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true TDR土壌水分センサー

CACC-TDR-315
PDFカタログ

TDT方式の土壌水分センサー
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 概 要
 CACC-TDR-315はブレークスルーテクノロジーにより、従来大型のシステム(例:C-TDR100)でしか可能ではなかった真のTDR測定方式を小型なセンサーの中に凝縮しました。従来のTDR方式と言われる小型センサーは、実は簡略化した測定方式を採用していましたが、CACC-TDR-315は特許申請中の画期的TDR方式により、真の誘電率を測定をします。
C-CR1000 C-CR800CR200Xなどのデータロガーに直接接続可能かつ、TDT方式の土壌水分センサーと同じように、メンテナンスフリーなので、長期間の連続観測が可能。土壌水分(体積含水率)だけでなく、土中の導電率(EC)、温度、誘電率が測定可能です。
 電源コントロールをして、省電力化でき、かつ、コストパフォーマンスに優れているので、多点、無人観測にも適しています。


特徴
  • 針状ロッドなので土中に差し込む事が出来る。
  • 土壌水分(体積含水率)だけでなく、土中の導電率(EC)、温度、誘電率が測定可能
  • SDI出力
  • 精度が高く、長期安定性も高い
  • 粘土質土壌、塩分の高い土壌でも測定可能
  • 穀物の水分量測定への可能性
  • みかけの誘電率(ε)を測定できるので土壌に合わせた独自の式(ε-θ関係)も活用できる

原理

 TDR(Time Domain Reflectometer system):時間領域反射法)方式の土壌水分計で、電磁波がロッド先端から反射時間する時間が誘電率に比例することを利用します.。土壌水分はTOPPの式により、換算されます。このTDRセンサーは独自の方式により、広い温度範囲、塩分濃度の中で高精度に測定が可能になっています。誘電率と導電率は温度により補正された値となっています。

使い方
 防水構造なので、土中に埋設することができます。ガイドは、あらゆる角度で土壌に挿入することができます。C-CR1000では、1つのSDI入力Cポートに10本、全4chのポートを使用すると、40本の測定が可能です。
 また、CR1000などにC-AM16/32マルチプレクサーを接続して、多chSDI計測も可能です。この場合、各センサーにSDIアドレスを設定する手間がありません。
 C-CR200Xを利用すると安価に計測できます。

 注意1 土壌の温度は、ヘッド部分で測定しています。土壌水分は温度補正されますので、ヘッドとプローブは同じ温度環境になるように設置して下さい。
 例) このセンサーを地表面の上から挿入、ヘッドのみ地上部に残り日射を受けると、プローブとヘッド部分の温度が著しく大きくなり、測定値に誤差が生じます。詳しくはこちら
 注意2 測定インターバルは2分以上に設定してください。2分以内の場合は、自己加熱のため温度が不正確になります。


研究論文について
 こちらをご覧ください

CR-Basuc サンプルプログラム
 こちらをご覧ください

データロガー
データロガーとのパック製品はこちら
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仕 様

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測定要素、測定範囲、精度
要素 体積含水率 導電率
(出力はμS/cm)
温度 誘電率
測定範囲 0〜100% 0〜5dS/m
(0〜5000μS/cm)
-40〜60℃
精度 ±2% 0.1dS/m
(100μS/cm)
±2.5%
±0.2℃
(1-50℃)
±2.5% FS
分解能 0.1% - 0.1℃ -
温度安定性
1-50℃
±1% - - -
EC安定性
0-5ds/m
±2% - - -
単位換算計算はこちら
導電率= S/cm = 1/(Ω・cm)
1 [S/m] = 10 [dS/m] = 10 [mS/cm]
測定条件 温度:-20〜50℃、導電率:0〜5.0dS/m
測定体積 約100cc
出 力 SDI-12 (Ver.1.3)
有効測定波長 200G sample/sec
波形伝播分解能 空気中:1.5mm 水中:0.16mm
伝播波形波長範囲 3.5GHz
測定時間 SDI1-12コマンド 測定時間425ms
測定間隔 2分以上推奨(2分以内は自己加熱のため温度が不正確になります。)
動作温度範囲 -20〜50℃(保存温度:-20〜70℃)
電  源 6-15VDC
動作時消費電流 動作時: 180mA@12VDC (300mA@6VDC)
非動作時:31uA@12V(非動作時)
通信時:5mA
材 質 304ステンレス、エポキシ、ポリエチレン
大きさ 200L*53W*19Hmm
重  さ 440g(10m cable)
ケーブル長さ 標準 7.5m PVC
最大60m(同じCポートに接続されたセンサーの合計は610m以下)
土壌水分(体積含水率)の式 鉱物性土壌の土壌体積含水率θvとbulk誘電率(土壌誘電率))Kaの関係はTopp et al.(1980)の式を用いて以下のように実験的に表されます。

θv = -5.3*10^-2 + 2.92*10^-2Ka - 5.5*10^-4Ka^2 + 4.3*10^-6Ka^3

上記の式を用いず自分で校正することも可能です
対象データロガーとSDIポートの数
SDIポートの数 対象データロガー
8 C-CR10X
5 C-CR5000
4 C-CR1000,3000,23X
2 C-800、850
1 C-200X、510
1つのポートで10本まで測定可能です。

本来は、ケーブル根本まで土中に挿入してください
(四角の本体も)
日射のある場合には誤差が大きくなります


SDI-12結線
線色 意味 ロガー端子
SDI-12 DATA Cポート
SDI-12 電源 12V
SDI-12 G G


SDIコマンドの例
コマンド 書式 応答
アドレス問い合わせ ?! a
アドレス変更 aAb! b
ID送付要求 al! a13Acclima SDI12 1.0
測定 aD0! a + VV.VV + TT.TT + PP.PP + EEEE + CCCC<CR><LF>
VV.VV : 含水率(%)
TT.TT : 土壌温度(℃)
PP.PP : 相対誘電率
EEEE : 導電率(μS/cm)
CCCC : 温度補正後導電率(μS/cm)

例)
a+25.03+32.16+32.13+1600+1700<CR><LF>
a:アドレス(0-9)
SDIアドレスの付け方
いくつか、方法があります

全てのセンサーに初期アドレス0が振られています。

1)注文時に指定
 当社にご注文される段階で、使用法が決まっていれば IDを割り振りして出荷いたします。

2)DataSnapでID自動付与
 DataSnapに接続すると、センサーにIDが自動割り振りされます。
 失敗する場合もあるので、以下の手順で接続してください
 ・全てのセンサーを接続してから、電源投入←失敗する可能性がある
 ・1個つないで、'Add Acclima Sensors"ボタンを押す
  PCでモニター、確認。
  2個目を接続して、PCでモニター確認。
  上記を繰り返す。

 
SDI12 Data 記録装置 Data Snap 一番上に該当商品の価格を表示します



名 称 Data Snap
取扱説明書
型 式 CACC-AGR-D01
対応センサー SDI Ver.1.3 sensor(ACアダプター接続時) 10個まで
注 意 2015年8月以前に出荷したDataSnapはTDR-315に対応していません。
データ保存容量 59,392data

センサーの数 インターバル 保存期間
1 15分 20ヶ月
5 20分 5.5 ヶ月
10 30分 4 ヶ月
メモリーフル時 古い順に上書き(オーバーラップ)
外部電源 USB経由 5V電源(300mAmax)
CACC-TDR-315の場合は、PC経由のUSB給電では動作しません。
AC経由かバッテリーパックから電源を供給して下さい
DC6〜12V(ジャック):最大DC15V225mA±10%
バッテリーパック 単3電池 8個搭載 DataSnapの外部電源に接続
センサー10本、30分インターバル、アルカリ電池で約1年
(温度、バッテリー品質に依存)
使用環境 温度:-20〜60℃, 0〜90%
本体ケースおよび電池ボックスに防水、防滴性はありません。
大きさ 105Lx53Wx25Hmm
付属品 SDI 2個接続可能なターミナル
USBケーブル
ACアダプター
12Vバッテリーパック
"SnapView" ソフトウェアー
  各センサーのIDはDataSnapにより、自動的に割り振られます。
  ソフト経由、ID変更可能
結線
ターミナル 線色
DATA
COM
PWR
接続部
複数センサー
接続例

上記のような固定端子台を購入()し、配線します。
12端子台で4本のセンサーを接続可能です。
電源(上記例では赤と白)を短絡しないよう注意して下さい
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設置方法


土壌の温度は、緑のヘッド部分で測定しています。土壌水分は温度補正されますので、ヘッドとプローブは同じ温度環境になるように設置して下さい。
 例) このセンサーを地表面の上から挿入、ヘッドのみ地上部に残り日射を受けると、プローブとヘッド部分の温度が著しく大きくなり、測定値に誤差が生じます。
図は、TDTセンサーですがTDRでも同様です。


CR-BASICサンプルプログラム(ご自由にご使用下さい、TDR-315用のプログラムです)
' Program for TDR315_SDI-12
' TDR315 SDI-12
' Made by Climatec,Inc. JAPAN
' Contact : http://www.weather.co.jp/
' This program is freeware
'------------ Wiring ---------------------------------------
' TDR315 SDI-12 For CR-Basic data logger
' Porwer + 12V
' Power - G
' SDI-12 C1
'------------ SDI ID Setting -------------------------------
' Please assign TDR315 sensor as SDI ID:0
' ------------ Condition ------------------------------------
' Monitoring : 10sec interval
' Data saving: 10min interval

Public soil_VWC 'SWC(%)
Public soil_temp 'degree
Public soil_EC 'TDR-315:uS/cm
Public Bulk_RP 'no units
Public MaxSlope

Units soil_VWC = %
Units soil_temp = °C
Units soil_EC = uS/cm 'TDR-135

Public IN1(6)
Public i
Public IN2 As String *16
Public t 'OffsetTime (t * 5)ps
Public stp=25 'Sampling step 25 means "sampling every 125ps"
Const Num = 100 'It takes 35sec for 100 samples
Public Waves(Num)
Public Period
Public Int_Temp,Batt_Volt

' -------------- OUTPUT SECTION
DataTable(TBL101,True,-1)
  DataInterval(0,1,Min,1)
  Sample (1,soil_VWC,IEEE4)
  Sample (1,soil_temp,IEEE4)
  Sample (1,soil_EC,IEEE4)
  Sample (1,Bulk_RP,IEEE4)
  Sample (Num,Waves(1),FP2)
EndTable

' ----------------------------------------- Measurement
BeginProg
Scan(1,Min,0,0) ' Monitoring interval:1min
'-------------------------------------- Int Temp and BattVolt for check
PanelTemp (Int_Temp,0)
Battery (Batt_Volt)
'-------------------------------------- TDR-SDI measurement
SDI12Recorder (IN1(),1,0,"M!",1.0,0) ' SDI-12 measurement
If IN1(1) >= 0.0 Then ' in case of SDI outputa are normal, else keep previous data
  soil_VWC = IN1(1) ' Volumetric water content
  soil_temp = IN1(2) ' Soil temperature
  Bulk_RP = IN1(3) ' Soil permittivity
  soil_EC = IN1(4) ' Soil electrical conductivity
EndIf
'-------------------------------------- OutPut interval:1min
For i = 1 To Num
  SDI12Recorder (IN2,1,0,"XA"&Hex((i-1)*stp+t)&"!",1.0,0) ' SDI-12 measurement
  Waves(i) = HexToDec(Right(IN2,Len(IN2)-1)) /4096
Next i
CallTable TBL101
Next Scan
EndProg

参考論文:土壌および穀物の水分・電気伝導度計測への適用事例
2013
5) 安永円理子, 宮本英揮, 上田哲大, 時間領域透過法で計測した乾燥過程における籾の比誘電率特性, 日本生物環境工学会, 高松市, 2013. 9.

4) 平嶋雄太, 上村将彰, 宮本英揮, 時間領域透過法(TDT)による土壌電気伝導度計測の高精度化, 日本生物環境工学会, 高松市, 2013. 9.

3) 上村将彰, 宮本英揮, 時間領域透過法(TDT)による土壌水分・電気伝導度計測, 日本生物環境工学会, 高松市, 2013. 9.
2012 2) M川明伸, 上村将彰, Ty P. A. Ferre, Markus Tuller, 宮本英揮, 高導電性媒質の誘電特性計測に対するSDI-12型TDTセンサーの適用, 土壌物理学会, 帯広市, 2012. 11.

1) 上村将彰, M川明伸, Ty P. A. Ferre, Markus Tuller, 宮本英揮, SDI-12型TDT センサーによる誘電特性の計測, 土壌物理学会, 帯広市, 2012. 11.
参考研究室
 佐賀大学・宮本研究室

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クリマテック株式会社
東京都豊島区池袋4-2-11 CTビル 6F
TEL:03-3988-6616 FAX:03-3988-6613
E-mail こちらから
http://www.weather.co.jp/

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