JPH0915278A - 電気伝導度測定回路及び電気伝導度測定用プロ−ブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度良い電気伝導度を測定することができる
電気伝導度測定回路を提供すること。 【構成】 電気伝導度を測定する被検出流体に磁束回路
が閉ル−プを構成するように配設された第１及び第２の
コアと、上記第１のコアに巻かれた第１のコイルにパル
ス電圧を供給する発振器と、上記第２のコアに巻かれた
第２のコイルに誘起される電圧を位相検波する位相検波
回路と、上記第１のコア及び第２のコアに互いに逆方向
に巻かれた第３及び第４のコイルを備え、この第３及び
第４のコイル、基準抵抗Ｒｒ、スイッチ手段により構成
される閉回路とから、被検出流体の電気伝導度Ｋｃ＝
（Ｓ／Ｒｒ）＊（Ｖｃ／Ｖｒ）として算出するようにし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は海中等の鉛直方向の電気
伝導度を自動的に計測することができる海洋デ−タ自動
測定装置に用いられる測定回路及びそのプロ−ブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】航行中の測量船から水温センサを内蔵し
たプロ−ブを海中に投下して自由落下させ、水温センサ
で検知された水温信号を常時伝送ワイヤを介して測量船
に伝送して、海中鉛直方向の深度に対する水温をリアル
タイムに連続的に計測する、いわゆるＸＢＴ（expendab
le bathy thermograph）という計測装置が広く知られて
いる。この測定された水温デ−タは各種気象観測デ−タ
として使用される。このＸＢＴのプロ−ブを海中に投下
し、所定の水温デ−タを計測し終えると、プロ−ブに接
続されていた伝送ワイヤを切断し、プロ−ブもろとも海
中に投棄していた。

【０００３】また、海中での音速あるいは水流を観測す
る上から海中の水温だけでなく海水の電気伝導度をも計
測するＣＴＤ（conductivity temperature depth）と呼
ばれる計測器が知られている。この計測器はプロ−ブに
水温センサ及び電気伝導度センサを内蔵し、このプロ−
ブを自由落下させて水温センサ及び電気伝導度センサに
より検出された水温及び電気伝導度をプロ−ブに接続さ
れたケ−ブルを介して測量船にリアルタイムに伝送し、
水温及び電気伝導度を表示あるいは印字出力するように
したものである。

【０００４】また、プロ−ブ内に測定した水温及び電気
伝導度を記憶しておくメモリを内蔵させ、プロ−ブを自
由落下させた後にプロ−ブを引き上げて、メモリに記憶
されているデ−タを読み出して深度に対する水温，電気
伝導度等の海洋デ−タを印字あるいは表示出力するＣＴ
Ｄ計測器もある。

【０００５】上記前者のＣＴＤ測定器は水温，電気伝導
度等の海洋デ−タを測量船にケ−ブルを介して伝送する
ことができるため、リアルタイムに海洋デ−タを出力す
ることができるが、ケ−ブルを引きづって航行すること
ができないため、測量が終了するまで、測量船を停泊さ
せておく必要がある。このため、停泊に要する費用も莫
大なものとなるばかりでなく、測量に要する時間もかか
るという問題点があった。

【０００６】また、後者のＣＴＤ測定器はプロ−ブを引
き上げてからでないと、海洋デ−タを出力することがで
きないため、リアルタイムの海洋デ−タを検知すること
はできなかった。

【０００７】このため、測量船を停泊させないで航行し
ながらリアルタイムに水温及び電気伝導度等の海洋デ−
タを測定できるＣＴＤ計測器の出現が望まれていた。こ
のようなＣＴＤはプロ−ブにワイヤ（例えば、２本の極
細電線）を接続しておき、プロ−ブを海中に投下してプ
ロ−ブが目的とする深度まで自由落下した後には、ワイ
ヤもろともプロ−ブも海中に投棄してしまうため、プロ
−ブを安価に製造する必要がある。しかし、プロ−ブの
精度も高精度を達成しうることが望まれる。そこで、そ
のように安価でしかも精度及び分解能を上げることがで
きる投捨式の海洋デ−タ自動測定装置が特開平５−１８
８０３０号公報で知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような装置におい
ては、電気伝導度の測定をプロ−ブの先端に配設された
電極間の抵抗を測定する、いわゆる電極方式により行っ
ていた。しかし、この電極方式では、プロ−ブを海中に
投下してから、電極面がなじむまで時間がかかるため、
海面に面した部分での電気伝導度の信頼性が落ちるとい
う問題点があった。

【０００９】さらに、海水をア−スとして使用している
ため、測定値に誤差が発生するという問題があった。本
発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は電
極式のような電極面のなじみによる測定の立ち遅れを防
止し、精度良い電気伝導度を測定することができる電気
伝導度測定回路及び電気伝導度測定用プロ−ブを提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる電気伝
導度測定回路は、電気伝導度を測定する被検出流体に磁
束回路が閉ル−プを構成するように配設された第１及び
第２のコアと、上記第１のコアに巻かれた第１のコイル
にパルス電圧を供給する発振器と、上記第２のコアに巻
かれた第２のコイルに誘起される電圧を位相検波する位
相検波回路と、上記第１のコア及び第２のコアに互いに
逆方向に巻かれた第３及び第４のコイルを備え、この第
３及び第４のコイル、基準抵抗Ｒｒ、スイッチ手段によ
り構成される閉回路と、上記位相検波回路の出力を積分
する積分回路と、この積分回路の出力信号をそれぞれサ
ンプルホ−ルドする第１及び第２のサイプルホ−ルド回
路と、上記スイッチ手段を所定周期でオフからオンに切
り替え動作させ、このスイッチ手段のオフ期間に上記第
２のコイルに誘起される電圧を、上記パルス電圧の立ち
下がりに同期した位相で検波し、その電圧を上記積分回
路で積分し、このオフ期間が終了するまでに上記積分器
に積分された電圧をＶｃとして上記第１のサンプルホ−
ルド回路に保持させ、上記スイッチ手段のオン期間に上
記第２のコイルに上記第２のコイルに誘起される電圧
を、上記パルス電圧の立ち下がりに同期した位相検波
し、その電圧を上記オフ期間から累積して上記積分回路
で積分し、このオン期間が終了するまでに上記積分器に
積分された電圧をＶｒとして上記第２のサンプルホ−ル
ド回路に保持させ、上記被検出流体の電気伝導度Ｋｃを
Ｋｃ＝（Ｓ／Ｒｒ）・（Ｖｃ／Ｖｒ）（ただし、Ｓはセ
ルの形状で決まるセル定数とする）として算出する制御
手段とから構成される。

【００１１】請求項２に係わる電気伝導度測定回路は、
電気伝導度を測定する被検出流体に磁束回路が閉ル−プ
を構成するように第１及び第２のコアを配設すると共
に、上記第１のコア及び第２のコアに互いに逆方向に巻
かれたコイルをそれぞれ設け、これらコイルと、基準抵
抗Ｒｒ、スイッチ手段により閉回路しておき、このスイ
ッチ出力を周期的にオン・オフさせ、周期的に上記基準
抵抗Ｒｒを閉回路に組み込み、この基準抵抗Ｒｒを組み
込んだ状態と組み込まない状態とで上記第２のコアに巻
かれたコイルに誘起される電圧に基づいて上記被検出流
体の抵抗を演算するようにしたことを特徴とする。

【００１２】請求項３に係わる請求項１あるいは請求項
２の電気伝導度測定用プロ−ブは、電気伝導度測定回路
をプロ−ブの下降側先端部に内蔵させ、この先端部に設
けられた被検出流体導入用通路を中心に上記第１のコア
及び第２のコアを軸方向に離間させて配置させたことを
特徴とする。

【００１３】

【作用】電気伝導度を測定する被検出流体に磁束回路が
閉ル−プを構成するように第１及び第２のコアを配設す
ると共に、第１のコア及び第２のコアに互いに逆方向に
巻かれた第３及び第４のコイルを備え、この第３及び第
４のコイル、基準抵抗Ｒｒ、スイッチ手段により構成さ
れる閉回路を設け、スイッチ手段を所定周期でオフから
オンに切り替え動作させ、このスイッチ手段のオフ期間
に上記第２のコイルに誘起される電圧を、パルス電圧の
立ち下がりに同期した位相で検波し、その電圧を上記積
分回路で積分し、このオフ期間が終了するまでに上記積
分器に積分された電圧をＶｃとして第１のサンプルホ−
ルド回路に保持させ、上記スイッチ手段のオン期間に第
２のコイルに上記第２のコイルに誘起される電圧を、パ
ルス電圧の立ち下がりに同期した位相検波し、その電圧
をオフ期間から累積して上記積分回路で積分し、このオ
ン期間が終了するまでに積分器に積分された電圧をＶｒ
として上記第２のサンプルホ−ルド回路に保持させ、上
記被検出流体の電気伝導度ＫｃをＫｃ＝（Ｓ／Ｒｒ）・
（Ｖｃ／Ｖｒ）（ただし、Ｓはセルの形状で決まるセル
定数とする）として算出するようにしている。

【００１４】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。まず、図３を参照して電気伝導度測定用プ
ロ−ブの外形について説明する。図３は電気伝導度測定
用プロ−ブの外形を示す斜視図である。図３に示すよう
に、１１はプロ−ブである。は先端部１２がコ−ン形状
をなし、この先端部１２の上に円筒形状の円筒部１３が
樹脂で一対形成されている。

【００１５】この円筒部１３内には、図４を参照して後
述する電気回路が設けられており、この電気回路から４
０msec毎に出力される電気伝導度Ｋｃデ−タを送信する
ための極細のワイヤ１４がプロ−ブ１１の外部に延出さ
れている。このワイヤ１４はプロ−ブ１１の投入前に
は、プロ−ブ１１内部において巻回されており、プロ−
ブ１１が落下するに従って解けていく。このワイヤ１４
の一端は電気回路に接続され、他端は計測船（図４の
Ｓ）に搭載されているパ−ソナルコンピュ−タ（図示し
ない）に接続される。

【００１６】さらに、先端部１２には軸方向に沿って被
検出流体である海水を導入するための円筒状の通路１５
が設けられている。この通路１５はプロ−ブ１１の中心
軸と直交する貫通通路１６と連通している。従って、プ
ロ−ブ１１が落下するに従って、矢印Ａ方向から流入し
た海水は、通路１５を介して導入され、その後に貫通路
１６を介して外部に排水される。

【００１７】また、上記通路１５を中心にして、第１の
コア１７及び第２のコア１８が軸方向に離間した状態で
配置されている。この状態を図５に示しておく。次に、
図１及び図２を参照してプロ−ブ１４の詳細な構成につ
いて説明する。図１において、２１は上部が円筒形状を
なす円筒部２１ａをなし、下部がコ−ン状をなすコ−ン
形状部２１ｂをなした共に樹脂で一体構形成れたプロ−
ブ本体である。この円筒部２１ａには図４に示した電気
回路を搭載した基板２２が収納されている。そして、こ
のプロ−ブ本体２１の下部に一対形成されたコ−ン形状
部２１ｂの軸方向に沿って被検出流体である海水を導入
するための円筒状の通路１５が設けられている。さら
に、この通路１５に直交する通路１６が連結されてい
る。

【００１８】この通路１５のを中心にして、ド−ナツ状
に穴が形成されたコア収納部２３が設けられている。前
述した第１のコア１７は図示した下方向に開口を持ち、
しかもド−ナツ形状の磁気遮蔽部材１７ａに囲われるよ
うに収納されているおり、前述した第２のコア１８は図
示した上方向に開口を持ち、しかもド−ナツ状に穴が形
成された磁気遮蔽部材１８ａに囲われるように収納され
ている。この磁気遮蔽部材１７ａと１８ａはド−ナツ状
のスペ−サ１９を介して所定の距離を隔てて配置され
る。そして、コア収納部２３内の上記第１のコア１７、
第２のコア１８、スペ−サ１９、磁気遮蔽部材１７ａ及
び１８ａはすべてエポキシ樹脂２０が封入されている。

【００１９】通路１５の内周面には筒状の熱膨脹率の極
め少ない硼硅酸ガラス２１ｃが装着されている。この硼
硅酸ガラス２１ｃは通路１５が開けられているコ−ン形
状部２１ｂの素材である樹脂が温度、圧力により変形し
て、通路１５の内径が変化しないようにするためであ
る。

【００２０】また、円筒部２１ａとコ−ン形状部２１ｂ
との間には円柱状の金属より構成される錘り部材２３が
内蔵される。この錘り部材２３には、プロ−ブ１１の軸
方向に３ケ所、電線を挿入するための貫通孔２４〜２６
が開けられている。図では貫通孔２５，２６が重なって
見えるが、水平位置では離れた位置に存在している。

【００２１】この錘り部材２３は円筒部２１ａとネジ２
７〜３０で液密に固定されている。なお、３２ａ，３２
ｂはＯリングである。さらに、コ−ン形状部２１ｂに
は、上記した貫通孔２４〜２６と整合する位置に貫通孔
３１ａ〜３１ｃが開けられている。

【００２２】そして、基板２２からの電線は貫通孔２４
〜２６及び貫通孔３１ａ〜３１ｃを介して第１のコア１
７に巻かれる第１のコイルＬ１及び第２のコア１８に巻
かれる第２のコイルＬ２及び後述する第３及び第４のコ
イルＬ３，Ｌ４と電気的に接続される。

【００２３】次に、図６を参照して基板２２に搭載され
ている電気回路について説明する。第１のコア１７には
一次コイルとして第１のコイルＬ１が巻回されている。
この第１のコイルＬ１の一端は海水にア−スされ、その
他端には図７（Ａ）に示す高周波パルス電圧を出力する
発振器（オシレ−タ）３１が接続されている。この高周
波パルス電圧の周波数は１２．８KHz である。この発振
器（オシレ−タ）３１からコントロ−ラ３２へ基準位相
ラインａが接続されている。

【００２４】さらに、第１のコア１７を１巻きして第３
のコイルＬ２を構成し、基準抵抗Ｒｒを介してから第２
のコア１８を上記第１のコア１７の巻き方向と反対とな
るように巻いて第４のコイルＬ４を構成した後、スイッ
チＳ１を介して閉ル−プを構成する電線３３が設けられ
ている。このスイッチＳ１は半導体スイッチで構成され
ており、コントロ−ラ３２からの制御信号ｂによりオン
／オフ制御されるもので、図７（Ｈ）に示すように、２
０msec毎にオン状態とオフ状態とを交互に繰り返す。こ
の基準抵抗Ｒｒは温度補償をする必要のない基準抵抗で
あり、その等価導電率ＫｒはＫｒ＝Ｓ／Ｒｒ（Ｓはセル
定数）である。

【００２５】図面上では、第１のコア１７と第２のコア
１８の間を抵抗Ｒｃを介在したル−プＣＬが記載されて
いるが、この抵抗Ｒｃはプロ−ブ１１の通路１５に流入
した海水の等価抵抗値を示し、Ｒｃ＝Ｓ／Ｋｃである。

【００２６】さらに、第２のコア１８には二次コイルと
しての第２のコイルＬ２が巻回されている。この第２の
コイルＬ２の一端は海水にア−スされ、その他端は図７
（Ｂ）に示すような二次コイル出力Ｂが出力される。

【００２７】この第２のコイルＬ２に発生する電圧は前
段増幅を行うプリアンプ３４を介して増幅される。この
プリアンプ３４の出力は図７（Ｃ）に示すようにプリア
ンプ出力ＣとしてスイッチＳ２を介してオペアンプ３５
とコンデンサＣ１、抵抗Ｒで構成される積分器３６に入
力される。このオプアンプ３５の入力と出力との間に
は、コンデンサＣ１に充電された電圧をリセットするた
めのスイッチＳ３が接続されている。

【００２８】上記スイッチＳ２は位相検波するためのス
イッチで、図７（Ａ）のオシレ−タ出力Ａの立ち上がり
あるいは立ち下がりのいずれかに同期して閉じられるス
イッチである。立ち上がりに同期した場合には、“０
度”検波となり、立ち下がりに同期した場合には“１８
０度”検波となる。このスイッチＳ２の出力は図７
（Ｄ）に示すように検波出力Ｄとして出力される。この
スイッチＳ２のオン／オフ制御は前述したコントロ−ラ
３２からの制御信号ｃにより行われる。

【００２９】また、前述したスイッチＳ３のオン／オフ
制御は、コントロ−ラ３２からの制御信号ｄにより制御
される。このスイッチＳ３は図７（Ｊ）に示すように、
４０msec毎に１回だけオンされる。

【００３０】そして、この積分器３６の出力電圧Ｅはス
イッチＳ４、バッファ３７より構成されるサンプリング
ホ−ルド回路３８に入力されると共に、スイッチＳ５，
バッファ３９より構成されるサンプリングホ−ルド回路
４０に入力される。

【００３１】スイッチＳ４とバッファ３７との接続点の
導電率出力ＦはコンデンサＣ２を介して海水にア−スさ
れる。さらに、スイッチＳ５とバッファ３９との接続点
の標準器出力ＧはコンデンサＣ３を介して海水にア−ス
される。

【００３２】上記スイッチＳ４はコントロ−ラ３２から
の制御信号ｅによりオン／オフ制御されるもので、図７
（Ｋ）に示すように、図７（Ｊ）のスイッチＳ３が一瞬
オンされるリセットパルスＰより２０msec経過して、ス
イッチＳ１がオフからオンに切り替わる直前に一瞬オン
される。このことにより、スイッチＳ１がオフ（開）状
態の間に、積分器３６に積分される電圧Ｖｃをバッファ
３７に保持させることができる。

【００３３】また、上記スイッチＳ５はコント−ラ３２
からの制御信号ｆによりオン／オフ制御されているもの
で、図７（Ｌ）に示すように、前述したパルスＰより４
０msecが経過して次のリセットパルスＰが出力される直
前に、一瞬オンされる。このことにより、スイッチＳ１
がオフ（開）状態からオン（閉）状態に亘って、積分器
３６に積分される電圧Ｖｒをバッファ３９に保持させる
ことができる。

【００３４】上記バッファ３７，３９にそれぞれ保持さ
れた電圧Ｖｃ，ＶｒはそれぞれＡ／Ｄ変換器４１，４２
を介してデジタルデ−タに変換された後コントロ−ラ３
２に入力される。

【００３５】さらに、このコントロ−ラ３２には算出さ
れた電気伝導度デ−タをシリアルデ−タに変換するＰ／
Ｓ（パラレル・シリアル）変換回路４３を介して送信回
路４４が接続される。この送信回路４４は４０msec毎に
被検液の電気伝導度デ−タをライン１４を介して測量船
Ｓに搭載されたパ−ソナルコンピュ−タにシリアル転送
する。

【００３６】ところで、このコントロ−ラ３２は例えば
４ビットのマイクロプロセッサを中心に構成されている
もので、基準位相信号ａをもとに制御信号ｂ〜ｆによる
スイッチＳ１〜Ｓ５のオン／オフのタイミング制御の
他、Ａ／Ｄ変換器４１，４２を介して入力される電圧Ｖ
ｃ，Ｖｒ，基準抵抗Ｒｒから被検液（つまり、通路１５
の海水）の電気伝導度をＫｃ＝（Ｓ／Ｒｒ）＊（Ｖｃ／
Ｖｒ）として算出している。

【００３７】次に、上記のように構成された本発明の一
実施例の動作について説明する。まず、測量船Ｓが電気
伝導度Ｋｃを測定する測量域に到着すると、プロ−ブ１
１を図示しないキャニスタから取り出して、コントロ−
ラ３２の図示しない電源をオンさせた後、海中に投下す
る。

【００３８】海中に投下されたプロ−ブ１１はプロ−ブ
１１内部に巻回されたワイヤ１４を解きながら、自重に
より自然落下していく。ここで、プロ−ブ１１内部には
金属の錘り部材２３が内蔵されているため、プロ−ブ１
１はコ−ン形状部２１ｂを下側にして自然落下する。

【００３９】従って、コ−ン形状部２１ｂの通路１５を
介して海水が流入し、貫通路１６を介して左右側面に排
水される。通路１５内の第１のコア１７と第２のコア１
８との間にある海水の電気伝導度Ｋｃを求めるのが、本
発明の測定回路である。

【００４０】まず、スイッチＳ１は図７（Ｈ）に示すよ
うに、２０msec毎にオフ状態からオン状態への切り替え
を繰り返している。まず、スイッチＳ１がオフ状態にあ
る時刻ｔ１〜時刻ｔ２までの動作について説明する。ス
イッチＳ１がオフ状態にあるので、図６の電線３３が閉
ル−プを構成していない。

【００４１】従って、第１のコア１７に巻回されている
第１のコイルＬ１には図７（Ａ）に示すような波形の高
周波パルス電圧が発振器３１から印加される。そして、
第１のコイルＬ１に印加される電圧が変化するため、第
１のコア１７から第２のコア１８に伝達される磁束密度
が変化する。これにより、第２のコア１８に巻回されて
いる第２のコイルＬ２に図７（Ｂ）に示すような波形を
持つ出力電圧Ｂが発生する。

【００４２】ここで、出力電圧Ｂは抵抗Ｒｃの電気伝導
度Ｋｃに比例して大きくなる。なぜなら、第１のコア１
７から第２のコア１８に放射される磁束密度は第１のコ
ア１７と第２のコア１８に介在する媒体、つまり、通路
１５に流入した海水の電気伝導度に比例して大きくなる
からである。

【００４３】従って、出力電圧Ｂを測定することにより
通路１５に流入した海水の電気伝導度Ｋｃを測定するこ
とができる。以下、図８のタイミングチャ−トをして海
水の電気伝導度Ｋｃを計測する原理について説明する。
まず、発振器３１の出力Ａが図８（Ａ）に示すようにパ
ルス的に変化すると、第２のコイルＬ２には同図（Ｂ）
に示すように出力Ａの立上がり及び立ち下がりに同期し
た鋸歯状波が発生する。

【００４４】この鋸歯状波は同図（Ｂ）に示すように、
位相が０度で正の鋸歯状波Ｐ１、位相が１８０度で負の
鋸歯状波Ｐ２となる。そして、第２のコイルＬ２の出力
Ｂはプリアンプ３４で増幅されて図７（Ｂ）に示すよう
に出力Ｃとなる。

【００４５】スイッチＳ２はスイッチＳ１が閉状態を保
持される時刻ｔ１〜ｔ２までの間は位相０度で検波を行
っている。つまり、スイッチＳ２は発振器３１の出力Ａ
の立上がりに同期して所定時間だけ閉制御される。この
結果、積分器３６には図９（Ｃ）に示すような正の鋸歯
状波Ｐ１が入力される。

【００４６】そして、積分器３６はこの鋸歯状波Ｐ１を
積分するため、時刻ｔ１〜ｔ２においては時間が経過す
るに従って、積分器３６の出力は図８（Ｅ）のｄに示す
ようにリニアに増加する。

【００４７】そして、時刻ｔ２でスイッチＳ１が閉じら
れる。従って、第１のコア１７を１巻きして第３のコイ
ルＬ２を構成し、基準抵抗Ｒｒ（電気伝導度はＫｒ）を
介してから第２のコア１８を上記第１のコア１７の巻き
方向と反対となるように巻いて第４のコイルＬ４を構成
した閉ル−プが電線３３により構成される。

【００４８】従って、この電線３３を第１のコア１７及
び第２のコア１８に組み込むことにより、第２のコイル
Ｌ２の出力Ｂは図７（Ｂ）に示すように増加する。これ
は基準抵抗Ｒｒの電気伝導度Ｋｒを海水の標準的な電気
伝導度Ｋｃより大きくとっているためである。例えば、
基準抵抗Ｒｒを１８８Ω以下とし、海水の抵抗を１８８
Ω〜無限大とするように場合、電気伝導度はその抵抗の
逆数であるので、基準抵抗Ｒｒの電気伝導度Ｋｒは海水
の電気伝導度Ｋｃより大きくなる。

【００４９】今仮に、時刻ｔ２でスイッチＳ１を閉じな
いで、開いた状態を時刻ｔ１から４０msecである時刻ｔ
３まで保持した場合には、積分器３６には時刻ｔ２以降
は図８（Ｄ）に示す負の鋸歯状波Ｐ２を積分することに
なるので、時刻ｔ２で電圧Ｖｃを出力していた積分器３
６の出力は時刻の経過とともに破線ｅに示すように減少
し、時刻ｔ３では積分器３６の出力は「０」Ｖとなる。
これは、時刻ｔ２で位相検波を１８０度位相の検波に切
り替え、しかも時刻ｔ１〜ｔ２までの時間と時刻ｔ２〜
ｔ３までの時間が等しいからである。

【００５０】しかし、本願発明では、時刻ｔ２で１８０
度位相検波に切り替えると共に、スイッチＳ１を閉じ
て、電線３３を組み込むようにしている。従って、電線
３３の接続されている基準抵抗Ｒｒの電気伝導度Ｋｒは
海水の電気伝導度Ｋｃより大きく、しかも第３のコイル
Ｌ３と第４のコイルＬ４の巻き方向が逆であるため、第
２のコア１８の第２のコイルＬ２に誘起される電圧を増
方向に変化させている。

【００５１】従って、時刻ｔ２から積分器３６に積分さ
れる電圧は直線ｆに示すように増加する。この間に、時
刻ｔ２で積分器３６に積分されていた電圧Ｖｃは図８
（Ｄ）に示す負の鋸歯状波Ｐ２を積分していく。そし
て、前述したように、時刻ｔ１〜ｔ２間の時間と、時刻
ｔ２〜ｔ３までの時間とは等しいため、時刻ｔ１〜ｔ３
までに積分器３６に入力される正の鋸歯状波Ｐ１の数と
負の鋸歯状波Ｐ２は等しくなる。従って、時刻ｔ２にす
でに積分器３６に積分されていた電圧Ｖｃは時刻ｔ３に
なると相殺されて「０」Ｖとなっている。

【００５２】従って、時刻ｔ３において、積分器３６に
積分されている電圧Ｖｒは電圧Ｖｃには依存しない電圧
となる。言い換えると、時刻ｔ３で積分器３６に積分さ
れる電圧Ｖｒは海水の電気伝導度Ｋｃに全く影響されな
い基準抵抗Ｒｒの電気伝導度Ｋｒのみに比例する一定の
電圧となる。前述したように、基準抵抗Ｒｒとして温度
補償する必要の全くない抵抗を使用しているため、この
電圧Ｖｒは時刻ｔ２〜ｔ３までの時間と基準抵抗Ｒｒの
電気伝導度Ｋｒにより一義的に決定される。

【００５３】ところで、時刻ｔ１〜ｔ２においては第１
のコア１７と第２のコア１８との間は、通路１５に導入
された海水の電気伝導度Ｋｃにより電気的に結合されて
いるため、第２のコア１８のＬ２に発生する電圧Ｂはそ
の電気伝導度Ｋｃに比例した電圧となる。従って、時刻
ｔ１〜ｔ２までに電圧Ｂを積分したものである時刻ｔ２
における電圧Ｖｃは電気伝導度Ｋｃに比例する。

【００５４】また、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間では、第１
のコア１７と第２のコア１８との間は、通路１５に導入
された海水の電気伝導度Ｋｃ及び基準抵抗Ｒｒの電気伝
導度Ｋｒにより電気的に結合されている。

【００５５】しかし、時刻ｔ２にすでに積分器３６に積
分されていた電圧Ｖｃは時刻ｔ３になると相殺されて
「０」Ｖとなっているため、時刻ｔ３で積分器３６に積
分されている電圧Ｖｒは基準抵抗Ｒｒの電気伝導度Ｋｒ
に比例していると考えることができる。

【００５６】 つまり、Ｖｃ：Ｖｒ＝Ｋｃ：Ｋｒ …（１） となる。但し、Ｋｒ＝Ｓ／Ｒであるから（１）式を変形
すると、 Ｋｃ＝Ｋｒ＊Ｖｃ／Ｖｒ＝（Ｓ／Ｒｒ）・（Ｖｃ／Ｖｒ） …（２） となる。

【００５７】ところで、仮に発振器３１の出力電圧Ａ、
第１のコア１７及び第２のコア１８の電磁変化率、アン
プ３４の増幅率、積分器３６のコンデンサＣ１の容量が
変化すると、電圧Ｖｃはその影響を受けて僅かに変化す
る。しかし、電圧Ｖｒを計測する時刻ｔ１〜ｔ２までの
前半部分の時間と、電圧Ｖｃを計測する時刻ｔ２〜ｔ３
までの時間が等しいので、電圧Ｖｒも前述した影響を受
けるため、第（２）式の『Ｖｃ／Ｖｒ』項の存在によ
り、電圧Ｖｃと電圧Ｖｒの前述した影響を相殺すること
ができる。

【００５８】従って、第（２）式による算出された海水
の電気伝導度Ｋｃは発振器３１の出力電圧Ａ、第１のコ
ア１７及び第２のコア１８の電磁変化率、アンプ３４の
増幅率、積分器３６のコンデンサＣ１の容量の変化に全
く影響を受けることはない。

【００５９】さらに、Ｋｒは温度補償をする必要がない
基準抵抗Ｒｒの電気伝導度であるので、第（２）式で算
出された海水の電気伝導度Ｋｃは周囲の温度に影響され
ず、しかも発振器３１の出力電圧Ａ、第１のコア１７及
び第２のコア１８の電磁変化率、アンプ３４の増幅率、
積分器３６のコンデンサＣ１の容量が変化したとしても
その影響を全く受けることはない。

【００６０】また、時刻ｔ２において積分器３６に積分
された電圧Ｖｃはサンプリングホ−ルド回路３８に保持
され、時刻ｔ３に積分器３６に積分された電圧Ｖｒはサ
ンプリングホ−ルド回路４０に保持される。

【００６１】そして、これら電圧Ｖｃ及びＶｒはそれぞ
れＡ／Ｄ変換器４１，４２を介してデジタルデ−タに変
換されてコントロ−ラ３２に取り込まれる。そして、コ
ントロ−ラ３２内で『Ｋｃ＝（Ｓ／Ｒｒ）＊（Ｖｃ／Ｖ
ｒ）』としてその時点で通路１５にある海水の電気伝導
度Ｋｃを算出するようにしている。

【００６２】つまり、コントロ−ラ３２では時刻ｔ１〜
ｔ３が経過する毎、つまり４０msec毎に電気伝導度Ｋｃ
を算出している。このようにして算出された電気伝導度
Ｋｃのデ−タはＰ／Ｓ変換器４３でシリアルデ−タに変
換されて後、送信回路４４からワイヤ１４を介して測量
船Ｓのパ−ソナルコンピュ−タに送信される。

【００６３】このような電気伝導度Ｋｃのデ−タの送信
はプロ−ブ１１が海中を自然落下して、最終的にワイヤ
１４が延び切って、ワイヤ１４がプロ−ブ１１の重さで
切断されるまで行われる。

【００６４】そして、４０msec毎の電気伝導度Ｋｃデ−
タを受信した測量船Ｓのパ−ソナルコンピュ−タは自然
落下によるプロ−ブ１１の水深を１／２ｇｔ² から算出
するようにし、プロ−ブ１１を投下した時刻から４０ms
ec毎の水深に対する電気伝導度Ｋｃを測定するようにし
ている。

【００６５】以上のべたように、電磁誘導現象を利用し
て海水の電気伝導度を測定するようにしたので、第１及
び第２のコア１７，１８をエポキシ樹脂で封入しておい
ても測定上何ら影響を及ぼすことはない。

【００６６】さらに、海水に接触する部分は熱膨脹率の
極め少ない硼硅酸ガラス２２とエポキシ樹脂２０であ
り、いずれも電気化学的に安定な素材であるので、海水
中で長期間使用しても電蝕その他の恐れは全くない。

【００６７】また、通路１５の内周面には硼硅酸ガラス
２２を装着させることにより、水圧や水温が変化しても
の通路１５の内径を一定に保つことができる。このこと
により、測定した電気伝導度の確度を向上させることが
できる。

【００６８】また、従来用いられていた電極式の電気伝
導度の測定装置では、電極が海水になじむまでは、電気
伝導度の測定誤差が発生していたが、本願のものでは、
第１及び第２のコイル１７，１８は海水とは非接触であ
るため、従来のなじみによる測定誤差の発生をなくすこ
とができる。

【００６９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、被
検液の電気伝導度を測定を温度補償をすることがなく、
電極式のような電極面のなじみによる測定の立ち遅れを
防止し、精度良い電気伝導度を測定することができる電
気伝導度測定回路及び電気伝導度測定用プロ−ブを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるプロ−ブの断面図。

【図２】同プロ−ブの要部を示す断面図。

【図３】同プロ−ブの外観を示す斜視図。

【図４】同プロ−ブを投下して電気伝導度を測定する方
法を説明するための図。

【図５】プロ−ブの先端部に設けられた第１及び第２の
コアを示す図。

【図６】同ブロ−ブに搭載された電気伝導度測定回路を
示す図。

【図７】動作を説明するためのタイミングチャ−ト。

【図８】同タイミングチャ−トの要部を示す図。

【符号の説明】

１１…プロ−ブ、１５…通路、２１ｃ…硼硅酸ガラス、
１７…第１のコア、１８…第２のコア、３１…発振器、
３２…コントロ−ラ、３３…電線、３６…積分器、３
８，４０…サンプリングホ−ルド回路、３７，３９…バ
ッファ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年７月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 電気伝導度測定回路及び電気伝導
度測定用プロ−ブ

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は海中等の鉛直方向の電気
伝導度を自動的に計測することができる海洋デ−タ自動
測定装置に用いられる測定回路及びそのプロ−ブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】航行中の観測船から水温センサを内蔵し
たプロ−ブを海中に投下して自由落下させ、水温センサ
で検知された水温信号を常時伝送ワイヤ（例えば、２本
の極細電線）を介して測量船に伝送して、海中鉛直方向
の深度に対する水温をリアルタイムに連続的に計測す
る、いわゆるＸＢＴ（expendable bathy thermograph）
という計測装置が広く知られている。この測定された水
温デ−タは重要な海象観測デ−タとして使用される。こ
のＸＢＴのプロ−ブを海中に投下し、所定の水温デ−タ
を計測し終えると、プロ−ブに接続されていた伝送ワイ
ヤを切断し、プロ−ブもろとも海中に投棄していた。

【０００３】また、海洋デ−タを観測する上から海中の
水温だけでなく海水の電気伝導度をも計測するＣＴＤ
（conductivity temperature depth）と呼ばれる計測器
が知られている。この計測器はプロ−ブに水温センサ及
び電気伝導度センサ及び深度センサを内蔵し、このプロ
−ブをケ−ブルにより降下させ水温センサ、電気伝導度
センサ及び深度センサにより検出された水温、電気伝導
度、深度をプロ−ブに接続されたケ−ブルを介して観測
船にリアルタイムに伝送し、深度に対する水温及び電気
伝導度を表示あるいは印字出力するようにしたものであ
る。

【０００４】また、プロ−ブ内に測定した水温及び電気
伝導度を記憶しておくメモリを内蔵させ、プロ−ブをロ
−プ等で吊下げ降下させた後にプロ−ブを引き上げて、
メモリに記憶されているデ−タを読み出して深度に対す
る水温，電気伝導度等の海洋デ−タを印字あるいは表示
出力するＣＴＤ計測器もある。

【０００５】上記前者のＣＴＤ測定器は水温，電気伝導
度等の海洋デ−タを観測船にケ−ブルを介して伝送する
ことができるため、リアルタイムに海洋デ−タを出力す
ることができるが、ケ−ブルを引きづって航行すること
ができないため、観測が終了するまで、観測船を停泊さ
せておく必要がある。このため、停泊に要する費用も莫
大なものとなるばかりでなく、観測に要する時間もかか
り、専用ウインチの装備に要する費用、人員の配置等の
問題点があった。

【０００６】また、後者のＣＴＤ測定器はプロ−ブを引
き上げてからでないと、海洋デ−タを出力することがで
きないため、リアルタイムの海洋デ−タを検知すること
はできなかった。

【０００７】このため、観測船を停泊させないで航行し
ながらリアルタイムに水温及び電気伝導度等の海洋デ−
タを測定できるＣＴＤ計測器の出現が望まれていた。こ
のようなＣＴＤはプロ−ブにワイヤ（例えば、２本の極
細電線）を接続しておき、プロ−ブを海中に投下してプ
ロ−ブが目的とする深度まで自由落下した後には、ワイ
ヤもろともプロ−ブも海中に投棄してしまうため、プロ
−ブを安価に製造する必要がある。しかし、プロ−ブの
精度も高精度を達成しうることが望まれる。そこで、そ
のように安価でしかも精度及び分解能を上げることがで
きる投捨式の海洋デ−タ自動測定装置が特開平５−１８
８０３０号公報で知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような装置におい
ては、電気伝導度の測定をプロ−ブの先端に配設された
電極間の抵抗を測定する、いわゆる電極方式により行っ
ていた。しかし、この電極方式では、プロ−ブを海中に
投下してから、電極面がなじむまで時間がかかるため、
海面近傍での電気伝導度測定デ−タの信頼性が落ちると
いう問題点があった。

【０００９】さらに、海水をア−スとして使用している
ため、測定値にノイズ、誤差が発生するという問題があ
った。本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その
目的は電極式のような電極面のなじみによる測定の立ち
遅れを防止し、精度良い電気伝導度を測定することがで
きる電気伝導度測定回路及び電気伝導度測定用プロ−ブ
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる電気伝
導度測定回路は、電気伝導度を測定する被検出液体に磁
束回路が閉ル−プを構成するように配設された第１及び
第２のコアと、上記第１のコアに巻かれた第１のコイル
にパルス電圧を供給する発振器と、上記第２のコアに巻
かれた第２のコイルに誘起される電圧を位相検波する位
相検波回路と、上記第１のコア及び第２のコアに互いに
逆方向に巻かれた第３及び第４のコイルを備え、この第
３及び第４のコイル、基準抵抗Ｒｒ、スイッチ手段によ
り構成される閉回路と、上記位相検波回路の出力を積分
する積分回路と、この積分回路の出力信号をそれぞれサ
ンプルホ−ルドする第１及び第２のサイプルホ−ルド回
路と、上記スイッチ手段を所定周期でオフからオンに切
り替え動作させ、このスイッチ手段のオフ期間に上記第
２のコイルに誘起される電圧を、上記パルス電圧の立ち
下がりに同期した位相で検波し、その電圧を上記積分回
路で積分し、このオフ期間が終了するまでに上記積分器
に積分された電圧をＶｃとして上記第１のサンプルホ−
ルド回路に保持させ、上記スイッチ手段のオン期間に上
記第２のコイルに上記第２のコイルに誘起される電圧
を、上記パルス電圧の立ち下がりに同期した位相検波
し、その電圧を上記オフ期間から累積して上記積分回路
で積分し、このオン期間が終了するまでに上記積分器に
積分された電圧をＶｒとして上記第２のサンプルホ−ル
ド回路に保持させ、上記被検出液体の電気伝導度Ｋｃを
Ｋｃ＝（Ｓ／Ｒｒ）・（Ｖｃ／Ｖｒ）（ただし、Ｓはセ
ルの形状で決まるセル定数とする）として算出する制御
手段とから構成される。

【００１１】請求項２に係わる電気伝導度測定回路は、
電気伝導度を測定する被検出液体に磁束回路が閉ル−プ
を構成するように第１及び第２のコアを配設すると共
に、上記第１のコア及び第２のコアに互いに逆方向に巻
かれたコイルをそれぞれ設け、これらコイルと、基準抵
抗Ｒｒ、スイッチ手段により閉回路しておき、このスイ
ッチ出力を周期的にオン・オフさせ、周期的に上記基準
抵抗Ｒｒを閉回路に組み込み、この基準抵抗Ｒｒを組み
込んだ状態と組み込まない状態とで上記第２のコアに巻
かれたコイルに誘起される電圧に基づいて上記被検出液
体の電気伝導度を演算するようにしたことを特徴とす
る。

【００１２】請求項３に係わる請求項１あるいは請求項
２の電気伝導度測定用プロ−ブは、電気伝導度測定回路
をプロ−ブの下降側先端部に内蔵させ、この先端部に設
けられた被検出液体導入用通路を中心に上記第１のコア
及び第２のコアを軸方向に離間させて配置させたことを
特徴とする。

【００１３】

【作用】電気伝導度を測定する被検出液体に磁束回路が
閉ル−プを構成するように第１及び第２のコアを配設す
ると共に、第１のコア及び第２のコアに互いに逆方向に
巻かれた第３及び第４のコイルを備え、この第３及び第
４のコイル、基準抵抗Ｒｒ、スイッチ手段により構成さ
れる閉回路を設け、スイッチ手段を所定周期でオフから
オンに切り替え動作させ、このスイッチ手段のオフ期間
に上記第２のコイルに誘起される電圧を、パルス電圧の
立ち上がりに同期した位相で検波し、その電圧を上記積
分回路で積分し、このオフ期間が終了するまでに上記積
分器に積分された電圧をＶｃとして第１のサンプルホ−
ルド回路に保持させ、上記スイッチ手段のオン期間に第
２のコイルに上記第２のコイルに誘起される電圧を、パ
ルス電圧の立ち下がりに同期した位相検波し、その電圧
をオフ期間から累積して上記積分回路で積分し、このオ
ン期間が終了するまでに積分器に積分された電圧をＶｒ
として上記第２のサンプルホ−ルド回路に保持させ、上
記被検出液体の電気伝導度ＫｃをＫｃ＝（Ｓ／Ｒｒ）・
（Ｖｃ／Ｖｒ）（ただし、Ｓはセルの形状で決まるセル
定数とする）として算出するようにしている。

【００１４】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。まず、図３を参照して電気伝導度測定用プ
ロ−ブの外形について説明する。図３は電気伝導度測定
用プロ−ブの外形を示す斜視図である。図３に示すよう
に、１１はプロ−ブである。これは先端部１２がコ−ン
形状をなし、この先端部１２の上に円筒形状の円筒部１
３が樹脂で一対形成されている。

【００１５】この円筒部１３内には、図４を参照して後
述する電気回路が設けられており、この電気回路から４
０msec毎に出力される電気伝導度Ｋｃデ−タを送信する
ための極細のワイヤ１４がプロ−ブ１１の外部に延出さ
れている。このワイヤ１４はプロ−ブ１１の投入前に
は、プロ−ブ１１内部において巻回されており、プロ−
ブ１１が落下するに従って解けていく。このワイヤ１４
の一端は電気回路に接続され、他端は計測船（図４の
Ｓ）に搭載されているパ−ソナルコンピュ−タ（図示し
ない）に接続される。

【００１６】さらに、先端部１２には軸方向に沿って被
検出液体である海水を導入するための円筒状の通路１５
が設けられている。この通路１５はプロ−ブ１１の中心
軸と直交する貫通通路１６と連通している。従って、プ
ロ−ブ１１が落下するに従って、矢印Ａ方向から流入し
た海水は、通路１５を介して導入され、その後に貫通路
１６を介して外部に排水される。

【００１７】また、上記通路１５を中心にして、第１の
コア１７及び第２のコア１８が軸方向に離間した状態で
配置されている。この状態を図５に示しておく。次に、
図１及び図２を参照してプロ−ブ１４の詳細な構成につ
いて説明する。図１において、２１は上部が円筒形状を
なす円筒部２１ａをなし、下部がコ−ン状をなすコ−ン
形状部２１ｂをなした共に樹脂で一体構形成れたプロ−
ブ本体である。この円筒部２１ａには図４に示した電気
回路を搭載した基板２２が収納されている。そして、こ
のプロ−ブ本体２１の下部に一対形成されたコ−ン形状
部２１ｂの軸方向に沿って被検出液体である海水を導入
するための円筒状の通路１５が設けられている。さら
に、この通路１５に直交する通路１６が連結されてい
る。

【００１８】この通路１５を中心にして、ド−ナツ状に
穴が形成されたコア収納部２３ｂが設けられている。前
述した第１のコア１７は図示した下方向に開口を持ち、
しかもド−ナツ形状の磁気遮蔽部材１７ａに囲われるよ
うに収納されているおり、前述した第２のコア１８は図
示した上方向に開口を持ち、しかもド−ナツ状に穴が形
成された磁気遮蔽部材１８ａに囲われるように収納され
ている。この磁気遮蔽部材１７ａと１８ａはド−ナツ状
のスペ−サ１９を介して所定の距離を隔てて配置され
る。そして、コア収納部２３内の上記第１のコア１７、
第２のコア１８、スペ−サ１９、磁気遮蔽部材１７ａ及
び１８ａはすべてエポキシ樹脂２０が封入されている。

【００１９】通路１５の内周面には筒状の熱膨脹率の極
め少ない硼硅酸ガラス２１ｃが装着されている。この硼
硅酸ガラス２１ｃは通路１５が開けられているコ−ン形
状部２１ｂの素材である樹脂が温度、圧力により変形し
て、通路１５の内径が変化しないようにするためであ
る。

【００２０】また、円筒部２１ａとコ−ン形状部２１ｂ
との間には円柱状の金属より構成される錘り部材２３ａ
が内蔵される。この錘り部材２３ａには、プロ−ブ１１
の軸方向に３ケ所、電線を挿入するための貫通孔２４〜
２６が開けられている。図では貫通孔２５，２６が重な
って見えるが、水平位置では離れた位置に存在してい
る。

【００２１】この錘り部材２３ａは円筒部２１ａとネジ
２７〜３０で液密に固定されている。なお、３２ａ，３
２ｂはＯリングである。さらに、コ−ン形状部２１ｂに
は、上記した貫通孔２４〜２６と整合する位置に貫通孔
３１ａ〜３１ｃが開けられている。

【００２２】そして、基板２２からの電線は貫通孔２４
〜２６及び貫通孔３１ａ〜３１ｃを介して第１のコア１
７に巻かれる第１のコイルＬ１及び第２のコア１８に巻
かれる第２のコイルＬ２及び後述する第３及び第４のコ
イルＬ３，Ｌ４と電気的に接続される。

【００２３】次に、図６を参照して基板２２に搭載され
ている電気回路について説明する。第１のコア１７には
一次コイルとして第１のコイルＬ１が巻回されている。
この第１のコイルＬ１の一端は回路ＧＮＤにア−スさ
れ、その他端には図７（Ａ）に示す高周波パルス電圧を
出力する発振器（オシレ−タ）３１が接続されている。
この高周波パルス電圧の周波数は１２．８KHz である。
この発振器（オシレ−タ）３１からコントロ−ラ３２へ
基準位相ラインａが接続されている。

【００２４】さらに、第１のコア１７を１巻きして第３
のコイルＬ３を構成し、基準抵抗Ｒｒを介してから第２
のコア１８を上記第１のコア１７の巻き方向と反対とな
るように巻いて第４のコイルＬ４を構成した後、スイッ
チＳ１を介して閉ル−プを構成する電線３３が設けられ
ている。このスイッチＳ１は半導体スイッチで構成され
ており、コントロ−ラ３２からの制御信号ｂによりオン
／オフ制御されるもので、図７（Ｈ）に示すように、２
０msec毎にオン状態とオフ状態とを交互に繰り返す。こ
の基準抵抗Ｒｒは温度補償をする必要のない基準抵抗で
あり、その等価導電率ＫｒはＫｒ＝Ｓ／Ｒｒ（Ｓはセル
定数）である。

【００２５】図面上では、第１のコア１７と第２のコア
１８の間を抵抗Ｒｃを介在したル−プＣＬが記載されて
いるが、この抵抗Ｒｃはプロ−ブ１１の通路１５に流入
した海水の等価抵抗値を示し、Ｒｃ＝Ｓ／Ｋｃである。

【００２６】さらに、第２のコア１８には二次コイルと
しての第２のコイルＬ２が巻回されている。この第２の
コイルＬ２の一端は回路ＧＮＤにア−スされ、その他端
は図７（Ｂ）に示すような二次コイル出力Ｂが出力され
る。

【００２７】この第２のコイルＬ２に発生する電圧は前
段増幅を行うプリアンプ３４を介して増幅される。この
プリアンプ３４の出力は図７（Ｃ）に示すようにプリア
ンプ出力ＣとしてスイッチＳ２を介してオペアンプ３５
とコンデンサＣ１、抵抗Ｒで構成される積分器３６に入
力される。このオプアンプ３５の入力と出力との間に
は、コンデンサＣ１に充電された電圧をリセットするた
めのスイッチＳ３が接続されている。

【００２８】上記スイッチＳ２は位相検波するためのス
イッチで、図７（Ａ）のオシレ−タ出力Ａの立ち上がり
あるいは立ち下がりのいずれかに同期して閉じられるス
イッチである。立ち上がりに同期した場合には、“０
度”検波となり、立ち下がりに同期した場合には“１８
０度”検波となる。このスイッチＳ２の出力は図７
（Ｄ）に示すように検波出力Ｄとして出力される。この
スイッチＳ２のオン／オフ制御は前述したコントロ−ラ
３２からの制御信号ｃにより行われる。

【００２９】また、前述したスイッチＳ３のオン／オフ
制御は、コントロ−ラ３２からの制御信号ｄにより制御
される。このスイッチＳ３は図７（Ｊ）に示すように、
４０msec毎に１回だけオンされる。

【００３０】そして、この積分器３６の出力電圧Ｅはス
イッチＳ４、バッファ３７より構成されるサンプリング
ホ−ルド回路３８に入力されると共に、スイッチＳ５，
バッファ３９より構成されるサンプリングホ−ルド回路
４０に入力される。

【００３１】スイッチＳ４とバッファ３７との接続点の
導電率出力ＦはコンデンサＣ２を介して回路ＧＮＤにア
−スされる。さらに、スイッチＳ５とバッファ３９との
接続点の標準器出力ＧはコンデンサＣ３を介して回路Ｇ
ＮＤにア−スされる。

【００３２】上記スイッチＳ４はコントロ−ラ３２から
の制御信号ｅによりオン／オフ制御されるもので、図７
（Ｋ）に示すように、図７（Ｊ）のスイッチＳ３が一瞬
オンされるリセットパルスＰより２０msec経過して、ス
イッチＳ１がオフからオンに切り替わる直前に一瞬オン
される。このことにより、スイッチＳ１がオフ（開）状
態の間に、積分器３６に積分される電圧Ｖｃをバッファ
３７に保持させることができる。

【００３３】また、上記スイッチＳ５はコント−ラ３２
からの制御信号ｆによりオン／オフ制御されているもの
で、図７（Ｌ）に示すように、前述したパルスＰより４
０msecが経過して次のリセットパルスＰが出力される直
前に、一瞬オンされる。このことにより、スイッチＳ１
がオフ（開）状態からオン（閉）状態に亘って、積分器
３６に積分される電圧Ｖｒをバッファ３９に保持させる
ことができる。

【００３４】上記バッファ３７，３９にそれぞれ保持さ
れた電圧Ｖｃ，ＶｒはそれぞれＡ／Ｄ変換器４１，４２
を介してデジタルデ−タに変換された後コントロ−ラ３
２に入力される。

【００３５】さらに、このコントロ−ラ３２には算出さ
れた電気伝導度デ−タをシリアルデ−タに変換するＰ／
Ｓ（パラレル・シリアル）変換回路４３を介して送信回
路４４が接続される。この送信回路４４は４０msec毎に
被検液の電気伝導度デ−タをライン１４を介して測量船
Ｓに搭載されたパ−ソナルコンピュ−タにシリアル転送
する。

【００３６】ところで、このコントロ−ラ３２は例えば
４ビットのマイクロプロセッサを中心に構成されている
もので、基準位相信号ａをもとに制御信号ｂ〜ｆによる
スイッチＳ１〜Ｓ５のオン／オフのタイミング制御の
他、Ａ／Ｄ変換器４１，４２を介して入力される電圧Ｖ
ｃ，Ｖｒ，基準抵抗Ｒｒから被検液（つまり、通路１５
の海水）の電気伝導度をＫｃ＝（Ｓ／Ｒｒ）＊（Ｖｃ／
Ｖｒ）として算出している。

【００３７】次に、上記のように構成された本発明の一
実施例の動作について説明する。まず、測量船Ｓが電気
伝導度Ｋｃを測定する測量域に到着すると、プロ−ブ１
１を図示しないキャニスタから取り出して、コントロ−
ラ３２の図示しない電源をオンさせた後、海中に投下す
る。

【００３８】海中に投下されたプロ−ブ１１はプロ−ブ
１１内部に巻回されたワイヤ１４を解きながら、自重に
より自然落下していく。ここで、プロ−ブ１１内部には
金属の錘り部材２３が内蔵されているため、プロ−ブ１
１はコ−ン形状部２１ｂを下側にして自然落下する。

【００３９】従って、コ−ン形状部２１ｂの通路１５を
介して海水が流入し、貫通路１６を介して左右側面に排
水される。通路１５内の第１のコア１７と第２のコア１
８との間にある海水の電気伝導度Ｋｃを求めるのが、本
発明の測定回路である。

【００４０】まず、スイッチＳ１は図７（Ｈ）に示すよ
うに、２０msec毎にオフ状態からオン状態への切り替え
を繰り返している。まず、スイッチＳ１がオフ状態にあ
る時刻ｔ１〜時刻ｔ２までの動作について説明する。ス
イッチＳ１がオフ状態にあるので、図６の電線３３が閉
ル−プを構成していない。

【００４１】従って、第１のコア１７に巻回されている
第１のコイルＬ１には図７（Ａ）に示すような波形の高
周波パルス電圧が発振器３１から印加される。そして、
第１のコイルＬ１に印加される電圧が変化するため、第
１のコア１７から第２のコア１８に伝達される磁束密度
が変化する。これにより、第２のコア１８に巻回されて
いる第２のコイルＬ２に図７（Ｂ）に示すような波形を
持つ出力電圧Ｂが発生する。

【００４２】ここで、出力電圧Ｂは抵抗Ｒｃの電気伝導
度Ｋｃに比例して大きくなる。なぜなら、第１のコア１
７から第２のコア１８に放射される磁束密度は第１のコ
ア１７と第２のコア１８に介在する媒体、つまり、通路
１５に流入した海水の電気伝導度に比例して大きくなる
からである。

【００４３】従って、出力電圧Ｂを測定することにより
通路１５に流入した海水の電気伝導度Ｋｃを測定するこ
とができる。以下、図８のタイミングチャ−トをして海
水の電気伝導度Ｋｃを計測する原理について説明する。
まず、発振器３１の出力Ａが図８（Ａ）に示すようにパ
ルス的に変化すると、第２のコイルＬ２には同図（Ｂ）
に示すように出力Ａの立上がり及び立ち下がりに同期し
た鋸歯状波が発生する。

【００４４】この鋸歯状波は同図（Ｂ）に示すように、
位相が０度で正の鋸歯状波Ｐ１、位相が１８０度で負の
鋸歯状波Ｐ２となる。そして、第２のコイルＬ２の出力
Ｂはプリアンプ３４で増幅されて図７（Ｂ）に示すよう
に出力Ｃとなる。

【００４５】スイッチＳ２はスイッチＳ１が閉状態を保
持される時刻ｔ１〜ｔ２までの間は位相０度で検波を行
っている。つまり、スイッチＳ２は発振器３１の出力Ａ
の立上がりに同期して所定時間だけ閉制御される。この
結果、積分器３６には図９（Ｃ）に示すような正の鋸歯
状波Ｐ１が入力される。

【００４６】そして、積分器３６はこの鋸歯状波Ｐ１を
積分するため、時刻ｔ１〜ｔ２においては時間が経過す
るに従って、積分器３６の出力は図８（Ｅ）のｄに示す
ようにリニアに増加する。

【００４７】そして、時刻ｔ２でスイッチＳ１が閉じら
れる。従って、第１のコア１７を１巻きして第３のコイ
ルＬ３を構成し、基準抵抗Ｒｒ（電気伝導度はＫｒ）を
介してから第２のコア１８を上記第１のコア１７の巻き
方向と反対となるように巻いて第４のコイルＬ４を構成
した閉ル−プが電線３３により構成される。

【００４８】従って、この電線３３を第１のコア１７及
び第２のコア１８に組み込むことにより、第２のコイル
Ｌ２の出力Ｂは図７（Ｂ）に示すように増加する。これ
は基準抵抗Ｒｒの電気伝導度Ｋｒを海水の標準的な電気
伝導度Ｋｃより大きくとっているためである。例えば、
基準抵抗Ｒｒを１８８Ω以下とし、海水の抵抗を１８８
Ω〜無限大とするように場合、電気伝導度はその抵抗の
逆数であるので、基準抵抗Ｒｒの電気伝導度Ｋｒは海水
の電気伝導度Ｋｃより大きくなる。

【００４９】今仮に、時刻ｔ２でスイッチＳ１を閉じな
いで、開いた状態を時刻ｔ１から４０msecである時刻ｔ
３まで保持した場合には、積分器３６には時刻ｔ２以降
は図８（Ｄ）に示す負の鋸歯状波Ｐ２を積分することに
なるので、時刻ｔ２で電圧Ｖｃを出力していた積分器３
６の出力は時刻の経過とともに破線ｅに示すように減少
し、時刻ｔ３では積分器３６の出力は「０」Ｖとなる。
これは、時刻ｔ２で位相検波を１８０度位相の検波に切
り替え、しかも時刻ｔ１〜ｔ２までの時間と時刻ｔ２〜
ｔ３までの時間が等しいからである。

【００５０】しかし、本願発明では、時刻ｔ２で１８０
度位相検波に切り替えると共に、スイッチＳ１を閉じ
て、電線３３を組み込むようにしている。従って、電線
３３の接続されている基準抵抗Ｒｒの電気伝導度Ｋｒは
海水の電気伝導度Ｋｃより大きく、しかも第３のコイル
Ｌ３と第４のコイルＬ４の巻き方向が逆であるため、第
２のコア１８の第２のコイルＬ２に誘起される電圧を増
方向に変化させている。

【００５１】従って、時刻ｔ２から積分器３６に積分さ
れる電圧は直線ｆに示すように増加する。この間に、時
刻ｔ２で積分器３６に積分されていた電圧Ｖｃは図８
（Ｄ）に示す負の鋸歯状波Ｐ２を積分していく。そし
て、前述したように、時刻ｔ１〜ｔ２間の時間と、時刻
ｔ２〜ｔ３までの時間とは等しいため、時刻ｔ１〜ｔ３
までに積分器３６に入力される正の鋸歯状波Ｐ１の数と
負の鋸歯状波Ｐ２は等しくなる。従って、時刻ｔ２にす
でに積分器３６に積分されていた電圧Ｖｃは時刻ｔ３に
なると相殺されて「０」Ｖとなっている。

【００５２】従って、時刻ｔ３において、積分器３６に
積分されている電圧Ｖｒは電圧Ｖｃには依存しない電圧
となる。言い換えると、時刻ｔ３で積分器３６に積分さ
れる電圧Ｖｒは海水の電気伝導度Ｋｃに全く影響されな
い基準抵抗Ｒｒの電気伝導度Ｋｒのみに比例する一定の
電圧となる。前述したように、基準抵抗Ｒｒとして温度
補償する必要の全くない抵抗を使用しているため、この
電圧Ｖｒは時刻ｔ２〜ｔ３までの時間と基準抵抗Ｒｒの
電気伝導度Ｋｒにより一義的に決定される。

【００５３】ところで、時刻ｔ１〜ｔ２においては第１
のコア１７と第２のコア１８との間は、通路１５に導入
された海水の電気伝導度Ｋｃにより電気的に結合されて
いるため、第２のコア１８のＬ２に発生する電圧Ｂはそ
の電気伝導度Ｋｃに比例した電圧となる。従って、時刻
ｔ１〜ｔ２までに電圧Ｂを積分したものである時刻ｔ２
における電圧Ｖｃは電気伝導度Ｋｃに比例する。

【００５４】また、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間では、第１
のコア１７と第２のコア１８との間は、通路１５に導入
された海水の電気伝導度Ｋｃ及び基準抵抗Ｒｒの電気伝
導度Ｋｒにより電気的に結合されている。

【００５５】しかし、時刻ｔ２にすでに積分器３６に積
分されていた電圧Ｖｃは時刻ｔ３になると相殺されて
「０」Ｖとなっているため、時刻ｔ３で積分器３６に積
分されている電圧Ｖｒは基準抵抗Ｒｒの電気伝導度Ｋｒ
に比例していると考えることができる。

【００５６】 つまり、Ｖｃ：Ｖｒ＝Ｋｃ：Ｋｒ …（１） となる。但し、Ｋｒ＝Ｓ／Ｒｒであるから（１）式を変
形すると、 Ｋｃ＝Ｋｒ＊Ｖｃ／Ｖｒ＝（Ｓ／Ｒｒ）・（Ｖｃ／Ｖｒ） …（２） となる。

【００５７】ところで、仮に発振器３１の出力電圧Ａ、
第１のコア１７及び第２のコア１８の電磁変化率、アン
プ３４の増幅率、積分器３６のコンデンサＣ１の容量が
変化すると、電圧Ｖｃはその影響を受けて僅かに変化す
る。しかし、電圧Ｖｒを計測する時刻ｔ１〜ｔ２までの
前半部分の時間と、電圧Ｖｃを計測する時刻ｔ２〜ｔ３
までの時間が等しいので、電圧Ｖｒも前述した影響を受
けるため、第（２）式の『Ｖｃ／Ｖｒ』項の存在によ
り、電圧Ｖｃと電圧Ｖｒの前述した影響を相殺すること
ができる。

【００５８】従って、第（２）式による算出された海水
の電気伝導度Ｋｃは発振器３１の出力電圧Ａ、第１のコ
ア１７及び第２のコア１８の電磁変化率、アンプ３４の
増幅率、積分器３６のコンデンサＣ１の容量の変化に全
く影響を受けることはない。

【００５９】さらに、Ｋｒは温度補償をする必要がない
基準抵抗Ｒｒの電気伝導度であるので、第（２）式で算
出された海水の電気伝導度Ｋｃは周囲の温度に影響され
ず、しかも発振器３１の出力電圧Ａ、第１のコア１７及
び第２のコア１８の電磁変化率、アンプ３４の増幅率、
積分器３６のコンデンサＣ１の容量が変化したとしても
その影響を全く受けることはない。

【００６０】また、時刻ｔ２において積分器３６に積分
された電圧Ｖｃはサンプリングホ−ルド回路３８に保持
され、時刻ｔ３に積分器３６に積分された電圧Ｖｒはサ
ンプリングホ−ルド回路４０に保持される。

【００６１】そして、これら電圧Ｖｃ及びＶｒはそれぞ
れＡ／Ｄ変換器４１，４２を介してデジタルデ−タに変
換されてコントロ−ラ３２に取り込まれる。そして、コ
ントロ−ラ３２内で『Ｋｃ＝（Ｓ／Ｒｒ）＊（Ｖｃ／Ｖ
ｒ）』としてその時点で通路１５にある海水の電気伝導
度Ｋｃを算出するようにしている。

【００６２】つまり、コントロ−ラ３２では時刻ｔ１〜
ｔ３が経過する毎、つまり４０msec毎に電気伝導度Ｋｃ
を算出している。このようにして算出された電気伝導度
Ｋｃのデ−タはＰ／Ｓ変換器４３でシリアルデ−タに変
換されて後、送信回路４４からワイヤ１４を介して測量
船Ｓのパ−ソナルコンピュ−タに送信される。

【００６３】このような電気伝導度Ｋｃのデ−タの送信
はプロ−ブ１１が海中を自然落下して、最終的にワイヤ
１４が延び切って、ワイヤ１４がプロ−ブ１１の重さで
切断されるまで行われる。

【００６４】そして、４０msec毎の電気伝導度Ｋｃデ−
タを受信した測量船Ｓのパ−ソナルコンピュ−タは自然
落下によるプロ−ブ１１の水深を１／２ｇｔ² から算出
するようにし、プロ−ブ１１を投下した時刻から４０ms
ec毎の水深に対する電気伝導度Ｋｃを測定するようにし
ている。

【００６５】以上のべたように、電磁誘導現象を利用し
て海水の電気伝導度を測定するようにしたので、第１及
び第２のコア１７，１８をエポキシ樹脂で封入しておい
ても測定上何ら影響を及ぼすことはない。

【００６６】さらに、海水に接触する部分は熱膨脹率の
極めて少ない硼硅酸ガラス２２とエポキシ樹脂２０であ
り、いずれも電気化学的に安定な素材であるので、海水
中で長期間使用しても電蝕その他の恐れは全くない。

【００６７】また、通路１５の内周面には硼硅酸ガラス
２２を装着させることにより、水圧や水温が変化しても
の通路１５の内径を一定に保つことができる。このこと
により、測定した電気伝導度の確度を向上させることが
できる。

【００６８】また、従来用いられていた電極式の電気伝
導度の測定装置では、電極が海水になじむまでは、電気
伝導度の測定誤差が発生していたが、本願のものでは、
第１及び第２のコイル１７，１８は海水とは非接触であ
るため、従来のなじみによる測定誤差の発生をなくすこ
とができる。

【００６９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、被
検液の電気伝導度を測定を温度補償をすることがなく、
電極式のような電極面のなじみによる測定の立ち遅れを
防止し、精度良い電気伝導度を測定することができる電
気伝導度測定回路及び電気伝導度測定用プロ−ブを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるプロ−ブの断面図。

【図２】同プロ−ブの要部を示す断面図。

【図３】同プロ−ブの外観を示す斜視図。

【図４】同プロ−ブを投下して電気伝導度を測定する方
法を説明するための図。

【図５】プロ−ブの先端部に設けられた第１及び第２の
コアを示す図。

【図６】同ブロ−ブに搭載された電気伝導度測定回路を
示す図。

【図７】動作を説明するためのタイミングチャ−ト。

【図８】同タイミングチャ−トの要部を示す図。

【符号の説明】 １１…プロ−ブ、１５…通路、２１ｃ…硼硅酸ガラス、
１７…第１のコア、１８…第２のコア、３１…発振器、
３２…コントロ−ラ、３３…電線、３６…積分器、３
８，４０…サンプリングホ−ルド回路、３７，３９…バ
ッファ。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気伝導度を測定する被検出流体に磁束
   回路が閉ル−プを構成するように配設された第１及び第
   ２のコアと、 上記第１のコアに巻かれた第１のコイルにパルス電圧を
   供給する発振器と、 上記第２のコアに巻かれた第２のコイルに誘起される電
   圧を位相検波する位相検波回路と、 上記第１のコア及び第２のコアに互いに逆方向に巻かれ
   た第３及び第４のコイルを備え、この第３及び第４のコ
   イル、基準抵抗Ｒｒ、スイッチ手段により構成される閉
   回路と、 上記位相検波回路の出力を積分する積分回路と、 この積分回路の出力信号をそれぞれサンプルホ−ルドす
   る第１及び第２のサイプルホ−ルド回路と、 上記スイッチ手段を所定周期でオフからオンに切り替え
   動作させ、このスイッチ手段のオフ期間に上記第２のコ
   イルに誘起される電圧を、上記パルス電圧の立ち下がり
   に同期した位相で検波し、その電圧を上記積分回路で積
   分し、このオフ期間が終了するまでに上記積分器に積分
   された電圧をＶｃとして上記第１のサンプルホ−ルド回
   路に保持させ、上記スイッチ手段のオン期間に上記第２
   のコイルに上記第２のコイルに誘起される電圧を、上記
   パルス電圧の立ち下がりに同期した位相検波し、その電
   圧を上記オフ期間から累積して上記積分回路で積分し、
   このオン期間が終了するまでに上記積分器に積分された
   電圧をＶｒとして上記第２のサンプルホ−ルド回路に保
   持させ、上記被検出流体の電気伝導度Ｋｃを Ｋｃ＝（Ｓ／Ｒｒ）・（Ｖｃ／Ｖｒ） （ただし、Ｓはセルの形状で決まるセル定数とする）と
   して算出する制御手段とを具備したことを特徴とする電
   気伝導度測定回路。
2. 【請求項２】 電気伝導度を測定する被検出流体に磁束
   回路が閉ル−プを構成するように第１及び第２のコアを
   配設すると共に、上記第１のコア及び第２のコアに互い
   に逆方向に巻かれたコイルをそれぞれ設け、これらコイ
   ルと、基準抵抗Ｒｒ、スイッチ手段により閉回路してお
   き、このスイッチ出力を周期的にオン・オフさせ、周期
   的に上記基準抵抗Ｒｒを閉回路に組み込み、この基準抵
   抗Ｒｒを組み込んだ状態と組み込まない状態とで上記第
   ２のコアに巻かれたコイルに誘起される電圧に基づいて
   上記被検出流体の電気伝導度を演算するようにしたこと
   を特徴とする電気伝導度測定回路。
3. 【請求項３】 上記電気伝導度測定回路をプロ−ブの下
   降側先端部に内蔵させ、この先端部に設けられた被検出
   流体導入用通路を中心に上記第１のコア及び第２のコア
   を軸方向に離間させて配置させたことを特徴とする請求
   項１あるいは請求項２記載の電気伝導度測定用プロ−
   ブ。