JP2001514754A - 液流中の不均質性の検出用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 超音波が透過性の物質の一個のハウジング(１)、ハウジング(１)を通って伸びる液体通路(２)、液体通路(２)を液流に接続するためのハウジング(１)上の入口および出口(２ａ、２ｂ)、液体通路(２)の各々の側のハウジング上の超音波トランスデューサー手段(３、４)(一つのトランスデューサーは送信器として、他方は受信器として配置され、液体通路(２)は送信器と受信器の間の音伝播通路に位置し、それにより液流中の不均質性が受信機により受信された発せられた超音波を基にして検出できる)を含む、ガス泡検出用装置。ハウジング(１)が二つの相対する凹所(６、７)を有し、一方は液体通路(２)の送信器側であり、他方はその受信器側であり、この凹所は音伝播通路(９)および液体通路(２)に垂直な方向である。

Description

【発明の詳細な説明】 液流中の不均質性の検出用装置 技術分野 本発明は、液流中の不均質性、特に気泡を、超音波の手段により検出する装置 に関する。 発明の背景 多くの状況において、気泡のような不均質性の存在を液流で検出できることは 重要である。これは、例えば、患者を気泡の注入から保護しなければならない、 処置溶液の非経口投与における医学分野で、当てはまる。産業分野においては、 例えば、冷却システム中の気泡の存在は、不充分な冷却能を示す。分析分野では 、特に、液体クロマトグラフィーの過程における気泡の検出を特記し得る。 液流中のガスの泡の検出の一般的方法は、超音波の使用であり、ガスが液体ま たは固体物質のものよりも相対的に高い音響インピーダンスを有するという事実 に依存する。従って、超音波が液体導管側の送信器から、導管の逆側の受信器の 間で発せられた場合、例えば、液体中の気泡の存在が、導管に液体のみがある場 合と比較して、受信器の音エネルギーの明白な減少として検出し得る。 超音波は、電圧により動かしたとき、結晶が振動する圧電性トランスデューサ ー、いわゆるピエゾトランスデューサー中で、産生される。逆に、結晶は、超音 波が結晶を打ったとき、電圧を産生する。超音波トランスデューサーは、従って 、音を発し、受け得る。 液体クロマトグラフィー目的で、泡検出用装置が先に既知であり、その装置は 、クロマトグラフィーに接続でき、液体通過路を有するプラスチックブロックを 含み、送信器と受信器が液体通過の各々の側にマウントされている。この装置の 欠点は、液体と空気からそれぞれ得られるシグナルの差が、発せられた超音波が 液体通過と並んで伝搬され得、まだ受信器をヒットするため、大きくない。同様 に、液体通過を通過した超音波は、次いで受信器と並んで伝搬され得る。装置は 、従って、超音波トランスデューサーからシグナルを処理するのに複雑な電子工 学、 および複雑なトリミング法を、装置にインストールしたときに必要とする。 米国特許第４,４１８,５６５号は、対の逆の超音波トランスデューサー(トラ ンスミッターおよびレシーバー)の対およびトランスデューサーの間を定義する 溝が挿入され、その溝に、泡が検出される場所である液体導管、典型的には非経 口投与のための溶液の袋またはビン由来の管を適用する、プラスチックブロック の形の超音波泡検出装置を記載する。各トランスデューサーと通路の間に、エラ ストマー超音波伝達物質が充填された凹所が存在する。エラストマー物質を経由 した、そしてそれにより液体導管を介した経路以外の送信器から受信器への超音 波の伝搬を防止するために、空気含有スロットを溝の底に配置する。液体導管を 収納するには狭すぎるこのスロットは、超音波トランスデューサーの下の端より 少なくとも下まで伸びる。 遮蔽により超音波をガイドするためのこの構築物は、最初に記載の泡検出装置 の上記の検出問題を少なくとも一部解決するが、本構築物は別の問題を有する。 まず第一に、装置自身が複雑な構造であり、とりわけスクリュー、スペーサーエ レメントおよび加圧プレートを含む。更に、管の検出は非実際的であり、管が良 好な音響結合でマウントしていることを必要とする。これは、実際、管が柔軟性 である場合に達成し得るが、このような管はしばしば、例えば、液体クロマトグ ラフィーで普通の相対的に高い流体圧に抵抗できない。堅い管と十分な音響結合 を達成するために、他方、非常に非実際的なマウンティングペーストの使用が必 要となる。液体導管溝の下に画定されたスロットのため、泡検出装置はまた、特 に、ひねりまたはねじれ強度に関して、特に悪い強度特性となる。 本発明の要約 本発明の一つの目的は、液流中のガス泡および他の不均質物の検出のための超 音波装置の提供であり、該装置は、上記で最初に記載したもののように、肝要な 圧耐性液体通路を有するが、液体通路は、ガスのシグナルと液体のものとの大き な差を保証するために、音進路の支配的要素である。 本発明の他の目的は、駆動およびシグナル処理のための単純な電子工学の使用 を可能にする装置の提供である。 本発明の更に別の目的は、丈夫で、使用が単純な上記のタイプの装置の提供で ある。 本発明の更なる目的は、あまり精巧でなく、製造が単純である、上記のタイプ の装置の提供である。 本発明に従って、これらのおよび他の目的および利点が、液体通過通路を含む 一個のハウジングおよび、通路の各々の側のハウジングにマウントした逆の超音 波トランスデューサーを有する超音波泡検出装置で達成され、各トランスデュー サーと液体通路の間のハウジングおよび音伝播通路の逆側に、凹所切りこみが提 供されることにより、共に、音通路をトランスデューサーの間で遮断し、本質的 にレシーバーにより受け取られた全ての超音波エネルギーが、液体通路を通るよ うにする。言いかえると、音の横方向において、通路と回りの物質の間の音の分 散は、通路が、超音波がハウジングを通して伝播されるときに通過する断面領域 を占拠する。そのことにより、気体信号と液体信号の間の大きく、信頼できる差 異が達成される。凹所の相対する配置により、またハウジングの優れた強度が維 持され得る。 本発明の一つの態様は、従って、液流中の不均質性の検出のための装置に関し 、該装置は、超音波を伝播できる物質の一個のハウジング、ハウジング中を伸び る液体通路、液体通路を液流に接続するためのハウジング上の入口および出口お よび液体通路の各側のハウジング上の超音波トランスデューサーを含み、一つの トランスデューサーは送信器として、他方は受信器として配置され、送信器と受 信器の間の音伝播通路に液体通路が位置し、それにより液流中の不均質性が、受 信器により受信された超音波エネルギーを基にして検出できる。装置は、ハウジ ングに二つの逆の凹所を有し、一つは液体通路の送信器側であり、他方はその受 信器側である。音伝播通路および液体通路に垂直の方向において、二つの凹所は 、音伝播通路の逆側に、実質的に液体通路の各々の外端まで伸び、遮蔽により、 一緒に、送信器トランスデューサーと受信器トランスデューサーの間を超音波の 伝播を導き、超音波伝播が、実質的に液体通路を通って起こるように(そして、 周りの物質を通らないように)する。 他の態様において、本発明は液流中の不均質性の検出のためのシステムに関し 、該システムは、上記の装置に加えて、超音波トランスデューサーからのシグナ ル を処理し、提示する手段を含む。 本発明の理解を容易にするために、下に、具体的態様に関して説明の目的だけ で本発明をより詳述し、引用は添付の図面に関する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の装置の態様の模式的断面図である。 図２は、図１のものに態様するが、音通路を記載する。 図３は、本発明の装置の態様の模式的透視図であり、実質的に図１および２に 示す態様に対応する。 図４は、本発明の装置からのトランスデューサーシグナルの電気処理の模式的 回路図である。 発明の詳細な説明 図１から３に示す泡検出装置は、主に、液体クロマトグラフィーの通路中の空 気／液体の検出の使用を意図するが、もちろん、液流中のガス泡(または他の不 均質性)が検出される他の適用にも使用し得る。装置は、対象の液流に接続する ために設計された入口および出口２ａ、２ｂを有する液体通過通路２を備えたハ ウジングまたはセルボディー１を含む(図３)。セルボディー１は、適当には硬プ ラスチック、例えばPEEKから成る。通路の幅(横断面直径)は、典型的に１から５ mmの範囲であり、意図する液体クロマトグラフィー適用のためである。この場合 、圧電性結晶のディスク−いわゆるピエゾトランスデューサー−である二つの超 音波トランスディーサー３、４は、各々、液体通路２の相対する側のセルボディ ーにマウントしている。下記により詳細に説明するが、一つのトランスデューサ ーは送信器として、他方は受信器として、電子制御回路と協同して働く。最高の 性能のために、圧電圧性トランスデューサーは、その共鳴周波数で使用し、これ は取り分け結晶ディスクの厚さに依存する。直径５mmおよび厚さ０.５mmの二つ のディスクの組み合わせで、例えば、共鳴は約４MHzである。 図３に示す態様において、二つのトランスデューサー３、４は、トランスデュ ーサーと液体通路の距離を減少させるために、セルボディーのくびれ部分にマウ ントする。 セルボディー１は、更に、二つの逆の切りこみまたは凹所６、７をそなえ、一 つの凹所は一つのトランスデューサー３と液体通路２の間に、他方の凹所は他の トランスデューサー４と液体通路２の間に提供される。凹所６、７は図１および ２で、逆の方向に垂直に、通路２の各々の外端まで伸び、これらの外端は図１で 点線８ａ、８ｂで示す。一緒にして、二つの垂直的および水平的に逆の凹所６、 ７は、送信器トランスデューサーから放出される音波の遮蔽または“隔板”とし て機能し、トランスデューサー３、４の間を伝播する音は、図１および２で水平 方向である経路に従い、本質的に液体通路の幅に限定される。得られる音通路は 図２に、引用番号９として示す。容易に見られるように、この超音波の遮蔽また は誘導装置は、受信器トランスデューサーにより検出される実質的に全ての音エ ネルギーが、液体通路２を通るようにする。音誘導または遮蔽の観点から、もち ろん、図１および２の水平方向の凹所が、図１および２に示すように、本質的に 各々のトランスデューサー３、４から通路２まで全て伸びている場合、有利であ る。 二つの凹所６、７が、図１および２で垂直に見られるとき、液体通路２の逆側 に位置しているという事実のため、セルボディーは相当なひねりまたはねじり強 度を有する。通路２の周りの物質の厚さ、および特に図３の態様のくびれ部分５ は。もちろん各具体的適用の機械的要求により調節する。所望により、凹所６、 ７は高い音波インピーダンスを有する物質で満たし得る。 先に強調したように、液体通路２が、放出された超音波がセルを通る領域を提 供するという事実は、液体とガス、通常空気で検出されるそれぞれの音強度の間 に大きく、信頼できる差が得られる。これは、次ぎに、検出器セルを運転するた めに必要な電子回路を非常に小さく作り得るということをもたらす。このような 回路の模式的例を図４に示す。 この回路において、ここでは、引用番号１０で示す上記のタイプの検出器セル の送信器トランスデューサーを、増幅器１１の入口に接続するが、検出器セル１ −の受信器を、抵抗器１２を介して増幅器の出口に接続する。増幅器出口は、ま た整流器およびトランジスターを含む出力駆動場所１３に接続する。提供機１２ の強度は、増幅セル検出器シグナルが所望のレベルとなるように調節する。駆動 場所１３からの出力シグナルを、次いで、適当なディスプレー装置に導くか、ま たは自動システムのコントロールシグナルとして使用する。 上記から明白なように、記載の泡検出装置は、小さい液体通路の寸法に適当な 丈夫な単位を提供し、気泡の信頼できる検出を提供し、単純な制御電子回路のみ を必要とし、常時に取扱いおよび製造が容易である(一個のセルボディー)。 本発明は、もちろん、上記に具体的に記載の態様に限定されず、以下の請求の 範囲に定義の一般的な発明の概念の範囲内でへ多くの方法で変化および修飾し得 る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．超音波が透過性の物質の一個のハウジング(１)、 ハウジング(１)を通って伸びる液体通路(２)、 液体通路(２)を液流に接続するためのハウジング(１)上の入口および出口(２ ａ、２ｂ)、 液体通路(２)の各々の側のハウジング上の超音波トランスデューサー手段(３ 、４)(一つのトランスデューサーは送信器として、他方は受信器として配置され 、液体通路(２)は送信器と受信器の間の音伝播通路に位置し、それにより液流中 の不均質性が受信機により受信された発せられた超音波を基にして検出できる) を含み、 ハウジング(１)が二つの相対する凹所(６、７)を有し、一方は液体通路(２)の送 信器側であり、他方はその受信器側であり、この凹所は音伝播通路(９)および液 体通路(２)に垂直な方向で、実質的に液体通路(２)の各々の外端(８ａ、８ｂ)ま で伸び、遮蔽により、一緒に、送信器と受信器の間に音伝播を導き、超音波伝播 が実質的に液体通路(２)を通って起こることを特徴とする、液流中の不均質性、 特にガス泡を検出する装置。 ２．音伝播方向の凹所(６、７)が、各超音波トランスデューサー(３、４)から 液体通路(２)の近くまで伸びることを特徴とする、請求項１記載の装置。 ３．ハウジング(１)が硬プラスチックからなることを特徴とする、請求項１ま たは２のいずれかに記載の装置。 ４．凹所(６、７)が高音波インピーダンスの物質で満たされていることを特徴 とする、請求項１、２または３のいずれかに記載の装置。 ５．請求項１から４のいずれかに記載の装置および駆動およびシグナル処理の ための電子回路を含むことを特徴とする、液流中の不均質性、特にガス泡の検出 用システム。 ６．液体クロマトグラフィーにおける気泡の検出への、請求項１から４のいず れかに記載の装置または請求項５記載のシステムの使用。