JP2009530605A - 海洋環境のための電場センサー装置 - Google Patents

Abstract

海洋電磁探査用の電場センサー装置Ｓであって、少なくも二つの電極３，４と、センサー装置Ｓからの計測信号を信号処理装置６に伝送する信号伝達手段５と、非導電性の材料により形成され、過飽和電解液Ｅで充満される、少なくも二つの閉鎖容器１、２と、非導電性の材料により形成され、可撓性を有する少なくも二本のホース７，８と、容器１、２のそれぞれに液体通流に取付けられる、ホースの第一の端７ａ、８ａ並びに、開放端であるホースの第二の端７ｂ、８ｂと、当該第二の端７ｂ、８ｂが取付けられ且つ当該第二の端を規定座標位置位置決めする位置決め手段９ａ、９ｂとよりなり、ホース７，８は、センサー装置Ｓが作動条件下で水中に沈められて配備される場合と同様に、媒体Ｗを充満されて用意され、また、二つの容器１，２は容器の対を形成し、当該二つの容器１，２は相対的に互いに実質的に温度条件、圧力条件および化学的条件が同一である近傍位置に容器の対を形成して配備されていることを特徴とする。

Description

本発明は海洋電磁探査用の電場センサー装置、より具体的には、少なくとも一つの電極を収納する容器が、少なくとも二つ装備された電場センサー装置に関するものであって、当該容器は電解液で充満され且つ周囲の水塊（海水）と可撓ホースを介して連通し[以降液体通流と記す]、当該電極は、信号処理装置と連結されて成る。

海洋電磁探査の従来技術における電場センサー装置には、通常、二つの代表的なタイプがあり、使用されている。

第一のタイプのセンサー装置では、遠く離間させたケーブルを用いて、Ag-AgCl、Pb-PbClあるいはその他の電極と記録装置とを連結する（例えばCoxら1971；Fillouxら1973；Webbら1985）。電極間距離は通常長く、ほぼ１００−１０００ｍ程度のものが代表的である。当該のタイプの電場センサー装置では、電極ノイズレベルよりずっと上に、信号レベルを高めることが可能である。更に、電極間同士を広域に離間させて設置することで、外乱、波浪および温度の変化、また海水の塩分濃度が造りだす電場の乱れを平均化して抑え込むことを可能とし、電場（の強さ）がほんの数メーター程度であるように捉え得る。

電極間を広域に離間させるため、各電極はそれぞれ異なった（海水）圧力及び温度のもとで作動する。このため、電場記録信号には、重大なドリフトが現れてもおかしくはない。このドリフト増大の速度は電極の(成分)組成あるいは構造に依存する。四つのタイプの電極にかんして、当該のドリフトに影響するパラメータが、表１に示される。

第二のタイプのセンサー装置、つまりソルトブリッジ形のセンサー装置（Filloux
1974）では、各電極共に一つの計装箱に収められ、ほんの数メーター長さの離間して配置したホースにより海水と繋がる。波長が長周期の電場からのデータ収集に斯かるセンサー装置がしばしば用いられることに鑑み、“チョッパー”と呼ばれる特殊な装置が使用され、温度や圧力の変化に伴う零点のドリフト除去に供せられる。

計測座標領域が比較的短距離領域のものであることから、こうした上記のセンサー装置は、第一のタイプのセンサー装置に比べて感度が鈍い。一方、当該センサー装置は計測された信号がより安定していてドリフトも微少である点に特徴がある。

本発明の課題は、上記先行技術の欠陥を除去もしくは緩和することにある。

当該課題は、以降の記載並びに後続の請求項に明記される特徴点により解決される。

本発明は、海洋環境下における電場の成分を計測するための、新規のセンサー装置（前記センサー装置（Ｓ）は、センサー装置本体からの計測信号を信号処理装置（６）に伝達する信号伝達手段（５）と、非導電性の材料により形成され、過飽和電解液（Ｅ）で充満される、少なくも二つの閉鎖容器（１、２）と、当該容器のそれぞれに収納される少なくも一つの電極（３、４）と、非導電性の材料により形成される、少なくも二本の可撓性を有するホース（７，８）と、前記容器（１、２）のそれぞれに液体通流可能に取付けられる、前記ホースの第一の端（７ａ、８ａ）並びに、開放端である前記ホースの第二の端（７ｂ、８ｂ）と、当該第二の端（７ｂ、８ｂ）が取付けられ且つ当該第二の端を規定座標位置に位置決めする位置決め手段（９ａ、９ｂ）とよりなり、前記ホース（７，８）は、前記センサー装置（Ｓ）が作動条件下で海水中に沈められて配備される場合と同様になるように、流体媒体（Ｗ）を充満されて用意され、また、当該二つの容器（１，２）は相対的に互いに実質的に温度条件、圧力条件および化学的条件が同一である近傍位置に容器の対を形成して配備されていることを特徴とする）に関する。
本発明によれば、刻々変化する温度、圧力、外乱、波浪、また海水の塩分濃度に対する計測安定性も良く、又良好な計測感度が得られる。既存センサー装置の主要な利点については、本発明でも踏襲される。波長の長周期の電場の計測用に用いられ得る“チョッパー”については、本発明では、必ずしも必要ではない。

本発明の第一の様態では、電場センサー装置は一対の容器を有してなる。該容器のそれぞれには、ホースが接続され、該ホースのための容器出口を除き、当該容器は密閉されている。ホースは非導電性の材料で作られる。ホースの一端（第一の端部）は、当該容器に液体通流可能に接続され、一方、該ホースの他端（第二の端部）は開放されて、位置決め手段、例えばバラストつまりアンカーあるいは浮揚体つまりブイの様式での（鉛直座標若しくは水平座標で規定される）位置決め手段に接続される。計測作動時に前記一対の容器は、互い同士隣り合って設置され、また電解液で充満される。二つの容器のそれぞれは共に、少なくとも一つの電極、好ましくはAg-AgCl電極を有して形成される。ホースの第二の端部すなわち開放端は、上記位置決め手段により、各容器に対応した水塊中の所望の位置に設置される。二本のホースの第二の端部すなわち開放端同士を結ぶ線方向が、電場のどの成分を計測するかを示唆し、当該開放端同士間の距離が計測座標領域を決定している。電極は公知の手法で信号処理装置に連結される。

本発明の第二の様態では、各容器は過飽和電解質で充満されるが、化学的に環境攻撃的な状況を、電極の周りに形成するわけではなく、また、ホースから容器内への水の混入は防止されている。

本発明の第三の様態では、センサー装置は複数の容器を有し、また、当該容器には異なった方向に延在する当該容器それぞれのホースが付随されており、異なった数種の電場成分を、当該センサー装置は選択的に計測するように配置される。

本発明の第四の様態では、各容器には複数の電極が装備され、一方の容器の各電極は他方の容器の電極と対の組を成し、各対の電極は、同一電場の電場各成分を独立して計測記録取りすべく配備され、当該の記録取りには、多重チャンネルの信号処理装置が用いられることを特徴とする。

本発明の第五の様態では、当該センサー装置が、逐次的もしくは連続的に、電極の計測安定性に関して照合(監視)されるべく装備されることを特徴とする。

本発明の第六の様態では、前記信号処理装置は集積データチェック後、誤作動を示したあるいは不安定な作動を示す電極対のデータを除外するように構成される。

本発明の第七の様態では、信号/ノイズ比（S/N値）を改善するべく適正に機能する電極で異なった対を用いることにより、得られたデータを平均するように、信号処理装置が用意されることを特徴とする。

本発明によるセンサー装置の原理を示し、該センサー装置は一対の電極が装備され、水平方向場の成分の計測に充てられる。 図１と同様の流儀で、本発明によるセンサー装置の原理を示すが、該センサー装置には４対の電極が装備される。 本発明による２部構成のセンサー装置の原理を示し、一方の部は電場の水平方向成分の計測用に構成され、他方の部は電場の別水平方向成分もしくは電場の垂直方向成分の計測用に構成される。

以降の記載では、添付図面をもって可視化された形で、本発明の好適な実施例を示すが、勿論、それらが、本発明を限定するものではない。

図の中で記号Ｓは本発明のセンサー装置を指し、該センサー装置は、電極３及び４を収納する二つの容器１及び２を構成要素として含む。該容器１及び２は、海水塊Ｗの中に沈められ、該電極３及び４は電線ケーブル５をもって信号処理装置６に連結される。該容器１及び２は、非導電性の材料により形成され、過飽和電解液Ｅを充満する。容器１はホース７の第一の端７ａ、また容器２はホース８の第一の端８ａに液体通流可能に接続されている。ホース７の第二の端７ｂ及びホース８の第二の端８ｂは周囲の海水塊Ｗに向けて開放端として形成されている。ホースは非導電性の材料をもって形成され、海水で充満される。ホース７の第二の端７ｂ及びホース８の第二の端８ｂには、バラスト９ａあるいは浮揚体９ｂ（図３参照）の規定された座標位置（水平及び鉛直座標）での位置決め手段、つまり容器１に対して該第二の端７ｂを、また容器２に対して該第二の端８ｂを、相対的に位置決めする手段が装備される。ホース７の第二の端７ｂ及びホース８の第二の端８ｂを通過する直線Ｂの方向（水平及び鉛直座標方向）をもって計測されるべき電場の成分が決まり、両端７ｂ及び８ｂ間の距離ＭＢが計測座標領域を決定している。

図１は本発明によるセンサー装置を最も単純な様態で示す。

図１に示されたセンサー装置に比べて安定性が改善され、また電極ノイズが低減されたことを特徴とするセンサー装置Ｓ’の例を、図２は示す。容器１及び２のそれぞれに複数電極３、３’、３’’、３’’’ならびに４、４’、４’’、４’’’を装備することで、また信号処理装置６のチャンネル数を複数とすることで、センサー装置Ｓ’の該改善点は達成されている。

図３は、四つの容器１、１’、２、２’および四つのホース７、７’、８、８’から成る、容器及びホースからなる構成要素がダブルコンポーネント式のセンサー装置構成を示す。ホースの自由端７ｂ、７ｂ’、８ｂ、８ｂ’間の相対的配置によって、センサー装置Ｓ’は、電場の２水平方向成分の同時記録取りあるいは１水平方向成分と１垂直方向成分の同時記録取りを可能としている。当該容器およびホースからなる構成要素の（センサ装置本体）の構成はベクトル場としての電場成分全体を計測するのに用いることができる。

前述の通り、既存のセンサー装置は、２種のグループのものに分けて考えてよい。

第一のグループのものは、電極を領域端部に配備する計測座標領域が広域に亘るものである。信号振幅が計測座標領域の寸法に比例することから、この種のセンサー装置は良好な信号/ノイズ比（S/N値）を提供することができる。広域計測座標領域はまた、小規模な外乱および不均一性に起因する電気信号を減衰させる。他方、この種のセンサー装置による計測信号はドリフトしがちである。ドリフトを低減させるための電極の選択にあたり、対の電極同士間の自己電位差、温度感度特性および圧力感度特性が同等接近したものであるように、注意して、電極の選択にあたる必要がある。しかしやはり、この種のセンサー装置の設計にあっては、電極同士間の配備距離（座標）の設定は重大であり、従って任意に様々な配置構成ともなることが含意されている。この点は、垂直電場の計測に用いられるセンサー装置に対して、とくに当てはまる。こうした場合は、注意深く選定された電極対であっても計測信号に大きなドリフトが現れうる。何故ならば、対の電極のそれぞれの設置深さが異なり、電極周辺の温度、圧力、海水塩分濃度条件が異なるからである。

ソルトブリッジ形のセンサー装置の場合は、対の電極同士を近づけて配置することと、チョッパーを付加的に使用することとで、信号のドリフトは顕著に低減される。しかしながら、該センサー装置は感度が低く、また小規模外乱や細かな不均一状態に鋭敏であることから、応用には限度がある。

図１に示された提案のセンサー装置は、長尺のホースを利用する既存のセンサー装置の利点と、電極間の近傍配置という特徴を組合せている。実際上、電極間の近傍配置は、構成要素（センサー装置）にかんする前述の鋭敏性が引き起こすあらゆるドリフトを除去することになる。ホースの長さは、所望の信号/ノイズ比（S/N値）から決められ、水平方向電場用のセンサー装置の場合は、数メーターから数キロメーターに及ぶこともありうるし、垂直方向電場用のセンサー装置の場合は、単に水深の制限で決まってしまうこともある。

図２における、高度化されたセンサー装置Ｓ’では、容器１の電極３、３’、３’’、３’’’ならびに容器２の電極４、４’、４’’、４’’’を活用する。異なった電極対を用いて電場の同期計測を、４チャンネルの信号処理装置６をもって行う。計測から得られた結果については、許容範囲外のノイズや不安定性を示すチャンネルのものを除外して解析することが、特に重要である。結果のデータ信号は平均化処理あるいは高度のフィルター処理を含んだ、引続きの一連の処理に供せられる。

Claims (10)

1. 海洋電磁探査用の電場センサー装置（Ｓ）において、
   前記センサー装置（Ｓ）は、
   センサー装置本体からの計測信号を信号処理装置（６）に伝達する信号伝達手段（５）と、
   非導電性の材料により形成され、過飽和電解液（Ｅ）で充満される、少なくも二つの閉鎖容器（１、２）と、当該容器のそれぞれに収納される少なくも一つの電極（３、４）と、
   非導電性の材料により形成される、少なくも二本の可撓性を有するホース（７，８）と、
   前記容器（１、２）のそれぞれに液体通流可能に取付けられる、前記ホースの第一の端（７ａ、８ａ）並びに、開放端である前記ホースの第二の端（７ｂ、８ｂ）と、当該第二の端（７ｂ、８ｂ）が取付けられ且つ当該第二の端を規定座標位置に位置決めする位置決め手段（９ａ、９ｂ）とよりなり、
   前記ホース（７，８）は、前記センサー装置（Ｓ）が作動条件下で海水中に沈められて配備される場合と同様になるように、流体媒体（Ｗ）を充満されて用意され、
   また、当該二つの容器（１，２）は相対的に互いに実質的に温度条件、圧力条件および化学的条件が同一である近傍位置に容器の対を形成して配備されていることを特徴とする海洋電磁探査用の電場センサー装置（Ｓ）。
2. 前記電極（３，４）はAg-AgCl電極であることを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置（Ｓ）。
3. 海水に対し化学的に環境攻撃的な状況が前記電極の周りに形成されないように、前記電解液（Ｅ）が過飽和であることを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置（Ｓ）。
4. 前記ホース第一の端（７ａ、８ａ）が前記容器（１，２）の上方に迂回した通路を介して、前記容器（１，２）に連結されることを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置（Ｓ）。
5. 計測領域の電場の座標成分が、一対の容器（１，２）に取付けられる前記ホースの前記第二の端（７ｂ、８ｂ）を結ぶ直線Ｂの方向をもって決定されることを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置（Ｓ）。
6. 一対の前記容器（１，２）に取付けられる前記それぞれのホースの前記第二の端（７ｂ、８ｂ）の位置決めは鉛直若しくは水平座標方向に任意に設定可能であることを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置（Ｓ）。
7. 前記センサー装置（Ｓ）が一対若しくは複数対の容器組（１，２）を含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置（Ｓ）。
8. 前記センサー装置（Ｓ）は少なくも一対づつ二組みの容器（１，２，１’、２’）を構成要素に含み、当該の容器（１，２，１’、２’）それぞれの電極（３、３’、３’’、３’’’ならびに４、４’、４’’、４’’’）が、それぞれ個別の信号処理を行うべく、異なったチャンネルを介して、前記信号処理装置（６）に信号伝達可能に接続されることを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置（Ｓ）。
9. 前記容器（１，２，１’、２’）のそれぞれに複数の電極（３、３’、３’’、３’’’ならびに４、４’、４’’、４’’’）が装備され、当該電極の各々は同一電場の成分を別個に計測するように予め準備して配備されることを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置（Ｓ）。
10. 前記センサー装置（Ｓ）からの計測信号を信号処理装置（６）に伝達する信号伝達手段（５）が、前記電極（３、３’、３’’、３’’’ならびに４、４’、４’’、４’’’）の中で選択された電極との相互信号伝達を行う、信号伝達手段を構成要素に含むことを特徴とする請求項１から９に記載のセンサー装置（Ｓ）。

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