開きます。SDI 側の通信速度は 1200bps となりますがインターフェィス内で変換してくれる場合があるのでご使用のインターフェイスの取扱説明書を確認してください。また、コマンド送信がやりやすいようローカルエコーや<cr><lf>付加などターミナルソフト側を適宜設定してください。
アドレス確認コマンドは、?!となります。センサからの応答はa<cr><lf>となります。a は現在センサに設定されているアドレスです。
アドレス変更コマンドは、
aAb!となります。ａは現在のアドレス、b は新しいアドレスです。コマンドが通ると、センサからはb<cr><lf>が返ります。以後センサは新しいアドレスにのみ反応します。

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例２）データロガー(CR1000/800 など)、Loggernet 経由で接続する方法

データロガーとは 図３-1 のように接続します。
SDI バスのデータ線はデータロガーの C ポートの内 SDI 通信に割り当て可能なポート（詳細はデータロガーの取扱説明書を確認してください。）に接続します。
配線、電源投入完了後、Loggernet でデータロガーと接続します。
アドレス変更は以下の手順で行います。

図 3-1 ロガーに TDT センサーを接続して SDI アドレスを割り振る場合の結線
データロガー経由 SDI のアドレス設定手順① データロガーに接続します。
データロガーと LoggerNet、PC200W との接続については、別途取扱説明書をご覧下さい。

② SDI 設定中は、既存プログラムが動作していると、うまくできない場合があります。
プログラムを消去するか、止めるため、ファイルコントロールを開きます。
Connect→Datalogger→File Control

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CACC-TDR-315L③ 現在動作しているプログラムが、
running, power upと表示されているので、そのプログラムの上でマウスを右クリック、Stop Program を選択します。

④

ターミナルエミュレータを開きます。

Connect→Datalogger→Terminal Emulator⑤E-maill: support@weather.co.jp
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Open Terminal

をクリックします。

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CACC-TDR-315L⑥ ターミナルエミュレータ内の操作
何回か、Enter をおすと、CR1000>
またはCR800>などと表示されます（ロガーに依存）
上記表示されたら、SDI12 と入力
CR1000> SDI12Enter Cx Port 1,3,4 or 7と聞いてくるので、接続している C ポートを選択。例の図 3-1 では C1 なので、1 を入力。
Entering SDI12 Terminalと表示され、SDI12 コマンドが入力できるモードになります。
ここからは、SDI12 コマンドになります。
コマンドの後、Enter を押します?!
・・・現在のアドレス問い合わせ
1A4! ・・・アドレスを４に変更
時間がたつと、Exit SDI12 Terminalと表示されるので、Close Terminal ボタンをクリックして、終了する。
⑦ 再度ロガーのプログラムを動作させるロガーのプログラムを再度起動します。
②のファイルコントロールより、Connect→Datalogger→File Control
Stopped, power upと表示されているプログラムを右ボタンで、Run Optionを選択再スタートさせますRestart Program
Do not erase data files
Run ON Power-upを選択します。

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5.2

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計測コマンド計測コマンドには、「非並行測定コマンド」（M）と、「並行測定コマンド」（C）の二つがあります。両者とも、計測コマンドに対し下記のような応答を返します。
atttn<CR><LF>
ここで、a はセンサアドレス、ttt は計測完了までの秒数、n は返ってくるデータアイテムの個数を表しています。本センサーの場合、n = 9 です。
非並行測定（M）

非並行コマンドを使用する場合、データ記録装置は特定のセンサが測定を完了するまで待機してから、データを回収します。
センサーは、測定を終えると、データ記録装置にサービスリクエストコード（センサのアドレス"a"）を送信します。
並行測定（C）

同時並行コマンドを使用する場合、データが取り出せる状態になってもセンサはサービスリクエストコードを返しません。
データ記録装置は、ある一つのセンサが測定を行いデータを用意している間は、別のセンサと通信を行うことができます。データ記録装置が利用可能かつ、指示された測定時間が経過すると、データ記録装置はデータを検索します。

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データの取り出し要求された測定データを取り出すために、データ記録装置は「D0」コマンドをセンサに送信します。 D0 コマンドは、以下の表の 4 つの測定項目を返します。
「a」はセンサーアドレスです。以下は、SDI-12 センサから得られるデータと、SDI12 センサを取り出すために使用されるコマンドを示す表です。

データ名コマンド

データ出力例

単位

体積含水率
地温
比誘電率
電気伝導度
（土壌）
電気伝導度
（土壌間隙水）

aD0!
aD0!
aD0!
aD0!

+25.03+/-32.16+32.13+1600%
C-µS/m

aD0!

+1700

µS/m

返されるデータの形式は次のとおりです。
a + 25.03 + 32.16 + 32.13 + 1.6 <CR> <LF>
返されるデータの前には常にデバイスのアドレス a が付いています。各データ値の前には+および-の符号が付いています。単位は返されません。
それぞれのデータ文字列は<CR>と<LF>で終了します。

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センサーの使用例
例 1：非並行コマンドを使用したセンサーの読み取り

この第 1 の例は、データ記録装置が、（1）容積水分量、（2）土壌温度、（3）誘電率、および（4）導電率の 4 つのデータ項目を得る方法を示します。以下の例ではデータ記録装置は非並列モードで動作します。つまり、このセンサが測定を完了して報告するまで、他のセンサと通信できません。
データ記録装置から以下のコマンドを送信します。
5M！
このコマンドは「測定開始」コマンドです。このコマンドの "5"は、コマンドに応答するセンサーのアドレスです。 SDI-12 センサは一連の測定を開始します。センサは次のようにこのコマンドに即座に応答します。
50014 <CR> <LF>
この応答はセンサー（5）のアドレスと、読み取りを行うのに必要な秒数（001（1秒））、各測定要求と共に返されるデータ項目の数（4）を返します。センサーは測定を終了した後、サービスリクエストをデータ記録装置に送信します。
5 <CR> <LF>
サービスリクエストはセンサのアドレスにすぎません。次に、データ記録装置からデータ項目の最初のセットを取得するコマンドを送信します。
5D0！
要求される項目は、体積含水量、地温、誘電率、および伝導率です。このコマンドを受信すると、センサは次のように応答します。
5 + 25.03 + 32.16 + 32.13 + 1.6 <CR> <LF>
最初の 5 はセンサーのアドレスです。残りの文字列には、要求されたデータ項目が含まれます。それぞれの前には「+」または「 - 」の記号が付いています。

例 2：並行コマンドを使用したセンサーの読み取り

この例 2 は、データ記録装置が並行コマンドを使用して 4 つのデータ項目をセンサから取得する事例を示します。この例では、データ記録装置は並列モードで動作します。この場合、アドレス 5 のセンサーが測定を行っている間に他のセンサーを使用することができます。並行測定コマンドは、コマンドで M の代わりに C を使用します。同時測定を開始するコマンドは次のとおりです。
5C！
センサーはすぐに次のように応答します。
500104同時コマンドでは、測定後にセンサはサービスリクエストを行いません。データ記録装置は、センサーが提供するタイミングの情報に依存しており、測定に要する時間が経つまで（この場合は 1 秒）データを要求しません。
次に、データ記録装置から 4 つのデータ項目を、非並列コマンドを使用した場合と全く同じ方法で要求します。
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データ通信エラーチェック

これまで説明したすべての計測コマンドでは、エラーチェックが行われていないデータが要求され、データ記録装置によるデータの正しい受信を確認しています。
SDI-12 仕様では、計測コマンドで追加のコマンド文字 "C"を使用してエラーチェックを行います。以下のコマンドをセンサに送信すると、aMC！または aCC！
センサは、返されたデータの最後に CRC コードを付加します。このコードは、送信中にデータが変化した場合に、その変化をデータ記録装置で検出できるような方法でデータから生成されます。データ記録措置がデータの破損を検知すると、データ要求が自動的に繰り返されます。
検証コマンドSDI-12 仕様のセンサーは、センサの正常動作を確認するための特別なコマンドが必要です。Acclima 社のセンサーに実装されているコマンドは次のとおりです。
1.

データ記録装置から verify コマンドを送信します。
aV！
2. verify コマンドを受信すると、センサは次のように応答します。
atttn
ここで、「a」はセンサーアドレス、「ttt」は検証読み取りに必要な時間、「n」は返されるデータ項目の数です。このコマンドの場合、ttt = 003 および n = 1 です。
3. センサーは 3 セットの測定値を読み取ります。
3 つの測定値の伝播時間が保存され、比較されます。これらの伝播時間のいずれかが範囲外であるか、またはそれらが許容できない量だけ異なる場合、エラーが確認されます。センサーはサービスリクエストを送信します。
a4. データ記録装置から、D0 コマンドを送ります。
aD0！

センサーは以下の検証コードで応答します。
Value01234567

検証コードCodes
Sensor is good
VCC or internal voltage test
Test temperature sensor to see if too low
Test temperature sensor to see if too high
TPD Error
Span Error
Amp Error
Variance Test

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6 トラブルシューティング
問題

解決⽅法

センサーからデータが得記録装置とセンサの配線を確認してください。

られない

⽩線は SDI-12 ポートのアース端⼦に接続します。
⻘線は SDI-12 ポートのデータ端⼦に接続します。
⾚線は SDI-12V ポートの +端⼦または外部バッテリの＋端⼦に接続します。
外部バッテリを使⽤する場合、－端⼦は SDI-12 ポートのグランド端⼦に接続してください。

データの回収ができない

アドレスの競合がないことを確認してください。
記録装置に接続されている他のすべてのデバイスを取り外します。使⽤しているコマンドに正しくセンサーアドレスを⼊⼒しているか確認してください。

センサーと通信できない配線の確認
電圧の確認
アドレスの確認コマンドの⾒直しデータの回収ができない/アドレスの競合がないことを確認してください。

パリティエラー

他のすべてのデバイスを取り外して、もう⼀度読み込みを試みてください。
センサまでのケーブルの⻑さが 60m を超えないようにしてください。

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