JP2015096418A - 可変浮力プロファイリングフロート - Google Patents

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Abstract

【課題】長期間、自律プロファイリングおよびモニタリングを行う可変浮力プロファイリングフロートを提供する。【解決手段】可変浮力プロファイリングフロート2が開示される。可変浮力プロファイリングフロートは、第1の半球体と第2の半球体とを含む球状ガラスハウジング4を含んでいてもよい。第1および第2の半球体は、球状ガラスハウジング内の部分真空によって、連結されていてもよい。浮力システムが、球状ガラスハウジング内に少なくとも部分的に配置されていてもよい。浮力システムは、可変浮力制御を可変浮力プロファイリングフロートに提供するように構成されていてもよい。センサ束が、球状ガラスハウジングに取り付けられ、少なくとも1つの環境パラメータを測定するように構成されていてもよい。【選択図】図2

Description

(関連出願の相互参照)
本願は、2013年11月13日に出願された、「VARIABLE BUOYANCY PROFILING FLOAT」と題された米国特許出願第14/079,352号の継続出願であり、その全開示が参照により本明細書に組み込まれる。
深海モニタリングおよびプロファイリングが、海洋学および気候学の研究の重要な部分となっている。従来の自律プロファイリングシステムは、2,000メートルの深度が構造的に限界である。2,000メートルを超える深度の深海をモニタリングするためには、従来の自律システムでは不十分である。
ケーブル接続式または船接続式のモニタリングシステムには、最大6,000メートルまでの深度を測定できるものもある。しかし、これらのシステムは、配備中に、プロファイリング装置に対して、例えばケーブル等のリンクを維持するために、船または海上のプラットホームを必要とする。これらのシステムは、長期間、自律プロファイリングおよびモニタリングを行うには不十分である。
さまざまな実施形態では、可変浮力プロファイリングフロートが提供される。一実施形態では、当該可変浮力プロファイリングフロートは、第1の半球体と第2の半球体とを含む球状ガラスハウジングを含んでいてもよい。第1および第2の半球体は、球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結されていてもよい。浮力システムが、球状ガラスハウジング内に少なくとも部分的に配置されていてもよい。浮力システムは、可変浮力制御を可変浮力プロファイリングフロートに提供するように構成されていてもよい。センサ束が、球状ガラスハウジングに取り付けられ、少なくとも1つの環境パラメータを測定するように構成されていてもよい。
さまざまな実施形態では、自律的深海プロファイリングの方法が開示される。一実施形態では、当該方法は、可変浮力フロートを配備することを含んでいてもよい。可変浮力フロートは、第1の半球体と第2の半球体とを含む球状ガラスハウジングであって、当該第1および第2の半球体が当該球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結され、最大少なくとも10,000psigの圧力に耐えるように構成された球状ガラスハウジングと、自律浮力制御を可変浮力フロートに提供するように構成された浮力システムと、少なくとも1つの環境パラメータを測定するように構成されたセンサと、を含んでいてもよい。自律的深海プロファイリングの方法は、浮力システムによって、可変浮力フロートの浮力を小さくして、可変浮力フロートを第1の深度に下降させることと、センサによって、第1の深度において少なくとも1つの環境パラメータを測定することと、をさらに含んでいてもよい。
さまざまな実施形態では、可変浮力プロファイリングフロートを作成する方法が開示される。一実施形態では、当該方法は、第1の半球体と第2の半球体とを含む球状ガラスハウジングをテストすることを含んでいてもよい。第1および第2の半球体は、球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結されていてもよい。球状ガラスハウジングは、少なくとも10,000psigに耐えるように構成されていてもよい。テストは、動作可能な圧力条件下に球状ガラスハウジングを置くことを含む。方法は、1つ以上のアクセスポートを球状ガラスハウジング内に作成することであって、当該1つ以上のアクセスポートのパターンが球状ガラスハウジングの構造的完全性を維持するように構成されている、作成することと、1つ以上のフィードスルー接続部を1つ以上のアクセスポートを介して配置することと、1つ以上のフィードスルー接続部を含む球状ガラスハウジングを動作可能な圧力条件下でテストすることと、をさらに含んでいてもよい。
さまざまな実施形態の特徴が、特に添付の特許請求の範囲に明記される。しかし、さまざまな実施形態は、その利点と共に、構成および動作方法の両方に関して、以下の説明を添付の図面と併せて参照することによって最も良く理解され得る。
可変浮力プロファイリングフロートの一実施形態を示す。
図1の可変浮力プロファイリングフロートの断面図を示す。
図1の可変浮力プロファイリングフロートの浮力を制御するように構成された油圧システムの一実施形態を示す。
突出防止装置の一実施形態を示す。
図3の油圧システムの容器の一実施形態を示す。
図3の油圧システムの三方弁の一実施形態を示す。
油圧式浮力エンジンを含む可変浮力プロファイリングフロートの一実施形態を示す。
空気式浮力エンジンを含む可変浮力プロファイリングフロートの一実施形態を示す。
可変浮力プロファイリングフロートの例示的な実施を示す実施形態を含むいくつかの実施形態について詳細に説明する。実際的な類似または同様の参照番号が、図に用いられる得る場合はいつでも、類似または同様の機能を示し得る。図は、図示の目的のためだけに、開示したシステムおよび/または使用方法の例示的な実施形態を示す。当業者であれば、以下の記載から、本明細書で示した構造および方法の代替的で例示的な実施形態が、本明細書に記載した原理から逸脱せずに採用されうることを、容易に認識するであろう。
図1は、可変浮力プロファイリングフロート2の一実施形態を示す。可変浮力プロファイリングフロート2は、最大6,000メートルの深度の水域環境における環境パラメータのモニタリング、プロファイリングおよび/または測定を提供する。可変浮力プロファイリングフロート2は、球状ガラスハウジング4を含む。球状ガラスハウジング4は、高浮力で軽量なハウジングを提供する。球状ガラスハウジング4は、例えば、センサシステム、油圧システム、空気圧システム、制御システムおよび/または他の内部システム等の1つ以上のシステムのためのハウジングで構成される。球状ガラスハウジング4は、例えば、第1の半球体および第2の半球体等の1つ以上の部分を含む。いくつかの実施形態では、球状ガラスハウジング4の第1の半球体および第2の半球体は、球状ガラスハウジング4内に形成された部分真空によって、連結されていてもよい。球状ガラスハウジング4の大きさは、例えば、内部構成要素の大きさ、必要とされる最大配備深度および/または他の動作因子によって、決められる。一実施形態では、球状ガラスハウジング4は、例えば、17インチの径、42,213ccの容量を有していてもよい。球体は相対的に高強度であるため、球状ガラスハウジング4は、自然浮揚性のハウジングおよび構造的に安定したハウジングを提供する。
いくつかの実施形態では、保護硬質帽6が、配備の前、配備中および配備後に環境障害から球状ガラスハウジング4を保護するために、球状ガラスハウジング4の上に配置される。例えば、保護硬質帽6は、保管、輸送および/または配備中の偶然の接触による球状ガラスハウジング4への損傷を防止し得る。つり上げベイル8が、可変浮力プロファイリングフロート2の配備および/または回収を容易に行うことができるように、保護硬質帽6に連結されていてもよい。保護硬質帽6は、1つ以上のリブ7を含む。1つ以上のリブ7は、例えば、オイルおよび/または空気等の流体を受け入れるように構成されたブラダーのための空間を提供してもよい。いくつかの実施形態では、可変浮力プロファイリングフロート2は、可変浮力プロファイリングフロート2を特定の向きに維持するように設計された重み付き部および/または延長部を含んでいてもよい。例えば、下延長部10が、保護硬質帽6に連結されていてもよい。下延長部10は、下延長部10が可変浮力プロファイリングフロート2の最底部となる特定の向きに可変浮力プロファイリングフロート2を維持するように構成された重み付きケージおよび/または重み付き構成要素を含んでいてもよい。
図2は、図1の可変浮力プロファイリングフロート2の断面図を示す。可変浮力プロファイリングフロート2は、浮力エンジンを含む。浮力エンジンは、球状ガラスハウジング4の外面に連結された1つ以上のブラダー16、18を含む。1つ以上のブラダー16、18は、球状ガラスハウジング4に形成されたフィードスルー接続部を介して、浮力エンジンの1つ以上の内部構成要素に連結されている。浮力エンジンは、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を大きくおよび/または小さくするように構成された1つ以上のシステムを含んでいてもよい。浮力エンジンは、例えば、油圧システム22および/または空気圧システムを含んでいてもよい。油圧システム22および/または空気圧システムは、球状ガラスハウジング4内に配置されていてもよい。油圧システム22は、1つ以上のオイルブラダー16に連結されている。空気圧システムは、1つ以上のエアブラダー18に連結されている。浮力エンジンは、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を変えるように動作可能である。浮力エンジンの浮力を変えることによって、可変浮力プロファイリングフロート2は、水域環境内を、上昇および/または下降し得る。例えば、可変浮力プロファイリングフロート2は、例えば海等の水域環境の表面上に配備されてもよい。浮力エンジンは、プロファイリングフロート2の浮力を小さくするように作動させられる。浮力を小さくすることによって、可変浮力プロファイリングフロート2が、水域環境内を下降する。
いくつかの実施形態では、浮力エンジンは、油圧システム22(図3を参照)を含む。油圧システム22は、1つ以上のオイルブラダー16へおよび1つ以上のオイルブラダー16からオイルを移送させることによって、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を変えるように構成されている。オイルブラダー16は、球状ガラスハウジング4の外面上に配置されている。オイルブラダー16は、保護硬質帽6の1つ以上のリブ7によって覆われていてもよい。オイル容器24が、油圧システム22用のオイルを貯蔵する。ポンプ26が、オイルをオイル容器24からオイルブラダー16内に送り込むように構成されている。オイルが油圧システム22によってオイルブラダー16内に送り込まれると、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力は大きくなる。オイルが、オイルブラダー16から流れ出てオイル容器24内に戻ることができると、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力は小さくなる。
いくつかの実施形態では、浮力エンジンは、空気圧システム(図8を参照)を含む。空気圧システムは、1つ以上のエアブラダー18からおよび1つ以上のエアブラダー18へ空気を移送させることによって、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を大きくおよび/または小さくするように構成されている。エアブラダー18は、球状ガラスハウジング4の外面上に配置されている。エアブラダー18は、保護硬質帽6の1つ以上のリブ7によって覆われていてもよい。空気ポンプ50が、空気を球状ガラスハウジング4内から1つ以上のエアブラダー18内に送り込むように構成されている。いくつかの実施形態では、球状ガラスハウジング4内の部分真空は、球状ガラスハウジング4の第1の半球体および第2の半球体を密閉するのに十分な真空を維持しつつ、空気圧システム用の空気源を含む。いくつかの実施形態では、空気容器が、空気圧システムに空気を供給するために、球状ガラスハウジング4内に含まれていてもよい。空気圧システムは、無線システムの配備、回収および/または動作中に、可変浮力プロファイリングフロート2に対して、例えば、追加の浮力を提供するように構成されていてもよい。
油圧システム22のオイルブラダー16および/または空気圧システムのエアブラダー18は、球状ガラスハウジング4に形成された1つ以上のアクセスポート17を介して、可変浮力プロファイリングフロート2の内部構成要素に連結されている。アクセスポート17は、可変浮力プロファイリングフロート2が圧力を受けている際に球状ガラスハウジング4の構造的完全性を維持するようなパターンで、配置されている。当業者であれば、アクセスポートの特定のパターンが、球状ガラスハウジング4に形成されたアクセスポート17の数によって変わり得ることを認識するであろう。1つ以上のフィードスルー接続部が、球状ガラスハウジング4を密閉するため、アクセスポートにおける構造的完全性を提供するため、および内部構成要素および外部構成要素を連結可能とするために、アクセスポート17に設置されていてもよい。
いくつかの実施形態では、制御装置20が球状ガラスハウジング4内に配置されている。制御装置20は、例えば、浮力エンジン(例えば、油圧システム22および/または空気圧システム)、センサシステム、および/または無線システム等の、可変浮力プロファイリングフロート2の1つ以上のシステムを制御するように構成されている。制御装置20は、処理ユニットと、指示を記憶するためのメモリユニットとを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、制御装置20は、浮力エンジンを制御するように構成されている。制御装置20は、例えば、CTDセンサ14および/または高度計15等の1つ以上のセンサに連結されていてもよい。制御装置20は、1つ以上のセンサ14、15からの入力を用いて、可変浮力プロファイリングフロート2のシステムを制御してもよい。
いくつかの実施形態では、制御装置20は、可変浮力プロファイリングフロート2の深度を自律的に制御するように構成されている。制御装置20は、浮力エンジンを制御して、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を変える。例えば、浮力エンジンは、油圧システム22および/または空気圧システムを含んでいてもよい。制御装置20は、油圧システム22および/または空気圧システムを制御する。制御装置20は、容器24と1つ以上のオイルブラダー16との間のオイルの移送を制御するように構成されていてもよい。制御装置20は、空気圧システムを制御して、空気容器と1つ以上のエアブラダー18との間で空気を移送するようにさらに構成されていてもよい。オイルおよび/または空気の移送によって、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力が変えられ、それによって、次いで水域環境内の可変浮力プロファイリングフロート2の深度が変えられる。
アンテナ12が、球状ガラスハウジング4の外に配置され、球状ガラスハウジング4内に形成されたフィードスルー接続部を介して無線システムに連結されている。アンテナ12は、送信機および/または受信機に連結されていてもよい。アンテナ12は、最大10,000psigの圧力に耐えるように構成されている。アンテナ12は、地球上のソースおよび/または地球外のソースからの信号を送信および/または受信する。いくつかの実施形態では、制御装置20は、無線システムに連結され、無線システムは、アンテナ12に連結されている。制御装置20は、1つ以上のセンサによって取得された1つ以上の測定値をアンテナ12を介して遠隔地へ送信するように構成されていてもよい。
1つ以上のセンサが、周囲の水域環境に関する情報を収集するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、伝導度(Conductivity)/温度(Temperature)/深度(Depth)(CTD)センサ14が、球状ガラスハウジング4の外に配置されている。CTDセンサ14は、周辺環境の電気伝導度から、塩類の測定値を、CTDセンサ14に加えられた静水圧から深度の測定値を、得て、かつ周辺環境の温度を直接測定するように構成されている。
いくつかの実施形態では、高度計15が、可変浮力プロファイリングフロート2に連結されている。高度計15は、保護硬質帽6の下延長部10に連結されていてもよい。高度計15は、制御装置20に深度および/または高度の測定値を提供する。いくつかの実施形態では、高度計15の重さによって、高度計15が可変浮力プロファイリングフロート2の最底部となる向きに可変浮力プロファイリングフロート2が維持される。追加のおよび/または異なるセンサが、球状ガラスハウジング4の外部と内部の両方に組み込まれていてもよい。例えば、追加のセンサは、音響センサ、光センサ、放射線センサおよび/または他の好適なセンサタイプを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、制御装置20は、例えば、CTDセンサ14および/または高度計15等の1つ以上のセンサからの入力を利用して、自律的に可変浮力プロファイリングフロート2を制御する。制御装置20は、浮力エンジンを制御して、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を変えて、可変浮力プロファイリングフロート2を水域環境内の特定の深度へ上昇および/または下降させ、かつ上昇および/または下降速度を調整してもよい。制御装置20は、CTDセンサ14および/または高度計15の読み取り値を利用して、可変浮力プロファイリングフロート2が特定の深度に達した時を決定してもよい。例えば、一実施形態では、制御装置20は、第1の深度に可変浮力プロファイリングフロート2を下降させて、例えばCTDセンサ14等の1つ以上のセンサを用いて測定を行い、第2の深度に下降させて、CTDセンサ14を用いて追加の測定を行い、そして表面に上昇させて、測定値を遠隔地に送信するように構成されていてもよい。制御装置20は、浮力エンジンを動作させることによって、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を変えてもよい。制御装置20は、例えば高度計15等の1つ以上のセンサをモニターして、可変浮力プロファイリングフロート2が特定の高度に達した時を決定してもよい。いくつかの実施形態では、制御装置20は、可変浮力プロファイリングフロート2を特定の深度に下降させ、1つ以上のセンサ14、15を用いて測定を行う間は、例えば深度または時間に基づいた間隔といった特定のおよび/またはランダムな間隔で、当該特定の深度を維持するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、制御装置20は、可変浮力プロファイリングフロート2の上昇および/または下降中に、連続測定を行うように構成されている。制御装置20は、浮力エンジンを動作させて、例えば、浮力を大きくして可変浮力プロファイリングフロート2を上昇させる、または、浮力を小さくして可変浮力プロファイリングフロート2を下降させることによって、可変浮力プロファイリングフロート2の深度を変えてもよい。
一実施形態では、バッテリが、球状ガラスハウジング4内に取り付けられている。バッテリは、制御装置20、1つ以上の送信機および/もしくは受信機、浮力エンジン(油圧システム22および/または空気圧システム等)ならびに/または他のシステムもしくは構成要素にエネルギを提供するように構成されていてもよい。バッテリは、例えば、リチウム一次電池、アルカリ電池および/または他の好適なバッテリタイプを含んでもよい。いくつかの実施形態では、複数のバッテリが、球状ガラスハウジング4内に含まれていてもよい。バッテリは、使い捨ておよび/または充電式バッテリを含んでもよい。いくつかの実施形態では、バッテリは、繰り返し深く潜水するために、油圧システム22および/または空気圧システムに十分な電流を提供するような大きさに作られていてもよい。バッテリは、可変浮力プロファイリングフロート2の改修中に取り外されるおよび/または取り替えられるように構成されていてもよい。
図3は、油圧システム22を含む浮力エンジンの一実施形態を示す。油圧システム22は、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を変えて、可変浮力プロファイリングフロート2を水域環境内においてさまざまな深度に下降および/または上昇させるように構成されていてもよい。油圧システム22は、1つ以上のオイルブラダー16を含んでいてもよい。オイルブラダー16は、球状ガラスハウジング4の外面に連結されていてもよい。1つ以上のオイルブラダー16は、球状ガラスハウジング4内に配置された容器24、ポンプ26および弁28に流体的に連結されていてもよい。オイルブラダー16は、球状ガラスハウジング4に形成されたフィードスルー接続部を介して、油圧システム22の1つ以上の内部構成要素に連結されていてもよい。フレキシブル油圧ライン32が、オイル容器24および/またはポンプ26をフィードスルー接続部に流体的に連結していてもよい。容器24は、ポンプ26によって1つ以上のオイルブラダー16に送り込まれ得るオイルを貯蔵するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、突出防止装置30が、フィードスルー接続部に配置されていてもよい。
動作中、ポンプ26は、オイルを容器24からオイルブラダー16内に送り込んで、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を大きくしてもよい。ポンプ26は、例えば、容器24からオイルブラダー16へオイルを送り込む直流(DC)モータ駆動ポンプで構成されていてもよい。容器24は、オイルブラダー16を一杯に満たすのに十分な量のオイルを少なくとも保持するように構成されていてもよい。オイルブラダー16の大きさは、可変浮力プロファイリングフロート2の所望の浮力特性および大きさに基づいて変えられてもよい。弁28が、オイルがオイルブラダー16から容器24内に流入できるように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、弁28は、三方弁で構成されていてもよい。弁28は、例えば、周囲環境によって1つ以上のオイルブラダー16に加えられた外圧によって、オイルがオイルブラダー16から容器24内に流入できるように構成されていてもよい。ポンプ26および/または弁28は、制御装置20によって制御されてもよい。動作中、システム内のオイルの一部が、オイルブラダー16内に保持されて、オイルブラダー16と油圧システム22内のオイルとの差圧を防ぐ。
図4は、突出防止装置30の一実施形態を示す。突出防止装置30は、球状ガラスハウジング4内のフィードスルー接続部においてオイルブラダー16とフレキシブル油圧ライン32との間に連結されていてもよい。突出防止装置30は、球状ガラスハウジング4内の圧力損失の際に、オイルブラダー16が球状ガラスハウジング4内に突き出ることを防止するように構成されたバックアップシステムを含む。一実施形態では、突出防止装置30は、ダックビル弁34を含んでいてもよい。ダックビル弁34は、通常動作中に、オイルがオイルブラダー16と容器24との間を流れることができるように構成されていてもよい。ダックビル弁34は、圧力損失または全オイルが容器24内に戻る際に、オイルブラダー16が球状ガラスハウジング4内に突き出ることを防止し得る。
図5は、オイル容器24の一実施形態を示す。オイル容器24は、油圧システム22用のオイルを貯蔵するように構成されていてもよい。オイル容器24は、例えば、1つ以上のフレキシブル油圧ライン32によって、ポンプ26に連結されていてもよい。オイル容器24は、可変浮力プロファイリングフロート2が少なくとも6,000メートルの深度にあるときに、オイルブラダー16を完全に膨張させるのに十分なオイル容量を有していてもよい。ポンプ26は、ポンプ動作中に例えば最大10,000psigの圧力を提供するように構成された低変位高圧ポンプで構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、オイルの体積は、例えば圧力および温度に基づく圧縮性を含む、システムの容積圧縮性に基づく。オイル容器24は、球状ガラスハウジング4内に配置された1つ以上の追加の内部構成要素のための取付プラットホームを提供するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態では、ローリングダイヤフラム38が、オイル容器24内に配置されていてもよい。ローリングダイヤフラム38は、オイル容器24内のオイルの体積の正確な測定を可能にするように構成されていてもよい。ローリングダイヤフラム38は、バネ40に連結されていてもよい。バネ40は、ローリングダイヤフラム38に対して力を維持するように構成されていてもよい。ローリングダイヤフラム38は、バネ40によって加えられた力によって、容器24からポンプ26への入口に対して正圧を維持してもよい。ポンプ26に提供された正圧は、ポンプ26を作動させてオイルをオイルブラダー16内に送り込むとき、容器24からポンプ26への流体流動を確保するのに十分であってもよい。バネ40によって加えられた力は、球状ガラスハウジング4の外側の環境の周囲圧力によって加えられる力より小さく、それによって、オイルがオイル容器24内に逆流して、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を小さくしてもよい。例えば、一実施形態では、大気圧が、バネ40によってローリングダイヤフラム38に加えられた力に打ち勝つのに十分であってもよい。弁28が、オイル容器24とオイルブラダー16との間に連結されて、オイルブラダー16へのおよびオイルブラダー16からの流量制御を提供してもよい。電位差計36が、ローリングダイヤフラム38に連結されて、容器24内のオイルの体積を示す信号を提供する。
図6は、三方弁128の一実施形態を示す。三方弁128は、オイル容器24と、オイルブラダー16と、ポンプ26との間に連結されていてもよい。三方弁128は、オイルブラダー16から容器24へのオイル流量を制御するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、三方弁128は、1つの入口と2つの入口を含んでいてもよい。入口が、オイルブラダー16に連結されていてもよい。1つ以上の出口144、145が、リストリクタ142および/またはストレートスルー接続部を介して、容器24に連結されていてもよい。第1の位置において、三方弁128は、オイルブラダー16から容器24にオイルが流れるのを防止する。第2の位置において、三方弁128は、容器24へのストレートスルー接続部を含む出口145を介して、オイルブラダー16から容器24内にオイルが流入できるようにする。第3の位置において、オイルは、リストリクタ142を含む出口144を介して容器24内に流入する。一実施形態では、周囲環境によってオイルブラダー16に加えられた圧力は、三方弁128が第2の位置にあるときにオイルをオイルブラダー16から容器24内に流入させるのに十分であってもよい。エンコーダ146が、三方弁128の位置を示す信号を制御装置20に提供してもよい。
いくつかの実施形態では、流量リストリクタ142が、三方弁128に連結されていてもよい。流量リストリクタ142が、例えば、オイルブラダー16とオイル容器24との間に連結されていてもよい。流量リストリクタ142は、周囲圧力による、オイルブラダー16からオイル容器24へのオイル流量を制御するように構成されていてもよい。流量リストリクタ142は、制御装置20が、特定の深度への可変浮力プロファイリングフロート2の下降速度を正確に制御できるようにしてもよい。いくつかの実施形態では、三方弁128は、オイルがオイルブラダー16から容器24に制限されずに流れ得る第1の位置を含んでいてもよい。第2の位置では、流量リストリクタ142が、オイルブラダー16から容器24へのオイルの流量を制限して、制御装置20が可変浮力プロファイリングフロート2の下降を正確に制御できるようにしてもよい。三方弁128は、三方弁128の位置を変えるように構成されたギアボックス170およびDCモータ172を含む。エンコーダ146は、三方弁128の現在位置を示す信号を提供する。
図7は、可変浮力プロファイリングフロート202の一実施形態を示す。可変浮力プロファイリングフロート202は、浮力エンジンを含んでいてもよい。浮力エンジンは、油圧システム222を含んでいてもよい。油圧システム222は、球状ガラスハウジング204内に配置されていてもよい。油圧システム222は、可変浮力プロファイリングフロート202の浮力を制御するように構成されていてもよい。油圧システム222は、例えばオイル等の流体を収容する容器224を含んでいてもよい。容器224は、ローリングダイヤフラム238を含んでいてもよい。ローリングダイヤフラム238は、バネ240に連結されていてもよい。バネ240は、ローリングダイヤフラム238に対して力を加えてもよい。ローリングダイヤフラム238は、バネ240によって加えられた力によって、ポンプ226の入口に正圧を維持してもよい。入口における正圧によって、ポンプ226の適切なポンプ動作が得られる。バネ240は、ポンプ226に流体を入れて動作の準備をさせるのに十分であるが大気圧より小さい圧力を加えてもよい。
ポンプ226は、容器224と1つ以上のオイルブラダー216に連結されていてもよい。ポンプ226は、制御装置によって作動させられて、オイルをオイル容器224から1つ以上のオイルブラダー216に送り込んでもよい。ポンプ226は、例えば、DCモータ駆動ポンプで構成されていてもよい。ポンプ226は、水域環境の周囲圧力に打ち勝つのに十分なオイル流れ圧力を提供するように構成されていてもよい。例えば、ポンプ226は、最大6,000メートルの深度で動作するように構成された可変浮力プロファイリングフロート202に、少なくとも10,000psigの圧力を提供するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、フィルタ248が、オイル容器224とポンプ226との間に配置されていてもよい。逆止弁274がポンプ226の出口に連結されていてもよい。
オイル容器224は、オイルブラダー216に三方弁228等の弁を介して連結されていてもよい。三方弁228は、オイルブラダー216からオイル容器224内に逆流するオイルの流量を制御するように構成されていてもよい。流量リストリクタ242が、三方弁228に連結されていてもよい。流量リストリクタ242は、オイルブラダー216からオイル容器224内に流れるオイルの正確な流量制御を提供するように構成されていてもよい。流量リストリクタ242は、例えば、ニードル弁を含んでいてもよい。三方弁228は、エンコーダ246を含んでいてもよい。エンコーダ246は、三方弁228の現在配置を特定するために、制御装置に信号を提供するように構成されていてもよい。三方弁228は、球状ガラスハウジング204の外面上に配置された1つ以上のオイルブラダー216に連結されていてもよい。突出防止装置230が、球状ガラスハウジング204に形成されたフィードスルー接続部に配置されていてもよい。突出防止装置230は、球状ガラスハウジング204内の圧力損失の際にオイルブラダー216が球状ガラスハウジング204内に突き出ることを防止するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、突出防止装置230は、ダックビル弁を含んでいてもよい。
動作中、容器224は、外部のオイルブラダー216にオイルを供給および外部のオイルブラダー216からオイルを受け入れて、可変浮力プロファイリングフロート202の浮力を変えるように構成されていてもよい。ポンプ226は、容器224からオイルを送り出すように構成されていてもよい。外部のブラダー216の浮力は、オイルがブラダー216内に送り込まれるにつれ、大きくなってもよい。三方弁228は、オイルブラダー216からオイル容器224内にオイルが逆流できるように構成できるようになっていてもよい。三方弁228は、オイルがオイルブラダー216からオイル容器224内に流入して、可変浮力プロファイリングフロート202の浮力を小さくできてもよい。三方弁228は、オイルが自由にオイルブラダー216からオイル容器224内に逆流できる第1の位置を含んでいてもよい。三方弁228は、オイルがオイルブラダー216からオイル容器内に流入するのを防ぐ第2の位置を含んでいてもよい。三方弁228は、オイルブラダー216からオイル容器224へのオイル流量が絞り弁242によって制御される第3の位置を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、油圧システム222は、オイルブラダー216への周囲圧力を利用して、オイルを容器224内に強制的に戻してもよい。例えば、一実施形態では、大気圧が、ローリングダイヤフラム238に対してバネ240によって加えられた力に打ち勝って、オイルをオイルブラダー216からオイル容器224内に流入させるのに十分であってもよい。吸い戻しの後、オイルブラダー216の両端の差圧をなくすために、一部のオイルがオイルブラダー216内に残ってもよい。いくつかの実施形態では、ポンプ226は、オイルをオイルブラダー216から容器224内に送り込むように構成されていてもよい。
図8は、可変浮力プロファイリングフロート302の一実施形態を示す。可変浮力プロファイリングフロート302は、球状ガラスハウジング304を含む。1つ以上のエアブラダー318が、球状ガラスハウジング304の外面に連結されている。1つ以上のエアブラダー318は、球状ガラスハウジング内に配置された空気圧システム350に連結されている。空気圧システム350は、空気ポンプ352を含んでいてもよい。空気ポンプ352は、空気を1つ以上のエアブラダー318内に送り込むように構成されていてもよい。一実施形態では、空気ポンプ352は、空気源として、球状ガラスハウジング304内の内部空気354を利用してもよい。部分真空が、球状ガラスハウジング304内に維持されていてもよい。部分真空は、1つ以上のエアブラダー318を膨らませるのに十分な空気を依然として提供しつつ、球状ガラスハウジング304の第1の半球体と第2の半球体との間の密閉を維持するのに十分であってもよい。逆止弁356が、空気ポンプ352とエアブラダー318との間に連結されていてもよい。例えばラッチング電磁弁362等の逃がし弁358が、エアブラダー318に流体的に連結されていてもよい。逃がし弁358は、空気が球状ガラスハウジング304の内部空気354に戻ることができるように構成されていてもよい。球状ガラスハウジング4内に維持された部分真空によって、戻し弁358が開けられたとき、空気をエアブラダー318から球状ガラスハウジング4内に流入させてもよい。突出防止装置360が、球状ガラスハウジング304内のフィードスルー接続部に配置されていてもよい。突出防止装置360は、外圧によって、1つ以上のエアブラダー318が球状ガラスハウジング304内に突き出ることを防止するように構成されていてもよい。エアフィルタ364が、空気ポンプ352の吸気口に配置され、空気のフィルタリングを提供してもよい。
動作中、可変浮力プロファイリングフロート2は、1つ以上の環境パラメータを自律的にモニターするように配備されてもよい。可変浮力プロファイリングフロート2は、例えば、特定の深度を維持し、周囲の水域環境の1つ以上の環境パラメータをモニターするように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、可変浮力プロファイリングフロート2の制御装置20は、2つ以上の深度において環境測定値を得るために、所定期間にわたって可変浮力プロファイリングフロートの深度を上げるおよび/または下げるように構成されたモニタリングアルゴリズムを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、制御装置は、例えば海底からの高さ等の1つ以上の環境条件に応じて可変浮力プロファイリングフロート2の深度を変えるように構成されていてもよい。
ここで図1〜8を参照して、可変浮力プロファイリングフロート2を運転する方法の一実施形態を開示する。したがって、一実施形態では、可変浮力プロファイリングフロート2が、例えば海等の水域環境に配備されてもよい。可変浮力プロファイリングフロート2は、球状ガラスハウジング4を含んでいてもよい。球状ガラスハウジングは、第1の半球体と第2の半球体とを含んでいてもよい。第1および第2の半球体は、球状ガラスハウジング4内に作り出された部分真空によって連結されていてもよい。球状ガラスハウジング4は、最大6,000メートルの深度での配備用に構成されていてもよい。球状ガラスハウジング4は、少なくとも10,000psigの圧力に耐えるように構成されていてもよい。可変浮力プロファイリングフロート2は、可変浮力を提供する浮力エンジンをさらに含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、浮力エンジンは、油圧システムを含んでいてもよい。可変浮力プロファイリングフロート2は、少なくとも1つの環境パラメータを測定するように構成された1つ以上のセンサを含んでいてもよい。
可変浮力プロファイリングフロート2は、例えば海等の水域環境に配備されてもよい。制御装置20が、可変浮力プロファイリングフロート2の動作を制御するように構成されていてもよい。制御装置20は、浮力エンジンを動作させて、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を小さくして、可変浮力プロファイリングフロート2を第1の深度に下降させてもよい。制御装置20は、1つ以上のセンサを動作させて、第1の深度における環境パラメータを収集してもよい。いくつかの実施形態では、上昇および/または下降中に、連続的に測定値が取得される。制御装置20は、後に回収および/または送信するために、例えば、メモリモジュールに、収集した環境パラメータを記憶してもよい。
第1の深度において環境パラメータを収集後、制御装置20は、浮力エンジンを作動させて、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を変えてもよい。制御装置20は、浮力を大きくして上昇させるおよび/または浮力を小さくして下降させてもよい。制御装置20は、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を変えて、可変浮力プロファイリングフロート2を第2の深度に到達させてもよい。制御装置20は、第2の深度において1つ以上の環境パラメータを収集して、収集したデータを記憶してもよい。制御装置20は、特定の深度に下降および/または上昇させ、かつ1つ以上の環境パラメータを測定するように前もってプログラムされたルーチンに従ってもよい。
制御装置20は、可変浮力プロファイリングフロート2を制御して任意の数の深度に上昇および/または下降させ、各深度において1つ以上の環境パラメータを収集するように構成されていてもよい。可変浮力プロファイリングフロート2は、各深度で同じ環境パラメータを収集してもよく、または異なる深度で異なる環境パラメータを収集してもよい。各深度においてデータを収集後、制御装置20は、浮力エンジンを用いて可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を大きくして、可変浮力プロファイリングフロート2を水域環境の表面に上昇させてもよい。その表面にて、制御装置20は、各深度における環境パラメータを含む収集データを、アンテナ12を用いて人工衛星に送信してもよい。いくつかの実施形態では、収集データを送信後、制御装置20は、浮力エンジンを作動させて、可変浮力プロファイリングフロート2を、例えば、各元の深度等の1つ以上の深度に下降させて、各深度において環境データを収集してもよい。いくつかの実施形態では、可変浮力プロファイリングフロート2は、特定の深度への下降、環境データの収集、表面への上昇およびデータの送信のサイクルを、所定の条件が満たされるまで、繰り返してもよい。例えば、可変浮力プロファイリングフロート2は、バッテリが所定の放電レベルに達するまで、または特定の期間が経過するまで、データ収集を行ってもよい。いくつかの実施形態では、可変浮力プロファイリングフロート2は、表面上にある間、例えばミッションの更新等の通信を受信する。可変浮力プロファイリングフロートは、所定の条件が満たされると、回収されてもよい。
一実施形態では、浮力エンジンは、例えば空気圧システム等の補助的な浮力システムを含んでいてもよい。空気圧システムは、例えば、水域環境の表面にある可変浮力プロファイリングフロート2に追加の浮力を提供するように構成されていてもよい。空気圧システムは、球状ガラスハウジング4の外面に連結された1つ以上のエアブラダー18を備えていてもよい。エアポンプが、球状ガラスハウジング内に配置され、1つ以上のフィードスルー接続部を介してエアブラダー18に連結されていてもよい。エアポンプは、空気を球状ガラスハウジング4内からエアブラダー内に送り込んで、可変浮力プロファイリングフロート2の浮力を大きくするように構成されていてもよい。エアポンプは、空気圧システムの空気源として、球状ガラスハウジング4内の部分真空を利用してもよい。動作中、補助的な空気圧システムは、例えば、可変浮力プロファイリングフロート2が、水域環境の表面またはその近くにあるときに、可変浮力プロファイリングフロート2に追加の浮力を提供するように構成されていてもよい。追加の浮力は、可変浮力フロート2を水面からより高く上昇させることによって、通信を向上させる。
ここで図1〜8を参照して、可変浮力プロファイリングフロート2を組立およびテストする方法の一実施形態を開示する。したがって、一実施形態では、第1の半球体と第2の半球体とを備える球状ガラスハウジング4の構造強度がテストされる。第1および第2の半球体は、球状ガラスハウジング4内に作り出された部分真空によって連結されていてもよい。球状ガラスハウジング4は、テストチャンバに入れられてもよい。少なくとも10,000psigの圧力が、球状ガラスハウジング4に加えられてもよい。球状ガラスハウジング4が、割れや亀裂を起こさずにテスト圧に耐える場合、球状ガラスハウジング4は、更なる生産のために、保持されてもよい。
球状ガラスハウジング4は、圧力テストの後に、球状ガラスハウジング4にあけられた1つ以上のアクセスポートを有してもよい。1つ以上のアクセスポートは、球状ガラスハウジングの構造的完全性を維持し、かつ球状ガラスハウジング4に対する負荷を分散させるように構成されたパターンを含んでいてもよい。例えば、2つのアクセスポートが球状ガラスハウジング4に作成される場合、当該アクセスポートは、球状ガラスハウジング4の両側に配列されていてもよい。他のパターンおよび/または配列が、十分な構造特性を提供してもよい。1つ以上のフィードスルー接続部が、アクセスポートに設置されていてもよい。フィードスルー接続部は、例えば1つ以上のオイルブラダー16またはエアブラダー18等の外部構成要素が、球状ガラスハウジング内のシステムおよび構成要素に連結できるように構成されていてもよい。フィードスルー接続部を有する球状ガラスハウジング4は、テストチャンバに入れられ、少なくとも10,000psigの圧力が加えられてもよい。球状ガラスハウジング4が合格した場合、球状ガラスハウジング4は、更なる生産のために、保持されてもよい。
複数のシステムが、球状ガラスハウジング4内に取り付けられていてもよい。複数のシステムは、例えば、浮力エンジン、制御装置、センサシステムおよび/または無線システムを含んでもよい。浮力エンジンは、油圧システム22および/または空気圧システムを含んでいてもよい。複数のシステムは、球状ガラスハウジング4内のプレートに取り付けられていてもよい。いくつかの実施形態では、1つ以上の構成要素が、球状ガラスハウジング4に直接取り付けられていてもよい。例えば、油圧システム22のオイル容器が、球状ガラスハウジング4に取り付けられていてもよい。追加の構成要素が、球状ガラスハウジング4に直接取り付けられたオイル容器および/または他の構成要素に取り付けられてもよい。複数のシステムを取り付けた後、球状ガラスハウジング4は、圧力テストチャンバに入れられてもよい。少なくとも10,000psigの圧力が球状ガラスハウジング4に加えられてもよい。圧力がかけられている間、球状ガラスハウジング4内の複数のシステムは、テストされてもよい。例えば、浮力エンジンは、球状ガラスハウジング4に圧力がかけられている間、油圧システム22および/または空気圧システムを動作させることによって、テストされてもよい。制御装置20は、1つ以上のテストアルゴリズムを動作させることによって、テストされてもよい。いくつかの実施形態では、複数のシステムが、テスト前に、外部電源に連結される。システムは、バッテリの設置前に、テストされてもよい。外部電源を利用することによって、内部バッテリは、テスト中に、当該バッテリを消耗させることなく、可変浮力プロファイリングフロート2の配備および使用のために温存され得る。球状ガラスハウジング4のテストが完了した後、保護硬質帽が球状ガラスハウジング4および1つ以上のブラダー16、18の上に連結されてもよい。いくつかの実施形態では、出荷前に、漏れをテストするために、例えば、ヘリウムおよび/または他のガスを用いて、シールテストが行われる。
「一局面」、「局面」、「一実施形態」または「実施形態」への言及は、その局面に関して記載された特定の特徴、構造または特性が少なくとも一局面に含まれることを意味することに留意されたい。よって、明細書のさまざまな箇所における「一局面では」、「局面では」、「一実施形態では」または「実施形態では」の句の出現は、必ずしも全てが同じ局面について言及しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造または特性が、1つ以上の局面で任意の好適な方法で組み合わされてもよい。
いくつかの局面が、「連結され」および「接続され」という表現をこれらの派生語とともに用いて、記載されてもよい。これらの用語は、互いに同義語として意図されていないことが理解されるべきである。例えば、いくつかの局面が、2つ以上の要素が互いに直接物理的または電気的に接触していることを示すために用語「接続され」を用いて、記載されてもよい。別の例では、いくつかの局面が、2つ以上の要素が直接物理的または電気的に接触していることを示すために用語「連結され」を用いて、記載されてもよい。しかし、用語「連結され」は、2つ以上の要素が互いに直接接触していないが、依然として互いに協働または影響を及ぼし合うことを意味してもよい。
さまざまな実施形態を本明細書中において説明してきたが、これらの実施形態に対する多くの改変、変形、置換、変更および同等物が、行われ得て、これらは、当業者が思いつくであろう。また、材料が、特定の構成要素について開示される場合、他の材料が用いられてもよい。したがって、上述の説明および添付の特許請求の範囲は、開示した実施形態の範囲内に含まれるものとして、そのような改変および変形の全てをカバーすることが意図されていることが理解される。添付の特許請求の範囲は、そのような改変および変形の全てをカバーすることが意図されている。
本明細書中で参照されおよび/または出願データシートに掲載された全ての上述の米国特許、米国特許出願公報、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、非特許刊行物、または他の開示物は、これらに矛盾しない程度で、参照により本明細書に組み込まれる。よって、必要な程度、本明細書中に明示的に記載された開示は、参照により本明細書に組み込まれる矛盾する資料に取って代わる。参照により本明細書に組み込まれるとされるが本明細書中に記載された存在する定義、記述または開示物と矛盾する資料またはその一部は、組み込まれた資料と存在する開示物との間で矛盾が生じない程度で、単に組み込まれるであろう。
当業者であれば、本明細書中に記載された構成要素(例えば、動作)、装置、目的およびそれらに伴う説明は、概念の明確さのために例として用いられ、さまざまな構成の改変が考えられることを認識するであろう。したがって、本明細書で使用される場合、記載された特定の例および付随する説明は、それらのより一般的な階層を代表するものとして意図される。一般に、ある特定の例の使用は、その階層を代表するものとして意図され、特定の構成要素(例えば、動作)、装置および目的を含まないと限定するべきではない。
実質的に本明細書中の複数形のおよび/または単数形の用語の使用に関して、当業者であれば、文脈および/または適用に適切となるように、複数形から単数形におよび/または単数形から複数形に変換することができる。さまざまな単数形/複数形の変換は、明確化の目的のために本明細書中に明示的には記載されていない。
本明細書中に記載された主題は、さまざまな他の構成要素に含まれる、または、接続されているさまざまな構成要素を示す場合がある。そのような記載のアーキテクチャは、単に例示的なものであり、実際同じ機能を達成する多くの他のアーキテクチャが実施されてもよいことが理解されるべきである。概念的には、同じ機能を達成する構成要素の任意の配置は、所望の機能が達成されるように効果的に「関連している」。よって、特定の機能を達成するように組み合わされた任意の2つの構成要素は、アーキテクチャまたは中間の構成要素に関係なく、所望の機能が達成されるように、互いに「関連している」と見なされ得る。同様に、そのように関連している任意の2つの構成要素が、所望の機能を達成するために、互いに「動作可能に接続される」または「動作可能に連結される」ものとしても見られ得て、そして、そのように関連可能な任意の2つの構成要素が、所望の機能を達成するために、互いに「動作可能に連結可能な」ものとしても見られ得る。動作可能に連結可能の具体例は、物理的に結合可能なおよび/もしくは物理的に相互作用する構成要素、ならびに/または無線で相互作用可能なおよび/もしくは無線で相互作用する構成要素、ならびに/または論理的に相互作用するおよび/もしくは論理的に相互作用可能な構成要素を含むが、これらには限定されない。
いくつかの例において、1つ以上の構成要素が、「ように構成された」、「ように構成可能である」、「ように動作可能である/動作する」、「適応されている/適応可能である」、「することができる」、「適合可能である/適合されている」として本明細書中に記載されている。当業者であれば、文脈上他に要求されない限りにおいて、「ように構成された」が一般的に、活性状態の構成要素および/または不活性状態の構成要素および/または待機状態の構成要素を含むことを認識するであろう。
本明細書中に記載されている本主題の特定の局面を示し説明してきたが、本明細書中の教示に基づいて、変更および改変が本明細書中に記載の主題およびそのより広い局面から逸脱せずに行われ得て、したがって、添付の特許請求の範囲が、それらの範囲に、そのような変更および改変の全てを、本明細書中に記載の主題の真の精神および範囲内にあるとして、包含することが、当業者には明らかである。一般的に、本明細書中に使用されている用語および特に添付の特許請求の範囲(例えば、添付の特許請求の範囲の本文)において使用されている用語は、一般的に「オープンな」用語(例えば、「含んでいる」という用語は、「含んでいるが・・・に限定されない」と解釈され、「有している」という用語は、「少なくとも有している」と解釈され、「含む」という用語は、「含むが・・・に限定されない」などと解釈されるべきである。)として意図されていることが、当業者に理解されるであろう。導入された請求項の記述の具体的な個数が意図されている場合、このような意図が請求項中で明示的に記載され、このような記述が無い場合には、このような意図は存在しないことが、当業者にさらに理解されるであろう。例えば、理解の一助として、下記の添付の特許請求の範囲において、請求項の記述を導入するために、「少なくとも1つの」および「1つ以上の」といった導入句が使用されてもよい。しかし、このような句を使用した場合、不定冠詞「a」または「an」による請求項の記述の導入が、このような導入された請求項の記述を含む任意の特定の請求項を、該記述を1つしか含まない請求項に限定していることを暗示すると、たとえ同一請求項中に「1つ以上の」または「少なくとも1つの」という導入句と、例えば「a」または「an」等の不定冠詞とが含まれていても、解釈するべきものではない(例えば、「a」および/または「an」は、通常、「少なくとも1つの」または「1つ以上の」を意味すると解釈すべきである)。同じことが、請求項の記述を導入するために使用された定冠詞の使用についても当てはまる。
さらに、たとえ導入された請求項の記述の具体的な個数が明示的に記載されていたとしても、当業者であれば、このような記述は、通常、少なくとも記載された個数を意味していると解釈されるべきであることが理解するであろう(例えば、他の修飾語を使わずに単に「2つの記述」と記載されている場合、通常、少なくとも2つの記述または2つ以上の記述を意味する)。さらに、「A、B、C等のうちの少なくとも1つ」に類似の形式が使用されている場合、一般に、このような文構造は、当業者がその形式を理解するであろう意味が意図されている(例えば、「A、BおよびCのうちの少なくとも1つを有するシステム」には、Aだけを有するシステム、Bだけを有するシステム、Cだけを有するシステム、AおよびBをともに有するシステム、AおよびCをともに有するシステム、BおよびCをともに有するシステム、ならびに/またはA、BおよびCをともに有するシステム等が含まれるが、これらに限定されない)。「A、BまたはC等のうちの少なくとも1つ」に類似の形式が使用されている場合、一般に、このような文構造は、当業者がその形式を理解するであろう意味が意図されている(例えば、「A、BまたはCのうちの少なくとも1つを有するシステム」には、Aだけを有するシステム、Bだけを有するシステム、Cだけを有するシステム、AおよびBをともに有するシステム、AおよびCをともに有するシステム、BおよびCをともに有するシステム、ならびに/またはA、BおよびCをともに有するシステム等が含まれるが、これらに限定されない)。さらに、通常、2つ以上の代替用語を提示する選言的な単語および/または句は、それが明細書中、請求項中、または図面中のいずれであっても、文脈上他を意味しない限りにおいて、これらの用語のうちの1つを含んでいる可能性、これらの用語のうちの一方を含んでいる可能性、またはこれらの用語の両方を含んでいる可能性を意図しているものと理解されるべきことを、当業者であれば理解するであろう。例えば、「AまたはB」という句は、通常、「A」または「B」である可能性あるいは「AおよびB」である可能性を含むと理解されるであろう。
添付の特許請求の範囲に関して、当業者であれば、特許請求の範囲に記載の動作は、一般に任意の順序で行われてもよいことを理解するであろう。また、さまざまな動作フローが、ある順序(複数可)で提示されているが、さまざまな動作が、例示されたもの以外の順序で行われてもよい、または同時に行われてもよいことが理解されるべきである。このような別の順序の例には、文脈上他を意味しない限りにおいて、並行、交互的、割り込み、順序付け、増分、準備、補充、同時、逆、または他の異なる順序が含まれてもよい。さらに、「に反応して」、「に関連して」または他の過去時制の形容詞のような用語は、文脈上他を意味しない限りにおいて、一般的にそのような変形を除外することが意図されていない。
さまざまな実施形態を本明細書中において説明してきたが、これらの実施形態に対する多くの改変、変形、置換、変更および同等物が、行われ得て、これらは、当業者が思いつくであろう。また、材料が、特定の構成要素について開示される場合、他の材料が用いられてもよい。したがって、上述の説明および添付の特許請求の範囲は、開示した実施形態の範囲内に含まれるものとして、そのような改変および変形の全てをカバーすることが意図されていることが理解される。以下の請求項は、そのような改変および変形の全てをカバーすることが意図されている。
要約すれば、本明細書中に記載された概念を利用した結果得られる非常に多くの利点を説明してきた。1つ以上の実施形態の上述の説明は、例示および説明する目的で提示されている。それは、網羅的であるまたは開示された厳密な形態に限定することを意図していない。改変または変形が、上述の教示を考慮して、可能である。1つ以上の実施形態は、原理および実際の適用を示して、それによって当業者がさまざまな実施形態を利用できるようにするために、考えられる特定の用途に適するようなさまざまな改変とともに、選択され記載された。本明細書とともに提出された特許請求の範囲が全体の範囲を定義することが意図される。
本明細書中に記載された主題のさまざまな局面を、以下の番号付けされた項に提示する。
項1.可変浮力プロファイリングフロートであって、第1の半球体と第2の半球体とを含む球状ガラスハウジングであって、当該第1および第2の半球体が当該球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結される、球状ガラスハウジングと、前記球状ガラスハウジング内に少なくとも部分的に配置された浮力エンジンであって、可変浮力制御を前記可変浮力プロファイリングフロートに提供するように構成された浮力エンジンと、少なくとも1つの環境パラメータを測定するように構成されたセンサ束と、を含むことを特徴とする可変浮力プロファイリングフロート。
項2.前記球状ガラスハウジングは、最大10,000psigに耐えるように構成されていることを特徴とする、項1に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項3.前記浮力エンジンは、油圧浮力システムを含むことを特徴とする、項1に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項4.前記油圧浮力システムは、前記球状ガラスハウジング内に配置されたオイル容器と、少なくとも1つのオイルブラダーであって、前記球状ガラスハウジングの外面に連結されたチューブを含み、前記オイル容器と当該オイルブラダーが1つ以上のフィードスルー接続部を介して連結され、当該フィードスルー接続部は前記球状ガラスハウジングによって区画された1つ以上のアクセスポートを貫通する、少なくとも1つのオイルブラダーと、前記オイル容器から前記少なくとも1つのオイルブラダー内にオイルを送り込むように構成されたポンプと、を含むことを特徴とする項3に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項5.前記1つ以上のアクセスポートは、前記球状ガラスハウジング内の応力集中を最小にするように配置されていることを特徴とする、項4に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項6.前記油圧浮力システムは、前記オイル容器内に配置されたローリングダイヤフラムであって、前記オイル容器内の前記オイルの体積の正確な測定を可能にするように構成されたローリングダイヤフラムと、前記ローリングダイヤフラムに連結されたバネであって、前記ポンプの入口に対して正圧を維持するように構成されたバネと、を含むことを特徴とする、項4に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項7.前記油圧浮力システムは、差圧が前記少なくとも1つのオイルブラダーと前記オイル容器との間に生じた場合に、前記少なくとも1つのオイルブラダーが前記球状ガラスハウジング内に突き出ることを防止するように構成されたフラッパ弁を含む突出防止機構を含むことを特徴とする、項6に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項8.前記油圧浮力システムは、前記オイル容器と前記1つ以上のオイルブラダーとの間のオイル流量を制御するように構成された弁を含み、前記弁は、前記オイルブラダーから前記容器内にオイルが制限されずに流入可能となるように構成されている第1の位置であって、前記オイルの流れが、前記オイルブラダーに対して加えられた環境圧力によって生じる、第1の位置と、前記オイルブラダーへおよび前記オイルブラダーからオイルが流れることを防止するように構成された第2の位置とを含むことを特徴とする、項6に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項9.前記油圧浮力システムは、前記弁と前記少なくとも1つのオイルブラダーとの間に連結された流量リストリクタ弁を含み、前記流量リストリクタ弁は、前記少なくとも1つのオイルブラダーから前記オイル容器内に戻される前記オイルの流量調節制御を提供するように構成されていることを特徴とする、項8に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項10.前記油圧浮力システムはフレキシブル油圧ラインを含み、前記フレキシブル油圧ラインは、前記オイル容器と、前記ポンプと、前記1つ以上のフィードスルー接続部との間の油圧接続を維持しつつ、前記球状ガラスハウジングの前記第1および第2の半球体を分離できるように構成されていることを特徴とする、項4に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項11.空気浮力システムであって、前記球状ガラスハウジングの外周に連結された少なくとも1つの外部容器を含み、前記球状ガラスハウジング内の前記部分真空を空気源として利用する、空気浮力システム
を含むことを特徴とする、項4に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項12.最大10,000psigの圧力に耐えるように構成されたアンテナを含み、前記アンテナは、前記可変浮力プロファイリングフロートが水域環境の表面上にあるとき、1つ以上の人工衛星と通信するように構成されていることを特徴とする、項4に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項13.自律的深海プロファイリングの方法であって、第1の半球体と第2の半球体とを含む球状ガラスハウジングであって、当該第1および第2の半球体が当該球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結され、最大少なくとも10,000psigの圧力に耐えるように構成された球状ガラスハウジングと、自律浮力制御を前記可変浮力フロートに提供するように構成された浮力システムと、少なくとも1つの環境パラメータを測定するように構成されたセンサと、を含む可変浮力フロートを配備することと、前記浮力システムによって、前記可変浮力フロートの浮力を小さくして、前記可変浮力フロートを第1の深度に下降させることと、前記センサによって、前記第1の深度において前記少なくとも1つの環境パラメータを測定することとを含むことを特徴とする方法。
項14.前記浮力システムによって、前記可変浮力フロートの浮力を変えて、前記可変浮力フロートを第2の深度に移動させることと、前記センサによって、前記第2の深度において前記少なくとも1つの環境パラメータを測定することと、を含むことを特徴とする、項13に記載の自律的深海プロファイリングの方法。
項15.前記浮力システムによって、3位置弁を開放して、オイルブラダーからオイル容器内にオイルが流入できるようにして、前記可変浮力フロートの浮力を変えることを含むことを特徴とする、項13に記載の自律的深海プロファイリングの方法。
項16.空気浮力システムによって、前記可変浮力フロートの浮力を大きくすることを含み、前記空気浮力システムは、前記球状ガラスハウジングの外周に連結された少なくとも1つの外部容器を含み、前記空気浮力システムは、前記球状ガラスハウジング内の前記部分真空を空気源として利用することを特徴とする、項13に記載の自律的深海プロファイリングの方法。
項17.アンテナによって、前記センサによって測定された前記少なくとも1つの環境パラメータを送信することを含むことを特徴とする、項13に記載の自律的深海プロファイリングの方法。
項18.可変浮力プロファイリングフロートを作成する方法であって、第1の半球体と第2の半球体とを含む球状ガラスハウジングであって、当該第1および第2の半球体は前記球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結され、少なくとも10,000psigに耐えるように構成された球状ガラスハウジングをテストすることであって、動作可能な圧力条件下に前記球状ガラスハウジングを置くことを含む、テストすることと、1つ以上のアクセスポートを球状ガラスハウジング内に作成することであって、当該1つ以上のアクセスポートのパターンが前記球状ガラスハウジングの構造的完全性を維持するように構成されている、作成することと、1つ以上のフィードスルー接続部を前記1つ以上のアクセスポートを介して配置することと、前記1つ以上のフィードスルー接続部を含む前記球状ガラスハウジングを動作可能な圧力条件下でテストすることと、とを含むことを特徴とする方法。
項19.油圧浮力システムと、空気浮力システムと、センサと、送信システムとを含む複数の機能システムを前記球状ガラスハウジングに取り付けることと、動作可能な圧力条件下で前記可変浮力フロートの前記複数の機能システムをテストすることと、を含むことを特徴とする、項18に記載の方法。
項20.動作可能な圧力条件下で前記複数の機能システムをテストする前に、前記複数の機能システムを外部電源に連結させることを含むことを特徴とする、項19に記載の方法。
項21.可変浮力プロファイリングフロートであって、第1の半球体と第2の半球体とを含む球状ガラスハウジングであって、当該第1および第2の半球体が当該球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結される、球状ガラスハウジングと、前記球状ガラスハウジング内に少なくとも部分的に配置された浮力エンジンであって、可変浮力制御を前記可変浮力プロファイリングフロートに提供するように構成された浮力エンジンと、少なくとも1つの環境パラメータを測定するように構成されたセンサ束と、を含むことを特徴とする可変浮力プロファイリングフロート。
項22.前記球状ガラスハウジングは、最大10,000psigに耐えるように構成されていることを特徴とする、項21に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項23.前記浮力エンジンは、油圧浮力システムを含むことを特徴とする、項21に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項24.前記球状ガラスハウジングは、当該球状ガラスハウジングに形成されたフィードスルー接続部を含むことを特徴とする、項23に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項25.可変浮力プロファイリングフロートであって、球状ガラスハウジングであって、当該球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結された第1の半球体および第2の半球体を含み、当該球状ガラスハウジングに形成されたフィードスルー接続部を含む、球状ガラスハウジングと、油圧浮力システムと、を含み、前記油圧浮力システムは、前記球状ガラスハウジング内に配置されたオイル容器と、前記球状ガラスハウジングの外面に連結されたチューブを含む少なくとも1つのオイルブラダーと、前記オイル容器から前記少なくとも1つのオイルブラダー内にオイルを送り込むように構成されたポンプと、を含むことを特徴とする可変浮力プロファイリングフロート。
項26.前記オイル容器と前記オイルブラダーとは、前記1つ以上のフィードスルー接続部を介して連結されていることを特徴とする、項25に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項27.前記油圧浮力システムは、前記オイル容器内に配置されたローリングダイヤフラムと、 前記ローリングダイヤフラムに連結されたバネと、
を含むことを特徴とする、項25に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項28.前記ローリングダイヤフラムは、前記オイル容器内の前記オイルの体積の正確な測定を可能にするように構成されていることを特徴とする、項27に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項29.前記バネは、前記ポンプの入口に対して正圧を維持するように構成されていることを特徴とする、項27に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項30.前記油圧浮力システムは、突出防止機構を含むことを特徴とする、項27に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項31.前記突出防止機構は、差圧が前記少なくとも1つのオイルブラダーと前記オイル容器との間に生じたときに、前記少なくとも1つのオイルブラダーが前記球状ガラスハウジング内に突き出ることを防止するように構成されたフラッパ弁を含むことを特徴とする、項10に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項32.前記油圧浮力システムは、前記オイル容器と前記1つ以上のオイルブラダーとの間のオイル流量を制御するように構成された弁を含み、前記弁は、前記オイルブラダーから前記容器内にオイルが制限されずに流入可能となるように構成されている第1の位置であって、前記オイルの流れが、前記オイルブラダーに対して加えられた環境圧力によって生じる、第1の位置と、前記オイルブラダーから前記容器内にオイルが制限されて流入可能となるように構成されている第2の位置と、前記オイルブラダーへおよび前記オイルブラダーからオイルが流れることを防止するように構成された第3の位置とを含むことを特徴とする、項27に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項33.前記油圧浮力システムは、前記弁と前記少なくとも1つのオイルブラダーとの間に連結された流量リストリクタ弁を含み、前記流量リストリクタ弁は、前記少なくとも1つのオイルブラダーから前記オイル容器内に戻される前記オイルの流量調節制御を提供するように構成されていることを特徴とする、項32に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項34.前記油圧浮力システムは、前記オイル容器と、前記ポンプと、前記1つ以上のフィードスルー接続部との間の油圧接続を維持しつつ、前記球状ガラスハウジングの前記第1および第2の半球体を分離できるように構成されたフレキシブル油圧ラインを含むことを特徴とする、項25に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項35.前記球状ガラスハウジングの外周に連結された少なくとも1つの外部容器を含む空気浮力システムを含むことを特徴とする、項25に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項36.前記球状ガラスハウジング内の前記部分真空は、前記空気浮力システムによって空気源として利用されることを特徴とする、項35に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項37.可変浮力プロファイリングフロートであって、球状ガラスハウジングであって、当該球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結された第1の半球体および第2の半球体を含み、当該球状ガラスハウジングに形成されたフィードスルー接続部を含み、1つ以上のアクセスポートを区画する、球状ガラスハウジングと、前記球状ガラスハウジング内に少なくとも部分的に配置された浮力エンジンであって、可変浮力制御を前記可変浮力プロファイリングフロートに提供するように構成された浮力エンジンと、を含むことを特徴とする可変浮力プロファイリングフロート。
項38.前記フィードスルー接続部は、前記球状ガラスハウジングによって区画された前記1つ以上のアクセスポートを貫通していることを特徴とする、項37に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項39.前記1つ以上のアクセスポートは、前記球状ガラスハウジングの構造的完全性を維持し、かつ前記球状ガラスハウジングに対する負荷を分散させるように構成されたパターンを含むことを特徴とする、項37に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
項40.前記アクセスポートのうちの少なくとも2つが、前記球状ガラスハウジングの両側に配置されていることを特徴とする、項39に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
図6は、三方弁128の一実施形態を示す。三方弁128は、オイル容器24と、オイルブラダー16と、ポンプ26との間に連結されていてもよい。三方弁128は、オイルブラダー16から容器24へのオイル流量を制御するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、三方弁128は、1つの入口と2つの出口を含んでいてもよい。入口が、オイルブラダー16に連結されていてもよい。1つ以上の出口144、145が、リストリクタ142および/またはストレートスルー接続部を介して、容器24に連結されていてもよい。第1の位置において、三方弁128は、オイルブラダー16から容器24にオイルが流れるのを防止する。第2の位置において、三方弁128は、容器24へのストレートスルー接続部を含む出口145を介して、オイルブラダー16から容器24内にオイルが流入できるようにする。第3の位置において、オイルは、リストリクタ142を含む出口144を介して容器24内に流入する。一実施形態では、周囲環境によってオイルブラダー16に加えられた圧力は、三方弁128が第2の位置にあるときにオイルをオイルブラダー16から容器24内に流入させるのに十分であってもよい。エンコーダ146が、三方弁128の位置を示す信号を制御装置20に提供してもよい。

Claims (20)

  1. 可変浮力プロファイリングフロートであって、
    第1の半球体と第2の半球体とを含む球状ガラスハウジングであって、当該第1および第2の半球体が当該球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結される、球状ガラスハウジングと、
    前記球状ガラスハウジング内に少なくとも部分的に配置された浮力エンジンであって、可変浮力制御を前記可変浮力プロファイリングフロートに提供するように構成された浮力エンジンと、
    少なくとも1つの環境パラメータを測定するように構成されたセンサ束と、
    を含むことを特徴とする可変浮力プロファイリングフロート。
  2. 前記球状ガラスハウジングは、最大10,000psigに耐えるように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  3. 前記浮力エンジンは、油圧浮力システムを含むことを特徴とする、請求項1に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  4. 前記球状ガラスハウジングは、当該球状ガラスハウジングに形成されたフィードスルー接続部を含むことを特徴とする、請求項3に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  5. 可変浮力プロファイリングフロートであって、
    球状ガラスハウジングであって、当該球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結された第1の半球体および第2の半球体を含み、当該球状ガラスハウジングに形成されたフィードスルー接続部を含む、球状ガラスハウジングと、
    油圧浮力システムと、
    を含み、
    前記油圧浮力システムは、
    前記球状ガラスハウジング内に配置されたオイル容器と、
    前記球状ガラスハウジングの外面に連結されたチューブを含む少なくとも1つのオイルブラダーと、
    前記オイル容器から前記少なくとも1つのオイルブラダー内にオイルを送り込むように構成されたポンプと、
    を含むことを特徴とする可変浮力プロファイリングフロート。
  6. 前記オイル容器と前記オイルブラダーとは、前記1つ以上のフィードスルー接続部を介して連結されていることを特徴とする、請求項5に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  7. 前記油圧浮力システムは、
    前記オイル容器内に配置されたローリングダイヤフラムと、
    前記ローリングダイヤフラムに連結されたバネと、
    を含むことを特徴とする、請求項5に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  8. 前記ローリングダイヤフラムは、前記オイル容器内の前記オイルの体積の正確な測定を可能にするように構成されていることを特徴とする、請求項7に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  9. 前記バネは、前記ポンプの入口に対して正圧を維持するように構成されていることを特徴とする、請求項7に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  10. 前記油圧浮力システムは、突出防止機構を含むことを特徴とする、請求項7に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  11. 前記突出防止機構は、差圧が前記少なくとも1つのオイルブラダーと前記オイル容器との間に生じたときに、前記少なくとも1つのオイルブラダーが前記球状ガラスハウジング内に突き出ることを防止するように構成されたフラッパ弁を含むことを特徴とする、請求項10に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  12. 前記油圧浮力システムは、
    前記オイル容器と前記1つ以上のオイルブラダーとの間のオイル流量を制御するように構成された弁を含み、
    前記弁は、
    前記オイルブラダーから前記容器内にオイルが制限されずに流入可能となるように構成されている第1の位置であって、前記オイルの流れが、前記オイルブラダーに対して加えられた環境圧力によって生じる、第1の位置と、
    前記オイルブラダーから前記容器内にオイルが制限されて流入可能となるように構成されている第2の位置と、
    前記オイルブラダーへおよび前記オイルブラダーからオイルが流れることを防止するように構成された第3の位置とを含む
    ことを特徴とする、請求項7に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  13. 前記油圧浮力システムは、前記弁と前記少なくとも1つのオイルブラダーとの間に連結された流量リストリクタ弁を含み、前記流量リストリクタ弁は、前記少なくとも1つのオイルブラダーから前記オイル容器内に戻される前記オイルの流量調節制御を提供するように構成されていることを特徴とする、請求項12に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  14. 前記油圧浮力システムは、前記オイル容器と、前記ポンプと、前記1つ以上のフィードスルー接続部との間の油圧接続を維持しつつ、前記球状ガラスハウジングの前記第1および第2の半球体を分離できるように構成されたフレキシブル油圧ラインを含むことを特徴とする、請求項5に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  15. 前記球状ガラスハウジングの外周に連結された少なくとも1つの外部容器を含む空気浮力システム、
    を含むことを特徴とする、請求項5に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  16. 前記球状ガラスハウジング内の前記部分真空は、前記空気浮力システムによって空気源として利用されることを特徴とする、請求項15に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  17. 可変浮力プロファイリングフロートであって、
    球状ガラスハウジングであって、当該球状ガラスハウジング内の部分真空によって連結された第1の半球体および第2の半球体を含み、当該球状ガラスハウジングに形成されたフィードスルー接続部を含み、1つ以上のアクセスポートを区画する、球状ガラスハウジングと、
    前記球状ガラスハウジング内に少なくとも部分的に配置された浮力エンジンであって、可変浮力制御を前記可変浮力プロファイリングフロートに提供するように構成された浮力エンジンと、
    を含むことを特徴とする可変浮力プロファイリングフロート。
  18. 前記フィードスルー接続部は、前記球状ガラスハウジングによって区画された前記1つ以上のアクセスポートを貫通していることを特徴とする、請求項17に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  19. 前記1つ以上のアクセスポートは、前記球状ガラスハウジングの構造的完全性を維持し、かつ前記球状ガラスハウジングに対する負荷を分散させるように構成されたパターンを含むことを特徴とする、請求項17に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
  20. 前記アクセスポートのうちの少なくとも2つが、前記球状ガラスハウジングの両側に配置されていることを特徴とする、請求項19に記載の可変浮力プロファイリングフロート。
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