低コスト環境モニタリング技術

ペルチェ素子純放射計とCR発振型土壌水分センサー

抄録

廉価センサーを用いた農地におけるIoT 技術は，温度，湿度，CO2 濃度などの環境条件をモニタリングし，圃場での物質およびエネルギー収支を評価するために広く利用されている．しかし，正味放射量センサーや土壌水分センサーは依然として比較的高価であり，IoT 技術を農地に普及させるためには廉価なセンサーが求められている．近年，論理IC やペルチェ素子（TEC）が非常に手頃な価格で容易に入手可能となっている．本研究では，低コストの正味放射量センサーおよび土壌水分センサーを製作した．まず，TEC を用いて正味放射量を測定し，線形回帰直線による較正を行った．気温が露点温度未満の場合のデータを除去した後，測定誤差はおよそ±50 W m−2 未満であった．次に，コンデンサ· 抵抗（CR）発振回路を用いて土壌水分量を測定した．土壌水分を可変容量コンデンサとして仮定すると，センサー棒を絶縁した後，CR 発振回路の出力周波数f は体積含水率θ に反比例する関係を示した．θ とf の間の線形回帰直線に基づく測定誤差は±0.05 m3 m−3 未満であり，温度依存性は10–40 ◦C の範囲でdθ /dT = 0.0006 m3m−3◦C−1 と小さかった．これらのセンサーを用いて得られたデータは，IoT での実用に十分な精度を有すると考えられる．