JP3320470B2

JP3320470B2 - 液面検知装置

Info

Publication number: JP3320470B2
Application number: JP33073192A
Authority: JP
Inventors: 侑奥所; 伸一稲村
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 2002-09-03
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JPH06174531A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体の液面を検知する
装置に関し、更に詳しくは生化学自動分析装置等の検液
容器内の液面、試薬容器内の試薬の液面を検知するのに
用いることのできる液面検知装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】生化学自動分析装置において、液体液面
の検知については種々のものが提案されている。実願昭
５２−９０９２６号（実開昭５４−１９７９０号公報）
によるものは、検知針を用いる技術であり、検液容器内
の例えば血清の液面を検知する装置は、検液の導電性を
利用して液面の検知をする。即ち、このものにおいて
は、検液採取用のプローブ（ノズル）と連動する一対の
液面検知針を検液容器内に挿入し、検液液面に向けてプ
ローブと共に下降させると、これらが液面に接した際に
検液の導電性により一対の液面検知針間が電気的に導通
する。この電気的導通の検出により液体液面を検知でき
る。

【０００３】また、プローブをステンレス等の導電性材
料で形成することにより、一対の液面検知針のうちの１
本をプローブに兼用させることも知られている。この場
合、プローブ以外に必要な液面検知針は、１本のみで済
ますことはできる。

【０００４】更に、検知針１本のみ、あるいはステンレ
ス等の導電性プローブをプローブ電極として用いるもの
に、静電容量式のものもある（例えば、特開平１−１７
８８２６号公報、特開平２−５９６１９号公報、特開平
４−３１９６２４号公報）。静電容量式によるものは、
検知針あるいはプローブ電極を発振回路の一部とし、そ
れが液面に達したときに静電容量が変化し、発振周波数
が変わるのを検知する方式を採用するものが多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかして、検知針を用
いるものにあっては、その取扱いが非常に危険である
（特に、生化学分析装置において、容器内の液に接する
プローブ以外にも、血清等の検液などの液面検知のため
に当該血清等に接触することとなる検知針の存在は、そ
れが血清等に触れたものであるが故に、使用者にとって
はそれに対しても十分に慎重な取扱いが要求される）。
また、複数の検知針を用いる場合、あるいは検知針とプ
ローブとを用いる場合、容器内に挿入されることとなる
挿入体が２本以上となる結果、かなり正確な位置出し
（制御）をしないと、的確に容器に挿入することができ
ない。従って、それだけ制御系には高精度のものが要求
され、使用者の上記取扱いに関する使用者の負担が大き
いのに加えて、ラフな位置出しでは不十分であるという
不利もある。

【０００６】また、静電容量式のものは、検液容器内の
検液等対象液体が微量の場合、静電容量の変化は極めて
小さく、そのような場合にでも、安定して検出するのは
非常に困難である。液の量などの条件によって左右され
易く、従って、十分な対応性を期待しにくい。

【０００７】本発明は、上述のような問題点に鑑みてな
されたもので、取扱いの危険度が少なくてそれだけ使用
者の負担も軽減し得、しかもたとえ比較的ラフな位置出
しであっても足りて液面を精度良く検知できる上、周囲
の状況などの違いにも十分対応し得て安定した液面検知
をすることのできる液面検知装置を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によって、下記の
液面検知装置が提供される。

【０００９】発振器に接続された電極と、該電極の近傍
に配置され、液体を収容した容器と、前記電極より誘導
される信号を受信すると共に、前記容器内の液体を吸引
するためのプローブと、該プローブよりの信号を増幅し
た増幅出力を整流して出力する回路と、該回路に接続さ
れる第１の時定数回路と、該回路に接続され、前記第１
の時定数回路よりも大きな時定数を有しバイアス回路に
接続される第２の時定数回路と、前記第１の時定数回路
および第２の時定数回路の出力信号を入力され、これら
出力信号の差が所定値になったときに、前記プローブの
先端が液体の表面に接触したことを示す液面検知信号を
出力する検知手段と、を具備して成ることを特徴とする
液面検知装置である。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は、本発明の液面検知装置の一実施例を示す基
本構成図である。同図に示すように、装置は、ステンレ
スプローブ１を備えると共に、検液または試薬容器２に
液面を検知すべき検液または試薬３を収容した当該容器
２を設置する下部電極４を備える。本例では、自動分析
機に適用しており、分析機は、上記ステンレスプローブ
１を上下動させるよう、図示しない駆動・制御系を備え
るものとする。

【００１１】液面検知装置は、更に、図示のように、発
振器５と、増幅器６とを備え、増幅器６に整流器（ダイ
オード）ＤとコンデンサＣとの回路が接続される。発振
器５は、ここでは下部電極４の方に接続され、一方ステ
ンレスプローブ１の方は増幅器６以降の回路へ接続され
ている。従って、本例では、下部電極４が、発振器５の
出力を接続した電極を構成し、ステンレスプローブ１
が、その電極より誘導される信号を受信する受信電極を
構成することとなり、かかる受信電極となるステンレス
プローブ１よりの信号を増幅器６が増幅し、その増幅器
６の出力をダイオードＤが整流する。

【００１２】図１において、上記のように発振器５に接
続された下部電極４の上部に容器３を設置して（なお、
下部電極４の上部ではなく、横でもよい）、上方より、
ステンレスプローブ１を下降させると、液３の液面にス
テンレスプローブ１が接触した瞬間に、下部電極４より
の発振波形が液３を通じてステンレスプローブ１に伝達
され、これが増幅器６で増幅され、ダイオードＤ、コン
デンサＣで整流、平滑化され、液面に接触したときより
図２に示す如くの信号が出力される。従って、この出力
を適当なレベルで検知するように、後段に基準値との比
較をもって作動するコンパレータを設け、これにより、
液面検知装置としての出力信号を出すようにすればよ
い。

【００１３】ここに、より具体的には、上記後段におけ
る回路では、時定数の異なる複数の時定数回路を介して
比較器に接続するものとする。これは、次のような観点
からである。

【００１４】基本的には、図１の構成で得られる出力電
圧は、これに影響を及ぼすことのある要因が同じである
なら、図２に示したような傾向のものになる。しかし、
実際の分析装置の使用状態等に注目すると、下部電極４
の大きさのバラツキなどを含め、周囲の状況（例えば、
距離、周囲に他の物体がある、など）により、例えば図
３に示すような出力のものとなり、液３に接触時の出力
電圧が異なる（同図（１），（２）参照）。更に、液３
の量や種類によって出力のＭＡＸ値が違ってくる。これ
らのことから、単にコンパレータで検知するのは、上記
のような変動要素をも排除しようというときは、更に工
夫を加える余地がある。

【００１５】図４以下に示すものは、上記に対する対策
をも加味したものであり、ステンレスプローブ１での受
信信号を増幅、整流して得られる整流出力を時定数の異
なる時定数回路を介して比較器に接続し、それらの入力
信号の差が一定値を越えたとき、出力信号を出すように
なす。

【００１６】図４においては、図に示すように、２つの
時定数回路１１，１２を設ける。これらには、夫々、整
流用のダイオードＤ１，Ｄ２を介して増幅器６からの出
力を供給する。第１の時定数回路１１と第２の時定数回
路１２とは、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１によって、ま
た抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２によって、夫々構成する
が、その時定数を互いに異ならしめ、第１の時定数回路
１１側は比較的小さな時定数をもつようその時定数を設
定し、また、第２の時定数回路１２側は比較的大きな時
定数をもつようその時定数を設定する。

【００１７】各時定数回路１１，１２はコンパレータ１
３の入力へ接続する。更に、時定数の大なる第２の時定
数回路１２側に関して、図のように抵抗Ｒ３，Ｒ４の分
圧回路によるバイアス回路１４を設け、該時定数回路１
２には予めバイアス回路１４によりダイオードＤ３を介
してバイアス電圧をかけておくようにする。

【００１８】上記構成によると、ステンレスプローブ１
の液面接触に基づく出力信号が次のようにして得られ
る。図５はその説明に供する波形図で、同図（１）は各
時定数回路１１，１２の出力（コンパレータ１３への夫
々の入力）を示し、同（２）はコンパレータ１３の出
力、即ち端子Ｔの出力の様子を示す。

【００１９】今、プローブ１の下降が開始され、それが
液３の液面に近づくに伴い、時定数回路１１，１２の各
出力が図５（１）の如くに推移する。第２の時定数回路
１２側の出力（特性ａ）は、バイアスをかけられた分、
第１の時定数回路１１側の出力（特性ｂ）よりも高い。
プローブ１の下降する速度に対して２つの時定数を適当
に選ぶことにより、たとえ周囲の状況等の差異があって
も、その影響を小さくできることを意味、具体的には、
比較に用いる基準点（基準電圧値）が固定ではなくて、
周囲の状況などに応じ自動的に変化することを意味す
る。

【００２０】しかして、液面にプローブ１が達すると、
液面接触に基づく整流出力が各時定数回路１１，１２に
加わるため、時定数回路出力はこれに伴って立上がると
ころ、夫々の時定数を異ならせている結果、特性ａ，ｂ
のように変化する。即ち、プローブ１が液面に接触した
あと、図中Ｐ点で、第１の時定数回路１１と第２の時定
数回路１２との夫々の出力電圧が、それまでの関係と入
れかわることになる。これをコンパレータ１３で検知す
る。この場合は、図５（２）のように、コンパレータ１
３の出力のＯＦＦからＯＮへの転換でこれを検知してい
る。

【００２１】このようにすることによって、基準点も周
囲の状況などに応じて自動的に変化するので、前述のよ
うな要因分があってもこれを吸収（補正）し得て、本構
成を採用しない場合に比し、その分、液面を高精度に検
知できることになる。

【００２２】図６は、上記に対し、更に以下のような対
策を加味してある。前記図４の構成の場合、与えるバイ
アスの程度や、周囲の状況等如何によっては、液面に達
する前の時点で、２つの時定数回路の出力が殆んど同じ
レベルになることも予想される。現実にステンレスプロ
ーブ１による液面接触が行われる前のプローブ下降過程
中に、そのような現象が生ずるのを避けるには、バイア
スを高めて、図５（１）において特性ａ，ｂ間を差を大
きくすればよいが、バイアス電圧を高めるほど、液面接
触時点からコンパレータ出力反転までの間は大きくな
る。

【００２３】そこで、図６の実施例では、時定数回路の
構成を次の如くにする。即ち、図示のように、抵抗Ｒ
５、抵抗Ｒ６を追加して、夫々、第１の時定数回路２
１、第２の時定数回路２２を構成する。ここに、それら
抵抗は夫々コンデンサと並列に設ける。図７は、本実施
例での説明波形図で、同図（１）は各時定数回路の出力
を示し、ａ，ｂは第１の時定数回路２１側、第２の時定
数回路２２側の特性である。なお、特性ｃは、後述する
レベル制限回路をも付加した場合での第２の時定数回路
２２の特性である。本実施例では、上記のように抵抗Ｒ
５，Ｒ６を設け、図７（１）に示すように、時定数が小
さい方の第１の時定数回路２１の出力を、プローブ１が
液３に達するまでは、時定数の大きい方の第２の時定数
回路２２の出力より低いレベルに保つようにするもので
ある（なお、コンデンサＣ１，Ｃ２に対し並列となるよ
う追加した抵抗Ｒ５，Ｒ６は、放電の時定数もまた決定
することになる）。このようにすることにより、上記の
ように同レベルになるという状態も未然に防止され、こ
の点で検知の安定性、確実性がより高まる。

【００２４】一方、液面接触後の飽和時の状態に着目す
ると、抵抗Ｒ５，Ｒ６を設けた場合、逆にこれら抵抗Ｒ
５，Ｒ６によって、飽和時のレベルに関し、第１の時定
数回路２１の方が第２の時定数回路２２側に較べて低く
なり、結果、図７（１）に示すＱ点の時点で、プローブ
１がまだ液３に触れているにもかかわらず、コンパレー
タ１３の出力が図７（２）に示すようにＯＮからＯＦＦ
への反転してしまう。

【００２５】そこで、本実施では、更にこのような面で
の誤検出を防止するため、図６のように抵抗Ｒ７及びダ
イオードＤ４から成るレベル制限回路２３を付加する。
かかるレベル制御回路２３を有する構成の場合は、図７
（１），（３）に示すように、一度コンパレータ１３の
出力がＯＮになると（Ｐ点）、第２の時定数回路２２の
出力レベルは、抵抗Ｒ７、ダイオードＤ４の直列回路を
通じて特性ｃに示すようなレベルに抑えられることにな
り、結果、コンパレータ１３の出力はＯＮ（ローレベ
ル）に維持され、前述のような誤検出が生ずる状態は避
けられる。

【００２６】そして、再びプローブ１が上昇して液面か
ら離れると、図７（１）のＲ点において、第１の時定数
回路２１側と第２の時定数回路２２側のレベルが入れか
わり、ここでコンパレータ１３の出力がＯＮからＯＦＦ
へと反転することになる（同図（３））。これにより、
プローブ１が液３に達するとき、また離れるとき、若干
の遅延時間を含んでコンパレータ１３が切り変わる（Ｏ
Ｎ／ＯＦＦする）ので、液面に触れているかどうかが分
かる。

【００２７】また、上記構成において、好ましくは、図
６に示す如く、ステンレスプローブ１に接続した増幅器
６の出力側にバンドパスフィルタ２４を設け、これによ
りハム等のノイズ防止を行う。この場合、ローパスフィ
ルタでも、ハムは除去できるが、バンドパスフィルタの
方が、より信号成分のみを取り出すことが可能である。

【００２８】本実施例においては、専ら液面検知をする
ための従来の液面検知針は用いず、従って、それだけ取
扱いの危険度は少なく、使用者の負担は軽減され、かつ
プローブ１を容器２内へ挿入し液３の液面検知を行う際
に、比較的ラフな位置出しでも、しかも容器２内の液３
が微量であるなどの液量の多少による影響等をも排し
て、図５、図７にみたように容易にかつ安定して適切な
検出が行われる。検液または試薬容器２を下部電極４上
に設置し、これに対しステンレスプローブ１の下降を開
始させて該プローブ１と液面との接触に基づきなされる
検出は、検液または試薬３の量の多少をも含んで周囲の
状況（下部電極の大きさ、距離、周囲に他の物体がある
等）や液の種類、使用容器の大小などが違っても、基準
点が周囲の状況などに応じて変化してくれるので、正確
であり、プローブ１が現に液面に達していないのにコン
パレータ１３が液面接触の情報を示すこともないし、ま
た、プローブ１がまだ液に触れているのに非接触の情報
をコンパレータ１３が示してしまうこともなく、良好な
液面検知が実現される。

【００２９】次に、図８，９に例をもって示すのは、更
に他の実施例である。前記各例と同様の部分については
同一の符号を付してある。本実施例は、図８に示すよう
に、前記図６におけるレベル制限回路２３の代わりに、
コンパレータ４０を第２のコンパレータとして追加し、
これに抵抗Ｒ８，Ｒ９による分圧回路から所要基準電圧
を印加しておくようになす。

【００３０】上記分圧回路の作動電源電圧（例えば、＋
１５Ｖ）、並びに抵抗Ｒ８，Ｒ９の抵抗値の設定によっ
て、図９（１）に示すようにコンパレータ４０のしきい
値を定めることができる。ここに、図９（２）はコンパ
レータ１３の出力を、また同（３）は第２のコンパレー
タとしての上記コンパレータ４０の出力を、更に同
（４）はそれらによる最終的な出力、即ち端子Ｔに得ら
れる出力信号を、夫々示している。これらにより、端子
Ｔの出力として、図６の場合におけるコンパレータ１３
から得られるものと同様のものが取り出されることが分
かる。このようにして、前記レベル制限回路を使わず
に、コンパレータ４０を追加し、抵抗Ｒ８，Ｒ９を適当
な値に設定することにより、前記実施例（図６，７）と
同様な効果を得ることができ、本発明はこのようにして
実施することもできる。

【００３１】なお、本発明は上述した各例に限定される
ものではない。例えば、図示説明にあっては、分析機に
おいて、発振器の出力を接続した電極と、その電極より
誘導される信号を受信する受信電極とは、前者を下部電
極、後者をステンレスプローブとして説明したが、ステ
ンレスプローブと下部電極を入れ換えても、同じように
検知をすることができる。

【００３２】また、下部電極の上に金属性のホルダを設
けて容器を置いた場合や、絶縁性の板などを介して容器
を置いた場合であっても検知できる。更に、下部電極の
形状を、容器を囲むようにすると、検知能力が向上す
る。

【００３３】また、プローブと下部電極を入れ換えた場
合（特に、下部電極を容器を囲むような形状にした場
合）は、その外側をシールド材で囲むことにより、ノイ
ズを軽減できる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、生化学自動分析機など
において対象液体の液面を検知する場合であっても、液
面を検知するための電極として液体を吸引するためのプ
ローブを用いているので、取扱いの危険度が少なく、し
かも時定数とバイアスが異なる２つの時定数回路を用い
ているので、比較的ラフな位置出しでも十分機能し得る
上、たとえ周囲の状況や使用液の種類、収容容器の大小
などが違っても、それにも十分に対応可能で、正確に液
面を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の基本的構成の原理図であ
る。

【図２】基本的な出力の様子の説明図である。

【図３】図２と対比して示す波形図で、周囲の状況など
を考慮した場合の説明図である。

【図４】２つの時定数回路を用いる場合の具体的構成例
を示す図である。

【図５】その動作説明に供する波形図である。

【図６】同じく、具体的構成の他の例を示す図である。

【図７】その動作説明に供する波形図である。

【図８】同じく、具体的構成の更に他の例を示す図であ
る。

【図９】その動作説明に供する波形図である。

【符号の説明】

１ステンレスプローブ２検知容器または試薬容器３検液または試薬４下部電極５発振器６増幅器１１，２１第１の時定数回路１２，２２第２の時定数回路１３コンパレータ１４バイアス回路２３レベル制限回路２４バンドパスフィルタ４０コンパレータＤ，Ｄ１〜Ｄ４ダイオードＲ１〜Ｒ９抵抗Ｃ，Ｃ１，Ｃ２コンデンサＴ端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 23/28 G01N 35/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発振器に接続された電極と、該電極の近傍に配置され、液体を収容する容器と、前記電極より誘導される信号を受信すると共に、前記容
器内の液体を吸引するためのプローブと、該プローブよりの信号を増幅した増幅出力を整流して出
力する回路と、該回路に接続された第１の時定数回路と、該回路に接続され、前記第１の時定数回路よりも大きな
時定数を有しバイアス回路に接続された第２の時定数回
路と、前記第１の時定数回路および第２の時定数回路の出力信
号を入力され、これら出力信号の差が所定値になったと
きに、前記プローブの先端が液体の表面に接触したこと
を示す液面検知信号を出力する検知手段と、を具備して成ることを特徴とする液面検知装置。