DE3307789A1 - Verfahren und vorrichtung zur anzeige einer aenderung des zerfallpunktes in einem tropfenerzeugungssystem - Google Patents

Description

Patentanwälte / O O U / / O O Dipl.-Ing- E.Eder » Dipl.-mg- K.Schieschke

8000 München 40, ElisabethsU. 34

COULTER CORPORATION
Hialeah/Florida
U.S.A.

Verfahren Und Vorrichtung zur Anzeige einer Änderung des Zerfallpunktes in einem Tropfenerzeugungssystem

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Klassieren winziger Teilchen in einer Flüssigkeit und insbesondere eine Vorrichtung, bei welcher ein aus diesen Teilchen bestehender Flüssigkeitsstrahlstrom für die Erzeugung von Wellen auf der Oberfläche des Strahlstromes und für das spätere Zerfallen des Stromes in Tropfen in Schwingungen versetzt wird, wobei diese Tropfen dann entsprechend der Teilchencharakter istika klassiert und stromabwärts gesammelt werden.

Vorrichtungen der vorgenannten Art können als zytometrische Durchflußklassiersysteme bezeichnet werden und finden in der medizinischen Forschung und im diagnostischen Bereich für Schnellanalysen von Blutzellen und anderen biologischen Zellen Anwendung. Systeme zur Zeiltrennung und -klassierung sind in den US-Patenten 4 038 556, 3 963 606, 3 710 933 und 3 380 584, in SCIENCE, Band 198, S.149-157 vom 14. Oktober 1977 sowie in den darin genannten Entgegenhaltungen beschrieben.

Das US-Patent 4 038 556 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichzeitigen optischen Messung verschiedener Charakteristika jedes Teilchens einer Gruppe kleiner Teilchen,

während die Teilchen in einer Flüssigkeit suspendiert sind.

Das US-Patent 3 963 606 beschreibt einen Teilchenseparator zur Trennung von Teilchen in einer Flüssigkeit entsprechend gewisser Charakteristika sowie eine Vorrichtung zur Einstellung einer elektrischen Verzögerung, welche der Zeit zwischen dem Austreten eines Teilchens aus einer Strahlöffnung bis zum Trennpunkt gleich sein muß.

Das US-Patent 3 710 933 beschreibt eine Vorrichtung zur automatischen Klassierung winziger, in einer Flüssigkeit suspendierter Teilchen, aufgrund bestimmter, vorgewählter Charakteristika. Das US-Patent 3 380 584 beschreibt einen Teilchenseparator, bei dem elektrische Impulse über einen akustischen Wandler die Flüssigkeit mit den darin befindlichen Teilchen in Schwingungen versetzen.

Der SICENCE-Artikel in Band 198, S.149-157 beschreibt ein Strömungscytometer. Die Fluoreszenz biologischer Zellen innerhalb eines Flüssigkeitsstromes wird am Trennpunkt mit einem Laserstrahl gemessen. Aus interessierenden Zellen bestehende Tropfen werden aus dem Flüssigkeitsstrom aussortiert.

Soweit die vorstehend genannten Druckschriften für ein vollständiges Verständnis der Techniken und Lehren der vorliegenden Erfindung notwendig sind, ist darauf im nachfolgenden Bezug genommen worden.

Ein Hauptproblem bei der Anwendung der Zellklassiersysteme, bei welchen ein Strahl Schwingungen ausgesetzt ist und in Tropfen zerfällt, ist die Feststellung,.ob eine Veränderung bei dem Zerfallpunkt eingetreten ist. Wenn sich der genaue Zeitpunkt des Zerfaliens in Relation zum Meßpunkt ändert, ist das Instrument kein Klassierer mehr für Zellen, sondern wird zu einem Klassierer für Wasser- oder Salzlösungen mit unbekanntem Zelleninhalt. Ein noch unerwünschterer Nebeneffekt ist, daß unerwünschte Teilchen klassiert werden, wenn eine

Änderung im Zerfallpunkt vorliegt. Solch eine Änderung ist oft auf Veränderungen der mechanischen Kopplungskoeffizienten zurückzuführen, wie z.B. in die Strömungskammer eintretende Luftblasen und teilweise Verstopfungen in der Austrittsöffnung für den Strahl.

Optische Beeinflussungen wie z.B. das Vorhandensein unerwünschten Lichtes, geben theoretisch die Anwendung einer leuchtenden Abtastquelle zur überwachung des Zerfallpunktes auf dem Strahlstrom wieder, während das System Daten aufnimmt oder die Zellen sortiert. Meistens wird beim Analysieren ein Monitor notwendig.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, in einem Tropfenerzeuger Veränderungen der Wellenamplituden an einem definierten Punkt auf der Oberfläche eines Strahles flüssiger Suspension vor dem Zerfallpunkt der Tropfen festzustellen und diese Veränderungen anzuzeigen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Klassierfunktion in einem Teilchenanalyse- und -klassiersystem automatisch abzuschalten, sofern eine bedeutende Änderung des Zerfallpunktes für die Tropfen eingetreten ist.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die durch eine Änderung der Wellenamplitude an einem definierten Punkt auf' der Oberfläche eines Strahlstromes erzielten Informationen für die Neuspeicherung der Amplitudenhöhe an diesem definierten Punkt zu ihrem ursprünglichen Zustand zu verwenden.

Weitere Aufgaben der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung .

Der aus winzigen Teilchen in Suspension bestehende Flüssigkeitsstrahl zur Erzeugung von Tropfen wird in Schwingung versetzt, und zwar normalerweise mit 20 bis 40 KHz, was vom Durchmesser der Stromaustrittsöffnung abhängt. Eine Frequenz

von 32 KHz wird z.B. für den Durchmesser einer Strahlaustrittsöffnung von 76/U und eine Frequenz von 40 KHz für den Durchmesser einer Strahlaustrittsöffnung von 50 - 60 ,u benötigt. Der Strahl wird durch äußere Einwirkung, z.B. durch einen schwingenden piezoelektrischen Kristall an der Austrittsöffnung des Strahlstromes in Schwingung versetzt. Diese Einwirkung kann in Form einer Welle bzw. einer stehenden Welle auf der Oberfläche des Strahls erscheinen und diese Welle wächst mit Zunahme des Stromes und bewirkt stromabwärts das Zerfallen in Tropfen. Die Strömungs- bzw. Wellenamplitude an jedem beliebigen Punkt entlang des Strahls ist eine Funktion von der Entfernung dieses Punktes von dem Tropfenzerfallpunkt, was im Bericht von Richard G. Sweet, SEL-64-OO4, März 1964 der Stanford Laboratories der Universität Stanford beschrieben ist.

Erfindungsgemäß wird die Wellenamplitude an einem definierten Punkt überwacht. Eine Veränderung der Amplitude an diesem Punkt zeigt eine Veränderung im Zerfallpunkt an. Als konzentrierte Lichtquelle im erfindungsgemäßen Überwachungssystem wird ein Laser-Strahl verwendet, wie er als Beleuchtungsquelle in den optischen Zeilklassiervorrichtungen nach den beschriebenen US-Patenten verwendet worden ist. Der Laser-Strahl trifft an einem definierten Punkt auf den Strahl und zerstreut sich so, daß er ein Lichtmufeter bildet, welches sich in der gleichen Ebene wie der Laserstrahl befindet und zum Strahl senkrecht verläuft. Wie bekannt, wird dieses zerstreute Laser-Licht durch die Oberflächenwellen auf dem Strahl moduliert. Diese Modulation ist bisher als unerwünschtes Phänomen beim Messen des durch Zellen Erstreuten Lichtes angesehen worden und wurde gewöhnlich im Instrument ausgefiltert.

Bei der Erfindung wird diese Modulation durch Anordnung einer Photodiode in der Ebene des Laserstreulichtes erfaßt. Das Ausgangssignal der Photodiode wird in eine Spannung umgewandelt, welche erstens als entweder sichtbare oder hörbare Warnung für die Bedienperson dafür verwendet werden kann, daß

eine Veränderung in dem Punkt eingetreten ist, an welchem der Strahl in Tropfen zerfällt. Zweitens kann durch diese Spannung automatisch die dem Strahl zugeführte Schwingungsintensität zur Neuspeicherung der Wellenamplitude an dem Punkt auf dem Strahl geregelt werden, bei welchem er überwacht wird und drittens kann die Vorrichtung dadurch automatisch abgeschaltet werden. Jeder dieser drei Vorgänge bzw. jede Kombination daraus kann durch die Erfindung in der Praxis angewendet werden.

Nach Wunsch kann auch eine zweite Quelle mit konzentrierten Lichtstrahlen außer einem Laser-Strahl für den Aufprall auf den Strahl bzw. für dessen Abtastung an einem Punkt verwendet werden, welcher dem Tropfenzerfallpunkt näher ist und bei dem die Wellen größer sind und daher auch das erzielte Signal größer ist. In diesem Fall sollte die Anordnung der Photodiode, welche das vom Strahl zerstreute bzw. reflektierte Licht empfängt, wohl durchdacht werden.

Ein Merkmal der Erfindung ist der Sortier-Abschaltkreis, mit einem Detektor für schnelle Änderungen, der auf ein gleichgerichtetes Ausgangssignal reagiert, dessen Pegel der prozentualen Modulation des konzentrierten Lichtstrahls (z.B. Laser-Strahls) wie er durch die Wellen auf der Oberfläche des Strahls erzeugt worden ist, proportional ist. Der Detektor steuert ein Relais_; durch das die Klassierfunktion des Teilchenanalysators abgeschaltet wird, sobald eine signifikante Änderung der Welienamplitude auf dem Strahl auftritt. Dieser Stromkreis weist eine Rücksetzvorrichtung für die Bedienperson sowie eine Alarmvorrichtung auf, welche auf Wunsch die Art der Veränderung basierend auf der Polarität des Ausgangssignals vom Detektor für schnelle Veränderungen anzeigt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein automatischer Verstärkungsregelkreis (AGC) für die Variation der Intensität der durch das piezoelektrische Kristall auf den Strahl übertragenen Schwingungen für langsame Veränderungen der Modulationsamplitude.

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Das vorgenannte gleichgerichtete Ausgangssignal dient als Steuerspannung für den AGC-Kreis. Dieser Kreis regelt die Stromspeisung des piezoelektrischen Kristalls. Daraus ergeben sich feine Amplitudenkorrekturen auf der Oberfläche des Strahls. Eine Abschalt-Steuerung für das AGC-System ermöglicht die Anfangseinstellung des Zerfallpunktes.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein elektrisches Blockschaltbild eines

Teilchenanalysators und -klassierers nach der Erfindung;

Fig. 2 - eine elektrische Schaltung des Detektors

für schnelle Veränderungen, das Abschaltrelais und die Alarmschaltpngen des Blockschaltbildes nach Fig. 1;

Fig. 3 eine elektrische Schaltung des Umwandlungskreises für das von der Photodiode erzeugte Signal in einen Gleichstrom, welcher der Modulation des Lichtstrahls durch die Oberflächenwellen auf dem Strahlstrom proportional ist und

Fig. 4 bis 8 im Detail die elektrische Schaltung des

Blockschaltbildes nach Fig. 3.

Gleiche Teile sind in den Zeichnungen durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet.

Das Blockschaltbild nach Fig. 1 ist durch eine gestrichelte Linie 10 in zwei Teile aufgeteilt. Die Teile des Systems links der gestrichelten Linie werden normalerweise im bekannten Teilchenanalyse- und -klassiersystem verwendet, das manchmal als

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cytometrisches Durchflußklassiersystem bezeichnet wird. Ein derartiges Sortiersystem findet sich in den TPS und EPICS-Serien von durch Coulter Electronics, Inc., Hialeah/Florida hergestellten Instrumenten. Es sind nur die Teile des Teilchenanalyse- und -klassiersystems dargestellt, welche zur Erklärung der Arbeitsweise der Erfindung notwendig sind.

Die Systemteile rechts der gestrichelten Linie 10 stellen Teile der Erfindung dar, welche dem bekannten Teilchenanalyse- und -klassiersystem zur Erzielung des erfindungsgemäßen Gegenstandes hinzugefügt worden sind. Festzustellen ist, daß der automatische Verstärkungsregler (AGC) und das Abschaltrelais der Erfindung an zwei Stellen in die normalen Signalpfade des Teilchenanalyse- und -klassiersystems eingebaut ist, was noch genauer beschrieben wird.

Nachstehend nun die Beschreibung des bekannten Systems links der gestrichelten Linie 10.

Das System der herkömmlichen Art umfaßt eine Strömungskammer 12, in die eine Salzlösung unter Druck normalerweise 13 psig. einströmt und durch eine kleine öffnung 14, deren Durchmesser in Abhängigkeit von der Anwendung des Systems von 50 bis 200,u reichen kann, zur Bildung eines flüssigen Strahls 16 austritt. Das Probenmaterial, eine Suspension aus winzigen Teilchen, wie z.B. Blutzellen oder andere biologische Zellen, wird über eine Röhre 18 in die Strömungskammer 12 eingeführt.

und

Unterhalb der Austrittsöffnung 14 und oberhalb vor dem Zerfallpunkt wird der Strahl 16 über eine Licht- oder Strahlquelle 20 (gewöhnlich in Form eines Laser-Strahls) abgetastet und die Reaktion des winzigen Teilchens der Probe auf diese Beleuchtung (gewöhnlich Streulicht und Fluoreszenz) wird durch den Sensor 22 ebenfalls an einem Punkt vor und über dem Zerfallpunkt erfaßt.

Die Strömungskammer 12 ist an einem piezoelektrischen Kristall 24 angeordnet. Sie wird von diesem getragen und mit hoher Frequenz in Schwingungen versetzt. Die exakte Frequenz, mit der

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die Kammer 12 schwingt, hängt vom gewählten Durchmesser der Austrittsöffnung 14 ab und liegt gewöhnlich zwischen 20 - 40 KHz.

Die Schwingungen üben geringe Einwirkungen meist in Form von Wellen auf die Oberfläche des Strahls 16 aus und werden aufgrund bekannter Effekte der Oberflächenspannung größer und schnüren den Strahl an einem Zerfallpunkt 26 so ab, daß dieser in genau definierte Tropfen 28 zerfällt. Die exakte Entfernung zwischen der zur Öffnung 14 gehörenden Düse und dem Zerfallpunkt 26 ist umgekehrt proportional der Schwingungsamplitude. Die Größe der Störung ist proportional der Amplitude der dem Kristall 24 zugeführten Signalspannung, wenn der mechanische Kopplungskoeffizient des Systems konstant bleibt.

Leider gibt es mehrere Faktoren, die Änderungen der mechanischen Kopplungskoeffizienten bewirken können. Diese Faktoren sind nur sehr schwer zu beseitigen. So können z.B. Luftblasen in die Strömungskammer 12 eintreten, die entweder eine Probe oder Salzlösung enthält, oder können Verstopfungen der Öffnung 14 aufgrund von Abfallstücken, wie z.B. abgebrochene Zellenteile oder Fett auftreten.

Der Piezo-Kristall wird über einen Leistungsverstärker 30 gespeist, welcher normalerweise seine Signale von einem Frequenz generator 32 über ein Potentiometer 34 erhält, das zur Änderung der Amplitude des dem Kristall 24 zugeführten Signals dient und das somit den normalen Zerfallpunkt 26 variiert. Das Potentiometer 34 dient zur Grobeinstellung für den Leistungsverstärker 30. Über die Leitung 36 ist normalerweise das Potentiometer 34 mit dem Leistungsverstärker 30 verbunden. Bei dem erfindungsgemäßen System ist ein Schalter 59 eingebaut, welcher bei den bekannten Systemen nicht vorhanden ist, und der nachstehend noch beschrieben wird.

An den Sensor 22 ist die Klassier-Entscheidungs-Logik 38 angeschlossen, in welcher die von den Detektoren (nicht dargestellt, jedoch Teil des Sensorsystems 22) abgegebenen Signale einem Satz von Kriterien unterworfen werden, um entscheiden zu können, ob das die Signale aussendende Teilchen erfaßt werden' soll oder nicht.

Wenn ja, muß dieser Entschluß durch den Klassierverzögerer hinausgezogen werden, während das Teilchen vom Abtastpunkt zum Zerfallpunkt wandert. Danach wird ein Klassierimpuls durch die' Schaltung 41 gebildet, verstärkt und über den Leistungsverstärker 43 dem Strahlstrom als Spannung zugeführt, und zwar genau dann, wenn die Tropfen mit dem gewünschten Teilchen vom Strahl sich abtrennen. Aufgrund dieser eingeprägten Spannung fallen die Tropfen mit einer Nettoladung ab. Der Tropfenstrom •durchläuft ein starkes konstantes elektrisches Feld, welches die geladenen Tropfen in horizontaler Ebene beim Abwärtsbewegen auslenkt. Die so geladenen Tropfen wandern in einer anderen Bahn als die ungeladenen Tropfen und fallen in unterschiedliche Auffangbehälter, wodurch eine physikalische Klassierung der Teilchen erfolgt. Eine typische Klassiergeschwindigkeit für diesen Vorgang liegt bei 4000 Teilchen/sec. Es wird auf die US-PS 3 3 80 584 hingewiesen, welche das Anlegen einer Spannung auf einen stromabwärtigen Abschnitt des Strahlstromes offenbart, der die zu ladenden Teilchen,die später gesammelt werden, enthält, sowie auf einen Artikel von Hulett, Bonner, Sweet und Herzenberg, CLINICAL-CHEMISTRY, Band 19, Nr. 8, 1973, in welchem das Anlegen einer Spannung auf einen stromaufwärtigen Bereich des Strahlstroms für den gleichen Zweck offenbart. Das vorgenannte System gehört zum Stand der Technik und wird hier nicht beansprucht. Die Vorrichtung ist in den vorgenannten Patenten und den darin genannten Entgegenhaltungen offenbart.

Die vorliegende Erfindung verwendet die Beziehung zwischen der Wellenamplitude auf der Oberfläche des Strahls an jedem beliebigen, definierten Punkt und dem Tropfenzerfallpunkt,

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um sicher feststellen zu können, daß eine Veränderung des Zerfallpunktes eingetreten ist. Wie vorstehend festgestellt, nimmt die Amplitude der Wellen mit Annäherung an den Zerfallpunkt zu. Eine Zunahme der Wellenamplitude an jedem gegebenen Punkt entlang des Strahls zeigt an, daß der Zerfallpunkt näher liegt, wohingegen eine Abnahme der Amplitude anzeigt, daß er weiter entfernt liegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung überwacht die Position des Zerfallpunktes und bewirkt somit eines der drei nachstehenden Resultate:

1) sie zeigt entweder mittels einer Meßvorrichtung sichtbar oder mittels eines Alarms hörbar an, daß sich der Zerfallpunkt geändert hat;

2) sie schaltet den Klassiervorgang ab und einen Alarm ein, wenn sich der Zerfallpunkt schnell geändert hat;

3) sie speichert den Zerfallpunkt automatisch und unverzüglich wieder ein, z.B. mittels einer automatischen Verstärkungsreglerschleife, und zwar für kleine und langsame Veränderungen des Zerfallpunktes.

Die Systemteile rechts der gestrichelten Linie 10 des Blockdiagramms nach Fig. 1 sind Teile der vorliegenden Erfindung, welche an die bekannte Teilchenanalyse- und -klassiervorrichtung, wie sie links der Linie 10 dargestellt ist, gekoppelt sind und umfassen eine Photodiode oder Abtastvorrichtung 44, die das durch den Strahl 16 als Resultat des Auftreffens des konzentrierten dichten Lichtstrahls 20 auf diesen Strahl zerstreute Licht erfaßt. Das zerstreute Licht hat zwei Komponenten: Eine Gleichstromkomponente, welche der Größe des Strahles 16 am Abtastpunkt 21 proportional ist, an dem der Lichtstrahl auf den Strahl 16 trifft, sowie die Leistungsstärke des .Lichtstrahles 20 (Laser).

Die Diode 44 wird in Flußrichtung betrieben, d.h. sie wird mit geringem Widerstand abgeschlossen, wodurch ein lineares optisches Leistungs-/Strom-Verhältnis erzeugt und die Wirkungen der Diodenkapazität für eine maximale elektronische Bandbreite reduziert wird. Die Photodiode 44 ist an einen Funk-

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tionsverstärker 46 gekoppelt, der als Transimpedanzverstärker arbeitet. Der Verstärker 46 wandelt den Strom von der Diode 44 linear in eine Spannung um. Die Ausgangsleistung des Transimpedanzverstärkers 46 spaltet sich in einen Wechselstromweg mit einem Wechselstromverstärker 48 und in einen Gleichstromweg mit einem Gleichstromverstärker-50 auf.

Die Bahn für Wechselstrom enthält die für die Anwendung der Erfindung verwendete Grundinformation, nämlich die Wellenamplitude auf dem Strahlstrom. Da die Amplituden der Wellensignale, welche durch den Photodiodendetektor'44 erzeugt worden sind, niedrig sind, wird dieses Signal durch den Verstärker 48 in erheblichem Maße verstärkt, und zwar um 10 . Um das Signal-Zstörspannungsverhältnis in der Wechselstrombahn zu verbessern, wird die Bandbreite des Verstärkers für Wechselstrom auf den Schwingungsfrequenzbereich begrenzt, welcher dem piezoelektrischen Kristall 24 zugeführt worden ist.

Da die Größe des Strahls 16 während eines Testlaufes mit Probenteilchen konstant gehalten wird und sich kaum verändert, ist die Gleichstromkomponente der Größe des Strahls 16 und der Leistung des Lasers 20 proportional. Eine Veränderung des Gleichstrompegels in der Bahn mit dem Verstärker 50. kann als Veränderung in der Leistung des Lasers angesehen werden. Das Signal durch die Gleichstrombahn regelt die Verstärkung eines spannungsgeregelten Verstärkers 52 am Ausgang der Wechselstrombahn. Dadurch kann das Signal der Wechselstrombahn auf Laserleistung genormt werden, woraufhin die Neu-Eichung der Vorrichtung jedes Mal bei Veränderung der Leistung des Lasers .20 gelöscht wird. In anderen Worten: Durch die Gleichstrombahn wird die Wirkung der Laserleistungsänderung in der Entfernungsmessung zwischen dem Abtastpunkt 21 und dem Zerfallpunkt 26 kompensiert.

Das Wechselstromsignal vom spannungsgesteuerten Verstärker 52 wird durch einen Gleichrichter 54 (vorzugsweise ein Doppel-

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weggleichrichter, um ein glatteres Gleichstroinsignal zu erhalten) gleichgerichtet und liefert so über die Leitung 56 ein Gleichstromsignal, das den Wellenamplituden auf dem Strahlstrom 16 und der Entfernung vom Abtastpunkt 21 zum Zerfallpunkt 26 proportional ist. Ein solcher Doppelweggleichrichter ist im Detail in Fig. 8 dargestellt.

Die Erfindung offenbart drei Möglichkeiten für die Anwendung der Gleichspannung auf der Leitung 56. Am einfachsten ist es, einen Modulationsmesser 58 zu speisen, der bezgl..der Position des Zerfallpunktes 26 für die Tropfen auf dem Strahl 16 eine visuelle Anzeige liefert. Bei richtiger Eichung kann eine derartige Meßvorrichtung 58 für die Einstellung des Zerfallpunktes 26 durch manuelle Einstellung des Potentiometers 34 und durch Verwendung der normalen Bahn 36 der bekannten Analyse- und Klassiervorrichtung als "Bypass" des nachstehend beschriebenen AGC-Systems verwendet werden. Die Meßvorrichtung 58 ist so angeschlossen, daß sie jederzeit betriebsbereit ist.

Die gleichgerichtete Spannung der Leitung 56 (Ausgangssignal des Verstärkers 54) kann ebenfalls als eine Regelspannung in einer automatischen Verstärkungsregelungsschleife (AGC) eingestellt werden, welche feine Korrekturen der den Kristall 24 speisenden Spannung bzw. des Leistungsverstärkers 30 liefert. Somit können feine Korrekturen an der Drift des Zerfallpunktes 26 gemacht werden, vorausgesetzt, die Regelung wird durch den Schalter 59 über die normale Signalbahn 36 übertragen, wenn der AGC-Regelkreis nach der Erfindung verwendet wird.

Der Regelkreis umfaßt ein automatisches Regelverstärkersystem 64, welches von der Spannung der Leitung 56 über die Leitung 66 gespeist wird und von der Konstruktion her der Schaltung des spannungsgesteuerten Verstärkers 52 nach Fig. 7 ähnlich ist..

Ein geeigneter zweipoliger Umschalter 59 ist über Leitungen und 3 7 angeschlossen. Der .-Schalter 59" dient der wirksamen In-aktivierung der Verstärkunc,sschleife vom System, wenn der

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Analysator und Klassierer zunächst auf. eine spezielle Tropfenverzögerung eingestellt werden soll.

Nach Einstellung der geeigneten Zeitverzögerung wird das automatische Regelungssystem 64 aktiviert bzw. eingeschaltet, um den gewünschten Zerfallpunkt zu erhalten. Vor Einschalten des Regelungssystems wird das Ausgangssignal V (Leitung 37) auf die gleiche Amplitude wie die der normalen Bahn 36 über ein Potentiometer 67 durch die Null-Anzeige-Meßvorrichtung 68 eingestellt, wonach der Schalter 59 zur übertragung der Regelung des Stromverstärkers 30 auf das Regelungssystem geschaltet wird.

Eine andere Möglichkeit der Überwachung des Zerfallpunktes 26 auf dem Strahl 16 geschieht durch ein System mit einem Detektor 70 für schnelle Veränderungen, dem die gleichgerichtete Spannung der Leitung 56 zugeführt wird. Das Signal 80 des Detektors 70 ist Null, wenn ein Gleichstromsignal zugeführt worden ist (dies ist der Fall, wenn der Zerfallpunkt 26 konstant ist) und ist ungleich Null, wenn eine "schnelle" Änderung des Tropfenzerfallpunktes gegeben ist. Die Polarität des Signals 80 des Detektors 70 zeigt an, ob der gleichgerichtete Signalpegel des Gleichrichters 54 zu- oder abgenommen hat.

Durch das Signal des Detektors 70 kann eine Alarmschaltung eingeschaltet werden, um der Bedienperson eine Veränderung des Zerfallpunktes anzuzeigen. Durch das gleiche Signal kann ebenfalls ein Relais 76 angesteuert werden, welches wiederum der automatischen Abschaltung des Klassiersystems über Leitungen 78 der Teilchenanalyse- und -klassiervorrichtung dient. Die Bediener-Rückstellvorrichtung 74 dient der manuellen Nullstellung des Abschaltmechanismus 76. Durch den Alarm 72 kann die Art der Veränderung des Zerfallpunktes aufgrund der Polarität des Signals des Detektors 70 festgestellt werden.

Fig. 2 zeigt eine elektrische Schaltung des Detektors 70, einschließlich des Relaiskreises, der Bediener-Rückstellung sowie des Alarmkreises.

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Es sind sowohl ein hörbarer Alarm 72 als auch ein sichtbarer Alarm 71 gezeigt. Die Signal-Veränderung auf der Leitung 56 wird durch den Kondensator C- in den Verstärker 70 eingekoppelt. Das Wechselstromsignal wird verstärkt und an die Leitung 80 abgegeben. Ist das Signal auf der Leitung 56 ein konstanter Gleichstromwert, so ist die Leitung 80 nahe dem Nullpotential. Die Leitung 80 ist an zwei Komparatoren 77 und 79 angeschlossen, welche in der Leitung 80 Abweichungen des Signals vom Nullpotential erfassen. Ein geringes Sicherheitsband ist für Verstärkerabweichungen vorgesehen.

Wenn sich das Signal der Leitung 80 verändert, erkennt der entsprechende Komparator diese Veränderung und schaltet. Der Schaltvorgang wird von einem Flip-Flop 81 erfaßt und gespeichert. Der Q-Ausgang des Schalters 81 sperrt die NAND-Gatter in 78, wodurch die Klassiersignale unterbrochen werden. Das Umschalten des Flip-Flops erzeugt ebenfalls sowohl den sichtbaren Alarm 71 als auch den hörbaren Alarm 72. Die Werte des Kondensators C₁ und des Widerstandes R₁ bestimmen die Änderungsgeschwindigkeit, während R₁ und R₂ die Änderungsempfindlichkeit bestimmen. '.

Fig. 4 zeigt die Schaltung des Transimpedanz-Vorverstärkers 46 nach Fig. 2 und 3.

Fig. 5 zeigt die Schaltung des Wechselstromverstärkers 48 nach Fig. 2 und 3.

Fig. 6 zeigt die Schaltung des Gleichstromverstärkers 50 nach Fig. 2 und 3.

Fig. 7 zeigt die Schaltung des spannungsgesteuerten Verstärkers 52 nach Fig. 2 und 3.

Fig. 8 zeigt die Schaltung des Doppelweggleichrichters 58 nach Fig. 2 und 3.

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Die Werte der Bauteile sowie die Bauteile selbst nach Fig. 2 und 8 dienen nur der Darstellung und können durch entsprechende Teile und Schaltungen zur Erzielung der gewünschten Resultate ersetzt werden.

Änderungen des erfindungsgemäßen Systems sind ohne Abweichung vom Umfang der Erfindung möglich. Da z.B. die Wechselstrombahn 48 die Grundinformationen für die Wellenamplituden auf dem Strahlstrom beinhaltet, braucht die Gleichstrombahn 50 nicht in vereinfachter Form nach der erfindungsgemäßen Ausführungsform angewendet zu werden.

Patentanwälte

Dipl.- IngZt. Eder

Dipl.-Ing. m/pjchieschke

8000 Münciie//a(/€lisabethstr. 34

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Claims (15)

1. Patentanwälte

   Dipl.-mg- E. Eder DlpL-lng. K-Schleschlce

   8CDQ München 40, Elisabeths*. 34

   COULTER CORPORATION
   Hialeah/Florida
   U.S.A.

   Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige einer Änderung des Zerfallpunktes in einem Tropfenerzeugungssystem

   Patentansprüche :

   ./Verfahren für ein Tropfenerzeugungssystem, bei dem ein Flüssigkeitsstrahl erzeugt wird und auf diesen Schwingungen ausgeübt werden, damit auf der Oberfläche des . Strahls Wellen gebildet werden und danach der Strahl in Tropfen zerfallen kann, welche stromabwärts gesammelt werden, wobei die Wellen auf der Oberfläche des Strahls an einem Punkt auf dem Strahl abgetastet werden, welcher vor dem Zerfallpunkt des Strahls in Tropfen liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen als eine Funktion der Wellen an dem Abtastpunkt des Strahls geregelt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastpunkt des Strahls definiert ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Abtasten des Strahls mittels eines konzentrierten Strahlenbündels an einem definierten Punkt auf dem Strahl vor dem Zerfallpunkt des Stromes in Tropfen, wobei beim Abtasten ein Gleichstromsignal abgegeben wird, welches der Wellenamplitude an dem definierten Strahlpunkt proportional ist, und wobei die Regelung der Schwingungen durch Regelung der Intensität der Schwingungen durch das Gleichstromsignal als Reaktion auf eine Abweichung der Amplitude von einem vorgegebenen Pegel erfolgt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß' die Regelung der Schwingungen die automatische Regelung der Intensität der Schwingungen umfaßt, welche dem Strahl als Reaktion auf eine Veränderung der Wellenamplitude an dem definierten Strahlpunkt in einer Richtung zugeführt worden ist, in der die Wellenamplitude bei dem definierten Strahlpunkt zu ihrem ursprünglichen Zustand erneut gespeichert werden kann, so daß dadurch ein Driften des Zerfallpunktes vermieden werden kann.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Regelung der Schwingungen die automatische, erneute Speicherung des Wellenamplitudenwertes an dem definierten Punkt für Abweichungen unterhalb eines vorbestimmten Pegels umfaßt, und daß das System automatisch abgeschaltet wird, wenn die Abweichungen der Wellenamplitude an dem definierten Punkt diesen Pegel überschreiten.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen als eine Funktion der Wellenamplitude geregelt werden.
7. 7. Analyse- und Klassiervorrichtung für in einer Flüssigkeit suspendierte Teilchen, mit einer Einspritzvorrichtung (14) für einen Suspensionsstrahl (16), einer Schwingungsvor-

   vorrichtung (24) zur Erzeugung von Wellen auf der Strahloberfläche und zum nachfolgenden Auflösen des Stromes in Tropfen, die stromabwärts gesammelt werden, und mit einer Strahlabtastvorrichtung (20), dessen Strahlenbündel den Strahl (16) an einer Stelle (21) vor dem Zerfallpunkt (26) der Tropfen erfaßt, gekennzeichnet durch eine Abtastvorrichtung (44), welche an die Schwingungsvorrichtung (24) gekoppelt ist und auf die durch den Strom (16) zerstreute Strahlung reagiert, so daß ein Signal gegeben ist, welches eine Funktion der Wellen an dieser Stelle ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle (21) definiert ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal eine Funktion der Wellenamplitude ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Kopplungsvorrichtung (54, 56),. welche mit der Abtastvorrichtung (44) zur Schaffung eines eine Veränderung der Wellenamplitude an der definierten Stelle (21) anzeigenden Signals verbunden ist, wodurch die Veränderung der Wellenamplitude mit einer Positionsveränderung des Zerfallpunktes (26) übereinstimmt.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (44) eine Photodiode (44) umfaßt, welche in Flußrichtung arbeitet und so angeordnet ist, daß die durch den Strahlstrom (16) als Ergebnis des Aufpralls des Bündels zerstreuter Strahlen empfangen und angezeigt werden können, wobei die Kopplungsvorrichtung (54, 56) aus einem Gleichrichter (54) , welcher an das Signal der Photodiode (44) zur Erzeugung einer Spannung gekoppelt ist, zur Erzeugung einer Spannung, die der Wellenamplitude auf dem Strahlstrom (16) bei der definierten Stelle (21) proportional ist, besteht sowie aus Vorrichtungen (58, 72), die an das Signal des Gleichrichters (54). gekoppelt sind

    und auf dessen gleichgerichtetes Signal reagiert zur Anzeige einer Veränderung der Wellenamplitude bei der definierten Stelle (21), sowie aus einer Teilchenerfassungsvorrichtung (22), die an einer Stelle vor dem Zerfallpunkt (26) arbeitet.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen automatischen Verstärkungsregelkreis (64) mit einem an das Signal des Gleichrichters (54) gekoppelten Eingang und mit einem an die Schwingungsvorrichtung (24) gekoppelten Sig-. nal zur Änderung der Intensität der auf den Strahlstrom (16) ausgeübten Schwingungen als Reaktion auf eine Veränderung der Wellenamplitudenhöhe bei der definierten Stelle (21) in eine Richtung, in der die Wellenamplitude bei der definierten Stelle (21) zu ihrem ursprünglichen Zustand erneut gespeichert werden kann und dadurch für eine Korrektur des Zerfallpunktes (26) des Strahlstromes.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen Transimpedanz-Operationsvorverstärker (46), welcher an die Abtastvorrichtung (44) gekoppelt ist, durch einen Wechselstrompfad (48) mit einem Wechselstromverstärker (48), der an das Signal des Vorverstärkers (46) gekoppelt ist, einen an das Signal des WechselStromverstärkers (48) gekoppelten Gleichrichter (54) für die Gleichrichtung des davon abgegebenen Signals und durch Vorrichtungen (58, 72), die an das Signal des Gleichrichters (54) angekoppelt sind und auf diesen reagieren, so daß der Bedienperson eine Veränderung des Zerfallpunktes (26) angezeigt werden kann.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (44) aus einer Photodiode (44) besteht, die so angeordnet ist, daß sie die vom Strahlstrom (16) zerstreuten Strahlen als Resultat des Aufpralls des Bündels aufnimmt und anzeigt, wobei die Kopplungsvorrichtung (54, 56) einen Verstärker (54) umfaßt, der an das Signal der Photodiode (44) zur Erzeugung einer Spannung

    gekoppelt ist, welche der Wellenamplitude auf dem Strahlstrom (16) bei der definierten Stelle (21) proportional ist, sowie aus Vorrichtung (58), die an das Ausgangssignal des Verstärkers (54) gekoppelt ist und auf sein gleichgerichtetes Ausgangssignal reagiert, so daß eine Veränderung der .Wellenamplitude bei der definierten Stelle (21) angezeigt werden kann, wobei ein automatischer Verstärkungsregelkreis (64) gegeben ist mit an das Signal des Verstärkers (54) gekoppeltem Eingang und mit an die Schwingungsvorrichtung (24) gekoppeltem Signal zur Änderung der Intensität der auf den Strahlstrom (16) ausgeübten Schwingung als Reaktion auf eine Veränderung der Wellenamplitudenhöhe bei der definierten Stelle (21) in eine Richtung, in der die Wellenamplitude bei der definierten Stelle (21) zu ihrem ursprünglichen Zustand erneut gespeichert wird und dadurch zur Korrektur einer Änderung des Zerfallpunktes (26) des Strahlstromes (16), und wobei Abschaltvorrichtungen (70, 76, 80) an das Signal des Verstärkers (54) gekoppelt sind und auf diesen reagieren, um so die Sortierfunktion der Vorrichtung zu unterbrechen, wobei die Abschaltvorrichtungen (70, 76, 80) aus einem Detektor (70) für die Anzeige schneller Veränderungen sowie einem Abschaltrelais (76) bestehen, welche an das Signal des Detektors (70) gekoppelt sind.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Gleichstrompfad (50) mit einem Gleichstromverstärker (50), welcher ebenfalls an das Signal des Vorverstärkers (46) gekoppelt ist, einen spannungsgeregelten Verstärker (52), welcher an die Signale sowohl des Gleichstrom- als auch des Wechselstromverstärkers (48, 50) so gekoppelt ist, daß das Signal des Gleichstromverstärkers (50) die Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers (52) regelt, sowie durch ein Verbindungsteil vom Verstärker (54) zum Verstärker (52), wodurch der Verstärker (54) das davon abgegebene Wechselstromsignal gleichrichtet und eine Spannung erzeugt, welche der Wellenamplitude auf dem Strahlstrom (16) bei der definierten Stelle (21)■proportional ist.

    Patentanwälte Dipl.-Ing. B^Eder COPY j DiDi -inn. fe