JPH11319081A - Ultrasonic bubble detector, ultrasonic bubble detector and artificial dialysis device using the same - Google Patents

Ultrasonic bubble detector, ultrasonic bubble detector and artificial dialysis device using the same

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JPH11319081A
JPH11319081A JP11035478A JP3547899A JPH11319081A JP H11319081 A JPH11319081 A JP H11319081A JP 11035478 A JP11035478 A JP 11035478A JP 3547899 A JP3547899 A JP 3547899A JP H11319081 A JPH11319081 A JP H11319081A
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JP
Japan
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ultrasonic
bubble detector
liquid transport
vibrating
ultrasonic bubble
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Application number
JP11035478A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomio Kato
臣男 加藤
Harumi Tanaka
治美 田中
Yukio Tanaka
幸雄 田中
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Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】気泡がスームズに流れ、かつ、正確な気泡検出
ができる安定した気泡検出ができる超音波気泡検出器、
超音波気泡検出装置、ならびに、人工透析装置を提供す
る。 【解決手段】液体が流れる液体輸送管を挟み対向する一
対の超音波振動素子2の振動部が帯状になるようにして
液体輸送管内を通過する気泡を検出する超音波気泡検出
器1において、帯状の振動部2−aの長手方向を液体輸
送管内の液体の流れ方向に対して交差する方向に配置
し、かつ、帯状の振動部のの長さが挟持した状態での液
体輸送管の内側の幅(内径)より長く、検出器内で超音
波振動素子の振動部以外の部分が振動部の液体輸送管と
の接触面と同一面(高さ)Hで液体輸送管をする。
(57) [abstract] (with correction) [PROBLEMS] An ultrasonic bubble detector capable of performing stable bubble detection in which bubbles flow smoothly and capable of accurate bubble detection.
An ultrasonic bubble detector and an artificial dialysis device are provided. An ultrasonic bubble detector for detecting a bubble passing through a liquid transport pipe such that vibrating portions of a pair of ultrasonic vibrating elements facing each other across a liquid transport pipe through which a liquid flows is detected. Are arranged in a direction intersecting the flow direction of the liquid in the liquid transport pipe, and the inside of the liquid transport pipe in a state where the length of the belt-shaped vibrator is sandwiched. The liquid transport tube is longer than the width (inner diameter), and the portion other than the vibrating portion of the ultrasonic vibration element in the detector has the same surface (height) H as the contact surface of the vibrating portion with the liquid transport tube.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液体が流れる液体
輸送管を挟み対向する一対の超音波振動素子の挟持部の
液体輸送管内を通過する気泡を検出する超音波気泡検出
器に関し、微小気泡を安定して検出する超音波気泡検出
器、超音波気泡検出装置、ならびに、人工透析装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic bubble detector for detecting bubbles passing through a liquid transport tube at a holding portion of a pair of ultrasonic vibrating elements opposed to each other while sandwiching a liquid transport tube through which a liquid flows. The present invention relates to an ultrasonic bubble detector, an ultrasonic bubble detector, and an artificial dialysis device for stably detecting the pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術】超音波を利用した気泡検出器の原理は周
知のように、本発明の実施例を示す図2に示すように、
一方の超音波振動素子2で発信した超音波が液体輸送管
8と液体を通過して他の一方の超音波振動素子2で受信
されるようになっており、液体内に気泡がある場合は超
音波が気泡によって反射して受信する超音波の強度が減
少する現象を利用するものである。
2. Description of the Related Art As is well known, the principle of a bubble detector using ultrasonic waves is as shown in FIG. 2 showing an embodiment of the present invention.
When the ultrasonic wave transmitted from one ultrasonic vibration element 2 passes through the liquid transport pipe 8 and the liquid and is received by the other ultrasonic vibration element 2, and there is a bubble in the liquid, This utilizes a phenomenon in which the intensity of the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave reflected by the air bubble is reduced.

【0003】従来、液体が流れる液体輸送管を挟み対向
する一対の超音波振動素子の挟持部の液体輸送管内を通
過する気泡を検出する超音波気泡検出器あるいは超音波
気泡検出装置に使用される超音波振動素子は、たとえば
図9に示すような形状で、図11(A)のように使用さ
れるのが一般的である。
Conventionally, it is used for an ultrasonic bubble detector or an ultrasonic bubble detector which detects bubbles passing through a liquid transport tube at a holding portion of a pair of ultrasonic vibrating elements opposed to each other across a liquid transport tube through which a liquid flows. The ultrasonic vibration element generally has a shape as shown in FIG. 9, for example, and is used as shown in FIG.

【0004】すなわち、円板状の超音波振動部10に円
筒状の超音波伝達体9を付加した、図9に示すように液
体輸送管8と接触する部分の形状を工夫した一対の超音
波振動素子11が使用されている。図9(A)では超音
波伝達体9の先端が共に平らで、図9(B)ではやはり
共に球面状をしている。図9(C)aは球面状であるが
一方が凸型で、図9(C)bでは他方が凹型をしている
のが特徴である。
That is, a pair of ultrasonic waves in which a cylindrical ultrasonic wave transmitter 9 is added to a disk-shaped ultrasonic vibrating section 10 and the shape of a portion that comes into contact with the liquid transport pipe 8 is devised as shown in FIG. A vibration element 11 is used. In FIG. 9A, both ends of the ultrasonic transmission body 9 are flat, and in FIG. 9B, both are also spherical. FIG. 9 (c) a is spherical in shape, but one is convex, and FIG. 9 (b) is characterized in that the other is concave.

【0005】従来の方法では広い面積で超音波を授受し
ていて、超音波伝達体9の面積に対して測定対象が小さ
い微小気泡の検出は困難と考えられ、この問題を解決す
る手段として図10に示すような超音波伝達体14を付
加した超音波振動素子13が、実公平5−29717号
公報に提案されている。すなわち、超音波振動部10に
凸型の超音波伝達体14を付加し、液体輸送管8と接触
する部分を帯状にして、その長手方向を液体輸送管8内
の液体の流れ方向に対して直交する方向に配置し、超音
波が伝達される面積を小さくし、気泡による超音波の強
度が減少する割合を大きくしているのが特徴である。し
かしながら、この新たな提案を含め、従来からの超音波
気泡検出器には、以下に述べるような問題があり、これ
らの気泡検出器は主に血液チューブ内の血液に存在する
気泡検出に用いられていて、単に気泡検出器の性能上の
問題ではなく人命に関わる重大な問題である。
In the conventional method, ultrasonic waves are transmitted and received over a wide area, and it is considered difficult to detect a microbubble whose measurement object is small with respect to the area of the ultrasonic transmission body 9. As a means for solving this problem, FIG. An ultrasonic vibration element 13 to which an ultrasonic transmission body 14 as shown in FIG. 10 is added is proposed in Japanese Utility Model Publication No. 5-29717. That is, a convex ultrasonic transmitter 14 is added to the ultrasonic vibrating section 10, and a portion that comes into contact with the liquid transport pipe 8 is formed in a belt shape, and its longitudinal direction is set in the flow direction of the liquid in the liquid transport pipe 8. It is characterized in that it is arranged in the direction perpendicular to the direction, the area where the ultrasonic wave is transmitted is reduced, and the rate at which the intensity of the ultrasonic wave is reduced by the bubble is increased. However, conventional ultrasonic bubble detectors, including this new proposal, have the following problems, and these bubble detectors are mainly used for detecting bubbles present in blood in blood tubes. It is not just a performance problem of the bubble detector, but a serious problem related to human life.

【0006】1)誤動作が多い。すなわち、気泡が多い
のに検出パルスの数が少なかったり、逆に気泡がないの
に検出パルスが発生することなどが数多く報告されてい
る。
1) There are many malfunctions. That is, many reports have been made that the number of detection pulses is small even though there are many bubbles, or that a detection pulse is generated without bubbles.

【0007】2)超音波検出器および超音波検出装置の
信号処理回路などの温度変化による感度の変化があり、
温度が高くなると気泡検出が不安定になる。
2) There is a change in sensitivity due to a temperature change in the ultrasonic detector and the signal processing circuit of the ultrasonic detector,
As the temperature increases, bubble detection becomes unstable.

【0008】3)図11(A)、(B)に示すように微
小気泡を検出するために液体輸送管8を強く狭持した
り、曲げたりするために気泡がその屈曲部分に滞留した
り、気泡の挟持部の通過時間が長くなることがある。
3) As shown in FIGS. 11 (A) and 11 (B), the liquid transport tube 8 is strongly pinched to detect microbubbles, or bubbles stay at the bent portions to bend. In some cases, the passage time of the bubble through the holding portion may be long.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における上述した問題点を解決するもので、すなわち、
気泡が多いのに検出パルスの数が少なかったり、逆に気
泡がないのに検出パルスが発生することなどの誤動作を
なくすこと、超音波気泡検出器および超音波気泡検出装
置の信号処理回路などの温度変化による感度の変化はを
少なくするための対策は困難であるので、この感度変化
に対応する対策をして、温度変化に対しても安定した気
泡検出ができるようにすること、および、気泡を検出す
るために液体輸送管を強く挟持したり、曲げたりするた
めに気泡がその屈曲部分に滞留したり、気泡の狭持部の
通過時間が長くなることのないように、液体輸送管を強
く狭持しないで、気泡がスームズに流れ、かつ、正確な
気泡検出ができるようにすることが課題でこれらを検討
し問題点を解決して安定した気泡検出ができる超音波気
泡検出器とそれを使用した超音波気泡検出装置および人
工透析装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, namely,
Eliminate erroneous operations such as a small number of detection pulses even though there are many bubbles, or conversely, the generation of a detection pulse when there are no bubbles, such as an ultrasonic bubble detector and a signal processing circuit of an ultrasonic bubble detection device. Since it is difficult to take measures to reduce the change in sensitivity due to temperature change, measures must be taken to respond to this change in sensitivity so that stable air bubble detection can be performed even with temperature changes. The liquid transport tube should be so tight that the liquid transport tube is not pinched or bent in order to detect any An ultrasonic bubble detector that can stably detect bubbles by solving these problems by examining these issues is to enable bubbles to flow smoothly and to accurately detect bubbles without holding strongly. To And to provide an ultrasonic bubble detection apparatus and dialysis apparatus use.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、 (1)液体が流れる液体輸送管を挟み対向する一対の超
音波振動素子の振動部が帯状になるようにして液体輸送
管内を通過する気泡を検出する超音波気泡検出器におい
て、前記帯状の振動部の長手方向を液体輸送管内の液体
の流れ方向に対して交差する方向に配置し、かつ、前記
帯状の振動部の長さが挟持した状態での液体輸送管の内
側の幅(内径)Tより長く、上記検出器内で超音波振動
素子の振動部以外の部分が該振動部の液体輸送管との接
触面と概ね同一面(高さ)Hで液体輸送管を挟持するこ
とを特徴とする超音波気泡検出器。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following constitution. (1) In the ultrasonic bubble detector for detecting bubbles passing through the liquid transport pipe such that the vibrating portions of a pair of ultrasonic vibrating elements opposed to each other with the liquid transport pipe through which the liquid flows are formed in a belt shape, The longitudinal direction of the vibrating portion is arranged in a direction intersecting the flow direction of the liquid in the liquid transport tube, and the width (inner diameter) of the inside of the liquid transport tube in a state where the length of the band-shaped vibrating portion is sandwiched. ) It is longer than T, and the portion other than the vibrating portion of the ultrasonic vibrating element in the above-mentioned detector sandwiches the liquid transport tube on substantially the same plane (height) H as the contact surface of the vibrating portion with the liquid transport tube. Ultrasonic bubble detector featuring.

【0011】(2)前記(1)記載の超音波気泡検出器
において、一対の超音波振動素子が受、発信側とも高分
子強誘電体薄膜あるいは無機強誘電体を使用した超音波
振動素子を使用し、あるいは発信、受信のいずれかの側
に無機強誘電体を使用し、その逆の受信、発信の側に高
分子強誘電体薄膜を使用した超音波振動素子を備える超
音波気泡検出器において、振動部が平板上に略帯状に形
成された超音波振動素子であるか、あるいは超音波振動
素子の受信面または発信面として使用する側に付した超
音波伝達体の略帯状の先端である超音波振動素子である
ことを特徴とする超音波気泡検出器。
(2) In the ultrasonic bubble detector according to the above (1), a pair of ultrasonic vibrating elements receive and transmit the ultrasonic vibrating element using a polymer ferroelectric thin film or an inorganic ferroelectric on both transmitting sides. An ultrasonic bubble detector equipped with an ultrasonic vibrating element that uses an inorganic ferroelectric substance on either the transmitting or receiving side and uses a polymer ferroelectric thin film on the receiving or transmitting side. In the above, the vibrating part is an ultrasonic vibration element formed in a substantially band shape on a flat plate, or a substantially band-shaped tip of an ultrasonic transmission body attached to a side used as a reception surface or a transmission surface of the ultrasonic vibration element. An ultrasonic bubble detector, which is an ultrasonic vibration element.

【0012】(3)前記(2)に記載の超音波気泡検出
器において、超音波振動素子の受信または発信側の面に
その全体を覆う同形同面積以上の保護膜を付したことを
特徴とする超音波気泡検出器。
(3) In the ultrasonic bubble detector according to the above (2), a protective film having the same shape and the same area or more covering the entire surface of the ultrasonic vibrating element on the receiving or transmitting side is provided. Ultrasonic bubble detector.

【0013】(4)前記(3)記載の超音波気泡検出器
において、超音波振動素子の受信または発信側の面に付
した保護膜の強誘電体に接触する側に電極を形成して超
音波振動素子の1つの面の電極とすることを特徴とする
超音波気泡検出器。
(4) In the ultrasonic bubble detector according to (3), an electrode is formed on the side of the protective film attached to the receiving or transmitting side of the ultrasonic vibrating element, which is in contact with the ferroelectric substance. An ultrasonic bubble detector comprising an electrode on one surface of an ultrasonic vibration element.

【0014】(5)前記(2)〜(4)のいずれかに記
載の超音波気泡検出器において、強誘電体単独、または
保護膜を付して使用する超音波振動素子の強誘電体また
は強誘電体と保護膜とをあわせた厚みを、強誘電体また
は強誘電体と保護膜との材質によって定まる、使用する
超音波周波数における波長の概ね4分の1とすることを
特徴とする超音波気泡検出器。
(5) In the ultrasonic bubble detector according to any one of the above (2) to (4), the ferroelectric substance of the ultrasonic vibrating element used alone or with a protective film. The thickness of the combined ferroelectric and protective film is approximately one quarter of the wavelength at the ultrasonic frequency to be used, which is determined by the material of the ferroelectric or the ferroelectric and the protective film. Sonic bubble detector.

【0015】(6)前記(2)〜(5)のいずれかに記
載の超音波気泡検出器において、強誘電体を使用する超
音波振動素子の超音波を受信または発信する面と反対の
面の電極厚みを、その電極材質によって定まる、使用す
る超音波周波数における波長の概ね2分の1とすること
を特徴とする超音波気泡検出器。
(6) In the ultrasonic bubble detector according to any one of the above (2) to (5), a surface opposite to a surface of the ultrasonic vibration element using a ferroelectric material which receives or transmits ultrasonic waves. An ultrasonic bubble detector characterized in that the thickness of the electrode is approximately one half of the wavelength at the ultrasonic frequency to be used, which is determined by the electrode material.

【0016】(7)前記(1)〜(6)のいずれかに記
載の超音波気泡検出器において、音波振動素子の振動周
波数を決定するための共振用コイルとしてコアあるいは
コア周辺の充填物中にフェライトを用いることを特徴と
する超音波気泡検出器。
(7) In the ultrasonic bubble detector according to any one of the above (1) to (6), as a resonance coil for determining a vibration frequency of the acoustic vibration element, a core or a filling material around the core is used as a resonance coil. An ultrasonic bubble detector characterized in that ferrite is used for the ultrasonic bubble detector.

【0017】(8)前記(1)〜(7)のいずれかに記
載の音波気泡検出器において、コイルを使用する超音波
振動素子の共振周波数におけるコイルのQ値が1〜10
0であることを特徴とする超音波気泡検出器。
(8) In the acoustic bubble detector according to any one of (1) to (7), the Q value of the coil at the resonance frequency of the ultrasonic vibration element using the coil is 1 to 10.
An ultrasonic bubble detector characterized by being 0.

【0018】(9)前記(1)〜(8)のいずれかに記
載の音波気泡検出器において、超音波振動素子の共振周
波数におけるコンダクタンスが0.1ミリシーメンス以
上であることを特徴とする超音波気泡検出器。
(9) The ultrasonic bubble detector according to any one of (1) to (8), wherein the conductance at the resonance frequency of the ultrasonic vibration element is 0.1 milliSiemens or more. Sonic bubble detector.

【0019】(10)前記(1)〜(9)のいずれかに
記載の液体が流れる液体輸送管を挟み対向する一対の超
音波振動素子の挟持部の液体輸送管内を通過する気泡を
検出する超音波気泡検出器において、液体輸送管の材料
が高分子樹脂またはゴムであり、該液体輸送管が血液な
どが流れるチューブであることを特徴とする超音波気泡
検出器。
(10) Detecting air bubbles passing through the liquid transport pipe at the holding portion of the pair of ultrasonic vibrating elements opposed to each other with the liquid transport pipe through which the liquid flows according to any one of (1) to (9) interposed therebetween. In the ultrasonic bubble detector, the material of the liquid transport tube is a polymer resin or rubber, and the liquid transport tube is a tube through which blood or the like flows.

【0020】(11)前記(1)〜(10)のいずれか
に記載の液体が流れる液体輸送管を挟み対向する一対の
超音波振動素子の挟持部の液体輸送管内を通過する気泡
を検出する超音波気泡検出器において、液体輸送管のガ
イドの断面形状が略凹形であり、液体輸送管を狭持する
長手方向の中央部に間隙(幅)Sを有する該ガイドであ
ることを特徴とする超音波気泡検出器。
(11) Bubbles passing through the liquid transport tube of the pair of ultrasonic vibrating elements opposed to each other with the liquid transport tube according to any one of (1) to (10) interposed therebetween are detected. In the ultrasonic bubble detector, the guide of the liquid transport tube has a substantially concave cross-sectional shape, and the guide has a gap (width) S at a central portion in the longitudinal direction that sandwiches the liquid transport tube. Ultrasonic bubble detector.

【0021】(12)前記(1)〜(11)のいずれか
に記載の超音波気泡検出器において、一対の超音波振動
素子がその一方が他の一方に対して移動し、あるいはそ
の双方が互いに対して平行して移動し、液体輸送管を狭
持する機構を備えることを特徴とする超音波気泡検出
器。
(12) In the ultrasonic bubble detector according to any one of the above (1) to (11), one of the pair of ultrasonic vibrating elements moves with respect to the other, or both of them move. An ultrasonic bubble detector comprising a mechanism which moves in parallel with each other and clamps a liquid transport tube.

【0022】(13)前記(1)〜(12)のいずれか
に記載の超音波気泡検出器において、発信側の超音波振
動素子に加える電気的信号が略正弦波信号であることを
特徴とする超音波気泡検出器。
(13) In the ultrasonic bubble detector according to any one of the above (1) to (12), the electric signal applied to the ultrasonic vibration element on the transmitting side is a substantially sinusoidal signal. Ultrasonic bubble detector.

【0023】(14)前記(1)〜(13)のいずれか
に記載の超音波気泡検出器において、超音波振動素子が
受信した超音波によって得られる信号処理をする信号処
理回路の増幅回路20の出力を検波し、任意の時間保持
する信号保持時間が異なる2個の信号保持回路を有し、
保持時間の長い信号保持回路2の出力の任意の割合を基
準として、保持時間の短い信号保持回路1の出力を比較
して、2値化する電圧比較器を備えることを特徴とする
超音波気泡検出器。
(14) In the ultrasonic bubble detector according to any one of (1) to (13), an amplifier circuit 20 of a signal processing circuit for performing signal processing obtained by the ultrasonic wave received by the ultrasonic vibration element. Has two signal holding circuits with different signal holding times for detecting the output of
An ultrasonic bubble, comprising: a voltage comparator for comparing the output of the signal holding circuit 1 having a short holding time with an arbitrary ratio of the output of the signal holding circuit 2 having a long holding time as a reference and binarizing the output. Detector.

【0024】(15)チューブ内の気泡検出に前記
(1)〜(14)のいずれかに記載の超音波気泡検出器
を備えることを特徴とする超音波気泡検出装置。
(15) An ultrasonic bubble detector comprising the ultrasonic bubble detector according to any one of (1) to (14) for detecting bubbles in a tube.

【0025】(16)血液をチューブに通して人工腎臓
との間を循環させる血液ポンプを有する超音波気泡検出
装置のチューブ内の気泡検出に前記(1)〜(14)の
いずれかに記載の超音波気泡検出器を備えることを特徴
とする人工透析装置。
(16) The method for detecting bubbles in a tube of an ultrasonic bubble detector having a blood pump for circulating blood between the artificial kidney and the tube according to any one of the above (1) to (14). An artificial dialysis device comprising an ultrasonic bubble detector.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】上記の本発明に関して、理解を容
易にするため、さらに図1の高分子強誘電体薄膜を使用
した超音波振動素子と、図2、図4、図6、および図7
に示す超音波気泡検出器の実施例に基づいて以下に説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to facilitate understanding of the present invention, an ultrasonic vibration element using the polymer ferroelectric thin film shown in FIG. 1 and FIGS. 2, 4, 6 and 7
The following description is based on the embodiment of the ultrasonic bubble detector shown in FIG.

【0027】図1は高分子強誘電体薄膜を使用した超音
波振動素子の構成図(分解説明図)であり、(A)は分
解図、(B)は断面図である。
FIG. 1 is a structural view (exploded view) of an ultrasonic vibration element using a polymer ferroelectric thin film, (A) is an exploded view, and (B) is a sectional view.

【0028】図2は高分子強誘電体薄膜を使用した超音
波気泡検出器の実施例を示す構成図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of an ultrasonic bubble detector using a polymer ferroelectric thin film.

【0029】図3はマスクを付加した円筒型の超音波伝
達体を有する超音波振動素子の一例を示す構成図であ
り、(A)はマスク、(B)は円筒型の超音波伝達体を
有する超音波振動素子、(C)は組立断面図を示す。
FIGS. 3A and 3B are configuration diagrams showing an example of an ultrasonic vibration element having a cylindrical ultrasonic transmitter with a mask. FIG. 3A shows a mask, and FIG. 3B shows a cylindrical ultrasonic transmitter. (C) shows an assembled sectional view.

【0030】図4はマスクを付加した円筒型の超音波伝
達体を有する超音波振動素子を使用した超音波気泡検出
器の実施例を示す構成図である。
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of an ultrasonic bubble detector using an ultrasonic vibrating element having a cylindrical ultrasonic transmitter with a mask.

【0031】図6はマスクを付加した凸型の超音波伝達
体を有する超音波振動素子を使用した超音波気泡検出器
の実施例を示す構成図である。
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of an ultrasonic bubble detector using an ultrasonic vibration element having a convex ultrasonic transmitter with a mask.

【0032】図7は超音波気泡検出器の血液チューブの
ガイドの一例を示す構成図であり、(A)はガイドを有
する超音波気泡検出器の片方の平面図、(B)は断面図
である。
FIGS. 7A and 7B are configuration diagrams showing an example of a guide for a blood tube of an ultrasonic bubble detector. FIG. 7A is a plan view of one side of an ultrasonic bubble detector having a guide, and FIG. is there.

【0033】本発明の超音波気泡検出器を図1および図
2により説明すると、液体が流れる液体輸送管8を挟み
対向する一対の超音波振動素子2の振動部2−aが帯状
になるようにして液体輸送管8内を通過する気泡を検出
する超音波気泡検出器1において、前記振動部2−aの
長手方向を液体輸送管8内の液体の流れ方向に対して交
差する方向に配置し、かつ、帯状の振動部2−aの長さ
が挟持した状態での液体輸送管8の内側の幅(内径)T
より長く、その検出器1内で前記振動部2−a以外の部
分が前記振動部の液体輸送管8との接触面と概ね同一面
(高さ)Hで液体輸送管8を挟持することを特徴とする
ものである。振動部2−a以外の部分は、図1に示すよ
うに超音波振動素子2の表面は平坦で、この中で振動部
2−aは基板内の6−aと保護膜に形成された電極とが
対向する部分によって形成されるので振動部2−aを除
く、超音波振動素子2の表面を指す。
The ultrasonic bubble detector of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 so that the vibrating portions 2-a of a pair of ultrasonic vibrating elements 2 opposed to each other across a liquid transport pipe 8 through which liquid flows are formed in a band shape. In the ultrasonic bubble detector 1 for detecting bubbles passing through the liquid transport pipe 8, the longitudinal direction of the vibrating portion 2-a is arranged in a direction intersecting the flow direction of the liquid in the liquid transport pipe 8. And the width (inner diameter) T inside the liquid transport pipe 8 in a state where the length of the belt-shaped vibrating portion 2-a is clamped.
It is longer that a portion other than the vibrating portion 2-a in the detector 1 sandwiches the liquid transport pipe 8 on the substantially same plane (height) H as a contact surface of the vibrating portion with the liquid transport pipe 8. It is a feature. As shown in FIG. 1, the surface of the ultrasonic vibrating element 2 other than the vibrating part 2-a is flat, in which the vibrating part 2-a is formed on the substrate 6-a and the electrode formed on the protective film. Is formed by the opposing portions, and thus indicates the surface of the ultrasonic vibration element 2 excluding the vibration portion 2-a.

【0034】上記の超音波振動素子2の帯状の振動部2
−aの幅が10μm以上であり、検出する気泡の大きさ
によって任意に定める。
The belt-shaped vibrating part 2 of the ultrasonic vibration element 2
The width of -a is 10 μm or more and is arbitrarily determined according to the size of the bubble to be detected.

【0035】略帯状の幅が一対の同幅または一対の互い
の幅が異なる超音波振動素子2で構成されることが好ま
しい。
It is preferable that the pair of ultrasonic vibrating elements 2 have substantially the same band width or have a pair of widths different from each other.

【0036】また、一対の超音波振動素子が受、発信側
ともに高分子強誘電体薄膜あるいは無機強誘電体を使用
した超音波振動素子、あるいは発信、受信のいずれかの
側に無機強誘電体を使用し、その逆の受信、発信の側に
高分子強誘電体薄膜を使用した超音波振動素子を備える
超音波気泡検出器1において、振動部が平板上に略帯状
に形成された超音波振動素子であるか、あるいは超音波
振動素子の受信面または発信面として使用する側に付し
た超音波伝達体14の略帯状の先端である超音波振動素
子13である図2、図4、図6、および図7に示す超音
波気泡検出器1などを選択する。
A pair of ultrasonic vibrating elements receive and transmit an ultrasonic vibrating element using a polymer ferroelectric thin film or an inorganic ferroelectric on both transmitting and receiving sides, or an inorganic ferroelectric substance on either the transmitting or receiving side. And an ultrasonic bubble detector 1 having an ultrasonic vibrating element using a polymer ferroelectric thin film on the receiving and transmitting sides of the ultrasonic bubble detector, wherein the vibrating portion is formed in a substantially band shape on a flat plate. FIGS. 2, 4, and 4, which are vibration elements or ultrasonic vibration elements 13 which are substantially band-shaped tips of ultrasonic transmission bodies 14 attached to a side used as a reception surface or a transmission surface of the ultrasonic vibration element. 6 and the ultrasonic bubble detector 1 shown in FIG.

【0037】これらの超音波気泡検出器1の、例えば、
図1の超音波振動素子2の受信側または発信側の面にそ
の全体を覆う同形同面積以上の保護膜5を付す。
For example, these ultrasonic bubble detectors 1
A protective film 5 having the same shape and the same area or more covering the entire surface of the ultrasonic vibration element 2 shown in FIG.

【0038】その保護膜5の強誘電体4に接触する側に
電極を形成して超音波振動素子2の1つの面の電極と
し、強誘電体4単独の厚み、あるいは強誘電体4と保護
膜5とをあわせた厚みを、使用する超音波振動素子2の
強誘電体4または強誘電体4と保護膜5との材質によっ
て定まる、使用する超音波周波数における波長の概ね4
分の1とし、あるいは、超音波を受信または発信する面
の反対の面の電極厚みを、使用する電極材質によって定
まる、使用する超音波周波数における波長の概ね2分の
1にして感度の高い超音波の受発信ができるようにする
ことが好ましい。
An electrode is formed on the side of the protective film 5 which is in contact with the ferroelectric 4, and is used as an electrode on one surface of the ultrasonic vibrating element 2, so that the thickness of the ferroelectric 4 alone or the ferroelectric 4 and the protection The combined thickness of the film 5 and the ferroelectric material 4 of the ultrasonic vibration element 2 to be used or the material of the ferroelectric material 4 and the protective film 5 is approximately 4 wavelengths at the ultrasonic frequency to be used.
An electrode having a high sensitivity is obtained by reducing the thickness of the electrode on the surface opposite to the surface receiving or transmitting the ultrasonic wave to about one half of the wavelength at the ultrasonic frequency used, which is determined by the electrode material used. It is preferable that sound waves can be transmitted and received.

【0039】ノイズが少なく感度の高い超音波の受発信
のために超音波振動素子2の振動周波数を決定するため
の共振用コイルとしてコアあるいはコア周辺の充填物中
にフェライトを用いすることが好ましい。ただし、図3
〜図6の超音波振動素子の図中ではコイル7は省略して
図示していない。
It is preferable to use ferrite in the core or in the filling around the core as a resonance coil for determining the vibration frequency of the ultrasonic vibration element 2 for transmitting and receiving ultrasonic waves with low noise and high sensitivity. . However, FIG.
6, the coil 7 is not shown in the drawings of the ultrasonic vibration element.

【0040】その共振周波数におけるコイル7のQ値が
1〜100で、超音波振動素子2のコンダクタンスが
0.1ミリシーメンス以上であるとなお良く、また、素
子の容量やコイルのインダクタンスを超音波振動素子2
が使われる温度近辺で測定して組み合わせて共振周波数
を決定すると安定した測定を行うことができる。
It is more preferable that the Q value of the coil 7 at the resonance frequency is 1 to 100 and the conductance of the ultrasonic vibrating element 2 is 0.1 millisiemens or more. Vibration element 2
When the resonance frequency is determined by measuring near the temperature where is used and combining them, stable measurement can be performed.

【0041】安定した微小気泡検出のために液体輸送管
8の材料に高分子樹脂またはゴムのチューブを使用し、
その液体輸送管8のガイド15の断面形状が図7に示す
ごとく略凹形(図7(B)の液体輸送管8を囲っている
部分、2個のガイド15で上下から囲っている)である
ことが好ましく、より好ましくは、液体輸送管8を狭持
する長手方向の中央部に間隙(幅)Sを有するガイド1
5であることである。
A polymer resin or rubber tube is used for the material of the liquid transport tube 8 for stable detection of microbubbles.
The cross-sectional shape of the guide 15 of the liquid transport pipe 8 is substantially concave as shown in FIG. 7 (a portion surrounding the liquid transport pipe 8 in FIG. 7B, which is surrounded by two guides 15 from above and below). Preferably, the guide 1 has a gap (width) S at the center in the longitudinal direction that sandwiches the liquid transport pipe 8.
It is five.

【0042】ガイド15は液体輸送管8が超音波振動素
子2の振動部2−aに対して直交し、かつ、狭持したと
きの液体輸送管8が振動部2−aに接触し、その内径が
長手方向の振動部2−a内に収まるように超音波振動素
子2の上側、振動部2-aのある側に設置される。
The guide 15 is arranged so that the liquid transport pipe 8 is perpendicular to the vibrating part 2-a of the ultrasonic vibration element 2 and the liquid transport pipe 8 when held is in contact with the vibrating part 2-a. It is installed on the upper side of the ultrasonic vibrating element 2 and on the side where the vibrating part 2-a is located so that the inner diameter falls within the vibrating part 2-a in the longitudinal direction.

【0043】なお、安定して液体輸送管8を狭持するた
めには、超音波振動素子2がその一方が他の一方に対し
て移動し、あるいはその双方が互いに対して平行して移
動し、液体輸送管8を狭持する機構を備えることが重要
である。
In order to stably hold the liquid transport pipe 8, one of the ultrasonic vibrating elements 2 moves with respect to the other, or both move in parallel with each other. It is important to provide a mechanism for holding the liquid transport pipe 8.

【0044】図8は信号処理回路の一例を示す構成図で
ある。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of the signal processing circuit.

【0045】雰囲気温度の変化による超音波検出器1の
感度の変動に対して安定した微小気泡検出のために、図
8に示す信号処理回路の増幅回路20の出力を検波し、
任意の時間保持する信号保持時間が異なる2個の信号保
持回路22、23を有し、信号保持時間が長い23の信
号保持回路2の出力の任意の割合を基準として保持時間
の短い信号22の保持回路1の出力を比較して、2値化
する電圧比較器24を備え、また、高調波による電磁波
を外部にできる限り漏らさないように、発信側の超音波
振動素子2に加える電気的信号を略正弦波信号とする正
弦波発信回路26を備える。
For stable detection of microbubbles against fluctuations in sensitivity of the ultrasonic detector 1 due to changes in the ambient temperature, the output of the amplifier circuit 20 of the signal processing circuit shown in FIG.
It has two signal holding circuits 22 and 23 having different signal holding times for holding for an arbitrary time, and the signal holding circuit 22 having a short holding time with reference to an arbitrary ratio of the output of the signal holding circuit 2 having a long signal holding time. An electrical signal to be applied to the transmitting-side ultrasonic vibrating element 2 so as to compare the output of the holding circuit 1 and binarize the voltage, and to prevent electromagnetic waves due to harmonics from leaking to the outside as much as possible. Is provided with a sinusoidal wave transmitting circuit 26 which makes the signal a substantially sinusoidal signal.

【0046】このように主に血液をチューブに通して人
工腎臓と人体との間に循環させる血液ポンプを有する超
音波気泡検出装置のチューブ内の気泡検出に前述超音波
気泡検出器1を提供し、前述信号処理回路を備える超音
波気泡検出装置を提供し、さらに、これを使用した人工
透析装置を提供する。
As described above, the ultrasonic bubble detector 1 is provided for detecting bubbles in a tube of an ultrasonic bubble detector having a blood pump for circulating blood mainly between the artificial kidney and the human body through a tube. And an ultrasonic bubble detecting device provided with the above-described signal processing circuit, and further provides an artificial dialysis device using the same.

【0047】以下、さらに本発明の実施形態について説
明する。なお、超音波気泡検出器1を1部品として使用
する超音波気泡検出装置および人工透析装置については
従来より使用されているものが適用可能であり、説明を
省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be further described. As the ultrasonic bubble detector and the artificial dialysis device using the ultrasonic bubble detector 1 as one component, those conventionally used can be applied, and the description will be omitted.

【0048】本発明の超音波気泡検出器1は、人工透析
装置に付属する人工腎臓へ血液を人体から導き、血液ポ
ンプによって再び人体へ輸送する液体輸送管(血液回
路:血液チューフ゛)8中の気泡を監視、検出して警報
を発するように使用されるものに好適に実施できるもの
であるが、誤動作は人体への影響が大きいため、本発明
は、いかにして、誤動作なく安定した微小な気泡検出が
できるのかとの観点で検討をしたものである。
The ultrasonic bubble detector 1 according to the present invention introduces blood from a human body to an artificial kidney attached to an artificial dialysis apparatus, and transports the blood again to the human body by a blood pump (blood circuit: blood tube # 8). It can be suitably implemented for those that are used to monitor and detect bubbles and issue an alarm.However, since malfunctions have a large effect on the human body, the present invention relates to a method for stabilizing small This study was conducted from the viewpoint of whether bubbles can be detected.

【0049】気泡検出器1の原理は周知のように、図2
に示すごとく、一方の超音波振動素子2で発信した超音
波(一般的には1〜5MHzを使用)が液体輸送管(以
下、血液チューブと称する)8と液体を通過して他の一
方の超音波振動素子2で受信し、液体内に気泡がある場
合は超音波が気泡によって反射して、受信する超音波の
強度が減少する現象を利用するものである。従って、微
小な気泡を検出するために、気泡による超音波強度の減
少の割合が大きくなるように、できる限り細い帯状の面
で超音波を授受する構成が好ましい。
As is well known, the principle of the bubble detector 1 is shown in FIG.
As shown in (1), an ultrasonic wave (generally using 1 to 5 MHz) transmitted from one ultrasonic vibration element 2 passes through a liquid transport tube (hereinafter, referred to as a blood tube) 8 and a liquid, and the other one. When there is a bubble in the liquid received by the ultrasonic vibrating element 2, the ultrasonic wave is reflected by the bubble to utilize a phenomenon that the intensity of the received ultrasonic wave is reduced. Therefore, in order to detect minute bubbles, it is preferable to transmit and receive the ultrasonic waves on the narrowest possible band-like surface so that the rate of decrease in the ultrasonic intensity due to the bubbles increases.

【0050】これを実現するのには次のような幾つかの
方法がある。すなわち、 (1)図1、図2および図7に示す超音波振動素子2の
素材として強誘電体薄膜、特に高分子強誘電体薄膜4を
使用する場合に、強誘電体の表裏に電極の位置が重なり
一致した部分のみが振動部2−aとなるので、超音波の
受発信する部分は電極6−aを必要とする形状に形成す
ればよく、自由度がかなり高いので微小気泡検出のため
に帯状の受信面または発信面を形成するのは容易であ
る。
There are several methods for realizing this. (1) When a ferroelectric thin film, particularly a polymer ferroelectric thin film 4 is used as a material of the ultrasonic vibration element 2 shown in FIGS. 1, 2 and 7, electrodes are provided on both sides of the ferroelectric. Only the portion where the position overlaps and coincides becomes the vibrating portion 2-a, and the portion for transmitting and receiving the ultrasonic wave may be formed in a shape that requires the electrode 6-a. Therefore, it is easy to form a band-shaped reception surface or transmission surface.

【0051】用途にもよるが、気泡検出の精度が要求さ
れる場合には振動部の電極6−aの幅を狭く形成する。
一般的には0.1mm単位であるが、μm単位(10μ
m以上)での電極形成も可能である。また、振動部の電
極6−aの幅が異なる受発信をする超音波振動素子2使
用の構成が容易にできる。
Although it depends on the application, if the accuracy of bubble detection is required, the width of the electrode 6-a of the vibrating part is formed narrow.
Generally, the unit is 0.1 mm, but the unit is μm (10 μm).
m or more) is also possible. In addition, it is possible to easily use the ultrasonic vibration element 2 that performs transmission / reception with different widths of the electrodes 6-a of the vibrating portion.

【0052】また、高分子強誘電体薄膜4はその略帯状
の受信面または発信面の全体を覆う同形同面積以上の保
護膜5を付すのであるが、この保護膜5の強誘電体に接
触する側に電極を形成して超音波振動素子の1方の面の
シールド電極を兼ねた電極とする。すなわちシールド用
電極6−bと同電位となる。特にこのシールド用電極の
素材としては銅を使用すると電磁波のシールド効果が高
い。
Further, the polymer ferroelectric thin film 4 is provided with a protective film 5 having the same shape and the same area or more covering the entire band-shaped receiving surface or transmitting surface. An electrode is formed on the contacting side to form an electrode which also serves as a shield electrode on one surface of the ultrasonic vibration element. That is, it has the same potential as the shield electrode 6-b. In particular, when copper is used as a material of the shielding electrode, the shielding effect of electromagnetic waves is high.

【0053】そして、強誘電体4または強誘電体4と保
護膜5とをあわせた厚みを、使用する強誘電体4と保護
膜5との材質によって定まる、使用する超音波周波数に
おける波長の概ね4分の1として、受信面または発信面
が音波の腹部になるようにすると、超音波の受発信の強
度を高める効果があるので好ましい。
The thickness of the ferroelectric material 4 or the total thickness of the ferroelectric material 4 and the protective film 5 is determined by the material of the ferroelectric material 4 and the protective film 5 to be used. It is preferable that the receiving surface or the transmitting surface be the abdomen of the sound wave as a quarter, because it has the effect of increasing the intensity of the transmission and reception of the ultrasonic wave.

【0054】なお、保護膜5の材質としては、ポリエス
テル、ポリイミドなどの強度が高いプラスティックの薄
膜を使用することが好ましい。これは使用される血液チ
ューブ8や、血液と密度がほぼ同じで音の浸透度合いの
指標とされる音響インピーダンスが小さく、音の減衰が
小さくなる効果があるからである。
As the material of the protective film 5, it is preferable to use a high-strength plastic thin film such as polyester or polyimide. This is because the density of the blood tube 8 used is almost the same as that of the blood tube and the acoustic impedance, which is an index of the degree of sound penetration, is small, and the sound attenuation is reduced.

【0055】さらに、超音波振動素子2からの音の漏れ
を減少させるために、超音波を受信または発信する面の
反対の面の電極厚みを、使用する電極材質によって定ま
る、使用する超音波周波数における波長の概ね2分の1
にすることが好ましい。
Further, in order to reduce the leakage of sound from the ultrasonic vibration element 2, the thickness of the electrode on the surface opposite to the surface for receiving or transmitting the ultrasonic wave is determined by the material of the electrode to be used. About one-half wavelength at
Is preferable.

【0056】実際には保護膜5や電極の厚みは計算値に
近い厚みの市販の素材を使う。このことによって感度が
多少変わるが、誤動作を引き起こす要因にはならない。
In practice, a commercially available material having a thickness close to the calculated value is used for the protective film 5 and the electrode. This slightly changes the sensitivity, but does not cause a malfunction.

【0057】(2)一方、図3から図6に示す超音波振
動素子11、13の素材として無機系強誘電体を使用す
る場合(平板状の超音波振動素子2の素材として無機系
強誘電体を使用する場合は振動部の電極6−aの部分に
ほぼ同型の無機系強誘電体を接続する。この時は高分子
強誘電体薄膜4は使用しない。ハイブリッド超音波振動
素子として無機系強誘電体と高分子強誘電体薄膜4とを
張り合わせて使う場合もあるがここでは詳述しない)、
一般的に、血液チューブ8や血液との密度がかなり異な
り、音響インピーダンスが大きなため、プラスティック
製の超音波伝達体9、14を付加して音響インピーダン
スを下げる。ただし、発信強度が強かったり、受信感度
が高い場合には超音波伝達体9、14にプラスティック
を使用しなかったり、超音波伝達体9、14を付加しな
いことがある。
(2) On the other hand, when an inorganic ferroelectric material is used as the material of the ultrasonic vibrating elements 11 and 13 shown in FIGS. 3 to 6 (the inorganic ferroelectric material is used as the material of the flat ultrasonic vibrating element 2). When a body is used, an inorganic ferroelectric material of substantially the same type is connected to the electrode 6-a of the vibrating part, and the polymer ferroelectric thin film 4 is not used at this time. In some cases, the ferroelectric and the polymer ferroelectric thin film 4 are used together, but will not be described in detail here).
Generally, since the density of the blood tube 8 and the blood is significantly different from each other and the acoustic impedance is large, the acoustic impedance is reduced by adding plastic ultrasonic transmitters 9 and 14. However, when the transmission intensity is high or the reception sensitivity is high, the ultrasonic transmitters 9 and 14 may not use plastic or may not add the ultrasonic transmitters 9 and 14.

【0058】そして、図11(A)に示すように、従来
と同じように血液チューブ8を単に狭持するのみである
と、微小気泡を検出するために血液チューブ8を強く狭
持したり、曲げたりするために、気泡がその屈曲部分に
滞留したり、気泡の狭持部の通過時間が長くなることが
ある。
As shown in FIG. 11 (A), if the blood tube 8 is merely held in the same manner as in the prior art, the blood tube 8 may be strongly held to detect microbubbles. Due to the bending, the air bubbles may stay at the bent portion or the air bubbles may pass through the holding portion for a long time.

【0059】このことは図1、図2に示すように、強誘
電体薄膜、特に高分子強誘電体薄膜4を使用の平板上に
振動部2−aが形成される超音波振動素子2では問題と
ならない。
This is because, as shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic vibrating element 2 in which the vibrating portion 2-a is formed on a flat plate using a ferroelectric thin film, particularly a polymer ferroelectric thin film 4, is used. No problem.

【0060】従って、図9や図10に示すような従来の
型の超音波振動子11、13を使用する超音波気泡検出
器1ではそのようなことがないように、本発明では図
3、図4に示すように、 (2−1)超音波振動子の素材が有機、無機であること
を問わず、円筒型の超音波伝達体9を有する超音波振動
素子11を使用する場合は、血液チューブ8をしたとき
に、血液チューブ8の長手方向に直交して帯状に振動部
としての超音波伝達体9が血液チューブ8に接触するよ
うに略帯状の隙間を有するマスク12を介する。この振
動部の長さは狭持した状態で血液チューブ8の内側の幅
(内径)Tより長く、その検出器1内で超音波振動素子
11の振動部以外の部分が超音波振動素子11の狭持部
分の振動部の血液チューブ8との接触面と概ね同一面
(高さ)Hで血液チューブ8を狭持する。
Accordingly, in order to prevent such a problem in the ultrasonic bubble detector 1 using the conventional ultrasonic transducers 11 and 13 as shown in FIGS. As shown in FIG. 4, (2-1) regardless of whether the material of the ultrasonic transducer is organic or inorganic, when using the ultrasonic transducer 11 having the cylindrical ultrasonic transmitter 9, When the blood tube 8 is used, an ultrasonic transmission body 9 as a vibrating portion in a band shape orthogonal to the longitudinal direction of the blood tube 8 is passed through a mask 12 having a substantially band-shaped gap so as to contact the blood tube 8. The length of the vibrating part is longer than the inner width (inner diameter) T of the blood tube 8 in the sandwiched state, and the portion other than the vibrating part of the ultrasonic vibrating element 11 in the detector 1 The blood tube 8 is held on the same surface (height) H as the contact surface of the vibrating portion of the holding portion with the blood tube 8.

【0061】(2−2)また、図5、図6に示すよう
に、超音波振動子の素材が有機、無機であることを問わ
ず、実公平5−29717号公報に示すような凸型の振
動部としての超音波伝達体14を有する超音波振動素子
13を使用する場合は、前記したのと同様に、血液チュ
ーブ8を狭持したときに、血液チューブ8の長手方向に
直交して帯状に超音波伝達体14が血液チューブ8に接
触し、その検出器1内で超音波振動素子13の振動部以
外の部分が超音波振動素子13の狭持部分の振動部の血
液チューブ8との接触面と概ね同一面(高さ)Hで血液
チューブ8を狭持するように、隙間を有するマスク12
を介する。
(2-2) As shown in FIGS. 5 and 6, regardless of whether the material of the ultrasonic vibrator is organic or inorganic, a convex type as shown in Japanese Utility Model Publication No. 5-29717 is used. When the ultrasonic vibrating element 13 having the ultrasonic transmitting body 14 as the vibrating portion is used, similarly to the above, when the blood tube 8 is held, The ultrasonic transmitter 14 comes into contact with the blood tube 8 in a belt shape, and the portion other than the vibrating portion of the ultrasonic vibrating element 13 in the detector 1 is connected to the blood tube 8 of the vibrating portion of the holding portion of the ultrasonic vibrating element 13. The mask 12 having a gap so that the blood tube 8 is clamped on the same plane (height) H as the contact surface of the mask 12
Through.

【0062】以上、本発明の超音波振動素子2、11,
13の形状を説明したが、次に誤動作に関連する素子の
構成と信号処理について説明する。
As described above, the ultrasonic vibration elements 2, 11, and
The shape of the thirteenth element has been described. Next, the structure and signal processing of elements related to malfunction will be described.

【0063】一般的には、超音波気泡検出器は1MHz
以上の超音波を使用していて、その電磁波の漏れが問題
であると同時に、外部からの電磁波の侵入も問題で、こ
れが誤動作の要因の1つとなっている。
Generally, an ultrasonic bubble detector is 1 MHz.
The above-described ultrasonic waves are used, and the leakage of the electromagnetic waves is a problem, and at the same time, the penetration of the electromagnetic waves from the outside is also a problem, which is one of the causes of malfunction.

【0064】本発明者らが、市販の超音波気泡検出器に
ついて電磁波の漏れの程度を検討したところ、血液チュ
ーブ8に液体が無い状態での受信信号が液体の満たされ
ているときの約20%以上あることが判った。このこと
は超音波振動素子を帯状にして感度を向上させても、常
に20%もの信号が存在し、気泡検出による信号減衰の
割合を少なくし、外部からの電磁波の侵入により信号が
揺らぐ可能性が高く、誤動作を引き起こしやすいことを
示している。
The present inventors have examined the degree of leakage of electromagnetic waves with respect to a commercially available ultrasonic bubble detector. %. This means that even if the sensitivity is improved by making the ultrasonic vibrating element band-shaped, there is always as much as 20% of the signal, the rate of signal attenuation due to bubble detection is reduced, and the signal may fluctuate due to the penetration of electromagnetic waves from the outside. Indicates that malfunctions are likely to occur.

【0065】これに対して本発明では、共振用のコイル
7を付加して、そのコアあるいはコア周辺の充填物中に
フェライトを用いたコイル7を用いることによって、血
液チューブ8に液体が無い状態での受信信号が液体の満
たされているときの0.3%以下(殆ど、超音波の周波
数成分はなく、測定のためのプローブに乗った商用電源
の周波数成分のみであった)になった。
On the other hand, in the present invention, by adding the coil 7 for resonance and using the coil 7 using ferrite in the core or the filling around the core, the blood tube 8 has no liquid. Received signal at 0.3% or less when liquid was full (almost no frequency component of ultrasonic wave, only frequency component of commercial power supply on probe for measurement) .

【0066】つまり、これまでの円筒状の超音波伝達体
9を付加した図9に示す従来の超音波振動素子11で
も、電磁波の漏れと外部からの電磁波の侵入がなければ
SN比が高い信号を得ることができる。つまり、信号処
理の仕方によっては本発明と同等程度の微小気泡の検出
が可能であることを示している。ただし、感度が小さい
ため、本発明の超音波振動素子11の如き構成にして感
度を向上させて使用する方が信号処理が簡易になると考
えられる。
That is, even in the conventional ultrasonic vibration element 11 shown in FIG. 9 to which the conventional cylindrical ultrasonic wave transmitter 9 is added, a signal having a high SN ratio is obtained if there is no leakage of electromagnetic waves and no invasion of electromagnetic waves from the outside. Can be obtained. In other words, this indicates that the detection of microbubbles equivalent to that of the present invention is possible depending on the method of signal processing. However, since the sensitivity is low, it is considered that the signal processing is simplified by using the configuration like the ultrasonic vibration element 11 of the present invention and improving the sensitivity.

【0067】なお、コイル7を使用しない場合であって
も、超音波振動素子11の周辺にフェライトを含む充填
剤などを使用することによって電磁波ノイズの送受信を
大幅に減少させることができる。
Even when the coil 7 is not used, the transmission and reception of electromagnetic noise can be greatly reduced by using a filler containing ferrite around the ultrasonic vibration element 11.

【0068】また、超音波の送受信の必要な感度を得る
ためには、使用する周波数でのコイル7のQ値は1〜1
00が適切で、超音波振動素子として共振周波数でのコ
ンダクタンスが0.1ミリシーメンス以上であることが
適切である。もちろん、この範囲以外であっても使用で
きることはいうまでもない。
In order to obtain the required sensitivity for transmitting and receiving ultrasonic waves, the Q value of the coil 7 at the frequency to be used is 1 to 1
00 is appropriate, and the conductance at the resonance frequency of the ultrasonic vibration element is suitably 0.1 milliSiemens or more. Of course, it goes without saying that it can be used outside of this range.

【0069】また、別の誤動作の要因としては超音波振
動素子の共振周波数、図8に示す信号処理回路の増幅回
路20の増幅率などの温度依存性、つまり、超音波検出
器の感度の温度依存性があり、この感度が温度によって
大きく変化すれば、気泡検出のパルスを発生させる電圧
比較器の動作が不安定になって誤動作することになる。
高温での気泡検出が不安定になるのはこのためであると
考えられる。
Another cause of malfunction is temperature dependence of the resonance frequency of the ultrasonic vibration element, the amplification factor of the amplifier circuit 20 of the signal processing circuit shown in FIG. 8, that is, the temperature of the sensitivity of the ultrasonic detector. If the sensitivity greatly changes depending on the temperature, the operation of the voltage comparator for generating the bubble detection pulse becomes unstable and malfunctions.
This is considered to be the reason why bubble detection at high temperature becomes unstable.

【0070】これに対して、増幅回路20の出力を検波
し、任意の時間保持する信号保持時間が異なる2個の信
号保持回路22、23を有し、保持時間の長い信号保持
回路2 23の出力の任意の割合を基準として、保持時
間の短い信号保持回路1 22の出力を比較して、2値
化する電圧比較器を備えることにより保持時間が短い信
号保持回路1 22の気泡による信号低下を検出してパ
ルスを発生させると超音波検出器の感度に温度依存性が
あっても常に一定の比率でパルス発生のレベル(閾値)
が決まるので安定した気泡検出ができる。
On the other hand, there are two signal holding circuits 22 and 23 which detect the output of the amplifying circuit 20 and hold the signal for an arbitrary time and have different signal holding times. The output of the signal holding circuit 122 having a short holding time is compared with an arbitrary ratio of the output, and the output of the signal holding circuit 122 having a short holding time is provided. The pulse generation level (threshold) is always kept at a constant ratio even if the sensitivity of the ultrasonic detector has temperature dependency
Is determined, so that stable bubble detection can be performed.

【0071】この方式では他の感度変化要因で、例え
ば、2個の超音波振動素子の位置関係が互いにずれて感
度が低下した場合でも安定した気泡検出ができる。
In this method, stable bubble detection can be performed even when the sensitivity is lowered due to other factors of sensitivity change, for example, the positional relationship between the two ultrasonic transducers is shifted from each other.

【0072】本発明の信号保持回路22、23は一次遅
れ回路で検波回路21を組み合わせた包絡線回路として
採用した。他にも検波回路21の有無は別として移動平
均回路(一次遅れ回路を含む)やホールド回路なども信
号保持回路として使用できる。また、デジタル方式かア
ナログ方式かは必要に応じて採用すれば良い。
The signal holding circuits 22 and 23 of the present invention are primary delay circuits and are employed as envelope circuits in which the detection circuit 21 is combined. Apart from the presence or absence of the detection circuit 21, a moving average circuit (including a first-order delay circuit) and a hold circuit can also be used as the signal holding circuit. In addition, a digital system or an analog system may be adopted as needed.

【0073】また、この他にも超音波振動素子の容量や
コイルのインダクタンスを超音波振動素子が使われる温
度近辺で測定して組み合わせて共振周波数を決定すると
共振周波数の変動をが少ない、安定した測定を行うこと
ができる。
In addition, when the resonance frequency is determined by measuring and combining the capacitance of the ultrasonic vibrating element and the inductance of the coil near the temperature at which the ultrasonic vibrating element is used, fluctuation of the resonance frequency is small and stable. A measurement can be made.

【0074】なお、周知のようにパルスや矩形波はその
電磁波強度が基本周波数に対して高調波でも同程度の強
度を有することが知られている。近年、医療機器の誤動
作要因として注目されている高周波(30〜300MH
z)の電磁波が発生し、外部に漏れやすい。本発明では
この対策として高周波の電磁波を外部にできる限り漏ら
さないように発信側の超音波振動素子に加える電気的信
号を略正弦波信号を発生する正弦波発振回路26を備え
ている。
As is well known, it is known that a pulse or a rectangular wave has the same electromagnetic wave intensity as that of a fundamental frequency even at a higher harmonic. In recent years, high-frequency (30 to 300 MH), which is attracting attention as a cause of malfunction of medical equipment,
The electromagnetic wave z) is generated and easily leaks to the outside. In the present invention, as a countermeasure, a sine wave oscillating circuit 26 is provided which generates a substantially sine wave signal of an electric signal applied to the transmitting-side ultrasonic vibrating element so that high-frequency electromagnetic waves are not leaked to the outside as much as possible.

【0075】次に血液チューブ8の材質や形状である
が、材質についてはシリコンチューブのように、超音波
振動素子の血液チューブ8に接触する面の材質に近い密
度を有する音響インピーダンスが小さくなるものが好ま
しい。また、形状については血液チューブ8に歪みを与
えたり、そのチューブを咬み込まないようにするため、
図7に示すように、気泡検出器の血液チューブのガイド
15を凹形に形成し、より望ましくは、液体輸送管を狭
持する長手方向の中央部に間隙(幅)Sを有するガイド
とし、また、血液チューブ8を安定して狭持するために
超音波振動素子2、12、13に対して平行して移動
し、血液チューブを狭持する機構を備えている。
Next, regarding the material and shape of the blood tube 8, the material is such that the acoustic impedance having a density close to the material of the surface of the ultrasonic vibrating element in contact with the blood tube 8, such as a silicon tube, is small. Is preferred. In addition, regarding the shape, in order not to distort the blood tube 8 or to bite the tube,
As shown in FIG. 7, the guide 15 of the blood tube of the bubble detector is formed in a concave shape, and more preferably, a guide having a gap (width) S at a central portion in the longitudinal direction for holding the liquid transport tube, Further, in order to stably hold the blood tube 8, there is provided a mechanism that moves in parallel with the ultrasonic vibration elements 2, 12, and 13 to hold the blood tube.

【0076】また、信号処理回路を気泡検出装置の一部
として説明してきたが、気泡検出器内に信号処理回路の
発振回路、増幅回路20と電圧比較器を内蔵させて、電
源を供給し、気泡検出パルスを出力する構成でも上述の
ような安定した気泡検出が可能である。
Although the signal processing circuit has been described as a part of the bubble detector, the oscillation circuit of the signal processing circuit, the amplifying circuit 20 and the voltage comparator are built in the bubble detector to supply power. Even in a configuration that outputs a bubble detection pulse, stable bubble detection as described above can be performed.

【0077】[0077]

【実施例】実施例 図1〜図7および図8を用いて実施例を説明する。Embodiment An embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7 and FIG.

【0078】はじめに、図1を用いて超音波振動素子2
から説明する。ガラスエポキシ樹脂などで成形した基板
3の一方の面に帯状(2mm×9.6mm)の電極6−
aと基準電位(0V)の電極を兼ねたシールド用電極6
−bとを形成した。
First, referring to FIG.
It will be explained first. A band-shaped (2 mm × 9.6 mm) electrode 6 is formed on one surface of the substrate 3 formed of glass epoxy resin or the like.
a and a shielding electrode 6 serving as a reference potential (0 V) electrode
-B.

【0079】これらの電極には銅箔を用いているがその
厚みは超音波振動素子からの音の漏れを減少させるため
に使用する超音波(周波数:5MHz)の銅箔内での波
長の2分の1の200μmにした。
Although copper foil is used for these electrodes, the thickness of the electrode is two times the wavelength of the ultrasonic wave (frequency: 5 MHz) used in the copper foil to reduce the leakage of sound from the ultrasonic vibration element. It was reduced to 1/200 μm.

【0080】そして、これらの電極面に約40μmの高
分子強誘電体薄膜4をエポキシ系接着剤を用いて貼り、
更にその上から一方の面に保護膜(銅薄膜(蒸着膜な
ど))5を形成した約80μmの゛カプトン”(デュポ
ン社登録商標)(ポリイミド)フィルムを銅薄膜が高分
子強誘電体薄膜4に接触するようにエポキシ系接着剤を
用いて貼りつけた。この高分子強誘電体薄膜4と保護膜
5の厚みの合計は約120μmで使用する素材中での超
音波の1/4波長に相当する。
Then, a polymer ferroelectric thin film 4 of about 40 μm was attached to these electrode surfaces using an epoxy adhesive.
Further, an approximately 80 μm “Kapton” (registered trademark of DuPont) (polyimide) film having a protective film (a copper thin film (evaporation film, etc.)) 5 formed on one surface from above is used as the copper ferroelectric thin film 4. The total thickness of the polymer ferroelectric thin film 4 and the protective film 5 is about 120 μm, which is about 1 / wavelength of the ultrasonic wave in the material used. Equivalent to.

【0081】高分子強誘電体としては弗化ビニリデンと
3弗化エチレンの共重合体を用いたが特に種類は選ばな
い。エポキシ系接着剤も同様に特に種類は選ばないし、
基板3上への高分子強誘電体の直接塗布や銅の直接蒸着
など他の方法でも電極と高分子強誘電体薄膜4および保
護膜5が十分に密着していればよい。
As the polymer ferroelectric, a copolymer of vinylidene fluoride and ethylene trifluoride was used, but the type is not particularly limited. Similarly, no particular type of epoxy adhesive is selected,
Other methods such as direct application of a polymer ferroelectric on the substrate 3 or direct evaporation of copper may be sufficient as long as the electrode and the polymer ferroelectric thin film 4 and the protective film 5 are sufficiently adhered.

【0082】次に基板3の他方の面には一方の面の振動
部2−aにあたる電極6−aがスルーホールで連結さ
れ、また、シールド用電極6−bもスルーホールで連結
して形成して有る。ここで電極とコアあるいはコア周辺
の充填物中にフェライトを用いたコイル7とハンダ付け
をして連結させ、超音波振動素子2を構成した。
Next, an electrode 6-a corresponding to the vibrating portion 2-a of one surface is connected to the other surface of the substrate 3 by a through-hole, and a shield electrode 6-b is also connected by a through-hole. Yes. Here, the electrode and the core or the coil 7 using ferrite in the filling around the core were connected by soldering to form the ultrasonic vibration element 2.

【0083】このコイル7の単独のQ値は共振周波数で
47で、また、上記のように構成された超音波振動素子
2のコンダクタンスは3ミリシーメンスであった。この
値は気泡検出器の使用温度の30℃で測定したものであ
る。
The independent Q value of the coil 7 was 47 at the resonance frequency, and the conductance of the ultrasonic vibration element 2 configured as described above was 3 milliSiemens. This value is measured at the operating temperature of the bubble detector of 30 ° C.

【0084】次に図8により信号処理回路について説明
する。この実施例では基本的な使用周波数域以下で一定
の増幅率を有する増幅回路20を採用した。そして、こ
こで増幅された信号を検波し、信号保持時間が異なる2
個の信号保持回路22、23に入力し信号保持時間が長
い23の信号保持回路2の出力の任意の割合を基準とし
て電圧比較器の比較電圧を設定し、もう一方の保持時間
の短い22の信号保持回路1の出力を比較して、2値化
する電圧比較を備える。一方の短い22の信号保持回路
1の出力が他方の長い23の信号保持回路2の任意の一
定比率の値以下になると検出パルスを発生する。この方
法は超音波振動素子および信号処理回路の温度依存性に
よる感度の変化に対して安定した電圧比較ができる特徴
がある。
Next, the signal processing circuit will be described with reference to FIG. In this embodiment, an amplifying circuit 20 having a constant gain below the basic operating frequency range is employed. Then, the amplified signal is detected, and the signal holding time is changed to 2
The reference voltage of the voltage comparator is set with reference to an arbitrary ratio of the output of the signal holding circuit 2 having a long signal holding time to the signal holding circuits 22 and 23 having a long signal holding time. A voltage comparison for comparing the output of the signal holding circuit 1 and binarizing the output is provided. When the output of one short 22 signal holding circuit 1 becomes equal to or less than an arbitrary fixed ratio value of the other long 23 signal holding circuit 2, a detection pulse is generated. This method is characterized in that a stable voltage comparison can be made with respect to a change in sensitivity due to temperature dependence of the ultrasonic vibration element and the signal processing circuit.

【0085】ここで実施した信号保持回路22、23に
は一次遅れ回路を使用し、検波回路21と組み合わせて
包絡線回路とした。他にも種々な回路構成があるので全
体的な構成をみて適切な回路を採用すればよい。
The signal holding circuits 22 and 23 used here are primary delay circuits, and are combined with the detection circuit 21 to form an envelope circuit. Since there are various other circuit configurations, an appropriate circuit may be adopted in view of the overall configuration.

【0086】しかし、使用する環境により温度変化によ
る感度の変化の影響が少ない場合や感度の影響も検討す
る場合には一般的な電圧比較回路24を使用すればよ
い。
However, a general voltage comparison circuit 24 may be used when the influence of the change in sensitivity due to temperature change is small or the influence of the sensitivity is examined depending on the use environment.

【0087】この他の実施例の図3〜図6の図中には共
振用コイル7を図示していないがコイル7は超音波振動
素子10から信号処理回路の増幅回路20までのできる
だけ超音波振動素子10に近いところで接続する。
Although the resonance coil 7 is not shown in FIGS. 3 to 6 of the other embodiments, the coil 7 is connected to the ultrasonic vibration element 10 to the amplification circuit 20 of the signal processing circuit as much as possible. Connect near the vibrating element 10.

【0088】平板状でない超音波振動素子11、13に
係る実施例として、その検出器内で該超音波振動素子1
1、13の振動部とする以外の部分が該振動部としての
部分の血液チューブ8との接触面と概ね同一面(高さ)
Hで血液チューブ8を狭持し、従来のように微小気泡を
検出するために血液チューブ8を強く狭持したり、曲げ
たりして気泡がその屈曲部分に滞留したりすることがな
いようにする工夫である。
As an embodiment relating to the ultrasonic vibrating elements 11 and 13 which are not in the form of a flat plate, the ultrasonic vibrating element 1
The portions other than the oscillating portions 1 and 13 are substantially flush with the contact surface of the portion as the oscillating portion with the blood tube 8 (height).
The blood tube 8 is pinched with H, and the blood tube 8 is not strongly pinched or bent to detect microbubbles as in the related art so that the bubbles do not stay in the bent portion. It is a device to do.

【0089】その1として、図3、図4に示す従来から
の超音波伝達体9を付加した超音波振動素子11を使用
した超音波気泡検出器1で血液チューブ8を狭持したと
きに血液チューブ8の長手方向に直交して帯状に超音波
振動素子11の超音波伝達体9が血液チューブ8に接触
するために隙間を有するマスク12を設け、これによ
り、帯状に接触するの超音波振動素子11の長さは狭持
した状態で血液チューブ8の内側の幅(内径)Tより長
く、その超音波気泡検出器1内で血液チューブ8に接触
する超音波振動素子11の振動部とする以外の部分が該
振動部の血液チューブ8との接触面と概ね同一面(高
さ)Hで血液チューブ8を狭持した。
As one of them, when the blood tube 8 is clamped by the ultrasonic bubble detector 1 using the conventional ultrasonic vibration element 11 to which the ultrasonic transmitter 9 shown in FIGS. 3 and 4 is added. A mask 12 having a gap so that the ultrasonic transmitter 9 of the ultrasonic vibration element 11 comes into contact with the blood tube 8 in a band shape orthogonal to the longitudinal direction of the tube 8 is provided. The length of the element 11 is longer than the inner width (inner diameter) T of the blood tube 8 in a sandwiched state, and serves as a vibrating portion of the ultrasonic vibration element 11 that contacts the blood tube 8 in the ultrasonic bubble detector 1. The other part of the vibrating part held the blood tube 8 on substantially the same plane (height) H as the contact surface with the blood tube 8.

【0090】その2として、図5、図6に示す凸型の振
動部としての超音波伝達体14を有する超音波振動素子
13を使用する場合は前記と同様に血液チューブ8を狭
持したときに、血液チューブ8の長手方向に直交して帯
状の振動部としての超音波伝達体14が血液チューブ8
に接触し、その検出器1内で超音波振動素子13以外の
部分が超音波振動素子13の狭持部分の血液チューブ8
との接触面と概ね同一面(高さ)Hで血液チューブ8を
隙間を有するマスク12を介して狭持した。
Second, when the ultrasonic vibrating element 13 having the ultrasonic transmitting body 14 as the convex vibrating portion shown in FIGS. 5 and 6 is used, the blood tube 8 is held in the same manner as described above. In addition, the ultrasonic transmission body 14 as a band-shaped vibrating section orthogonal to the longitudinal direction of the blood tube 8
And the portion other than the ultrasonic vibration element 13 in the detector 1 is the blood tube 8 of the holding portion of the ultrasonic vibration element 13.
The blood tube 8 was sandwiched by a mask 12 having a gap on the substantially same surface (height) H as the contact surface with the blood tube.

【0091】そして、超音波気泡検出器1の検出感度を
高める素材、形状に関しては超音波振動素子2、11、
13と接触する血液チューブ(液体輸送管)8の素材は
液体(血液)と密度がほぼ同じの高分子樹脂(シリコ
ン、ポリテトラフロロエチレン、ポリエチレンなど)を
使用した。
The materials and shapes for improving the detection sensitivity of the ultrasonic bubble detector 1 are related to the ultrasonic vibration elements 2, 11,
The material of the blood tube (liquid transport tube) 8 that comes into contact with 13 was a polymer resin (silicon, polytetrafluoroethylene, polyethylene, or the like) having a density almost the same as that of the liquid (blood).

【0092】そして、発信した超音波が血液チューブ8
内の液体全体に超音波が通るように図7に示すように超
音波気泡検出器1内に血液チューブ8のガイド15を凹
形に形成し、血液チューブ8を狭持する長手方向の中央
部に間隙(幅)S:9mmを有するガイドを使用して、
このチューブの歪みや咬みこみを無くし、さらに、安定
して液体輸送管を狭持するために超音波振動素子2がそ
の一方が他の一方に対して移動し、あるいはその双方が
互いに対して平行して移動し、液体輸送管を狭持する機
構を備えた。超音波素子11、13に対しても同様な機
構を備える。比較例実施例と図10に示すような超音波
気泡検出器を含め、図9に示すような従来の超音波気泡
検出器をそれぞれ図7、図11(B)、図11(A)の
ごとく血液チューブ8を狭持して比較すると次のような
性能上の、機能上の違いが明らかになった。
Then, the transmitted ultrasonic wave is transmitted to the blood tube 8.
As shown in FIG. 7, a guide 15 of a blood tube 8 is formed in a concave shape in the ultrasonic bubble detector 1 so that the ultrasonic wave passes through the entire liquid therein, and a central portion in a longitudinal direction for holding the blood tube 8 therebetween. Using a guide having a gap (width) S: 9 mm
In order to eliminate the distortion and biting of the tube and to stably hold the liquid transport tube, one of the ultrasonic vibration elements 2 moves with respect to the other, or both of them move in parallel with each other. And a mechanism for holding the liquid transport pipe. A similar mechanism is provided for the ultrasonic elements 11 and 13. Conventional ultrasonic bubble detectors as shown in FIG. 9 including the comparative example and the ultrasonic bubble detector as shown in FIG. 10 are respectively shown in FIGS. 7, 11B and 11A. When the blood tubes 8 were clamped and compared, the following performance and functional differences became apparent.

【0093】A)従来の図9、図10の超音波気泡検出
器では静電シールド以外の対策がなく、超音波の漏れと
外部からの電磁波の受信により血液チューブを挟み液体
がない場合と液体を満たした場合の受信信号の振幅比は
小さい場合は18:100で大きな場合は40:100
以上であった。一方、本発明では大きく見て0.3:1
00であった。
A) The conventional ultrasonic bubble detectors shown in FIGS. 9 and 10 have no countermeasures other than the electrostatic shield, and there is no liquid between the blood tube due to the leakage of the ultrasonic wave and the reception of the electromagnetic wave from the outside. Is satisfied, the amplitude ratio of the received signal is 18: 100 when the ratio is small, and 40: 100 when the ratio is large.
That was all. On the other hand, in the present invention, 0.3: 1
00.

【0094】B)検出できる気泡径は図10の超音波振
動素子を用いた従来の超音波気泡検出器では0.5mm
が下限で、0.5mmを含め、それ以下では超音波気泡
検出器内の血液チューブを気泡が通過しているが気泡が
検出できなかったり、検出器内で血液チューブに滞り検
出できなかった。一方、本発明では気泡径が約0.35
mmで十分に検出できた。
B) The bubble diameter which can be detected is 0.5 mm in the conventional ultrasonic bubble detector using the ultrasonic vibration element shown in FIG.
At the lower limit, including 0.5 mm, and below that, air bubbles passed through the blood tube in the ultrasonic bubble detector, but the air bubble could not be detected, or the blood tube could not be detected in the blood tube in the detector. On the other hand, in the present invention, the bubble diameter is about 0.35.
mm.

【0095】C)人工透析装置に組み入れた超音波気泡
検出器の環境試験では従来の超音波気泡検出器の感度が
高い製品と本発明の比較をした。5〜20℃では従来の
超音波気泡検出器と本発明はともに安定した気泡検出し
ているが40℃では従来の超音波気泡検出器では微小気
泡は検出されたり、しなかったりの不安定な検出をする
ようになった。
C) In an environmental test of an ultrasonic bubble detector incorporated in an artificial dialysis device, a product having high sensitivity of a conventional ultrasonic bubble detector was compared with the present invention. At 5 to 20 ° C., both the conventional ultrasonic bubble detector and the present invention detect stable bubbles. However, at 40 ° C., the conventional ultrasonic bubble detector detects or does not detect microbubbles, which is unstable. Detect now.

【0096】一方、本発明は安定して動作していて0.
5mm径以下の気泡でも電圧比較器の比較電圧を変更す
ることにより検出可能であった。
On the other hand, the present invention operates stably,
Even bubbles having a diameter of 5 mm or less could be detected by changing the comparison voltage of the voltage comparator.

【0097】[0097]

【発明の効果】本発明の超音波気泡検出器1の超音波振
動素子2、11、13は振動周波数を決定するための共
振用コイルにコアあるいはコア周辺の充填物中にフェラ
イトを用いたコイル7を採用したことにより電磁波の漏
れがなく、外部からの受信した電磁波の影響が少ないの
で電磁波の授受による感度低下がなく、高周波の電磁波
を外部にできる限り漏らさないように発信側の超音波振
動素子に加える電気的信号を略正弦波信号を発生する正
弦波発振回路26を備えているので高周波数の電磁波の
発生が少なく、また、増幅された信号を検波し、任意の
時間保持する信号保持時間が異なる2個の信号保持回路
に入力し信号保持時間が長い信号保持回路2の出力の任
意の割合を基準として、電圧比較器の比較電圧を設定
し、もう一方の短い信号保持回路1 22の出力が任意
の一定比率の値以下になると検出パルスを発生する2値
化する電圧比較回路24を構成したことにより、温度変
化による超音波授受の感度変化による不安定な気泡検出
がなくなり、その検出器内で超音波振動素子2、11、
13の振動部以外の部分がこの超音波振動素子2、1
1、13の挟持部分の血液チューブ8との接触面と概ね
同一面(高さ)Hで血液チューブ8を狭持するため、平
板状の超音波振動素子2やマスク12−aを使った超音
波伝達体9、14を付加した超音波振動素子11、13
を用い、かつ、超音波気泡検出器1内に血液チューブ8
のガイド15を凹形に形成し血液チューブ8を狭持する
長手方向の中央部に間隙を設け、さらに、安定して血液
チューブ8を狭持するために超音波振動素子2、11、
13がその一方が他の一方に対して移動し、あるいはそ
の双方が互いに対して平行して移動し、これまでの一般
的に使用されてきたハサミ様の狭持構造で生じていた血
液チューブ8の歪みや咬みこみが無くなり、、血液チュ
ーブ8と音波振動素子2、11、13の振動部との接触
不良もなくなり、血液チューブ8を強く押したり、曲げ
たりしないで気泡をスムーズに通過させ、安定な気泡検
出をなくすことができた。
The ultrasonic vibrating elements 2, 11 and 13 of the ultrasonic bubble detector 1 according to the present invention have a resonance coil for determining a vibration frequency and a coil using ferrite in a core or a filling material around the core. The use of 7 eliminates the leakage of electromagnetic waves and minimizes the effect of electromagnetic waves received from outside, so there is no sensitivity reduction due to the transmission and reception of electromagnetic waves, and ultrasonic vibration on the transmitting side so that high-frequency electromagnetic waves are not leaked to the outside as much as possible. Since a sine wave oscillating circuit 26 for generating a substantially sine wave signal is provided for an electric signal to be applied to the element, generation of high frequency electromagnetic waves is reduced, and an amplified signal is detected and held for an arbitrary time. The comparison voltage of the voltage comparator is set on the basis of an arbitrary ratio of the output of the signal holding circuit 2 which is input to two signal holding circuits having different time and has a long signal holding time, and the other short is set. When the output of the signal holding circuit 122 becomes equal to or less than an arbitrary fixed ratio, the voltage comparison circuit 24 generates a detection pulse and generates a detection pulse. The detection is lost, and the ultrasonic vibration elements 2, 11, and
13 is a part other than the vibrating part.
In order to hold the blood tube 8 on the same surface (height) H as the contact surface of the holding portions 1 and 13 with the blood tube 8, a supersonic wave using the flat ultrasonic vibration element 2 or the mask 12-a is used. Ultrasonic vibrating elements 11, 13 to which sound wave transmitting bodies 9, 14 are added
And the blood tube 8 in the ultrasonic bubble detector 1
The guide 15 is formed in a concave shape, and a gap is provided at a central portion in the longitudinal direction for holding the blood tube 8, and further, in order to stably hold the blood tube 8, the ultrasonic vibrating elements 2, 11,.
13 is a blood tube 8 which has been moved in one of the movements of the other, or both of them in parallel with respect to each other, and which has arisen in the scissors-like clamping structure which has been commonly used in the past. The blood tube 8 and the vibrating parts of the sound wave vibrating elements 2, 11, and 13 are no longer in poor contact with each other. Stable bubble detection was eliminated.

【0098】これらの本発明により、気泡検出の誤動作
がなく、安定した超音波気泡検出器、超音波気泡検出装
置および人工透析装置が提供できた。また、誤動作要因
が明らかになり、気泡検出のようなパルス出力ではなく
連続した変化の測定も可能になり、温度変化が大きな雰
囲気で連続した測定をしたい場合には信号保持時間が異
なる2個の信号保持回路を有した信号処理回路を利用す
ることによって可能になり、前記超音波気泡検出器を備
える超音波気泡検出装置として、医療用のみでなく、紡
糸工程での給油管内の気泡や液体輸送管内の液体中の異
物検出、密度変化測定など幅広い分野に提供することが
可能になった。
According to the present invention, a stable ultrasonic bubble detector, an ultrasonic bubble detector and an artificial dialysis apparatus can be provided without malfunction of bubble detection. In addition, the cause of the malfunction becomes clear, and continuous change can be measured instead of pulse output such as bubble detection. If continuous measurement is desired in an atmosphere having a large temperature change, two signals having different signal holding times are required. This is made possible by using a signal processing circuit having a signal holding circuit, and as an ultrasonic bubble detector including the ultrasonic bubble detector, not only for medical use, but also for bubbles and liquid transport in an oil supply pipe in a spinning process. It can be used in a wide range of fields such as detection of foreign matter in liquid in a pipe and measurement of density change.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】高分子強誘電体薄膜を使用した超音波振動素子
の構成図(分解説明図)であり、(A)は分解図、
(B)は断面図である。
FIG. 1 is a configuration diagram (exploded explanatory view) of an ultrasonic vibration element using a polymer ferroelectric thin film, (A) is an exploded view,
(B) is a sectional view.

【図2】高分子強誘電体薄膜を使用した超音波気泡検出
器の実施例を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of an ultrasonic bubble detector using a polymer ferroelectric thin film.

【図3】マスクを付加した円筒型の超音波伝達体を有す
る超音波振動素子の構成図であり、(A)はマスク、
(B)は円筒型の超音波伝達体を有する超音波振動素
子、(C)は組立断面図を示す。
FIG. 3 is a configuration diagram of an ultrasonic vibration element having a cylindrical ultrasonic transmission body to which a mask is added.
(B) shows an ultrasonic vibration element having a cylindrical ultrasonic transmitter, and (C) shows an assembled sectional view.

【図4】マスクを付加した円筒型の超音波伝達体を有す
る超音波振動素子を使用した超音波気泡検出器の実施例
を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an embodiment of an ultrasonic bubble detector using an ultrasonic vibration element having a cylindrical ultrasonic transmitter with a mask.

【図5】マスクを付加した従来の凸型超音波伝達体を有
する超音波振動素子の構成図であり、(A)はマスク、
(B)は凸型の超音波伝達体を有する超音波振動素子、
(C)は組立断面図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of an ultrasonic vibration element having a conventional convex ultrasonic transmission body to which a mask is added.
(B) is an ultrasonic vibration element having a convex ultrasonic transmitter,
(C) is an assembly sectional view.

【図6】マスクを付加した凸型の超音波伝達体を有する
超音波振動素子を使用した超音波気泡検出器の実施例を
示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing an embodiment of an ultrasonic bubble detector using an ultrasonic vibration element having a convex ultrasonic transmitter with a mask.

【図7】超音波気泡検出器の血液チューブのガイドの一
例を示す構成図であり、(A)はガイドを有する超音波
気泡検出器の片方の平面図、(B)は断面図である。
FIGS. 7A and 7B are configuration diagrams showing an example of a blood tube guide of the ultrasonic bubble detector. FIG. 7A is a plan view of one of the ultrasonic bubble detectors having the guide, and FIG. 7B is a cross-sectional view.

【図8】信号処理回路の構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a signal processing circuit.

【図9】従来の円筒型の超音波伝達体を有する超音波振
動素子の構成図であり、(A)は円筒型の超音波伝達体
の先端が平らな超音波振動素子、(B)は円筒型の超音
波伝達体の先端が球面状をした超音波振動素子、(C)
−aは円筒型の超音波伝達体の先端が球面状で凸型の超
音波振動素子、(C)−bは円筒型の超音波伝達体の先
端が球面状で凹型の超音波振動素子を示す。
9A and 9B are configuration diagrams of a conventional ultrasonic transducer having a cylindrical ultrasonic transmitter, wherein FIG. 9A is an ultrasonic transducer having a cylindrical ultrasonic transmitter having a flat tip, and FIG. Ultrasonic vibrating element in which the tip of a cylindrical ultrasonic transmitter has a spherical shape, (C)
-A is a convex ultrasonic vibrating element having a cylindrical ultrasonic transmitter having a spherical tip, and (C) -b is a concave ultrasonic vibrating element having a cylindrical ultrasonic transmitter having a spherical tip. Show.

【図10】従来の凸型の超音波伝達体を有する超音波振
動素子の構成図であり、(A)は平面図、(B)は正面
図、(C)は側面図である。
10A and 10B are configuration diagrams of a conventional ultrasonic transducer having a convex ultrasonic transmitter, wherein FIG. 10A is a plan view, FIG. 10B is a front view, and FIG. 10C is a side view.

【図11】従来の超音波気泡検出の実施例を示す構成図
であり、(A)は円筒型の超音波伝達体を有する超音波
振動素子の使用例であり、(B)は凸型の超音波伝達体
を有する超音波振動素子の使用例を示す。
11A and 11B are configuration diagrams illustrating an example of conventional ultrasonic bubble detection, in which FIG. 11A is an example of use of an ultrasonic vibration element having a cylindrical ultrasonic transmitter, and FIG. An example of using an ultrasonic vibration element having an ultrasonic transmitter will be described.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:超音波気泡検出器 2:(平板状)超音波振動素子 2−a:(平板状)超音波振動素子の振動部 3:基板 4:高分子強誘電体薄膜 5:保護膜 6:電極 6−a:振動部の電極 6−b:シールド用電極(0V) 7:コイル 8:液体輸送管(血液チューブ) 9:円筒型超音波伝達体 10:無機超音波振動子 11:円筒型超音波伝達体を付加した超音波振動素子 12:マスク 13:凸型の超音波伝達体を有する超音波振動素子 14:凸型超音波伝達体 15:ガイド 20:増幅回路 21:検波回路 22:信号保持回路1 (短い保持時間) 23:信号保持回路2 (長い保持時間) 24:電圧比較回路 25:レベル設定器 26:正弦波発振回路 T:液体輸送管の内側の幅(内径) H:超音波振動素子の挟持部分の接触面との同一面(高
さ) S:ガイドの液体輸送管を狭持する長手方向の中央部の
間隙(幅)
1: ultrasonic bubble detector 2: (flat) ultrasonic vibrating element 2-a: vibrating part of (flat) ultrasonic vibrating element 3: substrate 4: polymer ferroelectric thin film 5: protective film 6: electrode 6-a: Electrode of vibrating part 6-b: Electrode for shielding (0V) 7: Coil 8: Liquid transport tube (blood tube) 9: Cylindrical ultrasonic transmitter 10: Inorganic ultrasonic transducer 11: Cylindrical super Ultrasonic vibrating element having an ultrasonic transmitting body added 12: Mask 13: Ultrasonic vibrating element having a convex ultrasonic transmitting body 14: Convex type ultrasonic transmitting body 15: Guide 20: Amplifying circuit 21: Detection circuit 22: Signal Holding circuit 1 (short holding time) 23: Signal holding circuit 2 (long holding time) 24: Voltage comparison circuit 25: Level setter 26: Sine wave oscillation circuit T: Width (inner diameter) inside liquid transport pipe H: Super The same level as the contact surface of the sandwiching part of the acoustic transducer (high S) S: Clearance (width) of the central part in the longitudinal direction that holds the liquid transport pipe of the guide

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】液体が流れる液体輸送管を挟み対向する一
対の超音波振動素子の振動部が帯状になるようにして液
体輸送管内を通過する気泡を検出する超音波気泡検出器
において、前記帯状の振動部の長手方向を液体輸送管内
の液体の流れ方向に対して交差する方向に配置し、か
つ、前記帯状の振動部の長さが挟持した状態での液体輸
送管の内側の幅(内径)Tより長く、上記検出器内で超
音波振動素子の振動部以外の部分が該振動部の液体輸送
管との接触面と概ね同一面(高さ)Hで液体輸送管を挟
持することを特徴とする超音波気泡検出器。
1. An ultrasonic bubble detector for detecting bubbles passing through a liquid transport tube such that vibrating portions of a pair of ultrasonic vibrating elements opposed to each other across a liquid transport tube through which a liquid flows is detected. The longitudinal direction of the vibrating portion is arranged in a direction intersecting the flow direction of the liquid in the liquid transport tube, and the width (inner diameter) of the inside of the liquid transport tube in a state where the length of the band-shaped vibrating portion is sandwiched. ) It is longer than T, and the portion other than the vibrating portion of the ultrasonic vibrating element in the above-mentioned detector sandwiches the liquid transport tube on substantially the same plane (height) H as the contact surface of the vibrating portion with the liquid transport tube. Ultrasonic bubble detector featuring.
【請求項2】請求項1記載の超音波気泡検出器におい
て、一対の超音波振動素子が受、発信側とも高分子強誘
電体薄膜あるいは無機強誘電体を使用した超音波振動素
子を使用し、あるいは発信、受信のいずれかの側に無機
強誘電体を使用し、その逆の受信、発信の側に高分子強
誘電体薄膜を使用した超音波振動素子を備える超音波気
泡検出器において、振動部が平板上に略帯状に形成され
た超音波振動素子であるか、あるいは超音波振動素子の
受信面または発信面として使用する側に付した超音波伝
達体の略帯状の先端である超音波振動素子であることを
特徴とする超音波気泡検出器。
2. An ultrasonic bubble detector according to claim 1, wherein said pair of ultrasonic vibrating elements receive and use an ultrasonic vibrating element using a polymer ferroelectric thin film or an inorganic ferroelectric on both transmitting sides. Or, in the ultrasonic bubble detector equipped with an ultrasonic vibrating element using a polymer ferroelectric thin film on the receiving and transmitting side, using an inorganic ferroelectric substance on either side of transmission or reception, and vice versa, The vibrating part is an ultrasonic vibrating element formed in a substantially band shape on a flat plate, or a supersonic wave-shaped tip of an ultrasonic transmitting body attached to a side used as a receiving surface or a transmitting surface of the ultrasonic vibrating element. An ultrasonic bubble detector, which is an ultrasonic vibration element.
【請求項3】請求項2に記載の超音波気泡検出器におい
て、超音波振動素子の受信または発信側の面にその全体
を覆う同形同面積以上の保護膜を付したことを特徴とす
る超音波気泡検出器。
3. An ultrasonic bubble detector according to claim 2, wherein a protective film having the same shape and the same area or more covering the entire surface of the ultrasonic vibrating element on the receiving or transmitting side is provided. Ultrasonic bubble detector.
【請求項4】請求項3記載の超音波気泡検出器におい
て、超音波振動素子の受信または発信側の面に付した保
護膜の強誘電体に接触する側に電極を形成して超音波振
動素子の1つの面の電極とすることを特徴とする超音波
気泡検出器。
4. An ultrasonic bubble detector according to claim 3, wherein an electrode is formed on a side of the protective film attached to the receiving or transmitting side of the ultrasonic vibrating element, the electrode being in contact with the ferroelectric substance. An ultrasonic bubble detector comprising an electrode on one surface of an element.
【請求項5】請求項2〜4のいずれかに記載の超音波気
泡検出器において、強誘電体を単独、または保護膜を付
して使用する超音波振動素子の強誘電体または強誘電体
と保護膜とをあわせた厚みを、強誘電体または強誘電体
と保護膜との材質によって定まる、使用する超音波周波
数における波長の概ね4分の1とすることを特徴とする
超音波気泡検出器。
5. A ferroelectric substance or a ferroelectric substance of an ultrasonic vibrating element according to claim 2, wherein the ferroelectric substance is used alone or with a protective film. Ultrasonic bubble detection characterized in that the combined thickness of the protective film and the protective film is approximately one-fourth of the wavelength at the ultrasonic frequency to be used, which is determined by the material of the ferroelectric or the ferroelectric and the protective film. vessel.
【請求項6】請求項2〜5のいずれかに記載の超音波気
泡検出器において、強誘電体を使用する超音波振動素子
の超音波を受信または発信する面と反対の面の電極厚み
を、その電極材質によって定まる、使用する超音波周波
数における波長の概ね2分の1とすることを特徴とする
超音波気泡検出器。
6. The ultrasonic bubble detector according to claim 2, wherein an electrode thickness of a surface of the ultrasonic vibration element using a ferroelectric material, which is opposite to a surface for receiving or transmitting ultrasonic waves, is adjusted. An ultrasonic bubble detector which is determined by an electrode material and has a wavelength substantially equal to one half of a wavelength at an ultrasonic frequency to be used.
【請求項7】請求項1〜6のいずれかに記載の超音波気
泡検出器において、超音波振動素子の振動周波数を決定
するための共振用コイルとしてコアあるいはコア周辺の
充填物中にフェライトを用いることを特徴とする超音波
気泡検出器。
7. The ultrasonic bubble detector according to claim 1, wherein ferrite is contained in a core or a filler around the core as a resonance coil for determining a vibration frequency of the ultrasonic vibration element. An ultrasonic bubble detector characterized by being used.
【請求項8】請求項1〜7のいずれかに記載の超音波気
泡検出器において、コイルを使用する超音波振動素子の
共振周波数におけるコイルのQ値が1〜100であるこ
とを特徴とする超音波気泡検出器。
8. The ultrasonic bubble detector according to claim 1, wherein the Q value of the coil at the resonance frequency of the ultrasonic vibration element using the coil is 1 to 100. Ultrasonic bubble detector.
【請求項9】請求項1〜8のいずれかに記載の超音波気
泡検出器において、超音波振動素子の共振周波数におけ
るコンダクタンスが0.1ミリシーメンス以上であるこ
とを特徴とする超音波気泡検出器。
9. The ultrasonic bubble detector according to claim 1, wherein a conductance at a resonance frequency of the ultrasonic vibration element is 0.1 milliSiemens or more. vessel.
【請求項10】請求項1〜9のいずれかに記載の液体が
流れる液体輸送管を挟み対向する一対の超音波振動素子
の挟持部の液体輸送管内を通過する気泡を検出する超音
波気泡検出器において、液体輸送管の材料が高分子樹脂
またはゴムであり、該液体輸送管が血液などが流れるチ
ューブであることを特徴とする超音波気泡検出器。
10. An ultrasonic bubble detector for detecting air bubbles passing through a liquid transport tube at a holding portion of a pair of ultrasonic vibrating elements opposed to each other with the liquid transport tube according to claim 1 interposed therebetween. An ultrasonic bubble detector, wherein a material of a liquid transport tube is a polymer resin or rubber, and the liquid transport tube is a tube through which blood or the like flows.
【請求項11】請求項1〜10のいずれかに記載の液体
が流れる液体輸送管を挟み対向する一対の超音波振動素
子の挟持部の液体輸送管内を通過する気泡を検出する超
音波気泡検出器において、液体輸送管のガイドの断面形
状が略凹形であり、液体輸送管を狭持する長手方向の中
央部に間隙(幅)Sを有する該ガイドであることを特徴
とする超音波気泡検出器。
11. An ultrasonic bubble detector for detecting a bubble passing through a liquid transport tube at a holding portion of a pair of ultrasonic vibrating elements opposed to each other while sandwiching the liquid transport tube according to any one of claims 1 to 10. An ultrasonic bubble, wherein a cross section of a guide of the liquid transport pipe is substantially concave, and the gap has a width (width) S at a central portion in a longitudinal direction for holding the liquid transport pipe. Detector.
【請求項12】請求項1〜11のいずれかに記載の超音
波気泡検出器において、一対の超音波振動素子がその一
方が他の一方に対して移動し、あるいはその双方が互い
に対して平行して移動し、液体輸送管を狭持する機構を
備えることを特徴とする超音波気泡検出器。
12. An ultrasonic bubble detector according to claim 1, wherein one of said pair of ultrasonic vibrating elements moves relative to the other, or both are parallel to each other. An ultrasonic bubble detector comprising a mechanism for moving and moving and holding a liquid transport pipe.
【請求項13】請求項1〜12のいずれかに記載の超音
波気泡検出器において、発信側の超音波振動素子に加え
る電気的信号が略正弦波信号であることを特徴とする超
音波気泡検出器。
13. An ultrasonic bubble detector according to claim 1, wherein the electric signal applied to the ultrasonic vibration element on the transmitting side is a substantially sinusoidal signal. Detector.
【請求項14】請求項1〜13のいずれかに記載の超音
波気泡検出器において、超音波振動素子が受信した超音
波によって得られる信号処理をする信号処理回路の増幅
回路の出力を検波し、任意の時間保持する信号保持時間
が異なる2個の信号保持回路を有し、保持時間の長い信
号保持回路の出力の任意の割合をを基準として、保持時
間の短い信号保持回路の出力を比較して、2値化する電
圧比較器を備えることを特徴とする超音波気泡検出器。
14. An ultrasonic bubble detector according to claim 1, wherein an output of an amplifier circuit of a signal processing circuit for performing signal processing obtained by the ultrasonic wave received by the ultrasonic vibration element is detected. Has two signal holding circuits with different signal holding times to hold for an arbitrary time, and compares the output of the signal holding circuit with a short holding time with reference to an arbitrary ratio of the output of the signal holding circuit with a long holding time An ultrasonic bubble detector comprising a voltage comparator for binarization.
【請求項15】チューブ内の気泡検出に請求項1〜14
のいずれかに記載の超音波気泡検出器を備えることを特
徴とする超音波気泡検出装置。
15. A method for detecting bubbles in a tube.
An ultrasonic bubble detector comprising the ultrasonic bubble detector according to any one of the above.
【請求項16】血液をチューブに通して人工腎臓との間
を循環させる血液ポンプを有する超音波気泡検出装置の
チューブ内の気泡検出に請求項1〜14のいずれかに記
載の超音波気泡検出器を備えることを特徴とする人工透
析装置。
16. An ultrasonic bubble detecting apparatus according to claim 1, wherein said ultrasonic bubble detecting apparatus has a blood pump for circulating blood between said artificial kidney and said artificial kidney. An artificial dialysis device comprising a vessel.
JP11035478A 1998-02-13 1999-02-15 Ultrasonic bubble detector, ultrasonic bubble detector and artificial dialysis device using the same Pending JPH11319081A (en)

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Cited By (3)

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TWI552730B (en) * 2013-12-27 2016-10-11 Univ Chang Gung Ultrasonic Transceiver Processing System and Its Processing Method
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