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土壌評価センサ、土壌評価システム及び土壌評価センサ用の電極及び土壌のインピーダンス特性を得る装置

国内特許コード P210018015
整理番号 (S2019-0030-N0)
掲載日 2021年12月21日
出願番号 特願2020-553358
出願日 令和元年10月18日(2019.10.18)
国際出願番号 JP2019041187
国際公開番号 WO2020085250
国際出願日 令和元年10月18日(2019.10.18)
国際公開日 令和2年4月30日(2020.4.30)
優先権データ
  • 特願2018-198529 (2018.10.22) JP
発明者
  • 二川 雅登
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 土壌評価センサ、土壌評価システム及び土壌評価センサ用の電極及び土壌のインピーダンス特性を得る装置
発明の概要 土壌評価センサ1は、交流電圧を発生する電圧発生部4と、交流電圧を土壌100aに提供する電極端2と、交流電圧に起因する交流電流を受ける電極端3と、交流電流の大きさを計測する電流計測部6と、電流計測部6が得た交流電流を利用して土壌100aの特性を示す評価値を得る処理部7と、を備える。処理部7は、交流電圧及び交流電流を利用して、交流電圧の周波数と土壌100aが有するインピーダンスの絶対値(|Z|)との関係を示す第1情報を得る第1演算部11と、第1情報を利用して、交流電圧の周波数と土壌100aが有するインピーダンスの位相(θ)との関係を示す第2情報を算出する第2演算部12と、第1情報及び第2情報を利用して、土壌の評価値を得る第3演算部13と、を有する。
従来技術、競合技術の概要

特許文献1は、土壌の評価値を得る装置などを開示する。特許文献1の装置は、評価値として例示される土壌の水分量及び電気伝導度を正確かつ安価に検出する。特許文献1の装置は、土壌に配置される一方の電極に交流の入力電気信号を印加する。土壌に配置される他方の電極は、当該入力電気信号に起因する出力電気信号を捉える。出力電気信号は、電極の間に存在する土壌のインピーダンスに関する情報を含んでいる。そこで、特許文献1の装置は、インピーダンスの絶対値を検出する絶対値検出回路と、インピーダンスの位相を検出する位相検出回路と、を有する。特許文献1の装置は、これらの検出回路の出力を用いてインピーダンスに関する情報としての絶対値及び位相を得る。そして、特許文献1の装置は、絶対値及び位相を利用して、土壌の水分量及び電気伝導度を得る。

産業上の利用分野

本発明は、土壌評価センサ、土壌評価システム及び土壌評価センサ用の電極及び土壌のインピーダンス特性を得る装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
土壌の特性を評価する土壌評価センサであって、
交流の入力電気信号を発生する信号発生部と、
前記信号発生部に接続されると共に、前記入力電気信号を前記土壌に提供する第1電極と、
前記第1電極から離間して設置されると共に、前記入力電気信号に起因する交流の出力電気信号を受ける第2電極と、
前記第2電極に接続されると共に、前記出力電気信号の大きさを計測する信号計測部と、
前記信号発生部及び前記信号計測部に接続されると共に、前記入力電気信号の周波数を制御するための制御信号を前記信号発生部に提供し、前記信号計測部が得た前記出力電気信号を利用して前記土壌の特性を示す評価値を得る処理部と、を備え、
前記処理部は、
前記入力電気信号及び前記出力電気信号を利用して、前記入力電気信号の周波数と前記土壌が有するインピーダンスの絶対値との関係を示す第1情報を得る第1演算部と、
前記第1情報を利用して、前記入力電気信号の周波数と前記土壌が有するインピーダンスの位相との関係を示す第2情報を算出する第2演算部と、
前記第1情報及び前記第2情報を利用して、前記土壌の評価値を得る第3演算部と、を有する、土壌評価センサ。

【請求項2】
前記第1演算部は、前記入力電気信号の周波数を独立変数とし、前記土壌が有するインピーダンスの絶対値を従属変数とする関数として前記第1情報を算出し、
前記第2演算部は、前記関数を前記入力電気信号の周波数について微分する演算によって、前記第2情報を算出する、請求項1に記載の土壌評価センサ。

【請求項3】
前記第1電極及び前記第2電極を有する基板であって、前記基板の主面に前記第1電極及び前記第2電極が設けられている前記基板と、
前記主面の法線方向に延びる第1突起部及び第2突起部と、
前記第1突起部に設けられると共に、前記第1電極に電気的に接続された第1拡張電極と、
前記第2突起部に設けられると共に、前記第2電極に電気的に接続された第2拡張電極と、をさらに備える、請求項1又は2に記載の土壌評価センサ。

【請求項4】
土壌の特性を評価する土壌評価システムであって、
前記土壌に配置される一対の電極端を含む第1電極部であって、前記土壌に交流の入力電気信号を提供すると共に前記土壌から出力電気信号を受ける前記第1電極部を有する第1センサ部と、
前記土壌に配置される一対の電極端を含む第2電極部であって、前記土壌に交流の入力電気信号を提供すると共に前記土壌から出力電気信号を受ける前記第2電極部を有すると共に、前記第1センサ部に対して離間する第2センサ部と、
前記第1センサ部及び前記第2センサ部の動作を制御するための制御信号を前記第1センサ部及び前記第2センサ部に提供すると共に、前記入力電気信号及び前記出力電気信号を利用して前記入力電気信号の周波数と前記土壌が有するインピーダンスの絶対値との関係を示す第1情報を取得し、前記第1情報を利用して前記入力電気信号の周波数と前記土壌が有するインピーダンスの位相との関係を示す第2情報を算出し、前記第1情報及び前記第2情報を利用して前記土壌の評価値を得る制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第1電極部が含む一方の前記電極端から前記入力電気信号を土壌に提供させ、前記第1電極部が含む他方の前記電極端から前記入力電気信号に起因する前記出力電気信号を取得させる第1動作と、
前記第1電極部から前記入力電気信号を前記土壌に提供させ、前記第2電極部から前記入力電気信号に起因する前記出力電気信号を取得させる第2動作と、を行う、土壌評価システム。

【請求項5】
前記第1センサ部は、前記一対の電極端の一方に接続された第1信号発生部と、前記一対の電極端の他方に接続された第1信号計測部と、を有し、
前記第2センサ部は、前記一対の電極端の一方に接続された第2信号発生部と、前記一対の電極端の他方に接続された第2信号計測部と、を有する、請求項4に記載の土壌評価システム。

【請求項6】
前記第1センサ部は、
前記第1センサ部における前記一対の電極端の一方又は両方に接続可能な第1信号発生部と、
前記一対の電極端の他方又は両方に接続可能な第1信号計測部と、
前記一対の電極端の一方に前記第1信号発生部を接続すると共に前記一対の電極端の他方に前記第1信号計測部を接続する状態と、前記一対の電極端の両方に前記第1信号発生部を接続する状態と、を相互に切り替える第1切替部と、を有し、
前記第2センサ部は、
前記第2センサ部における前記一対の電極端の一方又は両方に接続可能な第2信号発生部と、
前記一対の電極端の他方又は両方に接続可能な第2信号計測部と、
前記一対の電極端の一方に前記第2信号発生部を接続すると共に前記一対の電極端の他方に前記第2信号計測部を接続する接続状態と、前記一対の電極端の両方に前記第2信号計測部を接続する接続状態と、を相互に切り替える第2切替部と、を有する、請求項4に記載の土壌評価システム。

【請求項7】
交流の入力電気信号を発生する信号発生部と、前記信号発生部に接続されると共に、前記入力電気信号を土壌に提供する第1電極と、前記第1電極から離間して設置されると共に、前記入力電気信号に起因する出力電気信号を受ける第2電極と、前記第2電極に接続されると共に、前記出力電気信号の大きさを計測する信号計測部と、を備えて、前記土壌の特性を評価する土壌評価センサ用の電極であって、
前記第1電極及び前記第2電極を有する基板であって、前記基板の主面に前記第1電極及び前記第2電極が設けられている前記基板と、
前記主面の法線方向に延びる第1突起部及び第2突起部と、
前記第1突起部に設けられると共に、前記第1電極に電気的に接続された第1拡張電極と、
前記第2突起部に設けられると共に、前記第2電極に電気的に接続された第2拡張電極と、を備える、土壌評価センサ用の電極。

【請求項8】
土壌が有する特性の評価において、測定対象物である前記土壌のインピーダンス特性を得る装置であって、
前記土壌に入力電気信号を提供すると共に前記土壌から前記入力電気信号に起因する出力電気信号を得ることにより、前記入力電気信号の周波数と前記土壌が有するインピーダンスの絶対値との関係を示す第1情報を得る手段と、
前記第1情報を利用して、前記入力電気信号の周波数と前記土壌が有するインピーダンスの位相との関係を示す第2情報を計算によって得る手段と、を有する、土壌のインピーダンス特性を得る装置。

【請求項9】
対象領域における土壌の特性を評価する土壌評価システムであって、
前記土壌に配置される一対の電極端を含み、前記土壌に交流の入力電気信号を提供可能である第1センサ部と、
前記土壌に配置される一対の電極端を含み、前記土壌から前記入力電気信号に起因する出力電気信号を取得可能であると共に、前記第1センサ部に対して離間する第2センサ部と、
前記第1センサ部及び前記第2センサ部の動作を制御するための制御信号を前記第1センサ部及び前記第2センサ部に提供すると共に、前記入力電気信号及び前記出力電気信号を利用して前記入力電気信号の周波数と前記土壌が有するインピーダンスの絶対値との関係を示す第1情報を取得し、前記第1情報を利用して前記入力電気信号の周波数と前記土壌が有するインピーダンスの位相との関係を示す第2情報を算出し、前記第1情報及び前記第2情報を利用して前記土壌の評価値を得る制御部と、を備える、土壌評価システム。

【請求項10】
前記土壌に配置される一対の電極端を含み、前記入力電気信号を提供可能であると共に前記出力電気信号を取得可能であり、前記第1センサ部及び前記第2センサ部に対して離間する第3センサ部をさらに備え、
前記第1センサ部は、さらに、前記出力電気信号を取得可能であり、
前記第2センサ部は、さらに、前記入力電気信号を提供可能であり、
前記第1センサ部、前記第2センサ部及び前記第3センサ部は、二次元状の面として規定された対象領域を囲むように配置されている、請求項9に記載の土壌評価システム。

【請求項11】
前記制御部は、
前記第1センサから前記入力電気信号を提供し、前記第2センサから前記出力電気信号を取得する第1動作を行い、
前記第1動作の後に、前記第1センサから前記入力電気信号を提供し、前記第3センサ部から前記出力電気信号を取得する第2動作と、
前記第2動作の後に、前記第2センサから前記入力電気信号を提供し、前記第3センサ部から前記出力電気信号を取得する第3動作と、を行う、請求項10に記載の土壌評価システム。

【請求項12】
前記対象領域は、複数の部分領域を含み、
前記複数の部分領域のそれぞれには、第1重み係数、第2重み係数及び第3重み係数が設定され、
前記制御部は、
前記第1動作の結果として得た前記評価値と前記第1重み係数とを用いて、第1演算値を得る動作と、
前記第2動作の結果として得た前記評価値と前記第2重み係数とを用いて、第2演算値を得る動作と、
前記第3動作の結果として得た前記評価値と前記第3重み係数とを用いて、第3演算値を得る動作と、
前記部分領域ごとに得られた、前記第1演算値、前記第2演算値及び前記第3演算値を用いて、前記部分領域ごとに総合演算値を得る動作と、を行う、請求項11に記載の土壌評価システム。

【請求項13】
前記土壌に配置される一対の電極端を含み、前記入力電気信号を提供可能であると共に前記出力電気信号を取得可能であり、前記第1センサ部及び前記第2センサ部に対して離間する第3センサ部と、
前記土壌に配置される一対の電極端を含み、前記入力電気信号を提供可能であると共に前記出力電気信号を取得可能であり、前記第1センサ部、前記第2センサ部及び前記第3センサ部に対して離間する第4センサ部と、をさらに備え、
前記第1センサ部は、さらに、前記出力電気信号を取得可能であり、
前記第2センサ部は、さらに、前記入力電気信号を提供可能であり、
前記第1センサ部、前記第2センサ部、前記第3センサ部及び前記第4センサ部は、三次元状の領域として規定された対象領域を囲むように配置されている、請求項9に記載の土壌評価システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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