JPH07146166A - 液位感知プローブおよび制御回路 - Google Patents

液位感知プローブおよび制御回路

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JPH07146166A
JPH07146166A JP6157500A JP15750094A JPH07146166A JP H07146166 A JPH07146166 A JP H07146166A JP 6157500 A JP6157500 A JP 6157500A JP 15750094 A JP15750094 A JP 15750094A JP H07146166 A JPH07146166 A JP H07146166A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 容器中の液体の表面に対するサンプリング・
プローブの位置を制御するための、バイオアッセイ装置
の液位センサ制御回路用の方法および装置を提供する。 【構成】 この装置は、サンプリング・プローブと、定
周波数を有する第１の出力信号を生成するためにサンプ
リング・プローブに結合された発振器回路と、第１の出
力信号を第１の基準振幅と比較し、第１の出力信号が基
準振幅に対して変化したときに変化信号を生成するため
に発振器回路に結合された比較器と、変化信号に応答し
て液体の表面に対するサンプリング・プローブの位置を
制御する制御装置とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、容器中の液体の表面を
検出する方法および装置に関し、さらに詳細には、容器
中の液体の表面を検出し、液体の表面に対するプローブ
の位置を制御するために、自動血液／血漿サンプリング
・システムで使用される方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明を適用できる自動／血液血漿サン
プリング・システムの一例は、たとえば、１９８９年１
２月１日に出願され、現在は放棄されている米国特許出
願第０７／４４３９５１号の一部継続出願である、１９
９２年２月１１日に出願された米国特許出願第０７／８
３３９５１号に記載されている。この一部継続出願の主
題は、引用によって本明細書に合体されている。貫通サ
ンプリング・プローブの一例は、１９９２年４月２７日
に出願された米国特許出願第０７／８７４３７１号で開
示されている。この出願の主題は、引用によって本明細
書に合体されている。サンプリング・プローブの他の例
は、１９９３年１月１２日に発行された米国特許第５１
７８０１９号で開示されている。この特許の主題は引用
によって本明細書に合体されている。ロボット・アーム
制御装置に関連するメモリ制御装置の一例は、本出願と
同時に出願された米国特許出願（整理番号ＯＲＴＥＫ０
０３８）で開示されている。この出願の主題は、引用に
よって本明細書に合体されている。米国特許出願第０７
／８３３９５１号、米国特許出願第０７／８７４３７１
号および前記本出願の同時出願、ならびに米国特許第５
１７８０１９号の主題はそれぞれ、本出願と同じ出願人
に譲渡されている。
【０００３】血漿や試薬などの流体サンプルをキュベッ
トの反応ウエ ルに自動的に分与する自動サンプル・ハン
ドリング・システムは既知である。そのような器具は、
凝血時間を測定し、他のバイオアッセイを自動的に実施
するための生化学分析の分野で有用である。このような
器具は、化学検定を自動的に実施するための化学検定の
分野でも有用である。血液および血漿のバイオアッセイ
を実施するための自動サンプル・ハンドリング・システ
ムは、米国特許出願第０７／４４３９５１号に記載され
ている。
【０００４】この特定のシステムでは、血液や血漿など
の流体サンプルが、試験管などの容器に格納される。該
容器は、ゴム製中隔をによって真空密封されており、試
験のために測定された量のサンプルを抜き取るには、該
中隔を貫通しなければならない。引用によって本明細書
に合体された米国特許出願第０７／８７４３７１号は、
貫通させて測定された量の液体をサンプリングするのに
適した貫通サンプリング・プローブの例を開示してい
る。
【０００５】米国特許出願第０７／４４３９５１号のシ
ステムは、サンプル分析の前に流体サンプルおよび試薬
が劣化するのを防ぐためにサンプルおよび試薬を比較的
低温で格納するために提供された温度調整ハウジングを
含む。温度調整ハウジングは通常、流体サンプルおよび
試薬を１０℃の温度に維持する。実際の分析は一般に、
標準的な人間の体温の３７℃（９８．６゜F）で実施され
る。したがって、分析の前に流体サンプルおよび試薬を
３７℃まで加熱しておく必要がある。引用によって本明
細書に合体された米国特許第５１７９０１９号は、分析
の前に流体サンプルおよび試薬を加熱しておくのに有用
なサンプル・プローブ装置を開示している。
【０００６】米国特許出願０７／４４３９５１号の貫通
サンプリング・プローブは作動時に、試薬を自動的に吸
引して分与するために試薬容器と反応キュベットとの間
でプローブを操作するロボット・アームによって上下さ
せられる。サンプルであれ試薬であれ、液体の表面は、
プローブの移動を正確に制御するために検出される。基
本的に、液体の表面は、自動血液／血漿サンプリング・
システムの本体に対するプローブのキャパシタンスの変
化を検出することによって検出される。
【０００７】米国カリフォルニア州 SunnyvaleのCAVRO
Scientific Instruments,Inc. から供給される現在入手
可能な液面感知装置は、少量の液体を正確に感知でき
ず、同時に、サンプリング・プローブを保持する可動ラ
ック・アセンブリ上に容易に取り付けるために寸法が非
常に小さくなっている。高感度のＣＡＶＲＯ液面感知装
置は、１０ｘ７５ｍｍのガラス管で試験すると、希釈度
１：１０００の１０μｌの生理食塩液を検出することが
できる。米国ネバダ州RenoのHamiltonによって製造され
ている他の液位感知装置も、少量の液体を感知せず、同
時に、サンプリング・プローブを保持する可動ラック・
アセンブリ上に取り付けるのに丁度よい寸法を有する。
本発明は、密封中隔を貫通している間でさえ、少量の液
体、たとえば、プラスチック製の３ｍｌ試薬ビン中の３
００μｌより少ない液量の食塩液の表面を確実に感知す
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、バイオアッ
セイ装置用の貫通サンプリング・プローブなどのプロー
ブが液体の表面と接触したときに液体の表面を正確に感
知する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の上記および他の
目的は、容器中の液体の表面と接触するためのサンプリ
ング・プローブと、サンプリング・プローブが液体の表
面と接触したときに振幅が変化する、定周波数を有する
第１の出力信号を生成するためにサンプリング・プロー
ブに結合された発振器回路と、第１の出力信号の振幅を
第１の基準振幅と比較して、第１の出力信号の振幅が基
準信号に対して変化したときに変化信号を生成するため
に発振器回路に結合された比較器と、変化信号に応答し
て、液体の表面に対するサンプリング・プローブの位置
を制御する制御装置とを含む、容器中の液体の表面に対
するサンプリング・プローブの位置を制御するための、
バイオアッセイ用の液位センサ制御回路を提供すること
によって達成される。
【００１０】他の態様によれば、本発明によるバイオア
ッセイ装置用の液位センサ制御回路は、第１の出力信号
に関して整流された出力信号を生成するために第１の出
力信号に結合された整流器も含み、比較器は、整流され
た出力信号の振幅を第１の基準振幅と比較して変化信号
を生成する。
【００１１】本発明のサンプリング・プローブは、密封
された容器中の液体をサンプリングするための貫通サン
プリング・プローブであってよく、サンプリングされた
液体を加熱するためのヒータを含むことができる。さら
に、発振器回路および比較器は、サンプリング・プロー
ブを保持するラック・アセンブリに取り付けることがで
きる。
【００１２】本発明の他の態様によれば、液体の表面に
対するサンプリング・プローブの位置を制御するための
液位センサ制御回路は、サンプリング・プローブが液体
の表面と接触していないときに第１の振幅を有し、サン
プリング・プローブが液体の表面と接触したときに第１
の振幅と異なる第２の振幅を有する、定周波数出力信号
を生成するためにサンプリング・プローブに結合された
発振器と、定周波数出力信号の整流された出力を生成す
るために発振器に結合された整流器回路と、フィルタさ
れた信号を生成するために、整流された出力に結合され
たフィルタと、定周波数信号の振幅が第１の振幅から第
２の振幅に変化したことを検出し、応答で変化信号を生
成するためにフィルタに結合された検出回路と、変化信
号に応答して、液体の表面に対するサンプリング・プロ
ーブの位置を制御する制御回路とを含む。液位センサ制
御回路は、発振器の利得を制御するために整流器の出力
に結合された利得回路と、定周波数出力信号の整流され
た出力を増幅するための増幅器とを含むこともできる。
【００１３】本発明の他の態様によれば、サンプリング
・プローブが液体の表面と接触したことを検出する方法
は、サンプリング・プローブが液体の表面と接触してい
ないときに第１の振幅を有し、サンプリング・プローブ
が液体の表面と接触したときに第２の振幅を有する、定
周波数発振信号を生成するステップと、定周波数信号の
振幅が第１の振幅のときに第３の振幅を有し、定周波数
信号の振幅が第２の振幅のときに第４の振幅を有するよ
うに、定周波数出力信号の出力を整流するステップと、
定周波数信号の整流された出力の振幅が第３の振幅から
第４の振幅に変化したことを検出するステップと、第３
の振幅から、サンプリング・プローブが液体の表面と接
触中であることを示す第４の振幅への変化が検出された
ことに応答して変化信号を生成するステップとを含む。
【００１４】本発明による方法はさらに、変化信号に応
答して液体の表面に対するサンプリング・プローブの位
置を制御するステップと、定周波数信号の整流された出
力が第３の振幅から第４の振幅に変化したことを検出し
たときに定周波数信号の第２の振幅を第１の振幅に戻す
ステップとを含むことができる。
【００１５】
【実施例】図１は、自動血液／血漿サンプリング・シス
テム用のプローブの実施例の概略ブロック図と、該実施
例と本発明による液体センサ回路および制御回路との関
係を示す。ロボット・アーム１０は、たとえば米国特許
出願第０７／４４３９５１号に記載されたように、試薬
を自動的に吸引して分与するために、プローブ１１を、
槽１３などの試薬容器の間でキュベット（図示せず）へ
操作する。ロボット・アーム１０は、矢印１２で示され
た方向に沿ってプローブ１１を上下させて、測定された
量の液体を液体槽１３から取り出し、あるいは該液体を
反応キュベットに分与する。一般に、プローブ１１は、
槽１３に浸して、測定された容積の試薬を吸引するため
の狭い先端１４ａを有する金属製管１４を含む。プロー
ブ１１は、尖った先端を有することによって、ゴム製中
隔で密閉された容器を貫通し、測定された量の液体を容
器から吸引するように適応することもできる。
【００１６】前述のように、ある種の応用分野では、プ
ローブが、試薬が分与されるキュベットに向かってロボ
ット・アーム１０によって移動されている間に、プロー
ブ１１中の試薬を加熱することが望ましい。このような
応用分野では、プローブ１１は任意選択のヒータ１５を
備えている。ヒータ１５は、管１４に巻き付けられ、本
体１８と共通の接地を共用する電源１７にワイヤ１６に
よって電気的に接続された、コイル・ニクロム線を含む
ことが好ましい。電源１７は、特定の応用分野の要件に
応じてＤＣ電源でもＡＣ電源でもよい。
【００１７】測定された量の試薬を槽１３から吸引する
ために、プローブ１１が試薬の表面と接触したことを検
出する必要がある。前記で論じたように、これは通常、
キャパシタンス測定装置を使用して、管１４が槽１３中
の試薬と接触したときに、本体１８で形成された接地面
に対する管１４のキャパシタンスの変化を検出すること
によって行われる。管１４は、本体１８に対する第１の
キャパシタンスＣP を提供する。任意選択のヒータ１５
を提供すると、ヒータ１５は器具本体１８と共通の接地
を有し、したがって、キャパシタンスに関して本体１８
の一部になる。したがって、任意選択のヒータ１５は管
１４に対する第２のキャパシタンスＣH を提供する。液
体槽１３は、プローブ１１と器具本体１８の間に追加キ
ャパシタンスＣL を提供する。したがって、プローブ１
１が液体の表面に接触する前は、キャパシタンス測定装
置によって測定される総キャパシタンスＣT1は次のとお
りである。
【００１８】
【数１】
【００１９】任意選択のヒータを提供すると、ＣH はゼ
ロに等しく、総キャパシタンスＣT1はＣP である。プロ
ーブ１１が液体の表面と接触した後、キャパシタンス測
定装置によって測定される総キャパシタンスＣT2は次の
とおりである。
【００２０】
【数２】
【００２１】キャパシタンス測定装置によって追加キャ
パシタンスＣL が検出されたことは、プローブ１１が容
器１３中の液体の表面と接触したことを示す。しかし、
任意選択のヒータ１５によって発生するキャパシタンス
ＣH の存在が非常に大きくてキャパシタンス測定装置が
ＣT1がＣL だけ変化したことを感知する能力が制限され
る恐れがある。
【００２２】本発明の液体センサ回路および液位センサ
制御回路は、任意選択のヒータが存在するときでもプロ
ーブとシステム本体の間のキャパシタンスの変化を確実
に感知する。そればかりでなく、本発明による液位セン
サ・システムは、密封中隔を貫通する間でさえ、プラス
チック製の３ｍｌ試薬ビン中の３００μｌより少ない液
量の食塩液の表面を確実に感知する。
【００２３】図２は、プローブ１１と、本発明による液
位センサ制御回路とを含む、ロボット・アーム１０の好
ましい実施例を全体的に示す斜視図である。プローブ１
１は、サンプリング・プローブでも、前述の米国特許出
願第０７／８７４３７１号で開示されたものなどの、医
療サンプル収集管を密封するために使用されるゴム製キ
ャップを貫通するための貫通サンプリング・プローブで
もよい。プローブ１１が貫通サンプリング・プローブの
場合、前述の米国特許出願第０７／８７４３７１号で開
示された貫通プローブに従って尖らせることが好まし
い。さらに、プローブ１１が貫通サンプリング・プロー
ブのときは、容器のキャップを貫通するときに容器中の
液体の表面を検出するように適応される。プローブ１１
は、容器１３に入ってそれ自体を液体の表面に対して正
確に位置決めする間に、血液や血漿などの、容器１３中
の導電性液体の液気界面を感知する。
【００２４】プローブ１１は、水平親ねじモータ２４に
よって駆動される親ねじ２３で水平軸２２に沿って制御
可能に移動する。プローブ１１を軸２５に沿って上下さ
せるための垂直移動は、垂直モータ２７で駆動されるギ
ア・ラック２６と、ピニオン・アセンブリ（図示せず）
とによって提供される。モータ２４および２７はそれぞ
れ、関連するモータ制御装置から受け取る信号によって
選択的に制御される。該モータ制御装置は、本発明の液
位センサ制御回路の一部である。モータ制御回路３２は
たとえば、図３の概略ブロック図に示されている。モー
タ２７は、プローブ１１が貫通プローブのときに、密封
された容器の中隔を介してプローブ１１を駆動するのに
十分なトルクを提供する。
【００２５】液位センサ制御回路３０は、図３および図
４に示されており、液気界面を感知するためにプローブ
１１に結合されている。液位センサ制御回路の一部は、
プローブ１１を２８で保持するラック・アセンブリに取
り付けられたプリント回路３０は基板上に位置する。回
路３０の他の部分は、２９で取り付けられたプリント回
路基板上に位置する。もちろん、本発明による液位セン
サ制御回路は、単一のプリント回路基板上に一緒に配置
することができる。
【００２６】マイクロコントローラ３１は、２軸アーム
制御装置であり、すなわち、マイクロコントローラ３１
および２つのモータ制御装置は、プローブ１１を保持す
るラック・アセンブリの水平位置と、液体の表面に対す
るプローブの垂直位置とを監視して制御する。マイクロ
コントローラ３１およびモータ制御装置３２は、プロー
ブ１１の位置を液体センサ回路４０から受け取る信号と
相関させ（図３および図４）、容器内の液体の高さを判
定する。フレックス・ケーブル２１は本発明による制御
システムの様々な部分間で電気信号を結合する。前述の
ように、プローブ１１には、サンプリングされた流体を
反応チャンバ中に分与する前に事前加熱しておくための
加熱コイルを取り付けることもできる。
【００２７】図３は、本発明による液体センサ回路４０
を有する液位センサ制御回路３０の概略ブロック図であ
る。プローブ１１は、定周波数発振器回路３３に結合さ
れている。発振器回路３３の定周波数出力は、発振器の
整流された出力を生成するために整流回路３４に結合さ
れている。整流器回路３４の出力は、低域フィルタ３５
に結合されており、発振器の振幅レベルを制御するため
に発振器にフィードバックされる。比較器３６も、発振
器回路３３の整流された出力の振幅変化を検出するため
に整流器回路３４の出力に結合されている。比較器３６
の出力は、振幅の変化が検出されたときに割込みパルス
を生成するために単安定マルチバイブレータ３７に結合
されている。
【００２８】割込みパルスは、プローブ１１が液体の表
面と接触したことを示し、制御回路は、分析すべき所定
の量の液体を吸引するのにプローブ１１を液体の表面か
らどれだけ下降させられるかを判定することによって応
答する。マイクロコントローラ３１は、プローブ１１の
位置を制御するための制御信号をモータ制御装置３２に
提供する。モータ制御装置３２は、適当な駆動信号をド
ライバ３８に出力することによって、マイクロコントロ
ーラ３１から出力された制御信号に応答する。モータ２
７は、ドライバ３８からの出力信号に応答してプローブ
１１を垂直に駆動する。モータ２７に関連するコード・
ホイル３９は、プローブ１１の垂直位置を監視するため
の信号をモータ制御装置３２に出力する。
【００２９】図４は、本発明による液体センサ回路４０
の細部を示す概略図である。発振器回路３３は、定周波
数で発振するようにＬ１０１、Ｃ１５３、およびＣ１５
５によって形成されたタンク回路を含むコルピッツ発振
器として構成される。タンク回路は、プローブ１１に容
量結合されている。プローブ１１は、液体センサ回路４
０への単極入力であり、発振器回路３３のタンク回路に
容量結合されている。プローブ１１が、本発明の状況で
は液体である導電材料に接触すると、プローブと、自動
血液／血漿サンプリング・システムの本体１８で形成さ
れた接地面との間のキャパシタンス増加によって、定周
波数発振器出力の振幅がわずかに小さくなる。この振幅
の変化は検出され、出力がマイクロコントローラ３１へ
の割込みを活動化する単安定マルチバイブレータをトリ
ガするために使用される。
【００３０】図４を参照すると、発振器回路３３は、そ
れぞれコルピッツ発振器３３およびエミッタ・ホロワと
して構成されたトランジスタＱ１０５およびＱ１０６を
含む。もちろん、発振器３３は、発振器の利得が制御可
能に調整できるかぎり、ピアス発振器回路構成やハート
レー発振器回路構成などの他の周知の発振器回路として
構成することができる。コルピッツ発振器のタンク回路
は、以下の数式によって与えられる定共振周波数を有す
るＬ１０１、Ｃ１５３、およびＣ１５５によって形成さ
れる。
【００３１】
【数３】
【００３２】この特定の周波数は、標準構成要素値を使
用する容量性液体感知の最適感度、すなわち、所与の最
小量の液体に対する液体センサ回路４０からの最大応答
を提供する。液体センサ回路４０の構成要素に利用可能
な空間に応じて、たとえば４００ＫＨｚないし１ＭＨｚ
の他の周波数も使用することができる。Ｑ１０５のコレ
クタで利用可能な信号は、発振器に正のフィードバック
を提供するようにＬ１０１およびＣ１５５に結合されて
いる。＋５Ｖと接地の間に結合された抵抗器Ｒ１５４お
よびＲ１４５は、トランジスタＱ１０５のベースのバイ
アス・レベルを設定する。＋５Ｖ電源とＱ１０５のコレ
クタとの間に結合された抵抗器Ｒ１５６と、Ｑ１０５の
エミッタと接地の間に結合されたＲ１５８とはそれぞ
れ、トランジスタＱ１０５のコレクタとエミッタ用のバ
イアス・レベルを設定する。エミッタ抵抗器Ｒ１５８
は、発振器のＡＣ利得も制限する。トランジスタＱ１０
５は、たとえばＴＨＰＴ３９０４などの任意の適当なト
ランジスタであってよい。
【００３３】ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１０８のドレ
ーンは、Ｑ１０５のエミッタに結合されているが、トラ
ンジスタＱ１０８のソースはキャパシタＣ１５６を介し
て接地に結合されている。トランジスタＱ１０８は、Ｃ
１５６を介してＡＣ信号をバイパスすることによって、
トランジスタＱ１０８のゲートに印加される電圧が増加
するにつれて、発振器のＡＣ利得を増加させるように作
動する。増幅器のフィードバック・ネットワーク利得お
よびオープン・ループ利得の積が１を超えると、回路５
３が発振する。トランジスタＱ１０８は、たとえば２Ｎ
７００２などの任意の適当なトランジスタであってよ
い。
【００３４】トランジスタＱ１０６は、発振器出力を緩
衝するためのエミッタ・ホロワとして構成される。トラ
ンジスタＱ１０６のベースは、トランジスタＱ１０５の
コレクタに結合されている。トランジスタＱ１０６のコ
レクタは＋５Ｖ電源に結合されているが、エミッタはエ
ミッタ抵抗器Ｒ１５５を介して接地に結合されている。
ノードＺ１０５は、トランジスタＱ１０６のエミッタに
結合されている。安定状態では、ノードＺ１０５でのＡ
Ｃ信号レベルは約１．６Ｖピーク・ピーク値である。
【００３５】整流器回路３４は、キャパシタＣ１５８
と、ダイオードＤ１１２およびＤ１１３と、バッファＵ
１２７Ｂと、増幅器Ｕ１２７Ａとを含む。キャパシタＣ
１５８は、トランジスタＱ１０６のエミッタからの発振
器信号をダイオードＤ１１２およびＤ１１３に結合す
る。ダイオードＤ１１２およびＤ１１３はそれぞれ、キ
ャパシタＣ１５８を介して結合されたＡＣ電圧を半波整
流するためのダイオードとして構成された、ＴＨＰＴ３
９０４などのトランジスタである。もちろん、Ｄ１１２
およびＤ１１３用のトランジスタの代わりにダイオード
を使用することができ、全波整流回路構成を使用するこ
ともできる。抵抗器Ｒ１５７およびキャパシタＣ１６２
は、半波整流信号をフィルタして約３５０ｍＶのＤＣレ
ベルをノードＺ１０４で提供するためにダイオードＤ１
１２およびＤ１１３に接続されている。バッファＵ１２
７Ｂは、整流された出力を緩衝する。図のように、バッ
ファＵ１２７Ｂは、単位利得用に構成されたＬＭ３５６
などの作動可能な増幅器であるが、出力が容量性負荷で
少なくとも３．７Ｖまでスイングする場合、たとえば専
用集積回路バッファやエミッタ・ホロワとして構成され
たトランジスタなど、どんな単位利得回路構成でも使用
することができる。
【００３６】バッファＵ１２７Ｂの出力は、抵抗器Ｒ１
４９を介して増幅器Ｕ１２７Ａの反転入力に接続されて
いる。増幅器Ｕ１２７Ａは、ＬＭ３５６などの集積回路
作動可能増幅器で形成しても、本発明の目的に十分な利
得帯域幅積およびＤＣオフセット性能が提供されるよう
に離散構成要素で形成してもよい。増幅器Ｕ１２７Ａの
出力は、バッファＵ１２７Ｂの出力が約−５．６だけ増
幅されるように、負のフィードバックを提供する並列に
組み合わされた抵抗器Ｒ１４６とＣ１５７を介して再び
反転入力に結合されている。抵抗器Ｒ１５２およびＲ１
５０は、約８００ｍＶの基準電圧を生成するために＋５
Ｖと接地の間に結合されている。この基準電圧は、増幅
器Ｕ１２７Ａの非反転入力に結合され、約６．６だけ増
幅される。言い換えると、Ｕ１２７Ｂからの緩衝された
出力電圧は、８００ｍＶ基準レベルと比較され、差分が
増幅される。したがって、発振器３３の整流された出力
が減少すると、Ｕ１２７Ａの出力が増加する。
【００３７】増幅器Ｕ１２７Ａの出力は、低域フィルタ
３５、Ｒ１４７、およびＣ１５９によってフィルタさ
れ、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１０８のゲートに結合
されている。トランジスタＱ１０８のゲートに印加され
るフィルタされた電圧が増加すると、ＡＣ信号が公称安
定状態レベルに戻るまで発振器のＡＣ利得が増加する。
すなわち、Ｑ１０５のエミッタでのＡＣ信号を接地に分
流し、コルピッツ発振器のループ利得を増加させる、低
域フィルタ３５の出力が増大するにつれて、トランジス
タＱ１０８の導電性が増大する。低域フィルタ３５の出
力は、サーボ機構によって発振器出力を固定レベルにす
るように働き、プローブおよびラック・システムの機械
的振動または任意選択のプローブ・ヒータの存在、ある
いはその両方によって発生する、プローブ入力での電気
インピーダンスの変化を調整する。
【００３８】低域フィルタ３５のＲ１４７およびＣ１５
９と、増幅器Ｕ１２７Ａのフィードバック・ループ中の
Ｒ１４６およびＣ１５７とによって生成されるサーボ・
ループ中のＲＣ時間定数により、Ｕ１２７Ａの出力は、
プローブ１１が導電材料と接触して発振器回路３３の定
発振周波数を変化させるときに発生する遷移を含む。こ
の振幅の遷移は比較器３６に結合されている。
【００３９】比較器３６は、比較器として構成された、
キャパシタＣ１４８と、増幅器Ｕ１２８Ｂと、増幅器Ｕ
１２８Ａとを含む。振幅の遷移は、Ｃ１４８を介して増
幅器Ｕ１２８ＢにＡＣ結合されており、該増幅器で、該
遷移はたとえば約１１だけ増幅され、増幅器Ｕ１２８Ａ
の反転入力に結合される。抵抗器ディバイダ・ネットワ
ークＲ１５９およびＲ１６０は、増幅器Ｕ１２８Ａの非
反転入力に結合された約２７５ｍＶの基準電圧を生成す
る。増幅器Ｕ１２８Ｂの出力が２７５ｍＶの基準レベル
を上回るとき、比較器として構成された増幅器Ｕ１２８
Ａの出力はローになり、単安定マルチバイブレータ３７
をトリガする。
【００４０】マルチバイブレータ３７は、液体の表面が
感知されたことを伝える、マイクロコントローラ３１の
割込み入力に結合された１０ミリ秒のパルス出力を生成
するように構成された、たとえばＬＭ５５５で形成され
る。もちろん、集積回路で形成するか、それとも離散構
成要素で形成するかにかかわらず、適切なパルスを生成
する、増幅器Ｕ１２８Ａの出力に応答するマルチバイブ
レータ回路ならどれでもマルチバイブレータ３７に使用
することができる。
【００４１】液体センサ回路４０用の＋５Ｖ電源は、任
意選択のプローブ・ヒータに電力を供給するためにも使
用される＋１５Ｖ電源から導かれる。電圧基準Ｕ１２９
は、自動血液／血漿サンプリング・システムのディジタ
ル回路によって生成される電気雑音から液体センサ回路
４０を絶縁し、擬液気界面割込み信号を発生させる＋１
５Ｖ電源上に出現させるための、安定な＋５Ｖ電源を提
供する。電圧基準Ｕ１２９はまた、プローブ・ヒータが
活動状態のときにプローブ・ヒータを＋１５Ｖ電源に断
続的に接続することによって＋１５Ｖ電源上に生成され
る電気雑音から液体センサ回路４０を絶縁する。プロー
ブ・ヒータは、さらに擬割込み信号を回避するために、
「move to liquid」コマンドが実行されたときにマイク
ロコントローラ３１によってしばらくの間ディスエーブ
ルされる。液気界面が感知された後、あるいはプローブ
１１の最大シーク距離が達成されたとき、ヒータがイネ
ーブルされる。
【００４２】液体センサ回路４０を使用して、プローブ
・アセンブリのホーム位置を見つけることもできる。プ
ローブ・アセンブリの行程の上端に、接地されたスプリ
ング・ピンを取り付ける。プローブ・アセンブリ上のポ
ストがこのピンと接触すると、発振器３３の振幅が小さ
くなり、液体センサ回路４０は割込みパルスを生成す
る。
【００４３】液体センサ回路４０は、ラック・アセンブ
リ保持プローブ１１上で図２の２８に取り付けられるよ
うに、表面取付け技術を使用して小形のアセンブリが得
られるように製造することが好ましい。しかし、本発明
による制御回路全体またはその一部は、表面取付け技術
によって製造することができ、あるいはそのために、応
用分野特有の集積回路（ＡＳＩＣ）であってよい。
【００４４】現在本発明の好ましい実施例とみなされる
ものについて説明したが、当業者には、本明細書に記載
され、添付の特許請求の範囲で定義された、本発明から
逸脱せずに、前記実施例で述べた構造、比率、および条
件に多数の変更を加えられることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】プローブと、本発明による液体センサ制御回路
との一実施例の概略ブロック図である。
【図２】プローブと、本発明による液位センサ制御回路
とを含むロボット・アームの斜視図である。
【図３】本発明による液位センサ制御回路の概略ブロッ
ク図である。
【図４】本発明による液位センサ制御回路の概略図であ
る。
【符号の説明】
１０ ロボット・アーム １１ プローブ １３ 槽 １４ 金属製管 １５ 任意選択のヒータ １７ 電源 １８ 本体 ２３ 親ねじ ２４ 親ねじモータ ２６ ギヤ・ラック ３０ 液位センサ制御回路 ３２ モータ制御装置 ４０ 液体センサ回路

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 容器中の液体の表面と接触するためのプ
    ローブと、 プローブに結合された、プローブが液体の表面と接触し
    たときに振幅が変化する、定周波数を有する第１の出力
    信号を生成するための発振器回路と、 発振器回路に結合された、第１の出力信号を第１の基準
    振幅と比較し、第１の出力信号の振幅が基準信号に対し
    て変化したときに変化信号を生成するための比較器と、 変化信号に応答して液体の表面に対するプローブの位置
    を制御するための制御装置とを備えることを特徴とす
    る、容器中の液体の表面に対するプローブの位置を制御
    するための液位センサ制御回路。
  2. 【請求項２】 さらに、第１の出力信号に結合された、
    第１の出力信号に関する整流された信号を生成するため
    の整流器を備え、比較器が、整流された出力信号を第１
    の基準振幅と比較して変化信号を生成することを特徴と
    する、請求項１に記載の液位センサ制御回路。
  3. 【請求項３】 プローブが、密封された容器のシールを
    貫通するための貫通サンプリング・プローブであり、制
    御装置が、変化信号に応答して、密封された容器中の液
    体の表面に対するプローブの位置を制御することを特徴
    とする、請求項１に記載の液位センサ制御回路。
  4. 【請求項４】 プローブが、サンプリング・プローブで
    あり、プローブと共に含まれるサンプリングされた液体
    を加熱するためのヒータを含むことを特徴とする、請求
    項１に記載の液位センサ制御回路。
  5. 【請求項５】 発振器回路および比較器が、プローブを
    保持するラック・アセンブリに取り付けられることを特
    徴とする、請求項１に記載の液位センサ制御回路。
  6. 【請求項６】 プローブに結合された、プローブが液体
    の表面と接触していないときに第１の振幅を有し、プロ
    ーブが液体の表面と接触したときに第１の振幅と異なる
    第２の振幅を有する、定周波数出力信号を生成するため
    の発振器と、 発振器に結合された、定周波数出力信号の整流された出
    力を生成するための整流器手段と、 整流された出力に結合された、フィルタされた信号を生
    成するためのフィルタと、 フィルタに結合された、定周波数信号が第１の振幅から
    第２の振幅に変化したことを検出し、応答で変化信号を
    生成するための検出器手段と、 変化信号に応答して、液体の表面に対するプローブの位
    置を制御する制御装置手段とを備えることを特徴とす
    る、液体の表面に対するプローブの位置を制御するため
    の液位センサ制御回路。
  7. 【請求項７】 さらに、整流器の出力に結合された、発
    振器の利得を制御するための利得制御回路を備えること
    を特徴とする、請求項６に記載の液位センサ制御回路。
  8. 【請求項８】 サンプリング・プローブが、密封された
    容器のシールを貫通し、密封された容器中の液体をサン
    プリングするための貫通サンプリング・プローブであ
    り、制御装置手段が、変化信号に応答して、密封された
    容器中の液体の表面に対するプローブの位置を制御する
    ことを特徴とする、請求項６に記載の液位センサ制御回
    路。
  9. 【請求項９】 プローブがサンプリング・プローブであ
    り、プローブと共に含まれるサンプリングされた液体を
    加熱するためのヒータを含むことを特徴とする、請求項
    ６に記載の液位センサ制御回路。
  10. 【請求項１０】 整流器が、定周波数出力信号の整流さ
    れた出力を増幅するための増幅器を含むことを特徴とす
    る、請求項６に記載の液位センサ制御回路。
  11. 【請求項１１】 発振器、比較器手段、フィルタ、およ
    び検出器手段が、サンプリング・プローブを保持するラ
    ック・アセンブリに取り付けられていることを特徴とす
    る、請求項６に記載の液位センサ制御回路。
  12. 【請求項１２】 プローブが液体の表面と接触していな
    いときに第１の振幅を有し、プローブが液体の表面と接
    触したときに第２の振幅を有する、定周波数発振信号を
    生成するステップと、 定周波数信号の振幅が第１の振幅のときに第３の振幅を
    有し、定周波数信号の振幅が第２の振幅のときに第４の
    振幅を有するように、定周波数出力信号の出力を整流す
    るステップと、 定周波数信号の整流された出力が第３の振幅から第４の
    振幅に変化したことを検出するステップと、 第３の振幅から、プローブが液体の表面と接触中である
    ことを示す第４の振幅への変化を検出したことに応答し
    て変化信号を生成するステップとを備えることを特徴と
    する、プローブが液体の表面と接触したことを検出する
    方法。
  13. 【請求項１３】 さらに、変化信号に応答して、液体の
    表面に対するプローブの位置を制御するステップを備え
    ることを特徴とする、請求項１２に記載の、プローブが
    液体の表面と接触したことを検出する方法。
  14. 【請求項１４】 プローブが、密封された容器中の液体
    をサンプリングするための貫通サンプリング・プローブ
    であり、さらに、密封された容器中の液体の表面に対す
    るプローブの位置を制御するステップを備えることを特
    徴とする、請求項１３に記載の、プローブが液体の表面
    と接触したことを検出する方法。
  15. 【請求項１５】 さらに、定周波数信号の整流された出
    力の振幅が第３の振幅から第４の振幅に変化したとき
    に、定周波数信号の第２の振幅を第１の振幅に戻すステ
    ップを備えることを特徴とする、請求項１２に記載の、
    プローブが液体の表面と接触したことを検出する方法。
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