JP2023064598A - センサープローブ保護システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な機構でセンサープローブ表面への水垢やバイオフィルムの形成を防止し、長期間に渡り安定したセンシングを可能とするセンサープローブ保護システムを提供するものである。【解決手段】本発明に係るセンサープローブ保護システムは、液体の水質を計測するセンサーと、上記センサーのプローブ部を移動させるための駆動手段とを備え、上記駆動手段は、上記プローブを上記液体に浸漬した第一の位置と、浸漬していない第二の位置の少なくとも２つの位置に固定するものであることを特徴とするものである。プローブ部を移動させるための駆動手段としては、例えば、回転移動するものや鉛直方向に移動するものである。【選択図】図１

Description

この発明はセンサーの測定部位であるプローブを保護するシステムに関するものである。特に、水質を測定するために水の中に入れて使用するプローブを保護するのに適したシステムに関する発明である。

生物の死骸や排泄物といった有機物は、微生物によって分解され、地球は美しい環境を原始の世界より維持してきた。ところが、微生物の処理能力を遥かに超える多量の有機物を人類が消費するようになってから、地球の自然環境は著しく悪化している。

特に、海や河川、湖といった水域の環境汚染は大きな問題である。水域の環境汚染が進行するにつれて、水質を計測するためのセンシング技術は急速に進歩してきた。水が含有する微量物質を計測したり、ｐHや溶存酸素量（DO）といった基礎的な水質パラメーターを測定したりするセンサーは精度が向上し、またデーター蓄積機能やデーター通信機能、あるいは遠隔操作機能といった機能面も充実してきている。

しかしながら、そういった精度や機能面の充実に反して、長期的にデーターを取り続けるための信頼性面での進歩や改良はあまり進んでいない。問題となるのは、水には無機物や有機物が含まれており、特に汚染が進んだ水には大量の無機物や有機物が含まれていることである。例えば、炭酸カルシウムは水垢（スケール）としてセンサープローブの表面に付着する。また、微生物はバイオフィルムになり、センサープローブの表面を厚く覆う。これにより、センサープローブの感度劣化やオフセットが生じ、あるいは測定信号が不安定になる。

こういった課題に対して、残念ながらこれまでは有効な手段は講じられてこなかった。したがって、データー蓄積機能やデーター通信機能といった高度な機能も十分にその利便性を発揮することができなかった。

なお、配管内の水垢やバイオフィルムを除去する技術はいくつか考案されている。
例えば、水純化処理及びその他のシステムにおいてスケールとバイオフィルムの形成を電解的にコントロールする方法並びに装置が提案されている。アノードを水晶ＵＶ管等付近に設け、低ｐＨ環境にすることで、炭酸塩スケールとバイオフィルムの形成を防止することができる（例えば、特許文献１）。

特開２００８-５０２４７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、アノードを設けることで、周囲の電気的な環境が変化するため、センサーの測定値に大きな誤差が生じてしまう。プローブ表面への水垢やバイオフィルムの形成を防止できたとしても、正確なセンシングは行えない。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、簡素な機構でセンサープローブ表面への水垢やバイオフィルムの形成を防止し、長期間に渡り安定したセンシングを可能とするセンサープローブ保護システムを提供するものである。

本発明に係るセンサープローブ保護システムは、液体の水質を計測するセンサーと、上記センサーのプローブ部を移動させるための駆動手段とを備え、
上記駆動手段は、上記プローブを上記液体に浸漬した第一の位置と、浸漬していない第二の位置の少なくとも２つの位置に固定するものであることを特徴とするものである。

水質センサーが計測に要する時間は、水質センサーの種類等により異なるが、一般的に数秒から数１０秒程度である。また、水質が数分程度で急速に変化するような状況はほとんどなく、計測間隔は１時間から数時間程度で十分である。したがって、センサーのプローブ部を常に被検査水に浸しておく必要はなく、計測に必要な短い時間だけ浸しておけばよい。

本発明においては、プローブ部を移動させるための駆動手段を用い、計測を行う短い時間だけプローブ部を被検査水に浸し、計測が終了すれば直ちに被検査水から取り出すことで、水垢やバイオフィルムの形成を最小限に抑制する。。

さらに、被検査水から出している状態でプローブ部の洗浄を行うことで、プローブ部表面に形成されたわずかな水垢やバイオフィルムを除去することが可能となる。

また、水垢やバイオフィルムの形成を防止するためのプローブ部表面への塗布を、被検査水から出している状態で行うことで、プローブ表面への水垢やバイオフィルムの形成をさらに抑制することができる。

このように、センサーのプローブ部を常に清浄に保つことで、正確な測定をいつでも行うことが可能になる。そして、データー蓄積機能やデーター通信機能、あるいは遠隔操作機能等と組み合わせれば、長期間に渡る無人での自動計測や、AIと組み合わせて、水質改善のための処置をタイムリーに行うことも容易になる。

本発明の実施の形態１のセンサープローブ保護システムの模式図である。 本発明の実施の形態１の別のセンサープローブ保護システムの模式図である。 本発明の実施の形態２のセンサープローブ保護システムの模式図である。 本発明の実施の形態２のセンサープローブ保護システムの模式図である。

本発明のセンサープローブ保護システムのいくつかの良好な実施の形態について、以下に図を用いて詳細に説明する。
実施の形態１では、センサーのプローブ部を移動させるための駆動手段として、回転移動するものを、実施の形態２では並進移動するものを開示する。また、実施の形態３では、センサープローブの表面保護方法について開示する。
なお、本発明は以下に示す実施の形態に限定されるものではなく、同様の発明概念を含む広範なものである。例えば、実施の形態１および２で示すセンサーのプローブ部を移動させるための駆動手段は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施の形態１．
本実施の形態のセンサープローブ保護システムの構成について、図１を用いて説明する。図１は、センサープローブ保護システムの模式図である。
センサープローブ保護システムは、水質を計測するセンサーと、センサーのプローブ部１を移動させるための駆動手段２とを備え、駆動手段２は、プローブ部１を液体１００に浸漬した第一の位置と、浸漬していない第二の位置の少なくとも２つの位置に固定するものである。

そして、駆動手段２によりセンサーのプローブ部１が第一の位置から第二の位置に移動する際に、または、第二の位置に固定された状態において、上記センサーのプローブ部１を洗浄するプローブ洗浄手段３をさらに備えている。

水質を計測するセンサーは、例えば、ｐH計、溶存酸素濃度計、各種イオン濃度計、電気伝導度計、酸化還元電位計といった水質の基本的特性や汚染状態を測定するものである。
センサーは、被検査水１００に浸して水質を計測する部位であるセンサープローブ部１と、センサープローブ部１が計測した情報が送信され、補正等の演算を行って水質データーに変換等を行う、あるいはセンサープローブ部１へ測定開始、終了の指示等を行う制御部等から構成される。図１においては、センサープローブ部１のみを示している。センサープローブ部１と制御部とは、有線または無線でデーター通信を行うことができる。

また、センサーの制御部は、計測したデーターの蓄積機能やインターネット等の通信手段を介して外部へのデーター送信手段を有していることが望ましい。外部へのデーター送信手段としては、測定データーをデジタル値として送信する他に、データー表示画面をCCD等で撮影して、撮影画像を送信しても良い。
さらに、通信手段を介して制御部を遠隔操作できるようにしても良い。

駆動手段２は、センサーのプローブ部１を支持固定し、且つ空間を移動させるものである。図１においては、一例として、回転軸２ａを中心に約９０°の回転運動を行う駆動手段を示している。センサーのプローブ部１を支持固定する機構は、はめ込みやネジ留め、クリップによる挟持、接着、面ファスナー等、どのような機構でも良く、駆動手段とプローブ部１がしっかりと固定できる方法であれば良い。

駆動手段２の駆動機構はモーター等の一般的なもので良い。そして、望ましくは、遠隔操作あるいはタイマー操作を用いたＯＮ－ＯＦＦ動作が可能なものが良い。
以上のような機構によって、センサーのプローブ部１は、被検査水１００に浸る第一の位置（計測位置）と被検査水１００の外の第二の位置（待機位置）の少なくとも二つの位置で固定できるようになっている。

プローブ洗浄手段３は、例えば、液体を噴霧できるノズルであり、洗浄液３ａを噴射する。被検査水１００に浸って汚染されたプローブ部１を洗浄するものであり、図１に示すように、第二の位置において洗浄を行っても良いし、あるいは、プローブ部１が第一の位置から第二の位置に移動する際に洗浄を行っても良い。

プローブ洗浄手段３としては、一般的な水洗や洗剤による洗浄、オゾン水を用いた洗浄等が有効である。洗剤による洗浄やオゾンによる洗浄を行う際に、洗浄水が被検査水１００に混入するのを避けたい場合、洗浄液受け４を設けてやればよい。洗浄液受け４は、底面や側面に配管を設けて外部に排水できるようにしても良い。

図２は、プローブ洗浄手段３として超音波洗浄を用いた場合の模式図である。
超音波洗浄槽５には水が貯められており、超音波発信器の超音波が水を介してプローブ部１に伝わり、プローブ部１の表面を洗浄する。超音波洗浄槽５が図２のように上下動できることで、プローブ１の先端部を超音波洗浄槽５に浸漬することができる。

実施の形態２．
図３と図４を用いて、実施の形態２のセンサープローブ保護システムについて説明する。
実施の形態１においては、駆動手段２が回転運動する場合について説明したが、本実施の形態においては、駆動手段２０が鉛直方向に併進運動する場合について説明する。

図３は、プローブ部１が被検査水１００に浸漬した位置で固定された第１の位置を、図４は、プローブ部１が被検査水１００から外に出た位置で固定された第２の位置を表している。
駆動手段２０はワイヤー２０ａ等により鉛直方向に移動することができる。

図３に示した第一の位置は、計測したい水深等を考慮し、適切な位置にすれば良い。水深を変えて測定することで、任意の水深での測定を行うこともできる。すなわち、第１の位置を複数の位置とすることで、測定する物理量の水深方向の分布を得ることも可能である。また、プローブ部１と同位置に水中カメラを設けることで、任意の水深での水質評価値と、視覚的状況とを同時に得ることもできる。
計測完了後、直ちに駆動手段２０によりプローブ部１は鉛直上方に移動し、被検査水１００から外に出た位置で固定される（図４）。
そして、プローブ洗浄手段３により洗浄される。実施の形態１と同様に、、第二の位置において洗浄を行っても良いし、あるいは、プローブ部１が第一の位置から第二の位置に移動する際に洗浄を行っても良い。
また、洗浄液を被検査水１００に混入させたくないときは、洗浄液受け４を用いる。プローブ部１が洗浄液受け４の高さ位置よりも上昇してから、洗浄液受け４を水平方向に移動し、プローブ部１の真下に移動してから、洗浄液３ａを噴射する。

このように、併進する駆動手段を用いても、実施の形態１と同様にセンサープローブを清浄に維持することができる。

実施の形態３．
実施の形態１および２においては、プローブ部を洗浄することで、被検査水に浸漬させた際に生じた汚れを取り、長期的な信頼性を確保することができることを示した。
本実施の形態においては、洗浄の代わりに、あるいは洗浄に加えて、プローブに保護膜を塗布する方法について述べる。

保護膜は、水垢やバイオフィルムの形成を抑制できるものであると同時に、計測に影響を与えないものでないといけない。例えば、ｐＨ計や各種のイオン濃度計はイオンがプローブ部に設けられた電極まで移動できることが必要である。そのため、保護膜は微小な穴が数多く開いた薄膜であることが必要である。したがって、塗布液の濃度を薄くするといった工夫が必要になる。

また、水垢やバイオフィルムの形成を抑制できるものとしては、樹液、ガラス膜、樹脂膜といったものが適切である。必要に応じて、金属粉等を混ぜることで導電性を持たすことも有効な場合がある。
なお、保護膜を塗布する装置の構成は、図１や図４で示した構成において、プローブ洗浄手段３の代わりに、同様のノズルを有する塗布手段を用いればよい。例えば、プローブ洗浄手段３の洗浄液を塗布液に代えればよい。

＜本発明のまとめ＞
海洋や河川等の水系の維持管理を行うために、あるいは、浄化を行った際にはその効果を確認する目的で、水質を計測することは必須である。
養殖を行う際にも、残餌や魚の排泄により飼育水は汚染される。したがって、魚の健康状態を維持するためには、飼育水の水質管理は絶対であり、水質センサーは養殖においても必須のアイテムである。

このように、水質管理の需要が高まっているにもかかわらず、センサープローブ表面の汚染については有効な処置がなされてこなかった。したがって、水質の自動測定や遠隔管理といった計測のための利便性は制約されているのが現状である。

水質を計測するセンサーの計測に要する時間は、数秒から長くても数１０秒程度である。また、水質が数分程度で急速に変化するような状況はほとんどなく、計測間隔は１時間から数時間が一般的である。したがって、センサーのプローブ部を常に被検査水に浸しておく必要はなく、計測に必要な短い時間だけ浸しておけばよい。

本発明においては、プローブ部を移動させるための駆動手段を用い、計測を行う短い時間だけ、プローブ部を被検査水に浸し、計測が終了すれば直ちに被検査水から取り出すことで、水垢やバイオフィルムの形成を最小限に抑制することができる。

さらに、被検査水から出している状態でプローブ部の洗浄を行うことで、プローブ部表面に形成されたわずかな水垢やバイオフィルムを除去することが可能となる。

また、水垢やバイオフィルムの形成を防止するための塗布を、被検査水から出している状態で行うことで、プローブ表面への水垢やバイオフィルムの形成をさらに抑えることができる。

このように、センサーのプローブ部を常に正常に保つことで、正確な測定をいつでも行うことが可能になる。そして、データー蓄積機能やデーター通信機能、あるいは遠隔操作機能等と組み合わせれば、長期間に渡る無人での計測や、AIと組み合わせて、水質改善のための処置を自動で且つタイムリーに行うことも容易になる。

１ センサープローブ部
２ 駆動手段
２ａ 回転軸
３ プローブ洗浄手段
３ａ 洗浄液
４ 洗浄液受け
５ 超音波洗浄槽
２０ 駆動手段
２０ａ ワイヤー

１００ 被検査水

Claims (8)

1. プローブ部を被検査水に浸漬し、当該被検査水の水質を計測するセンサーと、
   上記センサーのプローブ部を移動させるための駆動手段と、
   を備え、
   上記駆動手段は、上記プローブ部を上記被検査水に浸漬した第一の位置と、浸漬していない第二の位置の少なくとも２つの位置に固定するものである
   ことを特徴とするセンサープローブ保護システム。
2. 上記駆動手段により上記センサーのプローブ部が上記第一の位置から第二の位置に移動する際に、または、第二の位置に固定された状態において、上記センサーのプローブ部を洗浄するプローブ洗浄手段をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のセンサープローブ保護システム。
3. 上記駆動手段は、鉛直方向に併進運動するものであり、
   上記被検査水に浸漬した第一の位置を任意に変えられるものである
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のセンサープローブ保護システム。
4. 上記駆動手段により上記センサーのプローブ部が上記第一の位置から第二の位置に移動する際に、または、第二の位置に固定された状態において、上記センサーのプローブ部の表面を保護するための塗布手段をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のセンサープローブ保護システム。
5. 上記洗浄手段は、水洗、超音波、オゾン洗浄、洗剤洗浄の内から選ばれる少なくともひとつである
   ことを特徴とする請求項２に記載のセンサープローブ保護システム。
6. 上記塗布手段は、樹液、ガラス膜、樹脂膜の内から選ばれる少なくともひとつの材質である
   ことを特徴とする請求項４に記載のセンサープローブ保護システム。
7. 上記駆動手段は、遠隔操作あるいはタイマー操作が可能な
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のセンサープローブ保護システム。
8. 上記センサーが計測するデーターを蓄積するデーター蓄積、または、上記センサーが計測するデーターを外部に送信するデーター通信手段をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のセンサープローブ保護システム。
   
   

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