JP2001506757A - 液体とプローブの接触を決定するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 センサは、プローブが容器内の液体に接触したときを、プローブ発振器の周波数の変化によって検出する。液体の有無を決定するためにセンサの出力を基準レベルと比較することができ、基準レベルは検出器の出力に追従するように変えられる。一実施形態では、続けて数回あるカウントに達したときに、液体に接触したと判定することができる（このカウントはプローブ出力の関数であり、可変である）。本発明の別の実施形態では、プローブ出力に追従するように、（閾値に関係なく）基準カウントを変化させながら、一定の閾値内で続けて数回あるカウントに達したときに、液体に接触したと判定することができる。プローブ発振器の周波数を決定するためにディジタルカウンタを設けることができる。ドリフトを補償するために、プローブ発振器のカウンタからのカウント（周波数）を調整する基準カウンタを設けることもできる。さらに、検出閾値が調節可能なため、回路のパラメータを変化させることにより感度の制御が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 液体とプローブの接触を決定するための装置および方法 発明の背景 発明の分野 本発明は、容器内の液体の表面を検出するための方法および装置に関し、また 容器内の液体の表面を検出し、液体の表面に対するプローブの位置を制御するた めに、自動血液／血漿試料採取システムにおいて使用される方法および装置に関 する。より詳細には、本発明は、ある期間にわたって液体検出の精度を維持する ための方法および装置に関する。 本発明が適用できる自動血液／血漿試料採取システムの一例は、例えばＨｕｌ ｅｔｔｅ他の米国特許第５２３６６６６号に開示されている。Ｈｕｌｅｔｔｅ他 のこの特許の主題は参照により本明細書に組み込まれる。孔あけ試料採取プロー ブの一例がＭｏｒｅｎｏの米国特許第５３５４５３７号に開示されている。Ｍｏ ｒｅｎｏの特許の主題は参照により本明細書に組み込まれる。試料採取プローブ の別の例が、１９９３年１月１２日 にＫｅｉｔｅｒに付与された米国特許第５１７８０１９号に開示されている。Ｋ ｅｉｔｅｒの特許の主題は参照により本明細書に組み込まれる。液面レベル感知 プローブおよび制御回路の一例が、Ｒａｍｅｙ他の米国特許第５４９３９２２号 に開示されている。Ｈｕｌｅｔｔｅ他、Ｍｏｒｅｎｏ、Ｒａｍｅｙ他、およびＫ ｅｉｔｅｒの各特許の主題は、それぞれ本出願と同じ譲受人に譲渡されている。 血漿や試薬などの流体試料をキュベットの反応ウェル中に自動的に分配する、 自動試料取扱いシステムが知られている。このような機器は、生化学分析の分野 において、血液凝固時間を測定したり化学的検定を自動的に実施するのに便利で ある。血液および血漿の生物検定を実施するための自動試料取扱いシステムが、 Ｈｕｌｅｔｔｅ他の米国特許第５２３６６６６号に開示されている。 この特定のシステムでは、血液や血漿などの流体試料を試験管などの容器に貯 蔵し、この容器をゴム製隔膜によって真空密封し、試験目的のために一定量の試 料を引き出すために、このゴム製隔膜を孔あけしなければならない。Ｍｏｒｅｎ ｏの米国特許第５３５４５３７号は、孔あけして一定量の液体を試料採 取するために適した孔あけ試料採取プローブの一例を開示している。 Ｈｕｌｅｔｔｅ他のシステムも、試料分析の前に流体試料と試薬を比較的低温 で貯蔵して試料と試薬の劣化を防ぐために設けられた、温度制御されたハウジン グを含む。温度制御されたハウジングは一般に、流体試料と試薬を１０℃の温度 に維持する。実際の分析は一般に３７℃（９８．６°Ｆ）、すなわち人の標準体 温で実施される。したがって、分析の前に流体試料と試薬を３７℃に加熱するこ とが必要である。Ｋｅｉｔｅｒの米国特許第５１７８０１９号は、分析の前に流 体試料と試薬を加熱するのに便利な試料プローブ装置を開示している。 Ｈｕｌｅｔｔｅ他のシステムにおける孔あけ試料採取プローブは、作動中は、 試薬を自動的に吸引および分配するために、プローブを試薬容器と反応キュベッ トとの間で操作するロボット式アームによって上げ下げされる。液体の表面は、 それが試料であっても試薬であっても、プローブの移動を正確に制御するために 検出される。基本的には、液体の表面は、自動血液／血漿試料採取システムの架 台に対するプローブのキャパシタンスの変化を検出することによって検出される 。 関連技術の説明 Ｒａｍｅｙ他の米国特許第５４９３９２２号では、容器内の液体の表面に対す る試料採取プローブの位置を制御することを目的とする、生物検定装置の液面レ ベルセンサ制御回路のための方法と装置が開示されている。この装置は、試料採 取プローブと、試料採取プローブに接続され、一定の周波数を有する第１出力信 号を発生させる発振器回路と、発振器回路に接続され、第１出力信号を第１基準 振幅と比較し、第１出力信号の振幅が基準振幅に対して変化するときに変化信号 を発生させる比較器と、変化信号に応答して、液体の表面に対する試料採取プロ ーブの位置を制御する制御装置とを含む。Ｒａｍｅｙ他の特許における一つの実 施形態では、発振器回路と連絡してフィルタが設けられ、第１出力信号の振幅を 制御して発振器出力信号を固定レベルにサーボ制御する。プローブが液体の表面 に触れると、第１出力信号の振幅はキャパシタンスの変化に応じて変化する。 しかし、プローブの温度が変化するか、または液体の泡または小滴がプローブ に付着すると、この関連技術のシステムは誤った液面レベル指示を出すことがあ る。液本体の他に温度、泡、液の小滴、およびその他の外的要因もプローブの発 振に影響す ることがあるので、これらの要因もまたプローブシステムに影響して、液体の存 在を誤って指示することがある。 発明の概要 本発明は、生物検定装置のための孔あけプローブや試料採取プローブなどのプ ローブが液体の表面に触れるとき、液体の表面を正確に感知する。ある期間にわ たって、液面レベル感知システムの精度は維持される。 本発明の上記その他の目的は、容器内の液体の表面に触れるための試料採取プ ローブと、この（導電性）プローブに電気的に接続されたプローブ発振器とを含 む、容器内の液体の表面に対する試料採取プローブの位置を制御するための液面 レベルセンサを提供することによって達成される。プローブは機械的に動かされ て容器内の液体に接触する。容器は、接地された導体の上に置かれるか、または その近くにある。プローブが液体に接触すると、液体と接地された導体は、プロ ーブ発振器上の周波数決定コンデンサと平行なコンデンサを形成する。したがっ て、プローブが液体に接触すると、プローブ発振器の周波数を減少させる。 本発明では、プローブ／液体検出器は、液体の有無を決定するために基準レベ ルと比較される出力を有し、この基準レベルは検出器の出力に追従するように変 化する。本発明の一実施形態では、あるカウントに続けて数回到達すると（この カウントはプローブ出力の関数であり可変である）、液体が接触されたと決定す ることができる。本発明のもう一つの実施形態では、ある一定の閾値内で、ある カウントに続けて数回到達すると、液体が接触されたと決定することができ、さ らに（閾値に関係なく）基準カウントの変化をプローブ出力に追従させる。プロ ーブ発振器の周波数を測定するために、ディジタルカウンタを備えることができ る。また基準カウンタを備えて、プローブ発振器カウンタからのカウント（周波 数）を調整することもでき、これによってドリフトを補償する。さらに、調節可 能な検出閾値は、回路のパラメータを変えることによる感度の制御を可能にする 。 図面の簡単な説明 本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に則して以下に説明する。 第１図は、本発明によるプローブと液体センサ制御回路の一実施形態の概略ブ ロック図である。 第２図は、本発明によるプローブと液面レベルセンサ制御回路を含むロボット 式アームの斜視図である。 第３図、第４図、第５図は、液面レベルセンサ制御回路の別の実施形態の概略 ブロック図である。 発明の詳細な説明 第１図は、本発明による自動血液／血漿試料採取システム用のプローブ、なら びにプローブに関連する液体センサ回路および制御回路の一実施形態の概略ブロ ック図を示す。ロボット式アーム１０は、例えばＨｕｌｅｔｔｅ他の米国特許出 願第０７／４４３９５１号に記載するように、プローブ１１を貯蔵器１３などの 試薬容器と反応キュベット（図示せず）との間で操作して、試薬を自動的に吸引 して配分する。ロボット式アーム１０は、液体貯蔵器１３から一定量の液体を取 り出すため、またはこれを反応キュベットへ配分するために、プローブ１１を矢 印１２で示す方向に沿って上下に動かす。一般に、プローブ１１は、貯蔵器１３ 中に浸して一定量の試薬を吸引するための細 い先端１４ａを有する金属管１４を含む。プローブ１１はまた、尖った先端を入 れて容器から一定量の液体を吸引するために、ゴム製隔膜によって密封された容 器を孔あけできるように構成することもできる。 前述のように、ある適用例では、試薬が分配されるキュベットの方にプローブ １１をロボット式アーム１０で動かす間に、プローブ内の試薬を加熱することが 望ましい。これらの適用例では、プローブ１１はオプションの加熱器１５を備え ている。加熱器１５は、管１４の周りに巻き付けられて電線１６によって電源１ ７に電気的に接続されたコイル状のニクロム線を含むことが好ましく、この電源 １７と架台１８は共通接地されている。電源１７は、特定用途の要求応じて直流 または交流の電源のいずれかを供給できる。貯蔵器１３から一定量の液体を吸引 するためには、プローブ１１が試薬の表面に接触したときを検出することが必要 である。前述のように、これは、キャパシタンス測定装置１４を使用して達成さ れるのが一般的であり、このキャパシタンス測定装置１４は、管１４が貯蔵器１ ３の試薬と接触したときに、架台１８によって形成された接地面に対する管１４ のキャパシタンスの変化を検出するためのものである。 管１４は架台１８に対して第１キャパシタンスＣ_Pを示す。オプションの加熱器 １５を備えたときは、加熱器１５は機器架台１８と共通の接地部を有し、したが って静電容量的には架台１８の一部である。したがって、オプションの加熱器１ ５は管１４に対して第２キャパシタンスＣ_Hを示す。液体貯蔵器１３は、プロー ブ１１と機器架台１８との間で追加キャパシタンスＣ_Lを示す。したがって、プ ローブ１１が液体の表面に触れる前には、キャパシタンス測定装置によって測定 される全キャパシタンスＣ_T1は、 Ｃ_T1＝Ｃ_P＋Ｃ_H である。 オプションの加熱器を備えていない場合には、Ｃ_Hはゼロであり、全キャパシ タンスＣ_T1はＣ_Pである。プローブ１１が液体の表面に触れた後は、キャパシタ ンス測定装置によって測定される全キャパシタンスＣ_T2は、 Ｃ_T2＝Ｃ_P＋Ｃ_L＋Ｃ_H である。 キャパシタンス測定装置による追加キャパシタンスＣ_Lの検出は、プローブ１ １が容器１３内の液体の表面に接触するとき を示す。しかし、オプションの加熱器に起因するキャパシタンスＣ_Hの存在は、 Ｃ_T1の変化をＣ_Lによって感知するキャパシタンス測定装置の能力を制限するの に十分な大きさになる可能性がある。 本発明の液体センサ回路および液面レベルセンサ回路は、オプションの加熱器 がある場合でも、プローブとシステム架台との間のキャパシタンスの変化を確実 に感知する。実際に、本発明による液面レベルセンサシステムは、プラスチック 製の３ｍｌ試薬びん中の例えば塩水３００μｌ以下の液体容量の表面を、密封隔 膜を孔あけしている場合でも確実に感知する。 第２図は、本発明によるプローブ１１と液面レベルセンサ制御回路とを含むロ ボット式アーム１０の好ましい実施形態を総体的に示す斜視図である。プローブ １１は、試料採取プローブ、または前述のＭｏｒｅｎｏの特許出願に開示された ような医学試料収集管を密封するために使用されるゴム製キャップを孔あけする ための孔あけ試料採取プローブであってもよい。プローブ１１が孔あけ試料採取 プローブである場合には、前述のＭｏｒｅｎｏの特許に開示された孔あけプロー ブに従って尖っていることが好ましい。さらにまた、プローブ１１が孔あけ試料 採 取プローブである場合には、容器のキャップを孔あけするときに容器内の液体の 表面を検出するように構成されている。プローブ１１は、血液または血漿などの 容器１３内の導電性液体の液体―空気の界面を感知するとともに、液体表面に対 してプローブ１１が正確に位置するように、プローブ１１は容器１３内に移動す る。 プローブ１１は、水平親ねじモータ２４によって駆動される親ねじ２３によっ て、水平軸２２上を制御可能に移動される。軸２５に沿ってプローブ１１を上下 動させるための垂直移動は、垂直モータ２７とピニオンアセンブリ（図示せず） によって駆動されるギヤラック２６によって行われる。モータ２４、２７はそれ ぞれ、本発明の液面レベルセンサ制御回路の一部である関連するモータ制御装置 から受信される信号によって、選択的に制御される。例えば、モータ制御装置３ ２が第３図の概略ブロック図に示されている。モータ２７は、プローブ１１が孔 あけプローブである場合に密封容器の隔膜にプローブを貫通させるために十分な トルクをもたらす。もちろん、水平移動の能力のない垂直移動可能なプローブに することもでき、またはプローブを垂直方向ならびに水平面の複数の方向に移動 可能にする こともできる。また、希望する場合には、プローブを固定して保持し、試料容器 をプローブの方向に上向きに移動可能にすることもできる。 液体―空気の界面を感知するために、液面レベルセンサ制御回路構成３０がプ ローブ１１に連結されている。液面レベルセンサ制御回路構成３０の一部分を、 ２９に取り付けた印刷回路基板の上に置くことができる。もちろん、本発明によ る液面レベルセンサ制御回路構成も単一の印刷回路基板の上に置くことができる 。 マイクロコントローラ３１は２軸のアーム式制御装置であり、すなわち、マイ クロコントローラ３１と２つのモータ制御装置は、プローブ１１を保持するラッ クアセンブリの水平位置と、液体の表面に対するプローブ１１の垂直位置とを監 視し制御する。マイクロコントローラ３１とモータ制御装置３２は、プローブ１ １の位置を液体センサ回路から受信された信号と相関させて、容器内の液体の高 さを決定する。可撓性ケーブル２１が、本発明による制御システムの様々な位置 の間で電気信号を結合させる。前述のように、プローブ１１に加熱コイルを取り 付けて、反応室中に分配する前に試料採取された流体を予備加熱す ることができる。 第３図は、液面レベルセンサ制御回路３０の一実施形態の概略ブロック図であ る。第３図には、プローブ１１と、Ｒ／ＣまたはＬ／Ｃプローブ発振器３１が図 示されている。プローブカウンタ３３、基準カウンタ３７、および検出カウンタ ３４も示されている。比較器回路３６、タイミング論理回路３２、基準発振器３ ５も示されている。 作動中は、プローブ１１は、プローブ１１が液体と接触するとプローブ発振器 ３１の周波数の下方偏移によって、Ｒ／ＣまたはＬ／Ｃプローブ発振器３１のチ ューニングを変える。プローブカウンタ３３は、プローブ発振器３１によって出 力される周波数信号のサイクル数をカウントする。基準カウンタ３７は調整可能 な基準カウントを記憶する。比較器３６は、プローブカウンタ３３に記憶された プローブカウントを、基準カウンタ３７に記憶された基準カウントと比較する。 規則的間隔で、タイミング回路３２は、プローブカウンタ３３、基準カウンタ ３７、および検出カウンタ３４の様々な操作を制御するが、これについては以下 に説明する。好ましい実施形態では、タイミング回路３２はプロブラム式である から、こ の規則的間隔を様々な感知操作のために（例えば各種の液体を感知するために） 調節することができる。タイミング回路３２は、（コンピュータ、プロブラム式 集積回路などの）下記の処理を実施する知られているハードウェアまたはハード ウェア／ソフトウェアの組合せによっても構成することができる。（水晶発振器 などの）基準発振器３５は、タイミング回路３２に方形波クロック信号などのタ イミング信号をもたらす。タイミング論理は一般的に、基準発振器からの信号を 基準期間に分割するためのカウンタと、他の成分をクロックし、ロードし、クリ アするために必要な信号を発生して同調するための論理とから構成されている。 規則的間隔で、基準カウンタ３７はタイミング回路３２によって調節され、プ ローブカウンタ３３におけるプローブカウントに追従する。基準カウンタ３７の 内容がプローブカウンタ３３の内容よりも大きい場合には、基準カウンタ３７は 減分される。基準カウンタ３７の内容がプローブカウンタ３３の内容よりも小さ い場合には、基準カウンタ３７は増分される。次いでタイミング回路３２はプロ ーブカウンタ３３をクリアして、プローブカウントをゼロにリセットする。 これに加えて、タイミング回路３２に応答して各規則的間隔で、検出カウンタ ３４は、プローブカウンタ３３中のプローブカウントが基準カウンタ３７中の基 準カウントより小さい時点の連続回数をカウントする。各規則的間隔で、比較に よってプローブカウントが基準カウントより大きいことが示されると、タイミン グ回路３２は検出カウンタ３４をクリアして、そのカウントをリセットする。（ 規則的間隔でタイミング回路３２によってサンプリングされた）所定の連続比較 回数がすべて、プローブカウントが基準カウントより小さいことを示すと、検出 カウンタ３４は液体感知信号を出力し、プローブ１１が液体に接触したことを示 す。 さらに詳しい一実施形態では、各規則的間隔ごとに検出カウンタ３４は、基準 カウンタ３７によって増分または減分する。検出カウンタ３４のカウント方向が 変ると（タイミング回路３２が増分命令から減分命令に変るか、または減分命令 から増分命令に変ると）いつでも、検出カウンタ３４はリセットされて、そのカ ウントはゼロになる。検出カウンタ３４が一定のカウントを過ぎて減分すると、 これは液体感知出力をセットする。このようにして、タイミング回路３２は同じ 出力信号を使用して 基準カウンタ３７と検出カウンタ３４の操作を制御することができるので、セン サ制御回路の構成は簡単になる。 上述のセンサ制御回路によれば、液体を確実に検出することができ、同時に、 温度の変動や液の小滴またはプローブ１１に付着する泡によって生ずるような、 プローブ発振器に対するゆるやかな変化をろ過して除去することができる。 プローブ１１が液体に接触すると、プローブ発振器３１の周波数偏移は、ある 延長された期間にわたってタイミング回路３２が基準カウンタ３７と検出カウン タ３４を減分させるほど大きくなる。したがって、検出カウンタ３４はそのカウ ントを、これが一定のカウント（所定の数）を過ぎて減分して液体の存在を示す まで、（リセットされることなく）減分することができる。プローブ１１が液体 に接触したときはプローブ発振器３１の下向き周波数偏移は大きいので、プロー ブカウンタ３３は各規則的間隔で非常に低いカウントを出力する。タイミング回 路３２は基準カウンタ３７における基準カウントを減分し続けるが、基準カウン トはかなり長い期間にわたって（規則的間隔の終りにおいて）プローブカウンタ ３７の出力を過ぎて減分することはない。これによって、検出カウンタ３４は、 液体の存 在を示すためにリセットされることなく所定の回数まで減分することができる。 これに反して、プローブ１１が例えば温度の変化、液の小滴、または泡にさら されると、プローブ発振器３１の周波数も下向きに偏移し、（したがって、プロ ーブカウンタ３３のプローブカウントは規則的間隔でさらに低くなる）。しかし 、プローブ発振器３１の周波数偏移はプローブ１１が液体に接触するときほど大 きくないので、基準カウンタ３７内における基準カウントは、検出カウンタ３４ か（液体の存在を示すために）所定の回数を連続的に減分する前に、（規則的間 隔で）プローブカウントを過ぎて減分することができる。したがって、基準カウ ンタ３７における基準カウントはプローブカウンタ３３のプローブカウントより も小さくなるので、タイミング回路３２は次の基準間隔で検出カウンタ３４をリ セットする。したがって、検出カウンタ３４においては所定の数に達することは 決してなく、液体接触の決定はなされない。 第４図は、液面レベルセンサ制御回路３０の別の実施形態の概略ブロック図で ある。第４図に、プローブ１１とＲ／ＣまたはＬ／Ｃプローブ発振器３１を示す 。プローブカウンタ３３、 基準カウンタ３７、および検出カウンタ３４も示す。タイミング回路３２および 基準発振器３５も、ゼロ検出回路３８と共に第４図に示す。 第４図の液面レベルセンサ制御回路では、作動中には、プローブ１１は、プロ ーブ１１が液体と接触するとプローブ発振器３１によって出力される信号の周波 数の下方偏移によって、Ｒ／ＣまたはＬ／Ｃプローブ発振器３１のチューニング を変える。プローブカウンタ３３は、プローブ発振器３１によって出力される信 号の周波数の各サイクルについてプローブカウントを減分する。 ゼロ検出回路３８はプローブカウンタ３３に結合されて、プローブカウンタ３ ３のプローブカウントを入力として受け取る。プローブカウントがゼロに達した ことをゼロ検出回路３８が検出すると、ゼロ検出回路３８はタイミング回路３２ にゼロ検出信号を出力する。 規則的間隔で、タイミング回路３２はプローブカウンタ３３に、基準カウンタ ３７に記憶された基準カウントをロードする。タイミング回路３２は規則的間隔 でプローブカウンタ３３中に基準カウントをロードするので、ゼロ検出回路３８ からのゼロ 検出信号の受信は、基準カウントがプローブ発振器３１によって出力された信号 の周波数の規則的間隔内のサイクル数より小さいことを示す。基準カウントが規 則的間隔内のサイクル数より大きい場合には、プローブカウンタ３３をゼロに減 分できる前に、基準カウントがプローブカウンタ３３中にロードされることにな るので、ゼロ検出信号はゼロ検出回路３８によって出力されない。 ゼロ検出回路３８からのゼロ検出信号の受信に応答して、タイミング回路３２ は基準カウンタ３７において基準カウントを増分する。ゼロ検出信号がゼロ検出 回路３８から受信されない場合には、タイミング回路３２は基準カウントを減分 する。したがって基準カウントは、プローブ発振器３１によって出力される信号 の規則的間隔当りのサイクル数の大小に緩やかに追従するために、それぞれ増分 または減分される。 検出カウンタ３４は、第３図に関連して上に説明したものと類似の方式で機能 する。検出カウンタ３４は、基準カウンタ３７がカウントダウンするときはカウ ントアップし、基準カウンタ３７がカウントアップするときはリセットする。検 出カウンタ３４が所定の数に達すると、出力がセットされて液体の存在 を示す。こうして、スプリアス出力を発生することなく緩やかな変化が起こるの で、液体の感知によって、システムはプローブ発振器における周波数ドリフトを 補償することができる。 第５図は、液面レベルセンサ制御回路３０のもう一つの実施形態の概略ブロッ ク図である。第５図に、プローブ１１とＲ／ＣまたはＬ／Ｃプローブ発振器３１ を示す。プローブカウンタ３３、基準カウンタ３７、およびフィルタカウンタ４ １も示す。タイミング回路３２および基準発振器３５も、ゼロ検出回路３８およ び閾値検出回路３９と共に第５図に示す。 第４図におけるように、第５図においても、作動中には、プローブ１１は、プ ローブ１１が液体と接触すると、周波数の下方偏移によって、Ｒ／ＣまたはＬ／ Ｃプローブ発振器のチューニングを変える。プローブカウンタ３３は、プローブ 発振器３１によって出力される信号の周波数の各サイクルについてプローブカウ ントを減分する。規則的間隔で、タイミング回路３２は、基準カウンタ３７に含 まれる基準カウントをプローブカウンタ３３にロードする。ゼロ検出回路３８が 、プローブカウンタ３３のプローブカウントが規則的間隔中のある時にゼロを過 ぎたことを示すと、タイミング回路３２は基準カウンタ３７の 基準カウントを増分する。そうではなく、ゼロ検出が受信されない場合には、タ イミング回路３２は、規則的間隔の終りに基準カウンタ３７の基準カウントを減 分する。 さらに第５図では、閾値検出回路３９はプローブカウンタ３３のプローブカウ ントを入力として受け取る。プローブカウンタ３３のプローブカウントが閾値以 下に落ちたと閾値検出回路３９が判定すると、閾値検出回路３９は閾値検出信号 を出力として出力する。 フィルタカウンタ４１はタイミング回路３２に結合されて、基準間隔の終りを 示す基準間隔信号を受け取る。さらに、閾値検出回路３９に結合されて、閾値検 出信号を受け取る。基準間隔の終りに、フィルタカウンタ４１は、閾値検出信号 が受信されていない（プローブカウンタ３３が閾値カウントを過ぎていない）場 合には、カウントアップする。基準間隔の終りに、閾値検出信号が受信されてい る場合には、フィルタカウンタ４１はリセットする。フィルタカウンタ４１が所 定のカウントに達すると、これは液体検出信号を出力して液体の存在を示す。 この実施形態は、基準カウンタにおける基準カウントを変更するためのゼロ検 出回路と、およびフィルタカウンタを増分す るための閾値検出回路との両方を利用するので、液体感知システムはより速くよ り正確に液体の存在を感知することができる。閾値がゼロより大きいときには、 フィルタカウンタは、（第３、４図に図示する実施形態における検出カウンタと 比較して）液体の存在を示す前に所定の数の大きさにまでカウントアップする必 要はない。閾値検出回路４１が閾値検出信号を出力すると、これは、基準カウン タ３７における基準カウントが基準間隔当りの発振器３１のサイクルに近い（閾 値以内にある）ことを示す。したがって、発振器３１の周波数の大きな変化は起 っていないので、液体は接触されてフィルタカウンタ４１はリセットされている ことが決定される。 これに反して、閾値検出回路４１が基準間隔内で閾値検出信号を出力できない ときには、これは、基準間隔当りの発振器３１のサイクルが基準カウントよりも 少なくとも閾値だけ少ないことを示す。これは、発振器３１の周波数が大きく下 方偏移し、したがってフィルタカウンタが増分されることを示す。この大きな偏 移がプローブからのスプリアス出力、ノイズ、または他の何らかの一時的エラー である場合には、一時的エラーが次の基準間隔内で消えると閾値検出信号がフィ ルタカウンタ４１を リセットすることになるので、センサシステムは液体を感知しない。しかし、続 く所定数の基準間隔内でフィルタカウンタが閾値検出信号を受信しない場合には 、液体がプローブ１１に接触していると判定される。 さらに、液体感知のこの実施形態では、基準カウンタによって緩やかな変化が 追従されるので、システムはプローブ発振器における周波数ドリフトを補償する ことができる。 検出、閾値、およびフィルタの各値を変更して、回路の感度と雑音安定性を変 えることもできる。本発明のさらに別の実施形態では、これらの値を基準間隔と ともにプログラム式にすることを企図している。これによれば、プローブシステ ムを個々のニーズに適合させることが可能になる。 本発明の範囲内で、多くの周波数とタイミングが考えられる。カウンタ中で利 用される値とタイミング回路３２における制御論理の動作が、感知しようとする 液体、感知する環境、所望の感度、所望の速度などの多くの要因に左右されるこ とは、当業者には理解されよう。一例として、プローブ発振器を約５〜７ＭＨｚ の周波数で発振させ、基準発振器を１ＭＨｚで発振させ、基準間隔を２ミリ秒（ １ＭＨｚ／５００）、検出閾値（第５図 に示す実施形態を使用する場合）を６〜１２にするように設定することができる 。 第３から第５図において、カウンタとタイミングをすべて単一のブログラム式 論理回路ＩＣ中に組み込むことができる。さらに、検出閾値とフィルタカウント 値を、容器の寸法と検出される液体の種類に応じて変えることができる。また、 ハードウエア実装の一代替方法として、検出アルゴリズムをソフトウェアで実行 することができる。 以上本発明の好ましい実施例と思われるものを説明してきたが、本明細書に記 載し添付の特許請求の範囲に定義する本発明から逸脱することなく、上記の実施 形態で述べた構造、比率、および条件に多くの変更を加えることができることは 、当業者には理解されよう。例えば、第３図、第４図に図示する実施形態を、閾 値検出回路とフィルタカウンタを組み込むように構成することができる。さらに 、上述以外の本発明の発明性のある特徴を実施する別の回路構成も、当業者には 自明であろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体の表面を感知するための液体センサであって、 液体の表面に触れるためのプローブと、 プローブに結合され、プローブに応答して周波数信号を出力するプローブ発振 器と、 プローブ発振器から出力される周波数信号のカウントされたサイクル数の関数 としてサイクルカウントを出力するプローブカウンタと、 基準カウントを記憶し出力する基準カウンタと、 プローブカウンタから出力されるサイクルカウントを基準カウンタから出力さ れる基準カウントと比較する比較器と、 事前検出信号に応答して第３カウントを維持し、前記第３カウントが第１所定 値を過ぎると、前記液体の表面にプローブが接触したことを示す検出信号を出力 する液体検出カウンタと、 所定の時間間隔で、基準カウントがサイクルカウントより小さいことを比較器 が示すとき、基準カウンタに記憶された基準カウントを増加させ、液体検出カウ ンタをリセットし、 基準カウントがサイクルカウントより大きいことを比較器が 示すとき、基準カウンタに記憶された基準カウントを減少させ、液体検出カウン タに事前検出信号を出力し、 プローブカウンタ中のサイクルカウントをリセットする制御装置とを備える液 体センサ。 ２．前記制御装置が基準カウントを第２の所定値だけ増大させさせ減少させる、 請求の範囲第１項に記載の液体センサ。 ３．前記制御装置が基準カウントを１つずつ増分し減分する、請求の範囲第１項 に記載の液体センサ。 ４．制御装置が、比較器に応答して、前記基準カウンタと液体検出カウンタへの 増分信号および減分信号を増分／減分信号線上に出力し、 基準カウンタが、増分信号および減分信号に応答して基準カウンタをそれぞれ 増分および減分し、 液体検出カウンタが、減分信号に応答して第３カウントを減分し、増分信号に 応答して第３カウントをリセットし、第３カウントが第１所定値より小さいとき には検出信号を出力する、請求の範囲第１項に記載の液体センサ。 ５．液体検出カウンタが、事前検信号に応答して第３カウントを増分し、第３カ ウントが第１所定値より大きいときに検出信 号を出力する、請求の範囲第１項に記載の液体センサ。 ６．第１所定値、第２所定値、および所定の時間間隔がプログラム可能である、 請求の範囲第２項に記載の液体センサ。 ７．プローブカウンタによって出力されるサイクルカウントが、所定の時間間隔 の開始時からカウントされた、プローブ発振器によって出力された周波数信号の サイクル数に等しい、請求の範囲第１項に記載の液体センサ。 ８．液体の表面を感知するための液体センサであって、 液体の表面に触れるためのプローブと、 プローブに結合され、プローブに応答して周波数信号を出力するプローブ発振 器と、 基準カウントを記憶し出力する基準カウンタと、 基準カウンタに記憶された基準カウントを、ロード信号に応答して第２カウン トとしてロードし、第２カウントを、プローブ発振器によって出力された周波数 信号のカウントされたサイクルの関数として減分し、第２カウントを出力するプ ローブカウンタと、 プローブカウンタに結合され第２カウントを入力として受信し、プローブカウ ントがゼロに等しいかそれより小さいときに、 ゼロ検出信号を出力するゼロ検出回路と、 事前検出信号に応答して第３カウントを維持し、前記第３カウントが第１所定 値を過ぎるとき、前記液体の表面にプローブが接触したことを示す検出信号を出 力する第３カウンタと、 ゼロ検出信号がゼロ検出回路から受信されるとき、基準カウンタ中の基準カウ ントを増加させ、第３カウンタをリセットし、前の所定の時間間隔以降にゼロ検 出信号が受信されないときは、基準カウンタ中の基準カウントを減少させて、所 定の時間間隔で第３カウンタに事前検出信号を出力し、また所定の時間間隔で前 記第２カウンタにロード信号を出力する制御装置とを備える液体センサ。 ９．前記制御装置が基準カウントを第２所定値だけ増加させ減少させる、請求の 範囲第８項に記載の液体センサ。 １０．前記制御装置が基準カウントを１つずつ増分し減分する、請求の範囲第８ 項に記載の液体センサ。 １１．制御装置が、前記基準カウンタと第３カウンタへの増分信号および減分信 号を増分／減分信号線上に出力し、 基準カウンタが、増分信号および減分信号に応答して基準カウンタをそれぞれ 増分および減分し、 第３カウンタが、減分信号に応答して第３カウントを減分し、増分信号に応答 して第３カウントをリセットし、第３カウントが第１所定値より小さいときに、 検出信号を出力する、請求の範囲第８項に記載の液体センサ。 １２．第３カウンタが、事前検出信号に応答して第３カウントを増分し、第３カ ウントが第１所定値より大きいときに検出信号を出力する、請求の範囲第１項に 記載の液体センサ。 １３．第１所定値、第２所定値、および所定の時間間隔がプログラム可能である 、請求の範囲第９項に記載の液体センサ。 １４．プローブカウンタから出力される第２カウントが、プローブ発振器から出 力される周波数信号のカウントされたサイクルごとに１つずつ減分される、請求 の範囲第８項に記載の液体センサ。 １５．液体の表面を感知するための液体センサであって、 液体の表面に触れるためのプローブと、 プローブに結合され、プローブに応答して周波数信号を出力するプローブ発振 器と、 基準カウントを記憶し出力する基準カウンタと、 ロード信号に応答して、基準カウンタに記憶された基準カウ ントを第２カウントとしてロードし、第２カウントを、プローブ発振器によって 出力された周波数信号のカウントされたサイクルの関数として減分し、第２カウ ントを出力するプローブカウンタと、 プローブカウンタに結合され、第２カウントを入力として受け取り、ブローブ カウントがゼロに等しいかそれより小さいときに、ゼロ検出を行うゼロ検出回路 と、 プローブカウンタに結合され、第２カウントを入力として受け取り、プローブ カウントが閾値に等しいかそれより小さいときに、閾値検出を行う閾値検出回路 と、 第３カウントを維持し、前記第３カウントが第１所定値を過ぎるとき、プロー ブが前記液体の表面に接触したことを示す検出信号を出力する第３カウンタと、 ゼロ検出がゼロ検出回路によって行われるとき、基準カウンタにおける基準カ ウントを増加させ、前の所定の時間間隔以降にゼロ検出がゼロ検出回路によって 行われないときには、所定の時間間隔で基準カウンタにおける基準カウントを減 少させ、前の所定の時間間隔以降に閾値検出が閾値検出回路によって行われると き、第３カウンタをリセットし、前の所定の時間間隔 以降に閾値検出が閾値検出回路によって行われないときは、第３カウンタにおけ る第３カウントを増分し、所定の時間間隔で前記第２カウンタにロード信号を出 力する制御装置とを含む液体センサ。 １６．前記制御装置か基準カウントを第２所定値だけ増加させ減少させる、請求 の範囲第１５項に記載の液体センサ。 １７．前記制御装置が基準カウントを１つずつ増分し減分する、請求の範囲第１ ５項に記載の液体センサ。 １８．制御装置が基準間隔信号を、プローブカウンタ、基準カウンタ、および第 ３カウンタに出力し、 プローブカウンタが、制御装置からの基準間隔信号に応答して基準カウンタに 基準カウントをロードし、 基準カウンタが、基準間隔信号が制御装置から受信されるとき、ゼロ検出回路 から受信された増分または減分信号に応答して、基準カウントをそれぞれ増分ま たは減分し、 第３カウンタが、基準間隔信号が制御装置から受信されるとき、閾値検出回路 から受信された増分信号またはクリア信号に応答して、第３カウントをそれぞれ 増分またはクリアする、請求の範囲第１５項に記載の液体センサ。 １９．第１所定値、第２所定値、および所定の時間間隔がプログラム可能である 、請求の範囲第１６項に記載の液体センサ。 ２０．プローブカウンタから出力される第２カウントが、プローブ発振器から出 力される周波数信号のカウントされたサイクルごとに１つだけ減分される、請求 の範囲第１５項に記載の液体センサ。 ２１．プローブによって液体の表面を感知する方法であって、 （ａ）プローブに応答して周波数信号を発生させることと、 （ｂ）周波数信号のサイクルをカウントして、サイクルカウントを発生させる ことと、 （ｃ）サイクルカウントを基準カウントと比較することと、 （ｄ）規則的時間間隔で （ｄ１）基準値がサイクルカウントよりも大きいときは、基準値を減少させ 、検出カウントを増加させることと、 （ｄ２）基準値がサイクルカウントよりも小さいときは、基準値を増加させ 、検出カウントをゼロにリセットすることと、 （ｄ３）サイクルカウントをゼロにリセットすることと、 （ｅ）検出カウントが所定の数よりも大きいときには、液体表面の検出を決定 することとを含む方法。