特許 7188907 対象物判定装置、プログラム、対象物判定方法、及び半導体装置

(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】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】対象物判定装置、プログラム、対象物判定方法、及び半導体装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/02 20060101AFI20221206BHJP

【ＦＩ】

G01N27/02 Z

G01N27/02 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018087572

(22)【出願日】2018-04-27

(65)【公開番号】P2019191124

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2021-02-09

(73)【特許権者】

【識別番号】308033711

【氏名又は名称】ラピスセミコンダクタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】赤堀 博次

【審査官】小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／２２１９０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－００４６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２７５６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１３４８８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００ － Ｇ０１Ｎ ２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４ － Ｇ０１Ｎ ２７／２４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

受信部により、対象物を介して、重畳した状態で同じ期間に受信された、第１の周波数の第１の信号をＤＦＴ処理した信号の位相及び振幅並びに前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の第２の信号をＤＦＴ処理した信号の位相及び振幅から、前記第１の信号及び前記第２の信号の各々の特徴を表す第１の特徴量と前記第１の特徴量とは異なる第２の特徴量とを計算する計算部であって、前記第１の特徴量は、前記第１の信号及び前記第２の信号の前記振幅又は前記振幅に関連する物理量であり、前記第２の特徴量は、前記第１の信号及び前記第２の信号の前記位相又は前記位相に関連する物理量である、計算部と、
前記第１の信号及び前記第２の信号の各々の前記第１の特徴量の違い及び前記第２の特徴量の違いと、前記第１の特徴量の複数の違い及び前記第２の特徴量の複数の違いと前記対象物の複数の性質との関係とに基づいて、前記対象物の性質を判定する判定部と、
を備え、
前記計算部は、前記第１の特徴量が電力値である場合に、前記第１の信号の前記第１の特徴量と前記第２の信号の前記第１の特徴量との差又は比を計算し、
前記計算部は、前記第１の特徴量が前記振幅である場合に、前記第１の信号の前記第１の特徴量と前記第２の信号の前記第１の特徴量との比又は前記振幅の変化率を計算し、
前記計算部は、前記第１の信号の前記第２の特徴量と前記第２の信号の前記第２の特徴量との差を計算する、
対象物判定装置。

【請求項2】

前記第１の特徴量の違い及び前記第２の特徴量の違いは、それぞれ、前記電力値の差及び前記位相又は前記位相に関連する前記物理量の差であることを特徴とする請求項１に記載の対象物判定装置。

【請求項3】

前記第１の特徴量は、前記振幅及び前記電力値を包含し、前記第２の特徴量は、前記位相、前記位相の角度、及び前記位相に対応する時間差を包含する、
請求項１又は請求項２に記載の対象物判定装置。

【請求項4】

前記計算部は、
複数の第１の期間の各々内に受信した前記第１の信号及び前記第２の信号の各々から計算した前記第１の特徴量の平均値と前記第２の特徴量の平均値とを計算し、又は
前記複数の第１の期間の全体を第２の期間とし、前記第２の期間内に受信した前記第１の信号及び前記第２の信号の各々から前記第１の特徴量の平均値と前記第２の特徴量の平均値とを計算する、
請求項１～請求項３の何れか１項に記載の対象物判定装置。

【請求項5】

受信部により、対象物を介して、重畳した状態で同じ期間に受信された、第１の周波数の第１の信号をＤＦＴ処理した信号の位相及び振幅並びに前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の第２の信号をＤＦＴ処理した信号の位相及び振幅から、前記第１の信号及び前記第２の信号の各々の特徴を表す第１の特徴量と前記第１の特徴量とは異なる第２の特徴量とを計算するステップと、
前記第１の特徴量が電力値である場合に前記第１の信号の前記第１の特徴量と前記第２の信号の前記第１の特徴量との差又は比を計算し、前記第１の特徴量が前記振幅である場合に前記第１の信号の前記第１の特徴量と前記第２の信号の前記第１の特徴量との比又は前記第１の特徴量の変化率を計算するステップと、
前記第１の信号の前記第２の特徴量と前記第２の信号の前記第２の特徴量との差を計算するステップと、
前記第１の信号及び前記第２の信号の各々の前記第１の特徴量の違い及び前記第２の特徴量の違いと、前記第１の特徴量の複数の違い及び前記第２の特徴量の複数の違いと前記対象物の複数の性質との関係とに基づいて、前記対象物の性質を判定するステップと、
を備え、
前記第１の特徴量は、前記第１の信号及び前記第２の信号の前記振幅又は前記振幅に関連する物理量であり、前記第２の特徴量は、前記第１の信号及び前記第２の信号の前記位相又は前記位相に関連する物理量である、
対象物判定方法。

【請求項6】

コンピュータに、請求項５に記載の対象物判定方法を実行させるためのプログラム。

【請求項7】

処理装置に請求項５に記載の対象物判定方法を実行させるためのプログラムを記憶した記憶装置と、
前記記憶装置に記憶された前記プログラムを実行する処理装置と、
を備える対象物判定装置。

【請求項8】

受信部により、対象物を介して、重畳した状態で同じ期間に受信された、第１の周波数の第１の信号をＤＦＴ処理した信号の位相及び振幅並びに前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の第２の信号をＤＦＴ処理した信号の位相及び振幅から、前記第１の信号及び前記第２の信号の各々の特徴を表す第１の特徴量と前記第１の特徴量とは異なる第２の特徴量とを計算する計算部であって、前記第１の特徴量は、前記第１の信号及び前記第２の信号の前記振幅又は前記振幅に関連する物理量であり、前記第２の特徴量は、前記第１の信号及び前記第２の信号の前記位相又は前記位相に関連する物理量である、計算部と、
前記第１の信号及び前記第２の信号の各々の前記第１の特徴量の違い及び前記第２の特徴量の違いと、前記第１の特徴量の複数の違い及び前記第２の特徴量の複数の違いと前記対象物の複数の性質との関係とに基づいて、前記対象物の性質を判定する判定部と、
を備え、
前記計算部は、前記第１の特徴量が電力値である場合に、前記第１の信号の前記第１の特徴量と前記第２の信号の前記第１の特徴量との差又は比を計算し、
前記計算部は、前記第１の特徴量が前記振幅である場合に、前記第１の信号の前記第１の特徴量と前記第２の信号の前記第１の特徴量との比又は前記振幅の変化率を計算し、
前記計算部は、前記第１の信号の前記第２の特徴量と前記第２の信号の前記第２の特徴量との差を計算する、
半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対象物判定装置、プログラム、及び対象物判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、土の性質としてのインピーダンスの計測は、土の水分量の測定、土のイオン濃度の測定に用いられている。従来の第１の土地判定装置は、土の中に電極を入れ、一方の電極から所望の周波数の信号を送信し、もう一方の電極で、送信された信号（所望の周波数）を受信し、受信した信号に基づいて土のインピーダンスを計測している。

【0003】

土のインピーダンスも、抵抗成分に加え、容量成分/誘導成分が含まれ、複素であらわされる値となる。複素の値を取得する際、上記信号の送信側の所望の周波数の信号の位相タイミングを、受信側が知らないと、受信側の位相が送信側に対しどのくらい回転（位相遅れ）しているのかが分からない。そのため、従来のインピーダンス計測装置では、受信側には送信側から、送信側のタイミング情報もしくはタイミングを受信側が知り得るように、信号を別途送信している。

【0004】

また、従来の第２の土地判定装置は、位相情報を用いず、予め送信側がどのレベルで送信したかを受信側が何らかの方法で知ることで、測定した周波数における土の減衰特性を計測している。

【0005】

このように、従来の第１の土地判定装置及び第２の土地判定装置では、送信側のタイミング情報もしくはタイミングを知り得るなんらかの信号、及び信号のレベルを示す信号が必要になる。そのため、送信側と受信側とが分離して、送信側と受信側とのそれぞれに接続された２つのセンサ間にて土地の性質を計測する場合、送信側の位相に関わるタイミング信号もしくは送信側のレベルを示す信号を、有線もしくは無線にて送信する仕組みが必要になる。

【0006】

例えば、従来、図１０（Ａ）や図１０（Ｂ）に示す構成の土地判定装置／システムが提案されている。これらの土地判定装置／システムでは、受信側に含まれるＤＦＴ２０６が、送信された信号の位相と振幅をベクトルに変換した結果を出力するが、上記のように送信側からタイミング信号が入力される。

【0007】

なお、関連する特許文献として、特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１３－２００１９３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、送信側の位相に関わるタイミング信号もしくは送信側のレベルを示す信号を受信側に送信する仕組みとして、有線の場合では、線材で送信側と受信側との間をつなぐこととなり、送信側と受信側との各々の装置の設置の自由度を奪うこと、屋外設置時に落下物や到来物による断線を避けること、落雷の誘導を防ぐ何らかの仕組みが必要であることなど、多くの制約が生じ設置コストやメンテナンスコストが増大する。計測対象の土壌に配線ケーブルという土壌にとって異物が増えるため、ケーブル敷設による計測結果への影響も考慮しなければならなくなる。これにより本来計測したい結果を得られないリスクも生じる。

【0010】

また、無線による仕組みでは、ケーブルを排することも可能ではあるが、無線通信による伝送遅延や無線通信帯域の制約からくるタイミング情報の時間精度の確保のためには、安価な無線装置では実現が困難となる。

【0011】

本開示の技術は、上記した点に鑑みてなされたものであり、第１の信号及び第２の信号の送信のタイミングを示す信号を受信せずに、対象物の性質を判定することが可能な対象物判定装置、プログラム、及び対象物判定方法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】

【0012】

本開示の技術の第１の態様の対象物判定装置は、受信部により、対象物を介して、重畳した状態又は別々に受信された、第１の周波数の第１の信号及び前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の第２の信号から、前記第１の信号及び前記第２の信号の各々の特徴を表す第１の特徴量と前記第１の特徴量とは異なる第２の特徴量とを計算する計算部と、前記第１の信号及び前記第２の信号の各々の前記第１の特徴量の違い及び前記第２の特徴量の違いと、前記第１の特徴量の複数の違い及び前記第２の特徴量の複数の違いと対象物の複数の性質との関係とに基づいて、前記対象物の性質を判定する判定部と、を備える。

【0013】

本開示の技術の第２の態様の対象物判定方法は、受信部により、対象物を介して、重畳した状態又は別々に受信された、第１の周波数の第１の信号及び前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の第２の信号から、前記第１の信号及び前記第２の信号の各々の特徴を表す第１の特徴量と前記第１の特徴量とは異なる第２の特徴量とを計算するステップと、前記第１の信号及び前記第２の信号の各々の前記第１の特徴量の違い及び前記第２の特徴量の違いと、前記第１の特徴量の複数の違い及び前記第２の特徴量の複数の違いと対象物の複数の性質との関係とに基づいて、前記対象物の性質を判定するステップと、を備える。

【0014】

本開示の技術の第３の態様のプログラムは、コンピュータに、請求項５に記載の対象物判定方法を実行させる。

【0015】

本開示の技術の第４の態様の対象物判定装置は、処理装置に請求項５に記載の対象物判定方法を実行させるためのプログラムを記憶した記憶装置と、前記記憶装置に記憶された前記プログラムを実行する処理装置と、を備える。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、第１の信号及び第２の信号の送信のタイミングを示す信号を受信せずに、対象物の性質を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１の実施の形態の土地性質判定システムのブロック図である。

【図2】第１の性質Ｌ１の土と第２の性質Ｌ２の土地を介して送信された第１の周波数ｆ１の信号と第２の周波数ｆ２の信号がそれぞれ第１のＤＦＴ処理及び第２のＤＦＴ処理された場合の振幅Ａ１１～Ａ２２及び位相θ１１～θ２２の関係をベクトルにより示す図である。

【図3】信号の周波数と当該信号の振幅を二乗して得られる電力との関係を示すグラフである。

【図4】信号の周波数と当該信号の位相の角度との関係を示すグラフである。

【図5】２つの異なる周波数の信号の電力（振幅の二乗）の差（ΔＰ１、ΔＰ２）と、２つの異なる周波数の信号の位相の角度の差（Δθ１、Δθ２）とに応じて、土の性質（Ｌ１、Ｌ２）が特定され記憶されているテーブルを示す図である。

【図6】第２の実施の形態の土地性質判定システムのブロック図である。

【図7A】コンピュータ１１０ＣのＣＰＵ１２２の機能部を示す図である。

【図7B】コンピュータ２２０ＣのＣＰＵ２２２の機能部を示す図である。

【図8】送信装置１００Ｂのコンピュータ１１０Ｃが正弦波を生成する処理プログラムのフローチャートである。

【図9】図９には、測定装置２００Ｂによる土の性質を判定する判定処理プログラムのフローチャートである。

【図10】（Ａ）は、土地判定装置のブロック図であり、（Ｂ）は、土地判定システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、開示の技術の実施形態の一例を図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与し、重複する説明は適宜省略する。

【0019】

［第１の実施形態］
図１には、土地性質判定システムが示されている。図１に示すように、土地性質判定システムは、送信装置１００Ａと、測定装置２００Ａと、を備えている。送信装置１００Ａは、生成装置１１０と、電極１０８と、を備えている。測定装置２００Ａは、電極２０２と、判定装置２２０と、を備えている。なお、電極１０８と電極２０２とは、一定距離（例えば、数十センチ～数メートル）離れ、電極１０８と電極２０２との間に土が存在する。生成装置１１０と判定装置２２０とは、半導体装置で構成されている。
判定装置２２０は、本開示の技術の対象物判定装置及び半導体装置の一例である。

【0020】

生成装置１１０は、正弦波生成回路１０２Ａと、正弦波生成回路１０２Ｂとを備えている。正弦波生成回路１０２Ａは、第１の周波数ｆ１の第１の正弦波に対応するデジタル信号（以下、「第１の正弦波信号」という）を生成する。正弦波生成回路１０２Ｂは、第２の周波数ｆ２の第２の正弦波に対応するデジタル信号（以下、「第２の正弦波信号」という）を生成する。第１の実施の形態では、第２の周波数ｆ２は、第１の周波数ｆ１のＮ倍である。正弦波生成回路１０２Ａ及び正弦波生成回路１０２Ｂは、第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号を、選択的に切り替えて出力し、又は加算して同時に出力する切替加算回路１０４に接続されている。なお、第１の実施の形態では、切替加算回路１０４は、第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号を加算し、加算信号として出力する。切替加算回路１０４は、加算信号をアナログ変換して、電気信号として出力するＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０６に接続されている。ＤＡＣ１０６は電極１０８に接続されている。電極１０８は、ＤＡＣ１０６からの信号（アナログ電気信号）を土に送信する。

【0021】

測定装置２００Ａは、電極１０８により送信された信号を、土を介して受信する電極２０２と、電極２０２により受信された信号を処理して、土の性質を判定する判定装置２２０とを備えている。判定装置２２０は、電極２０２に接続され、電極２０２により受信された信号をデジタル変換するＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２０４を備えている。ＡＤＣ２０４には、ＡＤＣ２０４からの信号を離散フーリエ変換し、第１の正弦波（周波数ｆ１）に対応する振幅及び位相を出力するＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）２０６Ａと、ＡＤＣ２０４からの信号を離散フーリエ変換し、第２の正弦波（周波数ｆ２）に対応する振幅及び位相を出力するＤＦＴ２０６Ｂとが接続されている。

【0022】

ＤＦＴ２０６Ａには、電力変換回路２０８Ａと、角度変換回路２１０Ａとが接続されている。ＤＦＴ２０６Ｂには、電力変換回路２０８Ｂと、角度変換回路２１０Ｂとが接続されている。電力変換回路２０８Ａは、ＤＦＴ２０６Ａからの振幅を二乗することにより、電力に変換する。角度変換回路２１０Ａは、ＤＦＴ２０６Ａからの位相を角度に変換する。電力変換回路２０８Ｂは、ＤＦＴ２０６Ｂからの振幅を二乗することにより、電力に変換する。角度変換回路２１０Ｂは、ＤＦＴ２０６Ｂからの位相を角度に変換する。

【0023】

電力変換回路２０８Ａ及び電力変換回路２０８Ｂは、電力差計算回路２１２に接続されている。電力差計算回路２１２は、電力変換回路２０８Ａ及び電力変換回路２０８Ｂの各々からの電力差を計算する。角度変換回路２１０Ａ及び角度変換回路２１０Ｂは、角度差計算回路２１４に接続されている。角度差計算回路２１４は、角度変換回路２１０Ａ及び角度変換回路２１０Ｂの各々からの角度差を計算する。

【0024】

電力差計算回路２１２には、電力差計算回路２１２により計算された電力差を平均化する平均化回路２１６Ａに接続されている。角度差計算回路２１４は、角度差計算回路２１４により計算された角度差を平均化する平均化回路２１６Ｂに接続されている。平均化回路２１６Ａ及び平均化回路２１６Ｂは、判定回路２１８に接続されている。判定回路２１８は、詳細には後述する電力差及び角度差と土の性質との関係を示すテーブル（図５も参照）を備えている。

【0025】

判定回路２１８は、平均化回路２１６Ａ及び平均化回路２１６Ｂにより平均化された電力差及び角度差と、テーブルにある電力差及び角度差と土の性質との関係とに基づいて、電極１０８と電極２０２との間にある土の性質を判定する。土の性質としては、第１の実施の形態では、例えば、土のｐＨと土の単位体積当たりの水分量とがある。なお、土の性質はこれらのｐＨや水分量に限定されず、ｐＨや水分量に代えて又はｐＨや水分量と共に、例えば、イオン濃度を、土の性質として判定してもよい。

【0026】

ＤＦＴ２０６Ａ～平均化回路２１６Ｂは、本開示の技術の計算部の一例である。判定回路は、本開示の技術の判定部の一例である。

【0027】

次に、第１の実施の形態の作用を説明する。

【0028】

まず、送信装置１００Ａの作用を説明する。生成装置１１０の正弦波生成回路１０２Ａは、第１の正弦波信号を生成し、正弦波生成回路１０２Ｂは、第２の正弦波信号を生成する。正弦波生成回路１０２Ａが第１の正弦波信号を生成開始するタイミングと、正弦波生成回路１０２Ｂが第２の正弦波信号を生成開始するタイミングは同じである。第１の正弦波信号の振幅と第２の正弦波信号の振幅とは同じである。切替加算回路１０４は、正弦波生成回路１０２Ａ及び正弦波生成回路１０２Ｂから出力された第１の正弦波及び第２の正弦波を加算し、加算信号として出力する。ＤＡＣ１０６は、切替加算回路１０４からの加算信号をアナログ信号に変換して、電極１０８に出力する。電極１０８は、ＤＡＣ１０６から出力された信号を、土に送信する。

【0029】

次に、測定装置２００Ａの作用を説明する。上記のように土に送信された信号は、測定装置２００Ａの電極２０２により受信され、電極２０２は、受信した信号をＡＤＣ２０４に出力する。ＡＤＣ２０４は、受信した信号をデジタル変換し、信号を、ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂに出力する。

【0030】

ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂは、一定期間に受信された信号をＤＦＴ変換する。ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６ＢでＤＦＴ変換するための信号の個数は、ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂの各々で異なるが、ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂは、同じ一定期間の間に受信された信号を用いる。この一定期間は、第１の周波数ｆ１の第１の正弦波信号の波長により定まる期間と第２の周波数ｆ２の第２の正弦波信号の波長により定まる期間との最小公倍数としている。このように、ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂは、同じ一定期間の間に受信された信号を用いるとしているのは、外乱ノイズの影響を小さくするためのである。例えば、ＤＦＴ２０６Ａは、第１の期間の間に受信された信号を用い、ＤＦＴ２０６Ｂは、第１の期間より長い第２の期間の間に受信された信号を用いるとする。第１の期間経過後、第２の期間経過前に、外乱ノイズが発生すると、ＤＦＴ２０６Ｂにより得られる振幅及び位相にのみ外乱ノイズが影響するからである。

【0031】

また、ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂが、同じ一定期間の間に受信された信号を用いるようにしているのは、ノイズの影響を受けにくくするためである。より詳細に説明すると、例えば、ＤＦＴ２０６Ａが、ある第１の所定期間の間に受信された信号を用い、ＤＦＴ２０６Ｂが、当該第１の所定時間に続く第２の所定時間の間に受信された信号を用いる場合を想定してみる。これを、ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂが共に同じ当該第１の所定時間の間に受信された信号を用いる場合と比較すると、上記想定の場合のほうが、第２の所定時間の分、時間が長くなり、その分、外乱ノイズの影響を受ける確率が高くなる。しかし、本実施の形態では、ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂは、同じ一定期間の間に受信された信号を用いるようにしているので、上記想定の場合より、ノイズの影響を受けにくくすることができる。

【0032】

また、詳細には後述するが、本実施の形態では、ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂの各々からの振幅を変換した電力の差及びＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂの各々からの位相の角度の差を用いている。ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂが同じ一定期間の間に受信された信号を用いるので、仮に、当該同じ一定期間に外乱ノイズがあったとしても、同様にノイズが影響する各電力の差及び各角度の差を計算するので、ノイズの影響を小さくすることができる。

【0033】

ＤＦＴ２０６Ａは、ＡＤＣ２０４からの信号が所定個数蓄えられる毎に、所定個数の信号を用いて、第１のＤＦＴ処理をして、第１の周波数ｆ１の第１の正弦波信号の振幅と位相とを示す信号をそれぞれ、電力変換回路２０８Ａ及び角度変換回路２１０Ａに出力する。ＤＦＴ２０６Ｂは、ＡＤＣ２０４からの信号が所定個数蓄えられる毎に、所定個数の信号を用いて、第２のＤＦＴ処理をして、第２の周波数ｆ２の第２の正弦波信号の振幅と位相とを示す信号をそれぞれ、電力変換回路２０８Ｂ及び角度変換回路２１０Ｂに出力する。
なお、第１のＤＦＴ処理及び第２のＤＦＴ処理の各々は、ＤＦＴ変換と振幅及び位相を求める処理とを含む。

【0034】

上記のように生成装置１１０の正弦波生成回路１０２Ａが第１の正弦波信号を生成開始するタイミングと、正弦波生成回路１０２Ｂが第２の正弦波信号を生成開始するタイミングは同じである。ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂの各々の動作タイミングは同じである。

【0035】

電力変換回路２０８Ａ及び電力変換回路２０８Ｂは、受信した振幅の二乗を計算することにより、振幅を電力値に変換する。角度変換回路２１０Ａ及び角度変換回路２１０Ｂは、受信した位相を角度に変換する。

【0036】

電力差計算回路２１２は、電力変換回路２０８Ａからの電力値と電力変換回路２０８Ｂからの電力値との差を計算する。角度差計算回路２１４は、角度変換回路２１０Ａからの角度と角度変換回路２１０Ｂからの角度との差を計算する。

【0037】

上記のように、ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂは、ＡＤＣ２０４からの信号が所定個数蓄えられる毎に、振幅と位相とを示す信号を、電力変換回路２０８Ａ、２０８Ｂ及び角度変換回路２１０Ａ、２１０Ｂに出力する。よって、ＤＦＴ２０６～角度差計算回路２１４は、ＤＦＴ２０６Ａ及びＤＦＴ２０６Ｂで信号が所定個数蓄えられる毎、即ち、所定時間毎に上記と同様に動作する。平均化回路２１６Ａには、所定時間毎に、電力差計算回路２１２から電力値の差が入力され、平均化回路２１６Ｂには、所定時間毎に、角度差計算回路２１４からの角度の差が入力される。平均化回路２１６Ａは、電力差計算回路２１２からの電力値の差が一定個数に到達したところで、電力値の差の平均値を計算する。平均化回路２１６Ｂは、角度差計算回路２１４からの角度の差が一定個数に到達したところで、角度の差の平均値を計算する。

【0038】

判定回路２１８は、平均化回路２１６Ａからの電力値の差の平均値と平均化回路２１６Ｂからの角度の差の平均値とに基づいて、土の性質（ｐＨ及び水分量）を判定する。

【0039】

次に、電力値の差と角度の差とに基づいて、土の性質（ｐＨ及び水分量）が判定できる原理を説明する。

【0040】

図２には、第１の性質Ｌ１の土と第２の性質Ｌ２の土地を介して送信された第１の周波数ｆ１の信号と第２の周波数ｆ２の信号がそれぞれ第１のＤＦＴ処理及び第２のＤＦＴ処理された場合の振幅Ａ１１～Ａ２２及び位相θ１１～θ２２の関係がベクトルにより示されている。
図２に示すように、振幅Ａ１１～Ａ２２及び位相θ１１～θ２２は、実数＋ｊ×虚数のベクトルで定まる。第１のＤＦＴ処理及び第２のＤＦＴ処理の各ＤＦＴ変換により、ベクトル（実数、虚数）が求められる。実数は、振幅×ＣＯＳ（位相）、虚数は、振幅×ＳＩＮ（位相）であり、電力は、実数^２＋虚数^２であり、振幅は、√（電力）＝√（実数^２＋虚数^２）である。このように振幅は、√（実数^２＋虚数^２）により求められる。
また、上記のように、実数＝振幅×ＣＯＳ（位相）であるので、ＣＯＳ（位相）＝（実数／振幅）である。よって、位相は、ＡＣＯＳ（実数／振幅）である。また、虚数＝振幅×ＳＩＮ（位相）であるので、ＳＩＮ（位相）＝（虚数／振幅）である。よって、位相は、ＡＳＩＮ（虚数／振幅）でもある。このように位相は、ＡＣＯＳ（実数／振幅）又はＡＳＩＮ（虚数／振幅）により求められる。位相θ１１～θ２２は、送信装置１００Ａから信号が送信されるタイミングを、実数軸を基準にして表される。
このようにＤＦＴにより得られたベクトル（実数、虚数）から振幅Ａ１１～Ａ２２及び位相θ１１～θ２２が求まる。本実施の形態の第１のＤＦＴ処理及び第２のＤＦＴ処理では、ＤＦＴにより得られたベクトル（実数、虚数）から更に振幅及び位相を求めている。

【0041】

電極１０８と電極２０２との間の土が第１の性質Ｌ１の場合、第１の周波数ｆ１の信号について第１のＤＦＴ処理を実行すると、振幅Ａ１１、位相θ１１が出力され、第２の周波数ｆ２の電気信号について第２のＤＦＴ処理を実行すると、振幅Ａ２１、位相θ２１が出力される。電極１０８と電極２０２との間の土が第２のＬ２の場合、第１のＤＦＴ処理により、振幅Ａ１２、位相θ１２が出力され、第２のＤＦＴ処理により、振幅Ａ２２、位相θ２２が出力される。

【0042】

このように、同じ周波数であり且つ同じＤＦＴ処理を実行しても振幅及び位相の角度が、（Ａ１１，Ａ１２）、（Ａ２１，Ａ２２）、（θ１１，θ１２）、（θ２１，θ２２）のように、異なるのは、土の性質が異なるからである。

【0043】

図３には、信号の周波数と当該信号の振幅を二乗して得られる電力との関係が示されている。図３に示すように、振幅を二乗して得られる電力値は、周波数と、電極１０８と電極２０２との間の土の性質Ｌ１、Ｌ２とによって異なる。なお、図３の縦軸は対数をとった値である。図４には、信号の周波数と当該信号の位相の角度との関係が示されている。図４に示すように、信号の位相の角度は、周波数と、電極１０８と電極２０２との間の土の性質Ｌ１、Ｌ２とによって異なる。

【0044】

逆に、２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２の信号の電力（振幅の二乗）の差、ΔＰ１（Ｐ１１－Ｐ２１）、ΔＰ２（Ｐ１２－Ｐ２２）は、土の性質Ｌ１、Ｌ２により異なる。また、２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２の信号の位相の角度の差、Δθ１（θ１１－θ２１）、Δθ２（θ１２－θ２２）は、土の性質Ｌ１、Ｌ２により異なる。

【0045】

つまり、土の性質が異なると、２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２の信号の電力（振幅の二乗）の差及び位相の角度の差が異なるので、２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２の信号の電力（振幅の二乗）の差及び位相の角度の差が定まると、土の性質が特定される。図５には、２つの異なる周波数の信号の電力（振幅の二乗）の差（ΔＰ１、ΔＰ２）と、２つの異なる周波数の信号の位相の角度の差（Δθ１、Δθ２）とに応じて、土の性質（Ｌ１、Ｌ２）が特定され記憶されているテーブルが示されている。

【0046】

このように、２つの異なる周波数の信号の電力値（振幅の二乗）の差（ΔＰ１、ΔＰ２）及び２つの異なる周波数の信号の位相の角度の差（Δθ１、Δθ２）と、テーブルとに基づいて、電極１０８と電極２０２との間の土の性質を判定することができる。

【0047】

なお、求められた電力値の差や角度の差が、テーブルに規定された値に該当しない場合には、最も近い値を選択し、選択した値に応じて土地の性質を判定する。

【0048】

以上説明しように第１の実施の形態では、土地の性質を判定することができる。

【0049】

土地の性質として上記水分量（単位体積当たりの）を判定する場合、電極１０８と電極２０２とを山の崖等に埋めると、判定された水分量から、崖崩れの発生の可能性を判定することができ、第１の実施の形態は、判定された水分量が閾値を超えると警報をする等をする土砂災害の予防システムとして利用することができる。また、電極１０８と電極２０２とを農作物の種等が埋められている場所に埋めると、種等の回りの土地の水分量が分かり、水分量が閾値を下回った場合、噴水器を作動させるなどの植物育成システムとして利用することができる。

【0050】

また、ＤＦＴ２０６Ａは、第１のＤＦＴ処理をして、第１の周波数ｆ１の第１の正弦波信号の振幅と位相とを出力し、ＤＦＴ２０６Ｂは、第２のＤＦＴ処理をして、第２の周波数ｆ２の第２の正弦波信号の振幅と位相とを出力する。このようにＤＦＴ２０６Ａ、２０６Ｂにより、第１の正弦波信号の振幅と第２に正弦波信号の振幅とが求められるので、生成装置１１０と判定装置２２０との間で、送信信号のレベルの情報の信号を送受信する必要がない。また、送信装置１００Ａから信号が送信される時からの、信号が測定装置２００Ａで受信される時の時間差（タイミング遅れ）は、位相差に対応する。上記のようにＤＦＴ２０６Ａ、２０６Ｂにより、第１の正弦波信号の位相と第２に正弦波信号の位相とが求められるので、第１の正弦波信号及び第２に正弦波信号の各々の測定装置２００Ａで受信される時の時間差（タイミング遅れ）も分かる。よって、生成装置１１０と判定装置２２０との間で、生成装置１１０が生成する信号の位相に関わるタイミング信号を送受信する必要がない。以上より、第１の実施の形態では、生成装置１１０が生成する信号の位相に関わるタイミング信号や送信信号のレベルの情報の信号を送受信する通信経路が無くとも、土の性質を判定することができる。

【0051】

ところで、第１の正弦波信号に対応する第１の送信信号と、第２の正弦波信号に対応する第２の送信信号とを時間的にずれして別々に送受信し、第１の送信信号又は第２の送信信号に外来ノイズが影響すると、電力差及び位相差に大きな誤差が生ずる。しかし、第１に実施の形態では、送信装置１００Ａの切替加算回路１０４は、第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号を加算し、加算信号として出力する。加算信号に外来ノイズが影響しても、電力差及び位相差に生ずる誤差は比較的小さい。よって、第１の実施の形態では、送受信する信号に外来ノイズが影響しても、土の性質をより精度よく判定することができる。

【0052】

また、送信装置１００Ａの切替加算回路１０４は、第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号を加算し、加算信号として出力するので、第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号間のタイミング制御等を不要とすることができる。

【0053】

［第２の実施形態］
次に、第２の実施の形態を説明する。図６には、土地性質判定システムが示されている。送信測定システムは、送信装置１００Ｂと測定装置２００Ｂとを備える。送信装置１００Ｂは、電極１０８、ＤＡＣ１０６、記憶装置１３２、及びコンピュータ１１０Ｃを備えている。コンピュータ１１０Ｃは、ＣＰＵ１２２、ＲＯＭ１２４、ＲＡＭ１２６、及び入出力（Ｉ／Ｏ）ポート１２８が、バス１３０により相互に接続されて、構成されている。Ｉ／Ｏ１２８には、記憶装置１３２とＤＡＣ１０６とが接続され、ＤＡＣ１０６には電極１０８が接続されている。記憶装置１３２には、後述する正弦波を生成する処理プログラムと、第１の周波数ｆ１の正弦波信号及び第２の周波数ｆ２の正弦波信号の各々の波形の情報とが記憶されている。

【0054】

測定装置２００Ｂは、電極２０２、ＡＤＣ２０４、記憶装置２０６、及びコンピュータ２２０Ｃを備えている。コンピュータ２２０Ｃは、ＣＰＵ２２２、ＲＯＭ２２４、ＲＡＭ２２６、及び入出力（Ｉ／Ｏ）ポート２２８が、バス２３０により相互に接続されて、構成されている。入出力（Ｉ／Ｏ）ポート２２８には、ＡＤＣ２０４と記憶装置２０６とが接続されている。ＡＤＣ２０４には電極２０２が接続されている。記憶装置２０６には、後述する判定処理プログラムが記憶されている。

【0055】

コンピュータ２２０Ｃは、本開示の技術の対象物判定装置の一例である。判定処理プログラムは、本開示の技術のプログラムの一例である。

【0056】

図７Ａには、コンピュータ１１０ＣのＣＰＵ１２２の機能部が示されている。ＣＰＵ１２２は、処理部１５２、読み出し部１５４、加算部１５６、出力部１５８を備えている。

【0057】

図７Ｂは、コンピュータ２２０ＣのＣＰＵ２２２の機能部が示されている。ＣＰＵ２２２の機能部は、処理部２５２、ＤＦＴ処理部２５４、電力変換部２５６、角度変換部２５８、電力差計算部２６０、角度差計算部２６２、平均化部２６４、判定部２６６を備えている。

【0058】

図８には、送信装置１００Ｂのコンピュータ１１０Ｃが正弦波を生成する処理プログラムのフローチャートが示されている。なお、図８に示す正弦波を生成する処理プログラムによる処理内容は、第１の実施の形態における生成装置１１０の生成内容と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

【0059】

ステップ１６２で、処理部１５２は、本処理プログラムがスタートしてから又は後述する信号を出力してから所定期間経過したか否かを判断する。所定期間経過していないと判断した場合には、所定期間経過するまで待機する。

【0060】

所定期間が経過したと判断した場合には、ステップ１６４で、読み出し部１５４は、記憶装置１３２から、当該タイミングに対応する第１の正弦波の信号の値を読み出し、ステップ１６６で、読み出し部１５４は、記憶装置１３２から、当該タイミングに対応する第２の正弦波の信号の値を読み出す。

【0061】

ステップ１６８で、加算部１５６は、ステップ１６４、１６６で読み出された各値を加算し、ステップ１７０で、出力部１５８は、加算された値を、ＤＡＣ１０６に出力する。ＤＡＣ１０６は、加算された信号をアナログ変換して電極１０８に出力する。電極１０８は信号を土に出力（送信）する。

【0062】

ステップ１７２で、処理部１５２は、図示しない入力部から終了指示が入力されたか否かを判断する。終了指示が入力されていなければ、ステップ１６２に戻って、以上の処理（ステップ１６２～１７２）が実行される。終了指示が入力されると、正弦波を生成する処理プログラムの実行が終了する。

【0063】

上記のように電極１０８から出力された信号は、土を介して、測定装置２００Ｂの電極２０２により受信される。ＡＤＣ２０４は、電極２０２が信号を受信する毎に、受信された信号がデジタル変換されてコンピュータ２２０Ｃに入力される。

【0064】

図９には、測定装置２００Ｂによる土の性質を判定する判定処理プログラムのフローチャートが示されている。判定処理プログラムが実行されることにより実行される判定処理は、本開示の技術の対象物判定方法の一例である。図９に示す判定処理プログラムによる処理内容は、第１の実施の形態における判定装置２２０のＤＦＴ～判定の内容と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

【0065】

ステップ２７０で、処理部２５２は、電力差及び角度差を計算した回数を示す変数ｎを０にセットし、ステップ２７２で、処理部２５２は、変数ｎを１インクリメントする。

【0066】

ステップ２７４で、処理部２５２は、ＡＤＣ２０４によりコンピュータ２２０Ｃに入力された信号が所定個数蓄えられたか否かを判断する。所定個数の信号が蓄えられていなければ、所定個数の信号が蓄えられるまで、ステップ２７４の判断が実行される。

【0067】

所定個数の信号が蓄えられた場合には、ステップステップ２７６で、ＤＦＴ処理部２５４は、所定個数の信号について第１のＤＦＴ処理を実行し、第１の周波数ｆ１の第１の正弦波信号の振幅及び位相を求める。次のステップ２７８で、所定個数の信号について第２のＤＦＴ処理を実行し、第２の周波数ｆ２の第２の正弦波信号の振幅及び位相を求める。

【0068】

ステップ２８０で、電力変換部２５６は、第１の周波数ｆ１の信号の振幅を電力値に変換し、ステップ２８２で、角度変換部２５８は、第１の周波数ｆ１の信号の位相を角度に変換する。ステップ２８４で、電力変換部２５６は、第２の周波数ｆ２の信号の振幅を電力値に変換し、ステップ２８６で、角度変換部２５８は、第２の周波数ｆ２の信号の位相を角度に変換する。ステップ２８８で、電力差計算部２６０は、第１の周波数ｆ１の信号の振幅が変換された電力値と、第２の周波数ｆ２の信号の振幅が変換された電力値との差を計算する。ステップ２９０で、角度差計算部２６２は、第１の周波数ｆ１の信号の位相が変換された角度と第２の周波数ｆ２の信号の位相が変換された角度との差を計算する。

【0069】

ステップ２９２で、処理部２５２は、変数ｎが総数Ｎに等しいか否かを判断する。変数ｎが総数に等しくないと判断された場合には、判定処理はステップ２７２に戻る。変数ｎが総数Ｎに等しいと判断した場合には、ステップ２９４で、平均化部２６４は、電力差を平均化し、２９６で、平均化部２６４は、角度差を平均化する。

【0070】

ステップ２９８で、判定部２６６は、電力差及び角度差と、図５に示したテーブルとから、土の性質を判定する。

【0071】

以上説明しように第２の実施の形態では、土地の性質を判定することができる。

【0072】

第２の実施の形態では、土砂災害の予防システムや植物育成システムとして利用することができる。

【0073】

第２の実施の形態では、送信装置１００Ｂと測定装置２００Ｂとの間に、送信装置１００Ｂが生成する信号の位相に関わるタイミング信号や送信信号のレベルの情報の信号を送受信する通信経路が無くとも、土の性質を特定することができる。

【0074】

第２の実施の形態では、送受信する信号に外来ノイズが影響しても、土の性質をより精度よく判定することができる。

【0075】

［変形例］
次に、本開示の技術の変形例を説明する。
<第１の変形例>
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、電力値の差や位相の差を用いているが、例えば、電力値の比や位相の比を用いてもよい。

【0076】

<第２の変形例>
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、電力値（振幅）や位相を用いているが、例えば、振幅の変化率や、位相に対応する時間差を用いてもよい。

【0077】

<第３の変形例>
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、第１の正弦波信号を生成開始するタイミングと第２の正弦波信号を生成開始するタイミングは同じであり、各ＤＦＴのタイミングも同じであるが、それぞれ異なるようにしてもよい。

【0078】

<第４の変形例>
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、第１の正弦波信号の振幅と第２の正弦波信号の振幅とは同じであるが、異なるようにしてもよい。この場合、電力差を計算する際に、異なる振幅の大きさに基づいて電力値を調整してから、電力値の差を計算する。

【0079】

<第５の変形例>
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、電力値の差及び角度差の各々を、誤差を少なくするため、平均化している。即ち、振幅及び位相を、各ＤＦＴのため一定期間の間に受信された信号を用いて、取得し、各々一定個の平均を求めているが、各ＤＦＴでは、一定期間×一定個の期間の間に受信された信号を用いて、振幅及び位相をそれぞれ１つ取得するようにしてもよい。この場合、第１の実施の形態では、平均化回路２１６Ａ、２１６を省略し、第２の実施の形態におけるステップ２７０、２７２、２９２～２９６の処理が省略される。

【0080】

<第６の変形例>
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、性質を判定する対象を土としているが、別の対象でもよい。例えば、皮膚等でもよい。

【0081】

<第７の変形例>
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、振幅を電力値に変換しているが、これは装置に起因する抵抗が大きい場合、振幅の値が小さくなるが、振幅を二乗にして電力値にすることにより、誤差の影響を少なくすることができる。第７の変形例としては、電力に変換せず、振幅を用いてもよい。

【0082】

<第８の変形例>
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号を用いているが、これらに代えて、正弦波信号ではなく、各々異なる固有の周波数成分が高い割合で含まれた信号を用いてもよい。

【0083】

<第９の変形例>
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、第１の周波数ｆ１の信号と第２の周波数ｆ２の信号とを用いて土の性質（第１の性質）を判定している。本開示の技術はこれに限定されない。第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２の各々と異なる第３の周波数ｆ３と、第１の周波数ｆ１～第３の周波数ｆ３とは異なる第４の周波数ｆ４とを更に用いてもよい。この場合、これら２つの異なる周波数ｆ３、ｆ４の信号の電力（振幅の二乗）の差と、これら２つの異なる周波数ｆ３、ｆ４の信号の位相の角度の差とに応じて、土の性質が特定され記憶されている第２のテーブルを予め備える。これら２つの異なる周波数ｆ３、ｆ４の信号を用いて、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様に、土の性質（第２の性質）を判定する。そして、第１の周波数ｆ１の信号と第２の周波数ｆ２の信号とを用いて判定した土の第１の性質と、第３の周波数ｆ３の信号と第４の周波数ｆ４の信号とを用いて判定した土の第２の性質とに基づいて、土の最終的な性質を決定してもよい。例えば、第１の性質と第２の性質との平均を求めて土の最終的な性質を決定してもよい。
このように各々異なる２つの周波数の複数の組の各々の信号を用いて土の性質を決定してもよい。
なお、２つの周波数の複数の組には、次の場合がある。２組の場合には、例えば、（第１の周波数ｆ１、第２の周波数ｆ２）の組と、（第３の周波数ｆ３、第４の周波数ｆ４）の組とがある。なお、（第１の周波数ｆ１、第２の周波数ｆ２）の組と、（第１の周波数ｆ１、第３の周波数ｆ３）の組との場合でもよい。
また、３組の場合には、例えば、（第１の周波数ｆ１、第２の周波数ｆ２）の組と、（第３の周波数ｆ３、第４の周波数ｆ４）の組と、（第５の周波数ｆ５、第６の周波数ｆ６）の組とがある。なお、（第１の周波数ｆ１、第２の周波数ｆ２）の組と、（第１の周波数ｆ１、第３の周波数ｆ３）の組、（第１の周波数ｆ１、第４の周波数ｆ４）の組との場合でもよい。
更に、４組の場合には、例えば、（第１の周波数ｆ１、第２の周波数ｆ２）の組と、（第３の周波数ｆ３、第４の周波数ｆ４）の組と、（第５の周波数ｆ５、第６の周波数ｆ６）の組と、（第７の周波数ｆ７、第８の周波数ｆ８）の組とがある。なお、（第１の周波数ｆ１、第２の周波数ｆ２）の組と、（第１の周波数ｆ１、第３の周波数ｆ３）の組、（第１の周波数ｆ１、第４の周波数ｆ４）の組と、（第１の周波数ｆ１、第５の周波数ｆ５）の場合でもよい。
なお、２組～４組に限定されず、５組以上でもよい。

【符号の説明】

【0084】

１００Ａ 送信装置
２００Ａ 測定装置
２０８Ａ 電力変換回路
２０８Ｂ 電力変換回路
２１０Ａ 角度変換回路
２１０Ｂ 角度変換回路
２１２ 電力差計算回路
２１４ 角度差計算回路
２１６Ａ 平均化回路
２１６Ｂ 平均化回路
２１８ 判定回路
１００Ｂ 送信装置
２００Ｂ 測定装置
２２２ ＣＰＵ
２０６ 記憶装置
２５２ 処理部
２５４ 処理部
２５６ 電力変換部
２５８ 角度変換部
２６０ 電力差計算部
２６２ 角度差計算部
２６４ 平均化部
２６６ 判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】