(57)【要約】【課題】  道路の液体の凍結点を正確に測定すること。【解決手段】  改良された道路凍結点モニタシステムおよび方法は道路上の液体の凍結点を正確に測定するための改良されたサンプルウェルを含み、デジタルアドレスおよび温度情報を送受信し、電力を受けるために２本の導線しか必要としない温度センサを使用し、道路上の液体の凍結点を検出するための改良されたアルゴリズムを使用し、検出された凍結点を証明するのに伝導度測定値を使用し、インターネットを介してリモートコンピュータへ温度情報を伝送するようになっている。
2005509887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブ冷却器と、前記アクティブ冷却器に熱接触するコールド熱リンクと、前記熱リンクに隣接するサンプルウェルと、前記サンプルウェルに隣接する温度センサとを備え、道路に埋め込まれるようになっているセンサモジュールを備えた道路の凍結点センサであって、
前記サンプルウェルが前記温度センサに良好に熱接触する第１表面と、前記熱リンクに良好に熱接触する第２表面とを備え、
前記熱リンクが前記サンプルウェルの第２表面に密に隣接し、Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導度を有する、道路凍結点センサ。
【請求項２】
前記熱リンクが前記サンプルウェルのまわりに完全に延びている、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項３】
前記サンプルウェルから離間した前記コールド熱リンクの一部を覆うように配置された熱絶縁カバーを更に含む、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項４】
前記カバーが前記サンプルウェルの上方に位置する開口部を構成する、請求項３記載の道路凍結点センサ。
【請求項５】
前記サンプルウェルが水平平面に面積Ａ１を投影しており、前記カバーの前記開口部が前記平面に面積Ａ２を投影しており、Ａ２＞Ａ１である、請求項４記載の道路凍結点センサ。
【請求項６】
前記開口部が前記コールド熱リンクに良好に熱接触する下方表面を有するサンプルカップを形成する、請求項５記載の道路凍結点センサ。
【請求項７】
サンプルカップによって境界が定められた測定ゾーンに良好に電気的に接触する一対の伝導度プローブを更に含み、該伝導度プローブが温度センサのわきに位置している、請求項６記載の道路凍結点センサ。
【請求項８】
前記サンプルカップが前記カバーによって形成された表面を含む、請求項７記載の道路凍結点センサ。
【請求項９】
前記温度センサと前記コールド熱リンクとの間に位置する熱絶縁要素を更に含む、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項１０】
前記熱リンクが前記サンプルウェルの第２表面に密に隣接し、５Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導度を有する、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項１１】
前記熱リンクが前記サンプルウェルの第２表面に密に隣接し、２０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導度を有する、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項１２】
前記熱リンクが前記サンプルウェルの第２表面に密に隣接し、１００Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導度を有する、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項１３】
基地局と、
道路に埋め込まれた複数のセンサモジュールとを備え、各センサモジュールが温度モニタシステム内でグローバルにユニークなそれぞれのアドレスを有するデジタル温度センサを含み、
更に前記基地局と前記センサモジュールとを相互接続する一組のケーブルを含み、該ケーブルが、各センサモジュールに接続されたわずか２本の導線しか含まず、
前記センサモジュールの各々が導線からのそれぞれのセンサモジュール用の作動電力を引き出すように作動するそれぞれの電力回路を備え、
前記センサモジュールが導線を介してシリアルデジタル信号として温度情報およびアドレス情報を基地局に伝送するようになっている、道路温度モニタシステム。
【請求項１４】
（ａ）上部表面に設けられた測定ゾーンと、該測定ゾーンに良好に熱接触する温度センサと、前記温度ゾーンに良好に電気接触する一対の伝導度プローブと、前記測定ゾーンに熱結合されたアクティブ冷却器とを備え、道路に埋め込まれたセンサモジュールを設ける工程と、
（ｂ）前記アクティブ冷却器により前記測定ゾーンを徐々に冷却する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の間、温度センサによる前記測定ゾーンの温度測定値を繰り返し記録する工程と、
（ｄ）前記工程（ｂ）の間、前記伝導度プローブによる前記測定ゾーンの伝導度測定値を繰り返し記録する工程と、
（ｅ）前記工程（ｃ）の温度測定値、および前記工程（ｄ）の伝導度測定値の時間に対する変化に基づき、前記測定ゾーンにおける液体の凍結点を決定する工程とを備えた、道路上の液体の凍結点を測定するための方法。
【請求項１５】
前記工程（ｅ）が、
（ｅ１）前記工程（ｃ）の温度測定値の時間に対する変化に基づき、凍結点を決定する工程と、
（ｅ２）前記工程（ｄ）の伝導度測定値が前記工程（ｅ１）で決定された凍結点に実質的に一致する伝導度の実質的な減少を示すかどうかをチェックする工程とを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記工程（ａ）の前記測定ゾーンが前記温度センサに良好に熱接触する第１表面および前記アクティブ冷却器に良好に熱接触する第２表面を有するサンプルウェルを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記工程（ｅ１）が、
（ｅ１ａ）前記工程（ｃ）の温度測定値の２次時間微分を決定する工程と、
（ｅ１ｂ）前記前記工程（ｅ１ａ）の２次時間微分と正のスレッショルド値とを比較する工程と、
（ｅ１ｃ）前記工程（ｅ１ａ）の２次時間微分が前記工程（ｅ１ｂ）のスレッショルド値を越えた後に工程（ｃ）の前記温度測定値の水平から外れることを検出することに基づいて凍結点を決定する工程とを備えた、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
（ａ）上部表面に設けられた測定ゾーンと、該測定ゾーンに良好に熱接触する温度センサと、前記測定ゾーンに熱結合されたアクティブ冷却器とを備え、道路に埋め込まれたセンサモジュールを設ける工程と、
（ｂ）前記アクティブ冷却器により前記測定ゾーンを徐々に冷却する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の間、温度センサによる前記測定ゾーンの温度測定値を繰り返し記録する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の間の前記温度測定値の２次時間微分を決定する工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）の２次時間微分が正のスレッショルド値を越えたことを決定する工程と、
（ｆ）前記工程（ｄ）の２次時間微分が前記工程（ｅ）の前記スレッショルド値を越えた後に水平状態から外れたことに少なくとも部分的に基づき、凍結点を決定する工程とを備えた、道路上の液体の凍結点を測定するための方法。
【請求項１９】
工程（ｄ）が、
（ｄ１）工程（ｃ）の前記時間測定値の時間に対する複数の１次の傾きを決定する工程（各１次の傾きがそれぞれの測定時間に関連している）と、
（ｄ２）工程（ｄ１）の時間に対する前記１次の傾きの複数の２次の傾きを決定する工程を含む、請求項１８記記載の方法。
【請求項２０】
（ａ）上部表面に設けられた測定ゾーンと、該測定ゾーンに良好に熱接触する温度センサと、前記測定ゾーンに熱結合されたアクティブ冷却器とを備え、道路に埋め込まれたセンサモジュールを設ける工程と、
（ｂ）前記アクティブ冷却器により前記測定ゾーンを徐々に冷却する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の間、温度センサによる前記測定ゾーンの温度測定値を繰り返し記録する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の間の前記温度測定値の１次時間微分を決定する工程と、
（ｅ）前記１次時間微分が第１の正のスレッショルド値よりも大きくなったことを決定する工程と、
（ｆ）上部の境界がゼロによって定められ、下部の境界が第２の負のスレッショルド値によって定められている値のレンジ内まで、前記１次時間微分が経過したことを決定する工程とを備えた、道路上の液体の凍結点を測定するための方法。
【請求項２１】
前記工程（ｄ）が、
（ｄ１）前記工程（ｃ）の前記温度測定値に複数のラインをあてはめる工程と、
（ｄ２）前記工程（ｄ１）のラインの１次時間微分を決定する工程を含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
（ｇ）工程（ｆ）で決定された時間に関連するラインに含まれる最も早期の温度測定値を液体凍結点として関連付ける工程を更に含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
基地局と、
道路に埋め込まれ、前記基地局に結合された複数のセンサモジュールとを備え、各センサモジュールが温度センサと、モニタシステム内でグローバルにユニークなアドレスを記憶するメモリとを含み、
更に前記センサモジュールから前記基地局へ温度情報を伝送するための手段と、
前記基地局からネットワークを介してリモートコンピュータへ温度情報を伝送するための手段とを備えた、道路モニタシステム。
【請求項２４】
前記ネットワークがインターネットを含む、請求項２３記載の道路モニタシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
道路に凍結点降下剤を散布することは、これまで長い間、氷が形成されないようにする１つの方法であった。これまで氷が発生する恐れが高い領域には専用のメンテナンス車両で凍結防止用固体または液体薬剤を塗布していた。凍結が生じる前に道路に凍結防止薬剤を塗布することが重要である。このようにすることにより氷と道路との間に結合が生じるのが防止されるからである。自動車のラジエータ内の凍結防止剤が凍結を防止するのと同じように、凍結降下剤は道路上の液体の凍結点を降下させることによってこのような凍結の防止を行っている。
【背景技術】
【０００２】
これを良好に行うためには、高速道路機関は現在の道路状態が薬剤の散布を保証できるかどうかについて知っていなければならない。現在の状態に対して適当な濃度の薬剤が路面にある場合、更に凍結点降下剤を散布することは不要であり、コストがかかり、環境に影響を与える。道路天候情報システム（ＲＷＩＳ）およびそれらに関連する舗装センサは高速道路機関が現場に要員を送らなくても現在の道路状態をモニタできる、コスト的に有効な１つの方法である。多くのＲＷＩＳシステムは集中交通管理センターに現在の道路状態に関する情報を送ることができ、管理センターでは更に凍結点降下剤を散布するかどうかの判断を行うことができる。
【０００３】
一部の高速道路の場所、例えば橋およびオーバーパス道路では他の部分よりも一般に凍結時間が長い。かかる場所に凍結防止剤を載せたトラックを派遣する出費は高くつくので、多くの高速道路機関は固定式の凍結防止システムを設置している。これらシステムは舗装およびその他のＲＷＩＳセンサがレポートするような現在のローカル条件に基づき、散布するのに最も適した時間を自動的に決定する。ＲＷＩＳシステムの最も重要な部品の１つは舗装センサである。その理由は、この舗装センサは道路の現在の状態を測定できるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最も簡単な形態の舗装センサは路面の温度を測定する温度計から構成できる。しかしながら、温度だけを測定しても結氷するかどうかの判断をするための充分な情報を与えることはできない。その理由は、道路にある液体の正確な濃度が分からないからである。例えば道路の温度は水の凍結点である０℃近くになり得る。このことは結氷の可能性があることを意味するが、前に凍結防止剤を塗布したことによって道路上の液体の凍結点が降下している可能性がある。降雨およびその流出水も前に道路に散布された凍結防止剤を希釈している可能性がある。道路の現在の凍結点を最も正確に測定するには、道路上の実際の液体のサンプルを分析しなければならない。これを行う１つの方法は道路上の溶液の小さいサンプルを凍結させ、その凍結点を測定することである。かかるセンサは路面上の液体の状態を積極的に変えるので、かかるセンサはアクティブセンサとして知られている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
次の章は、道路の現在の状態を正確に予測するセンサ能力を高めるユニークな特徴を有する新規なアクティブ舗装センサについて述べるものである。
【０００６】
一般的な概論では、図示された舗装センサは次の特徴の１つ以上を含み、これら特徴は単独または組み合わせで使用できる。
【０００７】
図示された凍結点センサはサンプルウェルとアクティブ冷却器との間に位置する熱リンクと良好に熱接触する表面を有するサンプルウェルを含む。このサンプルウェル内のサンプルに良好に熱接触した状態で温度センサが配置されている。
【０００８】
開示する凍結点センサは更に冷却中のサンプルの伝導度を評価することにより、アクティブ冷却器および温度センサにより測定される凍結点を確認する。
【０００９】
図示されたセンサモジュールは凍結曲線（温度対時間のプロット図であって、凍結温度よりも高い温度のサンプルを用いて開始され、サンプルの温度が凍結温度よりも低くなるまで続く）を測定し、次に凍結曲線の形状を評価することにより、サンプルの凍結温度を決定する。開示するアルゴリズムは水平または若干下向きであって、（１）凍結曲線の時間２次微分がスレッショルド値を越えた後、または（２）曲線の時間１次微分が正のスレッショルド値を越えた後に生じる傾きを有する凍結曲線の領域を探す。開示されたシステムはシステムの性能を高めるために多数の温度測定値にラインをあてはめる。
【００１０】
開示されたシステムはグローバルにユニークなアドレスを有する２線式温度センサを使用している。温度センサ用の電力および温度センサとの間でやりとりされるデジタル信号はわずか２本の導線しか含まない一組のケーブルによって搬送される。
【００１１】
温度情報はグローバルにユニークなアドレスを有する温度センサから基地局へ伝送され、基地局はネットワーク、例えばインターネットを介してリモートコンピュータへ温度情報を伝送する。
【００１２】
この章は一般的な概論としてしか記載されておらず、特許請求の範囲を狭くするものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に図面を参照する。図１はアクティブ舗装センサモジュール１０の等角図を示し、次の章はモジュール１０の測定能力について説明する前にモジュール１０の機械的構造および電子回路についてまず説明する。
【００１４】
モジュール１０の外側は下方ハウジング１２とカバー１４とによって形成されている。下方ハウジング１２はケーブル１８を介してリモート局（図１では図示されず）に接続されており、下方ハウジング１２はモジュール１０の上部表面が道路の表面とほぼ面一となるように道路のリセスに取り付けられるようになっている。単なる例として、一実施例では下方ハウジング１２は直径が約１２．７ｃｍ（約５インチ）であって、高さが約５．０８ｃｍ（２インチ）である。この例では、カバー１４は内部の電子回路にアクセスし、内部の電子回路およびソフトウェアに対するサービス、較正およびアップグレードを容易にするために、下方ハウジング１２に取り外し自在に取り付けられている。
【００１５】
この非限定的例では、カバー１４は隣接する路面の特性および色に類似した熱特性および色（例えば約０.２４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導度）を有する熱絶縁材料から形成されている。カバー１４に対し、かかる熱絶縁材料を使用することによって、カバーが道路の温度をトラッキングするのを保証するだけでなく、凍結点検出が作動している間、カバーに集まる液体をアイソレートするのに役立っている。この非限定的例では、下方ハウジング１２はセンサモジュール１０が発生する熱の除去を容易にするために、熱伝導性材料から製造されている。下方ハウジング１２の頂部にはカバー１４に対して使用されたのと同じ絶縁性材料のリングが固定されている。これによってモジュール１０を道路に固定するのに使用されたグラウト材料に頂部カバー１４が接着状態となるのが防止される。
【００１６】
図２に示されるように、頂部カバー１４は路面からの少量の液体を収集するためのサンプルカップ１６を形成する。モジュール１０はサンプルカップ１６内に含まれる液体の温度を測定するためのサンプルカップ１６に隣接するサーミスタ２４のような温度センサを含む。この例では、２つの伝導性プローブ２２がサンプルカップ２６に隣接して取り付けられている。
【００１７】
図１には外部温度プローブ３００も示されている。道路の温度はセンサモジュール１０の下方ハウジング１２に埋め込まれた温度計により測定できるが、外部プローブ３００内の温度センサ３０２によって、より正確な測定を行うことができる。本願ではセンサ自身から若干の距離にあるモニタ中の道路の表面から２．５４ｃｍ（１インチ）以内に埋め込むことができる。これとは異なり、外部プローブ３００を道路の表面下の温度を測定するために、道路の表面から数センチまたは数１０センチ（数インチまたは数フィート）の深さに埋め込むことができる。この情報は将来の温度がどうなるかを推定するために、道路の温度プロフィルを使用するアルゴリズムで有効である。
【００１８】
後述するデジタルの２線式温度センサを使用することにより、数個の温度センサ３０２を含むように温度プローブ３００を再構成できる。これらセンサは同じ２線式バスを通して電力を受け、通信するようになる。この構造では道路内の多数の異なる位置で温度を測定するように温度プローブ３００を長くすることができる。同様に、温度センサ３００は垂直方向に設けてもよく、この場合、内側センサが道路の温度プロフィルを測定する。このようにネットワークのためのデータのすべておよび電力が同じ２線式バスを通して転送される状態で、道路の三次元温度プロフィルを収集するように温度プローブ３００を構成できる。
【００１９】
図２は、サンプルカップ１６の相対的サイズおよび位置だけでなく、サーミスタ２４および２つの伝導度プローブ２２上に位置するサンプルウェル２０の位置も示している。図２では、サンプルウェル２０の横断面の面積Ａ１はサンプルカップ１６の横断面の面積Ａ２よりも実質的に狭くなっている。本例ではサンプルカップ１６は平面図において全体が三角形の形状となっているが、そのようにする必要はない。この形状によってアクティブ冷却動作中に冷却しなければならないサンプルカップ１６および含まれるサンプルの熱容量を最小にしながら、伝導性プローブ２２およびサーミスタ２４に対して必要な空間を提供している。
【００２０】
図３はサンプルウェル２０の中心を通る横断面図である。図３に示されるように、サンプルカップの下方表面３６はアクティブ冷却器３０、すなわちペルチエ冷却器と共にコールド熱リンク３２として機能するアルミ製プレートによって形成されている。アルミニウムは熱伝導性が比較的高く、熱容量が比較的小さいので、コールド熱リンク３２をアルミから形成することが好ましい。このコールド熱リンク３２の目的は、サンプルカップ１６内の溶液との間で熱を交換することであり、高い熱伝導性によってコールド熱リンク３２の性能が高くなっている。同様に、コールド熱リンク３２に対する熱容量が低いことによって、リンク３２の応答時間が改善されている。サンプルカップ１６はカバー１４の絶縁材料によって形成された表面３８も含む。従って、サンプルカップ１６はカバー１４内の開口部４０として形成されている。アクティブ冷却器３２の、コールド熱リンク３２と反対側には、ホット熱ライン３４が設けられており、このホット熱リンクはアクティブ冷却器３０から環境へ熱を交換するのに使用される。
【００２１】
図３にも示されているように、サーミスタ２４を取り付けているハウジング２６のすぐ上にはサンプルウェル２０が位置している。このサンプルウェル２０の第１表面１１２はハウジング２０と、従ってサーミスタ２４と良好に熱接触している。コールド熱リンク３２にはサンプルウェル２０の第２表面４４（この表面はウェル２０の円周の少なくとも半分のまわり、より好ましくはウェル２０の円周の７０％のまわり、最も好ましくはウェル２０の全周のまわりに延びることが望ましい）が良好に接触している。特にサンプルウェル２０の第２表面４４に密に隣接するコールド熱リンク３２の熱伝導度は、１Ｗ／ｍ・Ｋより大であること、より好ましくは５Ｗ／ｍ・Ｋ、より好ましくは５０Ｗ／ｍ・Ｋ、および最も好ましくは１００Ｗ／ｍ・Ｋより大である。このコールド熱リンク３２はウェル２０内のサンプルからコールド熱リンク３２への熱流に対して実質的に悪影響を及ぼすことなく、第２表面４４に隣接する、より小さい熱伝導度を有する薄膜（すなわち腐食層）を有してもよく、上記のように示された伝導性の値はコールド熱リンク３２のバルク材料に対するものである。サーミスタ２４は絶縁ワッシャー２８によりコールド熱リンク３２から熱的にアイソレートされている。このような構造は、凍結点検出動作の際に凍結中の液体の小さい部分をアイソレートする。サンプルウェル２０内の液体はサーミスタ２４に良好な熱伝導状態となり、第２表面４４を介してコールド熱リンク３２にも良好に熱接触する。本例では、第２表面４４はサンプルウェル２０のすべての面を完全に囲んでいる。サーミスタ２４は部分的にワッシャー２８によって絶縁されているので、コールド熱リンク３２にはあまり強力にはリンクされていない。
【００２２】
この例では、サーミスタのハウジング２６は約２００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導度を有するアルミから形成されている。このようにアルミを使用することによって、ハウジング２６の熱質量が小さくなり、サーミスタの応答時間が短縮される。
【００２３】
図３には示されていないが、サーミスタ２４のためのリード線はサーミスタのハウジング２６の外側のまわりに密に、一般的には約３回巻くことが好ましい。これによってリード線に対するヒートシンクが得られる。リード線は一般に高熱伝達性材料、例えば銅から製造されるので、これらリード線を伝導性ハウジング２６にヒートシンクすることによって、リード線を通過する熱流を緩和できる。これによってリード線を介したサーミスタ２４１への熱流が少なくなり、高温の測定の誤差も少なくなる。
【００２４】
図３にはサーミスタ２４の下方の領域に加えられるポッティング材料は示されていない。本例では、サーミスタ２４の下方の全領域は高強度の低熱伝導性エポキシが満たされている。これによって部品のすべての位置が固定され、カバー１への強度が高くなり、リークも少なくなる。
【００２５】
図４は伝導度プローブ２２の中心を通過する横断面である。これらプローブ２２は各伝導度プローブ２２の各端部に設けられた熱かつ電気絶縁性ワッシャー４５により、サンプルカップ１６を形成するコールド熱リンク３２から電気的かつ熱的にアイソレートされている。本例における伝導度プローブは取り付けナット４７により所定位置に保持されている。アセンブリ全体は上記エポキシポッティング材料によって囲まれている。
【００２６】
モジュール１０内で使用するのに多くの材料が適している。例えば表１の材料が適当であることが判っている。
【００２７】
表  １
部品                    適当な材料および寸法
カバー１４              ＭＤＳで満たされたナイロン６／６
プローブ２２            ステンレススチール
ハウジング２６          ６０６１−Ｔ６アルミ
ワッシャー２８          ナイロン６／６、厚み約１．６ｍｍ（0.063インチ）
コールドリンク３２      ６０６１−Ｔ６アルミ、厚み１．６ｍｍ（0.063インチ）
ホットリンク３４        ６０６１−Ｔ６アルミ
エポキシ                スコッチ溶着１８３８−Ｌ  Ｂ／Ａエポキシ
【００２８】
サンプルウェル２０はサンプルカップ１６内の少量の液体を捕捉する。このウェル２０はコールド熱リンク３２とこのサンプル、すなわち水との間の距離を短くすることにより、サーミスタ２４の直接上方の水への熱流を多くする。
【００２９】
サーミスタウェル２０を使用することにより、良好な熱伝導の他に別の利点が得られる。コールド熱リンク３２はサーミスタ２４の直接上の水よりもより短時間で冷却する。これによってリンク３２上の水の凍結が促進され、このことにより種結晶が得られ、サーミスタ２４上の水は少ない過冷却で凍結できる。リンク３２上の水のこのような予備凍結はサーミスタウェル２０内のサンプルが通過車両によって生じる跳ね返りを受けないように保護できるという別の利点がある。
【００３０】
モジュール１０の電子回路の説明
この非限定適例では、センサモジュール１０は次の主な部品を含む。
【００３１】
コントローラ
システムに対してプログラマブルコントローラが制御および分析機能を与えている。このコントローラは１８.４３２ＭＨｚで作動する８ビットのマイクロプロセッサと、４８Ｋのフラッシュメモリと、１２８ＫのＲＡＭとを含む。このコントローラはダイナミックＣ言語を介してプログラムされるＺ−ワールドラビットコア、モデルＲＣＭ２０２０で実現できる（図３）。このコントローラは道路の温度、道路の湿分およびサンプルカップの温度をモニタする役割を果たす。このコントローラは道路上の液体の凍結点および結露警告または霜警告を発生するのが適当であるかどうかも計算する。このコントローラは子基板のＲＳ−４８５トランシーバを介してマスターコントローラと通信する。このコントローラは添付した付属書１のプログラムを実行できる。付属書１は次のフォーマット：ＮＮＡＡＡＡＴＴＤＤ1ＤＤ2ＤＤ3....ＤＤNＣＣのＡＳＣＩＩ記録から構成される。：はどの記録も開始させる。各文字は次の意味を有する１６進ニブルを示す。
ＮＮ−  記録内のデータバイトの数である。ダイナミックＣ言語で生成された１６進ファイルに対し、この数は拡張アドレス記録に対しては０２、データ記録に対しては２０、またはＥＯＦ記録に対しては００のいずれかである。
ＡＡＡＡ−  １６ビットのアドレスである。これはインテル社のリアルモードのアドレス指定を使用した宛て先アドレスのオフセット部分である。リアルモードアドレスのセグメント部分はデータ記録に先立つファイル内の拡張アドレス記録から決定される。メモリデバイスへの物理的オフセットはセグメントを左へ４ビットシフトし、オフセットを加算することによって計算される。
ＴＴ−  記録のタイプである。ダイナミックＣ言語で生成された１６進ファイルに対しては、これは拡張アドレスレコードに対しては０２、データレコードに対しては００またはＥＯＦ記録に対しては０１のいずれかとなる。
ＤＤ1−  データバイトである。
ＣＣ−  記録内の前のすべてのバイトのうちの８ビットチェックサムである。チェックサムの２の補数が使用される。
付属書１は著作権のある資料を含み、よって著作権所有者は本明細書の一部として付属書１を複製する権利を除く、付属書１におけるすべての権利を留保する。
【００３２】
子基板の電子回路
子基板の電子回路はＡ／Ｄコンバータと、センサ用サーミスタおよび伝導度プローブのための電流ドライバ（図１４、１６、１８および１９）と、ＲＳ−４８５トランシーバ回路と、各センサがアドレスを有することができるようにするディップスイッチアレイと、ペルチエ冷却器用ドライブ回路（図１５）と、入力電圧をレギュレートするための電力レキュレータ（図１７）とを含む。更に子基板は二線式外部デジタル温度センサへのインターフェース回路（図１８）も含む。路面温度を測定するのにこれら温度センサを使用することができ、路面温度および必要な場合にはその他のパラメータ、例えば表面下の温度を測定するのにこれら温度センサを使用できる。
【００３３】
センサカップの温度測定
子基板はセインツ温度ドライバおよび１６ビットのＡ／Ｄコンバータを介してサンプルカップのサーミスタ２４の測定を行う（図１４、１８および１９）。
【００３４】
外部二線式温度測定
この非限定的例では、ダラスセミコンダクタ社のデジタル二線温度センサ（一線式センサとして知られる）を使って外部温度が測定される。これらセンサはデータと電力の双方を伝送するのに２本の導線しか使用しないので、二線式センサの一例となっている。これらセンサはデータラインがハイステートにあるときはいつもデータラインから電力を誘導する。更にこれらセンサの各々は自己の、グローバルにユニークなアドレスを有する。このことは、同じ二線式バスに多数のセンサを置くことができることを意味する。更に、これらセンサはデジタル式であるので、これらセンサをホストセンサから遠隔地（３００ｍまで、またはそれ以上）に設けることができる。
【００３５】
これら３つの特徴（すなわち簡単な二線式バスと、グローバルにユニークなアドレスと、デジタル通信）によって、これらセンサには従来の検出技術、例えば個々に接続されるセンサよりも経済的な利点が得られる。例えば一連の５つのこれらセンサを使って異なる５つの深さにおける道路の温度を測定することができる。別の用途は、多数の位置における路面温度を測定することである。従来のセンサの各々は自己のワイヤを必要としており、センサがアナログ信号を発生する場合にはホストセンサからの離間距離が限られていた。バスを通して通信するデジタルセンサが存在しているが、センサを区別するための方法（例えばアドレス）が必要である。これらセンサは一般に別個の電力回路も必要とする。必要なワイヤの量および導線の本数は長く敷設するためのワイヤのコストがワイヤの端部に設けられるセンサのコストを越え得る場合、設計の重要な要素となる。
【００３６】
電気伝導度の測定
精密電流ドライバおよび１６ビットＡ／Ｄコンバータ内の第２チャンネルを介して２つの伝導度プローブ２２の間の抵抗値が測定される（図１６）。この回路はセンサカップ１６内に存在する伝導度を測定する。プローブ２２の間の駆動電流は伝導度プローブ２２およびその頂部表面にある液体の分極を制限するように、アナログスイッチによって反転可能である。この回路は乾燥した表面と、精製水でわずかに被覆された表面と、塩の溶液でカバーされた表面とを区別できる。
【００３７】
ペルチエ電力回路
このペルチエ電力回路はコントローラが指令するようにペルチエ冷却器３０の電源をオンにする（図１５）。この回路には適当にペルチエ冷却器３０を加熱したり、または冷却できるようにするＨブリッジが含まれる。
【００３８】
センサの測定機能
センサモジュール１０により次の４つのパラメータが測定される。
路面温度
路面の湿分の伝導度
サンプルウェル２０内の液体サンプルの温度
表面下の温度（オプション）
【００３９】
これらパラメータはサンプルウェル内の液体の凍結点を判断するだけでなく、結露警告および霜警告を与えるためにコントローラによって使用される
【００４０】
凍結点アルゴリズム
凍結点の決定中、搭載コントローラは時間に対するサンプルカップ内の液体の温度を記憶する。このデータは下記に説明するように液体の凍結温度を測定するのに分析される。下記のアルゴリズムは上記分析の結果得られる凍結曲線の形状を評価し、表面の伝導度はサンプルの凍結を照明するために使用される。
【００４１】
結露警告アルゴリズム
周辺温度が凍結点近くにあり、道路が乾燥している場合、ペルチエ冷却器はサンプルを数度だけ冷却できる。次に湿分が検出された場合、センサは露の切迫した形成および起こり得るブラックアイスを示す結露警告を与える。
【００４２】
霜警告アルゴリズム
周辺温度が凍結点以下であり、道路が乾燥している場合、ペルチエ冷却器はサンプルカップを数度だけ冷却できる。ペルチエ冷却器は次に周辺温度に戻るように加熱できる。湿分が検出された場合、センサは霜の切迫した形成を表示する霜警告を与える。
【００４３】
凍結点を決定する方法の説明
次の章では、液体の凍結点を検出するためにセンサモジュール１０が使用する方法について説明する。この方法は、凍結中に存在する一定の温度条件を探すものであり、温度対時間データに対して一連のラインを連続的にあてはめることによってこれを行っている。この方法は、凍結が生じたかどうかを判断するように、水の電気伝導度も連続的にモニタする。
【００４４】
収集データの説明
上記のように、この方法は凍結する液体の冷却曲線がほとんど水平であるという事実を利用するものである。図５は、凍結温度がほぼ−０.５℃である液体のための冷却曲線を示す。このデータはセンサモジュール１０で作動した実際の凍結点検出中に得られたデータである。ペルチエ冷却器３０がその冷却器自身の熱質量、コールド熱リンク３２およびウェル２０内の液体のサンプルを冷却するように作動する際に、図５における冷却曲線は０秒から５秒の間でほぼ水平である。サーミスタ２０はペルチエ冷却器３０には強くリンクされていないので、応答には遅延もある。約５秒において、曲線は約１０秒まで下方に傾き始め、１０秒後、ほぼ一定の傾きに達した。この曲線は約１７.５秒までこの一定の傾きを続けた。このポイントにおいて、液体は−０.５℃の正常な凍結温度よりも低い−１.２℃まで過冷却された。次に冷却曲線は約２１秒まで上に傾き、２１秒後、約０.５℃の凍結温度で水平になった。
【００４５】
これまで説明し、図５に示した冷却曲線の形状にはばらつきがあることに留意すべきである。このばらつきの一例として、図６はセンサモジュール１０で測定された４つの冷却曲線を示す。図６では図５の下方の冷却曲線に「冷却曲線１」の表示がされている。図６に示されたケースのうちの３つ（冷却曲線１、３および４）では、冷却曲線は凝固する前に液体が実質的に過冷却状態になっていることを示す。しかしながら、冷却曲線２は凍結を表示している水平状態となる前に、極めてわずかに過冷却状態になっていることしか示していない。ある範囲の凍結温度を有する液体では、種々の条件で実質的な過冷却状態のない凝固が観測されている。
【００４６】
図６は、一旦凝固が開始した場合に冷却曲線がとり得る異なる傾斜も示している。ほとんど純粋な水である冷却曲線Ａおよび２に対し、一旦凝固が開始した場合、曲線がほぼ水平となる。タイプおよび濃度が異なる塩溶液から収集された冷却曲線３および４では、凝固中、冷却曲線が下方に傾く。これはまず最初に溶液内の水が凍結し、濃度が高くなり、残りの溶液も凍結点を下げるからである。傾きを含む曲線の形状、過冷却の量、および凍結中に得られた温度にはセンサ自身の設計に大きく依存することに留意すべきである。例えば部品のいずれかの熱容量、伝導度または幾何学的形状を変えるか、もしくはペルチエ冷却器３０、もしくはペルチエ冷却器の電源の特性を変えると、観測される曲線の形状も変わる。冷却曲線の形状を変えるようなセンサの設計に対して行うことのできるその他の変更例は多数ある。図７は図５の冷却曲線と舗装センサの伝導度プローブ２２が行った測定とを比較するものである。伝導度の実際の値は温度と、溶液のタイプ、伝導度プローブ２２の幾何学的形状および構造を含む多くの要素に応じて決まり、長い間、これら値がサンプリングされてきた。図７における伝導度データに関して重要なことは、凝固中、溶液の伝導度が大幅に低下することである。
【００４７】
現時点で好ましいアルゴリズム
凍結点検出アルゴリズムはこれまでの６つのデータポイントに一連のラインをあてはめることにより、サーミスタ２４から得られた温度と時間の関係のデータを分析する。図８はこの曲線のあてはめルーチンからの出力を示す。示されているサンプルカップのサーミスタのデータは図５、６および７に示されたデータと同じである。このライン内のデータポイントのうちの６つはラインのあてはめの１つに使用されるポイントを示すようにハイライト表示されている。２５秒時におけるこれらポイントのうちの最後のポイントはこのラインのあてはめにおける最も最新のデータポイントを示す。ラインを一旦あてはめると、前の６つのラインのあてはめの傾きから第２のラインが形成される。この結果、前に計算されたラインの傾きの傾向、すなわち傾きの傾きが得られる。
【００４８】
図８における上部の３つのラインはラインの傾きｂ、ラインのあてはめの分散ｓ＊１０および傾きのの傾きｂ’を示している。これらパラメータは凍結の判断をするためにあらかじめ設定された値と比較される。この決定を行うために、同時に別個の２つのアルゴリズムが作動する。これらのアルゴリズムのうちの第１のアルゴリズムは潜熱の解放に起因する警告を表示するために冷却曲線における正の傾きを探し、アルゴリズムのうちの第２のアルゴリズムは正の傾きを必要とせず、その代わりにＷで示される傾きの大きな変化、すなわち傾きの傾きを探す。
【００４９】
伝導度の測定値は凍結が生じたことを証明するため使用される。凍結の表示として伝導度のみを使用する結果、測定値は信頼性できないものとなる。この理由は、伝導度プローブはサーミスタウェル内の水と必ずしも同じ温度になっていないからである。測定されたコンダクタンスを証明として使用できる。
【００５０】
傾きｂは温度測定値の１次時間微分の一例と見なすことができ、傾きｂ’の傾きを温度測定値の２次時間微分の一例と見なすことができる。
【００５１】
次のパラグラフは、サーミスタウェル内の液体の凍結点を決定するためのセンサアルゴリズムが行う動作を説明するものである。
１．そのときのサンプルカップの温度を読み取る。
２．線形回帰法を使って最後の６つのサンプルカップの温度データのポイントにラインをあてはめる。このラインは次の式で示される。
【００５２】
【数１】
2005509887.tif 000003
【００５３】
ここで、ａおよびａは定数であり、Ｔは温度を示し、ｔは時間を示す。定数ａおよびｂに対するあてはめ方程式は次のとおりである。
【００５４】
【数２】
2005509887.tif 000004
【００５５】
ここで、ｔおよびＴは使用される６つのデータポイントに対するｔとＴの平均値である。
あてはめの良好性ｓ2は次の式によって計算される。
【００５６】
【数３】
2005509887.tif 000005
【００５７】
ここでｍはあてはめで使用されるデータポイントの数であり、このラインあてはめの統計値は次の関係式によりアルゴリズムを都合よくするためにｓ＊１０の統計値に低減される。
【００５８】
【数４】
2005509887.tif 000006
【００５９】
３．次の式を使用して得られる最後の６つのラインの傾きに１つのラインをあてはめることにより、傾きの傾きを計算する。
【００６０】
【数５】
2005509887.tif 000007
【００６１】
ここで、ｂ’は傾きの傾きであり、ｂの値は最後の６つのあてはめられたラインからの傾きである。
【００６２】
４．あてはめ定数から凍結温度に達したかどうかを判断する。センサモジュール１０では凍結温度に達したかどうかを判断するために、あてはめられたラインの定数に次の規則を適用した。これら規則はこの特定のデバイスの特性に基づくものであった。他のデバイスはこれら基準に対して異なる値を有する可能性が最も高い。現在では２つの方法を同時に使用する。１つの方法は過冷却された流体による曲線の変化を探す方法であり、他の方法は相当な過冷却を仮定しない方法である。
【００６３】
４．１  過冷却ルーチンでは信頼できるあてはめしか検討しないように、最初の５秒間、データを検討しない。その後、そのときの傾きを常にモニタする。傾きが０.５を越えて大きくなったとき、論理変数「Freeze＿Start」を凍結が開始したことを示すTRUEにセットする。このことは、その後のラインのあてはめを凍結曲線における起こり得る高原部として見なすべきことを示している。更に、ペルチエ冷却器３０も小電力設定に設定し、この設定でペルチエ冷却器３０をオンオフに切り替える。現在の設計では凍結が一旦開始すると、ペルチエ冷却器３０を５０％のデューティサイクルに設定するようになっている。
【００６４】
４．２  非過冷却ルーチンでは最初の秒の間、データは検討しない。これによって信頼できるあてはめが可能となり、凍結曲線の初期の水平部分も除かれる。この後で、現在の傾きを常にモニタする。傾きが−０.１よりも大となったときに、論理変数Slope＿StartをTRUEにセットする。このことは、凍結が始まった可能性があることを示すが、ペルチエ冷却器３０はゼロパワーで続く。次に、ｂ’パラメータ、すなわち傾きの傾きをチェックする。このパラメータが０.０５より大となったときに凍結が始まったと判断し、「Freeze＿Start」をTRUEにセットする。次に、その後のラインのあてはめを凍結曲線における起こり得る高原部と見なし、ペルチエ冷却器３０を４．１で説明したように、低電力設定値に設定する。
【００６５】
４．３  上記条件のうちの１つが満たされた（かつ「Freeze＿Start」がTRUEにセットされた）場合、現在のラインあてはめのパラメータが凍結を表示するあらかじめ設定された境界内に入るかどうかを見るためにこれらパラメータをチェックする。その時点で０.５未満のｓ＊１０の値、および−０.１２より大であって０.０以下のｂの値を使用し、高原部に達したことを表示する。この範囲内にあるｂの値を検査することは、冷却曲線Ｔ（ｔ）が水平から外れたかどうかを検査する１つの方法と見なすべきである。従って、「水平状態から外れた」なる用語は多少負となっているＴ（ｔ）の傾き、例えば塩溶液の凍結の傾き特性を含むものである。しかしながら、大きな負の傾き、例えば水のはねかえりがサンプルウェル内に入った後のアクティブな冷却に関連する傾きは除く。
【００６６】
４．４  ステップ４．３のパラメータが満たされた場合、センサモジュール１０は決定された凍結点としてラインのあてはめにおける最初のデータポイントとして使用する。これによって急峻な凍結曲線を有する濃縮溶液に対して最高温度を使用できることが保証される。
再び図８を参照すると、表２のタイムラインにアルゴリズムが行う判断が示されている。
【００６７】
【表１】
2005509887.tif 000008
【００６８】
図９および１０は上記凍結点検出アルゴリズムを実行するソフトウェアルーチンのフローチャートを示す。図９のルーチンはまず論理変数FindFreezeをチェックする。周辺道路温度が作動レンジ内、すなわ＋５℃〜−１５℃の間にあり、かつ表面の伝導度が水の存在を表示した場合、パラメータFindFreezeをTRUEにセットする。この場合に限り、制御はブロック１０２へ移され、このブロックでサンプルカップ１６およびサンプルウェル２０内の液体の冷却を開始するようにアクティブ冷却器３０の電源がオンにされる。サーミスタ２４によって表示される温度は繰り返し読み取られ、凍結が開始したと一旦判断されると、アクティブ冷却器３０はブロック１０６にて低冷却レート、例えば５０％のデューティサイクルで作動される。ブロック１０８において、ラインに最後の６つの温度測定値があてはめられ、上記パラメータｂ、ｓ＊１０およびｂ’が計算される。これら計算されたパラメータは次にブロック１１で分析され、凍結点が見つかったかどうかを判断し、ブロック１１２および１１４でその結果がレポートされる。凍結点が見つかった場合、冷却器３０の電源をオフにする。凍結点が実質的に周辺温度を下回っている場合、冷却器３０は最低冷却温度（例えば−１５℃）より低く冷却されるまで冷却し続ける。この最低点でコントローラは冷却器３０の電源をオフにし、凍結点の検出の実行を停止する。次に最低冷却温度を凍結点として戻す。コントローラはサーミスタ２４が提供する測定温度が周辺温度よりも１０℃以上低下した場合も作動を停止する。通過車両によるはねかえりがかなりある場合、センサモジュール１０は凍結点検出の作動を終了するのに余分な時間を必要とする場合がある。記憶された定数によって指定されたチューン内（例えば５分内）で凍結点の検出の実行が完了しない場合、コントローラはアクティブ冷却器３０の電源をオフにし、実行を停止する。コントローラは見つかった凍結点のリクエストの代わりに正常なデータリクエストを戻すことにより、凍結点の値を受信したことをマスターコントローラが表示するまで、最後に検出された凍結点を戻し続ける。
【００６９】
図１０は図９のブロック１１０の作動に関する更なる情報を示す。サンプルの数が２０より多く、ラインの傾きｂが０.５よりも大である場合、ブロック１５０において変数「Freeze＿Start」をTRUEにセットする。過冷却された液体が凍結し始める時にこれら条件が一般に満たされる。サンプル数が２０より多く、ラインの傾きｂが−０.１よりも低い値まで低下し、次に傾きｂの傾きが０.０５より上の値まで上昇した場合、ブロック１５２にて論理パラメータ「Freeze＿Start」をTRUEにセットする。これら条件は過冷却状態になり液体で凍結が開始することによって一般に満たされる。ブロック１５４において、パラメータ「Freeze＿Start」をチェックし、このパラメータはTRUE状態である場合、パラメータｓ＊１０をチェックし、ラインの傾きｂがゼロ未満であって、負のスレッショルド（この非限定的例では−０.１２）より大であるかどうかを判断するようにラインの傾きｂをチェックする。ゼロ未満であって、負のスレッショルドよりも大である場合、論理変数FreezeFoundはTRUEに等しい。凍結サンプルは水平または若干下向きである温度の高原部に達すると、ブロック１５４でチェックしたパラメータは特徴的に満たされる。
【００７０】
必要ではないが、上記のように表示される凍結時間のまわりで伝導度の測定値をチェックすることによって、図９および１０の方法を補助することができる。例えば伝導度の測定がサーミスイタの示すような凍結温度に達した時間のまわりで伝導度のシャープな低下を示した場合、この測定値は実際に凍結が生じたことの確認と見なすことができる。
【００７１】
上記のように、凍結が開始したことを凍結点検出アルゴリズムが示したとき、傾きｂを判断するのに使用されるサンプル内の最も初期の温度測定値（一般に最高温度）が凍結点温度として選択される。
【００７２】
二線式デバイス
上記二線式デバイスを図１１の略図で示すように構成でき、適当なデバイスとしてマキシムインテグレーティッドプロダクツ社の子会社であるダラスセミコンダクターコーポレーションからモデル番号ＤＳ１８１３２０を取得できる。図１１では二線式デバイス２００は導線２０４から電力を引出し、この電力をデバイス２００の他の部品に供給する電力回路２０２を含む。このデバイス２００はランダムアクセスメモリ２０８と、メモリコントローラロジック２１０と、温度センサ２１２も含む。読み出し専用メモリ２０６はグローバルにユニークなアドレス、例えば６４ビットのアドレスを記憶する。温度センサ２１２はランダムアクセスメモリ２０８内に温度測定値を記憶するように働く。メモリコントローラ２１０は導線２０４を介し、読み出し専用メモリ２０６からのアドレス情報だけでなく、導線２０４を介したランダムアクセスメモリ２０８からの温度情報も送信する。アドレス情報および温度情報の双方はシリアルなデジタル信号として伝送される。一般にデバイス２００にはアース導線２１４も接続されており、２本の導線２０４、２１４はデバイス２００に電力を送り、デバイス２００にデジタル信号を送信し、デバイス２００からのデジタルアドレスおよび温度信号を送信するように働く。図１１には別の電力導線２１５も示されており、この導線を使って出あびす２００に給電することもできる。導線２０４をデバイス２００の給電に使用する場合、電力導線２１５は直接アース導線２１４に結ばれる。
【００７３】
図１２は二線式ケーブル２１９を介し、基地局２２１のＩ／Ｏモジュール２２３へ多数の二線式デバイス２００が接続されている一例を示しており、この場合、基地局２２１はネットワークサーバー２２０も含む。ネットワークサーバー２２０はインターネット接続２２２を介し、遠隔位置のウェブベースブラウザ２２４に接続され、このブラウザは一般にリモートコンピュータとして実現される。インターネット接続２２２は任意の適当な形態、例えば無線接続、ダイレクト回線接続またはインターネットサービスプロバイダへのダイヤルアップ接続をとり得る。ネットワークサーバー２２０とデバイス２００はケーブル２１９の導線上のシリアルなデジタル信号として温度情報とアドレス情報の双方を交換する。上で説明したように、デバイス２００のうちの各々との間で電力とデジタル信号をやりとりするのに２本の導線しか必要でない。
【００７４】
この例では読み出し専用メモリ２０６と、ランダムアクセスメモリ２０８と、メモリコントローラロジック２１０はデバイス２００からネットワークサーバー２２０へ温度およびアドレス情報を送信するための手段として作動する。これら部品は所望する形態で実現でき、本発明は特定タイプのコントローラロジックまたはメモリだけに限定されるものではない。同様に、ネットワークサーバー２２０はネットワークサーバー２２０を収納する基地局からウェブベースブラウザ２２４を収納するリモートコンピュータへ温度情報を伝送するための手段として働く。このような構造により、ユーザーは図１２のデバイスのいずれかにより測定された温度情報にインターネットを介してアクセスできる。
【００７５】
多くの代替例が可能である。例えば上記インターネットによるネットワークの代わりに別のネットワークを使用できる。インターネットはデバイス２００が提供する情報にリモートアクセスするコストおよび不便さを低減できるという大きな利点を提供できる。これらデバイス２００は温度測定デバイスだけに限定されるものではなく、他のタイプのセンサ、例えば伝導度センサおよびＡ／Ｄコンバータに基づく他のセンサだけでなく、種々のタイプのカウンタも含むことができる。
【００７６】
結論
当然ながら上記好ましい実施例に関して多くの変形および変更を行うことができると理解すべきである。例えばサンプルウェルおよび隣接要素の形状について多くの変形を行うことができる。図２０および２１はサンプルカップを構成する開口部４０４を有するカバー４０２を含むセンサモジュール４００の一部の横断面図および平面図をそれぞれ示す。コールド熱リンク４０６はサンプルカップの底部を形成し、コールド熱リンクはサンプルウェル４０８を部分的に囲んでいる。サンプルウェル４０８の第１表面４１２は温度センサ４１０に良好に熱接触し、サンプルウェル４０８の第２表面４１４はコールド熱リンク４０６に良好に熱接触する。図２２および２３はサンプルカップを構成する開口部６０５を有するカバー５０２を有するセンサモジュール５００の対応する図を示す。コールド熱リンク５０６はサンプルカップの底部を形成し、コールド熱リンク５０６はサンプルウェル５０８を部分的に囲んでいる。サンプルウェル５０８の第１表面５１２は温度センサ５１０に良好に熱接触し、サンプルウェル５０８の第２表面５１４はコールド熱リンクに良好に熱接触する。これら図および図１〜３から明らかとなるように、サンプルウェルは種々の形状となることができ、第１および第２表面は種々の角度に配向できる。第１表面および第２表面は平面状でもよいし、円筒形でもよいし、または他の形状にカーブしていてもよい。例えば第１表面および第２表面はサンプルウェルを構成する単一の半球形状のリセスの別々の部分でもよい。
【００７７】
更に、例えば上記のようなサンプルウェル２０を含まず、凍結点検出用の他のアルゴリズム（例えば従来の凍結点検出アルゴリズムまたは受動的に温度を測定するアルゴリズム）を使用する、他のタイプの測定ゾーンを有するセンサモジュールと共に、二線式デバイス２００および図１２のインターネットでアクセス可能なシステムを使用できる。更に本発明は、温度センサに対してサーミスタを使用することだけに限定されているわけではなく、所望する場合、代わりに他の温度センサ、例えば熱電対およびその他の感熱素子を使用することもできる。
【００７８】
本発明で使用するような「時間」なる用語は、時間の絶対的測度または相対的測度を広義に含むものであり、「時間微分」なる用語は差、傾き、傾きの傾きおよび平均されているか否か、離散的であるか連続的であるか、および数値的に分析されて決定されているかどうかにかかわらず、温度のような変数の変化レートの他の測度を広義に含むものである。
【００７９】
「伝導度」なる用語は、測定されるパラメータが電流か、電圧か、またはそれらのある組み合わせであるか否か、更に抵抗値と直接または反比例して変化するかどうか、直流電圧または交流電圧による測定であるかどうかにかかわらず、２つのプローブの間の抵抗値の関数として変化する任意の測度を広義に含むものである。
【００８０】
「温度情報」なる用語は、アクティブな冷却器、周辺温度またはその他の温度パラメータにより測定されるような凍結点温度を広義に含むものである。更に「凍結点の温度」なる用語は、一旦凝固が始まった場合、またはまさに開始せんとしている時の温度対時間の関係を示す曲線における所定の点を意味するものである。この温度はサンプルの凝固が開始するポイントだけに限定されず、曲線内の任意の適当なポイントでもよい。
【００８１】
「良好な熱接触」なる用語は、２つの要素の間の熱伝達度が少なくとも１Ｗ／ｍ・Ｋであることを広義に意味するものである。
【００８２】
これまでの詳細な説明は、本発明がとり得る多くの形態のうちの数形態しか説明していない。従って、この詳細な説明は説明を意図するものであり、限定を意図するものではない。本発明の範囲を限定するものは、すべての均等物を含む次の請求項だけである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の好ましい実施例を含む舗装センサモジュールの斜視図である。
【図２】図１のセンサモジュールの一部の平面図である。
【図３】図２の３−３線に沿った部分横断面図である。
【図４】図２の４−４線に沿った部分横断面図である。
【図５】図１のセンサモジュールの作動を示すグラフである。
【図６】図１のセンサモジュールの作動を示すグラフである。
【図７】図１のセンサモジュールの作動を示すグラフである。
【図８】図１のセンサモジュールの作動を示すグラフである。
【図９】図１のセンサモジュールに含まれるソフトウェアルーチンのフローチャートである。
【図１０】図９のブロック１１０のより詳細なフローチャートである。
【図１１】二線式温度センサのブロック図である。
【図１２】図１１に示されたタイプのマルチセンサモジュールを含む温度モニタシステムのブロック図である。
【図１３（Ａ）】図１のセンサモジュールに含まれる電気回路の略図である。
【図１３（Ｂ）】図１のセンサモジュールに含まれる電気回路の略図である。
【図１４】図１のセンサモジュールに含まれる電気回路の略図である。
【図１５】図１のセンサモジュールに含まれる電気回路の略図である。
【図１６】図１のセンサモジュールに含まれる電気回路の略図である。
【図１７】図１のセンサモジュールに含まれる電気回路の略図である。
【図１８】図１のセンサモジュールに含まれる電気回路の略図である。
【図１９】図１のセンサモジュールに含まれる電気回路の略図である。
【図２０】図２１の２０−２０線に沿った部分横断面図である。
【図２１】別のセンサモジュールの部分平面図である。
【図２２】図２３の２２−２２線に沿った部分横断面図である。
【図２３】別のセンサモジュールの部分平面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０    モジュール
１２    下方ハウジング
１４    カバー
１６    サンプルカップ
１８    ケーブル
２０    サンプルカップ
２２    伝導度プローブ
２４    サーミスタ
２６    ハウジング
３０    ペルチエ冷却器
３２    コールド熱リンク
３６    下方表面
４０    開口部
３００  外部温度プローブ
３０２  温度センサ
【図１】
2005509887.tif 000009
【図２】
2005509887.tif 000010
【図３】
2005509887.tif 000011
【図４】
2005509887.tif 000012
【図５】
2005509887.tif 000013
【図６】
2005509887.tif 000014
【図７】
2005509887.tif 000015
【図８】
2005509887.tif 000016
【図９】
2005509887.tif 000017
【図１０】
2005509887.tif 000018
【図１１】
2005509887.tif 000019
【図１２】
2005509887.tif 000020
【図１３（Ａ）】
2005509887.tif 000021
【図１３（Ｂ）】
2005509887.tif 000022
【図１４】
2005509887.tif 000023
【図１５】
2005509887.tif 000024
【図１６】
2005509887.tif 000025
【図１７】
2005509887.tif 000026
【図１８】
2005509887.tif 000027
【図１９】
2005509887.tif 000028
【図２０】
2005509887.tif 000029
【図２１】
2005509887.tif 000030
【図２２】
2005509887.tif 000031
【図２３】
2005509887.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月9日(2003.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブ冷却器と、前記アクティブ冷却器に熱接触するコールド熱リンクと、前記熱リンクに隣接するサンプルウェルと、前記サンプルウェルに隣接する温度センサとを備え、道路に埋め込まれるようになっているセンサモジュールを備えた道路の凍結点センサであって、
前記サンプルウェルが前記温度センサに熱接触する第１表面と、前記熱リンクに熱接触する第２表面とを備え、
前記熱リンクが前記サンプルウェルの第２表面に密に隣接し、１Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導度を有する、道路凍結点センサ。
【請求項２】
前記熱リンクが前記サンプルウェルのまわりに完全に延びている、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項３】
前記サンプルウェルから離間した前記コールド熱リンクの一部を覆うように配置された熱絶縁カバーを更に含む、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項４】
前記カバーが前記サンプルウェルの上方に位置する開口部を構成する、請求項３記載の道路凍結点センサ。
【請求項５】
前記サンプルウェルが水平平面に面積Ａ１を投影しており、前記カバーの前記開口部が前記平面に面積Ａ２を投影しており、Ａ２＞Ａ１である、請求項４記載の道路凍結点センサ。
【請求項６】
前記開口部が前記コールド熱リンクに熱接触する下方表面を有するサンプルカップを形成する、請求項５記載の道路凍結点センサ。
【請求項７】
サンプルカップによって境界が定められた測定ゾーンに電気的に接触する一対の伝導度プローブを更に含み、該伝導度プローブが温度センサのわきに位置している、請求項６記載の道路凍結点センサ。
【請求項８】
前記サンプルカップが前記カバーによって形成された表面を含む、請求項７記載の道路凍結点センサ。
【請求項９】
前記温度センサと前記コールド熱リンクとの間に位置する熱絶縁要素を更に含む、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項１０】
前記熱リンクが前記サンプルウェルの第２表面に密に隣接し、５Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導度を有する、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項１１】
前記熱リンクが前記サンプルウェルの第２表面に密に隣接し、２０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導度を有する、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項１２】
前記熱リンクが前記サンプルウェルの第２表面に密に隣接し、１００Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導度を有する、請求項１記載の道路凍結点センサ。
【請求項１３】
基地局と、
道路に埋め込まれた複数のセンサモジュールとを備え、各センサモジュールが温度モニタシステム内でグローバルにユニークなそれぞれのアドレスを有するデジタル温度センサを含み、
更に前記基地局と前記センサモジュールとを相互接続する一組のケーブルを含み、該ケーブルが、各センサモジュールに接続されたわずか２本の導線しか含まず、
前記センサモジュールの各々が導線からのそれぞれのセンサモジュール用の作動電力を引き出すように作動するそれぞれの電力回路を備え、
前記センサモジュールが導線を介してシリアルデジタル信号として温度情報およびアドレス情報を基地局に伝送するようになっている、道路温度モニタシステム。
【請求項１４】
（ａ）上部表面に設けられた測定ゾーンと、該測定ゾーンに熱接触する温度センサと、前記測定ゾーンに電気接触する１対の電気伝導度プローブと、前記温度ゾーンに電気接触する一対の伝導度プローブと、前記測定ゾーンに熱結合されたアクティブ冷却器とを備え、道路に埋め込まれたセンサモジュールを設ける工程と、
（ｂ）前記アクティブ冷却器により前記測定ゾーンを徐々に冷却する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の間、温度センサによる前記測定ゾーンの温度測定値を繰り返し記録する工程と、
（ｄ）前記工程（ｂ）の間、前記伝導度プローブによる前記測定ゾーンの伝導度測定値を繰り返し記録する工程と、
（ｅ）前記工程（ｃ）の温度測定値、および前記工程（ｄ）の伝導度測定値の時間に対する変化に基づき、前記測定ゾーンにおける液体の凍結点を決定する工程とを備えた、道路上の液体の凍結点を測定するための方法。
【請求項１５】
前記工程（ｅ）が、
（ｅ１）前記工程（ｃ）の温度測定値の時間に対する変化に基づき、凍結点を決定する工程と、
（ｅ２）前記工程（ｄ）の伝導度測定値が前記工程（ｅ１）で決定された凍結点に実質的に一致する伝導度の実質的な減少を示すかどうかをチェックする工程とを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記工程（ａ）の前記測定ゾーンが前記温度センサに熱接触する第１表面および前記アクティブ冷却器に熱接触する第２表面を有するサンプルウェルを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記工程（ｅ１）が、
（ｅ１ａ）前記工程（ｃ）の温度測定値の２次時間微分を決定する工程と、
（ｅ１ｂ）前記前記工程（ｅ１ａ）の２次時間微分と正のスレッショルド値とを比較する工程と、
（ｅ１ｃ）前記工程（ｅ１ａ）の２次時間微分が前記工程（ｅ１ｂ）のスレッショルド値を越えた後に工程（ｃ）の前記温度測定値の水平から外れることを検出することに基づいて凍結点を決定する工程とを備えた、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
（ａ）上部表面に設けられた測定ゾーンと、該測定ゾーンに熱接触する温度センサと、前記測定ゾーンに熱結合されたアクティブ冷却器とを備え、道路に埋め込まれたセンサモジュールを設ける工程と、
（ｂ）前記アクティブ冷却器により前記測定ゾーンを徐々に冷却する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の間、温度センサによる前記測定ゾーンの温度測定値を繰り返し記録する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の間の前記温度測定値の２次時間微分を決定する工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）の２次時間微分が正のスレッショルド値を越えたことを決定する工程と、
（ｆ）前記工程（ｄ）の２次時間微分が前記工程（ｅ）の前記スレッショルド値を越えた後に水平状態から外れたことに少なくとも部分的に基づき、凍結点を決定する工程とを備えた、道路上の液体の凍結点を測定するための方法。
【請求項１９】
工程（ｄ）が、
（ｄ１）工程（ｃ）の前記時間測定値の時間に対する複数の１次の傾きを決定する工程（各１次の傾きがそれぞれの測定時間に関連している）と、
（ｄ２）工程（ｄ１）の時間に対する前記１次の傾きの複数の２次の傾きを決定する工程を含む、請求項１８記記載の方法。
【請求項２０】
（ａ）上部表面に設けられた測定ゾーンと、該測定ゾーンに熱接触する温度センサと、前記測定ゾーンに熱結合されたアクティブ冷却器とを備え、道路に埋め込まれたセンサモジュールを設ける工程と、
（ｂ）前記アクティブ冷却器により前記測定ゾーンを徐々に冷却する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の間、温度センサによる前記測定ゾーンの温度測定値を繰り返し記録する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の間の前記温度測定値の１次時間微分を決定する工程と、
（ｅ）前記１次時間微分が第１の正のスレッショルド値よりも大きくなったことを決定する工程と、
（ｆ）上部の境界がゼロによって定められ、下部の境界が第２の負のスレッショルド値によって定められている値のレンジ内まで、前記１次時間微分が経過したことを決定する工程とを備えた、道路上の液体の凍結点を測定するための方法。
【請求項２１】
前記工程（ｄ）が、
（ｄ１）前記工程（ｃ）の前記温度測定値に複数のラインをあてはめる工程と、
（ｄ２）前記工程（ｄ１）のラインの１次時間微分を決定する工程を含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
（ｇ）工程（ｆ）で決定された時間に関連するラインに含まれる最も早期の温度測定値を液体凍結点として関連付ける工程を更に含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
基地局と、
道路に埋め込まれ、前記基地局に結合された複数のセンサモジュールとを備え、各センサモジュールが温度センサと、モニタシステム内でグローバルにユニークなアドレスを記憶するメモリとを含み、
更に前記センサモジュールから前記基地局へ温度情報を伝送するための手段と、
前記基地局からネットワークを介してリモートコンピュータへ温度情報を伝送するための手段とを備えた、道路モニタシステム。
【請求項２４】
前記ネットワークがインターネットを含む、請求項２３記載の道路モニタシステム。
【請求項２５】
アクティブ冷却器と、前記アクティブ冷却器に熱接触するコールド熱リンクと、前記熱リンクに隣接するサンプルウェルと、前記サンプルウェルに隣接する温度センサとを備え、道路に埋め込まれるようになっているセンサモジュールを備えた道路の凍結点センサであって、
前記サンプルウェルが前記温度センサに熱接触する第１表面と、前記熱リンクに熱接触する第２表面とを備え、
前記熱リンクが前記サンプルウェルの第２表面に密に隣接する、道路凍結点センサ。
【請求項２６】
前記センサモジュールが、複数のセンサを備え、センサモジュールの各々がグローバルにユニークなアドレスを有する請求項２５記載の道路凍結点センサ。
【請求項２７】
基地局と、
道路に埋め込まれた複数のセンサモジュールとを備え、各センサモジュールが、モニタシステム内でグローバルにユニークなアドレスを有するデジタル温度センサと、熱リンクとを含み、
更に各センサモジュールに接続されたわずかに２本の導線しか含まない、前記基地局と前記センサモジュールとを相互接続する１組のケーブルとを備え、
前記センサモジュールの各々が前記導線からそれぞれのセンサモジュールのための作動電力を引き出すように作動するそれぞれの電力回路を含み、
前記センサモジュールが前記導線を介し温度情報およびアドレス情報をシリアル信号として伝送するようになっており、
前記センサモジュールの各々が、前記温度センサの１つに熱接触する第１表面と、前記熱リンクの１つに熱接触する第２表面とを有するウェルに隣接する、道路温度モニタシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】補正の内容のとおり
【補正方法】変更
【補正の内容】
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【国際調査報告】
2005509887.tif 000043
2005509887.tif 000044
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