JPH09184716A - Ultrasonic sensor and dispensing device using it - Google Patents
Ultrasonic sensor and dispensing device using itInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、距離測定に用いる
超音波センサと、試薬、検体等の分注や希釈を行なう分
注装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic sensor used for distance measurement and a dispensing device for dispensing and diluting reagents, specimens and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に分注装置は、図１７に示す様に、
コントローラ(19)によって制御される３軸駆動テーブル
機構(18)の出力部に分注ヘッド(15)を取り付けて構成さ
れ、分注ヘッド(15)には、試薬を吸入、吐出すべきピペ
ット(16)が下向きに突設されている。2. Description of the Related Art Generally, a dispensing device is constructed as shown in FIG.
A pipetting head (15) for inhaling and discharging a reagent is installed in the dispensing head (15) by attaching a dispensing head (15) to the output part of a three-axis drive table mechanism (18) controlled by a controller (19). 16) is projected downward.
【０００３】分注台(17)上に設置されたプレート(20)の
各凹部(21)へ試薬を分注する際には、３軸駆動テーブル
機構(18)の動作により分注ヘッド(15)を移動させて、ピ
ペット(16)の先端部をプレート(20)の凹部(21)へ接近さ
せ、ピペット(16)内の試薬を凹部(21)へ吐出する。試薬
の希釈や混合を行なう場合には、凹部(21)内に他の試薬
(22)が既に注入されており、ピペット(16)から滴下する
試薬を凹部(21)内の試薬(22)の液面に接触させて、表面
張力を開放することによって、試薬の吐出を行なう。こ
のとき、ピペット(16)自体が凹部(21)内の試薬(22)と接
触すると、ピペット(16)に付着した試薬が次の分注工程
で他の試薬に混入するため、ピペット(16)の先端面が試
薬(22)の液面よりも僅かに浮上した位置で、試薬の吐出
を行なう必要がある。When a reagent is dispensed into the recesses (21) of the plate (20) installed on the dispenser table (17), the dispensing head (15) is operated by the operation of the three-axis drive table mechanism (18). ) Is moved so that the tip of the pipette (16) approaches the recess (21) of the plate (20), and the reagent in the pipette (16) is discharged into the recess (21). When diluting or mixing reagents, other reagents should be placed in the recess (21).
(22) has already been injected, and the reagent dropped from the pipette (16) is brought into contact with the liquid surface of the reagent (22) in the recess (21) to release the surface tension, thereby discharging the reagent. . At this time, when the pipette (16) itself comes into contact with the reagent (22) in the recess (21), the reagent adhering to the pipette (16) mixes with other reagents in the next dispensing step, so the pipette (16) It is necessary to discharge the reagent at the position where the tip end surface of the is slightly above the liquid surface of the reagent (22).
【０００４】上記の如く試薬の希釈や混合を行なう場合
には、コントローラ(19)による制御の下、分注ヘッド(1
5)を下降させて、ピペット(16)をプレート(20)の凹部(2
1)内の試薬(22)の液面に対して可及的に接近させるので
あるが、試薬(22)の液面位は凹部(21)毎にまちまちであ
るため、その都度、試薬(22)の液面位を測定して、ピペ
ット(16)の高さ位置を調整する必要がある。この際、試
薬(22)の液面位の測定には、０.１ｍｍ程度の精度が要
求される。When the reagents are diluted or mixed as described above, the dispensing head (1
5) Lower the pipette (16) into the recess (2) of the plate (20).
The liquid level of the reagent (22) in 1) is made as close as possible to the liquid level of the reagent (22). It is necessary to adjust the height position of the pipette (16) by measuring the liquid level of (). At this time, the measurement of the liquid level of the reagent (22) requires an accuracy of about 0.1 mm.
【０００５】距離測定の精度の点では、レーザ測長器を
用いることが有利であるが、この場合、レーザ光が試薬
に照射されることになるため、透明の試薬や、光化学反
応を起こす試薬については適用出来ない。又、液面には
表面張力による凹凸があり、反射方向は一様でないの
で、反射波の受光感度の点で問題がある。In terms of accuracy of distance measurement, it is advantageous to use a laser measuring device. However, in this case, a laser beam is applied to the reagent, so that a transparent reagent or a reagent causing a photochemical reaction is used. Is not applicable. Further, since the liquid surface has irregularities due to surface tension and the reflection direction is not uniform, there is a problem in the light receiving sensitivity of the reflected wave.
【０００６】そこで、従来は、図１７の如く分注ヘッド
(15)の側部に超音波センサ(１)を取り付けて、試薬(22)
の液面までの距離を測定し、該測定値をコントローラ(1
9)による３軸駆動テーブル機構(18)の制御にフィードバ
ックすることが行なわれている。Therefore, conventionally, a dispensing head as shown in FIG.
Attach the ultrasonic sensor (1) to the side of (15) and attach the reagent (22).
Measure the distance to the liquid surface of the
Feedback is provided to the control of the triaxial drive table mechanism (18) by 9).
【０００７】超音波センサ(１)による距離測定において
は、図１２に示す如く超音波センサ(１)から測定対象(2
4)へ向けて送信波を発すると共に、測定対象(24)にて反
射されて戻ってくる受信波を超音波センサ(１)で受け、
送信波の発信から受信波の受信までの時間計測に基づい
て、測定対象までの距離を測定する。ここで、送信波
は、振動子の機械インピーダンスによって、図１３に示
す如く振幅が徐々に増大した後、徐々に減小する波形と
なる。又、これに伴って、受信波も同様の波形となる。
尚、送信波と受信波とは周波数が同一であって、且つ受
信波に含まれる複数の波のピーク値は、対応する送信波
の波のピーク値に対して夫々、一定の減衰率を有するこ
とになる。In the distance measurement by the ultrasonic sensor (1), as shown in FIG.
The ultrasonic sensor (1) receives the received wave that is reflected by the measurement target (24) and returns while emitting the transmitted wave toward 4),
The distance to the measurement target is measured based on the time measurement from the transmission of the transmitted wave to the reception of the received wave. Here, the transmitted wave has a waveform in which the amplitude gradually increases and then gradually decreases due to the mechanical impedance of the vibrator, as shown in FIG. Along with this, the received wave has a similar waveform.
It should be noted that the transmission wave and the reception wave have the same frequency, and the peak values of the plurality of waves included in the reception wave each have a constant attenuation rate with respect to the peak value of the corresponding transmission wave. It will be.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】送信波の発信から受信
波の受信までの時間計測は、正確には、送信波の第１波
の立上りから受信波の第１波の立上りまでの期間を対象
として行なう必要があるが、受信波の第１波の立上りに
ついては、ノイズによる誤検出を避けるため、図１３に
示す如く、波形の振幅値が一定のスレッショルドレベル
を越えた時点を以て、第１波の立上り時点としている。
この結果、従来の超音波センサの測定値には、超音波の
数波長分の誤差が発生することになる。又、受信波の大
きさは、測定距離の大小や測定対象の表面の平面状態に
よって変化し、これによってスレッショルドレベルを越
える時点は変化する。従って、上記誤差は、受信波の大
きさによってまちまちとなる。この誤差を最小限に抑え
るためには、振動子の周波数を上げればよいが、これに
よって超音波伝搬中の振幅の減衰が著しくなり、測定感
度が低下する。The time measurement from the transmission of the transmission wave to the reception of the reception wave is exactly the period from the rise of the first wave of the transmission wave to the rise of the first wave of the reception wave. As for the rising of the first wave of the received wave, in order to avoid erroneous detection due to noise, as shown in FIG. 13, the first wave of the first wave is generated when the amplitude value of the waveform exceeds a certain threshold level. It is at the time of rising.
As a result, an error corresponding to several wavelengths of the ultrasonic wave occurs in the measurement value of the conventional ultrasonic sensor. Also, the magnitude of the received wave changes depending on the size of the measurement distance and the planar state of the surface of the measurement target, and thus changes when the threshold level is exceeded. Therefore, the error varies depending on the magnitude of the received wave. In order to minimize this error, the frequency of the oscillator may be increased, but this causes significant attenuation of the amplitude during ultrasonic wave propagation, which lowers the measurement sensitivity.
【０００９】本発明の目的は、比較的低い周波数の超音
波によっても高精度の測定が可能な超音波センサ、及び
該超音波センサを装備した分注装置を提供することであ
る。An object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor capable of highly accurate measurement even with an ultrasonic wave having a relatively low frequency, and a dispensing device equipped with the ultrasonic sensor.
【００１０】[0010]
【課題を解決する為の手段】本発明に係る第１の超音波
センサは、送信波の第１波の立上り時点を検知する第１
検知手段と、送信波の周波数の２ｎ倍(ｎは１以上の整
数)の周波数で受信波のサンプリングを行なうサンプリ
ング手段と、サンプリング手段から得られる受信波のサ
ンプリング点の内、ピークと見做される複数の見做しピ
ーク点を抽出する抽出手段と、抽出手段から得られる受
信波の複数の見做しピーク点を結ぶ仮想包絡線において
時間軸座標が最小値となる波形基準点を検知する第２検
知手段と、第１検知手段によって検知された送信波の第
１波の立上り時刻と、第２検知手段によって検知された
受信波の波形基準点の時刻と、所定のオフセット時間と
に基づいて、測定対象までの距離を算出する演算手段と
を具えている。A first ultrasonic sensor according to the present invention is a first ultrasonic sensor for detecting a rising time point of a first wave of a transmitted wave.
The detection means, the sampling means for sampling the received wave at a frequency of 2n times the frequency of the transmitted wave (n is an integer of 1 or more), and the sampling point of the received wave obtained from the sampling means are regarded as peaks. And a waveform reference point at which the time-axis coordinate has a minimum value in the virtual envelope that connects the plurality of observed peak points of the received wave obtained from the extractor Based on the rising time of the first wave of the transmitted wave detected by the second detecting means, the first detecting means, the time of the waveform reference point of the received wave detected by the second detecting means, and a predetermined offset time. And a calculation means for calculating the distance to the measurement target.
【００１１】上記第１の超音波センサにおいて、送信波
については、振動子に対する駆動パルスの供給開始時点
に基づいて、第１波の立上り時点を検知することが出来
る。一方、受信波の第１波の立上り時点は図３に示す様
に、抽出手段から得られる複数の見做しピーク点Ｐを結
ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最小値となる波形基
準点から、所定のオフセット時間が経過した時点を以
て、第１波の立上り時点とする。ここで、波形に含まれ
る何れの波も同一の減衰率で減衰するので、その幾何学
的関係から、複数の見做しピーク点を結ぶ仮想包絡線
は、図４(ａ)(ｂ)に破線で示す如く減衰の大きさに拘わ
らず、同一の波形基準点を通過する。即ち、波形基準点
から第１波の立上り時点までの時間(オフセット時間)
は、測定対象までの距離に拘わらず一定となる。よっ
て、このオフセット時間は、センサ固有の値として、予
め実験的に求めておくことが出来る。又、抽出手段は、
送信波の周波数の２ｎ倍(ｎは１以上の整数)の一定周波
数でサンプリングされた受信波のサンプリング点の中か
ら複数の見做しピーク点を抽出する。ここで、送信波と
受信波とは周波数が同一であって、受信波の真のピーク
点Ｐoの周期は、図５及び図６に示す様に一定であるの
で、見做しピーク点Ｐが、図示の如く真のピーク点Ｐo
からずれていても、その時間軸方向のずれ量ΔＳは全て
の波において同一である。従って、幾何学的関係から、
真のピーク点Ｐoを結ぶ仮想包絡線と、見做しピーク点
Ｐを結ぶ仮想包絡線とは、同一の波形基準点を通過する
こととなる。With respect to the transmitted wave, the first ultrasonic sensor can detect the rising time of the first wave based on the time when the supply of the drive pulse to the vibrator is started. On the other hand, the rising time of the first wave of the received wave is, as shown in FIG. 3, from the waveform reference point at which the time axis coordinate becomes the minimum value in the virtual envelope connecting the plurality of considered peak points P obtained from the extraction means. The time when the predetermined offset time has elapsed is the rising time of the first wave. Here, since all the waves included in the waveform are attenuated at the same attenuation rate, a virtual envelope connecting a plurality of considered peak points is shown in FIGS. As shown by the broken line, the same waveform reference point is passed regardless of the amount of attenuation. That is, the time from the waveform reference point to the rising point of the first wave (offset time)
Is constant regardless of the distance to the measurement target. Therefore, this offset time can be experimentally obtained in advance as a value unique to the sensor. Also, the extraction means is
A plurality of considered peak points are extracted from sampling points of the reception wave sampled at a constant frequency of 2n times (n is an integer of 1 or more) the frequency of the transmission wave. Here, the transmitted wave and the received wave have the same frequency, and the cycle of the true peak point Po of the received wave is constant as shown in FIGS. , The true peak point Po as shown
Even if it deviates from, the deviation amount ΔS in the time axis direction is the same for all waves. Therefore, from the geometrical relationship,
The virtual envelope connecting the true peak points Po and the virtual envelope connecting the considered peak points P pass through the same waveform reference point.
【００１２】具体的には、ｎは１であって、前記抽出手
段は、見做しピーク点として受信波のサンプリング点の
全てを抽出し、第２検知手段は、これらのサンプリング
点を結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最小値となる
波形基準点を検知する。Specifically, n is 1, the extraction means extracts all sampling points of the received wave as the considered peak points, and the second detection means virtually connects these sampling points. The waveform reference point where the time axis coordinate has the minimum value in the envelope is detected.
【００１３】該具体的構成においては、受信波のサンプ
リング周波数は送信波の周波数の２倍であるので、図５
の如くサンプリング点の１つが仮に１つの波の真のピー
ク点Ｐoに一致したとすると、他のサンプリング点も全
て他の波の真のピーク点Ｐoに一致することになる。
又、サンプリング点が真のピーク点Ｐoからずれている
としても上述の如く、全てのサンプリング点の時間軸方
向のずれ量は同一である。従って、これらのサンプリン
グ点即ち見做しピーク点Ｐを結ぶ仮想包絡線によって、
波形基準点を求めることが出来る。In the concrete configuration, the sampling frequency of the received wave is twice the frequency of the transmitted wave.
Assuming that one of the sampling points coincides with the true peak point Po of one wave, all the other sampling points also coincide with the true peak point Po of the other wave.
Further, even if the sampling points are deviated from the true peak points Po, the deviation amounts in the time axis direction of all the sampling points are the same as described above. Therefore, the virtual envelope connecting these sampling points, that is, the considered peak points P,
The waveform reference point can be obtained.
【００１４】又、具体的には、ｎは２以上であって、前
記抽出手段は、受信波のサンプリング点を相互に比較し
て、ピークと見做される複数の見做しピーク点を抽出
し、第２検知手段は、これらの見做しピーク点を結ぶ仮
想包絡線において時間軸座標が最小値となる波形基準点
を検知する。Further, specifically, n is 2 or more, and the extraction means compares the sampling points of the received waves with each other, and extracts a plurality of considered peak points which are considered as peaks. Then, the second detection means detects a waveform reference point having a minimum time axis coordinate in a virtual envelope connecting these considered peak points.
【００１５】該具体的構成においては、図６の如く時間
軸方向のずれ量が異なる複数のサンプリング点が受信波
の周期で繰り返し発生することになるが、これらのサン
プリング点の中から複数の見做しピーク点Ｐを抽出すれ
ば、これらの見做しピーク点Ｐの時間軸方向のずれ量Δ
Ｓは同一となる。従って、これらの見做しピーク点Ｐを
結ぶ仮想包絡線によって、波形基準点を求めることが出
来る。In the concrete configuration, a plurality of sampling points having different amounts of deviation in the time axis direction are repeatedly generated in the cycle of the received wave as shown in FIG. If the peak points P are extracted, the deviation amount Δ of these peak points P in the time axis direction Δ
S is the same. Therefore, the waveform reference point can be obtained from the virtual envelope that connects these considered peak points P.
【００１６】更に、具体的には、超音波センサを平坦な
基準面上に所定距離をおいて設置した状態で、超音波セ
ンサから該基準面へ向けて所定周波数の送信波を発信さ
せて送信波の第１波の立上り時刻と受信波の波形基準点
の時刻を実測し、該実測値と、前記所定距離を送信波が
往復するのに要する時間の理論値とに基づいて、受信波
の波形基準点から第１波の立上り時点までの時間を算出
し、該算出結果を前記オフセット時間として設定するオ
フセット時間算出手段を具えている。More specifically, in a state where the ultrasonic sensor is installed on a flat reference surface at a predetermined distance, a transmission wave having a predetermined frequency is transmitted from the ultrasonic sensor to the reference surface and transmitted. The rise time of the first wave of the wave and the time of the waveform reference point of the received wave are measured, and the measured value of the received wave is calculated based on the measured value and the theoretical value of the time required for the transmitted wave to make a round trip over the predetermined distance. An offset time calculating means for calculating a time from the waveform reference point to the rising time of the first wave and setting the calculation result as the offset time is provided.
【００１７】該具体的構成においては、図７に示す如
く、実測によって、送信波の第１波の立上り時刻Ｔ1か
ら受信波の波形基準点の時刻ｔ2までの時間Ｔeが得られ
る。一方、送信波の第１波の立上り時刻Ｔ1から受信波
の第１波の立上り時刻Ｔ2までの時間Ｔrは、前記所定距
離から理論的に計算することが出来る。従って、理論値
Ｔrから実測値Ｔeを減算することにより、受信波の波形
基準点の時刻ｔ2から第１波の立上り時刻Ｔ2までの時
間、即ちオフセット時間Ｔoを算出することが出来る。In the concrete configuration, as shown in FIG. 7, the time Te from the rising time T1 of the first wave of the transmitted wave to the time t2 of the waveform reference point of the received wave is obtained by actual measurement. On the other hand, the time Tr from the rising time T1 of the first wave of the transmitted wave to the rising time T2 of the first wave of the received wave can be theoretically calculated from the predetermined distance. Therefore, by subtracting the measured value Te from the theoretical value Tr, the time from the time t2 of the waveform reference point of the received wave to the rising time T2 of the first wave, that is, the offset time To can be calculated.
【００１８】本発明に係る第２の超音波センサは、送信
波の周波数の２ｎ倍(ｎは１以上の整数)の周波数で送信
波及び受信波のサンプリングを行なうサンプリング手段
と、サンプリング手段から得られる送信波及び受信波の
夫々のサンプリング点の内、ピークと見做される複数の
見做しピーク点を抽出する抽出手段と、抽出手段から得
られる送信波の複数の見做しピーク点を結ぶ仮想包絡線
において時間軸座標が最小値となる波形基準点を検知す
る第１検知手段と、抽出手段から得られる受信波の複数
の見做しピーク点を結ぶ仮想包絡線において時間軸座標
が最小値となる波形基準点を検知する第２検知手段と、
送信波の波形基準点から受信波の波形基準点までの経過
時間を算出する第１演算手段と、第１演算手段による時
間算出値に基づいて、測定対象までの距離を算出する第
２演算手段とを具えている。The second ultrasonic sensor according to the present invention is obtained from sampling means for sampling the transmitted wave and the received wave at a frequency of 2n times (n is an integer of 1 or more) the frequency of the transmitted wave, and the sampling means. Of the respective sampling points of the transmitted wave and the received wave, the extraction means for extracting a plurality of considered peak points regarded as peaks, and the plurality of considered peak points of the transmitted wave obtained from the extraction means are extracted. A first detection unit that detects a waveform reference point having a minimum time-axis coordinate in the connected virtual envelope, and a time-axis coordinate in a virtual envelope that connects a plurality of considered peak points of the received wave obtained from the extraction unit. Second detecting means for detecting a waveform reference point having a minimum value;
First calculation means for calculating the elapsed time from the waveform reference point of the transmitted wave to the waveform reference point of the received wave, and second calculation means for calculating the distance to the measurement target based on the time calculation value by the first calculation means. It is equipped with
【００１９】上記第２の超音波センサにおいては、送信
波と受信波の両方について波形基準点が検知され、送信
波の波形基準点から受信波の波形基準点までの経過時間
を以て、送信波の第１波の立上り時点から受信波の第１
波の立上り時点までの経過時間とする。この場合、図７
に示す如く、送信波についての波形基準点ｔ1から第１
波の立上り時点Ｔ1までの時間(オフセット時間Ｔo)と、
受信波についての波形基準点ｔ2から第１波の立上り時
点Ｔ2までの時間(オフセット時間Ｔo)は、幾何学的に明
らかな様に、互いに同一となる。よって、送信波の波形
基準点ｔ1から受信波の波形基準点ｔ2までの経過時間Δ
Ｔは、送信波の第１波の立上り時点Ｔ1から受信波の第
１波の立上り時点Ｔ2までの経過時間ΔＴ′と一致する
ことになる。又、抽出手段は、送信波の周波数の２ｎ倍
(ｎは１以上の整数)の一定周波数でサンプリングされた
送信波及び受信波のサンプリング点の中から夫々、複数
の見做しピーク点を抽出する。ここで、送信波と受信波
とは周波数が同一であって、送信波及び受信波の真のピ
ーク点Ｐoの周期は、図５及び図６に示す様に一定であ
るので、見做しピーク点Ｐが図示の如く真のピーク点Ｐ
oからずれていても、その時間軸方向のずれ量ΔＳは全
ての波において同一である。従って、幾何学的関係か
ら、真のピーク点Ｐoを結ぶ仮想包絡線と、見做しピー
ク点Ｐを結ぶ仮想包絡線とは、同一の波形基準点を通過
することとなる。In the second ultrasonic sensor, the waveform reference points are detected for both the transmitted wave and the received wave, and the transmitted wave is detected by the elapsed time from the waveform reference point of the transmitted wave to the waveform reference point of the received wave. From the rising edge of the first wave, the first wave of the received wave
It is the elapsed time up to the point of rise of the wave. In this case, FIG.
As shown in FIG.
The time to the rising time T1 of the wave (offset time To),
The time (offset time To) from the waveform reference point t2 of the received wave to the rising time T2 of the first wave is the same as geometrically clear. Therefore, the elapsed time Δ from the waveform reference point t1 of the transmitted wave to the waveform reference point t2 of the received wave
T coincides with the elapsed time ΔT 'from the rising time T1 of the first wave of the transmitted wave to the rising time T2 of the first wave of the received wave. Also, the extraction means is 2n times the frequency of the transmitted wave.
A plurality of considered peak points are extracted from the sampling points of the transmission wave and the reception wave sampled at a constant frequency (n is an integer of 1 or more). Here, the transmitted wave and the received wave have the same frequency, and the cycles of the true peak points Po of the transmitted wave and the received wave are constant as shown in FIG. 5 and FIG. Point P is the true peak point P as shown
Even if it deviates from o, the deviation amount ΔS in the time axis direction is the same for all waves. Therefore, due to the geometrical relationship, the virtual envelope connecting the true peak points Po and the virtual envelope connecting the considered peak points P pass through the same waveform reference point.
【００２０】具体的には、ｎは１であって、前記抽出手
段は、見做しピーク点として送信波及び受信波のサンプ
リング点の全てを抽出し、第１検知手段及び第２検知手
段は夫々、これらのサンプリング点を結ぶ仮想包絡線に
おいて時間軸座標が最小値となる波形基準点を検知す
る。Specifically, n is 1, and the extraction means extracts all sampling points of the transmitted wave and the received wave as the considered peak points, and the first detection means and the second detection means In each of the virtual envelopes connecting these sampling points, the waveform reference point having the minimum time axis coordinate is detected.
【００２１】該具体的構成において、送信波及び受信波
のサンプリング周波数は送信波の周波数の２倍であるの
で、図５の如くサンプリング点の１つが仮に１つの波の
真のピーク点Ｐoに一致したとすると、他のサンプリン
グ点も全て他の波の真のピーク点Ｐoに一致することに
なる。又、サンプリング点が真のピーク点Ｐoからずれ
ているとしても上述の如く、全てのサンプリング点の時
間軸方向のずれ量は同一である。従って、これらのサン
プリング点即ち見做しピーク点Ｐを結ぶ仮想包絡線によ
って、波形基準点を求めることが出来る。In the concrete structure, since the sampling frequencies of the transmitted wave and the received wave are twice the frequency of the transmitted wave, one of the sampling points is supposed to coincide with the true peak point Po of one wave as shown in FIG. If so, all the other sampling points also coincide with the true peak points Po of the other waves. Further, even if the sampling points are deviated from the true peak points Po, the deviation amounts in the time axis direction of all the sampling points are the same as described above. Therefore, the waveform reference point can be obtained by the virtual envelope connecting these sampling points, that is, the considered peak points P.
【００２２】又、具体的には、ｎは２以上であって、前
記抽出手段は、送信波及び受信波の夫々についてサンプ
リング点を相互に比較して、ピークと見做される複数の
見做しピーク点を抽出し、第１検知手段及び第２検知手
段は夫々、これらの見做しピーク点を結ぶ仮想包絡線に
おいて時間軸座標が最小値となる波形基準点を検知す
る。More specifically, n is 2 or more, and the extraction means compares the sampling points of each of the transmitted wave and the received wave with each other, and considers a plurality of peaks to be regarded as peaks. Then, the peak points are extracted, and the first detection means and the second detection means respectively detect the waveform reference point having the minimum time axis coordinate in the virtual envelope connecting these considered peak points.
【００２３】該具体的構成においては、図６の如く真の
ピーク点Ｐoからのずれ量が異なる複数のサンプリング
点が周期的に発生することになるが、これらのサンプリ
ング点の中から複数の見做しピーク点Ｐを抽出すれば、
これらの見做しピーク点Ｐの時間軸方向のずれ量ΔＳは
同一となる。従って、これらの見做しピーク点Ｐを結ぶ
仮想包絡線によって、送信波及び受信波の波形基準点を
求めることが出来る。In the concrete structure, a plurality of sampling points having different deviations from the true peak point Po are periodically generated as shown in FIG. If the peak point P is extracted,
The amount of deviation ΔS of these considered peak points P in the time axis direction is the same. Therefore, the waveform reference points of the transmitted wave and the received wave can be obtained from the virtual envelope that connects these considered peak points P.
【００２４】上記第１及び第２の超音波センサによれ
ば、図１３に示す如く、送信波の立上り時点から受信波
の立上り時点までの経過時間ΔＴを間接的に算出するこ
とによって、従来方式では不可避であった測定誤差を解
消することが出来る。又、仮想包絡線において時間軸座
標が最小値となる点を波形基準点としており、波形基準
点の検知は電圧レベルとは無関係に行なわれるので、図
３に二点鎖線で示す様に、波形検出時のグランドレベル
が波形の振幅中心からずれた場合においても、波形基準
点の検知に影響はなく、その検知位置が移動することは
ない。従って、グランドレベルのずれによる測定誤差が
生じることはない。According to the above-mentioned first and second ultrasonic sensors, as shown in FIG. 13, by indirectly calculating the elapsed time ΔT from the rising point of the transmitted wave to the rising point of the received wave, the conventional method is used. Then, the measurement error which was inevitable can be eliminated. Further, the point where the time axis coordinate is the minimum value in the virtual envelope is set as the waveform reference point, and the detection of the waveform reference point is performed regardless of the voltage level. Therefore, as shown by the chain double-dashed line in FIG. Even if the ground level at the time of detection deviates from the amplitude center of the waveform, the detection of the waveform reference point is not affected and the detection position does not move. Therefore, the measurement error due to the deviation of the ground level does not occur.
【００２５】上記第１及び第２の超音波センサにおい
て、仮想包絡線は、具体的には、２本の交差する直線又
は２次曲線によって精度良く表わされる。In the above-mentioned first and second ultrasonic sensors, the virtual envelope is specifically represented by two intersecting straight lines or quadratic curves with high accuracy.
【００２６】又、本発明に係る分注装置は、分注ヘッド
(15)の側部に、上記本発明に係る第１の超音波センサ或
いは第２の超音波センサを下向きに取り付けたものであ
る。Further, the dispensing apparatus according to the present invention has a dispensing head.
The first ultrasonic sensor or the second ultrasonic sensor according to the present invention is attached downward to the side portion of (15).
【００２７】該分注装置においては、超音波センサの測
定対象は、プレート(20)の凹部(21)に注入された液体の
液面であって、超音波センサ(１)からの超音波の往復時
間が測定されて、液面までの距離が算出される。In the dispensing apparatus, the ultrasonic sensor measures the liquid level of the liquid injected into the recess (21) of the plate (20), and the ultrasonic wave from the ultrasonic sensor (1) is measured. The round trip time is measured and the distance to the liquid surface is calculated.
【００２８】分注装置の具体的構成において、測定対象
は、プレート(20)の凹部(21)に注入された液体の液面で
あって、超音波センサ(１)の超音波出射部には、中央部
に超音波通路を設けた筒片(23)が下向きに取り付けら
れ、該筒片(23)の超音波通路は、前記凹部(21)の開口形
状と同一或いは実質的に同一の断面形状に形成されてい
る。In the concrete constitution of the dispensing apparatus, the object to be measured is the liquid surface of the liquid injected into the recess (21) of the plate (20), and the ultrasonic wave emitting portion of the ultrasonic sensor (1) is The cylindrical piece (23) having an ultrasonic passage in the center is attached downward, and the ultrasonic passage of the cylindrical piece (23) has the same or substantially the same cross section as the opening shape of the recess (21). It is formed in a shape.
【００２９】該具体的構成においては、超音波センサ
(１)から出射された超音波が、筒片(23)の超音波通路に
案内されて、拡散することなく、プレート(20)の凹部(2
1)へ導かれる。超音波センサ(１)に筒片(23)を具えない
従来の分注装置においては、図１８に示す如く、超音波
センサ(１)から出射された超音波が拡散して、一部の波
がプレート(20)の凹部(21)の開口縁に照射され、該開口
縁での反射による受信波が超音波センサ(１)にて検知さ
れて、正確な測定値Ｈが得られない問題があった。In the specific configuration, the ultrasonic sensor
The ultrasonic wave emitted from (1) is guided to the ultrasonic wave passage of the cylindrical piece (23), and is not diffused, and the concave portion (2) of the plate (20) is
You will be led to 1). In the conventional dispensing device in which the ultrasonic sensor (1) does not include the tubular piece (23), as shown in FIG. 18, the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic sensor (1) is diffused and a part of the wave is dispersed. Is irradiated to the opening edge of the concave portion (21) of the plate (20), and the received wave due to the reflection at the opening edge is detected by the ultrasonic sensor (1), and an accurate measured value H cannot be obtained. there were.
【００３０】これに対し、本発明の分注装置において
は、筒片(23)の超音波通路がプレート(20)の凹部(21)の
開口形状と同一或いは実質的に同一の断面形状に形成さ
れており、図１５の如く、筒片(23)の開口部をプレート
(20)の凹部(21)へ可及的に接近させた状態で距離測定が
行なわれる。従って、超音波センサ(１)から出射された
一部の波が凹部(21)の開口縁に照射されることはなく、
全ての波が凹部(21)内へ導かれて、該凹部(21)内の液体
の液面で反射されることになる。この結果、正確な測定
値Ｈが得られるのである。On the other hand, in the dispensing device of the present invention, the ultrasonic passage of the tubular piece (23) is formed in the same or substantially the same cross sectional shape as the opening shape of the concave portion (21) of the plate (20). As shown in FIG. 15, the opening of the tube piece (23) is plated.
Distance measurement is performed in a state where it is as close as possible to the concave portion (21) of (20). Therefore, a part of the wave emitted from the ultrasonic sensor (1) is not applied to the opening edge of the recess (21),
All the waves are guided into the concave portion (21) and are reflected by the liquid surface of the liquid in the concave portion (21). As a result, an accurate measured value H is obtained.
【００３１】又、第１の超音波センサを具えた分注装置
の具体的構成において、超音波センサ(１)は更に、筒片
(23)の開口部をプレート(20)の平坦部に密着させた状態
で、超音波センサ(１)から該平坦部へ向けて所定周波数
の送信波を発信させて送信波の第１波の立上り時刻と受
信波の波形基準点の時刻を実測し、該実測値と、前記筒
片(23)の超音波通路を送信波が往復するのに要する時間
の理論値とに基づいて、受信波の波形基準点から第１波
の立上り時点までの時間を算出し、該算出結果を前記オ
フセット時間として設定するオフセット時間算出手段を
具えている。Further, in the concrete constitution of the dispensing device having the first ultrasonic sensor, the ultrasonic sensor (1) further comprises a tubular piece.
With the opening of (23) being in close contact with the flat portion of the plate (20), the ultrasonic sensor (1) emits a transmission wave of a predetermined frequency toward the flat portion to generate the first wave of the transmission wave. The rising time and the time of the waveform reference point of the received wave are actually measured, and based on the measured value and the theoretical value of the time required for the transmitted wave to reciprocate in the ultrasonic passage of the tube piece (23), Offset time calculating means for calculating the time from the waveform reference point to the rising point of the first wave and setting the calculation result as the offset time.
【００３２】該具体的構成においては、筒片(23)の開口
部をプレート(20)の平坦部に密着させて、オフセット時
間の算出が行なわれる。ここで、超音波センサ(１)の超
音波出射部から該平坦部までの距離は、筒片(23)の長さ
に一致し、筒片(23)の長さは既知であるので、図７にお
ける送信波の第１波の立上り時刻Ｔ1から受信波の第１
波の立上り時刻Ｔ2までの時間Ｔrを理論的に求めること
が出来る。従って、該理論値Ｔrから、送信波の第１波
の立上り時刻Ｔ1から受信波の波形基準点の時刻ｔ2まで
の時間の実測値Ｔeを減算することにより、オフセット
時間Ｔoを算出することが出来る。In this specific structure, the offset time is calculated by bringing the opening of the cylindrical piece (23) into close contact with the flat portion of the plate (20). Here, the distance from the ultrasonic wave emitting portion of the ultrasonic sensor (1) to the flat portion corresponds to the length of the tubular piece (23), and the length of the tubular piece (23) is known. From the rising time T1 of the first transmitted wave in FIG.
The time Tr until the rising time T2 of the wave can be theoretically obtained. Therefore, the offset time To can be calculated by subtracting the measured value Te of the time from the rising time T1 of the first wave of the transmitted wave to the time t2 of the waveform reference point of the received wave from the theoretical value Tr. .
【００３３】[0033]
【発明の効果】本発明に係る超音波センサは、測定精度
が超音波の波長や受信波の大きさに依存せず、原理的に
誤差の無い測定方式を採用しているので、比較的低い周
波数の超音波によっても高精度且つ高分解能の測定が可
能である。又、送信波及び受信波のサンプリング周波数
を送信波の周波数の偶数倍の低い周波数に設定した場合
にも、高精度の測定値が得られる。本発明に係る超音波
センサを用いた分注装置においては、超音波センサによ
る高精度の測長によって、分注ヘッドの位置決めを高精
度に行なうことが出来る。The ultrasonic sensor according to the present invention has a relatively low measurement accuracy because it does not depend on the wavelength of the ultrasonic wave or the size of the received wave and employs a measurement method with no error in principle. High-accuracy and high-resolution measurement is possible even with ultrasonic waves of frequencies. Also, when the sampling frequencies of the transmitted wave and the received wave are set to low frequencies that are even multiples of the frequency of the transmitted wave, highly accurate measured values can be obtained. In the dispensing apparatus using the ultrasonic sensor according to the present invention, the positioning of the dispensing head can be performed with high accuracy by highly accurate length measurement by the ultrasonic sensor.
【００３４】[0034]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。図１に示す本発明
の超音波センサ(１)は、振動子(２)についての動作モー
ドを切換えスイッチ(３)により送信モードと受信モード
に切り換えるものであって、送信モードにおいては、ク
ロック発生器(４)から駆動パルス発生器(５)へ４００ｋ
Ｈｚのクロックを供給して、４００ｋＨｚの駆動パルス
を作成する。該駆動パルスは増幅器(６)にて増幅し、切
換えスイッチ(３)を経て振動子(２)へ供給する。ここ
で、駆動パルスは図２(ａ)の如く一定のピーク値を有す
る数個のパルスであるが、振動子(２)の機械インピーダ
ンスによって、振動子(２)に発生する振動は、図２(ｂ)
の如く振幅が徐々に増大した後、徐々に減小する波形と
なる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. The ultrasonic sensor (1) of the present invention shown in FIG. 1 switches the operation mode of the vibrator (2) between a transmission mode and a reception mode by a changeover switch (3). In the transmission mode, clock generation is performed. 400k from device (4) to drive pulse generator (5)
A clock of Hz is supplied to generate a drive pulse of 400 kHz. The drive pulse is amplified by the amplifier (6) and supplied to the vibrator (2) through the changeover switch (3). Here, the drive pulse is several pulses having a constant peak value as shown in FIG. 2A, but the vibration generated in the vibrator 2 due to the mechanical impedance of the vibrator 2 is as shown in FIG. (b)
As shown in the waveform, the amplitude gradually increases and then gradually decreases.
【００３５】又、図１の如く増幅器(６)の出力はサンプ
リング回路(12)へ供給され、これによってサンプリング
された信号がＡ／Ｄ変換器(13)にてデジタルデータに変
換され、バスライン(14)を経てマイクロコンピュータ(2
5)へ供給される。ここで、サンプリングは送信波の２ｎ
倍(ｎは１以上の整数)の周波数で行なわれる。Further, as shown in FIG. 1, the output of the amplifier (6) is supplied to the sampling circuit (12), and the sampled signal is converted into digital data by the A / D converter (13) by the bus line. Via (14) microcomputer (2
5) is supplied. Here, the sampling is 2n of the transmitted wave.
The frequency is doubled (n is an integer of 1 or more).
【００３６】マイクロコンピュータ(25)は、クロック発
生器(10)からの基準クロックに基づいて動作するタイマ
(７)、ＣＰＵ(８)及びメモリ(９)を具え、駆動パルス発
生器(５)からのタイマーＯＮ／ＯＦＦ信号がタイマ(７)
に入力されることによって、タイマ(７)の計時動作が開
始される。又、Ａ／Ｄ変換器(13)からバスライン(14)を
経て送られてくるデータは、ＣＰＵ(８)により処理され
て、送信波の第１波の立上り時点が検知され、その結果
がメモリ(９)に格納される。The microcomputer (25) is a timer that operates based on the reference clock from the clock generator (10).
(7), CPU (8) and memory (9), the timer ON / OFF signal from the drive pulse generator (5) is the timer (7).
Is input to the timer 7, the time counting operation of the timer (7) is started. Further, the data sent from the A / D converter (13) through the bus line (14) is processed by the CPU (8), the rising time of the first wave of the transmitted wave is detected, and the result is It is stored in the memory (9).
【００３７】一方、受信モードにおいては、図１に示す
振動子(２)によって受信波が検知され、その検知信号が
増幅器(11)を経てサンプリング回路(12)へ供給される。
サンプリング回路(12)では、送信波の周波数の２ｎ倍
(ｎは１以上の整数)の周波数で波形の振幅値のサンプリ
ングが行なわれ、その結果がＡ／Ｄ変換器(13)にてデジ
タルデータに変換され、マイクロコンピュータ(25)へ供
給される。マイクロコンピュータ(25)では、サンプリン
グされた時刻ｔをｘ座標、サンプリングされた振幅値Ｖ
をｙ座標とする２次元座標データとして、波形の変化を
メモリ(９)に格納する。On the other hand, in the reception mode, the received wave is detected by the vibrator (2) shown in FIG. 1, and the detection signal is supplied to the sampling circuit (12) via the amplifier (11).
In the sampling circuit (12), 2n times the frequency of the transmitted wave
The amplitude value of the waveform is sampled at a frequency (n is an integer of 1 or more), and the result is converted into digital data by the A / D converter (13) and supplied to the microcomputer (25). In the microcomputer (25), the sampled time t is the x coordinate, and the sampled amplitude value V
The change in the waveform is stored in the memory (9) as two-dimensional coordinate data with y as the y coordinate.
【００３８】尚、ノイズを除去するために、受信波の波
形のサンプリングに際しては、適度な大きさのスレッシ
ョルドレベルを設け、振幅値の絶対値が該スレッショル
ドレベル以下であるデータは排除する。In order to remove noise, when sampling the waveform of the received wave, a threshold level having an appropriate magnitude is provided, and data having an absolute amplitude value equal to or less than the threshold level is excluded.
【００３９】その後、マイクロコンピュータ(25)は、受
信波の波形基準点を検知して受信波の第１波の立上り時
刻を導出する。ここで、波形基準点は、受信波に現われ
る複数の見做しピーク点を結ぶ仮想包絡線を２次曲線で
表わした場合の頂点、即ち該２次曲線の時間軸座標が最
小値となる点である。そして、送信波の第１波の立上り
時点から受信波の第１波の立上り時点までの経過時間に
基づいて、測定対象までの距離Ｌを算出する。この様に
して得られた測定対象までの距離Ｌの算出結果は、必要
に応じてプリンターによって出力され、或いはディスプ
レイに表示される。After that, the microcomputer (25) detects the waveform reference point of the received wave and derives the rising time of the first wave of the received wave. Here, the waveform reference point is the apex when a virtual envelope that connects a plurality of considered peak points appearing in the received wave is represented by a quadratic curve, that is, the time axis coordinate of the quadratic curve is the minimum value. Is. Then, the distance L to the measurement target is calculated based on the elapsed time from the rising time of the first wave of the transmitted wave to the rising time of the first wave of the received wave. The calculation result of the distance L to the measurement target obtained in this way is output by a printer or displayed on a display as necessary.
【００４０】上記サンプリング回路(12)によるサンプリ
ング周波数を送信波の周波数の２倍(ｎ＝１)に設定した
場合、図５の如くサンプリング点の１つが仮に１つの波
の真のピーク点Ｐoに一致したとすると、他のサンプリ
ング点も全て他の波の真のピーク点Ｐoに一致すること
になる。又、サンプリング点が真のピーク点Ｐoからず
れているとしても、全てのサンプリング点の時間軸方向
のずれ量は同一である。従って、これらのサンプリング
点即ち見做しピーク点Ｐを結ぶ仮想包絡線によって、波
形基準点を求めることが出来る。一方、上記サンプリン
グ回路(12)によるサンプリング周波数を送信波の周波数
の２ｎ倍(ｎ≧２)に設定した場合、図６の如く真のピー
ク点Ｐoからのずれ量が異なる複数のサンプリング点が
受信波の周期で繰り返し発生することになるが、これら
のサンプリング点の中から複数の見做しピーク点Ｐを抽
出すれば、これらの見做しピーク点Ｐの時間軸方向のず
れ量ΔＳは同一となる。従って、これらの見做しピーク
点Ｐを結ぶ仮想包絡線によって、波形基準点を求めるこ
とが出来る。When the sampling frequency by the sampling circuit (12) is set to twice the frequency of the transmitted wave (n = 1), one of the sampling points is assumed to be the true peak point Po of one wave as shown in FIG. If they coincide, all the other sampling points also coincide with the true peak points Po of the other waves. Even if the sampling points deviate from the true peak points Po, the deviation amounts in the time axis direction of all the sampling points are the same. Therefore, the waveform reference point can be obtained by the virtual envelope connecting these sampling points, that is, the considered peak points P. On the other hand, when the sampling frequency by the sampling circuit (12) is set to 2n times (n ≧ 2) the frequency of the transmitted wave, a plurality of sampling points having different deviations from the true peak point Po are received as shown in FIG. Although it occurs repeatedly in the wave cycle, if a plurality of considered peak points P are extracted from these sampling points, the deviation amount ΔS of these considered peak points P in the time axis direction is the same. Becomes Therefore, the waveform reference point can be obtained from the virtual envelope that connects these considered peak points P.
【００４１】図８は、送信波発生から測定対象までの距
離Ｌの算出までの手続きを表わしている。ステップＳ１
にて、振動子(２)に駆動パルスを供給して送信波を発生
させ、ステップＳ２にて、メモリ(９)に送信波の第１波
の立上り時刻Ｔ1を記憶する。FIG. 8 shows the procedure from the generation of the transmitted wave to the calculation of the distance L from the measurement target. Step S1
At, a drive pulse is supplied to the vibrator (2) to generate a transmission wave, and in step S2, the rising time T1 of the first wave of the transmission wave is stored in the memory (9).
【００４２】次にステップＳ３にて、送信波の周波数の
２ｎ倍(ｎ≧１)の周波数で受信波のサンプリング及びＡ
／Ｄ変換を行なう。ステップＳ４では、サンプリングデ
ータをメモリ(９)へ保存し、ステップＳ５にて、メモリ
(９)にデータ格納領域が残っているか否かを判断し、Ｙ
ｅｓと判断された場合は、ステップＳ３へ戻る。ステッ
プＳ５にてＮｏと判断された場合は、ステップＳ６に移
行し、カウンタ変数ｉを初期化する。Next, in step S3, the received wave is sampled at the frequency 2n times (n ≧ 1) the frequency of the transmitted wave and A
/ D conversion is performed. In step S4, the sampling data is stored in the memory (9), and in step S5, the memory is stored.
It is judged whether or not the data storage area remains in (9), and Y
If it is determined to be es, the process returns to step S3. If No is determined in step S5, the process proceeds to step S6 and the counter variable i is initialized.
【００４３】続いてステップＳ７にて、前記メモリ(９)
からｉ番目のデータＤiの取り出しを行なう。ステップ
Ｓ８では、該データＤiの絶対値がスレッショルドレベ
ルより大きいか否かを判断し、Ｎｏと判断された場合
は、ｉをカウントアップしてステップＳ７へ戻る。ステ
ップＳ８にてＹｅｓと判断された場合は、ステップＳ９
へ移行して、受信波の波形基準点の時刻ｔ2を導出す
る。ステップＳ９の具体的手順については後述する。次
にステップＳ１０では、該受信波の波形基準点の時刻ｔ
2と所定のオフセット時間Ｔoに基づいて、下記数１から
受信波の第１波の立上り時刻Ｔ2を算出する。Then, in step S7, the memory (9)
The i-th data Di is taken out. In step S8, it is determined whether or not the absolute value of the data Di is larger than the threshold level. If No is determined, i is incremented and the process returns to step S7. If Yes is determined in step S8, step S9
Then, the time t2 of the waveform reference point of the received wave is derived. The specific procedure of step S9 will be described later. Next, in step S10, the time t of the waveform reference point of the received wave is
Based on 2 and the predetermined offset time To, the rising time T2 of the first wave of the received wave is calculated from the following equation 1.
【数１】Ｔ2＝ｔ2＋Ｔo[Equation 1] T2 = t2 + To
【００４４】ここで、オフセット時間Ｔoは、超音波セ
ンサ(１)に固有の値であって、予め実験的に求められた
一定の値を採用することも可能であるが、より精度の高
い測長のためには、その都度オフセット時間Ｔoを算出
することが望ましい。オフセット時間の具体的な算出方
法については後述する。Here, the offset time To is a value unique to the ultrasonic sensor (1), and it is possible to adopt a constant value that is experimentally obtained in advance, but a more accurate measurement is possible. For long time, it is desirable to calculate the offset time To each time. A specific method of calculating the offset time will be described later.
【００４５】続いて、ステップＳ１１にて、送信波及び
受信波の第１波の立上り時刻Ｔ1、Ｔ2に基づき、下記数
２から送信波の第１波の立上り時点から受信波の第１波
の立上り時点までの経過時間ΔＴを算出する。Then, in step S11, based on the rising times T1 and T2 of the first waves of the transmitted wave and the received wave, the following equation 2 is used to determine the first wave of the received wave from the rising time of the first wave of the transmitted wave. The elapsed time ΔT up to the start time is calculated.
【数２】ΔＴ＝Ｔ2−Ｔ1[Formula 2] ΔT = T2-T1
【００４６】そしてステップＳ１２では、下記数３から
音速ｃを算出する。Then, in step S12, the sound velocity c is calculated from the following expression 3.
【数３】ｃ＝０.６０７×ｔv＋３３１.５ ここで、ｔvは温度センサによって検出される測定時の
空気温度である。この様に、音速は温度に依存するの
で、高精度の測長のためには、その都度、温度を測定し
て音速を算出することが必要である。## EQU00003 ## c = 0.607.times.tv + 331.5 where tv is the air temperature at the time of measurement detected by the temperature sensor. As described above, the sound velocity depends on the temperature. Therefore, in order to measure the length with high accuracy, it is necessary to measure the temperature and calculate the sound velocity each time.
【００４７】最後に、ステップＳ１３にて、送信波の第
１波の立上り時点から受信波の第１波の立上り時点まで
の経過時間ΔＴと、音速ｃに基づき、下記数４から測定
対象までの距離Ｌを算出する。Finally, in step S13, based on the elapsed time ΔT from the rising time of the first wave of the transmitted wave to the rising time of the first wave of the received wave and the sound velocity c, the following expression 4 The distance L is calculated.
【数４】Ｌ＝ｃ×ΔＴ／２## EQU4 ## L = c × ΔT / 2
【００４８】上記手続きのステップＳ９における受信波
の波形基準点の導出手順を、サンプリング周波数が送信
波の周波数の２倍の場合と、４以上の偶数倍の場合につ
いて、具体的に説明する。The procedure for deriving the waveform reference point of the received wave in step S9 of the above procedure will be specifically described for the case where the sampling frequency is twice the frequency of the transmitted wave and the case where the sampling frequency is an even multiple of 4 or more.
【００４９】サンプリング周波数が送信波の周波数の２
倍の場合 図９に示す如く、先ずステップＳ１４にて、必要なカウ
ンタ変数ｎを初期化し、ステップＳ１５では、メモリ
(９)からｎ番目のデータの取り出しを行なう。次にステ
ップＳ１６にて、ｎ番目のデータの絶対値と、ｎ−１番
目のデータの絶対値とを比較して、ｎ−１番目のデータ
の絶対値の方が小さいときは、ｎをカウントアップし
て、ステップＳ１５へ戻る。The sampling frequency is 2 of the frequency of the transmitted wave.
In case of doubling, as shown in FIG. 9, first, in step S14, the necessary counter variable n is initialized, and in step S15, the memory
The nth data is taken out from (9). Next, in step S16, the absolute value of the nth data is compared with the absolute value of the n-1th data, and when the absolute value of the n-1th data is smaller, n is counted. Up and return to step S15.
【００５０】ステップＳ１６にて、ｎ−１番目のデータ
の絶対値の方が大きいと判断されたときは、ステップＳ
１７へ移行して、各サンプリング点のデータに最小自乗
法を適用し、各サンプリング点を結んだ仮想包絡線を、
時間ｔを関数、振幅値Ｖを変数とする２次曲線：ｔ＝ａ
Ｖ2＋ｂＶ＋ｃで近似する。そして、ステップＳ１８で
は、仮想包絡線において時間軸座標が最小値となる点、
即ち前記２次曲線において傾きｄｔ／ｄＶが０となる点
(ｔ2，Ｖ2)を算出する。この点は、下記数５を満たす振
幅値Ｖ2及び時間ｔ2として求めることが出来、これらの
値Ｖ2、ｔ2は夫々、下記数６及び数７によって算出され
る。When it is determined in step S16 that the absolute value of the (n-1) th data is larger, step S16
Moving to 17, the least squares method is applied to the data at each sampling point, and the virtual envelope connecting the sampling points is
Quadratic curve with time t as a function and amplitude value V as a variable: t = a
It is approximated by V 2 + bV + c. Then, in step S18, the point at which the time axis coordinate has the minimum value in the virtual envelope,
That is, the point where the slope dt / dV is 0 in the quadratic curve
Calculate (t2, V2). This point can be obtained as an amplitude value V2 and a time t2 that satisfy the following expression 5, and these values V2 and t2 are calculated by the following expression 6 and expression 7, respectively.
【数５】ｄｔ／ｄＶ＝２ａＶ＋ｂ＝０(5) dt / dV = 2aV + b = 0
【数６】Ｖ2＝−ｂ／２ａ[Equation 6] V2 = -b / 2a
【数７】ｔ2＝ａＶo2＋ｂＶo＋ｃ これによって得られた点(ｔ2，Ｖ2)が波形基準点とな
り、上記受信波の波形基準点の時刻ｔ2が導出されるこ
ととなる。Equation 7] t2 = aVo 2 + bVo + c points thereby obtained (t2, V2) is a waveform reference point, so that the time t2 of the waveform reference point of the received waves is derived.
【００５１】サンプリング周波数が送信波の周波数の４
以上の偶数倍の場合 図１１に示す如く、先ずステップＳ４１にて、必要なカ
ウンタ変数ｎ及びｍを初期化し、ステップＳ４２では、
メモリ(９)からｎ番目のデータの取り出しを行なう。The sampling frequency is 4 of the frequency of the transmitted wave.
In the case of the above even multiples, as shown in FIG. 11, first, in step S41, necessary counter variables n and m are initialized, and in step S42,
The nth data is taken out from the memory (9).
【００５２】次にステップＳ４３にて、ｎ番目、ｎ−１
番目、及びｎ−２番目のデータの絶対値を互いに比較し
て、ｎ−１番目のデータの絶対値が最大でない場合は、
ｎをカウントアップして、ステップＳ４２へ戻る。ステ
ップＳ４３にて、図６に示す如く、ｎ−１番目のデータ
の絶対値が最大であるとの判断が為されたときは、ステ
ップＳ４４へ移行して、ｎ−１番目のサンプリング点を
ｍ番目の見做しピーク点Ｐとする。Next, in step S43, n-th, n-1
If the absolute values of the (n-1) th data are not maximum, the absolute values of the (n-1) th data are compared with each other.
The n is incremented and the process returns to step S42. When it is determined in step S43 that the absolute value of the (n-1) th data is the maximum, as shown in FIG. 6, the process proceeds to step S44, where the (n-1) th sampling point is set to m. The second peak point P is considered.
【００５３】続いて、図１１のステップＳ４５にて、ｍ
番目のピーク値の絶対値と、ｍ−１番目のピーク値の絶
対値とを比較して、ｍ−１番目のピーク値の絶対値の方
が小さいときは、ｎ及びｍをカウントアップして、ステ
ップＳ４２へ戻る。Subsequently, in step S45 of FIG. 11, m
The absolute value of the m-th peak value is compared with the absolute value of the m-th peak value, and when the absolute value of the m-1-th peak value is smaller, n and m are counted up. , And returns to step S42.
【００５４】ステップＳ４５にて、ｍ−１番目のピーク
値の絶対値の方が大きいと判断されたときは、ステップ
Ｓ４６へ移行して、各見做しピーク点のデータに最小自
乗法を適用し、各見做しピーク点を結んだ仮想包絡線
を、時間ｔを関数、振幅値Ｖを変数とする２次曲線：ｔ
＝ａＶ2＋ｂＶ＋ｃで近似する。そして、ステップＳ４
７では、仮想包絡線において時間軸座標が最小値となる
点、即ち前記２次曲線において傾きｄｔ／ｄＶが０とな
る点(ｔ2，Ｖ2)を算出する。この点は、上記数５を満た
す振幅値Ｖ2及び時間ｔ2として求めることが出来、これ
らの値Ｖ2、ｔ2は夫々、上記数６及び数７によって算出
される。これによって得られた点(ｔ2，Ｖ2)が波形基準
点となり、上記受信波の波形基準点の時刻ｔ2が導出さ
れることとなる。When it is determined in step S45 that the absolute value of the m-1th peak value is larger, the process proceeds to step S46, and the least squares method is applied to the data of each considered peak point. Then, a quadratic curve with the time t as a function and the amplitude value V as a variable:
= AV 2 + bV + c. Then, step S4
In step 7, the point where the time axis coordinate is the minimum value in the virtual envelope, that is, the point (t2, V2) where the slope dt / dV is 0 in the quadratic curve is calculated. This point can be obtained as the amplitude value V2 and the time t2 that satisfy the above equation 5, and these values V2 and t2 are calculated by the above equations 6 and 7, respectively. The point (t2, V2) thus obtained becomes the waveform reference point, and the time t2 of the waveform reference point of the received wave is derived.
【００５５】次に、前記オフセット時間の算出方法につ
いて具体的に説明する。超音波センサ(１)を平坦な基準
面上に所定距離Ｈoだけ離して位置決めする。この際、
所定距離は基準スケールを用いて設定することが出来
る。この状態で、超音波センサ(１)から該基準面へ向け
て所定周波数の送信波を発信させ、図８におけるステッ
プＳ１からステップＳ９までの手続きを実行して、送信
波の第１波の立上り時刻Ｔ1と受信波の波形基準点の時
刻ｔ2を実測し、時刻Ｔ1から時刻ｔ2までの時間Ｔeを導
出する。Next, the method of calculating the offset time will be specifically described. The ultrasonic sensor (1) is positioned on the flat reference surface by a predetermined distance Ho. On this occasion,
The predetermined distance can be set using a reference scale. In this state, the ultrasonic sensor (1) emits a transmission wave of a predetermined frequency toward the reference surface, and the procedure from step S1 to step S9 in FIG. 8 is executed to rise the first wave of the transmission wave. The time T1 and the time t2 at the waveform reference point of the received wave are measured, and the time Te from the time T1 to the time t2 is derived.
【００５６】一方、前記所定距離Ｈoを送信波が往復す
るのに要する時間Ｔrを下記数８から理論的に算出す
る。On the other hand, the time Tr required for the transmitted wave to reciprocate the predetermined distance Ho is theoretically calculated from the following equation 8.
【数８】Ｔr＝Ｈo×２／ｃ ここで、ｃは音速であり、図８におけるステップＳ１２
と同様に前記数３から算出される。## EQU8 ## Tr = Ho × 2 / c where c is the speed of sound, and step S12 in FIG.
It is calculated from the above Equation 3 in the same manner as.
【００５７】次に、図７から明らかなように、前記実測
値Ｔeと前記理論値Ｔrに基づき、下記数９によって受信
波の波形基準点ｔ2から第１波の立上り時点Ｔ2までの時
間、即ちオフセット時間Ｔoを算出することが出来る。Next, as apparent from FIG. 7, the time from the waveform reference point t2 of the received wave to the rising point T2 of the first wave, that is, the following equation 9, is used based on the measured value Te and the theoretical value Tr, that is, The offset time To can be calculated.
【数９】Ｔo＝Ｔr−Ｔe[Equation 9] To = Tr-Te
【００５８】上記測定方式では、受信波の波形基準点の
時刻ｔ2にオフセット時間Ｔoを加算することによって受
信波の立上り時刻Ｔ2を算出し、送信波の第１波の立上
り時点Ｔ1から受信波の第１波の立上り時点Ｔ2までの経
過時間ΔＴを算出しているが、図７に示す如く、送信波
におけるオフセット時間Ｔoと受信波におけるオフセッ
ト時間Ｔoは同一であるので、送信波の波形基準点ｔ1か
ら受信波の波形基準点ｔ2までの経過時間ΔＴ′を算出
することによっても、同じ結果を得ることが出来る。In the above measuring method, the rising time T2 of the received wave is calculated by adding the offset time To to the time t2 of the waveform reference point of the received wave, and the rising time T1 of the first wave of the transmitted wave is calculated from the rising time T1 of the received wave. Although the elapsed time ΔT until the rising time T2 of the first wave is calculated, as shown in FIG. 7, since the offset time To of the transmitted wave and the offset time To of the received wave are the same, the waveform reference point of the transmitted wave is calculated. The same result can be obtained by calculating the elapsed time ΔT 'from t1 to the waveform reference point t2 of the received wave.
【００５９】この場合、図１のマイクロコンピュータ(2
5)は、送信モードにて、Ａ／Ｄ変換器(13)から供給され
る送信波のサンプリングデータに対して、図９或いは図
１１と同様の演算処理を実行し、送信波の波形基準点を
検知する。ここで、波形基準点は、送信波に現われる複
数の見做しピーク点を結ぶ仮想包絡線を２次曲線で表わ
した場合の頂点、即ち該２次曲線の時間軸座標が最小値
となる点である。そして、送信波の波形基準点から受信
波の波形基準点までの経過時間ΔＴ′(＝ΔＴ)に基づい
て、測定対象までの距離Ｌを算出する。即ち、図１０に
示す如く、ステップＳ１９にて、振動子(２)に駆動パル
スを供給して送信波を発生させ、ステップＳ２０にて、
送信波及び受信波のサンプリング及びＡ／Ｄ変換を行な
う。ここで、サンプリングは、送信波の周波数の２倍或
いは４以上の偶数倍の周波数で行なう。In this case, the microcomputer (2
In 5), in the transmission mode, the sampling wave data of the transmission wave supplied from the A / D converter (13) is subjected to the same arithmetic processing as that of FIG. To detect. Here, the waveform reference point is the apex when a virtual envelope connecting a plurality of considered peak points appearing in the transmitted wave is represented by a quadratic curve, that is, a point at which the time axis coordinate of the quadratic curve has a minimum value. Is. Then, the distance L to the measurement target is calculated based on the elapsed time ΔT ′ (= ΔT) from the waveform reference point of the transmitted wave to the waveform reference point of the received wave. That is, as shown in FIG. 10, in step S19, a drive pulse is supplied to the vibrator (2) to generate a transmission wave, and in step S20,
Sampling of transmitted and received waves and A / D conversion are performed. Here, the sampling is performed at a frequency that is twice the frequency of the transmitted wave or an even multiple of 4 or more.
【００６０】次にステップＳ２１にて、サンプリングデ
ータをメモリ(９)へ保存する。ステップＳ２２では、メ
モリ(９)にデータ格納領域が残っているか否かを判断
し、Ｙｅｓと判断された場合は、ステップＳ２０へ戻
る。ステップＳ２２にてＮｏと判断された場合は、ステ
ップＳ２３に移行し、カウンタ変数ｉを初期化する。Next, in step S21, the sampling data is stored in the memory (9). In step S22, it is determined whether or not a data storage area remains in the memory (9). If Yes is determined, the process returns to step S20. If No is determined in step S22, the process proceeds to step S23, and the counter variable i is initialized.
【００６１】続いてステップＳ２４にて、前記メモリ
(９)からｉ番目のデータＤiの取り出しを行なう。ステ
ップＳ２５では、該データＤiの絶対値がスレッショル
ドレベルより大きいか否かを判断し、Ｎｏと判断された
場合は、ｉをカウントアップしてステップＳ２４へ戻
る。ステップＳ２５にてＹｅｓと判断された場合は、ス
テップＳ２６へ移行して、送信波の波形基準点の時刻ｔ
1を導出する。波形基準点の導出手順は図９或いは図１
１に示す通りである。次にステップＳ２７にて、メモリ
(９)からｉ番目のデータＤiの取り出しを行ない、ステ
ップＳ２８にて、送信波の送信が終了したか否かを判断
する。ステップＳ２８にてＮｏと判断された場合は、ス
テップＳ２７へ戻り、Ｙｅｓと判断された場合は、ステ
ップＳ２９にてｉをカウントアップする。Then, in step S24, the memory
The i-th data Di is taken out from (9). In step S25, it is determined whether or not the absolute value of the data Di is larger than the threshold level. If No is determined, i is incremented and the process returns to step S24. If Yes is determined in step S25, the process proceeds to step S26 and the time t of the waveform reference point of the transmitted wave is reached.
Derive 1 The procedure for deriving the waveform reference point is shown in FIG. 9 or FIG.
As shown in FIG. Next, in step S27, the memory
The i-th data Di is taken out from (9), and it is determined in step S28 whether or not the transmission of the transmission wave is completed. If No is determined in step S28, the process returns to step S27, and if Yes is determined, i is incremented in step S29.
【００６２】そして、ステップＳ３０では、メモリ(９)
からｉ番目のデータＤiの取り出しを行い、ステップＳ
３１にて、該データＤiの絶対値がスレッショルドレベ
ルより大きいか否かを判断する。ステップＳ３１にて、
Ｎｏと判断された場合は、ステップＳ２９へ戻り、Ｙｅ
ｓと判断された場合は、ステップＳ３２へ移行する。ス
テップＳ３２では、受信波の波形基準点の時刻ｔ2を導
出する。波形基準点の導出手順は図９或いは図１１に示
す通りである。Then, in step S30, the memory (9)
The i-th data Di is taken out from step S
At 31, it is determined whether or not the absolute value of the data Di is larger than the threshold level. In step S31,
If No is determined, the process returns to step S29 and Yes.
If s is determined, the process proceeds to step S32. In step S32, the time t2 of the waveform reference point of the received wave is derived. The procedure for deriving the waveform reference point is as shown in FIG. 9 or 11.
【００６３】その後、ステップＳ３３にて、送信波及び
受信波の波形基準点の時刻ｔ1、ｔ2に基づき、下記数１
０から送信波の波形基準点から受信波の波形基準点まで
の経過時間ΔＴ′を算出する。Then, in step S33, based on the times t1 and t2 of the waveform reference points of the transmitted wave and the received wave, the following equation 1
The elapsed time ΔT ′ from 0 to the waveform reference point of the transmitted wave from the waveform reference point of the transmitted wave is calculated.
【数１０】ΔＴ′＝ｔ2−ｔ1[Expression 10] ΔT '= t2-t1
【００６４】次にステップＳ３４では、図８におけるス
テップＳ１２と同様に上記数３から音速ｃを算出する。
最後に、ステップＳ３５にて、送信波の波形基準点から
受信波の波形基準点までの経過時間ΔＴ′と、音速ｃに
基づき、下記数１１から測定対象までの距離Ｌを算出す
る。Next, in step S34, the sound velocity c is calculated from the above equation 3 as in step S12 in FIG.
Finally, in step S35, the distance L from the following equation 11 to the measurement target is calculated based on the elapsed time ΔT 'from the waveform reference point of the transmitted wave to the waveform reference point of the received wave and the sound velocity c.
【数１１】Ｌ＝ｃ×ΔＴ′／２## EQU11 ## L = c × ΔT '/ 2
【００６５】上記超音波センサ(１)によれば、比較的低
い周波数の超音波によっても、高精度、高感度の測長が
可能である。又、波形基準点に基づいて測定対象までの
距離を測定しているので、図３に二点鎖線で示す様に、
波形検出時のグランドレベルが波形の振幅中心からずれ
た場合においても、グランドレベルのずれによる測定誤
差が生じることはなく、常に高精度の測定値が得られ
る。更に、送信波及び受信波のサンプリング周波数を送
信波の周波数と関係付けているので、低い周波数、例え
ば送信波の周波数の２乃至１０倍の周波数によるサンプ
リングによっても波形基準点の導出が可能である。又、
上記オフセット時間の算出方法を採用することによって
オフセット時間をその都度算出すれば、より高精度の測
長が可能である。According to the ultrasonic sensor (1), it is possible to measure with high accuracy and high sensitivity even with ultrasonic waves having a relatively low frequency. Also, since the distance to the measurement target is measured based on the waveform reference point, as shown by the chain double-dashed line in FIG.
Even when the ground level at the time of waveform detection deviates from the amplitude center of the waveform, a measurement error does not occur due to the deviation of the ground level, and a highly accurate measurement value is always obtained. Furthermore, since the sampling frequencies of the transmitted wave and the received wave are related to the frequency of the transmitted wave, the waveform reference point can be derived even by sampling at a low frequency, for example, a frequency that is 2 to 10 times the frequency of the transmitted wave. . or,
If the offset time is calculated each time by adopting the above offset time calculation method, it is possible to measure the length with higher accuracy.
【００６６】図１４は、分注装置に上記超音波センサ
(１)を装備したものであって、３軸駆動テーブル機構(1
8)の出力部に、分注ヘッド(15)及び超音波センサ(１)が
下向きに取り付けられており、これらは３軸駆動テーブ
ル機構(18)の駆動によって常に一体に移動する。又、超
音波センサ(１)の超音波出射部には、断面円形の筒片(2
3)が垂直に取り付けられている。該筒片(23)の内径は、
プレート(20)の凹部(21)の内径(約７ｍｍ)と同一に形成
されている。又、筒片(23)の長さは６０ｍｍである。FIG. 14 shows the ultrasonic sensor of the dispensing device.
(1) equipped with a 3-axis drive table mechanism (1
A dispensing head (15) and an ultrasonic sensor (1) are attached to the output part of (8) so as to face downward, and these are always moved integrally by the drive of the triaxial drive table mechanism (18). In addition, the ultrasonic wave emitting portion of the ultrasonic sensor (1) has a cylindrical piece (2
3) is mounted vertically. The inner diameter of the tubular piece (23) is
It is formed to have the same inner diameter (about 7 mm) as the concave portion (21) of the plate (20). The length of the cylinder piece (23) is 60 mm.
【００６７】分注台(17)上のプレート(20)に対して分注
を行なう場合、先ず、超音波センサ(１)によって、プレ
ート(20)の凹部(21)に既に注入されている試薬(22)の液
面位を測定する。この場合、図１５の如く筒片(23)の開
口部をプレート(20)の凹部(21)の開口部に可及的に接近
させ、開口部どうしを同一軸心上で対向させる。この状
態で、超音波センサ(１)から超音波を発すると、該超音
波は筒片(23)の内周面に案内されて、拡散することな
く、プレート(20)の凹部(21)に導かれる。そして、試薬
(22)の液面で反射された超音波が再び筒片(23)の内周面
に案内されて、超音波センサ(１)へ戻ることになる。従
って、図１８に示す従来例の様に送信波の一部が凹部(2
1)開口縁で反射されることはなく、高精度の測長が可能
となる。When dispensing to the plate (20) on the dispensing table (17), first, the ultrasonic sensor (1) is used to inject the reagent already injected into the recess (21) of the plate (20). Measure the liquid level in (22). In this case, as shown in FIG. 15, the opening of the tubular piece (23) is brought as close as possible to the opening of the recess (21) of the plate (20), and the openings are opposed to each other on the same axis. When an ultrasonic wave is emitted from the ultrasonic sensor (1) in this state, the ultrasonic wave is guided to the inner peripheral surface of the tubular piece (23) and diffuses into the recess (21) of the plate (20) without being diffused. Be guided. And the reagent
The ultrasonic waves reflected by the liquid surface of (22) are guided again to the inner peripheral surface of the cylindrical piece (23) and return to the ultrasonic sensor (1). Therefore, as in the conventional example shown in FIG.
1) High-precision length measurement is possible without being reflected by the opening edge.
【００６８】ところで、オフセット時間Ｔoの算出にお
いては、上記基準スケールの代わりに筒片(23)を利用す
ると共に、基準面としてプレート(20)の平坦部を利用す
ることが出来る。即ち、図１６に示す如く、筒片(23)の
下端開口部をプレート(20)の平坦部に密着させ、超音波
センサ(１)から平坦部へ向けて超音波を発信させる。こ
こで、超音波センサ(１)の超音波出射部から該平坦部ま
での距離Ｈoは、筒片(23)の長さに一致し、筒片(23)の
長さは既知(本実施例においては６０ｍｍ)であるので、
図７における送信波の第１波の立上り時刻Ｔ1から受信
波の第１波の立上り時刻Ｔ2までの時間Ｔrを理論的に求
めることが出来る。そして、該理論値Ｔrから、送信波
の第１波の立上り時刻Ｔ1から受信波の波形基準点の時
刻ｔ2までの時間の実測値Ｔeを減算することにより、オ
フセット時間Ｔoを算出することが出来る。この様に、
筒片(23)を用いることによって、超音波センサ(１)を位
置決めするので、前記基準スケールは不要となる。By the way, in the calculation of the offset time To, the cylindrical piece (23) can be used instead of the above-mentioned reference scale, and the flat portion of the plate (20) can be used as a reference surface. That is, as shown in FIG. 16, the lower end opening of the cylindrical piece (23) is brought into close contact with the flat portion of the plate (20), and ultrasonic waves are emitted from the ultrasonic sensor (1) toward the flat portion. Here, the distance Ho from the ultrasonic wave emitting portion of the ultrasonic sensor (1) to the flat portion corresponds to the length of the tubular piece (23), and the length of the tubular piece (23) is known (in this embodiment). Since it is 60 mm),
The time Tr from the rising time T1 of the first wave of the transmitted wave to the rising time T2 of the first wave of the received wave in FIG. 7 can be theoretically obtained. Then, the offset time To can be calculated by subtracting the measured value Te of the time from the rising time T1 of the first wave of the transmission wave to the time t2 of the waveform reference point of the reception wave from the theoretical value Tr. . Like this
Since the ultrasonic sensor (1) is positioned by using the tubular piece (23), the reference scale is unnecessary.
【００６９】超音波センサ(１)によって得られた測定結
果は、図１４に示すコントローラ(19)へ送られて、分注
ヘッド(15)の位置決め制御に供される。即ち、超音波セ
ンサ(１)による測定結果に基づいて３軸駆動テーブル機
構(18)を動作させ、分注ヘッド(15)のピペット(16)の先
端面を、プレート(20)の凹部(21)内の試薬(22)の液面か
ら０.２〜０.６ｍｍの高さに位置せしめる。その後、ピ
ペット(16)に連繋するプランジャー装置(図示省略)の動
作によって、ピペット(16)内の試薬を吐出する。この
際、ピペット(16)から吐出される試薬は滴状となって、
プレート(20)の凹部(21)内の試薬(22)の液面と接触し、
表面張力が開放されることによって、プレート(20)上へ
滴下することになる。The measurement result obtained by the ultrasonic sensor (1) is sent to the controller (19) shown in FIG. 14 and used for positioning control of the dispensing head (15). That is, the three-axis drive table mechanism (18) is operated based on the measurement result of the ultrasonic sensor (1), and the tip end surface of the pipette (16) of the dispensing head (15) is moved to the recess (21) of the plate (20). It is positioned at a height of 0.2 to 0.6 mm from the liquid surface of the reagent (22) in (). After that, the reagent in the pipette (16) is discharged by the operation of a plunger device (not shown) linked to the pipette (16). At this time, the reagent discharged from the pipette (16) becomes a droplet,
Contact with the liquid surface of the reagent (22) in the recess (21) of the plate (20),
When the surface tension is released, it will be dripped onto the plate (20).
【００７０】上記分注装置においては、本発明に係る超
音波センサ(１)が採用されているので、プレート(20)の
凹部(21)内の試薬(22)の液面状態に拘わらず、液面位が
高精度に測定され、この結果、試薬吐出時の分注ヘッド
(15)の位置決めが正確に行なわれる。従って、ピペット
(16)の先端面に不要な試薬が付着することはない。尚、
筒片(23)の内径が凹部(21)の内径よりも小さい場合に
も、同様に凹部開口縁での反射が防止されるが、受信波
が弱くなってＳ／Ｎ比が悪化する虞れがあるため、この
場合は、Ｓ／Ｎ比を改善する方策が必要となる。Since the ultrasonic sensor (1) according to the present invention is adopted in the above dispensing apparatus, regardless of the liquid level state of the reagent (22) in the recess (21) of the plate (20), The liquid level is measured with high accuracy, and as a result, the dispensing head when discharging the reagent
The positioning of (15) is performed accurately. Therefore, the pipette
Unwanted reagents do not adhere to the tip surface of (16). still,
Even when the inner diameter of the tubular piece (23) is smaller than the inner diameter of the recess (21), reflection at the opening edge of the recess is prevented as well, but the received wave becomes weak and the S / N ratio may deteriorate. Therefore, in this case, it is necessary to take measures to improve the S / N ratio.
【００７１】上記実施の形態の説明は、本発明を説明す
るためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を
限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許
請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能で
あることは勿論である。例えば、上記実施の形態では２
次曲線によって仮想包絡線を表わしているが、２本の交
差する直線による近似も可能であり、この場合、２本の
直線の交差点が波形基準点となる。又、上記実施の形態
では、送信波の第１波の立上り時点から受信波の立上り
時点までの経過時間を算出する際、受信波の波形基準点
の時刻にオフセット時間を加算することによって、受信
波の第１波の立上り時刻を算出する方式を採用している
が、先ず送信波の第１波の立上り時点から受信波の波形
基準点までの経過時間を算出し、該算出結果にオフセッ
ト時間を加算する方式も採用が可能である。The above description of the embodiments is for explaining the present invention, and should not be construed as limiting the invention described in the claims or reducing the scope.
In addition, the configuration of each part of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the technical scope described in the claims. For example, in the above embodiment, 2
Although the virtual envelope is represented by the following curve, approximation by two intersecting straight lines is also possible, and in this case, the intersection of the two straight lines becomes the waveform reference point. Further, in the above-described embodiment, when the elapsed time from the rising time of the first wave of the transmitted wave to the rising time of the received wave is calculated, by adding the offset time to the time of the waveform reference point of the received wave, The method of calculating the rising time of the first wave is used. First, the elapsed time from the rising time of the first wave of the transmitted wave to the waveform reference point of the received wave is calculated, and the offset time is added to the calculation result. It is also possible to adopt a method of adding.
【図１】本発明に係る超音波センサの構成を示すブロッ
ク図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic sensor according to the present invention.
【図２】駆動パルスと、振動子に発生する振動の波形図
である。FIG. 2 is a waveform diagram of drive pulses and vibrations generated in a vibrator.
【図３】波形基準点を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating waveform reference points.
【図４】振幅の減衰率によって波形基準点が変化しない
ことを説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating that a waveform reference point does not change depending on an attenuation rate of amplitude.
【図５】見做しピーク点が真のピーク点からずれること
によって波形基準点が変化しないことを説明する図であ
る。FIG. 5 is a diagram illustrating that the waveform reference point does not change due to the apparent peak point deviating from the true peak point.
【図６】真のピーク点とサンプリング点の関係を説明す
る図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a true peak point and a sampling point.
【図７】オフセット時間の算出原理を説明する図であ
る。FIG. 7 is a diagram illustrating a principle of calculating an offset time.
【図８】測定距離を求める手順を表わすフローチャート
である。FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for obtaining a measured distance.
【図９】サンプリング周波数が送信波の周波数の２倍で
ある場合の波形基準点を求める手順を表わすフローチャ
ートである。FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for obtaining a waveform reference point when the sampling frequency is twice the frequency of the transmitted wave.
【図１０】測定距離を求める他の手順を表わすフローチ
ャートである。FIG. 10 is a flowchart showing another procedure for obtaining a measured distance.
【図１１】サンプリング周波数が送信波の周波数の４以
上の偶数倍である場合の波形基準点を求める手順を表わ
すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for obtaining a waveform reference point when the sampling frequency is an even multiple of 4 or more of the frequency of the transmission wave.
【図１２】超音波センサの測定原理を説明する図であ
る。FIG. 12 is a diagram illustrating the measurement principle of the ultrasonic sensor.
【図１３】従来方式における測定誤差の発生を説明する
図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the occurrence of a measurement error in the conventional method.
【図１４】本発明に係る分注装置の一部破断正面図であ
る。FIG. 14 is a partially cutaway front view of the dispensing device according to the present invention.
【図１５】該分注装置の要部を表わす拡大断面図であ
る。FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the dispensing device.
【図１６】該分注装置におけるオフセット時間の算出方
法を説明する図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a method of calculating an offset time in the dispensing device.
【図１７】従来の分注装置の一部破断正面図である。FIG. 17 is a partially cutaway front view of a conventional dispensing device.
【図１８】図１５に対応する従来装置の拡大断面図であ
る。18 is an enlarged cross-sectional view of a conventional device corresponding to FIG.
(１) 超音波センサ (２) 振動子 (３) 切換えスイッチ (５) 駆動パルス発生器 (25) マイクロコンピュータ (18) ３軸駆動テーブル機構 (23) 筒片 (20) プレート (21) 凹部 (1) Ultrasonic sensor (2) Transducer (3) Changeover switch (5) Drive pulse generator (25) Microcomputer (18) Three-axis drive table mechanism (23) Cylindrical piece (20) Plate (21) Recess
Claims (12)
発すると共に、測定対象にて反射されて戻ってくる受信
波を受けて、送信波の発信から受信波の受信までの時間
計測に基づいて、測定対象までの距離を測定する超音波
センサにおいて、 送信波の第１波の立上り時点を検知する第１検知手段
と、 前記所定周波数の２ｎ倍(ｎは１以上の整数)の周波数で
受信波のサンプリングを行なうサンプリング手段と、 サンプリング手段から得られる受信波のサンプリング点
の内、ピークと見做される複数の見做しピーク点を抽出
する抽出手段と、 抽出手段から得られる受信波の複数の見做しピーク点を
結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最小値となる波形
基準点を検知する第２検知手段と、 第１検知手段によって検知された送信波の第１波の立上
り時刻と、第２検知手段によって検知された受信波の波
形基準点の時刻と、所定のオフセット時間とに基づい
て、測定対象までの距離を算出する演算手段とを具えた
ことを特徴とする超音波センサ。1. Based on time measurement from transmission of a transmission wave to reception of a reception wave, which emits a transmission wave of a predetermined frequency toward a measurement target, receives a reception wave reflected back by the measurement target, and returns. Then, in the ultrasonic sensor for measuring the distance to the measurement target, the first detection means for detecting the rising time point of the first wave of the transmitted wave, and the frequency of 2n times (n is an integer of 1 or more) the predetermined frequency Sampling means for sampling the received wave, extracting means for extracting a plurality of considered peak points that are considered to be peaks among sampling points of the received wave obtained from the sampling means, and received wave obtained from the extracting means Of the first wave of the transmitted wave detected by the first detection means, the second detection means detecting a waveform reference point having a minimum time-axis coordinate in a virtual envelope connecting a plurality of considered peak points. Up A super-comprising means for calculating the distance to the measurement object based on the time, the time of the waveform reference point of the received wave detected by the second detecting means, and the predetermined offset time. Sound wave sensor.
しピーク点として受信波のサンプリング点の全てを抽出
し、第２検知手段は、これらのサンプリング点を結ぶ仮
想包絡線において時間軸座標が最小値となる波形基準点
を検知する請求項１に記載の超音波センサ。2. The n is 1, the extraction means extracts all sampling points of the received wave as the considered peak points, and the second detection means detects a virtual envelope connecting these sampling points. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein a waveform reference point having a minimum time axis coordinate is detected.
受信波のサンプリング点を相互に比較して、ピークと見
做される複数の見做しピーク点を抽出し、第２検知手段
は、これらの見做しピーク点を結ぶ仮想包絡線において
時間軸座標が最小値となる波形基準点を検知する請求項
１に記載の超音波センサ。3. n is 2 or more, and the extraction means is
The sampling points of the received waves are compared with each other to extract a plurality of considered peak points that are considered to be peaks, and the second detection means sets the time axis at a virtual envelope connecting these considered peak points. The ultrasonic sensor according to claim 1, which detects a waveform reference point having a minimum coordinate value.
離をおいて設置した状態で、超音波センサから該基準面
へ向けて所定周波数の送信波を発信させて送信波の第１
波の立上り時刻と受信波の波形基準点の時刻を実測し、
該実測値と、前記所定距離を送信波が往復するのに要す
る時間の理論値とに基づいて、受信波の波形基準点から
第１波の立上り時点までの時間を算出し、該算出結果を
前記オフセット時間として設定するオフセット時間算出
手段を具えている請求項１乃至請求項３の何れかに記載
の超音波センサ。4. The ultrasonic wave sensor is arranged on a flat reference surface at a predetermined distance, and a transmission wave of a predetermined frequency is emitted from the ultrasonic sensor toward the reference surface to generate a first transmission wave.
Measure the rising time of the wave and the time of the waveform reference point of the received wave,
The time from the waveform reference point of the received wave to the rising point of the first wave is calculated based on the measured value and the theoretical value of the time required for the transmitted wave to reciprocate the predetermined distance, and the calculated result is calculated. The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising an offset time calculating unit that sets the offset time.
発すると共に、測定対象にて反射されて戻ってくる受信
波を受けて、送信波の発信から受信波の受信までの時間
計測に基づいて、測定対象までの距離を測定する超音波
センサにおいて、 前記所定周波数の２ｎ倍(ｎは１以上の整数)の周波数で
送信波及び受信波のサンプリングを行なうサンプリング
手段と、 サンプリング手段から得られる送信波及び受信波の夫々
のサンプリング点の内、ピークと見做される複数の見做
しピーク点を抽出する抽出手段と、 抽出手段から得られる送信波の複数の見做しピーク点を
結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最小値となる波形
基準点を検知する第１検知手段と、 抽出手段から得られる受信波の複数の見做しピーク点を
結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最小値となる波形
基準点を検知する第２検知手段と、 送信波の波形基準点から受信波の波形基準点までの経過
時間を算出する第１演算手段と、 第１演算手段による時間算出値に基づいて、測定対象ま
での距離を算出する第２演算手段とを具えたことを特徴
とする超音波センサ。5. Based on the time measurement from the transmission of the transmission wave to the reception of the reception wave, which emits the transmission wave of a predetermined frequency toward the measurement target, receives the reception wave reflected by the measurement target and returns. In the ultrasonic sensor for measuring the distance to the object to be measured, the ultrasonic wave sensor is provided with sampling means for sampling the transmitted wave and the received wave at a frequency of 2n times the predetermined frequency (n is an integer of 1 or more), and Of the sampling points of the transmitted wave and the received wave, the extraction means for extracting a plurality of considered peak points considered to be peaks and the plurality of considered peak points of the transmitted wave obtained from the extraction means are connected. First detecting means for detecting a waveform reference point having a minimum time axis coordinate in the virtual envelope, and a time axis in the virtual envelope connecting a plurality of considered peak points of the received wave obtained from the extracting means. Second detecting means for detecting the waveform reference point having the minimum coordinate, first calculating means for calculating the elapsed time from the waveform reference point of the transmitted wave to the waveform reference point of the received wave, and the time by the first calculating means An ultrasonic sensor, comprising: a second calculation unit that calculates a distance to a measurement target based on a calculated value.
しピーク点として送信波及び受信波のサンプリング点の
全てを抽出し、第１検知手段及び第２検知手段は夫々、
これらのサンプリング点を結ぶ仮想包絡線において時間
軸座標が最小値となる波形基準点を検知する請求項５に
記載の超音波センサ。6. n is 1, and the extraction means extracts all sampling points of the transmitted wave and the received wave as the considered peak points, and the first detection means and the second detection means respectively respectively.
The ultrasonic sensor according to claim 5, wherein a waveform reference point having a minimum time axis coordinate is detected in a virtual envelope connecting these sampling points.
送信波及び受信波の夫々についてサンプリング点を相互
に比較して、ピークと見做される複数の見做しピーク点
を抽出し、第１検知手段及び第２検知手段は夫々、これ
らの見做しピーク点を結ぶ仮想包絡線において時間軸座
標が最小値となる波形基準点を検知する請求項５に記載
の超音波センサ。7. n is 2 or more, and said extraction means is
The sampling points of the transmitted wave and the received wave are compared with each other to extract a plurality of considered peak points that are considered to be peaks, and the first detection means and the second detection means respectively detect these peaks. The ultrasonic sensor according to claim 5, wherein a waveform reference point having a minimum time axis coordinate is detected in a virtual envelope connecting the peak points.
２次曲線で表わされる請求項１乃至請求項７の何れかに
記載の超音波センサ。8. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the virtual envelope is represented by two intersecting straight lines or a quadratic curve.
入、吐出すべきピペットを下向きに突設した分注ヘッド
が取り付けられた分注装置において、分注ヘッドの側部
には、測定対象へ向けて所定周波数の送信波を発すると
共に、測定対象にて反射されて戻ってくる受信波を受け
て、送信波の発信から受信波の受信までの時間計測に基
づいて、測定対象までの距離を測定する超音波センサ
が、下向きに取り付けられている分注装置において、超
音波センサは、 送信波の第１波の立上り時点を検知する第１検知手段
と、 前記所定周波数の２ｎ倍(ｎは１以上の整数)の周波数で
受信波のサンプリングを行なうサンプリング手段と、 サンプリング手段から得られる受信波のサンプリング点
の内、ピークと見做される複数の見做しピーク点を抽出
する抽出手段と、 抽出手段から得られる受信波の複数の見做しピーク点を
結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最小値となる波形
基準点を検知する第２検知手段と、 第１検知手段によって検知された送信波の第１波の立上
り時刻と、第２検知手段によって検知された受信波の波
形基準点の時刻と、所定のオフセット時間とに基づい
て、測定対象までの距離を算出する演算手段とを具えて
いることを特徴とする分注装置。9. A dispensing device in which a dispensing head having a pipette for inhaling and discharging a liquid protruding downward is attached to an output part of a head driving mechanism, and a measuring object is provided on a side part of the dispensing head. Distance to the measurement target based on the time measurement from the transmission of the transmission wave to the reception of the reception wave In the dispensing device in which the ultrasonic sensor for measuring the above is attached downward, the ultrasonic sensor includes a first detecting means for detecting a rising time point of the first wave of the transmitted wave, and 2n times (n Is an integer greater than or equal to 1) sampling means for sampling the received wave at a frequency of 1 or more), and a plurality of extracted peak points which are considered as peaks among the sampling points of the received wave obtained from the sampling means Means, second detection means for detecting a waveform reference point having a minimum time axis coordinate in a virtual envelope connecting the plurality of considered peak points of the received wave obtained from the extraction means, and detection by the first detection means. Calculating means for calculating the distance to the measurement object based on the rising time of the first wave of the transmitted wave, the time of the waveform reference point of the received wave detected by the second detecting means, and the predetermined offset time A dispensing device characterized by comprising:
入、吐出すべきピペットを下向きに突設した分注ヘッド
が取り付けられた分注装置において、分注ヘッドの側部
には、測定対象へ向けて所定周波数の送信波を発すると
共に、測定対象にて反射されて戻ってくる受信波を受け
て、送信波の発信から受信波の受信までの時間計測に基
づいて、測定対象までの距離を測定する超音波センサ
が、下向きに取り付けられている分注装置において、超
音波センサは、 前記所定周波数の２ｎ倍(ｎは１以上の整数)の周波数で
送信波及び受信波のサンプリングを行なうサンプリング
手段と、 サンプリング手段から得られる送信波及び受信波のサン
プリング点の内、ピークと見做される複数の見做しピー
ク点を抽出する抽出手段と、 抽出手段から得られる送信波の複数の見做しピーク点を
結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最小値となる波形
基準点を検知する第１検知手段と、 抽出手段から得られる受信波の複数の見做しピーク点を
結ぶ仮想包絡線において時間軸座標が最小値となる波形
基準点を検知する第２検知手段と、 送信波の波形基準点から受信波の波形基準点までの経過
時間を算出する第１演算手段と、 第１演算手段による時間算出値に基づいて、測定対象ま
での距離を算出する第２演算手段とを具えていることを
特徴とする分注装置。10. A dispensing device in which a dispensing head having a downwardly projecting pipette for sucking in and discharging a liquid is attached to an output part of a head driving mechanism, and a measuring object is provided on a side part of the dispensing head. Distance to the measurement target based on the time measurement from the transmission of the transmission wave to the reception of the reception wave In the dispensing device in which the ultrasonic sensor for measuring the above is attached downward, the ultrasonic sensor samples the transmitted wave and the received wave at a frequency of 2n times the predetermined frequency (n is an integer of 1 or more). Sampling means, extraction means for extracting a plurality of considered peak points considered as peaks from sampling points of the transmitted wave and the received wave obtained from the sampling means, and obtained by the extraction means First detection means for detecting a waveform reference point having a minimum time-axis coordinate in a virtual envelope connecting a plurality of considered peak points of the wave, and a plurality of considered peaks of the received wave obtained from the extracting means Second detecting means for detecting a waveform reference point having a minimum time axis coordinate in a virtual envelope connecting the points, and first calculation for calculating an elapsed time from the waveform reference point of the transmitted wave to the waveform reference point of the received wave. A dispensing device comprising: means and a second calculation means for calculating a distance to a measurement object based on a time calculation value by the first calculation means.
に注入された液体の液面であって、超音波センサ(１)の
超音波出射部には、中央部に超音波通路を設けた筒片(2
3)が下向きに取り付けられ、該筒片(23)の超音波通路
は、前記凹部(21)の開口形状と同一或いは実質的に同一
の断面形状に形成されている請求項９又は請求項１０に
記載の分注装置。11. The object to be measured is a concave portion (21) of the plate (20).
The surface of the liquid injected into the ultrasonic sensor (1), the ultrasonic wave emitting portion of the ultrasonic sensor (1) has a cylindrical piece (2
11. The ultrasonic wave passage of the tubular piece (23) is formed downward, and the ultrasonic passage of the tubular piece (23) is formed to have the same or substantially the same cross-sectional shape as the opening shape of the recess (21). Dispensing device described in.
に注入された液体の液面であって、超音波センサ(１)の
超音波出射部には、中央部に超音波通路を設けた筒片(2
3)が下向きに取り付けられ、該筒片(23)の超音波通路
は、前記凹部(21)の開口形状と同一或いは実質的に同一
の断面形状に形成されており、超音波センサ(１)は更
に、該筒片(23)の開口部をプレート(20)の平坦部に密着
させた状態で、超音波センサ(１)から該平坦部へ向けて
所定周波数の送信波を発信させて送信波の第１波の立上
り時刻と受信波の波形基準点の時刻を実測し、該実測値
と、前記超音波通路を送信波が往復するのに要する時間
の理論値とに基づいて、受信波の波形基準点から第１波
の立上り時点までの時間を算出し、該算出結果を前記オ
フセット時間として設定するオフセット時間算出手段を
具えている請求項９に記載の分注装置。12. The object to be measured is a concave portion (21) of the plate (20).
The surface of the liquid injected into the ultrasonic sensor (1), the ultrasonic wave emitting portion of the ultrasonic sensor (1) has a cylindrical piece (2
3) is attached downward, and the ultrasonic passage of the tubular piece (23) is formed in the same or substantially the same sectional shape as the opening shape of the recess (21), and the ultrasonic sensor (1) Further, the ultrasonic sensor (1) transmits a transmission wave of a predetermined frequency to the flat portion of the plate (20) in a state where the opening of the tubular piece (23) is in close contact with the flat portion of the plate (20), and transmits the transmission wave. The rising time of the first wave of the wave and the time of the waveform reference point of the received wave are actually measured, and based on the measured value and the theoretical value of the time required for the transmitted wave to reciprocate in the ultrasonic passage, the received wave 10. The dispensing device according to claim 9, further comprising offset time calculating means for calculating a time from the waveform reference point to the rising time of the first wave and setting the calculation result as the offset time.
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|---|---|---|---|
| JP02186096A JP3547888B2 (en) | 1995-10-31 | 1996-01-12 | Ultrasonic sensor and dispensing device using the same |
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- 1996-01-12 JP JP02186096A patent/JP3547888B2/en not_active Expired - Fee Related
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