JPH02503351A - 塊検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 塊検出器 本発明は、塊検出器に関するものであり、特に血球カウンタのような粒子カウン タに用いられ、粒子が通過する開口に対向して或いはこの開口内に塊（デブリス ）が滞留するのを検出し、この際に警報信号を発生するようにした塊検出器に関 するものである。

クールター・カウンタ（Ｒ）　　［Ｃ０ＵＬＴＥＲＣ０１ｌＮＴＥＲ（Ｒ））ア ナライザとして現在知られている一般的な種類の血球カウンタはウォーレス・ヘ ンリー・クールターの名前で１９５３年１０月２０日に登録された米国特許第２ ．６５６．５０８号明細書に最初に記載された。この米国特許明細書でクールタ ーにより教えられた原理によれば、希釈された完全な血液のような、散在（懸濁 ）された血球を含む流体は１つの流体収容容器から小さな孔すなわち開口を経て 他の流体収容容器に通る。

容器の各々に配置されている電極は電流源に結合されており、一方の容器から開 口を経て他方の容器に定電流が流れる。血球が開口を通過すると、開口内の電気 抵抗値が増大し、これに対応し定電流による開口にまたがる電圧を増大させる。

２つの電極に結合された検出手段は粒子が開口を通過することによる電圧パルス の増大を検出し、これによりこのような粒子を検出する。適切な計数手段や体積 制御手段を用いることにより、所定の体積以内にある赤血球のような粒子の数を 決定しつる。粒子が存在することによる開口内の抵抗値の変化はほぼ粒子の体積 に比例する。従って、クールター・カウンタアナライザは測定サンプルの平均粒 子体積や測定サンプルの粒子の個数を決定しうる。

上述した種類のいかなる血球カウンタに常に存在している問題の１つは、凝血や 検査時に周囲から試料中に混在する他の塵埃のような塊が開口に対向して或いは 開口内に滞留し、これにより開口を通る血球の自由で自然な流れを阻害するおそ れがあるということである。試料中の他の塊はこれが開口を通過し永続的な問題 を生ぜしめない程度に小さな場合がある。このような小さな塊を以後過渡的な塊 と称する。開口を通過する過渡的な塊の粒子の数は所望の粒子に比べて無視しつ るような十分な注意を払うことができる。従って、過渡的な塊は粒子として計数 された場合でも最終結果に及ぼす影響を無視しうるものとする。

従来、クールター・カウンタ（Ｒ）型の粒子カウンタの開口がこの開口内に或い はこれに対向して滞留する塊によって詰ったということを指示する検出器を提供 する多くの試みがなされた。例えば、ウォーレス・ヘンリー・クールター等の名 前で出願された米国特許第３．２５９．８４２号には、クールター粒子検出装置 により検出されたパルスの高さおよび幅を測定する塊検出器が記載されている。

この塊検出器は塊が一般に通常の血球の抵抗値よりも大きな抵抗値を有するとい う事実を用いている。更に、塊粒子や滞留している塊に対し検出されたパルスの 持続時間は一般に通常の血球の持続時間を越えている。その理由は、血球は小さ い為に血球は塊よりも少ない時間で開口を通過する為である。

他の種類の塊検出器はウォーレス・ヘンリー・クールター等の名前で出願された 米国特許第３．２５９．８９１号明細書に開示されており、開口を通過する通常 の粒子にとって予め知られている低い抵抗値およびパルス時間に対して塊にとっ て同様に大きい抵抗値およびパルス幅を用いている。米国特許第３．２５９．８ ９１号の塊警報検出器では、検出された電圧の大きさをまず最初に検出し、ある しきい値電圧振幅を越えるパルスに対しパルスの持続時間も測定している。持続 時間がある値を越えると、塊警報音が発生される。この種類の検出器に対する問 題は過渡的な塊や多くの大きな粒子が、単にこれらの寸法が大きくこれらのパル スの持続時間が長いという理由で塊として検出されるということである。

米国特許第３．２５９．８９１号明細書に記載された塊警報における技術に対し 数個の問題が存在する。まず第１に、従来技術の塊警報は開口内に或いはこれに 対向して滞留する塊と、最終結果に対する影響を無視しうる、開口を通過する大 きな細胞或いは過渡的な塊との間を容易に区別できない。

更に、従来の装置では塊を検出する場合の波形が臨界的となる。この点は特に塊 が開口内に或いはこれに対向して滞留した場合に得られるパルスの立上り時間に 対してそうである。環パルスの前縁で比較的ゆっくりした立上り時間を補償する 為に、従来の装置は最も望ましい場合よりも低いしきい値電圧の設定を用いてい た。このようにすると、特に塊が、開口を通過する過渡的な塊である場合に検出 される塊の多くの間違い警報が生じていた。更に、従来の装置は大きな細胞或い は塊による大きなパルス間を多くの場合識別するのが困難であり、この場合にも 多くの誤った無効の警報を生ゼしめていた。

前述した米国特許明細書に記載された従来の塊検出器の限界の多くを解決する試 みが成された。例えば、フランクリン・デー・メイナレッの名前で出願された米 国特許第４、４１２．１７５号明細書では、ウォーレス・ヘンリー・クールター 等による前述した従来技術に基づいて悪いパルスが検出され、比をとる技術を用 いて悪いパルスの数がある所定の許容できないレベルを越える時を検出する。こ の米国特許第４．４１２．１７５号明細書におけるような改善策を用いることに より、従来の検出器の欠点の幾つかを解決しつる。従来技術の塊警報の他の改善 例はホビー・デー・ジェイムスの名前で出願された米国特許第４．４５０．４３ ５号明細書に開示されている。この米国特許明細書では、良好なパルスの数と悪 いパルスの数とを比較し、悪いパルスの数がある予定の相対的割合を越える場合 に警報を発生させるのに複雑な比較手段を用いている。これらの技術を用いた場 合でも、検査試料に多くの大きな細胞が含まれる場合に誤りが生じる。

従来の比をとる技術および群比較技術に頼るよりも、塊が粒子カウンタの開口内 に滞留した時を直接表わす塊警報回路自体を用いつるようにするのが好ましい。

このようにすると、厳密な比すなわち比較を行った後まで待つ必要があるよりも 、不所望な塊が検出されたときに警報を生じるようになる。このような待ちは可 成りの数の不適切な粒子を計数せしめてしまう。更に、塊が最初に滞留した時に この塊を検出することにより試粒を節約でき、操作の停止を直ちに行なえるよう になる。

本発明の１つの観点によれば、２つの容器を分離する小さな開口を有する種類の 粒子検出器に対する塊検出器であって、前記の粒子検出器では定電流が前記の開 口を経て流され、液体内に懸濁された粒子或いは塊が前記の小さな開口を通過し 、これにより前記の開口を通過する各粒子或いは塊が前記の開口にまたがる電圧 パルスを生じ、前記の開口内或いはこれに対向して滞留する塊は前記の開口にま たがって直流電圧偏移を生せしめる塊検出器を提供する。更にこの塊検出器は開 口をまたがる電圧を検出する検出手段を有する。改善点は、この塊検出器が検出 手段を開口に結合するキャパシタンス手段を有することである。更に、この改善 した検出器は積分された検出手段の出力がある遅延時間後にある値を越える場合 を決定する手段をも有する。

次に本発明の実施例を添付図面につき説明する。この添付図面において、 第１図は、従来のクールター型の粒子検出装置を表わす線図、 第２図は、第１図に示す装置の開口内に或いはこれに対向して滞留する塊を検出 するのに用いる本発明による装置を示すブロック線図、 第３図は、第２図に示す装置の一般的な動作を理解する上で用いる波形を示す線 図、 第４図は、ある特別な期間中動作を禁止する為に第２図に示す装置に加えた論理 回路を示す回路図、第５図は、第４図に示す回路を更に詳細に示す回路図、第６ 図は、遅延機能の動作に関する第５図に示す回路のある部分を更に詳細に示す回 路図、 第７図は、第６図に示す回路の動作を理解する為に用いる一連の波形を示す線図 である。

第１図を参照するに、従来のクールター型の粒子検出装置１０を、線図的に代表 的に示しである。この粒子検出装置１０は第１流体収容容器１２と第２流体収容 容器１４とを有している。容器１４には、流体２０に懸濁された粒子１８を容器 １２から容器１４内に通すための小さな孔すなわち開口１６が形成されている。

一対の電極２２および２４はそれぞれ容器１２および１４の各々の液体２０内に 配置されており、電流源２６がこれら電極２２および２４間に結合されているた め、定電流が電極２２から開口１６を経て電極２４に流れる。更にこれら電極２ ２および２４の各々には開口１６を通過する粒子１８の検出、寸法測定および個 数計数を行う従来周知の検出−寸法測定一計数回路２８が接続されている。この 個数計数は一般に所定量の流体２０が開口１６を通るように制御を行っている際 に行われる。

第１の装置は、塊の粒子が開口１６中に或いはこれに対向して滞留した場合を除 いて極めて良好に動作する。この滞留が起こると、少なくとも塊が開口１６中或 いはこれに対し滞留している期間中粒子１８を、開口１６を通過する際に停止し たり或いは速度を遅くしたりするか或いは粒子を開口容積中での収縮のために不 適切な寸法にしてしまう。開口１６内に或いはこれに対向して塊が滞留している ことを検出し、計数を停止させるとともに、現在行なわれている計数或いは粒子 体積は誤りであるということや、補正操作を行う必要があるということを装置１ ０の操作人に知らせる警報を発するようにすることが重要である。しかし、検出 された塊が開口１６を通過する大きな細胞或いは過渡的な塊ではなく滞留する塊 であるということを確かめ、これにより開口１６を通過する多数の粒子１８を排 除しないように注意を払う必要がある。開口１６を通過する瞬時的な一片の塊に より生じる唯一の害は粒子の計数値が１だけ増加するか平均の粒子体積がわずか に変化するか或いはこれらの双方が生じることである。しかし、装置１０の他の 部分によって生じる誤差量が、瞬時的に通過する塊があたかも粒子であるかのよ うに検出される場合に総計の引数値或いは平均粒子体積に含まれる誤差よりも大 きい。このことは、塊が最小となるように検出すべき粒子１８を含めた溶液を容 器１２に入れる準備に通常の注意を払った結果であること勿論である。

第２図を参照するに、開口１６を一対の直列結合抵抗３０および３２として線図 的に示しである。抵抗３０は常規開口１６内に位置する電解液２０による開口１ ６内の常規の抵抗値であり、抵抗３２は粒子１８が開口１６を通過する際に入っ たり出たりする時の過渡抵抗値を表わす。抵抗３０および３２と直列に電流源２ ６を結合すると、これら抵抗３０および３２の両端間の電圧は、粒子１８が開口 １６内に存在し、これにより抵抗３２の抵抗値を対応して増大させる為に増大す る。

電流源２６と抵抗３０との間の接続点は結合コンデンサ３４を経て演算増幅器３ ６の入力端子に結合されている。この増幅器３６は帰還抵抗３８や、利得を大き くする演算増幅器と通常関連する他の抵抗（図示せず）と相俟って第１図に示す 回路２８の検出部分の前置増幅器の第１段を表わす。この前置増幅器の追加の段 や後置増幅器は一般に回路２８の一部として含まれているも、これらは本発明の 一部を構成しない為に第２図に示さない。増幅器３６、すなわち前置増幅器の第 １段の出力は積分回路４０に入力として供給される。この積分回路４０はその入 力端子に供給される電圧の数学的な積分値である電圧をその出力端子に生せしめ る。この積分回路４０には帰還コンデンサを有する演算増幅器を含めることがで き、これを後に説明する第５図に詳細に示しである。積分回路４０の出力は比較 回路４２の第１入力端子にデータ入力として与えられる。またこの比較回路４２ の第２入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが与えられる。この比較回路の出力は、積 分回路４０の第１入力端子、すなわちデータ入力端子に与えられる電圧が基準電 圧Ｌｅｆの値を越える時はいつでも通常正電圧である。しかし、比較回路４２の 出力端子はコンデンサ４４の一端と抵抗４６の一端との相互接続点に結合され、 抵抗４６の他端は正電圧源＋Ｖに結合され、コンデンサ４４の他端は大地に結合 されている。積分回路４０からのデータ信号がＶｒｑｆよりも低い為に比較回路 ４２の出力が低いと、比較回路４２内に含まれている出力トランジスタ　（図示 せず）が導通して接地され、コンデンサ４４がこの出力トランジスタを経て放電 する。しかし、積分回路４０から比較回路４２に与えられる電圧がし、ｆを越え ると、コンデンサ４４が抵抗４６およびコンデンサ４４の値によって決まる時定 数を以て充電を開始する。

抵抗４６とコンデンサ４４との接続点はシュミットトリガ回路のようなしきい値 回路４８に１人力として結合されている。

コンデンサ４４に蓄積された電圧の値がしきい値回路４８のしきい値、例えば１ ．６ボルトとすることのできるしきい値を越えると、しきい値回路４８の出力は その状態を変える。しきい値回路４８の出力はフリップフロップ回路５０のクロ ック入力端子（Ｃ）に与えられ、しきい値回路４８のパルスの前縁はフリップフ ロップ回路５０００出力を低い値に、すなわちそのデータ入力端子（Ｄ）に供給 される信号の論理値とは逆の論理値にする。これによりフリップフロップ回路５ ０のσ出力端子に正から負に変化する電圧が現われる。この信号を用いて塊検出 可視および／または可聴警報装置（図示せず）をトリガし、これにより適切な操 作を行うことをオペレータ（操作人）に知らせる。

第３図を参照するにこの第３図に一連の波形Ａ−Ｅを示す。これらの波形Ａ−Ｅ が存在する回路部分を示す為に対応する文字Ａ−Ｅを第２図に示しである。波形 Ａは開口１６を通過する粒子１８が存在するかしないかにより過渡抵抗３２が存 在するかしないかに応じた電圧変化を検出することにより得られた電圧パルスで ある。これから明らかなように、第１電圧パルスは比較的低い信号であり、開口 １６を通過する通常の血球を表わす。波形Ａ中の第２パルスは大きな血球が過渡 的な塊を表わし、これらのいずれも高い抵抗値を有し、高い電圧を生ぜしめる。

しかし、大きな血球或いは過渡的な塊が開口１６を通過する為、パルスは通常の パルス幅よりもわずかに広くなるだけである。波形Ａの第３部分は開口１６内に 或いはこれに対向して滞留しこれにより開口をふさいでいる一片の塊を表わす。

これにより長い時間の間高電圧が検出されるようになる。実際にはその結果は検 出された電圧に対する直流電圧偏移となる。

第３図の波形Ｂは前述したように第１図に示す回路２８の前置増幅器の第１段で ある演算増幅器３６の出力を示す。波形Ｂは開口１６と前置増幅器の第１段との 間に設けたコンデンサ３４の効果を示す。これから明らかなように、波形Ｂ中の 第１パルスは波形Ａの対応するパルスよりも遅い速度で増大する。その理由は、 コンデンサ３４が充電され、その電圧を波形Ａのパルスから減じる為である。コ ンデンサの両端間の電圧は瞬時的に変化しえないことは周知である。従って、第 １パルスの後縁が生じると、増幅器３６の出力端子から得られる電圧中に負のア ンダーシュート５２が得られる。

この負のアンダーシュートの振幅は、パルスの立上り縁がコンデンサ３４の充電 により抑圧された量にほぼ等しい。波形Ｂ中の第２パルスは、大きなパルスが検 出される為にその大きさが大きくなるということを除いて波形Ｂの第１パルスの 形状にほぼ等しい。しかし、この場合も波形Ｂ中の第２パルス中にアンダーシュ ート５２が存在する。

コンデンサ３４の値がいかなる値でも、波形Ｂの第１および第２パルスのアンダ ーシュート５２の上の面積は正に向かう部分５３の下の面積に等しい。従って、 増幅器３６を通過する平均電圧は波形Ｂ中に示す第１および第２パルスの場合零 である。

前述したように波形Ａの場合、第３パルスは定常の直流電圧まで上昇し、開口１ Ｇ内に或いはこれに対向して滞留している塊の為にこの直流電圧値に維持される 。しかし、波形Ｂの第３パルスはいかなるアンダーシュート５３も存在しないこ とによりこの定電圧から戻る。従って、この第３パルスに対する演算増幅器３６ の出力の値はピーク値まで上昇し、その後このピーク値から零に減衰する。従っ て、この第３パルスの場合増幅器３６を通る電圧の平均値はもはや零とならない 。

次に第３図の波形Ｃを参照するに、第１および第２パルスは同様な形状をしてお り、振幅においてのみ異なる。波形Ｂのこれら第１および第２パルスの双方共こ れらパルスの正の部分５３およびアンダーシュート部分５２の積分の為に上昇し そして零まで降下する。しかし、波形Ｃの第３部分はある値まで増大し、一般に この値に維持される。その理由は、この場合も、波形Ｂ中の第３パルスの積分に 、その積分値を零まで戻すいかなるアンダーシュートをも含んでいない為である 。

この波形Ｃは、第２図に示すように、比較回路４２の一方の入力端子に供給され 、この比較回路の他方の入力端子には電圧Ｖｒｅｒが供給される。電圧し、ｆは 波形Ｃ中に破線として示してあり、波形Ｃの第１パルスよりも上にあり第２およ び第３パルス中にある。

第３図の波形りを参照することから明らかなように、波形Ｃの第１パルスはしき い値νｒａｔよりも低かった為波形りには対応する第１パルスがない。しかし、 波形Ｃの第２パルスに対応する波形りのパルスは波形Ｃの第２パルスがしきい値 Ｖｒｍｆよりも上にあった期間の間存在する。しかし、このパルスの持続時間は 波形Ａで検出された第２パルスの持続時間が短い為に比較的短い。波形りのパル スはコンデンサ４４に蓄積された電圧を表わす為、波形りのパルスは波形Ｃのパ ルスが比較回路のしきい値電圧Ｖｒ＊ｆを越える場合のみ増大し始め、コンデン サ４４が充電される。その後、このコンデンサ４４は比較回路４２の接地出力端 子を経て放電する。従って、波形りには波形Ｃの第１パルスに対応するパルスが 存在せず、波形Ｃの第２パルスに対応するパルスは決してしきい値電圧ＶＬｈを 越えない。しかし、波形Ｃの第３パルスはＶ□、値よりも上にある為、コンデン サ４４はしきい値回路４８のしきい値Ｖｔｈを越えるまで充電し続ける。このし きい値ＶＬｈを波形り中に破線で示しである。

次に第３図の波形Ｅを参照するに、波形りの最終パルスがｖｔｈ値を越えると直 ちにしきい値回路４８から出力が現れ、この出力によりフリップ−フロップ５０ をトリガし、電圧Ｅの状態を変化せしめる。この変化がある回路（図示せず）に より検出され、可聴および／または可視警報を生ぜしめ、装置１０のオペレータ に塊による開口の妨害が検出されたことを知らせる。

次に第４図を参照するに、この第４図に本発明による装置の更に改善した実施例 を示す。この第４図の回路には、装置１０の開始の臨界時間中或いは容器に入れ る流体２０の充填の検出中動作を禁止する手段が設けられている。この容器（図 示せず）は血液サンプル中のヘモグロビンを決定する為に用いるものとすること ができる。ヘモグロビンはクールター原理に依存しない技術によって測定される 。ヘモグロビンを測定する容器に流体を充填すると、化学的に処理された血液サ ンプルが混合された流体２０が、当該流体が充填時に到達する位置に配置された 第１電極に当たる。この容器の底部には第２電極がある。流体レベル検出電極（ 第１電極）に触れると、回路（図示せず）が検出電極と底部電極（第２電極）と の間の導電を検出することにより流体レベルを検出する。この導電検出はこれら 電極間に電流が流れることにより達成される。この電流の流れは、塊が開口１６ に対向して或いは開口内に滞留しているのに類似する妨害を開口１６に生ぜしめ る。装置の開始および容器への流体の充填の双方はコンデンサ３４の入力側に、 従って増幅器３６に過渡電圧を与え、この過渡電圧は塊による永久的な妨害とし て現れるおそれがあるも、実際には電力を装置１０に与えるか容器に入れる流体 の充填を検出する電流が流れることから生じる非永久的な過渡電圧によるもので ある。

第４図では、第２図につき説明したのと同様な素子に第２図と同じ符号を付し、 その動作は第２図につき説明した動作に類似する。第２図に示す素子のうち積分 回路４０のみ帰還コンデンサ５４、演算増幅器５５および入力抵抗５６を含むも のとして詳細に示しである。この積分回路は周知のように通常の集積回路である 。

第４図に加えた追加の回路はレベル検出器５７と始動検出器５８とを有している 。これらの双方は周知であり、第４図にはブロックの形態でのみ示しである。レ ベル検出器５７はヘモグロビン容器内の流体２００レベルが規定のレベルに達し た時にはいつでも電圧を生じる。流体がこの容器（図示せず）内の規定のレベル に達すると、このレベルは流体がレベル検出電極に達した際に生じる継続性によ って生じる電流によって検出される。この電流は開口阻止塊の結果としての同様 な直流レベル偏移と必ずしも区別できない直流レベル偏移として検出されるおそ れがある。一方始動検出器５８は電圧が装置１０に最初に印加される時をモニタ する。

この電圧の印加も開口１６内の直流電圧偏移を生せしめる滞留塊として検出され るおそれもある、開口１６を通る大きな直流電圧偏移となる。レベル検出器５７ の出力電圧は約１００ミリ秒の持続時間のパルスであり、始動検出器５８の出力 電圧は約１秒の持続時間のパルスであり、このパルスにより後に説明するように 検出回路の動作を禁止させる。

レベル検出器５７の出力および始動検出器５８の出力は双方共ＮＡＮＤゲート６ ０に２つの入力として供給される。このＮＡＮＤゲート６０の出力は駆動回路６ ４の非反転入力端子と駆動回路６６の反転入力端子とに与えられる。駆動回路６ ４０反転入力端子および駆動回路６６の非反転入力端子は正電圧源（＋Ｖ）に結 合されている。駆動回路６４の出力端子は電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲ ートに結合されている。トランジスタ６８のチャネル電極は演算増幅器３６と入 力抵抗５６を介する積分回路４０内の演算増幅器５５への入力端子との間に結合 されている。

駆動回路６６の出力端子はＦＥＴ７０のゲート電極に結合されており、このＦＥ Ｔ７０の一方のチャネル電極は抵抗５６と演算増幅器５５への入力端子との間の 接続点に結合され、他方のチャネル電極はダイオード７２の陽極に結合されてお り、このダイオードの陰極は接地結合されている。更にＦＥＴ７０の前記の他方 のチャネル電極は演算増幅器５５の出力端子とダイード７４の陰極とに接続され 、このダイオード７４の陽極接地結合されている。

コンデンサ５４は演算増幅器５５の入力端子および出力端子間に結合され従って 、トランジスタ７０のチャネル電極と同様に結合されている。レベル検出器５７ 或いは始動検出器５８がそれぞれレベル変化或いは電圧印加を検出するといつで も、信号がＮＡＮＤゲート６０および駆動回路６４を経てＦＥＴ６８を非導通と し、ＦＥＴ７０を導通させる。これはレベル検出器５７に続く約１００ミＩＪ秒 の期間或いは臨界的な状態の１つを検出する始動検出器５８に続く１秒の期間の 間生じる。この期間中コンデンサ５４が現在導通しているＦＥＴ７０を経て放電 される。これと同時には非導通のＦＥＴ６８により積分器４０の入力端子に電圧 が供給されない。検出器５７および５８の一方により生ぜしめられるパルスの１ ００ミリ秒或いは１秒の後に、トランジスタ６８が導通しておりトランジスタ７ ０が非導通となっている通常の状態に戻り、動作が前述したように進行する。

更に検出器５７および５８の出力はＮＡＮＯゲート６２を通りＮＡＮＤゲート７ ６がこれにしきい値回路４８から供給されるいかなる信号も通さないようにしう る。ＮＡＮＤゲート７６が設けられている為に、フリップフロップ５０のクロッ ク入力端子（Ｃ）にパルスを与えることによりこのフリップフロップをトリガす る適切な極性を得るのにインバータ７８を設ける必要がある。

第５図を参照するに、この第５図には第４図に示す回路のより詳細な線図を示し ている。第４および第５図に示す回路について同様な個所を示す個所には同一符 号を付しである。素子２６〜３８（偶数番号のみ）およびＦＥＴ６８は第４図に つき前述した通りに接続されている。トランジスタ６８の基板電極は１５ボルト の直流としうる電圧源（＋Ｖ２）に結合されている。前述した電圧（＋Ｖ）は５ ボルトの直流としうる。

トランジスタ６８の他方のチャネル電極は抵抗５６を経て演算増幅器５５の反転 入力端子に結合されている。トランジスタ７０の一方のチャネル電極は演算増幅 器５５の反転入力端子に接続され、このトランジスタの他方のチャネル電極は演 算増幅器７０の他方のチャネル電極に接続されている。トランジスタ７０の基板 電極は電圧源（＋Ｖ２）に接続されている。この演算増幅器５５の出力端子およ び反転入力端子間にはコンデンサ５４が結合されている。このコンデンサ５４に は抵抗８２が並列に結合されており、この抵抗８２は塊警報音が発生された後に コンデンサ５４を放電させ、且つ塊警報が塊によって生じない開口１６における 極めてゆくすした変化の直流レベル偏移に応答しないようにする作用する。演算 増幅器５５の出力端子にはダイオード７２の陽極が接続され、この“タイ−ドア ２の陰極は接地されている。また演算増幅器５５の出力端子にはダイオード７４ の陰極が接続され、このダイオード７４の陽極は接地されている。これらダイオ ード７２および７４はこのように接続することにより演算増幅器５５の出力の電 圧の広がりを制限する。

増幅器５５の非反転入力端子５５は接地結合されている。第５図に示す幾つかの 素子の接続数は使用する特定素子のビン数である。使用する素子のリストを後に 示す。増幅器５５のオフセット電圧制御入力端子、すなわちピン１はポテンショ メータ８４を経て増幅器５５のオフセット電圧制御入力端子、すなわちピン５に 結合されている。このポテンショメータ８４は演算増幅器５５のオフセット電圧 を設定するのに用いられる。演算増幅器５５の負直流電力供給入力端子、すなわ ちピン４は抵抗８６を経て一１５ボルトとしうるーシ２ボルトの点に接続され、 且つコンデンサ８８を経て接地され、且つコンデンサ９０を経て正直流電力供給 入力端子、すなわちピン７に結合されている。コンデンサ９０と正直流電力供給 入力端子、すなわちピン７との間の接続点は抵抗９２を経て電圧＋ｖ２の点に結 合されている。抵抗８６および９２とコンデンサ８８および９０は増幅器５５の 直流電源供給の側路の為に設けられている。

増幅器５５の出力端子は抵抗９４を経て比較器９６の非反転入力端子に結合され ている。この比較器は第２および４図に示す比較回路４２の主素子を構成する。

比較器９６の反転入力端子には基準電圧が印加され、この基準電圧はこの反転入 力端子を抵抗９８を経て電圧十ｖ２の点に結合するとともに抵抗１００を経て接 地することにより得られる。比較器９６の負直流電力供給入力端子、すなわちピ ン４は抵抗１０２を経て電圧（−Ｖ２）の点に結合され且つコンデンサ１０４を 経て大地に結合されている。負直流電力供給入力端子、すなわちピン４とコンデ ンサ１０４との間の接続点はコンデンサ１０６を経て正直流電力供給入力端子、 すなわちピン８にも結合されている。また正直流電力供給入力端子、すなわちピ ン８は抵抗１０８を経て電圧＋ｖ２の点にも結合されている。抵抗１６２および １０８とコンデンサ１０４および１０６とは比較器９６に対する直流電力供給側 路の為に設けられている。比較器９６の出力端子は抵抗１１０を経てこの比較器 の入力端子に結合されている。この抵抗１１０は比較器９６に対しヒステリシス 特性を与え、従って非反転電圧が基準電圧付近にある場合にこの比較器の動作を 安定化させる。比較回路４２はこのように接続することにより、非反転入力端子 における電圧がしきい値電圧、例えば０．３６ボルトを越えるといつでも出力端 子に正電圧を生じる。従って、積分器４０から抵抗９４を経て供給される電圧が ０．３６ボルトよりも高い時はいつでも比較器９６の出力が正電圧となる。

比較器９６の出力端子から生じる電圧は抵抗１１２を経て抵抗４６とコンデンサ ４４との間の接続点に与えられる。前述したようにこの接続点はしきい値回路４ ８に結合されており、このしきい値回路は２つのシニミットトリガ回路１１４お よび１１６を以て構成されており、これら双方の回路はこれらに供給される信号 を反転させる。

レベル検出器５７は、流体２０を収容する容器に液体２０が充填されたことを検 出し、トリガ信号化ｅｖｅｌ）を単安定マルチバイブレータ１１８に与える手段 （図示せず）を有している。同様に、装置１０に電力を与えることを検出する手 段がトリガ信号（Ｓｔａｒｔ）を単安定マルチバイブレータ１２０に与える。こ れら双方の単安定マルチバイブレータ１１８および１２０は関連の時定数設定素 子（図示せず）を有し、これらの素子は信号Ｌｅｖｅｌ或いは５ｔａｒｔのいず れか一方が供給された際に１００ミリ秒或いは１秒の低電圧パルスのいずれかを これらマルチバイブレータの出力端子に生ぜしめる。

ＮＡＮＤゲート６０の出力端子は抵抗１２２を経て比較器である駆動増幅器１２ ４の非反戦入力端子に結合されている。増幅器１２４の反転入力端子は抵抗１２ ６を経て接地結合されているととともに、抵抗１２８を経て電圧＋Ｖの点にも結 合されている。これら抵抗１２６および１２８と電圧＋Ｖとが駆動増幅器（或い は比較器）１２４に対し基準電圧を与える。駆動増幅器１２４の出力端子は抵抗 １３０を経てその非反転入力端子に結合されている。この抵抗１３０は駆動増幅 器１２４に対しヒステリシス特性を与え、その非反転入力端子における電圧がそ のしきい値電圧付近にある場合に駆動増幅器１２４を安定化させる。駆動増幅器 １２４の出力端子は抵抗１３２を経て電圧＋ｖ２の点に且つトランジスタ６８の ゲート電極にも結合されている。抵抗１３２は駆動増幅器１２４の出力に対する プルアップ抵抗である。

ＮＡＮＤゲート６０の出力端子は抵抗１３４を経て駆動増幅器１３６の反転入力 端子に結合する。増幅器１３６の非反転入力端子は抵抗１３８を経て接地結合さ れ、抵抗１４０を経て電圧＋Ｖの端子に結合され、抵抗１４２を経て増幅器１３ ６の出力端子に結合されている。抵抗１３８および１４０は（電圧＋■と相俟っ て）増幅器（或いは比較器）１３６に対するしきい値電圧を形成し、抵抗１４２ は増幅器１３６に対してヒステリシス特性を与える。増幅器１３６の正直流電力 供給入力端子、すなわちピン１３は抵抗１４３を経て電圧＋ｖ２の点に結合され 、且つコンデンサ１４４を経て負直流電力供給入力端子、すなわちピン１２に結 合されている。負直流電力供給入力端子、すなわちピン１２は抵抗１４６を経て 電圧−ｖ２の点に結合され且つコンデンサ１４８を経て接地結合されてもいる。

抵抗１４３および１４６とコンデンサ１４４および１４８とは増幅器１３６に対 する直流電力供給側路を形成する。ここに説明した特定の構造では、増幅器１２ ４オよび１３６が同じ集積回路に含まれており、従って同じ電力供給入力端子を 用いている。増幅器１３６の出力端子は抵抗１５０を経て電圧＋ｖ２の点に結合 され且つトランジスタ７０のゲート電極に直接結合されている。抵抗１５０は増 幅器１３６の出力に対するプルアップ抵抗である。

第５図に示す回路に加えるものには更にＮＡＮＯゲート６２の出力端子とＮＡＮ Ｏゲート７６の入力端子との間のインバータ１５２である。このインバータ　１ ５２はＮＡＮＤゲート６２をＡＮＤゲートに変換する。更にフリップフロップ５ ０のデータ入力端子（Ｄ）に印加される正電圧は抵抗１５５を経て供給されるも のであり、そのプリセット入力端子にも供給される。装置１０のオペレータパネ ル上のオペレータ制御スイッチから得られるリセット信号Ｒ＠Ｓ＠Ｌ　　はフリ ップフロップ５０のリセント入力端子に与えられる。

第２および４図につき前述したように動作させる為に以下の回路素子に以下の値 を割当てた。

抵抗（オーム）　　コンデンサ（マイクロファラッド）３８・・・２００　Ｋ　 　　　　　３４・・・０．２２４６・・・　１０　Ｋ　　　　　　４４・・・３ ．３８０・・・　４９．９Ｋ（１％）５４・・・１．２８２・・・　１．０Ｍ　 　　　　８８・・・０．０１８４・・・１００　Ｋ　　　　　　９０・・・０． ０１８６・・・　４７　　　　　　１０４・・・０．０１９２・・・　４７　　 　　　　１０６・・・０．０１９４・・・　２．４９Ｋ（１％）１４４・・・０ ．０１９８・・・　１０　Ｋ＜１％）１４８・・・０．０１１００・・・２４９ 　（１％） １０８・・・　４７５５・・・ＡＤ５４２１１０・・・２４９　Ｋ（１％）９６ ・・・ＬＭ３１１１１２・・・１００　　　　　　１２４・・・ＬＭ３３９１２ ２・・・　４．７Ｋ　　　　　１３６・・・ＬＭ３３９１２６・・・　１．５Ｋ 　　　　　　他の素子１２８・・・　３．３Ｋ　　　　　５０・・・　７４ＬＳ ７４１３０・・・１００　Ｋ　　　　　　６０・・・　７４ＬＳＯ０１３２・・ ・　１０　Ｋ　　　　　　６２・・・　７４ＬＳＯ０１３４・・・　４．７Ｋ　 　　　　６８・・・　３Ｎ１６３１３８・・・　１．５Ｋ　　　　　７０・・・ 　３Ｎ１６３１４０・・・　３．３Ｋ　　　　　７２・・・　ｌＮ４１４Ｂ１４ ２・・・１００　Ｋ　　　　　　７４・・・　ｌＮ４１４Ｂ１４３・・・　４７ ７６・・・　７４ＬＳＯ０１４６・・・　４７７８　・・・　７４ＬＳＯ０１５ ０・・・　１０　Ｋ　　　　　　　１１４・・・　７４ＬＳ１４１５５・・・　 　３．３Ｋ　　　　　　１１６・・・　７４ＬＳ１４１１ｇ　・・・　７４ＬＳ ２２１ １２０・・・　７４ＬＳ２２１ １５２・・・　７４ＬＳ　１４ 第６図を参照するに、増幅器９６の出力およびシュミットトリガ回路１１４と関 連する抵抗４６およびコンデンサ４４の動作を説明する。第６図に示す回路の動 作の理解を助ける為に第７図の波形をも参照する。比較器９６は出力トランジス タ　１５４を有し、このトランジスタは、非反転入力端子における電圧が反転入 力端子における電圧よりも小さい場合にこのトランジスタのベースに供給される 正電圧信号により導通せしめられる。これにより抵抗１２２および導通している トランジスタ１５４を経てコンデンサ４４を放電させる為、コンデンサ４４には 電圧が保持されない。この状態の下ではジュツトトリガ回路１１４が論理的に高 レベルの出力を生じる。

増幅器９６の非反転入力端子に供給される積分器４０から生じる信号が抵抗９８ および１００によって決定される非反転入力端子における基準電圧を一旦越える と、トランジスタ１５４のベースに与えられる信号が低い値に降下し、これによ りトランジスタ１５４を非導通とする。このことを第７図の波形Ｆに示しである 。第７図の波形Ｃは第３図に示す信号Ｃと同じである。トランジスタ１，５４が 高い値から低い値に向う信号Ｆにより一旦非導通となると、コンデンサ４４は抵 抗４６の他方の側に印加される電圧により決定される値に充電し始める。この電 圧は５ボルトとすることができる。

コンデンサ４４が完全な電圧値まで充電されるのに必要とする時間は抵抗４６お よびコンデンサ４４より成る時定数により決定される。これらの値は抵抗４６の 反対側に印加される電圧と相俟って決定する必要があり、コンデンサをシュミッ トトリガ回路１１４のしきい値電圧である１、６ボルトまで充電させるのに必要 とする時間は約３．８６ミ！Ｊ秒である。この時間は大きな粒子や塊を開口１６ を通過させるのに十分であるが、開口１６内の或いはこれに対向する実際の開口 阻止塊を検出するには充分な時間ではない。コンデンサ４４が１．６ボルト或い はそれ以上に充電されることによりシュミットトリガ回路１１４が一旦トリガさ れると、第７図の波形Ｇであるこのシュミットトリガ回路の出力は低い値となり 、これにより前述したように塊警報を生せしめる。

国際調査報告 ｍ％Ｍ１ｍ−＾峠″″”）ｉｓ、　　　、、〒ハ１ζＲフＩＯ９へ１７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．２つの容器（１２および１４）を分離する小さな開口（１６）を有する種類 の粒子検出器（１０）に対する塊検出器（４０，４２，４４，４６，４８および ５０）であって、前記の粒子検出器では定電流（２６）が前記の開口（１６）を 経て流され、液体（２０）内に懸濁された粒子（１８）或いは塊が前記の小さな 開口（１６）を通過し、これにより前記の開口（１６）を通過する各粒子（１８ ）或いは塊が前記の開口（１６）にまたがる電圧パルス（第３Ａ図）を生じ、前 記の開口内或いはこれに対向して滞留する塊は前記の開口にまたがって直流電圧 偏移（第３Ａ図）を生ぜしめ、前記の粒子検出器（１０）は更に前記の開口（１ ６）にまたがる電圧（第３Ａ図）を検出する検出手段（２８）を有しており、更 にこの検出手段（２８）はこの検出手段（２８）を前記の開口（１６）に結合す る第１キャパシタンス手段（３４）を含んでいる塊検出器において、前記の検出 手段（２８）の出力（第３Ｂ図）を積分する積分手段（４０）と、この検出手段 の出力の積分結果である前記の積分手段の出力がある遅延時間後にある値（Ｖｔ ｈ）を越える場合を決定する決定手段（４２，４４，４６および４８）とを具え ていることを特徴とする塊検出器。 ２．粒子（１８）および塊か前記の開口（１６）を通過することにより検出され た電圧パルス（第３Ａ図）に対し前記のキャパシタンス手段（３４）が前記の検 出手段（２８）の出力端子に零の平均値電圧（第３Ｂ図）を生ぜしめるようにし た請求項１に記載の塊検出器において、前記の積分手段（４０）の出力は、前記 の開口（１６）を通過する各粒子（１８）および塊に対しパルス電圧（第３Ｃ図 ）となり、前記の開口（１６）内に或いはこれに対し滞留している塊に対しステ ップ電圧となるようになっていることを特徴とする塊検出器。 ３．前記のキャパシタンス手段（３４）が検出された各電圧パルス（第３Ａ図） の降下縁で電圧のアンダーシュート（５２）を生ぜしめる請求項１または２に記 載の塊検出器において、前記の積分手段（４０）の出力が、前記の開口を通過す る各粒子（１８）および塊に対しパルス電圧（第３Ｃ図）を生じ、前記の開口（ １６）内に或いはこれに対向して滞留している塊に対しステップ電圧となるよう になっていることを特徴とする塊検出器。 ４．請求項３に記載の塊検出器において、前記の決定手段（４２，４４，４６お よび４８）は、前記の積分手段（４０）の出力信号（第３Ｃ図）に応答する出力 信号（第３Ｄ図）がある基準値（Ｖｒａｆ）よりも高くなり、最初にこの基準値 （Ｖｒａｆ）よりも高くなった後ある遅延時間その状態を保つことがある電圧比 較手段を有していることを特徴とする塊検出器。 ５．請求項１に記載の塊検出器において、前記の積分手段（４０）が前記の検出 手段（２８）の出力電圧（第３Ｂ図）の積分値に関連してこの積分手段の出力端 子に電圧（第３Ｃ図）を生じ、前記の決定手段（４２，４４，４６および４８） は、電圧比較手段（９６）を有し、この電圧比較手段の一方の入力端子（＋）は 前記の積分手段（４０）の出力端子に結合され、この電圧比較手段の他方の入力 端子（−）は基準電圧源（＋Ｖ２）に結合され、この電圧比較手段の出力端子（ １５４）には前記の積分手段（４０）の出力端子における電圧が前記の基準電圧 源の基準電圧（Ｖｒａｆ）を越える場合に通常前縁を有する電圧パルスが現われ るようになっており、前記の決定手段は更に、前記の比較手段の出力端子（１５ ４）に結合され充電通路（４６）を有する第２キャパシタンス手段（４４）を具 え、この第２キャパシタンス手段は前記の積分手段（４０）の出力端子における 電圧（第３Ｃ図）が前記の基準電圧（Ｖｒａｆ）を越えてから前記の遅延時間中 しきい値（Ｖｔｈ）よりも高く充電されるようになっており、前記の決定手段は 更に、前記の第２キャパシタンス手段（４４）が前記のしきい値（Ｖｔｈ）を越 える値まで充電されたことを検出し、滞留している塊の検出を表わす信号（第３ Ｅ図）を生じるしきい値検出手段（４８）を具えていることを特徴とする塊検出 器。 ６．請求項５に記載の塊検出器において、前記の第２キャパシタンス手段（４４ ）は前記の比較手段（９６）の前記の第１入力端子に供給される前記の電圧（第 ３Ｃ図）が前記の基準電圧（Ｖｒａｆ）よりも低い場合に放電するようになって いることを特徴とする塊検出器。 ７．請求項５または６に記載の塊検出器において、前記の第２キャパシタンス手 段（４４）に対する前記の充電通路（４６）は抵抗（４６）を有し、前記の第２ キャパシタンス手段（４４）および前記の抵抗（４６）の値は前記のある遅延時 間を決定するように選択してあることを特徴とする塊検出器。 ８．請求項１または５または６に記載の塊検出器において、この塊検出器は更に 、前記の開口（１６）に電流を供給してから一定時間この塊検出器の動作を禁止 する禁止手段（５８，６０，６６および７０）を有していることを特徴とする塊 検出器。 ９．請求項８に記載の塊検出器において、前記の積分手段（４０）はコンデンサ （５４）を有し、前記の禁止手段（５８，６０，６６および７０）が前記の積分 手段（４０）のコンデンサ（５４）を放電させるようになっていることを特徴と する塊検出器。 １０．求項９に記載の塊検出器において、前記のキャパシタンス手段（４４）に 対する前記の充電通路（４６）は抵抗（４６）を有し、前記の第２キャパシタン ス手段（４４）および前記の抵抗（４６）の値が前記のある遅延時間を決定する ように選択されていることを特徴とする塊検出器。