(57)【要約】  システム（１００，３００）は、液体サンプルのガス含有量を測定するための第１の信号を提供する信号源（１２６，３２６）を含む。システムはまた、第１の信号に基づく第２の信号の測定を使用して、液体サンプルのガス含有量を決定する分析器（１２８，３２８）を含む。システムは、さらに、キャビティ（１０８，３０８）を有する壁式構造（１０６，３０６）を有する装置を含む。装置はまた、液体サンプルをキャビティ内に引き込み、液体サンプルをキャビティから押し出すピストン（１１０，３１０）を含む。装置は、さらに、キャビティ内で露出される少なくとも１つの内部表面を有する少なくとも１つの測定窓（１３０〜１３２，３３０）を含む。１つの測定窓は、信号源から第１の信号を受信し、第２の信号を分析器に提供する。ピストンはまた、少なくとも１つの内部表面を清浄化することができ、ピストンは、分析器を較正するための基準材料（１１６，３１６）を含むことができる。
2013545966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体サンプルのガス含有量(gas content)を測定するための第１の信号を提供するように構成された信号源（１２６，３２６）と、
前記第１の信号に基づく第２の信号の測定を使用して、前記液体サンプルの前記ガス含有量を決定するように構成された分析器（１２８，３２８）と、
装置と
を備えるシステム（１００，３００）であって、前記装置は、
キャビティ（１０８，３０８）を有する壁式(walled)構造（１０６，３０６）、
（ｉ）前記液体サンプルを前記キャビティ内に引き込み(pull)、（ｉｉ）前記液体サンプルを前記キャビティから押し出す(push)ように構成されたピストン（１１０，３１０）、および
前記キャビティ内で露出される(exposed)少なくとも１つの内部表面(inner surface)を有する少なくとも１つの測定窓(measurement window)（１３０〜１３２，３３０）であって、（ｉ）前記信号源から前記第１の信号を受信し、（ｉｉ）前記第２の信号を前記分析器に提供するように構成された、少なくとも１つの測定窓を備える、システム（１００，３００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの測定窓は、
前記信号源からの前記第１の信号を前記キャビティ内に渡す(pass)ように構成された第１の測定窓（１３０）と、
前記キャビティからの前記第２の信号を前記分析器に渡すように構成された第２の測定窓（１３２）とを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ピストンのピストンヘッド（１１２）とフランジ（１１４）との間の空間（１２４）に空気をトラップするように構成された第１の弁（１２２）と、
前記液体サンプルと前記ピストンとの間に空気を含むヘッド空間（１０４）を生成するために、前記トラップされた空気が前記ピストンヘッドを通って移動することを可能にするように構成された第２の弁（１２０）と
をさらに備え、
前記第１の測定窓は、前記信号源からの前記第１の信号を前記ヘッド空間内に渡すように構成され、
前記第２の測定窓は、前記ヘッド空間からの前記第２の信号を前記分析器に渡すように構成される請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの測定窓は、
前記信号源から前記第１の信号を受信し、前記第２の信号を前記分析器に提供するように構成された単一測定窓（３３０）を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記単一測定窓は、減衰全反射（ＡＴＲ）(Attenuated Total Reflection)結晶を備え、
前記分析器は、前記液体サンプルのガス含有量を決定するために、前記第１の信号に対する前記第２の信号の減衰を同定する(identify)ように構成される請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
キャビティ（１０８，３０８）を有する壁式構造（１０６，３０６）と、
（ｉ）液体サンプルを前記キャビティ内に引き込み、（ｉｉ）前記液体サンプルを前記キャビティから押し出すように構成されたピストン（１１０，３１０）と、
前記キャビティ内で露出される少なくとも１つの内部表面を有する少なくとも１つの測定窓（１３０〜１３２，３３０）であって、（ｉ）前記液体サンプルのガス含有量を測定するための第１の信号を受信し、（ｉｉ）前記第１の信号および前記液体サンプルの前記ガス含有量に基づく前記第２の信号を提供するように構成された、少なくとも１つの測定窓と
を備える装置。
【請求項７】
前記ピストンは、シール（１１８，３１８）を有するピストンヘッド（１１２，３１２）を備え、
前記装置は、前記キャビティ内での前記ピストンヘッドの移動が、前記少なくとも１つの測定窓の前記少なくとも１つの内部表面から汚染物を前記シールに押し出させるように構成される請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ピストンは、基準材料（１１６，３１６）を有するピストンヘッド（１１２，３１２）を備え、
前記少なくとも１つの測定窓は、
前記基準材料が前記少なくとも１つの測定窓に整列する(aligned with)と、第３の信号を受信し、
前記第３の信号に基づいて第４の信号を提供する
ようにさらに構成される請求項６に記載の装置。
【請求項９】
ピストン（１１０，３１０）を使用して、センサ（１００，３００）のキャビティ（１０８，３０８）内に液体サンプルを引き込むステップ（４１４，５１０）と、
前記キャビティ内で露出される少なくとも１つの内部表面を有する少なくとも１つの測定窓（１３０〜１３２，３３０）を使用して、信号源（１２６，３２６）からの第１の信号を前記キャビティに入るように提供するステップ（４２０，５１２）と、
前記少なくとも１つの測定窓を使用して、前記第１の信号および前記液体サンプルのガス含有量に基づく第２の信号を、分析器（１２８，３２８）に提供するステップ（４２０，５１２）と、
前記ピストンを使用して、前記液体サンプルを前記キャビティから押し出すステップ（４０４，４１２，５０２，５０８）と
を含む方法。
【請求項１０】
前記ピストンを使用して、前記少なくとも１つの測定窓の前記少なくとも１つの内部表面を清浄化するステップ（４０８，５０４）と、
前記ピストン内の基準材料（１１６，３１６）が前記少なくとも１つの測定窓に整列すると、前記センサを較正するステップ（４１０，５０６）と
をさらに含む請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示は、一般に、ガスセンサに関する。より具体的には、本開示は、液体内のガス含有量の自動化測定のためのインシチュー(in-situ)センサならびに関連するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]液体内のガス含有量を同定することが必要または望ましいことが多い。たとえば、水中の二酸化炭素または酸素含有量を測定することが望ましい場合があり、測定は、水中での植物または動物の成長を促進するのに役立つために使用される。特定の例として、藻類が、生物燃料を生成するために使用されることができ、藻類がそこで成長する水の二酸化炭素含有量が、測定され制御されることができる。理想的には、二酸化炭素測定は、藻類の成長を増加させるまたは最大にするために水をどのように処理するかを決定するために使用されることができる。
【０００３】
[0003]種々のタイプのガスセンサが開発されているが、それらのセンサは、通常、１つまたは複数の欠点を受ける。たとえば、非分散赤外線(non-dispersive infrared)（ＮＤＩＲ）分光センサは、空気中のガス含有量を測定するために使用されている。しかし、ＮＤＩＲ分光センサを使用する液体内のガス含有量の直接測定は難しい。これは、液体の高い減衰などのいくつかの因子による。
【０００４】
[0004]敏感なポリマーベース膜を有するガスセンサもまた、液体内のガス含有量を測定するために使用されている。しかし、これらのセンサは、短期ドリフトおよび長期ドリフトを受ける可能性があり、したがって、頻繁な較正を必要とする場合がある。同様に、ポリマーベース膜は、汚染物によって汚される可能性があり、頻繁な清浄化を必要とする場合がある。さらに、これらのタイプの膜は、通常、低い総寿命を有し、膜が頻繁な置換を必要とすることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]本開示は、液体内のガス含有量の自動化測定のためのインシチューセンサならびに関連するシステムおよび方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]第１の実施形態では、システムは、液体サンプルのガス含有量を測定するための第１の信号を提供するように構成された信号源を含む。システムはまた、第１の信号に基づく第２の信号の測定を使用して、液体サンプルのガス含有量を決定するように構成された分析器を含む。システムは、さらに装置を含み、装置は、キャビティを有する壁式構造、および、ピストンであって、（ｉ）液体サンプルをキャビティ内に引き込み、（ｉｉ）液体サンプルをキャビティから押し出すように構成された、ピストンを有する。装置はまた、キャビティ内で露出される少なくとも１つの内部表面を有する少なくとも１つの測定窓を含む。少なくとも１つの測定窓は、（ｉ）信号源から第１の信号を受信し、（ｉｉ）第２の信号を分析器に提供するように構成される。
【０００７】
[0007]第２の実施形態では、装置は、キャビティを有する壁式構造を含む。装置はまた、（ｉ）液体サンプルをキャビティ内に引き込み、（ｉｉ）液体サンプルをキャビティから押し出すように構成されたピストンを含む。装置は、さらに、キャビティ内で露出される少なくとも１つの内部表面を有する少なくとも１つの測定窓を含む。少なくとも１つの測定窓は、（ｉ）液体サンプルのガス含有量を測定するための第１の信号を受信し、（ｉｉ）第１の信号および液体サンプルのガス含有量に基づく第２の信号を提供するように構成される。
【０００８】
[0008]第３の実施形態では、方法は、ピストンを使用して、センサのキャビティ内に液体サンプルを引き込むことを含む。方法はまた、少なくとも１つの測定窓を使用して、信号源からの第１の信号をキャビティに入るように提供することを含む。少なくとも１つの測定窓は、キャビティ内で露出される少なくとも１つの内部表面を有する。方法は、さらに、少なくとも１つの測定窓を使用して、第１の信号および液体サンプルのガス含有量に基づく第２の信号を、分析器に提供することを含む。さらに、方法は、ピストンを使用して、液体サンプルをキャビティから押し出すことを含む。
【０００９】
[0009]他の技術的特徴は、以下の図、説明、および特許請求の範囲から当業者に容易に明らかになる。
[0010]本開示のより完全な理解のために、添付図面に関連して考えられる以下の説明がここで参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】[0011]本開示による液体内のガス含有量の自動化測定のための例示的なインシチューセンサを示す図である。
【図２Ａ】[0012]本開示による図１からのインシチューセンサの例示的な使用法を示す図である。
【図２Ｂ】本開示による図１からのインシチューセンサの例示的な使用法を示す図である。
【図２Ｃ】本開示による図１からのインシチューセンサの例示的な使用法を示す図である。
【図２Ｄ】本開示による図１からのインシチューセンサの例示的な使用法を示す図である。
【図３】[0013]本開示による液体内のガス含有量の自動化測定のための別の例示的なインシチューセンサを示す図である。
【図４】[0014]本開示による、インシチューセンサを使用する液体内のガス含有量の自動化測定のための例示的な方法を示す図である。
【図５】本開示による、インシチューセンサを使用する液体内のガス含有量の自動化測定のための例示的な方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0015]以下で論じられる図１〜５および本特許文書において本発明の原理を述べるために使用される種々の実施形態は、例証としてのものに過ぎず、本発明の範囲をいずれの点でも制限すると解釈されるべきでない。本発明の原理が任意のタイプの適切に配置されたデバイスまたはシステムにおいて実装されることができることを当業者は理解するであろう。
【００１２】
[0016]図１は、本開示による液体内のガス含有量の自動化測定のための例示的なインシチューセンサ１００を示す。この例では、センサ１００は、液体１０２に部分的に沈められる。センサ１００は、液体１０２のサンプルをセンサ１００内に引き込むことによって液体１０２内のガス含有量を測定する。ヘッド空間１０４は、サンプルの上に作られ、ヘッド空間１０４は、大気または他の空気で充填される。ヘッド空間１０４内の空気の測定を行うことによって、センサ１００は、液体１０２のサンプル内のガス含有量を決定しうる。液体１０２のサンプルおよびヘッド空間１０４内の空気は、その後、センサ１００から排出され、液体１０２の新しいサンプルが得られうる。定期的に（各測定サイクル中などに）、センサ１００は、正確な測定を保証するのに役立たせるために、清浄化され較正されうる。
【００１３】
[0017]任意の適した液体１０２の任意の適したガス含有量が、センサ１００を使用して測定されうる。たとえば、センサ１００は、水あるいは任意の他のまたはさらなる液体（複数可）内の酸素、二酸化炭素、あるいは任意の他のまたはさらなるガス（複数可）の濃度を測定しうる。センサ１００はまた、存在を検出しうる、または、工業用液体内の揮発性材料の濃度を測定しうる。センサ１００は、さらに、センサ１００からのセンサ測定値に基づいて動作するより大きなシステムの一部を形成しうる。たとえば、センサ１００は、生物燃料生産で使用するために藻類が成長する藻類池に関連して使用されうる。センサ１００はまた、二酸化炭素が隔離される二酸化炭素隔離システムに関連して使用されうる。センサ１００は、さらに、工業プロセスを調整するために液体内のガス含有量が測定され使用されうる工業用制御および自動化システムで使用されうる。さらに、センサ１００は、閾値モニタリングのために液体内のガス含有量が測定され使用されうる安全モニタリングシステムで使用されうる。液体内のガス含有量が測定される任意の他のまたはさらなるシステムが使用されうる。
【００１４】
[0018]図１に示すように、センサ１００は、全体がガイドチューブ１０８と呼ばれるキャビティを画定する外壁式構造１０６を含む。外壁式構造１０６は、センサ１００の他の構成要素を収納しうるまたはその他の方法で保護しうるハウジングまたは他の構造を表す。ガイドチューブ１０８は、液体１０２のサンプルが、その中に得られ放出されうる任意の適したキャビティを表す。ガイドチューブ１０８は、たとえば、センサ１００のハウジング内の円柱キャビティを表す。
【００１５】
[0019]ピストン１１０は、ガイドチューブ１０８内で上下に移動する。ピストン１１０の移動は、適切な構成要素（図示せず）を使用して制御されうる。この例では、ピストン１１０は、ピストンヘッド１１２を含み、ピストンヘッド１１２は、一般に、ガイドチューブ１０８の底まで下げられ、フランジ１１４まで上げられうる。これは、ピストン１１０が、液体１０２のサンプルをガイドチューブ１０８の下側部分内に引き込み、液体１０２のサンプルをガイドチューブ１０８から押し出すことを可能にする。
【００１６】
[0020]図１に示すように、ピストンヘッド１１２は、基準材料１１６、シール１１８、および弁１２０を含む。以下で述べるように、基準材料１１６は、センサ１００の較正中に放射または他の信号がピストンヘッド１１２を通過することを可能にする。基準材料１１６は、センサ測定中に使用される信号のタイプに依存しうる任意の適した材料（複数可）から形成されうる。たとえば、赤外線放射（４．２μｍの放射）が使用されるとき、基準材料１１６は、石英、サファイア、ガラス、またはフッ化カルシウムから形成されうる。基準材料１１６は、ピストンヘッド１１２の永久的な内部部品でありうる（しかし、実際にそうである必要はない）。
【００１７】
[0021]シール１１８は、空気、液体、または他の材料が、ピストンヘッド１１２とガイドチューブ１０８の内部表面との間を通過することを防止するのに役立つ。同様に、以下で述べるように、シール１１８は、ガイドチューブ１０８の内部表面を清浄化するのに役立ちうる。シール１１８は、２つの構造の間での材料の通過を実質的に防止するための任意の適した構造を含む。シール１１８は、たとえば、１つまたは複数のＯリングを含みうる。
【００１８】
[0022]ピストンヘッド１１２内の弁１２０およびフランジ１１４内の弁１２２は、ガイドチューブ１０８内で液体１０２のサンプルの上にヘッド空間１０４を作るために使用される。たとえば、弁１２２は、開口され、後で、ピストンヘッド１２２の上の空間１２４に大気または他の空気をトラップするために閉鎖されうる。弁１２０は、トラップされた空気が、ピストンヘッド１１２の下に移動することを可能にし、ヘッド空間１０４を形成する。弁１２０〜１２２の動作に関するさらなる詳細は以下で提供される。各弁１２０〜１２２は、空気の流れを制御するための任意の適した構造を含む。たとえば、弁１２０は非制御式一方向弁を表すことができ、弁１２２は制御可能な２方向弁を表すことができる。
【００１９】
[0023]ヘッド空間１０４内の空気の測定および基準材料１１６の基準測定は、信号源１２６および受信器／分析器１２８を使用して行われる。信号源１２６は、窓１３０、ガイドチューブ１０８内の材料、および窓１３２を通過する信号（赤外線放射、可視放射、または音響波など）を発生する。受信器／分析器１２８は、ガイドチューブ１０８内の材料と相互作用した信号を受信し測定する。受信器／分析器１２８は、測定値を分析して、センサ１００を較正するか、または、液体１０２のサンプル内のガス含有量を同定することができる。
【００２０】
[0024]信号源１２６は、１つまたは複数の所望の波長または波長帯の放射を提供する放射源などの、材料のガス含有量を測定するための信号を提供するための任意の適した構造を含む。信号源１２６はまた、たとえば、適切な波長（複数可）または波長帯（複数可）の光を放出する石英タングステンハロゲンランプ、１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）、あるいは１つまたは複数のレーザダイオードを含みうる。
【００２１】
[0025]受信器／分析器１２８は、液体サンプル内のガス含有量を同定するために、材料と相互作用した信号を受信し分析するための任意の適した構造を含む。たとえば、受信器／分析器１２８は、窓１３２を通して受信された放射または他の信号の１つまたは複数の特性を測定する検出器１３４を含みうる。検出器１３４は、光検出器、分光計、または他の検出機構を表しうる。受信器／分析器１２８はまた、液体サンプル内のガス含有量を決定するために、検出器１３４によって得られる測定値を分析する処理ユニット１３６を含みうる。処理ユニット１３６は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または他の処理デバイスを含みうる。受信器／分析器１２８は、さらに、処理ユニット１３６によって使用されるか、生成されるか、または収集される命令およびデータを記憶するメモリユニット１３８を含みうる。メモリユニット１３８は、任意の適した揮発性および／または不揮発性の記憶および検索デバイス（複数可）を含みうる。さらに、受信器／分析器１２８は、データ（決定されたガス含有量など）を外部デバイスまたはシステムに送信するための、または、データ（構成データなど）を受信するためのインタフェース１４０を含みうる。インタフェース１４０は、ワイヤードイーサネットインタフェースまたはワイヤレス無線周波数（ＲＦ）トランシーバなどの任意の適したワイヤードまたはワイヤレスインタフェース（複数可）を表しうる。
【００２２】
[0026]図示しないが、信号源１２６および受信器／分析器１２８は、窓１３０〜１３２から離れた場所（複数可）に設置されうる。光ファイバまたは他の構造が、その後使用されて、信号源１２６から窓１３０まで信号をトランスポートし、窓１３２から受信器／分析器１２８まで信号をトランスポートしうる。実際には、信号源１２６および受信器／分析器１２８は、壁式構造１０６の外に存在する可能性があり、センサ構造の一部を形成すらしないこともありうる。
【００２３】
[0027]窓１３０〜１３２はそれぞれ、信号源１２６からの放射または他の信号が通過する任意の適した構造を表す。窓１３０〜１３２は、信号源１２６からの信号に対して完全にまたは実質的に透明でありうる。窓１３０〜１３２はそれぞれ、たとえば、石英、サファイア、ガラス、またはフッ化カルシウム、または他の適した材料（複数可）から形成されうる。
【００２４】
[0028]任意選択で、１つまたは複数のセンサは、液体サンプル内のガス含有量の測定をサポートするために、インシチューセンサ１００内にまたはそれと共に使用されうる。たとえば、センサ１４２は、液体サンプルの温度を測定するために使用されうる。１つまたは複数のセンサ１４４は、ヘッド空間１０４の温度と圧力を測定するために使用されうる。センサ１４２〜１４４からの測定値は、液体サンプル内のガス含有量を決定するときに使用するために受信器／分析器１２８に提供されうる。各センサ１４２〜１４４は、液体または空気の温度、圧力、または他の特性（複数可）を測定するための任意の適した構造を含む。センサ１４２〜１４４は、壁式構造１０６内に埋め込まれるものとして示されるが、センサ１４２および／またはセンサ１４４は、任意の他の適した場所（複数可）に存在しうる。たとえば、圧力および温度センサは、ピストンヘッド１１２の底表面内に埋め込まれうる。他の実施形態では、ヘッド空間１０４の内部の圧力は、特定の既知の値になるよう制御されることができ、ヘッド空間１０４および液体サンプルの温度だけが測定されうる。
【００２５】
[0029]図２Ａ〜２Ｄは、本開示による図１からのインシチューセンサ１００の例示的な使用法を示す。センサ１００がどのように動作するかについての理解のために不必要な種々の参照数字は、個々の図において省略される場合がある。
【００２６】
[0030]動作の一態様では、センサ１００は、複数の測定サイクル中に液体１０２内のガス含有量の測定を行う。測定サイクルは、連続的、ほぼ連続的、特定の間隔で周期的、または非周期的（外部命令に応答してなど）でありうる。測定サイクルは、図２Ａで示すように始まることができ、ピストン１１０が、ガイドチューブ１０８から液体１０２の前のサンプルを排出するために押し下げられる。弁１２２は、この期間中、開口することができ、それにより、新鮮な空気が、ピストンヘッド１１２の上でかつフランジ１１４の下の空間１２４に引き込まれることが可能になる。
【００２７】
[0031]ピストンヘッド１１２が下に移動するにつれて、シール１１８が、ガイドチューブ１０８の内部表面に沿って通過する。結果として、シール１１８は、空気の泡、材料、他の汚染物を、ガイドチューブ１０８の表面から押し出し、ガイドチューブ１０８を清浄化するのに役立ちうる。とりわけ、これは、窓１３０〜１３２の内部表面から汚染物を除去するのに役立ちうる。
【００２８】
[0032]ある時点で、ピストンヘッド１１２内の基準材料１１６が窓１３０〜１３２に整列し、信号源１２６からの信号が基準材料１１６を通過しうる。これらの信号は、受信器／分析器１２８によって測定され、センサ１００を較正するために分析されうる。この較正は、各測定サイクル中に行われることができ、液体１０２の新しいサンプルがガイドチューブ１０８内に引き込まれ、分析されるたびに行われることを意味する。しかし、較正は、より長い間隔などで、他の時点で行われうることに留意されたい。
【００２９】
[0033]図２Ｂに示すように、ピストンヘッド１１２は、その関連するヘッド空間１０４内の液体１０２の前のサンプルおよび空気がガイドチューブ１０８から押し出されるまで、継続して下に押されうる。ピストンヘッド１１２の底が構造１０６の底と同一面上にあるものとして示されるが、これは実際にはそうではない場合がありうることに留意されたい。この時点で、センサ１００は、即座に、ピストンヘッド１１２を上げることによって新しい液体サンプルをガイドチューブ１０８内に引き込み始めることができる。あるいは、ピストンヘッド１１２が上げられるまでにある時間が経過する場合がある。
【００３０】
[0034]図２Ｃは、ピストンヘッド１１２の上昇を示し、上昇は、液体１０２の新しいサンプルをガイドチューブ１０８内に引き込む。この期間中、弁１２２は、開口したままであり、空間１２４内の空気の一部がフランジ１１４を通して逃げることを可能にする。この移動中に、ピストンヘッド１１２の基準材料１１６が窓１３０〜１３２に再び整列し、較正が、図２Ａに示す整列中に実施される代わりに（またはそれに加えて）、任意選択で、ここで行われうることに留意されたい。
【００３１】
[0035]ピストンヘッド１１２のある指定された位置で、弁１２２は、空間１２４に空気をトラップするために閉鎖する。これは、ピストンヘッド１１２の上方移動中に起こりうるが、それは、他の時点で起こりうる。弁１１２が閉鎖されると、ピストンヘッド１１２の上方移動は、空間１２４にトラップされた空気に、弁１２０を通して流れさせ、図２Ｄに示すようにヘッド空間１０４を形成させる。液体サンプル内のガス含有量の測定は、その後、信号源１２６および受信器／分析器１２８を使用して行われることができ、信号源１２６からの信号は、ヘッド空間１０４内の空気を通過する。その測定が終了すると、センサ１００は、別の測定サイクルを始めうる。
【００３２】
[0036]センサ１００は、液体サンプルの上のヘッド空間１０４内の空気を通して信号を送ることによって液体サンプル内のガス含有量を測定するための任意の適した技法を使用しうる。たとえば、液体サンプル内のガスは、液体サンプル内のガスとヘッド空間１０４内のガスとの間に平衡が達成させるまで、ヘッド空間１０４内に拡散しうる（または、その逆も同様である）。平衡は、ヘッド空間１０４および液体サンプル内に等しい含有量を含む必要はない。むしろ、平衡は、とりわけ、ガスの性質、ヘッド空間１０４の内部の空気の圧力および温度、ならびに液体サンプルの温度に依存する。受信器／分析器１２８によって受信される信号は、非分散赤外線（ＮＤＩＲ）分光技法を使用することなどによって、ヘッド空間１０４内のガスの含有量を測定するために使用されうる。ヘッド空間１０４内の温度および圧力ならびに液体サンプルの温度が（センサ１４２〜１４４などによって）わかっている場合、ヘッド空間１０４内のガスの測定含有量は、液体サンプル内の同じガスの含有量を推定するために使用されうる。
【００３３】
[0037]センサ１００は、その実装態様に応じて種々の利点を提供しうる。たとえば、測定値は、センサ１００によってインシチューで得られることができ、センサ１００が特定の場所に設置され、その場所でガス含有量の読みを生成しうることを意味する。同様に、液体１０２のサンプルは、自動的に収集され、センサ１００から除去されることができるため、複雑なサンプル調製およびトランスポート機構についての必要が存在しない。さらに、センサ較正は、各測定サイクル中など、頻繁に自動的に実施されうる。これは、センサ測定の短期および長期のより大きな安定性を保証するのに役立ちうる。さらに、（ガイドチューブ１０８の底の）センサの入口および窓１３０〜１３２は、各測定サイクル中に、生物膜、ガスの泡、埃、または他の汚染物を除去するために清浄化されうる。さらに、測定は、各測定サイクル中に完全にサンプル交換することによって、制御された環境において行われることができ、それが、正確なセンサ測定を保証するのに役立ちうる。
【００３４】
[0038]図１が、液体内のガス含有量の自動化測定のためのインシチューセンサ１００の一例を示し、図２Ａ〜２Ｄがその使用法を示すが、種々の変更が図１および図２Ａ〜２Ｄに対して行われることができる。たとえば、センサ１００内の構成要素の形状および相対的サイズは、例証だけのためのものである。同様に、センサ１００内の種々の構成要素の位置は、特定のニーズに応じて修正されうる。さらに、図２Ａ〜２Ｄに示す測定サイクルは、ガイドチューブ１０８の底など、ピストンヘッド１１２の任意の他の適した位置で始まりうる。
【００３５】
[0039]図３は、本開示による液体内のガス含有量の自動化測定のための別の例示的なインシチューセンサ３００を示す。センサ３００の構造は、センサ１００の構造と同様である。センサ３００は、液体３０２のサンプルを得、液体３０２のガス含有量を直接測定するために使用される。センサ３００は、液体３０２のサンプルが保持されるガイドチューブ３０８を有する外側構造３０６を含む。センサ３００はまた、ピストンヘッド３１２を有するピストン３１０およびフランジ３１４を含む。ピストンヘッド３１２は、基準材料３１６およびシール３１８を含む。
【００３６】
[0040]この例では、信号源３２６および受信器／分析器３２８は、センサ３００の共通の側に位置し、単一窓３３０が、信号源３２６および受信器／分析器３２８によって使用される。いくつかの実施形態では、窓３３０は、ガイドチューブ３０８内に少なくとも部分的に搭載される減衰全反射(Attenuated Total Reflection)（ＡＴＲ）分光法結晶を表し、結晶の内部表面が液体サンプルに露出される。
【００３７】
[0041]ＡＴＲ測定中、放射（赤外光など）は、信号源３２６からＡＴＲ結晶または他の窓３３０に提供される。放射は、少なくとも１回、窓３３０の内部表面であって、液体サンプルとの界面を形成する、内部表面から内部に反射する。少なくとも１回の反射中に、放射のわずかな部分がエバネッセント波として液体サンプル内に伝播する。残りの放射は、窓３３０を出て、受信器／分析器３２８によって受信される。放射の適した波長がある場合、液体サンプル内に伝播する放射の量は、サンプル内の特定のガスについてのガス濃度に依存する。結果として、受信器／分析器３２８は、受信される放射の減衰を測定して、液体サンプル内の特定のガスの含有量を同定しうる。
【００３８】
[0042]ここで使用される基準材料３１６は、ピストン３１０によって窓３３０を通り過ぎて移動するときに、窓３３０との良好な光学的接触を有することができる。この良好な光学的接触は、センサ３００が正確に較正されることを保証するのに役立ちうる。例示的な基準材料３１６は、純水、軟質ポリマー、または長期にわたって安定である他の材料を含みうる。
【００３９】
[0043]センサ３００は、先の図２Ａ〜２Ｄに示す測定サイクルと同様の測定サイクルを有しうる。ピストンヘッド３１２が下げられて、液体３０２の前のサンプルがガイドチューブ３０８から押し出されることができ、ピストンヘッド３１２が下げられて、液体３０２の新しいサンプルがガイドチューブ３０８内に引き込まれることができる。ピストンヘッド３１２の下降および／または上昇中に、基準材料３１６が、センサ３００を較正するために使用されうる。同様に、ピストンヘッド３１２の下降中に、清浄化が、ピストンヘッド３１２のシール３１８によって行われることができ、測定窓３３０の内部表面を含む、ガイドチューブ３０８の内部表面から汚染物を剥がす。測定サイクルが、ピストンヘッド３１２が任意の他の適した場所にある状態で始まりうることに留意されたい。
【００４０】
[0044]改めて、このタイプのセンサ３００は、その実装態様に応じて種々の利点を提供しうる。先に論じた利点の他に、センサ３００は、信号源３２６および受信器／分析器３２８が同じ場所にあるため、より薄くありうる。同様に、センサ３００は、ヘッド空間を作るために弁または他の構成要素を必要とすることなく、液体内のガス含有量を直接測定しうる。
【００４１】
[0045]図３は、液体内のガス含有量の自動化測定のためのインシチューセンサ３００の別の例を示すが、種々の変更が、図３に対して行われることができる。たとえば、センサ３００内の構成要素の形状および相対的サイズは、例証だけのためのものである。同様に、センサ３００内の種々の構成要素の位置は、特定のニーズに応じて修正されうる。特定の例として、信号源３２６および受信器／分析器３２８は、他の場所（複数可）に移動されることができ、光ファイバまたは他の構造が、信号を、窓３３０に提供し、窓３３０から受信するために使用されうる。
【００４２】
[0046]図４および図５は、本開示による、インシチューセンサを使用する液体内のガス含有量の自動化測定のための例示的な方法４００および５００を示す。方法４００は、図１のセンサ１００に関して述べられ、方法５００は、図３のセンサ３００に関して述べられる。同じまたは同様な方法は、任意の他の適したセンサと共に使用されうる。
【００４３】
[0047]図４に示すように、ステップ４０２にて、第１の弁が開口し、ステップ４０４にて、ピストンヘッドがし下げられる。これは、たとえば、弁１２２を開口すること、および、ピストンヘッド１１２を押し下げることを含む。ステップ４０６にて、新鮮な空気が、第１の弁を通して、ピストンヘッドの上のセンサ内に引き込まれる。これは、たとえば、新鮮な空気がピストンヘッド１１２の上の空間１２４内に引き込まれることを含む。
【００４４】
[0048]ステップ４０８にて、センサの表面が清浄化され、ステップ４１０にて、センサが較正され、ステップ４１２にて、センサが、ヘッド空間の空気および前の液体サンプルを除去される。清浄化は、ピストンヘッド１１２のシール１１８によって行われることができ、測定窓１３０〜１３２の内部表面を含む、ガイドチューブ１０８の内部表面から汚染物を剥がす。較正は、ピストンヘッド１１２の基準材料１１６がセンサ１００の窓１３０〜１３２に達するときに実施されうる。較正は、信号源１２６が、基準材料１１６を通して、放射、音響波、または他の信号を提供することを含みうる。センサからヘッド空間の空気および前の液体サンプルを除去することは、ピストンヘッド１１２が、液体１０２の前のサンプルおよびその関連するヘッド空間１０４をガイドチューブ１０８から押し出すことを含みうる。
【００４５】
[0049]ステップ４１４にて、ピストンヘッドが上げられて、新鮮な液体のサンプルがセンサ内に引き込まれる。これは、たとえば、液体１０２の新しいサンプルをガイドチューブ１０８内に引き込むためにピストンヘッド１１２を上げることを含みうる。ステップ４１６にて、ピストンヘッドが指定位置に達すると、第１の弁が閉鎖され、ステップ４１８にて、ヘッド空間が、新しい液体サンプルとピストンヘッドとの間に生成される。これは、たとえば、ピストンヘッド１１２の上の空間１２４に空気をトラップするために弁１２２を閉鎖することを含みうる。これはまた、ピストンヘッド１１２の下にヘッド空間１０４を作るために一方向弁１２０または他の構造を通して、トラップされた空気を強制的に流すことを含みうる。
【００４６】
[0050]ステップ４２０にて、ヘッド空間の測定が測定窓を通して行われ、ステップ４２２にて、液体サンプル内のガス含有量を決定するために測定値が分析される。これは、たとえば、信号源１２６が、窓１３０、ヘッド空間１０４内の空気、および窓１３２を通して受信器／分析器１２８まで信号を送出することを含みうる。これはまた、受信器／分析器１２８が、窓１３２を通して受信された信号の測定値を使用して液体サンプルのガス含有量を同定するために計算を実施することを含みうる。特定の例として、これは、受信器／分析器１２８が、ヘッド空間１０４のガス含有量を同定するためにＮＤＩＲまたは他の技法を使用すること、および、その後、液体サンプルのガス含有量を同定するために、ヘッド空間１０４の温度および圧力ならびに液体サンプルの温度を使用することを含みうる。
【００４７】
[0051]図５に示すように、ステップ５０２にて、ピストンヘッドが押し下げられる。これは、たとえば、ガイドチューブ３０８内でピストンヘッド３１２を押し下げることを含みうる。ステップ５０４にて、センサの表面が清浄化され、ステップ５０６にて、センサが較正され、ステップ５０８にて、センサが、前の液体サンプルを除去される。清浄化は、ピストンヘッド３１２のシール３１８によって行われることができ、測定窓３３０の内部表面を含む、ガイドチューブ３０８の内部表面から汚染物を剥がす。較正は、ピストンヘッド３１２の基準材料３１６が窓３３０に達するときに実施されうる。信号源および受信器／分析器における内部較正または検証機構を含む、任意の他の較正法が使用されうることに留意されたい。センサから前の液体サンプルを除去することは、ピストンヘッド３１２が、液体３０２の前のサンプルをガイドチューブ３０８から押し出すことを含みうる。
【００４８】
[0052]ステップ５１０にて、ピストンヘッドが上げられて、新鮮な液体のサンプルがセンサ内に引き込まれる。これは、たとえば、液体３０２の新しいサンプルをガイドチューブ３０８内に引き込むためにピストンヘッド３１２を上げることを含みうる。ステップ５１２にて、液体サンプルの測定が測定窓を使用して行われ、ステップ５１４にて、液体サンプル内のガス含有量を決定するために測定値が分析される。これは、たとえば、信号源３２６が窓３３０に信号を提供することを含みうる。これはまた、受信器／分析器３２８が、窓３３０から受信された信号の測定値を使用して液体サンプルのガス含有量を同定するために計算を実施することを含みうる。特定の例として、これは、受信器／分析器３２８が、液体サンプルのガス含有量を同定するためにＡＴＲまたは他の技法を使用することを含みうる。
【００４９】
[0053]図４および図５は、インシチューセンサを使用して液体内のガス含有量の自動化測定のための方法４００および５００の例を示すが、種々の変更が、図４および図５に対して行われることができる。たとえば、各図は一連のステップを示すが、各図の種々のステップは、オーバラップしうる、並列に起こりうる、異なる順序で起こりうる、または複数回起こりうる。いくつかのステップは、省略されるか、または移動される可能性もある。例として、較正は、ピストンヘッドの上昇および／または下降中に起こりうる。別の例として、これらの図において、測定サイクルがピストンヘッドを上げた状態で始まることが仮定されているが、測定サイクルは、各方法において、任意の他の適した時点で始まりうる。さらに、図４では、第１の弁が異なる時刻に開口または閉鎖されるときなどに、任意の他の適した技法が液体サンプルの上にヘッド空間を作るために使用されうる。さらに、ＮＤＩＲ、ＡＴＲ、または、当技術分野で知られているまたは後で開発される他の技法などの任意の他の適した技法が、液体サンプルのガス含有量を同定するため測定値を分析するために使用されうる。
【００５０】
[0054]いくつかの実施形態では、上述した種々の機能は、コンピュータ可読プログラムコードから形成され、また、コンピュータ可読媒体で具現化されるコンピュータプログラムによって実装またはサポートされる。フレーズ「コンピュータ可読プログラムコード(computer readable program code)」は、ソースコード、オブジェクトコード、および実行可能コードを含む任意のタイプのコンピュータコードを含む。フレーズ「コンピュータ可読媒体(computer readable medium)」は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、または任意の他のタイプのメモリなどの、コンピュータによってアクセスされることが可能な任意のタイプの媒体を含む。
【００５１】
[0055]本特許文書全体を通して使用されるある語およびフレーズの定義を述べることが有利である場合がある。用語「アプリケーション(application)」および「プログラム(program)」は、１つまたは複数のコンピュータプログラム、ソフトウェアコンポーネント、命令のセット、プロシージャ、関数、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連データ、または、適したコンピュータコードで実装されるのに適合したその一部分（ソースコード、オブジェクトコード、または実行可能コードを含む）を指す。用語「送信する(transmit)」および「受信する(receive)」ならびにその派生用語は、直接的通信と間接的通信の両方を含む(encompass)。用語「含む(include)」および「備える(comprise)」ならびにその派生用語は、制限なしで包含(inclusion)を意味する。用語「または(or)」は、包含的であり、および／または(and/or)を意味する。フレーズ「関連する(associated with)」および「それに関連する(associated therewith)」ならびにその派生用語は、含む、中に含まれる、相互接続する、含む、収容する、中に収容される、に接続するまたはと接続する、に結合するまたはと結合する、と通信可能である、と協働する、インタリーブする、並置する、に近接する、に結び付けられるまたはと結び付けられる、有する、の特性を有する、に対する関係を有するまたはとの関係を有する、あるいは同様なものを意味することができる。
【００５２】
[0056]本開示は、ある実施形態および一般的に関連する方法を述べたが、これらの実施形態および方法の修正および並べ替えが、当業者に明らかになるであろう。したがって、例示的な実施形態の先の説明は、本開示を規定または制限しない。他の変更、置換、および修正もまた、添付特許請求の範囲によって規定される本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく可能である。
【図１】
2013545966.tif 000003
【図２Ａ】
2013545966.tif 000004
【図２Ｂ】
2013545966.tif 000005
【図２Ｃ】
2013545966.tif 000006
【図２Ｄ】
2013545966.tif 000007
【図３】
2013545966.tif 000008
【図４】
2013545966.tif 000009
【図５】
2013545966.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【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】
液体サンプルのガス含有量(gas content)を測定するための第１の信号を提供するように構成された信号源（１２６，３２６）と、
前記第１の信号に基づく第２の信号の測定を使用して、前記液体サンプルの前記ガス含有量を決定するように構成された分析器（１２８，３２８）と、
装置と
を備えるシステム（１００，３００）であって、前記装置は、
キャビティ（１０８，３０８）を有する壁式(walled)構造（１０６，３０６）、
（ｉ）前記液体サンプルを前記キャビティ内に引き込み(pull)、（ｉｉ）前記液体サンプルを前記キャビティから押し出す(push)ように構成されたピストン（１１０，３１０）、および
前記キャビティ内で露出される(exposed)少なくとも１つの内部表面(inner surface)を有する少なくとも１つの測定窓(measurement window)（１３０〜１３２，３３０）であって、（ｉ）前記信号源から前記第１の信号を受信し、（ｉｉ）前記第２の信号を前記分析器に提供するように構成された、少なくとも１つの測定窓を備える、システム（１００，３００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの測定窓は、
前記信号源からの前記第１の信号を前記キャビティ内に渡す(pass)ように構成された第１の測定窓（１３０）と、
前記キャビティからの前記第２の信号を前記分析器に渡すように構成された第２の測定窓（１３２）とを備え、
前記ピストンのピストンヘッド（１１２）とフランジ（１１４）との間の空間（１２４）に空気をトラップするように構成された第１の弁（１２２）と、
前記液体サンプルと前記ピストンとの間に空気を含むヘッド空間（１０４）を生成するために、前記トラップされた空気が前記ピストンヘッドを通って移動することを可能にするように構成された第２の弁（１２０）と
をさらに備え、
前記第１の測定窓は、前記信号源からの前記第１の信号を前記ヘッド空間内に渡すように構成され、
前記第２の測定窓は、前記ヘッド空間からの前記第２の信号を前記分析器に渡すように構成される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの測定窓は、
前記信号源から前記第１の信号を受信し、前記第２の信号を前記分析器に提供するように構成された単一測定窓（３３０）を備え、
前記単一測定窓は、減衰全反射（ＡＴＲ）(Attenuated Total Reflection)結晶を備え、
前記分析器は、前記液体サンプルのガス含有量を決定するために、前記第１の信号に対する前記第２の信号の減衰を同定する(identify)ように構成される請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
キャビティ（１０８，３０８）を有する壁式構造（１０６，３０６）と、
（ｉ）液体サンプルを前記キャビティ内に引き込み、（ｉｉ）前記液体サンプルを前記キャビティから押し出すように構成されたピストン（１１０，３１０）と、
前記キャビティ内で露出される少なくとも１つの内部表面を有する少なくとも１つの測定窓（１３０〜１３２，３３０）であって、（ｉ）前記液体サンプルのガス含有量を測定するための第１の信号を受信し、（ｉｉ）前記第１の信号および前記液体サンプルの前記ガス含有量に基づく前記第２の信号を提供するように構成された、少なくとも１つの測定窓と
を備える装置。
【請求項５】
前記ピストンは、シール（１１８，３１８）を有するピストンヘッド（１１２，３１２）、及び、基準材料（１１６，３１６）を備え、
前記装置は、前記キャビティ内での前記ピストンヘッドの移動が、前記少なくとも１つの測定窓の前記少なくとも１つの内部表面から汚染物を前記シールに押し出させるように構成され、
前記少なくとも１つの測定窓は、
前記基準材料が前記少なくとも１つの測定窓に整列する(aligned with)と、第３の信号を受信し、
前記第３の信号に基づいて第４の信号を提供する
ようにさらに構成される請求項４に記載の装置。
【請求項６】
ピストン（１１０，３１０）を使用して、センサ（１００，３００）のキャビティ（１０８，３０８）内に液体サンプルを引き込むステップ（４１４，５１０）と、
前記キャビティ内で露出される少なくとも１つの内部表面を有する少なくとも１つの測定窓（１３０〜１３２，３３０）を使用して、信号源（１２６，３２６）からの第１の信号を前記キャビティに入るように提供するステップ（４２０，５１２）と、
前記少なくとも１つの測定窓を使用して、前記第１の信号および前記液体サンプルのガス含有量に基づく第２の信号を、分析器（１２８，３２８）に提供するステップ（４２０，５１２）と、
前記ピストンを使用して、前記液体サンプルを前記キャビティから押し出すステップ（４０４，４１２，５０２，５０８）と
を含む方法。
【国際調査報告】
2013545966.tif 000011
2013545966.tif 000012