JP2003043017A

JP2003043017A - 超音波気泡検出装置

Info

Publication number: JP2003043017A
Application number: JP2001226218A
Authority: JP
Inventors: Toru Yokose; 徹横瀬
Original assignee: SANSHIN DENSHI KK
Current assignee: SANSHIN DENSHI KK
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波の回り込み成分をキャンセルして気泡を
精度良く検出する。【解決手段】超音波送信素子３と超音波受信素子４a
は、チューブ２０を間に挟んで対向して設けられる。一
方、超音波受信素子４ｂはチューブ２０の超音波受信素
子４aと同じ壁面に、超音波受信素子４aと距離をおいて
設けられる。減算回路７は、超音波受信素子４aの出力
する受信信号を増幅、整流した信号から、超音波受信素
子４bの出力する受信信号を増幅、整流した信号を減算
することにより、超音波受信素子４aで受信した受信信
号に含まれる、チューブ２０の壁を伝わって回り込んだ
超音波による成分をキャンセルする。検出回路８は、減
算回路の出力信号より気泡を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】

【0002】本発明は、液体中の気泡を超音波を用いて検出
する超音波気泡検出装置における検出精度を向上する技
術に関するものである。

【0003】

【従来の技術】

【0004】超音波を用いた液体中の気泡検出の技術は、医
療分野における人口透析装置や点滴装置などによる人体
血液中への気泡混入の防止や、写真分野における現像液
への気泡混入の防止や、各種プラントにおける異常監視
等の目的に広く利用されている。

【0005】従来、このような超音波を用いた気泡検出は、
液体中に向けて出力した超音波の気泡の存在による液体
に液体の透過強度もしくは液体からの反射強度の変化を
検出することにより行われる。

【0006】図６に、従来の典型的な超音波気泡検出装置の
構成を示す。

【0007】図中、６０１は発振回路、６０２は駆動回路、
６０３は超音波送信素子、６０４は液体が流れるチュー
ブ、６０５は超音波受信素子、６０６は増幅回路、６０
７は整流回路、６０８は比較回路である。

【0008】このような構成において、超音波送信素子６０
３は、駆動回路６０２を介して発振回路６０１の発振信
号によって駆動され超音波をチューブ６０４内に向けて
送信する。チューブ６０４およびチューブ内の液体を透
過した超音波は超音波受信素子６０５によって受信され
電気信号に変換され、増幅回路６０６で所定のゲインで
増幅される。増幅された電気信号は、整流回路６０７に
よって整流され、透過強度レベル信号に変換されて比較
回路６０８に出力される。比較回路６０８では、入力す
る透過強度レベル信号と予め定めたしきい値Thとを比較
し、比較結果を気泡検出信号として出力する。

【0009】すなわち、このような超音波気泡検出装置で
は、液体中に気泡が存在する場合に超音波の透過強度レ
ベルが低下することに基づいて、透過強度レベルが所定
のしきい値を下回った場合に液体中に気泡が存在するも
のとしている。

【0010】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】さて、以上のような超音波検出装置において、
超音波受信素子６０５によって受信される超音波には、
チューブ６０４や液体を透過した超音波のみならず、超
音波送信素子６０３からチューブ６０４の壁面を伝わっ
て超音波受信素子６０５に回り込む超音波も含まれる。
特に、チューブ６０４が金属製である場合には、回り込
む超音波の強度は大きなものとなる。そして、この回り
込んだ超音波はノイズとして、気泡の精度の良い検出の
妨げとなっていた。

【0012】そこで、本発明は、液体の流路または収容器の
壁面を伝わって回り込む超音波が存在する場合でも、精
度良く気泡を検出することができる超音波気泡検出装置
を提供することを課題とする。

【0013】

【課題を解決するための手段】

【0014】前記課題達成のために、本発明は、たとえば、
液体中の気泡を超音波を用いて検出する超音波気泡検出
装置であって、液体に対して超音波信号を送信する少な
くとも一つの超音波送信手段と、液体を透過した又は液
体流路から反射した超音波信号を受信し電気信号である
受信信号に変換する二つの超音波受信手段と、前記二つ
の超音波受信手段がそれぞれ変換した受信信号の差分を
求める減算手段と、前記差分の変化に応じて液体中の気
泡を検出する気泡検出手段とを有することを特徴とする
超音波気泡検出装置を提供する。

【0015】このような超音波検出装置によれば、減算手段
によって、二つの超音波受信手段がそれぞれ変換した受
信信号の差分を求めることにより、両受信信号に含まれ
る超音波の回り込み成分、または、気泡の存在による信
号変化以外の成分をキャンセルすることができる。そし
て、このように少なくとも超音波の回り込み成分がキャ
ンセルされた信号によって気泡を精度良く検出すること
ができるようになる。

【0016】また、本発明は、前記課題達成のために、液体
中の気泡を超音波を用いて検出する超音波気泡検出装置
であって、液体に対して超音波信号を送信する超音波送
信手段と、液体を透過した又は液体流路から反射した超
音波信号を受信し電気信号である受信信号に変換する超
音波受信手段との組を二組備え、かつ、前記超音波検出
装置は、前記各組のそれぞれ属する二つの超音波受信手
段がそれぞれ変換した受信信号の差分を求める減算手段
と、前記差分の変化に応じて液体中の気泡を検出する気
泡検出手段とを有することを特徴とする超音波気泡検出
装置を提供する。

【0017】このような超音波気泡検出装置によれば、各超
音波送信手段および各超音波受信手段を適当に配置する
ことにより、気泡の存在による信号変化以外の、両受信
信号に含まれる超音波の回り込み成分を含む成分を、減
算手段によって受信信号間の差分をとることによりキャ
ンセルし、気泡の存在に起因する信号変化のみを抽出し
て、気泡を精度良く検出することができるようになる。

【0018】また、本発明は、これらの超音波気泡検出装置
において、前記二つの超音波受信手段がそれぞれ変換し
た二つの受信信号に同時に気泡の存在または液体の不在
による信号変化が生じたことを検出する手段を有するこ
とを特徴とする超音波気泡検出装置を提供する。

【0019】このような超音波気泡検出装置によれば、両受
信信号に同時に気泡の存在による又は液体の不在による
信号変化が生じたために、減算手段で求めた両受信信号
の差分からでは、これらの信号変化が相互にキャンセル
されてしまっているために、気泡の存在または液体の不
在を検出できなくなってしまう場合に、そのような事象
の発生を検出することができるので、これに対して適当
な処置を施すことができるようになる。

【0020】

【発明の実施の形態】

【0021】以下、本発明の実施形態について説明する。

【0022】まず、第１の実施形態について説明する。

【0023】図１に本第１実施形態に係る超音波気泡検出装
置の構成を示す。

【0024】図中、１は発振回路、２は駆動回路、３は超音
波送信素子、４a及び４ｂは超音波受信素子、５a、５ｂ
は増幅回路、６a、６ｂは整流回路、７は減算回路、８
は検出回路である。そして、２０は液体が流れるチュー
ブである。また、このような構成において、超音波送信
素子３と超音波受信素子４aは、チューブ２０を間に挟
んで対向して設けられる。一方、超音波受信素子４ｂは
チューブ２０の超音波受信素子４aと同じ壁面に、超音
波受信素子４aと距離をおいて設けられる。

【0025】以下、このような超音波気泡検出装置の気泡検
出の動作について説明する。

【0026】発振回路１は、たとえば数Mhzの発振信号を出
力する。駆動回路２は発振信号によって超音波送信素子
３を駆動し、超音波送信素子３からチューブ２０中の液
体に向けて超音波を送信させる。

【0027】超音波受信素子４aと超音波受信素子４bは、超
音波送信素子３から送信された超音波を受信し電気信号
である受信信号に変換する。増幅回路５a、５ｂは、そ
れぞれ、超音波受信素子４aと超音波受信素子４bの受信
信号を増幅し、整流回路６a、６ｂに出力する。整流回
路６a、６ｂはそれぞれ増幅回路５a、５ｂの出力信号を
整流し、減算回路７は、超音波受信素子４aの出力する
受信信号を増幅回路５a、整流回路６aで増幅、整流した
信号から、超音波受信素子４bの出力する受信信号を増
幅回路５b、整流回路６bで増幅、整流した信号を減算
し、これによって得られる差分信号を検出回路８に出力
する。検出回路８は、差分信号の信号変化より気泡の有
無を検出し、検出信号を出力する。

【0028】ここで、超音波受信素子４aが受信する超音波
はチューブ２０及び液体を透過した超音波とチューブ２
０の壁を伝わって回り込んだ超音波が加算されたものと
なる。一方、超音波受信素子４bが受信する超音波はチ
ューブ２０の壁面を伝わって回り込んだ成分のみとな
る。

【0029】したがって、増幅回路５a、５ｂそれぞれのゲ
インを適当に調整し、減算回路７で、超音波受信素子４
aの出力する受信信号を増幅、整流した信号から、超音
波受信素子４bの出力する受信信号を増幅、整流した信
号を減算することにより、超音波受信素子４aで受信し
た受信信号に含まれる、チューブ２０の壁を伝わって回
り込んだ超音波による成分をキャンセルした整流信号
を、差分信号として得ることができる。なお、減算回路
７は、たとえば差動アンプを用いて構成することができ
る。

【0030】さて、検出回路８は、このような回り込み成分
キャンセル後の整流受信信号である差分信号より、たと
えば従来と同様なしきい値との比較または他の方法によ
り気泡を検出し、検出の有無を表す検出信号を出力す
る。または、しきい値と差分信号を整流した信号の差分
を気泡の大きさを表すものとして検出信号として出力す
る。

【0031】以上、本第１実施形態によれば、チューブ２０
の壁を伝わって回り込む超音波による成分をキャンセル
した受信信号より気泡を検出することができるので、よ
り精度良く気泡を検出することができるようになる。

【0032】以下、本発明の第２の実施形態について説明す
る。

【0033】図２に、本第２実施形態に係る超音波検出装置
の構成を示す。

【0034】図中、１は発振回路、２は駆動回路、３a及び
３ｂは超音波送信素子、４a及び４ｂは超音波受信素
子、５a、５ｂは増幅回路、６a、６ｂは整流回路、７は
減算回路、８は検出回路である。そして、２０は液体が
流れるチューブである。また、このような構成におい
て、超音波送信素子３aと超音波受信素子４aは、チュー
ブ２０を間に挟んで対向して設けられる。また、超音波
送信素子３bと超音波受信素子４bも、チューブ２０を間
に挟んで対向して設けられる。超音波送信素子３aと超
音波送信素子３bは、チューブ２０の同じ側に、発生す
る気泡の最大直径の予測値より大きな距離をおいて、位
相特性などを考慮して配置し、超音波受信素子４aと超
音波受信素子４bは、チューブ２０の同じ側に、超音波
送信素子３aと超音波送信素子３bと同じ距離をおいて配
置する。

【0035】以下、このような超音波気泡検出装置の気泡検
出の動作について説明する。

【0036】まず、気泡検出の動作について説明する。

【0037】発振回路１は、たとえば数Mhzの発振信号を出
力する。駆動回路２は発振信号によって超音波送信素子
３aと超音波送信素子３bを駆動し、超音波送信素子３a
と超音波送信素子３bからチューブ２０中の液体に向け
て超音波を送信させる。

【0038】超音波受信素子４aと超音波受信素子４bは、超
音波送信素子３aと超音波送信素子３bから送信された超
音波を受信し電気信号である受信信号に変換する。増幅
回路５a、５ｂは、それぞれ、超音波受信素子４aと超音
波受信素子４bの受信信号を増幅し、整流回路６a、６ｂ
に出力する。整流回路６a、６ｂはそれぞれ増幅回路５
a、５ｂの出力信号を整流し、減算回路７は、超音波受
信素子４aの出力する受信信号を増幅回路５a、整流回路
６aで増幅、整流した信号から、超音波受信素子４bの出
力する受信信号を増幅回路５b、整流回路６bで増幅、整
流した信号を減算し、これによって得られる差分信号を
検出回路８に出力する。検出回路８は、差分信号の信号
変化より気泡の有無を検出し、検出信号を出力する。

【0039】ここで、超音波受信素子４aが受信する超音波
の主要な成分は、超音波送信素子３aが送信しチューブ
２０及び液体を透過した超音波とチューブ２０の壁を伝
わって回り込んだ超音波が加算されたものとなる。一
方、超音波受信素子４bが受信する超音波の主要な成分
は、超音波送信素子３bが送信しチューブ２０及び液体
を透過した超音波とチューブ２０の壁を伝わって回り込
んだ超音波が加算されたものとなる。

【0040】すなわち、超音波受信素子４aが受信する超音
波と超音波受信素子４bが受信する超音波の大きさの違
いは、主として気泡の存在による信号変化によるものと
なる。すなわち、超音波送信素子３aと超音波受信素子
４aの間に気泡が存在するときは、超音波受信素子４aで
受信される超音波の大きさは気泡による反射分、超音波
受信素子４bが受信する超音波の大きさより小さくな
り、超音波送信素子３bと超音波受信素子４bの間に気泡
が存在するときは、超音波受信素子４bで受信される超
音波の大きさは気泡による反射分、超音波受信素子４a
が受信する超音波の大きさより小さくなる。

【0041】したがって、増幅回路５a、５ｂそれぞれのゲ
インを適当に調整し、減算回路７で、超音波受信素子４
aの出力する受信信号を増幅、整流した信号から、超音
波受信素子４bの出力する受信信号を増幅、整流した信
号を減算することにより、チューブ２０の壁を伝わって
回り込んだ超音波成分と、チューブ２０及び液体を透過
した超音波のうちの気泡による信号変化以外の部分はキ
ャンセルされ、気泡による信号変化の成分のみ抽出され
る。

【0042】そこで、検出回路８では、たとえば、減算回路
７から出力される差分信号と適当なしきい値とを比較し
て、その大小により、気泡を検出する。

【0043】図３は、このような気泡検出のようすを模式的
に示したものである。

【0044】図３aは超音波受信素子４aで受信される超音波
を示したものであり、時間Aにおいて超音波送信素子３a
と超音波受信素子４aの間に気泡が発生している。ま
た、図３bは超音波受信素子４bで受信される超音波を示
したものであり、時間Bにおいて超音波送信素子３bと超
音波受信素子４bの間に気泡が発生している。

【0045】このような場合、減算回路７において、超音波
受信素子４aの出力する受信信号を増幅、整流した信号
から、超音波受信素子４bの出力する受信信号を増幅、
整流した信号を減算して出力される差分信号は、図３c
に示すように、時間Aにおいて負の信号変化が、時間Bに
おいて正の信号変化が現れたものとなる。

【0046】そこで、検出回路８において、図３cに破線で
示したしきい値Thと、減算回路７が出力する差分信号を
比較し、差分信号がしきい値Thより小さくなったことを
検出することにより、超音波送信素子３aと超音波受信
素子４aの間に発生した気泡を検出し、検出信号として
出力することができるようになる。なお、この検出信号
は、単純に差分信号がしきい値Thより小さくなったこと
を表すものでも良いし、差分信号がしきい値Thより小さ
くなったときに差分信号としきい値Thの差分を出力する
ものであってもよい。

【0047】なお、ここで、音波送信素子３bと超音波受信
素子４bの間に発生した気泡を検出しないのは、この気
泡が超音波送信素子３aと超音波受信素子４aの間に発生
した気泡としても検出されるので、同じ気泡を二重に検
出しないようにしたものである。

【0048】以上のように、本第２実施形態においても、チ
ューブ２０の壁を伝わって回り込む超音波による成分を
キャンセルして気泡を検出することができるので、より
精度良く気泡を検出することができるようになる。

【0049】以下、本発明の第３の実施形態について説明す
る。

【0050】前記第２実施形態に係る超音波気泡検出装置に
よれば、超音波送信素子３aと超音波受信素子４aの間
と、超音波送信素子３bと超音波受信素子４bの間に同時
に気泡が発生し得るような対象に適用する場合には、こ
のように同時に気泡が発生したときに、減算回路７の減
算によって、超音波受信素子４aの受信信号に現れる気
泡による信号変化と、超音波受信素子４ｂの受信信号に
現れる気泡による信号変化が打ち消し合ってしまうた
め、気泡を検出し損ねてしまう場合がある。

【0051】本第３実施形態は、このような状況の発生の可
能性を考慮し、前記第２実施形態に係る超音波気泡検出
装置において、超音波送信素子３aと超音波受信素子４a
の間と、超音波送信素子３bと超音波受信素子４bの間に
同時に気泡が発生した場合に、これを検出するようにし
たものである。

【0052】図４に本第３実施形態に係る超音波気泡検出装
置の構成を示す。

【0053】図中、１は発振回路、２は駆動回路、３a及び
３ｂは超音波送信素子、４a及び４ｂは超音波受信素
子、５a、５ｂは増幅回路、６a、６ｂは整流回路、７は
減算回路、１０は整流回路、１１は第１検出回路、１２
は加算回路、１３は加算回路、１４は第２検出回路、１
５a及び１５bは比較回路、１６は障害検出回路である。
そして、２０は液体が流れるチューブである。また、こ
のような構成において、超音波送信素子３a、超音波受
信素子４a、超音波送信素子３b、超音波受信素子４b
は、前記第２実施形態と同様に配置する。

【0054】以下、このような超音波気泡検出装置の気泡検
出の動作について説明する。

【0055】まず、気泡検出の動作について説明する。

【0056】発振回路１は、たとえば数Mhzの発振信号を出
力する。駆動回路２は発振信号によって超音波送信素子
３aと超音波送信素子３bを駆動し、超音波送信素子３a
と超音波送信素子３bからチューブ２０中の液体に向け
て超音波を送信させる。

【0057】超音波受信素子４aと超音波受信素子４bは、超
音波送信素子３aと超音波送信素子３bから送信された超
音波を受信し電気信号である受信信号に変換する。増幅
回路５a、５ｂは、それぞれ、超音波受信素子４aと超音
波受信素子４bの受信信号を増幅し、整流回路６a、６ｂ
に出力する。整流回路６a、６ｂはそれぞれ増幅回路５
a、５ｂの出力信号を整流し、減算回路７、加算回路１
２、比較回路１５a、１５bに出力する。

【0058】減算回路７は、超音波受信素子４aの出力する
受信信号を増幅回路５a、整流回路６aで増幅、整流した
信号から、超音波受信素子４bの出力する受信信号を増
幅回路５b、整流回路６bで増幅、整流した信号を減算
し、これによって得られる差分信号を整流回路１０に出
力し、整流回路１０は差分信号を整流した信号を第１検
出回路１１と加算回路１３に出力する。第１検出回路１
１は、整流された差分信号より気泡の有無を検出し、第
１検出信号を出力する。

【0059】一方、加算回路１２は、超音波受信素子４aの
出力する受信信号を増幅回路５a、整流回路６aで増幅、
整流した信号と、超音波受信素子４bの出力する受信信
号を増幅回路５b、整流回路６bで増幅、整流した信号と
を加算して得られる加算信号を、加算回路１３に出力す
る。加算回路１３は差分信号を整流回路１０で整流した
信号と加算信号とを加算し、第２加算信号として第２検
出回路１４に出力する。そして、第２検出回路１４は加
算回路１３の出力する第２加算信号より気泡の同時発生
の有無を検出し、第２検出信号を出力する。

【0060】ここで、図３を用いて本第３実施形態による気
泡検出のようすを示す。

【0061】図中において、aは超音波受信素子４aで受信さ
れる超音波を示したものであり、bは超音波受信素子４b
で受信される超音波を示したものであり、cは減算回路
７の出力する差分信号を表しており、dは減算回路７の
出力する差分信号（ｃ）を整流回路１０で整流した信号
を表し、eは加算回路１２の出力する加算信号を表し、
ｆは整流した差分信号dと加算信号eを加算回路１４で加
算した第２加算信号を表している。

【0062】ここで、図示した各信号は、いま時間Aで超音
波送信素子３aと超音波受信素子４aの間に気泡が発生
し、時間Ｂで超音波送信素子３bと超音波受信素子４bの
間に気泡が発生し、時間Ｃで超音波送信素子３aと超音
波受信素子４aの間と超音波送信素子３bと超音波受信素
子４bの間に同じタイミングで同じ大きさの気泡が発生
した場合について表している。

【0063】この場合、加算信号eには、時間Aと時間Ｂに一
つの気泡相当分の大きさの負方向の信号変化が生じ、時
間Ｃにおいて二つの気泡相当分の大きさの負方向の信号
変化が生じる。一方、差分信号を整流した信号dには、
時間Aと時間Ｂに一つの気泡相当分の大きさの正方向の
信号変化が生じ、時間Ｃにおいては相互に気泡の存在に
よる受信信号の信号変化が打ち消されて信号変化が生じ
ない。

【0064】したがって、整流した差分信号dと整流した加
算信号eを加算回路１４で加算した第２加算信号ｆに
は、図に示すように時間Ｃにおいて二つの気泡相当分の
大きさの負方向の信号変化が現れる。

【0065】そこで、第１検出回路１１では、図中ｄに破線
で示したしきい値Th2と整流した差分信号の大小を比較
し、整流した差分信号がしきい値を超えたときに、超音
波送信素子３aと超音波受信素子４aの間または超音波送
信素子３bと超音波受信素子４bの間のいずれかで気泡が
発生し、かつ、超音波送信素子３aと超音波受信素子４a
の間と超音波送信素子３bと超音波受信素子４bの間の双
方では気泡が発生していないことを検出し、整流した差
分信号としきい値Th2との差分の絶対値を第１検出信号
として出力する。

【0066】一方、第２検出回路１５では、図ｆに破線で示
す第２加算信号fに一定の比率を乗じた信号の全体的な
レベルに追従する基準信号Refを生成し、第２加算信号f
がこの基準信号を下回ったときに、超音波送信素子３a
と超音波受信素子４aの間と超音波送信素子３bと超音波
受信素子４bの間の双方で気泡が発生していることを検
出し、第２加算信号fと基準信号の差分の絶対値を第２
検出信号として出力する。

【0067】ここで、このような検出を行う第２検出回路
は、たとえば、図５に示すように、ピークホールド回路
１１１と分圧回路１１２と減算回路１１３と比較回路１
１４とマスク回路１１５によって構成することができ
る。ピークホールド回路１１１の時定数は、少なくとも
気泡が検出される期間に相当する時間、気泡による負方
向の信号変化に対して、それ以前の第２加算信号のピー
クを保持するように設定されている。このピークホール
ド回路１１１によってピークホールドされた信号は、次
に分圧回路１１２において分圧され、ピークホールドさ
れた信号に１未満の所定の比率を乗じた基準信号とされ
る。そして、比較回路１１４において、この基準信号と
第２加算信号の大小関係が比較され、比較結果がマスク
信号として、マスク回路１１５に出力される。また、減
算回路１１３において、基準信号と第２加算信号の差分
が算出され、マスク回路１１５に出力される。マスク回
路１１５において、マスク信号は、基準信号より第２加
算信号の方が大きいことを表している期間はその出力を
マスクする。したがって、マスク回路１１５は、マスク
信号が基準信号より整流された加算信号の方が大きくな
いことを表している期間のみ減算回路１１３の出力を出
力する。そして、このマスク回路１１５の出力が第２検
出信号となる。

【0068】ここで、第１、第２検出信号が表す差分値は、
発生した気泡の大きさに関係しており、第１検出信号が
表す差分の時間積分値(d中網掛の面積）をＸ、第２検出
信号が表す差分の時間積分値(f中網掛の面積）をＹとし
て、ＫＸ+ＬＹにより発生した気泡の大きさの時間積分
が求まる。なお、KとLは、補正のための係数であり、し
きい値Th２や基準信号Refの加算信号の全体的なレベル
に対する比率の設定により、同じ値をとる場合もある。

【0069】なお、図３では、超音波送信素子３aと超音波
受信素子４aの間と超音波送信素子３bと超音波受信素子
４bの間に同じタイミングで同じ大きさの気泡が発生し
た場合について表したが、以上の構成は、しきい値Th２
や基準信号Refの加算信号の全体的なレベルに対する比
率を適当に設定することにより、第１検出回路１１で検
出できない有意な重複部分を第２検出回路１４で検出で
きる構成であるので、超音波送信素子３aと超音波受信
素子４aの間と超音波送信素子３bと超音波受信素子４b
の間に部分的に重複するタイミングまたは異なる大きさ
の気泡が発生した場合にも、良好に気泡の発生量を検出
することができる。

【0070】さて、図４に戻り、比較回路１５aは、ぞれぞ
れ、超音波受信素子４aの出力する受信信号を増幅回路
５a、整流回路６aで増幅、整流した信号と所定のしきい
値を比較して比較結果を障害検出回路１６に出力し、比
較回路１５bは超音波受信素子４bの出力する受信信号を
増幅回路５b、整流回路６bで増幅、整流した信号と所定
のしきい値を比較し比較結果を障害検出回路１６に出力
する。ここで用いるしきい値は、超音波受信素子４aの
出力する受信信号を増幅、整流した信号、または、超音
波受信素子４bの出力する受信信号を増幅回路５b、整流
回路６bで増幅、整流した信号が、しきい値が区分けす
る一方の範囲内となった場合に、超音波受信素子４aま
たは超音波受信素子４bが配置された箇所において、チ
ューブ２０中が液体無し状態となったことを表す値とす
る。障害検出回路１６は、一定期間以上、比較回路１５
aと比較回路１５bの双方より液体無し状態を表す比較結
果が出力され続けた場合に、障害発生として、障害発生
信号を出力する。ここでこの障害発生信号は、チューブ
２０中が液体無し状態となった場合の他、たとえば、二
つのは超音波受信素子に対応する二つの受信系の一方ま
たは両方に障害が発生した場合など超音波気泡検出装置
自身に障害が発生した場合にも出力される。すなわち、
障害発生信号は自己診断信号としての意味合いも持ち、
以上の障害発生信号を生成する構成は自己診断回路とし
ても機能する。

【0071】以上、本発明の第３の実施形態について説明し
た。

【0072】なお、本第３実施形態における比較回路１５a
と比較回路１５bと、障害検出回路１６による障害検出
は、前記第１、第２実施形態にも同様に適用することが
できる。

【0073】また、本第３実施形態における加算信号は、チ
ューブ２０中の液体無し状態を検出するためにも用いる
ことができる。すなわち、加算信号のレベルがチューブ
２０中に液体が無い状態に相当する値をとった場合また
は一定時間以上取り続けた場合に、これをチューブ２０
内に液体が無いという異常状態が生じたものとして検出
することができる。

【0074】以上、本発明に係る超音波気泡検出装置の実施
形態について説明した。

【0075】なお、以上の第２、第３実施形態は、超音波送
信素子として適当に広い指向性を持つものを用い、この
超音波送信素子を二つの超音波受信素子に対して等距離
（図２、４中の超音波送信素子３a、３bの中点の位置）
に配置することにより、その超音波送信素子の数を一つ
とするように修正しても良い。

【0076】また、以上の実施形態では、液体を透過した超
音波を受信し、これより気泡を検出したが、本実施形態
における気泡検出の構成は液体から反射した超音波を受
信し、これより気泡を検出する場合について同様に適用
することができる。また、以上の実施形態は液体中の気
泡の検出のみならず、それ以外の被検体中の異物の検出
に適用可能である。

【0077】また、以上の実施形態に係る超音波気泡検出装
置は、医療分野における人口透析装置や点滴装置などに
よる人体血液中への気泡混入の防止や、写真分野におけ
る現像液への気泡混入の防止や、各種プラントにおける
異常監視等に広く適用することができる。

【0078】

【発明の効果】

【0079】以上のように、本発明によれば、液体の流路ま
たは収容器の壁面を伝わって回り込む超音波が存在する
場合でも、精度良く気泡を検出することができる超音波
気泡検出装置を提供することができる。

【0080】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波気泡検出装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係る超音波気泡検出装
置の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施形態に係る超音波気泡検出の仕組
みを模式的に示した図である。

【図４】本発明の第３実施形態に係る超音波気泡検出装
置の構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の第３実施形態に係る第２検出回路の構
成例を示すブロック図である。

【図６】従来の超音波検出装置の構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１：発振回路、２：駆動回路、３a及び３ｂ：超音波送
信素子、４及び４a及び４ｂ：超音波受信素子、５a及び
５ｂ：増幅回路、６a及び６ｂ：整流回路、７：減算回
路、８：検出回路、１０：整流回路、１１：第１検出回
路、１２：加算回路、１３：加算回路、１４：第２検出
回路、１５a及び１５b：比較回路、１６：障害検出回
路、２０：チューブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体中の気泡を超音波を用いて検出する超
音波気泡検出装置であって、液体に対して超音波信号を送信する少なくとも一つの超
音波送信手段と、液体を透過した又は液体流路から反射した超音波信号を
受信し電気信号である受信信号に変換する二つの超音波
受信手段と、前記二つの超音波受信手段がそれぞれ変換した受信信号
の差分を求める減算手段と、前記差分の変化に応じて液体中の気泡を検出する気泡検
出手段とを有することを特徴とする超音波気泡検出装
置。
【請求項２】液体中の気泡を超音波を用いて検出する超
音波気泡検出装置であって、液体に対して超音波信号を送信する超音波送信手段と、
液体を透過した又は液体流路から反射した超音波信号を
受信し電気信号である受信信号に変換する超音波受信手
段との組を二組備え、かつ、前記超音波検出装置は、前記各組のそれぞれ属する二つの超音波受信手段がそれ
ぞれ変換した受信信号の差分を求める減算手段と、前記差分の変化に応じて液体中の気泡を検出する気泡検
出手段とを有することを特徴とする超音波気泡検出装
置。
【請求項３】請求項１または２記載の超音波気泡検出装
置であって、前記二つの超音波受信手段がそれぞれ変換した二つの受
信信号に同時に気泡の存在または液体の不在による信号
変化が生じたことを検出する手段を有することを特徴と
する超音波気泡検出装置。