JP3858084B2 - テスト探針の液面接触時期検出装置 - Google Patents

Description

発明の属する技術分野
本発明は、導電性材料のテスト探針がいつ液体表面に接触したかを検出する装置に関する。
従来技術
例えばピペット作業において、ピペットの先端がいつ液体表面に接触したかを、直ちにそして安全に検出することは極めて重要である。誤った検出は、ピペット操作が実施されないことにもつながり、又不検出もしくは検出遅れは、ピペット先端の汚染をもたらすかもしれない。
今日の技術で用いられるレベル検出の手法は、導電性、容量性、吸湿性、光学性もしくは音響性のもののいずれかである。
導電性レベル検出機は、２つの測定ポイント間における伝導度（伝導する能力）を、予め決められた値と比較することにより行われる。もし伝導度が所定の値よりも高ければ（もしくは低ければ）、液体、もしくは隔膜がある場合にはその隔膜が検出されたという信号を発信する。しかしながらこの導電性検出手法は、以下の欠点を有する。
−２つのテスト探針を必要とし、
−湿気がテスト用探針を短くするリスクがあり、
−低イオン濃度の溶液、例えば蒸留水は検出できず、
−検出溶液を電気分解するリスクがあり、そして
−液体が隔膜で覆われている場合には、このテスト探針が隔膜に接触したのか液体に接触したのかを判別することができない。
容量性レベル検出機は、静電容量の変化で作動する。自由支持された避雷針形状のテスト探針が、周囲との相対で一定の静電気を持ち、この静電気は前記探針が液体、もしくは隔膜がある場合にはその隔膜と接触したときに増加する。この容量検出手法の欠点は、
−液体が隔膜で覆われている場合には、このテスト探針が隔膜に接触したのか液体に接触したのかを判別することができないことである。
吸湿性検出手法は、進行過程で吸引する間の圧力差によって作動する。緩慢な吸引が開始されたらピペットが液体表面に向けて下降する。ピペット先端が液体表面、もしくは隔膜があればその隔膜に接触すると、チューブシステムに圧力波が発生し、その圧力波が検出される。この吸湿性検出手法の欠点は、
−このテスト探針が隔膜に接触したのか液体に接触したのかを判別することができず、
−検出の間には吸引が行われていなければならず、
−チューブ及びチューブの調整にかなりの手間がかかり、そして
−この手法の進度が遅い点にある。
光学レベル検出機は、反射光を検出することにより液体表面を探索する。光学検出手法の欠点は、
−この検出器が汚染され易く、
−光学検出機は泡と液体との判別ができず、そして
−特別の光伝導性テスト探針を必要とする点にある。
音響探出機は、ソナーと同様に作動する。この検出機は音波を発信し、これが液体表面、隔膜がある場合には隔膜で反響する。これを利用して検出機は、音波が発信されてから液体表面に反射して検出機に戻るまでの時間差を計測する。この測定時間が予め定められた限界以下となれば、液体表面／隔膜に到達したものと判断される。この音響検出手法は、
−特別の音響伝導テスト探針を必要とし、そして
−隔膜と液体との判別ができない、という欠点を持つ。
発明の概要
したがって本発明の目的は、上記のような欠点を持たず、隔膜で覆われているか否かを問わず、テスト探針がいつ液体表面と接触したのかを検出するための装置を提供することにある。
上記目的は本発明にかかる装置によって達成され、その手段は以下のようなものである。即ち、テスト探針は、そのテスト探針から隔離したスクリーンにより電気的に遮蔽され、前記テスト探針の一部が前記スクリーンの前方に突出しており、前記テスト探針は、一方は第１インピーダンスを介して第１交流電源に、他方は差動増幅器の入力の１つに接続され、前記スクリーンは、一方は第２インピーダンスを介して第２交流電源に、他方は前記差動増幅器の他の入力に接続され、前記差動増幅器の出力は、一方は入力の１つが第３交流電源に接続された第１乗算器の他の入力に、他方は入力の１つが第４交流電源に接続された第２乗算器の他の入力に接続され、そして信号処理装置が前記複数の乗算器の出力に接続され、その乗算器の出力信号に基づいて一方は前記テスト探針の抵抗性負荷を示す第１信号を、他方は前記テスト探針の容量性負荷を示す第２信号を取り込み、そして抵抗性負荷が低く同時に容量性負荷が高いときに、そのテスト探針が液体表面に接触したことを示す信号を発信するよう配備されている。
【図面の簡単な説明】
以下に添付図面を参照に本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明にかかる装置の実施の態様のブロック図を概略表示したものであり、そして図２ａ及び２ｂは、図１に示す装置の実施の態様で現れる異なる信号形状を示したものである。
好ましい実施の態様
以下に述べる本発明の実施の態様は、導電性材料からなるピペットによりピペット操作をする際の液体表面の検出に関するものであるが、本発明はピペットへの適用に限定されるものではなく、導電性材料からなるテスト探針を用いて液体表面を検出する任意の接続具が使用可能である点、理解されるべきである。
図１に示すように本発明にかかる装置の実施の態様では、このように１が、図示しない液体をピペット操作するための導電性材料のピペットの形態をしたテスト探針を表している。ここに示す実施の態様では、この液体は図示しない隔膜で覆われているものと想定する。このピペット１は、よく知られた図示しないモータ手段により操作される。
本発明によれば、ピペット１は、ピペット１の回りに延びてピペット１からは詳細表示しない方法で電気的に隔離されたスクリーン２により、電気的に遮蔽されている。前記スクリーン２は、前記ピペット１の先端がそのスクリーン２よりも前方にある距離を置いて突出する状態となるように配置される。
本発明によれば、ピペット１とスクリーン２とは、それぞれインピーダンスＺ１，Ｚ２を介してそれぞれ交流電源Ｕ１，Ｕ２に接続されている。このインピーダンスＺ１とＺ２とは異なる大きさを持っている。前記交流電源Ｕ１，Ｕ２は、同一周波数の交流電圧を与えるように配備されている。
本発明によれば、前記ピペット１とスクリーン２とは、差動増幅器３の各１つの入力に接続されており、この差動増幅器３は、ピペット１の先端が図示しない液体表面、場合によっては図示しない隔膜に近付いたときの抵抗性負荷そして／又は容量性負荷の変化に応じ、スクリーン２の電位に対するピペット１の電位の変動を検出するために配備されている。
本発明における差動増幅器３の出力は、２つの乗算器４及び５のそれぞれの入力の内の一つに接続されている。
ここに表示する実施の態様では、前記乗算器４の他の入力は、第三の交流電源Ｕ３に接続されている。この交流電源Ｕ３は、交流電源Ｕ１及びＵ２と同じ周波数の交流電圧を発生するよう配備されている。
前記乗算器４は、その出力部上に出力信号を発生し、これは基本的にはピペット１の電位の変動に起因するピペット先端の抵抗性負荷の変化に対応するものだが、一方ある程度はピペット１先端の容量性負荷に起因するピペット１の電位の変動にも対応するものである。
乗算器５の第２の入力は、交流電源Ｕ４に接続され、ここに示す実施の態様では交流電源Ｕ３の電圧に対して９０度位相がずれた電圧を発生するように配備されている。
前記乗算器５は、その出力部上に出力信号を発生し、これは基本的にはピペット１の電位の変動に起因するピペット先端の容量性負荷の変化に対応するものだが、一方ある程度はピペット１先端の抵抗性負荷に起因するピペット１の電位の変動にも対応するものである。
前記交流電源Ｕ３とＵ４との各電圧の位相のずれは、正確に９０度でなくてもよい。一般にはこの両電圧は、お互いにその位相がずれてさえいればよい。
図１に示す実施の態様では、乗算器４と５の出力信号はそれぞれ表示されない低域フィルタを介して信号処理装置６に伝えられ、この信号処理装置６は、両乗算器の出力信号を基に、液体が隔膜で覆われているか否かに関係なく、いつピペットの先端が表示しない液面に接触したかを判定し、この結果によって出力７に出力信号を発生する。
前記信号処理装置６は、乗算器の出力信号に基づき、一方はピペット１の抵抗性負荷に対応した第１信号を、他方はピペット１の容量性負荷に対応した第２信号を取り込む。
これら第１及び第２信号を基に、前記信号処理装置６は、前記第１信号が低い、すなわちピペットが抵抗の面では負荷がなくなったときに、ピペット１の先端が液体表面に実際に接触したことの表示として、出力部７上に信号を発信するよう配備されている。
この信号処理装置６は、もちろん完全にもしくは部分的にソフトウェアを用いて実施されてもよい。
表示した実施の態様では、前記ピペット１は、表示しないチューブに接続されてもよく、更にそのチューブは表示しない希釈器に接続されている。
本発明によれば、このような場合は前記希釈器につながるチューブは、液体そして／又は気体等のチューブ内の内容物が検出精度に影響を及ぼさないように、ピペットのスクリーンに電気的に接続されたチューブスクリーンにより、表示しない方法で遮蔽されている。希釈器につながるチューブ内の異なる内容物に対する許容度を増すため、前記チューブスクリーンの端末も、表示しない方法でそのチューブの内側に接続されている。
図２ａおよび２ｂは、ピペット１の先端がまずｄ１移動した後隔膜に接触しその後ｄ２移動した後に液体表面に触れるときに図１に示す前記信号処理装置６に取り込まれる信号を、ピペット１移動距離ｄの関数として示した例である。
図２ａは、ピペットの先端が隔膜に接触し、その後液体表面に接触したときに、ピペットの先端の容量負荷Ｃがどのように変わるかを示したものである。距離ｄ１を移動した後ピペットの先端が隔膜に接触したとき、ピペットの先端の容量性負荷が極めて急激に上昇する。
ピペット先端の抵抗性負荷Ｒの変化を示す図２ｂから明らかなように、こちらも同時期に急上昇する。
前記隔膜を通過する間、及びピペットがその一部でも隔膜に接触している限り、すなわち前記ピペットチューブがｄ１からｄ２へ動いているとき、容量性及び抵抗性負荷が共に高い水準で推移する。
隔膜を通過した後に、前記ピペット先端が液体表面と接触する。このとき、図２ａに示すように容量性負荷は若干増加するが、一方のピペット先端の抵抗性負荷は、図２ｂに示すようにほぼ空気中での値になるまで急激に落ちる。
前記信号処理装置６は、図２ａ、２ｂに示すような信号に基づき、容量性負荷が図２ａに示すように高く、同時に図２ｂに示す抵抗性負荷が基本的にゼロになったとき、前記ピペットの先端が液体表面に接触したことを表す信号を発する。これがどのように実施されるかは、当業者にとっては多分明らかであろう。
したがって、本発明にかかる装置の使用により、液体が隔膜で覆われているか否かに関係なく、いつピペットの先端が液体表面と接触したかの非常に正確な検出が実現できる。

Claims (6)

1. 導電性材料のテスト探針（１）が、いつ液体表面に接触したかを検出する装置であって、
   −前記テスト探針（１）は、そのテスト探針から絶縁されたテスト探針絶縁スクリーン（２）によって電気的に遮蔽され、テスト探針（１）の一部は前記スクリーン（２）の前方へ突出しており、
   −前記テスト探針（１）は、一方は第１インピーダンス（Ｚ１）を介して第１交流電源（Ｕ１）に、他方は差動増幅器（３）の入力の１つに接続され、前記スクリーン（２）は、一方は第２インピーダンス（Ｚ２）を介して第２交流電源（Ｕ２）に、他方は前記差動増幅器（３）の別の入力に接続され、
   −前記差動増幅器（３）の出力は、一方は入力の１つが第３交流電源（Ｕ３）に接続されている第１乗算器（４）の他の入力に、他方は入力の１つが第４交流電源（Ｕ４）に接続されている第２乗算器（５）の他の入力に接続され、前記第４交流電源（Ｕ４）の出力電圧は前記第３交流電源（Ｕ３）の出力電圧に対して位相がずれており、そして
   −信号処理装置（６）が、前記複数の乗算器（４，５）の出力に接続され、その乗算器（４，５）の出力信号に基づき、一方は前記テスト探針（１）の抵抗性負荷を表す第１信号を、他方は前記テスト探針（１）の容量性負荷を表す第２信号を取り込み、そして前記抵抗性負荷が低く同時に前記容量性負荷が高いときに、前記テスト探針（１）が液体表面に接触したことを示す信号を発信する、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記第４交流電源（Ｕ４）の出力電圧が、前記第３交流電源（３）の出力電圧に対して９０度の位相ずれがあることを特徴とする、請求項１にかかる装置。
3. 前記第１、第２、第３、第４交流電源（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４）が、同一周波数の交流電圧を供給することを特徴とする、請求項１もしくは２にかかる装置。
4. 前記複数の乗算器（４，５）の各出力と前記信号処理装置（６）との間に、それぞれ１つづつの低域フィルタが接続されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかにかかる装置。
5. 前記テスト探針（１）が、チューブに接続されたピペットで構成され、そのチューブが、前記ピペットのスクリーンに電気的に接続されたチューブスクリーンにより、電気的に遮蔽されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかにかかる装置。
6. 前記ピペットから離れた側のスクリーンチューブの端末部で、チューブスクリーンがチューブの内側に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項５にかかる装置。

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