JP6434855B2 - Plant growth state diagnosis apparatus and growth state diagnosis method - Google Patents
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Description
本発明は、植物、特に植物の地下部の生育状態を診断する装置及び方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and a method for diagnosing the growth state of a plant, in particular, an underground part of the plant.
一般に、生薬の原料としては、例えばオタネニンジン、トチバニンジン(フシニンジン)、又はオウレン等植物の根が用いられる。これらの植物の根を収穫するためには、例えば4、5年という長い栽培期間を要しており、適正な収穫時期を判断することが重要となる。適正な収穫時期を判断するためには、土壌中に存在する根の生育状態を診断する必要がある。 In general, as a raw material for herbal medicine, for example, plant roots such as ginseng, tochibanjin (fushininjin), or auren are used. In order to harvest the roots of these plants, a long cultivation period of, for example, 4 or 5 years is required, and it is important to determine an appropriate harvesting time. In order to judge the proper harvest time, it is necessary to diagnose the growth state of the roots existing in the soil.
従来、植物の生育状態を測定することにより、植物に対する栽培環境等の適正診断を行う方法が知られている。例えば、特許文献1には、診断対象の植物の根圧を一定期間モニタリングし、モニタリングした根圧データに基づいて、栽培環境等の適正診断を行う技術が記載されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a method for performing an appropriate diagnosis of a cultivation environment or the like for a plant by measuring the growth state of the plant. For example, Patent Document 1 describes a technique for monitoring a root pressure of a plant to be diagnosed for a certain period and performing a proper diagnosis of a cultivation environment or the like based on the monitored root pressure data.
上記特許文献1に記載の技術では、診断対象の植物の根圧を測定するための測定機器を、当該植物の一部を切除した箇所に接続する必要がある。このため、診断対象の植物は傷付いた状態となり商品価値を失ってしまうという問題がある。 In the technique described in Patent Document 1, it is necessary to connect a measuring device for measuring the root pressure of a plant to be diagnosed to a location where a part of the plant is excised. For this reason, there is a problem that the plant to be diagnosed becomes damaged and loses its commercial value.
また、栽培培地である土壌は可視光を遮るため、土壌中に存在する地下部である根の生育状態を診断することは難しい。土壌中から根を一度取り出して根の生育状態を診断すると、取り出すことによって根に対して損傷等を与え、ひいては根が枯死する可能性がある。このように、土壌中から地下部を取り出すことなく地下部に損傷を与えずに地下部の生育状態を診断することは難しい。 Moreover, since the soil which is a cultivation medium blocks visible light, it is difficult to diagnose the growth state of the root which is an underground part existing in the soil. If a root is once taken out from the soil and the growth state of the root is diagnosed, the removal may cause damage to the root and eventually the root may die. Thus, it is difficult to diagnose the growth state of the underground part without damaging the underground part without removing the underground part from the soil.
そこで、本発明は、植物の地下部の生育状態を、栽培培地中から地下部を取り出すことなく、地下部に損傷を与えずに診断することができる生育状態診断装置及び生育状態診断方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a growth state diagnosis apparatus and a growth state diagnosis method capable of diagnosing the growth state of an underground part of a plant without damaging the underground part without removing the underground part from the culture medium. The purpose is to do.
本発明に係る生育状態診断装置は、植物の栽培培地中の地下部の生育状態を診断する生育状態診断装置であって、マイクロ波を送信する送信手段と、送信手段から送信されたマイクロ波を受信する受信手段と、送信手段と受信手段との間に地下部が存在する栽培培地が配置された状態で送信手段から送信され且つ受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を対象信号強度として取得し、送信手段と受信手段との間に地下部が存在しない栽培培地が配置された状態で送信手段から送信され且つ受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を基準信号強度として取得する信号強度取得手段と、対象信号強度と基準信号強度との差分を算出し、差分に基づき地下部の領域の広がりを取得する演算手段と、備える。 A growth state diagnosis apparatus according to the present invention is a growth state diagnosis apparatus for diagnosing the growth state of an underground part in a cultivation medium of a plant, and transmits a microwave transmitted from a transmission unit and a microwave transmitted from the transmission unit. The signal intensity of the microwave transmitted from the transmission means and received by the reception means in a state in which the culture medium in which the underground portion exists is arranged between the reception means for receiving and the transmission means and the reception means is set as the target signal intensity. A signal that is acquired and acquired as a reference signal strength, the signal intensity of the microwave that is transmitted from the transmission unit and received by the reception unit in a state in which a culture medium without an underground portion is arranged between the transmission unit and the reception unit Intensity acquisition means, and calculation means for calculating the difference between the target signal intensity and the reference signal intensity and acquiring the extent of the underground area based on the difference.
本発明に係る生育状態診断方法は、植物の栽培培地中の地下部の生育状態を診断する生育状態診断方法であって、送信手段によりマイクロ波を送信する送信ステップと、送信ステップにおいて送信されたマイクロ波を受信手段により受信する受信ステップと、送信手段と受信手段との間に地下部が存在する栽培培地が配置された状態で送信手段から送信され且つ受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を対象信号強度として取得する対象信号強度取得ステップと、送信手段と受信手段との間に地下部が存在しない栽培培地が配置された状態で送信手段から送信され且つ受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を基準信号強度として取得する基準信号強度取得ステップと、対象信号強度取得ステップにおいて取得された対象信号強度と、基準信号強度取得ステップにおいて取得された基準信号強度との差分を算出し、差分に基づき地下部の領域の広がりを取得する演算ステップと、を含む。 The growth state diagnosing method according to the present invention is a growth state diagnosing method for diagnosing the growth state of an underground part in a cultivation medium of a plant, and is transmitted in a transmission step and a transmission step of transmitting a microwave by a transmission means. A reception step of receiving microwaves by the reception means, and a microwave signal transmitted from the transmission means and received by the reception means in a state in which a culture medium in which an underground portion exists is disposed between the transmission means and the reception means The target signal intensity acquisition step for acquiring the intensity as the target signal intensity, and the micro that is transmitted from the transmission unit and received by the reception unit in a state in which the culture medium without the underground portion is disposed between the transmission unit and the reception unit The reference signal strength acquisition step for acquiring the signal strength of the wave as the reference signal strength, and the target signal acquired in the target signal strength acquisition step. Including a strength, calculates a difference between the obtained reference signal strength at the reference signal intensity acquisition step, a calculation step of acquiring a spread area of the underground part based on the difference, the.
本発明に係る生育状態診断装置及び生育状態診断方法では、送信手段から送信され受信手段により受信されるマイクロ波の信号強度として、対象信号強度及び基準信号強度が取得される。対象信号強度は、送信手段と受信手段との間に地下部が存在する栽培培地が配置された状態での信号強度である。基準信号強度は、送信手段と受信手段との間に地下部が存在しない栽培培地が配置された状態での信号強度である。栽培培地中における地下部が存在する領域と地下部と地下部が存在しない領域とでは、地下部に含まれる水分の影響等により誘電率が異なる。このため、対象信号強度と基準信号強度とには、当該誘電率の違いに基づき差が生じる。従って、対象信号強度と基準信号強度との差分は、栽培培地中において占める地下部の領域と相関がある。本発明に係る生育状態診断装置及び生育状態診断方法では、対象信号強度と基準信号強度との差分に基づき地下部の領域の広がりを取得するため、取得した地下部の領域の広がりの度合いによって、栽培培地から地下部を取り出すことなく地下部の生育状態を診断することができる。以上より、植物の地下部の生育状態を、栽培培地中から地下部を取り出すことなく、地下部に損傷を与えずに診断することができる。 In the growth state diagnosis apparatus and the growth state diagnosis method according to the present invention, the target signal strength and the reference signal strength are acquired as the signal strength of the microwave transmitted from the transmission unit and received by the reception unit. The target signal intensity is a signal intensity in a state where a culture medium in which an underground portion exists is disposed between the transmission unit and the reception unit. The reference signal intensity is a signal intensity in a state where a culture medium without an underground portion is disposed between the transmission unit and the reception unit. The dielectric constant differs between the region where the underground part exists in the culture medium and the region where the underground part and the underground part do not exist due to the influence of moisture contained in the underground part. Therefore, a difference occurs between the target signal strength and the reference signal strength based on the difference in the dielectric constant. Therefore, the difference between the target signal intensity and the reference signal intensity has a correlation with the underground region occupied in the cultivation medium. In the growth state diagnostic device and the growth state diagnostic method according to the present invention, in order to obtain the extent of the underground area based on the difference between the target signal intensity and the reference signal intensity, depending on the degree of the extent of the obtained underground area, The growth state of the underground part can be diagnosed without removing the underground part from the culture medium. From the above, the growth state of the underground part of the plant can be diagnosed without taking out the underground part from the culture medium and damaging the underground part.
送信手段から送信され且つ受信手段により受信されるマイクロ波の偏波面を変更する変更手段を備えてもよい。送信手段から送信され且つ受信手段により受信されるマイクロ波の偏波面は、可変であってもよい。この場合、送信手段から送信され且つ受信手段により受信されるマイクロ波の偏波面を変更して回転させることができるため、地下部の領域の広がりを走査することができ、地下部の領域の広がりを三次元的に可視化することが可能となる。 You may provide the change means which changes the polarization plane of the microwave transmitted from a transmission means and received by a reception means. The polarization plane of the microwave transmitted from the transmission unit and received by the reception unit may be variable. In this case, since the polarization plane of the microwave transmitted from the transmission means and received by the reception means can be changed and rotated, the spread of the underground area can be scanned, and the spread of the underground area can be scanned. Can be visualized three-dimensionally.
地下部が存在しない栽培培地の土壌条件と、地下部が存在する栽培培地の土壌条件とは、同等であってもよい。この場合、対象信号強度を取得する場合と基準信号強度を取得する場合とで、用いられる栽培培地の土壌条件が同等になるため、栽培培地の土壌条件の違いによる影響を受けることなく対象信号強度と基準信号強度との差分を算出することができる。よって、当該差分に基づく地下部の領域の広がりをより正確に取得することができる。 The soil condition of the cultivation medium without the underground part and the soil condition of the cultivation medium with the underground part may be equivalent. In this case, since the soil conditions of the culture medium used are the same when acquiring the target signal intensity and when acquiring the reference signal intensity, the target signal intensity is not affected by the difference in the soil conditions of the culture medium. And the reference signal strength can be calculated. Therefore, it is possible to acquire the spread of the underground area based on the difference more accurately.
栽培培地は、盛り上げられた土壌により形成されていてもよい。この場合、盛り上げられた土壌を挟むようにして、送信手段及び受信手段を互いに近づけて配置することができる。これにより、送信手段から送信され且つ受信手段により受信されるマイクロ波の拡散を抑制することができ、その結果、マイクロ波の信号強度の測定誤差を抑制することができる。 The cultivation medium may be formed by raised soil. In this case, the transmitting means and the receiving means can be arranged close to each other so as to sandwich the raised soil. Thereby, the spreading | diffusion of the microwave transmitted from a transmission means and received by a receiving means can be suppressed, As a result, the measurement error of the signal strength of a microwave can be suppressed.
本発明によれば、植物の地下部の生育状態を、栽培培地中から地下部を取り出すことなく、地下部に損傷を与えずに診断することができる生育状態診断装置及び生育状態診断方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the growth state diagnostic apparatus and growth state diagnostic method which can diagnose the growth state of the underground part of a plant, without taking out a underground part from a culture medium, and without damaging a underground part are provided. can do.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
本発明の実施形態に係る生育状態診断装置は、土壌等の栽培培地中における植物の根の生育状態を診断して根の成長度合いを評価するための装置である。本実施形態の生育状態診断装置は、例えば生薬の原料であるオタネニンジン、トチバニンジン(フシニンジン)、又はオウレン等の根の生育状態を診断するために用いられる。まず、図1〜図5を参照して、第1実施形態に係る生育状態診断装置について説明する。図1は、第1実施形態に係る生育状態診断装置の概略構成図である。図2は、図1に示す植物生育箱を示す斜視図である。図3は、図2に示す植物生育箱のII−II線に沿った断面図である。図4は、基準領域における信号強度を取得する場合における送信アンテナ及び受信アンテナの配置を示す上面図である。図5は、対象領域における信号強度を取得する場合における送信アンテナ及び受信アンテナの配置を示す上面図である。
(First embodiment)
The growth state diagnosis apparatus according to the embodiment of the present invention is an apparatus for diagnosing the growth state of plant roots in a culture medium such as soil and evaluating the degree of root growth. The growth state diagnosing device of this embodiment is used for diagnosing the growth state of roots such as ginseng, tochibaninjin (fushininjin), or auren, which are raw materials for crude drugs. First, with reference to FIGS. 1-5, the growth condition diagnostic apparatus which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a growth state diagnosis apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing the plant growth box shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the plant growth box shown in FIG. FIG. 4 is a top view showing the arrangement of the transmitting antenna and the receiving antenna when acquiring the signal strength in the reference region. FIG. 5 is a top view showing the arrangement of transmission antennas and reception antennas when acquiring signal strength in the target region.
図1に示すように、生育状態診断装置1は、送信アンテナ22と、受信アンテナ24と、植物生育箱50と、ネットワークアナライザ10と、演算部11と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the growth state diagnosis apparatus 1 includes a transmission antenna 22, a reception antenna 24, a plant growth box 50, a network analyzer 10, and a calculation unit 11.
送信アンテナ22は、マイクロ波20を送信する送信手段である。受信アンテナ24は、送信アンテナ22からのマイクロ波20を受信する受信手段である。送信アンテナ22から送信され且つ受信アンテナ24により受信されるマイクロ波20は、特定の方向に振動する電波であり、偏波面を有している。偏波面とは、電波の電界面である。偏波面が水平である場合の電波は、電界成分が水平方向に振幅して伝播する水平偏波である。偏波面が地面に対して垂直である場合の電波は、電界成分が地面に対して垂直方向に振幅して伝播する垂直偏波である。マイクロ波20の偏波面は、送信アンテナ22及び受信アンテナ24の向きによって変更される。本実施形態において、送信アンテナ22及び受信アンテナ24の向きは所定の向きに固定されており、これによりマイクロ波20の偏波面も固定されている。 The transmission antenna 22 is a transmission unit that transmits the microwave 20. The reception antenna 24 is a reception unit that receives the microwave 20 from the transmission antenna 22. The microwave 20 transmitted from the transmitting antenna 22 and received by the receiving antenna 24 is a radio wave that vibrates in a specific direction and has a plane of polarization. The plane of polarization is the electric field of radio waves. When the plane of polarization is horizontal, the radio waves are horizontally polarized waves that propagate with the electric field component being amplified in the horizontal direction. When the plane of polarization is perpendicular to the ground, the radio waves are vertically polarized waves that propagate with the electric field component being amplified in the direction perpendicular to the ground. The polarization plane of the microwave 20 is changed depending on the directions of the transmission antenna 22 and the reception antenna 24. In this embodiment, the directions of the transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24 are fixed in a predetermined direction, and the polarization plane of the microwave 20 is also fixed thereby.
植物生育箱50は、送信アンテナ22と受信アンテナ24との間に配置されている。より具体的には、植物生育箱50は、送信アンテナ22と受信アンテナ24とを最短距離で結ぶ線分を軸5とした場合、軸5を遮る位置に配置されている。植物生育箱50には、土壌40が収容されている。土壌40は、植物生育箱50に収容されることによって地面に対して盛り上げられており、植物の根30の栽培培地を形成している。植物の根30は、例えば生薬の原料として用いられるオタネニンジン、トチバニンジン、又はオウレン等の根である。オタネニンジン及びトチバニンジンは、ウコギ科トチバニンジン属の植物であって、オウレンは、キンポウゲ科オウレン属の植物である。 The plant growth box 50 is disposed between the transmission antenna 22 and the reception antenna 24. More specifically, the plant growth box 50 is arranged at a position where the axis 5 is blocked when a line segment connecting the transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24 with the shortest distance is defined as the axis 5. In the plant growth box 50, soil 40 is accommodated. The soil 40 is raised with respect to the ground by being housed in the plant growth box 50, and forms a cultivation medium for the plant root 30. The plant root 30 is, for example, a root of ginseng, tochibannin, or auren, which is used as a raw material for herbal medicines. Panax ginseng and Tochibaninjin are plants belonging to the genus Tochibaninjin, and Aureen is a plant belonging to the genus Aurelia.
送信アンテナ22と受信アンテナ24とは、植物生育箱50を挟むようにして、互いに対向している。送信アンテナ22と土壌40内の根30との間の距離60と、受信アンテナ24と土壌40内の根30との間の距離70とは、適宜設定される。例えば、距離60は、ネットワークアナライザ10による測定周波数範囲の下限値の一波長以上であってもよい。距離60が測定周波数範囲の下限値の一波長以上である場合、当該一波長未満の領域に誘電率の異なる物質が存在しないため、マイクロ波20の送信アンテナ22へ反射等による電波の質の低下を抑制することができる。同様に、距離70は、測定周波数範囲の下限値の一波長以上であってもよい。距離70は測定周波数の下限値の一波長以上である場合、当該一波長未満の領域に誘電率が異なる物質が存在しないため、電波の質が低下しないようにすることができる。例えば、測定周波数範囲の下限値が1.0GHzである場合、一波長は30cmであるため、距離60及び距離70を、当該一波長30cmの1.5倍である45cmとしてもよい。 The transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24 face each other with the plant growth box 50 interposed therebetween. A distance 60 between the transmitting antenna 22 and the root 30 in the soil 40 and a distance 70 between the receiving antenna 24 and the root 30 in the soil 40 are set as appropriate. For example, the distance 60 may be one wavelength or more of the lower limit value of the frequency range measured by the network analyzer 10. When the distance 60 is equal to or more than one wavelength of the lower limit value of the measurement frequency range, there is no substance having a different dielectric constant in a region less than the one wavelength. Can be suppressed. Similarly, the distance 70 may be one wavelength or more of the lower limit value of the measurement frequency range. When the distance 70 is one wavelength or more of the lower limit value of the measurement frequency, there is no substance having a different dielectric constant in a region less than the one wavelength, so that the radio wave quality can be prevented from deteriorating. For example, when the lower limit value of the measurement frequency range is 1.0 GHz, since one wavelength is 30 cm, the distance 60 and the distance 70 may be 45 cm, which is 1.5 times the one wavelength 30 cm.
図2及び図3に示すように、植物生育箱50は、例えば樹脂製であり、上面側が開口された略直方体状を有している。植物生育箱50は、線II−IIで示す方向に互いに対向する側面50a,50bと、線II−IIで示す方向と直交する方向(すなわち、図1に示す軸5の延在方向)に互いに対向する側面50c,50dと、各側面50a,50b,50c,50dを連結する底面50eとを有している。植物生育箱50と送信アンテナ22及び受信アンテナ24との距離は可能な限り近くてもよく、例えば送信アンテナ22は植物生育箱50の側面50cと接するように配置され、受信アンテナ24は植物生育箱50の側面50dと接するように配置されてもよい。このように配置された場合、送信アンテナ22から送信されたマイクロ波20が空気の影響等を受けて拡散することなく植物生育箱50へ直接照射される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the plant growth box 50 is made of, for example, a resin and has a substantially rectangular parallelepiped shape with an upper surface side opened. The plant growth box 50 has side surfaces 50a and 50b facing each other in the direction indicated by line II-II, and a direction orthogonal to the direction indicated by line II-II (that is, the extending direction of the shaft 5 shown in FIG. 1). Opposite side surfaces 50c and 50d and a bottom surface 50e connecting the side surfaces 50a, 50b, 50c and 50d are provided. The distance between the plant growth box 50 and the transmission antenna 22 and the reception antenna 24 may be as close as possible. For example, the transmission antenna 22 is disposed so as to be in contact with the side surface 50c of the plant growth box 50, and the reception antenna 24 is arranged in the plant growth box. It may be arranged so as to be in contact with 50 side surfaces 50d. When arranged in this way, the microwave 20 transmitted from the transmitting antenna 22 is directly irradiated to the plant growth box 50 without being diffused under the influence of air or the like.
植物生育箱50内は、土壌40で満たされている。土壌40中には地下部である根30が位置し、根30に繋がる植物の茎又は葉等の地上部35が土壌40から表出している。植物生育箱50内において、植物の根30は、側面50aと側面50bとの間における中心部に位置する中心線A−Bからずれて位置している(図3参照)。中心線A−Bと植物の根30との距離80は、適宜設定される。例えば、距離80は、中心線A−Bと側面50aとの間の距離の半分である。植物生育箱50内の土壌40には、中心線A−Bよりも側面50a側に位置する根30が埋められた対象領域40A(以下、単に「対象領域40A」ともいう)と、中心線A−Bよりも側面50b側に位置する根30が埋められていない基準領域40B(以下、単に「基準領域40B」ともいう)とが存在する。対象領域40Aは、植物の根30が存在する領域であり、基準領域40Bは、植物の根30が存在しない領域である。対象領域40Aと基準領域40Bとは、同じ植物生育箱50内の土壌40の領域である。すなわち、対象領域40Aの土壌条件と、基準領域40Bの土壌条件とは、略同等である。 The inside of the plant growth box 50 is filled with soil 40. A root 30 that is an underground part is located in the soil 40, and a ground part 35 such as a stem or leaf of a plant connected to the root 30 is exposed from the soil 40. In the plant growth box 50, the root 30 of the plant is located at a position shifted from the center line A-B located at the center between the side surface 50a and the side surface 50b (see FIG. 3). The distance 80 between the center line AB and the plant root 30 is set as appropriate. For example, the distance 80 is half of the distance between the center line AB and the side surface 50a. In the soil 40 in the plant growth box 50, a target area 40A (hereinafter also simply referred to as “target area 40A”) in which the roots 30 located on the side surface 50a side with respect to the center line AB are embedded, and the center line A There is a reference region 40B (hereinafter also simply referred to as “reference region 40B”) in which the root 30 located on the side surface 50b side from −B is not filled. The target area 40A is an area where the plant root 30 exists, and the reference area 40B is an area where the plant root 30 does not exist. The target area 40 </ b> A and the reference area 40 </ b> B are areas of the soil 40 in the same plant growth box 50. That is, the soil condition of the target area 40A and the soil condition of the reference area 40B are substantially equivalent.
土壌条件とは、土壌の水分、又は土壌の成分等を含む土壌の状態を示す条件である。土壌条件が同等とは、土壌条件が等しいことに加えて、予め設定した範囲での微差等を含んだ範囲で同等としてもよい。例えば、土壌の水分の差が±10%の範囲内に含まれており、土壌の成分が±15%の範囲で等しい成分である場合には、土壌条件が同等であるとする。 The soil condition is a condition indicating the state of the soil including soil moisture or soil components. The equivalent soil condition may be equivalent in a range including a slight difference in a preset range in addition to the equal soil condition. For example, when the difference in soil moisture is included within a range of ± 10% and the soil components are the same components within a range of ± 15%, the soil conditions are assumed to be equivalent.
図4に示すように、基準領域40Bにおける信号強度を取得する場合、送信アンテナ22と受信アンテナ24とは、側面50cと側面50dとの対向方向で基準領域40Bを挟むように配置された状態でマイクロ波20の送受信を行う。また、図5に示すように、対象領域における信号強度を取得する場合、送信アンテナ22と受信アンテナ24とは、側面50cと側面50dとの対向方向で対象領域40Aを挟むように配置された状態でマイクロ波20の送受信を行う。基準領域40Bは、例えば、送信アンテナ22と受信アンテナ24とに挟まれてマイクロ波20が照射される場合に、当該マイクロ波20が対象領域40Aにおける根30に当たらず土壌40のみに当たる程度の大きさを有している。 As shown in FIG. 4, when acquiring the signal strength in the reference region 40B, the transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24 are arranged so as to sandwich the reference region 40B in the opposing direction of the side surface 50c and the side surface 50d. The microwave 20 is transmitted / received. In addition, as shown in FIG. 5, when acquiring the signal strength in the target area, the transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24 are arranged so as to sandwich the target area 40A in the opposing direction of the side surface 50c and the side surface 50d. Then, the microwave 20 is transmitted and received. For example, when the microwave 20 is irradiated between the transmission antenna 22 and the reception antenna 24, the reference region 40B is large enough that the microwave 20 does not hit the root 30 in the target region 40A and hits only the soil 40. Have
なお、植物生育箱50、送信アンテナ22、及び受信アンテナ24の配置位置は、例えば固定された植物生育箱50に対して送信アンテナ22及び受信アンテナ24をII−II線で示す方向に移動させることによって変更してもよい。また、当該配置位置は、例えば固定された送信アンテナ22及び受信アンテナ24に対して植物生育箱50をII−II線で示す方向に移動させることによって変更してもよい。植物生育箱50、送信アンテナ22、及び受信アンテナの配置位置の移動は、例えば駆動機構等によって行われてもよいし、ユーザによって手動で行われてもよい。 Note that the plant growth box 50, the transmission antenna 22, and the reception antenna 24 are arranged such that, for example, the transmission antenna 22 and the reception antenna 24 are moved in the direction indicated by the II-II line with respect to the fixed plant growth box 50. It may be changed by. In addition, the arrangement position may be changed by moving the plant growth box 50 in the direction indicated by the line II-II with respect to the fixed transmission antenna 22 and reception antenna 24, for example. The movement of the arrangement positions of the plant growth box 50, the transmission antenna 22, and the reception antenna may be performed, for example, by a drive mechanism or the like, or may be manually performed by a user.
側面50cと側面50dとの対向方向(すなわち、図1に示す軸5の延在方向)での植物生育箱50の長さは、例えば略一定である。このため、送信アンテナ22からのマイクロ波20が土壌40を透過又は反射するときの周波数は、植物生育箱50に対する送信アンテナ22及び受信アンテナ24のII−II線で示す方向での配置位置によらず略一定となる。 The length of the plant growth box 50 in the facing direction of the side surface 50c and the side surface 50d (that is, the extending direction of the shaft 5 shown in FIG. 1) is, for example, substantially constant. For this reason, the frequency when the microwave 20 from the transmission antenna 22 transmits or reflects the soil 40 depends on the arrangement position of the transmission antenna 22 and the reception antenna 24 with respect to the plant growth box 50 in the direction indicated by the line II-II. It becomes almost constant.
ネットワークアナライザ10(図1参照)は、配線15によって送信アンテナ22と接続されていると共に、配線17によって受信アンテナ24と接続されている。ネットワークアナライザ10は、受信アンテナ24により受信されたマイクロ波20の信号強度を取得する信号強度取得手段である。 The network analyzer 10 (see FIG. 1) is connected to the transmission antenna 22 by the wiring 15 and is connected to the reception antenna 24 by the wiring 17. The network analyzer 10 is a signal strength acquisition unit that acquires the signal strength of the microwave 20 received by the reception antenna 24.
具体的には、ネットワークアナライザ10は、基準領域40Bを挟むように配置された状態でマイクロ波20の送受信が行われた場合(図4参照)と、対象領域40Aを挟むように配置された状態でマイクロ波20の送受信が行われた場合(図5参照)とのそれぞれに関し、受信アンテナ24によって受信されたマイクロ波20の信号強度を測定する。ネットワークアナライザ10は、図4の配置の場合の測定結果を基準信号強度として取得し、図5の配置の場合の測定結果を対象信号強度として取得する。ネットワークアナライザ10は、配線16によって演算部11と接続されており、取得した対象信号強度及び基準信号強度を演算部11へ出力する。 Specifically, the network analyzer 10 is disposed so as to sandwich the target region 40A when the microwave 20 is transmitted and received in a state disposed so as to sandwich the reference region 40B (see FIG. 4). Then, the signal strength of the microwave 20 received by the receiving antenna 24 is measured for each of the cases where the microwave 20 is transmitted and received (see FIG. 5). The network analyzer 10 acquires the measurement result in the arrangement of FIG. 4 as the reference signal intensity, and acquires the measurement result in the arrangement of FIG. 5 as the target signal intensity. The network analyzer 10 is connected to the calculation unit 11 by a wiring 16 and outputs the acquired target signal strength and reference signal strength to the calculation unit 11.
根30が存在する対象領域40Aと、根30が存在しない基準領域40Bとでは、根30に含まれる水分の影響等によって、誘電率が異なる。このため、対象信号強度と基準信号強度とには、当該誘電率との違いに基づき差が生じる。従って、対象信号強度と基準信号強度との差分は、対象領域40Aと基準領域40Bとの誘電率の違いを生じる原因である土壌40中に存在する根30の領域の広がりに対して相関がある。 The target region 40A in which the root 30 exists and the reference region 40B in which the root 30 does not exist have different dielectric constants due to the influence of moisture contained in the root 30 and the like. For this reason, a difference occurs between the target signal strength and the reference signal strength based on the difference from the dielectric constant. Therefore, the difference between the target signal strength and the reference signal strength has a correlation with the spread of the region of the root 30 existing in the soil 40 that causes the difference in dielectric constant between the target region 40A and the reference region 40B. .
演算部11は、ネットワークアナライザ10から出力された対象信号強度及び基準信号強度を取得する。演算部11は、取得した対象信号強度と基準信号強度との差分を算出し、差分に基づき、土壌40中に存在する根30の領域の広がりを取得する演算手段である。なお、演算部11は、電気回路として実現されてもよいし、中央演算処理装置又はメモリを有するコンピュータ内部でソフトウェアとして実現されてもよい。 The calculation unit 11 acquires the target signal strength and the reference signal strength output from the network analyzer 10. The calculation unit 11 is a calculation unit that calculates the difference between the acquired target signal intensity and the reference signal intensity, and acquires the spread of the region of the root 30 existing in the soil 40 based on the difference. In addition, the calculating part 11 may be implement | achieved as an electric circuit, and may be implement | achieved as software inside the computer which has a central processing unit or memory.
根30の領域の広がりとは、土壌40内においてどれだけの場所を占めるかを示す度合い又は指標である。本実施形態において、根30の領域の広がりは、根30の長さ及び太さを含む大きさ(以下、単に「大きさ」ともいう)である。根30の領域の広がりは、根30の鉛直方向においては根30の長さを示し、根30の径方向においては根30の太さを示す。根30の領域の広がりとは、例えば主根そのものの体積である。なお、根30から枝分かれして伸びる側根の体積が大きい場合には、主根そのものだけでなく側根を含めた領域を根30の領域の広がりとしてもよい。 The spread of the region of the root 30 is a degree or an index indicating how much space is occupied in the soil 40. In the present embodiment, the spread of the region of the root 30 is a size including the length and thickness of the root 30 (hereinafter also simply referred to as “size”). The area of the root 30 indicates the length of the root 30 in the vertical direction of the root 30 and the thickness of the root 30 in the radial direction of the root 30. The expansion of the region of the root 30 is, for example, the volume of the main root itself. In addition, when the volume of the side root branched and extended from the root 30 is large, not only the main root itself but also a region including the side root may be used as the expansion of the region of the root 30.
ここで、演算部11による根30の大きさを取得する方法を説明するため、まず図6及び図7を参照して、対象信号強度と基準信号強度との差分と根30の大きさとの相関について説明する。図6に、対象信号強度と基準信号強度との差分の一例を示す。以下、対象信号強度と基準信号強度との差分を「差分信号強度」ともいう。図6は、差分信号強度の周波数特性を示すグラフである。図6の横軸は、周波数[GHz]を示し、図6の縦軸は、差分信号強度[dBV]を示す。図6に示す差分信号強度の値は、対象信号強度から基準信号強度を差し引いた値である。図6におけるグラフ100aは、根30の長さが10cmであり且つ直径が2cmのゴボウを用いた場合を示し、図6におけるグラフ100bは、根30の長さが20cmであり且つ直径が2cmのゴボウを用いた場合を示している。 Here, in order to describe a method for acquiring the size of the root 30 by the calculation unit 11, first, referring to FIGS. 6 and 7, the correlation between the difference between the target signal strength and the reference signal strength and the size of the root 30. Will be described. FIG. 6 shows an example of the difference between the target signal strength and the reference signal strength. Hereinafter, the difference between the target signal strength and the reference signal strength is also referred to as “difference signal strength”. FIG. 6 is a graph showing the frequency characteristics of the differential signal intensity. The horizontal axis in FIG. 6 indicates the frequency [GHz], and the vertical axis in FIG. 6 indicates the difference signal strength [dBV]. The value of the difference signal strength shown in FIG. 6 is a value obtained by subtracting the reference signal strength from the target signal strength. A graph 100a in FIG. 6 shows a case where a burdock having a root 30 length of 10 cm and a diameter of 2 cm is used, and a graph 100b in FIG. 6 shows a root 30 having a length of 20 cm and a diameter of 2 cm. The case where burdock is used is shown.
グラフ100a,100bで示される場合において、土壌40としては、水分率が約36%の赤玉土を用いている。なお、土壌40としては、例えば水分率が約69%の腐葉土を用いてもよい。送信アンテナ22と受信アンテナ24とは、マイクロ波20が垂直偏波となるように配置されている。すなわち、グラフ100a,100bで示される場合では、根30の長さを測定することができるように垂直偏波のマイクロ波20が用いられている。図6に示すように、グラフ100aとグラフ100bとの間には、周波数が4.0GHz〜6.0GHzの範囲で差分信号強度に差異が認められる。 In the case shown by the graphs 100a and 100b, as the soil 40, red jade soil having a moisture content of about 36% is used. As the soil 40, for example, humus having a moisture content of about 69% may be used. The transmission antenna 22 and the reception antenna 24 are arranged so that the microwave 20 is vertically polarized. That is, in the case shown by the graphs 100a and 100b, the vertically polarized microwave 20 is used so that the length of the root 30 can be measured. As shown in FIG. 6, there is a difference in the difference signal strength between the graph 100a and the graph 100b in the frequency range of 4.0 GHz to 6.0 GHz.
図7は、図6に示す差分信号強度の所定の周波数範囲における積分結果を示すグラフである。図7の横軸は、周波数[GHz]を示し、図7の縦軸は、差分信号強度の積分値[dBV]を示す。図7は、図6においてグラフ100aとグラフ100bとの間で差分信号強度に差異が認められた4.0GHz〜6.0GHzの周波数範囲で積分を行った結果を示している。図7におけるグラフ101aは、図6におけるグラフ100aに対応し、図7におけるグラフ101bは、図6におけるグラフ100bに対応する。なお、図7は、図6における差分信号強度に多くのリプルが含まれていたため、図6において差分信号強度に差異が認められた周波数範囲のうち下限の4.0GHzの周波数を基準周波数として積分を行った結果であり、図7においてはリプルが除去されている。 FIG. 7 is a graph showing an integration result of the differential signal intensity shown in FIG. 6 in a predetermined frequency range. The horizontal axis in FIG. 7 indicates the frequency [GHz], and the vertical axis in FIG. 7 indicates the integral value [dBV] of the difference signal intensity. FIG. 7 shows a result of integration in the frequency range of 4.0 GHz to 6.0 GHz where a difference in the difference signal intensity is recognized between the graph 100a and the graph 100b in FIG. A graph 101a in FIG. 7 corresponds to the graph 100a in FIG. 6, and a graph 101b in FIG. 7 corresponds to the graph 100b in FIG. 7 includes many ripples in the difference signal intensity in FIG. 6, and therefore, integration is performed using the lower limit of 4.0 GHz as the reference frequency in the frequency range in which the difference in the difference signal intensity is recognized in FIG. In FIG. 7, ripples are removed.
図7に示すように、グラフ101a,101bは、いずれも4.0GHz〜6.0GHzの周波数範囲で減衰傾向を示す曲線を描いている。グラフ101aとグラフ101bとを比較すると、根30の長さが10cmである場合のグラフ101aよりも、根30の長さが20cmである場合のグラフ101bの方がより急激に減衰している。なお、グラフ101aとグラフ101bとの違いは、周波数5.2GHzで最も大きい。このように、根30の長さに応じて、周波数毎の差分信号強度の積分値が変化する。すなわち、根30の長さと差分信号強度とには、相関が認められる。 As shown in FIG. 7, each of the graphs 101a and 101b draws a curve showing an attenuation tendency in a frequency range of 4.0 GHz to 6.0 GHz. Comparing the graph 101a and the graph 101b, the graph 101b when the length of the root 30 is 20 cm is attenuated more rapidly than the graph 101a when the length of the root 30 is 10 cm. The difference between the graph 101a and the graph 101b is the largest at the frequency of 5.2 GHz. As described above, the integral value of the difference signal intensity for each frequency changes according to the length of the root 30. That is, a correlation is recognized between the length of the root 30 and the difference signal intensity.
なお、図6及び図7では、根30の長さを測定することができるように垂直偏波のマイクロ波20を用いた場合の例を示しているが、根30の太さを測定することができるように水平偏波のマイクロ波20を用いてもよい。水平偏波のマイクロ波20を用いた場合には、根30の太さに応じて、周波数毎の差分信号強度の積分値が変化する。すなわち、根30の太さと差分信号強度とにも、相関が認められる。 6 and 7 show an example in which the vertically polarized microwave 20 is used so that the length of the root 30 can be measured. However, the thickness of the root 30 should be measured. Alternatively, a horizontally polarized microwave 20 may be used. When the horizontally polarized microwave 20 is used, the integrated value of the difference signal intensity for each frequency changes according to the thickness of the root 30. That is, a correlation is recognized between the thickness of the root 30 and the difference signal intensity.
以上のことから、例えば差分信号強度が強いほど、すなわち対象信号強度と基準信号強度との差分が大きいほど、根30の領域が広がっている。そこで、演算部11は、算出した差分信号強度に基づき、根30の大きさを取得する。根30の長さは、マイクロ波20が垂直偏波である場合に取得することができ、根30の太さは、マイクロ波20が水平偏波である場合に取得できる。演算部11は、例えば差分信号強度に基づき、以下のように根30の大きさを取得する。例えば、演算部11は、所定の周波数での差分信号強度と、根30の大きさとの対応関係を予め記憶している。演算部11は、当該対応関係に基づき、算出された差分信号強度のうち、所定の周波数での差分信号強度に対応付けられた根30の大きさを取得する。所定の周波数は、例えば評価に用いる周波数であって、具体的には例えば根30の大きさ毎の差分信号強度の差異が最も大きくなる周波数である。例えば、図6及び図7に示す例では、所定の周波数として5.2GHzを用いてもよい。所定の周波数は、土壌40又は根30の種類等によって異なっていてもよい。 From the above, for example, the region of the root 30 becomes wider as the difference signal strength is stronger, that is, as the difference between the target signal strength and the reference signal strength is larger. Therefore, the calculation unit 11 acquires the size of the root 30 based on the calculated difference signal intensity. The length of the root 30 can be acquired when the microwave 20 is vertically polarized, and the thickness of the root 30 can be acquired when the microwave 20 is horizontally polarized. The computing unit 11 acquires the size of the root 30 as follows based on, for example, the difference signal intensity. For example, the calculation unit 11 stores in advance a correspondence relationship between the difference signal intensity at a predetermined frequency and the size of the root 30. Based on the correspondence, the calculation unit 11 acquires the size of the root 30 associated with the difference signal strength at a predetermined frequency among the calculated difference signal strengths. The predetermined frequency is, for example, a frequency used for evaluation, and specifically, for example, is a frequency at which the difference in the difference signal intensity for each size of the root 30 is the largest. For example, in the example shown in FIGS. 6 and 7, 5.2 GHz may be used as the predetermined frequency. The predetermined frequency may differ depending on the type of soil 40 or root 30.
また、演算部11は、評価に用いる所定の周波数の差分信号強度の範囲と、根30の大きさとの対応関係を予め記憶しており、当該対応関係に基づき根30の大きさを取得してもよい。すなわち、演算部11は、評価に用いる所定の周波数での差分信号強度の範囲が第一範囲内である場合には、当該第一範囲に対応付けられた根30の大きさを取得し、当該差分信号強度の範囲が第一範囲を超えて第二範囲内になった場合には、当該第二範囲に対応付けられた根30の大きさを取得してもよい。 In addition, the calculation unit 11 stores in advance a correspondence relationship between the range of the difference signal intensity of a predetermined frequency used for evaluation and the size of the root 30, and acquires the size of the root 30 based on the correspondence relationship. Also good. That is, when the differential signal intensity range at a predetermined frequency used for evaluation is within the first range, the calculation unit 11 acquires the size of the root 30 associated with the first range, When the range of the differential signal intensity exceeds the first range and falls within the second range, the size of the root 30 associated with the second range may be acquired.
なお、上記の評価に用いる所定の周波数での差分信号強度は、所定の周波数帯域での差分信号強度の平均値又は最大信号強度等であってもよい。また、演算部11は、差分信号強度に代えて差分信号強度の積分値と、根30の大きさとの対応関係に基づき根30の大きさを取得してもよい。 Note that the difference signal strength at a predetermined frequency used for the above evaluation may be an average value or maximum signal strength of the difference signal strength in a predetermined frequency band. Further, the calculation unit 11 may acquire the size of the root 30 based on the correspondence relationship between the integral value of the difference signal strength and the size of the root 30 instead of the difference signal strength.
次に、図8を参照して、生育状態診断装置1を用いた根30の大きさの測定方法については説明する。図8は、図1に示す生育状態診断装置1における生育状態診断方法の一例を示すフロー図である。 Next, a method for measuring the size of the root 30 using the growth state diagnostic apparatus 1 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing an example of the growth state diagnosis method in the growth state diagnosis apparatus 1 shown in FIG.
まず、植物生育箱50、送信アンテナ22、及び受信アンテナ24が図4に示す位置で配置された状態で、送信アンテナ22によってマイクロ波20が送信されると共に、受信アンテナ24によってマイクロ波20が受信される(S1:送信ステップ及び受信ステップ)。続いて、ネットワークアナライザ10によって、受信アンテナ24で受信されたマイクロ波20の信号強度が測定され、その測定結果が基準信号強度として取得される(S2:基準信号強度取得ステップ)。 First, the microwave 20 is transmitted by the transmission antenna 22 and the microwave 20 is received by the reception antenna 24 in a state where the plant growth box 50, the transmission antenna 22, and the reception antenna 24 are arranged at the positions shown in FIG. (S1: transmission step and reception step). Subsequently, the signal strength of the microwave 20 received by the receiving antenna 24 is measured by the network analyzer 10, and the measurement result is acquired as the reference signal strength (S2: reference signal strength acquisition step).
次に、植物生育箱50、送信アンテナ22、及び受信アンテナ24が図5に示すような位置で配置された状態で、送信アンテナ22によってマイクロ波20が送信される共に、受信アンテナ24によってマイクロ波20が受信される(S3:送信ステップ及び受信ステップ)。続いて、ネットワークアナライザ10によって、受信アンテナ24で受信されたマイクロ波20の信号強度が測定され、その測定結果が対象信号強度として取得される(S4:対象信号強度取得ステップ)。そして、演算部11によって、対象信号強度と基準信号強度との差分が算出され(S5:演算ステップ)、当該差分に基づき根30の大きさが取得される(S6:演算ステップ)。根30の大きさが取得されることにより、根30の大きさ度合いによって根30の生育状態を診断することができる。このようにして、生育状態診断装置1による根30の生育状態の診断が終了する。なお、上記の診断方法において、S1及びS2とS3及びS4とは反対の順序で行ってもよい。すなわち、対象信号強度を先に取得した後に基準信号強度を取得してもよい。 Next, the microwave 20 is transmitted by the transmission antenna 22 in a state where the plant growth box 50, the transmission antenna 22, and the reception antenna 24 are arranged at positions as shown in FIG. 20 is received (S3: transmission step and reception step). Subsequently, the signal strength of the microwave 20 received by the receiving antenna 24 is measured by the network analyzer 10, and the measurement result is acquired as the target signal strength (S4: target signal strength acquisition step). Then, the difference between the target signal strength and the reference signal strength is calculated by the calculation unit 11 (S5: calculation step), and the size of the root 30 is acquired based on the difference (S6: calculation step). By acquiring the size of the root 30, the growth state of the root 30 can be diagnosed based on the size of the root 30. In this way, the diagnosis of the growth state of the root 30 by the growth state diagnosis device 1 is completed. In the above diagnostic method, S1 and S2, S3 and S4 may be performed in the reverse order. That is, the reference signal strength may be acquired after the target signal strength is acquired first.
以上のように、本実施形態に係る生育状態診断装置1及び生育状態診断方法では、送信アンテナ22から送信され受信アンテナ24により受信されるマイクロ波20の信号強度として、対象信号強度及び基準信号強度が取得される。そして本実施形態に係る生育状態診断装置1及び生育状態診断方法では、対象信号強度と基準信号強度との差分に基づき根30の大きさを取得するため、取得した根30の大きさの度合いによって、土壌40から根30を取り出すことなく根30の生育状態を診断することができる。以上より、植物の根30の生育状態を、土壌40中から根30を取り出すことなく、根30に損傷を与えずに診断することができる。 As described above, in the growth state diagnosis apparatus 1 and the growth state diagnosis method according to the present embodiment, the target signal strength and the reference signal strength are used as the signal strength of the microwave 20 transmitted from the transmission antenna 22 and received by the reception antenna 24. Is acquired. In the growth state diagnosis apparatus 1 and the growth state diagnosis method according to the present embodiment, the size of the root 30 is acquired based on the difference between the target signal strength and the reference signal strength. The growth state of the root 30 can be diagnosed without removing the root 30 from the soil 40. From the above, the growth state of the root 30 of the plant can be diagnosed without taking out the root 30 from the soil 40 and without damaging the root 30.
本実施形態において、根30が存在しない土壌40の土壌条件と、根30が存在する土壌40の土壌条件とは、同等である。これにより、対象信号強度を取得する場合と基準信号強度を取得する場合とで、用いられる土壌40の土壌条件が同じになるため、土壌40の土壌条件の違いによる影響を受けることなく対象信号強度と基準信号強度との差分を算出することができる。よって、当該差分に基づく根30の大きさをより正確に取得することができる。 In this embodiment, the soil condition of the soil 40 where the root 30 does not exist and the soil condition of the soil 40 where the root 30 exists are equivalent. Thereby, since the soil conditions of the used soil 40 become the same when acquiring the target signal strength and when acquiring the reference signal strength, the target signal strength is not affected by the difference in the soil conditions of the soil 40. And the reference signal strength can be calculated. Therefore, the size of the root 30 based on the difference can be acquired more accurately.
本実施形態において、栽培培地は、盛り上げられた土壌40により形成されている。よって、盛り上げられた土壌40を挟むようにして、送信アンテナ22及び受信アンテナ24を互いに近づけて配置することができる。これにより、送信アンテナ22から送信され且つ受信アンテナ24により受信されるマイクロ波20の拡散を抑制することができ、その結果、マイクロ波20の信号強度の測定誤差を抑制することができる。 In this embodiment, the cultivation medium is formed by the raised soil 40. Therefore, the transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24 can be arranged close to each other so as to sandwich the raised soil 40. Thereby, the spreading | diffusion of the microwave 20 transmitted from the transmission antenna 22 and received by the receiving antenna 24 can be suppressed, As a result, the measurement error of the signal strength of the microwave 20 can be suppressed.
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る生育状態診断装置について説明する。本実施形態に係る生育状態診断装置は、第1実施形態に係る生育状態診断装置1と同じく、送信アンテナ22と、受信アンテナ24と、植物生育箱50と、ネットワークアナライザ10と、演算部11とを備える。本実施形態に係る生育状態診断装置が第1実施形態に係る生育状態診断装置1と異なる点は、送信アンテナ22により送信され且つ受信アンテナ24により受信されるマイクロ波20の偏波面を変更する駆動機構23を備える点である。以下、図9を参照して、詳細に説明する。
(Second Embodiment)
Next, the growth state diagnostic apparatus according to the second embodiment will be described. The growth state diagnosing device according to the present embodiment is similar to the growth state diagnosing device 1 according to the first embodiment. The transmitting antenna 22, the receiving antenna 24, the plant growing box 50, the network analyzer 10, and the calculating unit 11 Is provided. The growth state diagnosing device according to the present embodiment is different from the growth state diagnosing device 1 according to the first embodiment in that driving for changing the polarization plane of the microwave 20 transmitted by the transmitting antenna 22 and received by the receiving antenna 24 is performed. It is a point provided with a mechanism 23. Hereinafter, this will be described in detail with reference to FIG.
図9は、第2実施形態に係る生育状態診断装置における送信アンテナ22及び受信アンテナ24を示す概略上面図及び概略側面図である。図9の(a)は、送信アンテナ22及び受信アンテナ24の概略上面図を示し、図9の(b)は、送信アンテナ22及び受信アンテナ24の概略側面図を示している。 FIG. 9 is a schematic top view and a schematic side view showing the transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24 in the growth state diagnosing apparatus according to the second embodiment. 9A shows a schematic top view of the transmission antenna 22 and the reception antenna 24, and FIG. 9B shows a schematic side view of the transmission antenna 22 and the reception antenna 24. FIG.
図9に示すように、本実施形態において、送信アンテナ22及び受信アンテナ24には、駆動機構23が接続されている。駆動機構23は、送信アンテナ22から送信され且つ受信アンテナ24により受信されるマイクロ波20の偏波面を変更する変更手段である。送信アンテナ22及び受信アンテナ24は、駆動機構23によって、それぞれが回転方向R1及び回転方向R2に回転可能である。これにより、マイクロ波20の偏波面が可変となる。つまり、送信アンテナ22及び受信アンテナ24が回転することにより、送信アンテナ22から送信され且つ受信アンテナ24により受信されるマイクロ波20の偏波面が回転する。マイクロ波の偏波面が回転するとは、換言すると、マイクロ波20の振幅方向が、一つの方向に固定されておらず、水平方向、垂直方向、及び水平方向と垂直方向との間の斜め方向等に連続的に切り替えられることをいう。 As shown in FIG. 9, in the present embodiment, a drive mechanism 23 is connected to the transmission antenna 22 and the reception antenna 24. The drive mechanism 23 is a changing unit that changes the polarization plane of the microwave 20 that is transmitted from the transmitting antenna 22 and received by the receiving antenna 24. The transmission antenna 22 and the reception antenna 24 can be rotated in the rotation direction R1 and the rotation direction R2 by the drive mechanism 23, respectively. Thereby, the polarization plane of the microwave 20 becomes variable. That is, as the transmission antenna 22 and the reception antenna 24 rotate, the polarization plane of the microwave 20 transmitted from the transmission antenna 22 and received by the reception antenna 24 rotates. In other words, the polarization plane of the microwave rotates. In other words, the amplitude direction of the microwave 20 is not fixed in one direction, and the horizontal direction, the vertical direction, an oblique direction between the horizontal direction and the vertical direction, and the like. It can be switched continuously.
さらに、送信アンテナ22及び受信アンテナ24は、駆動機構23によって、H1方向及びH2方向に水平移動可能であると共に、V1方向及びV2方向に垂直移動可能である。送信アンテナ22と受信アンテナ24とは、駆動機構23によって、互いに連動して同じ向き(すなわち回転方向R1又は回転方向R2)に回転し、回転しながら水平移動及び垂直移動を行う。 Further, the transmission antenna 22 and the reception antenna 24 can be horizontally moved in the H1 direction and the H2 direction by the drive mechanism 23, and can be vertically moved in the V1 direction and the V2 direction. The transmission antenna 22 and the reception antenna 24 rotate in the same direction (that is, the rotation direction R1 or the rotation direction R2) in conjunction with each other by the drive mechanism 23, and perform horizontal movement and vertical movement while rotating.
図10は、図9に示す駆動機構23による送信アンテナ22及び受信アンテナ24の移動パターンの一例を示す図である。図10に示すように、送信アンテナ22及び受信アンテナ24は、互いに連動して同じ向きに回転しながら、図示する受信アンテナ24の位置を移動開始位置とした場合に、H1方向へ移動した後、V2方向、H2方向、及びV1方向の順で移動を進め、移動開始位置に戻る。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of movement patterns of the transmission antenna 22 and the reception antenna 24 by the drive mechanism 23 illustrated in FIG. As shown in FIG. 10, when the transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24 rotate in the same direction in conjunction with each other, and the position of the illustrated receiving antenna 24 is set as the movement start position, after moving in the H1 direction, The movement proceeds in the order of the V2, H2, and V1 directions, and returns to the movement start position.
本実施形態においても、第1実施形態と同じく、送信アンテナ22から送信され受信アンテナ24により受信されるマイクロ波20の信号強度として、対象信号強度及び基準信号強度が取得される。そして、対象信号強度と基準信号強度との差分に基づき根30の大きさが取得される。よって、取得した根30の大きさの度合いによって、土壌40から根30を取り出すことなく根30の生育状態を診断することができる。以上より、植物の根30の生育状態を、土壌40中から根30を取り出すことなく、根30に損傷を与えずに診断することができる。 Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the target signal strength and the reference signal strength are acquired as the signal strength of the microwave 20 transmitted from the transmission antenna 22 and received by the reception antenna 24. Then, the size of the root 30 is acquired based on the difference between the target signal strength and the reference signal strength. Therefore, the growth state of the root 30 can be diagnosed without taking out the root 30 from the soil 40 according to the degree of the size of the acquired root 30. From the above, the growth state of the root 30 of the plant can be diagnosed without taking out the root 30 from the soil 40 and without damaging the root 30.
さらに、本実施形態では、送信アンテナ22から送信され且つ受信アンテナ24により受信されるマイクロ波20の偏波面を変更する駆動機構23を備えている。よって、送信アンテナ22から送信され且つ受信アンテナ24により受信されるマイクロ波20の偏波面を変更して回転させることができるため、根30の領域の広がりを走査することができ、根30の領域の広がりを三次元的に可視化することが可能となる。 Furthermore, in this embodiment, the drive mechanism 23 which changes the polarization plane of the microwave 20 transmitted from the transmission antenna 22 and received by the reception antenna 24 is provided. Therefore, since the polarization plane of the microwave 20 transmitted from the transmitting antenna 22 and received by the receiving antenna 24 can be changed and rotated, the spread of the region of the root 30 can be scanned, and the region of the root 30 can be scanned. It is possible to visualize the spread of the three-dimensionally.
以上、本発明の種々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定されず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他に適用してもよい。 As mentioned above, although various embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, You may change in the range which does not change the summary described in each claim, or may apply to others.
例えば、上記実施形態において、栽培培地は、植物生育箱50内に収容された土壌40であるが、これに限られない。栽培培地は、例えば直線状に土壌を盛り上げて形成された畝等であってもよい。 For example, in the said embodiment, although the culture medium is the soil 40 accommodated in the plant growth box 50, it is not restricted to this. The cultivation medium may be, for example, straw formed by raising soil in a straight line.
上記実施形態において、生育状態診断装置1は、ネットワークアナライザ10と、演算部11とを備えているが、これに限られない。例えば、生育状態診断装置1は、演算部11を備えておらず、ネットワークアナライザ10が演算手段としての機能を兼ねていてもよい。 In the said embodiment, although the growth condition diagnostic apparatus 1 is provided with the network analyzer 10 and the calculating part 11, it is not restricted to this. For example, the growth state diagnosis apparatus 1 may not include the calculation unit 11 and the network analyzer 10 may also function as a calculation unit.
[実施例]
以下、上記実施形態による効果を説明すべく、本発明者が実施した実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[Example]
Hereinafter, examples carried out by the present inventors will be described in order to explain the effects of the above embodiment. In addition, this invention is not limited to a following example.
以下の実施例では、上記第1実施形態の生育状態診断装置1を用いた。なお、送信アンテナ22としては、一例として、SCHWARZBECH MESS−ELEKTRONIK社のBBHA9021Dを用いた。当該送信アンテナ22は、1GHz〜18GHzの周波数範囲で使用可能である。また、受信アンテナ24としては、一例として、ETS Lindgren社の3115を用いた。当該受信アンテナ24は、750MHz〜18GHzの周波数範囲で使用可能である。 In the following examples, the growth state diagnostic apparatus 1 of the first embodiment was used. In addition, as transmission antenna 22, BBHA9021D of SCHWARZBECH MESS-ELEKTRONIK was used as an example. The transmission antenna 22 can be used in a frequency range of 1 GHz to 18 GHz. As an example of the receiving antenna 24, 3115 manufactured by ETS Lindgren was used. The receiving antenna 24 can be used in a frequency range of 750 MHz to 18 GHz.
被評価物(すなわち測定対象である根30)としては、長さが10cm又は20cmであり、太さが直径1cm又は2cmのゴボウの根を用いた。土壌40としては、赤玉土又は腐葉土を用いた。赤玉土の水分率は約36%であり、腐葉土の水分率は約69%であった。生育状態診断装置1において、送信アンテナ22と受信アンテナ24とは、マイクロ波20が垂直偏波となるように配置した。 As an object to be evaluated (that is, a root 30 to be measured), a burdock root having a length of 10 cm or 20 cm and a thickness of 1 cm or 2 cm in diameter was used. As the soil 40, red jade soil or mulch was used. The moisture content of red crust was about 36%, and the moisture content of humus was about 69%. In the growth state diagnosing device 1, the transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24 are arranged so that the microwave 20 is vertically polarized.
比較のために、まず、植物生育箱50内にゴボウの根30を配置しない状態で、送信アンテナ22及び受信アンテナ24によりマイクロ波20を送受信して、ネットワークアナライザ10による信号強度の測定を行った。信号強度の測定は、土壌40の上記第1実施形態における対象領域40Aに対応する領域、及び、上記第1実施形態における基準領域40Bに対応する領域のそれぞれについて行った。土壌40としては、赤玉土を用いた。 For comparison, first, the microwave 20 was transmitted and received by the transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24 in a state where the burdock root 30 was not placed in the plant growth box 50, and the signal intensity was measured by the network analyzer 10. . The signal intensity was measured for each of a region corresponding to the target region 40A in the first embodiment of the soil 40 and a region corresponding to the reference region 40B in the first embodiment. As the soil 40, red crust was used.
次に、上記第1実施形態に示すように植物生育箱50内に植物のゴボウの根30を配置した状態で、送信アンテナ22及び受信アンテナ24によりマイクロ波20を送受信して、ネットワークアナライザ10による信号強度の測定を行った。信号強度の測定は、対象領域40A及び基準領域40Bのそれぞれについて行った。この際、土壌40の種類及びゴボウの根30の大きさを変えて実施例1〜5を行った。 Next, with the plant burdock root 30 placed in the plant growth box 50 as shown in the first embodiment, the microwave 20 is transmitted and received by the transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24, and the network analyzer 10 The signal intensity was measured. The signal intensity was measured for each of the target area 40A and the reference area 40B. At this time, Examples 1 to 5 were performed by changing the type of the soil 40 and the size of the root 30 of the burdock.
実施例1では、土壌40として赤玉土を用い、ゴボウの根30として長さが10cmで太さが直径1cmの根を用いた。実施例2では、土壌40として赤玉土を用い、長さが10cmで太さが直径2cmの根を用いた。実施例3では、土壌40として赤玉土を用い、長さが20cmで太さが直径2cmの根を用いた。実施例4では、土壌40として腐葉土を用い、ゴボウの根30として長さが10cmで太さが直径2cmの根を用いた。実施例5では、土壌40として腐葉土を用い、ゴボウの根30として長さが20cmで太さが直径2cmの根を用いた。 In Example 1, a red bean was used as the soil 40, and a burdock root 30 having a length of 10 cm and a thickness of 1 cm in diameter was used. In Example 2, red soil was used as the soil 40, and a root having a length of 10 cm and a thickness of 2 cm was used. In Example 3, red soil was used as the soil 40, and a root having a length of 20 cm and a thickness of 2 cm was used. In Example 4, humus was used as the soil 40, and a burdock root 30 having a length of 10 cm and a thickness of 2 cm in diameter was used. In Example 5, humus was used as the soil 40, and a burdock root 30 having a length of 20 cm and a thickness of 2 cm in diameter was used.
そして、各信号強度に基づき差分信号強度の積分値を算出し、算出結果を評価した。差分信号強度の積分値を算出するのに用いる基準周波数、及び、その算出結果を評価するのに用いる周波数は、土壌40の種類に応じて設定した。具体的には、土壌40が赤玉土の場合には、基準周波数を4.0GHzとし、評価に用いる周波数を5.2GHとした。土壌40が腐葉土の場合には、基準周波数を3.0GHzとし、評価に用いる周波数を4.0GHzとした。表1に評価結果を示す。 Then, an integral value of the difference signal intensity was calculated based on each signal intensity, and the calculation result was evaluated. The reference frequency used to calculate the integral value of the difference signal intensity and the frequency used to evaluate the calculation result were set according to the type of soil 40. Specifically, when the soil 40 is red crust, the reference frequency is set to 4.0 GHz, and the frequency used for the evaluation is set to 5.2 GH. When the soil 40 was humus, the reference frequency was set to 3.0 GHz, and the frequency used for evaluation was set to 4.0 GHz. Table 1 shows the evaluation results.
表1の試料番号1は、比較のために、植物生育箱50内にゴボウの根30を配置しない状態で信号強度を取得した場合の評価結果である。植物生育箱50内にゴボウの根30が配置されていないため、対象領域40Aに対応する領域、及び、上記第1実施形態における基準領域40Bに対応する領域のいずれについても略同じ信号強度となった。よって、差分信号強度は0dBVであった。 Sample No. 1 in Table 1 is an evaluation result when the signal intensity is acquired in a state where the burdock root 30 is not disposed in the plant growth box 50 for comparison. Since the burdock root 30 is not arranged in the plant growth box 50, the signal intensity is substantially the same in both the region corresponding to the target region 40A and the region corresponding to the reference region 40B in the first embodiment. It was. Therefore, the difference signal intensity was 0 dBV.
表1の試料番号2〜6は、それぞれ実施例1〜5の各評価結果を示す。実施例1と実施例2とを比較すると、ゴボウの根30の太さが異なっているが、差分信号強度の積分値は略同じとなっている。これは、本実施例では、送信アンテナ22と受信アンテナ24とがマイクロ波20が垂直偏波となるように配置されているため、太さの影響が生じていないことを示している。これに対し、実施例2と実施例3とを比較すると、ゴボウの根30の長さに応じて、差分信号強度の積分値が変化した。同様に、実施例4と実施例5とを比較すると、ゴボウの根30の長さに応じて、差分信号強度の積分値が変化した。例えば表1の例では、ゴボウの根30の長さが2倍となると、差分信号強度の積分値も2倍となっている。よって、生育状態診断装置1は、この根30の長さと差分信号強度との相関に基づき、差分信号強度の積分値を算出し、算出した値に対応するゴボウの根30の長さを取得することができる。 Sample numbers 2 to 6 in Table 1 show the evaluation results of Examples 1 to 5, respectively. When Example 1 and Example 2 are compared, the thickness of the burdock root 30 is different, but the integrated value of the difference signal intensity is substantially the same. This indicates that, in the present embodiment, the transmitting antenna 22 and the receiving antenna 24 are arranged so that the microwave 20 is vertically polarized, and thus the influence of thickness does not occur. On the other hand, when Example 2 and Example 3 were compared, the integrated value of the difference signal intensity changed according to the length of the root 30 of burdock. Similarly, when Example 4 and Example 5 were compared, the integrated value of the difference signal intensity changed according to the length of the root 30 of burdock. For example, in the example of Table 1, when the length of the burdock root 30 is doubled, the integral value of the difference signal intensity is also doubled. Therefore, the growth state diagnosis apparatus 1 calculates the integral value of the difference signal intensity based on the correlation between the length of the root 30 and the difference signal intensity, and acquires the length of the burdock root 30 corresponding to the calculated value. be able to.
以上のように、本実施例によれば、土壌40から根30を取り出すことなく土壌40中の根30の大きさ(本実施例では、長さ)を取得することができ、根30の大きさ度合いから植物の根30の生育状態を診断することができることが確認された。 As described above, according to the present embodiment, the size (in this embodiment, the length) of the root 30 in the soil 40 can be acquired without removing the root 30 from the soil 40. It was confirmed from the degree that the growth state of the root 30 of the plant can be diagnosed.
1…生育状態診断装置、10…ネットワークアナライザ、11…演算部、20…マイクロ波、22…送信アンテナ、23…駆動機構、24…受信アンテナ、30…根、40…土壌。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Growth condition diagnostic apparatus, 10 ... Network analyzer, 11 ... Operation part, 20 ... Microwave, 22 ... Transmission antenna, 23 ... Drive mechanism, 24 ... Reception antenna, 30 ... Root, 40 ... Soil.
Claims (6)
マイクロ波を送信する送信手段と、
前記送信手段から送信されたマイクロ波を受信する受信手段と、
前記送信手段と前記受信手段との間に前記地下部が存在する栽培培地が配置された状態で前記送信手段から送信され且つ前記受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を対象信号強度として取得し、前記送信手段と前記受信手段との間に前記地下部が存在しない栽培培地が配置された状態で前記送信手段から送信され且つ前記受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を基準信号強度として取得する信号強度取得手段と、
前記対象信号強度と前記基準信号強度との差分を算出し、前記差分に基づき前記地下部の領域の広がりを取得する演算手段と、備える生育状態診断装置。 It is a growth state diagnostic device for diagnosing the growth state of an underground part in a plant culture medium,
Transmission means for transmitting microwaves;
Receiving means for receiving the microwave transmitted from the transmitting means;
The signal intensity of the microwave transmitted from the transmission unit and received by the reception unit in a state where the culture medium in which the underground portion exists is arranged between the transmission unit and the reception unit is acquired as the target signal strength. Then, the signal intensity of the microwave transmitted from the transmission unit and received by the reception unit in a state where the culture medium without the underground portion is disposed between the transmission unit and the reception unit is a reference signal intensity. Signal intensity acquisition means for acquiring as:
A growth state diagnosing apparatus, comprising: an arithmetic unit that calculates a difference between the target signal intensity and the reference signal intensity, and acquires a spread of the underground region based on the difference.
送信手段によりマイクロ波を送信する送信ステップと、
前記送信ステップにおいて送信されたマイクロ波を受信手段により受信する受信ステップと、
前記送信手段と前記受信手段との間に前記地下部が存在する栽培培地が配置された状態で前記送信手段から送信され且つ前記受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を対象信号強度として取得する対象信号強度取得ステップと、
前記送信手段と前記受信手段との間に前記地下部が存在しない栽培培地が配置された状態で前記送信手段から送信され且つ前記受信手段により受信されたマイクロ波の信号強度を基準信号強度として取得する基準信号強度取得ステップと、
前記対象信号強度取得ステップにおいて取得された前記対象信号強度と、前記基準信号強度取得ステップにおいて取得された前記基準信号強度との差分を算出し、前記差分に基づき前記地下部の領域の広がりを取得する演算ステップと、を含む生育状態診断方法。 It is a growth state diagnostic method for diagnosing the growth state of an underground part in a cultivation medium of a plant,
A transmission step of transmitting microwaves by transmission means;
A receiving step of receiving the microwave transmitted in the transmitting step by a receiving means;
The signal intensity of the microwave transmitted from the transmission unit and received by the reception unit in a state where the culture medium in which the underground portion exists is arranged between the transmission unit and the reception unit is acquired as the target signal strength. A target signal strength acquisition step to be performed;
The signal intensity of the microwave transmitted from the transmission unit and received by the reception unit in a state where the culture medium without the underground portion is disposed between the transmission unit and the reception unit is obtained as a reference signal strength. A reference signal strength acquisition step,
The difference between the target signal strength acquired in the target signal strength acquisition step and the reference signal strength acquired in the reference signal strength acquisition step is calculated, and the spread of the area of the underground portion is acquired based on the difference A growing state diagnostic method comprising:
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