(57)【要約】液体伝導度及び温度は、コロケートされる夫々の感度領域で測定される。すなわち、数学的にも、ジオメトリ的にも、又は、関数基準によっても、ほとんどマッチした体積の中で測定される。コロケーションは、単なる隣接関係、又は近傍とは全く別のものである。測定体積に関して言えば、測定ハードウェアではない。圧力も、全く通常に、伝導度及び温度感度に対してコロケートされて、感受されることで測定されるのが好ましい。２台か３台のセンサの、夫々の時間／空間バンド幅がマッチするのが好ましい。圧力センサはＭＥＭＳ変換器、伝導度センサは４端子装置、温度計はシルクスクリーン捺染されたガラス壁及び回路においてカプセルに入れられるサーミスタであるのが好ましい。伝導度、及び温度測定値間の、時間のずれが補償される。いずれのセンサの内部でも近傍でも、デトリタスによる人為結果を除去し、液体の第２パラメータを引き出す。
2004538440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体のパラメータを決定するための装置は、以下を含む：
液体の電気伝導度を測定するための伝導度センサ；および
液体の温度を測定するための温度計；
ここで、温度計および伝導度センサの感度領域は、実質的にコロケートされる。
【請求項２】
実質的なコロケーションが、以下の基準のうちの少なくとも１つを満たすよう定義される請求項１の装置：
液体の特徴に関係なくジオメトリ上算出される２領域のための相互相関係数、それは、液体の混合および空間の遅れを仮定しない場合、０．０１および一単位の間となる、
（ａ）  実際の相対的な場所における２つの領域のための相互相関係数の、（ｂ）理想的な相対的な場所における相対サイズの変化がない前記２つの領域の相互相関係数に対する比、両係数は、液体の特徴に関係なくジオメトリ上算出されており、液体が混ざることなく、および空間の遅れもないと想定した場合に、０．９および一単位の間である、
１台のセンサは、その他のセンサの感度関数の、複数の主要ローブの間に位置する、
センサのうちの１台は、他のセンサの感度領域ラインの最も直接的な経路の中で配置される、
２領域は、液体の実質的に同一の体積を効果的にモニタする、
２領域は、入れ子になったこうした多くの液体を効果的にモニタする、および、
２台のセンサは、双方とも、共通の混合体積からサンプルをとられる、液体をモニタする。
【請求項３】
請求項１の装置は、さらに以下を含む：
液体の圧力測定堆積の圧力を測るための圧力センサ；
ここで、圧力センサの感度領域は、伝導性および温度の測定感度領域で非常に一般にコロケートされる。
【請求項４】
請求項３の装置において：
伝導度センサは、時間応答バンド幅および空間応答バンド幅を有する；
温度計は、時間応答バンド幅および空間応答バンド幅を有する；
伝導度センサおよび温度計の時間バンド幅は、各々事実上マッチする；および  伝導度センサおよび温度計の空間バンド幅は、各々事実上マッチする。
【請求項５】
請求項１の装置において：
伝導度センサは、時間応答バンド幅および空間応答バンド幅を有する；
温度計は、時間応答バンド幅および空間応答バンド幅を有する；
伝導度センサおよび温度計の時間バンド幅は、各々事実上マッチする；および  伝導度センサおよび温度計の空間バンド幅は、各々事実上マッチする。
【請求項６】
請求項５の装置は、さらに以下を含む：
液体の圧力測定堆積の圧力を測るための圧力センサ；
ここで、圧力センサの感度領域は、伝導性および温度の測定感度領域で非常に一般にコロケートされる。
【請求項７】
請求項１の装置は、さらに以下を含む：
伝導度および温度センサを有する共通の一体的アセンブリに搭載される圧力センサ。
【請求項８】
請求項１の装置において：
圧力センサは、ＭＥＭＳ変換器である。
【請求項９】
請求項１の装置において：
伝導度センサは、４端末装置である。
【請求項１０】
請求項９の装置において：
温度計は、シルクスクリーン捺染されたガラス壁の中で、カプセルに入れられる、サーミスタである。
【請求項１１】
請求項１の装置において：
温度計は、シルクスクリーン捺染されたガラス壁の中で、カプセルに入れられる、サーミスタである。
【請求項１２】
請求項１の装置は、さらに以下を含む：
伝導度および温度のコロケートされた値を表わす、伝導度センサおよび温度計からの測定信号を受け取るように接続された、データ収集およびデータ処理システム；
伝導度および温度の測定の間の時間のずれを補償するために、測定信号のうちの少なくとも１つを修正するための回路を含む、データ収集およびデータ処理システム。
【請求項１３】
請求項１の装置は、さらに以下を含む：
伝導度および温度のコロケートされた値を表わす、伝導度センサおよび温度計からの測定信号を受け取るように接続された、データ収集およびデータ処理システム；
伝導度センサまたは温度計の近傍を通った、もしくは通過したデトリタスによる信号人工産物を除去するために、測定値信号のうちの少なくとも１つをモディファイするための回路を含む、データ収集およびデータ処理システム。
【請求項１４】
請求項１の装置は、さらに以下を含む：
センサを伴った、実質的に一体的なアセンブリに組み立てられ、さらに、伝導度および温度のコロケートされた値を表すセンサから、測定信号を受け取るために接続された、データ収集およびデータ処理システム；
前記実質的に同一の測定堆積のための、液体の第２パラメータを前記測定信号から引き出すための回路を含む、データ収集およびデータ処理システム。
【請求項１５】
請求項１４の装置において：
第２のパラメータは、液体の密度、および液体の音速を含む。
【請求項１６】
請求項１４の装置は、さらに以下を含む：
液体の圧力を決定するための圧力センサ；および、ここで：
データ収集およびデータ処理システムは、伝導度センサおよび温度計によって測られる伝導度、および温度の値と関係した圧力の値を表す圧力センサからの圧力測定信号をさらに受信し；および
データ収集およびデータ処理システムは、前記圧力測定信号から液体の深度を引き出す。
【請求項１７】
液体のパラメータを決定するための装置は、以下を含む：
時間応答バンド幅、および空間応答バンド幅を有し、液体の電気伝導度を測定するための伝導度センサ；および
時間応答バンド幅、および空間応答バンド幅を有し、液体の温度を測定するための温度計；ここで、
伝導度センサおよび温度計の時間応答バンド幅は、事実上マッチし；および
伝導度センサおよび温度計の空間応答バンド幅は、事実上マッチする。
【請求項１８】
請求項１７の装置は、さらに以下を含む：
時間応答バンド幅、および空間応答バンド幅を有し、圧力を測るための圧力センサ、ここで：
圧力センサの時間バンド幅は、伝導度センサおよび温度計の時間バンド幅に、事実上マッチし；および
圧力センサの空間バンド幅は、伝導度センサおよび温度計の空間バンド幅に、事実上マッチしている。
【請求項１９】
液体のパラメータを決定するための装置は、以下を含む：
液体の電気伝導度を測定するための伝導度センサ；
液体の温度を測定するための温度計；および
伝導度センサおよび温度計からの測定信号を受け取るために接続されている、データ収集およびデータ処理システム；
伝導度および温度の測定の間での時間のずれを補償するために、測定信号のうちの少なくとも１つを修正する回路を含む、データ収集およびデータ処理システム。
【請求項２０】
請求項１９の装置において：
データ収集およびデータ処理システムは、センサを有する実質的に一体となったアセンブリにおいて、組み立てられ、前記実質的に同一の測定体積のための、液体の第２パラメータを前記測定信号から引き出すための回路を含んでいる。
【請求項２１】
液体のパラメータを決定するための装置は、以下を含む：
液体の電気伝導度を測定するための伝導度センサ；
液体の温度を測定するための温度計；および
伝導度および温度を表す、伝導度センサおよび温度計からの測定信号を受け取るために接続される、データ収集およびデータ処理システム；
データ収集およびデータ処理システムは、伝導度センサまたは温度計に近づき、もしくは通り過ぎるデトリタスによって生じた信号人為要因を除去するために、測定信号のうちの、少なくとも１つをモディファイするための回路を含む。
【請求項２２】
請求項２１の装置において：
データ収集およびデータ処理システムは、センサを伴って、実質的に一体的なアセンブリに組み立てられ、液体の第２パラメータを前記測定信号から引き出すための回路を含む。
【請求項２３】
請求項２２の装置において：
第２のパラメータは、液体の密度および液体の音速を含む。
【請求項２４】
請求項２２の装置は、さらに以下を含む：
液体の圧力を決定するための圧力センサ；そして、ここで、
データ収集およびデータ処理システムは、伝導度センサおよび温度計によって測られる伝導度および温度の値と関係している圧力の値を表している圧力センサからの圧力測定信号を受け取り；および
データ収集およびデータ処理システムは、前記圧力測定信号から、液体の深度をさらに引き出す。
【請求項２５】
請求項２４の装置において：
圧力センサは、ＭＥＭＳ変換器である。
【請求項２６】
請求項２５の装置において：
変換器は、データ収集およびデータ処理システムを提供する共通のチップに埋められている。
【請求項２７】
海、河口、または塩水である前記液体の使用のための請求項２１の装置は、さらに以下を含む：
センサを係留するハードウェア、または、それらを移送−搭載し、またはこうした海、河口、または塩水に曳航させるための移送機関および関連するハードウェア。
【請求項２８】
請求項２１の装置において：
回路は、デトリタスが通り過ぎる前後の少なくとも１周期、もしくはその両方を表す信号を、信号の代わりにデトリタスに応じて生成される信号で取り替える。
【請求項２９】
液体のパラメータを決定するための装置は、以下を含む：
液体の電気伝導度を測定するための２台の伝導度センサ；および
液体の温度を測定するための少なくとも１つの温度計；および
センサおよび温度計を支持するための構造アセンブリ、前記アセンブリは、アセンブリに対してメカニカルな統一性を提供する構造強度を有した、少なくとも２枚の回路カードまたはセラミック・カードを含み、相互に平行に実質的に配列された関係で配置され、２枚の前記カードの相互に対向した面に、２台の伝導度センサを備えている。
【請求項３０】
請求項２９の装置は、さらに以下を含む：
アセンブリに対してメカニカルな統一性を提供する構造強度を有し、最初に言及された２枚のカードに対し、さらに両者間の構造上の相互接続のために、実質的に直角に配置されている第３および第４の回路もしくはセラミック・カード；
実質的に矩形、あるいは正方形のフレームを形成し、通過する液体の循環のための２つの端が開いている４枚のカード。
【請求項３１】
請求項３０の装置において：
少なくとも一つの温度計は、フレーム全体に取り付けられる抵抗導線を含む。
【請求項３２】
請求項３１の装置において：
抵抗導線は、２台の伝導度センサとそれぞれ関連するフレームの点と、その２つの端で接続される。
【請求項３３】
請求項２９の装置において：
少なくとも一つの温度計は、フレーム全体に取り付けられる抵抗導線を含む。
【請求項３４】
請求項３３の装置において：
抵抗導線は、２台の伝導度センサとそれぞれ関連するフレームの点と、その２つの端で接続される。
【請求項３５】
請求項３４の装置において：
抵抗導線は、それぞれ２台の伝導度センサの中心点に、その２つの端で接続される。
【請求項３６】
請求項３０の装置において：
２台の伝導度センサのうちの少なくとも１台は、同心の電極を有し；  そして、
少なくとも１つの温度計は、同心の電極の中心点に取り付けられるサーミスタを含む。
【請求項３７】
請求項２９の装置は、さらに以下を含む：
アセンブリに対してメカニカルな統一性を提供する構造強度を有し、２枚のカードに対し、さらに両者間の構造上の相互接続のために、実質的に直角に配置されている、柱タイプ・スタンドオフ；
実質的に矩形、もしくは正方形のフレームを形成し、液体の循環のため、４つの表面で開いている２枚のカードおよび柱タイプ・スタンドオフ。
【請求項３８】
請求項３７の装置において：
少なくとも一つの温度計は、フレーム全体に取り付けられる抵抗導線を含む。
【請求項３９】
請求項３８の装置において：
抵抗導線は、２台の伝導度センサとそれぞれ関連するフレームの点に、その２つの端で接続される。
【請求項４０】
請求項３８の装置において：
抵抗導線は、それぞれ２台の伝導度センサの中心点に、その２つの端で接続される。
【請求項４１】
請求項３７の装置において：
２台の伝導度センサのうちの少なくとも１台は、同心の電極を有し；  そして、
少なくとも１つの温度計は、同心の電極の中心点に取り付けられるサーミスタを含む。
【請求項４２】
請求項２９の装置において：
各伝導度電極の最大サイズは、１．５センチメートルである。
【請求項４３】
液体のパラメータを決定するための装置は、以下を含む：
液体の電気伝導度を測定するための、少なくとも１つの伝導度センサ；および
液体の温度を測定するための、少なくとも１つの温度計；
センサおよび温度計から電気信号を受信して、操作するよう接続されている回路；およびセンサ、温度計および回路を保持している、共通のセラミック基板。
【請求項４４】
請求項４３の装置において：
温度計は、回路を保持している基板に直接適用される、サーミスタ・チップである。
【請求項４５】
請求項４３の装置において：
温度計は、回路のニッチに取り付けられるサーミスタ・ビーズである。
【請求項４６】
請求項４３の装置において、回路は以下を含む：
信号をデジタル化するアナログ／ディジタル変換器；
各センサおよび各温度計のための、キャリブレーション係数を保持するメモリ手段；
処理ユニットに埋め込まれたキャリブレーション係数を有する信号を送るデータバス。
【請求項４７】
請求項４６の装置において：
処理ユニットは、プロットおよびデータのアーカイブのためにプログラムされている。
【請求項４８】
請求項４６の装置において：
処理ユニットは、センサおよび温度計から距離を持ち、移送機関または岸施設に配置されている。
【請求項４９】
請求項４３の装置において：
温度計はサーミスタであり、漸近的な時間−応答関数を有し；  そして
回路は、初期応答データから、制限値を算出するためのプログラムを実行するモジュールを含む。
【請求項５０】
液体のパラメータを決定するための装置は、以下を含む：
液体が通過するためのチューブ；
チューブの側壁に形成されている、少なくとも１本の溝；
溝に取り付けられ、チューブ内部全体の溝から、チューブ内に延び、更に溝から外へ伸びて、チューブから突出する、通常の平面基板；
液体の電気伝導度を測定するために、チューブ内部全体に伸びる基板部分の対向側に形成される、伝導度センサ；および
液体の温度を測定するための温度計。
【請求項５１】
請求項５０の装置において：
伝導度センサは、基板に沿い、前記基板の反対側の、チューブを横切って伸びる電極を含む。
【請求項５２】
請求項５１の装置において：
電極は、基板の各々の側に、一般に平行な、２本の電流駆動電極、および一般に平行で、駆動電極間の検知電極を、利便的に含んでいる。
【請求項５３】
請求項５２の装置において：
伝導度測定経路は、液体内を通って、基板の一方の側の電極と基板の反対側の電極間で、少なくとも１つの基板の端の周りを通って、一般にチューブに平行に延びている。
【請求項５４】
請求項５３の装置において：
経路は、基板の２つの対向する端部の周りを通る、２つの経路を含み；そして
前記２本の経路は、２つの伝導度−測定値感度ローブを定め、基板の前記一方の側の検知電極から、反対側にある検知電極へ、チューブ内で一般に対向する軸方向に伸びている。
【請求項５５】
請求項５４の装置において：
温度計は、２つの伝導度−測定値感度ローブ間で、実質的に取り付けられている。
【請求項５６】
請求項５４の装置において：
温度計は、基板の両側上にそれぞれ１つの、２台の温度センサを含み、各温度センサは、実質的に２つの伝導度−測定値感度ローブの間に配置される。
【請求項５７】
請求項５０の装置において：
電極は、基板上にシルクスクリーン捺染されている。
【請求項５８】
請求項５０の装置において：
チューブは、アルミナで出来ている。
【請求項５９】
液体のパラメータを決定するための装置は、以下を含む：
こうした液体の、電気伝導度を測定するための、同心の環状電極を有する伝導度センサ；および
こうした液体の、温度を測定するための、環状電極の最も奥の部分内に配置されている温度計。
【請求項６０】
液体伝導度を測定するための装置を製造するプロセスは、以下のステップＳＰを含む：
複数の異なる測定アプリケーションの、いかなる１つにも良好な測定特性を提供する伝導度センサを製造すること；
センサ、および、複数の異なる測定アプリケーションのいずれかと互換性を持つ、回路基板を提供すること；
複数の測定アプリケーションのそれぞれと関連する、複数の異なる回路構成から、センサを用いる回路構成を選ぶこと；
選択された回路構成を基板の上に形成し、センサで相互接続させること；および
回路および基板をカプセルに入れること。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（背景）
（発明の技術分野）
本発明は、一般に、塩水および他の伝導性溶液を含む液体の電気的および熱的特性をモニタし、測定するための装置に関し、特に、こうした液体内の塩分、密度、および音速のような第２特性をそこから高精度に、派生的に得る以前に、この種の特性の計測に使用できる装置に関する。好ましくは、この装置は、深度を決定する以前に水圧を計測する。
【０００２】
（関連技術）
温度および電気伝導度は、３次元時空間での液体を特徴づける、最も基本的なパラメータである。これらの量を測定することにより、塩分、密度および音速を含む、さまざまなパラメータを引き出すことができる。これらの派生パラメータは、多くの異なる種類の判定にとっての基本である。
【０００３】
これらのレンジは、例えば、海洋の安定性と混合過程の研究−海洋学上の基礎物理知識、および、海洋の環境および生物の過程−目的物位置判定の音響技術、もしくは、水中での目的物の方向と速度の判定などのものである。さらに他の判定としては、成層密度を持つ水の撹乱の検出などが含まれる。
【０００４】
全てのこの種の技術は、この文書の範囲外であり、周知なものであり、塩分、密度、音速および深度などの有用な値が与えられれば、直接導き出されるものである。
【０００５】
この後者のパラメータである深度は、プローブ降下率（ｐｒｏｂｅ  ｄｒｏｐ  ｒａｔｅ）から歴史的に査定されて来た。（これは特に、１度の使用で破棄されることを意図した、すなわち回収されない、従来の装置にあてはまる。）制御不能なさまざまの要因が、この方法を不満足で不正確なものにしている。
【０００６】
この文書では、伝導度、温度、そして深度の同時計測装置は、「ＣＴＤ」センサまたは単に「ＣＴＤｓ」と呼称される。それらは「ＸＣＴＤｓ」と呼ばれる、１度の使用を意図した、すなわち、名目上消耗品に相当する。
【０００７】
技術は、海洋学的な学術調査状況での、温度および伝導度の測定に利用可能である。しかしながら、この種の利用可能な技術を用いた測定精度は、より多くの目的に対して、満足し得るものではない。
【０００８】
例えば、音速、塩分および密度など、派生パラメータの精度においては、重要な限界が存在してきた。より具体的には、主要密度および音速など派生パラメータの精度は、満足から程遠いものである。
【０００９】
本発明者は、この課題を研究し、こうした誤差の原因についての理解を得ることが出来た。これらの洞察のいくつかは、恐らく、特に海洋学に携わる科学者など、関連作業の職人にとり公知のことであろう。
【００１０】
このように、例えば、温度および伝導度センサのコロケートの失敗による、重要なエラー成分の惹起は、認識可能なことである。換言すれば、良好な精度を得るには、温度、および伝導度をそれぞれ計測する液体の体積が、合理的な精度を保った共通の体積となるよう、センサを配置しなければならない。
【００１１】
しかしながら、計測装置の当業者の視点から見るなら、関連する他の理解は、少なくともその一部において新規なものであると考えられる。従って、これらの洞察は、本発明を開示する本文書の後述のセクションに示されている。
【００１２】
温度測定
本発明者の以前の仕事は、サーミスタベースの温度計測において、１５ｍｄｅｇ以上良好な長期精度を提供するものであった。海洋温度の時間的解像度は７ミリセコンド以上、さらに温度解像度は１００万分の１度の範囲であった。
【００１３】
単純であるが、安定したハーフブリッジが、温度センサ回路に使用された。以後に見られるように、こうした装置は、新規組合せＣＴＤ装置に利便的に用いられている。
【００１４】
伝導度測定および結合型伝導度／温度センサ
公知となっている従前の測定装置の他の限界は、その装置が、事実上明らかに学術調査アプリケーションに特化されているということである。堅固で、一般使用に供される、合理的経済性を実現した、より高度な体積ユニット−例えば、水路または海洋でのモニタ装置はまだ導入されていない。
【００１５】
ＣＴＤセンサの従来技術は、２つのカテゴリに分類することができる：すなわち、使い捨て装置と非使い捨て装置である。これを書いている時点では、市場では、使い捨てＣＴＤｓ、またはＸＣＴＤｓの、１つのソースが存在するだけである。非使い捨てＣＴＤｓには、いくつかのソースが存在している。
【００１６】
これらの装置のほぼ全ては、サーミスタベースの温度センサを用いている。サーミスタは非常に安定していて、容易にカプセルに包含可能であり、そして、それらは様々な形状、抵抗範囲、および応答時間を有している。
【００１７】
利用し得るＣＴＤｓは、伝導度セル付近のさまざまな位置において、サーミスタを用いている。現在まで、伝導度セルのサンプリング体積に直接配置されたサーミスタを有する、非使い捨てＣＴＤｓは、存在しない。
ある使い捨て商業的プローブは、伝導度セルおよびサーミスタの双方を、２０ｃｍ（８インチ）長のチューブに入れ、それによって計測しようとするが、それを達成しない。
その装置、および多くの非使い捨てＣＴＤｓもまた、電極タイプ伝導度センサを用いている。
【００１８】
これらのセルの大部分は、シーバード（Ｓｅａ−Ｂｉｒｄ）社のそれではなく、４電極のデザインのものを使用する。シーバード（Ｓｅａ−Ｂｉｒｄ）は、ウィーンブリッジ（Ｗｉｅｎ  ｂｒｉｄｇｅ）内の３電極セルを使用している。
【００１９】
これらの伝導度セルは、全て閉ジオメトリである。こうしたジオメトリは、周波数応答を犠牲にすることで、直流安定性を最大にしている。
【００２０】
殆どの閉ジオメトリ・セルの固有の課題は、この方法が、円滑な大量生産に適していないことである。通常の方法で、電極をチューブ内上に配置し、もしくは形成することは、高価で時間がかかる。手作業で伝導度セルを形成することが、使い捨て装置のコストを引き上げる、主な原因となっている。
【００２１】
他の従来の伝導度セルは、開放セルジオメトリを用いており、本発明者はそれ以前に論述したが、商業化はされていない。これらのセルは、高周波測定用に設計され、直流または低周波安定性は最大にはされなかった。
【００２２】
使い捨てセンサが海水モニタリングに使われる場合、破棄されるセンサは非常に高価なものである。非使い捨てセンサが海洋モニタリングに使われる場合、センサのコストは、遥かに多くの研究を通じて割り当てられるが、重要な第２の課題が、器材の高コストにおいて生じ、更に、単に各プローブ降下（ｐｒｏｂｅ  ｄｒｏｐ）の後、表層にセンサを巻き戻すために、クルーおよびスタッフに要求される時間において、生じることになる。
【００２３】
センサを多数回使用可能である経済性を考慮に入れても、使い捨て形式で用いる場合、今日の利用可能なセンサ技術は、高価なものである。使い捨ての、伝導度、温度および深度センサ（”ＸＣＴＤ”）は、１台で、使い捨て温度プローブ（ＸＢＴｓ）１０台を超える額となる。
【００２４】
本発明は、深度測定を含むＸＣＴＤｓのコストを、現在の標準のＸＣＴＤの半額、もしくはそれ以下、おそらく桁レベルで、引き下げることを考慮している。そのような、基本的に手製の標準装置は、多数の各ロットごとに、それぞれ５００ドルかかる；しかし、使い捨て深海自記温度計（ＸＢＴｓ）は、センサにつきわずか５０ドルで可能である。ＸＢＴｓとＸＣＴＤｓとにかかる、この桁違いのコストは、より望ましいＸＣＴＤｓの、広範囲にわたる使用に対する主要な障害となっている。
【００２５】
過去の２０年にわたり、海洋の温度および伝導度の測定において、重要な発展がなされてきた。本発明の好ましい実施例は、元々高周波伝導度乱気流測定のために本発明者によって開発された技術の改良である。
【００２６】
その以前の技術センサの開発は、１９８０年代の初期に始まった−本発明者が、ジョンズホプキンス（Ｊｏｈｎｓ  Ｈｏｐｋｉｎｓ）大学応用物理研究室（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）に所属し、ファルジア（Ｆａｒｒｕｇｇｉａ）、Ｇ．Ｊ．、フレイサー（Ｆｒａｓｅｒ）、Ａ．Ｂ．による「ミニチュアが伝導度装置を引き出した（Ａ  ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  ｔｏｗｅｄ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）」（海洋会議録  ９月１０−１２日、１９８４）に記載された４電極センサを知ったのである。変更のいずれもが本発明を含まなかったにもかかわらず、その基本的構成は、続く数年間に連続して改良された。
【００２７】
関連電子機器および特別な筐体が非常に高価ではあったが、その再使用可能なセンサは、小さく、堅固で、汚染のない、さらに安価な広帯域伝導度測定装置となるよう開発された。その主要な目的は、海洋乱流パッチを測ることになっていた。
【００２８】
セルの開放平面設計は、長期絶対精度のために最適化されなかった。１９９０年代初期から中期にかけて、セルジオメトリは、長期安定性を強化するよう修正された。センサを用いた２つの一連の試験は、一般にオープンフローチャネル（図１、および図２）内で、対向電極パターンにおいて用いられた、しかし、上述の開口型平面ユニットとしては、充分開口し、もしくは汚損抵抗があるとは言えない。
【００２９】
これらのセンサは、水面下を、水平および垂直に、曳行アレイおよび下降システムで移動させられ、そして、非常な成功をおさめた。
【００３０】
キャリブレーションは、５ヵ月以上の期間にわたって安定しており、利用可能なＣＴＤｓの適用と同等と言えるものだった。この一般タイプの対向センサは、本発明のある特定態様の用途において適応可能である。
【００３１】
これらの、いくつかの伝導度セルは、セラミック基板に堆積されるプラチナ合金の厚い膜を用いて加工された。最も電気化学的に安定した表層だけが海水にさらされるよう、貴金属であるプラチナ合金の堆積が選択された。
【００３２】
近年の開口平面セルの新世代においては、低温焼成セラミックス基板（ＬＴＣＣ）を用いて開発されている。この方法は、多層板を作るための１つの一体的な一連のステップで、回路基板の複数層を積み重ね、その後押圧して、最後に焼き上げるものである。
【００３３】
複数のセンサが１枚の共通板に焼かれ、その後使用に合わせた形状に切り取られる。ＬＴＣＣは、センサがより容易に組み立てられ、さらにそれらのアセンブリが単純化したという点で、重要な改良であり、さらに、平面、開口設計としたため、それらは高周波応答に良好で、汚損抵抗も高い。
【００３４】
これらのセルの電極はまた、板状化され、黒いプラチナ金属の細分化コーティングは、電極／海水インタフェースの表層の接触インピーダンスを減らすために、電極に電気メッキを施された。さらなる進化バージョンでは、ＬＴＣＣ方式は、ガラスの層の下に金属をかぶせる良好なカプセル化を実現し、それにより電極が良好に保護されるようになった。
【００３５】
それにもかかわらず、これらのユニットは、他の平面設計と共通した、電極の浸食に対する望ましくない故障発生度を保有していた。また、低周波応答不良という欠点にも見舞われ、直流電流（または非常にゆっくり、変化する）動作を要求する、特定のアプリケーションで、特に問題となっている。
【００３６】
これらの海洋電気伝導度センサの中で、最善な形で提供される電子機器は、古典的な４電極システムから成るもので、結果として生じる電圧を検出するために、サンプルおよび他の２つの電極を通して電流を流す、２つの電極を有している。回路は、電極腐食およびインピーダンスを最小化するために、高周波の交流で作用した。
【００３７】
検知電極間の電圧差は、被駆動電流の大きさを調整するサーボ回路により、特定値に保持された。迷走電流を測定経路へ入れないよう、電力操作センサは、慎重にホスト・システムを含む回路リターンから分離された。
【００３８】
これらのユニットの最良のものは、すでに簡単に言及したサーミスタの進歩形のようなもので、改良型組合せ装置での利用に適応性がある。しかしながら、こうした中で、セルによる測定を混乱させる微粒子によるエラーを避けるため、若干の条件が要求される。
【００３９】
伝導度測定は、サンプリング・セルを通過する微粒子により、特に高域空間周波数においてだけでなく、一層混乱することになる。これらの粒子、通常プランクトンかデトリタスは、海洋において一般のものである。こうした粒子が伝導度センサを通り抜ける際、それらは、本来センサにより捕らえられるはずの若干の水量を除外したり、それと入れ替わってしまう。こうして、測定される伝導度は、水固有のものだけとは言えなくなる。
【００４０】
これらの変化により、より伝導度測定で顕著なエラー、および引き出された量における重要なエラーが生じることもある。暫時ジョンズホプキンス（Ｊｏｈｎｓ  Ｈｏｐｋｉｎｓ）大学に籍を置いていたフレーセ（Ｆｒａｓｅ）は、セルを通過するこれらの粒子に起因する変動のほとんどを取り除く、非線形回路を開発した。
【００４１】
この回路は、伝導度変化の短時間での急速な増加を認識し、直ちに前の信号値を一時現象として置き換えてしまう。後に見られるように、この作業は、本発明の態様と結合して、著しく高度で正確な、測定パッケージを、より堅固な形で、さらにより安いコストで提供するために適用可能である。
【００４２】
これを書いている時点では、ＸＣＴＤは１つの商業的ソースがあるだけである。各々のユニットが、本質的に手製であることは、非常に良いセンサであるが、各センサが比較的高いコストとなり、生産コストを上げるという、主な欠点を有している。
【００４３】
加えて先に説明したように、これらのユニットは、ロット販売専用であり、投資をさらに増やし、専門データ収集システム、または周波数−復号化システムへの投資を必要とする。コストおよび基礎的なロット販売だけで、コンパニオン・データ・システムへのコストを考慮しない場合でさえ、センサに対して最小６，０００ドルの投資を行うことを意味する。
【００４４】
ここで議論しているＸＣＴＤの出版された性能明細書が発行され−シッピカン（Ｓｉｐｐｉｃａｎ）社の製品−ており、下にその一覧を示す。これらの明細書は控えめなものであり、これらを満たすか、またはかなり上回ることが望ましい。
温度：
範囲  −２．２から＋３０℃
精度  ±０．０３５℃
伝導度
範囲  ２０から７５ｍＳ／ｃｍ
精度  ±０．０３５ｍＳ／ｃｍ
深度
範囲  ０から１０００ｍ
精度  ±５ｍまたは深度の２％
垂直解像度  １ｍ
【００４５】
上記の明細書において与えられる深度値は、標準のプローブ降下レートに基づく派生量である。一般的に言って、この商品は、良好に働き、大切な目的に適したものである；そして、それを損なうことが、ここでの意図でない。それにもかかわらず、上述のように、この装置を用いた測定から導かれる音速や密度の値は、不満足で不正確なものであり、かつ非常に高価なものである。加えて、若干の種類の日常の事業のためには、この装置の強度は十分ではない。
【００４６】
現在見られるように、関連技術は、重要な課題を残しており、努力は上で概説したように、称賛に値するにもかかわらず、相当な改良の余地を残している。
【００４７】
（開示の概要）
本発明は、こうした改良をもたらし、上で議論された従来技術のいくつかの限界を克服するものである。これらは、導かれた量の精度、通常操作の使用に耐える堅固さ、およびコストを含む。
【００４８】
（非公式の方向性）
本発明は独立したいくつかの態様または面を有しており、それらは単独で実行可能であるが、１つに組み合わせて用いる場合、最高結果を導くことができる。しかし、本発明自体の最も完全な提示を行う前に、この文書では、予備的な方向性の性質、発明過程の１部を表すと考えられる、若干の洞察を申し出ることとする。
【００４９】
すでに述べられたように、これらの所見は、従来の装置が影響されやすいエラー・ソースの識別についてである。考慮中の不正確さが生じるのは、特に塩分、密度、そして、音速などの、派生パラメータ値においてであることに、話を戻そう。深度判定に関しては、本発明もまた、下降率方式と比較して精度上での大幅な改良を提供する。
【００５０】
特に、本発明者は最初の３つの誘導されたパラメータにおける比較的大きなエラーが、組み合わせが適切でない、１次パラメータ（伝導度、温度および圧力）を計測することから生じるようである点に注目した。伝導度および温度の測定は、僅かに異なる場所だけではなく、時空的に異なったバンド幅を通して測定され、さらに、時間的に相殺される。
【００５１】
換言すれば、良好な精度を導く結合方式にある２つの主計測器は、必ずしも同じ水塊を測定するのではない。それらは不十分な機械的なレジストレーションまたはコロケーションであるだけでなく、異なる周波数応答および異なる波動数（空間の定期性）応答（図１３）を有してもいる。
【００５２】
高度な研究者がこのコロケーション問題に気づいた可能性があるにもかかわらず、この課題は既知の装置では修正されなかった。加えて、計装技術が認識しそこなっていた可能性もあり、確かに、バンド幅および時間オフセット問題を処理してはいない。
【００５３】
こうした洞察は、これまで、水流および熱勾配が未知の条件の下で、満足し得る正確さおよび精度を実感しなかった事情を説明するように思われる。実際上、伝導度が測定される水体積は、温度測定がなされる体積とは異なっている。
【００５４】
２台のセンサによる測定値が、後にそこから導かれるパラメータを見つけるために突き合わされる際に、結果に本質的な欠陥が生じる。なぜなら、派生的なものを得るのは、同一体積における測定値に対してのみ、有効であるからである。場所が異なっている組合せは、少なくとも観察されたエラーの大部分を占める原因となっている。また、非常に急な圧力勾配がある場合には、類似した不適当な組合せは、おそらく海洋中でないにもかかわらず、若干の産業アプリケーションで、派生パラメータ精度を妨げることがある。
【００５５】
このように、これらの洞察は、３つの全ての測定において、同一水量測定が有効な場所を生成する、強く統合されたパッケージのセンサ構成を支持する。この文書では、この相互場所必要条件を「コロケーション」必要条件と称する。
【００５６】
より緻密で好ましいものは、伝導度および温度測定のための空間および時間バンド幅によりよく合致し、同様に圧力も合致する構造であり、特に圧力が同様の問題を引き起こすほど強く変化する環境で測定を行うものである。バンド幅が合致する場合であっても、若干の状況においては、測定のうちの１つが実質的に優勢もしくは遅滞する恐れがある。
【００５７】
これらのリマークスを見るなら、当業者にとり、センサを構成する際に、水流パターン、温度、伝導度および圧力においてまで、それらの勾配について何らかの考慮がなされるべきだということは、明白となっているだろう。後に見られるように、バンド幅または同期の実際の適合がうまくいかない、または非経済的となる場所では不適当な組合せを修正するために、データを補償可能である。
【００５８】
要するに、センサのバンド幅適合および空間および時間でのコロケーションは、既存センサのための課題であり、派生量の精度を制限するものである。その解決は、温度および電気伝導度の双方を、同時に、同一場所で、しかも同じ時空間バンド幅で測定する、統合センサである。
【００５９】
重要な圧力勾配を示す工業もしくはその他の環境では、同じことが圧力に対してもあてはまる。この解決は、また、データ補償をも含んでおり、そこでは、これはバンド幅および時間適応を実現させるより、実際的もしくは費用上効果的である。
【００６０】
これらの測定値から、極度に高い精度を有する、前もって識別された第２パラメータを導くことが可能である。精度改良は、コロケーション、バンド幅適合および同期性から直接導かれる。
【００６１】
精度に加え、本発明は堅固、信頼性およびコストに関し、改善されている。電極表面の端に対する高比率を与える非常により大きな電極は、装置に侵食に対する大きな抵抗力を提供する。さらに、より長い伝導経路は、電極の大きさに関連して、経路に、より大きな部分抵抗を生成し、浸食が引き起こすいかなる測定値混乱効果も、さらに減らすことになる。手作り装置から、大量生産可能な機器に移すことにより、本発明は実質上大幅にコストを下げることになる。
【００６２】
後述内容から明らかとなるが、本発明の構成が、現場作業での大きな強度を立証するために、デモンストレーションは必要としない。同様に、本発明が、大量生産が容易で、著しく改良された製造および販売経済に適応することは論を待たない。
【００６３】
（本発明の第１の主要態様）
ここで、これまでの非公式な方向づけをふまえた上で、本文書は、本発明自体の若干より厳密な議論もしくは定義へと進むことにする。本発明は、それぞれに有用ないくつかの面または態様を有し、１つを除く全ては、液体のパラメータを決定するための装置の、好ましい実施例である。
【００６４】
いくつかの、独立した側面あるいは態様は、依存的に使用可能であるが、それにもかかわらず、本発明の最良および最大の利点を達成するためには、組合せて用いることである。なぜなら、本発明のさまざまな側面が、重要な有益な方法で、相互作用するからである。その第１独立態様または側面の、好ましい実施例では、本発明の装置は、こうした液体の電気伝導度を測定するための伝導度センサを含む。それはまた、こうした液体の温度測定のための温度計を含む。
【００６５】
伝導度センサの感度分野および温度計の感度分野は、実質的にコロケートされ、つまり、効果的に連携して位置している。結合された伝導度および温度測定器の分野の当業者は、コロケーションを直感的に理解可能であろう。
【００６６】
こうした大部分の熟練者の直感的な理解が、おそらく共通水量に関連していると思われる双方の測定結果に関連することになろう。この条件がそろえば、派生パラメータ算出における測定値の結合は、合理的なものとなる。
【００６７】
（コロケーション決定作業）
しかし、コロケーションのこの概念は、量的もしくは厳密な方法で定義するには、いくぶん驚くほど難しく、もしくは扱いにくいものである。これが困難であるという理由の大部分は、流動伝導度および温度センサは、液体の単純な、明確な体積の範囲内では、通常伝導度（または温度さえ）を感知しない点にある。
【００６８】
その代わりに、各センサは、空間において（そして、通常、時間においても）複雑な方法で計量分配される応答特性または感度機能を有している。応答は、通常強くて、高感度要素または要素の近傍領域に集中する。この分野の当業者がすぐに認知するように、特に反対極性の電気伝導度探査の高感度要素の間で強いものの、検出空間のより離れた領域では、微弱で、薄く、散逸的である。
【００６９】
応答形状もまた、伝導度および温度センサ間で、特に変化することがある。例えば、サーミスタの応答は、一般に彗星型の機能であり、それが液体を移動する場合、センサの後に尾を引き、物理的センサから相当な距離で、若干の体積要素を含む液体により影響を受ける。
【００７０】
多くの場合、伝導度および温度センサの検知特性は、最も純粋な原理では、無限に伸びるようなものとなる。もちろん、第１センサの検知特性が無限に伸びる場合、第２センサは、必然的に完全に第１検知特性の範囲内にコロケーションされている。
【００７１】
このように、「コロケーション」を、単に、一方のセンサが、他方センサの検知領域内にあることと定義するなら、前述の議論は、全てのセンサの対がコロケーションされるという結論に導かれる。同じ非論理的な結論は、単にコロケーションを包含として定義しようとしたり、または、あるセンサの検知特性が、他のセンサの範囲内に入れ子になった状態としたりすることに起因している。
【００７２】
他方、コロケーションに対する直感的な合理性のある定義は、不当に制限的な結果に至る。このように、例えば、１台のセンサ全体を、他センサの範囲内に置くという物理的な位置決定は、通常良い結果をもたらし、それゆえ、良いコロケーションと考えることができるが、これは、極端なケースであり、決して良好なコロケーションのための必要条件ではない。
【００７３】
たとえそうでも、１台のセンサが完全にその他のセンサ内にある（または１台のセンサの高感度領域が、完全にその他のセンサの高感度領域にある）という位置にあって、未だにむしろ弱い測定信号結合を得るだけということもあり得る。それゆえに、入れ子になっているという概念は、直ちに効果的コロケーションとなる必要条件でも保証でもない、つまり、それは必要でもなく充分でもない。
【００７４】
２センサ・フィールドによって検出される流動体積の正確に完全なコエクステンシブネスは、コロケーションの模範と考えられることができるが、やはり、このジオメトリも不必要に制限的で、まだ充分とは言えない。これもまた、不可能でないにせよ、目的を達することは極めてむずかしい。
【００７５】
興味ある他のケースは、液体が２台のセンサに到達する以前に、液体内の勾配および流れの微細構造のスケールの範囲内で、よく混ぜられたかどうか液体のソースに注目するものである。こうしてよく混ぜられた場合、センサは比較的かなり離れていてもよく、それにもかかわらず卓越した一体的信号を出す。
【００７６】
さらにもう１つの明らかなケースは、感度特性に複数のローブを有する、つまり、感度分布の集中が複数見られる、センサを含んでいる場合である。こうしたジオメトリでは、それら複数のローブ間に他のセンサ（またはその感度特性）をコロケーションすることは、多くの場合優れた解決法である；  それでも、その正確な位置で、第１センサが、実質的に全く感度を有しないことがよくある。
【００７７】
若干の努力が、より洗練された数学的公式化によりコロケーションを定めることに費やされた。特に、空間全体にわたる各位置の２つの感度領域の強さは、共に逓倍可能であり、結果として生じる成果は、空間の全体にわたって増加、つまり積分計算を使用して積分された。
【００７８】
こうした計算は、「相互相関係数」を形成すると言われている。２つの感度特性は、通常極めて不規則で、閉代数的方法による相互相関算出に、直ちには従わない。それにもかかわらず、一般に、予期され得る環境装置を整えて、２つの特性は別々に慎重に計測可能であり、それにより、相互相関は、コンピュータにおける周知で完全に標準的な数値的方法の使用を形成した。
【００７９】
この技術および要請に興味を抱いた人が、本発明の範囲を評価できるよう、このような積分学の問題に打ち込むことは必要ではない。なぜなら、現在は登録商標マスラボ（ＭａｔｈＬａｂ）のような多くの数学コンピュータプログラムが利用出来、それは自動的にこうした機能を実行するからである。例えば職人プログラマなど、当業者の多くは、非常に快適に、これらのよく知られているツールを使用している。
【００８０】
しかし、学問的に、または、そうでなくとも興味を抱いた人のために述べると、相互相関の基本的観念は、全ての測定空間上の２つの感度関数Ｆ１、Ｆ２の結果を統合することである。これが、ある開いたセンサ・ジオメトリにおける、空間全体の原則に存在するが、実際的な事柄としては、Ｆ１、Ｆ２双方、もしくは一方が、少なくともそれらの最大中心値である何らかの特定分数を含む領域に限定することができる。
【００８１】
この分数は、例えば、１０００分の１または１０００００分の１、あるいは、特殊な場合には、１０分の１、あるいはそれ以上など、かなり大きな値にセットすることができる。不必要に長い計算もなく、閾値が有意な結果を与える場合、最小限の試行錯誤であるのは明白である。
【００８２】
２つの感度特性強さは、Ｆ１、Ｆ２共に、各測定領域の特定の小体積量について、単純に逓倍される。最も単純な処理のために、全ての小体積量（微分体積）は、同サイズでなければならない。そしてすべての結果は、単に共に加算可能であり、合計が積分となる。それは、いかなる実際のジオメトリの相互相関係数のために指定されたＣＡＣＴＵＡＬであってもよく、算出において使用するセンサ感度パターンとみなされる。
【００８３】
特定の制約に注意が向けられるならば、これはコロケーションの良好な測定を提供する。この処置を形成し、使用する場合に、液体の、または前もって混合された液体の特徴、もしくは２台のセンサ間の時間効果を考慮に入れることは、非常に困難である。
【００８４】
「時間効果」に関しては、２台のセンサからの最大値（または累積最大値）または応答が、必ずしも同時に起こるというわけではないと理解しなければならない。理想的なコロケーション計測は、これらの流体特徴、または混合物、または時間的遅延、混乱要因の何れによる結果によっても、変化を許してしまうようなものであってはならない。
【００８５】
対向した、さらにより理想的なアプローチは、コロケーション計測を形成するために、すなわち、遥かに高いオーダーの領域である液体を含む本体、すなわち、海洋を、重要な距離および時間的尺度を含め、そのあらゆる複合統計特性も含めて考慮に入れることである。こうした処置は、周知のセンサ・パッケージのために予想可能として小さくなる、そして、優れた新規パッケージが０．９９より上の範囲にあるかもしれない；しかし、こうしたある程度のコロケーションを実際に構築することは、それ自体が大変な苦労となる。
【００８６】
本文書の目的は、結局単に本発明の実際的な範囲を特徴づけ、量を定め、もしくは競争している装置（または関連した従来技術の装置）に対して、比較することであると言える。コロケーションを定める目的は、基本的な海洋学的パズルを解くことにはならない。
【００８７】
相互相関係数が単にジオメトリ的図形の基礎で算出される場合、これらの３つの要因のいずれにも無関係に、多くの場合に対して優れたコロケーションを提供する。さらに、それがどちらか一方のセンサの検知特性を、拡大もしくは縮小させる効果を含んでいるという点で、有利である。
【００８８】
他方、この特定の効果によって、最も実際的な構成において、非常に少ない数しか結果が得られないという点で、この相互相関方式の形態はいくぶん不利である。それは、多分これまでに文献において報告され、もしくは商業化された、全てのジオメトリの０．１以下となるだろう。理想的な値が一単位であると確認可能であるにもかかわらず、こうした達成は、最大の実際的な関心の少なくとも多く、もしくは最も多くの場合、到達不能に思われる。
【００８９】
従って、それは、この特定の計装技術の当業者によって、直感的に直ちに評価されるものではない。これらの結果が小さい数となる理由の１つは、２台のセンサの最も強烈に感度が高い測定領域が、通常、大きさもしくは形状、あるいは通常その両方おいて、非常に異なっているということである。
【００９０】
代わりの方法は、従って、正規化の形成である：この方法は、代わりに２つの相互相関係数の比率を形成する。ひとつは、上述のＣＡＣＴＵＡＬが、重要な特定の相対的な電極コロケーションのために算出した係数であり、すなわち、各々に関して２台の異なるセンサの候補位置を決めるものである。
【００９１】
第２係数ＣＩＤＥＡＬは、再び同じ計算であるが、ここでは、代わりに、実際的なそれら２つの現実のセンサのために、見つけられ得る理想的な最高の相対位置指定を使用して算出されている。この場合、こうした相対的な位置指定が存在し、評価可能だと暗に仮定される。
【００９２】
これがなされる場合、比率ＣＡＣＴＵＡＬ／ＣＩＤＥＡＬのための理想的な出力値は未だに一単位であるが、現在多くの、もしくは最も多くの場合の長所スケールが、その値に明確に及び、さらに、それを含んでいる。なぜなら、比率の分母はほとんど達成可能な定義によっているからである。従って、コロケーションのこの測定ＣＡＣＴＵＡＬ／ＣＩＤＥＡＬは、当業者により直感ベースで遥かに躊躇なく評価される。
【００９３】
しかしながら、この測定は、互いに対して、絶対サイズもしくは空間特性の形状を調整する可能性を考慮した、いかなる比較も提供することが出来ない。もちろん、この正規化された測定を形成する、まさしくその目的が、こうした効果への影響を避けることであるので、これは適当である。
【００９４】
さらに、すでに、言及したように、相互相関方式の双方共が、なお液体混合、時間効果、もしくは多くの特殊なジオメトリを考慮に入れることが出来ない。
従って、非常に有用なジオメトリを識別するためには、いかなるコロケーション基準も十分とは言えないように思われる。
【００９５】
従って、この文書のために、そして、特に請求項のために、「相当なコロケーション」はこれらの基準のうちの少なくとも１つの判定基準として定義される。
【００９６】
こうした液体の特徴に関係なく、ジオメトリ的に算出され、さらに、こうした液体が混ざることはなく、空間遅滞もないと想定した上での、２つの領域のための相互相関係数Ｃ  ＡＣＴＵＡＬは、０．０１および一単位の間にある。
【００９７】
（ａ）  ２つの領域の実際の相対的な場所のための相互相関係数の、（ｂ）前記２つの領域の理想的な相対的な場所で、こうした液体の特徴に関係なくジオメトリ的に算出されている相互相関係数に対する比率ＣＡＣＴＵＡＬ／ＣＩＤＥＡＬは、こうした液体が混ざることはなく、および空間の遅れもないと想定した係数の双方ともが相対的なサイズで変化しない場合の、係数に対する０．９および一単位の間にある。
【００９８】
１台のセンサは、その他のセンサの感度機能の、複数の主要ローブの間に位置し、
センサのうちの１台は、他のセンサの感度領域線の、非常に直接的な経路内に配置され
２領域は、効果的にこうした液体の実質的に同一の体積をモニタし、
２領域は、効果的に入れ子になったこうした液体をモニタし、そして、
２台のセンサは、双方とも、共通の混合体積からサンプルをとられる、こうした液体をモニタする。
【００９９】
これらの判定基準の表現での、「主要ローブ」および「感度領域線の非常に直接的な経路」のフレーズは、それらの文字通りの意味において使われるが、この文書において後述される内容から、さらに明白となる。「効果的に」という語は、特にモニタリングが、非常に敏感に探知される体積だけを考慮することを意味している―言い換えると、体積のみに対し、感度が強い、もしくは、集中して。
【０１００】
換言すれば、実際上の事柄として、最大値の１０パーセント未満のような、感度が弱い領域は、単に無視される。当業者は明らかにわかるように、この目的のための閾値は、ジオメトリに従い、５から２５パーセントまで変化可能である。
【０１０１】
本質的に、これは、相互相関を算出せずに、２感度領域の双方向効果を特徴づける、他の方法である。他方、これらの特定の基準を高度数学的に概念化する１つの方法は、言わば、小さい閾値の範囲内で、インパルス応答がコロケートされるということである。
【０１０２】
前述の内容は、最も幅広い、もしくは最も一般の形で、第１態様、または本発明の側面を説明または定義することができる。しかしながら、これらの幅広い語で言い表されるように、本発明のこの側面が、技術を意義ある形で前進させることが分かる。
【０１０３】
特に、上に定義された装置は、２台のセンサから作り出された測定値である、一覧に示された基準のうちのいずれの１つ以上もが、非常に正確な派生パラメータを生むために、計算で結合可能となることがわかる。従来の装置は、これまで、これらの基準のいずれも満たさなかったと考えられる。
【０１０４】
本発明の第１の主要な態様が、このように有意に技術を前進させるが、それにもかかわらず、その利点の享受を最適化するために、本発明は特定の追加的な特徴または特性とともに実施されるのが好ましい。特に、好ましくは、装置がさらに、こうした液体の圧力測定体積量での圧力を測る、圧力センサを装備することである；さらに、圧力センサの感度領域は、非常に一般に伝導性および温度測定感度領域でコロケートを起こすものである。
【０１０５】
用語「非常に一般に、コロケートを起こす」は、「実質的に、コロケートした」より、遥かに包括的な意味で用いられている。なぜなら、良好な測定値結合を可能とする圧力コロケーションのための必要条件は、厳密さにおいてずっと寛容だからである。２つの理由がある：最初に、多くの、もしくは最も実用的なアプリケーションの圧力勾配は、温度および伝導度のそれよりさほど急でない。
【０１０６】
第２に、実際、圧力（または結果として生じる深度値）が独立変数として最もよく使われる。換言すれば、伝導度、温度およびそれらの値から誘導されるパラメータは、圧力に対して通常プロットされ、その結果、算出における生データの「組合せ」は、全く異なるオーダーおよび特徴の中にあり、ましてや要求することはさらに少ない。
【０１０７】
他の好ましさは、存在するならば、圧力センサが、伝導度および温度センサを有する共通の一体的アセンブリに取り付けられるということである。
【０１０８】
圧力センサはＭＥＭＳ変換器、伝導度センサは４端子装置、および温度計はシルクスクリーン捺染されたガラス板内にカプセル化されたサーミスタであることが好ましい。
【０１０９】
また、センサを伴い、センサから測定値信号を受け取るように接続され、実質的に一体的なアセンブリに作られた、データ収集およびデータ処理システムを含むことが好ましい。このシステムは、前記実質的に同一の測定量のための、こうした液体の測定値信号の第２のパラメータに由来するための回路を含む。第２のパラメータは、音の密度および速度を含み、深度と同様に、圧力センサを伴っているのが好ましい。
【０１１０】
（本発明の第２主要態様）
第２の主要な独立側面または態様の好ましい実施例では、本発明装置は、液体の電気伝導度を測定するための伝導度センサを含む。このセンサは、時間応答バンド幅、および空間の応答バンド幅を有する。
【０１１１】
また、液体の温度を測定するための温度計が装備されている。温度計は、時間応答バンド幅および空間応答バンド幅を有する。
【０１１２】
伝導度センサおよび温度計の時間応答バンド幅は、事実上適合される。また、伝導度センサおよび温度計の空間応答バンド幅は、事実上適合される。
【０１１３】
前述の内容は、最も幅広い、もしくは最も一般の形で、第２態様、または本発明の側面を説明または定義することができる。しかしながら、これらの幅広い語で言い表されるように、本発明のこの側面が、技術を意義ある形で前進させることが分かる。
【０１１４】
特に、適合しているバンド幅は、派生パラメータの精度をさらに高めるもので、コロケーションから得られるものとは分離されている。いくつかの派生パラメータは、一次測定されたパラメータの小さな変動に、非常に影響される。
【０１１５】
海洋においては、例えば、小さい残余エラーは、密度の派生値に極めて不相応な影響を及ぼす。温度、伝導度および密度混乱の電力スペクトルは、一般に負の指数関数として理解され、時おり、非常に粗く１／ｆ２または１／ｆ１．５と描写される、波動数（空間の定期性）である。この微細構造は、ミリメートル・スケールおよびそれ以下に下がる。
【０１１６】
本発明の第２の主要態様が、このように有意に技術を前進させるが、それにもかかわらず、好ましくはその利点の享受を最適化するために、本発明は特定の追加的な特徴または特性とともに実施される。特に、第１側面のために上で述べた、好ましさの大部分が、ここでも適用できる。
【０１１７】
また、データ収集およびデータ処理システムが、センサを伴った、実質的に一体的なアセンブリに作られ、さらに、実質的に同一測定量のための、こうした液体測定値信号の第２パラメータに由来する回路を含んでいることが好ましい。
【０１１８】
（第３の主要態様）
第３の主要な独立側面または態様の好ましい実施例では、本発明装置は、液体の電気伝導度を測定するための伝導度センサ、および液体の温度を測定するための温度計を含む。また、伝導度および温度を表わす、伝導度センサおよび温度センサから測定値信号を受け取るように接続された、データ収集およびデータ処理システムを含む。
【０１１９】
このデータ収集およびデータ処理システムは、近傍を通った、もしくは伝導度センサまたは温度計を通過したデトリタスによる信号人工産物を除去するために、測定値信号のうちの少なくとも１つを修正するための回路を含む。前述の内容は、最も幅広い、もしくは最も一般の形で、第３態様、または本発明の側面を説明または定義することができる。しかしながら、これらの幅広い語で言い表されるように、本発明のこの側面が、技術を意義ある形で前進させることが分かる。
【０１２０】
特に、本発明の本態様は、派生パラメータの正確さを、さらにもう１つの方法、すなわち、主要パラメータ値を、互いに結合可能なより合理的なものにすることにより、非常に強化するものである。デトリタスがセンサを通過、もしくは近傍を通過すると、伝導度測定値、および、これがそうではなかった場合でも、音速、その他の値に対するものと、完全に異なる形で、温度測定値に影響を及ぼすことは、当業者にとり明白である。なぜなら、デトリタスのための音速等は、最もよくある重要なものではないからである。
【０１２１】
デトリタスに関する情報が偶然重要なものとなる限り、本発明のこの形は、伝導度および温度測定過程で発見される、こうした全てのデータを報告するために、実に直截的に構成される。このように、本発明のこの側面の動作は、完全に有益で、副作用を有しない。
【０１２２】
本発明の第３の主要態様が、このように有意に技術を前進させるが、それにもかかわらず、好ましくはその利点の享受を最適化するために、本発明は特定の追加的な特徴または特性とともに実施される。特に、上で強調された好ましさが、本発明のこの第３側面にもまた適用できる。
【０１２３】
本発明のこの形は、海洋、河口、または塩水など、液体の存在する場所で用いられ、それゆえ、装置には、その水を通してセンサを配置し、または動かす必要に応じ、係留ハードウェア、もしくは運送機関、積載、あるいは牽引ハードウェアを含むことが好ましい。また、回路は、デトリタスの通過の前後の少なくとも１度、あるいはその両方に、通常の信号に変えて、デトリタスに応答する信号を発することが好ましい。
【０１２４】
（第４の主要態様）
第４の主要な独立側面または態様の好ましい実施例では、本発明装置は、こうした液体の電気伝導度を測定するための２台の伝導度センサを含む；さらに、こうした液体の温度を測定するための少なくとも１つの温度計を含む。また、センサおよび温度計を支持するための構造アセンブリを含む。
【０１２５】
このアセンブリは、アセンブリに対してメカニカルな統一性を提供する構造強度を有した、少なくとも２枚の回路カードまたはセラミック・カードを含む。カードは、相互に平行した、実質的に配列された関係で配置され、カードのうち２枚の、互いに対向した面に、２台の伝導度センサを備えている。
【０１２６】
前述の内容は、最も幅広い、もしくは最も一般の形で、第４態様、または本発明の側面を説明し、または定義することができる。しかしながら、これらの幅広い語で言い表されるように、本発明のこの側面が、技術を意義ある形で前進させることが分かる。
【０１２７】
特に、本発明の本態様は、低い縦横比を示すセンサ・パッケージ構成を提供し、このように平凡な装置の使用により、パッケージングおよび位置決定を非常に容易に行うものである。加えて、ユニットは、最小の汚損で、非常に良好なフロー・ダイナミックスを提供する。
【０１２８】
本発明の第４の主要態様が、このように有意に技術を前進させるが、それにもかかわらず、好ましくはその利点の享受を最適化するために、本発明は特定の追加的な特徴または特性とともに実施される。特に、装置は、第３および第４の回路カード、もしくはセラミック・カード、も備えていることが好ましく、そして、これらもアセンブリに対してメカニカルな統一性を提供する構造強度を有している。
【０１２９】
これらは、最初に言及された２枚のカードに対し、さらに両者間の構造上の相互接続のために、実質的に直角に配置されるのが最良である。４枚のカードは、実質的に矩形、あるいは正方形のフレームを形成し、フレームを通過するこうした液体の循環のための２つの端が開いている。
【０１３０】
１つの好ましい実施例では、温度計または複数の温度計は、フレーム全体に取り付けられた抵抗導線を含む。この導線は、その両端が、それぞれ２台の伝導度センサと関連したフレーム位置に接続され、一方は、２台の伝導度センサのそれぞれ中央位置につながった、特に有益な構成である。
【０１３１】
他の好ましい実施例では、同心の伝導度検知電極の中央位置に、サーミスタを取り付けて配置する。さらにまた別の例として、２枚のカードの追加の代わりに、柱タイプまたはスタンドオフのようなものを用いる。
【０１３２】
これらは、カードと同様に、アセンブリに対してメカニカルな統一性を提供する構造強度を有し、２枚のカードに対し、さらに両者間の構造上の相互接続のために、実質的に直角に配置されている。この構成において、２枚のカードおよび柱タイプ・スタンドオフは、実質的に矩形、もしくは正方形のフレームを形成し、一般に液体の循環のため、４つの表面で開いている。
【０１３３】
すでに述べられた本発明の態様に関連して言及された他の好ましさは、ここでも適用される。同心および他の伝導度電極のために、各電極の最大寸法は、１．５センチメートルほどであることが好ましい。
【０１３４】
（第５の主要態様）
第５の主要な独立側面または態様の好ましい実施例では、本発明装置は、こうした液体での電気伝導度を測定するための、少なくとも１つの伝導度センサを含み、その温度を測定するための、少なくとも１つの温度計を含む。また、センサおよび温度計から電気信号を受信し、操作するために接続された回路を含む；そして、センサ、温度計および回路を支える、共通のセラミック基板を含む。
【０１３５】
前述の内容は、最も幅広い、もしくは最も一般の形で、第５態様、または本発明の側面を説明し、または定義することができる。しかしながら、これらの幅広い語で言い表されるように、本発明のこの側面が、技術を意義ある形で前進させることが分かる。
【０１３６】
特に、本発明のこの第５態様の利点は、マニュファクチャビリティ、経済、耐久性および信頼性に関している。これらの商業上不可欠な特徴の全ては、本発明のこの側面により、従来技術と関連して、非常に強化される。
【０１３７】
本発明の第５の主要態様が、このように有意に技術を前進させるが、それにもかかわらず、好ましくはその利点の享受を最適化するために、本発明は特定の追加的な特徴または特性とともに実施される。特に、温度計は、直接回路を支える基板に適用されるサーミスタ・チップか、回路のニッチに取り付けられるサーミスタ・ビーズであることが好ましい。
【０１３８】
回路は、信号をデジタル化するアナログ／ディジタル変換器、各センサおよび各温度計のための測定係数を保存しているメモリ手段、および処理装置に埋め込まれた測定係数を有する信号を送るデータバスを含むことが好ましい。メモリ手段は、ＲＯＭ、ＦＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、さらに、全センサ・パッケージを作動させるＡＳＩＣへの臨界情報のハイ・ボリウム・マーケット編入であれ、本発明のために等価である、多くの形式のいずれかを用いることができる。
【０１３９】
また、処理ユニットは、プロット化およびデータ・アーカイブ化のためのプログラム化がなされていることが好ましい。処理ユニットが配置される最も好ましいケースは、センサおよび温度計から距離を保ち、運搬機関、もしくは岸施設にある場合である；さらに、関連するそこでの器材も、本発明の本態様の統合された一部を形成する。
【０１４０】
温度計がサーミスタである場合、特徴として、それは漸近的な時間応答機能を呈する。このケースでは、回路もまた、初期応答データから制限値を算出するための、プログラムを実行するモジュールを含むことが好ましい。
【０１４１】
（第６の主要態様）
第６の主要な独立側面または態様の好ましい実施例では、本発明装置は、こうした液体の通過のためのチューブを含む。さらに、チューブ側壁によって形成される、少なくとも１つの溝を含む。
【０１４２】
一般に平面基板は溝に取り付けられ、チューブ内部全体の溝から、チューブ内で伸び、更に溝から外へ伸びて、チューブから突出する。伝導度センサは、こうした液体の電気伝導度を測定するために、チューブ内部全体に伸びる基板部分の対向面に形成される。
【０１４３】
また、こうした液体の温度を測定するための温度計も含まれる。前述の内容は、最も幅広い、もしくは最も一般の形で第６態様、または本発明の側面を説明または定義することができる。しかしながら、これらの幅広い語で言い表されるように、本発明のこの側面が、技術を意義ある形で前進させることが分かる。
【０１４４】
特に、この構成は、電極浸食のための悪化を最小とするような方法で、設計可能な、特に安定した測定値を提供するものである。これはこの構成において利用可能な、比較的幅広い電極表層と結合した、長い伝導度測定値経路に起因している。
【０１４５】
この構成はまた、良好な混合を提供し、その特定の設計が選ばれる場合、伝導度セルの二重ローブと関連して、サーミスタ配置の優れた場所を示す。本発明のこの特に好適な形の他の利点は、この文書の後半に始まる詳細に登場する。
【０１４６】
本発明の第６の主要態様が、このように有意に技術を前進させるが、それにもかかわらず、好ましくはその利点の享受を最適化するために、本発明は特定の追加的な特徴または特性とともに実施される。特に、伝導度センサは、基板の前記対向面上で、基板に沿いチューブ全体に伸びている電極を含むことが好ましい。
【０１４７】
このケースでは、電極は、基板の両側に、一般に平行な、２本の電流駆動電極、および一般に平行で、駆動電極間の、検知電極を、利便的に含んでいる。伝導度測定経路は、こうした液体内を、基板の一方の側の電極と基板の反対側の電極間で、少なくとも１つの基板の端の周りを通り、一般にはチューブに平行に延びている。
【０１４８】
また、これらの経路のこの構成では、基板の２つの対向する端部の周りを通る、２本の経路が含まれている。これらの２本の経路は、ここで２つの伝導度測定値感度ローブを定め、基板の一方の側の検知電極から、反対側にある検知電極へ、チューブ内で共通に対向する軸方向に伸びている。
【０１４９】
このケースで、温度計は、実質的に２つの伝導度測定値感度ローブ間に、取り付けられるのが好ましい。他の副次的な好ましさでは、温度計は、基板の両側上にそれぞれ１つの、２台の温度センサを含み、各温度センサは、実質的に２つの伝導度測定値感度ローブの間に配置される。本発明の第６態様のために、電極は、基板上でシルクスクリーン捺染されるのが好ましく、また、チューブはアルミナの中にあることが好ましい。
【０１５０】
（第７の主要態様）
第７の主要な独立側面または態様の好ましい実施例では、本発明装置は、こうした液体の電気伝導度を測定するための伝導度センサを含む。このセンサは、同心の環状電極を備えている。
また、こうした液体の温度を測定するための温度計が含まれる。温度計は、環状電極の最も奥の内部部分に配置される。
【０１５１】
前述の内容は、最も幅広い、もしくは最も一般の形で、第７態様、または本発明の側面を説明または定義することができる。しかしながら、これらの幅広い語で言い表されるように、本発明のこの側面が、技術を意義ある形で前進させることが分かる。
【０１５２】
特に、この構成は、２台のセンサが、最も強い感度でかなり良好に記録される、古典的なコロケーションを提供する。従って、本発明の、この単純で直截的に製造された形は、派生パラメータが高い精度で得られる。
【０１５３】
本発明の第７の主要態様が、このように有意に技術を前進させるが、それにもかかわらず、好ましくはその利点の享受を最適化するために、本発明は特定の追加的な特徴または特徴とともに実施される。特に、本発明の態様に関して教示された、以前に導かれた多数の変更および好ましさは、ここでも一般に適用できる。
【０１５４】
（第８の主要態様）
第８の主要な独立側面または態様の好ましい実施例では、本発明は、流動伝導度を測定するための装置を製造するプロセスである。このプロセスは、複数の異なる測定値アプリケーションの、どんなものにも提供される、良好な測定特徴を有する、伝導度センサの製造ステップを含んでいる。
【０１５５】
本プロセスはまた、センサおよび多数の異なる測定値アプリケーションの、いずれとも互換性を持つ、回路基板を提供することを含む。加えて、この方法はまた、センサを用いる、多数の測定値アプリケーションと関連するそれぞれ複数の異なる回路構成から、回路構成を選ぶステップを含む。
【０１５６】
次に、プロセスは、選択された回路構成に基板の上に形成されて、センサと相互接続させるステップを含む。また、回路および基板をカプセルに入れるステップが含まれる。
【０１５７】
前述の内容は、最も幅広い、もしくは最も一般の形で、第８態様、または本発明の側面を説明または定義することができる。しかしながら、これらの幅広い語で言い表されるように、本発明のこの側面が、技術を意義ある形で前進させることが分かる。
【０１５８】
特に、本発明の第８態様により、製造業者は、非常に容易にかつ迅速に、従来の装置を、お目見えしたばかりの新規アプリケーションに適応させる準備が可能になる。これは、製造業者および顧客の双方のために、優れて経済的と言える。いかなる特定のアプリケーションのためであれ、適切な回路を最初に供給した後は、その回路を作るためのフォト・マスターは、実質上、そのまま製造業者の、他のアプリケーションのための回路ライブラリに加えられることができる。そのアプリケーションは、その後、すでに導入された優れた信頼性のある全体的なパッケージによりサービスされ、さらに、以前に導かれたアプリケーションに対するのと本質的に同等の安値である。
【０１５９】
添付の図面を参照して、前述の動作原則および本発明の効果の全ては、以下の詳細な説明の考慮により完全に認められる。
【０１６０】
（好ましい実施例の詳細な説明）
本発明の好ましい実施例では、測定は、センサ技術で達成され、設計により、ローコストで大量生産可能である。しかし、達成する性能は、現在利用できる装置と同等か、もしくはかなり優れたものとなっている。同じ基本的なセンサ設計は、単に例を列挙すると、曳航移送機関、係留設備、水中位置決定、キャストプローブを含む、様々な方法の使用が可能である。
【０１６１】
以前言及された、本発明者により開発された、ＣＴＤセンサのための技術の若干の特徴は、本発明の好ましい実施例に取り入れられている。発明者は、セラミック回路基板技術を用い、そのセル・ジオメトリの範囲内に、伝導度セル用の電極を安価に製作して、サーミスタをコロケートする方法を発見した。
【０１６２】
これについて、本発明は、使い捨てでないＣＴＤｓ中の固有のものである。その結果、コロケーションは、以前に議論された１台の使い捨ての商業プローブのそれより非常に良好となっている。
【０１６３】
本発明は、若干の従来の伝導度セルと同じく、直流安定性を最大にする閉ジオメトリを使用する。しかし、本発明は、特定の電極ジオメトリにより、容易に大量生産に供しうるという点で、異なるものとなる。
【０１６４】
以後に見られるように、好ましい構成は、実質上幾分ハイブリッドであり、基板上に形成される電極のための、開いた、平面ジオメトリを使用するが、そのサブモジュールの配置は、そっくりエンクロージャの範囲内となっている。これは、チューブの内部上に電極を配置し、または形成する一般の方法を避け、これにより、手作業の技術およびそれらの望ましくないコストを本質的に回避する。
【０１６５】
上述のように、従前の使い捨ての装置は、深度を測量するために、プローブ降下率に依存していた。深度測定のより良好な精度を得るために、本発明は、理想的にコロケートされた圧力センサを含んでいる。
【０１６６】
本発明の好ましい実施例では、圧力センサとしてマイクロエレクトロメカニカル機器（ＭＥＭＳ）変換器を用いる−好ましくは統合されたデータ収集およびデータ処理サブシステムを提供する一般のチップに埋められる。この圧力変換器は、係留、搭載、曳行アプリケーションのために必要で、使い捨ての調査の標準技術を超える大きな改良である。
【０１６７】
こうした圧力変換器は、精度限界を有するが、それはプローブ下降技術より非常に良好である。圧力センサのためのコロケーションは、他のセンサほど重要でない。なぜなら、最も一般的な測定環境では、海洋気圧勾配はさほど大きくない―センサの大きさに関連して―重要な派生パラメータ・エラーが生じるためである。
【０１６８】
これは、特に独立変数として、圧力の通常の使用からみて真実である；つまり、深度（圧力）の関数として、伝導度および温度が、最も一般的に考慮される。
【０１６９】
このように、圧力測定は、機能グラフの横座標に沿って、独立位置を決定することに関連する。しかし、当業者は従来技術において、その気圧勾配とコロケーションは、工業プロセス制御ストリームや地熱工場の測定値のような、より通常とかけ離れた測定環境では、より重要となることを理解するだろう。
【０１７０】
これらのセラミック基板を使用する実施例は、従前の特定伝導度センサの一部として、以前に言及されたものと似ている。基板は、露出した検知要素を伴うセンサ・ボディに、後部部分をカプセル化で保護されているものが取り付けられ、それは、マルチチップ・モジュール（ＭＣＭ）および電力回路を含む。
【０１７１】
水分および圧力プルーフのカプセル化は、センサ・プラットフォームの特定の使用に合わせて調整されるのが好ましい。使い捨ての装置では、カプセル化はプローブ下降の距離だけ続けばよいのだが、回路が１０００メートルの深度の圧力に耐えるよう、パッケージ化されなければならない。係留、ハード・マウント、もしくは曳行アプリケーションのためのセンサは、塩水へのより長い露出に耐えることが出来なければならない。
【０１７２】
これら堅固さの双方の程度は、最高水準の技術の範囲内でよく、本発明によるそれらの満足な性能は全く確実なものである。特に、後者のアプリケーション・グループに関しては、関連したセンサ技術は、最近の２０年にわたるいくつかの開発プログラムにおいて信頼性が高いと判明した。
【０１７３】
本発明は、マッチした温度センサとコロケートした、正確な低・高周波の伝導度測定ｌを提供する。特定の実施例において、電極が１センチメートルのオーダーに達する対向する伝導度を減少させることは可能であり、それにより、高周波の測定は、開いた平面、もしくは対向電極構成で得ることができる。この前進により、派生量、塩分、密度および音速（そして、強い気圧勾配を有するアプリケーションの深度）の正確な判定を可能にするだけでなく、従来の高価な手作り方式で組み立てられるよりむしろ、センサ装置が安価に大量生産可能となる。
【０１７４】
正確で精度の高い深度測定を可能とするために、ミニチュアの圧力変換器が含まれる。本発明に取り込んだマイクロエレクトロメカニカル機械（ＭＥＭＳ）深度センサは、降下手順に役立つもので、多くの係留、着底、搭載もしくは曳行アプリケーションで要求されている。ＭＣＭコストの範囲内の回路は、周波数デコーダを必要とし、ＭＣＭの他のチャネルとして直接に製造される。
【０１７５】
本発明の好ましい実施例の統合された構成による直接的な他の利点は、それが利用可能な、異なるアプリケーションおよび実施例の数である。センサは、牽引されたアレイの範囲内で適合するか、または沿岸地域地帯に種をまくために、または、激しく前の検知システムと同程度多くの力を多くの貴重な体積として使い果たすか、または消費することのない自主的なプラットフォームにハードマウントするために、十分に小さい。
【０１７６】
本発明は、―多くの場合単にアセンブリに形成された回路を変更するだけで、―すぐさま他のもしくは追加的なパラメータ・センサに適応され、これは、それを非常にフレキシブルで、測定能力のあるプラットフォームに作りかえる。
【０１７７】
以前に提案されたように、同一セラミック基板の上に載せられた検知要素と回路を有する技術が存在する。本発明は、サーミスタまたはプラチナ抵抗温度計、もしくは他の適当ユニットの形の温度センサを、用いることができる。
【０１７８】
サーミスタ要素は、長い間直接回路基板に適用可能なチップ形式で存在していた。こうした取付けは、特に伝導装置を有する温度センサのコロケーションを提供する若干のアプリケーションで役立つが、こうした表層マウント構成は、バンド幅マッチングについて慎重な注意を払う必要がある。
【０１７９】
一方、かなりコスト高になるが、ニッチ搭載の、別々の前もってカプセル化されたサーミスタ装置（図    ）は、代わりに直ちに使用される。２ｍ以上の解像度が容認可能で、約１ｍ以下の細かさのニッチ・マウントの当を得た解像度の場合、表層マウント方法は特に好ましい。。
本発明の好ましい実施例によれば、温度センサは、伝導度センサの空間の検知体積内に配置され、双方のセンサが実質上同一の水量のサンプルをとることができる。２台のセンサの効果的測定量は、それぞれ図２に示される。
【０１８０】
同心電極の伝導度センサのために、特に有利な構成は、外径のような環状電極を有する伝導度電極を形づくる中心の「点」形状を交換することを含む。温度センサは、その後その環内に配置される。
【０１８１】
温度に関しては、発明の背景についての節で言及された達成結果は、現在の構成との組合せに用いることが可能で、利用し得る商業的装置より非常に良好である。しかし、多くのアプリケーションにとっての好ましい方法は、これらのアプリケーションを格下げする代わりに、それによって本発明の実行を容易で経済的にするのを助けることである。
【０１８２】
温度センサは、例えば、ガラスの下でカプセル化して、電気的にそれを海水または他の腐食性の測定環境から分離させる必要がある。しかし、ガラス・コーティングは、セラミック基板またはその周囲のガラスとは異なり、周囲の水の温度を測定するために十分に薄くなければならない。
こうした準備は、温度測定の空間・時間の解決、つまり、伝導度および圧力測定を伴うそれらのコロケーションの保存を補助する。この種類の例から、当業者はコロケーション、バンド幅マッチングおよび同期を強化可能な他の方法を認めるであろう。
【０１８３】
さまざまな商業的なサーミスタ・ベンダーが熱時定数および電気隔離特性のためのガラス絶縁を最適化したため、本発明のこの部分の動作は保証される。セラミック回路カード上のガラス・コーティングの塗布は、本質的に標準であり、セラミック基板の範囲内で多数の層を形成するために用いる、同じシルクスクリーンの技術を使用する。
【０１８４】
当業者は、本発明の原則に従う温度センサが非常に多くの形にのぼることを認めるであろう。例えば、それはセンサの数を、わずか１つ、または２つにまで制限する必要がない；むしろ、多くの違った種類のアレイの複数の温度センサを使用可能である。
【０１８５】
抵抗導線を用いることができる。温度検出機能は、分配可能であり、例えば組合せセンサ・アセンブリのあらゆる壁上に形成可能である。この文書に記載される教示に基づく他の技術は、自ずからの提案である。
【０１８６】
本発明の伝導度−電極サブシステムは、厚いフィルムのシルクスクリーン技術を使用しており、以前に議論された、本発明者により、過去に開発された、周知の従来の伝導度センサの、―製造費用減少を強化した―改良である。このモジュールの原則は示されているが、本発明のこの構成は新しいものである。
【０１８７】
本発明の節減可能性では、販売価格は恐らく、ＸＣＴＤの少なくとも１／４未満となり、ＸＢＴと同程度の低価格となることが考えられる。この価格付け能力は、非常に潜在的なユーザ・ベースおよびＸＣＴＤ調査の効用を増加させる。
【０１８８】
このセンサ・システムの好ましい実施例のバックボーンは、検知要素を担持するためプラットフォームの兼用になっている多層セラミック回路カードである。この技術を使用すること、は非常に費用効果のあるセンサを作ることとなる。なぜなら、せンサおよび電子機器は、同様に堅固で、小さい、大量再生可能なプラットフォームに含まれているからである。
【０１８９】
セラミックは、海水において不活性で、カプセルに入れるのが容易で、深海にセンサ機能を作ることを必要とする他の材料に、容易に適合する圧縮係数を有する。温度および伝導度センサの製造のために必要な技術は、公知技術である。
【０１９０】
センサ回路の一実施例では、低い入力必要条件および比較的高い絶対精度のために、最適化する。
【０１９１】
高いバンド幅および高い感度のために使用される、従来の装置と比較して、このセンサ・エレクトロニクスは、電流を大幅に少なく引き出し、電極浸食を減少させる。長い時間をかけて有効性が証明されたコンスタント・ボルテージ・サーボ方式は、伝導電子機器製造に用いることができる。
【０１９２】
本発明は、温度および検知要素を、伝導度セルの中の流れの範囲内にコロケートする。この構成は、比較不能もしくは互換性が不十分な一次センサ測定から、海水密度および音速を誘導することに関連した、エラーおよびデータ処理課題を軽減する。
【０１９３】
この革新的な設計機能は、両方のセンサ・サンプルに、同体積の水を保証するものである。この目的を達成するために、温度センサ・サーミスタは、伝導度セルのサンプリング量のセラミック基板に配置される。効果的温度センサを生産するために取り入れられる、キー設計パラメータは、以下の通りである：
【０１９４】
材料選択（熱膨張および機械的な圧縮係数のマッチング）−好ましい形式は、これを書いている時点では、ガラス・カプセルに入れられたサーミスタ、表層マウント・チップ・サーミスタ、厚いフィルム・サーミスタ、またはプラチナ抵抗温度計である；
【０１９５】
サーミスタ・チップ選択（プローブ流れ率に関して、カプセルに入れられたチップの応答時間）―現在好適な若干のチップ；はラス・カプセルに入れられ０．０３０インチの最大直径を有するサーミスタのサーモメトリクス（Ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｉｃｓ）モデルＰ３０、または各辺が０．０２０インチの最大長、０．００３から０．００５インチの厚みを有するタイプＦＭサーモチップ非カプセル化矩形モデル；および、
サーミスタ回路設計（自己加熱対解像度）―現時点での電流好適性は、レシオメトリックなアナログもしくはデジタル回路に組み込まれたブリッジまたはハーフ・ブリッジを含む。
【０１９６】
Ｐ３０は、０．１２５インチの標準の長さのものが最も選択される。「水に漬ける」熱時定数は６０ｍｓｅｃ、であり、（たとえより速くてより遅いユニットが直ちに利用できる場合であっても）これは有利である。なぜなら、それが最も好適な伝導度センサに応答を合わせる、つまり、全体で０．５から１メートルの計測器垂直解像度に、合わせることを可能にするからである。Ｐ３０は、機械の頑丈さに対して十分に大きな、バンド幅マッチングの正確な時定数を有している。
【０１９７】
ＦＭの好適なモデルは、２５℃で１００ｋΩの抵抗を提供し、外部のカプセル化の追加を必要として、平らに、直接回路基板、または、例えば本発明の特定の好ましい実施例において使用するカードに取付けられる。このユニットは極めて薄いため、カプセルに入れられて、設置されると、適切な時定数をもたらす。時間は実質上一定で、カプセル化および取付けのそれを遂行する。
【０１９８】
伝導度セル電極の特に有利な実施例は、好ましくは一般に平面セラミック基板の両面上に、予め定められた電極パターンをシルクスクリーン化することにより製造される。このセンサは、非伝導性チューブ、つまり、アルミナ、さらに、接着性の継ぎ目などの対向した壁の溝に、セラミック基板の端を嵌入することにより、最後のプローブアッセンブリにおいて完成する。
【０１９９】
一般に平面基板は、一般にチューブ（図２）を二分することが好ましい。結果として生じる伝導度センサは、非常に安定していて再現可能である。
カレント・ドライブ電極は、セラミックの両側上の２つの外部ストライプとして示される。（ストライプの上の一組だけは、明確に示される；下の一組は、暗に示されており、実質的に同一である。）両側上の中心のストライプは電圧検知電極である。
【０２００】
電流は、外部ストライプから、流水を通り、（主に）セラミック基板カードの近い方の端に、そして、基板の反対側上の対向する相対物へ回りこむように流れる。このジオメトリは、非常に安定したイソポテンシャル領域内の検知（電圧）電極に位置し、理想的な場所を温度計に提供するある種の構成の中にある。
【０２０１】
回路は、検知電極全体の電圧を、一定レベルにサーボコントロールする。レベルを維持された電流は、周囲のセルの水の伝導度に正比例する。
【０２０２】
センサ出力は、デジタル化されて、各プローブのための埋め込まれたキャリブレーション係数を有するデータバスに送信される。搬送機関へのセンサからのデータ収集のために必要な条件、岸施設その他、が現象されて、プロット、さらにデータ・アーカイブのソフトウェア・プログラムを縮小し、他の潜在的コストを引き下げる。
【０２０３】
センサ装置は、多くのカスタムメイド部品がない状態で製造可能である。厚いフィルム・インクで印刷するシルクスクリーンで、あらゆる生産伝導度セルが製造可能であり、実際上の目的から、同一寸法にすることができる。
【０２０４】
伝導度センサにで必要とされるプラチナ化は、最終的なセンサ・アセンブリの前にバッチで行われる。各ＭＣＭ内の回路のゲインの調整は、オートメーション化したテスターで行われる。センサのバッチキャリブレーションは、唯一の手動操作のままである。
【０２０５】
チューブの範囲内でセル・ジオメトリを展開することは、低周波測定のためのより安定なセルを産するが、汚濁もしくは詰まる危険度が増す。使い捨ての装置では、汚濁の増加の危険度は軽微な要因である、しかし、伝導度センサは浸入の瞬間から安定していなければならない。
【０２０６】
これは、プラチナ化されたセルの微小な泡の除去のために電極表層のプレウエッティングを必要とする。チューブ構成された装置の両側に取り付けられるコルクは、便利にプレウエッティングすることを可能にする。曳行されるか、またはより長期の配備のために、デトリタスを有するセンサの中で汚れることは対象にされなければならないと共に、反対の平面セル実施例を使用することは反対の平面にこうした材料の付着を避けるのに十分なジオメトリを開ける；閉ジオメトリは、詰まることの危険度を冒す。
【０２０７】
必要とされる測定値精度は、温度および伝導度センサの回路が、長い期間にわたって、そして、千分の１よりよいさまざまな温度で安定していることを必要とする。安定性の必要レベルは、慎重な設計により、さらに、伝導度電極が配備されるセラミック・シートに配置される高品質の部品により達成可能である。
【０２０８】
センサの長期使用が必要である場合、例えば図１に示される伝導度セル設計の他の実施例が適用可能である。セラミック回路基板はまた、使い捨てもしくは短期動作のための完全に独立した電力源に空間を提供する。
【０２０９】
以前に指摘されたように、本発明の主要目的は経済的に製造することである。この理由のために、本発明では、利便さと同程度に経済的な方法で製造可能な構成を、実装することが好ましい。
【０２１０】
本発明は、温度および伝導度センサの、サンプリング体積の同等性を強調する。この同等性は、主に２台のセンサによって見られる流体体積を、例えば、オフセット体積または入れ子にされた体積さえ区別されるほど、実際に、ほとんど同体積とすることで達成される。
【０２１１】
この高く求められるコロケーション原則の量を定める意味上の問題点は、前に紹介をした。難解な語であるにもかかわらず、当業者は、効果的に実用的なケースで適用すること、つまり、実際的候補構成は、さほど難しくないことが、分かるであろう。
【０２１２】
本発明のこれらの重要な原則にもかかわらず、実際的な事柄として、温度センサは、代わりに、通常伝導度セル体積の、若干のサブセット内に存在している。同様に、温度センサに対する、またはその範囲内の熱移動の時間的挙動は、概して僅かに、伝導度セルに接触する流体の流れの時間的挙動と異なっている。
【０２１３】
このように、小さな遅延は、２つのセンサ出力の間に残ることがあり、バンド幅のわずかな違いが残ることがある。
【０２１４】
本発明は、電気フィルタ、または近いフロントエンド・ファームウェア／ソフトウェア処理の提供、または、測定環境および製造経済学にふさわしい、更に伝導度および温度センサの電気出力を変えるための他の手段を含んでいる。このように、データ処理は、例えば非常に高い生産量で、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）により、優れた経済性および速度で実行可能である。
【０２１５】
これらの準備は、遅延を占めて、残余のバンド幅差（図６および図７）を補償する。加えて、本発明のこれらの特徴は、検知ハードウェアの望ましくない若干の特性を除去するために用いることができる。例えば、サーミスタは、漸近的な応答機能を有し、初期の応答から制限値を即座に算出する。当業者は、システムを、指数関数を早期応答カーブにフィットさせるようプログラム可能であり、それによって最終結果のための長い待ち時間を除去することができる。
【０２１６】
好ましい実施例も、セルを通過する水の中の微粒子により生じるエラーを、除去することに対する準備を含んでいる。この手段は、海水の特徴的ではなく、通過する微粒子に特徴的であると認められた、伝導度における急速な変化を認識する、センサ・システムの範囲内で、回路またはデジタル手順を含んでいる。
【０２１７】
こうした認識に応答して、微粒子により汚損されるデータ領域は、直ちに周囲の時間（図８）から計算される典型的な値により、データの流れにおいて置換される。例えば、微粒子について、各粒子または微粒子物質の塊の通過の間、得られるいくつかのデータ・ポイントは、サンプルに従って、前もって、もしくは直後にすぐさま、もしくはその両方に、代表的な（つまり平均的な）データ流れの値と都合よく置換される。
【０２１８】
本発明は塩水または液体の水を有する使用に限られるものではなく、これらは最も一般的なアプリケーションを含むことができる。使用は、河口および他の塩水の汚染監視、発電所氾濫および工業工場液体（つまりジュース）、または、地熱工場の工業廃棄物または水、を含んでいる。他の重要なアプリケーションは、プロセス・ストリーム、硫黄および他の鉱物の抽出、地質学探査のモニタリングを含む。
【０２１９】
一般に、異なる液体のモニタリングは、回路内に異なるパラメータが必要となる  ―  ただし、センサの非常に小さな範囲以外。このように、本発明の重要な利点は、定められるセンサ・ジオメトリが、アプリケーション全体で、実質的に安定しているということである。広く異なる使用は、センサ・アセンブリにおいて形成される、特定の回路を変更するだけで実行される。
【０２２０】
前述の開示は、単に例示のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではないことは理解されねばならない。それは、請求項を参照することで決定されることになっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明者によって以前開発された、従来技術の伝導度センサの、いくぶん模式的な立面図である。
【図２】図１のセンサと同様の端面図である。
【図３】同じセンサの、正面、および一側面からの斜視図である。
【図４】後部からの同じセンサの同様な図であり、温度センサと連結しており、図１のセンサが従来の技術システムに類似した形で連結しており、更には不十分なコロケーションで、伝導度および温度センサが連結している；図はさらに、遠隔データ収集および遠隔データ処理機能に、センサ信号を伝送するための装置を含んでいる。
【図５】従来技術の他の伝導度および温度測定システムのセンサ・ヘッドの側面図であり、２台のセンサの不十分なコロケーションを示している。
【図６】図５のセンサ・ヘッドの上部平面図であり、内部にサーミスタを搭載しており、その一部は破線で示されている。
【図７】最下部平面図であり、伝導度センサを正面から示すために、図５の７−７線に沿った角度で表示されている。
【図７Ａ】下からの斜視図である。
【図８】本発明の好ましい実施例における、組合せ測定システムの斜視図または等角図であり、通常の液体流通室内の温度および伝導度センサの包含と同様に、伝導度、温度および圧力センサが、データ収集およびデータ処理機能と共に、揃って搭載されているところを示している。
【図９】本発明のシステムの他の好ましい実施例と同様の図で、チューブが一方のみに回路要素を有している。
【図１０】図９のシステムの側面図である。
【図１１】同じシステムの端面図である。
【図１２】本発明のシステムの正方形もしくは立方体の実施例に類する図であり、４枚の基板または回路カードが形成されている。フレックス回路カードおよびスタンドオフを使用した、さらなるもう１つの実施例はまだ示されていない。
【図１３】本発明の概念そのものを示しており、図８から図１２の実施例での、コロケートされた２台のセンサの、代表的な空間および時間バンド幅を非常に概念的に示している線図である。
【図１４】生の測定されたバンド幅からの測定された信号（一方または両方の）を選択された同一のあるバンド幅へ変換し、更に同じバンド幅信号のうちの少なくとも１つを（いずれかのオーダーに）遅延させ、その結果、２つの信号を同期させる、信号フィルタ構成のためのエレクトロニクス・ブロック図である。
【図１５】本当の伝導度変動を表わしてはいない、センサを通過する微粒子により発生した信号変動を除去する、非線形のフィルタの同様の線図である。
【図１６】伝導度センサ・アナログ電子機器の、概念上のレベルでのブロック線図である（図１４および図１５のブロックは、この概略図の種々の任意の点で組み込まれてもよい；信号のさまざまないずれかの位置で取り入れられることができるのは矩形波である）。
【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７Ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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