水分传感器以及使用了该水分传感器的种植田管理系统的制作方法

本实用新型涉及基于在电极间施加电压而计测的介电常数来对存在于电极间的被测定对象物的水分含有率进行测定的水分传感器、以及使用了该水分传感器的种植田管理系统。

背景技术：

以往，作为这种传感器，例如有专利文献1所公开的传感器。该传感器由探测部和主体被一体地设置的树脂基板构成。在形成于主体上的电气电路组装有测定用部件，形成于探测部上的电气电路的一部分构成探测用电极。探测部如专利文献1的图1所示那样被设为长方形状的树脂基板的前端尖锐的形状，电极在该树脂基板上形成为平行的两条线。此外，探测部如专利文献1的图3所示那样电存在树脂基板折弯成コ字型、平行平板等来形成的情况。在该情况下，电极的形状形成为相面对的四方的板状等。传感器将探测部插到土壤中来使用，在该状态下，在电极间施加电压来计测介电常数。土壤中的水分含有率基于该介电常数来测定。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-264276号公报

技术实现要素：

实用新型要解决的课题

在通过上述以往的传感器那样的静电电容型的水分传感器来计测介电常数时，呈平行平板状地使两个电极为相面对，设置为电极与土壤无间隙地接触的方式能够精度最良好地计测土壤中的水分含有率。

专利文献1的图3所示的上述以往的传感器的构造是理想的，但由于只是呈电极平行地相面对的探测部形状，因此认为现实的情况下在折弯成直角的探测部附近处的电极与土壤之间容易产生间隙。如果在电极与土壤之间产生一点间隙从而形成空间，则介电常数的计测精度由于该空间而恶化。此外，专利文献1的图3所示的上述以往的传感器成为难以将探测部插入土壤的上述那样的探测部形状，因而存在探测部被折、弯曲从而机械耐久性差的顾虑。

此外，专利文献1的图1所示的上述以往的传感器不是设为相面对的平行平板状的电极，而是平行的两根线的电极，因此电极间的电力线不会成为直线。根据这一点，专利文献1的图1所示的上述以往的传感器的介电常数的计测精度恶化。

用于解决课题的手段

本实用新型正是为了解决这种课题而完成的，水分传感器插入到被测定对象物，基于在电极对的电极间施加电压而计测的介电常数来测定存在于电极间的水分含有率，其中，所述水分传感器具备：壳体，前端部被形成得尖锐；第1侧壁和第2侧壁，被设置于所述壳体，被形成为彼此所形成的角度成为锐角；凹陷部，被设置于所述壳体，连结所述第1侧壁和所述第2侧壁；第1电极，被设置于所述第1侧壁；和第2电极，被设置于所述第2侧壁。

根据本结构，通过彼此的电极表面倾斜地相面对地配置电极对，并被收纳于壳体，从而在将水分传感器插入到被测定对象物时，难以如以往的传感器那样电极对的部分被折或弯曲，机械耐久性得到提高。此外，容易将水分传感器插入到被测定对象物。此外，与呈平行平板状相面对的电极对相比，在电极与被测定对象物之间难以产生间隙，能够防止在电极与被测定对象物之间形成空间的情况。因此，能够防止起因于该空间的形成而使介电常数的计测精度恶化。进而，通过彼此的电极表面倾斜地相面对地配置电极对，从而电极间所形成的电力线成为与理想的平行平板状的电极间所形成的直线形状的电力线相近的、弯曲的形状。因此，与平板上的平行的两根线的电极间所形成的电力线相比，成为接近理想的形状的电力线，能够确保介电常数的计测精度。

此外，本实用新型的特征在于，所述前端部随着朝向前端而厚度形成得较薄。

此外，本实用新型的特征在于，电极对的彼此的电极表面所形成的角度被设定为锐角。

根据本结构，彼此的电极表面所形成的角度被设定为锐角，电极表面倾斜地相面对的角度被设得尖锐而被收纳于壳体，从而水分传感器的机械耐久性进一步提高，此外，成为更容易向被测定对象物插入水分传感器的形状。此外，电极间所形成的电力线成为与理想的直线形状更相近的形状，能够提高介电常数的计测精度。

此外，本实用新型的特征在于，电极对被配置在内置电极对的壳体的、以与电极对相同的角度倾斜并相面对的侧壁对的内面。

根据本结构，由于呈上述形状的电极对被配置在以与电极对相同的角度倾斜并相面对的侧壁对的内面从而被内置于壳体，因此容易插入到被测定对象物且机械耐久性优异，能够确保介电常数的计测精度，并且能够防止电极对的腐蚀、污染。

此外，本实用新型构成了如下的种植田管理系统，即，具备：上述任一个水分传感器；EC传感器，计测种植田中的土壤的EC(Electrical Conductivity：电导率)值；发送部，发送由水分传感器测定的种植田中的土壤的水分含有率数据以及由EC传感器测定的EC值数据；存储部，存储灌溉量规定数据以及施肥量规定数据，其中，所述灌溉量规定数据是规定相对于种植田中的土壤的水分含有率的灌溉量的数据，所述施肥量规定数据是规定相对于种植田中的土壤的EC值的施肥量的数据；数据处理部，基于从发送部接收的水分含有率数据以及EC值数据并参照存储于存储部的灌溉量规定数据以及施肥量规定数据来决定对土壤的灌溉量以及施肥量；和灌溉量以及施肥量调整部，按照由该数据处理部决定出的灌溉量以及施肥量来调整灌溉装置对土壤的灌溉量以及施肥量。

根据本结构，可确保由水分传感器计测的土壤中的水分含有率的计测精度，能够对农作物进行适当的灌溉量以及施肥量的灌溉以及施肥。因此，能提供能抑制农作物的质量、产量的偏差的种植田管理系统。

实用新型效果

根据本实用新型，能够提供一种如下的水分传感器，即，容易插入被测定对象物且电极对的机械耐久性优良，此外，能够防止起因于与被测定对象物之间的空间的形成而介电常数的计测精度的恶化，进而能够使电极间的电力线的形状接近理想来确保介电常数的计测精度。

附图说明

图1(a)～(d)为表示基于本实用新型的一实施方式的水分传感器的外观形状的图。

图2(a)、(b)为对图1(a)～(d)所示的水分传感器的内部进行了透视的图。

图3为图1(a)～(d)所示的水分传感器中的测定电路的电路图。

图4为使用图1(a)～(d)所示的水分传感器而构成的种植田管理系统的功能框图。

具体实施方式

接下来，对用于实施本实用新型的水分传感器的方式进行说明。

图1(a)为基于本实用新型的一实施方式的水分传感器1的俯视图，图1(b)为主视图，图1(c)为侧视图，图1(d)为后视图。

水分传感器1由树脂制的壳体2构成，对被测定对象物的水分含有率进行测定。在本实施方式中，水分传感器1的被测定对象物是土壤或者与其类似的物质。关于壳体2，前端呈三角形状尖锐地形成，厚度也形成得较薄，从而成为容易将水分传感器1插入被测定对象物的形状。在壳体2 的上表面，一对侧壁2a1、2a1相面对地形成了V字状的凹陷2a。凹陷2a 沿着壳体2的主体部2b的长边方向细长地形成，凹陷2a的底成为细长的长方形。关于主体部2b，朝向尖锐的前端且上表面呈直线状在背面侧倾斜，背面在上表面侧立起一段，前端的厚度形成得较薄。侧壁2a1、2a1的外周2a2、2a2朝向尖锐的前端且高度被维持为恒定，在前端部于背面侧急剧倾斜。在壳体2的背面突出地形成有5个腿2c。

图2(a)为对内置于壳体2的电子电路基板3以及一对电极4a、4a 进行了透视的状态下的水分传感器1的概略俯视图，图2(b)为该状态下的概略主视图。另外，在该图中，对于与图1(a)～(d)相同的部分赋予相同的附图标记并省略其说明。

在形成凹陷2a的一对侧壁2a1、2a2的内面，彼此的电极表面倾斜地相面对地配置有电极对4。电极对4在内置电极对4的壳体2的、以与电极对4相同的角度倾斜并相面对的一对侧壁2a1、2a1的内面无间隙地抵接。在本实施方式中，电极对4是对导电材料实施镀金而形成的，彼此的电极表面所形成的角度θ被设定为30°～60°的锐角。该电极对4通过一对布线5、5而与形成于电子电路基板3的测定电路6连接。

图3为该测定电路6的电路图。测定电路6由电极4a、4a、MCU(Micro Controller Unit，微控制器单元)7、运算放大器8、AC/DC变换电路9、振荡器10以及电阻R构成，由MCU7基于在电极4a、4a间施加测定电压 V而计测的电极4a、4a间的介电常数来运算存在于电极4a、4a间的被测定对象物的水分含有率。振荡器10产生100MHz以上的高频信号，并将高频信号作为测定电压V来输出。该高频信号被施加到由电阻R和电极 4a、4a的串联电路构成的分压电路，从而被分压。如果在电极4a、4a间施加高频信号，则由于被测定对象物的介电常数而电极4a、4a间的静电电容发生变化，电极4a、4a间的电压发生变动。被分压的信号d伴随着该电压变动而发生变动。信号d被AC/DC变换电路9变换为DC信号，被运算放大器8放大并被输入到MCU7的ADC端子，用于水分含有率的运算。

根据这种本实施方式的水分传感器1，通过彼此的电极表面倾斜地相面对地配置电极对4，从而侧壁2a1、2a1以及电极对4成为在被插入到被测定对象物时容易与从被测定对象物承受的力相对的形状。因此，在将水分传感器1插入被测定对象物时，难以如以往的传感器那样电极对的部分被折或者弯曲，机械耐久性得到提高。此外，容易将水分传感器1插入被测定对象物，使用的便利性得到提高。此外，与呈平行平板状相面对的电极对相比，在侧壁2a1、2a1以及电极4a、4a与被测定对象物之间难以产生间隙，能够防止在侧壁2a1、2a1以及电极4a、4a与被测定对象物之间形成空间的情况。因此，能够防止起因于该空间的形成而使介电常数的计测精度恶化。进而，通过彼此的电极表面倾斜地相面对地配置电极对4，从而电极4a、4a间所形成的电力线成为与理想的平行平板状的电极间所形成的直线形状的电力线相近的、弯曲的形状。因此，与平板上的平行的两根线的电极间所形成的电力线相比，成为接近理想的形状的电力线，能够确保介电常数的计测精度。

此外，根据本实施方式的水分传感器1，侧壁2a1、2a1以及电极对4 中的彼此的电极表面所形成的角度被设定为锐角，侧壁2a1、2a1以及电极表面倾斜地相面对的角度被设得尖锐，从而侧壁2a1、2a1以及电极对4 成为在被插入到被测定对象物时由于从被测定对象物承受的力而容易对置的电极形状。因此，水分传感器1的机械耐久性进一步提高，此外，更容易向被测定对象物插入水分传感器1。此外，电极4a、4a间所形成的电力线成为与理想的直线形状更相近的形状，能够提高介电常数的计测精度。

此外，根据本实施方式的水分传感器1，由于电极对4被配置于以与电极对4相同的角度倾斜并相面对的一对侧壁2a1、2a1的内面从而内置于壳体2，因此容易插入到被测定对象物且机械耐久性优异，能够确保介电常数的计测精度，并且能够防止电极对4的腐蚀、污染。

另外，在上述的实施方式中，对电极对4内置于壳体2而构成的情况进行了说明，但电极对4未必需要内置于壳体2。在该情况下，无法如上述实施方式那样防止电极对4的腐蚀、污染。但是，与上述的实施方式同样能够提供如下的水分传感器，即，容易插入到被测定对象物且电极对4 的机械耐久性优良，此外，能够防止起因于与被测定对象物间的空间的形成而介电常数的计测精度恶化，进而，能够使电极4a、4a间的电力线的形状接近理想来确保介电常数的计测精度。

图4为使用上述的水分传感器1而构成的种植田管理系统11的功能框图。种植田管理系统11构成为具备灌溉装置12、监控装置13以及服务器14。

灌溉装置12被设置于种植田的多个地方，对在种植田中种植的农作物给予水以及液体肥料。监控装置13也在种植田的需要监视的地方设置多个。监控装置13具备：上述的水分传感器1、构成在与水分传感器1 相同的壳体2中的EC传感器1a、和用于以无线或者有线的方式与服务器 14收发数据的收发机19。水分传感器1具有形成了图3所示的测定电路6 的传感器部，前端被插入到种植田中的种植有农作物的附近的土壤。EC 传感器1a计测该土壤的EC值。在收发机19连接有控制灌溉装置12的控制部15。控制部15对向灌溉装置12供给水的配管所设置的电磁阀的打开量、以及使液体肥料混入到该配管的混入量进行控制，来控制基于灌溉装置12的灌溉量以及施肥量。在电磁阀被打开的期间，通过配管被压送的水根据电磁阀的打开量而从灌溉装置12散出，对农作物进行灌溉以及施肥。

服务器14被设置于管理中心等，具有通信部16，通过通信部16而与设置于种植田的收发机19进行数据的接收发送。收发机19构成发送部，向通信部16发送由水分传感器1测定的作为被测定对象物的土壤中的水分含有率数据和由EC传感器1a测定的土壤的EC值数据。在服务器14 中具备构成存储部的规定值DB(数据库)17以及构成数据处理部的灌溉量/施肥量决定部18。规定值DB17存储有规定相对于种植田中的土壤中的水分含有率的灌溉量的灌溉量规定数据、以及规定相对于种植田中的土壤的EC值的施肥量的施肥量规定数据。

灌溉量/施肥量决定部18基于经由通信部16从收发机19接收的土壤中的水分含有率数据以及EC值数据，来决定向种植田的农作物的灌溉以及施肥所必需的基于灌溉装置12的灌溉量以及施肥量。在由灌溉量/施肥量决定部18对该灌溉量以及施肥量的决定中，可参照存储于规定值DB17 的灌溉量规定数据以及施肥量规定数据。也就是说，灌溉量/施肥量决定部 18对从收发机19接收的土壤中的水分含有率数据和灌溉量规定数据进行比较，将针对从收发机19接收的土壤中的水分含有率数据而在灌溉量规定数据中规定的灌溉量决定为基于灌溉装置12的灌溉量。此外，对从收发机19接收的土壤的EC值数据和施肥量规定数据进行比较，将针对从收发机19接收的土壤的EC值数据而在施肥量规定数据中规定的施肥量决定为基于灌溉装置12的施肥量。

决定出的灌溉量以及施肥量经由通信部16以无线或者有线的方式向监控装置13的收发机19发送。由收发机19接收到的灌溉量以及施肥量向控制部15输出，控制部15对灌溉装置12的配管所设置的电磁阀的打开量以及混入该配管的液体肥料的混入量进行调节，以使得成为所输入的灌溉量以及施肥量。控制部15构成灌溉量以及施肥量调整部，按照由灌溉量/施肥量决定部18决定出的灌溉量以及施肥量来调整灌溉装置12对土壤的灌溉量以及施肥量，即，调整对农作物的灌溉量以及施肥量。另外，也可构成为将控制部15设置于服务器14，由服务器14直接对基于灌溉装置12的灌溉量以及施肥量进行控制。

根据呈这种结构的种植田管理系统11，由于可确保由水分传感器1计测的土壤中的水分含有率的计测精度，因此能够对农作物进行适当的灌溉量以及施肥量的灌溉以及施肥。因此，根据构成为具备基于上述的实施方式的水分传感器1的种植田管理系统11，能抑制农作物的质量、产量的偏差。

工业实用性

基于上述的实施方式的水分传感器1能应用于温度、pH(试纸)、EC 值、水分含有率等的可计测的多模式传感器，能够有助于充实最前沿农业所必需的传感器阵容。

附图标记说明：

1…水分传感器；

1a…EC传感器；

2…壳体；

2a1、2a1…侧壁；

2a2、2a2…侧壁2a1、2a1的外周；

2b…主体部；

2c…腿；

3…电子电路基板；

4…电极对；

4a、4a…电极；

5、5…布线；

6…测定电路；

7…MCU；

8…运算放大器；

9…AC/DC变换电路；

10…振荡器；

R…电阻；

11…种植田管理系统；

12…灌溉装置；

13…监控装置；

14…服务器；

15…控制部(灌溉量以及施肥量调整部)；

16…通信部；

17…规定值DB(存储部)；

18…灌溉量/施肥量决定部(数据处理部)；

19…收发机(发送部)。