JP2003014703A - 超音波気泡検出装置 - Google Patents
超音波気泡検出装置Info
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】小さい気泡を精度良く検出する。
【解決手段】超音波の受信信号を整流回路８で整流した
受信レベル信号を受け取ったレベル追従型比較回路１１
は、受信レベル信号sigの大きさに所定の応答特性をも
って追従する基準信号を生成し、この基準信号と受信レ
ベル信号sigの大小関係を比較し、比較結果を第２検出
信号Det2として出力する。レベル追従型比較回路１１が
生成する基準信号の受信レベル信号に対する応答特性
は、少なくとも小さい気泡の存在により受信レベル信号
sigに現れる比較的高周波数の小さい振幅変化に対して
有意な応答を示さないように設定する。
受信レベル信号を受け取ったレベル追従型比較回路１１
は、受信レベル信号sigの大きさに所定の応答特性をも
って追従する基準信号を生成し、この基準信号と受信レ
ベル信号sigの大小関係を比較し、比較結果を第２検出
信号Det2として出力する。レベル追従型比較回路１１が
生成する基準信号の受信レベル信号に対する応答特性
は、少なくとも小さい気泡の存在により受信レベル信号
sigに現れる比較的高周波数の小さい振幅変化に対して
有意な応答を示さないように設定する。
Description
【0001】
【0002】本発明は、液体中の気泡を超音波を用いて検出
する超音波気泡検出装置における検出精度を向上する技
術に関するものである。
する超音波気泡検出装置における検出精度を向上する技
術に関するものである。
【0003】
【0004】超音波を用いた液体中の気泡検出の技術は、医
療分野における人口透析装置や点滴装置などによる人体
血液中への気泡混入の防止や、写真分野における現像液
への気泡混入の防止や、各種プラントにおける異常監視
等の目的に広く利用されている。
療分野における人口透析装置や点滴装置などによる人体
血液中への気泡混入の防止や、写真分野における現像液
への気泡混入の防止や、各種プラントにおける異常監視
等の目的に広く利用されている。
【0005】従来、このような超音波を用いた気泡検出は、
液体中に向けて出力した超音波の、気泡の存在による超
音波の液体の透過強度もしくは液体からの反射強度の変
化を検出することにより行われる。
液体中に向けて出力した超音波の、気泡の存在による超
音波の液体の透過強度もしくは液体からの反射強度の変
化を検出することにより行われる。
【0006】図４に、従来の典型的な超音波気泡検出装置の
構成を示す。
構成を示す。
【0007】図中、５０１は発振回路、５０２は駆動回路、
５０３は超音波送信素子、５０４は液体が流れるチュー
ブ、５０５は超音波受信素子、５０６は増幅回路、５０
７は整流回路、５０８は比較回路である。
５０３は超音波送信素子、５０４は液体が流れるチュー
ブ、５０５は超音波受信素子、５０６は増幅回路、５０
７は整流回路、５０８は比較回路である。
【0008】このような構成において、超音波送信素子５０
３は、駆動回路５０２を介して発振回路５０１の発振信
号によって駆動され超音波をチューブ５０４内に向けて
送信する。チューブ５０４およびチューブ内の液体を透
過した超音波は超音波受信素子５０５によって受信され
電気信号に変換され、増幅回路５０６で所定のゲインで
増幅される。増幅された電気信号は、整流回路５０７に
よって整流され、透過強度レベル信号に変換されて比較
回路５０８に出力される。比較回路５０８では、入力す
る透過強度レベル信号と予めさだめたしきい値Thとを比
較し、比較結果を気泡検出信号として出力する。
３は、駆動回路５０２を介して発振回路５０１の発振信
号によって駆動され超音波をチューブ５０４内に向けて
送信する。チューブ５０４およびチューブ内の液体を透
過した超音波は超音波受信素子５０５によって受信され
電気信号に変換され、増幅回路５０６で所定のゲインで
増幅される。増幅された電気信号は、整流回路５０７に
よって整流され、透過強度レベル信号に変換されて比較
回路５０８に出力される。比較回路５０８では、入力す
る透過強度レベル信号と予めさだめたしきい値Thとを比
較し、比較結果を気泡検出信号として出力する。
【0009】すなわち、このような超音波気泡検出装置で
は、液体中に気泡が存在する場合に超音波の透過強度レ
ベルが低下することに基づいて、透過強度レベルが所定
のしきい値を下回った場合に液体中に気泡が存在するも
のとしている。
は、液体中に気泡が存在する場合に超音波の透過強度レ
ベルが低下することに基づいて、透過強度レベルが所定
のしきい値を下回った場合に液体中に気泡が存在するも
のとしている。
【0010】
【0011】さて、チューブおよび液体を透過する超音波の
強度は、実際には気泡の存在だけでなく、チューブの肉
厚や汚れ等の固定的な外部要因の相違や、周囲環境の変
化などの動的な外部要因の変動によって異なったものと
なる。たとえば、人口透析装置への適用を考えた場合、
使用されるチューブには様々な種類のものが存在する。
強度は、実際には気泡の存在だけでなく、チューブの肉
厚や汚れ等の固定的な外部要因の相違や、周囲環境の変
化などの動的な外部要因の変動によって異なったものと
なる。たとえば、人口透析装置への適用を考えた場合、
使用されるチューブには様々な種類のものが存在する。
【0012】このため、前述した従来の典型的な超音波気泡
検出装置によれば、固定的な外部要因の相違の影響が相
殺されるよう、また、検出動作中の外部要因の変動に対
して誤検出を行わないよう、オペレータが、検出動作開
始前に比較回路で用いるしきい値を試行錯誤により適正
に定めなければならないという問題があった。
検出装置によれば、固定的な外部要因の相違の影響が相
殺されるよう、また、検出動作中の外部要因の変動に対
して誤検出を行わないよう、オペレータが、検出動作開
始前に比較回路で用いるしきい値を試行錯誤により適正
に定めなければならないという問題があった。
【0013】また、動的な外部要因の変動に対して気泡を誤
検出しないようにしきい値を設定すると、透過強度レベ
ル信号のあるうるべき最大値に対して比較的大きな差を
持つ値にしきい値を定める必要があるために小さな気泡
を良好に検出できなくなってしまうという問題があっ
た。
検出しないようにしきい値を設定すると、透過強度レベ
ル信号のあるうるべき最大値に対して比較的大きな差を
持つ値にしきい値を定める必要があるために小さな気泡
を良好に検出できなくなってしまうという問題があっ
た。
【0014】そこで、本発明は、外部要因の変化によらず適
正に気泡を検出することのできる超音波検出装置を提供
することを課題とする。また、本発明は、小さな気泡で
あっても適正に検出することのできる超音波気泡検出装
置を提供することを課題とする。
正に気泡を検出することのできる超音波検出装置を提供
することを課題とする。また、本発明は、小さな気泡で
あっても適正に検出することのできる超音波気泡検出装
置を提供することを課題とする。
【0015】
【0016】前記課題達成のために、本発明は、たとえば、
液体中の気泡を超音波を用いて検出する超音波気泡検出
装置であって、液体に対して超音波信号を送信する送信
手段と、液体を透過した又は液体流路から反射した超音
波信号を受信し電気信号である受信信号に変換する受信
手段と、受信信号を増幅する増幅手段と、増幅された受
信信号を、受信信号の振幅の大きさを表す受信レベル信
号に変換する変換手段と、受信レベル信号の変化に応じ
て液体中の気泡を検出する気泡検出手段と、受信レベル
信号のレベルが一定となるように、前記増幅手段におけ
るゲインを制御する自動利得制御回路とを有することを
特徴とする超音波気泡検出装置を提供する。
液体中の気泡を超音波を用いて検出する超音波気泡検出
装置であって、液体に対して超音波信号を送信する送信
手段と、液体を透過した又は液体流路から反射した超音
波信号を受信し電気信号である受信信号に変換する受信
手段と、受信信号を増幅する増幅手段と、増幅された受
信信号を、受信信号の振幅の大きさを表す受信レベル信
号に変換する変換手段と、受信レベル信号の変化に応じ
て液体中の気泡を検出する気泡検出手段と、受信レベル
信号のレベルが一定となるように、前記増幅手段におけ
るゲインを制御する自動利得制御回路とを有することを
特徴とする超音波気泡検出装置を提供する。
【0017】このような超音波気泡検出装置によれば、チュ
ーブの肉厚や汚れ等の固定的な外部要因の相違によっ
て、受信超音波信号の受信レベルが変動しないように、
増幅手段におけるゲインを自動調節する。したがって、
いちいちオペレータが検出動作開始前に比較回路で用い
るしきい値を調整しなくとも、自動的に外部要因の相違
の影響を相殺することができる。また、検出動作中の外
部要因の変動に対しても同様に、その影響を増幅手段の
ゲインの自動調整により相殺することができる。したが
って、外部要因の相違や変動によらず適正に気泡を検出
することができるようになる。
ーブの肉厚や汚れ等の固定的な外部要因の相違によっ
て、受信超音波信号の受信レベルが変動しないように、
増幅手段におけるゲインを自動調節する。したがって、
いちいちオペレータが検出動作開始前に比較回路で用い
るしきい値を調整しなくとも、自動的に外部要因の相違
の影響を相殺することができる。また、検出動作中の外
部要因の変動に対しても同様に、その影響を増幅手段の
ゲインの自動調整により相殺することができる。したが
って、外部要因の相違や変動によらず適正に気泡を検出
することができるようになる。
【0018】また、本発明は、前記課題達成のために、液体
に対して超音波信号を送信する送信手段と、液体を透過
した又は液体流路から反射した超音波信号を受信し電気
信号である受信信号に変換する受信手段と、受信信号
を、受信信号の振幅の大きさを表す受信レベル信号に変
換する変換手段と、受信レベル信号に１未満の比率を乗
じた信号の大きさに、所定の応答特性をもって、その大
きさが追従する基準信号を生成する基準信号生成手段
と、基準信号と受信レベル信号との大小関係または差分
を検出する気泡信号検出手段とを有し、前記所定の応答
特性は、少なくとも所定レベルより小さい気泡の存在に
より受信レベル信号に現れる変化に対して有意な応答を
示さない応答特性であることを特徴とする超音波気泡検
出装置を提供する。
に対して超音波信号を送信する送信手段と、液体を透過
した又は液体流路から反射した超音波信号を受信し電気
信号である受信信号に変換する受信手段と、受信信号
を、受信信号の振幅の大きさを表す受信レベル信号に変
換する変換手段と、受信レベル信号に１未満の比率を乗
じた信号の大きさに、所定の応答特性をもって、その大
きさが追従する基準信号を生成する基準信号生成手段
と、基準信号と受信レベル信号との大小関係または差分
を検出する気泡信号検出手段とを有し、前記所定の応答
特性は、少なくとも所定レベルより小さい気泡の存在に
より受信レベル信号に現れる変化に対して有意な応答を
示さない応答特性であることを特徴とする超音波気泡検
出装置を提供する。
【0019】このような超音波気泡検出装置によれば、基準
信号の大きさは、少なくとも所定レベルより小さい気泡
の存在により受信レベル信号に現れる変化に対して有意
な応答を示さないが、全体的には受信レベル信号に１未
満の比率を乗じた信号の大きさに追従するので、基準信
号と受信レベル信号の距離が小さくなるように前記比率
を設定しても、外部要因の変動などによる受信レベル信
号の変化を気泡として誤検出することはない。そして、
このように基準信号と受信レベル信号の差を小さく設定
することにより、従来は検出できなかった小さな気泡を
確実に検出することができるようになる。.
信号の大きさは、少なくとも所定レベルより小さい気泡
の存在により受信レベル信号に現れる変化に対して有意
な応答を示さないが、全体的には受信レベル信号に１未
満の比率を乗じた信号の大きさに追従するので、基準信
号と受信レベル信号の距離が小さくなるように前記比率
を設定しても、外部要因の変動などによる受信レベル信
号の変化を気泡として誤検出することはない。そして、
このように基準信号と受信レベル信号の差を小さく設定
することにより、従来は検出できなかった小さな気泡を
確実に検出することができるようになる。.
【0020】
【0021】以下、本発明の実施形態について説明する。
【0022】図１に本実施形態に係る超音波気泡検出装置の
構成を示す。
構成を示す。
【0023】図中、２は発振回路、３は駆動回路、４は超音
波送信素子、６は超音波受信素子、７は増幅回路、８は
整流回路、９はAGC回路、１０は比較回路、１１はレベ
ル追従型比較回路、１２は検出信号演算回路である。そ
して、２０は液体が流れるチューブである。また、この
ような構成において、超音波送信素子４と超音波受信素
子６は、チューブ２０を間に挟んで対向して設けられ
る。
波送信素子、６は超音波受信素子、７は増幅回路、８は
整流回路、９はAGC回路、１０は比較回路、１１はレベ
ル追従型比較回路、１２は検出信号演算回路である。そ
して、２０は液体が流れるチューブである。また、この
ような構成において、超音波送信素子４と超音波受信素
子６は、チューブ２０を間に挟んで対向して設けられ
る。
【0024】以下、このような超音波気泡検出装置の動作に
ついて説明する。
ついて説明する。
【0025】発振回路２は数Mhzの発振信号を出力する。駆
動回路３は発振信号によって超音波送信素子４を駆動
し、超音波送信素子４からチューブ２０中の液体に向け
て超音波を送信させる。
動回路３は発振信号によって超音波送信素子４を駆動
し、超音波送信素子４からチューブ２０中の液体に向け
て超音波を送信させる。
【0026】超音波受信素子６は、チューブ２０及び液体を
透過した超音波を受信し電気信号に変換し、増幅回路７
は変換された電気信号を増幅して整流回路８に供給す
る。整流回路８は、供給された電気信号を整流し、超音
波受信素子６における受信超音波の受信強度レベルを信
号の大小で表す受信レベル信号sigを生成し、AGC回路９
と比較回路１０とレベル追従型比較回路１１とに出力す
る。なお、ここで整流回路８は検波回路に置き換えるこ
ともできる。
透過した超音波を受信し電気信号に変換し、増幅回路７
は変換された電気信号を増幅して整流回路８に供給す
る。整流回路８は、供給された電気信号を整流し、超音
波受信素子６における受信超音波の受信強度レベルを信
号の大小で表す受信レベル信号sigを生成し、AGC回路９
と比較回路１０とレベル追従型比較回路１１とに出力す
る。なお、ここで整流回路８は検波回路に置き換えるこ
ともできる。
【0027】次に、受信レベル信号sigを受け取ったAGC回路
９は、所定の時定数をもって受信レベル信号sigの全体
的なレベル（気泡が存在しない状態における振幅の大き
さ）が所定の大きさとなるように、増幅回路７のゲイン
を制御する。ただし、無信号のときに増幅回路７のゲイ
ンが過度なものにならないよう、AGC回路９は、制御す
るゲインの最大値に制限を設けている。
９は、所定の時定数をもって受信レベル信号sigの全体
的なレベル（気泡が存在しない状態における振幅の大き
さ）が所定の大きさとなるように、増幅回路７のゲイン
を制御する。ただし、無信号のときに増幅回路７のゲイ
ンが過度なものにならないよう、AGC回路９は、制御す
るゲインの最大値に制限を設けている。
【0028】このように、本実施形態では、AGC回路９によ
って、受信レベル信号sigの全体的なレベル（気泡が存
在しない状態における振幅の大きさ）が所定の大きさと
なるように、増幅回路７のゲインを制御するので、後に
比較回路１０やレベル追従型比較回路１１で気泡の検出
に使用される受信レベル信号の全体的なレベルの大きさ
を自動的に一定に保つことができる。したがって、環境
など外部要因の変化に合わせて、これが相殺されるよう
にオペレータが検出動作開始前にいちいち調整作業を行
わなくても良好に気泡の検出が行えるようになる。
って、受信レベル信号sigの全体的なレベル（気泡が存
在しない状態における振幅の大きさ）が所定の大きさと
なるように、増幅回路７のゲインを制御するので、後に
比較回路１０やレベル追従型比較回路１１で気泡の検出
に使用される受信レベル信号の全体的なレベルの大きさ
を自動的に一定に保つことができる。したがって、環境
など外部要因の変化に合わせて、これが相殺されるよう
にオペレータが検出動作開始前にいちいち調整作業を行
わなくても良好に気泡の検出が行えるようになる。
【0029】さて、受信レベル信号sigを受け取った比較回
路１０は、受信レベル信号sigと予め設定されたしきい
値Thの大小関係を比較し、比較結果を第１検出信号Det1
として出力すると共に、この第１検出信号Det1を検出信
号演算回路１２にも出力する。ここで、この比較回路１
０は、先に説明した従来の超音波気泡検出装置（図４参
照）における比較回路５０７と同じ役割を果たしてお
り、前述のように比較的大きな気泡を検出することがで
きる。
路１０は、受信レベル信号sigと予め設定されたしきい
値Thの大小関係を比較し、比較結果を第１検出信号Det1
として出力すると共に、この第１検出信号Det1を検出信
号演算回路１２にも出力する。ここで、この比較回路１
０は、先に説明した従来の超音波気泡検出装置（図４参
照）における比較回路５０７と同じ役割を果たしてお
り、前述のように比較的大きな気泡を検出することがで
きる。
【0030】また、受信レベル信号sigを受け取ったレベル
追従型比較回路１１は、受信レベル信号sigの大きさに
所定の応答特性をもって追従する基準信号refを生成
し、この基準信号refと受信レベル信号sigの大小関係を
比較し、比較結果を第２検出信号Det2として出力すると
共に、この第２検出信号Det2を検出信号演算回路１２に
も出力する。ここで、レベル追従型比較回路１１が生成
する基準信号refの受信レベル信号sigに対する応答特性
は、少なくとも小さい気泡の存在により受信レベル信号
sigに現れる比較的応答の早い小さな振幅変化に対して
有意な応答を示さないように設定されている。また、こ
こで言う小さい気泡とは、比較回路１０で検出可能な最
小の気泡の大きさ以下のものを少なくとも含む。
追従型比較回路１１は、受信レベル信号sigの大きさに
所定の応答特性をもって追従する基準信号refを生成
し、この基準信号refと受信レベル信号sigの大小関係を
比較し、比較結果を第２検出信号Det2として出力すると
共に、この第２検出信号Det2を検出信号演算回路１２に
も出力する。ここで、レベル追従型比較回路１１が生成
する基準信号refの受信レベル信号sigに対する応答特性
は、少なくとも小さい気泡の存在により受信レベル信号
sigに現れる比較的応答の早い小さな振幅変化に対して
有意な応答を示さないように設定されている。また、こ
こで言う小さい気泡とは、比較回路１０で検出可能な最
小の気泡の大きさ以下のものを少なくとも含む。
【0031】図２aに、このレベル追従型比較回路１１の構
成例を示す。
成例を示す。
【0032】図示した例は、ピークホールド回路１１１と分
圧回路１１２と比較器１１３によってレベル追従型比較
回路１１を構成した例である。ピークホールド回路１１
１の時定数は、少なくとも小さな気泡が検出される期間
に相当する時間、小さな気泡による受信レベル信号sig
の変化に対して、それ以前の受信レベル信号sigのピー
クを保持できるように設定されている。さて、このピー
クホールド回路１１１によってピークホールドされた信
号は、次に分圧回路１１２において分圧され、ピークホ
ールドされた信号に１未満の所定の比率を乗じた基準信
号refとされる。そして、比較器１１３において、この
基準信号refと受信レベル信号sigの大小関係が比較さ
れ、比較結果が第２検出信号Det2として出力される。
圧回路１１２と比較器１１３によってレベル追従型比較
回路１１を構成した例である。ピークホールド回路１１
１の時定数は、少なくとも小さな気泡が検出される期間
に相当する時間、小さな気泡による受信レベル信号sig
の変化に対して、それ以前の受信レベル信号sigのピー
クを保持できるように設定されている。さて、このピー
クホールド回路１１１によってピークホールドされた信
号は、次に分圧回路１１２において分圧され、ピークホ
ールドされた信号に１未満の所定の比率を乗じた基準信
号refとされる。そして、比較器１１３において、この
基準信号refと受信レベル信号sigの大小関係が比較さ
れ、比較結果が第２検出信号Det2として出力される。
【0033】ここで、以上のようなピークホールド回路を用
いたレベル追従型比較回路１１は、より具体的には、図
２bに示したオペアンプ１１５とコンパレータ１１９を
用いた回路で実現することができる。この回路におい
て、オペアンプ１１５とダイオード１１６とコンデンサ
１１７と抵抗１１８はピークホールド回路を構成してお
り、その時定数はコンデンサ１１７のキャパシタンスと
抵抗１１８のレジスタンスによって定まる、また、抵抗
１１８は分圧回路も構成しており、抵抗１１８の途中か
ら信号を取り出すことによりピークホールドされた信号
の分圧信号が生成される。
いたレベル追従型比較回路１１は、より具体的には、図
２bに示したオペアンプ１１５とコンパレータ１１９を
用いた回路で実現することができる。この回路におい
て、オペアンプ１１５とダイオード１１６とコンデンサ
１１７と抵抗１１８はピークホールド回路を構成してお
り、その時定数はコンデンサ１１７のキャパシタンスと
抵抗１１８のレジスタンスによって定まる、また、抵抗
１１８は分圧回路も構成しており、抵抗１１８の途中か
ら信号を取り出すことによりピークホールドされた信号
の分圧信号が生成される。
【0034】このようにピークドホールド回路１１１を用い
て基準信号refを生成するようにすることにより、受信
レベル信号sigに表れる所望のサイズ以下の気泡に対応
する負方向の暫時的な変動のみを良好にマスクすること
が可能となる。
て基準信号refを生成するようにすることにより、受信
レベル信号sigに表れる所望のサイズ以下の気泡に対応
する負方向の暫時的な変動のみを良好にマスクすること
が可能となる。
【0035】ただし、ここではピークホールド回路を用いた
レベル追従型比較回路１１を一例としてあげたが、必要
とされる検出精度などに応じて、ピークホールド回路に
代えて、小さい気泡の存在により受信レベル信号sigに
現れる比較的応答の早い小さな振幅変化に対して有意な
応答を示さない応答特性を持つ任意のサンプルホールド
回路やローパスフィルタを用いてレベル追従型比較回路
１１を構成するようにすることもできる。
レベル追従型比較回路１１を一例としてあげたが、必要
とされる検出精度などに応じて、ピークホールド回路に
代えて、小さい気泡の存在により受信レベル信号sigに
現れる比較的応答の早い小さな振幅変化に対して有意な
応答を示さない応答特性を持つ任意のサンプルホールド
回路やローパスフィルタを用いてレベル追従型比較回路
１１を構成するようにすることもできる。
【0036】図３に、このような比較回路１０およびレベル
追従型比較回路１１における気泡検出のようすを模式的
に示す。
追従型比較回路１１における気泡検出のようすを模式的
に示す。
【0037】図中において、aは受信超音波信号を表してい
る。この例では、受信超音波信号の全体的なレベル（気
泡が存在しない状態における振幅の大きさ）は時間と共
に変動している。
る。この例では、受信超音波信号の全体的なレベル（気
泡が存在しない状態における振幅の大きさ）は時間と共
に変動している。
【0038】次に、ｂは比較回路１０における気泡検出のよ
うすを模式的に示したものであり、Sigは受信された超
音波信号を整流した受信レベル信号を表し、Thはしきい
値を、Det1は第１検出信号を表している。
うすを模式的に示したものであり、Sigは受信された超
音波信号を整流した受信レベル信号を表し、Thはしきい
値を、Det1は第１検出信号を表している。
【0039】図示するように、しきい値Thは、受信超音波信
号の全体的なレベルの変動を気泡として誤検出しないよ
うに、受信レベル信号sigのあり得る最大レベルに対し
て一定の距離（受信超音波信号の全体的なレベルの変動
幅より大きい距離）をおいて設定されている。そして、
気泡Aの存在によって受信レベル信号sigがしきい値Th未
満になった期間、比較回路１０によって第１検出信号De
t1にローレベルの検出パルスが出力される。
号の全体的なレベルの変動を気泡として誤検出しないよ
うに、受信レベル信号sigのあり得る最大レベルに対し
て一定の距離（受信超音波信号の全体的なレベルの変動
幅より大きい距離）をおいて設定されている。そして、
気泡Aの存在によって受信レベル信号sigがしきい値Th未
満になった期間、比較回路１０によって第１検出信号De
t1にローレベルの検出パルスが出力される。
【0040】ここで、このようにしきい値Thは受信レベル信
号sigのあり得る最大レベルに対して一定の距離をおい
て設定されているため、図示する小さい気泡Bの存在に
よっては受信レベル信号sigはしきい値Th未満とならな
い。したがって、この比較回路１０では小さな気泡は検
出することができない。
号sigのあり得る最大レベルに対して一定の距離をおい
て設定されているため、図示する小さい気泡Bの存在に
よっては受信レベル信号sigはしきい値Th未満とならな
い。したがって、この比較回路１０では小さな気泡は検
出することができない。
【0041】次に、cはレベル追従型比較回路１１における
気泡検出のようすを模式的に示したものであり、Sigは
受信された超音波信号を整流した受信レベル信号sigを
表し、refは基準信号を、Det2は第２検出信号を表して
いる。
気泡検出のようすを模式的に示したものであり、Sigは
受信された超音波信号を整流した受信レベル信号sigを
表し、refは基準信号を、Det2は第２検出信号を表して
いる。
【0042】図示するように、基準信号refは、受信超音波
信号の全体的なレベルに追従し、この受信超音波信号の
全体的なレベルに対して一定の比率の大きさを取る信号
となる。そして、気泡A、Ｂの存在によって受信レベル
信号sigが基準信号ref未満になった期間、レベル追従型
比較回路１１によって第２検出信号Det2にローレベルの
検出パルスが出力される。
信号の全体的なレベルに追従し、この受信超音波信号の
全体的なレベルに対して一定の比率の大きさを取る信号
となる。そして、気泡A、Ｂの存在によって受信レベル
信号sigが基準信号ref未満になった期間、レベル追従型
比較回路１１によって第２検出信号Det2にローレベルの
検出パルスが出力される。
【0043】ここで、以上のように、基準信号refは、受信
超音波信号の全体的なレベルに追従するので、基準信号
refと受信レベル信号sigの距離を小さく設定しても、受
信超音波信号の全体的なレベルの変動を気泡として誤検
出することはない。そして、このように基準信号refと
受信レベル信号sigの距離を小さく設定することによ
り、比較回路１０では検出できなかった小さな気泡Ｂを
確実に検出することができるようになる。
超音波信号の全体的なレベルに追従するので、基準信号
refと受信レベル信号sigの距離を小さく設定しても、受
信超音波信号の全体的なレベルの変動を気泡として誤検
出することはない。そして、このように基準信号refと
受信レベル信号sigの距離を小さく設定することによ
り、比較回路１０では検出できなかった小さな気泡Ｂを
確実に検出することができるようになる。
【0044】ところで、受信超音波信号の全体的なレベルに
追従する信号を、そのまま基準信号refとし、受信レベ
ル信号sigに正の一定のバイアスを与えた上で、両者を
比較して小さな気泡の検出を行うことも考えられるが、
このような手法は、本実施形態の、基準信号refを受信
超音波信号の全体的なレベルに追従する信号の一定の比
率を有する信号とする手法に比べ小気泡の検出に関し精
度が劣る。なぜならば、一定のバイアスを与える手法に
よれば、基準信号refと受信超音波信号の全体的なレベ
ルの差は常に一定に保たれるが、検出すべき小気泡に対
する信号変化の大きさは、受信超音波信号の全体的なレ
ベルの変化と同様に同じ外的要因によって変化するから
である。すなわち、同じ気泡に対するものであっても、
その気泡に対する信号変化は、受信超音波信号の全体的
なレベルが小さいときには小さくなり、受信超音波信号
の全体的なレベルが大きいときには大きくなることが予
想される。したがって、基準信号refは、受信超音波信
号の全体的なレベルに追従する信号の一定の比率を有す
る信号とすることにより、受信超音波信号の全体的なレ
ベルが小さいときには受信超音波信号の全体的なレベル
と基準信号refの差が小さくなり、受信超音波信号の全
体的なレベルが大きいときには受信超音波信号の全体的
なレベルと基準信号refの差が大きくなるようにするこ
とが適切なのである。
追従する信号を、そのまま基準信号refとし、受信レベ
ル信号sigに正の一定のバイアスを与えた上で、両者を
比較して小さな気泡の検出を行うことも考えられるが、
このような手法は、本実施形態の、基準信号refを受信
超音波信号の全体的なレベルに追従する信号の一定の比
率を有する信号とする手法に比べ小気泡の検出に関し精
度が劣る。なぜならば、一定のバイアスを与える手法に
よれば、基準信号refと受信超音波信号の全体的なレベ
ルの差は常に一定に保たれるが、検出すべき小気泡に対
する信号変化の大きさは、受信超音波信号の全体的なレ
ベルの変化と同様に同じ外的要因によって変化するから
である。すなわち、同じ気泡に対するものであっても、
その気泡に対する信号変化は、受信超音波信号の全体的
なレベルが小さいときには小さくなり、受信超音波信号
の全体的なレベルが大きいときには大きくなることが予
想される。したがって、基準信号refは、受信超音波信
号の全体的なレベルに追従する信号の一定の比率を有す
る信号とすることにより、受信超音波信号の全体的なレ
ベルが小さいときには受信超音波信号の全体的なレベル
と基準信号refの差が小さくなり、受信超音波信号の全
体的なレベルが大きいときには受信超音波信号の全体的
なレベルと基準信号refの差が大きくなるようにするこ
とが適切なのである。
【0045】また、受信超音波信号の全体的なレベルの変動
をキャンセルする方法としては、キャパシタ等により受
信超音波信号の交流成分のみを取り出して処理の対象す
る方法も考えられるが、このような方法は、微分回路と
なり、比較的ノイズに弱く、急峻な信号変化に対して過
度に応答したり、大きな信号変化の影響で、その後の気
泡による小さな信号変化が埋もれてしまうなどの問題が
あり、精度の良い気泡検出の観点からはあまり望ましく
ない。
をキャンセルする方法としては、キャパシタ等により受
信超音波信号の交流成分のみを取り出して処理の対象す
る方法も考えられるが、このような方法は、微分回路と
なり、比較的ノイズに弱く、急峻な信号変化に対して過
度に応答したり、大きな信号変化の影響で、その後の気
泡による小さな信号変化が埋もれてしまうなどの問題が
あり、精度の良い気泡検出の観点からはあまり望ましく
ない。
【0046】さて、図１に戻り、検出信号演算回路１２は、
以上のように出力される第１検出信号Det1と第２検出信
号Det2に所定の演算を施して第３検出信号Det3を出力す
る。この演算の内容は必要とする第３検出信号Det3の内
容によって適宜設定する。たとえば、出力として気泡の
存在の検出のみが必要であり、気泡の大小の区別が必要
ないのであれば、検出信号演算回路１２において、第１
検出信号Det1と第２検出信号Det2とに論理和演算を施し
結果を出力するようにする。一方、逆に超音波気泡検出
装置において大きな気泡と小さな気泡の検出結果の完全
な分離が必要であれば、第１検出信号Det1に現れる大き
な気泡に対する検出パルスのタイミングを利用して、第
２検出信号Det2中に現れる大きな気泡に対する検出パル
スをマスクし、小さな気泡に対する検出パルスのみを含
む信号を出力するようにする。
以上のように出力される第１検出信号Det1と第２検出信
号Det2に所定の演算を施して第３検出信号Det3を出力す
る。この演算の内容は必要とする第３検出信号Det3の内
容によって適宜設定する。たとえば、出力として気泡の
存在の検出のみが必要であり、気泡の大小の区別が必要
ないのであれば、検出信号演算回路１２において、第１
検出信号Det1と第２検出信号Det2とに論理和演算を施し
結果を出力するようにする。一方、逆に超音波気泡検出
装置において大きな気泡と小さな気泡の検出結果の完全
な分離が必要であれば、第１検出信号Det1に現れる大き
な気泡に対する検出パルスのタイミングを利用して、第
２検出信号Det2中に現れる大きな気泡に対する検出パル
スをマスクし、小さな気泡に対する検出パルスのみを含
む信号を出力するようにする。
【0047】以上、本実施形態に係る超音波気泡検出装置に
ついて説明した。
ついて説明した。
【0048】なお、以上の実施形態では、比較回路１０６に
おいて、しきい値Thと、受信レベル信号との大小関係を
検出し、これを出力するようにしたが、これは、比較回
路１０６において、しきい値Thと受信レベル信号sigと
の差分を算出して出力するようにしてもよい。また、以
上の実施形態では、レベル追従型比較回路１１１１にお
いて、基準信号Refと、受信レベル信号との大小関係を
検出し、これを出力するようにしたが、これも同様に、
レベル追従型比較回路１１において、基準信号Refと、
受信レベル信号との差分を算出して出力するようにして
もよい。このように差分を出力するようにすることによ
り、比較回路１０６、レベル追従型比較回路１１の出力
する差分の大きさより、気泡の大きさをより細やかに算
出することが可能となる。なお、このように差分を出力
するようにするためには、たとえば、比較回路１０６
や、図２のレベル追従型比較回路１１のコンパレータ１
１９を減算回路に置き換えれば良い。
おいて、しきい値Thと、受信レベル信号との大小関係を
検出し、これを出力するようにしたが、これは、比較回
路１０６において、しきい値Thと受信レベル信号sigと
の差分を算出して出力するようにしてもよい。また、以
上の実施形態では、レベル追従型比較回路１１１１にお
いて、基準信号Refと、受信レベル信号との大小関係を
検出し、これを出力するようにしたが、これも同様に、
レベル追従型比較回路１１において、基準信号Refと、
受信レベル信号との差分を算出して出力するようにして
もよい。このように差分を出力するようにすることによ
り、比較回路１０６、レベル追従型比較回路１１の出力
する差分の大きさより、気泡の大きさをより細やかに算
出することが可能となる。なお、このように差分を出力
するようにするためには、たとえば、比較回路１０６
や、図２のレベル追従型比較回路１１のコンパレータ１
１９を減算回路に置き換えれば良い。
【0049】また、以上の実施形態では、液体を透過した超
音波を受信し、これより気泡を検出したが、本実施形態
における気泡検出の構成は液体から反射した超音波を受
信し、これより気泡を検出する場合について同様に適用
することができる。また、以上の実施形態は液体中の気
泡の検出のみならず、それ以外の被検体中の異物の検出
に適用可能である。
音波を受信し、これより気泡を検出したが、本実施形態
における気泡検出の構成は液体から反射した超音波を受
信し、これより気泡を検出する場合について同様に適用
することができる。また、以上の実施形態は液体中の気
泡の検出のみならず、それ以外の被検体中の異物の検出
に適用可能である。
【0050】また、以上の実施形態に係る超音波気泡検出装
置は、医療分野における人口透析装置や点滴装置などに
よる人体血液中への気泡混入の防止や、写真分野におけ
る現像液への気泡混入の防止や、各種プラントにおける
異常監視等に広く適用することができる。
置は、医療分野における人口透析装置や点滴装置などに
よる人体血液中への気泡混入の防止や、写真分野におけ
る現像液への気泡混入の防止や、各種プラントにおける
異常監視等に広く適用することができる。
【0051】
【0052】以上のように、本発明によれば、超音波気泡検
出装置において、外部要因の変化によらず適正に気泡を
検出することができる。また、超音波気泡検出装置にお
いて、小さな気泡であっても適正に検出することができ
る。
出装置において、外部要因の変化によらず適正に気泡を
検出することができる。また、超音波気泡検出装置にお
いて、小さな気泡であっても適正に検出することができ
る。
【図１】本発明の実施形態に係る超音波気泡検出装置の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレベル追従型比較回路
の構成例を示すブロック図である。
の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る超音波気泡検出の仕組
みを模式的に示した図である。
みを模式的に示した図である。
【図４】従来の超音波検出装置の構成を示すブロック図
である。
である。
２：発振回路、３：駆動回路、４：超音波送信素子、
６：超音波受信素子、７：増幅回路、８：整流回路、
９：AGC回路、１０：比較回路、１１：レベル追従型比
較回路、１２：検出信号演算回路、２０：チューブ、１
１１：ピークホールド回路、１１２：分圧回路、１１
３：比較器、１１５：オペアンプ、１１６：ダイオー
ド、１１７：コンデンサ、１１８：抵抗、１１９：コン
パレータ
６：超音波受信素子、７：増幅回路、８：整流回路、
９：AGC回路、１０：比較回路、１１：レベル追従型比
較回路、１２：検出信号演算回路、２０：チューブ、１
１１：ピークホールド回路、１１２：分圧回路、１１
３：比較器、１１５：オペアンプ、１１６：ダイオー
ド、１１７：コンデンサ、１１８：抵抗、１１９：コン
パレータ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2G047 AA03 BA01 BC03 BC12 CA01
EA10 GG06 GG24 GG28 GG33
GG41
5D019 FF04
Claims (4)
- 【請求項１】液体中の気泡を超音波を用いて検出する超
音波気泡検出装置であって、 液体に対して超音波信号を送信する送信手段と、 液体を透過した又は液体流路から反射した超音波信号を
受信し電気信号である受信信号に変換する受信手段と、 前記受信信号を増幅する増幅手段と、 増幅された前記受信信号を、当該受信信号の振幅の大き
さを表す受信レベル信号に変換する変換手段と、 前記受信レベル信号の変化に応じて液体中の気泡を検出
する気泡検出手段と、 前記受信レベル信号のレベルが所定のレベルとなるよう
に、前記増幅手段におけるゲインを制御する自動利得制
御回路とを有することを特徴とする超音波気泡検出装
置。 - 【請求項２】液体中の気泡を超音波を用いて検出する超
音波気泡検出装置であって、 液体に対して超音波信号を送信する送信手段と、 液体を透過した又は液体流路から反射した超音波信号を
受信し電気信号である受信信号に変換する受信手段と、 前記受信信号を、当該受信信号の振幅の大きさを表す受
信レベル信号に変換する変換手段と、 前記受信レベル信号に１未満の比率を乗じた信号の大き
さに、所定の応答特性をもって、その大きさが追従する
基準信号を生成する基準信号生成手段と、 基準信号と受信レベル信号との大小関係または差分を検
出する気泡信号検出手段とを有し、 前記所定の応答特性は、少なくとも所定レベルより小さ
い気泡の存在により受信レベル信号に現れる変化に対し
て有意な応答を示さない応答特性であることを特徴とす
る超音波気泡検出装置。 - 【請求項３】請求項２記載の超音波気泡検出装置であっ
て、 前記基準信号生成手段は、受信レベル信号または受信レ
ベル信号に比例する大きさを持つ信号を入力とするピー
クホールド回路を有し、当該ピークホールド回路の出力
信号または当該出力信号に比例する大きさを持つ信号を
前記出力信号として出力することを特徴とする超音波検
出装置。 - 【請求項４】請求項２または３記載の超音波検出装置で
あって、 受信レベル信号と所定のしきい値との大小関係または差
分を検出する第２の気泡信号検出手段を有することを特
徴とする超音波検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001202901A JP2003014703A (ja) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | 超音波気泡検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001202901A JP2003014703A (ja) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | 超音波気泡検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003014703A true JP2003014703A (ja) | 2003-01-15 |
Family
ID=19039619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001202901A Pending JP2003014703A (ja) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | 超音波気泡検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003014703A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007322139A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 導管内を流れる液体中の気泡流量の定量方法 |
| CN102539522A (zh) * | 2010-12-09 | 2012-07-04 | 株式会社东芝 | 异物检测装置及方法、液滴喷出装置及方法 |
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| JP2018044893A (ja) * | 2016-09-15 | 2018-03-22 | 株式会社ジェイ・エム・エス | 超音波センサヘッド及び該超音波センサヘッドを備える超音波検出器 |
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-
2001
- 2001-07-04 JP JP2001202901A patent/JP2003014703A/ja active Pending
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