(57)【要約】【課題】電位を精度よく測定することができるまでの時間が長くなるのを抑制しながら、保管時の電極の管理を容易に行うことが可能な水中電位差測定装置を提供する。【解決手段】この水中電位差測定装置１００は、塩化銀を含む一対の電極１と、一対の電極１の電極電位が水中において安定するまでの電位の時間変化を電極１の周辺の塩化物イオンの活量の時間変化に基づく近似式により予測し、一対の電極１により測定した水中の電位と、予測した電位とに基づいて水中の電位を取得する制御部２とを備える。【選択図】図２
2016133432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化銀を含む複数の電極と、
前記複数の電極の電極電位が水中において安定するまでの電位の時間変化を前記電極の周辺の塩化物イオンの活量の時間変化に基づく近似式により予測し、前記複数の電極により測定した水中の電位と、予測した電位とに基づいて水中の電位を取得する制御部とを備える、水中電位差測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記電極の周辺の塩化物イオンの活量の時間変化を、時間変化に対して比例的に変化する比例変化成分と、時間変化に対して飽和に向かう飽和成分とを含めてモデル化して、モデル化した塩化物イオンの活量の時間変化に基づいて前記近似式を取得するように構成されている、請求項１に記載の水中電位差測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電極を水中に入れた状態で、水中の電位の時間変化を所定の時間測定し、測定した電位の時間変化に基づいて前記近似式を取得するように構成されている、請求項１または２に記載の水中電位差測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、電位の時間変化の前記近似式Ｅ（ｔ）を下記式（１）のようにモデル化して、下記式（１）のα、βおよびγを、前記電極を水中に入れた状態で測定した水中の電位の時間変化に基づいて決定して、近似式を取得するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水中電位差測定装置。
【数６】
2016133432.tif 000008
【請求項５】
前記制御部は、前記電極の温度の時間変化にも基づいて前記近似式を取得するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水中電位差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中電位差測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水中電位差測定装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、複数の電極と、複数の電極間の微小電位差を収集するデータ処理装置とを備える水中電位差測定装置が開示されている。また、上記特許文献１の水中電位差測定装置の電極は銀−塩化銀電極を用いていると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０１９８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、電極として銀−塩化銀電極を用いる場合は、精度よく電位を測定するために、難溶性の塩化銀が水中に溶解して、ＡｇＣｌ⇔Ａｇ＋＋Ｃｌ−という平衡状態に達した状態で電位を測定する必要がある。この塩化銀の溶解が平衡状態に達するまでには時間がかかるため、予め、電極を飽和の電解液（たとえば、ＫＣｌ溶液）に浸して保管しておくことにより上記平衡状態にしておくのが一般的である。この場合、電極の保管時（使用前）は、電解液が漏れないように管理する必要があった。このため、保管時の電極の管理を容易に行うことが可能な水中電位差測定装置が望まれていた。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電位を精度よく測定することができるまでの時間が長くなるのを抑制しながら、保管時の電極の管理を容易に行うことが可能な水中電位差測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における水中電位差測定装置は、塩化銀を含む複数の電極と、複数の電極の電極電位が水中において安定するまでの電位の時間変化を電極の周辺の塩化物イオンの活量の時間変化に基づく近似式により予測し、複数の電極により測定した水中の電位と、予測した電位とに基づいて水中の電位を取得する制御部とを備える。
【０００８】
この発明の一の局面による水中電位差測定装置では、上記のような構成を有する制御部を設けることにより、塩化銀の溶解が平衡状態に達する前において電極電位が変化する場合でも、近似式により予測した電位の時間変化から複数の電極間の電位差が補償されるので、塩化銀を含む電極の電極電位が安定するまでの間でも複数の電極間の電位差を精度よく取得することができる。これにより、電位を精度よく測定することができるまでの時間が長くなるのを抑制することができる。また、複数の電極を電解液に浸して保管しておく必要がなくなるので、保管時（使用前）の電極の管理を容易に行うことができる。これらの結果、電位を精度よく測定することができるまでの時間が長くなるのを抑制しながら、保管時の電極の管理を容易に行うことができる。
【０００９】
上記一の局面による水中電位差測定装置において、好ましくは、制御部は、電極の周辺の塩化物イオンの活量の時間変化を、時間変化に対して比例的に変化する比例変化成分と、時間変化に対して飽和に向かう飽和成分とを含めてモデル化して、モデル化した塩化物イオンの活量の時間変化に基づいて近似式を取得するように構成されている。このように構成すれば、電位の時間変化の近似式を実測値に近づけることができる。なお、電極の周辺の塩化物イオンの活量の時間変化を、時間変化に対して比例的に変化する比例変化成分と、時間変化に対して飽和に向かう飽和成分とを含めてモデル化して電位の時間変化の近似式を取得することにより、電位の時間変化の近似式を実測値に近づけることができることは、本願発明者が鋭意検討した結果見出したものである。
【００１０】
上記一の局面による水中電位差測定装置において、好ましくは、制御部は、電極を水中に入れた状態で、水中の電位の時間変化を所定の時間測定し、測定した電位の時間変化に基づいて近似式を取得するように構成されている。このように構成すれば、電極を水中に浸してから所定の時間の水中の電位の時間変化を計測して、近似式を取得することにより、その後、電極電位が水中において安定する前でも、精度よく複数の電極間の電位差を測定することができる。
【００１１】
上記一の局面による水中電位差測定装置において、好ましくは、制御部は、電位の時間変化の近似式Ｅ（ｔ）を下記式（１）のようにモデル化して、下記式（１）のα、βおよびγを、電極を水中に入れた状態で測定した水中の電位の時間変化に基づいて決定して、近似式を取得するように構成されている。このように構成すれば、モデル化した式（１）に実測した水中の電位の時間変化を用いてα、βおよびγを決定して、容易に電位の時間変化の近似式を取得することができる。
【数１】
2016133432.tif 000003
【００１２】
上記一の局面による水中電位差測定装置において、好ましくは、制御部は、電極の温度の時間変化にも基づいて近似式を取得するように構成されている。このように構成すれば、電極を使用する水中の温度が保管時の温度と異なる場合でも、電極電位の温度による変化を考慮することができるので、より精度よく電位の時間変化の近似式を取得することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上記のように、電位を精度よく測定することができるまでの時間が長くなるのを抑制しながら、保管時の電極の管理を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による水中電位差測定装置の概略を示したブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による水中電位差測定装置の制御部による電位測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による水中電位差測定装置の測定した電位差の補償を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
本実施形態による水中電位差測定装置１００は、図１に示すように、水中（海水中）において微小電位差を測定するために用いられる。水中電位差測定装置１００は、一対の電極１と、制御部２と、アンプ３と、ＡＤ変換部４とを備えている。
【００１７】
水中電位差測定装置１００は、一対の電極１の電位差を測定し、アンプ３により増幅して、ＡＤ変換部４によりアナログ信号をデジタル信号に変換して制御部２により観測するように構成されている。
【００１８】
電極１は、銀（Ａｇ）および塩化銀（ＡｇＣｌ）を含む銀−塩化銀電極により構成されている。電極１の保管時（使用前）は、乾燥した状態で保管されている。つまり、電極１は、電解液（たとえば、飽和塩化カリウム水溶液）に浸すことなく、空気中に保管される。また、一対の電極１は、使用時は、海中（水中）に配置されて、海中の電位差を測定するように構成されている。また、一対の電極１は、配線によりアンプ３に接続されている。
【００１９】
制御部２は、水中電位差測定装置１００の各部を制御するように構成されている。具体的には、制御部２は、一対の電極１により海中の電位差を測定するように構成されている。
【００２０】
ここで、本実施形態では、制御部２は、一対の電極１の電極電位が水中において安定するまでの電位の時間変化を電極１の周辺の塩化物イオンの活量の時間変化に基づく近似式により予測し、一対の電極１により測定した水中の電位と、予測した電位とに基づいて水中の電位を取得するように構成されている。つまり、制御部２は、電極１を海中に入れてから所定の時間経過するまでは、一対の電極１により測定した電位差を、電極電位の時間変化を予測して補償するように構成されている。
【００２１】
ここで、電極１の電極電位Ｅは、式（２）（ネルンストの式）で表される。
【数２】
2016133432.tif 000004
なお、式（２）において、Ｒは、気体定数を表し、Ｔは、絶対温度を表す。また、ａＣｌ−は、Ｃｌ−の活量を表し、Ｆは、ファラデー定数を表す。ネルンストの式より、ＡｇＣｌの溶解がＡｇＣｌ⇔Ａｇ＋＋Ｃｌ−という平衡状態に達するまでは、ａＣｌ−の値が変化する。つまり、塩化物イオンの活量ａＣｌ−の時間変化を予測することにより、電極電位Ｅの時間変化の近似式を予測することが可能である。
【００２２】
制御部２は、電極１の周辺の塩化物イオン（Ｃｌ−）の活量ａＣｌ−の時間変化を、時間変化に対して比例的に変化する比例変化成分と、時間変化に対して飽和に向かう飽和成分とを含めてモデル化して、モデル化した塩化物イオンの活量の時間変化に基づいて近似式を取得するように構成されている。具体的には、制御部２は、Ｃｌ−の活量ａＣｌ−の時間変化の比例的な変化ｆ（ｔ）をＡｔとし、Ｃｌ−の活量ａＣｌ−の時間変化の飽和に向かう変化ｇ（ｔ）をｅｘｐ（−１／（Ｂｔ））としてモデル化する。なお、ＡおよびＢは、時間により変化しない定数である。そして、制御部２は、活量ａＣｌ−＝ｆ（ｔ）×ｇ（ｔ）として、塩化物イオンの活量ａＣｌ−の時間変化をモデル化する。
【００２３】
つまり、一対の電極１の電位差の時間変化Ｅ（ｔ）は、式（３）のように表される。
【数３】
2016133432.tif 000005
これを整理して、式（１）のようになる。
【数４】
2016133432.tif 000006
【００２４】
また、制御部２は、一対の電極１を水中（海中）に入れた状態で、水中の電位の時間変化を所定の時間（たとえば、１２０秒）測定し、測定した電位の時間変化に基づいて近似式を取得するように構成されている。つまり、制御部２は、電位の時間変化の近似式Ｅ（ｔ）を式（１）のようにモデル化して、式（１）のα、βおよびγを、電極１を水中に入れた状態で測定した水中の電位の時間変化に基づいて決定して、近似式を取得するように構成されている。制御部２は、α、βおよびγを決定する際に、測定した電位の時間変化を最小二乗法により近似するように構成されている。
【００２５】
また、制御部２は、測定した電位差を、電極電位の時間変化を予測して補償した後、ハイパスフィルタ処理を行うように構成されている。これにより、電位差が比較的緩やかに変化する成分を除去することができるので、電位差の変化を精度よく測定することが可能である。
【００２６】
また、制御部２は、電極１の温度の時間変化にも基づいて近似式を取得するように構成されている。具体的には、制御部２は、式（３）のうちの絶対温度Ｔの時間変化Ｔ（ｔ）を式（４）（ニュートンの冷却法則の式）のように近似して、近似式Ｅ（ｔ）を取得するように構成されている。
【数５】
2016133432.tif 000007
なお、ｋ＋ｍは、保管時の温度（初期の温度）であり、ｍは、水中の温度（収束する温度）である。また、lは、時間により変化しない定数である。
【００２７】
次に、図２を参照して、水中電位差測定装置１００の制御部２による電位測定処理について説明する。
【００２８】
一対の電極１が海中（水中）に配置されると、ステップＳ１において、海中に浸漬直後の一対の電極１の間の電位差が１２０秒間測定（実測）される。ステップＳ２において、１２０秒間測定した電位差の測定結果から、近似式として使用される式（１）の係数α、βおよびγが算出される。
【００２９】
ステップＳ３において、近似式が取得される。つまり、算出したα、βおよびγを式（１）に適用して、電位差の時間変化を予測した補償用のデータが作成される。
【００３０】
ステップＳ４において、一対の電極１により測定した電位差のデータから近似式にによる補償データ（電位差の時間変化を予測したデータ）を減じて電位差の時間変化が補償される。
【００３１】
ステップＳ５において、補償後のデータがハイパスフィルタにより処理される。これにより、電位差の時間変化の影響がさらに低減される。その後、所定時間経過するまで、ステップＳ４およびステップＳ５の処理が繰り返される。そして、電位差の時間変化の影響が非常に小さくなると（塩化銀の溶解が略平衡に達すると）、測定値に近似式による補償する処理を行わず、測定値に直接ハイパスフィルタ処理が行われて電位差が取得される。
【００３２】
次に、図３を参照して、水中電位差測定装置１００の測定した電位差の補償について説明する。
【００３３】
図３に示すように、まず、測定値（実測値）から、近似式（式（１））によるデータが求められる。そして、測定値が近似式に基づいて補償される。これにより、電位差の時間変化の量が小さくなる。そして、補償後のデータにハイパスフィルタ処理を行うことにより、電位差の時間変化がさらに小さくなる。つまり、測定値（実測値）をハイパスフィルタ処理のみ行った比較例に比べると、測定値を補償後にハイパスフィルタ処理を行った方が、電位差の時間変化が小さくなっていることが分かる。
【００３４】
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００３５】
本実施形態では、上記のように、一対の電極１の電極電位が水中において安定するまでの電位の時間変化を電極１の周辺の塩化物イオンの活量の時間変化に基づく近似式により予測し、一対の電極１により測定した水中の電位と、予測した電位とに基づいて水中の電位を取得する制御部２を設ける。これにより、塩化銀の溶解が平衡状態に達する前において電極電位が変化する場合でも、近似式により予測した電位の時間変化から一対の電極１間の電位差が補償されるので、塩化銀を含む電極１の電極電位が安定するまでの間でも一対の電極１間の電位差を精度よく取得することができる。その結果、電位を精度よく測定することができるまでの時間が長くなるのを抑制することができる。また、一対の電極１を電解液に浸して保管しておく必要がなくなるので、保管時（使用前）の電極１の管理を容易に行うことができる。これらの結果、電位を精度よく測定することができるまでの時間が長くなるのを抑制しながら、保管時の電極１の管理を容易に行うことができる。
【００３６】
また、本実施形態では、上記のように、制御部２を、電極１の周辺の塩化物イオンの活量の時間変化を、時間変化に対して比例的に変化する比例変化成分と、時間変化に対して飽和に向かう飽和成分とを含めてモデル化して、モデル化した塩化物イオンの活量の時間変化に基づいて近似式を取得するように構成する。これにより、電位の時間変化の近似式を実測値に近づけることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、上記のように、制御部２を、電極１を水中に入れた状態で、水中の電位の時間変化を所定の時間測定し、測定した電位の時間変化に基づいて近似式を取得するように構成する。これにより、電極１を水中に浸してから所定の時間の水中の電位の時間変化を計測して、近似式を取得することにより、その後、電極電位が水中において安定する前でも、精度よく複数の電極１間の電位差を測定することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、上記のように、制御部２を、電位の時間変化の近似式Ｅ（ｔ）を式（１）のようにモデル化して、式（１）のα、βおよびγを、電極１を水中に入れた状態で測定した水中の電位の時間変化に基づいて決定して、近似式を取得するように構成する。これにより、モデル化した式（１）に実測した水中の電位の時間変化を用いてα、βおよびγを決定して、容易に電位の時間変化の近似式を取得することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、上記のように、制御部２を、電極１の温度の時間変化にも基づいて近似式を取得するように構成する。これにより、電極１を使用する水中の温度が保管時の温度と異なる場合でも、電極電位の温度による変化を考慮することができるので、より精度よく電位の時間変化の近似式を取得することができる。
【００４０】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００４１】
たとえば、上記実施形態では、海水中に電極を配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、海水以外の水中に電極を配置して水中の電位を測定してもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、水中電位差測定装置が一対（２つ）の電極を備える構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、水中電位差測定装置が３つ以上の電極を備えていてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、電極を水中に配置してから１２０秒間電位の時間変化を測定し、測定した電位の時間変化に基づいて近似式を取得する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電極を水中に配置してから１２０秒間以外の所定の時間電位の時間変化を測定し、測定した電位の時間変化に基づいて近似式を取得してもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、式（１）のα、βおよびγを最小二乗法を用いて決定する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、式（１）のα、βおよびγを最小二乗法以外の方法により近似して決定してもよい。たとえば、遺伝的アルゴリズムにより式（１）のα、βおよびγを決定してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、電極の温度の時間変化にも基づいて近似式を取得する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、温度変化を考慮しないで近似式を取得してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  電極
２  制御部
３  アンプ
４  ＡＤ変換部
１００  水中電位差測定装置
【図１】
2016133432.tif 000009
【図２】
2016133432.tif 000010
【図３】
2016133432.tif 000011