(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原位置圧力センサのバイアス特定装置であって、
測定圧力センサと、
基準圧力センサと、
電子制御可能な圧力調整装置と、
周囲アクセスポートを有する流体管ネットワークと、
を備え、
前記測定圧力センサは、前記基準圧力センサよりも広い動作圧力範囲を有し、
前記測定圧力センサ、前記基準圧力センサおよび前記圧力調整装置は、前記周囲アクセスポートにおいてのみ開放している空間を規定するように、前記流体管ネットワークに密閉態様で連結され、
周囲遮断装置が、前記測定圧力センサ、前記基準圧力センサおよび前記圧力調整装置から、周囲圧力を選択的に遮断し、それにより開放している前記空間を閉鎖するように構成されている、
ことを特徴とするバイアス特定装置。
【請求項２】
前記流体管ネットワークが、前記測定圧力センサおよび前記基準圧力センサに密閉態様で連結されたマニホールド部分を含んでいることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記マニホールド部分が、前記周囲アクセスポートと前記圧力調整装置との間に延設されていることを特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記流体管ネットワークが測定分岐部を含み、前記流体管ネットワークの前記マニホールド部分が、前記測定分岐部を介して前記測定圧力センサと流体連通していることを特徴とする、請求項２または３記載の装置。
【請求項５】
前記流体管ネットワークが較正分岐部を含み、前記流体管ネットワークの前記マニホールド部分が、前記較正分岐部を介して前記基準圧力センサと流体連通可能であることを特徴とする、請求項２から４いずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記測定圧力センサおよび前記圧力調整装置から、前記基準圧力センサを選択的に遮断するように構成された、基準センサ遮断装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１から５いずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記基準センサ遮断装置および前記周囲遮断装置に動作的に接続された、コントローラをさらに含むことを特徴とする、請求項１から６いずれか１項記載の装置。
【請求項８】
前記測定圧力センサ、前記基準圧力センサおよび前記圧力調整装置に動作的に接続された、コントローラをさらに含むことを特徴とする、請求項１から６いずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記コントローラは、前記基準圧力センサと前記圧力調整装置との間の流体連通を許可する前に、前記流体管ネットワークから前記周囲アクセスポートを遮断するように構成された、動作シーケンス論理回路を含むことを特徴とする、請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記動作シーケンス論理回路は、前記流体管ネットワークから前記周囲アクセスポートを遮断した後、かつ前記基準圧力センサと前記圧力調整装置との間の流体連通を許可する前に、前記圧力調整装置を作動させるように構成されていることを特徴とする、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記圧力調整装置は、前記流体管ネットワーク内の圧力を、前記基準圧力センサの動作圧力範囲内の圧力まで、選択的に減少させるように構成されていることを特徴とする、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記圧力調整装置は、単調かつ一貫した態様で前記圧力を減少させるように構成されていることを特徴とする、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記圧力調整装置が前記流体管ネットワーク内の前記圧力を減少させた後に、前記基準圧力センサと前記圧力調整装置との間の流体連通を許可するように構成されていることを特徴とする、請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
前記コントローラは、前記測定圧力センサから第１の圧力測定値を取得し、前記基準圧力センサから第２の圧力測定値を取得するように構成されていることを特徴とする、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記コントローラは、前記第１の圧力測定値および前記第２の圧力測定値を用いて、前記測定圧力センサに関する圧力測定バイアス値を特定するように構成されていることを特徴とする、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記圧力調整装置に動作的に接続され、かつ前記コントローラに動作的に接続されたモータ制御ユニットを、さらに含むことを特徴とする請求項１から１５いずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
前記測定圧力センサと、前記基準圧力センサとが、互いに異なる圧力検知技術を採用していることを特徴とする、請求項１から１６いずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
前記測定圧力センサと、前記基準圧力センサとが、いずれも共振型の圧力センサであることを特徴とする、請求項１から１６いずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
前記測定圧力センサが水晶共振型のセンサであることを特徴とする、請求項１から１８いずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
前記基準圧力センサがシリコン共振型のセンサであることを特徴とする、請求項１から１９いずれか１項記載の装置。
【請求項２１】
海中センサノード装置であって、
ハウジングと、
請求項１から２０いずれか１項記載の原位置圧力センサのバイアス特定装置と、
を備え、
前記原位置圧力センサのバイアス特定装置が前記ハウジングの内部に配されていることを特徴とする、海中センサノード装置。
【請求項２２】
前記周囲アクセスポートが、前記ハウジングの内部チャンバと、前記ハウジングの外部の周囲環境との間に配されていることを特徴とする、請求項２１記載の海中センサノード装置。
【請求項２３】
圧力検知装置のバイアスを特定する方法であって、
周囲遮断装置を有する流体管ネットワークを提供する工程と、
前記流体管ネットワークに密閉態様で連結された基準圧力センサを提供する工程であって、前記基準圧力センサは、前記流体管ネットワークに選択的に流体接続可能なものである工程と、
前記流体管ネットワークに密閉態様で連結された測定圧力センサを提供する工程と、
前記流体管ネットワークに密閉態様で連結された電子制御可能な圧力調整装置を提供する工程と、
前記測定圧力センサ、前記基準圧力センサおよび前記圧力調整装置から、周囲圧力を選択的に遮断し、それにより開放空間を閉鎖する工程であって、前記開放空間は、前記流体管ネットワークに密閉態様で連結された、前記測定圧力センサ、前記基準圧力センサおよび前記圧力調整装置により規定される空間であって、閉鎖前においては、周囲アクセスポートにおいてのみ開放している空間である工程と、
前記圧力調整装置を作動させて、閉鎖された前記空間内における圧力を減少させる工程と、
前記基準圧力センサを、前記流体管ネットワークに接続する工程と、
前記測定圧力センサのバイアスを測定する工程と、
を含み、
前記測定圧力センサは、前記基準圧力センサよりも広い動作圧力範囲を有する、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原位置圧力センサのバイアス特定装置であって、たとえば測定圧力センサのバイアスを特定するタイプの、バイアス特定装置に関するものである。本発明はまた、センサノード装置であって、たとえば海中環境に設置可能であって測定圧力センサを含み該測定圧力センサのバイアスを特定するタイプの、センサノード装置にも関するものである。本発明はさらに、圧力検知装置のバイアスを測定する方法であって、たとえば基準圧力センサを用いて圧力センサのバイアスを測定するタイプの、バイアスを測定する方法にも関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海中環境では、近くの位置に対する相対深さの測定につき、多くの応用事例が存在し、たとえば、プラットフォームの水準測量、海底沈下のモニタリング、および、マグマ流動中、断層活動中ならびに地殻プレートの移動中における海底の垂直位置変化のモニタリングのための応用事例が挙げられる。
【０００３】
たとえば海洋における石油またはガスの採取のような、海洋探査の分野においては、貯留層が枯渇していく際の海底の変形および沈下を評価するために、海底の地盤沈下をモニタリングすることが知られている。何年にも亘って海底の深さを数回繰返し測定することにより、炭化水素を含む貯留層の構造変化を観測することができ、炭化水素の採取の結果としての貯留層の変形を特定することができる。そのような探査は、現行、独立して動作する複数の海中センサ記録ノードからなる大きなアレイを、海底に敷設することにより行われている。
【０００４】
１つの既知の敷設例では、水上艦から操作される遠隔作業機（ＲＯＶ）により、通常は１回あたり１００ノード程度のオーダーで、複数のセンサノードが海底に配置される。典型的には、複数のセンサノードは、二次元アレイまたは「パッチ」状に配置される。センサノードのアレイが敷設されると、各ノードは、それぞれの圧力センサを用いて個別に深さをモニタリングする。ここで、かかる圧力センサについては、圧力測定を背景ノイズから分離するために異なる技術のセンサが組み合わされて使われることも多いが、水晶共振型の圧力センサを包含する態様が知られている。
【０００５】
しかしながら、水晶共振型の圧力センサは、センサの振動子の質量を時間と共に減少させる水晶振動子の経年劣化（「ガス抜け（ｏｕｔｇａｓｓｉｎｇ）」と呼ばれることもある）の結果としてもたらされる、ドリフトに悩まされることが知られている。別の原因として、センサ内におけるいわゆる連結接合部の「クリープ」も挙げられる。他の技術タイプのセンサも、似たような問題に悩まされる。炭化水素の貯留層は、典型的には年に１から２ｃｍの割合で沈下する一方、最高品質の圧力センサを用いて行われる深さ測定のドリフトは、年に１から１０ｃｍの割合であり、これは海底高さの実変化として誤って認識され得る。したがって、精確な深さ測定すなわち精確な貯留層変形の測定を担保するために、圧力センサにより行われる測定のドリフトを定期的に補償することへの需要があることが理解される。
【０００６】
原位置圧力センサの較正は、安定したまたは測定容易な基準を必要とする。この点に関し、非特許文献１は、周囲の海水圧を記録する一対の水晶圧力ゲージであって、ピストン型のゲージ構成機構に周期的に接続される一対の水晶圧力ゲージを提案している。このピストン型のゲージ構成機構は、分銅式圧力動作原理に基づいている。しかしながら、非特許文献１に記載されている装置は、機械的に複雑であり、かつ寿命が限られている。さらに、非特許文献１に記載されている装置は、動作の信頼性が低く、敷設先の海水深さに合わせて特別に設計されなくてはならない。
【０００７】
ある別の原位置海底圧力較正技術は、日本計量標準総合センター（ＡＩＳＴ）により開発され、Ｐａｒｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社により発行された非特許文献２に説明されている。このいわゆる「Ａ−０−Ａ」技術は、測定システムのハウジング内部において、海洋圧（Ａ）から周囲圧（０）へのベントを行う工程を含む。この点に関連して、海洋圧を水晶圧力センサに伝達するケーシングライン、圧力反転音響測深器（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｉｎｖｅｒｔｅｄ  Ｅｃｈｏ  Ｓｏｕｎｄｅｒ；ＰＩＥＳ）、または海底地震計（Ｏｃｅａｎ  Ｂｏｔｔｏｍ  Ｓｅｉｓｍｏｍｅｔｅｒ；ＯＢＳ）の内部の切替バルブが、海水圧（Ａ）に対して周期的に閉じられ、代わりに、内部の１バールの絶対圧力（０）にベントされる。絶対内部圧力（０）における基準較正点が、測定システムのハウジング内部に配されたバロメータを用いて測定され、海洋深さ（Ａ）におけるドリフトを補償するために用いられる。基準較正点（０）において計算されるセンサのバイアス値は、海洋圧の読取結果（Ａ）を調整するために補間される。
【０００８】
しかしながら、上記の測定システムは、オイルで充填される流体管を採用しており、オイルは、該オイルの貯留部から、いっぱいになるまで注ぎ足される。ハウジングの内部雰囲気に測定システムがベントされる度に、いくらかの量のオイルとおそらくは海水とが、時間の経過と共にハウジング内に漏れる。オイルの浸入、およびとりわけ海水の浸入は、ノード内の繊細かつ高精度の装置に、有害な影響を与え得ることが理解されよう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｓａｓａｇａｗａ他、「Ａ  Ｓｅｌｆ−Ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｒｅｃｏｒｄｅｒ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  Ｓｅａｆｌｏｏｒ  Ｈｅｉｇｈｔ  Ｃｈａｎｇｅ（海底高さの変化を検出するための自己較正型圧力記録装置）」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｃｅａｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、２０１３年７月、第３８巻、第４４７−４５４頁
【非特許文献２】Ｐａｒｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社発行Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｎｏｔｅｓ（文書番号Ｇ８０９７  Ｒｅｖ．８およびＧ８０９９  Ｒｅｖ．ＮＣ）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、原位置圧力センサのバイアス特定装置が提供され、その原位置圧力センサのバイアス特定装置は：測定圧力センサと；基準圧力センサと；電子制御可能な圧力調整装置と；周囲アクセスポートを有する流体管ネットワークとを備え；上記の測定圧力センサは、基準圧力センサよりも広い動作圧力範囲を有し；上記の測定圧力センサ、基準圧力センサおよび圧力調整装置は、上記の周囲アクセスポートにおいてのみ開放している空間を規定するように、上記の流体管ネットワークに密閉態様で連結され；周囲遮断装置が、測定圧力センサ、基準圧力センサおよび圧力調整装置から、周囲圧力を選択的に遮断し、それにより開放している上記の空間を閉鎖するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
流体管ネットワークは、上記の測定圧力センサおよび基準圧力センサのために働く、マニホールド部分を含むものとされてもよい。
【００１２】
上記のマニホールド部分は、周囲アクセスポートと圧力調整装置との間に延設されてもよい。
【００１３】
流体管ネットワークは、測定分岐部を含むものとされてもよく、流体管ネットワークの上記のマニホールド部分は、測定分岐部を介して測定圧力センサと流体連通していてもよい。
【００１４】
流体管ネットワークは、較正分岐部を含むものとされてもよく、流体管ネットワークの上記のマニホールド部分は、較正分岐部を介して基準圧力センサと流体連通可能なものとされてもよい。
【００１５】
上記の原位置圧力センサのバイアス特定装置は、測定圧力センサおよび圧力調整装置から基準圧力センサを選択的に遮断するように構成された、基準センサ遮断装置をさらに含むものであってもよい。
【００１６】
基準センサ遮断装置は、基準圧力センサと、流体管ネットワークのマニホールド部分との間に配されてもよい。較正遮断装置は、第１のバルブであってもよい。第１のバルブは、電気制御可能なバルブであってもよい。
【００１７】
周囲遮断装置は、流体管ネットワーク内に配されてもよい。また、周囲遮断装置は、第２のバルブであってもよい。第２のバルブは、電気制御可能なバルブであってもよい。
【００１８】
上記の原位置圧力センサのバイアス特定装置は、基準センサ遮断装置および周囲遮断装置に動作的に接続された、コントローラをさらに含むものであってもよい。
【００１９】
上記の原位置圧力センサのバイアス特定装置は、測定圧力センサ、基準圧力センサおよび圧力調整装置に動作的に接続された、コントローラをさらに含むものであってもよい。
【００２０】
上記のコントローラは、基準圧力センサと圧力調整装置との間の流体連通を許可する前に、流体管ネットワークから周囲アクセスポートを遮断するように構成された、動作シーケンス論理回路を含むものとされてもよい。
【００２１】
上記の動作シーケンス論理回路は、流体管ネットワークから周囲アクセスポートを遮断した後、かつ基準圧力センサと圧力調整装置との間の流体連通を許可する前に、圧力調整装置を作動させるように構成されてもよい。
【００２２】
圧力調整装置は、流体管ネットワーク内の圧力を、基準圧力センサの動作圧力範囲内の圧力まで、選択的に減少させるように構成されてもよい。
【００２３】
圧力調整装置は、単調かつ一貫した態様で上記の圧力を減少させるように構成されてもよい。
【００２４】
圧力調整装置は、予め決められた時間をかけて、たとえば約５分の時間をかけて、上記の圧力を減少させるように構成されてもよい。また、圧力調整装置は、以前の圧力減少動作の実質的にそれぞれと一貫した態様で、圧力を減少させるように構成されてもよい。
【００２５】
上記のコントローラは、圧力調整装置が流体管ネットワーク内の圧力を減少させた後に、基準圧力センサと圧力調整装置との間の流体連通を許可するように構成されてもよい。
【００２６】
上記のコントローラは、測定圧力センサから第１の圧力測定値を取得し、基準圧力センサから第２の圧力測定値を取得するように構成されてもよい。
【００２７】
上記のコントローラは、上記の第１の圧力測定値および第２の圧力測定値を用いて、測定圧力センサに関する圧力測定バイアス値を特定するように構成されてもよい。
【００２８】
上記の原位置圧力センサのバイアス特定装置は、圧力調整装置に動作的に接続され、かつ上記のコントローラに動作的に接続された、モータ制御ユニットをさらに含むものであってもよい。
【００２９】
圧力調整装置は、ポンプ装置であってもよい。ポンプ装置は、スクリューポンプであってもよい。
【００３０】
上記の測定圧力センサと基準圧力センサとは、互いに異なる圧力検知技術を採用したものであってもよい。
【００３１】
上記の測定圧力センサと基準圧力センサとは、いずれも共振型の圧力センサであってもよい。
【００３２】
上記の測定圧力センサは、水晶共振型のセンサであってもよい。
【００３３】
上記の基準圧力センサは、シリコン共振型のセンサであってもよい。
【００３４】
本発明の第２の態様によれば、海中センサノード装置が提供され、その海中センサノード装置は：ハウジングと；本発明の第１の態様に関連して上記で述べたような原位置圧力センサのバイアス特定装置とを備え；上記の原位置圧力センサのバイアス特定装置が、上記のハウジングの内部に配されていることを特徴とする。
【００３５】
上記のハウジングは、耐圧性のハウジングであってもよい。
【００３６】
周囲アクセスポートは、上記のハウジングの内部チャンバと、同ハウジングの外部の周囲環境との間に配されてもよい。
【００３７】
本発明の第３の態様によれば、圧力検知装置のバイアスを特定する方法が提供され、その方法は：周囲遮断装置を有する流体管ネットワークを提供する工程と；上記の流体管ネットワークに密閉態様で連結された基準圧力センサを提供する工程であって、基準圧力センサは、流体管ネットワークに選択的に流体接続可能なものである工程と；上記の流体管ネットワークに密閉態様で連結された測定圧力センサを提供する工程と；上記の流体管ネットワークに密閉態様で連結された電子制御可能な圧力調整装置を提供する工程と；測定圧力センサ、基準圧力センサおよび圧力調整装置から、周囲圧力を選択的に遮断し、それにより開放空間を閉鎖する工程であって、上記の開放空間は、上記の流体管ネットワークに密閉態様で連結された、測定圧力センサ、基準圧力センサおよび圧力調整装置により規定される空間であって、閉鎖前においては、周囲アクセスポートにおいてのみ開放している空間である工程と；上記の圧力調整装置を作動させて、閉鎖された上記の空間内における圧力を減少させる工程と；基準圧力センサを、上記の流体管ネットワークに接続する工程と；測定圧力センサのバイアスを測定する工程とを含み；測定圧力センサは、基準圧力センサよりも広い動作圧力範囲を有することを特徴とする。
【００３８】
このようにして、測定圧力センサに付随するバイアス圧力値を特定することのできる装置および方法を提供することが可能となる。この装置および方法は、装置のハウジングの内部チャンバがオイルおよび／または海水に汚染されるような事態を未然に防ぎ、それにより、繊細な電子ハードウェアおよび電気機械的ハードウェアがそれらの流体に曝されるのを防止する。したがって、ハウジング内に包含されるハードウェアの腐食および／または故障が、未然に防止されるか、あるいは少なくとも軽減され、結果として、より長い動作寿命を有する装置を得ることができる。また、有利なことに、測定圧力センサのバイアスを特定するために、少なくとも２回の測定を利用するのではなく、基準圧力センサの動作範囲内にある圧力の１回の測定のみを利用すればよいこととなる。さらに、本発明の装置および方法は、測定基準センサのバイアスを、基準圧力センサのバイアスまで減少させることを可能とし、それにより、基準圧力センサを用いて測定可能な深さよりも大幅に深い深さにおける深さ測定でありながら、基準圧力センサの精度の範囲内での深さ測定を行う能力を付与する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】複数の海中センサノード装置の敷設を示した模式図
【図２】図１のセンサノード装置のうちの１つを、より詳細に示した模式図
【図３】図２のセンサノード装置により用いられる電子ハードウェアサブシステムおよびセンサモジュールを示した模式図
【図４】図１および図２の海中ノードにおいて用いられる圧力センサバイアス特定装置であって、本発明の１つの実施形態を構成する圧力センサバイアス特定装置を示した模式図
【図５】測定段階における図４の装置を示した模式図
【図６】図４の圧力バイアス特定装置により用いられる圧力センサのバイアスを特定する方法であって、本発明の別の１つの実施形態を構成する方法を示したフローチャート
【図７】周囲環境から遮断された状態における図４の装置を示した模式図
【図８】バイアス特定段階における図３の装置を示した模式図
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の少なくとも１つの実施形態を、添付の図面を参照しながら説明するが、これは単なる例示である。以下の説明全体を通して、類似の部分を特定するのに同一の参照番号が使用される。
【００４１】
図１を参照すると、海底深さモニタリングシステム１００は、海底１０４上に配置された複数のセンサノード装置１０２を含んでいる。この例では、それら複数のセンサノード１０２の各々は、海底モニタリングノードであり、たとえば、本明細書中で後述されるように適合化された、英国のＳｏｎａｒｄｙｎｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｉｍｉｔｅｄ社から市販されているＦｅｔｃｈ（商標）ノードとされる。複数のセンサノード１０２は、本明細書中で詳細が後述される、英国のＳｏｎａｒｄｙｎｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｉｍｉｔｅｄ社から市販されている双方向性通信モジュール（図１には図示せず）を含んでいる。水上艦１０６が配備され、たとえば複数のセンサノード装置１０２の各々から測定データを得るために、複数のセンサノード１０２と通信可能とされている。
【００４２】
この例では、複数のセンサノード１０２は、アレイ形態かつ互いに間隔を置かれた態様で配置されている。この例では、複数のセンサノード１０２は、約１２ｋｍ×１２ｋｍの範囲を測定するアレイとして分布させられている。
【００４３】
図２に移ると、１つのセンサノード装置１０２は圧力ケース２００を含み、この圧力ケース２００は、センサノード装置１０２が水中に沈められた際、たとえば海底１０４上に配置される等のように海中に沈められた際に、周囲の海水にアクセスするための開口（図２には図示されていない）を有する。圧力ケース２００は、ハウジングを構成し、内部チャンバを規定する。この例では、ハウジング２００は三脚状フレーム構造２０２上に着座させられており、この三脚状フレーム構造２０２は、ハウジング２００が固定されているプラットフォーム２０６から離れていくように延設されている、脚部２０４を有している。各脚部２０４の先端には、足部２１０が設けられている。三脚状フレーム２０２は、海底１０４に対してハウジング２００を固定された位置に支持し、敷設時においてハウジング２００の位置が変化することを防止する役割を果たす。
【００４４】
図３を参照すると、複数のセンサノード１０２の各々は、ハウジング２００内に包含されている電子サブシステム３０１とセンサモジュール３００とを含んでいる。センサモジュール３００は、たとえばコントローラ３０２である処理リソースに動作的に接続されており、このコントローラ３０２は、この例では、以下でより詳細に説明するような予め規定された態様でセンサモジュール３００を制御する、動作シーケンス論理回路を有する。センサモジュール３００は、この例では、センサノード１０２下の海底１０４の深さを測定する圧力センサモジュールである。センサモジュール３００は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）またはＲＳ−２３２通信インターフェース３０４を介して、コントローラ３０２と通信することができる。電子サブシステム３０１は、コントローラ３０２を包含し、コントローラ３０２は、センサノード１０２と水上艦１０６との間の双方向通信を実装するために、電子サブシステム３０１のトランシーバ回路３０６にも動作的に接続されている。トランシーバ回路３０６は、電子サブシステム３０１の音響トランシーバ３０８に、動作的に接続されている。トランシーバ回路３０６および音響トランスデューサ３０８は、この例では、英国のＳｏｎａｒｄｙｎｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｉｍｉｔｅｄ社から市販されているナノ・リスポンダ（Ｎａｎｏ  Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒ）ユニットを、適切に適合化したものである。
【００４５】
センサモジュール３００、コントローラ３０２およびトランシーバ回路３０６に電源供給するために、電子サブシステム３０１はバッテリー３１０を含んでおり、このバッテリー３１０は、電子サブシステム３０１の電源供給回路３１２に動作的に接続されており、この電源供給回路３１２は、電源制御入力部３１４を有する。電源供給回路３１２は、コントローラ３０２およびトランシーバ回路３０６に動作的に接続されている。図３には示されていないが、電源供給回路３１２は、センサモジュール３００にも動作的に接続されている。電源制御入力部３１４は、データ通信が必要とされるときのみトランシーバ回路３０６に選択的に電源投入するようにセンサモジュール３００によって使用されてもよく、それにより、バッテリー３１０の寿命を節約することができる。
【００４６】
図４を参照すると、センサモジュール３００は、その内部に配置された、測定圧力センサ４００、基準圧力センサ４０２、および電子制御可能な調整もしくは制御装置４０４を含む。基準圧力センサ４０２は、測定圧力センサ４００のオフセットを特定するための基準点として利用可能な圧力を測定することができる、圧力センサを構成している。測定圧力センサ４００は、基準圧力センサ４０２の動作圧力範囲よりもかなり広い動作圧力範囲を有している。測定圧力センサ４００は、この例では、Ｐａｒｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社から市販されている４３Ｋ  Ｄｉｇｉｑｕａｒｔｚセンサのような、水晶共振型の圧力センサである。基準圧力センサは、この例では、ＧＥ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ（Ｄｒｕｃｋ）から市販されているＴｒｅｎｃｈ  Ｅｔｃｈｅｄ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ（ＴＥＲＰＳ）のような、シリコン共振型の圧力センサである。理解されるように、測定圧力センサ４００と基準圧力センサ４０２とは、それぞれ異なるタイプの圧力検知技術を採用しているが、この例では、いずれも高レベルの精度を提供するように選択された共振型の圧力センサである。基準圧力センサ４０２の場合についていえば、選択される基準圧力センサは、可能な限り良好な安定性を提供するように意図されたものであり、たとえば、時間が経過しても全くまたはほとんど変化しないバイアスを提供するように意図されたものである。
【００４７】
この例では、圧力調整装置４０４はポンプ装置であり、このポンプ装置は、モータ制御ユニットを構成する駆動およびギアボックスユニット４０８に動作的に接続された、スクリューポンプ４０６を含んでいる。しかしながら、ここで説明するように実装された圧力調整装置４０４はスクリューポンプ４０６と駆動およびギアボックスユニット４０８との組合せを含むが、当業者であれば、たとえば熱膨張および収縮によって圧力を調整する加熱／冷却システム等、圧力を調整または制御するための他の技術も採用し得ることが理解できるであろう。
【００４８】
センサモジュール３００は流体管ネットワーク４１０を含んでおり、この流体管ネットワーク４１０は、たとえば、第１の端部がスクリューポンプ４０６に密閉態様で連結されたマニホールド部分４１４であって、該マニホールド部分４１４の第２の端部が、ハウジング２００の内部チャンバとハウジング２００外部の周囲環境（たとえば敷設時における周囲の海水）との間に配置された周囲アクセスポート４１２に密閉態様で連結された、マニホールド部分４１４から形成されたネットワークとされる。周囲アクセスポート４１２は、上記で述べた周囲の海水４１３へのアクセスを提供する。流体管ネットワーク４１０は、その第１の端部においてマニホールド４１４に流体接続されたまたはマニホールド４１４と一体形成された、測定分岐部４１６を有しており、測定分岐部４１６の第２の端部は、測定圧力センサ４００に密閉態様で接続されている。この点において、マニホールド４１４は、測定分岐部４１６を介して測定圧力センサ４００と流体連通されている。流体管ネットワーク４１０はまた、較正分岐部４１８も含んでおり、この較正分岐部４１８の第１の端部はマニホールド４１４に密閉態様で接続またはマニホールド４１４と一体形成されており、第２の端部は基準圧力センサ４０２に密閉態様で接続されている。この点において、マニホールド４１４は、較正分岐部４１８を介して基準圧力センサ４０２と流体連通することができる。
【００４９】
たとえばバルブである周囲アクセス遮断装置４２０が、マニホールド４１４の第２の端部と周囲アクセスポート４１２との間に配置され、これにより、圧力調整装置４０４、測定圧力センサ４００、基準圧力センサ４０２、および圧力調整装置４０４と測定圧力センサ４００と基準圧力センサ４０２との間の流体連通を可能とする流体管ネットワーク４１０の少なくとも一部（たとえばマニホールド４１４の少なくとも一部）を含む、閉じた圧力測定システムが形成される。こうして、測定圧力センサ４００、基準圧力センサ４０２および圧力調整装置４０４は、周囲アクセス遮断バルブ４２０によって閉鎖されない限りは周囲アクセスポート４１２のみにおいて開状態となる空間を規定する態様で、流体管ネットワーク４１０に接続される。したがって、この例では、マニホールド４１４は、周囲アクセスポート４１２から、したがってセンサノード１０２の敷設中における周囲の海水４１３から、選択的に遮断されることができる。上記の空間が開状態であるときに基準圧力センサ４０２を周囲アクセスポート４１２から選択的に遮断するために、たとえばバルブである較正遮断装置４２２が配される。この例では、基準センサ遮断バルブ４２２が、流体管ネットワーク４１０の較正分岐部４１８内に直列配置されている。しかしながら、所望であれば、基準センサ遮断バルブ４２２は、マニホールド４１４と反対側の流体較正分岐部４１８の端部に配されて、基準圧力センサ４０２に接続または基準圧力センサ４０２と一体形成されてもよい点は、当業者であれば理解するであろう。
【００５０】
この例では、コントローラ３０２は、周囲アクセス制御ライン４２４によって、周囲アクセス遮断装置４２０に動作的に接続されている。同様に、コントローラ３０２は、較正センサアクセス制御ライン４２６によって、較正遮断装置４２２に動作的に接続されている。コントローラ３０２はまた、測定圧力ライン４２８によって測定圧力センサ４００に動作的に接続されており、かつ、較正圧力ライン４３０によって基準圧力センサ４０２に動作的に接続されている。コントローラ３０２はさらに、圧力制御ライン４３２によって、駆動およびギアボックスユニット４０８にも動作的に接続されている。
【００５１】
図示されていないが、マニホールド４１４は作動流体により満たされており、この作動流体は、たとえば、任意の適切なオイルのような油圧流体とされる。
【００５２】
動作中においては（図５から８）、センサノード装置１０２は、測定モードとバイアス特定モードとを有する。センサノード装置が敷設され海中に沈められていると想定すると、センサノード装置１０２は典型的には測定モードにある。測定モードでは、周囲アクセス遮断バルブ４２０が開状態とされ、周囲の海水が周囲アクセスポート４１２を介してマニホールド４１４にアクセスすることを可能としている。測定モードでは、マニホールド４１４内の流体が基準圧力センサ４０２にアクセスすることを防止するために、較正遮断バルブ４２２が閉状態とされる。これは、上記で述べたように、基準圧力センサ４０２の動作圧力範囲が測定圧力センサ４００の動作圧力範囲よりも著しく狭く、したがって基準圧力センサ４０２は、周囲の海水により印加される圧力に曝されることにより損傷を受けやすいためである。
【００５３】
測定モードに関する上記の接続構成の結果として、周囲の海水はマニホールド４１４内のオイルに圧力を印加し、その圧力はさらに、圧力調整装置４０４に、およびマニホールド４１４の測定分岐部４１６を介して測定圧力センサ４００に印加される。したがって、周囲の海水の圧力は、測定圧力センサ４００によって測定されることができ、その測定値は、測定圧力ライン４２８を介してコントローラ３０２によって読み取られる。
【００５４】
測定モードは、周囲の海水の圧力を測定するため、たとえばモニタリングプログラムの一部として、周期的に実施される。周囲の海水の圧力の測定頻度は、そのセンサノード装置１０２が選ばれた用途に依存する。しかしながら、時間の経過と共に測定圧力センサ４００が蓄積させるバイアスのため、行われた測定に付随するバイアスを特定することが望ましい。この点に関連して、周囲の海水の圧力測定に先立って、あるいはこの例のように周囲の海水の圧力測定に続いて、コントローラ３０２は、バイアス特定モードに入ることが必要であると決定する（図６のステップ６００）。バイアス特定モードにおいては、コントローラ３０２は、周囲アクセス遮断バルブ４２０を作動させ（ステップ６０２）、その結果、バルブ４２０および４２２の両方が閉状態となり、測定圧力センサ４００は、マニホールド４１４内の圧力にのみ曝されている状態となる（図７）。続いて、スクリューポンプ４０６に該ポンプのシリンダ内のピストンを運動させてマニホールド４１４内の圧力を選択的に減少させるため、コントローラ３０２は、駆動およびギアボックスユニット４０８を作動させる。この点に関し、測定圧力センサ４００が圧力の急激な変化に曝されることは、圧力センサ内の予測不能な変化を誘発しかねず、結果として測定誤差を導入し得るので、かかる急激な変化を避けるため、マニホールド４１４内の圧力は、たとえば５分の時間をかけて減少させられる等して、徐々に減少させられる。また、流体中の断熱温度変化を、センサおよび周辺要素の温度と平衡状態に到達させるためにも、時間が必要とされる。そのため、この例では、圧力の減少は、単調なおよび／または連続的な関数であって、任意の点の勾配が、上記の望ましくない効果を避けるために選択された予め決められた勾配よりも小さいような関数とされる。コントローラ３０２は、マニホールド４１４内の圧力を、基準圧力センサ４０２と測定圧力センサ４００との両方の動作圧力範囲に入るような圧力に減少させる（ステップ６０４）。たとえば、基準センサが安全に測定を行うために、マニホールド４１４内の最大約７０ＭＰａであった圧力が、最大約２５０ｋＰａ（たとえば１００ｋＰａ）に減少させられる（高い方の圧力範囲と低い方の圧力範囲の両方につき、圧力は０Ｐａよりも大であると想定されている）。たとえば、約３０ＭＰａと約４０ＭＰａとの間の圧力、あるいは約２０ＭＰａと約３０ＭＰａとの間の圧力が、最大約２５０ｋＰａ（たとえば１００ｋＰａ）に減少させられてもよい。１つの例では、約３０ＭＰａの圧力が、約１００ｋＰａに減少させられてもよい。この点に関連し、マニホールド４１４内の圧力の減少をモニタリングするために測定圧力センサ４００をモニタリングするのに加えて、基準圧力センサ４０２の現在の圧力読取値に実用に耐えるレベルで近い圧力（たとえば、約１００ｋＰａであってもよい基準圧力センサ４０２の読取値とほぼ等しい圧力）に、マニホールド４１４内の圧力の減少が到達することを保障するため、コントローラ３０２は、基準圧力センサ４０２もモニタリングする。この例では、基準圧力センサ４０２のフルスケールは、約２５０ｋＨｚである。
【００５５】
したがって、コントローラ３０２は、所望の圧力に到達したときを特定する（ステップ６０６）ために、基準圧力センサ４０２の読取値を参照しながら、測定圧力センサ４００により検知される圧力をモニタリングする。当業者には理解されるように、マニホールド４１４内の流体の圧力を所望の圧力まで減少させるために、閉ループ制御技術が適用される。その後、マニホールド４１４内の圧力が、基準圧力センサ４０２の動作圧力範囲内の圧力であって、基準圧力センサ４０２の現在の読取値に実用に耐えるレベルで近い圧力に到達すると、基準圧力センサ４０２を徐々にマニホールド４１４との流体連通状態（図８）に移行させ、それにより基準圧力センサ４０２がマニホールド４１４内の流体の圧力を測定することを可能とするために、コントローラ３０２は、基準センサアクセス制御ライン４２６を介して、基準センサ遮断バルブ４２２を作動させる（ステップ６０８）。
【００５６】
コントローラ３０２は、マニホールド４１４内の流体の圧力を測定する（ステップ６１０）ために、測定圧力センサ４００と基準圧力センサ４０２との両方を用いる。その後、コントローラ３０２は、測定圧力センサ４００により測定された圧力と、基準圧力センサ４０２により測定された圧力との差から、圧力バイアス値を特定する（ステップ６１２）。続いて、圧力バイアス値が、測定された周囲の海水の圧力と共に、コントローラ３０２により記憶される。
【００５７】
基準圧力センサ４０２の誤差が、ＧＥ  Ｄｒｕｃｋ  ＴＥＲＰＳセンサのドリフトに関していえば±０．２５ミリバールであるのに対し、測定圧力センサ４００は、Ｐａｒｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社の４３Ｋ  Ｄｉｇｉｑｕａｒｔｚセンサのドリフトに関していえば、±２１ミリバールの誤差を有する。したがって、基準圧力センサ４０２に対する測定圧力センサ４００のバイアスを特定することにより、測定圧力センサ４００の精度は、基準圧力センサ４０２の精度にまで向上させられる。
【００５８】
バイアス圧力値が特定されると、コントローラ３０２は、基準センサ遮断バルブ４２２を作動させて基準圧力センサ４０２をマニホールド４１４から遮断する（ステップ６１４）ことにより、センサノード装置１０２を測定モードに回帰させる。その後、コントローラ３０２は、ポンプユニット４０６を作動させて該ポンプユニット４０６のシリンダ内のピストンを運動させ、それによりマニホールド４１４内の流体を再加圧するために（ステップ６１６）、圧力制御ライン４３２を介して、駆動およびギアボックスユニット４０８へと命令信号を発する。この点に関し、マニホールド４１４がゆっくりと（すなわちある時間をかけて）減圧されるのと同じ理由で、マニホールド４１４は、約５分の時間をかけて加圧される。マニホールド４１４内の流体が、周囲の海水の圧力と同等の十分高い圧力まで加圧されると、コントローラ３０２は、マニホールド４１４を周囲アクセスポート４１２に再接続するために、周囲アクセス遮断バルブ４２０を作動させる（ステップ６１８）。こうして、センサノード装置１０２は、再度、測定段階の状態（図５）となる。
【００５９】
当業者であれば、上記で説明した実装形態は、添付の特許請求の範囲の技術的範囲内において考えられる様々な実装形態の、いくつかの例に過ぎないことを理解するであろう。実際、当業者であれば、測定圧力センサ４００および基準圧力センサ４０２が共振型であると記述した本明細書の説明は、センサのタイプの組合せの一例に過ぎず、他の組合せも考えられること、たとえば測定圧力センサ４００は基準圧力センサ４０２と異なるタイプのセンサであってもよく、たとえば一方が水晶共振型の圧力センサで他方がピエゾ抵抗型の圧力センサ等であってもよいことを、理解するであろう。同様に、上記の例は、Ｆｅｔｃｈ海水モニタリングノードに関連して説明されているが、当業者であれば、センサモジュール３００が、他の装置、たとえばＳｏｎａｒｄｙｎｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｉｍｉｔｅｄ社から市販されている自律型モニタリングトランスポンダ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ）や任意の適切な他の装置にも、組込可能であることを理解するであろう。
【００６０】
本発明の変更実施形態は、コンピュータシステムと共に用いるコンピュータプログラム製品としても実装することができ、ここで、コンピュータプログラム製品は、たとえばディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭまたは固定ディスクといったような、有形のデータ記録媒体に記憶された一連のコンピュータ命令であってもよいし、あるいは、有形の媒体または無線媒体（たとえばマイクロ波もしくは赤外線）を介して伝送されるコンピュータデータ信号中に実現されてもよい。一連のコンピュータ命令は、上記で説明した機能の全部を構成するものであっても一部を構成するものであってもよく、また、半導体、磁気記録デバイス、光記録デバイスまたはその他の記録デバイスといった、揮発性か不揮発性かを問わない任意の記録デバイス内に記憶され得る。
【符号の説明】
【００６１】
１００  海底深さモニタリングシステム
１０２  センサノード装置
１０４  海底
１０６  水上艦
２００  圧力ケース／ハウジング
２０２  三脚状フレーム構造
２０６  プラットフォーム
３００  センサモジュール
３０１  電子サブシステム
３０２  コントローラ
３０６  トランシーバ回路
３１０  バッテリー
３１２  電源供給回路
３１４  電源制御入力部
４００  測定圧力センサ
４０２  基準圧力センサ
４０４  圧力調整装置
４０６  スクリューポンプ／ポンプユニット
４０８  駆動およびギアボックスユニット
４１０  流体管ネットワーク
４１２  周囲アクセスポート
４１３  海水
４１４  マニホールド
４１６  測定分岐部
４１８  較正分岐部
４２０  周囲アクセス遮断装置／バルブ
４２２  較正遮断装置／基準センサ遮断バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006751440.tif 000008
【図８】
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