特許 7356730 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

(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】2023-09-27

(45)【発行日】2023-10-05

(54)【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

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/02 20060101AFI20230928BHJP

【ＦＩ】

G01N27/02 A

【請求項の数】 28

(21)【出願番号】P 2020553358

(86)(22)【出願日】2019-10-18

(86)【国際出願番号】 JP2019041187

(87)【国際公開番号】W WO2020085250

(87)【国際公開日】2020-04-30

【審査請求日】2022-09-13

(31)【優先権主張番号】P 2018198529

(32)【優先日】2018-10-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】304023318

【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124800

【弁理士】

【氏名又は名称】諏澤 勇司

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】二川 雅登

【審査官】田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２００１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０９０８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４０８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１９８３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１１０２１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１９７３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２８４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４６５４５９８（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１７５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４４７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】小笠原慎，低水分土壌計測を可能とするシールド電極型土壌インピーダンスセンサの開発，第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集，2016年10月17日，24pm3-B-6, pp.1-5

【文献】長屋昇吾，土壌培地内計測を目指した土中水分量・イオン濃度センサ用インピーダンス計測回路チップの製作と評価，第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集，2017年10月24日，02pm1-PS-220, pp.1-5

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／２４

Ｇ０１Ｎ ３３／２４

Ｇ０１Ｒ ２７／００－２７／３２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【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、を有し、
前記第１情報は、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である、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、を行い、
前記第１情報は、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である、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、を有し、
前記第１情報は、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である、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、
前記第１情報は、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である、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。

【請求項14】

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、を有し、
前記第２演算部は、前記第１情報である関数に従う第１周波数と第２周波数との２点間における前記周波数の変化に対する前記インピーダンスの絶対値の変化を前記第２情報として得る、土壌評価センサ。

【請求項15】

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１４に記載の土壌評価センサ。

【請求項16】

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１４又は１５に記載の土壌評価センサ。

【請求項17】

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、を行い、
前記制御部は、前記第２情報を算出する動作として、前記第１情報である関数に従う第１周波数と第２周波数との２点間における前記周波数の変化に対する前記インピーダンスの絶対値の変化を前記第２情報として得る、土壌評価システム。

【請求項18】

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１７に記載の土壌評価システム。

【請求項19】

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１７に記載の土壌評価システム。

【請求項20】

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、を有し、
前記第２情報を計算によって得る手段は、前記第１情報である関数に従う第１周波数と第２周波数との２点間における前記周波数の変化に対する前記インピーダンスの絶対値の変化を前記第２情報として得る、土壌のインピーダンス特性を得る装置。

【請求項21】

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、
前記制御部は、前記第２情報を算出する動作として、前記第１情報である関数に従う第１周波数と第２周波数との２点間における前記周波数の変化に対する前記インピーダンスの絶対値の変化を前記第２情報として得る、土壌評価システム。

【請求項22】

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２１に記載の土壌評価システム。

【請求項23】

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２２に記載の土壌評価システム。

【請求項24】

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２３に記載の土壌評価システム。

【請求項25】

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２１に記載の土壌評価システム。

【請求項26】

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、
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、前記第１電極に電気的に接続された第１拡張電極と、
前記主面の法線方向に延び、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、
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27】

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、
前記第１電極部及び前記第２電極部を有する基板であって、前記基板の主面に前記第１電極部及び前記第２電極部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、前記第１電極部に電気的に接続された第１拡張電極と、
前記主面の法線方向に延び、前記第２電極部に電気的に接続された第２拡張電極と、
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28】

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、
前記第１センサ部の前記電極端及び前記第２センサ部の前記電極端を有する基板であって、前記基板の主面に前記第１センサ部の前記電極端及び前記第２センサ部の前記電極端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、前記第１センサ部の前記電極端に電気的に接続された第１拡張電極と、
前記主面の法線方向に延び、前記第２センサ部の前記電極端に電気的に接続された第２拡張電極と、を備える、土壌評価システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－２００１９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の装置は、電極の間に存在する土壌のインピーダンスの絶対値及び位相の両方を計測によって得ている。つまり、計測値であるインピーダンスの絶対値及び位相を用いて、土壌の水分量などを算出する。この構成によれば、土壌の水分量といった評価値の精度は、インピーダンスの絶対値及び位相の計測精度の影響を受ける。

【0005】

そこで、本発明は、土壌の評価値を得るための計測値が含む計測精度の影響を受けにくい土壌評価センサ、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を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態は、土壌の特性を評価する土壌評価センサである。土壌評価センサは、交流の入力電気信号を発生する信号発生部と、信号発生部に接続されると共に、入力電気信号を土壌に提供する第１電極と、第１電極から離間して設置されると共に、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、第２電極に接続されると共に、出力電気信号の大きさを計測する信号計測部と、信号発生部及び信号計測部に接続されると共に、入力電気信号の周波数を制御するための制御信号を信号発生部に提供し、信号計測部が得た出力電気信号を利用して土壌の特性を示す評価値を得る処理部と、を備える。処理部は、入力電気信号及び出力電気信号を利用して、入力電気信号の周波数と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、第１情報を利用して、入力電気信号の周波数と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、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演算部と、を有する。

【0007】

土壌評価センサは、第１電極から提供する入力電気信号に起因する出力電気信号を第２電極から得る。入力電気信号及び出力電気信号は、電気抵抗と静電容量との並列回路としてモデル化が可能な土壌の特性を反映している。そこで、第１演算部は、入力電気信号及び出力電気信号を利用して、土壌の電気的特性を示すインピーダンスの絶対値を第１情報として得る。ここで、インピーダンスの絶対値は、インピーダンスの位相と所定の関係を有する。第２演算部は、インピーダンスの絶対値を計算処理することにより、インピーダンスの位相を得る。第３演算部は、インピーダンスの絶対値とインピーダンスの位相とを利用して、土壌の特性を示す評価値を得る。評価値を得るために必要な２個のパラメータのうち、インピーダンスの位相は、計測ではなく計算によって得る。従って、土壌の評価値を得るための計測値は、インピーダンスの絶対値だけである。インピーダンスの絶対値は、平均化処理が可能である。平均化処理によれば、計測精度の低下を低減することができる。その結果、土壌評価センサは、土壌の評価値を得るための計測値が含む計測精度の影響を抑制することができる。さらに、土壌評価センサは、良好な評価値を得ることができる。

【0008】

一形態において、第１演算部は、入力電気信号の周波数を独立変数とし、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第１情報を算出してもよい。第２演算部は、関数を入力電気信号の周波数について微分する演算によって、第２情報を算出してもよい。これらの構成によれば、インピーダンスの位相を計算処理によって好適に得ることができる。

【0009】

一形態の土壌評価センサは、第１電極及び第２電極を有する基板であって、基板の主面に第１電極及び第２電極が設けられている基板と、主面の法線方向に延びる第１突起部及び第２突起部と、第１突起部に設けられると共に、第１電極に電気的に接続された第１拡張電極と、第２突起部に設けられると共に、第２電極に電気的に接続された第２拡張電極と、をさらに備えてもよい。この構造によれば、粒状の土壌に対する拡張電極の電気的な接触状態を安定化させることができる。従って、土壌に対して入力電気信号を安定して提供できる。さらに、土壌から出力電気信号を安定して得ることができる。

【0010】

本発明の別の形態は、土壌の特性を評価する土壌評価システムである。土壌評価システムは、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、土壌に交流の入力電気信号を提供すると共に土壌から出力電気信号を受ける第１電極部を有する第１センサ部と、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、土壌に入力電気信号を提供すると共に土壌から出力電気信号を受ける第２電極部を有すると共に、第１センサ部に対して離間する第２センサ部と、第１センサ部及び第２センサ部の動作を制御するための制御信号を第１センサ部及び第２センサ部に提供すると共に、入力電気信号及び出力電気信号を利用して入力電気信号の周波数と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、第１情報を利用して入力電気信号の周波数と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、第１情報及び第２情報を利用して土壌の評価値を得る制御部と、を備える。制御部は、第１電極部が含む一方の電極端から入力電気信号を土壌に提供させ、第１電極部が含む他方の電極端から入力電気信号に起因する出力電気信号を取得させる第１動作と、第１電極部から入力電気信号を土壌に提供させ、第２電極部から入力電気信号に起因する出力電気信号を取得させる第２動作と、を行う。

【0011】

土壌評価システムは、第１センサ部及び第２センサ部を単独で動作させる第１動作と、第１センサ部及び第２センサ部を連携させて動作させる第２動作と、を行う。その結果、第１動作による計測範囲と、第２動作による計測範囲と、を生じさせることが可能になる。従って、広い対象領域に対して漏れのない計測範囲を形成することができる。さらに、制御部は、インピーダンスの位相をインピーダンスの絶対値から計算によって得ている。この処理によれば、第１センサ部及び第２センサ部を連携動作させる第２動作の際に、第１センサ部から入力電気信号を提供するタイミングと、第２センサ部によって出力電気信号を得るタイミングとを時間的に同期させる必要がない。従って、位相計測に起因する計測誤差を生じさせることない。その結果、土壌評価システムは、第１センサ部及び第２センサ部を連携させて良好な評価値を得ることができる。

【0012】

別の形態において、第１センサ部は、一対の電極端の一方に接続された第１信号発生部と、一対の電極端の他方に接続された第１信号計測部と、を有してもよい。第２センサ部は、一対の電極端の一方に接続された第２信号発生部と、一対の電極端の他方に接続された第２信号計測部と、を有してもよい。これらの構成によれば、簡易な構成で広い対象領域についての評価値を得ることができる。

【0013】

別の形態において、第１センサ部は、第１センサ部における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、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、一対の電極端の一方に第１信号発生部を接続すると共に一対の電極端の他方に第１信号計測部を接続する状態と、一対の電極端の両方に第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、を有してもよい。第２センサ部は、第２センサ部における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、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、一対の電極端の一方に第２信号発生部を接続すると共に一対の電極端の他方に第２信号計測発生部を接続する接続状態と、一対の電極端の両方に第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、を有してもよい。これらの構成によれば、２個の電極端から入力電気信号を土壌に提供する。その結果、土壌評価システムは、土壌に対して入力電気信号を良好に提供することができる。さらに、土壌評価システムは、２個の電極端を用いて出力電気信号を土壌から得る。その結果、土壌評価システムは、出力電気信号を精度よく得ることができる。従って、土壌評価システムは、良好な評価値を得ることができる。

【0014】

本発明のさらに別の形態は、土壌の特性を評価する土壌評価センサ用の電極である。土壌評価センサは、入力電気信号を発生する信号発生部と、信号発生部に接続されると共に、入力電気信号を土壌に提供する第１電極と、第１電極から離間して設置されると共に、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、第２電極に接続されると共に、出力電気信号の大きさを計測する信号計測部と、を備える。電極は、第１電極及び第２電極を有する基板であって、当該基板の主面に第１電極及び第２電極が設けられている基板と、主面の法線方向に延びる第１突起部及び第２突起部と、第１突起部に設けられると共に、第１電極に電気的に接続された第１拡張電極と、第２突起部に設けられると共に、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。この電極によれば、粒状の土壌に対する拡張電極の電気的な接触状態を安定化させることができる。従って、電極は、土壌に対して入力電気信号を安定して提供できる。さらに、電極は、土壌から出力電気信号を安定して得ることができる。

【0015】

本発明のさらに別の形態は、土壌が有する特性の評価において、測定対象物である土壌のインピーダンス特性を得る装置である。インピーダンス特性を得る装置は、土壌に入力電気信号を提供すると共に土壌から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、入力電気信号の周波数と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、第１情報を利用して、入力電気信号の周波数と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は、インピーダンス特性のうち、位相について、インピーダンスの絶対値を利用して計算により得ることができる。

【0016】

本発明のさらに別の形態は、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る。土壌評価システムは、土壌に配置される一対の電極端を含み、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、土壌に配置される一対の電極端を含み、土壌から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、第１センサ部に対して離間する第２センサ部と、第１センサ部及び第２センサ部の動作を制御するための制御信号を第１センサ部及び第２センサ部に提供すると共に、入力電気信号及び出力電気信号を利用して入力電気信号の周波数と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、第１情報を利用して入力電気信号の周波数と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、第１情報及び第２情報を利用して土壌の評価値を得る制御部と、を備える。

【0017】

この構成によっても、土壌評価システムは、土壌の評価値を得るための計測値が含む計測精度の影響を抑制することができる。さらに土壌評価システムは、良好な評価値を得ることができる。

【0018】

さらに別の形態において、土壌評価システムは、土壌に配置される一対の電極端を含み、入力電気信号を提供可能であると共に出力電気信号を取得可能であり、第１センサ部及び第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、第１センサ部は、さらに、出力電気信号を取得可能であり、第２センサ部は、さらに、入力電気信号を提供可能であり、第１センサ部、第２センサ部及び第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てもよい。この構成によれば、二次元状の対象領域について、良好な評価値を得ることができる。

【0019】

さらに別の形態において、制御部は、第１センサから入力電気信号を提供し、第２センサから出力電気信号を取得する第１動作を行い、第１動作の後に、第１センサから入力電気信号を提供し、第３センサ部から出力電気信号を取得する第２動作と、第２動作の後に、第２センサから入力電気信号を提供し、第３センサ部から出力電気信号を取得する第３動作と、を行ってもよい。この構成によれば、いわゆる時分割処理によって評価値を得ることができる。

【0020】

さらに別の形態において、対象領域は、複数の部分領域を含み、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てもよい。制御部は、第１動作の結果として得た評価値と第１重み係数とを用いて、第１演算値を得る動作と、第２動作の結果として得た評価値と第２重み係数とを用いて、第２演算値を得る動作と、第３動作の結果として得た評価値と第３重み係数とを用いて、第３演算値を得る動作と、部分領域ごとに得られた、第１演算値、第２演算値及び第３演算値を用いて、部分領域ごとに総合演算値を得る動作と、を行ってもよい。この構成によれば、視覚的にわかりやすい態様で評価値を提示することができる。

【0021】

さらに別の形態において、土壌評価システムは、土壌に配置される一対の電極端を含み、入力電気信号を提供可能であると共に出力電気信号を取得可能であり、第１センサ部及び第２センサ部に対して離間する第３センサ部と、土壌に配置される一対の電極端を含み、入力電気信号を提供可能であると共に出力電気信号を取得可能であり、第１センサ部、第２センサ部及び第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、第１センサ部は、さらに、出力電気信号を取得可能であり、第２センサ部は、さらに、入力電気信号を提供可能であり、第１センサ部、第２センサ部、第３センサ部及び第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てもよい。この構成によれば、三次元状の対象領域について、良好な評価値を得ることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、土壌の評価値を得るための計測値が含む計測精度の影響を受けにくい土壌評価センサ、土壌評価システム及び土壌評価センサ用の電極及びインピーダンス特性を得る装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、実施形態の土壌評価センサの機能ブロックを示す図である。

【図2】図２の（ａ）部は交流電圧の周波数とインピーダンスの絶対値との関係を示すグラフである。図２の（ｂ）部は交流電圧の周波数とインピーダンスの位相との関係を示すグラフである。

【図3】図３は、図１の土壌評価センサを用いた土壌評価システムの機能ブロック図である。

【図4】図４の（ａ）部は土壌評価システムの第１の計測範囲を示す図である。図４の（ｂ）部は土壌評価システムの第２の計測範囲を示す図である。図４の（ｃ）部は土壌評価システムの第３の計測範囲を示す図である。図４の（ｄ）部は土壌評価システムの第４の計測範囲を示す図である。図４の（ｅ）部は土壌評価システムの計測範囲を示す図である。

【図5】図５の（ａ）部は、変形例１の土壌評価センサの機能ブロックを示す図である。図５の（ｂ）部は、土壌評価センサの第１の接続構成を示す図である。

【図6】図６の（ａ）部は、土壌評価センサの第２の接続構成を示す図である。図６の（ｂ）部は、土壌評価センサの第３の接続構成を示す図である。

【図7】図７は、変形例１の土壌評価センサを用いた土壌評価システムにおいて第１の態様を示す機能ブロック図である。

【図8】図８は、変形例の土壌評価センサを用いた土壌評価システムにおいて第２の態様を示す機能ブロック図である。

【図9】図９は、変形例２の土壌評価システムの機能ブロック図である。

【図10】図１０は、変形例３の土壌評価システムの構成を示す斜視図である。

【図11】図１１は、変形例３の土壌評価システムの主要部を示す図である。

【図12】図１２は、変形例４の土壌評価システムの構成を示す斜視図である。

【図13】図１３の（ａ）部及び図１３の（ｂ）部は、変形例６の土壌評価システムを示す斜視図である。

【図14】図１４は、変形例７の土壌評価システムを示す斜視図である。

【図15】図１５は、変形例８の土壌評価システムが提示するマップである。

【図16】図１６の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、マップを得る処理を説明するための図である。

【図17】図１７の（ａ）部及び（ｂ）部は、マップを得る処理を説明するための図である。

【図18】図１８の（ａ）部及び（ｂ）部は、マップを得る処理を説明するための図である。

【図19】図１９の（ａ）部及び（ｂ）部は、マップを得る処理を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0025】

＜第１実施形態＞
図１は、土壌評価センサ１の構成を示す機能ブロック図である。土壌評価センサ１は、土壌１００に配置される。土壌評価センサ１は、評価の対象となる土壌１００ａの一部の領域の特性を評価する評価値を得る。以下の説明において、評価の対象となる土壌１００ａの一部の領域は、単に「土壌１００ａ」（測定対象物）と称する。評価値は、例えば、土壌１００ａに含まれる水分量及び総イオン濃度を含む。しかし、評価値は、水分量及び総イオン濃度に限定されない。

【0026】

土壌評価センサ１は、測定対象である土壌１００ａに関するインピーダンス特性を得る。インピーダンス特性は、インピーダンスの絶対値及びインピーダンスの位相を含む。土壌１００ａは、インピーダンスを構成する静電容量１０１と電気抵抗１０２とを含む電気回路としてモデル化できる。静電容量１０１及び電気抵抗１０２は、互いに並列に接続されている。例えば、土壌１００ａの静電容量の値は、１０ｐＦ（ピコ・ファラッド）以上５００ｐＦ以下である。土壌１００ａの電気抵抗の値は、１００Ω（オーム）以上１ＭΩ（メガ・オーム）以下である。従って、土壌評価センサ１は、上記に例示した広範囲の静電容量の値及び電気抵抗の値を計測する。静電容量の値及び電気抵抗の値は、土壌１００ａの水分量及び総イオン濃度と関連がある。その結果、静電容量の値及び電気抵抗の値を得ることにより、水分量及び総イオン濃度を得ることができる。水分量とは、単位体積当たりの土壌１００ａにおいて水が占める体積の割合をいう。総イオン濃度は、水に含まれるいくつかのイオンの総和をいう。例えば、農業分野では、窒素イオン、リン酸イオン、カリウムイオンといった主イオンの総和を示す。

【0027】

土壌評価センサ１は、電極端２（第１電極）と、電極端３（第２電極）と、電圧発生部４（信号発生部、第１信号発生部、第２信号発生部）と、電流計測部６（信号計測部、第１信号計測部、第２信号計測部）と、処理部７と、を有する。土壌評価センサ１は、これらの機能を実現する電気回路であってもよい。土壌評価センサ１は、半導体基板に集積化されたセンサチップであってもよい。

【0028】

なお、以下に例示する形態では、入力電気信号（入力電気信号）として交流電圧を例示する。出力電気信号（出力電気信号）として交流電流を例示する。しかし、入力電気信号及び出力電気信号は、交流電圧及び交流電流に限定されない。入力電気信号としては、電圧又は電流のいずれか一方を採用してもよい。出力電気信号としては、電圧又は電流のいずれか一方を採用してもよい。これらの組み合わせは、計測対象に応じて適宜組み合わせてよい。例えば、入力電気信号として電流を選択してもよい。

【0029】

信号発生部及び信号計測部は、入力電気信号及び出力電気信号の態様に応じる。入力電気信号として電圧を採用する場合には、信号発生部は電圧発生部（電圧源）である。入力電気信号として電流を採用する場合には、信号発生部は電流発生部（電流源）である。出力電気信号として電圧を採用する場合には、信号計測部は電圧計測部（電圧計）である。出力電気信号として電流を採用する場合には、信号計測部は電流計測部（電流計）である。

【0030】

電極端２（第１電極）は、土壌１００ａに対して交流電圧（入力電気信号）を提供する。電極端２は、金属製の板状部材である。電極端２は、例えばセンサチップに設けられた電極パッドである。電極端３（第２電極）は、土壌１００ａから交流電流（出力電気信号）を受ける。交流電流は、電極端２から提供された交流電圧に起因する。電極端３は、電極端２と同様に、金属製の板状部材である。電極端３は、電極端２から離間して設置されている。測定対象である土壌１０１ａは、電極端２、３に挟まれている。

【0031】

電圧源である電圧発生部４は、電極端２に対して電気的に接続されている。電圧発生部４は、電極端２に対して交流電圧を提供する。交流電圧は、所定の振幅（交流電圧値）と、所定の周波数と、により定義される。電圧発生部４は、振幅及び周波数を所定の範囲において変化させることができる。電圧発生部４から出力される交流電圧の態様は、後述する処理部７の電圧制御部８によって制御される。

【0032】

電流計である電流計測部６は、電極端３に対して電気的に接続されている。電流計測部６は、電極端３が受ける交流電流を計測する。電流計測部６は、交流電流における振幅（電流値）を得る。電流計測部６は、後述する処理部７の第１演算部１１に接続されている。電流計測部６は、第１演算部１１に対して交流電流に関する情報（電流値）を提供する。

【0033】

処理部７は、電圧発生部４の動作を制御する。処理部７は、さらに、土壌１００ａの評価値を算出する。処理部７は、電圧発生部４及び電流計測部６に接続される。処理部７は、交流電圧の周波数を制御するための制御信号を電圧発生部４に提供する。処理部７は、電流計測部６が得た交流電流を利用して土壌の特性を示す評価値を得る。

【0034】

処理部７は、演算機能を有するコンピュータであってよい。処理部７は、例えばパーソナルコンピュータ、専用に設計されたマイクロコンピュータ、スマートフォンなどの携帯情報端末などである。これらのコンピュータシステムにおいて、処理部７が備える各機能ブロックを実現するプログラムが実行される。その結果、処理部７が実現される。

【0035】

処理部７は、機能的な構成要素として、電圧制御部８と、評価値算出部９と、を有する。

【0036】

電圧制御部８は、電圧発生部４の動作を制御するための制御信号を生成する。電圧制御部８は、当該制御信号を電圧発生部４に提供する。例えば、電圧制御部８は、交流電圧の振幅として１０ｍＶ以上５００ｍＶ以下のうちから選択される値を電圧発生部４に出力させる。電圧制御部８は、交流電圧の周波数として１０^２Ｈｚ以上１０^８Ｈｚ以下の値を電圧発生部４に出力させる。所定の周波数は、この周波数帯域において、互いに異なる少なくとも２個の値が選択される。また、所定の周波数は、所定の周波数帯域の中から離散的に選択された複数の値であってもよい。所定の周波数は、所定の周波数帯域の中で周波数を連続的に変化させたものであってもよい。交流電圧の周波数の変化に対し、出力電気信号である交流電流の変化が大きく得やすい地点での計測が望ましい。例えば、交流電圧の周波数として２個の値を設定する場合には、図２の（ａ）部において、帯域（Ｓ１）から第１の値を採用する。さらに、帯域（Ｓ３）から第２の値を採用してよい。出力電気信号の差が大きくとれる地点を探し出して、計測してもよい。例えば、第１の値の周波数で得た出力電気信号（交流電流）と、第２の値の周波数で得た出力電気信号（交流電流）と、の差が所定値よりも大きくなるように、第１の値及び第２の値を設定する。そして、その設定の基に計測してもよい。

【0037】

評価値算出部９は、第１演算部１１と、第２演算部１２と、第３演算部１３と、を有する。

【0038】

第１演算部１１は、交流電圧及び交流電流を利用して、第１情報（図２の（ａ）部参照）を得る。第１情報は、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との関係を示す。第１情報は、周波数と絶対値とが関連付けられた複数のデータの集まりであってもよい。例えば、第１情報は、少なくとも〔周波数（ω１）、絶対値｜Ｚ１｜〕、〔（周波数（ω２）、絶対値｜Ｚ２｜〕として示されるデータセットとしてよい。第１情報は、互いに異なる２つの周波数とそれぞれの周波数におけるインピーダンスの絶対値との関係を含む。

【0039】

第１情報は、周波数を独立変数とすると共に、絶対値を従属変数とした関数であってもよい。第１演算部１１は、交流電圧の周波数を電圧制御部８から得る。第１演算部１１は、交流電圧の周波数を電圧発生部４から得てもよい。第１演算部１１は、交流電圧の周波数を電極端２に接続された電圧計（不図示）から得てもよい。第１演算部１１は、インピーダンスの絶対値を電流計測部６から提供された交流電流の振幅を利用して算出する。インピーダンスの絶対値は、第１演算部１１とは別の機能的な構成要素によって算出されてもよい。

【0040】

第２演算部１２は、第１情報を利用して第２情報（図２の（ｂ）部参照）を算出する。第２情報は、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との関係を示す。一般に、インピーダンスの計測を行う場合、絶対値及び位相は計測により得る。土壌評価センサ１は、インピーダンスの絶対値を計測により得る。しかし、土壌評価センサ１は、インピーダンスの位相を計算により得る。土壌評価センサ１は、インピーダンスの位相を直接に計測して得ない。第２演算部１２は、第１情報として示された交流電圧の周波数とインピーダンスの絶対値との関係を利用して第２情報を算出する。

【0041】

土壌１００ａは、電気抵抗１０２と静電容量１０１との並列回路（図１参照）としてモデル化できる。回路モデルは、土壌１００ａの性質に依存しない。換言すると、土壌１００ａの性質が変化したとしても、土壌１００ａは、電気抵抗１０２及び静電容量１０１の並列回路としてモデル化してよい。

【0042】

図２の（ａ）部に示すグラフＧ２ａを参照すると、周波数の増加に対し絶対値（｜Ｚ｜）が変化しない帯域（Ｓ１）では、位相は０度である（Ｓ１Ａ）。絶対値（｜Ｚ｜）の変曲点（Ｓ２）では、位相は－４５度である（Ｓ２Ａ）。絶対値（｜Ｚ｜）が１／ｆの傾きで変化する帯域（Ｓ３）は、－９０度である（Ｓ３Ａ）。つまり、インピーダンスの位相は、インピーダンスの絶対値に対しておおむね単調に変化する。換言すると、インピーダンスの位相は、インピーダンスの絶対値の変化に対して画一的に減少する。絶対値と位相との関係は、電気抵抗の値及び静電容量の値が変化しても同じである。その結果、絶対値と位相との関係が土壌１００ａの種類及び水分量に依存しないので、インピーダンスの絶対値のみから位相を推定することが可能である。例えば、位相の推定には、第１の周波数に対するインピーダンスの絶対値と、第１の周波数とは異なる第２の周波数に対するインピーダンスの絶対値と、を利用してよい。式（１）は、インピーダンスの絶対値を示す。式（２）は、インピーダンスの位相を示す。式（１）において｜Ｚ｜は、インピーダンスの絶対値である。Ｒは電気抵抗である。Ｃは静電容量である。ωは角周波数である。θはインピーダンスの位相である。

【数1】

【数2】

【0043】

式（１）を角周波数（ω）で微分したものをＤと定義する。式（３）に対して式（１）を代入すると、式（４）を得る。

【数3】

【数4】

【0044】

式（２）及び式（４）を利用して、電気抵抗（Ｒ）、静電容量（Ｃ）及び角周波数（ω）を消去する。その結果、式（５）を得る。

【数5】

【0045】

例えば、第１情報が、〔周波数（ω１）、絶対値｜Ｚ１｜）、（周波数（ω２）、絶対値｜Ｚ２｜）〕として示されるデータセットであるとする。この場合には、第２演算部１２は、差分演算によってインピーダンスの実数部及び虚数部を算出するものとしてもよい。なお、土壌評価センサ１における「微分演算」には、差分演算も含まれるものとする。

【0046】

式（５）より、インピーダンスの位相（θ）は、インピーダンスの絶対値の周波数微分に対して一意に決定されるものだとわかる。関数（Ｄ）は、インピーダンスの絶対値の関数である。従って、関数（Ｄ）は、時間の同期を必要とせず測定できる。その結果、上記の式を利用することにより、位相が推定できる。

【0047】

図２の（ｃ）部は、式（５）をグラフ化したものである。横軸は、式（５）におけるＤである。縦軸は式（５）における位相（θ）である。図２の（ｃ）部に示すグラフによれば、位相（θ）は、Ｄの関数であることが視覚的に確認できる。さらに、Ｄは、上述したようにインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜の関数である。従って、インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜を得ることにより、インピーダンスの位相（θ）を得ることができる。例えば、横軸のＤは、式（４）を用いて角周波数（ω）に変換したのちに、さらに角周波数（ω）を周波数（ｆ）に変化することにより、図２の（ｂ）部に示すグラフに対応するグラフが得られる。

【0048】

第３演算部１３は、第１情報及び第２情報を利用して土壌１００ａの評価値を得る。第１情報及び第２情報は、交流電圧の周波数と、インピーダンスの絶対値及び位相との関係であってもよい。第１情報及び第２用情報は、交流電圧の周波数と、インピーダンスの絶対値及び位相との関係から導出される電気抵抗及び静電容量であってもよい。例えば、電気抵抗は、第１情報において絶対値（｜Ｚ｜）が変化しない帯域（Ｓ１）から得ることができる。静電容量は、インピーダンスの位相から得ることができる。上述したように土壌１００ａの水分量及び総イオン濃度は、静電容量の値及び電気抵抗の値に関連がある。第３演算部１３は、土壌１００ａの静電容量の値を比誘電率で除算する。その結果、第３演算部１３は、水分量を得る。第３演算部１３は、電気抵抗の値を水分量で除算する。その結果、第３演算部１３は、総イオン濃度を得る。

【0049】

土壌評価センサ１は、電極端２から提供する交流電圧に起因する交流電流を電極端３から得る。交流電圧及び交流電流は、電気抵抗と静電容量との並列回路としてモデル化が可能な土壌１００ａの特性を反映している。第１演算部１１は、交流電圧及び交流電流を利用して、土壌１００ａの電気的特性を示すインピーダンスの絶対値を第１情報として得る。インピーダンスの絶対値は、インピーダンスの位相と所定の関係を有する。第２演算部１２は、インピーダンスの絶対値を計算処理することにより、インピーダンスの位相を得る。第３演算部１３は、インピーダンスの絶対値とインピーダンスの位相とを利用して、土壌１００ａの特性を示す評価値を得る。評価値を得るために必要な２個のパラメータのうち、インピーダンスの位相は、計測ではなく計算によって得る。従って、土壌１００ａの評価値を得るための計測値は、インピーダンスの絶対値だけである。インピーダンスの絶対値は、平均化処理が可能である。平均化処理によれば、計測精度の低下を低減することができる。その結果、土壌評価センサ１は、土壌の評価値を得るための計測値が含む計測精度の影響を抑制することができる。さらに、土壌評価センサ１は、良好な評価値を得ることができる。

【0050】

＜第２実施形態＞
ところで、農業分野及び防災分野では、センサの計測可能な領域の拡大が望まれている。特に、水分量を計測するセンサの計測可能な範囲の拡大が望まれている。現在の水分量を計測するセンサとして、ＴＤＲ方式（Time Domain Reflectometry：時間領域反射法）を採用するセンサ、テンシオメータ、静電容量型のセンサなどがある。ＴＤＲ方式を採用するセンサは、電磁波の反射を利用して水分量を計測する。テンシオメータは、土の保水性に基づき水の負圧を計測する。静電容量型のセンサは、電気的なインピーダンスに基づき比誘電率の違いを検出することによって水分量を計測する。

【0051】

これらのセンサの電極形状は、所定の形状を有する。その結果、これらのセンサの計測方向及び計測可能な領域は、決まっている。例えば、計測可能な領域は、数ｍｍから数十ｃｍである。これらのセンサを利用して所望の計測領域をカバーするためには、複数台のセンサを配置する必要がある。例えば、このような利用形態としては、植物の根を含む領域の水分量の計測する形態が挙げられる。また、別の利用形態としては、山の斜面における水分量の分布を３次元的に計測する形態が挙げられる。

【0052】

複数台のセンサを利用する場合には、それぞれのセンサ同士の干渉を避ける必要がある。その結果、互いに隣接するセンサは、所定の間隔をもって配置される。このような配置によれば、計測対象領域において、いずれのセンサの計測領域にも含まれない未計測の領域が生じてしまう。

【0053】

そこで、図３に示す第２実施形態の土壌評価システム１０は、計測対象領域において、未計測の領域を生じさせることなく、計測対象領域を拡大することを可能にする。つまり、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを相互間に連携をさせ、隙間のない２次元平面又は３次元空間の計測を行う。具体的には、土壌評価システム１０は、インピーダンス計測を行う静電容量型の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを相互に連携させている。上述したように、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、電圧印可回路（電極端２、電圧発生部４）と、電流検出回路（電極端３、電流計測部６）を備える。つまり、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、複合回路である。土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを連携させるとは、ある土壌評価センサから土壌１００ａに交流電圧を提供し、当該交流電圧に起因する交流電流を別の土壌評価センサによって得ることを意味する。

【0054】

図３に示すように、土壌評価システム１０は、４個の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄと、制御部１４と、を備える。土壌評価システム１０が備える土壌評価センサ１の数は、少なくとも２個以上であればよい。例えば、土壌評価センサ１の数は、２個であってもよい。さらに、土壌評価センサ１の数は、５個以上であってもよい。それぞれの土壌評価センサ１は、制御部１４に対して電気的に接続されている。土壌評価センサ１と制御部１４との接続は、有線でもよい。また、土壌評価センサ１と制御部１４との接続は、無線でもよい。土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの単体構成は、第１実施形態の土壌評価センサ１と同じである。従って、単体構成の詳細な説明は、省略する。

【0055】

土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、その使用態様に応じて、第１センサ部又は第２センサ部として機能する。土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄのそれぞれが備える電極端２、３は、その使用態様に応じて、第１電極部又は第２電極部として機能する。土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄのそれぞれが備える電圧発生部４は、その使用態様に応じて、第１電圧発生部又は第２電圧発生部として機能する。土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄのそれぞれが備える電流計測部６は、その使用態様に応じて、第１電流計測部又は第２電流計測部として機能する。土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄのそれぞれが備えるスイッチ回路２１は、その使用態様に応じて、第１切替部又は第２切替部として機能する。

【0056】

制御部１４は、第１演算部１１と、第２演算部１２と、第３演算部１３と、センサ制御部１５と、表示処理部１６と、を備える。

【0057】

センサ制御部１５は、土壌評価センサ１に対してそれらの動作を制御する制御信号を生成する。さらに、センサ制御部１５は、制御信号を各土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄに対して提供する。制御信号は、土壌１００ａに対して交流電流を提供する土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄと、土壌１００ａから交流電流を得る土壌評価センサ１と、を決定する。

【0058】

第１演算部１１、第２演算部１２及び第３演算部１３は、第１実施形態の土壌評価センサ１が備えるものと同等である。従って、詳細な説明は省略する。

【0059】

図３に示す例では、二点鎖線で囲まれた土壌の領域１００ｂが計測の対象（計測対象領域）である。この領域１００ｂは、個々の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄが有する計測範囲Ｒ１よりも大きい。土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、領域１００ｂを囲むように配置される。例えば、領域１００ｂの形状は、二次元の矩形状である。一対の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂは、領域１００ｂの上部を挟むように配置される。別の一対の土壌評価センサ１Ｃ、１Ｄは、領域１００ｂの下部を挟むように配置される。

【0060】

土壌評価センサ１は、それぞれの土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄが有する計測範囲Ｒ１が互いに重複しない位置に配置される。例えば、土壌評価センサ１Ａから土壌評価センサ１Ｂまでの距離は、土壌評価センサ１Ａの計測範囲Ｒ１を示す長さの二倍以上である。

【0061】

このような配置によれば、個々の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄによって、図４の（ａ）部に示す計測範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄが形成される。土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを互いに連携させることにより、図４の（ｂ）部に示す計測範囲Ｒ２ａ、Ｒ２ｂが形成される。また、図４の（ｃ）部に示す計測範囲Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、及び図４の（ｄ）部に示す計測範囲Ｒ４ａ、Ｒ４ｂが形成される。図４の（ｅ）部に示すように、これらの計測範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、Ｒ４ａ、Ｒ４ｂは、互いに重複する。従って、領域１００ｂにおいて、計測範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、Ｒ４ａ、Ｒ４ｂに含まれない未計測の領域は存在しない。

【0062】

計測範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、Ｒ４ａ、Ｒ４ｂは、制御部１４から提供される制御信号に基づいて、土壌評価センサ１が動作することにより形成される。

【0063】

図４の（ａ）部に示す計測範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄは、個々の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄにより形成される。この構成では、個々の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、連携状態ではない。

【0064】

センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄのそれぞれに対して、交流電流を土壌１００ａに提供するように動作させる。センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄのそれぞれにおいて、交流電流を計測させる。つまり、この制御態様では、個々の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄが独立して動作している状態である。

【0065】

図４の（ｂ）部に示す計測範囲Ｒ２ａは、土壌評価センサ１Ａ、１Ｃが互いに連携して形成する。計測範囲Ｒ２ｂは、土壌評価センサ１Ｂ、１Ｄが互いに連携して形成する。計測範囲Ｒ２ａ、Ｒ２ｂは、鉛直方向（上下方向）に互いに隣接する土壌評価センサ１Ａ、１Ｃ及び土壌評価センサ１Ｂ、１Ｄによって形成される。

【0066】

センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ａから土壌１００ａに交流電圧を提供させる。センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ｃの電流計測部６から交流電圧を得る。制御部１４は、交流電圧に関する情報を利用して、評価値を得る。この構成では、計測範囲Ｒ２ａに含まれる土壌１００ａを対象とする評価値を得ることができる。センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ｂから土壌１００ａに交流電圧を提供させる。センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ｄの電流計測部６から交流電流を得る。制御部１４は、交流電圧に関する情報を利用して、評価値を得る。この構成では、計測範囲Ｒ２ｂに含まれる土壌１００ａを対象とする評価値を得ることができる。

【0067】

図４の（ｃ）部に示す計測範囲Ｒ３ａは、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂが互いに連携して形成する。計測範囲Ｒ３ｂは、土壌評価センサ１Ｃ、１Ｄが互いに連携して形成する。つまり、計測範囲Ｒ３ａ、Ｒ３ｂは、水平方向（左右方向）に互いに隣接する土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ及び土壌評価センサ１Ｃ、１Ｄによって形成される。

【0068】

センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ａから土壌１００ａに交流電圧を提供させる。センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ｂの電流計測部６から交流電流を得る。制御部１４は、交流電圧に関する情報を利用して、評価値を得る。この構成では、計測範囲Ｒ３ａに含まれる土壌１００ａを対象とする評価値を得ることができる。センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ｃから土壌１００ａに交流電圧を提供させる。センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ｄの電流計測部６から交流電流を得る。制御部１４は、交流電圧に関する情報を利用して、評価値を得る。この構成では、計測範囲Ｒ３ｂに含まれる土壌１００ａを対象とする評価値を得ることができる。

【0069】

図４の（ｄ）部に示す計測範囲Ｒ４ａは、土壌評価センサ１Ａ、１Ｄが互いに連携して形成する。計測範囲Ｒ４ｂは、土壌評価センサ１Ｂ、１Ｃが互いに連携して形成する。つまり、計測範囲Ｒ４ａ、Ｒ４ｂは、斜め方向に互いに隣接する土壌評価センサ１Ａ、１Ｄ及び土壌評価センサ１Ｂ、１Ｃによって形成される。

【0070】

センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ａから土壌１００ａに交流電圧を提供させる。センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ｄの電流計測部６から交流電流を得る。制御部１４は、交流電圧に関する情報を利用して、評価値を得る。この構成では、計測範囲Ｒ４ａに含まれる土壌１００ａを対象とする評価値を得ることができる。センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ｂから土壌１００ａに交流電圧を提供させる。センサ制御部１５は、土壌評価センサ１Ｃの電流計測部６から交流電流を得る。制御部１４は、交流電圧に関する情報を利用して、評価値を得る。この構成では、計測範囲Ｒ４ｂに含まれる土壌１００ａを対象とする評価値を得ることができる。

【0071】

計測範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄの計測動作、計測範囲Ｒ２ａ、Ｒ２ｂの計測動作、計測範囲Ｒ３ａ、Ｒ３ｂの計測動作、計測範囲Ｒ４ａ、Ｒ４ｂの計測動作は、時分割的に実施される。具体的には、まず、センサ制御部１５は、計測範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄの計測動作を行う。より詳細には、センサ制御部１５は、計測範囲Ｒ１ａの計測動作を行い、次に、計測範囲Ｒ１ｂを行い、次に、計測範囲Ｒ１ｃを行い、最後に計測範囲Ｒ１ｄを行う。つまり、それぞれの計測範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄを対象とする動作の期間は、互いに重複しない。このような処理を、時分割処理と称する。次に、センサ制御部１５は、計測範囲Ｒ２ａ、Ｒ２ｂの計測動作を時分割処理として行う。続いて、センサ制御部１５は、計測範囲Ｒ３ａ、Ｒ３ｂの計測動作を時分割処理として行う。そして、センサ制御部１５は、計測範囲Ｒ４ａ、Ｒ４ｂの計測動作を時分割処理として行う。なお、時分割による計測動作は、動作しているセンサ間の干渉を避けるため、同時には一対一のセンサ間での計測を行うことが望ましい。しかし、計測時間を短縮させるため、センサの干渉が問題とならない場合には、複数対のセンサ間において同時に計測を行ってもよい。例えば、計測範囲Ｒ１ａの計測動作と計測範囲Ｒ１ｂの計測動作とを並行して行ってもよい。

【0072】

制御部１４の表示処理部１６は、計測範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、Ｒ４ａ、Ｒ４ｂに対応して得た評価値を用いて、領域１００ｂにおける評価値の分布を算出する。その結果、例えば、領域１００ｂにおける水分量の二次元分布に関する情報を得ることができる。

【0073】

ところで、異なる土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを互いに連携動作させるとき、位相情報を利用することが考えられる。位相情報は、交流電圧に起因する交流電流の時間的なズレを示す。位相情報を利用する場合には、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの時間的な同期を要する。例えば、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂを連携動作させて位相情報を計測する場合には、土壌評価センサ１Ａから交流電圧の提供を開始した時間と、土壌評価センサ１Ｂにおいて交流電流の検出が開始された時間と同期させる。この場合には、例えば、交流信号の周波数が１ＭＨｚ（メガ・ヘルツ）であると仮定すると、０．１ｎｓｅｃ（ナノ秒）以下の時間分解能が必要である。しかし、ＧＰＳを利用する時間同期では精度が不足する。また、超高精度なクロックを生成する回路は、消費電力が大きく専有面積も大きい。従って、超高精度なクロックを生成する回路は、現場で用いる計測用のセンサには不向きである。そのうえ、超高精度なクロックを生成する回路は、土壌中のノイズが位相検出時にしばしば混入する。従って、超高精度なクロックを生成する回路は、安定した計測が困難である。

【0074】

そこで、第２実施形態の土壌評価システム１０は、センサ間における時間の同期を不要とする構成を採用する。土壌評価システム１０は、インピーダンスの位相情報を計測により取得しない。土壌評価システム１０は、インピーダンスの位相情報をインピーダンスの絶対値から得る。

【0075】

土壌評価システム１０は、第１動作と第２動作とを行う。第１動作では、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを単独で動作させる。第２動作では、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを連携させて動作させる。その結果、第１動作による計測範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄと、第２動作による計測範囲Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ３ａ、Ｒ３ｂと、を生じさせることが可能になる。従って、広い領域１００ｂに対して漏れのない計測範囲を形成することができる。制御部１４は、インピーダンスの位相をインピーダンスの絶対値を利用して、計算によって得ている。この処理によれば、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを連携動作させる第２動作の際に、交流電圧を提供するタイミングと交流電流を得るタイミングとを時間的に同期させる必要がない。従って、位相計測に起因する計測誤差を生じさせることない。その結果、土壌評価システム１０は、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの連携動作において、良好な評価値を得ることができる。

【0076】

別の視点から述べると、土壌評価システム１０において、インピーダンスの絶対値を検出する回路は、数ミリ秒単位での同期で問題ない。インピーダンスの絶対値の計測は、計測時に平均化処理ができる。その結果、混入するランダムノイズは、低減することが可能である。本願発明者らは、土壌１００ａ及び水を含む電気的な等価回路が電気抵抗及び静電容量の並列回路で示されることに基づけば、インピーダンスの絶対値の周波数変化と位相には所定の対応関係が存在する。その結果、インピーダンスの位相は、インピーダンスの絶対値から算出できることに着想した。発明者らは、２種類以上の周波数に基づく２種類以上のインピーダンスの絶対値を利用して、当該複数の絶対値に基づいて位相情報を推定することにより、静電容量の値を精度よく取得する技術を完成するに至った。

【0077】

要するに、土壌評価システム１０は、高い計測精度が求められる位相情報を直接計測することなく、土壌１００ａの水分量、水分の分布及び総イオン濃度の分布を隙間なく計測できる。つまり、土壌評価システム１０は、インピーダンスの絶対値を周波数によって微分することにより、位相を算出する。その結果、複数の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの間で、精密な時間同期を要することなく、インピーダンスの絶対値から静電容量に関する情報を得ることができる。つまり、土壌評価システム１０は、独立した時間クロックを有するセンサ同士を相互連携させることにより、隙間のない広範囲の計測を可能とする。

【0078】

土壌評価システム１０は、例えば、植物の根が存在する環境の精密な観測、及び斜面の崩壊につながる山の斜面における高い水分量を含む領域の検出に適用できる。また、土壌評価システム１０は、設置する場所に応じて、個々のセンサを自由に配置することが可能である。従って、土壌評価システム１０は、設置する場所に応じた柔軟なセンサのレイアウトを実現できる。その結果、土壌評価システム１０は、上記の適用例に限定されず、土壌１００ａの特性の評価が必要な様々な事例に適用することができる。

【0079】

土壌評価システム１０は、高精度な時間の同期が不要であり、消費電力を低減することが容易である。土壌評価システム１０は、外乱ノイズの大きい土壌１００ａにおいて安定した計測が可能である。土壌評価システム１０は、隙間のない計測領域を形成することが可能であり、小型の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを複数利用することによって大きな計測領域を形成できる。そして、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、計測領域の形状に応じて自由度の高い柔軟な配置が可能である。

【0080】

本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。

【0081】

＜変形例１＞
土壌評価センサ１は、交流電圧を提供するための電極端２と、交流電流を得るための電極端３と、が固定されていた。換言すると、電極端２は交流電圧を提供する機能のみを有していた。また、電極端３は交流電流を得る機能のみを有していた。例えば、変形例１の土壌評価システムに用いる土壌評価センサ１Ｅは、電極端２、３の両方を用いて土壌１００ａに対して交流電圧を提供してもよい。また、土壌評価センサ１Ｅは、電極端２、３の両方を用いて土壌１００ａから交流電流を得てもよい。

【0082】

土壌評価センサ１を土壌評価システム１０に用いる場合には、電極端２、３のいずれにも電圧発生部４及び電流計測部６を接続しない構成も有効である。例えば、土壌評価システム１０において、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂの組み合わせを用いて計測を行うとき、土壌評価センサ１Ｃ、１Ｄは動作させない。この場合、土壌評価センサ１Ｃ、１Ｄは、図５の（ａ）部に示すように、スイッチ回路２１は、電極端２、３のいずれにも電圧発生部４及び電流計測部６を接続しない。つまり、スイッチ回路２１は、スイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのすべてを切断する。この動作によれば、土壌を流れる電流が土壌評価センサ１Ｃ、１Ｄに流入することがない。従って、土壌を流れる電流は、検出側の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂのいずれか一方に流入する。その結果、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂを用いた計測を良好に行うことができる。この形態において、土壌評価センサ１Ａは、交流電圧の提供に電極端２のみを用いてもよい。スイッチ回路２１は、スイッチ２１ｂを接続する。また、スイッチ回路２１は、スイッチ２１ａ、２１ｃ、２１ｄを切断する。土壌評価センサ１Ｂは、交流電流の取得に電極端３のみを用いてもよい。スイッチ回路２１は、スイッチ２１ａを接続する。また、スイッチ回路２１は、スイッチ２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを切断する。

【0083】

図５の（ａ）部に示すように、土壌評価センサ１Ｅは、電極端２、３と、スイッチ回路２１と、電圧発生部４と、電流計測部６と、処理部７Ａと、を備える。スイッチ回路２１は、電極端２、３と電圧発生部４との間に配置されている。さらに、スイッチ回路２１は、電極端２、３と電流計測部６との間にも配置されている。

【0084】

スイッチ回路２１は、４個のスイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを含む。これらのスイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、処理部７Ａのスイッチ制御部２２から提供される制御信号φ１、φ２、φ３、φ４に応じて、接続状態と非接続状態（切断状態）とを相互に切り替える。スイッチ２１ａは、電極端２と電流計測部６との間に配置される。スイッチ２１ａは、電極端２と電流計測部６との接続状態を接続又は切断に相互に切り替える。スイッチ２１ｂは、電極端２と電圧発生部４との間に配置される。スイッチ２１ｂは、電極端２と電圧発生部４との接続状態を、接続又は切断に相互に切り替える。スイッチ２１ｃは、電極端３と電圧発生部４との間に配置される。スイッチ２１ｃは、電極端３と電圧発生部４との接続状態を、接続又は切断に相互に切り替える。スイッチ２１ｄは、電極端３と電流計測部６との間に配置される。スイッチ２１ｄは、電極端３と電流計測部６との接続状態を、接続又は切断に相互に切り替える。

【0085】

処理部７Ａは、電圧制御部８と、評価値算出部９に加えて、スイッチ制御部２２をさらに含む。スイッチ制御部２２は、互いに異なる３個の接続態様となるように、スイッチ回路２１を制御する。スイッチ回路２１は、制御部１４から提供される制御信号に基づいて動作する。なお、スイッチ回路２１は、制御部１４から提供される制御信号により直接に制御されてもよい。

【0086】

スイッチ制御部２２は、第１の態様として、図５の（ｂ）部に示す接続態様となるようにスイッチ回路２１を制御する。第１の態様は、土壌評価センサ１Ｅが単体で評価値を得る。具体的には、スイッチ制御部２２は、スイッチ２１ｂ、２１ｄを接続し、スイッチ２１ａ、２１ｃを非接続とするように、スイッチ回路２１を制御する。その結果、電極端２は、電圧発生部４に接続される。電極端３は、電流計測部６に接続される。

【0087】

スイッチ制御部２２は、第２の態様として、図６の（ａ）部に示す接続態様となるようにスイッチ回路２１を制御する。第２の態様は、土壌評価センサ１Ｅが単体として交流電圧を提供する。具体的には、スイッチ制御部２２は、スイッチ２１ｂ、２１ｃを接続し、スイッチ２１ａ、２１ｄを非接続とするように、スイッチ回路２１を制御する。その結果、電極端２、３は、両方共に電圧発生部４に接続される。つまり、電流計測部６は、いずれの電極端３にも接続されない。

【0088】

スイッチ制御部２２は、第３の態様として、図６の（ｂ）部に示す接続態様となるようにスイッチ回路２１を制御する。第３の態様は、土壌評価センサ１Ｅが単体として交流電流を得る。具体的には、スイッチ制御部２２は、スイッチ２１ａ、２１ｄを接続し、スイッチ２１ｂ、２１ｃを非接続とするように、スイッチ回路２１を制御する。その結果、電極端２、３は、両方共に電流計測部６に接続される。つまり、電圧発生部４は、いずれの電極端２にも接続されない。

【0089】

図７に示すように、変形例の土壌評価システム１０Ａは、土壌評価センサ１Ｅａ、１Ｅｂと、制御部１４Ａと、を備える。制御部１４Ａは、スイッチ制御部２２に制御信号を提供するセンサ制御部１５Ａを含む。センサ制御部１５Ａは、交流電圧を提供するセンサを決定すると共に、当該センサにおいて電極端２、３に電圧発生部４を接続させる制御信号を出力する。また、センサ制御部１５Ａは、交流電流を受けるセンサを決定すると共に、当該センサにおいて電極端２、３に電流計測部６を接続させる制御信号を出力する。

【0090】

例えば、図７に示すように、制御部１４Ａは、土壌評価センサ１Ｅａ、１Ｅｂのスイッチ回路２１をそれぞれ第１の態様とする。その結果、制御部１４Ａは、個々の土壌評価センサ１Ｅａ、１Ｅｂによって評価値を得る構成とすることができる。一方、図８に示すように、制御部１４Ａは、土壌評価センサ１Ｅａのスイッチ回路２１を第２の態様とすると共に土壌評価センサ１Ｅｂのスイッチ回路２１を第３の態様とする。その結果、土壌評価センサ１Ｅａ、１Ｅｂを連携させる構成とすることができる。

【0091】

変形例１の土壌評価システム１０Ａは、２個の電極端２、３から交流電圧を土壌１００ａに提供する。その結果、土壌評価システム１０Ａは、土壌１００ａに対して交流電圧を良好に提供することができる。さらに、土壌評価システム１０Ａは、２個の電極端２、３を用いて交流電流を土壌１００ａから得る。その結果、土壌評価システム１０Ａは、交流電流を精度よく得ることができる。従って、土壌評価システム１０Ａは、良好な評価値としての水分量及び総イオン濃度を得ることができる。

【0092】

＜変形例２＞
上記の土壌評価システム１０は、水平方向に直交する仮想面である計測対象領域を設定した。そして、土壌評価システム１０を構成する複数の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、当該仮想面に含まれるように配置されていた。例えば、計測対象領域となる仮想面は、所望の向きに設定してよい。つまり、計測対象領域は、鉛直方向に対して直交する仮想面として設定してもよい。さらに、計測対象領域は、二次元平面に限定されない。計測対象領域は、三次元的な領域としてもよい。図９には、計測対象領域を鉛直方向に対して直交する仮想面とした場合の土壌評価システム１０Ｂを示す。このような構成は、例えば、植物の根２００を含む領域における水分量などの評価に好適に適用できる。図９に示すように、土壌評価システム１０Ｂは、根２００を含む略三角形の領域２０１を設定し、当該領域２０１を囲むように配置された３個の土壌評価センサ１Ｆ、１Ｇ、１Ｈを備える。このような配置によれば、根２００の中に直接に土壌評価センサ１Ｆ、１Ｇ、１Ｈを配置する必要がない。従って、真に計測したい領域２０１を乱すことなく水分量などの計測を行うことができる。

【0093】

上記の土壌評価システム１０は、複数の土壌評価センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの組み合わせとして、一対一となるように動作させた。つまり、交流電圧を提供する１個の土壌評価センサに対して、当該交流電圧に起因する交流電流を得る土壌評価センサは、１個であった。例えば、１個の土壌評価センサから交流電圧を提供し、当該交流電圧に起因する交流電流を複数の土壌評価センサによって得てもよい。例えば、土壌評価センサ１Ａは交流電圧を提供し、土壌評価センサ１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、交流電流を得るものとしてよい。このような動作によれば、計測時間を短縮することができる。

【0094】

＜変形例３＞
上記の土壌評価センサ１は、半導体基板に集積化されたセンサチップであることを例示した。この場合、電極端２、３は、センサチップの基板の主面に設けられる。つまり、電極端２、３は、土壌１００ａに対して二次元的に接触している。図１０に示すように、変形例３の土壌評価システム１０Ｓを構成する土壌評価センサ１Ｓは、拡張電極３１、３２を有する。図１０は、変形例３の土壌評価システム１０Ｓを示す。土壌評価システム１０Ｓの計測対象領域は、鉛直方向を軸線Ａとして設定される円筒状の領域である。そこで、土壌評価システム１０Ｓは、軸線Ａの周りに土壌評価センサ１Ｓを２個配置する。さらに、土壌評価システム１０Ｓは、軸線Ａの周りに配置された２個の土壌評価センサ１Ｓのユニットを、軸線Ａに沿って等間隔に４組配置する。例えば、土壌評価システム１０Ｓは、筒状の本体３３と、リッジ３４、３６（第１突起部、第２突起部）と、土壌評価センサ１Ｓと、を備える。

【0095】

本体３３は、土壌評価センサ１Ｓが固定される基部である。本体３３の先端部の形状は、円錐状である。この形状によれば、土壌評価システム１０Ｓを土壌１００ａに対して容易に挿入することができる。本体３３の外周面には、複数の土壌評価センサ１Ｓが設けられている。土壌評価センサ１Ｓの配置は、上述のとおりである。

【0096】

土壌評価センサ１Ｓは、交流電圧を提供する電極として、電極端２及び拡張電極３１のいずれか一方を任意に選択してよい。同様に、土壌評価センサ１Ｓは、交流電流の取得する電極として、電極端３及び拡張電極３２のいずれか一方を任意に選択してよい。土壌評価センサ１Ｓは、電極端２及び拡張電極３１の両方を用いて交流電圧を提供してもよい。

【0097】

例えば、電極端２、３を用いた計測及び拡張電極３１、３２を用いた計測を実施する場合には、土壌評価センサ１Ｓは、拡張電極３１、３２の間に配置する（図１１の（ａ）部、同（ｂ）部参照）。なお、拡張電極３１、３２の間とは、図１１の（ａ）部に示すように、拡張電極３１と拡張電極３２とを結ぶ仮想的な直線上に土壌評価センサ１Ｓが配置されている構成を含む。さらに、拡張電極３１、３２の間とは、図１１の（ｂ）部に示すように、拡張電極３１と拡張電極３２とを結ぶ仮想的な直線上に土壌評価センサ１Ｓが配置されていない構成も含む。このような構成により、水平方向と垂直方向との２種類の電圧印可が可能となる。その結果、土壌との接触性をより向上させることができる。

【0098】

一方、例えば、電極端２、３を用いた計測は実施せず、拡張電極３１、３２を用いた計測のみを実施してもよい。この場合には、拡張電極３１、３２に対する土壌評価センサ１Ｓの位置は、特に制限されない。

【0099】

さらに、本体３３の外周面には、軸線Ａのまわりに等間隔にリッジ３４、３６が設けられている。突起部であるリッジ３４、３６は、本体３３の外周面から突出する。リッジ３４、３６は、軸線Ａの方向に延びている。本体３３の外周面は、土壌評価センサ１Ｓが有する基板の主面とみなしてよい。リッジ３４、３６の軸線Ａの方向における断面形状は、例えば三角形である。リッジ３４は、絶縁部３４ａと、拡張電極３１（第１拡張電極）と、追加電極３７と、を含む。追加電極３７は、所望の機能を持たせるために必要に応じて設けられる。例えば、追加電極３７は、静電気を除去するために用いてよい。これらの構成要素は、軸線Ａの方向に沿って交互かつ等間隔に配置されている。従って、拡張電極３１は、電気的な絶縁性を有する絶縁部３４ａによって互いに絶縁されている。絶縁部３４ａ、拡張電極３１及び追加電極３７の断面形状は、互いに同じである。従って、絶縁部３４ａの表面と拡張電極３１の表面と追加電極３７の表面との間には、実質的な段差は生じない。その結果、拡張電極３１を土壌１００ａへ容易に挿入することができる。リッジ３６は、絶縁部３６ａと、拡張電極３２（第２拡張電極）と、を含む。絶縁部３６ａ及び拡張電極３２は、この順に等間隔に配置されている。

【0100】

拡張電極３１の電極面は、電極端２に対して電気的に接続されている。拡張電極３２の電極面は、電極端３に対して電気的に接続されている。それぞれの電極面の法線方向は、互いに異なっている。電極面は、互いに異なる方向を向いている。拡張電極３１は、単なる二次元平面ではなく、三次元的な構成を有する。

【0101】

このような構成によれば、土壌１００ａに対して拡張電極３１から交流電圧が提供される。拡張電極３２によって交流電流が得られる。拡張電極３１、３２は、土壌１００ａに対して立体的に接触している。その結果、粒状の土壌１００ａに対して良好な電気的な接触性を得ることができる。従って、土壌１００ａに対して交流電圧を安定して提供できる。さらに、土壌１００ａから交流電流を安定して得ることができる。

【0102】

図１１の（ｂ）部に示すような土壌評価センサ１Ｓと拡張電極３１、３２の配置とによれば、三次元的な計測が可能である。具体的には、拡張電極３１に対する電極端３の位置は、拡張電極３１に対する拡張電極３２の位置に対して、軸線Ａの方向において異なっている。軸線Ａが鉛直方向と平行である場合には、電極端３の位置は、拡張電極３２の位置に対して高さが異なっている。そうすると、拡張電極３１から電極端３へ向かう電流の向きは、拡張電極３１から拡張電極３２へ向かう電流の向きとは異なる。従って、三次元的な計測が可能である。

【0103】

＜変形例４＞
例えば、図１２に示す土壌評価センサ１Ｔは、変形例３とは異なる形状の拡張電極４１、４２を備えてもよい。土壌評価センサ１Ｔは、本体４３と、電極端２、３が設けられたセンサチップ４４と、拡張電極４１、４２（第１拡張電極、第２拡張電極）と、を有する。本体４３は、土壌評価センサ１Ｔの基体である。本体４３の主面には、センサチップ４４が配置されている。センサチップ４４は、電極端２、３、電圧発生部４、電流計測部６及び処理部７といった機能的な構成要素を含む。

【0104】

本体４３において、センサチップ４４が設けられた主面には、さらに、拡張電極４１、４２が立設する。拡張電極４１、４２は、主面の法線方向に延びる円柱状の部材である。拡張電極４１、４２は、金属製の導電材料により構成されている。突起部と拡張電極とは、別の部材として構成されてもよい。また、突起部と拡張電極とは、拡張電極４１、４２のように一体として構成されてもよい。拡張電極４１は、一対の電極棒４１ａ、４１ｂを含む。電極棒４１ａ、４１ｂは、法線方向に直交する方向において互いに離間している。拡張電極４１の電極棒４１ａ、４１ｂは、電極端２に対して電気的に接続されている。従って、交流電圧は、電極棒４１ａ、４１ｂから土壌１００ａに対して提供される。拡張電極４１が含む電極棒の数は、２本に限定されない。電極棒の数は、１本であってもよい。電極棒の数は、３本以上であってもよい。拡張電極４１は、円柱状の棒状部材に限定されない。例えば、拡張電極４１は、本体４３から起立する平板状の部材又は直方体状の部材であってもよい。また、土壌評価センサ１Ｔは、センサチップ４４に代えて、電極端２、３の機能を有する導電材料を採用してもよい。

【0105】

拡張電極４２は、一対の電極棒４２ａ、４２ｂを含む。電極棒４２ａ、４２ｂは、法線方向に直交する方向において互いに離間している。電極棒４２ａ、４２ｂは、電極棒４１ａ、４１ｂに対しても離間する。例えば、土壌評価センサ１Ｔを平面視すると、電極棒４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂは、センサチップ４４を囲む仮想的な矩形領域の頂部のそれぞれに配置される。拡張電極４１の電極棒４１ａ、４１ｂは、電極端２に対して電気的に接続されている。従って、交流電圧は、電極棒４１ａ、４１ｂから土壌１００ａに対して提供される。

【0106】

このような土壌評価センサ１Ｔによっても粒状の土壌１００ａに対して電気的に良好に接触させることができる。その結果、土壌評価センサ１Ｔは、土壌１００ａに対して交流電圧を安定して提供できる。土壌評価センサ１Ｔは、土壌１００ａから交流電流を安定して得ることができる。さらに、４本の電極棒４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂに囲まれた領域では、土壌１００ａの動きが阻害される。換言すると、電極棒４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂに囲まれた領域に存在する土壌１００ａは、動きにくくなっている。従って、計測対象領域の状態が安定化される。その結果、土壌評価センサ１Ｔは、さらに良好な評価値を得ることができる。

【0107】

＜変形例５＞
上記実施形態の土壌評価システム１０では、例えば、図４の（ａ）部に示すように、土壌評価センサ１Ａ～１Ｄを連携させない動作と、図４の（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部に示すように土壌評価センサ１Ａ～１Ｄを連携させる動作と、を行っていた。例えば、変形例５の土壌評価システムでは、土壌評価センサ１Ａ～１Ｄを連携させない動作を省略し、土壌評価センサ１Ａ～１Ｄを連携させる動作のみを行ってもよい。

【0108】

＜変形例６＞
計測対象領域は、二次元の面として設定してよい。そして、計測対象領域である面の向きは、所望の向きに設定してよい。例えば、図１３の（ａ）部に示すように、計測対象領域２００ａ（対象領域）の向きは、水平方向（Ｘ軸、Ｙ軸）と並行であってもよい。つまり、計測対象領域２００ａは、地面１１０と交差してもよい。また、図１３の（ｂ）部に示すように、計測対象領域２００ｂの向きは、鉛直方向（Ｚ軸）と並行であってもよい。つまり、計測対象領域２００ｂは、地面１１０と並行であってもよい。さらに、得計測対象領域の向きは、Ｘ軸、Ｙ軸又はＺ軸に対して傾いていてもよい。

【0109】

＜変形例７＞
さらに、図１４に示すように、計測対象領域２００ｃは、三次元の領域として設定してもよい。この場合には、直方体として規定された計測対象領域２００ｃの角部の近傍に土壌評価センサ１Ａ～１Ｈがそれぞれ配置される。例えば、土壌評価センサ１Ａから交流電圧を提供し、そのほかの土壌評価センサ１Ｂ～１Ｈの一部または全てを用いて交流電流を得る。このような連携動作によって、土壌評価センサ１Ａ～１Ｈに囲まれた領域における水分量の分布を得ることができる。

【0110】

＜変形例８＞
例えば、表示処理部１６は、評価の結果を図１５に示すようなマップ３００として提示してもよい。マップ３００は、計測対象領域２００ｅにおける水分量の分布を示す。計測対象領域２００ｅは、複数のセグメントＳ１～Ｓ９（複数の部分領域）を含む。セグメントＳ１～Ｓ９には、それぞれ表示値（総合演算値）が与えられている。これらの表示値は、第３演算部１３から出力された評価値そのものであってもよいし、当該評価値に数値的な処理を施したものであってもよい。表示処理部１６は、セグメントＳ１～Ｓ９ごとに与えられた具体的な表示値（数値）を表示してもよい。また、表示処理部１６は、表示値に関連付けた複数の色や濃淡を用いて図示するコンター図などにより視覚的に表示してもよい。

【0111】

以下、評価値から表示値を得る方法の一例について説明する。この説明では、図４に示す動作によって得た評価値を用いるものとする。

【0112】

まず、図１６の（ａ）部に示すように、土壌評価センサ１Ａのみによって得た評価値Ｐ_１Ａを処理する。セグメントＳ１～Ｓ９のそれぞれには、土壌評価センサ１Ａのみから得た評価値Ｐ_１Ａに及ぼす影響の度合いとして重み係数Ｓ１（１_１Ａ）～Ｓ９（１_１Ａ）が設定されている。そこで、セグメントＳ１～Ｓ９のそれぞれについて、評価値Ｐ_１Ａに重み係数Ｓ１（１_１Ａ）～Ｓ９（１_１Ａ）を乗算する。その結果、セグメントＳ１～Ｓ９について、表示値成分（Ｐ_１Ａ×Ｓ１（１_１Ａ）～Ｐ_１Ａ×Ｓ９（１_１Ａ））（演算値）が得られる。

【0113】

土壌評価センサ１Ｂ、１Ｃ、１Ｄについても、同様の計算を行う。その結果、土壌評価センサ１Ｂに関する表示値成分（Ｐ_１Ｂ×Ｓ１（１_１Ｂ）～Ｐ_１Ｂ×Ｓ９（１_１Ｂ））、土壌評価センサ１Ｃに関する表示値成分（Ｐ_１Ｃ×Ｓ１（１_１Ｃ）～Ｐ_１Ｃ×Ｓ９（１_１Ｃ））及び土壌評価センサ１Ｄに関する表示値成分（Ｐ_１Ｄ×Ｓ１（１_１Ｄ）～Ｐ_１Ｄ×Ｓ９（１_１Ｄ））を得る。

【0114】

次に、土壌評価センサ１Ａ、１Ｃの連携動作によって得た評価値Ｐ_{１Ａ、１Ｃ}を処理する（図１７の（ａ）部参照）。また、土壌評価センサ１Ｂ、１Ｄの連携動作によって得た評価値Ｐ_{１Ｂ、１Ｄ}を処理する（図１７の（ｂ）部参照）。これらの計算も評価値Ｐ_１Ａの処理と同様である。その結果、土壌評価センサ１Ａ、１Ｃに関する表示値成分（Ｐ_{１Ａ、１Ｃ}×Ｓ１（２_{１Ａ、１Ｃ}）～Ｐ_{１Ａ、１Ｃ}×Ｓ９（２_{１Ａ、１Ｃ}））を得る。また、土壌評価センサ１Ｂ、１Ｄに関する表示値成分（Ｐ_{１Ｂ、１Ｄ}×Ｓ１（２_{１Ｂ、１Ｄ}）～Ｐ_{１Ｂ、１Ｄ}×Ｓ９（２_{１Ｂ、１Ｄ}））を得る。

【0115】

次に、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂの連携動作によって得た評価値Ｐ_{１Ａ、１Ｂ}を処理する（図１８の（ａ）部参照）。また、土壌評価センサ１Ｃ、１Ｄの連携動作によって得た評価値Ｐ_{１Ｃ、１Ｄ}を処理する（図１8の（ｂ）部参照）。これらの計算も評価値Ｐ_１Ａの処理と同様である。その結果、土壌評価センサ１Ａ、１Ｂに関する表示値成分（Ｐ_{１Ａ、１Ｂ}×Ｓ１（３_{１Ａ、１Ｂ}）～Ｐ_{１Ａ、１Ｂ}×Ｓ９（３_{１Ａ、１Ｂ}））を得る。また、土壌評価センサ１Ｃ、１Ｄに関する表示値成分（Ｐ_{１Ｃ、１Ｄ}×Ｓ１（３_{１Ｃ、１Ｄ}）～Ｐ_{１Ｃ、１Ｄ}×Ｓ９（３_{１Ｃ、１Ｄ}））を得る。

【0116】

次に、土壌評価センサ１Ａ、１Ｄの連携動作によって得た評価値Ｐ_{１Ａ、１Ｄ}を処理する（図１９の（ａ）部参照）。また、土壌評価センサ１Ｂ、１Ｃの連携動作によって得た評価値Ｐ_{１Ｂ、１Ｃ}を処理する（図１９の（ｂ）部参照）。これらの計算も評価値Ｐ_１Ａの処理と同様である。その結果、土壌評価センサ１Ａ、１Ｄに関する表示値成分（Ｐ_{１Ａ、１Ｄ}×Ｓ１（４_{１Ａ、１Ｄ}）～Ｐ_{１Ａ、１Ｄ}×Ｓ９（４_{１Ａ、１Ｄ}））を得る。また、土壌評価センサ１Ｂ、１Ｃに関する表示値成分（Ｐ_{１Ｂ、１Ｃ}×Ｓ１（４_{１Ｂ、１Ｃ}）～Ｐ_{１Ｂ、１Ｃ}×Ｓ９（４_{１Ｂ、１Ｃ}））を得る。

【0117】

そして、セグメントＳ１～Ｓ９ごとに表示値成分の総和を得る。表示値成分の総和は、総合表示値である。例えば、セグメントＳ１については、１０個の表示値成分が得られている。従ってこれらの総和を計算することにより、セグメントＳ１に関する表示値ＰＳ１を得ることができる。セグメントＳ２～Ｓ９についても、同様の計算を行う。

【0118】

以上の計算によって、セグメントＳ１～Ｓ９ごとに総合表示値を得ることができる。

【0119】

なお、上記の変形例８では、図１７、図１８、図１９に示す複数のセンサの組み合わせを用いて、表示値（総合演算値）を得た。表示値の算出は、上記の方法に限定されない。例えば、図１７、図１８、図１９に記載された６組のセンサの組み合わせから、少なくとも２組以上の組み合わせを選択して、選択した組み合わせに基づく評価値を用いて表示値を算出してもよい。

【0120】

また、上述したいくつかの重み係数は、電流を提供するセンサと電流を受けるセンサとの間に示される電気力線に基づいて決めてよい。例えば、図１８の（ａ）部を参照する。土壌センサ１Ａから電流を提供し、土壌センサ１Ｂによって電流を受ける。この場合において、土壌センサ１Ａ、１Ｂの間には、例えば、土壌センサ１Ａ、１Ｂを最短距離で結ぶ直線状の電気力線が設定できる。電気力線の長さが短いほど、インピーダンスが小さくなる。つまり、影響の度合いは大きい。そこで、直線状の電気力線に交差するセグメントＳ１、Ｓ２、Ｓ３における重み係数Ｓ１（１_{１Ａ、１Ｂ}）、Ｓ２（１_{１Ａ、１Ｂ}）、Ｓ３（１_{１Ａ、１Ｂ}）は相対的に大きい値を設定する。一方、土壌センサ１Ａ、１Ｂの間には、例えば、計測範囲Ｒ３ａの外縁により示される曲線状の電気力線も設定できる。この電気力線の長さは、直線状の電気力線の長さよりも長い。そこで、直線状の電気力線に交差するセグメントＳ４、Ｓ５、Ｓ６における重み係数Ｓ４（１_{１Ａ、１Ｂ}）、Ｓ５（１_{１Ａ、１Ｂ}）、Ｓ６（１_{１Ａ、１Ｂ}）は、重み係数Ｓ１（１_{１Ａ、１Ｂ}）、Ｓ２（１_{１Ａ、１Ｂ}）、Ｓ３（１_{１Ａ、１Ｂ}）よりも相対的に小さい値を設定する。

【0121】

なお、重み係数の設定は、上述の考え方に限定されない。

【符号の説明】

【0122】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｅａ，１Ｅｂ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ…土壌評価センサ、２，３…電極端、４…電圧発生部、６…電流計測部、７，７Ａ…処理部、８…電圧制御部、９…評価値算出部、１０，１０Ａ，１０Ｂ…土壌評価システム、１１…第１演算部、１２…第２演算部、１３…第３演算部、１４，１４Ａ…制御部、１５，１５Ａ…センサ制御部、１６…表示処理部、２１…スイッチ回路、２２…スイッチ制御部、３１，３２，４１，４２…拡張電極、１００ａ…土壌、１０１…静電容量、１０２…電気抵抗。

【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】