JP5058333B2 - ピペット針部と容器内の液体との接触を検出する方法および装置 - Google Patents
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Description
以下、ピペット針部と容器に収容されている液体との接触を検出するための、本発明による液面センサの第1の実施形態について図1〜図5を参照しつつ説明する。
駆動信号を発生し、また、この信号を、連結部材16およびピペット針部11を介してその先端17に伝送される対応した超音波パルスを発生する圧電トランスデューサ15に入力する電気信号発生手段、および
圧電トランスデューサ15の電気出力信号を受信して処理し、飛行時間または信号位相分析により出力信号の少なくとも1つの特定成分を選び、ピペット針部11の先端17が容器13に収容されている液体12の自由表面14に接触する、針部11の位置を検出するために、出力信号の少なくとも1つの選ばれた成分のパラメータの所定の特性の時間による変化を評価し、さらに、評価の結果を意味する結果的な信号を提供する電気信号処理手段を有する。
V;圧電トランスデューサが放出した波の方向
L;両向き矢印により示すように縦方向に振動している反射波の方向
L’;縦方向に振動している入射超音波の方向
T;両向き矢印により示すように横方向に振動している反射波の方向
T’;横方向に振動している入射超音波の方向。振動の形態は、図4の符号T’に近接する左側に模式的に示されている。
θL;連結部材16により決まる屈折角
θ’L;連結部材16により決まる屈折角
θT;連結部材16により決まる屈折角
θ’T;連結部材16により決まる屈折角
ピペット針部の先端と容器に収容されている液体との接触を検出する本発明による方法において、検出は、ピペット針部がピペット動作を実行するために容器内の液体に向けて移動する時間間隔内に実施される第1の実施形態について、以下に説明する。
(a)ピペット針部11の先端17から所定距離離れて位置する、ピペット針部11の一部に機械的に結合されている圧電トランスデューサ15により超音波パルスをピペット針部11に加えること、
(b)超音波パルスをピペット針部11および圧電トランスデューサ15に機械的に結合された連結部材16を通してピペット針部11に加えることにより発生した機械的パルスを、ピペット針部11を介して伝送すること、ここで、
(c)機械的パルスを伝送することは、圧電トランスデューサ15により発生した機械的パルスをピペット針部11の先端17に向けて伝送することおよび先端17で反射された機械的パルスを反対方向に伝送することを含み、前記連結部材16は、前記先端17で反射された反射超音波の選ばれた波の成分を前記圧電トランスデューサ15に選択的に伝送する、
(d)反射された機械的パルスを圧電トランスデューサ15により受信することにより対応する電気出力信号を発生すること、および
(e)電気出力信号を監視し、飛行時間または信号位相分析によりそれに含まれる少なくとも1つの特定成分を選び、さらに、ピペット針部11の先端17が容器13に収容されている液体12の自由表面14に接触する、ピペット針部11の位置を検出するために、出力信号の少なくとも1つの選ばれた成分のパラメータの所定の特性の時間による変化を評価し、さらに、評価の結果を意味する結果的な信号を提供することを含む。
以下、図6〜図10を参照しつつ、本発明による液面センサ用の針保持器の実施例について説明する。
以下、図11〜図15を参照しつつ、本発明による液面センサの圧電トランスデューサの出力信号を評価する電子回路の実施例について説明する。
71;送信器62の出力側と超音波センサ61の間の電気的接続
72;超音波センサ61と受信器64の入力側の間の電気的接続
73;復調・増幅器66の出力端子
74;同期整流器67の出力側とマイクロコントローラ・ADC63の入力側の間の電気接続
75;マイクロコントローラの出力側と送信器62の入力側の間の電気的接続
76;マイクロコントローラ・ADC63の出力側とDAC(デジタル/アナログ変換器)68の間の電気的接続
77;DAC(デジタル/アナログ変換器)68の出力端子
本発明によるピペット装置は、ピペット針部により一定体積の液体を、容器13に収容されている液体12に投与するまたは容器13に収容されている液体から吸引することができる装置である。本発明によるピペット装置は、先に説明した種類の液面センサを有することを特徴とする。
12 液体
13 容器
14 液面
15 電子機械変換器/圧電トランスデューサ
16 連結部材
17 ピペット針部の先端
18 ピペット針部11に接続された導管
19 電気接続リード線
20 電気接続リード線
21 X−Y−Z移動装置のアーム
22 X−Y−Z移動装置
23 針保持器のハウジング部
24 針保持器のハウジング部
25 電子機械変換器/圧電トランスデューサ
26 連結部材
27 電子機械変換器/圧電トランスデューサ
28 連結部材
29 導管18に接続された針部11の端部
30 ピペット針部11の長さ方向対称軸
31 信号を発生するためのおよびピペット針部の先端で反射された超音波に対応する信号を評価するための電子回路
32 電気接続リード線
33 電気接続リード線
34 電気接続リード線
35 電気接続リード線
41 針保持器
42 ハウジング
43 ハウジングの壁
44 ハウジングの壁
45 針保持器の可動部
46 針部11の先端部を収容する空洞
47 電気接続線
48 電気的接続部
49 カムディスク
50 X−Y−Z移動装置22のアーム21に連結するための連結部
51 回転式ノブ
52 音響レンズ
53 可動部45内のチャンバ
54 電気絶縁体
55 スタートアップレングス
56 バネ
57 針部11の上部
58 孔
59 開口
60 接続部48の基部
61 超音波センサ
62 送信器
63 マイクロコントローラ・ADC(アナログ/デジタル変換器)回路
64 受信器
65 高周波増幅器
66 復調・増幅器
67 同期整流器
68 DAC(デジタル/アナログ変換器)回路
69 スタートアップレングス55の溝
71 送信器62の出力側と超音波センサ61の間の電気的接続
72 超音波センサ61と受信器64の入力側の間の電気的接続
73 復調・増幅器66の出力端子
74 同期整流器67の出力側とマイクロコントローラ・ADC63の入力側の間の電気接続
75 マイクロコントローラの出力側と送信器62の入力側の間の電気的接続
76 マイクロコントローラ・ADC63の出力側とDAC(デジタル/アナログ変換器)68の間の電気的接続
77 DAC(デジタル/アナログ変換器)68の出力端子
81 ピペット針部11の縦振動モードに対応する、超音波センサ61の未処理出力信号の部分
82 ピペット針部11の横振動モードに対応する、超音波センサ61の未処理出力信号の部分
V 電子機械変換器、たとえば圧電トランスデューサが放出した波の方向
L 両向き矢印により示すように縦方向に振動している反射波の方向
L’ 縦方向に振動している入射超音波の方向
T 両向き矢印により示すように横方向に振動している反射波の方向
T’ 横方向に振動している入射超音波の方向。振動の形態は、図4の符号T’に近接する左側に模式的に示されている。
θL 連結部材16により決まる屈折角
θ’L 連結部材16により決まる屈折角
θT 連結部材16により決まる屈折角
θ’T 連結部材16により決まる屈折角
Claims (12)
- ピペット針部の先端と容器に収容されている液体との接触を検出する方法であって、前記検出は、前記ピペット針部がピペット動作を実行するために前記容器内の前記液体に向けて移動する時間間隔内に実施される方法において、
(a)前記ピペット針部の先端(17)から所定距離離れて位置する、前記ピペット針部(11)の一部に機械的に結合されている電子機械変換器(15)により超音波パルスを前記ピペット針部(11)に加えることと、
(b)前記超音波パルスを前記ピペット針部(11)および前記電子機械変換器(15)に機械的に結合された連結部材(16)を通して前記ピペット針部に加えることにより発生した機械的パルスを、前記ピペット針部(11)を介して伝送することと、ここで、
(c)前記機械的パルスを伝送することは、前記変換器(15)により発生した機械的パルスを前記ピペット針部(11)の前記先端(17)に向けて伝送することおよび前記先端で反射された機械的パルスを反対方向に伝送することを含み、前記連結部材(16)は、前記先端(17)で反射された反射超音波の選ばれた波の成分を前記電子機械変換器(15)に選択的に伝送する、
(d)前記反射された機械的パルスを前記電子機械変換器(15)により受信することにより対応する電気出力信号を発生することと、
(e)前記電気出力信号を監視し、飛行時間または信号位相分析によりそれに含まれる少なくとも1つの特定成分を選び、前記ピペット針部(11)が前記容器(13)に収容されている前記液体(12)の自由表面(14)に接触する、前記ピペット針部(11)の位置を検出するために、前記出力信号の前記少なくとも1つの選ばれた成分のパラメータの所定の特性の時間による変化を評価し、さらに、前記評価の結果を意味する結果的な信号を提供することを含むことを特徴とする方法。 - 前記ピペット針部は、選ばれた波の振動モードを有する超音波パルスが加えられることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記出力信号の前記少なくとも1つの特定成分を選ぶことは、前記反射された機械的パルスの縦波モードおよび/または横波モードに対応するその成分を選ぶことを含むことを特徴とする請求項1または2記載の方法。
- 前記少なくとも1つの特定成分は、受信した出力信号の所定の飛行時間値により選ばれることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記評価することは、前記出力信号の前記少なくとも1つの選ばれた成分の振幅および/または位相の時間による変化を評価することを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記評価することは、前記ピペット針部(11)の前記先端(17)と容器(13)に収容されている液体(12)および/または前記液体(12)の上部に位置する気泡および/または前記容器の開口を閉鎖する蓋との接触を検出するために、前記出力信号の前記少なくとも1つの選ばれた成分の振幅および/または位相を所定値と比較することを含むことを特徴とする請求項5記載の方法。
- ピペット針部と容器に収容されている液体との接触を検出する液面センサにおいて、
(a)超音波を伝送するのに好適な材料を用いて形成されており、また、一方の端部に、液体に対するピペット動作を行うことができる先端(17)を備えるピペット針部(11)と、
(b)前記ピペット針部(11)を保持する針保持器と、
(c)前記ピペット針部(11)に機械的に結合されている電子機械変換器(15)と、ここで、前記電子機械変換器は、前記ピペット針部(11)に伝送される超音波パルスを発生し、前記ピペット針部(11)の前記先端(17)で反射された反射パルスを受信し、さらに、前記反射パルスに相当する電気出力信号を発生する傾向にある、
(d)前記ピペット針部および前記電子機械変換器に結合されている連結部材(16)と、ここで、前記連結部材(16)は、前記ピペット針部(11)の前記先端(17)から所定距離離れて位置する前記ピペット針部(11)の一部に機械的に結合されており、前記連結部材(16)は、前記ピペット針部(11)に超音波パルスを加え、また、前記ピペット針部(11)の前記先端(17)で反射された前記反射超音波パルスの選ばれた波の成分を前記電子機械変換器(15)に選択的に伝送するようになっており、
(e)前記電子機械変換器(15)に接続された電子回路手段(31)と、ここで、前記電子回路手段(31)は、
(e.1)駆動信号を発生し、また、この信号を、前記ピペット針部(11)の前記先端(17)に伝送される対応した超音波パルスを発生する前記電子機械変換器(15)に入力する電気信号発生手段と、
(e.2)前記電子機械変換器(15)の前記電気出力信号を受信して処理し、飛行時間または信号位相分析により前記出力信号の少なくとも1つの特定成分を選び、前記ピペット針部(11)の前記先端(17)が前記容器(13)に収容されている前記液体(12)の自由表面(14)に接触する、前記ピペット針部11の位置を検出するために、前記出力信号の前記少なくとも1つの選ばれた成分のパラメータの所定の特性の時間による変化を評価し、さらに、前記評価の結果を意味する結果的な信号を提供する電気信号処理手段とを備える、
(g)前記針保持器および前記ピペット針部を自動的に移動し、前記ピペット針部をピペット動作位置に配置し、さらに、前記ピペット針部の前記先端を前記容器に収容されている前記液体の前記自由表面に向けて動かすことができる移動手段とを有する液面センサ。 - 前記ピペット針部(11)に超音波を伝送するためには第1の電子機械変換器(25)が用いられ、また、前記反射された超音波パルスを受信するためには第2の電子機械変換器(27)が用いられることを特徴とする請求項7記載の液面センサ。
- 前記ピペット針部(11)に超音波を伝送するためには第1の電子機械変換器(25)およびそれに結合された第1の連結部材(26)が用いられ、また、前記反射された超音波パルスを受信するためには第2の電子機械変換器(27)およびそれに結合された第2の連結部材(28)が用いられることを特徴とする請求項8記載の液面センサ。
- 前記連結部材(16)は、前記電子機械変換器(15)により放出された超音波の縦波成分または横波成分を前記ピペット針部(11)に伝送するようになっていることを特徴とする請求項7記載の液面センサ。
- 前記連結部材(16)は、前記ピペット針部の前記先端(17)で反射された反射超音波パルスの縦波成分または横波成分を前記電子機械変換器(15)に選択的に伝送するようになっていることを特徴とする請求項7記載の液面センサ。
- ピペット針部により一定体積の液体を、容器(13)に収容されている液体(12)に投与するまたは容器(13)に収容されている液体(12)から吸引するピペット装置において、請求項7〜11のいずれか1項に記載の液面センサを有することを特徴とするピペット装置。
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