(57)【要約】  液量内に配置するためのプローブ（１０）は、液体に関連するパラメータを表す出力を生成する。プローブ（１０）は、プローブ（１０）の比重を制御する比重制御システム（３８）と、液体内におけるプローブの位置を追跡する位置決めシステム（４０）とを含んでいる。
2008547000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体内に配置され、該液体に関連するパラメータを表す出力を生成するためのプローブであって、
液中ハウジングと、
該液中ハウジングに搭載され、前記パラメータを検出し、該パラメータを表すセンサ信号を生成するセンサと、
前記液中ハウジングに搭載され、前記プローブの比重を変化させるための比重制御システムと、
前記センサと通信し、前記センサ信号の関数として出力を生成するデータ処理装置と、
該データ処理装置と通信する出力回路と、
フレキシブルな伝送ラインであって、第１の端部と第２の端部とを有し、該第１の端部は、前記液中ハウジングと接続されて、前記出力回路と通信し、前記第２の端部は、離れたプロセス系統と接続するためのものである、フレキシブルな伝送ラインと
を備えていることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブであって、
前記比重制御システムは、バラストシステムを備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項３】
請求項２に記載のプローブであって、
前記バラストシステムは、前記液中ハウジングに搭載された、離脱可能な錘を備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項４】
請求項３に記載のプローブであって、
前記錘は、テザーにおける第１の端部に取り付けられ、前記液中ハウジングは、前記テザーにおける第２の端部に取り付けられている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項５】
請求項１に記載のプローブであって、
前記比重制御システムは、膨張式浮き袋を備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項６】
請求項５に記載のプローブであって、
前記膨張式浮き袋に圧縮空気源が接続されている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項７】
請求項６に記載のプローブであって、
前記フレキシブルな伝送ラインは、前記伝送ラインにおける前記第１の端部から前記膨張式浮き袋に圧縮空気を供給する空気流路を含んでいる
ことを特徴とするプローブ。
【請求項８】
請求項１に記載のプローブであって、
前記フレキシブルな伝送ラインは、プロセス制御ループの一部である
ことを特徴とするプローブ。
【請求項９】
請求項１に記載のプローブであって、
複数のパラメータを検出するために、複数のセンサが前記液中ハウジングに搭載されている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項１０】
請求項１に記載のプローブであって、
前記液中ハウジングは、球状である
ことを特徴とするプローブ。
【請求項１１】
請求項１に記載のプローブであって、さらに、
前記データ処理装置と通信する位置決めシステムを備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプローブであって、
前記位置決めシステムは、加速度計を備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項１３】
請求項１に記載のプローブであって、さらに、
前記液体の底部に位置する堆積物を貫通するための底部検出突起を備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項１４】
液体環境の液体内における第１の位置と、該液体内の第２の位置との間の垂直距離を測定する方法であって、
前記第１の位置にプローブを配置することと、
該プローブを前記第１の位置から前記第２の位置へと移動させるように前記プローブの比重を変化させることと、
前記プローブに搭載された位置決めシステムを使用して、前記第１の位置から前記第２の位置への前記プローブの移動を検出することと、
検出された前記移動に基づいて、前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記垂直距離を測定することと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記液体環境は、液体操作システムを備えている
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、
前記液体操作システムは、貯蔵タンクを備えている
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、
前記位置決めシステムは、加速度計を備えている
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
液体操作システムにおける液体内にプローブを位置決めする方法であって、
前記液体操作システムにおける前記液体内にプローブを配置することと、
第１の位置にて、前記プローブの初期速度を測定することと、
前記プローブの加速度を検出することと、
検出された前記加速度に基づいて、前記プローブの前記第１の位置に対する該プローブの第２の位置を測定することと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
前記液体操作システムは、配管システムを備えている
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、
前記液体操作システムは、貯蔵タンクを備えている
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の背景］
本発明は、一般的に、液中検出システムに関する。より具体的には、本発明は、液体環境における液体に関連するパラメータを検出するための液中プローブに関する。
【０００２】
地上液体所蔵タンクもしくは地中液体貯蔵タンクには、種々の液体が貯蔵される。例えば、燃料油もしくはガソリンなどの石油関連製品が、通常、このようなタンクに貯蔵される。これらのタンクに液体を貯蔵する、あらゆる産業における重大な懸念は、産業上の要求と安全上の要求とに対処するように、これらの液体を正確に制御して、貯蔵することである。この懸念は、燃料油もしくはガソリンなどの可燃性液体を貯蔵する産業に特に当てはまる。このため、これらの産業における液体監視の必要性に見合う、より効果的な検出方法が必要とされ続けている。
【０００３】
さらに、世界の海及び世界の淡水体における、物理的特性と生物学的特性と地質学的特性とを調査するために、より効果的な検出方法も必要とされ続けている。
［発明の概要］
本発明は、液体内に配置され、液体に関連するパラメータを表す出力を生成するプローブを含んでいる。液体内における第１の位置から液体内における第２の位置へとプローブが移動するように、プローブの比重を変化させる。プローブに搭載された位置決めシステムを使用して、プローブの移動を追跡する。
【０００４】
［詳細な説明］
図１は、液体貯蔵タンク１４の液体１２内に配置された、本発明に係る液中プローブ１０を示している。図１に示すように、プローブ１０は、液中ハウジング１６と、端部２０，２２を有する付加的でフレキシブルな伝送ライン１８とを含むフィールドデバイスである。液中ハウジング１６は、伝送ライン１８の端部２０と接続するとともに、液体１２に関連するパラメータを検出するための少なくとも１つのセンサを含む電子部品を収容している。液中ハウジング１６は、当該液中ハウジング１６内に収容された電子部品を保護するために、液体を浸透し難くされている。
【０００５】
伝送ライン１８の端部２２は、プロセス系統２４と接続されている。尚、プロセス系統２４は、制御室、もしくは他のフィールドデバイス、もしくは当該技術分野における、他のあらゆるプロセス制御要素もしくはプロセス制御システムであってもよい。伝送ライン１８は、例えば、プローブ１０とプロセス系統２４との間の通信回線を提供する機能、もしくはプローブ１０に電力を供給するための手段を提供する機能、もしくは液体１２からプローブ１０を回収するための機能、もしくはこれらの機能のあらゆる組み合わせなどの種々の機能を果たしてもよい。いくつかの実施形態では、伝送ライン１８は、（以下に詳細を示すように）プローブ１０に圧縮空気を供給して、プローブ１０の比重を変化させるための空気流路を含んでいる。
【０００６】
例えば、１つの実施形態において、伝送ライン１８は、プローブ１０に電力と通信回線とを提供するための２線プロセス制御ループもしくは４線プロセス制御ループなどのプロセス制御ループを含んでいる。適切なプロセス制御ループ規格としては、例えば、４−２０ｍＡ規格や、ＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコル、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス通信プロトコル、プロフィバス通信プロトコル、当該技術分野において周知の他の任意のプロセス制御ループ規格がある。
【０００７】
プローブ１０は、液体貯蔵タンク１４などの液体環境に配置されると、種々の機能を実行できる。プローブ１０は、液体環境に関連する条件を表す、１つの出力もしくは一連の出力を生成するように構成されている。いくつかの実施形態において、プローブ１０は、液体環境内の当該プローブ１０の移動を追跡し、センサデータを液体環境内の位置と整合させることができる。さらに、いくつかの実施形態では、プローブ１０は、例えば液体の深さなどのパラメータを検出するために、液体環境内の当該プローブ１０の位置を移動させることができる。
【０００８】
図２は、図１におけるプローブ１０をさらに詳しく図示しているブロック図である。図２に示すように、プローブ１０は、少なくとも１つのセンサ３０と、信号調整回路３２と、データ処理装置３４と、出力回路３６と、比重制御システム３８と、位置決めシステム４０とを含んでいる。センサ３０はそれぞれ、液体１２に関連するパラメータを測定し、検出（測定）したパラメータを表すセンサ信号を生成する。信号処理回路３２は、センサ信号を受信し、受信したセンサ信号をデータ処理装置３４で使用するために調整する。データ処理装置３４は、調整されたセンサ信号の関数として出力を生成する。そして、データ処理装置３４は、付加的な伝送ライン１８を介してプロセス系統２４に送信するために、出力回路３６に出力を送信してもよい。いくつかの実施形態では、出力回路３６は、プローブ１０とプロセス系統２４との間で情報を無線送信するための無線通信回路である。
【０００９】
また、データ処理装置３４は、比重制御システム３８と位置決めシステム４０と通信する。比重制御システム３８及び位置決めシステム４０は、双方とも、データ処理装置３８で使用するために信号を調整するための信号調整回路を含んでもよい。
【００１０】
比重制御システム３８は、データ処理装置３４と接続されており、プローブ１０の全体比重を制御し、液体１２におけるプローブ１０の位置を移動させるように全体比重を変化させることができる。比重制御システム３８としては、例えば、液体１２に放出及び／もしくは引き込み可能なバラストシステムや、内部の圧縮空気源もしくは外部の圧縮空気源に通じる膨張式チャンバー、液中ハウジング１６に離脱可能に取り付けられたバラスト錘の他、これらの組み合わせがある。いくつかの実施形態では、伝送ライン１８は、端部２０，２２を通じて、液中ハウジング１６に付随する少なくとも１つの膨張式チャンバーへの圧縮空気を供給する（もしくは取り込む）流路を含んでいる。１つの実施形態では、比重制御システム３８は、バラスト錘を含み、バラスト錘は、液中ハウジング１６に離脱可能に取り付けられるとともに、液中ハウジング１６につながれている。その結果、比重制御システム３８は、バラスト錘を離脱させて、プローブ１０の比重を減小させることができるとともに、テザーを介して、バラスト錘を回収できる。
【００１１】
位置決めシステム４０は、データ処理装置３４と接続しており、液体１２内におけるプローブ１０の位置を測定する。位置決めシステム４０は、比重制御システム３８（もしくは他のあらゆる要因）によって生じるプローブ１０の移動を検出し、移動に関連する情報をデータ処理装置３４に送信する。データ処理装置３４は、移動に関連する情報の関数として、液体１２内におけるプローブ１０の位置を算出する。位置決めシステム４０としては、例えば、直線加速度計、角加速度計、当該技術分野で周知の他の任意の慣性検出システム、ジャイロスコープ、全地球測位システム（ＧＰＳ）の他、これらの組み合わせがある。１つの例示的な実施形態では、位置決めシステム４０は、３軸直線加速度計を含んでおり、この３軸直線加速度計には、プローブ１０の回転運動もしくはねじれ運動に対抗する、もしくはプローブ１０の回転運動もしくはねじれ運動を補償する、安定した基準座標系が設けられている。安定した基準座標系を設けるための１つの方法は、液中ハウジング１６に対して加速度計を固定し、ジャイロスコープ測定値及び／もしくは角加速度測定値を使用して、安定した基準座標系を算出することである。
【００１２】
少なくとも１つのセンサ３０は、温度、圧力、流れ、比重、粘度、ｐＨ、伝導性、製品レベル、濁度、振動、位置、被分析物濃度、液体１２に関連する他の任意の化学特性もしくは物理特性を測定可能な任意の種類のセンサであってもよい。いくつかの実施形態では、プローブ１０は、複数のパラメータを検出するために複数のセンサ３０を含んでいる。データ処理装置３４は、少なくとも１つのセンサ３０から受信したセンサデータと位置決めシステム４０から受信した位置決め情報とを適合させて、センサデータが生成された位置を特定することができる。
【００１３】
図３，４は、液体貯蔵タンク１４において、液面４２と底部４４とに対する液体１２の深さを測定するために、プローブ１０を使用するための２つの異なる方法を図示している。双方の実施形態において、プローブ１０における位置決めシステム４０は、垂直方向における（つまり、図３，４におけるｚ軸の方向における）加速度を検出可能な加速度計を含んでいる。図３では、プローブ１０が液面４２から底部４４へと移動するときに液体１２の深さが測定される一方、図４では、プローブ１０が底部４４から液面４２へと移動するときに液体１２の深さが測定される。
【００１４】
図３に示すように、プローブ１０は、液面４２の初期位置Ａに配置されることで、プローブ１０は、垂直方向における既知の初期速度を有している。多くの実施形態では、この段階は、プローブ１０を液面４２に位置決めすることを含んでおり、プローブ１０は、垂直方向において毎秒約０メートル（ｍ／ｓ）の初期速度を有している。０ｍ／ｓという初期速度は、例えば、伝送ライン１８を使用してプローブ１０を液面４２に吊す、もしくはプローブ１０が液体１２に浮かぶように、プローブ１０の比重を制御することによって達成可能である。
【００１５】
プローブ１０が液面４２で既知の初期速度を有した時点で、プローブ１０は、底部４４に向かう下降を生じる（もしくは下降可能になる）。位置Ａに配置されたときにプローブ１０の比重が液体１２の比重よりも小さい場合には、比重制御システム３８を使用してプローブ１０の比重を増大させていき、プローブ１０が液体１２よりも比重が大きくなると、負の浮力が生じる。さらに、プローブ１０を液面位置Ａに配置するように伝送ライン１８が引っ張られていた場合には、この引っ張りが緩和される。プローブ１０の下降中に、位置決めシステム４０は、定められた時間ｔにおけるプローブ１０の瞬間加速度を測定し、測定した瞬間加速度をデータ処理装置３４に送信する。データ処理装置３４は、加速度の関数として、位置Ａに対する時間ｔにおけるプローブ１０の位置を算出する。プローブ１０が底部４４の位置Ｂにて静止すると、データ処理装置３４は、プローブ１０が垂直方向における移動を停止したと判定する。そして、データ処理装置３４は、位置Ａに対する位置Ｂを算出し、位置Ａと位置Ｂとの間の垂直距離（もしくは深さ）を測定する。
【００１６】
図４では、液体１２の垂直深さを測定する方法が、実質的に、図３の方法と逆に実行される。プローブ１０は、底部４４上の初期位置Ａに配置される。尚、プローブ１０の比重を、液体１２の比重よりも大きくするように制御することで、プローブ１０が底部４４上の初期位置Ａに配置される。プローブ１０が底部４４に衝突し、位置Ａに静止すると、垂直方向における初期速度が０ｍ／ｓとなることが分かっている。そして、比重システム３８がプローブ１０の比重を減小させていき、液体１２よりもプローブ１０の比重が小さくなると、正の浮力が生じる。プローブ１０の液面４２への上昇時に、位置決めシステム４０は、定められた時間ｔにおけるプローブ１０の瞬間加速度を測定し、測定した加速度をデータ処理装置３４に送信する。データ処理装置３４は、加速度の関数として、時間ｔでの（位置Ａに対する）プローブ１０の位置を算出する。プローブ１０が液面４２の位置Ｂに到達し、垂直方向における移動を停止すると、データ処理装置３４は、位置Ａに対する位置Ｂを算出し、位置Ａと位置Ｂとの間の垂直距離を測定する。
【００１７】
いくつかの実施形態では、データ処理装置３４は、位置決めシステム４０からの瞬間加速度データの受信時に、プローブ１０の位置を連続的に算出してもよい。一方、別のいくつかの実施形態では、データ処理装置３４は、プローブ１０の位置及び／もしくは液体１２の深さをその後に算出するために、瞬間加速度情報を記憶してもよい。いくつかの実施形態では、データ処理装置３４は、体積アルゴリズムを実行して、液体貯蔵タンク１４に貯蔵された液体１２の体積を計算することができる。体積アルゴリズムは、液体１２の垂直深さと、液体貯蔵タンク１４に関連する寸法情報との関数として、タンク１４に貯蔵された液体１２の体積を算出する。
【００１８】
図５Ａは、液体１２と、液体５０と、気泡５２と、堆積物５４とを収容している液体貯蔵タンク１４を示している。気泡５２は、液体１２の液面４２を覆っており、堆積物５４は、液体貯蔵タンク１４の底部４４を覆っている。液体１２，５０は、異なる比重を有しており、液体５０は、液体１２よりも大きな比重を有している。図５Ａに示すように、液体１２，５０は、混合しておらず、界面５６によって互いに分離した２つの層を形成している。
【００１９】
液面４２に配置された浮きを使用する、従来の深さ測定方法では、液体１２，５０の個々の深さを測定できない上、堆積物５４分を補償することができない可能性もある。さらに、液面４２の上方に配置された複数の超音波センサを使用する、従来の深さ測定方法では、気泡５０及び／もしくは堆積物５４の存在によって、信頼できる結果がもたらされない可能性がある。
【００２０】
しかしながら、図５Ａに示すように、図３，４に示す方法を適用することで、液体１２，５０の個々の深さを測定するのにプローブ１０を使用することができる。液体１２，５０の比重が分かっている場合、プローブ１０を液体貯蔵タンク１４内に配置し、プローブ１０の初期比重を液体１２，５０の比重よりも大きくすることで、堆積物５４の表面５８に到達するまでプローブ１０を沈下させることができる。そして、プローブ１０の比重を減小させていき、プローブ１０が、液体５０よりも比重が小さく、液体１２よりも比重が大きいと、プローブ５０は、界面５６へと上昇する。図３，４に対する上述の方法を使用することで、データ処理装置３４は、堆積物５８から界面５６への上昇中に位置決めシステム４０によって収集された情報の関数として、液体５０の深さを算出する。界面５６で静止するようになった後、プローブ１０の比重を再度減小させていき、液体１２よりもプローブ１０の比重が小さくなると、プローブ１０は、液面４２へと上昇し、プローブ１０によって、液体１２の深さを算出可能となる。
【００２１】
液体１２，５０の比重が不明、もしくは界面５６の数が不明である状況では、存在している界面５６の数と、界面５６によって分離されている各液体の層の深さとを測定するのにプローブ１０を使用することができる。例えば、プローブ１０を液体貯蔵タンク１４内に配置して、プローブ１０に（ａ）当該プローブ１０を貯蔵タンク１４の底部に配置するように非常に大きな初期比重を持たせるか、もしくは（ｂ）当該プローブ１０を液面４２に配置するようにプローブ１０に非常に小さな初期比重を持たせることができる。これら（ａ），（ｂ）の比重方法のいずれを用いるかに応じて、位置決めシステム４０がプローブ１０の垂直移動を検出するまで、プローブ１０の比重は、次第に増大もしくは減小される。プローブ１０の全ての垂直移動が停止した（プローブ１０が界面５６に到達したことを示している）と位置決めシステム４０が一旦判定すると、上昇もしくは下降を再開するように、プローブ１０の比重が再度次第に変化される。この処理は、プローブ１０が液面４２もしくは貯蔵タンク１４の底部に位置していると判定するのに十分な比重にプローブ１０が到達するまで繰り返される。
【００２２】
いくつかの実施形態では、堆積物５４の厚さを算出するのにプローブ１０を使用してもよい。図５Ｂは、底部検出突起５９を具備したプローブ１０を示している。図５Ｂに示すように、突起５９は、短剣状の形状を有しており、堆積物５４を貫通して、底部４４に当接する。突起５９を具備するプローブ１０は、垂直方向における堆積物５４の厚みを算出するのに使用可能である。例えば、まず、突起５９を具備せずにプローブ１０を液体１２に配置して、プローブ１０を沈下させ、プローブ１０を堆積物５４の表面５８と接触させることができる。そして、プローブ１０を液体１２から取り出して、プローブ１０に突起５９を具備させ、プローブ１０を液体１２内に沈下させることができる。そして、突起５９が堆積物５４を貫通し、底部４４に当接する。位置決めシステム４０によって生成されるデータは、突起５９を具備したときと具備していないときとの双方におけるプローブ１０の静止位置を測定するのに使用でき、堆積物５４の厚みを測定するために、表面５８と底部４４との間の垂直距離を算出できる。
【００２３】
図５Ｂでは、短剣状の形状を有しているものが示されているものの、底部検出突起５９は、堆積物５４の表面５８を貫通可能なあらゆる形状であってもよい。いくつかの実施形態では、底部検出突起５９の長さは、垂直方向に調整可能であり、厚みが変化する堆積物５４における複数の層を貫通するのが容易となっている。
【００２４】
図６は、流れベクトル６４の方向に流れている液体１２を収容している配管システム６２内に配置された、本発明に係る液中プローブ６０を示している。図５Ａでは、プローブ６０の液中ハウジング１６は、弾丸形状であり、配管システム６２を通るプローブ６０の移動が容易となっている。液中ハウジング１６内に収納された電子部品は、概して、図２の電子部品と同様であるものの、いくつかの実施形態では、プローブ６０は、比重制御システム３８もしくは少なくとも１つのセンサ３０を含んでいなくてもよい。
【００２５】
プローブ６０の位置決めシステム４０は、３次元におけるプローブ６０の加速度を検出可能な３軸加速度計を含んでおり、３軸加速度計によって、プローブ６０は、配管システム６２を通る３次元移動を追跡できる。この移動情報は、無線通信回路形態の図２における出力回路３６を介してプロセス系統２４に送信されてもよい。または、移動情報は、例えば、ユーザが配管システム６２の出口でプローブ６０を回収した後などの、その後のアクセスのために、プローブ６０内に格納されたメモリに記憶されてもよい。移動情報は、例えば、配管システム６２内の液体１２の流量特性を測定して、配管システム１２内に妨害物が存在していることを確認するために使用されてもよい。プローブ６０と共に使用するための配管システム６２としては、例えば、下水管システムや、配水システム、石油パイプラインがある。
【００２６】
また、本発明に係る液中プローブは、世界の海及び世界の淡水体における、物理的特性と生物学的特性と地質学的特性とを調査するために、海、湖、あるいは川に配置されてもよい。例えば、プローブ１０は、３軸加速度計を具備されているときには、海に配置されることで、世界の海に存在する寒流及び暖流に関連するパラメータを調査することが可能である。このような状況では、プローブ１０は、少なくとも１つのセンサ３０を使用して、周囲の水の温度を監視し、比重制御システム３８を使用して、特定の温度を有する水、もしくは温水と冷水との間に位置する界面に対して、プローブ１０の位置を維持する。
【００２７】
本発明に係る液中プローブによって行われる、あらゆる測定、もしくはあらゆる比重制御、もしくはあらゆる他の動作は、自動的に、もしくはユーザ起動によって生じ得る。さらに、本発明に係る位置計算は、位置決めシステム４０が瞬間加速度（もしくは他の少なくとも１つの移動パラメータ）を測定しているときに、データ処理装置３４によって実時間で実行され得る。または、加速度データは、データ処理装置３４もしくはプロセス系統２４による計算のために、記憶され、その後にアクセスされてもよい。
【００２８】
ここで使用されているように、“データ処理装置”という用語は、フィールドデバイス１０の動作を制御する論理機能もしくは計数機能を実行する、もしくはセンサ信号の状態の関数として出力を生成する指令もしくは必要なステップを実行することが可能なあらゆる回路、もしくは回路の組み合わせを含んでいる。データ処理装置３４としては、例えば、マイクロプロセッサや、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル・ゲート・アレイ（ＰＧＡ）、縮小命令セット・コンピュータ、当該技術分野において周知な、別の適した任意の計算手段がある。１つの実施形態では、データ処理装置３４は、付随メモリを有するマイクロプロセッサである。
【００２９】
いくつかの実施形態では、本発明に係る液中プローブは、非棒状コーティング（例えば、テフロン（登録商標）など）で被覆されて、異物が液中ハウジング１６上に堆積するのを抑制している。いくつかの実施形態では、液中ハウジング１６は、プローブ１０が転がることができるように球状となっている。プローブ１０が転がる能力は、配管システム６２もしくは不規則な形状の液体貯蔵タンク１４を含んでいる用途に有用となり得る。例えば、不規則な形状の液体貯蔵タンク１４内における液体１２の深さを測定するときに、プローブ１０は、転がる能力によって、プローブ１０自体を液体貯蔵タンク１４の最下部（つまり、“本当の”底部）に位置させ得る。
【００３０】
図７は、伝送ライン１８の１つの実施形態を具備した、図１における液中プローブ１０を示している。図７に示すように、伝送ライン１８は、保護シース７０と、配線７２Ａ，７２Ｂと、空気流路７４とを含んでいる。保護シース７０は、コネクタ７６を介して、端部２０がハウジング１６と接続し、配線７２Ａ，７２Ｂと空気流路７４とを収容している。配線７２Ａ，７２Ｂは、保護シース７０の長さにわたっており、プローブ１０をプロセス系統２４と接続している。いくつかの実施形態では、配線７２Ａ，７２Ｂは、２線プロセス制御ループを備えている。また、空気流路７４は、保護シース７０の長さにわたっており、図２における比重制御システム３８を外部の空気源と接続している。いくつかの実施形態では、図１におけるプロセス系統２４は、プローブ１０の比重を変化させるために、外部の空気源を含んでいる。１つの実施形態では、保護シース７０は、外部の空気源から図２における比重制御システム３８に直接空気を供給するように構成され、空気流路７４が不要になっている。
【００３１】
供給された空気は、プローブ１０の内部もしくはプローブ１０の外部の一方に位置する液体を移動させて、プローブ１０の比重を変化させるのに使用できる。いくつかの実施形態では、ハウジング１６もしくは伝送ライン１８における膨張可能な部分を膨張させることで、外部の液体を移動させる。１つの実施形態では、プローブ１０の比重を変化させるために供給された空気によって、プローブ１０の内部バラストシステム内に格納された液体を移動させる。
【００３２】
図８は、膨張式浮き袋８０を含む比重制御システム３８の１つの実施形態を具備した、図７の液中プローブ１０における（空気流路７４が具備されていない）伝送ライン１８の断面図を示している。図８に示すように、膨張式浮き袋８０は、シース７０の膨張可能な部分を備えている。尚、シース７０の膨張可能な部分は、シース７０を介して外部の空気源から供給される空気によって膨張されて、プローブ１０の比重を制御することができる。破線は、膨張後における膨張式浮き袋８０の膨張状態を図示している。図８の実施形態では、ハウジング１６は、伝送ライン１８の端部２０とハウジング１６とを接続するコネクタ７６上のネジ山と係合するネジ環８２を含んでいる。コネクタ７６は、配線７２Ａ，７２Ｂが通るシール８４を含んでいる。いくつかの実施形態において、伝送ライン１８は、スナップ式のコネクタからなるコネクタ７６を介して、ハウジング１６に固定される。
【００３３】
いくつかの実施形態では、膨張式浮き袋７０は、伝送ライン１８に代えて、ハウジング１６に含まれている。例えば、いくつかの実施形態では、膨張式浮き袋７０は、ハウジング１６における膨張可能な部分を備えている。
【００３４】
図９Ａ−９Ｃ及び図１０Ａ−１０Ｄは、プローブ１０の比重を制御するためにバラスト錘を離脱するためのバラストシステムの２つの実施形態を図示している。当該技術分野で周知の他のあらゆるバラストシステムもプローブ１０の比重制御システム３８に含むことができる。
【００３５】
図９Ａ−９Ｃは、離脱可能な錘９０を含む比重制御システム３８の１つの実施形態を示している。尚、図９Ａは、離脱可能な錘９０の上面図を示し、図９Ｂは、図９Ａにおける線分９Ｂに沿った側断面図を示し、図９Ｃは、プローブ１０のハウジング１６に搭載された離脱可能な錘９０の切断図を示している。錘９０は、雌型係合面９２と、取り付け凹部９４と、テザー取り付け部９６と、テザー９８とを含んでいる。図９Ｃに示すように、少なくとも１つの取り付け凹部９４が、ハウジング１６からの少なくとも１つの引き込み式取り付けピン１００を受け入れることができるように、雌型係合面９２内にハウジング１６を配置することで、錘９０をハウジング１６に固定できる。その後、少なくとも１つの取り付けピン１００を引き込ませることによって、錘９０をハウジング１６から離脱させることができる。いくつかの実施形態では、複数の錘９０をハウジング１６に固定してもよい。
【００３６】
離脱後、錘９０は、テザー９８を介して回収可能である。テザー９８は、図９Ｃに示すように、第１端部１０２が、テザー取り付け部９６を介して錘９０に取り付けられ、第２端部１０４が、ハウジング１６に取り付けられている。第１端部１０２は、当該技術分野で周知のあらゆる取り付け手段もしくはあらゆる締め付け手段を使用して、錘９０のあらゆる適切な部分に取り付け可能である。第２端部１０４は、当該技術分野で周知のあらゆる取り付け手段もしくはあらゆる締め付け手段を使用して、ハウジング１６もしくは伝送ライン１８もしくは他のあらゆる構造におけるあらゆる適切な部分に取り付け可能である。
【００３７】
図１０Ａ−１０Ｄは、入れ子式錘１１０，１１２を含む、図２における比重制御システム３８の１つの実施形態を示している。尚、図１０Ａは、錘１１０，１１２の上面図を示し、図１０Ｂは、線分１０Ｂ1，１０Ｂ2に沿った、錘１１０，１１２の側断面図を示し、図１０Ｃは、ハウジング１６に固定された錘１１０，１１２の切断図を示し、図１０Ｄは、ハウジング１６から離脱されているところである錘１１２を示している。図９Ａ−９Ｃにおける錘９０と同様に、入れ子式錘１１０，１１２は、プローブ１０のハウジング１６からの引き込み式の複数のピン１００を受け入れるための取り付け凹部９４を含んでいる。そして、錘１１０は、ハウジング１６を受け入れるための雌型取り付け係合面１１２を含んでいる。錘１１０は、雄型面１１４を含み、雄型面１１４は、錘１１２の雌型面１１６と係合するように寸法が設定され、図１０Ｃに示すように、錘１１０，１１２をプローブ１０のハウジング１６の周りにはめ込めるようにしている。
【００３８】
入れ子式錘１１０，１１２は、ハウジング１６における少なくとも１つの引き込み式ピン１００によって固定可能である。図１０Ｄに示すように、少なくとも１つの引き込み式ピン１００は、錘１１２を離脱させるために、ある程度引き込み可能である。錘１１０を離脱させるためには、少なくとも１つの引き込み式ピン１００を完全に引き込ませる。図１０Ａ−１０Ｄにおけるバラストシステムは、例えば、図５Ａに示された用途のような、複数層の液体の用途において、各液体の深さもしくは体積を測定するのに使用することができる。
【００３９】
したがって、上述したように、本発明に係る液中プローブは、液体環境に関連するパラメータを測定するための効果的な手段を提供する。液中プローブは、液体環境内におけるプローブの位置を移動させるようにプローブの比重を変化させるための比重システムを含んでもよい。さらに、液中プローブは、液体環境内におけるプローブの位置を追跡するための位置決めシステムを含んでいてもよい。
【００４０】
本発明は、好ましい実施形態を参照しながら説明されているが、当業者は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、形態の変更及び詳細な変更が可能であることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】液体貯蔵タンクにおける液体内に配置された、本発明に係る液中プローブを示している。
【図２】図１における液中プローブのブロック図である。
【図３】図１におけるプローブを使用して液体の深さを測定するための本発明に係る１つの方法を図示している。
【図４】図１におけるプローブを使用して液体の深さを測定するための本発明に係る別の方法を図示している。
【図５Ａ】図１におけるプローブを使用して複数の液体の層の深さを測定するための本発明に係る方法を図示している。
【図５Ｂ】堆積物を貫通する底部検出突起を具備した本発明に係る液中プローブを示している。
【図６】配管システム内に配置された本発明に係る液中プローブを示している。
【図７】伝送ラインを含んでいる、図１における液中プローブの１つの実施形態である。
【図８】膨張式浮き袋を含んでいる、図７における液中プローブの１つの実施形態である。
【図９Ａ】図１における液中プローブの１つの実施形態と共に使用するための離脱可能な錘の上面図である。
【図９Ｂ】図９Ａにおける線分９Ｂに沿った、図９Ａにおける離脱可能な錘の側断面図である。
【図９Ｃ】図１における液中プローブの１つの実施形態に固定された、図９Ａ，９Ｂにおける離脱可能な錘の切断図である。
【図１０Ａ】図１における液中プローブの１つの実施形態と共に使用するための２つの離脱可能な錘の上面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａにおける線分１０Ｂ1，１０Ｂ2に沿った、図１０Ａにおける離脱可能な錘の側断面図である。
【図１０Ｃ】図１における液中プローブの１つの実施形態に固定された、図１０Ａにおける離脱可能な錘の切断図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｃにおける液中プローブから離脱されているところである、図１０Ｃにおける錘の１つを示している。
【図１】
2008547000.tif 000003
【図２】
2008547000.tif 000004
【図３】
2008547000.tif 000005
【図４】
2008547000.tif 000006
【図５Ａ】
2008547000.tif 000007
【図５Ｂ】
2008547000.tif 000008
【図６】
2008547000.tif 000009
【図７】
2008547000.tif 000010
【図８】
2008547000.tif 000011
【図９Ａ】
2008547000.tif 000012
【図９Ｂ】
2008547000.tif 000013
【図９Ｃ】
2008547000.tif 000014
【図１０Ａ】
2008547000.tif 000015
【図１０Ｂ】
2008547000.tif 000016
【図１０Ｃ】
2008547000.tif 000017
【図１０Ｄ】
2008547000.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月14日(2008.2.14)
【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】
液体内に配置され、該液体に関連するパラメータを表す出力を生成するためのプローブであって、
液中ハウジングと、
該液中ハウジングに搭載され、前記パラメータを検出し、該パラメータを表すセンサ信号を生成するセンサと、
前記液中ハウジングに搭載され、前記プローブが前記液体内に配置されているときに、前記プローブの比重を変化させるための比重制御システムと、
前記センサと通信し、前記センサ信号の関数として出力を生成するデータ処理装置と、
該データ処理装置と通信する出力回路と、
フレキシブルな伝送ラインであって、第１の端部と第２の端部とを有し、該第１の端部は、前記液中ハウジングと接続されて、前記出力回路と通信し、前記第２の端部は、離れたプロセス系統と接続するためのものである、フレキシブルな伝送ラインと
を備えていることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブであって、
前記比重制御システムは、バラストシステムを備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項３】
請求項２に記載のプローブであって、
前記バラストシステムは、前記液中ハウジングに搭載された、離脱可能な錘を備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項４】
請求項３に記載のプローブであって、
前記錘は、テザーにおける第１の端部に取り付けられ、前記液中ハウジングは、前記テザーにおける第２の端部に取り付けられている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項５】
請求項１に記載のプローブであって、
前記比重制御システムは、膨張式浮き袋を備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項６】
請求項５に記載のプローブであって、
前記膨張式浮き袋に圧縮空気源が接続されている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項７】
請求項６に記載のプローブであって、
前記フレキシブルな伝送ラインは、前記伝送ラインにおける前記第１の端部から前記膨張式浮き袋に圧縮空気を供給する空気流路を含んでいる
ことを特徴とするプローブ。
【請求項８】
請求項１に記載のプローブであって、
前記フレキシブルな伝送ラインは、プロセス制御ループの一部である
ことを特徴とするプローブ。
【請求項９】
請求項１に記載のプローブであって、
複数のパラメータを検出するために、複数のセンサが前記液中ハウジングに搭載されている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項１０】
請求項１に記載のプローブであって、
前記液中ハウジングは、球状である
ことを特徴とするプローブ。
【請求項１１】
請求項１に記載のプローブであって、さらに、
前記データ処理装置と通信する位置決めシステムを備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプローブであって、
前記位置決めシステムは、加速度計を備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項１３】
請求項１に記載のプローブであって、さらに、
前記液体の底部に位置する堆積物を貫通するための底部検出突起を備えている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項１４】
液体環境の液体内における第１の位置と、該液体内の第２の位置との間の垂直距離を測定する方法であって、
前記第１の位置にプローブを配置することと、
該プローブが前記液体内に配置されているときに、該プローブを前記第１の位置から前記第２の位置へと移動させるように前記プローブの比重を変化させることと、
前記プローブに搭載された位置決めシステムを使用して、前記第１の位置から前記第２の位置への前記プローブの移動を検出することと、
検出された前記移動に基づいて、前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記垂直距離を測定することと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記液体環境は、液体操作システムを備えている
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、
前記液体操作システムは、貯蔵タンクを備えている
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、
前記位置決めシステムは、加速度計を備えている
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
液体操作システムにおける液体内にプローブを位置決めする方法であって、
前記液体操作システムにおける前記液体内にプローブを配置することと、
第１の位置にて、前記プローブの初期速度を測定することと、
前記プローブの加速度を検出することと、
検出された前記加速度に基づいて、前記プローブの前記第１の位置に対する該プローブの第２の位置を測定することと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
前記液体操作システムは、配管システムを備えている
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、
前記液体操作システムは、貯蔵タンクを備えている
ことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2008547000.tif 000019