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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-31
(45)【発行日】2022-09-08
(54)【発明の名称】水分計測装置
(51)【国際特許分類】
G01N 22/04 20060101AFI20220901BHJP
G01N 22/00 20060101ALI20220901BHJP
G01R 29/08 20060101ALI20220901BHJP
【ＦＩ】
G01N22/04 Z
G01N22/00 W
G01N22/00 F
G01R29/08 F
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2019522019
(86)(22)【出願日】2018-04-18
(86)【国際出願番号】 JP2018016007
(87)【国際公開番号】W WO2018221051
(87)【国際公開日】2018-12-06
【審査請求日】2021-03-30
(31)【優先権主張番号】P 2017109917
(32)【優先日】2017-06-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニーグループ株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003339
【氏名又は名称】特許業務法人南青山国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100104215
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100196575
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 満
(74)【代理人】
【識別番号】100168181
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 哲平
(74)【代理人】
【識別番号】100117330
【弁理士】
【氏名又は名称】折居 章
(74)【代理人】
【識別番号】100160989
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 正好
(74)【代理人】
【識別番号】100168745
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 彩子
(74)【代理人】
【識別番号】100176131
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 慎太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100197398
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 絢子
(74)【代理人】
【識別番号】100197619
【弁理士】
【氏名又は名称】白鹿 智久
(72)【発明者】
【氏名】山田 篤
(72)【発明者】
【氏名】吉満 匡平
(72)【発明者】
【氏名】三田 宏幸
(72)【発明者】
【氏名】飯田 幸生
(72)【発明者】
【氏名】小林 誠司
(72)【発明者】
【氏名】廣井 聡幸
【審査官】田中 秀直
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－０２７６６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１９４０２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１７３９９８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２２／００ー２２／０４
Ｇ０１Ｒ ２９／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
送信部と、
受信部と、
前記送信部から放射され、前記送信部と前記受信部との間の媒質中を伝搬し、前記受信部で受信された、電磁波の特性を評価する信号処理部を支持し、配線層を有する基板と、を備え、
前記評価に基づいて前記媒質に含まれる水分量を計測する水分計測装置であって、
前記水分計測装置は、
前記送信部を有する第１プローブと、
前記受信部を有する第２プローブと、
前記第１プローブと前記第２プローブとの間を連結し前記送信部と前記受信部とを所定の距離を隔てて相互に対向させる支持部と、を備え、
前記第１プローブは、
第１信号線と、
前記第１信号線の周囲を覆う第１シールド層と、
電磁波を吸収する材料を含み、かつ、前記第１信号線および前記第１シールド層の延在方向に沿って配置され、かつ、前記第１信号線と前記第１シールド層とを併せたその周囲を被覆する第１電磁波吸収層と、を有し、
前記送信部は、前記第１電磁波吸収層から露出する前記第１シールド層と、当該第１シールド層から露出する前記第１信号線とにより形成され、
前記第２プローブは、
第２信号線と、
前記第２信号線の周囲を覆う第２シールド層と、
電磁波を吸収する材料を含み、かつ、前記第２信号線および前記第２シールド層の延在方向に沿って配置され、かつ、前記第２信号線と前記第２シールド層とを併せたその周囲を被覆する第２電磁波吸収層と、を有し、
前記受信部は、前記第２電磁波吸収層から露出する前記第２シールド層と、該第２シールド層から露出する前記第２信号線とにより形成され、
前記第１信号線と、前記第１シールド層と、前記第２信号線と、前記第２シールド層と、のいずれもが、前記配線層を介して、前記信号処理部に接続されている、
水分計測装置。
【請求項2】
前記第１プローブと前記第２プローブの少なくとも一方は、ストリップラインまたはマイクロストリップラインで構成される、請求項１に記載の水分計測装置。
【請求項3】
前記第１プローブと前記第２プローブは、相互に平行に延在している、請求項１に記載の水分計測装置。
【請求項4】
前記送信部と、前記受信部は、電磁波透過性の保護部材で被覆されている、請求項１に記載の水分計測装置。
【請求項5】
前記送信部から放射される前記電磁波の周波数は、500MHz以上8GHz以下である、請求項１に記載の水分計測装置。
【請求項6】
前記水分計測装置は、前記送信部から放射する前記電磁波を作り出す信号発生器をさらに備え、前記信号発生器は、前記電磁波の周波数が掃引されている前記電磁波を作り出す、
請求項１に記載の水分計測装置。
【請求項7】
前記信号発生器は、前記周波数が所定の大きさで段階的に変化した電磁波を作り出す、請求項６に記載の水分計測装置。
【請求項8】
前記媒質に含まれる前記水分量を求めるために評価する、前記電磁波の特性は、前記伝搬中に発生した伝搬遅延に関する特性である、請求項１に記載の水分計測装置。
【請求項9】
前記信号処理部は、直交検波器をさらに備え、前記直交検波器は、前記受信部で受信された前記電磁波に対して、直交検波を行う、
請求項１に記載の水分計測装置。
【請求項10】
前記水分計測装置は、温度検出部または電気伝導度検出部もしくはpH検出部の少なくとも一つをさらに備える、請求項１に記載の水分計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、土壌などの媒質中の水分量を測定するためのセンサ装置、水分量測定装置、水分量測定方法、情報処理装置および情報処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
媒質中の水分量測定方法として、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）法が知られている。この方法は、媒質中に埋め込んだ金属プローブに沿って電磁波を送り、その反射応答をもとに測定された比誘電率から媒質中の水分量を算出するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平１０－９０２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、ＴＤＲ法では、プローブ近傍の媒質の電磁波伝搬特性から比誘電率を計測しているため、プローブ近傍に生じる空隙の影響を大きく受け、正しい比誘電率を測定できないという問題がある。
【0005】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、媒質の比誘電率又は水分量の測定精度を向上させることができるセンサ装置、水分量測定装置、水分量測定方法、情報処理装置および情報処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本技術の一形態に係るセンサ装置は、センサヘッドと、測定ユニットとを具備する。
上記センサヘッドは、送信用の第１のアンテナ部を有する第１のプローブと、上記第１のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第２のアンテナ部を有する第２のプローブとを含む。
上記測定ユニットは、上記第１及び第２のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する信号生成部を有する。
上記センサヘッドは、送信用の第１のアンテナ部を有する第１のプローブと、上記第１のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第２のアンテナ部を有する第２のプローブとを含む。
上記測定ユニットは、上記第１及び第２のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する信号生成部を有する。
【0007】
上記センサ装置は、電磁波の送信と受信をそれぞれ担う第１及び第２のプローブ間の媒質中での電磁波の伝搬特性を取得する。第１及び第２のプローブ間の距離を各プローブ近傍に生じる空隙よりも充分に大きくすることで、当該空隙が比誘電率又は水分量の測定に与える影響を無視できるほど小さくすることができる。
上記センサ装置は、第１及び第２のアンテナ部を介して電磁波を送受信するため、プローブの共振による測定精度の低下を抑制する。
上記センサ装置は、第１及び第２のアンテナ部を介して電磁波を送受信するため、プローブの共振による測定精度の低下を抑制する。
【0008】
上記第１及び第２のプローブは、芯線部とシールド部とを有する同軸ケーブルで構成されてもよい。この場合、上記第１及び第２のアンテナ部を、上記シールド部の一部に設けられた開口部として構成することができる。
これにより、アンテナ部を有するプローブの構成を簡素化することができる。
これにより、アンテナ部を有するプローブの構成を簡素化することができる。
【0009】
上記第１及び第２のプローブは、上記芯線部の終端部と上記シールド部との間に電気的に接続された終端抵抗をそれぞれ有してもよい。
これにより、プローブ終端における送受信信号の不要反射が防止される。
これにより、プローブ終端における送受信信号の不要反射が防止される。
【0010】
上記センサヘッドは、電磁波吸収材をさらに有してもよい。上記電磁波吸収材は、上記第１及び第２のプローブに設けられ、上記開口部の周辺の上記シールド部を被覆する。
これにより開口部以外の領域からの送受信信号の漏洩が抑制される。
これにより開口部以外の領域からの送受信信号の漏洩が抑制される。
【0011】
上記電磁波吸収材は、フェライトを含んでもよい。
【0012】
上記センサヘッドは、第１のアーム部と、第２のアーム部と、上記第１及び第２のアーム部を連結する連結部とを含む支持基板をさらに有し、上記第１及び第２のプローブは、上記第１及び第２のアーム部にそれぞれ設けられたストリップ線路で構成されてもよい。
これにより、センサヘッドの構成の簡素化、堅牢化が可能となり、取り扱い性の向上を図ることができる。
これにより、センサヘッドの構成の簡素化、堅牢化が可能となり、取り扱い性の向上を図ることができる。
【0013】
この場合、上記測定ユニットは、上記連結部に搭載されてもよい。
これにより、センサヘッドと測定ユニットとを一体的に構成することが可能となる。
これにより、センサヘッドと測定ユニットとを一体的に構成することが可能となる。
【0014】
上記センサヘッドは、温度検出部をさらに有してもよい。上記温度検出部は、上記第１及び第２のプローブの少なくとも一方に設けられ、上記媒質の温度を検出することが可能に構成される。
これにより、測定データの補正に用いる媒質の温度情報を取得することができる。
これにより、測定データの補正に用いる媒質の温度情報を取得することができる。
【0015】
上記センサヘッドは、電気伝導度検出部をさらに有してもよい。上記電気伝導度検出部は、上記第１及び第２のプローブの少なくとも一方に設けられ、上記媒質の電気伝導度を検出することが可能に構成される。
これにより、測定データの補正に用いる媒質の電気伝導度情報を取得することができる。
これにより、測定データの補正に用いる媒質の電気伝導度情報を取得することができる。
【0016】
上記信号生成部は、信号発生器と、検波器とを有してもよい。上記信号発生器は、上記第１のプローブに所定周波数のパルス信号を入力する。上記検波器は、上記第２のプローブの出力を直交検波する。
これにより、プローブ間を伝搬する電磁波の伝搬遅延時間に関する情報を生成することができる。
これにより、プローブ間を伝搬する電磁波の伝搬遅延時間に関する情報を生成することができる。
【0017】
上記測定ユニットは、上記測定信号を情報処理装置へ送信することが可能に構成された通信部をさらに有してもよい。
これにより、観測地とは異なる場所に配置された情報処理装置へ測定信号を提供することができる。
これにより、観測地とは異なる場所に配置された情報処理装置へ測定信号を提供することができる。
【0018】
本技術の一形態に係る水分量測定装置は、センサヘッドと、測定部と、信号処理部とを具備する。
上記センサヘッドは、送信用の第１のアンテナ部を有する第１のプローブと、上記第１のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第２のアンテナ部を有する第２のプローブとを含む。
上記測定部は、上記第１及び第２のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する。
上記信号処理部は、上記測定信号に基づいて、上記媒質中の水分量を測定する。
上記センサヘッドは、送信用の第１のアンテナ部を有する第１のプローブと、上記第１のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第２のアンテナ部を有する第２のプローブとを含む。
上記測定部は、上記第１及び第２のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する。
上記信号処理部は、上記測定信号に基づいて、上記媒質中の水分量を測定する。
【0019】
上記信号処理部は、遅延時間算出部と、比誘電率算出部と、水分量算出部とを有してもよい。上記遅延時間算出部は、上記測定信号に基づいて上記第１及び第２のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出する。上記比誘電率算出部は、上記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出する。上記水分量算出部は、上記比誘電率に基づいて上記媒質中の水分量を算出する。
【0020】
上記センサヘッドは、上記媒質の温度を検出することが可能に構成された温度検出部をさらに有し、上記信号処理部は、上記温度検出部の出力に基づいて上記水分量を補正するように構成されてもよい。
【0021】
上記センサヘッドは、上記媒質の電気伝導度を検出することが可能に構成された電気伝導度検出部をさらに有し、上記信号処理部は、上記電気伝導度検出部の出力に基づいて上記水分量を補正するように構成されてもよい。
【0022】
本技術の一形態に係る水分量測定方法は、媒質中に配置された第１のプローブの第１のアンテナ部から送信された電磁波を、上記第１のプローブと所定の距離をおいて上記媒質中に配置された第２のプローブの第２のアンテナ部で受信することで、上記電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成することを含む。
上記測定信号に基づいて、上記媒質中の水分量が測定される。
上記測定信号に基づいて、上記媒質中の水分量が測定される。
【0023】
上記水分量の測定は、上記測定信号に基づいて測定された上記電磁波の伝搬遅延時間を算出し、上記伝搬遅延時間に基づいて上記媒質の比誘電率を算出し、上記比誘電率に基づいて上記媒質中の水分量を算出することを含んでもよい。
【0024】
上記媒質は、土壌であってもよい。
【0025】
本技術の一形態に係る情報処理装置は、遅延時間算出部と、比誘電率算出部と、水分量算出部とを具備する。
上記遅延時間算出部は、媒質中に配置された第１のプローブの第１のアンテナ部から送信され、上記第１のプローブと所定の距離をおいて上記媒質中に配置された第２のプローブのアンテナ部で受信された電磁波に基づいて、上記第１及び第２のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出する。
上記比誘電率算出部は、上記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出する。
上記水分量算出部は、上記比誘電率に基づいて上記媒質中の水分量を算出する。
上記遅延時間算出部は、媒質中に配置された第１のプローブの第１のアンテナ部から送信され、上記第１のプローブと所定の距離をおいて上記媒質中に配置された第２のプローブのアンテナ部で受信された電磁波に基づいて、上記第１及び第２のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出する。
上記比誘電率算出部は、上記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出する。
上記水分量算出部は、上記比誘電率に基づいて上記媒質中の水分量を算出する。
【0026】
本技術の一形態に係る情報処理方法は、媒質中に配置された第１のプローブの第１のアンテナ部から送信され、上記第１のプローブと所定の距離をおいて上記媒質中に配置された第２のプローブの第２のアンテナ部で受信された電磁波に基づいて、上記第１及び第２のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出することを含む。
上記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率が算出される。
上記比誘電率に基づいて上記媒質中の水分量が算出される。
上記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率が算出される。
上記比誘電率に基づいて上記媒質中の水分量が算出される。
【発明の効果】
【0027】
以上のように、本技術によれば、媒質の比誘電率又は水分量の測定精度を向上させることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本技術の第１の実施形態に係るセンサ装置を備えた水分量測定装置の概略構成図である。
【図2】上記水分量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図3】上記水分量測定装置における測定ユニットの構成を示すブロック図である。
【図4】本技術の一実施形態に係る水分量測定方法を説明するフローチャートである。
【図5】ＴＤＲ法を説明する模式図である。
【図6】空隙がＴＤＲ法の測定値に及ぼす影響を示す一実験結果である。
【図7】上記測定方法による測定値と採土法による測定値とを比較した一実験結果である。
【図8】上記水分量測定装置の一作用を説明する図である。
【図9】上記水分量測定装置の一作用を説明する図である。
【図10】上記水分量測定装置の一作用を説明する図である。
【図11】上記水分量測定装置の一作用を説明する図である。
【図12】本技術の第２の実施形態に係るセンサ装置を備えた水分量測定装置の概略構成図である。
【図13】上記水分量測定装置の一作用を説明する図である。
【図14】上記水分量測定装置の一作用を説明する図である。
【図15】上記水分量測定装置の一作用を説明する図である。
【図16】上記水分量測定装置の一作用を説明する図である。
【図17】本技術の第３の実施形態に係るセンサ装置を備えた水分量測定装置の概略構成図である。
【図18】本技術の第４の実施形態に係るセンサ装置の構成を概略的に示す正面図である。
【図19】本技術の第４の実施形態に係るセンサ装置の構成を概略的に示す部分破断側面図である。
【図20】本技術の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す概略構成図である。
【図21】本技術の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す概略構成図である。
【図22】本技術の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す概略構成図である。
【図23】本技術の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す概略構成図である。
【図24】本技術の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す概略構成図である。
【図25】本技術の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す概略構成図である。
【図26】本技術の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【0030】
【0031】
［水分量測定装置］
本実施形態の水分量測定装置１００は、センサ装置１０と、信号処理ユニット５０とを有する。本実施形態では、農作物を育成する土壌の水分量の測定に本技術を適用した例について説明する。
本実施形態の水分量測定装置１００は、センサ装置１０と、信号処理ユニット５０とを有する。本実施形態では、農作物を育成する土壌の水分量の測定に本技術を適用した例について説明する。
【0032】
センサ装置１０は、媒質（土壌）Ｍの電磁波伝搬特性を取得し、媒質Ｍの比誘電率の算出に用いられる測定信号Ｓ１を生成する。信号処理ユニット５０は、センサ装置１０から測定信号Ｓ１を受信し、測定信号Ｓ１に基づいて媒質Ｍ中の水分量を算出する。
以下、各部の詳細について説明する。
以下、各部の詳細について説明する。
【0033】
センサ装置１０は、センサヘッド２０と、測定ユニット３０とを有する。
【0034】
（センサヘッド）
センサヘッド２０は、送信用プローブ２１（第１のプローブ）と、受信用プローブ２２（第２のプローブ）とを有する。センサヘッド２０は、土壌等の媒質Ｍの中に配置され、送信用及び受信用プローブ２１，２２間で所定周波数の電磁波ＥＷを送受信することが可能なアンテナ部２１０，２２０（第１のアンテナ部、第２のアンテナ部）をそれぞれ有する。
センサヘッド２０は、送信用プローブ２１（第１のプローブ）と、受信用プローブ２２（第２のプローブ）とを有する。センサヘッド２０は、土壌等の媒質Ｍの中に配置され、送信用及び受信用プローブ２１，２２間で所定周波数の電磁波ＥＷを送受信することが可能なアンテナ部２１０，２２０（第１のアンテナ部、第２のアンテナ部）をそれぞれ有する。
【0035】
送信用プローブ２１及び受信用プローブ２２は、距離Ｄをおいて相互に対向するように媒質Ｍ中に概ね垂直な姿勢で埋め込まれる。送信用プローブ２１及び受信用プローブ２２は、芯線部Ｃ１とシールド部Ｃ２とを有する同軸ケーブルで構成される。当該ケーブルの太さ及び長さは特に限定されず、任意の太さ及び長さとすることができる。例えば、当該ケーブルの太さ（直径）を２ｍｍ～６ｍｍとすることで、土壌への挿入が容易となる。芯線部Ｃ１は銅線で構成され、シールド部Ｃ２は銅パイプで構成されるが、シールド部Ｃ２は銅線のメッシュ体で構成されてもよい。シールド部Ｃ２の外表面は、図示せずとも、絶縁材料で構成された保護層で被覆される。
【0036】
送信用プローブ２１は、測定ユニット３０の出力端子３４（図３参照）に接続され、測定ユニット３０からアンテナ部２１０へ送信信号を伝送する。アンテナ部２１０は、送信用プローブ２１の先端部（終端部）又はその近傍に設けられ、送信信号に応じた電磁波ＥＷを受信用プローブ２２へ送信する。
【0037】
受信用プローブ２２は、測定ユニット３０の入力端子３５（図３参照）に接続され、アンテナ部２２０で電磁波ＥＷを受信し、測定ユニット３０へ受信信号を入力する。アンテナ部２２０は、送信用プローブ２１のアンテナ部２１０と対向するように受信用プローブ２２の先端部（終端部）又はその近傍に設けられる。アンテナ部２１０，２２０は、プローブ２１，２２の先端部に設けられる場合に限られず、プローブ２１，２２の中央位置など任意の位置に設けられてもよい。
【0038】
アンテナ部２１０，２２０は、プローブ２１，２２の所定位置において局所的に電磁波ＥＷを送受信するためのものであり、典型的には、プローブ２１，２２を共振させない大きさで形成された微小アンテナで構成される。これにより、プローブ２１，２２の共振による測定精度の低下を抑制することができる。
【0039】
本実施形態において、アンテナ部２１０，２２０は、シールド部Ｃ２の一部に設けられた開口部Ｈを含む。すなわち、プローブ２１，２２は、アンテナ部２１０，２２０を電波漏洩部として有する漏洩同軸アンテナで構成される。
【0040】
開口部Ｈは、矩形、円形、楕円形、長円形等の開口形状を有し、本実施形態ではプローブ２１，２２の長手方向に長軸を有する長円形状で形成される。開口部Ｈの長軸は、使用する電磁波ＥＷの波長に応じて適宜設定可能である。例えば、電磁波ＥＷの波長が５００ＭＨｚ～８ＧＨｚの場合、開口部Ｈの長軸の長さは、５ｍｍ～１５ｍｍ程度である。
【0041】
送信用プローブ２１及び受信用プローブ２２は、終端抵抗２３をそれぞれ有する。終端抵抗２３は、芯線部Ｃ１の終端部とシールド部Ｃ２との間に電気的に接続される。これにより、プローブ終端における送受信信号の不要反射が防止される。
【0042】
送信用プローブ２１及び受信用プローブ２２の先端部は、アンテナ部２１０，２２０を被覆する電磁波透過性の保護部材（図示略）で被覆することが望ましい。
【0043】
送信用プローブ２１及び受信用プローブ２２は、電磁波吸収材を含有するスリーブ２４をさらに有する。スリーブ２４は、アンテナ部２１０，２２０（開口部Ｈ）周辺のプローブ２１，２２の外周面を被覆し、開口部Ｈ以外の領域からの送受信信号の漏洩を抑制する。
【0044】
スリーブ２４を構成する電磁波吸収材には主にフェライトが用いられるが、これに限られず、電磁波ＥＷの周波数等に応じて、センダストやパーマロイ等の他の高透磁率材料が用いられてもよい。スリーブ２４は、必要に応じて省略されてもよいし、いずれか一方のプローブ２１，２２にのみ設けられてもよい。
【0045】
送信用プローブ２１と受信用プローブ２２との距離Ｄの大きさは特に限定されず、例えば、２０ｍｍ～１００ｍｍである。距離Ｄが１００ｍｍより大きいと、媒質Ｍを伝搬する電磁波ＥＷの減衰が大きくなり、十分な受信強度が得られなくなるおそれがある。一方、距離Ｄが２０ｍｍより小さいと、技術的に観測が難しくなる。また距離Ｄが短くなると、プローブ２１，２２の近傍に形成される空隙の影響を大きく受け、正しい比誘電率あるいは水分量を測定できなくなるおそれがある。
【0046】
上記空隙は、媒質Ｍとプローブ２１，２２の周囲との間に形成される空気層であり、プローブ２１，２２を媒質Ｍにその表面から埋め込むときに、あるいは、プローブ２１，２２を媒質Ｍ内で動かしたりしたときに形成されてしまう。後述するように、媒質Ｍの比誘電率あるいは水分量を精度よく測定する上で、空隙の大きさ（空気層の厚さ）は小さい方が好ましいが、典型的には、１ｍｍ程度の空隙が生じることがある。
【0047】
（測定ユニット）
図３は、測定ユニット３０の構成を示すブロック図である。
図３は、測定ユニット３０の構成を示すブロック図である。
【0048】
測定ユニット３０は、信号生成部３１と、通信部３２とを有する。測定ユニット３０は、典型的には、ネットワークアナライザで構成される。
【0049】
信号生成部３１は、制御部３１０と、信号発生器３１１、位相シフタ３１３、混合器３１５等を有する。信号生成部３１は、送信用プローブ２１のアンテナ部２１０と受信用プローブ２２のアンテナ部２２０との間における媒質Ｍ中での電磁波ＥＷの伝搬特性に関する情報を含む測定信号Ｓ１を生成する。
【0050】
制御部３１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等を有するコンピュータで構成され、信号発生器３１１、通信部３２を含む測定ユニット３０の各部を制御する。
【0051】
信号発生器３１１は、所定周波数の送信信号Ｆを発生し、増幅器３１２および出力端子３４を介して送信用プローブ２１へ入力する。信号発生器３１１は、送信信号Ｆとしてパルス波（パルス信号）を生成するが、送信信号Ｆとして連続波を生成するように構成されてもよい。
【0052】
信号発生器３１１は、送信信号Ｆの周波数掃引機能を有していてもよい。この場合、信号発生器３１１は、制御部３１０の指令に基づいて、例えば５００ＭＨｚから８ＧＨｚの送信信号Ｆを生成する。
【0053】
位相シフタ３１３は、送信信号Ｆを位相が９０度異なる２つの信号に分離して混合器３１５へ入力する。混合器３１５は、受信用プローブ２２から入力端子３５および増幅器３１４を介して入力された受信信号を、位相シフタ３１３から出力される２つの信号と混合して、互いに直交する２つの応答信号（Ｉ信号／Ｑ信号）に変調する。これら応答信号は、ＡＤ変換器３１６を介してアナログ信号からデジタル信号に変換されて、制御部３１０において測定信号Ｓ１として生成される。
【0054】
位相シフタ３１３および混合器３１５は、受信用プローブ２２の出力を直交検波（ＩＱ検波）する検波器を構成する。Ｉ信号とＱ信号の二乗和は受信信号の強度に、Ｉ信号とＱ信号の二乗和の平方根は受信信号の振幅に、Ｉ信号とＱ信号の逆正接は位相に、それぞれ相当する。
【0055】
通信部３２は、通信用アンテナ等を含む通信モジュールで構成される。通信部３２は、センサ装置１０から信号処理ユニット５０へ測定信号Ｓ１を無線送信するためのものである。これにより、観測地とは異なる場所に配置された信号処理ユニット５０へ測定信号Ｓ１を提供することができる。これに限られず、センサ装置１０は信号処理ユニット５０と配線ケーブル等を介して接続されてもよい。
【0056】
（信号処理ユニット）
信号処理ユニット５０は、図２に示すように、遅延時間算出部５１、比誘電率算出部５２および水分量算出部５３、メモリ５４を有する。信号処理ユニット５０は、センサ装置１０（測定ユニット３０）から送信される測定信号Ｓ１に基づいて、媒質Ｍ中の水分量を測定する情報処理装置で構成される。
信号処理ユニット５０は、図２に示すように、遅延時間算出部５１、比誘電率算出部５２および水分量算出部５３、メモリ５４を有する。信号処理ユニット５０は、センサ装置１０（測定ユニット３０）から送信される測定信号Ｓ１に基づいて、媒質Ｍ中の水分量を測定する情報処理装置で構成される。
【0057】
当該情報処理装置は、ＣＰＵ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のコンピュータに用いられるハードウェア要素および必要なソフトウェアにより実現され得る。ＣＰＵに代えて、またはこれに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＰＬＤ(Programmable Logic Device)、あるいは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、その他ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が用いられてもよい。
【0058】
本実施形態では、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することで、機能ブロックとしての遅延時間算出部５１、比誘電率算出部５２および水分量算出部５３が構成される。信号処理ユニット５０のＲＯＭ等によりメモリ５４が構成される。もちろん各ブロックを実現するために、ＩＣ（集積回路）等の専用のハードウェアが用いられてもよい。プログラムは、例えば種々の記録媒体を介して信号処理ユニット５０にインストールされる。あるいは、インターネット等を介してプログラムのインストールが実行されてもよい。
【0059】
遅延時間算出部５１は、測定信号Ｓ１に基づいて送信用プローブ２１（アンテナ部２１０）と受信用プローブ２２（アンテナ部２２０）との間における電磁波ＥＷの伝搬遅延時間を算出するように構成される。
【0060】
電磁波ＥＷの伝搬遅延時間とは、典型的には、空気中における電磁波ＥＷの伝搬時間に対する媒質Ｍ中における電磁波の伝搬時間の差分をいう。電磁波の伝搬遅延時間は、伝送経路の比誘電率に依存し、伝搬遅延時間は媒質の比誘電率の平方根に比例する。一般的に土壌自体の比誘電率は１から１０程度であり、水分に応じて変化する。したがって、伝搬遅延時間を測定できれば、媒質Ｍ中の水分量を間接的に測定することができることになる。
【0061】
伝搬遅延時間の算出方法は特に限定されず、本実施形態では、測定信号Ｓ１を逆フーリエ変換（逆ＦＦＴ）してインパルス応答を求め、そのピーク位置からパルス遅延時間を算出する。パルス遅延時間からプローブ２１，２２の伝送時間（ケーブル伝送時間）を差し引くことにより、電磁波ＥＷの伝搬遅延時間が算出される。
【0062】
比誘電率算出部５２は、遅延時間算出部５１において算出された電磁波ＥＷの伝搬遅延時間に基づいて、媒質Ｍの比誘電率を算出するように構成される。水の比誘電率は、典型的には、８０である。
【0063】
水分量算出部５３は、比誘電率算出部５２において算出された比誘電率に基づいて、媒質Ｍ中の水分量を算出するように構成される。水分量の算出には、例えば、Ｔｏｐｐの式が用いられ（後述）、水分量として、媒質Ｍの体積含水率［％］が算出される。
【0064】
信号処理ユニット５０はさらに、測定ユニット３０の通信部３２と通信可能に構成された通信部、各機能ブロックで算出された伝搬遅延時間、比誘電率、水分量に関する情報等を表示可能な表示部などを備えてもよい。
【0065】
［水分量測定方法］
以下、信号処理ユニット５０の詳細について、本実施形態に係る水分量測定装置の典型的な動作とともに説明する。
以下、信号処理ユニット５０の詳細について、本実施形態に係る水分量測定装置の典型的な動作とともに説明する。
【0066】
図４は、本実施形態における水分量測定方法を説明するフローチャートである。
【0067】
まず図１に示すように、送信用プローブ２１及び受信用プローブ２２が土壌Ｍ中に埋め込まれる（ステップ１０１）。送信用プローブ２１と受信用プローブ２２との間の対向距離Ｄは、例えば、５０ｍｍである。
【0068】
続いて、送信用プローブ２１（アンテナ部２１０）と受信用アンテナ（アンテナ部２２０）との間で電磁波ＥＷが送受信される（ステップ１０２）。
【0069】
本実施形態において測定ユニット３０は、送信用プローブ２１へ入力される送信信号Ｆ（ｎ）の周波数を１０ＭＨｚステップで変化させながら、受信用プローブ２２から出力される受信信号の直交周波数応答信号（Ｉ（ｎ）信号、Ｑ（ｎ）信号）を含む測定信号Ｓ１を生成し、信号処理ユニット５０へ送信する。
【0070】
続いて、信号処理ユニット５０（遅延時間算出部５１）は、測定信号Ｓ１に基づいて、送信用プローブ２１と受信用プローブ２２との間における電磁波ＥＷの伝搬遅延時間を算出する（ステップ１０３）。
【0071】
遅延時間算出部５１は、Ｉ（ｎ）信号を実部、Ｑ（ｎ）信号を虚部として、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により受信信号を逆フーリエ変換し、インパルス応答ｈ（τ）を求める。
ｈ（τ）＝ＦＦＴ｛Ｉ（ｎ）、Ｑ（ｎ）｝ …（１）
ｈ（τ）＝ＦＦＴ｛Ｉ（ｎ）、Ｑ（ｎ）｝ …（１）
【0072】
遅延時間算出部５１は、インパルス応答ｈ（τ）のピーク位置からパルス遅延時間τ［ｓ］を求め、パルス遅延時間τからケーブル伝送時間τ0［ｓ］を差し引くことにより、伝搬遅延時間τdelay［ｓ］を求める。
τdelay=τ－τ0 …（２）
τdelay=τ－τ0 …（２）
【0073】
続いて、信号処理ユニット５０（比誘電率算出部５２）は、伝搬遅延時間をτdelay［ｓ］、光速をｃ［ｍ／ｓ］、プローブ間距離（Ｄ）をｄ［ｍ］として、媒質Ｍの比誘電率εrを算出する（ステップ１０４）。
τdelay＝ｄ・√（εr）／ｃ …（３）
τdelay＝ｄ・√（εr）／ｃ …（３）
【0074】
続いて、信号処理ユニット５０（水分量算出部５３）は、Ｔｏｐｐ式から、媒質Ｍ中の水分量（体積含水率）θ［％］を算出する。
θ＝－5.3×10-2＋2.92×10-2εr－5.5×10-4εr 2＋4.3×10-6εr 3 …（４）
θ＝－5.3×10-2＋2.92×10-2εr－5.5×10-4εr 2＋4.3×10-6εr 3 …（４）
【0075】
以上のようにして、媒質Ｍの比誘電率および媒質Ｍ中の体積含水率が算出される。
【0076】
本実施形態においては、送信用プローブ２１と受信用プローブ２２との間の媒質Ｍ中での電磁波ＥＷの伝搬遅延時間を基に、媒質Ｍの比誘電率および体積含水率を算出する。両プローブ２１，２２間の距離Ｄ（５０ｍｍ）は、各プローブ２１，２２近傍に生じる空隙（１ｍｍ）よりもはるかに大きいため、当該空隙の比誘電率の測定に与える影響が小さくなる。したがって、空隙による計測誤差が抑制されるため、媒質Ｍの比誘電率および媒質中の体積含水率の測定精度が向上する。
【0077】
ここで、ＴＤＲ法は、図５に示すように、媒質中に、ＴＤＲセンサ１の２本の測定プローブ１ａ，１ｂを埋め込み、これら測定プローブに沿ってパルス信号（電磁波）を入力し、プローブ終端での反射応答により電磁波の伝搬遅延時間を算出する。ところが、プローブ１ａ，１ｂの周囲に空隙Ｇが存在すると、空隙Ｇの比誘電率情報が応答信号に混在するため、媒質Ｍの比誘電率を正しく計測することができない。したがってＴＤＲ法では、空隙Ｇの大きさによって計測誤差が大きく増加する。
【0078】
一例として、空隙がＴＤＲ法の測定値に及ぼす影響を図６に示す。図中縦軸は、同一の土壌について得られた採土法による測定値との誤差であり、横軸は空隙の大きさを表している。採土法は、乾燥前後の重量から土壌の水分量を算出する方法であり、空隙の影響を受けない。これに対して、ＴＤＲ法は、空隙の測定値に及ぼす影響が無視できないほど大きく、採土法の測定値と大きく乖離する。したがって、ＴＤＲ法では、作業者による測定値のバラツキが生じやすく、空隙をなるべく生じさせないように測定プローブを媒質中に埋め込むための熟練度が要求される。
【0079】
これに対して本実施形態では、上述のように、上記空隙よりも十分に大きな距離を隔てて媒質Ｍ中に配置された２つのプローブ２１，２２間での電磁波の伝搬遅延特性を評価するようにしている。これにより、空隙の影響を実質的に受けることなく、媒質Ｍの比誘電率情報を精度よく算出することが可能となる。
【0080】
図７は、本実施形態による測定値と採土法による測定値とを比較した一実験結果である。図中縦軸は、任意の土壌を対象として測定した水分量の基データとなる電磁波の伝搬遅延時間を表し、横軸は同一の土壌について取得した採土法による測定値を表している。図中黒四角は空隙なしでの測定値、白丸は空隙が１ｍｍのときの測定値である。
【0081】
図７に示すように、本実施形態では採土法による測定値との誤差はほとんど見られない。しかも、空隙の有無によらず、安定した測定値が得られることから、作業者による測定値のバラツキが生じにくく、土壌へのプローブの設置に熟練度を必要としない。
【0082】
続いて、上述した本実施形態の水分量測定方法によって、水分量（体積含水率）の異なる４種類の土壌について電磁波の伝搬遅延時間（インパルス応答）を測定した。その結果を図８に示す。土壌には、豊浦硅石鉱業株式会社製の「標準砂(豊浦標準砂)」を用いた。図８において、波形Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４は、体積含水率が０％、８％、１７％、２５％のサンプルにそれぞれ相当する。上記（４）式を用いた比誘電率の算出値はそれぞれ、１．９、５．０、９．１、１３．４であった。
【0083】
土壌に有機土壌（タキイ種苗株式会社製「育苗培土」）を用いたときの同様の実験結果を図９に示す。図９において、波形Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４は、体積含水率が１１％、１９％、２７％、３６％のサンプルにそれぞれ相当する。上記（４）式を用いた比誘電率の算出値はそれぞれ、６．４、１０．３、１４．７、２１．２であった。
【0084】
インパルス応答と体積含水率の関係に対して近似を求め、同じ遅延時間における体積含水率を比較することで、土壌（標準砂と有機土壌）の違いを確認した。その結果、７％の誤差があった。この原因は、有機土壌自体の密度が標準砂に比べて小さいことや、土壌自体の誘電率が異なることが推定される。
【0085】
インパルス応答のピーク位置（伝搬遅延時間）を縦軸とし、採土法によって求めた体積含水率を横軸としてプロットしたグラフを図１０に示す。同様に、インパルス応答のピーク位置を縦軸とし、上記（４）式を用いて算出した比誘電率を横軸としてプロットしたグラフを図１１に示す。空隙の影響を想定して、標準砂及び有機土壌について２回ずつ測定したが、誤差は１％以下であり、空隙の影響はほぼ皆無であった。
【0086】
本実施形態によれば、土壌の体積含水率を精度よく測定することができるため、例えば、農作物の育成に適した土壌であるかどうかを適正に判定することができる。また、土壌の水分量の適切な管理が可能となる。
【0087】
＜第２の実施形態＞
図１２は、本技術の第２の実施形態に係る水分量測定装置を示す概略構成図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
図１２は、本技術の第２の実施形態に係る水分量測定装置を示す概略構成図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
【0088】
本実施形態の水分量測定装置２００は、センサヘッド２０を構成する送信用プローブ２１及び受信用プローブ２２がそれぞれ終端抵抗２３（図２参照）を有していない点で、第１の実施形態と異なる。
【0089】
本実施形態においても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。例えば図１３及び図１４に、第１の実施形態において説明した２種の土壌（標準砂、有機土壌）について測定した電磁波伝搬特性をそれぞれ示す。図１３において波形Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ３４は、体積含水率が０％、８％、１７％、２５％の標準砂サンプルにそれぞれ相当する。図１４において波形Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ４４は、体積含水率が１１％、１９％、２７％、３６％の有機土壌サンプルにそれぞれ相当する。
【0090】
また、終端抵抗の設置を省略することで、電磁波の透過特性（感度）が向上し、水分量に関係なくほぼ一様な感度で伝搬特性を測定できることが確認された。
【0091】
第１の実施形態と同様に、インパルス応答のピーク位置（伝搬遅延時間）を縦軸とし、採土法によって求めた体積含水率及び比誘電率を横軸としてプロットしたグラフを図１５及び図１６にそれぞれ示す。本実施形態においても、各回での測定値の誤差は１％以下であり、空隙の影響はほぼ皆無であった。
【0092】
＜第３の実施形態＞
図１７は、本技術の第３の実施形態に係る水分量測定装置を示す概略構成図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
図１７は、本技術の第３の実施形態に係る水分量測定装置を示す概略構成図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
【0093】
本実施形態の水分量測定装置３００は、センサヘッド２０が温度検出部２５及び電気伝導度検出部２６を有する点で、第１の実施形態と異なる。
【0094】
温度検出部２５は、媒質Ｍの温度を検出することが可能に構成される。温度検出部２５は、例えば、熱電対、サーミスタ等の任意の温度センサが採用可能である。
【0095】
温度検出部２５は、受信用プローブ２２のアンテナ部２２０の近傍に設けられる。これに代えて、温度検出部２５は、スリーブ２４の表面など受信用プローブ２２の他の位置に設けられてもよい。温度検出部２５は、受信用プローブ２２だけでなく送信用プローブ２１に設けられてもよいし、送信用プローブ２１に設けられてもよい。
【0096】
電気伝導度検出部２６は、媒質Ｍの電気伝導度を検出することが可能に構成される。電気伝導度検出部２６は、例えば、２線式、４線式等の適宜の導電率センサあるいは抵抗率センサが採用可能である。
【0097】
電気伝導度検出部２６は、送信用プローブ２１のアンテナ部２１０の近傍に設けられる。これに代えて、電気伝導度検出部２６は、スリーブ２４の表面など送信用プローブ２１の他の位置に設けられてもよい。電気伝導度検出部２５は、送信用プローブ２１だけでなく受信用プローブ２２に設けられてもよいし、受信用プローブ２２に設けられてもよい。
【0098】
媒質Ｍの比誘電率は、媒質Ｍの温度あるいは電気伝導度に一定の相関があることが知られている。本実施形態によれば、媒質Ｍ中の電磁波伝搬特性だけでなく、媒質Ｍの温度及び電気伝導度に関する情報も取得することができるため、得られた温度情報あるいは電気伝導度情報に応じて媒質Ｍの比誘電率あるいは体積含有率の算出値を補正することができる。これにより、測定精度の更なる向上を図ることができる。
【0099】
本実施形態では、温度検出部２５及び電気伝導度検出部２６の双方がセンサヘッド２０に設けられたが、これに限られず、何れか一方のみが設けられてもよい。また、終端抵抗２３は、必要に応じて省略されてもよい。温度検出部２５及び電気伝導度検出部２６に代えて、又はこれに加えて、媒質ＭのｐＨを測定可能なｐＨ検出部がセンサヘッド２０に設けられてもよい。
【0100】
＜第４の実施形態＞
図１８及び図１９はそれぞれ、本技術の他の実施形態に係るセンサ装置の構成を概略的に示す正面図及び部分破断側面図である。本実施形態のセンサ装置４０は、センサヘッド４２０と、測定ユニット４３０とを有する。
図１８及び図１９はそれぞれ、本技術の他の実施形態に係るセンサ装置の構成を概略的に示す正面図及び部分破断側面図である。本実施形態のセンサ装置４０は、センサヘッド４２０と、測定ユニット４３０とを有する。
【0101】
センサヘッド４２０は、支持基板４１０を有する。支持基板４１０は、第１のアーム部４１１と、第２のアーム部４１２と、連結部４１３とを有する。第１のアーム部４１１は、送信用プローブ４２１を構成し、第２のアーム部４１２は、受信用プローブ４２２を構成する。
【0102】
支持基板４１０は、所定厚みの板材で構成され、典型的には、その表面及び内部に配線層を有する配線基板で構成される。第１及び第２のアーム部４１１，４１２は、所定の間隔（例えば２０ｍｍ～１００ｍｍ）をおいて一軸方向に平行に延びる所定長さの帯状に形成される。連結部４１３は、概略矩形状に形成され、第１及び第２のアーム部４１１，４１２のそれぞれの一端を相互に連結する。
【0103】
送信用プローブ４２１及び受信用プローブ４２２は、表層２０ａ，２０ｂ及び内層２０ｃを有するストリップ線路で構成される。送信用プローブ４２１及び受信用プローブ４２２において、内層２０ｃを構成する配線層は信号線に相当し、表層２０ａ，２０ｂを構成する配線層はシールド線に相当する。表層２０ａ，２０ｂ及び内層２０ｃは、典型的には、銅箔で構成される。
【0104】
センサヘッド４２０は、電磁波吸収材を含有する一対のスリーブ４２４をさらに有する。各スリーブ４２４は、第１及び第２のアーム部４１１，４１２の送信用プローブ４２１及び受信用プローブ４２２の先端部（終端部）を除く領域を被覆する。図１８においてスリーブ４２４で被覆される第１及び第２のアーム部４１１，４１２の周縁部には複数の開口が設けられているが、これら開口は省略されてもよい。
【0105】
スリーブ４２４で被覆されていない各プローブ４２１，４２２の先端部（終端部）は、各プローブ４２１，４２２のアンテナ部４２１０，４２２０（第１のアンテナ部、第２のアンテナ部）を構成する。アンテナ部４２１０，４２２０において表層２０ａ，２０ｂは、単数又は複数のスルーホール２０ｄを介して相互に電気的に接続される。スルーホール２０ｄは中空でもよいし、樹脂材料や金属材料で充填されてもよい。あるいは、スルーホール２０に代えて、終端抵抗が接続されてもよい。アンテナ部４２１０，４２２０は、電磁波透過性の保護部材２０ｅ（図１９）で被覆されてもよい。
【0106】
送信用プローブ４２１及び受信用プローブ４２２のアンテナ部４２１０，４２２０は、相互に対向して配置されており、媒質中に埋め込まれた両プローブ４２１、４２２間で所定周波数の電磁波を送受信することが可能に構成される。
【0107】
測定ユニット４３０は、第１の実施形態における測定ユニット３０に相当し、送信用プローブ４２１及び受信用プローブ４２２各々のアンテナ部４２１０，４２２０の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する。
【0108】
測定ユニット４３０は、センサヘッド４２０と一体的に構成される。本実施形態において測定ユニット４３０は、支持基板４１０の連結部４１３の表面に搭載された単数又は複数の電子部品で構成される。測定ユニット４３０は、支持基板４１０の配線層を介して、受信用プローブ４２１及び送信用プローブ４２２各々の表層２０ａ，２０ｂ及び内層２０ｃに電気的に接続される。
【0109】
以上のように構成される本実施形態のセンサ装置４０においても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、送信用及び受信用プローブ４２１，４２２が支持基板４１０の第１及び第２のアーム部４１１，４１２にそれぞれ設けられたストリップ線路で構成されているため、センサヘッド４２０の構成の簡素化、堅牢化が可能となる。本実施形態によれば、アンテナ部４２１０，４２２０間の距離が常に一定に保たれるため、受信用プローブ４２１と送信用プローブ４２２との距離を調整することなく土壌への埋め込み作業が容易となり、取り扱い性が向上する。
【0110】
本実施形態では、受信用プローブ４２１及び送信用プローブ４２２がストリップ線路で構成されたが、これに限られず、受信用プローブ４２１及び送信用プローブ４２２は、表層２０ａ，２０ｂのいずれか一方が省略されたマイクロストリップ線路で構成されてもよい。
【0111】
支持基板４１０の第１及び第２のアーム４１１，４１２の何れか一方には、媒質の温度を検出する温度検出部、媒質の電気伝導度を検出する電気伝導度検出部、媒質のｐＨを検出するｐＨ検出部等がさらに設けられてもよい。
【0112】
＜変形例＞
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、種々変更を加え得ることは勿論である。
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、種々変更を加え得ることは勿論である。
【0113】
例えば以上の実施形態では、農作物を育成する土壌の水分量の測定に本技術を適用した例について説明したが、これに限られず、比誘電率が既知の他の物質（肥料など）の濃度等の測定にも本技術は適用可能である。
【0114】
測定対象である媒質は、土壌に限られず、畜産用の飼料のような土以外の物質であってもよい。
【0115】
水分量測定装置１００は、媒質中の電磁波伝搬特性から比誘電率が算出し、その比誘電率に基づいて媒質中の水分量を算出するように構成されたが、これに限られず、得られた電磁波の伝搬特性から直接、媒質中の水分量を算出するように構成されてもよい。例えば、媒質が比較的単純な系で構成されている場合、電磁波の伝搬特性と媒質中の水分量との対応テーブルが作成可能であるため、当該対応テーブルを参照することで、電磁波の伝搬特性から媒質中の水分量を直接的に求めることができる。
【0116】
以上の実施形態では、信号処理ユニット５０が単一の情報処理装置で構成される場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、複数のコンピュータが連動して動作するコンピュータシステムで信号処理ユニット５０が構成されてもよい。
【0117】
さらに以上の各実施形態では、センサ装置における送信用プローブ及び受信用プローブがそれぞれ１つのアンテナ部を有する例について説明したが、これに限られず、送信用プローブ及び受信用プローブの少なくとも一方が複数のアンテナ部を有してもよい。また、センサ装置は、送信用プローブ及び受信用プローブをそれぞれ１つずつ備える例に限られず、少なくともいずれか一方が複数備えていてもよい。
【0118】
例えば、図２０に示すセンサ装置は、送信用プローブ２１及び受信用プローブ２２がそれぞれ２つのアンテナ部２１０，２２０を有する。この例では、送信用プローブ２１のアンテナ部２１０と受信用プローブ２２のアンテナ部２２０は、相互に対向するように両プローブ２１，２２の軸方向に沿って所定の間隔をおいて配置される。
【0119】
図２１に示すセンサ装置は、２つの送信用プローブ２１と１つの受信用プローブとを備え、各プローブが１つのアンテナ部２１０，２２０を有する。この例では、２つの送信用プローブ２１の間に受信用プローブ２２が配置され、各送信用プローブ２１のアンテナ部２１０から受信用プローブ２２のアンテナ部２２０に向けて電磁波を送信するように構成される。
【0120】
図２２に示すセンサ装置は、２つの送信用プローブ２１と２つの受信用プローブ２２とを備え、各送信用プローブ２１が１つの受信用プローブ２２と対をなすように相互に対向して配置される。この例では、各プローブ２１，２２が図２０に示すようにアンテナ部２１０，２２０を２つずつ有する場合を示しているが、これに限られず、各プローブ２１，２２がアンテナ部２１０，２２０を１つずつ有する場合についても同様に適用可能である。
【0121】
図２３に示すセンサ装置は、２つのアンテナ部２１０を有する送信用プローブ２１と、１つのアンテナ部２２０を有する受信用プローブ２２とを備え、受信用プローブ２２のアンテナ部２２０が送信用プローブ２１の各アンテナ部２１０から送信される電磁波を受信することが可能に構成される。
【0122】
図２４に示すセンサ装置は、１つのアンテナ部２１０を有する送信用プローブ２１と、２つのアンテナ部２２０を有する受信用プローブ２２とを備え、送信用プローブ２１のアンテナ部２１０が受信用プローブ２２の各アンテナ部２２０に向けて電磁波を送信することが可能に構成される。
【0123】
図２５に示すセンサ装置は、１つの送信用プローブ２１と２つの受信用プローブ２２とを備え、各プローブが１つのアンテナ部２１０，２２０を有する。この例では、２つの受信用プローブ２２の間に送信用プローブ２１が配置され、各受信用プローブ２２のアンテナ部２２０が送信用プローブ２１のアンテナ部２１０から送信される電磁波を受信することが可能に構成される。
【0124】
図２６に示すセンサ装置は、１つの送信用プローブ２１と２つの受信用プローブ２２とを備え、各プローブが１つのアンテナ部２１０，２２０を有する。この例においても、各受信用プローブ２２のアンテナ部２２０が送信用プローブ２１のアンテナ部２１０から送信される電磁波を受信することが可能に構成されるが、各受信用プローブ２２のアンテナ部２２０は、送信用プローブ２１のアンテナ部２１０に対して異なる距離をおいて配置される。
【0125】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１） 送信用の第１のアンテナ部を有する第１のプローブと、前記第１のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第２のアンテナ部を有する第２のプローブとを含むセンサヘッドと、
前記第１及び第２のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する信号生成部を有する測定ユニットと
を具備するセンサ装置。
（２）上記（１）に記載のセンサ装置であって、
前記第１及び第２のプローブは、芯線部とシールド部とを有する同軸ケーブルで構成され、
前記第１及び第２のアンテナ部は、前記シールド部の一部に設けられた開口部を含む
センサ装置。
（３）上記（２）に記載のセンサ装置であって、
前記第１及び第２のプローブは、前記芯線部の終端部と前記シールド部との間に電気的に接続された終端抵抗をそれぞれ有する
センサ装置。
（４）上記（２）又は（３）に記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、前記第１及び第２のプローブに設けられ前記開口部の周辺の前記シールド部を被覆する電磁波吸収材をさらに有する
センサ装置。
（５）上記（４）に記載のセンサ装置であって、
前記電磁波吸収材は、フェライトを含む
センサ装置。
（６）上記（１）に記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、第１のアーム部と、第２のアーム部と、前記第１及び第２のアーム部を連結する連結部とを含む支持基板をさらに有し、
前記第１及び第２のプローブは、前記第１及び第２のアーム部にそれぞれ設けられたストリップ線路で構成される
センサ装置。
（７）上記（６）に記載のセンサ装置であって、
前記測定ユニットは、前記連結部に搭載される
センサ装置。
（８）上記（１）～（７）のいずれか１つに記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、前記第１及び第２のプローブの少なくとも一方に設けられ前記媒質の温度を検出することが可能に構成された温度検出部をさらに有する
センサ装置。
（９）上記（１）～（８）のいずれか１つに記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、前記第１及び第２のプローブの少なくとも一方に設けられ前記媒質の電気伝導度を検出することが可能に構成された電気伝導度検出部をさらに有する
センサ装置。
（１０）上記（１）～（９）のいずれか１つに記載のセンサ装置であって、
前記信号生成部は、前記第１のプローブに所定周波数のパルス信号を入力する信号発生器と、前記第２のプローブの出力を直交検波する検波器とを有する
センサ装置。
（１１）上記（１）～（１０）のいずれか１つに記載のセンサ装置であって、
前記測定ユニットは、前記測定信号を情報処理装置へ送信することが可能に構成された通信部をさらに有する
センサ装置。
（１２） 送信用の第１のアンテナ部を有する第１のプローブと、前記第１のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第２のアンテナ部を有する第２のプローブとを含むセンサヘッドと、
前記第１及び第２のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する測定ユニットと、
前記測定信号に基づいて、前記媒質中の水分量を測定する信号処理ユニットと
を具備する水分量測定装置。
（１３）上記（１２）に記載の水分量測定装置であって、
前記信号処理ユニットは、
前記測定信号に基づいて前記第１及び第２のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
前記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出する比誘電率算出部と、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出する水分量算出部と
を有する
水分量測定装置。
（１４）上記（１２）又は（１３）に記載の水分量測定装置であって、
前記センサヘッドは、前記媒質の温度を検出することが可能に構成された温度検出部をさらに有し、
前記信号処理ユニットは、前記温度検出部の出力に基づいて前記水分量を補正する
水分量測定装置。
（１５）上記（１２）～（１４）のいずれか１つに記載の水分量測定装置であって、
前記センサヘッドは、前記媒質の電気伝導度を検出することが可能に構成された電気伝導度検出部をさらに有し、
前記信号処理ユニットは、前記電気伝導度検出部の出力に基づいて前記水分量を補正する
水分量測定装置。
（１６） 媒質中に配置された第１のプローブの第１のアンテナ部から送信された電磁波を、前記第１のプローブと所定の距離をおいて前記媒質中に配置された第２のプローブの第２のアンテナ部で受信することで、前記電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成し、
前記測定信号に基づいて、前記媒質中の水分量を測定する
水分量測定方法。
（１７）上記（１６）に記載の水分量測定方法であって、
前記水分量の測定は、
前記測定信号に基づいて測定された前記電磁波の伝搬遅延時間を算出し、
前記伝搬遅延時間に基づいて前記媒質の比誘電率を算出し、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出することを含む
水分量測定方法。
（１８）上記（１６）又は（１７）に記載の水分量測定方法であって、
前記媒質は、土壌である
水分量測定方法。
（１９） 媒質中に配置された第１のプローブの第１のアンテナ部から送信され、前記第１のプローブと所定の距離をおいて前記媒質中に配置された第２のプローブの第２のアンテナ部で受信された電磁波に基づいて、前記第１及び第２のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
前記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出する比誘電率算出部と、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出する水分量算出部と
を具備する情報処理装置。
（２０） 媒質中に配置された第１のプローブの第１のアンテナ部から送信され、前記第１のプローブと所定の距離をおいて前記媒質中に配置された第２のプローブの第２のアンテナ部で受信された電磁波に基づいて、前記第１及び第２のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出し、
前記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出し、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出する
情報処理方法。
（１） 送信用の第１のアンテナ部を有する第１のプローブと、前記第１のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第２のアンテナ部を有する第２のプローブとを含むセンサヘッドと、
前記第１及び第２のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する信号生成部を有する測定ユニットと
を具備するセンサ装置。
（２）上記（１）に記載のセンサ装置であって、
前記第１及び第２のプローブは、芯線部とシールド部とを有する同軸ケーブルで構成され、
前記第１及び第２のアンテナ部は、前記シールド部の一部に設けられた開口部を含む
センサ装置。
（３）上記（２）に記載のセンサ装置であって、
前記第１及び第２のプローブは、前記芯線部の終端部と前記シールド部との間に電気的に接続された終端抵抗をそれぞれ有する
センサ装置。
（４）上記（２）又は（３）に記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、前記第１及び第２のプローブに設けられ前記開口部の周辺の前記シールド部を被覆する電磁波吸収材をさらに有する
センサ装置。
（５）上記（４）に記載のセンサ装置であって、
前記電磁波吸収材は、フェライトを含む
センサ装置。
（６）上記（１）に記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、第１のアーム部と、第２のアーム部と、前記第１及び第２のアーム部を連結する連結部とを含む支持基板をさらに有し、
前記第１及び第２のプローブは、前記第１及び第２のアーム部にそれぞれ設けられたストリップ線路で構成される
センサ装置。
（７）上記（６）に記載のセンサ装置であって、
前記測定ユニットは、前記連結部に搭載される
センサ装置。
（８）上記（１）～（７）のいずれか１つに記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、前記第１及び第２のプローブの少なくとも一方に設けられ前記媒質の温度を検出することが可能に構成された温度検出部をさらに有する
センサ装置。
（９）上記（１）～（８）のいずれか１つに記載のセンサ装置であって、
前記センサヘッドは、前記第１及び第２のプローブの少なくとも一方に設けられ前記媒質の電気伝導度を検出することが可能に構成された電気伝導度検出部をさらに有する
センサ装置。
（１０）上記（１）～（９）のいずれか１つに記載のセンサ装置であって、
前記信号生成部は、前記第１のプローブに所定周波数のパルス信号を入力する信号発生器と、前記第２のプローブの出力を直交検波する検波器とを有する
センサ装置。
（１１）上記（１）～（１０）のいずれか１つに記載のセンサ装置であって、
前記測定ユニットは、前記測定信号を情報処理装置へ送信することが可能に構成された通信部をさらに有する
センサ装置。
（１２） 送信用の第１のアンテナ部を有する第１のプローブと、前記第１のプローブと所定の距離をおいて対向する受信用の第２のアンテナ部を有する第２のプローブとを含むセンサヘッドと、
前記第１及び第２のアンテナ部の間における媒質中での電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成する測定ユニットと、
前記測定信号に基づいて、前記媒質中の水分量を測定する信号処理ユニットと
を具備する水分量測定装置。
（１３）上記（１２）に記載の水分量測定装置であって、
前記信号処理ユニットは、
前記測定信号に基づいて前記第１及び第２のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
前記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出する比誘電率算出部と、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出する水分量算出部と
を有する
水分量測定装置。
（１４）上記（１２）又は（１３）に記載の水分量測定装置であって、
前記センサヘッドは、前記媒質の温度を検出することが可能に構成された温度検出部をさらに有し、
前記信号処理ユニットは、前記温度検出部の出力に基づいて前記水分量を補正する
水分量測定装置。
（１５）上記（１２）～（１４）のいずれか１つに記載の水分量測定装置であって、
前記センサヘッドは、前記媒質の電気伝導度を検出することが可能に構成された電気伝導度検出部をさらに有し、
前記信号処理ユニットは、前記電気伝導度検出部の出力に基づいて前記水分量を補正する
水分量測定装置。
（１６） 媒質中に配置された第１のプローブの第１のアンテナ部から送信された電磁波を、前記第１のプローブと所定の距離をおいて前記媒質中に配置された第２のプローブの第２のアンテナ部で受信することで、前記電磁波の伝搬特性に関する情報を含む測定信号を生成し、
前記測定信号に基づいて、前記媒質中の水分量を測定する
水分量測定方法。
（１７）上記（１６）に記載の水分量測定方法であって、
前記水分量の測定は、
前記測定信号に基づいて測定された前記電磁波の伝搬遅延時間を算出し、
前記伝搬遅延時間に基づいて前記媒質の比誘電率を算出し、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出することを含む
水分量測定方法。
（１８）上記（１６）又は（１７）に記載の水分量測定方法であって、
前記媒質は、土壌である
水分量測定方法。
（１９） 媒質中に配置された第１のプローブの第１のアンテナ部から送信され、前記第１のプローブと所定の距離をおいて前記媒質中に配置された第２のプローブの第２のアンテナ部で受信された電磁波に基づいて、前記第１及び第２のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
前記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出する比誘電率算出部と、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出する水分量算出部と
を具備する情報処理装置。
（２０） 媒質中に配置された第１のプローブの第１のアンテナ部から送信され、前記第１のプローブと所定の距離をおいて前記媒質中に配置された第２のプローブの第２のアンテナ部で受信された電磁波に基づいて、前記第１及び第２のプローブ間における電磁波の伝搬遅延時間を算出し、
前記伝搬遅延時間に基づいて媒質の比誘電率を算出し、
前記比誘電率に基づいて前記媒質中の水分量を算出する
情報処理方法。
【符号の説明】
【0126】
１０，４０…センサ装置
２０，４２０…センサヘッド
２１，４２１…送信用プローブ
２２，４２２…受信用プローブ
２３…終端抵抗
２４，４２４…スリーブ
２５…温度検出部
２６…電気伝導度検出部
３０，４３０…測定ユニット
３１…信号生成部
３２…通信部
５０…信号処理ユニット
５１…遅延時間算出部
５２…比誘電率算出部
５３…水分量算出部
１００，２００，３００…水分量測定装置
２１０，２２０，４２１０，４２２０…アンテナ部
３１０…制御部
３１１…信号発生器
３１３…位相シフタ
３１４…混合器
２０，４２０…センサヘッド
２１，４２１…送信用プローブ
２２，４２２…受信用プローブ
２３…終端抵抗
２４，４２４…スリーブ
２５…温度検出部
２６…電気伝導度検出部
３０，４３０…測定ユニット
３１…信号生成部
３２…通信部
５０…信号処理ユニット
５１…遅延時間算出部
５２…比誘電率算出部
５３…水分量算出部
１００，２００，３００…水分量測定装置
２１０，２２０，４２１０，４２２０…アンテナ部
３１０…制御部
３１１…信号発生器
３１３…位相シフタ
３１４…混合器
【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】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】