JP2007536525A - センサの選択的暴露による流体監視のためのマルチセンサ・システム - Google Patents

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Abstract

さまざまなセンサ・ユニット構成が、流体品質監視システムに関して開示されている。センサ・ユニットは、既存の製品流通経路を使用して、センサ・ユニットを販売し、分配し、および設置することにより分配することができ、それにより、流体分配監視システムは、比較的安価に、広い範囲にわたり、また問題検出の観点から最も望ましい場所、エンド・ユーザの場所にセンサ・ユニットを配置することで確立することができる。

Description

本発明は、一般に、流体監視のためのセンサ・システムおよび方法に関する。より具体的には、本発明は、センサを広範囲に分配し、流体（例えば水）のオンライン監視を行うためのセンサ・システムおよび方法に関する。
本出願は、すべて２００４年５月７日に出願された「流体試験用の監視システムと方法」という表題の米国特許出願第１０／８４０，６２８号（代理人整理番号９４８５７６ ９９９００２）、「利害関係者にデータ通信する流体監視システムと方法」という表題の米国特許出願第１０／８４０，６３９号（代理人整理番号９４８５７６ ９９９００３）、および「入力流体と出力流体を監視する流体処理装置」という表題の米国特許出願第１０／８４０，６４９号（代理人整理番号９４８５７６ ９９９００４）に関連し、それぞれの内容は参照により本明細書に合体される。
飲料水の品質および保証の重要性は世界中で高まる一方である。自然に連続配水システムに入り込む、またはテロリストの行為として故意に連続配水システムに入れられる毒素、生物学的作用物質、無機化合物、および粒子状物質などの汚染物質は、水の品質を許容できないレベルにまでおとしめる可能性を有し、人であろうと他の生命形態であろうと、個体群のそれぞれのメンバーは、そのような基準を満たさない品質の水に曝される危険性がある。水は、井戸であろうと、川であろうと、貯水池であろうと、処理場であろうと水の供給源において汚染されるか、または水が連続配水システム内にいったん導入されると汚染される可能性がある。その供給源または種類に関係なく、水質低下は健康に対し著しい悪影響を及ぼすおそれがあり、この影響はすぐにわかることもあるが、多くの場合、数年間、さらには数十年もの間、認識されることも、あるいは検出されることもない。
例えば、水道局の一地域内の水源のさまざまな地点、水処理設備内、および／または配水管網の選択された配水地点に監視装置を配置することを含む、飲料水の品質を監視する対策がたてられている。水質監視用コンポーネントおよびシステムの選択、当該位置への接近、および購入／配置は、地域または複数地域にまたがる水道局が導入する場合に大きな労働力と多大なコストを必要とする傾向がある。遠隔監視システムは非常に高価であり、また持続的保守に関する要求条件が著しいため、監視箇所の数が大きく制限されており、このことが、ほとんどの検査が水の「グラブ・サンプル」を研究室に戻して検査することにより低容積基準で実行される主な理由である。問題になっているいくつかの考慮事項として、検査の密度（つまり、個体群を暴露から保護するために貯水池または市内に監視場所をいくつ設けるべきか、例えば、市ブロック毎、または５ブロック、１０ブロック、または２０ブロックのエリア内）、検査頻度（例えば、所定の場所で１月に１回グラブ・サンプルを採取することで、個体群を十分に保護できるかどうか）、および継続的でない基準で検査が行われているため、幾万もの人々にすでに影響を及ぼしている可能性のある汚染に関する「すぐに利用できる」データを受け取るまでの時間の遅れが挙げられる。
それに加えて、多くの水質センサは、基準以下の水質条件を判定する際に偽陽性または偽陰性を示す。こうした偽陽性は、センサ・ノードの調査および修理が必要になるためコストを生じさせ、結果として、配水システム・セクションの停止、またはより一般的に、住民の水利用を中断する警報が発生することすらあり得る。偽陰性は、危険な状態が適切な時期に検出されないと、なおいっそう高いコストをもたらす可能性がある。
さらに、水質測定結果を、特にリアルタイムで、共有することが必要であり、この重要性は高まる一方である。地方の水道局が、システム・パフォーマンスを改善する水質のリアルタイム対策を必要としているだけでなく、多地域（例えば、郡、県、州、または国）の水道局は、特定の配水地域における水質の生データの形態であろうと分析結果の形態であろうと、オリジナルデータを望んでいる。この情報は、例えば、水質基準に適合していることを保証するために使用することができる。この情報は、一般に、地方水道局により提供され、全く隠し立てしないレポートを提供する気にさせるほどのものでないことがある。また、見通しの立たない今の時勢にあって、起こりうる、あるいは実際の妨害行為に絶えず注意を向けていることは、上水道が安全であるという保証を一般住民に与えるためにも、きわめて重要なことである。
米国特許第４，７４３，９５４号 米国特許第５，１０２，５２６号 米国特許第６，０７４，５３９号
そのため、市営の、工業用の、さらには、家庭用の浄水／処理システムが正常に動作し、一定の品質の水を供給しているかどうかを検出する改良が必要である。これは、市町村でバルク水全体を処理する代わりに選択的にまたはより費用効果の高い方法で水を処理するために、市町村が水処理装置を遠隔地に配置する場合に特に重要と考えられる。
最後に、純粋な水を提供しているというメーカーの主張を検証するために、商業用水処理システムから純粋であるとして販売されている水の純度および保証を確認する必要がある。
本開示のさまざまな実施形態では、これらの問題だけでなく最先端技術により引き起こされる他の問題も対象とする。
例えば、本発明は、検出事象を監視し、識別し、確認し、そして報告することを含む、流体を監視するためのシステムを含むことができる。流体を監視し、監視に基づいて変数を生成する、また変数が検出条件を示している場合に予備的識別子を生成するための、監視手段のいくつかの実施形態が開示される。同様に、流体を検査し、新しいデータに基づいて検出条件が発生したかどうかを判定するための確認手段のいくつかの実施形態も開示される。それに加えて、検出条件が発生したと確認手段が判定した場合に、遠隔通信デバイスに検出条件を報告するための報告手段のいくつかの実施形態が開示される。
より具体的には、本発明のいくつかの実施形態は、流体を監視するためのシステムの形態をとることができ、これは、流体に曝されるように構成された第１のセンサおよび同じ流体サンプルに曝されるように構成された第２のセンサを備える。このようなシステムは、さらに、第１のセンサおよび第２のセンサに結合された処理ユニットも備えることができ、少なくとも１つの処理ユニットは（１）第１のセンサとともに動作して流体を監視し、（２）その監視結果に基づいて変数を生成し、（３）その変数が検出条件を示している場合に予備的識別子を生成し、（４）第２のセンサとともに動作して新しいデータに基づいて検出条件が発生したかどうかを判定するように構成されている。通信ユニットは、検出条件が発生したと処理ユニット側で判定した場合に、遠隔通信デバイスに検出条件を報告するように構成することができる。これらの手段により実行される方法も開示される。
他の実施例では、流体を監視するためのシステムは、流体処理デバイス、流体処理デバイスに入る前処理流体に曝されるように構成されている第１のセンサ、および後処理流体に曝されるように構成されている第２のセンサを備えることができる。流体処理デバイスは、例えば、濾過器筐体、濾過器、硬水軟化デバイス、蒸留デバイス、逆浸透濾過デバイス、またはそれらの任意の組み合わせを一例として含むことができる。
他の実施例では、流体を監視するためのマルチセンサ装置も開示される。マルチセンサ装置は、例えば、基板と、基板に取り付けられ、それぞれ流体に曝されるように構成された複数のセンサと、複数のセンサのうちの特定のセンサを選択的に流体に曝す複数の手段と、それらの同等物のうちの１つとを備えることができる。暴露手段は、例えば、基板の表面に取り付けられた、複数のセンサを覆う膜と、所定の加熱素子が所定のセンサの近くに配置され、それぞれの加熱素子は膜に開口部を生成するように選択的に動作可能であり、それにより開口部の近くに配置された特定のセンサを流体に曝すことができる、膜に取り付けられた複数の加熱素子とを備えることができる。それとは別に、またはそれに加えて、暴露手段は、基板が配置され、センサを流体に曝せるように構成された開口部（アパーチャ）を壁に持つ、筐体部材、開口部に隣接して配列され、基板の表面と筐体の表面との間に配置され、それにより基板を筐体に押し付けて被覆するシール、および基板を動かして個々のセンサまたはセンサ群を開口部の一領域に選択的に配置して個々のセンサまたはセンサ群が流体に曝らされるようにするアクチュエータを備えることができる。さらに他の実施形態では、暴露手段は、基板の表面に取り付けられた、複数のセンサを覆う、少なくとも１つの被覆膜、および個々のセンサまたはセンサ群を流体に曝らすことができるようにセンサまたはセンサ群に最も近い一領域内で少なくとも１つの被覆膜を選択的にずらすための機械式部材、および基板と機械式部材との間で相対的運動を行わせ機械式部材が少なくとも１つの被覆膜を選択的にずらすことができるようにするアクチュエータの形態をとることができる。
本開示のこれらの態様によるセンサ・ユニットは、連続的または間欠的（例えば、周期的）に検出事象を監視し、識別し、確認し、報告することができ、それにより、偽陽性および偽陰性のいずれかまたは両方の出現を減らすことができる。
本開示のこれらの態様によるセンサ・システムは、配水システム全体において、識別可能な場所、潜在的にはエンド・ユーザの場所の最終流体出力点（例えば、水道）に、センサ部位を広範囲に渡り潜在的に無作為に分配することを可能にし、他の方法で同様の経費水準の範囲内で実現可能な監視部位に対して潜在的にさらに大きなパネルを設定することができる。これは、エンド・ユーザが自らセンサ・ユニットの代金を支払い、設置するという状況においてとりわけ言えることであり、自分たちにとってメリットがあると同時に、水道監視機関および一般大衆にとってもメリットがある。分配されたセンサ部位のパネルを大きくできると、水道局が水質監視システム内の水質に影響を及ぼす問題発生源を検出し、追跡し、および／または分離する能力が高まる。
本開示は、付属の図面において例示されている明示的な実施形態を参照しつつ説明されるが、本発明はそれに必ず限定されるわけではない。本発明のさまざまな利点および他の属性は、さまざまな特定の実施形態に関して示されているか、または明らかにされているが、本発明の範囲内のすべての実施形態が必ず利点または属性を含むか、または示しているわけではない。本発明の範囲は、請求項に含まれる記述、およびその等価物に基づいて決定されるべきであり、請求項の中に積極的に記載されていない利点および属性に頼って決定されるべきではない。さらに、「発明」という用語は、単数形で使用されているが、複数の独立した、および／または異なる発明が開示および請求項中に示されうることは理解されるべきである。
本明細書の目的に関して、以下のことが理解されるべきである。「水質」という用語は、一般に、水または他の流体、および限定はしないがさまざまな化学薬品、化学的プロフィール、生物学的作用物質および／または生命形態の存在、毒素、他の有機および無機汚染物質、および微粒子などの尺度を含む流体の有用性または流体により課される危険性を示す傾向を有する流体の、さまざまな態様の尺度に関する。例えば、配水システムは本発明のいくつかの実施形態の中心となるものであるが、本発明の態様は、監視を必要とする分配システム、貯水池、または給水源内に存在するものを含む流体（気体または液体）を監視するために応用できるということもあり得る。「確認する」という用語は、他の指示物による追加の証拠または裏付けが、元の指示するものに至るデータに関して同じでも異なっていてもよい、追加の情報に基づいて決定されていることを意味するものと理解されるべきである。「分配システム」は、流体分配（例えば、空気ダクトなどの空気分配システムを含む）の任意のシステムを含み、配水の場合には、現在一般的に、連続配管系および／または貯水池、水路、配管、および処理場のシステムとして現れるが、容器水、流域内の井戸水、または地下水などのあまり典型的ではない分配水路、さらにはもっと大きな水域、大洋、河川、小川、および／または川の支流、または単一水域内の一方層から他の層への水の移動など、流体がシステム内の一地点から他の地点へ流れることができるものなら事実上何でも含むことができ、その特質は、配水システム内のセンサ・ユニットの配置を識別し、センサ・ユニットと交信することができることにある。また、「同じ流体サンプル」、「流体」などの語句は、同じまたは類似の条件が存在する可能性が高い任意の量の流体を意味するものと理解されるべきである。例えば、非静止水域中のｐＨなどの広範な尺度については、大きなプールまたは貯水池すべてが、同じサンプルであってもよいが、微量元素を検出または条件を警告する場合には、水サンプルは、数ミリリットル程度の意味しか持たないことがある。「測定する」という用語は、数値または他のアナログもしくはデジタル値が生成される実施形態に限定されず、むしろ、閾値（上限値または下限値またはその両方）を交差したときに単に定義済みの信号を出力するだけのセンサおよびセンサ素子を含む。センサ・ユニットは、筐体内にある、または部位に配置されている、１つまたは複数のセンサ、センサ素子および／またはセンサ群を含み、処理および／または通信用コンポーネントを備える。センサは、流体の１つのパラメータまたは複数のパラメータを検出するように設計されたデバイスであり、信号を、典型的にはプロセッサに出力する。検出素子は、センサの一部をなし、実際に測定を実行する素子である。センサの複数の検出素子は、一群として監視および検出機能を実行する、ことによるとサンプルの化学的プロフィールを決定するように、何らかの形で関連付けられるか、または調整されうる。センサ・コンポーネントは、センサ・ユニット、センサ、または検出素子のうちのいずれか１つを意味する総称的用語である。処理ユニットは、ソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェア・レベルでプログラムされた１つまたは複数の処理ユニットを意味する総称的用語であり、例えば、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を含む。処理ユニットは、複数のセンサに多重化されるか、または単一センサ専用とすることができる。
センサ
例示的なセンサは、水温、水圧、例えば限定はしないが遊離塩素（Ｃｌ−）、次亜塩素酸（ＨＯＣＩ）、および次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ−）などの特定の化学薬品、化学的プロフィールおよび／またはクラスの有無、イオン濃度、ｐＨ、二酸化炭素（Ｃ０２）、水の硬度（例えば、Ｃａ２＋）、炭酸塩（ＣＯ３ ２−）、モノクロアミン（ＮＨ２Ｃｌ）、ジクロロアミン（ＮＨＣｌ２）、トリクロロアミン（ＮＣｌ３）、アンモニウム、亜硝酸塩、硝酸塩、フッ化物、および／または化学的プロフィールを測定するため、さらには水の純度、透明度、色、および／または水または他の流体に関して実質的に測定可能なまたは検出可能な注目する他の任意のパラメータを測定するための検出素子を含む水質測定検出素子などの任意の形態の流体測定センサを含むように選択することができる。一部のこのようなセンサは、参照によりすべての開示が本明細書に合体される、同時係属米国特許出願第１０／６５７，７６０号（「定量分析の方法と装置」）において説明されている。このようなセンサは、液体を監視するだけでなく、適切な較正を行うことにより、気体（例えば、空気）も監視するために使用することができる。このようなセンサは、例えば、電極およびイオンの選択電極（ＩＳＥ）として作用するイオンの選択膜、電極表面に電極コーティングを有する場合も有しない場合もある電流測定および電位差測定検出素子、伝導度検出素子、温度検出素子、酸化還元電位検出素子、基準電極、酸素検出素子、免疫センサ、電極表面上に適切なコーティングを備えるＤＮＡプローブ（例えば、オリゴヌクレオチドを使用するハイブリダイゼーション・アッセイ）、およびさまざまな光学センサなどのうちの１つまたは複数を含むことができる。他の好適なセンサ・デバイスは、参照により開示が本明細書に合体される、米国特許第４，７４３，９５４号（「「電圧出力を有する化学的選択センサのための集積回路」）および米国特許第５，１０２，５２６号（「シリコン膜を有する固体状態のイオンセンサ」）において開示されているセンサ・デバイスを含む。
同時係属米国特許出願第１０／６５７，７６０号、米国特許第４，７４３，９５４号、米国特許第５，１０２，５２６号で開示されているような、本明細書で開示されているシステムで使用するセンサは、例えば、知られているリソグラフィ、分注、および／またはスクリーン印刷技術（例えば、従来のマイクロエレクトロニクス加工技術）を使用して加工することができる。このような技術は、マイクロサイズの機能をチップレベルで集積化した検出素子を有するセンサを実現することができ、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などの安価な電子回路と一体化することができる。このようなセンサおよび電子回路は、安く製造することができ、そのため、民間の事業体を含む、さまざまな事業体にこのようなセンサを広く配布することができる。
例示的なセンサは、シリコン基板上に加工するか、または例えば、セラミック、ガラス、ＳｉＯ２、またはプラスチック基板などの他の種類の基板上に、従来の加工技術を使用して加工することができる。例示的なセンサは、さらに、互いに近接して配置されているそのような基板の組み合わせを使用して加工することもできる。例えば、いくつかのセンサ・コンポーネント（例えば、検出素子）が搭載されているシリコン基板を、セラミック、ＳｉＯ２、ガラス、プラスチック、または他のセンサ・コンポーネント（例えば、他の検出素子および／または１つまたは複数の基準電極）が搭載されている他の種類の基板上に実装することができる。従来の電子回路加工技術は、このような複合デバイスを加工し、相互接続するために使用することができる。
また、市販されていようと、まだ開発されていないものを含んでいようと、さまざまな他のセンサを本明細書で開示されているシステム内に使用することも可能であろう。さまざまなセンサを含む新規性のあるセンサ・ユニットが本明細書では開示されているが、本開示の他の新規性のある態様も、センサ・ユニットの形態にかかわらず、新規性がある。空気などの気体の監視に関して、例えば、米国特許第６，０７４，５３９号で開示されているようなシアン化水素を検出するための電気化学センサを含む電気化学気体センサなどの標的化学種を検出するのに好適なセンサを使用することができる。
例示的な監視、確認、および報告システム
図１Ａに示されている本開示の一実施形態では、水質（または流体の品質）を監視するシステム（図３の３３０）は、第１のセンサ１１１Ａおよび流体を監視し流体の内容に基づき変数を生成する監視手段として動作する関連する処理ユニット１１２Ａを含むセンサ・ユニット１１０を備えることができる。この処理ユニット１１２Ａは、通信ニット１１２Ｂとともにモジュール１１２内に収納することができる。例えば、この第１のセンサ１１１Ａは、流体の品質を検出した後、または閾値を交差した流体に関連する測定または計算された変数により、変数が決定条件を示している場合に予備的識別子を生成することができる。例えば、ｐＨレベル（変数としての）または他の水質パラメータが高すぎたり低すぎたりするか、または組み込まれた圧力監視装置により測定された水圧がしきい値よりも下がった場合、例えば、予備的識別子（例えば、フラグまたは信号）がこの例示的システム内に発生する。この予備的識別子は、第２のセンサ１１１Ｂが同じ変数または異なる変数を測定することを開始するか、または連続的に測定した結果を出力するトリガとなるものである。処理ユニット１１２Ａは、単一の処理ユニットまたは複数の処理ユニットを含むことができる。
それとは別に、第２のセンサ１１１Ｂは、第１のセンサ１１１Ａと同時に動作させ、検出条件も示す同じ検査または異なる検査を使用して流体の同じサンプルを２回目に検査することができる。測定または検査の結果は、一致したときに確認済み結果としてプロセッサから出力される。第２のセンサ１１１Ｂおよび処理ユニット１１２Ａは、第１のセンサまたは監視手段１１１Ａの確認手段として動作する。
それとは別に、第２のセンサ１１１Ｂは、第２の検査について再較正された第１のセンサ１１１Ａの形態をとることができる。
処理ユニット１１２Ａとともに第１のセンサ１１１Ａ（監視手段としていっしょに動作する）から陽性の結果が得られ、処理ユニット１１２Ａとともに第２のセンサ１１１Ｂ（またはさらに多くのセンサ）（確認手段としていっしょに動作する）から陽性の結果が得られると、通信ユニット１１２Ｂ（報告手段として動作する）により検出条件が遠隔通信デバイスおよび／またはローカル・インジケータに伝達されるか、または報告される（例えば、センサ・ユニット筐体上で光または他の形態の警告）。流体測定結果に関する情報は、オプションディスプレイ（例えば、センサ・ユニット筐体上に配置されている）上に表示することもできる。この形態のセンサ・ユニット１１０は、これにより、検出条件が報告される前に確認される限りにおいて多くの偽陽性を排除する。
また、複数のセンサが、第１および／または第２のセンサ１１１Ａ、１１１Ｂのいずれかとして動作し、検査または測定の重複性をもたらすことができる。こうして、一方のセンサが故障した場合、同じ容量で動作している他のセンサがバックアップとして動作し、偽陰性の可能性を低減する。偽陽性または偽陰性の検出を通じてであろうと、他の手段であろうと、故障しているセンサまたは他のセンサ・コンポーネントは、処理手段により、例えば、単に電力を供給しない、または故障しているセンサ・コンポーネントからの出力を処理しないことにより、活動停止させることができる。
図１Ａの例示的な実施形態に例示されているように、センサ・ユニット１１０内のセンサは、第１のセンサ１１１Ａおよび第２のセンサ１１１Ｂおよび状況よってはさらに多くのセンサ１１１Ｃの形態をとりうる。このようなセンサは、センサ・グループと総称することができ、また単にセンサ１１１と呼ぶこともできる。センサ・グループのセンサは、１つのユニットとして物理的にまとめて構成できるが、これは必要なことではない。例えば、第３のセンサ１１１Ｃは、確認手段の一部として使用されるように用意することができ、それにより、処理ユニット１１２Ａは、第１のセンサ１１１Ａ、第２のセンサ１１１Ｂ、および第３のセンサ１１１Ｃからのデータを使用して多数決方式に基づき、検出条件が発生したかどうかを判定することができ、例えば、それぞれのセンサ１１１Ａ〜１１Ｂは１票または重み付き１票をアナログまたはデジタル信号の形で受け取り、そのような多数決票により示される条件が、遠隔通信デバイスまたはローカル・インジケータに報告される。第３のセンサ１１１Ｃ（または任意の数の追加のセンサ）は、バックアップ・センサとして動作することができるか、または多数決方式を使用してさらに偽陽性および／または偽陰性を低減するために使用することができる。このようなセンサは、例えば、電極およびイオンの選択電極（ＩＳＥ）として作用するイオンの選択膜、電極表面に電極コーティングを有する場合も有しない場合もある電流測定および電位差測定検出素子、伝導度検出素子、温度検出素子、酸化還元電位検出素子、酸素検出素子、免疫センサ、電極表面上に適切なコーティングを備えるＤＮＡプローブ（例えば、オリゴヌクレオチドを使用するハイブリダイゼーション・アッセイ）、およびさまざまな光学センサなどを含むことができる。
センサ１１１Ａまたは１１１Ｃは、それぞれ、図１Ｂに示されているように、単一センサ素子１１３Ａ、ことによっては重複性のため、複数のセンサ素子１１３Ａ〜１１３Ｃ、または１つまたは複数のセンサ・グループで構成することができる。センサ素子１１３Ａ〜１１３Ｃは、例えば、重複性と精度を高めるために同じパラメータを測定する、また化学的または生物学的なプロフィールまたは識別特性の異なる態様を測定するために同じ種類または異なる種類であってもよい。第１のセンサ１１１Ａおよび／または第２のセンサ１１１Ｂは、例えば、イオン含量を測定することができる検出素子１１３Ａおよび塩素含量を測定することができる検出素子を含むことができる。より一般的には、センサ１１１Ａ〜１１１Ｃは、イオンの選択的検出素子、電流測定検出素子、電位差測定検出素子、伝導度検出素子、温度検出素子、酸化還元電位検出素子、塩素検出素子、酸素検出素子、免疫センサ、ＤＮＡプローブ、および光学センサのうちの少なくとも１つを備えることができる。センサ１１１Ａ〜１１１Ｃは、図１Ｃに示されているように、異なる基板上に備えるか、または同じ基板１１６上に備えることができる。
処理ユニット１１２Ａおよび通信ユニット１１２Ｂは、第１および第２のセンサ１１１Ａ、１１１Ｂ、またはセンサ・ユニット１１０内の任意の数の複数のセンサ１１１からの処理済みデータに基づいて確認された事象を報告する報告手段として動作する。
例示的な一実施形態では、複数のセンサ１１１Ａ〜１１Ｃのそれぞれは、流体の同じパラメータまたはプロフィールを監視するために同じ種類のものである。このようにして、第１のセンサ１１１Ａが偽陽性を示した場合、第２のセンサ１１１Ｂは、検出事象を確認するか、または確認しない動作をし、それにより、報告された偽陽性の数を減らす。それとは別に、第１のセンサ１１１Ａは、より堅牢ではあるが、ことによると感度が低いか、または広範囲に渡る検出可能な条件を有していてよいが、第２のセンサ１１１Ｂは、感度が高いか、または検出範囲が狭められているか、または特定の物質を検出するための特殊なタイプのものであり（ワンショット・センサ）、これらの状況では、例えば、第１のセンサ１１１Ａが検出条件を示す予備的識別子を発生するときのみ呼び出される場合がありうる。例えば、第１のセンサ１１１Ａが上記の種類の検出素子のアレイを備え、青酸を示唆するプロフィール読み取り値を生成した場合、例えば、特に青酸を検出するか、または少量の青酸を検出することができるワンショット・センサを活性化また曝らすことができる。第２のセンサ１１１Ｂは、感度がより高いか、または所定の検出条件をより正確に識別することができ、このため、高い確度で検出事象の存在を比較的よく確認することができる。
第２のセンサ１１１Ｂは、感度が高い、感度がより特異的であるなどの少なくとも１つの特性を有するか、または予備的識別子により示される被検物の二次形質を検出することができる可能性もある。後者の場合、それぞれ流体の品質の所定のより特異的な検査または尺度に関連付けられ、グループとして活性化されるか、または予備的識別子に含まれる情報に個々に基づく複数の第２のセンサ１１１Ｂがありうる。しかし、第２のセンサ１１１Ｂは、いくつかの実施形態における第１のセンサ１１１Ａと同じ種類のセンサとすることも可能である。
さらに、第２のセンサ１１１Ｂは、確認センサによる検出に先立って流体またはその環境を変えるメカニズムに結合することができる。例えば、単一のセンサ１１１を使用し、予備的識別子を生成した後、ポンプ、弁、マイクロ流体力学手段、または他の手段により、再較正溶液をセンサ上に注入することができるが、ただし、再較正溶液は、センサ１１１Ａを再較正し後の測定を行うためにセンサ１１１Ａにより測定可能な知られている定数パラメータを持つ。それとは別に、試薬を流体中に導入することができ、試薬は検出条件に特異的であり、流体の性質を制御しつつ変化させて、検出条件の原因となっている流体の成分の識別を補助する。十分な再較正流体または試薬を供給してセンサ１１１Ａの予想寿命を持ちこたえさせるか、または十分な再較正流体または試薬は、補充可能な供給液の形態をとることができる。
例えば、図１Ｃに例示されているように、弁１５Ａなどの流体制御デバイスは、センサ・ユニット１１０の入力側に配置されている。そこで、弁１１５Ａは、流体を分配システムからセンサ・ユニット１１０内に流すことと、較正流体をセンサ・ユニット１１０内に流すこととをトグル式に切り替えることが可能である。センサ・ユニット１１０の出力側では、監視されている流体内に導入すると潜在的問題が生じる場合に、弁１１５Ｂなどの類似の流体制御デバイスを使用して、較正流体を廃液として取り除くことができるか、またはセンサ・ユニット１１０内に流体を流して流体を分配システム内で再び加え合わせると問題が生じる場合に、出力流体制御デバイスを省略することができる。
それにより、単一センサ１１１Ａは、再較正薬剤などに曝して再較正することができるが、それとは別に、背景条件に基づいてその応答を正規化することにより単純に電気的に再較正することもできる。
図３の流体監視システムに関して理解するのはたぶん容易であろうが、一方のセンサを使用して他方のセンサを較正することができる。より具体的には、ネットワーク状況では、システム内に配置された新しいセンサは、時間がたつうちに較正のドリフトが生じてしまったと思われる古いセンサを較正するために使用することが可能である。古いセンサと新しいセンサは、流体分配システム内で、または試薬もしくは較正溶液として、同じ流体を検出するので、新しいセンサ読み取り値を使用して、古いセンサの調整または較正を行う。センサは、隣接しているべきであるか、または使用されている流体がいくつかの関連する面で実質的に同じである。例えば、同じｐＨを持つ、小さなサンプルまたは同じまたは一様な特性を持つ可能性のあるサンプルから取り出される限り、比較的離れた場所にあってもよい。再較正センサは、ただ単に、再較正が効果的なものになるように再較正されなければならないセンサに十分類似しているパラメータを測定しなければならないだけである。
再較正センサおよび再較正されるべきセンサは、例えば、本明細書で開示されている異なる実施形態において説明されているような報告のための適当な手段を通じて再較正回路に伝達することができる。再較正回路は、図３に示されているようなスマート・ノード３３２または中央集中データ収集点３３３、図１および２のいくつかの実施形態で開示されているようなモジュール１１２内の回路またはＡＳＩＣプロセッサ・ユニットなどの中央の１つの場所にある１台のコンピュータにおけるプログラミングの形をとることができる。古いセンサの較正ドリフトが検討されている問題であると仮定すると、再較正回路は、人による入力を通じて、または新しいもしくは交換用センサの登録を含む適当な自動手段により、新しいセンサが一般的に再較正センサとなることを示す情報をすでに受信していることであろう。
さらに、一方のセンサが、再較正されると、これは、ネットワーク内の次のセンサの較正に使用することができ、例えば、比較的一様な測定特性を有する流体を測定するセンサの再較正についてドミノ効果を生み出す。例えば、複数のセンサが間隔をあけて一列に配置されている個々の配管では、配管を通る流体流量に等しい速度で次のセンサを順次再較正することができる。
センサ１１１Ａ〜１１１Ｃは、上記の上記の任意の組み合わせとすることができ、複数の個別センサであり得て、そのうちの一部または全部が複数の検出素子を備えることができる。例えば、センサ（例えば、図１Ｂのセンサ１１１Ｂ））は、流体以内の複数のパラメータを検出するため複数の検出素子１１３Ａ〜１１３Ｃを備えることができる。図１Ｂには３つの検出素子１１３Ａ〜１１３Ｃしか例示されていないが、３つよりも多い素子を使用することも可能である。このようにして、センサ１１１Ａは、流体（例えば、飲用水）中の化学的識別特性または化学的プロフィールを識別するために使用することができる。
図１Ｅの実施例に概略が示されているようなセンサ１１１Ａは、個々の検出素子１１３Ａ〜１１３Ｆで構成することができる。これらの検出素子１１３Ａ〜１１３Ｆは、流体、特定の化学薬品または物質（例えば、化合物、汚染物質）中の異なる範囲のパラメータを識別するか、または異なる可能な水質尺度を識別するように設計することができ、水質監視システムの特定の予想される要求条件に合わせて手直しされる。それとともに、そのような検出素子１１３Ａ〜１１３Ｆは、流体の化学的プロフィールを与えることができるか、または特定の物質（例えば、化合物、汚染物質）の識別特性、または物質の等級（例えば、化合物、汚染物質）を示すデータを提供することができる。監視素子１１３Ａ〜１１３Ｆは、図１Ｄおよび１Ｅに示されているように、凹んだ表面に実装するか、または凹んでいない表面に実装することができる。図１Ｅの凹み１１６Ａに示されている検出素子１１３は、図１Ｅで強調のため示されているように、必ずしも、表面上にプロフィールを形成しないが、代わりに、その表面と同一平面上にあってもよい。検出素子１１３Ａ〜１１３Ｆを処理ユニット１１２Ａに接続するための電気的接続部が、任意のまたは多数の知られている方法により基板１１６上に実装または形成される。
複数のセンサ・コンポーネント（例えば、１１１Ａ〜１１１Ｃ、１１３Ａ〜１１３Ｆ）がセンサ・ユニット１１０内に組み込まれる場合、それぞれ、別々の処理ユニット１１２Ａおよび／または通信ユニット１１２Ｂを備えるか、またはコストおよび通信オーバーヘッド（帯域幅、消費電力など）を低減するためにマルチプレクサなどを介してそのような共通コンポーネントを共有することができる。例えば、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を使用して、効率的な設計のセンサ・ユニット１１０を開発することができる。これらのＡＳＩＣは、共通基板、または電気的接続部を通して１つに結合されている複数の基板上に配置できる。
１つまたは複数のセンサ１１１は、流体中の測定されたパラメータまたはプロフィールがセンサ・ユニット１１０内に事前にプログラムされるか、またはダウンロードされた特定の範囲および／または閾値を超えるか、またはそこから逸脱する場合に１つまたは複数の範囲外事象を含む、多数のバス上の事象条件を示す情報を供給することができる。センサ・ユニット１１０は、さらに、以下で図３を参照しつつ詳細に説明されているように、センサ・ユニット１１０またはスマート・ノード３３２または中央集中データ収集点３３３にダウンロードされた水プロフィールパラメータと突き合わせて比較するため水プロフィールパラメータの検出を行うこともできる。化学的指紋、化学的識別特性、または化学的プロフィールの検出は、例えば、生物学的作用物質および化学的毒素を含む複雑な汚染物質であってもその陽性識別のため潜在的化学的プロフィールのデータベースに結合される。この点に関して、潜在的化学的プロフィールのそのようなデータベースは、処理ユニット１１２Ａにインターフェイスされているローカルのメモリ（例えば、チップ）に保存するか、または処理ユニット１１２Ａおよび通信ユニット１１２Ｂによりオンラインアクセスできるもう１つの遠隔地に保存することができる。いずれの場合も、潜在的化学的プロフィールのデータベースは、更新可能であり、ローカル・メモリの場合、潜在的化学的プロフィールのデータベースは、合間合間に、ローカル・メモリ内にダウンロードすることができる。好適なパターン認識技術を使用することで、複数のセンサ・ユニット１１０により生成されたデータを潜在的化学的プロフィールのデータベースと比較し、１つまたは複数の保存されている化学的プロフィールとの潜在的な一致が存在する場合に潜在的識別事象を生成することができる。
配管の破損などの物理的事象は、経時的基準から逸脱した読み取り値、例えば、経時的基準と比較して低下した水圧を報告するセンサ・ユニット１１０のパターンを通じて検出することが可能であり、それにより、破損の正確な場所または近い場所を突き止めることができる。また、温度センサは、温度依存検出メカニズムを正規化し、スケーリングするために使用することができるが、凍結温度による配水システムの破損の危険がある場合にその時期を判定するためにも使用することができる。
センサ・ユニット１１０は、処理ユニット１１２Ａおよび通信ユニット１１２Ｂを含む。センサ・ユニット１１０の通信機能は、ユニットが文字通り物理的に電線により電話回線、衛星、または無線通信デバイスなどの他の通信デバイスまたは通信システムに接続されるハード配線された通信回路を含むことができる。通信ユニット１１２Ｂは、さらに、ビル内の既存送電線またはさらにはある地域の配電網のキャリアの情報を与えることもできる。次いで、与えられる情報信号は、電話回線、専用または公衆通信回線網、移動体通信網、ＳＭＳ（ショート・メッセージ・サービス）ネットワーク、衛星などでの長距離通信のためローカルの通信デバイスにより収集される。それに加えて、またはそれとは別に、個別のセンサ・ユニット１１０の通信ユニット１１２Ｂは、ローカル警報デバイスおよび／またはセンサ・ユニット１１０との通信用にすでに存在している、または設置できる電話、専用または公衆通信回線、移動体通信網、または衛星デバイスなどの長距離通信デバイスとの通信用の短距離無線通信機能を備えることができる。このような短距離無線通信デバイスは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの既存のプロトコルを使用する規制外のスペクトル範囲を利用する通信デバイスを含む。それとは別に、地方水道局の本局に置かれている受信機など比較的遠距離にある局に伝送するための長距離無線通信デバイスの場合のように、ＩＥＥＥ規格８０２.１１（ｂ）または８０２.１１（ｇ）により規定されているような無線ＬＡＮプロトコルを使用することができる。他の代替え手段としては、アラーム・システムにより使用されているような既存の携帯電話網または無線通信網を利用する通信デバイス１１２Ｂを含む。通信方式は、利用可能性、コスト、堅牢性、効率などを含む外部因子により規定されうる。
本明細書で説明されているようなセンサ・ユニット１１０のネットワークは、中央の通信デバイス、例えば、サーバと通信するように構成することができ、および／またはセンサ・ユニット１１０は、当業で知られている通信コンポーネントを使用して、分散ネットワークとして互いに通信し合うことができる。このようにして、例えば、第１のセンサ１１１Ａは、検出事象（例えば、飲用水道における低塩素）を示す水質変数を測定した場合に予備的識別子を生成することができ、分散ネットワークを介して隣接する第２のセンサ１１１Ｂをトリガして、確認測定を行わせることができる。
最後に、またはそれに加えて、通信ユニット１１２Ｂは、光学的警報（インジケータのライト）、空中警報（例えば、警報を鳴らす）、触覚警報（例えば、ユニットの振動）などのオンサイト警報を含むか、または例えば、緊急事態を検出した後、流体の供給を単純に遮断するための適切な制御弁と接続されることができる。
パッケージングと場所
センサ・ユニット１１０は、いろいろな方法でパッケージングして配置することができる。例えば、これらは、水道を家庭、企業、工業施設、または政府施設に導入する際に配置される遮断弁のところに置くことができる。それとは別に、エンド・ユーザ２３が水を飲むか、または他の何らかの方法で、流体を消費または消費させる可能性があるそれぞれの個々の蛇口または選択された蛇口に配置することもできる。例えば、蛇口末端に取り付けられるように適合された水濾過デバイスは、センサ・ユニット１１０を組み込み、遠距離の場所だけでなく光学、空中、または触覚を利用する一体化収納された警報機能と通信する両方の通信デバイスを含むように適合することができる。また、センサ・ユニット１１０は、市の配水システム内の所望の地点に配置することもできる。
濾過器パッケージ監視装置
本発明の例示的な一実施形態では、水濾過器および／または水処理デバイスを１つまたは複数のセンサ・ユニット１１０と組み合わせる。図１Ｆに例示されているように、流体を濾過し、監視するためのシステムは、濾過ユニット１１４を備える。濾過ユニット１１４は、濾過器１１４Ｂを保持するための濾過器筐体１１４Ａを備える。第１の取入口センサ１１４Ｃは、濾過器ユニット１１４に入る流体に曝らされるように構成される（流体を前濾過する、より一般的には、流体を前処理する）。第２の出力センサ（流体を後濾過処理する）１１４Ｄは、濾過器ユニット１１４Ｂにより濾過される流体に曝らされるように構成される（流体を後濾過する、またはより一般的には、流体を後処理する）。第１の取入口センサ１１４Ｃは、複数のセンサ１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃなどを備え、それぞれのセンサは、１つまたは複数のセンサ素子１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃを備えることができ、上述のような第２の出力センサ１１４Ｄと同様である。個々のセンサ１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃなどは、プロセッサ１１２Ａによりどのように接続され、使用されるかに応じてそれぞれのセンサ１１４Ｃ、１１４Ｄ用の監視および確認手段として動作することができるか、または取入口もしくは出力検出１１４Ｃ、１１４Ｄは、濾過器１１４Ｂでは得られない流体品質尺度のそれぞれの監視および確認手段（これらの役割は入れ換えることができる）として動作することができる。
例えば、第１の取入口センサ１１４Ｃは、イオン含量を測定することができるイオンの選択的検出素子および塩素含量を測定することができる塩素検出素子を備えることができる。同様に、第２の取入口センサ１１４Ｄは、イオン含量を測定することができるイオンの選択的検出素子および塩素含量を測定することができる塩素検出素子を備えることができる。さらに、それぞれのセンサ１１４Ｃおよび１１４Ｄは、流体品質プロフィールを生成するように組み合わせることができる、特定の測定結果を供給することができる一連の測定結果を生成することができる、追加の検出素子、例えば、導電性および／または他の検出素子を備えることができる。例えば、センサ１１４Ｃおよび１１４Ｃは、イオンの選択的検出素子、電流測定検出素子、電位差測定検出素子、伝導度検出素子、温度検出素子、酸化還元電位検出素子、塩素検出素子、酸素検出素子、免疫センサ、ＤＮＡプローブ、および光学センサのうちの少なくとも１つを備えることができる。
濾過器ユニット１１４は、さらに、第１および第２のセンサ・ユニット１１４Ｃ、１１４Ｄに結合された処理ユニット１１２Ａを含むことができ、処理ユニット１１２Ａは第１および第２のセンサ・ユニット１１４Ｃ、１１４Ｄにより生成される測定データを比較するように構成される。
濾過器ユニット１１４は、さらに、通信ユニット１１２Ｂを、処理ユニット１１２Ａの一部として、またはそれとは別に、ただし、処理ユニット１１２Ａに結合された形で、含むこともできる。通信ユニット１１２Ｂは、処理ユニット１１２Ａにより生成された測定結果（例えば、生データおよび／または処理済みデータ）を図１Ｃの例示的な実施形態における遠隔通信デバイスに伝達するように構成することができる。処理ユニット１１２Ａは、第１の処理ユニットおよび第２の処理ユニットの形態とすることができ、第１の処理ユニットは、第１のセンサ１１４Ｃとともに配列され、結合され、第２の処理ユニットは、第２のセンサ１１４Ｄとともに配列され、結合されることにも留意されたい。第１および第２の処理ユニットは、１つに結合され、所望の測定および比較機能を実現することができる。また、本明細書で説明されている他の実施形態の場合のように、センサ・ユニット１１０（濾過器とともにパッケージングされていようといまいと）は、濾過されたおよび／または他の何らかの方法により処理された水の品質を保証または認定する目的で水処理事業者により監視されることが可能である。例えば、民間水処理会社または自治体は、配給地点（例えば、家庭または企業）の水濾過／処理装置のオンライン監視を行うことができ、そのサービスの一環として、濾過されたおよび／または他の何らかの方法により処理された水の品質を保証または認定することができる。水濾過／処理装置は、監視事業体または異なる事業体が提供および／または設置することができる。さらに、濾過器／処理ユニットの水取入口に配置された１つまたは複数のセンサを使用することで、その素子の負荷能力および（複数の）センサにより測定された取入水中に存在する汚染物質の量に基づき処理素子（例えば、濾過器素子）の耐久期間を予測することができ、この情報を本明細書で開示されているような好適な方法により水処理事業者にオンラインで伝達することができる。
パッケージングに関して、第１および第２のセンサ１１４Ｃおよび１１４Ｄは、濾過器筐体１１４Ａに取り付けることができるが、流体を濾過する濾過器１１４Ｂは、特定の実施形態に応じて第１および第２のセンサ１１４Ｃ、１１４Ｄを交換せずに、交換可能である。センサ１１４Ｃ、１１４Ｄは、濾過器ユニット１１４の耐用期間中持ちこたえるように、または別に交換することができるか、または濾過器１１４Ｂと交換することができるように設計することができる。後者の場合、第１および第２のセンサ・ユニット１１４Ｃ、１１４Ｄを、図１Ｇに例示されている例示的な濾過器ユニット１１４'に示されているような濾過器１１４Ｂに取り付けるか、または濾過器１１４Ｂ内に実現すると都合がよいと思われる。この点に関して、防水栓などの適切なインターフェイスを備えて、センサ１１４Ｃ、１１４Ｄを処理ユニット１１２Ａに結合することができる。
この方法で、処理ユニット１１２Ａは、第１および第２のセンサ・ユニット１１４Ｃおよび１１４Ｄからの測定データの比較結果に基づき濾過器筐体１１４Ａ内に配置される濾過器１１４Ｂの配置条件を示す識別子を生成するように構成される。濾過器の配置条件を示すインジケータ１１４Ｅ（例えば、ラベルを付けた、または付けない単純なライト、または可聴音インジケータ）を、例えば、濾過器筐体１１４Ａに取り付けるか、またはその一部となるように備えることができ、および／または通信ユニット１１２Ｂは、交換条件を遠隔通信デバイスに伝達することができる。適宜、水質測定結果、最後のフィルター交換日、および／または残りの濾過器耐用期間（濾過器１１４Ｂの知られている負荷仕様およびセンサ１１４Ｃおよび１１４Ｄにより得られる測定データに基づく）などの情報を表示するディスプレイ１１４Ｇを備えることができる。
さらに他の変更形態では、濾過器筐体１１４Ａに入る流体に曝らされるように構成された第３のセンサ・ユニット１１４Ｆを採用することができ、そこでは、第３のセンサ１１４Ｆは、処理ユニット１１２Ａに結合されている。処理ユニット１１２Ａは、この実施形態では、第１のセンサ１１４Ｃとともに動作して流体を監視し、前記監視結果に基づいて変数を生成し、その変数が検出条件を示している場合に予備的識別子を生成し、第３のセンサ１１４Ｆとともに動作して新しいデータに基づいて検出条件が発生したかどうかを判定するように構成される。上で説明されているように、この監視および確認機能は、同じセンサ・ユニット１１０内に構成されたセンサ１１１により実行することができるが、この処理のため生データを中央の場所に伝達し、次いで、確認機能を実行するかどうかをこの中央の場所に指令することができる。
他の実施形態の場合のように、この実施形態も、検出条件が発生したことを処理ユニット１１２Ａが確認した場合に遠隔通信デバイスに検出条件を報告し、および／または生データおよび／または処理済みデータを遠隔通信デバイスに供給するように構成された通信ユニット１１２Ｂを含むことができる。それに加えて、またはそれとは別に、処理ユニット１１２は、第３のセンサ・ユニット１１４Ｆが第１のセンサ・ユニット１１４Ｃにより与えられる同じ型の同時発生測定読み取り値から所定の量だけ異なる測定読み取り値を与える場合にセンサ警報識別子を生成するように構成することも可能である。この構成は、第１のセンサ・ユニット１１４Ｃが故障している可能性があることを示す情報として使用されることができる。次いで、第１のセンサ・ユニット１１４Ｃは、処理ユニット１１２Ａにより不活性化することが可能である。
本明細書で開示されているかの実施形態の場合のように、第１および第２のセンサ・ユニット１１４Ｃおよび１１４Ｄは、例えば、イオン含量を測定することができるイオンの選択的検出素子、塩素含量を測定することができる塩素検出素子、および導電度を測定することができる導電性検出素子を備えることができる。より一般的には、センサ１１４Ｃおよび１１４Ｃは、イオンの選択的検出素子、電流測定検出素子、電位差測定検出素子、伝導度検出素子、温度検出素子、酸化還元電位検出素子、塩素検出素子、酸素検出素子、免疫センサ、ＤＮＡプローブ、および光学センサのうちの少なくとも１つを備えることができる。
また本発明の他の実施形態と同様に、図１Ｇに示されているようにモジュール１１２を濾過器１１４Ａに取り付けることができるか、または電気的（有線または無線）接続を介してセンサ１１４Ｃ、１１４Ｄに結合されたスタンドアロン・ユニットとして構成することができ、そこでは、モジュール１１２を壁に実装するか、または電源コンセントに差し込むことができる。もちろん、処理ユニット１１２Ａは、第１のセンサ・ユニット１１４Ｃに接続された第１の処理ユニット、および第２のセンサ・ユニット１１４Ｄに接続された第２の処理ユニットの形態をとることができる。第１および第２の処理ユニットは、これにより、第１および第２のセンサ・ユニット１１４Ｃおよび１１４Ｄにより生成される測定データを比較するように構成することができる。
この例示的な実施形態では、処理ユニット１１２Ａは、物理的に構成されているが、通信ユニット１１２Ｂと交信し、検出条件が発生したこと、および／または生データを処理ユニット１１２が確認した場合に検出条件を他の通信ユニットに報告するよう通信ユニット１１２Ｂに指令するように構成することが可能である。
上述の実施例では、濾過器ユニット１１４を参照しているが、濾過器ユニット１１４は、例えば、硬水軟化デバイス、蒸留デバイス、または逆浸透または膜濾過デバイス、媒体濾過デバイス、または濾過器筐体および／または濾過器を含むそれらの任意の組み合わせなどの好適な流体処理デバイスとすることが可能である。
選択的暴露が行われる複数センサ
図１Ｄを参照すると、流体を監視するためのマルチセンサ装置は、基板１１６および複数のセンサを備えることができ、それぞれのセンサは、基板１１６に取り付けられた、または基板１１６内もしくはその上に形成された１つまたは複数の検出素子を備えることができる。図１Ｄ、１Ｅ、および１Ｉでは、簡単のため、個々のセンサは、参照番号１１１により識別され、個々の検出素子は、参照番号１１３により識別される。それぞれのセンサ１１１は、流体に曝らされるように構成される。さらに、この実施形態には、複数のセンサ１１１のうちの個々のセンサを流体に選択的に曝らすためのメカニズム（後述）が備えられる。他の実施形態と同様に、センサ１１１のうちの少なくとも１つは、複数の検出素子１１３を備えることができ、センサ１１１のうちの少なくとも１つは、例えば、イオン含量を測定することができるイオンの選択的検出素子および塩素含量を測定することができる塩素検出素子の両方を備えることができる。より一般的には、センサ１１１のうちの少なくとも１つは、イオンの選択的検出素子、電流測定検出素子、電位差測定検出素子、伝導度検出素子、温度検出素子、酸化還元電位検出素子、塩素検出素子、酸素検出素子、免疫センサ、ＤＮＡプローブ、および光学センサのうちの少なくとも１つを備えることができる。
図１Ｄ〜１Ｅに例示されているように、センサ１１１は、凹み１１６Ａ内に形成することができる。リソグラフィ・パターン形成およびエッチング・プロセスを含む凹み１１６Ａを形成するためのメカニズムを使用して、基板１１６の表面上に凹みを形成することができる。基板１６は、それとは別に、中を通って伸びる複数の開口部１２２Ａを備える第１の基板１２２として形成することができ、それぞれのセンサ１１１は、図１Ｉに示されているように、第２の基板１２３の表面上に配置される。第２の基板１２３は、例えばフリップ・チップ・プロセスを使用して、それぞれのセンサ１１１が第１の基板１２２のそれぞれの開口部１２２Ａに面するように、第１の基板１２２に接着剤で接着される。センサ１１１を凹み１１６Ａ内に形成することは、センサ１１１の表面を保護できるため、複数のセンサ１１１の選択的暴露を行うためのメカニズムを伴ういくつかの実施形態において有利であり得るが、選択的暴露の実施形態において凹みにセンサを形成することは必要なことではない。
上述のように、個々のセンサ１１１を流体に選択的に曝らすメカニズムを備えることができる。例えば、図１Ｄ、１Ｈ、および１Ｉに例示されているように、１つの被覆膜１２０（またはそれぞれのセンサ１１１に１つずつで、複数の被覆膜）を基板１１６、１２２の表面に取り付けることができ、被覆膜１２０は、凹み１１６Ａ内、または開口部１２２Ａの下にある複数のセンサ１１１を覆う。例えば、複数の加熱素子１２１をそれぞれのセンサ１１１の近くの位置にある膜１２０に取り付けることができる。それぞれの加熱素子１２１は、膜１２０内に開口部を生成するように選択的に動作可能であり、これにより、凹み１１６Ａまたは開口部１２２Ａに近い位置にある特定のセンサ１１１を流体に曝らすことができる。加熱素子１２１を使用してセンサ１１１を選択的に曝らする代わりに、概念的に例示されている機械式穿孔機１２４による図１Ｊに示されているもの、または概念的に例示されている機械式グリッパーまたはスクレイパー１２５により図１Ｋに示されているものなど、膜を溶解するか、または膜１２０の少なくとも一部を物理的に取り除くか、または破るために使用される好適なメカニズムを使用することができる。図１Ｊおよび１Ｋの実施形態は、膜１２０を選択的に取り除くための任意の数の機械式手段を一般的な形で例示している。それに加えて、好適な（複数の）作動メカニズムを使用することで、機械式穿孔機１２４または機械式グリッパーまたはスクレイパー１２５を所定のセンサ１１１に隣接する位置に配置するか、またはそのセンサ１１１を選択的に曝らすことができる。例えば、これらのセンサは、一列に、または二次元配列の形で、基板１１６上に構成することができ、１つまたは複数のアクチュエータを使用することで、基板１１６と機械部材１２５、１２５との間で１方向または２方向に相対的直線運動を行わせることができる。他の実施例として、センサ１１１を円周上に配列し、１つまたは複数のアクチュエータを使用して、基板１１６と機械部材１２４、１２５との間で相対的回転運動を行わせることができる。
本明細書で開示されている他の実施形態の場合のように、基板１１６は、シリコン基板であるか、または例えば、セラミック、ガラス、ＳｉＯ２、またはプラスティックなどの他の種類の基板とすることができる。例示的なマルチセンサ装置は、さらに、互いに近接して配置されているそのような基板の組み合わせを使用して加工することもできる。例えば、いくつかのセンサ・コンポーネント（例えば、検出素子）が搭載されているシリコン基板を、セラミック、ＳｉＯ２、ガラス、プラスチック、または他のセンサ・コンポーネント（例えば、他の検出素子および／または１つまたは複数の基準電極）が搭載されている他の種類の基板上に実装することができる。従来の電子回路加工技術は、このような複合デバイスを加工し、相互接続するために使用することができる。それぞれのセンサ１１１は、１つまたは複数の対応する基準電極を備え、基準電極は１つまたは複数のセンサ１１１と同じ基板上に、または１つまたは複数の異なる基板上に配置されている。例えば、基準電極は、１つまたは複数のセラミック、ＳｉＯ２、ガラス、またはプラスチックの基板（または他の種類の基板）上に加工することができ、その場合、密閉された流体貯蔵器は、所定の基準電極に対する基板内に用意される。それとは別に、複数のセンサ１１１は、１つまたは複数の共通基準電極を共有し、（複数の）共通基準電極はセンサ１１１と同じ基板上に、または１つまたは複数の異なる基板上に配置されている。基準電極の性能は使用とともに低下しうるため、それぞれのセンサ１１１について別々の基準電極を用意することは有益である。個々のセンサ１１１に関連する基準電極の選択的暴露を行うことにより、センサ性能を高めることができるが、それは、新しいセンサが活性化されるときに新鮮な基準電極を用意できるからである。基準電極は、センサ１１１と同じ暴露システムを使用するか、または異なる暴露システムを使用することで曝されることができる。
膜１２０は、例えば、ポリマー材料（例えば、ポリエステルまたはポリイミド）などの好適な材料で作ることができ、膜１２０を接着剤で基板１１６、１２２に取り付けるか、または加熱ラミネート加工により基板１１６、１２２に取り付けることができる。センサ１１１は、例えば基板１１６の凹んだ表面または凹んでいない表面上にリソグラフィ方式で製造する（例えば、知られているマイクロエレクトロニクス加工技術を使用する）、分注する、またはスクリーン印刷することができる。
マルチセンサ装置を使用すると、検出条件を示す他のセンサによる測定に応答して処理ユニット１１２Ａが所望のセンサを選択的に曝らすようにすることにより上述のように確認機能の実行が可能になる。処理ユニット１１２Ａは、電源回路をトリガして、電力を加熱装置１２１に送り、所望のセンサ１１１を曝らすことができる。
センサ１１１を選択的に曝らする他の例示的な実施形態は、図１Ｌに例示されている。図１Ｌに示されているように、センサ・ユニット１１０'は、入力弁１１５Ａおよび出力弁１１５Ｂを介して流体源に接続されている。センサ・ユニット１１０'は、壁１１９Ｂを持つ筐体部材１１９を備え、センサ・キャビティ１１９'および流体キャビティ１１９”を実現する。基板１１６は、センサ１１１を流体に曝らせるように壁１１９Ｂ内の開口部に隣接するセンサ・キャビティ１１９'内の受け板１１９Ａ上に載せられる。Ｏリングなどのシール１１９Ｃは、開口部に隣接して配列され、基板１１６の表面と筐体部材１１９の表面の壁１１９Ｂの表面との間に配置され、基板１１６を筐体壁１１９Ｂに押し付けて密閉する。アクチュエータ１１９Ｄは、受け板１１９Ａおよび基板１１６を動かして、個々のセンサ１１１を開口部の一領域に選択的に配置して個々のセンサ１１１が流体に曝らされるようにする。基板１１６は、好ましくは、密閉が適切に行われるように平坦であるが、本発明はそれに限定されるわけではない。すでに説明されているように、センサ１１１は、基板１１６の凹んでいる表面または凹んでいない表面上に形成することができる。センサ・キャビティ１１９'内への潜在的な流体の漏れを最小限に抑えるために、アクチュエータ１１９Ｄにより新しいセンサ１１１を選択的に暴露する前に、流体キャビティ１１９”を部分的にまたは実質的に排出するように弁１１５Ａおよび１１５Ｂを作動させることができる。
センサ１１１は、基板１１６の凹んでいるまたは凹んでいない表面上にリソグラフィ方式で製造する、蒸着する、またはスクリーン印刷することができ、アクチュエータ１１９Ｄを図１Ｍに示されているように回転運動を使用する単純な回転木馬機構にできるように円周上に形成することが場合によっては可能であるか、または図１Ｎに示されているように千鳥配置または直線配置で、または例えば二次元配列で形成することができ、アクチュエータ１１９Ｄは、１つまたは複数の次元方向の直線運動に対応するようにできる。基板は、図１Ｎおよび１Ｅに示されているように凹み１１６Ａを持つ基板１１６の形態をとることができるか、または図１Ｆに示されているフリップチップ接着基板１２２、１２３の形態をとることができる。
上記を鑑みて、回転木馬または直線運動の実施形態を、基板１１６の表面に取り付けられた少なくとも１つの膜１２０により覆われたセンサ１１１とともに使用することができ（例えば図１Ｊおよび１Ｋ）、この場合、機械部材１２４、１２５は、個々のセンサ１１１に近い領域にある少なくとも１つの膜１２０を選択的にずらすか、または穿孔し、特定のセンサ１１１が流体に曝らされるようにできる。この点に関して、図１Ｌおよび１Ｍ（または１Ｎ）に例示されているのと類似の構成を使用することができる。アクチュエータ１１９Ｄは、基板１１６（受け板１１９Ａ上に取り付けられている）と機械部材１２４、１２５との間で相対的運動を可能にし、機械部材１２４、１２５が少なくとも１つの膜１２０を選択的にずらすことができるようにする。シール１１９Ｃおよび筐体１１９は、膜１２０を伴う実施形態では必要というわけではない。
センサ１１１の運動が発生するように設計されている実施形態では、電気的接続部１２６は、センサ・コンポーネント１１１、１１３とプロセッサ１１２Ａとの間で電気的接続が確実に行われるように、１つまたは複数のコンタクト・パッド１２７と位置が揃うように構成することが可能である。
センサ素子の分配
地域水道局が水質測定デバイスを水処理設備内および／または配水網内のさまざまな地点に設置することが必要な従来のいくつかのシステムとは異なり、本発明の発明者は、センサ・ユニットの分配において図２に示されている例示的な実施形態で例示されているような既存の商業用分配システム２２４を利用できるメカニズムを考案した。例えば、センサ・ユニットのサプライヤ２２５（例えば、ＯＥＭ、再販業者、または卸売業者）は、センサ・ユニット１１０を既存製品流通業者２２６に供給するか、または供給してもらうように段取りを決めることができ、これは、とりわけ、例えば、Ｃｕｌｌｉｇａｎ Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ、Ｅｃｃｏ Ｗａｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＭＩｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、およびＧＥ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓなどの水処理サービス２２６Ａを含む。これらの水処理サービス２２６Ａは、軟化剤、濾過デバイス、濾過器などの水処理用の装置および／または消耗品を居住地（例えば、戸建て、アパート、移動式住宅など）２２７Ａ、企業２２７Ｂ、工業施設２２７Ｃ、および／または政府施設２２７Ｄに供給する。水処理サービス２２６Ａは、既存の商用分配システム２２４を通じてセンサ・ユニット１１０の販売、分配、および設置を行い、それにより、例えば居住地２２７Ａ、企業２２７Ｂ、工業施設２２７Ｃ、および政府施設２２７Ｄ、または例えば、水処理サービス２２６Ａのサービスを望んでいる、または使用する場所のエンド・ユーザ２２７へのセンサ・ユニット１１０のサプライ・チェーンを確立するコストを最低限に抑える。それとは別に、またはそれに加えて、政府の地域水道局は、水道局の既存のセンサ配置場所および／または追加の場所でセンサ・ユニットの設置者として利用することができ、および／または、さらに、センサ・ユニットを家庭、企業、工業施設、および政府施設に販売する業者として利用することもでき、その場合、センサ・ユニットの監視は、地域水道局以外の他の事業体により実施することができる。
例えば、水処理サービス２２６Ａは、センサ・ユニット・サプライヤ２２５からセンサ・ユニット１１０を受け取って、エンド・ユーザ２２７の場所に設置することができる。水処理サービス２２６Ａは、以下で、図３を参照しつつ詳しく説明されているように、センサ・ユニット１１０を、その水処理サービス全体に対する付加価値として販売することができる。水処理サービス２２６Ａは、それにより、センサ・ユニット１１０をエンド・ユーザ２２７の場所に設置するための販売および流通網として活動する。それに加えて、水処理サービス２２６Ａは、多くの場合、自分たちが販売し、リースし、あるいは他の何らかの方法でエンド・ユーザ２２７に渡す機器を設置することが多いため、この設置は、センサ・ユニット１１０の設置を含むことができ、さらに、以下で図３を参照しつつ説明されているように、センサ・ユニット１１０と１つまたは複数の地理的または政治的領域の水監視ネットワーク内の水処理サービス２２６Ａ、スマート・ノード３３２、および／または単一の中央集中データ収集点３３３などの中央集中データ収集点との間の通信を確立することも含むことができる。したがって、水処理サービス２２６Ａは、取入水および処理済み（例えば、濾過済み）水のオンライン監視を実施することができ、前述のように、このような監視を利用して、エンド・ユーザ配給点２２７Ａ〜２２７Ｄでの処理済み水の品質を保証または認定することもできる。
それとは別に、センサ・ユニット・サプライヤ２２５は、センサ・ユニット１１０を供給するか、またはそれらのセンサ・ユニットが直接小売店２２６Ｂ（例えば、物理的なビル内の小売店、またはインターネットＷｅｂサイトを通じて実現されている小売店、またはその両方）に、または卸売業者を通して小売店２２６Ｂに供給されるようにすることができる。エンド・ユーザ２２７は、次いで、自分で設置するか、エンド・ユーザ支援を受けて設置するため小売店２２６Ｂから直接センサ・ユニット１１０を取得する。したがって、小売店２２６Ｂは、販売および流通機構を提供するが、エンド・ユーザ２２７は、配水システム内において水を最終的に利用する地点でセンサ・ユニット１１０の設置を行う。次いで、エンド・ユーザ２２７は、監視ネットワーク３３０との通信を確立するか、または確立しやすくする。場合によっては、センサ・ユニット１１０は、それ独自の識別コードを持つ携帯電話通信デバイスを備えることができる。エンド・ユーザ２２７は、単に、携帯電話通信デバイスをオンにし、エンド・ユーザの場所または住所を入力するか、または特定の携帯電話システム内に三角測量機能が存在する場合には携帯電話通信デバイスを三角測量を通じて特定することができる。もちろん、このメカニズムは、センサ・ユニット１１０の配布形態に関係なく使用できる。
既存の商用分配システム２２４の他の形態は、正規の活動過程において、水道メーターなどを、住宅地２２７Ａ、企業２２７Ｂ、工業施設２２７Ｃ、または政府施設２２７Ｄのエンド・ユーザの場所に設置する地域水道局２２６Ｃを含む。センサ・ユニット１１０は、単に、地域または地域をまたがる水道局２２６Ｃまたはその下請け業者により設置される。この状況では、センサ・ユニット１１０をエンド・ユーザに実際に販売することも、他の形で渡すこともあり得ないばかりか、エンド・ユーザが設置に気づかないことすらあり得る。メーター・メーカーは、地域水道局２２６Ｃ、メーター・メーカー、または配水システム内の終端となる場所からデータを提供することに関心を持つ他の事業体により選択的に活性化できるようにセンサ・ユニット機能を標準メーターに組み込むことができる。ここで、本発明は、必要があるか、または必要性が高まれば、天然ガスなどの他の流体とともに使用することができることは理解されるであろう。
それに加えて、またはそれとは別に、ホーム・セキュリティ、家庭（例えば、電気ガス水道）監視、および健康管理サービス２２６Ｄは、提供される監視サービスの一環として、またはそれに対する付加価値として、センサ・ユニット１１０の販売、分配、および設置を行うことができる。例えば、ホーム・セキュリティおよび健康管理サービス２２６Ｄだけでなく、電気、ガス、水道の利用を監視することを含むことができる一般化された家庭監視サービスも、そのサービスの一環として水質監視機能を付加することができる。そこで、センサ・ユニット１１０の販売、分配、および設置では、これらのサービスが他の家庭および健康管理機能を実行する他の機器を販売、分配、および設置するために確立した同じネットワークを利用する。
上記の説明からわかるように、センサ素子１１０を分配するためのセンサ・ユニット分配システム２２４では、１つまたは複数の既存の商用分配システム２２６を利用して、エンド・ユーザ２２７の場所でセンサ・ユニット１１０を販売し、分配し、設置する。住宅地２２７Ａ、企業２２７Ｂ、工業施設２２７Ｃ、および／または政府施設２２７Ｄ（または配水システム内で、エンド・ユーザにより水が使用される任意の場所）を守備範囲とする実質的にどのような製品流通システムも、センサ・ユニット１１０を、たぶん付加価値サービスまたは製品として分配することができる。このようにして分配されるセンサ・ユニット１１０は、特定の既存の製品流通システム２２６に特有の水監視ネットワーク３３０を形成するか、またはさまざまな既存の製品流通システム２２６により分配されるセンサ・ユニット１１０は、さらに大きな水監視ネットワーク３３０、または特定の既存の製品流通システム２２６により分配されるセンサ・ユニット１１０により収集された特定のデータが特定の既存製品またはサービス流通業者２２６に独自のものであるが（例えば、水処理装置性能に関係するデータ）、他のデータ（例えば、配水システム内の水質に関係するデータ）が水質監視ネットワーク３３０に供給されるような混合形態を形成する。このようにして、センサ・ユニット１１０のより大きな、ことによるとさらに分散されたパネルを、比較的少ないコストで、例えば水道局に分配し、設置することができる。
図３を参照しつつ、データ収集、中央集中または分散データ分析、およびデータ分配を含む本開示のさまざまな態様が、例示的な水監視システム３３０を利用して説明される。例示的な水監視システム３３０では、部位Ａ〜Ｆにあるさまざまなセンサ・ユニット１１０Ａ〜１１０Ｆは、センサ・ユニット１１０の詳細を参照しつつ上で識別されているような通信リンクにより水質監視システム３３０に接続されている。６個のセンサ・ユニット１１０Ａ〜１１０Ｆは、図３に示されているが、さらに多くのものが考察されているため、センサ・ユニット１１０、スマート・ノード３３２、または中央集中データ収集点３３３の規模または個数を判断するうえで図面を頼るべきではない。
例えば、センサ・ユニット１１０Ａ〜１１０Ｃは、スマート・ノード３３２Ａ（データ処理能力を持つノード）に接続されているが、他のセンサ・ユニット１１０Ｄ〜１１０Ｆは、通信デバイスの帯域幅、データ分析を分散処理することの適切さなどを含む、ネットワークおよび水道局を伴うさまざまな因子により保証されるように別のスマート・ノード３３２Ｂまたは同じスマート・ノード３３２Ａに接続することができる。スマート・ノード３３２は、例えば、地域水道局２２６の区域または権限との関係を持ちうる。
センサ・ユニット１１０は、生データ、またはちょうど確認したばかり検出事象をスマート・ノード３３２に、および／または直接、中央集中データ収集点に供給することができる。図３の双頭矢印は、階層型ネットワーク３３０を上へ遡るデータの流れ、および階層型ネットワーク３３０を下るデータおよび問い合わせを示し、いくつかの実施形態では双方向通信が考察されている。いくつかの実施形態では、階層連鎖を遡る通信のみが必要である。
スマート・ノード３３２は、水質における検出可能事象を監視し、識別し、確認するために生データを処理することができる。それとは別に、センサ・ユニット１１０は、監視、識別、確認、および報告機能をスマート・ノード３３２または中央集中データ収集点３３３に供給することができる。スマート・ノード３３２が生データを処理しようと、確認されたデータについてセンサ・ユニット１１０に依存しようと、さまざまな部位１１０Ａ〜１１０Ｆでさまざまなセンサ・ユニット１１０Ａ〜１１０Ｆからデータを受信しているスマート・ノード３３２は、そのようなデータを総計し、さらに処理して、地域配水管システムの経時的水質尺度、全体的な品質尺度、傾向、および多点尺度を決定することができる。考えられる汚染物質、給水本管の破裂、配管凍結などの導入点または発生源は、配水システム内のセンサ・ユニット１１０の場所および分配されたセンサ・ユニット１１０からの尺度および／または報告事象に基づくマッピング技術を使用して、スマート・ノード３３２または中央集中データ収集点３３３で収集された多点データの分析により追跡することができる。
データ収集は、リアルタイムで実行することができ、また、センサ・ユニット１１０のデータ保存および通信機能に応じて、連続的、または間欠的に（例えば、プリセットされた時間間隔で定期的に）流体品質を監視し、または問い合わせ後に監視するか、またはセンサ部位１１０Ａ〜１１０Ｆで保存されているデータに基づいて動作することができる。リアルタイム・データは、明らかな利点を有しており、上で考察されたほとんどの種類のセンサ・ユニット１１０は、サンプルを抽出し後でサンプルを検査するのではなく、リアルタイムで（連続的であろうと、定期的であろうと、問い合わせ後であろうと）測定することに留意されたい。
それに加えて、スマート・ノード３３２は、定期的に、またはオペレータからのコマンドがあると、通信プロトコルまたは情報の必要上そうしなければならない場合にセンサ・ユニット１１０からの測定されたデータに関して問い合わせを行うことができる。スマート・ノード３３２および中央集中データ収集点３３３で代表されるような中央集中データ収集は、専用または公衆回線通信網（例えば、ＶＰＮ、ＷＡＮ、インターネットを含むＷｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ）、専用電話回線、携帯電話網、または実質的に任意の他の通信形態を介して実施することができる。例えば、センサ・ユニット１１０のスマート・ノード３３２または中央集中データ収集点３３３による定期的交信のため電話地上通信回線および電話無線ネットワークをセンサ・ユニット１１０による通信に使用することができる。それに加えて、知られているまたは将来のプロトコルおよび技術を使用して送電線上に重ね合わされたキャリアによる既存の電力網を介した通信を含む他の通信プロトコルも使用できる。さらに、配水システム内で水により伝えられる音波を、情報伝送に利用することができる。光ファイバ、衛星通信、およびセンサ・ユニット１１０とスマート・ノード３３２および／または中央集中データ収集点３３３との間で生データおよび／または分析済みデータを送信することができる実質的に任意の通信プロトコルまたはメカニズムを含む他の通信メカニズムを、独立に、または組み合わせて利用することができる。
それに加えて、および／またはそれとは別に、センサ・ユニット１１０Ｄ〜１１０Ｆは、水処理サービス２２６Ａ、家庭監視（セキュリティおよび電気ガス水道）サービス、および／または健康管理サービス２２６Ｄ、小売店２２６Ｂ、および／または地域水道局２２６Ｃなどの他の事業体を通してスマート・ノード３３２および／または中央集中データ収集点３３３と通信することができ、それにより、図３に示されている例示的な実施形態に例示されているように、データをスマート・ノード３３２Ｂに伝達する。
データ分配に関して、データが収集され分析された後、地域にある、および／または地域水道局に特有のスマート・ノード３３２からであろうと、本質的に複数地域にまたがる中央集中データ収集点３３３へであろうと、生データ、分析済みデータ、および集計データを分配することができる。データの種類は、ユーザ識別可能情報を含むデータおよび、ユーザ識別可能情報を含む場合も含まない場合もある集計データに分類することができる。
ユーザ識別可能情報を含むデータは、さまざまな理由からエンド・ユーザ２２７にとって有益なものである。例えば、水質軟化剤または濾過器１１４などの水処理デバイスの後に配置されているセンサ１１１または（複数）センサ素子１１３またはセンサ・グループを含むセンサ・ユニット１１０については、水質検出事象を示すパラメータに関係するデータは、状況に応じて、濾過器および／または水処理化学薬品を交換もしくは補充する必要があることを通知するためにエンド・ユーザ２２７側で使用することができる。これは、インジケータなどにより、またはスマート・ノード３３２または中央集中データ収集点からの通信を介して、センサ・ユニット１１０において実行できる。エンド・ユーザ２２７は、さらに、水質が低下するか、または変わってしまった場合、エンド・ユーザ２２７が地域水道局２２６Ｃに問い合わせできる限りにおいて、地域水道局２２６Ｃの実績に関するチェックとして使用されるローカルの地域水道局３３３Ｃの実績に注目することもできる。
スマート・ノード３３２からの生データおよび分析済みデータを、水質基準に適合しているかどうか判定するため、また地域水道局２２６Ｃの実績に関する内部チェックとして地域水道局２２６Ｃに送ることができる。それに加えて、地域水道局２２６Ｃによる適切な水質基準に適合しているかどうかを判定するために、また複数地域にまたがる上水道内の汚染物質の有無、持続性、および程度を検出して上水道内の問題の発生源および程度を決定または追跡するため複数地域にまたがる上水道の全体的衛生状態の判定結果として、スマート・ノード３３２および／または中央集中データ収集点３３３からの生データおよび分析済みデータを国の水管理機関３３５に提供することができる。それに加えて、この情報は、既存の商用分配システム２２４に戻すこともできる。
例えば、水処理サービス２２６Ａは、エンド・ユーザ２２７の場所に設置された水処理にデバイスから出る水の水質を判定することに注目しており、また水処理デバイスに入る水の水質にも注目しており、水処理サービス２２６Ａとエンド・ユーザ２２７との間の契約条件の内容に従って、化学薬品を補充する、および／または濾過器を交換する、またはそのような供給化学薬品をエンド・ユーザ２２７に自動的に供給する必要があることをエンド・ユーザ２２７に警告するか、または上水道に問題があること、特に水処理デバイスにより是正できない問題があることをエンド・ユーザ２２７に警告するようにすることができるであろう。このような警告は、ローカル・インジケータ（例えば、光、可聴音警報、またはセンサ・ユニット筐体上のその他の形態の警告）を使用すること、ディスプレイ（例えば、センサ・ユニット筐体上に配置されたディスプレイ）上に情報を表示すること、エンド・ユーザに電話をすること、または電子メッセージ（例えば、電子メール、ポケットベルのメッセージ、ＳＭＳなど）をエンド・ユーザ宛に送信すること、またはこれらのアプローチの任意の組み合わせなどのさまざまな方法で送ることができる。さらに、潜在的に危険な水質条件が検出された場合、地域水道局にも警報を送ることができる。例えば、識別事象（例えば、潜在的に危険な条件に関する）が潜在的化学的プロフィールのデータベースとセンサ・データとの比較を通じて検出された場合、対応する警報をエンド・ユーザと地域水道局の両方に送信することができる。また、識別された条件に応じて、好適な（複数の）制御弁を操作して、すでに説明されているようにエンド・ユーザへの給水を遮断する。
さらに、水処理デバイス（例えば、濾過器）がセンサ・ユニットに関連するように分配される場合、水処理サービスは、エンド・ユーザへの追加のサービスとして水処理デバイスにより処理された水の水質を保証をまたは認定することができる。さらに、顧客に対し、水処理デバイスおよび／または消耗品自体に料金を請求する代わりに、または請求することに加えて、水処理デバイスにより処理された水の単位当たりの料金を請求することができる。
小売店２２６Ｂに関しては、小売店２２６Ｂは、このデータを使用して、エンド・ユーザ２２７が追加の濾過器および／または化学薬品を購入し、および／または濾過器および処理デバイスを、そのようなデバイスを出入りする水の水質尺度に基づいて交換することをエンド・ユーザ２２７に促すことができる。
生データおよび分析済みデータは、さらに、エンド・ユーザ２２７の領域に入る水の品質に関する情報をエンド・ユーザ２２７に伝達するために、家庭監視および健康管理サービス２２６Ｄに提供することができる。
エンド・ユーザ２２７の場所の水の品質に注目している可能性のある前記の事業体２２６Ａ〜２２６Ｄ、３３５に加えて、他の事業体も、エンド・ユーザ１１０に届く水の品質に注目している場合がある。例えば、水質監視グループは、集計データに注目し、水質の傾向を調べて、地域および複数地域にまたがる水道局２２６Ｃ、３３５を格付けし、圧力をかけることができる。政府機関は、地域および複数地域にまたがる規模で配水インフラの実現可能性を調べることに注目している可能性がある。学術団体は、水質の大域的傾向を調べるためにこのデータに注目する可能性がある。不動産売買仲介者は、世帯主が特定の地域内の個々の家を購入または売却する決定で使用される可能性のある多くの因子のうちの１つの因子として水質を識別することに注目する可能性がある。米疾病管理センター、環境保護庁、国土安全保障省、および病院などの政府機関は、疾病、毒素、または自治体または国の問題となりうる上水道に由来する他の健康問題の発生元および広がりを一般大衆に警告し、および／または決定するためにこのデータに注目する可能性がある。集計データを使用して、動向を決定し、および／またはユーザ識別可能データを使用して、地域配水網または複数地域にまたがる配水網内の問題の特定の発生源を突き止めることができる。根幹にあるテーマは、水監視システムは、水質に関するさまざまな種類の情報が、比較的中立の独立した立場にありうる当事者により共有され、および／またはさまざまな利害関係者に独占的にまたは非独占的に販売されることができるメカニズムを備えるということである。
エンド・ユーザおよびデータへのアクセスに関する考慮事項
エンド・ユーザ２２７がエンド・ユーザ２２７の領域外でデータを伝達することができるセンサ・ユニット１１０を設置するか、または設置を許可するように求められる限り、エンド・ユーザ２２７への何らかの考慮は、状況によっては適切であるように思われる。例えば、エンド・ユーザ２２７は、センサ・ユニット１１０およびユーザのセンサ・ユニット１１０が他の方法では利用可能でない潜在的危険を警告する一部となっている水質監視システム３３０の能力を考慮すべきものとみなすことが考えられる。例えば、ローカル・インジケータに水質に関する情報を提供させる機能を得るためには、エンド・ユーザ２２７は、水質監視システム３３０と情報を共有することに合意しなければならないであろう。それとは別に、またはそれに加えて、エンド・ユーザ２２７は、エンド・ユーザ２２７が進んで対価を支払う価格点で個々のセンサ・ユニット１１０の処理能力を介して検出可能ではない分析の利点を享受することに合意できるであろう。したがって、水質監視システム３３０へのデータの通信に関する考慮は、エンド・ユーザ２２７が進んで対価を支払う価格点でセンサ・ユニット１１０への付加価値となる。
それに加えて、エンド・ユーザ２２７は、通信されるデータがコミュニティ全体にとって有益であることに気づくか、または気づかされる可能性がある。エンド・ユーザ２２７は、利用水量がすでにエンド・ユーザの場所で監視されており、エンド・ユーザ２２７が水質に関するプライベートまたは個人情報およびしたがってセンサ・ユニット１１０により生み出された情報を与えない限り、プライバシー問題に関する小さな閾値を持つ。
それに加えて、またはそれとは別に、センサ・ユニット１１０の販売または他の移譲は、データをスマート・ノード３３２または中央集中データ収集点３３３に伝送することに関してエンド・ユーザ２２７による合意があり次第調整することができる。さらに、機器の販売、監視または水処理サービス２２６Ａおよび他の申し込みベースのサービスの申し込みでは、エンド・ユーザ１１０に対し考慮を与えることができ、また貸与／リースは、通信リンクおよびセンサ・ユニット１１０により供給されるデータを与えることを条件とすることができる。
それに加えて、水道局２２６Ｃは、水の供給または地方自治体により一般的に提供される他のサービスなどのサービスの一部としてセンサ・ユニット１１０の設置を要求する可能性がある。最後に、センサ・ユニット１１０は、エンド・ユーザ２２７側で設置する必要があるか、またはエンド・ユーザ２２７により、政府規定による設置が許可される必要があると考えられる。
生データおよび分析済みデータの両方に対するアクセスの考慮については、データにアクセスすることを望むものは、定期的（例えば、月極および／または年払い）申し込みベースの支払い、全額払い込みライセンス、手数料または個別報告毎、またはそれらの組み合わせで利用できる。それに加えて、手数料は、特定の検出事象の報告に基づくか、または報告毎の検出事象の数に基づくことが可能である。集計データ報告では、経時データ、比較データ、またはレポーター・サービスまたは事業体の高度情報処理およびデータベースにより付与される他の付加価値を提供することにより価値を付加することができ、これにより、生データ、個別エンド・ユーザ識別可能データ、および集計データは、情報に通じた個人により、および／またはアルゴリズムにより分析され、報告されるデータの品質の価値が高まる。補償は、支援を必要としている見込みエンド・ユーザ１１０のそのような紹介または識別についての考慮の一部としてエンド・ユーザ２２７を支援することができる事業体による支払い形態をとることができる。
これからわかるように、本開示は、限定されていない例示的な実施形態を使って説明されている。中核概念のさまざまな修正形態および変更形態は、請求項に記載されているように本発明の範囲から逸脱することなく当業者が思い付くことである。本発明のさまざまな実施形態の利点および付随する態様は、必ずしも本発明の一部ではないことを繰り返しておく。むしろ、本発明は、付属の請求項、さらにその要素の等価物を吟味することにより決定されるべきである。
本発明の一実施形態によるセンサ・ユニットの例示的な実施形態のブロック図である。 本発明の他の実施形態によるセンサ・ユニットの他の例示的な実施形態のブロック図である。 センサ・ユニットの例示的な一実施形態の図である。 センサ・ユニットの他の例示的な実施形態の図である。 センサ・ユニットの他の例示的な実施形態の図である。 センサ・ユニットの他の例示的な実施形態の図である。 センサ・ユニットの他の例示的な実施形態の図である。 センサ・ユニットの他の例示的な実施形態の図である。 センサ・ユニットの他の例示的な実施形態の図である。 センサ・ユニットの他の例示的な実施形態の図である。 センサ・ユニットの他の例示的な実施形態の図である。 センサ・ユニットの他の例示的な実施形態の図である。 センサ・ユニットの他の例示的な実施形態の図である。 センサ・ユニットの他の例示的な実施形態の図である。 本開示のいくつかの態様による例示的なセンサ・ユニット・サプライ・チェーンのブロック図である。 本開示のいくつかの態様による例示的なデータ収集ネットワーク、データ配給ネットワーク、およびデータ分析ネットワークのブロック図である。

Claims (57)

  1. 流体を監視するためのマルチセンサ装置であって、
    各センサが流体に曝されるように構成されている、複数のセンサと、
    前記複数のセンサうちの特定のセンサを前記流体に選択的に曝すための暴露手段と、
    を有することを特徴とするマルチセンサ装置。
  2. 前記流体が水であることを特徴とする請求項１に記載のマルチセンサ装置。
  3. 更に複数の基板を有し、前記複数のセンサが前記複数の基板に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のマルチセンサ装置。
  4. 更に１つの基板を有し、前記複数のセンサが前記基板に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のマルチセンサ装置。
  5. 前記複数のセンサのうちの少なくとも１つが、複数の検出素子を有することを特徴とする請求項４に記載のマルチセンサ装置。
  6. 前記複数のセンサのうちの少なくとも１つが、イオンの選択的検出素子、電流測定検出素子、電位差検出素子、伝導率検出素子、温度検出素子、酸化還元電位検出素子、塩素検出素子、酸素検出素子、免疫検出素子、ＤＮＡプローブ、光学センサのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載のマルチセンサ装置。
  7. 前記複数のセンサは、前記基板の表面よりくぼんだ部分にあることを特徴とする請求項４に記載のマルチセンサ装置。
  8. 前記複数のセンサは、前記基板の表面よりくぼんだ部分にリソグラフィで形成されていることを特徴とする請求項４に記載のマルチセンサ装置。
  9. 前記基板は、基板を通って延びる複数の開口部を有する第１基板であり、各センサが１つの分離基板の表面に配置され、各センサが前記第１基板のそれぞれの開口部に面するように、分離基板のそれぞれが前記第１基板に結合していることを特徴とする請求項４に記載のマルチセンサ装置。
  10. 前記分離基板は、フリップチッププロセスを用いて前記第１基板に結合していることを特徴とする請求項９に記載のマルチセンサ装置。
  11. 流体を監視するためのマルチセンサ装置であって、
    各センサが流体に曝されるように構成されている、複数のセンサと、
    前記複数のセンサを覆う、少なくとも１つの被覆膜と、
    前記少なくとも１つの被覆膜に取り付けられている複数の加熱素子と、
    を有し、
    予め決められた加熱素子が予め決められたセンサに最も近くに配置されており、
    各加熱素子が少なくとも１つの被覆膜中に開口を選択的に発生させるように操作可能であり、それにより前記開口の最も近くに配置された特定センサが前記流体に曝されることを可能にすることを特徴とするマルチセンサ装置。
  12. 前記流体が水であることを特徴とする請求項１１に記載のマルチセンサ装置。
  13. 更に複数の基板を有し、前記複数のセンサが前記複数の基板に取り付けられていることを特徴とする請求項１１に記載のマルチセンサ装置。
  14. 更に１つの基板を有し、前記複数のセンサが前記基板に取り付けられており、前記少なくとも１つの被覆膜が前記基板表面に取り付けられていることを特徴とする請求項１１に記載のマルチセンサ装置。
  15. 前記複数のセンサのうちの少なくとも１つが複数の検出素子を有することを特徴とする請求項１４に記載のマルチセンサ装置。
  16. 前記複数のセンサのうちの少なくとも１つが、イオンの選択的検出素子、電流測定検出素子、電位差検出素子、伝導率検出素子、温度検出素子、酸化還元電位検出素子、塩素検出素子、酸素検出素子、免疫検出素子、ＤＮＡプローブ、光学センサのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１４に記載のマルチセンサ装置。
  17. 前記複数のセンサは、前記基板表面からくぼんだ部分にあることを特徴とする請求項１４に記載のマルチセンサ装置。
  18. 前記被覆膜は、重合体材料を含むことを特徴とする請求項１４に記載のマルチセンサ装置。
  19. 前記重合体材料は、ポリエステルまたはポリアミドであることを特徴とする請求項１８に記載のマルチセンサ装置。
  20. 前記被覆膜は、接着剤によって前記基板に取り付けられていることを特徴とする請求項１４に記載のマルチセンサ装置。
  21. 前記被覆膜は、加熱する積層プロセスによって前記基板に取り付けられていることを特徴とする請求項１４に記載のマルチセンサ装置。
  22. 前記複数のセンサは、前記基板表面からくぼんだ部分にリソグラフィで形成されていることを特徴とする請求項１４に記載のマルチセンサ装置。
  23. 前記基板は、基板を通って延びる複数の開口部を有する第１基板であり、各センサが１つの分離基板の表面に配置され、各センサが前記第１基板のそれぞれの開口に面するように、分離基板のそれぞれが前記第１基板に結合していることを特徴とする請求項１４に記載のマルチセンサ装置。
  24. 前記分離基板は、フリップチッププロセスを用いて前記第１基板に結合していることを特徴とする請求項２３に記載のマルチセンサ装置。
  25. 流体を監視するためのマルチセンサ装置であって、
    基板と、
    各センサが流体に曝されるように構成されている、前記基板に取り付けられている複数のセンサと、
    前記基板が配置されているハウジング部材であって、前記ハウジング部材の壁にセンサが前記流体に曝されるのを可能にするように構成された開口部を有するハウジング部材と、
    前記開口部に隣接し、かつ前記基板の表面と前記ハウジングの表面との間に位置し、それにより、前記ハウジングに対して前記基板を密閉するシールと、
    特定センサが前記流体に曝されるように、窓領域に前記特定センサを選択的に配置するための前記基板を移動するアクチュエ−タと、
    を有することを特徴とするマルチセンサ装置。
  26. 前記流体が水であることを特徴とする請求項２５に記載のマルチセンサ装置。
  27. 前記複数のセンサの少なくとも１つが複数のセンサ素子を有することを特徴とする請求項２５に記載のマルチセンサ装置。
  28. 前記複数のセンサのうちの少なくとも１つが、イオンの選択的検出素子、電流測定検出素子、電位差検出素子、伝導率検出素子、温度検出素子、酸化還元電位検出素子、塩素検出素子、酸素検出素子、免疫検出素子、ＤＮＡプローブ、光学センサのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２５に記載のマルチセンサ装置。
  29. 前記複数のセンサは、前記基板の表面よりくぼんだ部分にあることを特徴とする請求項２５に記載のマルチセンサ装置。
  30. 前記複数のセンサは、前記基板の表面よりくぼんだ部分にリソグラフィーで形成されることを特徴とする請求項２５に記載のマルチセンサ装置。
  31. 前記基板は、基板を通って延びる複数の開口部を有する第１基板であり、
    各センサが１つの分離基板の表面に配置され、各センサが前記第１基板のそれぞれの開口に面するように、分離基板のそれぞれが前記第１基板に結合していることを特徴とする請求項２５に記載のマルチセンサ装置。
  32. 前記分離基板は、フリップチッププロセスを用いて前記第１基板に結合していることを特徴とする請求項３１に記載のマルチセンサ装置。
  33. 前記シールはＯ−リングであることを特徴とする請求項２５に記載のマルチセンサ装置。
  34. 前記センサは、円周状上に配置されていることを特徴とする請求項２５に記載のマルチセンサ装置。
  35. 前記アクチュエ−タは、前記基板に回転的な動きを与えることを特徴とする請求項３４に記載のマルチセンサ装置。
  36. 前記センサは、直線に沿って配置されていることを特徴とする請求項２５に記載のマルチセンサ装置。
  37. 前記アクチュエータは、前記基板に直線的な動きを与えることを特徴とする請求項３６に記載のマルチセンサ装置。
  38. 流体を監視するためのマルチセンサ装置であって、
    各センサが流体に曝されるように構成されている、複数のセンサと、
    基板表面に取り付けられた、前記複数のセンサを覆う少なくとも１つの膜と、
    特定センサが前記流体に曝されるのを可能にするために、前記特定センサに最も近い領域に少なくとも１つの部材を選択的に配置する機械部材と、
    前記機械部材が前記少なくとも１つの部材を選択的に配置することを可能にするために、前記基板と前記機械部材との間に相対的な動きを提供するためのアクチュエ−タと、
    を有することを特徴とするマルチセンサ装置。
  39. 前記流体が水であることを特徴とする請求項３８に記載のマルチセンサ装置。
  40. 前記複数のセンサの少なくとも１つが複数のセンサ素子を有することを特徴とする請求項３８に記載のマルチセンサ装置。
  41. 前記複数のセンサのうちの少なくとも１つが、イオンの選択的検出素子、電流測定検出素子、電位差検出素子、伝導率検出素子、温度検出素子、酸化還元電位検出素子、塩素検出素子、酸素検出素子、免疫検出素子、ＤＮＡプローブ、光学センサのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３８に記載のマルチセンサ装置。
  42. 前記複数のセンサは、前記基板の表面よりくぼんだ部分にあることを特徴とする請求項３８に記載のマルチセンサ装置。
  43. 前記少なくとも１つの膜は、重合体材料を含むことを特徴とする請求項３８に記載のマルチセンサ装置。
  44. 前記重合体材料は、ポリエステルまたはポリアミドであることを特徴とする請求項４３に記載のマルチセンサ装置。
  45. 前記少なくとも１つの膜は、接着剤によって前記基板に取り付けられていることを特徴とする請求項３８に記載のマルチセンサ装置。
  46. 前記少なくとも１つの膜は、加熱された積層プロセスによって前記基板に取り付けられていることを特徴とする請求項３８に記載のマルチセンサ装置。
  47. 前記複数のセンサは、前記基板の表面よりくぼんだ部分にリソグラフィーで形成されることを特徴とする請求項３８に記載のマルチセンサ装置。
  48. 前記基板は、基板を通って延びる複数の開口部を有する第１基板であり、各センサが１つの分離基板の表面に配置され、各センサが前記第１基板の各開口部に面するように、分離基板が前記第１基板に結合していることを特徴とする請求項３８に記載のマルチセンサ装置。
  49. 前記分離基板は、フリップチッププロセスを用いて前記第１基板に結合していることを特徴とする請求項４８に記載のマルチセンサ装置。
  50. 前記機械部材は、前記少なくとも１つの膜に穴を開けることを特徴とする請求項３８に記載のマルチセンサ装置。
  51. 前記機械部材は、前記少なくとも１つの膜を機械的に取り除くことを特徴とする請求項３８に記載のマルチセンサ装置。
  52. 複数のセンサを用いて流体を監視する方法であって、
    複数のセンサを流体の近くに配置する工程と、
    前記液体に前記複数のセンサうちの特定センサを選択的に曝す工程と、
    を有することを特徴とする方法。
  53. 前記流体が水であることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
  54. 複数の基板上にそれぞれ前記複数のセンサを供給する工程を更に有することを特徴とする請求項５２に記載の方法。
  55. １つの基板上に前記複数のセンサを供給する工程を更に有することを特徴とする請求項５２に記載の方法。
  56. 前記複数のセンサのうちの少なくとも１つが複数の検出素子を有することを特徴とする請求項５２に記載の方法。
  57. イオン濃度、塩素濃度、酸素濃度、電気伝導率、温度および酸化還元電位のうちの少なくとも１つを測定する工程を更に含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
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