KR100540032B1 - 액체-프로브 접촉을 결정하기 위한 기구 및 방법 - Google Patents

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Abstract

센서는 프로브 발진기의 주파수의 변화 때문에 프로브가 용기 내의 액체와 접촉할 때 검출한다. 센서는 액체의 존재 또는 부재를 결정하기 위해 검출기의 출력을 따라 변하는 기준 수위와 비교되는 그것의 출력을 가질 수 있다. 한 구체예에서, 한 계수(프로브 출력의 함수이고 변화가능한 계수)가 연속적으로 몇 번 도달되면 액체가 접촉되었다고 결정될 수 있다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 프로브 출력을 따라 기준 계수가 여전히 변화하는 동안, 한 계수가 소정의 한계내에서 연속적으로 몇 번 도달하면 액체가 접촉되었다고 결정할 수 있다(그 한계에 무관하게). 프로브 발진기의 주파수를 결정하기 위해 디지탈 카운터를 제공할 수 있다. 또한 프로브 발진기 카운터로부터의 계수(주파수)를 조율하여 드리프트를 보충하기 위해 기준 카운터를 제공할 수 있다. 그리고, 조정가능한 검출 한계는 그 회로의 파라미터를 변화시킴으로서 그 민감성을 조절할 수 있게 한다.

Description

액체-프로브 접촉을 결정하기 위한 기구 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING LIQUID-PROBE CONTACT}
본 발명은 용기내의 액면을 탐지하는 기구 및 방법, 그리고 용기내의 액면을 탐지하고 액면에 대한 프로브(probe)의 위치를 조절하기 위한 자동 혈액/혈장 샘플링 시스템에 사용하기 위한 기구 및 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 일정 기간에 걸쳐 액체 탐지의 정확성을 유지하기 위한 방법 및 기구에 관한 것이다.
본 발명이 적용될 수 있는 자동 혈액/혈장 샘플링 시스템의 예는 예를 들어, Hulette 등의 미국 특허 제5,236,666호에 개시되어 있다. 이 Hulette 등의 특허의 주제는 본 명세서에서 참고로 인용된다. 천공(piercing) 및 샘플링 프로브의 예는 Moreno의 미국 특허 제5,354,537호에 개시되어 있다. Moreno의 특허의 주제는 본 명세서에서 참고로 인용된다. 샘플링 프로브의 또 다른 예는 1993년 1월 12일에 특허된 Keiter의 미국 특허 제5,178,019호에 개시되어 있다. Keiter의 특허의 주제는 본 명세서에서 참고로 인용된다. 액체 레벨 감지 프로브 및 조절 회로의 예는 Ramey 등의 미국 특허 제5,493,922호에 개시되어 있다. Helette 등, Moreno, Ramey 등 및 Keiter의 특허의 주제는 모두 본 출원인과 동일한 양수인에게 각각 양도되었다.
자동 샘플 취급 시스템은 자동적으로 혈장 및 시약과 같은 유체 샘플을 큐벳의 반응 웰내로 분배하는 것으로 알려져 있다. 이런 기구는 혈액 응고 시간을 측정하고 자동적으로 화학적 분석을 수행하기 위한 생화학적 분석 분야에 유용하다. 혈액 및 혈장의 생분석을 수행하기 위한 자동 샘플 취급 장치는 Hulette 등의 미국 특허 제5,236,666호에 기재되어 있다.
이 특별한 장치에서, 혈액 또는 혈장과 같은 유체 샘플은 시험 목적을 위한 샘플의 측정량을 회수하기 위해 천공되어야만 하는 고무 마개(septum)로 진공 밀봉된 시험관과 같은 용기에 저장된다. Moreno의 미국 특허 제5,354,537호에는 천공시키고 계량된 양의 액체를 샘플링하기에 적합한 천공 및 샘플링 프로브의 예가 개시되어 있다.
또한, Hulette 등의 시스템은 샘플 분석에 앞선 샘플 및 시약의 분해를 방지하기 위해 상대적으로 냉온에서 유체 및 시약을 저장하기 위해 구비되는 온도 조절 하우징(housing)을 포함한다. 이 온도 조절 하우징은 통상 유체 샘플 및 시약을 10℃에서 유지한다. 일반적으로 실제 분석은 표준 체온인(37)℃(98.6℉)에서 수행한다. 따라서, 분석에 선행하여 유체 샘플 및 시약을(37)℃로 가열할 필요가 있다. Keiter의 미국 특허 제5,178,019호에는 분석에 선행하여 유체 샘플 및 시약을 가열하는데 유용한 샘플 프로브 기구를 개시하고 있다.
Hulette 등의 시스템에서 천공 및 샘플링 프로브는 시약의 자동 흡인 및 분배를 위해 반응 큐벳과 시약 용기 사이의 프로브를 조종하는 로보트 팔에 의해 상하로 작동된다. 샘플이건 시약이건, 액면은 프로브의 동작을 정확하게 조절하기 위해 탐지된다. 기본적으로, 액면은 자동 혈액/혈장 샘플링 시스템의 샤시에 대한 프로브의 전기용량에서의 변화를 확인함으로써 탐지된다.
Ramey 등의 미국 특허 제5,493,922호에서 개시되어 있는 방법 및 기구는 용기내의 액면에 대해 샘플링 프로브의 위치를 조절하기 위한 생물학적 분석 기구의 액체 레벨 센서 조절 회로를 위한 것이다. 이 기구는 샘플링 프로브, 일정한 주파수를 갖는 제1 출력 신호를 발생시키기 위한 샘플링 프로브와 결합된 발진기 회로, 제1 기준 진폭과 제1 출력 신호의 진폭을 비교하고 기준 진폭에 대한 제1 출력 신호 진폭이 변할 때 변화 신호를 발생시키기 위한 발진기 회로와 결합된 비교 측정기 및 액면에 대해 샘플링 프로브의 위치를 조절하기 위한 변화 신호에 응답하는 조절기를 포함한다. Ramey 등의 한 구체예에서는, 제1 출력 신호의 진폭을 조절함으로써 고정된 레벨로 발진기 출력 신호를 제공하기 위해 발진기 회로와 소통하도록 필터가 제공된다.
하지만, 프로브 온도가 변화하거나, 또는 액체의 기포 또는 방울이 그 프로브에 부착되면, 관련 시스템은 액체 레벨을 오출력할 수도 있을 것이다. 또한, 액체 자체 뿐만 아니라 온도, 기포, 액체 방울 및 다른 외적 요인이 그 프로브의 진동에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 이 요인들은 그 프로브 시스템에 영향을 미쳐 액체의 존재를 오표시할 수도 있을 것이다.
본 발명은 생분석 장치의 천공 또는 샘플링 프로브와 같은 프로브가 액면에 접촉할 때 액면을 정확하게 감지한다. 일정 기간에 걸쳐, 액체 레벨 감지 시스템의 정확도가 유지된다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적은 용기 내의 액면에 접촉시키기 위한 샘플링 프로브 및 그 (전도성) 프로브와 전기적으로 연결된 프로브 발진기를 포함하여, 용기 내의 액면에 대해 샘플링 프로브의 위치를 조절하기 위한 액체 레벨 센서를 제공함으로써 수행된다. 프로브는 용기 내의 액체와 접촉하기 위해 기계적으로 이동된다. 그 용기는 접지된 전도체 상에 놓이거나 아주 근접하여 존재한다. 프로브가 접지된 전도체를 갖는 액체와 접촉하면, 액체는 프로브 발진기 상의 주파수-결정 축전기와 평행하게 축전기를 형성한다. 따라서, 액체와 프로브의 접촉은 프로브 발진기의 주파수를 낮춘다.
본 발명에 있어서, 프로브/액체 검출기는 액체의 존재 또는 부재를 결정하기 위해 기준 레벨과 비교되는 그의 출력을 보유할 수 있는데, 이때 기준 레벨은 검출기의 출력에 따라 변화된다. 본 발명의 한 구체예에서, 한 카운트(프로브 출력의 함수이고 변화가능한 카운트)가 연속적으로 몇번 도달하면 액체가 접촉되었다고 결정할 수 있다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 한편 프로브 출력을 따라 기준 카운트가 여전히 변화하는 동안, 한 카운트가 소정의 한계(threshold) 내에서 연속적으로 몇 번 도달하면 액체가 접촉되었다고 결정할 수 있다(그 한계에 무관하게). 프로브 발진기의 주파수를 결정하기 위해 디지탈 카운터(digital counter)를 제공할 수 있다. 또한, 기준 카운터를 제공하여 프로브 발진기 카운터로부터의 카운트(주파수)를 튜닝하여 드리프트(drift)를 보상할 수 있다. 그리고, 조정가능한 검출 한계는 회로의 파라미터를 변화시킴으로서 그 감도를 조절할 수 있게 한다.
이하, 첨부 도면은 참고로 본 발명을 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 혈액/혈장 샘플링 시스템을 위한 프로브 및 액체 센서 회로 및 조절 회로와 프로브의 관계의 구체예를 도식적으로 나타낸 블럭도이다. 예를 들어, Hulette 등의 미국 특허 제07/443,951호에 기재된 바와 같이, 로보트 팔(10)은 시약을 자동적으로 흡인하고 분배하기 위해 저장소(13)과 같은 시약 용기들 사이의 프로브(11)를 반응 큐벳(나타내지 않음)으로 이동시킨다. 로보트 팔(10)은 액체 저장소(13)로부터 액체의 측정된 부피를 채취하거나 반응 큐벳으로 그것을 분배하기 위해 화살표(12)에 지시된 방향을 따라 프로브(11)를 상하로 움직인다. 일반적으로, 프로브(11)는 저장소(13)내에 들어가서 계량된 양의 시약을 흡인하기 위한 좁은 팁(14a)을 갖는 금속 튜브(14)를 포함한다. 또한, 프로브(11)는 끝이 뾰족한 팁을 포함함으로서 용기로부터 계량된 부피의 액체를 흡인하기 위해 고무 마개에 의해 밀봉된 용기에 구멍을 뚫도록 조절할 수 있을 것이다.
전술된 바와 같이, 일부 용도에선 시약이 분배될 큐벳을 향해 로보트 팔(10)에 의해 프로브가 이동되는 동안 프로브(11) 내의 시약을 가열하는 것이 바람직하다. 이런 경우, 프로브(11)에는 선택적인 가열기(15)가 구비된다. 가열기(15)는 샤시(18)와 공통 접지를 공유하는 전원 장치(17)와 도선(16)에 의해 전기적으로 결합되고 튜브(14) 주위에 감긴 코일 니크롬선을 포함하는 것이 바람직하다. 전원 장치(17)는 구체적인 용도의 필요에 따라 DC 또는 AC 전원 장치 중의 하나가 될 수 있다. 저장소(13)로부터 계량된 양의 시약을 흡인하기 위해, 프로브(11)가 시약 표면에 접촉할 때를 탐지할 필요가 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 이것은 통상 튜브(14)가 저장소(13)의 시약과 접촉할 때 샤시(18)에 의해 형성된 접지 평면에 대한 튜브(14)의 전기용량의 변화를 검출하는 전기용량 측정 기구의 사용에 의해 이루어진다. 튜브(14)는 샤시(18)에 대한 제1 전기용량 Cp를 제시한다. 선택적인 가열기(15)를 구비하는 경우, 가열기(15)는 기구 샤시(18)와 공통 접지를 갖고 따라서, 이것은 전기용량적으로 샤시(18)의 일부이다. 따라서, 선택적인 가열기(15)는 튜브(14)에 대한 제2 전기용량 CH을 제시한다. 액체 저장소(13)는 프로브(11)와 기구 샤시(18) 사이의 추가적인 전기용량 CL을 제시한다. 따라서, 프로브(11)가 액면에 접촉하기 전에, 전기용량 측정 기구에 의해 측정된 총 전기용량 CT1은 CP + CH이다. 선택적인 가열기를 구비하지 않으면, CH는 O이고 총 전기용량 CT1은 CP이다. 프로브(11)가 액면에 접촉한 후에, 전기용량 측정 기구에 의해 측정된 총 전기용량 CT2는 CP + CL + CH이다.
전기용량 측정 기구에 의한 추가적인 전기용량 CL의 검출은 프로브(11)이 용기(13) 내의 액면과 접촉하는 때를 나타낸다. 하지만, 선택적인 가열기에 의해 발생된 전기용량 CH의 존재는 CL에 의한 CT1의 변화를 감지하는 전기용량 측정 기구의 성능을 제한하기에 충분할 만큼 클 수 있다.
본 발명의 액체 센서 회로 및 액체 레벨 센서 조절 회로는 선택적인 가열기의 존재 하에서 조차도 프로브와 시스템 샤시 사이의 전기용량에서의 변화를 신뢰할 수 있을 정도로 감지한다. 사실, 본 발명에 따른 액체 레벨 감지 시스템은 예를 들어, 밀봉 마개를 천공하는 동안에도, 3ml 플라스틱 시약 병 중의 300㎕ 미만의 액체 부피의 식염수 표면을 신뢰할 수 있을 정도로 감지할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 프로브(11) 및 액체 레벨 센서 조절 회로를 구비하는 로보트 팔(10)의 바람직한 구체예를 일반적으로 보여주는 투시도이다. 프로브(11)는 전술한 Moreno의 출원에 개시된 바와 같이, 의약 샘플 수집 튜브를 밀봉하는데 사용되는 고무 캡에 구멍을 뚫기 위한 천공 및 샘플링 프로브 또는 샘플링 프로브가 될 수 있다. 프로브(11)가 천공 샘플링 프로브이면, 전술한 Moreno의 특허에 개시된 천공 프로브에 따라 예리한 것이 바람직하다. 더 나아가, 프로브(11)가 천공 샘플링 프로브이면, 용기의 캡에 구멍을 뚫을 때 용기내의 액면을 검출하도록 조절된다. 프로브(11)는 용기(13)내의 혈액 또는 혈장과 같은 전도성 액체의 액체-공기의 계면을 감지하며, 액면에 대해 프로브(11)를 정확히 위치시키기 위해 용기(13)내로 프로브(11)가 이동한다.
프로브(11)는 수평 리드 스크류 모터(24)에 의해 구동되는 리드 스크류(23)에 의해 수평축(22)내로 조절가능하게 움직인다. 축(25)을 따라 프로브(11)를 상하로 움직이기 위한 수직 동작은 수직 모터(27) 및 피니온 어셈블리(나타내지 않음)에 의해 움직이는 기어 랙(26)에 의해 구현된다. 모터(24) 및 (27)는 본 발명의 액체 레벨 센서 조절 회로의 일부인 결합된 모터 조절기로부터 받은 신호에 의해 각각 선택적으로 조절된다. 예를 들어, 모터 조절기(32)는 도 3의 도식적인 블럭도에 나타나 있다. 모터(27)는 프로브(11)가 천공 프로브인 경우 밀봉된 용기의 마개를 통해 프로브(11)를 이동시키기 위한 충분한 토오크를 제공한다. 물론, 프로브는 수평 이동능력이 없는 수직 동작가능한 프로브이거나, 또는 프로브는 수평면에서 복수의 방향으로 뿐만 아니라 수직으로 작동 가능한 것일 수 있다. 또한, 필요한 경우, 샘플 용기가 그 프로브의 방향으로 상향 이동하면서, 그 프로브는 정지상태로 유지될 수 있다.
액체 레벨 센서 조절 회로(30)는 액체-공기 계면을 감지하기 위한 프로브(11)와 결합된다. 액체 레벨 센서 조절 회로(30)의 한 부분은 (29)에 장착된 안쇄회로판 상에 위치할 수 있다. 물론, 본 발명에 따른 액체 레벨 센서 조절 회로는 단일 인쇄회로판 상에 함께 위치할 수 있다.
미세조절기(31)는 2-축 팔 조절기, 즉 미세조절기(31) 및 상기 두개의 모터 조절기가 액면에 대해 프로브(11)를 잡고 있는 랙 어셈블리(rack assembly)의 수평 위치 및 프로브(11)의 수직 위치를 모니터링하고 조절한다. 미세조절기(31) 및 모터 조절기(32)는 용기 내의 액체의 높이를 결정하기 위해 액체 센서 회로로부터 수신한 신호와 프로브(11)의 위치를 관련시킨다. 플렉스 케이블(flex cable)(21)은 본 발명에 따른 조절 시스템의 여러 부분 사이의 전기적 신호를 결합한다. 전술된 바와 같이, 반응 챔버 내로의 분배에 선행하여 샘플 유체를 예열시키기 위한 가열 코일을 프로브(11)에 장착시킬 수 있다.
도 3은 액체 레벨 센서 조절 회로(30)의 한 구체예의 도식적인 블럭도이다. 도 3에는 프로브(11) 및 R/C 또는 LC 프로브 발진기(31)가 도시되어 있다. 또한 프로브 카운터(33), 기준 카운터(37) 및 검출 카운터(34)가 도시되어 있다. 또한, 비교 회로(36), 타이밍 로직(timing logic)(32) 및 기준 발진기(35)가 도시되어 있다.
작동에 있어, 프로브(11)는 프로브(11)가 액체와 접촉할 때 프로브 발진기(31)의 주파수를 하향 이동시킴으로서 R/C 또는 L/C 프로브 발진기(31)의 튜닝을 변화시킨다. 프로브 카운터(33)는 프로브 발진기(31)에 의해 출력된 신호의 사이클을 카운트한다. 기준 카운터(37)는 조정가능한 기준 카운트를 저장한다. 비교기(36)는 기준 카운터(37)에 저장된 기준 카운트와 프로브 카운터(33)에 저장된 프로브 카운트를 비교한다.
정규 간격에서, 타이밍 회로(32)는 하기에 설명된 것처럼 프로브 카운터(33), 기준 카운터(37) 및 검출 카운터(34)의 다양한 작동을 조절한다. 바람직한 구체예에서, 타이밍 회로(32)는 정규 간격이 상이한 감지 작동을 위해 조정될 수 있도록 프로그램할 수 있다(예를 들어, 상이한 유형의 액체를 감지하기 위해). 타이밍 회로(32)는 후술될 방법을 수행하는 임의의 잘 알려진 하드웨어 또는 하드웨어/소프트웨어 조합(컴퓨터, 프로그램가능한 집적 회로와 같은)으로부터 구성될 수 있을 것이다. 기준 발진기(35)(예를들어, 석영 발진기)는 구형파 클럭 신호(squar wave clock signal)와 같은 타이밍 신호를 타이밍 회로(32)에 제공한다. 통상 이 타이밍 로직은 기준 발진기로부터의 신호를 기준 정규 간격으로 분할하기 위한 카운터 및 다른 요소를 클럭(clock), 로드(load) 및 소거(clear)하는데 필요한 신호를 생성하고 동기(synchronize)하기 위한 로직으로 구성된다.
정규 간격에서, 기준 카운터(37)는 프로브 카운터(33)에서의 그 프로브 카운트를 따르도록 타이밍 회로(32)에 의해 조정된다. 기준 카운터(37)의 내용이 프로브 카운터(33)의 내용보다 크면, 기준 카운터(37)는 감분된다. 기준 카운터(37)의 내용이 프로브 카운터(33)의 내용보다 작으면, 기준 카운터(37)는 증분된다. 한편, 타이밍 회로(32)는 프로브 카운터(33)를 소거하고, 그 프로브 카운트를 제로(0)로 재설정한다.
또한, 타이밍 회로(32)에 응답하여, 각 정규 간격에서, 검출 카운터(34)는 프로브 카운터(33)에서의 프로브 카운트가 기준 카운터(37)에서의 기준 카운트보다 작은 연속적인 횟수의 가수를 카운트한다. 각 정규 간격에서, 비교가 프로브 카운트가 기준 카운트 보다 크다는 것을 가리키는 경우, 타이밍 회로(32)는 검출 카운터(34)를 소거하고, 그의 카운트를 재설정한다. 연속적인 비교의 예정된 수치(규칙적인 간격으로 타이밍 회로(32)에 의해 샘플링됨) 모두가 프로브 카운트가 기준 카운트보다 작다는 것을 나타내는 경우, 검출 카운터(34)는 액체 감지된 신호를 출력하고, 프로브(11)가 액체 자체에 접촉했다는 것을 나타낸다.
보다 상세한 구체예에서, 모든 정규 간격에서, 검출 카운터(34)는 기준 카운터(37)에 따라 증분 또는 감분된다. 검출 카운터(34)의 카운트의 지시가 변할 때마다(타이밍 회로(32)는 증분 지시를 감분 지시로 또는 감분 지시를 증분 지시로 변화시킴), 검출 카운터(34)는 재설정되고 그의 카운트는 제로가 된다. 검출 카운터(34)가 고정된 카운트를 지나 감분되면, 액체 감지된 출력을 설정한다. 이런 방식으로, 타이밍 회로(32)가 동일한 출력 신호를 사용하여 기준 카운터(37) 및 검출 카운터(34)의 작동을 조절할 수 있을 것이므로 센서 조절 회로의 회로도는 단순화된다.
전술된 센서 조절 회로에 따라, 액체 자체는 신뢰할 수 있을 정도로 검출될 수 있으며, 온도 변화 또는 프로브(11)에 부착된 액체의 방울 또는 기포에 의해 야기된 것들과 같은 프로브 발진기에 대한 느린 변화는 여과되어 제거될 수 있다.
프로브(11)가 액체와 접촉할 때, 프로브 발진기(31)의 주파수 이동은 연장된 기간 동안 타이밍 회로(32)가 기준 카운터(37) 및 검출 카운터(34)를 감분시키기에 충분할 만큼 크다. 따라서, 검출 카운터(34)는 그것이 고정된 카운트(예정된 숫자)를 지나 감분되고 액체 자체의 존재를 나타낼 때까지 연속적으로(재설정 없이) 그의 카운트를 감분시킬 수 있다. 프로브(11)가 액체 자체와 접촉할 때 프로브 발진기(31)의 주파수의 하향 이동이 상당하기 때문에 프로브 카운터(33)는 각 정규 간격에서 상당히 낮은 카운트를 출력한다. 타이밍 회로(32)가 기준 카운터(37)에서의 기준 카운트를 계속 감분시키는 동안, 기준 카운트는 상당히 오랜 기간 동안 프로브 카운터(37)의 출력(정규 간격의 말미에서)을 지나 감분되지는 않을 것이다. 이로써 검출 카운터(34)는 액체의 존재를 나타내기 위해 재설정되지 않고 예정된 횟수를 감분시킬 수 있다.
반대로, 프로브(11)가 온도 변화, 액체 방울, 또는 기포의 영향을 받는 경우, 프로브 발진기(31)의 주파수도 또한 하향 이동될 수 있을 것이다(따라서 프로브 카운터(33)의 프로브 카운트는 정규 간격에서 낮춰질 수 있을 것이다). 하지만, 프로브 발진기(31)의 주파수 이동이 프로브(11)가 액체 자체와 접촉할 때 만큼 크지 않기 때문에, 검출 카운터(34)가 예정된 횟수를 연속적으로 감분시키기(액체의 존재를 가리키기 위해) 전에 기준 카운터(37)에서의 기준 카운트는 프로브 카운트(정규 간격에서)를 지나 연속적으로 감분될 수 있다. 따라서, 타이밍 회로(32)는 기준 카운터(37)에서의 기준 카운트가 프로브 카운터(33)의 프로브 카운트보다 작기 때문에 다음 기준 간격에서 검출 카운터(34)를 재설정할 것이다. 따라서, 예정된 수치는 검출 카운터(34)에 결코 도달 할 수 없으며 액체 접촉의 어떤 결정도 이루어 질 수 없다.
도 4는 액체 레벨 센서 조절 회로(30)의 또 다른 구체예의 도식적인 블럭도이다. 도 4에는 프로브(11) 및 R/C 또는 L/C 프로브 발진기(31)가 도시되어 있다. 또한, 프로브 카운터(33), 기준 카운터(37) 및 검출 카운터(34)가 도시되어 있다. 또한, 타이밍 회로(32) 및 기준 발진기(35)도 제로 검출 회로(38)과 함께 도 4에 도시되어 있다.
도 4의 액체 레벨 센서 조절 회로에서, 그 작동에 있어, 프로브(11)는 프로브(11)가 액체 자체와 접촉할 때, 프로브 발진기(31)에 의해 출력된 신호의 주파수를 하향 이동시키면서 R/C 또는 L/C 발진기(31)의 튜닝을 변화시킨다. 프로브 카운터(33)는 프로브 발진기(31)에 의해 출력된 신호의 주파수의 각 사이클에 대한 프로브 카운트를 감분시킨다.
제로 검출 회로(38)는 입력 값으로 프로브 카운터(33)의 프로브 카운트를 수신하기 위해 프로브 카운터(33)에 결합된다. 제로 검출 회로(38)가 프로브 카운트가 제로에 도달했다는 것을 검출한 경우, 제로 검출 회로(38)는 타이밍 회로(32)로 제로 검출 신호를 출력한다.
정규 간격에서, 타이밍 회로(32)는 기준 카운터(37)에 저장된 기준 카운트를 프로브 카운터(33)에 로딩한다. 타이밍 회로(32)가 모든 정규 간격에서 프로브 카운터(33)로 기준 카운트를 로딩하기 때문에, 제로 검출 회로(38)로부터 제로 검출 신호를 수신하는 것은 기준 카운트가 정규 간격 내에서, 프로브 발진기(31)에 의해 출력된 신호의 주파수의 사이클의 수치보다 작다는 것을 가리킨다. 기준 카운트가 정규 간격 내에서 사이클의 수치보다 크면, 프로브 카운터(33)가 제로로 감분될 수 있기 전에 기준 카운트가 프로브 카운터(33) 내로 로딩될 것이기 때문에 어떤 제로 검출 신호도 제로 검출 회로(38)에 의해 출력되지 않을 것이다.
제로 검출 회로(38)로부터 제로 검출 신호의 수신에 응답하여, 타이밍 회로(32)는 기준 카운터(37)에서의 기준 카운트를 증분시킨다. 제로 검출 회로(38)로부터 제로 검출 신호를 수신하지 않은 경우, 타이밍 회로(32)는 기준 카운트를 감분시킨다. 따라서, 기준 카운트는 프로브 발진기(31)에 의해 출력된 신호의 정규 간격 당 사이클의 더 크거나 더 작은 수치를 따라 각각 서서히 증분되거나 감분된다.
검출 카운터(34)는 도 3에 관하여 전술된 바와 같은 유사한 방식으로 작용한다. 기준 카운터(37)가 수치를 감분시키는 경우 검출 카운터(34)는 수치를 증분시키며, 기준 카운터(37)가 수치를 증분시키는 경우 재설정한다. 검출 카운터(34)가 예정된 수치에 도달하면, 액체의 존재를 나타내는, 출력이 설정된다. 이런 방식으로, 오출력을 발생시키지 않으면서 느린 변화가 뒤따르기 때문에, 액체 감지는 그 시스템이 프로브 발진기에서의 주파수 드리프트를 보상할 수 있게 한다.
도 5는 액체 레벨 센서 조절 회로(30)의 또 다른 구체예의 도식적인 블럭도이다. 도 5에는 프로브(11) 및 R/C 또는 L/C 프로브 발진기(31)가 도시되어 있다. 또한, 프로브 카운터(33), 기준 카운터(37) 및 필터 카운터(41)가 도시되어 있다. 또한, 타이밍 회로(32) 및 기준 발진기(35) 또한 제로 검출 회로(38) 및 한계 검출 회로(39)와 함께 도 5에 나타나 있다.
도 4에서와 같이, 도 5에서의 작동에서, 프로브(11)는 액체와 접촉할 때, 주파수를 하향 이동시키면서 R/C 또는 L/C 발진기의 튜닝을 변화시킨다. 프로브 카운터(33)는 프로브 발진기(31)에 의해 출력된 신호의 주파수의 각 사이클에 대해 한번 수치를 감분시킨다. 정규 간격에서, 타이밍 회로(32)는 기준 카운터(37)에 포함된 기준 카운트로 프로브 카운터(33)에 로딩한다. 제로 검출 회로(38)가 프로브 카운터(33)의 프로브 카운트가 정규 간격 동안 어느 시점에서 제로를 통과했다는 것을 가리키면, 타이밍 회로(32)는 기준 카운터(37)의 기준 카운트를 증분시킨다. 반면, 제로 검출 신호를 수신하지 않은 경우, 타이밍 회로(32)는 정규 간격의 말미에서 기준 카운터(37)의 기준 카운트를 감분시킨다.
또한, 도 5와 관련하여, 한계 검출 회로(39)는 입력 값으로서 프로브 카운터(33)의 프로브 카운트를 수신한다. 한계 검출 회로(39)는 한계 검출 회로(39)가 프로브 카운터(33)의 프로브 카운트가 한계치 아래로 떨어졌음을 결정할 때 출력으로서 한계 검출 신호를 출력한다.
필터 카운터(41)는 기준 간격의 말미를 가리키는 기준 간격 신호를 수신하기 위해 타이밍 회로(32)에 결합된다. 또한, 필터 카운터(41)는 한계 검출 신호를 수신하기 위해 한계 검출 회로(39)에 결합된다. 기준 간격 말미에, 한계 검출 신호를 수신하지 않았다면(프로브 카운터(33)가 한계 카운트를 통과하지 않았다면), 필터 카운터(41)는 수치를 증분시킨다. 기준 간격 말미에서, 한계 검출 신호가 수신된 경우, 필터 카운터(41)는 재설정된다. 필터 카운터(41)가 예정된 카운트에 도달하면, 액체 자체의 존재를 나타내는 액체 검출 신호를 출력한다.
이 구체예는 기준 카운터에서의 기준 카운트를 변형시키기 위한 제로 검출 회로와 필터 카운터를 증분시키기 위한 한계 검출 회로 모두를 이용하기 때문에, 이 액체 감응 시스템은 액체 자체의 존재를 보다 빠르고 정확하게 감지할 수 있을 것이다. 한계 값이 제로보다 크면, 필터 카운터는 액체 자체의 존재를 나타내기 전에 예정된 수치까지 만큼 크게 수치를 증분시킬 필요가 없다(도 3 및 도 4에 예시된 구체예에서 검출 카운터와 비교할 때). 한계 검출 회로(41)가 한계 검출 신호를 출력할 때, 이것은 기준 카운터(37)에서의 기준 카운트가 기준 간격 당 발진기(31)의 사이클과 근사하다(한계치내에서)는 것을 의미한다. 따라서, 발진기(31)의 주파수의 상당한 변화가 일어나지 않았기 때문에, 어떤 액체 자체도 접촉하지 않은 것으로 결정되고 필터 카운터(41)는 재설정된다.
한편, 한계 검출 회로(41)가 기준 간격 내에서 한계 검출 신호를 출력하는데 실패한 경우, 이것은 기준 간격 당 발진기(31)의 사이클이 적어도 한계 값 만큼 기준 카운트 보다 작다는 것을 의미한다. 이것은 발진기(31)의 주파수가 상당히 하향 이동했고 따라서 필터 카운터가 증분되었다는 것을 의미한다. 이 상당한 이동이 프로브로부터의 오출력, 노이즈 또는 소정의 다른 일시적인 에러인 경우, 일시적 에러가 후속 기준 간격에서 사라질 때 한계 검출 신호가 필터 카운터(41)를 재설정하기 때문에 이 센서 시스템은 액체 자체의 감지를 나타내지 않을 것이다. 하지만, 연속적인 기준 간격의 예정된 수치내에서 필터 카운터에 의해 한계 검출 신호를 수신하지 않은 경우, 이것은 그 액체 자체가 프로브(11)와 접촉하고 있다는 것으로 결정된다.
또한, 액체 감지의 이런 구체예는 느린 변화가 기준 카운터를 수반하기 때문에, 이 시스템은 프로브 발진기의 주파수 드리프트를 보상할 수 있게 한다.
검출 카운트 값, 한계 카운트 값 및 필터 카운트 값은 회로의 감도 및 잡음 내전압을 변경시키기 위해 변화될 수 있을 것이다. 본 발명의 또 다른 구체예는 프로그램 가능한 기준 간격과 함께 이 값들을 고찰한다. 이것은 프로브 시스템을 각 개별적인 필요에 맞게 조정할 수 있게 한다.
많은 주파수 및 타이밍을 본 발명의 범위 내에서 생각할 수 있을 것이다. 당업자가 인식할 때, 이 카운터 및 타이밍 회로(32)에서의 조절 로직의 작동에서 이용되는 값은 감지되는 액체, 감지 환경, 목적하는 감도, 목적하는 속도 등과 같은 많은 요인에 의존한다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 한 예로서, 상기 프로브 발진기는 약 5 내지 7 MHz에서, 기준 발진기는 1 MHz의 주파수에서 진동하도록 하고, 기준 간격은 2 밀리초(1MHz/500)가 되도록 하며, 검출 한계(도 5에서 예시된 기구를 사용하는 경우)는 6과 12 사이가 되도록 설정할 수 있다.
도 3 내지 도 5에서, 카운터들 및 타이밍은 하나의 프로그램 가능한 로직 IC에 삽입될 수 있다. 또한, 검출 한계 값 및 필터 카운트 값은 용기의 크기 및 검출되는 액체의 유형에 따라 달라질 수 있다. 그리고, 하드웨어 기구의 대체로서, 검출 알고리즘이 소프트웨어에 사용될 수 있다.
현재 본 발명의 바람직한 구체예로서 믿어지는 것을 기재하고 있는 한편, 본 명세서에 기재되고 첨부된 청구의 범위에서 정의된 발명으로부터 벗어나지 않으면서 전술된 구체예에서 그 구조, 비율 및 조건에 있어 많은 변화가 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 예시된 구체예는 한계 검출 회로 및 필터 카운터를 포함하도록 조절될 수 있을 것이다. 또한, 전술된 것과 다른 본 발명의 기술적인 특징을 수행하기 위해 다른 회로도 당업자에게 명백할 것이다.
삭제
도 1은 본 발명에 따른 프로브 및 액체 센서 조절 회로의 구체예의 도식적인 블럭도이고;
도 2는 본 발명에 따른 프로브 및 액체 센서 조절 회로를 포함하는 로보트 팔의 투시도이며;
도 3 및 도 4 및 도 5는 액체 레벨 센서 조절 회로의 다른 구체예의 도식적인 블럭도이다.

Claims (21)

  1. 액면과 접촉하는 프로브;
    그 프로브에 응답하여 주파수 신호를 출력하며 그 프로브에 결합된 프로브 발진기;
    프로브 발진기에 의해 출력된 주파수 신호의 카운트된 사이클의 함수로서 사이클 카운트를 출력하는 프로브 카운터;
    기준 카운트를 저장하고 출력하는 기준 카운터;
    기준 카운터에 의해 출력된 기준 카운트와 프로브 카운터에 의해 출력된 사이클 카운트를 비교하는 비교기;
    예비 검출 신호에 응답하여 제3 카운트를 유지하고 상기 제3 카운트가 제1 예정 값을 통과할 때 프로브와 상기 액면의 접촉을 나타내는 검출 신호를 출력하는 액체 검출 카운터; 및
    모든 예정된 시간 간격에서, 비교기가, 기준 카운트가 사이클 카운트보다 작다는 것을 나타낼 때, 그 기준 카운터에 저장된 기준 카운트를 증분시키고 액체 검출 카운터를 재설정하며,
    비교기가, 기준 카운트가 사이클 카운트보다 크다는 것을 나타낼 때, 그 기준 카운터에 저장된 기준 카운트를 감분시키고 액체 검출 카운터에 대한 예비 검출 신호를 출력하며,
    그 프로브 카운터에서 사이클 카운트를 재설정하는 조절기
    를 포함하는 액면 감지용 액체 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조절기가 제2 예정 값에 의해 기준 카운트를 증분 및 감분시키는 것인 액체 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조절기가 기준 카운트를 1씩 증분 및 감분시키는 것인 액체 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조절기가 비교기에 응답하여 액체 검출 카운터 및 상기 기준 카운터로의 증분/감분 신호 계통 상의 증분 및 감분 신호를 출력하고,
    그 기준 카운터가 상기 증분 및 감분 신호에 응답하여 기준 카운트를 각각 증분 및 감분시키며,
    액체 검출 카운터가 감분 신호에 응답하여 제3 카운트를 감분시키고, 증분 신호에 응답하여 제3 카운트를 재설정하며 제3 카운트가 제1 예정 값보다 작을 때 검출 신호를 출력하는 것인 액체 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액체 검출 카운터가 예비 검출 신호에 응답하여 제3 카운트를 증분시키고, 제3 카운트가 제1 예정 값보다 클 때 검출 신호를 출력하는 것인 액체 센서.
  6. 제2항에 있어서, 제1 예정 값, 제2 예정 값 및 예정된 시간 간격이 프로그램가능한 것인 액체 센서.
  7. 제1항에 있어서, 프로브 카운터에 의해 출력된 상기 사이클 카운트가 예정된 시간 간격의 시작부터 프로브 발진기에 의해 출력된 주파수 신호의 카운트된 사이클의 수와 동일한 것인 액체 센서.
  8. 액면과 접촉하는 프로브;
    그 프로브에 응답하여 주파수 신호를 출력하며 그 프로브에 결합된 프로브 발진기;
    기준 카운트를 저장하고 출력하는 기준 카운터;
    부하(load) 신호에 응답하여 기준 카운터에 저장된 기준 카운트를 제2 카운트로서 로딩하고, 프로브 발진기에 의해 출력된 주파수 신호의 카운트된 사이클의 함수로서 제2 카운트를 감분시키며, 그 제2 카운트를 출력하는 프로브 카운터;
    입력 값으로서 제2 카운트를 수신하기 위해 프로브 카운터에 결합되고, 그 프로브 카운트가 제로 이하일 때 제로 검출 신호를 출력하는 제로 검출 회로;
    예비 검출 신호에 응답하여 제3 카운트를 유지하고 상기 제3 카운트가 제1 예정 값을 통과할 때 프로브와 상기 액면의 접촉을 나타내는 검출 신호를 출력하는 제3 카운터; 및
    제로 검출 회로로부터 제로 검출 신호를 수신하는 경우, 기준 카운터에서 기준 카운트를 증분시키고 제3 카운터를 재설정하며, 이전의 예정된 시간 간격 이후 제로 검출 신호가 수신되지 않았을 경우 기준 카운터에서 기준 카운트를 감분시키고 모든 예정된 시간 간격에서 제3 카운터로 예비 검출 신호를 출력하며, 모든 예정된 시간 간격에서 상기 제2 카운터로 부하 신호를 출력하는 조절기
    를 포함하는 액면 감지용 액체 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 조절기가 제 2예정 값에 의해 기준 카운트를 증분 및 감분시키는 것인 액체 센서.
  10. 제8항에 있어서, 상기 조절기가 기준 카운트를 1씩 증분 및 감분시키는 것인 액체 센서.
  11. 제8항에 있어서, 상기 조절기가 상기 기준 카운터 및 제3 카운터로의 증분 및 감분 신호 계통 상의 증분 및 감분 신호를 출력하고,
    그 기준 카운터가 각각 증분 및 감분 신호에 응답하여 기준 카운터를 증분 및 감분시키며,
    제3 카운터가 감분 신호에 응답하여 제3 카운트를 감분시키고, 증분 신호에 응답하여 제3 카운트를 재설정하며 제3 카운트가 제1 예정 값보다 작을 때 검출 신호를 출력하는 것인 액체 센서.
  12. 제1항에 있어서, 제3 카운터가 예비 검출 신호에 응답하여 제3 카운트를 증분시키고 제3 카운트가 제1 예정 값보다 클 때 검출 신호를 출력하는 것인 액체 센서.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 예정 값, 제2 예정 값 및 예정된 시간 간격이 프로그램가능한 것인 액체 센서.
  14. 제8항에 있어서, 프로브 카운터에 의한 제2 카운트 출력이 프로브 발진기에 의한 주파수 신호 출력의 모든 계산된 사이클에 대해 1씩 감분되는 것인 액체 센서.
  15. 액면과 접촉하는 프로브;
    그 프로브에 응답하여 주파수 신호를 출력하며 그 프로브에 결합된 프로브 발진기;
    기준 카운트를 저장하고 출력하는 기준 카운터;
    부하 신호에 응답하여 기준 카운터에 저장된 기준 카운트를 제2 카운트로서 로딩하고, 프로브 발진기에 의해 출력된 주파수 신호의 카운트된 사이클의 함수로서 제2 카운트를 감분시키며, 그 제2 카운트를 출력하는 프로브 카운터;
    입력 값으로서 제2 카운트를 수신하기 위해 프로브 카운터에 결합되고, 그 프로브 카운트가 제로 이하일 때 제로 검출을 수행하는 제로 검출 회로;
    입력 값으로서 제2 카운트를 수신하기 위해 프로브 카운터에 결합되고 그 프로브 카운트가 한계 값 이하일 때 한계 검출을 수행하는 한계 검출 회로;
    제3 카운트를 유지하고 상기 제3 카운트가 제1 예정 값을 통과할 때 프로브와 상기 액면의 접촉을 나타내는 검출 신호를 출력하는 제3 카운터; 및
    제로 검출 회로에 의해 제로 검출이 수행되는 경우 기준 카운터에서 기준 카운트를 증가시키고, 이전의 예정된 시간 간격 이후 제로 검출 회로에 의해 제로 검출이 수행되지 않은 경우 모든 예정된 시간 간격에서 기준 카운터에서 기준 카운트를 감소시키며, 이전의 예정된 시간 간격 이후 한계 검출 회로에 의해 한계 검출이 수행되는 경우 제3 카운터를 재설정하고, 이전의 예정된 시간 간격 이후 한계 검출 회로에 의해 한계 검출이 수행되지 않은 경우 제3 카운터에서 제3 카운트를 증분시키며, 모든 예정된 시간 간격에서 상기 제2 카운터로 부하 신호를 출력하는 조절기
    를 포함하는 액면 감지용 액체 센서.
  16. 제15항에 있어서, 상기 조절기가 제2 예정 값에 의해 기준 카운트를 증분 및 감분시키는 것인 액체 센서.
  17. 제15항에 있어서, 상기 조절기가 기준 카운트를 1씩 증분 및 감분시키는 것인 액체 센서.
  18. 제15항에 있어서, 상기 조절기가 프로브 카운터, 기준 카운터 및 제3 카운터로 기준 간격 신호를 출력하고,
    그 프로브 카운터가 그 조절기로부터의 기준 간격 신호에 응답하여 기준 카운터에서의 기준 카운트를 로딩하며,
    상기 기준 카운터는 조절기로부터 기준 간격 신호가 수신되는 경우 제로 검출 회로로부터 수신된 증분 또는 감분 신호에 응답하여 기준 카운트를 각각 증분 또는 감분시키고,
    제3 카운터는 조절기로부터 기준 간격 신호가 수신되는 경우 및 한계 검출 회로로부터의 증분 또는 소거 신호에 응답하여 각각 제3 카운트를 증분시키거나 또는 소거하는 것인 액체 센서.
  19. 제16항에 있어서, 제1 예정 값, 제2 예정 값 및 예정된 시간 간격이 프로그램가능한 것인 액체 센서.
  20. 제15항에 있어서, 프로브 카운터에 의한 제2 카운트 출력이 프로브 발진기에 의한 주파수 신호 출력의 모든 카운트된 사이클에 대해 1씩 감분되는 것인 액체 센서.
  21. a) 프로브에 응답하여 주파수 신호를 발생시키는 단계;
    b) 주파수 신호의 사이클을 카운트하고 사이클 카운트를 생성시키는 단계;
    c) 사이클 카운트를 기준 값과 비교하는 단계;
    d) 모든 정규 간격에서,
    d1) 기준 값이 사이클 카운트보다 크면, 기준 값을 감분시키고 검출 카운트를 증분시키며,
    d2) 기준 값이 사이클 카운트보다 작으면, 기준 값을 증분시키고 검출 카운트를 제로로 재설정하며,
    d3) 사이클 카운트를 제로로 재설정하는 단계; 및
    e) 검출 카운트가 예정된 숫자보다 클 때 액면의 검출을 결정하는 단계
    를 포함하는, 프로브를 이용하여 액면을 감지하는 방법.
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