JP2001305041A - 粒子信号処理装置およびそれを用いた粒子測定装置 - Google Patents

粒子信号処理装置およびそれを用いた粒子測定装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒子信号のベースラインを安定させ、精度よ
く粒子の測定を行うこと。 【解決手段】 粒子の特徴を表わす連続したパルス状の
粒子信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力の低周波成
分を増幅器の入力へ負帰還するフィルタ部と、増幅器の
出力がしきい値以上の期間はフィルタ部に帰還信号をホ
ールドさせる帰還信号制御部を備えた粒子信号処理装
置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、粒子信号処理装
置およびそれを用いた粒子測定装置に関し、例えば、体
液中の粒子や工業用粒子の測定に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気抵抗式の粒子測定装置におい
ては、２つのチャンバーを微細孔（オリフィス）で連通
し、粒子含有液が一方のチャンバーから他方のチャンバ
ーへ流れるとき、１つの粒子がオリフィスを通過する毎
に生じるパルス状の電気抵抗の変化を粒子信号として検
出するようにしている。そしてその波高値が粒子の体積
に比例するところから、粒子信号を用いて粒子の粒径の
算出や粒子の弁別などを行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな粒子測定装置では、粒子含有液に含まれる気泡が微
細孔の近傍に存在すると、得られる粒子信号（パルス信
号）は図４に示すように、ベースラインにゆらぎ（低周
波変動分）が生じて、粒子信号の波高値を正確に求める
ことが難しいという問題点があった。
【０００４】この発明はこのような事情を考慮してなさ
れたもので、粒子信号（パルス信号）のベースラインを
安定させ、パルス信号の波高値を正確に検出して、精度
よく粒子の測定を行うことが可能な粒子測定装置を提供
するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、粒子の特徴
を表わす連続したパルス状の粒子信号を増幅する増幅器
と、増幅器の出力の低周波成分を増幅器の入力へ負帰還
するフィルタ部と、増幅器の出力するパルス波形がしき
い値以上の期間はフィルタ部に帰還信号をホールドさせ
る帰還信号制御部を備えた粒子信号処理装置を提供する
ものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】この発明の対象粒子は、トナー，
黒鉛，シリカ，研磨剤，セラミックス粉体，顔料，粉体
塗料，培養細胞，血液細胞，酵母菌，プランクトン，磁
性粉体などを含み、測定サイズの範囲としては、粒径で
サブミクロンから数百ミクロン程度である。
【０００７】この発明の粒子信号処理装置の適用対象
は、主に電気抵抗式の粒子測定装置であるが、これに限
定されず、例えば光学式の粒子測定装置であってもよ
い。この発明の粒子信号処理装置に用いる増幅器には、
市販のオペアンプを使用することができる。
【０００８】フィルタ部は、オペアンプとコンデンサと
抵抗を組合せた、いわゆるＲＣアクティブフィルタで構
成できる。帰還信号制御部は、増幅器の出力するパルス
波形としきい値とを比較するコンパレータと、コンパレ
ータの出力によって作動するアナログスイッチからなる
ものであってもよい。増幅器の出力が、微分回路を介し
てコンパレータに入力されるものであってもよい。な
お、コンパレータおよびアナログスイッチには市販のも
のを用いることができる。
【０００９】この発明の粒子信号処理装置が電気抵抗式
測定装置に適用される場合、その測定装置は例えば、第
１チャンバーと、第２チャンバーと第１および第２チャ
ンバーを連通するオリフィス部とを有するフローセル
と、第１および第２チャンバー内にそれぞれ設けられた
第１および第２電極と、第１および第２電極間のインピ
ーダンスの変化分を粒子信号として検出する検出部とを
備えた粒子測定装置である。
【００１０】この場合、粒子測定装置は、粒子信号処理
装置から得られる粒子信号に基づいて粒子分析を行う分
析部をさらに備えてもよい。ここで、分析部には、マイ
クロコンピュータやパーソナルコンピュータを用いるこ
とができる。
【００１１】上記粒子測定装置の検出部は、第１および
第２電極間に電流を供給する直流定電流電源と、第１お
よび第２電極間に流れる電流の変化分を電圧に変換する
電流／電圧変換部を備えてもよい。
【００１２】実施例 以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述す
る。これによってこの発明が限定されるものではない。
図１はこの発明の実施例を示すブロック図である。
【００１３】図１において粒子信号検出部１で検出され
た粒子信号Ｖ１は波形処理部２０で波形処理されて粒子
信号Ｖ２として分析部３０へ出力され、分析部３０では
粒子信号Ｖ２から粒子の計数，弁別および粒子体積，粒
径の算出が行われ、その結果が出力部４０から出力され
るようになっている。
【００１４】粒子信号検出部の構成と動作 図１において、粒子信号検出部１は、フローセル２，粒
子含有試料液を収容する試料液容器３，試料液を吸引す
る吸引ノズル４，弁５，６，７，シリンジ８，シース液
容器１０を備える。フローセル２は、第１セル２ａと，
第２セル２ｂと、第１セル２ａと第２セル２ｂとを微細
な貫通孔（オリフィス）を介して連通するオリフィス部
２ｃと、オリフィス部２ｃに試料液を噴射する試料ノズ
ル２ｄとから構成される。また、シース液を容器１０か
ら弁７を介して供給するための供給口２ｅが第１セル２
ａに設けられ、シース液と試料液とを排出する排液口２
ｆが第２セル２ｂに設けられている。
【００１５】さらに、第１および第２セル２ａ，２ｂの
内部にはそれぞれ電極１１，１２が設置される。電極１
１，１２の間には、オリフィス部２ｃに電流を供給する
ための直流定電流電源１３が接続される。
【００１６】このような粒子信号検出部１では、まず、
弁５，６を所定時間開けると、陰圧により吸引ノズル４
から試料液が弁５，６の間に満たされる。次に、シリン
ジモータ９が作動してシリンジ８が一定流量で弁５，６
間の試料液を試料ノズル２ｄへ押し出すことにより、試
料ノズル２ｄから試料液が第１セル２ａに吐出される。
【００１７】それと同時に弁７を開けることにより第１
セル２ａにシース液が供給される。これによって試料液
はシース液に包まれ、さらにオリフィス部２ｃによって
細く絞られてシースフローを形成する。
【００１８】このようにシースフローを形成することに
よって試料液に予め含まれた粒子を一個づつオリフィス
部２ｃを介して一列に整列して流すことができる。オリ
フィス２ｃを通過した試料液とシース液は第２セル２ｂ
に設けた排液口２ｆから排出される。
【００１９】電極１１，１２間の電気抵抗は、シース液
の導電率（電気伝導度），オリフィス部２ｃの穴寸法
（断面積）と穴長さ，試料液の導電率，試料液の流れの
径によって決まる。
【００２０】ところで、前述のように、直流定電流源１
３から電極１２と電極１１との間に電流が供給されてい
る。従って、オリフィス部２ｃを粒子が通過すると、オ
リフィス部２ｃの両端の電気抵抗が変化するので、粒子
の通過中だけ電極１２と電極１１との間に流れる電流が
パルス状に変化し、その変化分の最大値（パルスの波高
値）はオリフィス部２ｃを通過する粒子の大きさに比例
する。この電流の変化分が、電流／電圧変換部１４で電
圧に変換され、粒子信号Ｖ１として出力される。このよ
うにして粒子信号検出部１は粒子信号Ｖ１を生成するよ
うになっている。なお、電流／電圧変換部１４は、例え
ば図２に示すように、コンデンサＣ１，オペアンプＭ
１，抵抗Ｒ１から構成できる。
【００２１】波形処理部の構成と動作 図１に示す波形処理部２０は、粒子信号Ｖ１を適当な増
幅度で増幅する増幅器２１と、増幅器２１の出力の低周
波成分を増幅器２１の入力へ負帰還（ネガティブフィー
ドバック）するフィルタ部２２と、増幅器２１の出力す
るパルス波形がしきい値以上の期間はフィルタ部２２に
帰還信号をホールドさせる帰還信号制御部２３を備え
る。
【００２２】図３は、波形処理部２０の詳細な構成を示
す回路図であり、増幅器２１は、オペアンプＭ２と、抵
抗器Ｒ２〜Ｒ４で構成され、この実施例では例えば、ゲ
インが2.2となるように抵抗器Ｒ２，Ｒ３の値を設定し
ている。
【００２３】フィルタ部２２は、オペアンプＭ３と、コ
ンデンサＣ２と、抵抗器Ｒ５〜Ｒ８を備え、ＲＣアクテ
ィブ（能動）フィルタを構成し、カットオフ周波数１Ｋ
Ｈｚのローパスフィルタとして作動するようにコンデン
サＣ２と抵抗器Ｒ５，Ｒ６の値を設定している。なお、
オペアンプＭ３の非反転入力には抵抗器Ｒ８を介して参
照電圧Ｖ１（例えば２Ｖ）が印加されている。
【００２４】帰還信号制御部２３は、コンパレータＭ４
と、アナログスイッチＳＷと、抵抗器Ｒ９，Ｒ１０と、
コンデンサＣ３を備える。コンパレータＭ４には比較電
圧（しきい値電圧）Ｖ２が印加され、コンパレータＭ４
は、抵抗器Ｒ９，Ｒ１０とコンデンサＣ３からなる微分
回路を介して入力される信号がしきい値電圧Ｖ２より大
きいときにアナログスイッチＳＷをオンするようになっ
ている。
【００２５】ここで、オペアンプＭ１，Ｍ２，Ｍ３には
ナショナルセミコンダクター社製のＬＭＶ８２４Ｍを、
コンパレータＭ４にはナショナルセミコンダクター社製
のＬＭＶ３３１Ｍ５を用いることができる。なお出力の
オフセット電圧を小さく抑えたい場合はＭ３にオフセッ
ト電圧の小さいオペアンプを使用するのが望ましい。
【００２６】このような構成の動作を次に説明する。粒
子信号検出部１から粒子信号Ｖ１として図４に示すよう
なパルス波形を有するパルス信号が増幅器２１に入力さ
れる。図４のパルス信号は図５に示すような低周波成分
を有し、それによってベースラインにゆらぎが生じてい
る。
【００２７】増幅器２１から出力されるパルス信号は、
ローパスフィルタであるフィルタ部２２によってろ波さ
れ、図５に示す低周波成分が増幅器２１の入力に負帰還
される。従って、図４に示すパルス信号から図５に示す
低周波成分が除去され、増幅器２１の出力波形は図６に
示すように安定したベースラインを有する波形となる。
【００２８】しかし、この場合、フィルタ部２２によっ
て増幅器２１の出力から図５に示すような低周波成分の
みを検出することは難しく、パルス波形成分（高周波成
分）もある程度フィルタ部２２を通過して増幅器２１に
負帰還される。従って、その影響によって図６に示すパ
ルス波形が歪みを生じることになる。
【００２９】この歪みを除去するために設けられたのが
帰還信号制御部２３である。帰還信号制御部２３におい
て、コンパレータＭ４は、増幅器２１の出力を電圧Ｖ２
と比較し、増幅器２１の出力が電圧Ｖ２より大きい期
間、つまり各パルス波形のパルス幅に対応する期間だけ
アナログスイッチＳＷをオンにする。
【００３０】アナログスイッチＳＷがオンになると、フ
ィルタ部２２のオペアンプＭ３の２つの入力端子には同
電位（２Ｖ）が印加されるので、フィルタ部２２はフィ
ルタとして機能せず、増幅器２１への帰還信号はアナロ
グスイッチＳＷがオンする直前の電圧に固定（ホール
ド）される。従って、増幅器２１にはパルス波形成分が
帰還されないので、増幅器２１からは歪みのないパルス
波形が得られることになる。
【００３１】なお、帰還信号制御部２３において、増幅
器２１の出力をコンデンサＣ３と抵抗器Ｒ９，Ｒ１０か
らなる微分回路を介してコンパレータＭ４に入力してい
るが、これは、パルス信号の波形の立ち上がりを早く検
出するために設けたものである。コンデンサＣ３，抵抗
器Ｒ９，Ｒ１０の値（微分定数）と電圧Ｖ２の値によ
り、パルス信号の検出レベルが調整可能である。
【００３２】パルス信号のパルスの立ち上がりが十分に
早い場合には、前記微分回路を除去して、コンパレータ
Ｍ４に直接増幅器２１の出力を入力してもよい。なお、
図６に示すパルス信号は、この実施例では図４のパルス
信号に対して極性が反転した波形になるが、説明を分か
りやすくするために、反転しない波形で示している。
【００３３】以上のようにしてベースラインの安定した
粒子信号（パルス信号）Ｖ２が分析部３０に入力される
ので、分析部３０は、粒子信号Ｖ２から粒子の計数や粒
子体積，粒子径の算出を精度よく行い、出力部４０へ出
力することができる。
【００３４】
【発明の効果】この発明によれば、粒子信号のベースラ
インの安定化がはかられるので、粒子信号に基づいて正
確な粒子測定を行うことができる。粒子信号通過中は、
フィードバックをホールドするため、従来の回路より
も、粒子信号の歪みを抑えることができる。ベースライ
ンのゆらぎを取り除くと同時に粒子信号を増幅できるの
で回路の電圧範囲を有効に利用することができる。特に
扱う信号のダイナミックレンジが大きいときや、回路の
電源電圧が低いときには有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図２】実施例の要部詳細結線図である。
【図３】実施例の要部詳細結線図である。
【図４】実施例の粒子信号を表わす波形図である。
【図５】実施例の粒子信号のベースラインを示す波形図
である。
【図６】実施例によって処理された粒子信号の波形図で
ある。
【符号の説明】
１ 粒子信号検出部 ２ フローセル ２ａ 第１セル ２ｂ 第２セル ２ｃ オリフィス部 ２ｄ 試料ノズル ３ 試料液容器 ４ 吸引ノズル ５ 弁 ６ 弁 ７ 弁 ８ シリンジ ９ シリンジモータ １０ 容器 １１ 電極 １２ 電極 １３ 直流定電圧電源 １４ 電流／電圧変換部 ２０ 波形処理部 ２１ 増幅器 ２２ フィルタ部 ２３ 帰還信号制御部 ３０ 分析部 ４０ 出力部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粒子の特徴を表わす連続したパルス状の
    粒子信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力の低周波成
    分を増幅器の入力へ負帰還するフィルタ部と、増幅器の
    出力するパルス波形がしきい値以上の期間はフィルタ部
    に帰還信号をホールドさせる帰還信号制御部を備えた粒
    子信号処理装置。
  2. 【請求項２】 フィルタ部が、ＲＣアクティブフィルタ
    からなる請求項１記載の粒子信号処理装置。
  3. 【請求項３】 帰還信号制御部が、増幅器の出力するパ
    ルス波形としきい値とを比較するコンパレータと、コン
    パレータの出力によって作動するアナログスイッチから
    なる請求項１記載の粒子信号処理装置。
  4. 【請求項４】 増幅器の出力が、微分回路を介してコン
    パレータに入力される請求項３記載の粒子信号処理装
    置。
  5. 【請求項５】 オリフィス部を挟んで１対の電極を有
    し、オリフィス部を粒子が通過するとき、電極間のイン
    ピーダンスの変化分を粒子信号として検出する検出部
    と、請求項１記載の粒子信号処理装置とを備えた粒子測
    定装置。
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