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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024001492
(43)【公開日】2024-01-10
(54)【発明の名称】錐体型プローブ、物性測定装置、土壌物性測定方法
(51)【国際特許分類】
G01N 27/22 20060101AFI20231227BHJP
G01N 27/04 20060101ALI20231227BHJP
【ＦＩ】
G01N27/22 C
G01N27/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022100174
(22)【出願日】2022-06-22
(71)【出願人】
【識別番号】394008846
【氏名又は名称】大起理化工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112689
【弁理士】
【氏名又は名称】佐原 雅史
(74)【代理人】
【識別番号】100128934
【弁理士】
【氏名又は名称】横田 一樹
(72)【発明者】
【氏名】大石 正行
【テーマコード（参考）】
2G060
【Ｆターム（参考）】
2G060AA14
2G060AC01
2G060AF03
2G060AF08
2G060AF11
2G060AG03
2G060AG11
2G060CA01
2G060HA02
2G060HC10
2G060JA03
(57)【要約】
【課題】様々な対象物に対する電気の応答特性を安定的に測定可能にする。
【解決手段】対象物に付与する電気の応答特性を測定するプローブ１０であって、錐体２０と、錐体の錐面の一部に形成される第一電極面３３と、錐面の一部に形成される第二電極面５３と、錐面の一部に形成され、絶縁体によって第一電極面３３と第二電極面５３を隔離させる隔離面４３と、第一電極面に電気的に接続される第一配線と、第二電極面に電気的に接続される第二配線と、を備えるようにした。この第一電極面３３及び第二電極面５３は、第一配線及び第二配線を経由して応答検出装置（信号検出装置２００）に接続可能とした。
【選択図】図１
【解決手段】対象物に付与する電気の応答特性を測定するプローブ１０であって、錐体２０と、錐体の錐面の一部に形成される第一電極面３３と、錐面の一部に形成される第二電極面５３と、錐面の一部に形成され、絶縁体によって第一電極面３３と第二電極面５３を隔離させる隔離面４３と、第一電極面に電気的に接続される第一配線と、第二電極面に電気的に接続される第二配線と、を備えるようにした。この第一電極面３３及び第二電極面５３は、第一配線及び第二配線を経由して応答検出装置（信号検出装置２００）に接続可能とした。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物に付与する電気の応答特性を測定するプローブであって、
錐体と、
前記錐体の錐面の一部に形成される第一電極面と、
前記錐体の錐面の一部に形成される第二電極面と、
前記錐体の錐面の一部に形成され、絶縁体によって前記第一電極面と前記第二電極面を隔離させる隔離面と、
前記第一電極面に電気的に接続される第一配線と、
前記第二電極面に電気的に接続される第二配線と、
を備え、
前記第一電極面及び前記第二電極面は、前記第一配線及び前記第二配線を経由して応答検出装置に接続可能とされることを特徴とする、
錐体型プローブ。
錐体と、
前記錐体の錐面の一部に形成される第一電極面と、
前記錐体の錐面の一部に形成される第二電極面と、
前記錐体の錐面の一部に形成され、絶縁体によって前記第一電極面と前記第二電極面を隔離させる隔離面と、
前記第一電極面に電気的に接続される第一配線と、
前記第二電極面に電気的に接続される第二配線と、
を備え、
前記第一電極面及び前記第二電極面は、前記第一配線及び前記第二配線を経由して応答検出装置に接続可能とされることを特徴とする、
錐体型プローブ。
【請求項2】
少なくとも前記第二電極面及び前記隔離面は、前記錐体の周方向に沿った環形状であることを特徴とする
請求項１に記載の錐体型プローブ。
請求項１に記載の錐体型プローブ。
【請求項3】
前記錐体における軸方向の先端側を前方側、後端側を後方側と定義する際に、
前記錐体は、
該錐体の一部を構成する第一錐体部と、
該錐体の一部を構成し、かつ、前記第一錐体部よりも後方側に位置する第二錐体部と、
該錐体の一部を構成し、かつ、前記第一錐体部と前記第二錐体部の間に介在する隔離錐体部と、を有しており、
前記第一錐体部の錐面に前記第一電極面が形成され、
前記第二錐体部の錐面に前記第二電極面が形成され、
前記隔離錐体部の錐面に前記隔離面が形成されることを特徴とする、
請求項１に記載の錐体型プローブ。
前記錐体は、
該錐体の一部を構成する第一錐体部と、
該錐体の一部を構成し、かつ、前記第一錐体部よりも後方側に位置する第二錐体部と、
該錐体の一部を構成し、かつ、前記第一錐体部と前記第二錐体部の間に介在する隔離錐体部と、を有しており、
前記第一錐体部の錐面に前記第一電極面が形成され、
前記第二錐体部の錐面に前記第二電極面が形成され、
前記隔離錐体部の錐面に前記隔離面が形成されることを特徴とする、
請求項１に記載の錐体型プローブ。
【請求項4】
前記第一錐体部の下底面（以下、第一下底面）から軸方向且つ後方側に延びる棒状の第一軸部を備え、
前記第一軸部が、前記第一配線の少なくとも一部となることを特徴とする、
請求項３に記載の錐体型プローブ。
前記第一軸部が、前記第一配線の少なくとも一部となることを特徴とする、
請求項３に記載の錐体型プローブ。
【請求項5】
前記隔離錐体部は、
前記第一錐体部と軸方向に係合可能な前方係合構造と、
前記第二錐体部と軸方向に係合可能な後方係合構造と、を有することを特徴とする
請求項３に記載の錐体型プローブ。
前記第一錐体部と軸方向に係合可能な前方係合構造と、
前記第二錐体部と軸方向に係合可能な後方係合構造と、を有することを特徴とする
請求項３に記載の錐体型プローブ。
【請求項6】
前記第二錐体部は、軸方向に貫通する孔となる第二軸孔を有しており、
前記第二軸孔の内部に、前記第一配線が通過することを特徴とする、
請求項３に記載の錐体型プローブ。
前記第二軸孔の内部に、前記第一配線が通過することを特徴とする、
請求項３に記載の錐体型プローブ。
【請求項7】
前記第二錐体部の下底面（以下、第二下底面）から軸方向且つ後方側に延びる筒状のシェル部を備え、
前記シェル部が、前記第二配線の少なくとも一部となることを特徴とする、
請求項３に記載の錐体型プローブ。
前記シェル部が、前記第二配線の少なくとも一部となることを特徴とする、
請求項３に記載の錐体型プローブ。
【請求項8】
前記第二錐体部の後方に配置され、絶縁材で構成される基台を備えることを特徴とする
請求項３に記載の錐体型プローブ。
請求項３に記載の錐体型プローブ。
【請求項9】
前記基台の後方側に軸部が接続され、
前記基台によって、前記第二電極面と前記軸部が絶縁されることを特徴とする、
請求項８に記載の錐体型プローブ。
前記基台によって、前記第二電極面と前記軸部が絶縁されることを特徴とする、
請求項８に記載の錐体型プローブ。
【請求項10】
前記電気は、周波信号であることを特徴とする
請求項１に記載の錐体型プローブ。
請求項１に記載の錐体型プローブ。
【請求項11】
前記錐体は、前記対象物に貫入される貫入コーンを兼ねることを特徴とする、
請求項１に記載の錐体型プローブ。
請求項１に記載の錐体型プローブ。
【請求項12】
請求項１に記載の錐体型プローブと、
前記第一配線及び前記第二配線を介して前記錐体型プローブに電気を印加すると共に、前記電気による前記対象物の応答特性を検出する応答検出装置と、
を備えることを特徴とする、
物性測定装置。
前記第一配線及び前記第二配線を介して前記錐体型プローブに電気を印加すると共に、前記電気による前記対象物の応答特性を検出する応答検出装置と、
を備えることを特徴とする、
物性測定装置。
【請求項13】
前記応答検出装置として、
前記第一配線及び前記第二配線を介して前記錐体型プローブに電気信号を印加すると共に、前記錐体型プローブから反射して前記第一配線及び前記第二配線に伝わる前記電気信号を検出する信号検出装置を備えることを特徴とする、
請求項１２に記載の物性測定装置。
前記第一配線及び前記第二配線を介して前記錐体型プローブに電気信号を印加すると共に、前記錐体型プローブから反射して前記第一配線及び前記第二配線に伝わる前記電気信号を検出する信号検出装置を備えることを特徴とする、
請求項１２に記載の物性測定装置。
【請求項14】
前記錐体における軸方向の先端側を前方側、後端側を後方側と定義する際に、
前記錐体型プローブの後方側に同軸状に配置されて、前記錐体型プローブを支持する筒状の軸部が設けられ、
前記軸部の内部に前記応答検出装置が配置されることを特徴とする、
請求項１２に記載の物性測定装置。
前記錐体型プローブの後方側に同軸状に配置されて、前記錐体型プローブを支持する筒状の軸部が設けられ、
前記軸部の内部に前記応答検出装置が配置されることを特徴とする、
請求項１２に記載の物性測定装置。
【請求項15】
前記第一電極面及び／又は前記第二電極面に作用する応力を測定する応力検知装置を備えることを特徴とする、
請求項１２に記載の物性測定装置。
請求項１２に記載の物性測定装置。
【請求項16】
請求項１に記載の錐体型プローブと、
前記第一配線及び前記第二配線を介して前記錐体型プローブに電気を印加すると共に、前記電気による前記対象物の応答特性を検出する応答検出装置と、
前記錐体型プローブが前記対象物に貫入される際の応力を測定する応力検知装置と、
を備えることを特徴とする、
物性測定装置。
前記第一配線及び前記第二配線を介して前記錐体型プローブに電気を印加すると共に、前記電気による前記対象物の応答特性を検出する応答検出装置と、
前記錐体型プローブが前記対象物に貫入される際の応力を測定する応力検知装置と、
を備えることを特徴とする、
物性測定装置。
【請求項17】
地中内の土壌の物性値の測定方法であって、
測定用のプローブを、地中内に進入させる進入工程と、
前記プローブの地表からの深さが互いに異なる複数位置の各々において、前記プローブに対して複数の周波数となる周波信号を印加して該プローブからの反射信号を検出する実測工程と、
を備えることを特徴とする、
土壌物性値測定方法。
測定用のプローブを、地中内に進入させる進入工程と、
前記プローブの地表からの深さが互いに異なる複数位置の各々において、前記プローブに対して複数の周波数となる周波信号を印加して該プローブからの反射信号を検出する実測工程と、
を備えることを特徴とする、
土壌物性値測定方法。
【請求項18】
前記複数位置の各々において、前記反射信号の中から特定の前記周波数を選定する周波数選定工程を備えることを特徴とする、
請求項１７に記載の土壌物性値測定方法。
請求項１７に記載の土壌物性値測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、対象物に付与する電気の応答特性の測定に利用されるプローブ及びこのプローブを利用した物性測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
対象物の物性を得るために、対象物に電気（電力）又は電気信号を印加して、その応答（電流の流れるレベルや、電気信号の反射・伝達）を測定することが行われる。例えば、対象物に直流の電気（電力）を印加して電流値（抵抗）を測定すれば、対象物の電気伝導率を得ることができる。また例えば、対象物に周波信号やパルス信号などの電気信号を印加して、その反射特性及び／又は伝送特性を測定することで、対象物の比誘電率や電気伝導率等を得ることができる。このような対象物の電気の応答特性を測定する装置の一種として、ネットワークアナライザが用いられる。ネットワークアナライザの種類としては、スカラネットワークアナライザやベクトルネットワークアナライザがある。スカラネットワークアナライザは、主に周波信号の振幅を測定する。ベクトルネットワークアナライザは、周波信号の振幅に加えて位相も測定する。
【0003】
ネットワークアナライザを用いて対象物を測定する場合、一般的に、ネットワークアナライザから生成される周波数信号を対象物に入射させる送信側接点（プローブ）と、この周波数信号が対象物を透過（伝送）した後の透過信号（透過応答）を受信してネットワークアナライザに受け渡す受信側接点（プローブ）を対象物に配置することで、測定用の回路網を構築する。なお、透過信号の特性測定が不要の場合は、受信側プローブを省略したオープンエンド形式の回路網とし、送信側接点（プローブ）の反射信号（反射応答）を測定しても良い。
【0004】
ネットワークアナライザによって測定される伝送特性及び／又は反射特性に関する情報をＳパラメータと称する。Ｓパラメータは、主として、伝送特性と反射特性を含む。送信側接点（プローブ）の管理記号を「１」、受信側接点（プローブ）の管理記号を「２」とした場合、反射特性（Ｓ１１）は、送信側接点（プローブ）から対象物に印加された周波数信号が送信側接点（プローブ）に反射される信号特性を意味し、伝送特性（Ｓ２１）は、送信側接点（プローブ）から対象物に印加された周波数信号が受信側接点（プローブ）に伝送される信号特性を意味する。ベクトルネットワークアナライザの場合、各測定値は、いずれも実数と虚数の複素量となっており、複素量から振幅や位相を算出する。
【0005】
Ｓパラメータを利用すると、土壌等の対象物の比誘電率、電気伝導率等の各種物性値を算出することが可能となる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１１－１９１２０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、対象物によっては、送信側接点（プローブ）や受信側接点（プローブ）を、対象物に適切に接触させることが難しい場合がある。プローブが対象物に安定的に接触しないと、ネットワークアナライザによる反射特性又は伝送特性の検出にバラツキが生じやすい。例えば、対象物が粉体や土壌、砂等のような複数粒子の集合体の場合、プローブとの安定した接続態様を創出することが難しい。
【0008】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、様々な対象物に印加される電気の応答特性を測定可能なプローブ等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】
【0009】
上記目的に関連する本発明は、対象物に付与する電気の応答特性を測定するプローブであって、錐体と、前記錐体の錐面の一部に形成される第一電極面と、前記錐体の錐面の一部に形成される第二電極面と、前記錐体の錐面の一部に形成され、絶縁体によって前記第一電極面と前記第二電極面を隔離させる隔離面と、前記第一電極面に電気的に接続される第一配線と、前記第二電極面に電気的に接続される第二配線と、を備え、前記第一電極面及び前記第二電極面は、前記第一配線及び前記第二配線を経由して応答検出装置に接続可能とされることを特徴とする、錐体型プローブである。
【0010】
上記錐体型プローブに関連して、少なくとも前記第二電極面及び前記隔離面は、前記錐体の周方向に沿った環形状であることを特徴としても良い。
【0011】
上記錐体型プローブに関連して、前記錐体における軸方向の先端側を前方側、後端側を後方側と定義する際に、前記錐体は、該錐体の一部を構成する第一錐体部と、該錐体の一部を構成し、かつ、前記第一錐体部よりも後方側に位置する第二錐体部と、該錐体の一部を構成し、かつ、前記第一錐体部と前記第二錐体部の間に介在する隔離錐体部と、を有しており、前記第一錐体部の錐面に前記第一電極面が形成され、前記第二錐体部の錐面に前記第二電極面が形成され、前記隔離錐体部の錐面に前記隔離面が形成されることを特徴としても良い。
【0012】
上記錐体型プローブに関連して、前記第一錐体部の下底面（以下、第一下底面）から軸方向且つ後方側に延びる棒状の第一軸部を備え、前記第一軸部が、前記第一配線の少なくとも一部となることを特徴としても良い。
【0013】
上記錐体型プローブに関連して、前記隔離錐体部は、前記第一錐体部と軸方向に係合可能な前方係合構造と、前記第二錐体部と軸方向に係合可能な後方係合構造と、を有することを特徴としても良い。
【0014】
上記錐体型プローブに関連して、前記第二錐体部は、軸方向に貫通する孔となる第二軸孔を有しており、前記第二軸孔の内部に、前記第一配線が通過することを特徴としても良い。
【0015】
上記錐体型プローブに関連して、前記第二錐体部の下底面（以下、第二下底面）から軸方向且つ後方側に延びる筒状のシェル部を備え、前記シェル部が、前記第二配線の少なくとも一部となることを特徴としても良い。
【0016】
上記錐体型プローブに関連して、前記第二錐体部の後方に配置され、絶縁材で構成される基台を備えることを特徴としても良い。
【0017】
上記錐体型プローブに関連して、前記基台の後方側に軸部が接続され、前記基台によって、前記第二電極面と前記軸部が絶縁されることを特徴としても良い。
【0018】
上記錐体型プローブに関連して、前記電気は、周波信号であることを特徴としても良い。
【0019】
上記錐体型プローブに関連して、前記錐体は、前記対象物に貫入される貫入コーンを兼ねることを特徴としても良い。
【0020】
上記目的に関連する本発明は、上記錐体型プローブと、前記第一配線及び前記第二配線を介して前記錐体型プローブに電気を印加すると共に、前記電気による前記対象物の応答特性を検出する応答検出装置と、を備えることを特徴とする、物性測定装置である。
【0021】
上記物性測定装置に関連して、前記応答検出装置として、前記第一配線及び前記第二配線を介して前記錐体型プローブに電気信号を印加すると共に、前記錐体型プローブから反射して前記第一配線及び前記第二配線に伝わる前記電気信号を検出する信号検出装置を備えることを特徴としても良い。
【0022】
上記物性測定装置に関連して、前記錐体における軸方向の先端側を前方側、後端側を後方側と定義する際に、前記錐体型プローブの後方側に同軸状に配置されて前記錐体型プローブを支持する筒状の軸部が設けられ、前記軸部の内部に前記応答検出装置が配置されることを特徴としても良い。
【0023】
上記物性測定装置に関連して、前記第一電極面及び／又は前記第二電極面に作用する応力を測定する応力検知装置を備えることを特徴としても良い。
【0024】
上記目的に関連する本発明は、上記錐体型プローブと、前記第一配線及び前記第二配線を介して前記錐体型プローブに電気を印加すると共に、前記電気による前記対象物の応答特性を検出する応答検出装置と、前記錐体型プローブが前記対象物に貫入される際の応力を測定する応力検知装置と、を備えることを特徴とする、物性測定装置である。
【0025】
上記目的に関連する本発明は、地中内の土壌の物性値の測定方法であって、測定用のプローブを、地中内に進入させる進入工程と、前記プローブの地表からの深さが互いに異なる複数位置の各々において、前記プローブに対して複数の周波数となる周波信号を印加して該プローブからの反射信号を検出する実測工程と、を備えることを特徴とする、土壌物性値測定方法である。
【0026】
上記土壌物性値測定方法に関連して、前記複数位置の各々において、前記反射信号の中から特定の前記周波数を選定する周波数選定工程を備えることを特徴としても良い。
【発明の効果】
【0027】
本発明によれば、様々な対象物に対して安定した電気信号の応答特性を測定可能となるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明の実施形態にかかる物性測定装置の全体構造を示す正面図である。
【図2】同物性測定装置の錐体型プローブ及び信号検出装置の近傍を拡大して示す正面図である。
【図3】（Ａ）は錐体型プローブの正面拡大図であり、（Ｂ）は同錐体型プローブの正面拡大断面図であり、（Ｃ）は同錐体型プローブの正面分解図である。
【図4】（Ａ）は同錐体型プローブの第一電極体の正面図（中）、上面図（上）、底面図（下）、正面断面図（右）であり、（Ｂ）は同錐体型プローブの隔離体の正面図（中）、上面図（上）、底面図（下）、正面断面図（右）であり、（Ｃ）は同錐体型プローブの第二電極体の正面図（中）、上面図（上）、底面図（下）、正面断面図（右）である。
【図5】（Ａ）は同錐体型プローブの基台の正面図（中）、上面図（上）、底面図（下）、正面断面図（右）であり、（Ｂ）は同錐体型プローブのコネクタ部の正面図（中）、上面図（上）、底面図（下）、正面断面図（右）である。
【図6】同信号検出装置の内部構造を示すブロック図である。
【図7】同物性測定装置の制御装置の内部構造を示すブロック図である。
【図8】（Ａ）は同制御装置の制御プログラムの機能構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は同制御プログラムのフローチャート図である。
【図9】（Ａ）から（Ｃ）は、同物性測定装置の測定手順を示す正面図である。
【図10】同制御装置の制御プログラムの変形例を示すフローチャート図である。
【図11】同物性測定装置の変形例を示す正面図である。
【図12】同物性測定装置の変形例を示す正面図である。
【図13】同錐体型プローブ変形例を示す正面拡大図である。
【図14】同錐体型プローブ変形例を示す（Ａ）正面拡大図、（Ｂ）底面図である。
【図15】同物性測定装置の変形例を示す正面図である。
【図16】同物性測定装置の変形例を示す正面拡大図である。
【図17】同物性測定装置の変形例を示す正面拡大図である。
【図18】同信号検出装置の内部構造の変形例を示すブロック図である。
【図19】（Ａ）及び（Ｂ）は、同物性測定装置の変形例の全体構造を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
本発明の実施形態の物性測定装置について、以下図面を参照して説明する。なお、ここでは、対象物として土壌を測定する場合を例示するが、対象物は土壌に限定されない。
【0030】
図１に実施形態の物性測定装置１の全体像を示す。物性測定装置１は、デジタル土壌硬度計を兼ねるようになっている。この物性測定装置１は、地中内に先端から貫入される円錐体型プローブ１０と、この円錐体型プローブ１０の後方に連続する軸部３００と、軸部３００の後端に配置されて円錐体型プローブ１０が土壌から受ける応力（貫入時反力）を検知する応力検知装置４００と、応力検知装置４００側に配置される操作ハンドル５００と、操作ハンドル５００の近傍に配置される制御装置６００を備える。軸部３００には錘３１０が配置される。応力検知装置４００は例えばロードセルであり、円錐体型プローブ１０から軸部３００に伝達される反力を検出し、その反力データをデジタル値に変換して、通信回線４８０を介して制御装置６００に伝達する。
【0031】
軸部３００内には、円錐体型プローブ１０に電気的に接続される信号検出装置２００が収容されている。信号検出装置２００は、通信回線２８０及び電力供給回線２８２によって制御装置６００と接続される。信号検出装置２００は、円錐体型プローブ１０を介して土壌に印加する直流電気（電力）又は交流電気（電力）の各種応答特性（例えば電気抵抗値、信号反射応答、信号透過応答等）を検出する応答検出装置の一種である。本実施形態の信号検出装置２００は、制御装置６００から通信回線２８０を経て送信される計測指示信号に基づいて、円錐体型プローブ１０を介して土壌に印加される電気信号の応答特性（ここでは反射特性）に関する信号（反射信号）を取得し、更にその反射信号をデジタル変換して、制御装置６００に伝達する。なお、信号検出装置２００は、デジタル信号に変換する際に、例えばＳパラメータのような各種計算を行っても良い。
【0032】
詳細は後述するが、制御装置６００には、高さ方向の変位を検出可能な高さセンサが内蔵されており、地表面Ｕから円錐体型プローブ１０の貫入深度を測定できるようになっている。この高さセンサは、円錐体型プローブ１０、信号検出装置２００等に設けても良い。
【0033】
使用者は、操作ハンドル５００を把持して、軸部３００及び円錐体型プローブ１０が地表面Ｕに対して垂直（または鉛直）となるように物性測定装置１を位置決めし、円錐体型プローブ１０をその突端から地中に貫入させる。応力検知装置４００はいわゆるロードセルであって、貫入深度に連動して、円錐体型プローブ１０に作用する土壌からの反力を、軸部３００を介して検出する。同時に、信号検出装置２００は、貫入深度に連動して、円錐体型プローブ１０を利用して土壌の反射信号（Ｓパラメータ）等を取得する。結果、土壌内における地表面Ｕからの深さ情報と、土壌からの反力情報と、土壌のＳパラメータの３つがリンクした状態で測定できる。
【0034】
なお、応力検知装置４００は、ロードセルの場合を例示したが、例えば図１１に示すように、バネ４０２の伸縮量を利用して反力を検知する構造を採用することもできる。その場合は、バネ４０２の伸縮量を測定可能な変位センサ４０４を利用して、その変位量又は変位量に基づく応力換算値を、通信回線４８０によって制御装置６００に伝達すれば良い。変位センサ４０４ではなく、バネの伸縮量を目視等で判断しても良い。
【0035】
更に、応力検知装置４００は、土壌の硬度を算出する目的の他に、後述する円錐体型プローブ１０における第一電極面３３及び第二電極面５３と測定対象物（土壌）との接触面圧を測定する機能を兼ねている。接触面圧が所定閾値よりも低い場合は、反射信号（Ｓパラメータ）の測定を中断するか、そのデータを除外することで、測定誤差を低減できる。
【0036】
【0037】
円錐体型プローブ１０は、基台７０と、この基台７０に設けられて有頭円錐体（頂点を有する円錐体）形状となる錐体２０と、コネクタ部８０を有する。この錐体２０は、土壌硬度を測定するための貫入コーンを兼ねる。錐体２０の形状は様々選択できるが、本実施形態では、日本土壌肥料学会監修の土壌環境分析法における貫入式土壌硬度計法に適合させており、ＳＲ－ＩＩ型土壌抵抗測定器の貫入コーンに一致させている。即ち、先端角度は３０度、下底面の正円面積が２ｃｍ２に設定され、軸部３００の直径は１２ｍｍに設定される。また例えば、山中式硬度計に適合させる場合、錐体２０の先端角度は１２度４０分、下底面の正円直径１８ｍｍとなる。更に、公益社団法人地盤工学会の地盤調査方法となるポータブルコーン貫入試験に適合させる場合、錐体２０の先端角度は３０度、下底面の正円直径２８．６ｍｍに設定され、軸部３００の直径は１６ｍｍに設定される。また、簡易動的コーン貫入試験におけるスウェーデン式サウンディング試験に適合させる場合、例えば、錐体２０の先端角度は６０度、下底面の正円直径２５ｍｍ、軸部３００の直径は１６ｍｍとなる。また更に、電気式コーン貫入試験に適合させる場合、錐体２０の先端角度は６０度、下底面の正円直径３５．３ｍｍ～３６．０ｍｍ、軸部３００の直径は３５．３ｍｍ～３６．０ｍｍとなる。国立研究開発法人土木研究所の土検棒貫入試験に適合させる場合、例えば、錐体２０の先端角度は６０度、下底面の正円直径１５ｍｍ、軸部３００の直径は１０ｍｍとなる。つまり、錐体２０の先端角度は、１０度以上７０度以下の範囲に設定されることが好ましい。また、軸部３００の直径は１０ｍｍ以上が望ましく、４０ｍｍ以下が望ましい。また、軸部３００の長さは１５ｃｍが望ましく、３０ｃｍ以上が更に好ましい。なお、本実施形態では、錐体２０が有頭円錐体形状（頂点を有する円錐体形状）となる場合を例示するが、本発明はこれに限定されず、切頭円錐体形状（頂点を有しない円錐台形状）であっても良い。また、円錐体に限られず、三角錐、四角錐等の角錐体形状であっても良い。
【0038】
図３及び図４に示すように、錐体２０を構成する部品として、第一電極体３０、隔離体４０、第二電極体５０を有する。つまり、錐体２０を全体錐体とする場合、第一電極体３０、隔離体４０、第二電極体５０は、全体錐体の一部を構成する部分錐体となる。なお、以降、方向や向きを説明する際に、錐体２０の軸方向の先端側（使用態様では下側）を前方、軸方向の後端側（使用態様では上側）を後方と称する場合がある。
【0039】
（第一電極体）
【0040】
図４（Ａ）に示すように、第一電極体３０は、導電性を有する金属（例えばステンレス）で構成されており、第一錐体部３２及び第一軸部３６を有する。第一錐体部３２は、有頭円錐体形状（頂点を有する円錐体形状）となっており、その円錐面の全体が、土壌と接触する第一電極面３３となる。第一電極面３３の表面積は、後述する第二電極面５３と同じに設定される。第一電極面３３は、円錐底辺近傍において周方向に帯状に延びる環状領域Ｋ１を含んでいる（図３（Ｃ）参照）。なお、ここでは第一錐体部３２が、有頭円錐体形状の場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、切頭円錐体形状（頂点を有しない円錐（台形状）であっても良い。また、第一錐体部３２の形状は、円錐体に限られず、三角錐、四角錐等の角錐体形状であっても良い。
【0041】
第一軸部３６は、第一錐体部３２の第一下底面３４から後方に連続して延びる断面円形の棒状部材となる。第一軸部３６は、第一錐体部３２の中心軸と同軸状に配置される。第一軸部３６の少なくとも後端を含む後端近傍領域は筒状になっており、その内部空間３６Ａには、コネクタ部８０の第一配線Ｔ１（中心コンタクト部８４）の先端が挿入されて、電気的に接続される（図３（Ｂ）参照）。従って、第一軸部３６は、第一電極面３３に周波信号を案内する第一配線Ｔ１の一部を担っている（図６参照）。
【0042】
第一軸部３６の周囲には、雄ねじ３６Ｂが形成されており、隔離体４０の雌ねじ４６Ａと螺合する。第一軸部３６の雄ねじ３６Ｂと隔離体４０の雌ねじ４６Ａの螺合によって、隔離体４０が、前方の第一電極体３０と軸方向に係合する前方係合構造Ｊ１が構成される（図３（Ｂ）参照）。なお、前方係合構造Ｊ１の結合方式は、ねじ構造に限定されず、爪係合、段差係合、ピン係合、圧入係合（摩擦係合）など、様々な結合構造を採用し得る。
【0043】
第一錐体部３２の第一下底面３４は、隔離体４０の隔離側上底面４５と当接しており、第一電極面３３が土壌から受ける軸方向反力を、隔離体４０に伝達する役割を担う。第一下底面３４と隔離側上底面４５の微細隙間からの水の浸入を防止するため、これらの間に防水材（例えば、防水絶縁接着剤やシール材）を介在させたり、塗布したりすることが好ましい。
【0044】
なお、本実施形態では、第一電極体３０に第一軸部３６が形成され、この第一軸部３６が隔離体４０に挿入されて、前方係合構造Ｊ１を実現する構造となるが、本発明はこれに限定されず、隔離体４０が、前方側に延びる前方側軸部を備えるようにし、この前方側軸部が第一電極体３０内に挿入されて前方係合構造Ｊ１を実現しても良い。
【0045】
（第二電極体）
【0046】
図４（Ｃ）に示すように、第二電極体５０は、導電性を有する金属（例えばステンレス）で構成されており、第二錐体部５２を有する。第二錐体部５２は、切頭円錐体形状（頂点を有さない円錐台形状）となっており、その円錐面の全体が、土壌と接触する第二電極面５３となる。第二電極面５３は、第二錐体部５２の中心軸周りに帯状に延びる環状領域Ｋ２となる（図３（Ｃ）参照）。第二錐体部５２の軸長（錐体の高さ）は、第一錐体部３２の軸長（錐体の高さ）よりも小さく設定される。これにより、第二電極面５３の軸方向の距離（環状領域Ｋ２の軸方向帯幅Ｗ２）は、第一電極面３３の軸方向距離よりも小さい。本実施形態では、第二電極面５３の表面積は、第一電極面３３と同じに設定される。なお、第二錐体部５２の形状は、円錐台に限られず、三角錐台、四角錐台等の角錐台形状であっても良い。
【0047】
第二錐体部５２は、軸方向に貫通する孔となる第二軸孔５７を有する。第二軸孔５７は、第二錐体部５２の中心軸と同軸状に形成され、その両端は、第二上底面５５及び第二下底面５４に開口する。第二軸孔５７の内周面には、雌ねじ５７Ａが形成されており、隔離体４０の隔離軸部４７の後方雄ねじ４７Ａと螺合する。第二錐体部５２の雌ねじ５７Ａと、隔離体４０の後方雄ねじ４７Ａの螺合によって、隔離体４０が、後方の第二電極体５０と軸方向に係合する後方係合構造Ｊ２が構成される（図３（Ｂ）参照）。なお、後方係合構造Ｊ２の結合方式は、ねじ構造に限定されず、爪係合、段差係合、ピン係合、圧入係合（摩擦係合）など、様々な結合構造を採用し得る。
【0048】
第二軸孔５７は、第一電極体３０まで周波信号を案内する第一配線Ｔ１（中心コンタクト部８４）が通過する場所を兼ねている。具体的には、絶縁体となる隔離軸部４７が、第二軸孔５７と第一配線Ｔ１の間に介在することで、両者が絶縁隔離される。
【0049】
第二錐体部５２の第二上底面５５は、隔離体４０の隔離側下底面４４に当接しており、ここから伝達される土壌の軸方向反力を受け止める役割を担う。第二上底面５５と隔離側下底面４４の微細隙間からの水の浸入を防止するため、これらの間に防水材（例えば、防水絶縁接着剤やシール材）を介在させたり、塗布したりすることが好ましい。第二錐体部５２の第二下底面５４は、基台７０に当接しており、第二上底面５５が受け止めた土壌の軸方向反力を基台７０に伝達する役割を担う。第二下底面５４と基台７０の微細隙間からの水の浸入を防止するため、これらの間に防水材（例えば、防水絶縁接着剤やシール材）を介在させたり、塗布したりすることが好ましい。
【0050】
第二錐体部５２の第二下底面５４には、周方向に沿って等間隔となる複数箇所（ここでは四箇所）に、コネクタ係合部５４Ａが形成される。コネクタ係合部５４Ａは、凹形状（くぼみ）となっており、コネクタ部８０のベース８２に形成される係合突起８９と周方向に係合する（図３（Ｂ）参照）。また、コネクタ係合部５４Ａとコネクタ部８０の係合突起８９の当接によって、電気的な接続を確保する。更に、第二下底面５４は、コネクタ部８０のベース８２と当接することで、同様に電気的な接続を確保する役割を担う。なお、コネクタ係合部５４Ａ及び／又はベース８２は、第二下底面５４に対してハンダ等によって固定しても良い。コネクタ部８０のベース８２及び係合突起８９は、第二配線Ｔ２の一部を構成する（図６参照）。
【0051】
第二錐体部５２の第二下底面５４には、第二軸孔５７を周方向に等間隔で取り囲む複数箇所（ここでは四箇所）に、雌ねじ穴５４Ｂが形成される。この雌ねじ穴５４Ｂと、基台７０の複数箇所に貫通形成されるねじ用孔７８の位置を合わせた状態で、後方から前方に向かって有頭ねじ９０を挿入し、雌ねじ穴５４Ｂと螺合させることで、第二電極体５０と基台７０が軸方向及び周方向に連結される。つまり、雌ねじ穴５４Ｂ、ねじ用孔１３及び有頭ねじ９０が、基台１２と第二電極体５０を係合させる基台係合構造Ｊ３を構成する（図３（Ｂ）参照）。なお、基台係合構造Ｊ３の結合方式は、ねじ構造に限定されず、爪係合、段差係合、ピン係合、圧入係合（摩擦係合）など、様々な結合構造を採用し得る。
【0052】
なお、本実施形態では、第二電極体５０の第二軸孔５７の内周面に、隔離体４０の隔離軸部４７が挿入されて、後方係合構造Ｊ２を実現する構造となるが、本発明はこれに限定されない。第二電極５０が、前方側に延びる前方側軸部を備えるようにし、この前方側軸部が、隔離体４０に形成される凹部内に挿入されて後方係合構造Ｊ２を実現しても良い。
【0053】
（隔離体）
【0054】
図４（Ｂ）に示すように、隔離体４０は、絶縁材（例えばポリ塩化ビニル等のプラスチック等の樹脂）で構成され、隔離錐体部４２及び隔離軸部４７を有する。
【0055】
隔離錐体部４２は、切頭円錐体形状（頂点を有さない円錐台形状）となっており、その円錐面の全体が、土壌と接触する隔離面４３となる。隔離面４３は、隔離錐体部４２の中心軸周りに帯状に延びる環状領域Ｋ３となる（図３（Ｃ）参照）。この隔離面４３は、第一電極面３３と第二電極面５３を電気的に隔離する（絶縁する）役割を担う。隔離錐体部４２の形状は、円錐台に限られず、三角錐台、四角錐台等の角錐台形状であっても良い。隔離面４３の軸方向の距離（軸方向帯幅Ｗ３）は、第一電極面３３の軸方向距離よりも小さい。同様に隔離面４３の軸方向の距離（軸方向帯幅Ｗ３）は、第二電極面５３の軸方向距離（軸方向帯幅Ｗ２）よりも小さい。隔離面４３の面積は、第一電極面３３の面積よりも小さい。同様に隔離面４３の面積は、第二電極面５３の面積よりも小さい。
【0056】
隔離軸部４７は、隔離錐体部４２の隔離側下底面４４から後方に連続して延びる断面円形の棒状部材となる。隔離軸部４７は、隔離錐体部４２の中心軸と同軸状に配置される。隔離錐体部４２及び隔離軸部４７の双方には、全体を軸方向に貫通する共通孔となる隔離用軸孔４６が形成されており、この内周面に雌ねじ４６Ａが形成される。隔離用軸孔４６には、第一電極体３０の第一軸部３６が挿入され、その雄ねじ３６Ｂと雌ねじ４６Ａが螺合する。第一軸部３６の雄ねじ３６Ｂと隔離体４０の雌ねじ４６Ａの螺合によって、隔離体４０が、前方の第一電極体３０と軸方向に係合する前方係合構造Ｊ１が構成される（図３（Ｂ）参照）。この隔離用軸孔４６は、第一電極体３０まで周波信号を案内する第一配線Ｔ１（中心コンタクト部８４）が通過する場所を兼ねている。また、第一配線Ｔ１（中心コンタクト部８４）が、絶縁材となる隔離体４０に囲われているので、第二電極体５０と絶縁隔離される。なお、第一電極体３０の第一軸部３６の軸長は、隔離錐体部４２の軸長（錐体高さ）よりも大きく設定される。結果、第一軸部３６は、隔離錐体部４２を貫通して、隔離軸部４７の内部まで挿入される。
【0057】
隔離軸部４７の周囲には雄ねじ４７Ａが形成されており、第二電極体５０の第二軸孔５７に挿入されて、その雌ねじ５７Ａと螺合する。隔離軸部４７の雄ねじ４７Ａと第二電極体５０の雌ねじ５７Ａの螺合によって、隔離体４０が、隔離体４０が、後方の第二電極体５０と軸方向に係合する後方係合構造Ｊ２が構成される（図３（Ｂ）参照）。隔離錐体部４２の隔離側上底面４５は、第一電極体３０の第一下底面３４から伝達される土壌の軸方向反力を受け止める役割を担う。隔離錐体部４２の隔離側下底面４４は、隔離側上底面４５が受け止めた土壌の軸方向反力を、第二電極体５０に伝達する役割を担う。
【0058】
（基台）
【0059】
図５（Ａ）に示すように、基台７０は、絶縁材（例えばポリ塩化ビニル等のプラスチック等の樹脂）で構成され、縮径部７４及び連結軸部７６を有する。
【0060】
縮径部７４は、切頭円錐体形状（頂点を有さない円錐台形状）となっているが、その頂点は、後方側に向かう。縮径部７４における円錐台形状の下底面７５は、第二電極体５０の第二下底面５４のほぼ全体を覆う。結果、下底面７５は、第二電極体５０から伝達される土壌の軸方向反力を受け止める役割を担う。縮径部７４における円錐台形状の上底面は、そのまま連結軸部７６に繋がる。つまり、縮径部７４は、第二電極体５０の第二下底面５４を覆って絶縁機能を発揮すると同時に、基台７０全体を、第二下底面５４よりも小径となる連結軸部７６まで縮径させる役割を担う。ここでは円錐台形状によって、徐々に縮径させているが、円盤形状等による段差で階段状に縮径させても良い。
【0061】
連結軸部７６は、第二電極体５０の第二下底面５４よりも小径となる断面正円形の軸（棒）部材となる。連結軸部７６は、縮径部７４の中心軸と同軸状に配置される。連結軸部７６の外周面には雄ねじ７６Ａが形成される。図３（Ｂ）に示すように、円筒状の軸部３００の内周面の先端近傍には雌ねじ３１０Ａが形成される。連結軸部７６は、軸部３００内に挿入されることで、雌ねじ３１０Ａと雄ねじ７６Ａが螺合する。つまり、連結軸部７６の雄ねじ７６Ａと軸部３００の雌ねじ３１０Ａの螺合によって、円錐体型プローブ１０が、軸部３００と軸方向に係合する軸係合構造Ｊ４が構成される。軸係合構造Ｊ４の結合方式は、ねじ構造に限定されず、爪係合、段差係合、ピン係合、圧入係合（摩擦係合）など、様々な結合構造を採用し得る。
【0062】
縮径部７４及び連結軸部７６には、全体を軸方向に貫通する孔となる配線用軸孔７７が形成される。配線用軸孔７７内には、コネクタ部８０の中心コンタクト部８４及びシェル部８６の双方が同軸状に挿入される。なお、シェル部８６は第二配線Ｔ２の一部を構成し、中心コンタクト部８４は第一配線Ｔ１の一部を構成する（図６参照）。
【0063】
縮径部７４の下底面７５の中央には、ベース収容凹部７５Ａが形成される。本実施形態では、ベース収容凹部７５Ａが正方形の窪みとなっており、配線用軸孔７７と連通する。このベース収容凹部７５Ａに、コネクタ部８０のベース８２が収容される。結果、ベース８２が、基台７０と第二電極体５０によって軸方向に挟持される。なお、ベース収容凹部７５Ａの深さは、ベース８２の肉厚と同じ又は多少小さく設定されることで、基台７０と第二電極体５０が結合される際に、ベース８２を第二電極体５０側に押圧させることもできる。
【0064】
縮径部７４及び連結軸部７６には、配線用軸孔７７を周方向に等間隔で取り囲む複数箇所（ここでは四箇所）に、全体を軸方向に貫通するねじ用孔７８が形成される。第二電極体５０の雌ねじ穴５４Ｂと、基台７０のねじ用孔７８の位置を合わせた状態で、後方から前方に向かって有頭ねじ９０を挿入し、雌ねじ穴５４Ｂと螺合させることで、第二電極体５０と基台７０が軸方向及び周方向に連結される。
【0065】
縮径部７４の周囲に形成される円錐面の少なくとも一部は、軸部３００の先端面と接触する。また、同円錐面の残部は、外部に露出される後方隔離面７３となる。後方隔離面７３は、縮径部７４の中心軸周りに帯状に延びる環状領域Ｋ４となる（図３（Ｃ）参照）。この後方隔離面７３は、第二電極面５３と軸部３００を電気的に隔離する（絶縁する）役割を担う。なお、縮径部７４の形状は、円錐台に限られず、円柱（円盤）形状であっても良い。
【0066】
（コネクタ部）
【0067】
図５（Ｂ）に示すように、コネクタ部８０は、同軸ケーブルが接続可能な同軸コネクタ構造となっており、本実施形態ではＳＭＡ規格のレセプタクル構造となる。なお、同軸コネクタの規格は、ＳＭＡ以外にも、ＢＮＣ規格、ＴＮＣ規格、Ｎ規格、ＳＭＢ規格、ＳＭＣ規格等を採用できる。更に、コネクタ部８０は、インピーダンスが整合していればどのような形状でもよい。また、レセプタクル構造ではなく、プラグ構造を採用しても良い。
【0068】
コネクタ部８０は、方形板状で内部に開孔８２Ａが形成される導電性のベース８２と、ベース８２の後方面に立設される導電性且つ円筒形状のシェル部８６と、シェル部８６の内部に同軸状に配置される導電性且つ棒形状の中心コンタクト部８４と、シェル部８６の内周面と中心コンタクト部８４の外周面の隙間に配置される筒形状の絶縁部８３を有する。ベース８２の開孔８２Ａとシェル部８６の内周面は連続面となっている。絶縁部８３は、シェル部８６の内周面に保持される。中心コンタクト部８４は、絶縁部８３の内周面に保持される。絶縁部８３によって、シェル部８６と中心コンタクト部８４は絶縁隔離される。
【0069】
シェル部８６の外周面には雌ねじ８６Ａが形成される。雌ねじ８６Ａは、これに接続される相手側コネクタ（信号検出装置２００の伝送コネクタ部２７０）のＳＭＡプラグ規格の雄ねじと螺合する。ベース８２の前方面の四隅には、軸方向に突出する係合突起８９が形成される。係合突起８９は、第二電極体５０の第二下底面５４に形成されるコネクタ係合部５４Ａと係合する。ベース８２の前方面は、第二電極体５０の第二下底面５４に当接して電気的に接続される。中心コンタクト部８４の前方端は、第一電極体３０の第一軸部３６の内部空間３６Ａに収容されて、電気的に接続される（図３（Ｂ）参照）。
【0070】
コネクタ部８０におけるシェル部８６、ベース８２及び係合突起８９は、第二電極体５０に接続される第二配線Ｔ２の一部となる。中心コンタクト部８４は、第一電極体３０に接続される第一配線Ｔ１の一部となる。なお、本実施形態では、第一配線Ｔ１が、パルス状又は周波状の電気信号を第一電極体３０に供給する信号供給配線となり、第二配線Ｔ２が、第二電極体５０を基準電位とするためのグランド（ＧＮＤ）配線となる。つまり、第一配線Ｔ１及び第二配線Ｔ２は、パルス状又は周波状の電気信号及びその反射信号が伝達される信号伝送経路Ｄとなる（図６参照）。
【0071】
なお、本実施形態では、シェル部８６が、コネクタ部８０の一部となる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば第二電極体５０の第二錐体部５２の第二下底面５４から、シェル部８６が一体的に後方に延びるようにしても良い。つまり、シェル部８６は第二配線Ｔ２の一部を構成し、第一配線Ｔ１の周囲を取り囲めば十分であり、コネクタとして機能しない場合を含む。
【0072】
（信号検出装置）
【0073】
図６に示すように、信号検出装置２００は、各種電子部品及び電気回路によって構成されており、電力供給回線２８２に接続されて外部から電力供給を受ける電源部２０５と、パルス信号又は周波信号等の電気信号を発生する信号発生部２１０と、信号発生部２１０からの電気信号を伝送コネクタ部２７０まで案内する信号伝送経路Ｄと、信号伝送経路Ｄの途中に設けられて、同信号伝送経路Ｄを流れる電気信号を受信する信号受信部２２０と、信号受信部２２０が受信したアナログ受信信号をデジタル受信信号に変換するＡＤ変換部２５０と、ＡＤ変換部２５０によって変換されたデジタル受信信号を利用して、信号の各種特性値（例えばＳパラメータ）を計算してパラメータ情報を生成する計算部２５５と、デジタル受信信号及び／又はパラメータ情報を通信回線２８０に出力すると共に、外部からの命令信号を受信する入出力部２６０を有する。信号受信部２２０は、信号発生部２１０からの伝送コネクタ部２７０に向かって流れる伝送側電気信号と、伝送コネクタ部２７０から信号発生部２１０に向かって流れる反射側電気信号の少なくとも一方を受信するようになっており、ここでは双方を受信する。
【0074】
本実施形態では、伝送コネクタ部２７０は同軸コネクタ構造（ＳＭＡ規格のプラグ構造）となっており、コネクタ部８０に接続される。なお、これらの各機能部品は、電源部２０５の電力によって動作する。
【0075】
計算部２５５は、制御装置６００からの命令信号を参照して、信号発生部２１０や信号受信部２２０を制御する役割も兼ねる。計算部２５５は、例えばマイクロコントローラ（ＭＰＵ）であり、機能ブロックとして、特性値計算処理部２５５Ａと周波数掃引処理部２５５Ｂを有する。特性値計算処理部２５５Ａは、ＡＤ変換部２５０によって変換されたデジタル受信信号を利用して、信号の各種の特性値（例えばＳパラメータ）を計算してパラメータ情報を生成する。なお、更に特性値計算処理部２５５Ａは、算出したパラメータ情報を利用して、更に土壌の物性値（比誘電率や電気伝導率）を計算することもできる。周波数掃引処理部２５５Ｂは、単位測定処理の間で、信号発生部２１０が生成する電気信号の周波数を多段に変更したり、周波数を掃引させたりする。これにより、組成や体積含水率が未知となる地中の土壌に対して、様々な周波数の電気信号によって各種特性値（例えばＳパラメータ）を計算できるので、その測定結果の中から、事後的に最適な周波数を選定できることになる。なお、この計算部２５５の全部又は一部は、制御装置６００側に設けることもできる。
【0076】
信号発生部２１０は、ＴＤＲ法（時間領域反射法）による測定のためのステップパルス形電気信号や、Ｓパラメータ測定のための様々な周波数となる周波形電気信号を生成できる。周波形の電気信号の周波を、例えば電波分類で表現する場合、本信号発生部２１０は、長波帯域（３０ｋＨｚから３００ｋＨｚ）、中波帯域（３００ｋＨｚから３ＭＨｚ）、短波帯域（３ＭＨｚから３０ＭＨｚ）、超短波帯域（３０ＭＨｚから０．３ＧＨｚ）、マイクロ波帯域（０．３ＧＨｚ以上）の少なくとも一部、好ましくは全部の電気信号を生成できることが好ましい。特に本実施形態の信号発生部２１０では、マイクロ波帯域、とりわけ、０．３ＧＨｚから３ＧＨｚの極超短波帯域の電気信号の少なくとも一部を生成できるので、高精度に物性を測定できる点に特徴がある。なお、本実施形態の信号発生部２１０は、５０ｋＨｚのから１．５ＧＨｚの周波数の信号を生成できるようになっている。
【0077】
信号受信部２２０は、詳細に、信号伝送経路Ｄを流れる伝送側電気信号を分離するパワースプリッタとなる伝送信号分離部２３０と、伝送信号分離部２３０によって分離された伝送側電気信号を受信する伝送信号受信部２３５と、信号伝送経路Ｄを流れる反射側電気信号を分離する方向性結合器となる反射信号分離部２４０と、反射信号分離部２４０によって分離された反射側電気信号を受信する反射信号受信部２４５を備える。伝送信号受信部２３５及び反射信号受信部２４５が受信した各アナログ受信信号はＡＤ変換部２５０によってデジタル受信信号に変換される。
【0078】
なお、本実施形態の信号検出装置２００は、上記回路構造によってスカラネットワークアナライザ又はベクトルネットワークアナライザとして機能させる場合を例示しているが、本発明はこれに限定されず、他の構造によって信号受信部を構成させることもできる。また、本実施形態の信号検出装置２００の信号受信部２２０は、伝送側電気信号と反射側電気信号を別々に分離して受信する場合を例示したが、デジタル・オシロスコープ回路等のように、伝送側電気信号と反射側電気信号が混在した状態で同時受信することもできる。また、Ｓパラメータを計算してパラメータ情報を生成する計算部２５５の一部又は全部の機能は、後述する制御装置６００側に設けても良い。
【0079】
本実施形態では、信号検出装置２００と円錐体型プローブ１０が、同軸ケーブル構造で電気的に接続される場合を例示するが、本実施形態はこれに限定されず、非同軸状の配線で接続しても良い。
【0080】
なお、信号検出装置２００は、必要に応じて適宜校正される。校正手法としては、例えば、SOLT（Short-Open-Load-Thru）校正、Offset Short校正、LRL（Line-Reflect-Line）/TRL（Thru-Reflect-Line）/LRM(Line-Reflect-Match）校正等を採用できる。
【0081】
（制御装置）
【0082】
図７に示すように、制御装置６００は、いわゆる計算機であり、ＣＰＵ６４１と、ＲＡＭ６４２と、ＲＯＭ６４３と、入力装置６４４と、表示装置６４５と、高さセンサ６４６と、電源６４７と、入出力インターフェース６４８と、バス６４９とを備える。
【0083】
ＣＰＵ６４１は、いわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて各種機能を実現する。ＲＡＭ６４２は、いわゆるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）であり、ＣＰＵ６４１の作業領域として使用される。ＲＯＭ６４３は、いわゆるＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）であり、ＣＰＵ６４１で実行される基本ＯＳや各種プログラム（例えば、測定プログラム）を記憶する。
【0084】
入力装置６４４は、ボタンやタッチパネル式の入力キーやキーボード、マウスであり、各種情報を入力する。表示装置６４５は、ディスプレイであり、各種測定進捗や測定結果を表示する。高さセンサ６４６は、加速度プローブやＧＰＳセンサ、ジャイロセンサ等によって、物性測定装置１（円錐体型プローブ１０）の高さを検出する。
【0085】
電源６４７は、各部品が動作するするための電力を供給する。入出力インターフェース６４８は、電力供給回線２８２及び通信回線２８０が接続されており、電源６４７から信号検出装置２００及び応力検知装置４００を動作させるための電力を供給したり、信号検出装置２００及び応力検知装置４００を制御するための制御信号を出力したり、信号検出装置２００及び応力検知装置４００から送信されるデジタル信号が入力されたりする。バス６４９は、ＣＰＵ６４１、ＲＡＭ６４２、ＲＯＭ６４３、入力装置６４４、表示装置６４５、高さセンサ６４６、電源６４７、入出力インターフェース４４８などを一体的に接続して通信を行う配線である。
【0086】
ＲＯＭ６４３に記憶された基本ＯＳや各種プログラム（土壌測定プログラム）が、ＣＰＵ６４１によって実行されると、図８（Ａ）に示す機能ブロックが実装される。
【0087】
即ち、制御装置６００は、機能ブロックとして、高さ判定部６６０、Ｓパラメータ取得部６６２、物性変換部６６４、硬度取得部６６６、データ表示部６６８、周波数選定部６６９を有する。
【0088】
高さ判定部６６０は、測定開始時を基準高さとして、物性測定装置１の高さ（円錐体型プローブ１０の地表面Ｕからの深さ）を判定して、一定の間隔（例えば１ｃｍ間隔）となる所定深さに到達する都度、測定実行命令を生成する。
Ｓパラメータ取得部６６２は、高さ判定部６６０からの測定実行命令に基づいて、信号検出装置２００を制御し、土壌のＳパラメータ情報を取得する。Ｓパラメータ取得部６６２は、信号検出装置２００の計算部２５５に掃引命令を発することで、１度の測定サイクル中に、複数種類の周波数或いは所定帯域幅で掃引させることが好ましい。地中に存在する土壌の場合、その土質や含水量が未知であることから、測定時の電気信号の最適周波数が不明な場合が多い。従って、Ｓパラメータ取得部６６２は、様々な土壌に対応可能な複数周波数又は帯域幅のＳパラメータ情報を信号検出装置２００から取得しておく。
周波数選定部６６９は、掃引周波数帯域の全てのＳパラメータ情報を参照して、事後的に、最適周波数を決定して、対応するＳパラメータを確定させる。なお、複数周波数又は帯域幅の一部には、マイクロ波帯域を含めることが好ましい。
Ｓパラメータ取得部６６２は、高さ判定部６６０からの測定実行命令に基づいて、信号検出装置２００を制御し、土壌のＳパラメータ情報を取得する。Ｓパラメータ取得部６６２は、信号検出装置２００の計算部２５５に掃引命令を発することで、１度の測定サイクル中に、複数種類の周波数或いは所定帯域幅で掃引させることが好ましい。地中に存在する土壌の場合、その土質や含水量が未知であることから、測定時の電気信号の最適周波数が不明な場合が多い。従って、Ｓパラメータ取得部６６２は、様々な土壌に対応可能な複数周波数又は帯域幅のＳパラメータ情報を信号検出装置２００から取得しておく。
周波数選定部６６９は、掃引周波数帯域の全てのＳパラメータ情報を参照して、事後的に、最適周波数を決定して、対応するＳパラメータを確定させる。なお、複数周波数又は帯域幅の一部には、マイクロ波帯域を含めることが好ましい。
【0089】
物性変換部６６４は、周波数選定部６６９で選定されるＳパラメータ情報を利用して、土壌の各種物性値（例えば、比誘電率や含水率）等を算出する。なお、ここでは、周波数選定部６６９が、物性変換分６６４における変換処理の前に、事前に最適な周波数を特定してＳパラメータ情報を絞り込む場合を例示するが、本発明はこれに限定されない。例えば、周波数を掃引させて得られる全てのＳパラメータ情報に基づいて、土壌の各種物性値（例えば、比誘電率や含水率）も全て計算できる。その結果、周波数に依存して変動する土壌の各種物性値が得られるので、周波数選定部６６９は、その物性値の中から、最適な物性値（最適な周波数）を事後的に決定しても良い。
【0090】
硬度取得部６６６は、高さ判定部６６０からの測定実行命令に基づいて、応力検知装置４００からの応力情報を取得し、土壌の硬度を算出する。データ表示部６６８は、地中深さに対応させて、土壌の各種物性値及び硬度値を表示装置６４５に表示させる。
【0091】
物性変換部６６４における詳細な計算ブロックは以下の通りとなる。
【0092】
（１）Ｙパラメータ計算部
Ｙパラメータ計算部６６４Ａでは、Ｓパラメータ（散乱行列）からＹパラメータ（アドミッタンス行列）を計算する。本実施形態は、土壌に対して第一電極体３０及び第二電極体５０による信号入力側のみが存在するので、ＳパラメータにおけるＳ１２、Ｓ２１、Ｓ２２は０となり、反射特性（Ｓ１１）を利用した計算となる。具体的に、Ｙパラメータは、出力信号側が短絡状態と仮定した入力側アドミッタンス特性（Ｙ１１）を計算する。この場合の計算式は、Ｙ１１＝（１－Ｓ１１）／（１＋Ｓ１１）となる。なお、Ｙパラメータ（アドミッタンス行列）は、Ｚパラメータ（インピーダンス行列）の逆行列であるため、ＳパラメータからＺパラメータを算出し、このＺパラメータからＹパラメータを計算しても良い。
Ｙパラメータ計算部６６４Ａでは、Ｓパラメータ（散乱行列）からＹパラメータ（アドミッタンス行列）を計算する。本実施形態は、土壌に対して第一電極体３０及び第二電極体５０による信号入力側のみが存在するので、ＳパラメータにおけるＳ１２、Ｓ２１、Ｓ２２は０となり、反射特性（Ｓ１１）を利用した計算となる。具体的に、Ｙパラメータは、出力信号側が短絡状態と仮定した入力側アドミッタンス特性（Ｙ１１）を計算する。この場合の計算式は、Ｙ１１＝（１－Ｓ１１）／（１＋Ｓ１１）となる。なお、Ｙパラメータ（アドミッタンス行列）は、Ｚパラメータ（インピーダンス行列）の逆行列であるため、ＳパラメータからＺパラメータを算出し、このＺパラメータからＹパラメータを計算しても良い。
【0093】
（２）基準比例定数・基準浮遊容量計算部
基準比例定数・基準浮遊容量計算部６６４Ｂでは、誘電率が既知となる２つの基準対象物（例えば、空気（誘電率ε＝１）と水（誘電率ε＝７８／水温２５度時））のＹパラメータを実測して、静電容量法から、基準比例定数Ｃ０と基準浮遊容量Ｃｒを算出する。
基準比例定数・基準浮遊容量計算部６６４Ｂでは、誘電率が既知となる２つの基準対象物（例えば、空気（誘電率ε＝１）と水（誘電率ε＝７８／水温２５度時））のＹパラメータを実測して、静電容量法から、基準比例定数Ｃ０と基準浮遊容量Ｃｒを算出する。
【0094】
Ｙ１１の実部と虚部をＹ１１＝Ｇ＋ｊＢ（Ｇ：コンダクタンス、Ｂ：サセプタンス）と定義した場合、これをコンダクタンスＧとキャパシタンスＣｐの関係に置き換えると、Ｙ１１＝Ｇ＋ｊωＣｐの関係となる。コンダクタンスＧは、基準対象物の電気伝導率に関連する値となり、キャパシタンスＣｐは基準対象物の比誘電率に関連する値となる。ここでは、Ｙパラメータ計算部６６４Ａを利用して、基準対象物のＹパラメータを算出することで、キャパシタンスＣｐ（空気）と、キャパシタンスＣｐ（水）を取得し、これらのキャパシタンスと誘電率の関係から得られる、Ｃｐ（空気）＝ε（空気）＊Ｃ０＋Ｃｒ、Ｃｐ（水）＝ε（水）＊Ｃ０＋Ｃｒ の２式を演算して、基準比例定数Ｃ０と基準浮遊容量Ｃｒを算出する。この計算結果を制御装置６００のメモリに保存する。
【0095】
（３）比誘電率及び電気伝導率計算部
比誘電率及び電気伝導率計算部６６４Ｃでは、Ｙパラメータ計算部６６４Ａから得られる測定対象物となる土壌のＹパラメータ（Ｙ１１）と、基準比例定数・基準浮遊容量計算部６６４Ｂによって保存される基準比例定数Ｃ０と基準浮遊容量Ｃｒから、土壌の比誘電率と電気伝導率を算出する。土壌のＹ１１の実部と虚部をＹ１１＝Ｇ＋ｊＢ（Ｇ：コンダクタンス、Ｂ：サセプタンス）と定義した場合、これをコンダクタンスＧとキャパシタンスＣｐの関係に置き換えると、Ｙ１１＝Ｇ（土壌）＋ｊωＣｐ（土壌）となる。このコンダクタンスＧ（土壌）は、土壌の電気伝導率ｋ（土壌）に関連する値となり、キャパシタンスＣｐ（土壌）は、土壌の比誘電率ε'（土壌）に関連する値となる。基準比例定数Ｃ０と基準浮遊容量Ｃｒを利用すると、比誘電率ε'（土壌）＝（Ｃｐ（土壌）－Ｃｒ）／Ｃ０、電気伝導率ｋ（土壌）＝ε０＊Ｇ（土壌）／Ｃ０ （ε０：真空の誘電率）いう関係式が得られるので、これにより比誘電率ε'（土壌）、電気伝導率ｋ（土壌）を算出する。なお、ここでは特に図示しないが、比誘電率及び／又は電気伝導率計算部から、土壌の体積含水率を計算することもできる。
比誘電率及び電気伝導率計算部６６４Ｃでは、Ｙパラメータ計算部６６４Ａから得られる測定対象物となる土壌のＹパラメータ（Ｙ１１）と、基準比例定数・基準浮遊容量計算部６６４Ｂによって保存される基準比例定数Ｃ０と基準浮遊容量Ｃｒから、土壌の比誘電率と電気伝導率を算出する。土壌のＹ１１の実部と虚部をＹ１１＝Ｇ＋ｊＢ（Ｇ：コンダクタンス、Ｂ：サセプタンス）と定義した場合、これをコンダクタンスＧとキャパシタンスＣｐの関係に置き換えると、Ｙ１１＝Ｇ（土壌）＋ｊωＣｐ（土壌）となる。このコンダクタンスＧ（土壌）は、土壌の電気伝導率ｋ（土壌）に関連する値となり、キャパシタンスＣｐ（土壌）は、土壌の比誘電率ε'（土壌）に関連する値となる。基準比例定数Ｃ０と基準浮遊容量Ｃｒを利用すると、比誘電率ε'（土壌）＝（Ｃｐ（土壌）－Ｃｒ）／Ｃ０、電気伝導率ｋ（土壌）＝ε０＊Ｇ（土壌）／Ｃ０ （ε０：真空の誘電率）いう関係式が得られるので、これにより比誘電率ε'（土壌）、電気伝導率ｋ（土壌）を算出する。なお、ここでは特に図示しないが、比誘電率及び／又は電気伝導率計算部から、土壌の体積含水率を計算することもできる。
【0096】
図７（Ｂ）に土壌測定プログラムのフローチャートを示し、図８にその実測態様を示す。図８（Ａ）に示すように、円錐体型プローブ１０の地表面Ｕに接触させた状態で測定開始ボタンを押すと、ステップＳ１００で測定が開始され、その高さ情報が基準位置（０点深さ）となる。その後、図８（Ｂ）に示すように、測定者が、円錐体型プローブ１０を地中に貫入させると、ステップＳ１０２において、円錐体型プローブ１０が所定の第ｎ深さ（例えば第１深さ）に到達したか否かを判定する。第ｎ深さに到達していない場合は（ＮＯ）、このステップＳ１０２を繰り返す。一方、ステップＳ１０２で第ｎ深さに到達したと判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１０４に進んで土壌のＳパラメータを測定し、かつ、ステップＳ１０６に進んで土壌の硬度を測定する。この際、制御装置６００は、表示画面のアラートや音声によって、第ｎ深さに到達したことを測定者に報知しても良い。測定者は、第ｎ深さ到達に関する報知を受けた段階で地中への貫入を一時停止しても良い。第ｎ深さにおける測定終了後は、ステップＳ１０８に進み、第ｎ値をｎ＋１に更新してから、ステップＳ１０２に戻る。この際、制御装置６００は、表示画面のアラートや音声によって、前回の測定（第ｎ深さの測定）が終了したことを測定者に報知してもよく、報知を受けた測定者は、図８（Ｃ）に示すように、円錐体型プローブ１０の地中への貫入を再開できる。ステップＳ１０２では、次の第ｎ深さ（例えば第２深さ）に到達したか否かを判定し、到達した場合には、ステップＳ１０４～ステップＳ１０８を繰り返す。なお、第ｎ深さの設定値は、事前に設定された深さテーブル情報を利用してもよく、また、単位深さ値Ｈ（例えば５ｃｍ間隔）等の設定情報を利用して、地表面Ｕからの判定深さとしてｎ＊Ｈ（ｃｍ）を採用しても良い。
【0097】
図９に土壌測定プログラムの変形例のフローチャートを示す。ここでは、測定者が一定の速度（例えば２ｃｍ／秒）で、円錐体型プローブ１０を地中に貫入させる場合を例示する。測定者が測定開始ボタンを押すと、ステップＳ２００で測定が開始され、プログラムのサイクル周期（例えば０．５秒）に従って、ステップＳ２０２で円錐体型プローブ１０の地中深さ情報を取得し、ステップＳ２０４で土壌のＳパラメータを測定し、ステップＳ２０６で土壌の硬度を測定し、ステップＳ２０８で深さ情報とＳパラメータ情報と硬度情報を紐づけた状態で、そのデータを保存していく。つまり、図９の土壌測定プログラムの場合、いわゆるロギング方式によって、単位時間毎に、深さ情報とＳパラメータ情報と硬度情報を常にデータ収集することができる。
【0098】
本実施形態の物性測定装置１によれば、円錐体型プローブ１０の錐面の一部に形成される第一電極面３３及び第二電極面５３を、土壌に押し付けながら、土壌に電気信号を印加して物性値を測定できる。結果、土壌の反射信号の測定精度を高めることが可能となっている。この際、錐面の一部に、第一電極面３３及び第二電極面５３を絶縁隔離する隔離面４３が存在するので、第一電極面３３と第二電極面５３の短絡が抑止され、一層、反射信号の測定精度を高めることが可能となる。
【0099】
とりわけ、本実施形態では、第一電極面３３、第二電極面５３及び隔離面４３が、錐面の周方向に沿った環形の領域を含む。従って、土壌に電気信号を印加する際における、周方向の角度依存特性を低減でき、測定者による測定作業のバラツキを抑制できる。
【0100】
円錐体型プローブ１０において、第一電極体３０の第一錐体部３２、隔離体４０の隔離錐体部４２、第二電極体５０の第二錐体部５２が、先端から後端に向かってこの順に連結される。同時に、隔離錐体部４２は、第一錐体部３２と軸方向に係合可能な前方係合構造Ｊ１と、第二錐体部５２と軸方向に係合可能な後方係合構造Ｊ２を有している。従って、円錐体型プローブ１０に作用する土壌からの外力を、第一錐体部３２、隔離錐体部４２及び第二錐体部５２の各々が受け止めながらも、全体が一体化されているので、円錐体型プローブ１０の剛性や耐久性を高めることができる。
【0101】
第一電極体３０の第一錐体部３２は、その第一下底面３４から軸方向且つ後方側に延びる棒状の第一軸部３６を備えており、この第一軸部３６が第一配線Ｔ１の少なくとも一部となる。また第二電極体５０の第二錐体部５２には、第二軸孔５７が形成されており、第二軸孔５７内に第一配線Ｔ１（第一軸部３６）が通過している。このように、第一配線Ｔ１が、円錐体型プローブ１０の内部を通過する構造にすることで、第一配線Ｔ１を伝達する電気信号が外乱を受けにくい。特に、第二軸孔５７内に第一配線Ｔ１（第一軸部３６）が通過する際は、絶縁体となる隔離軸部４７を介在している。結果、土壌の反射信号の測定精度を、より一層高めることが可能となっている。
【0102】
また第二電極体５０の後方には、絶縁材で構成される基台７０が配置され、この基台７０を介して、軸部３００が連結されている。これにより、第二電極体５０と軸部３００が絶縁される。更に、第二電極体５０に接続される第二配線Ｔ２（コネクタ部８０のシェル部８６）が、基台７０の内部に形成される配線用軸孔７７を通過する。第二配線Ｔ２が、基台７０の内部を通過する構造にすることで、第二配線Ｔ２を伝達する電気信号（基準電位）が外乱を受けにくい。結果、土壌の反射信号の測定精度を、より一層高めることが可能となっている。
【0103】
本物性測定装置１では、信号検出装置２００の信号発生部２１０が周波信号（とりわけマイクロ波帯域の周波信号）を生成できる。結果、信号検出装置２００は、高周波信号の反射特性を検出できるので、様々な土壌（対象物）に対して最適な周波数を選定できるので、より精度の高いＳパラメータを測定できる。
【0104】
本物性測定装置１では、信号検出装置２００が、軸部３００内に収容されており、円錐体型プローブ１０との距離が短縮される。これにより、信号検出装置２００の全部又は一部は、測定中に地中に進入する。結果、信号伝送経路Ｄが短いので、伝送中の電気信号の外乱が抑制され、測定精度を高めることができる。なお、信号発生部２１０から第一電極面３３及び第二電極面５３までの信号伝送経路Ｄの距離は２０ｃｍ以下が望ましく、より望ましくは１０ｃｍ以下とする。
【0105】
信号検出装置２００が軸部３００に収容される結果、信号検出装置２００全体も、軸部３００によって外部からシールドされるので、外乱の影響を低減できる。更に信号検出装置２００では、測定結果をデジタル変換してから、制御装置６００に送信しているので、通信回線２８０におけるノイズの影響を回避できる。
【0106】
本物性測定装置１の応力検知装置４００が、円錐体型プローブ１０における第一電極面３３及び第二電極面５３と測定対象物（土壌）との接触面圧を測定することができるので、接触面圧が所定閾値よりも低い場合は、反射信号（Ｓパラメータ）の測定を中断するか、そのデータを除外することで測定誤差を低減できる。
【0107】
本物性測定装置１では、円錐体型プローブ１０が、土壌の硬度を測定するための貫入コーンを兼ねているので、応力検知装置４００によって土壌の硬度を算出できる。従って、一度の貫入測定動作で、土壌の硬度と、土壌の物性値（比誘電率や電気伝導率）を同時測定できる。
【0108】
（実施形態の変形例）
【0109】
本実施形態では、信号検出装置２００が軸部３００内に収容される場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１２に示すように、信号検出装置２００を、軸部３００の外側（ここでは軸部３００の後端側）に配置しても良い。この場合、円錐体型プローブ１０と信号検出装置２００を、軸部３００内に挿入される同軸ケーブル２９０で接続すれば良い。
【0110】
また本実施形態では、第一電極体３０の第一錐体部３２（第一電極面３３）が有頭円錐体形状となって、円錐体型プローブ１０の錐体２０の突端まで延びる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１３に示すように、第一錐体部３２が円錐台形状としてもよい。この場合は、第一電極体３０の前方に、絶縁体で構成される前方側隔離体９００を設けることが好ましい。
【0111】
また本実施形態では、第一電極面３３及び／又は第二電極面５３が、錐体２０の錐面の周方向に沿った環形の領域を含む場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１４に示すように、第一電極体３０、隔離体４０、第二電極体５０が、錐体２０の一部であって非環状となる範囲を占めるようにしても良い。この場合は、錐体２０の錐面に形成される第一電極面３３と第二電極面５３を、軸方向から視た場合に、特定の直径に対して線対称となることが望ましい。
【0112】
更に本実施形態では、信号検出装置２００の計算部２５５が、反射信号の特性値としてＳパラメータを計算する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＴＤＲ法（時間領域反射法）としての時間領域計算を実行してもよい。この場合、信号発生部２１０は、ＴＤＲ法の為のステップパルス形電気信号を発生してもよい。一方、周波数を掃引することで得られるＳパラメータ（Ｓ１１）を、逆フーリエ変換処理することで、周波数基準の反射特性を、時間領域基準の反射特性に変換して、時間領域基準の反射特性を計算してもよい。
【0113】
また、本実施形態では、信号検出装置２００が、電気信号を印加した際の土壌の反射特性を測定する場合を例示するが、本発明はこれに限定されない。例えば図１５に示すように、一対の円錐体型プローブ１０を対象物に接触させて、一方の円錐体型プローブ１０から他方の円錐体型プローブ１０に伝達される電信信号（矢印Ｚ参照）の伝達特性を取得してもよい。このようにすると、Ｓパラメータ、Ｚパラメータ、Ｙパラメータ等における伝達特性を計算することも可能となり、また、時間領域透過法（ＴＤＴ法）による計算も可能となる。更に、本実施形態では、電気信号として交流電気信号を印加する場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、第一電極面と第二電極面に直流の電気信号を印加し、応答検出装置によってその電流値（抵抗成分）を測定することで、対象物の電気伝導率を測定することもできる。
【0114】
更に、本実施形態では、円錐体型プローブ１０が、第一電極面３３（第一電極体３０）及び第二電極面５３（第二電極体５０）の２つの電極面（電極体）を有する場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、３個以上の電極面（電極体）を備えるようにしても良い。例えば図１６に示すように、円錐体型プローブ１０が、第一電極面３３１（第一電極体３０１）、第一隔離面４３１（第一隔離体４０１）及び第二電極面５３１（第二電極体５０１）を有する第一グループＧ１の錐体と、第一電極面３３２（第一電極体３０２）、第二隔離面４３２（第二隔離体４０２）及び第二電極面５３２（第二電極体５０２）を有する第二グループＧ２の錐体を備えるようにしてもよい。この場合、第一グループＧ１に対しては、第一信号伝送経路Ｄ１（第一配線Ｔ１１、第二配線Ｔ２１）を設け、第二グループＧ２に対しては、第二信号伝送経路Ｄ２（第一配線Ｔ１２、第二配線Ｔ２２）を設けることができる。また、第一グループＧ１と第二グループＧ２を軸方向に並列させる際、その間に中間隔離面４３Ｔ（中間隔離体４０Ｔ）を設けることができる。この円錐体型プローブ１０によれば、例えば、第一グループＧ１の第一信号伝送経路Ｄ１に電気信号を供給した場合において、第二グループＧ２の第二信号伝送経路Ｄ２への透過信号を検出することができる。
【0115】
また、図１７及び図１８に示す変形例の物性測定装置１のように、軸部３００や円錐体型プローブ１０の内部又はその近傍に、サーミスタ等によって構成される温度センサ２９０を配置することが好ましい。この変形例では、熱伝導性の高い金属で構成される第二電極体３０に、温度センサ２９０を接触させることで、対象物（土壌）の温度を間接的に計測しているが、温度センサ２９０を対象物（土壌）に直接接触させても良い。この温度センサ２９０の配線は、基台７０に形成される配線孔７０Ｘを経由して、信号検出装置２００に接続される。同様に、軸部３００や円錐体型プローブ１０の内部又はその近傍に、傾斜センサ２９２を配置することが好ましい。この変形例では、信号検出装置２００の基板に傾斜センサ２９２を実装されている。図１８に示すように、信号検出装置２００における信号受信部２２０は、温度センサ２９０の検出信号（電流値や抵抗値）を受信する温度信号受信部２８０と、傾斜センサ２９２の検出信号を受信する傾斜信号受信部２８２を有することが好ましい。これらの信号は、必要に応じて、ＡＤ変換部２５０によってデジタル受信信号に変換されて、入出力部２８０から通信回線２８０に送信される。この物性測定装置１によれば、対象物の温度を同時に測定することができ、更に、物性測定装置１の姿勢変化を同時測定できる。例えば、測定時に、円錐体型プローブ１０や軸部３００の中心軸が鉛直方向に対して傾斜しているか否かを検知することもできる。
【0116】
また、本実施形態では、物性測定装置１が土壌硬度計を兼ねる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示す変形例の物性測定装置１では、円錐体型プローブ１０を地中の任意深さに固定的に埋設しておき、円錐体型プローブ１０が、土壌の物性値の経時的な変化を測定する。この場合、制御装置６００は、いわゆるデータロガーとして機能しており、更に、無線通信部９９０によって、外部通信端末（図示省略）と無線通信さることも望ましい。このようにすると、遠隔で、土壌の物性値の経時的な変化を測定・監視・記録可能となる。この物性測定装置１では、図１７及び図１８で示した温度センサ２９０や傾斜センサ２９２を備えることが好ましい。傾斜センサ２９２から得られる円錐体型プローブ１０の角度変動データは、地盤の斜面崩壊等の予知に活用できる。図１９（Ｂ）のように、軸部を省略して、地中に埋設される円錐体型プローブ１０及び信号検出装置２００と、地上に設置される制御装置６００を、通信回線２８０及び電力供給回線２８２で接続しても良い。
【0117】
尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【0118】
１ 物性測定装置
１０ 円錐体型プローブ
２０ 錐体
３０ 第一電極体
３２ 第一錐体部
３３ 第一電極面
３６ 第一軸部
４０ 隔離体
４２ 隔離錐体部
４３ 隔離面
４６ 隔離用軸孔
４７ 隔離軸部
５０ 第二電極体
５２ 第二錐体部
５３ 第二電極面
５７ 第二軸孔
７０ 基台
７４ 縮径部
７６ 連結軸部
８０ コネクタ部
８２ ベース
８３ 絶縁部
８４ 中心コンタクト部
８６ シェル部
２００ 信号検出装置（応答検出装置）
２０５ 電源部
２１０ 信号発生部
２２０ 信号受信部
２３０ 伝送信号分離部
２３５ 伝送信号受信部
２４０ 反射信号分離部
２４５ 反射信号受信部
２５０ ＡＤ変換部
２５５ 計算部
２６０ 入出力部
２８０ 通信回線
２８２ 電力供給回線
２９０ 温度センサ
２９２ 傾斜センサ
３００ 軸部
４００ 応力検知装置
４８０ 通信回線
５００ 操作ハンドル
６００ 制御装置
６４４ 入力装置
６４５ 表示装置
６４６ 高さセンサ
６４７ 電源
６６０ 判定部
６６２ Ｓパラメータ取得部
６６４ 物性変換部
６６４ 物性変換分
６６４Ａ Ｙパラメータ計算部
６６４Ｂ 基準比例定数・基準浮遊容量計算部
６６４Ｃ 電気伝導率計算部
６６６ 硬度取得部
６６８ データ表示部
６６９ 周波数選定部
Ｄ 信号伝送経路
Ｊ１ 前方係合構造
Ｊ２ 後方係合構造
Ｊ３ 基台係合構造
Ｊ４ 軸係合構造
Ｋ１～Ｋ４ 環状領域
１０ 円錐体型プローブ
２０ 錐体
３０ 第一電極体
３２ 第一錐体部
３３ 第一電極面
３６ 第一軸部
４０ 隔離体
４２ 隔離錐体部
４３ 隔離面
４６ 隔離用軸孔
４７ 隔離軸部
５０ 第二電極体
５２ 第二錐体部
５３ 第二電極面
５７ 第二軸孔
７０ 基台
７４ 縮径部
７６ 連結軸部
８０ コネクタ部
８２ ベース
８３ 絶縁部
８４ 中心コンタクト部
８６ シェル部
２００ 信号検出装置（応答検出装置）
２０５ 電源部
２１０ 信号発生部
２２０ 信号受信部
２３０ 伝送信号分離部
２３５ 伝送信号受信部
２４０ 反射信号分離部
２４５ 反射信号受信部
２５０ ＡＤ変換部
２５５ 計算部
２６０ 入出力部
２８０ 通信回線
２８２ 電力供給回線
２９０ 温度センサ
２９２ 傾斜センサ
３００ 軸部
４００ 応力検知装置
４８０ 通信回線
５００ 操作ハンドル
６００ 制御装置
６４４ 入力装置
６４５ 表示装置
６４６ 高さセンサ
６４７ 電源
６６０ 判定部
６６２ Ｓパラメータ取得部
６６４ 物性変換部
６６４ 物性変換分
６６４Ａ Ｙパラメータ計算部
６６４Ｂ 基準比例定数・基準浮遊容量計算部
６６４Ｃ 電気伝導率計算部
６６６ 硬度取得部
６６８ データ表示部
６６９ 周波数選定部
Ｄ 信号伝送経路
Ｊ１ 前方係合構造
Ｊ２ 後方係合構造
Ｊ３ 基台係合構造
Ｊ４ 軸係合構造
Ｋ１～Ｋ４ 環状領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】