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Study of a miniaturized and high performed water-content and ion-concentration sensor for visualization in plant medium cultures

Research Project

Project/Area Number 17K17785
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Measurement engineering
Electron device/Electronic equipment
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

Masato Futagawa  静岡大学, 工学部, 准教授 (90607871)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords半導体型センサチップ / 土中水分量 / イオン濃度 / オンサイトモニタリング / センサシステム / インピーダンス計測 / インピーダンス / リーク電流 / 半導体センサチップ / 周波数微分 / 水分量 / 土壌計測 / 水分量センサ / イオン濃度センサ / リーク電流低減 / 電子デバイス / モニタリング / 自然現象観測・予測
Outline of Final Research Achievements

I have developed a miniaturized semiconductor type water-content and ion-concentration sensor to measure in medium culture directly. I proposed a highly sensitive water content and ion-concentration sensor which was capable to measure low water content, to detect a weak electric current. I fabricated a proposal sensor chip with new structure which protected the flow through the sensor substrate to electrode. And new sensor system, which capable to operate several kinds of frequency, was developed for realization of a noise resistant measurement method. I performed linearity and reliability evaluations with the data obtained from the sensor system using the model medium. I succeed to obtain the good results from their examinations.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来のセンサでは、20%より低い培地内水分量ではバラツキが大きく計測が困難であったが、新センサシステムでは、5%以下まで高い相関性を持つ計測を実現でき、農業分野での小型培地にも直接挿入可能なセンサシステムを完成させることができた。また、このセンサは他分野でも活用でき、高速道路法面に水分量センサを設置して観測の実施も行った。6か月以上の長期間の観測を確認し、地下水位の変動を土中水分量として可視化可能であることを確認することができた。幅広い分野での適用が可能であり、これまで得ることができなかった原位置での長期計測が可能なセンサシステムが実現できた。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Laboratory experiment of the tomography measurement using a new microchip soil moisture sensor2020

    • Author(s)
      KOMATSU Mitsuru、FUTAGAWA Masato、FUJIWARA Yu、TAKYU Tsutomu
    • Journal Title

      Japanese Geotechnical Journal

      Volume: 15 Issue: 1 Pages: 199-211

    • DOI

      10.3208/jgs.15.199

    • NAID

      130007823109

    • ISSN
      1880-6341
    • Year and Date
      2020-03-31
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of a High-sensitive Small Signal Processing Circuit to Monitor Groundwater in Slope of Highway Road2019

    • Author(s)
      Futagawa Masato、Komatsu Mitsuru、Fujiwara Yu
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines

      Volume: 139 Issue: 9 Pages: 283-288

    • DOI

      10.1541/ieejsmas.139.283

    • NAID

      130007699875

    • ISSN
      1341-8939, 1347-5525
    • Year and Date
      2019-09-01
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 半導体センサを用いた土中水分分布の計測技術2019

    • Author(s)
      小松 満,二川雅登,藤原 優,田岸宏孝
    • Journal Title

      地盤工学会誌

      Volume: 67(7) Pages: 30-31

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  • [Journal Article] Fabrication of a low leakage current type impedance sensor with shielding structures to detect a low water content of soil for slope failure prognostics2018

    • Author(s)
      Futagawa Masato, Ogasahara Shin, Ito Tatsumi, Komatsu Mitsuru, Fuwa Yasushi, Hirano Harutoyo, Akita Ippei, Kusano Kenichiro, Watanabe Minoru
    • Journal Title

      Sensors and Actuators A: Physical

      Volume: 271 Pages: 383-388

    • DOI

      10.1016/j.sna.2017.12.022

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    • Author(s)
      二川雅登
    • Organizer
      令和元年度科学技術交流会
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    • Invited
  • [Presentation] Establishment of Technology for Constructing Sensor Networks to Support Safe and Secure Areas in Collaboration with the Local Government2019

    • Author(s)
      Yasushi Fuwa, Masato Futagawa, Mitsuru Komatsu
    • Organizer
      IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS 2019)
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    • Author(s)
      二川雅登
    • Organizer
      2019年度日本土壌肥料学会
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  • [Presentation] Study of a Semiconductor Type Multimodal Sensor to Monitor Soil Conditions in Agriculture and Disaster Prevention fields2019

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      Masato Futagawa
    • Organizer
      BIT’s 8th Annual World Congress of Advanced Materials Japan 2019
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 土壌過渡応答特性を利用した土中水分量・イオン濃度計測システムの開発2019

    • Author(s)
      寺岡 佑起, 長屋 昇吾, 安富 啓太, 大多 哲史, 平野 陽豊, 川人 祥二,二川 雅登
    • Organizer
      第36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
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  • [Presentation] 半導体センサを用いた盛土内水分量評価の現地適用性検証2019

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      久田裕史, 藤原優, 二川雅登, 小松満
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      第33回日本道路会議
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      二川雅登
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      令和元年度防災総合センター研究会
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  • [Presentation] 盛土の排水対策前後における半導体センサを用いた土中水分量の評価2019

    • Author(s)
      久田裕史, 藤原優, 二川雅登, 小松満
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      第54回地盤工学研究発表会
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  • [Presentation] 水分量・イオン濃度センサ用フィードバック型インピーダンス計測回路チップの製作2019

    • Author(s)
      寺岡佑起、長屋昇吾、安富啓太、平野陽豊、川人祥二、二川雅登
    • Organizer
      令和元年度電気学会E部門総合研究会
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  • [Presentation] 22.土中水分量広範囲計測に向けた精密時間同期が不要なインピーダンス計測に関する研究2018

    • Author(s)
      峰松 泰浩, 山本 将也, 大多 哲史, 平野 陽豊, 二川 雅登
    • Organizer
      第35回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
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  • [Presentation] Fabrication of a Low Leakage Current Type Impedance Sensor to Monitor Soil Water Content for Slope Failure Prognostics2017

    • Author(s)
      Masato Futagawa, Shin Ogasahara, Tatsumi Ito, Mitsuru Komatsu, Yasushi Fuwa, Harutoyo Hirano, Ippei Akita, Kenichiro Kusano, and Minoru Watanabe
    • Organizer
      The 19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 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2017

    • Author(s)
      長屋 昇吾、安富 啓太、平野 陽豊、川人 祥二、二川 雅登
    • Organizer
      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
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  • [Presentation] 半導体型pH センサによる低水分量土壌pH 計測に関する研究2017

    • Author(s)
      上村 渓介、許山 久美子、 平野 陽豊、渡辺 実、小松 満、二川 雅登
    • Organizer
      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
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  • [Presentation] ISFET 型pH センサを用いた低水分量土壌でのpH 計測に関する研究2017

    • Author(s)
      二川 雅登, 許山 久美子, 平野 陽豊, 渡辺 実, 小松満
    • Organizer
      平成29年電気学会E部門総合研究会
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  • [Book] 暮らしと人を見守る水センシング技術2019

    • Author(s)
      二川雅登
    • Total Pages
      222
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781314280
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  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      https://wwp.shizuoka.ac.jp/futagawa/?page_id=15

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  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      https://wwp.shizuoka.ac.jp/futagawa/

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  • [Remarks] 静岡大学二川研究室

    • URL

      https://wwp.shizuoka.ac.jp/futagawa/

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 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2018

    • Inventor(s)
      二川雅登
    • Industrial Property Rights Holder
      二川雅登
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2018-198529
    • Filing Date
      2018
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 土壌センサ及び土壌計測方法2017

    • Inventor(s)
      二川雅登、川人祥二、安富啓太
    • Industrial Property Rights Holder
      静岡大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-204337
    • Filing Date
      2017
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      2017 Research-status Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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