JPH11502306A - 海水域を特徴づける測定変量の垂直プロフィールを作る方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 適宜のセンサを設けた水より軽いプローブがバラストによって海底まで落下され（ｄ）、海面に到達する前にプローブが通る海水の縦段における変量の測定を記録する（ｆ）ためにプローブの上昇及びセンサの起動が制御され（ｅ）、そして得られた測定が測定処理センタへ伝送される（ｇ）ようにした方法。複数のプローブを海底に落下させそして所定の順序でプローブを上昇させることにより、プロフィールの年代縦列が所望の位置で作られる。複数のベースを多数の位置に落下させることにより、海水域を監視するシステムが得られる。この方法は、測定変量が異なる深さでの海水の導電率及び温度であるプロフィールの製作に特に適する。

Description

【発明の詳細な説明】 海水域を特徴づける測定変量の垂直プロフィールを作る方法及び装置 発明の説明 発明の技術分野 本発明は、海水域を特徴づける測定変量の垂直プロフィールを作る方法及び装 置、より詳細には、前記変量に応答する測定センサを設けた水より軽いプローブ を用いるこの種の方法及びこの種の装置に関する。 発明の背景 海水の層の構成、動き、化学的及び生物学的組成の観察は基本的知識を目的と して１９世紀に始まり、観察の必要性は０〜１０００ｍの水深での潜水艦戦の拡 大の結果として第二次世界大戦中及びその終期に大きく加速し、ここ２０年の間 で、地球環境の悪化（“温室効果”、気候の変化、公害・・・）並びに大気との 気候及び化学交換における海洋の重要な役割の証明が、質的（コンピュータの“ 動作”観察により容易に修得される結果の提供）にも、量的（観察の地理的分配 、時期、密度、深さ）にも、海洋の観察のための新たな要求を生んでいる。地球 の国の政府は、特に国連の保護のもとで１９９２年に開催されたＲＩＯ世界環境 会議中にこの問題に興味を示しており、世界的海洋観察システム（ＧＯＯＳ）を 創設するために研究結果をプールし各国の力を調和させることを決定した。最後 に、一方において衛星による海洋観察の大きな進歩（地球のすべての海の永続的 な高度分析観察）、また他方において流体の動きをモデル化するディジタル技術 の発達は、海洋の動きを描写し予測する問題を処理するための新たな道具を作り 出した。しかしながら、衛星観察技術はそれだけでは問題のすべての局面を取扱 うには不十分であり、その本質が海面層の観察に制限されていることにより、深 海層の変量特性の測定に近づいておらず、最近の研究はエネルギー及び物質の交 換並びに植物相及び動物相の生成のためにこれら層、特に海流の重要性を証明し ており、世界的観察システムは主要なセグメントなしでは行うことができない。 既存の方法及び装置を再検討し、新たな必要性を満たすように能力を評価する多 大な 努力がなされている（例えば、タイトル：“Global Ocean Systems Dynamics，G lobtec Report n°３：Sampling and Observational Systems，”Ed．Ms．Amy F reise，Executive Secretary，GLOBTEC INTERNATIONAL，Chesapeake Biological Laboratory，Post Office Box 38，Solomons，Maryland，20688 USA：のもとで ＵＮＥＳＣＯ（パリ，１９９３年３月３０日〜４月２日）の要求で準備された国 際専門家グループのリポートを参照）。既存の方法及び装置は、以下に我々が示 しているような新たな課題にうまく適応するようにはなっていない。 海水域を特徴づける測定変量のプロフィールを作る最古の方法は、ロープの端 に吊り下げた“ボトル”を用いて多数の別個の深さでサンプルを取り、これらを 研究所で順次分析することである（これは所謂“水文学的”方法である）。この 方法は、多種の変量、特に化学的及び生物学的変量の極めて正確な測定を可能に するという利点を有する。この理由のため、科学的知識を得ることを目的として いる場合には、この方法は定期的に使用され続けている。他方、上述した要求に 関しては、この方法は次のような欠点を有する。（ａ）そのコストが非常に高い （この方法は、長いサンプリング時間の間停泊し複雑な設備を与えられた専用船 によってのみ採用でき、専門家及び船上研究所資源の存在を必要とし、悪天候で は使用できない・・・）。（ｂ）得られたサンプルの空間的及び時間的分析が非 常に劣っている（この方法により一面に広がった海水の動きを追跡することは不 可能である）。（ｃ）結果の収集手順を自動化するため能力が殆んどなく、監視 の適用には不向きである）。 本発明の目的の一部を追及するが異なる動作原理を有して、プローブに支承さ れたセンサにより関連する変量を直接に測定するための他の方法及び装置が知ら れている。これらは、プローブがどのくらい浸漬されるかに依存する、すなわち 、（Ａ）ケーブルを船から下降させる（この場合、ケーブルは一般に測定データ を船へ伝送するための媒体として使用され、測定は船上で記録される）、（Ｂ） 船から落下することで、プローブが自身の重量で沈む（この場合、測定値は一般 にケーブルを介して実時間で船に伝送される）、（Ｃ）測深ラインに沿って係留 ブイを順次下降させ及び引上げる（この場合、データはブイにより収集され、デ ータ収集衛星へのその後の再伝送のためにブイの本体内の記録装置に伝送される ）、 そして最後に（Ｄ）制御可能な深さで漂流ブイの垂直方向動きを利用する（この 場合、測定値はブイに記録されて、音響手段により多少遅れて、あるいはブイが 浮上した時にデータ収集衛星への無線伝送により時々処理センタへの再伝送を行 う）、４つの主系統群に分類することができる。 一例として、下記の記述又は実施が引用されてよい。（Ａ）の場合、設備は、 特に移動中の船からの測深を可能にするように常に改善されている深海温度記録 計として知られている（J．G．Dusserault 及び R．A．Clarke，Bedford Instit ution of Oceanography，Canada，“A system to collect temperature and sal inity profiles from vessel underway”ＯＣＥＡＮＳ ９４会議の議事録，Ｉ− ４０２参照）。（Ｂ）の場合、所謂ＸＢＴ（深海温度測定のための拡張可能なプ ローブ）及びＸＣＴＤ（導電率、温度及び圧力の測定のための拡張可能なプロー ブ）方法及び装置で、特にこれらは米国会社の Sippican Inc．で作られ、商用 航路での機会のある商船によって度々進化されている（例えば、１９８９年８月 ８日付米国特許第４，８５４，７２８号参照）。（Ｃ）の場合、最近の情報は所 謂ＶＣＴＤ／ＹＯＹＯ監視海洋学的装置を記述している。最後に（Ｄ）の場合、 多種の装置が、特に、“ＲＡＦＯＳ”（Rossby et al.，“The RAFOS System”, Jour．of Atmos．and Ocean．Tech.，vol．３，Ｎ°４，１９８６年１２月参照 ）、“ＭＡＲＶＯＲ”（M．Ollitrault et．al.，“MARVOR，a multi−cycle RA FOS Float”in Sea Technology，１９９４年１２月参照）、そして最後に“Auto nomous Oceanographic Profiler”（特許第ＷＯ９３／１７３３４号、名称“Aut onomous oceanographic profiler”，K．McCOY，及び同一創作者の記事“The au tonomous profiling vehicle”ＯＣＥＡＮＳ ９４会議の議事録，Ｉ−４１９で 引用されている。 上述した海洋研究及び動作観察の今日及び将来の必要性に関し、記述した方法 の各々は特定の利点によっても制限によっても特徴づけられている。いずれも、 最も重要な新たな要求、すなわち、衛星観察システムを補足しながら時間及び空 間の異なるスケールの大型の海洋観察システムの構成と所望の地理的位置で海洋 の状態の歴史的発展の観察とに応答していない。多くの創作者は観察の年代縦列 のデータベースの欠乏に気付いており（例えば、“Decade−to−Century change s in the Ocean Circulation”，Carl WUNSCH，“Oceanography”，vol．５，ｎ °２，１９９２年１２月，pp．９９−１０６参照）、この欠乏は、要求された観 察の型式を作るためには方法及び装置が不備であることに反映している。特に制 御された深さでフロートを漂流させる最近の開発は、ここ２０年の間に深海流の 存在及び強さを証明している。しかしながら、これらは、海流をモデル化し又は 所望の位置での観察の年代縦列を作るための要求を満たすオイラー観察システム を構成することができない。 型式（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の方法は次のような制限を有する。これらの方 法が専用船で採用される場合には、運転コストが高い。他方、これらの方法が臨 時船で採用される場合には、サンプリングの実現性は空間（深さを含む）的にも 時間的にも制限される（特許第ＷＯ９３／１７３３４号参照）。 型式（Ｄ）の方法は第１の制限を有する。海水域を追跡するトレーサとして用 いると、制御された深さの漂流フロートは海水域のほんの一部の変位に関する情 報を供給するが、その周囲の変位についての情報を与えることはない（また、こ れらが供給する情報の種類は、ディジタルモデル化による処理には殆んど関与し ない）。 上述したすべてのシステムは、測深位置の地理的位置と年代学の両方に関して 、サンプリング策の選択について実験者に非常に強い束縛を課するという欠点を 有する。これらの様相は現在のモデルを作るのに重要であり、現在の方法では、 コスト上の理由のため、あるいは使用する手順の理論のため、実験者は、モデル の最適化にしばしば関係しない地理的位置に配置されたモデルの進入点で満足し なければならず、従って、例えば航路から遠い或る海峡のような、特に実験にと って重要である或る重大な領域の範囲が現在の方法では満たされていない。 現在のシステムはいずれも、海水域の情況の概略的“展望”、例えば潮流又は 季節のような周期的現象に対して“位相を現わす”観察の巨大な地理的領域又は 縦列にわたって同時に得られる連続した水平部分を提供するように、異なる観察 位置での同時又は調和したサンプリングを可能にするものではない。しかしなが ら、この本質は現在のモデルにより生まれた予測の解明及び最適なモデル化にと って重要である。 現在のサンプリング方法の他の制限は、異なる源からの異なる種類の機器を採 用する複数の源を用い、これらを集め、これらを組合わせなければならず、これ ら種々の源の組合せの結果がこれらの較正及び相互較正の手順及び機知を実験者 に強いることである。このことは、或る機器の較正手順が手動である場合には更 に重大となる。 他の制限は漂流又は係留ブイを用いる方法に関する。或るセンサ、特に長期間 定位値に保たれていなければならない電気センサ（例えば海水の導電率を測定す る電極をもつセンサ）又は光学センサ（例えば生化学的測定のためのセンサ）は 、環境による攻撃に対して保護され且つ時々再較正されなければならず、これら センサの使用を困難にしている。 他の制限は（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｄ）型式のシステムに関し、観察処理センタ への伝送時間遅れの長さ（船からの観察では数週間から数カ月、プログラム化し た浸漬フロートでは数カ月）に係る。更に、（Ａ）及び（Ｂ）の場合では、これ らの時間遅れは支援船航行スケジュールの害（臨時船又は専用船のスケジュール の変更、海洋状態、故障又は技術的問題等）を与える。この制限は、ａ／コスト 、班の効率及びデータを処理し循環する供給源に関し、またｂ／動作システムの 場合に測定の質的制御に関して非常に有害な結果を有する。期間の長い科学実験 の場合には、この制限は研究者の仕事のリズムに対して重い罰を課することとな る。最後に、これらの時間遅れは観察される或る現象に比べ無視できないもので あり、従って大きい誤差源となることがわかっている。 他の制限は主に上記型式（Ａ）及び（Ｂ）の方法に関する。機器の配置、デー タの収集及びデータの処理センタへの伝送は、手動介入及び多伝送供給源を伴う 。データ収集及び伝送手順が完全に体系化している場合でさえも、センタの動作 信頼性全体を危うくし得る動作の源がある。更に、測深の数が増えるにつれて、 スケールの十分な経済性を得ることは期待できない。種々の信頼性ある性質に関 する生の及び又は処理した結果を分配するサービスを使用者に提供するとともに 、或る使用者に対し分類した“製品”の秘密アクセスを保証することが、一層必 要である。 他の制限は上記型式（Ｃ）及び（Ｄ）の方法に関する。数１０Ｋｇとなり得る 採用されたブイは、その表面嵩のため船積みに害を及ぼす。 本発明の目的は、上述した欠点あるいは制限を有しておらず、且つ、関連する 空間と時間上の分野に適した寸法の観察システムを構成する実現性を含み、デー タ収集プログラムの生成から最終的な結果の循環までの情報収集処理のすべての 工程を仲介なしで直接に制御するための供給源をシステム操作者に与えることが できる多種の利点を有する、海水域を特徴づける測定変量の垂直プロフィールを 作る方法を提供することにある。 本発明のこの目的及び下記説明から明らかとなる他の目的は、測定変量を測定 するセンサを装備した少なくとも１つの水より軽いプローブを用いて海水域を特 徴づける少なくとも１つの測定変量の垂直プロフィールを作る方法において、（ ａ）前記プローブがバラストによって海底まで落下され、（ｂ）海水域の表面に 到達する前にプローブが通る海水の縦段に沿って前記変量の測定値を記録するた めにプローブの上昇及びセンサの起動が指令され、（ｃ）得られた測定値の測定 処理センタへの伝送が指令されることを特徴とする方法によって達成される。 本発明の方法の１つの好適な実施例では、複数のセンサが海底まで落下され、 各プローブの上昇が順次指令される。代りとして、複数の群のプローブが所定の 位置で海底に落下され、異なる群から少なくとも１つの複数のプローブの調和し た上昇が指令される。 本発明は、上記方法を実施するための装置において、（ａ）少なくとも１つの 変量を測定する少なくとも１つのセンサ、得られた測定値を収集し格納し伝送す る手段、及び正の浮力を与える手段を装備した少なくとも１つのプローブと、（ ｂ）海底に留まるようにバラストを積み、前記プローブを一時的に保持し所定の 時間にプローブを解放する手段を装備した基体とを包含することを特徴とする装 置を提供している。 本発明の方法の他の特徴及び利点は、下記説明を精読し添付図面を精査するこ とから明らかとなるであろう。 図１は、本発明の装置の概略軸線方向断面図である。 図２は、本発明の装置の一部であるプローブの概略軸線方向断面図である。 図３は、本発明の方法を示す概略図である。 図４は、本発明の装置の電子回路の略図である。 図５は、プローブエジェクタ機構の主要部を示す概略図である。 図６は、装置へのプローブの装置を示す部分拡大図である。 実施例の説明 本発明は、ａ）所望の地理的位置で海水の縦段を特徴づける測定変量の垂直プ ロフィールの年代系列を経済的に作り、ｂ）海水域の三次元に沿ったサンプリン グの年代系列を作ることができる現場海洋観察システムの基本的要素を構成する ことを主要目的とする方法及び装置に関しており、このシステム自体は複数の装 置を連動して使用することにより得られる。本発明の第１の適用について説明す る。これは、深さの関数として前記海水域又は縦段の“温度”及び“導電率”変 量に係る。これは、他の測定（光学特性、蛍光性、化学組成等）にも及ぶことが できる。 本発明による装置又はステーションは、ブイロープ３によりアンカー４に連結 される開放壁をもつ円筒状外形を有する網状構造の基体１と、基体１に固定され た１つ（又はそれ以上）のプローブ２と、圧力感応展開装置を備えたパラシュー ト又は船の側部から落下できるラインを受ける吊下げリング１’とを包含する（ 図１）。 基体１自体は、プローブ２の機械的保持を確保しプローブエジェクタ機構を収 容するように設計された１つ又はそれ以上のレセプタクル１１を支持するフレー ム１０を包含する。最後に、プローブ放出指令プログラマ１２、圧力センサ１３ 及びそれらのための蓄電地１４が基体１に固定されている。 各プローブ２は管状本体５を包含しており、この本体には、センサホルダ部分 ８と、アンテナ支持部分７と、円筒状整形板３１により結合されたフィン３０と 、プローブ全体に正の浮力を与えるようにする部材６とが固定され、センサホル ダ部分８は、センサ１６，１７及び電極２７を支承するとともに本体５の一端部 を閉鎖するように設計され、アンテナ支持部分７は、無線アンテナ（図示しない ）及び電極２８を支承するとともに本体５の他端部を閉鎖するように設計されて いる（図２及び６）。 本体５と端部分７及び８は、浸漬圧力に耐え且つ本体５内に収容したエレクト ロニクスを大気圧に維持するように寸法づけられている。図４に詳細に示されて いるように、前記エレクトロニクスは、電池１８、クロック１９、クロックのプ ログラマ２０（読出し専用メモリ２１にプログラムを格納してある）、センサエ レクトロニクス２２、アナログ／ディジタル変換器２３、マイクロプロセッサ２ ４、マイクロプロセッサのデータ記憶装置２５及び無線コーダ／送信機２６を包 含する。 センサにより出された信号は、２２で形づけられサンプリングされ、２３でデ ィジタル化され、２５で記憶装置に格納される。プログラマ２０は２６を介して 多数のユニット２２を選択的に起動する。マイクロプロセッサ２４はデータの収 集、処理、記憶装置への格納及びコーティングを制御する。 ダウンロード入力２９は、プローブ２を基体１に取付ける前に各種データをエ レクトロニクスへロードするのに用いられる。電子回路の接地は本体５の導電性 中央部分４０に接続され、この本体５はフィン３０と整形板３１に取付けられて いる。これは、一方において低酸化還元ポテンシャル（例えば亜鉛）により少な くともその表面を特徴づけられた材料を用いることによって、また他方において 周囲の媒体との大きい接触表面積を与えることによって、周囲の海水のポテンシ ャルとの良好な接続を確保する。フィン３０と整形板３１は有益的には同じ導電 性材料で作られ、本体５の金属中央部分４０に連結されている。 プローブの基体は絶縁管４２であり、この絶縁管にはセンサホルダ部分８がシ リンダ４３によって結合されている。シリンダ４３は中央部分４０とは異なる材 料で作られ、この材料は数週間海水に接触して電気分解するものである。シリン ダ４３は中央部分４０に電気的に接続されている。シリンダは、取外されるまで は絶縁管４２の支承面に当接するカプセル９によって、海洋環境から絶縁される 。シリンダはこの取外された時点から電気分解を始める。これは、最後には本体 ５の内部に水を侵入させプローブを海底に沈ませるようにプローブ２の壁の要素 を自己破壊させる簡単且つ有効な手段を提供する（図３ｈ）。 電極２７及び２８はプローブ２の放出の時間及び表面上への到達の時間をそれ ぞれ検出するのに用いられる。（例えば）温度センサ１６と導電率センサ１７は 、工場での組立完了から放出の時点までカプセル９内に収容した液体に浸漬され て いる。 海水域を特徴づける測定変量の垂直プロフィールを製作する本発明の方法の工 程は次のとおりである。 工場での製造完了時、エレクトロニクスを本体５内に封入する以前に、各プロ ーブ２が前記プローブの記憶装置２５へロードされた識別番号を割当てられる。 センサを浄化した後、各プローブの各測定システムが清浄環境内で例えば導電 率及び温度測定のための参照基準を用いながら較正され、各プローブの対応する センサ１６及び１７が基準塩度の複数の浴内に順次浸漬され、その温度が変化さ れ、較正データが収集され、記録され、測定処理及び利用センタにプローブの識 別番号と一緒に伝送される。 参照液体を満たされた密封カプセル９がセンサ１６及び１７に適用され、測定 システムの第１の較正がテスト目的のために指令され、クロック１９が電力供給 され、本体５が封入される。 キャンペーンの開始までプローブ２が作業場で基体１とは別に格納され、格納 中クロック１９は一定の間隔で測定システムの較正をトリガし、記憶装置２５内 への収集したデータの格納を指令する。 展開キャンペーンの開始の少し前に、（陸上又は船上の）作業場にステーショ ンが次の方法で準備され、すなわち、“ステーション”識別番号がプロフィール 測定収集プログラムと一緒に各プローブへダウンロードされ、このようにして準 備されたプローブ２が基体１に装着され、電力が供給され、プログラマ１２の動 作プログラムがロードされる。 実験場所に到着すると、搬送車両が、船の場合にはラインによって（図３ａ） 、又は航空機の場合にはパラシュートによって（図３ｂ）、意図する地点でステ ーションを落下するように機動し、ナビゲーション設備からの情報を用いながら 位置を記録し、この作業に先立って作業上のテストを必要とせず、従って特殊の 訓練をしていない乗員によってこの作業を行うことができる。 ライン又はパラシュートが圧力感応装置により又は船からの遠隔制御によって 海面下数メートルで解放され、アンカー４から成るバラストの重量のためステー ションが急速に沈み（図３ｃ）、基体１と正の浮力を有するプローブとをアンカ ーに取付けたステーションが海底に到達する（図３ｄ）。 海底に到達後数時間して、プログラマ１２が圧力センサ１３の電力供給、メッ センジャープローブへの測定値のロード及びこのプローブの放出を指令し、海面 に到達すると、プローブが収集した情報をデータ収集衛星を介して処理センタへ 伝送する。 海底での待ち時間の間、プログラマ１２は常時電力供給される基体１の唯一の ユニットであり、予めプログラムされた時間でプローブ２の放出を指令する。音 響レシーバ／デコーダを包含し得る装置の変形例において、プローブの放出は音 響手段によって外部から指令できる。 同様に、海底での待ち時間の間、クロック１９は常時電力供給を維持されるプ ローブの唯一のユニットである。クロックは一定の間隔での測定システムの較正 及び対応する結果の記憶装置への記録のシーケンスを指令する。 プローブ２はプログラマ１２の指令でエジェクタ機構により放出される（図３ ｅ）。エジェクタ機構は図５及び６を参照して後述する。プローブが放出される と同時に、この機構の動きがカプセル９をプローブの本体から分離する。これは センサ１６及び１７と電極２７を周囲媒体に接触せしめ、プローブ本体の導電部 分と電極２７との間で媒体との電気回路を完成して信号を発生し、この信号は電 子回路（図示しない）により検出され、それから時間及び日付を定められ、記憶 装置に格納される。放出はまた電極２８への電圧の印加及びプローブの本体５の 導電部分と周囲媒体との間でこの媒体を通る電流の確立を指令する。 それから、アルキメデスの上向きスラストの作用のため、プローブが略一定の 速度で上昇し始める。この上昇中、クロック１９が測定、収集、ディジタル化及 びデータ記憶装置２５へのデータの記録の一連のシーケンスを指令する。 シーケンスの入力順はキャンペーンの準備作業中にロードしたプログラムの入 力順である。 海面に到達すると、電極２８と本体５の導電部分との間で確立されていた電気 回路が中断され、放出に関して用いられた方法と同じ方法を用いながら、この結 果が検出され、時間及び日付を定められ、記憶装置に格納され、これにより海面 の到達時間を記録する。 過大な伝送時間を伴って、大量の情報をデータ収集衛星に伝送しようとする場 合、例えば記録データは圧縮され、それから海面の到達検出が対応する処理の初 期化を指令する。 この動作が終わると直ちに、マイクロプロセッサ２４が無線コーダ／送信機２ ６による一連の伝送シーケンスの開始を許し、この一連のシーケンスの入力順が 採用されたスペースデータ収集システムの特性に依存し、電池１８がなくなった 時点で且つできれば次のプローブの基体１からの放出の前に一連のシーケンスが 中断され（この用心の目的は同じ領域での伝送の急増を制限するとともにプロー ブ識別メッセージの数を減らすことである）、数秒の最大持続期間を有する各シ ーケンスは一定の時間間隔でプローブのエレクトロニクスにより指令されるが、 電極２８と本体５の導電部分との間の回路が閉成したままである場合及びその間 は、シーケンスの開始が遅延でき、この時にはアンテナ支持部分７が多分一時的 に海水中にあり、無線コーダ／送信機２６は、製造業者に勧められた方法を用い ながら、圧縮データをデータ収集衛星に伝送するのに必要な時間だけ電力供給さ れる。複数の伝送シーケンスは、衛星が伝送されるメッセージの全内容を適正レ ベルの確率で受けることを保障するのに必要である。通常動作において、衛星シ ステムの操作者は伝送位置データを提供することを要求されないが、特にＡＲＧ ＯＳシステムではこのことが可能である。 衛星により収集された測定は処理センタに伝送され、この処理センタは次の動 作を順次行う。（ａ）時間の関数としての深さプロフィールの出力Ｄ＝ｆ（ｔ） 各測深プロフィールを正確に再構成するために、処理センタはそれを高めるた めのデータ、得られた結果の正確さ及び値に対する信頼度を割り当てるためのデ ータ、又は海面災害を検出するためのデータを保持する。このデータは放出及び 海面の到達の時間、センサ１３により測定されるようなプラットホームの深さで の圧力、流体力学的測定で得られるプローブの周知の上昇速度を包含する。Ｄ＝ ｆ（ｔ）のための最も推定されるプロフィールは、上昇速度を積分し、得られた 結果を調整して放出時及び海面の到達時の測定限界での値を与えることによって 得られる。この積分において多種の修正因数を与えることが重要であり、主たる 因数は、プローブの材料の圧縮性のためプローブで置換される海水の重量の変化 、周囲媒体の密度の変化、はかりの公差及びプローブのＣｘである。（ｂ）深さの関数としての測定変量プロフィールの出力 測定変量Ｇと深さＤとの比較式Ｇ＝ｆ（Ｄ）は、記録から推定した比較式Ｇ＝ ｆ（ｔ）及び前記方法により得た比較式Ｄ＝ｆ（ｔ）を用いながら処理センタで 定められる。時間ｔは、測定の正確さ及び安全性にとって明らかに有利である同 じクロックによって定められる。 処理センタは、使用者の要求に従って、得られた結果を分類し、循環し、格納 する。処理結果から発生した製品を使用者に提供することもできる。生データの 提示及び性質と、プロフィールの取得を処理センタでのデータの到達から区別す る短い遅延は、動作適正をもつ自動動作に特に適している。 前述の説明は公海での適用に関する。本発明の方法及び装置を、夏期には氷で 覆われておらず且つ冬期には叢氷の漂流している極洋で使用することも可能であ る。この種の適用においては、 観測基体が本発明の方法を用いながら夏期の間に海水につけられ、 プログラマ１２へロードされた命令が、本発明の方法を用いながら、実験者に より選択された時点で、その後１２カ月の間にわたって垂直プロフィールの製作 を指令し、 プローブプログラマ２０へロードされた命令が、本発明の方法に従ってプロフ ィール測定収集、処理及び記憶装置へのデータの格納を実行し、所望の日付（例 えば、関係するステーションの浸漬の後に続く夏期の途中）まで無線コーダ／送 信機２６を電力供給する指令を禁止する。 従って、この適用では、年間の必要な時点でステーションを浸漬させたり、実 時間で結果を回復させることは不可能である。しかしながら、この方法は不十分 ではあるが実験者の大部分の要求を満たしている。 氷ができるにつれてプローブが氷によって破壊されるのを防止するようにプロ ーブを構成することに注意が払われている。前記プローブの構造に用いられる材 料が、発生される圧力に耐えることができない場合には、プローブは閉セル弾性 フォームの厚い外皮２′を被覆される。 本発明の第１の適用は、深さの関数として海水の縦段に対する温度及び導電率 プロフィールの年代系列を得ることに関する。温度は白金プローブ温度センサ１ ６を用いながら直接に測定される。導電率センサ１７は電子回路内の４つの電極 の組である。測定原理は幾人かの創作者によって記載されている（例えば米国特 許第３，９３９，４０８号参照）。この型式のセンサは攻撃的な環境に特に感応 し易い。カプセル９により提供される保護はこの問題を完全に排除している。本 発明により提供された、センサを定期的に較正且つ相互に較正できることは、導 電率測定システムの動作特性の変化を検出するのに特に適している。 深さの関数として海水の温度及び導電率を知ることで、塩度プロフィールが決 照）。 海水域及び縦段の温度及び塩度プロフィールの年代系列を得るための適用は、 海洋学的測深の分野においては（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）で上述したシステムを 少なくとも部分的に置換することができ、特に、これらは、異なる空間スケール で海流を監視するためのシステムの基本的要素を構成すべきである。他の適用は 、海水の縦列の組成の進展をたどるために、係留ブイをもつ固定ステーションに 置換することにより、又は代りとして測深を専用船で定期的に実施することによ り、又は最終的に船で水文学的サンプリングを続けることにより、所望の地理的 位置で測定の年代系列を作ることである。 本発明は新規の技術を用いるのではなく、反対に、実証された技術的解決方法 の組合せで見出されている。 追及した目的（測定される変量の性質、測定の正確さ、適正動作の確率、有効 寿命、ユニットコスト）に依存して、プローブの選択された形態及び材料を大き く変えることができる。例えば、温度を±０．００５℃、導電率を測定範囲の± ０．２５％、深さを最大浸漬２０００ｍで±１５ｍ、有効寿命を３年そして適正 動作の確率を９０％とした精度目標を有する温度及び導電率を測定する場合にお いて、プローブは、例えば部分的に巻きガラス繊維（４１）及び部分的に鋼被覆 で補強した亜鉛合金（４０）を接着結合して作った内径２５ｍｍの本体５内に配 置されている消費者等級エレクトロニクスと、ニチウム−イオウ電池と、浮力材 料としてプラスチック材料エンベロープ内に収容された軽油（比重０．７）と、 アンテナ支持部分７に設置したヘリカルアンテナと、センサホルダ部分８の２つ の側面上に直径方向に対向した対で同心的に露出した電極をもつ導電率センサ１ ７と、Ｐｔ１００プローブ温度センサ１６とを用いて構成することができる。 図５及び６は、一例として、海洋環境における長い有効寿命及び低コストとい う本発明の要求を有益的に満たす本発明のエジェクタ機構の１つの可能な実施例 を概略的に示しており、放出が指令される以前では、プローブ２はその３つのフ ィン３０をレセプタクル１１の環状室４５上に休止している。３６で枢支された 剛性アーム３５は、ケーブル３７によってプローブ２を保持する位置に引張られ 、このケーブル３７は、電位の印加時に海水中で急速に電気分解するワイヤ３８ （例えばマグネシウムワイヤ）によって、基体１の中央管１″に取付けられてい る。４６で枢支されたレバー３９は、ケーブル４７により一端部をアーム３５に 、またプローブ２をレセプタクル１１に装着した際に取付けられるタイ４９によ り他端部をカプセル９のアイ４８に連結されている。最後に、バンジーコード４ ４が、アーム３５を引込めてこのアームを基体１の中央管に沿って位置させるよ うに引張力を与えられている。機構は次のように作動する。電位の印加の少し後 にタイ３８が破壊し、バンジーコード４４がアーム３５を引込め、ケーブル４７ 及びレバー３９を介してカプセル９がプローブ本体５から取外され、カプセルの 解放がアーム３５を完全に引込めてプローブを自由に上昇できるようにする。 基体１の構造は、有益的に、下降中バラストの重量により発生される荷重を受 ける中央骨組のまわりで、“ボトル”を用いる水文学的サンプリング構造の設計 と同様の設計をもつ網状設計とすることができる。 以下に、現在用いられている方法及び装置に優る本発明の方法及び装置の利点 を簡潔に記載する。（１）特に実験の目的が長期間にわたって数箇所に分配され た測定の多数回繰返した取得を必要とする動作監視である場合に、海洋学的デー タの収集のコストを低減すること、（２）測深に関する地理的位置及びスケジュ ールの選択における自由度が大きく、特に海水域の垂直及び水平“部分”により 、あるいは季節又は潮流のような周期的現象に対する“位相”観測により気象観 測 図を得られること、（３）測定条件の比較及び反復性が大きく、結果の値を条件 づける要因であること、（４）センサの保護を改善し、海洋環境による劣化のあ らゆる原因を排除すること、（５）伝送時間遅れ、コスト、収集及び処理システ ムの完全自動化により起こり得るデータの処理及び循環の問題を低減すること、 （６）海底ステーションの設置からデータの循環まで信頼性を高レベルに維持し 、所有者によるデータ収集システムの分類及び又は商業的使用を可能にし、特に データ処理の十分且つ低コストの管理及び異なる要求をもつ使用者への処理製品 の循環に具合良く適合することである。 勿論、本発明は深さの関数として海水の温度及び導電率を測定することに限定 されるものではない。本発明は、前記変量を特徴づけ且つ上述したような測深装 置に包含できる形状で作られ得るあらゆるセンサから、海洋環境の可変特性のプ ロフィールを作ることにも適用できる。直接のプロフィールの製作は、光学反射 率計を用いる海水密度、音響速度計を用いる音の速度、蛍光性の光学的測定によ るプランクトン群の分配性等について実行可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定変量を測定するセンサを装備した少なくとも１つの水より軽いプローブ （２）を用いて海水域を特徴づける少なくとも１つの測定変量の垂直プロフィー ルを作る方法において、 前記プローブ（２）がバラストによって海底まで落下され、 海水域の表面に到達する前にプローブ（２）が通る海水の縦段に沿って前記変 量の測定値を記録するためにプローブ（２）の上昇及びセンサの起動が指令され 、 得られた測定値の測定処理センタへの伝送が指令される ことを特徴とする方法。 ２ 請求項１記載の方法において、複数のセンサ（２）が海底まで落下され、各 プローブの上昇が順次指令されることを特徴とする方法。 ３ 請求項２記載の方法において、複数の群のプローブ（２）が所定の位置で海 底に落下され、異なる群から少なくとも１つの複数のプローブ（２）の調和した 上昇が指令されることを特徴とする方法。 ４ 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法において、深さの関数として 海水域を特徴づける変量の測定値プロフィールを出力するために、（ａ）プロー ブに搭載したクロック（１９）により日付及び時間を定めた時間（ｔ）での前記 変量の測定により得られたデータと、（ｂ）一方においてプローブ（２）の周知 の上昇速度から、また他方においてプローブ（２）の始動時間と海面への到達時 間及び圧力の測定から同じクロックによる時間（ｔ）の関数としてプローブの深 さを与える比較式の再構成により得られたデータとが組合わされることを特徴と する方法。 ５ 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法において、深さの関数として 前記海水域の温度及び塩度の垂直測定プロフィールを作るために、海水域を特徴 づける２つの変量が、温度及び導電率をそれぞれ測定する２つのセンサ（１６） 及び（１７）によって測定されることを特徴とする方法。 ６ 請求項５記載の方法において、 各プローブの温度及び導電率測定システムが基準の温度及び塩度の連続した浴 内にセンサ（１６）及び（１７）を浸漬することにより工場での製造完了時に較 正され、 それからセンサ（１６）及び（１７）が基準塩度を有する液体に浸漬され、プ ローブ（２）をその基体（１）から放出するまでは作業場での格納中及び海底で この状態を維持し、 測定システムが基準液体に関連して一定の間隔で自動的に較正され、この較正 の起動がプローブ（２）のクロック（１９）により指令され、 較正測定がプローブにより記録された測定の処理センタでの次の出力としてプ ローブ（２）に記録される ことを特徴とする方法。 ７ 請求項１記載の方法を実施するための装置において、 少なくとも１つの変量を測定する少なくとも１つのセンサ（１６，１７）、得 られた測定値を収集し格納し伝送する手段（１８ないし２６）、及び正の浮力を 与える手段（６）を装備した少なくとも１つのプローブ（２）と、 海底に留まるようにバラストを積み、前記プローブ（２）を一時的に保持し所 定の時間にプローブを解放する手段（３５）を装備した基体（１）と を包含することを特徴とする装置。 ８ 請求項７記載の装置において、複数のプローブ（２）が基体（１）に装着さ れていることを特徴とする装置。 ９ 請求項７又は８記載の装置において、基体（１）が、プログラミング手段（ １２）と、プローブ（２）を解放する制御手段（３８）と、前記手段に電力を供 給する電力供給源（１４）とを包含することを特徴とする装置。 10 請求項７ないし９のいずれか１項に記載の装置において、各プローブ（２） が、測定値の伝送後プローブを下降させる手段（４０，４３）を装備しているこ とを特徴とする装置。 11 請求項１０記載の装置において、前記手段（４０，４３）が、プローブ（２ ）の解放後プローブ（２）の壁要素の電気分解による漸進的破壊を確保すること を特徴とする装置。 12 請求項６記載の方法を実施するための請求項７記載の装置において、温度セ ンサ（１６）と導電率センサ（１７）が、基準液体で満たされ、プローブ（２） の本体（５）上に重ねられ且つプローブを解放する手段（３５）の起動時にプロ ーブから分離するように装着されたカプセル（９）によって保護されていること を特徴とする装置。 13 請求項５記載の方法を実施するための請求項７記載の装置において、基体（ １）が少なくとも１つの圧力センサ（１３）と、対応する測定値を測定処理セン タに伝送する手段とを支持していることを特徴とする装置。 14 請求項７ないし１３のいずれか１項に記載の装置の一部を形成するプローブ 。 15 請求項１４記載のプローブにおいて、氷に閉じ込められた時にプローブに発 揮される圧力を吸収するようになっている変形可能な材料のジャケット（２′） を包含することを特徴とするプローブ。 16 請求項７ないし１３のいずれか１項に記載の装置により供給された測定を、 海洋環境を特徴づける測定変量の垂直プロフィールの年代系列に使用する方法。