JPWO2015111207A1 - Fluid concentration measuring device - Google Patents
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Abstract
【課題】受光素子の感度のばらつきや光軸のずれに起因する測定誤差をなくして、光透過性の管壁を持つ管路内を流れる流体の濃度を高精度に測定できるようにすることにある。【解決手段】光透過性の管壁を持つ管路内を流れる流体の濃度を測定する装置において、前記管路の表面上の少なくとも1箇所の光供給箇所から前記管路内に光を供給する光源と、前記光供給箇所に対しその管路の直径方向の反対側に位置するとともにその管路の延在方向に互いに等間隔に微細な間隔で直線状に並んだ互いに同一感度の多数の受光素子により、前記光供給箇所から前記管路内に供給されてその管路の壁内およびその管路内の流体内を通過して来た光を受光して、それら多数の受光素子がそれぞれ受光した光の強度を示す信号を出力するラインセンサと、前記ラインセンサの多数の受光素子がそれぞれ受光した光の強度およびそれら多数の受光素子の間隔からランベルト−ベールの法則に基づき流体の濃度を求めて出力する流体濃度出力手段と、を具えるものである。【選択図】図6An object of the present invention is to make it possible to measure the concentration of a fluid flowing in a pipe line having a light-transmitting pipe wall with high accuracy by eliminating measurement errors caused by variations in sensitivity of light receiving elements and optical axis deviations. is there. In an apparatus for measuring the concentration of a fluid flowing in a pipe line having a light transmissive pipe wall, light is supplied into the pipe line from at least one light supply point on the surface of the pipe line. A light source and a plurality of light-receiving elements that are located on the opposite side of the diameter direction of the conduit with respect to the light supply location and that are arranged in a straight line at fine intervals at equal intervals in the extending direction of the conduit The light received by the element from the light supply point into the pipe and passed through the wall of the pipe and the fluid in the pipe is received by each of the light receiving elements. The concentration of the fluid based on the Lambert-Beer law from the intensity of the light received by each of the light receiving elements of the line sensor and the intervals between the light receiving elements. Output Those comprising a, a density output means. [Selection] Figure 6
Description
この発明は、光透過性の管路内を流れる流体の濃度をランベルト−ベールの法則に基づいて測定する装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for measuring the concentration of a fluid flowing in a light-transmitting pipe line based on the Lambert-Beer law.
従来の流体濃度測定装置としては、例えば特許文献1記載のものが知られており、ここにおける測定方法および測定装置は、半導体ウエハを洗浄処理する流体としての処理液の濃度を測定するもので、処理液供給配管の途中に測定体を複数設け、各測定体内に、処理液中を通過する光の光路長さを異ならせた光透過部を設け、処理液の性質に応じた光路長さの光透過部に光源からの光を供給し、その光透過部において処理液中を透過した光を光検出器で受光してその光の強度を調べ、その光の強度からランベルト−ベールの法則に基づいて処理液の濃度を求めている。
As a conventional fluid concentration measuring device, for example, the one described in
しかしながら上記従来の装置を、樹脂チューブやガラス管等の光透過性の管路内を流れる血液や薬液等の流体の濃度測定に適用しようとすると、光透過性の管路を横切る光路に光を通過させる必要があるが、光路長さとなる管路の内径も管路の壁厚さも実測が困難であり、特に管路が変形可能な樹脂チューブの場合はその変形によって内径が変化する可能性があり、それゆえこのような場合の血液や薬液等の濃度の測定は極めて困難で、従来は実質上その測定ができなかった。 However, if the conventional device is applied to measure the concentration of a fluid such as blood or a chemical solution flowing in a light-transmitting conduit such as a resin tube or a glass tube, light is transmitted to the optical path crossing the light-transmitting conduit. Although it is necessary to pass through, it is difficult to actually measure the inner diameter of the pipe and the wall thickness of the pipe as the optical path length, and in particular, in the case of a resin tube that can deform the pipe, the inner diameter may change due to the deformation. Therefore, it is very difficult to measure the concentration of blood, chemicals, etc. in such a case, and it has been practically impossible to measure the concentration.
このため本願発明者は、図1に示すように、各々LED(発光ダイオード)あるいはLD(レーザーダイオード)等からなる3つの発光素子1からの光りを光透過性の管路としての樹脂チューブ2に互いに等間隔(受光間隔LN)の3個所で横切らせ、3つの発光素子1と樹脂チューブ2の直径方向にそれぞれ対向するフォトダイオードやフォトトランジスタ等からなる3つの受光素子3でそれぞれ受光して各箇所での光の強度を求め、それら3つずつの発光素子1および受光素子3の複数種類の組合せにおいてそれらの間の幾何学的な光路LPの距離からそれぞれ光の強度と流体の濃度との関係を求め、それらを相互に関係付けることで、ランベルト−ベールの法則に基づく計算から樹脂チューブ2の内径や壁厚の影響を除去し、樹脂チューブ2内を流れる流体の濃度を求める流体濃度測定装置を先に提案している(PCT/JP2013/54664号国際出願).For this reason, as shown in FIG. 1, the inventor of the present application transmits light from three
そしてこの流体濃度測定装置では、管路としての樹脂チューブ2が限定されてその内径や壁厚が一定であると考えられる場合に、図2(a)に示す、左端の光供給箇所の正面の受光素子およびすぐ隣の受光素子で受光する場合の光路LPや、図2(b)に示す、左端の光供給箇所の正面のすぐ隣の受光素子およびさらに隣の受光素子で受光する場合の光路LPを設定することで、1つの発光素子1と2つの受光素子3との組み合わせにより、樹脂チューブ2内を流れる流体の濃度をある程度の誤差の範囲内で求めることができる。
In this fluid concentration measuring device, when the
しかしながらこの先に提案した流体濃度測定装置では、3つの受光素子3の受光感度が互いに異なっている場合に測定誤差が生じ、それらを揃える調整も困難であり、また、発光素子1と受光素子3との光軸が管路の延在方向にずれていても測定誤差が生じることから、計算精度をさらに高めるには未だ改良の余地があることが判明した。
However, in the previously proposed fluid concentration measuring apparatus, measurement errors occur when the light receiving sensitivities of the three
一方、受光素子を有する電子部品としては近年、ラインセンサが知られており、ラインセンサでは、多数の受光素子が互いに等間隔に微細な間隔で直線状に並ぶとともに、それらの受光素子の感度が互いに同一になるように調整されている。 On the other hand, line sensors have been known in recent years as electronic components having light receiving elements. In a line sensor, a large number of light receiving elements are arranged in a straight line at equal intervals and the sensitivity of these light receiving elements is high. They are adjusted to be the same.
この発明は上述の点に鑑みて、ラインセンサを用いることで従来の流体濃度測定装置の課題を有利に解決するものであり、この発明の流体濃度測定装置は、光透過性の管壁を持つ管路内を流れる流体の濃度を測定する装置において、
前記管路の表面上の少なくとも1箇所の光供給箇所から前記管路内に光を供給する光源と、
前記光供給箇所に対しその管路の直径方向の反対側に位置するとともにその管路の延在方向に互いに等間隔に直線状に並んだ互いに同一感度の多数の受光素子により、前記光供給箇所から前記管路内に供給されてその管路の壁内およびその管路内の流体内を通過して来た光を受光して、それら多数の受光素子がそれぞれ受光した光の強度を示す信号を出力するラインセンサと、
前記ラインセンサの多数の受光素子がそれぞれ受光した光の強度およびそれら多数の受光素子の間隔からランベルト−ベールの法則に基づき流体の濃度を求めて出力する流体濃度出力手段と、
を具えることを特徴とするものである。In view of the above points, the present invention advantageously solves the problems of the conventional fluid concentration measuring device by using a line sensor, and the fluid concentration measuring device of the present invention has a light-transmitting tube wall. In a device for measuring the concentration of a fluid flowing in a pipeline,
A light source that supplies light into the conduit from at least one light supply location on the surface of the conduit;
The light supply point is formed by a plurality of light receiving elements that are located on the opposite side of the diameter direction of the pipe line with respect to the light supply point and are linearly arranged at equal intervals in the extending direction of the pipe line. The light that is supplied into the pipe from the inside and that has passed through the wall of the pipe and the fluid in the pipe is received, and signals indicating the intensity of the light received by each of the light receiving elements. A line sensor that outputs
Fluid concentration output means for obtaining and outputting the concentration of the fluid based on the Lambert-Beer law from the intensity of light received by each of the light receiving elements of the line sensor and the interval between the light receiving elements;
It is characterized by comprising.
かかるこの発明の流体濃度測定装置にあっては、樹脂チューブ等の光透過性の管壁を持つ管路内を流れる流体の濃度を測定する際に、光源が、前記管路の表面上の少なくとも1箇所の光供給箇所から前記管路内に光を供給し、ラインセンサが、前記光供給箇所に対しその管路の直径方向の反対側に位置するとともにその管路の延在方向に互いに等間隔に並んだ互いに同一感度の(すなわち互いに同一感度に調整された)多数(例えば32個以上)の受光素子により、前記光供給箇所から前記管路内に供給されてその管路の壁内およびその管路内の流体内を通過して来た光を受光して、それら多数の受光素子がそれぞれ受光した光の強度を示す信号を出力し、流体濃度出力手段が、前記ラインセンサの多数の受光素子がそれぞれ受光した光の強度およびそれら多数の受光素子の間隔からランベルト−ベールの法則に基づき流体の濃度を求めて出力する。 In the fluid concentration measuring apparatus of the present invention, when measuring the concentration of the fluid flowing in the pipe line having a light-transmitting tube wall such as a resin tube, the light source is at least on the surface of the pipe line. Light is supplied into the pipeline from one light supply location, and the line sensors are located on the opposite side of the diameter direction of the pipeline with respect to the light supply location and are equal to each other in the extending direction of the pipeline. A large number (for example, 32 or more) of light receiving elements having the same sensitivity (that is, adjusted to the same sensitivity to each other) arranged at intervals are supplied from the light supply point into the pipe line, and within the wall of the pipe line and The light that has passed through the fluid in the pipe line is received, and a signal indicating the intensity of the light received by each of the light receiving elements is output. The intensity of light received by each light receiving element And a number of Lambertian from the interval of the light receiving element thereof - obtains and outputs the density of the fluid based on Beer's Law.
従って、この発明の流体濃度測定装置によれば、多数の受光素子の受光感度があらかじめ互いに実質的に同一にされていて、それらの感度を揃える調整の必要もなく、また、受光素子が管路の延在方向に多数並ぶため、それら多数の受光素子のうちの何れかと発光素子とで光軸が実質的に一致するので、受光感度のばらつきや光軸のずれに起因する測定誤差を実質的になくして、樹脂チューブ等の光透過性の管壁を持つ管路内を流れる血液や薬液等の流体の濃度を高精度に測定することができる。 Therefore, according to the fluid concentration measuring apparatus of the present invention, the light receiving sensitivities of a large number of light receiving elements are substantially the same as each other in advance, and it is not necessary to make adjustments to align the sensitivities. Since the optical axis of the light emitting element substantially coincides with any one of the many light receiving elements, the measurement error due to variations in light receiving sensitivity or optical axis deviation is substantially reduced. However, it is possible to measure the concentration of fluid such as blood and chemicals flowing through a pipe line having a light transmissive tube wall such as a resin tube with high accuracy.
なお、この発明の流体濃度測定装置においては、前記光源は、前記管路の表面上の複数箇所の光供給箇所から前記管路内に光を供給し、前記流体濃度出力手段は、それら複数の光供給箇所およびそれらと光軸が一致する受光素子の幾何学的位置関係から光の強度と流体の濃度との関係を相互に関係付けることで、ランベルト−ベールの法則に基づき管路内を流れる流体の濃度を求めるものとしてもよく、このようにすれば、ランベルト−ベールの法則に基づく計算から管路の内径や壁厚の影響を除去し、管路内を流れる流体の濃度を求めることができる。 In the fluid concentration measuring apparatus according to the present invention, the light source supplies light into the conduit from a plurality of light supply locations on the surface of the conduit, and the fluid concentration output means includes the plurality of fluid concentration output means. By correlating the relationship between the light intensity and the fluid concentration based on the geometric position of the light receiving element and the light receiving element whose optical axis coincides with the light supply location, the light flows in the pipeline based on the Lambert-Beer law. The concentration of the fluid may be obtained, and in this way, the influence of the inner diameter and wall thickness of the pipeline is removed from the calculation based on the Lambert-Beer law, and the concentration of the fluid flowing in the pipeline is obtained. it can.
また、この発明の流体濃度測定装置においては、前記流体濃度出力手段は、前記多数の受光素子のうち受光した光の強度が最も高いものを前記光供給箇所と光軸が一致する受光素子として、ランベルト−ベールの法則に基づき管路内を流れる流体の濃度を求めるものとしてもよく、このようにすれば、ランベルト−ベールの法則に基づく計算から光軸のずれによる誤差を実質的に除去して、管路内を流れる流体の濃度を高精度に求めることができる。 Further, in the fluid concentration measuring apparatus of the present invention, the fluid concentration output means uses the light receiving element having the highest received light intensity among the plurality of light receiving elements as a light receiving element whose optical axis coincides with the light supply location. The concentration of the fluid flowing in the pipe line may be obtained based on the Lambert-Beer law. In this way, the error due to the deviation of the optical axis is substantially eliminated from the calculation based on the Lambert-Beer law. The concentration of the fluid flowing in the pipe line can be obtained with high accuracy.
さらに、この発明の流体濃度測定装置においては、前記光源は、前記管路の表面上の複数箇所の光供給箇所から互いに波長の異なる光を前記管路内に供給し、前記流体濃度出力手段は、それら複数の光供給箇所およびそれらと光軸が一致する受光素子の幾何学的位置関係から前記各波長の光の強度と流体の濃度との関係を相互に関連付けることで、ランベルト−ベールの法則に基づき管路内を流れる流体の濃度を求めるものとしてもよく、このようにすれば、互いに波長の異なる複数種類の光を用いてランベルト−ベールの法則に基づく計算から管路内を流れる複数種類の流体の濃度を求めることができる。 Furthermore, in the fluid concentration measuring apparatus according to the present invention, the light source supplies light having different wavelengths from the plurality of light supply locations on the surface of the conduit into the conduit, and the fluid concentration output means includes: The Lambert-Beer law is obtained by correlating the relationship between the light intensity of each wavelength and the concentration of the fluid from the geometrical positional relationship between the plurality of light supply locations and the light receiving element whose optical axis coincides with the plurality of light supply locations. It is also possible to obtain the concentration of fluid flowing in the pipeline based on the above, and in this way, using the multiple types of light having different wavelengths, the multiple types flowing in the pipeline from the calculation based on the Lambert-Beer law The concentration of the fluid can be determined.
そして、この発明の流体濃度の測定装置においては、前記流体濃度出力手段は、前記ラインセンサの所定範囲の前記多数の受光素子が受光した光の強度の分布パターンまたはその分布パターンが囲む領域の面積を、あらかじめ求めて記憶している光の強度の分布パターンまたはその分布パターンが囲む領域の面積と比較することで、流体の濃度を求めて出力するものでもよく、このような分布パターンを用いれば、多数の受光素子が受光した光の強度から短時間で容易に流体の濃度を求めて出力することができる。 In the fluid concentration measuring apparatus according to the present invention, the fluid concentration output means includes a distribution pattern of light intensity received by the multiple light receiving elements in a predetermined range of the line sensor or an area of a region surrounded by the distribution pattern. May be obtained and output by comparing the light intensity distribution pattern obtained and stored in advance or the area of the region surrounded by the distribution pattern, and if such a distribution pattern is used, The fluid concentration can be easily obtained and output in a short time from the intensity of the light received by a large number of light receiving elements.
以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図3は、本発明の流体濃度測定装置の一実施形態の原理を示す説明図である。本実施形態では図示のように、光源としての発光素子1からの光を、例えば管路の外表面の1箇所の光供給箇所から管路内に供給すると、その光は管路の壁内および管路内の流体内を通過するとともにその通過の際に拡散して、上記光供給箇所に対しその管路の直径方向の反対側に位置するとともにその管路の延在方向に互いに等間隔に直線状に並んだ多数の受光素子3を有するラインセンサ4の、それら多数の受光素子3に到達し、それら多数の受光素子3がその到達した光を受光し、ラインセンサ4が、それら多数の受光素子3がそれぞれ受光した光の強度を示す信号を出力する。そして、流体濃度出力手段が、そのラインセンサ4の多数の受光素子3がそれぞれ受光した光の強度およびそれら多数の受光素子3間の間隔から、ランベルト−ベールの法則に基づき流体の濃度を求めて出力する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 is an explanatory view showing the principle of one embodiment of the fluid concentration measuring apparatus of the present invention. In the present embodiment, as shown in the drawing, when light from the
ここで、ラインセンサ4の多数の受光素子3は、あらかじめ互いに同一感度に調整されているので、受光素子3間の感度のばらつきに起因する濃度測定誤差は実質上生じない。また、ラインセンサ4の多数の受光素子3のそれぞれの間隔は、一定であってあらかじめ知られているので、それらのうちの任意の受光素子3を用いることで、図2(a),(b)に示すような光供給箇所から受光素子までの光路を任意の受光間隔(ピッチ)LNで設定できる。図1や図2に示すように複数の発光素子1と複数の受光素子3とを管路としての樹脂チューブ2を挟んでその直径方向にそれぞれ対向させて各発光素子1から複数の受光素子3への光路LPを設定する場合、発光強度や受光感度によって受光間隔LNを適宜に設定する必要があるが、ラインセンサ4は多数の受光素子3を有しているので、受光素子3が受光する光の強度に応じて、例えば、最大強度レベルが大きい場合は受光間隔LNを大きくして測定誤差を小さくし、最大強度レベルが小さい場合は受光間隔LNを小さくして測定感度を高める等の処理を行うことができる。Here, since the multiple
そして、ラインセンサ4の多数の受光素子3が出力する光の強度は、管路の壁内および管路内の流体内での光の拡散により、光供給箇所が1つの場合は図4に示すように1つの山形の分布パターンPに、また光供給箇所が2つの場合は図5に示すように2つの山形の分布パターンP1,P2になる。なお、これらの分布パターンの横軸はラインセンサ4上の受光素子3の位置、縦軸は受光素子3が出力する光の強度を示している。従って、光の強度が最大の受光素子3の光軸が、管路の延在方向と直交する発光素子1の光軸と実質的に一致して位置していることになり、その発光素子1と光軸が実質的に一致する受光素子3の出力信号から、管路の延在方向と直交する光路を用いて高精度の濃度測定を行うことができる。
The intensity of the light output from the many
また、ラインセンサ4の延在方向の、例えば発光素子1と光軸が実質的に一致する受光素子3の位置を中心とする所定範囲での、受光した光の強度についての分布パターンPの形状あるいは、その所定範囲の分布パターンPで囲まれる領域Sの面積を、あらかじめ取得して記録してある複数種類の流体濃度のそれぞれについての分布パターンPの形状あるいは面積と比較し、一致しない場合は補完することで、流体濃度を求めるようにしてもよい。
Further, the shape of the distribution pattern P with respect to the intensity of received light in a predetermined range in the extending direction of the
さらに、図5に示すように、互いに発光する光の波長が異なる複数の発光素子1にラインセンサ4を対向させる場合は、それぞれの発光素子1と光軸が一致する受光素子3の位置を推定でき、ひいてはそれぞれの波長での光の強度の分布パターンP1,P2を求めることができるので、測定対象の流体の、それぞれの波長での吸光パターンからの情報を得ることもできる。
Further, as shown in FIG. 5, when the
図6は、上記実施形態の流体濃度測定装置の一実施例としての、人工透析等の際にブラッドボリューム(BV)を計測するのに用い得る血液濃度測定装置を示す構成図である。この血液濃度測定装置は、各々例えば発光ダイオード(LED)からなる2つの発光素子1と、各々例えばフォトトランジスタからなる多数の受光素子3およびそれらの受光素子3の信号を経時的に並べて順次に出力する図示しない多数の例えば電荷結合素子(CCD)を有するラインセンサ4とを、管路としての樹脂チューブ2を着脱可能に挟持するチューブホルダ5に、樹脂チューブ2の直径方向に対向させて配置し、2つの発光素子1と、ラインセンサ4の多数の受光素子3とが各々、樹脂チューブ2の延在方向に整列するようにする。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a blood concentration measuring device that can be used to measure a blood volume (BV) during artificial dialysis or the like as an example of the fluid concentration measuring device of the above embodiment. This blood concentration measuring apparatus outputs two light emitting
ここで、チューブホルダ5には、2つの発光素子1の各々の位置で直径方向の貫通孔5aを形成して、それらの発光素子1が発光した光を所定の光供給箇所で貫通孔5aからチューブホルダ5内の樹脂チューブ2に供給可能とし、また、チューブホルダ5には、2つの発光素子1と直径方向に対向する位置にラインセンサ4が貫通する長孔5bを軸線方向に形成して、その長孔5bからチューブホルダ5内にラインセンサ4を露出させることにより、チューブホルダ5内の樹脂チューブ2からそこを通過した光をラインセンサ4に供給可能とする。
Here, the
またここで、2つ発光素子1の一方は波長が660nmの光を発光し、他方は波長が805nmの光を発光するものとされ、図7に光の波長と動脈血の酸素化ヘモグロビンHbO2および静脈血の脱酸素化ヘモグロビンHbの吸光特性との関係を示すように、波長が660nmの光は酸素化ヘモグロビンHbO2と脱酸素化ヘモグロビンHbとの吸光特性が最も異なり、波長が805nmの光は酸素化ヘモグロビンHbO2と脱酸素化ヘモグロビンHbとの吸光特性がほぼ同一となっている。Here, one of the two
従って、波長が805nmの光を発光する発光素子1を用いることで酸素化ヘモグロビンHbO2と脱酸素化ヘモグロビンHbとの両方の濃度を一緒に測定することができ、波長が660nmの光を発光する発光素子1を用いることで酸素化ヘモグロビンHbO2の濃度を選択的に測定することができ、それらの測定結果から脱酸素化ヘモグロビンHbの濃度も測定することができる。Therefore, by using the
また、ラインセンサ4は、例えば128個の受光素子3を8μピッチで有し、それらの受光素子3は、あらかじめ受光感度が互いに等しくなるように調整されて、受光した光の強度に応じたレベルの電気信号を出力し、CCDは、それらの電気信号を経時的に並べてアナログ出力信号として出力する。
Further, the
そしてこの実施例では、二つのLEDドライバ6が、二つの発光素子1をそれぞれ発光作動させ、ラインセンサドライバ7が、ラインセンサ4から多数の受光素子3の経時的に並んだアナログ出力信号を読み出してアナログデータとしてアナログ−デジタルコンバータ(A/D)8に出力し、A/D8が、そのアナログデータをデジタルデータに変換して中央処理ユニット(CPU)9に出力する。
In this embodiment, the two
CPU9は、図示しないメモリにあらかじめ記憶したプログラムに基づき、A/D8の出力するデジタルデータからラインセンサ4の多数の受光素子3のうち例えば二つの発光素子1と光軸が一致する二つの受光素子3を含む所定の位置の複数の受光素子3が各々受光した光の強度を求め、例えば、それら受光した光の強度と、発光素子1から受光素子3までの光路LPの長さとから、ランベルト−ベールの法則に基づき、例えば樹脂チューブ2の壁厚と内径等を未知数として複数の関係式を求め、それらを連立させることで、図中矢印で示すように樹脂チューブ2内を流れる血液BDの濃度を求めて出力する。なお、ランベルト−ベールの法則に基づく具体的な計算方法については、例えば本願出願人が先に出願したPCT/JP2013/54664号国際出願やPCT/JP2013/61486号国際出願の明細書中に詳細に記載されている。従ってCPU9は、流体濃度出力手段として機能する。
Based on a program stored in advance in a memory (not shown), the
CPU9はまた、二つのLEDドライバ6に制御信号を送り、2つの発光素子1を順次に発光させるとともに、例えば受光素子3の出力信号レベルが所定値より低い場合には発光素子1が発光する光の強度レベルを高め、受光素子3の出力信号レベルが所定値より高い場合には発光素子1が発光する光の強度レベルを低めるというように発光素子1の発光強度を調節して、受光素子3の出力信号レベルを濃度測定に適したものとする。
The
従って、この実施例の血液濃度測定装置によれば、多数の受光素子3の受光感度があらかじめ互いに実質的に同一にされていて、それらの感度を揃える調整の必要もなく、また、受光素子3が樹脂チューブ2の延在方向に多数並ぶため、それら多数の受光素子3のうちの何れかと発光素子1とで光軸が実質的に一致するので、受光感度のばらつきや光軸のずれに起因する測定誤差を実質的になくして、樹脂チューブ2内を流れる血液の濃度を高精度に測定することができる。
Therefore, according to the blood concentration measuring apparatus of this embodiment, the light receiving sensitivities of the large number of
また、この実施例の血液濃度測定装置によれば、二つの発光素子1が、貫通孔5aの位置に対応する樹脂チューブ2の表面上の2箇所の光供給箇所から樹脂チューブ2内に光を供給し、CPU9が、それら2箇所の光供給箇所およびそれらと光軸が一致する受光素子3の幾何学的位置関係から光の強度と血液の濃度との関係を相互に関係付けることで、ランベルト−ベールの法則に基づき樹脂チューブ2内を流れる血液の濃度を求めるので、ランベルト−ベールの法則に基づく計算から樹脂チューブ2の内径や壁厚の影響を除去し、樹脂チューブ2内を流れる流体の濃度を求めることができる。
Further, according to the blood concentration measuring apparatus of this embodiment, the two
しかも、この実施例の血液濃度測定装置によれば、CPU9は、ラインセンサ4の多数の受光素子3のうち受光した光の強度が最も高いものを光供給箇所と光軸が一致する受光素子3として、ランベルト−ベールの法則に基づき、樹脂チューブ2内を流れる血液の濃度を求めるので、ランベルト−ベールの法則に基づく計算から光軸のずれによる誤差を実質的に除去して、樹脂チューブ2内を流れる血液の濃度を高精度に求めることができる。
In addition, according to the blood concentration measuring apparatus of this embodiment, the
さらに、この実施例の血液濃度測定装置によれば、二つの発光素子1が樹脂チューブ2の表面上の2箇所の光供給箇所から互いに波長の異なる光を樹脂チューブ2内に供給し、CPU9は、それらの光供給箇所およびそれらと光軸が一致する受光素子3の幾何学的位置関係から各波長の光の強度と血液の濃度との関係を相互に関連付けることで、ランベルト−ベールの法則に基づき樹脂チューブ2内を流れる血液の濃度を求めるので、互いに波長の異なる2種類の光を用いてランベルト−ベールの法則に基づく計算から樹脂チューブ2内を流れる2種類の血液成分の濃度を求めることができる。
Furthermore, according to the blood concentration measuring apparatus of this embodiment, the two
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば上記実施例の装置では、ラインセンサ4として受光素子3が128個(128画素)で受光素子3の間隔ピッチ(画素ピッチ)が8μmのものを用いたが、ラインセンサ4はこれに限られず、受光素子3の数が例えば64個以上で、それらが例えば4μm以上のピッチで数mm〜数cmの長さに整列していれば、本発明の流体濃度測定装置に好適に用いることができる。またラインセンサ4は複数本並列にして管路の延在方向に配置し、あるいは少なくとも管路の延在方向に整列する多数の画素を有する2次元光センサで代用してもよく、このようにすれば、管路の周方向あるいは接線方向の光軸のずれにも対応することができる。
Although the present invention has been described based on the illustrated examples, the present invention is not limited to the above-described examples, and can be appropriately changed within the scope of the claims. For example, in the apparatus of the above-described embodiment, the
また、上記実施例の装置では、動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率がほぼ等しい光として、805nm付近の波長の光を用いているが、これに代えて例えば590nmあるいは880nm付近の波長の光を用いても良い。 In the apparatus of the above embodiment, light having a wavelength of about 805 nm is used as light having substantially the same extinction coefficient for both oxygenated hemoglobin of arterial blood and deoxygenated hemoglobin of venous blood. For example, light having a wavelength near 590 nm or 880 nm may be used.
さらに、上記実施例の装置では、液体としての血液の濃度を測定したが、これに代えて、他の液体の濃度測定に用いることもでき、その場合には光源から供給する光として、その液体による吸収率が高い波長の光を選択すると、管壁の厚さ等に応じて受光箇所での光の強度に差異が出易いので好ましい。 Furthermore, in the apparatus of the above embodiment, the concentration of blood as a liquid is measured. However, instead of this, it can also be used for measuring the concentration of other liquids, in which case the liquid is used as light supplied from the light source. It is preferable to select light having a wavelength with a high absorptance due to the difference in light intensity at the light receiving location depending on the thickness of the tube wall.
さらに、上記実施例の装置では、CPU9が、受光素子3が出力する光の強度に基づき演算処理を行って血液濃度を求め、それを出力しているが、これに代えて、ラインセンサ4の所定範囲の受光素子3が出力する光の強度の複数種類の分布パターンPあるいはその所定範囲の分布パターンPで囲まれる領域Sの面積を、あらかじめ取得して上記メモリ等に記憶してある複数種類の流体濃度のそれぞれについての分布パターンPの形状あるいは面積と比較し、一致しない場合はデータ間を補完することで、流体濃度を求めるようにしてもよく、このようにすれば、多数の受光素子3が受光した光の強度から短時間で容易に流体の濃度を求めて出力することができる。
Furthermore, in the apparatus of the above embodiment, the
そして、上記実施例の装置では、2箇所の光供給箇所で光を供給し、その光をラインセンサ4で受光して光の強度を求めているが、これに代えて1箇所の光供給箇所で光を供給し、その光をラインセンサ4で受光して光の強度を求め、その光の強度から流体の濃度を求めるようにしてもよく、あるいは3箇所以上の光供給箇所で光を供給し、その光をラインセンサ4で受光して光の強度を求め、その光の強度から流体濃度をより高精度に求めるようにしてもよい。
And in the apparatus of the said Example, although the light is supplied in two light supply locations and the light is received by the
かくしてこの発明の流体濃度測定装置法によれば、多数の受光素子の受光感度があらかじめ互いに実質的に同一にされていて、それらの感度を揃える調整の必要もなく、また、受光素子が管路の延在方向に多数並ぶため、それら多数の受光素子のうちの何れかと発光素子とで光軸が実質的に一致するので、受光感度のばらつきや光軸のずれに起因する測定誤差を実質的になくして、樹脂チューブ等の光透過性の管壁を持つ管路内を流れる血液や薬液等の流体の濃度を高精度に測定することができる。 Thus, according to the fluid concentration measuring apparatus method of the present invention, the light receiving sensitivities of a large number of light receiving elements are substantially the same as each other in advance, and it is not necessary to adjust the sensitivity to be uniform. Since the optical axis of the light emitting element substantially coincides with any one of the many light receiving elements, the measurement error due to variations in light receiving sensitivity or optical axis deviation is substantially reduced. However, it is possible to measure the concentration of fluid such as blood and chemicals flowing through a pipe line having a light transmissive tube wall such as a resin tube with high accuracy.
1 発光素子
2 樹脂チューブ
3 受光素子
4 ラインセンサ
5 チューブホルダ
5a 貫通孔
5b 長孔
6 LEDドライバ
7 ラインセンサドライバ
8 アナログ−デジタルコンバータ(A/D)
9 中央処理ユニット(CPU)
BD 血液
LN 受光間隔
LP 光路
P,P1,P2 分布パターン
S 領域DESCRIPTION OF
9 Central processing unit (CPU)
BD Blood L N Light receiving interval LP Optical path P, P1, P2 Distribution pattern S region
Claims (5)
前記管路の表面上の少なくとも1箇所の光供給箇所から前記管路内に光を供給する光源と、
前記光供給箇所に対しその管路の直径方向の反対側に位置するとともにその管路の延在方向に互いに等間隔に微細な間隔で直線状に並んだ互いに同一感度の多数の受光素子により、前記光供給箇所から前記管路内に供給されてその管路の壁内およびその管路内の流体内を通過して来た光を受光して、それら多数の受光素子がそれぞれ受光した光の強度を示す信号を出力するラインセンサと、
前記ラインセンサの多数の受光素子がそれぞれ受光した光の強度およびそれら多数の受光素子の間隔からランベルト−ベールの法則に基づき流体の濃度を求めて出力する流体濃度出力手段と、
を具えることを特徴とする流体濃度測定装置。In an apparatus for measuring the concentration of a fluid flowing in a pipe line having a light transmissive pipe wall,
A light source that supplies light into the conduit from at least one light supply location on the surface of the conduit;
By a large number of light receiving elements that are located on the opposite side of the diameter direction of the pipe line with respect to the light supply location and are arranged in a straight line at a minute interval at equal intervals in the extending direction of the pipe line, The light supplied from the light supply point into the pipeline and received through the wall of the pipeline and the fluid in the pipeline is received, and the light received by each of the multiple light receiving elements is received. A line sensor that outputs a signal indicating intensity;
Fluid concentration output means for obtaining and outputting the concentration of the fluid based on the Lambert-Beer law from the intensity of light received by each of the light receiving elements of the line sensor and the interval between the light receiving elements;
A fluid concentration measuring device comprising:
前記流体濃度出力手段は、それら複数の光供給箇所およびそれらと光軸が一致する受光素子の幾何学的位置関係から光の強度と流体の濃度との関係を相互に関係付けることで、ランベルト−ベールの法則に基づき管路内を流れる流体の濃度を求めて出力することを特徴とする、請求項1記載の流体濃度測定装置。The light source supplies light into the conduit from a plurality of light supply locations on the surface of the conduit,
The fluid concentration output means correlates the relationship between the light intensity and the fluid concentration from the plurality of light supply locations and the geometric positional relationship between the light receiving elements whose optical axes coincide with each other. 2. The fluid concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the concentration of the fluid flowing in the pipe is obtained and output based on Beer's law.
前記流体濃度出力手段は、それら複数の光供給箇所およびそれらと光軸が一致する受光素子の幾何学的位置関係から前記各波長の光の強度と流体の濃度との関係を相互に関係付けることで、ランベルト−ベールの法則に基づき管路内を流れる流体の濃度を求めて出力することを特徴とする、請求項1から3までの何れか1項記載の流体濃度測定装置。The light source supplies light having different wavelengths from the plurality of light supply locations on the surface of the pipeline into the pipeline,
The fluid concentration output means correlates the relationship between the light intensity of each wavelength and the concentration of the fluid from the plurality of light supply locations and the geometric positional relationship of the light receiving elements having the same optical axis. The fluid concentration measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration of the fluid flowing in the pipe line is obtained and output based on the Lambert-Beer law.
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60128332A (en) * | 1983-12-15 | 1985-07-09 | Olympus Optical Co Ltd | Optical measuring method |
JPS62108858U (en) * | 1985-12-25 | 1987-07-11 | ||
JPH0638947A (en) * | 1992-03-31 | 1994-02-15 | Univ Manitoba | Spectrophotometric analysis method and apparatus for blood |
JP2006017566A (en) * | 2004-07-01 | 2006-01-19 | Dkk Toa Corp | Measuring cell of absorbance detector |
JP2007163422A (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Toyota Motor Corp | Exhaust gas analytical method, and exhaust gas analyzer |
JP2013156274A (en) * | 2008-03-18 | 2013-08-15 | Ricoh Co Ltd | Toner density detection method, reflective optical sensor, reflective optical sensor device, and image forming device |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60128332A (en) * | 1983-12-15 | 1985-07-09 | Olympus Optical Co Ltd | Optical measuring method |
JPS62108858U (en) * | 1985-12-25 | 1987-07-11 | ||
JPH0638947A (en) * | 1992-03-31 | 1994-02-15 | Univ Manitoba | Spectrophotometric analysis method and apparatus for blood |
JP2006017566A (en) * | 2004-07-01 | 2006-01-19 | Dkk Toa Corp | Measuring cell of absorbance detector |
JP2007163422A (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Toyota Motor Corp | Exhaust gas analytical method, and exhaust gas analyzer |
JP2013156274A (en) * | 2008-03-18 | 2013-08-15 | Ricoh Co Ltd | Toner density detection method, reflective optical sensor, reflective optical sensor device, and image forming device |
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