JPH11503236A - 流体中の粒子の定量決定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は流体中の粒子を定量決定する方法及び装置からなる。本発明の装置は、１又は複数の光発信器の発信器セットと、光発信器の出力に感光する１又は複数の光検出器からなる検出器セットとの組合わせからなる。サンプルの分析中、発信器と検出器の間の複数の信号通路からのデータが収集される。続いて、この情報は異なる流体の粒子含有量に対する公知のデータとの比較によって評価される。流体サンプル中の異なる粒子間の相違は、多くの実施例で起こりうる。典型的な使用としては、牛乳及び乳製品流体、血液サンプル、潤滑油、顔料の懸濁液等の分析が含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】 流体中の粒子の定量決定方法及びその装置 技術分野 本発明は流体中の粒子を定量決定する方法及びその装置に関する。好ましい実 施例は、牛乳又は他の乳製品中の脂肪の定量分析に使用される。 背景技術 本発明は流体中の粒子を定量決定する方法及びその装置に向けられている。粒 子の用語は広い意味で使用され、ある相における固形物に限定されるだけでなく 、他の液相における小容量の液の状態も含む。一例としては、乳液のようなバル ク液相（bulk liquid phase）中に分散されたミセル（micelles）又は小球（g lobules）、又は牛乳のような液体中の脂肪球（fat globules）がある。 さらに、液体の用語は、大抵の実施例は流体が液体である利用分野に使用され ることが考えられるが、気体相をも含むようにとられるべきである。 流体中の粒子を定量決定するのに現在使用されている多くの装置は、比較的複 雑である。この複雑性により次のようないくつかの欠点が生じる。 − それらの装置は比較的高価である。 − それらの装置は比較的こわれやすく、現場すなわち製造や処理環境での使 用に適していない。 − それらの装置は、目的が特定され、簡単に他の分野に適用することができ ない。 − それらの装置は、インライン配置のサンプルをモニターするのに使用する ことができない。多くの実施例は製造ラインから取り出して分析装置に載置する 必要がある。 流体中に存在する粒子の量を決定するのに、従来は分光技術に依存している。 この分光技術は、赤外線分光に基づいており、多くの場合液体中の有機粒子又は 有機金属粒子を検出し定量分析するのに使用されるに過ぎない。一例としてニュ ージーランド特許第１９２３２５号があり、これは赤外線吸収技術を使用してサ ンプル中の脂肪を定量測定し、飽和炭化水素結合ストレッチング（saturated c arbon−hydrogen bond stretching）の赤外線吸収特性を評価する方法を記載 している。しかしながら、この方法及びこれに関連する方法は、特定のカテゴリ ーの化合物の定量分析に特定され、サンプル中に存在する関係物質以外の物質の 存在に影響される。 国際出願番号第ＷＯ９２／１７７６７号は、乳液中の脂肪を定量的に決定する 類似の方法に向けられ、（Ｃ−Ｈ結合励起（ｃ−Ｈbond excitation）以外の） 他の要因により赤外線吸収ピークを考慮している。この技術は選択性を改良し（ これによりサンプル中に存在する他の物質からの干渉を排除する潜在性を有し） ているようであるが、同質化処理（homogenisation treatment）をすることな く完全な牛乳から直接に正確に決定することができることをもクレームしている 。しかしながら、この明細書に記載の発明は前述した一般的な欠点の多くを有し ている。 フランス特許第ＦＲ２０５０５２５号は、赤外線ビームがサンプル流体によっ て外側と境界づけられた平行な透明壁で反射させられる方法を記載している。こ こで、ある部分のビームのみが反射し、チャンバーを出たときに（サンプル液体 に吸収され又はそれを通過したものが）測定される。反射ビームの強度は粒子含 有量を現わすと考えられる。しかしながら、この方法は使用される液体の数と種 類に制限がある。 ロシア特許第ＳＵ９８３５３８号及び第ＳＵ１７４８０５８号は、流体中の粒 子の決定方法に向けられているが、高価で複雑な機器を使用しなければならない 。これらの特許のうち一方は、大部分の国で在庫がないマスターの使用を好んで いる。 一般に、従来技術の大部分はサンプル流体の連続的又はインラインのモニタリ ングをすることができず、一般かつ比較的にその使用及び適用に柔軟性がない。 本発明の目的は、前記問題に鑑み、少なくとも公衆に選択権を与えることにあ る。 発明の開示 本発明の一つの局面によると、流体中の粒子を定量決定する装置において、 − １又は複数のサンプル光信号を与える１又は複数の光発信器からなる光発 信器セットと、 − 前記光発信器の出力に感光する１又は複数の光検出器からなる検出器セッ トとからなり、 − 光発信器と検出器の間の複数のサンプル光信号通路からのサンプル光信号 がサンプルの分析中に検出器セットによって受け入れられ、 − 前記検出器は出力値を与え、該出力値は処理手段によって評価され、流体 の粒子含有量を指示する値を与えることを特徴とする流体中の粒子を定量決定す る装置が提供される。 本発明の他の局面によると、前述した装置において、前記検出器セットは、流 体中に存在する粒子による反射によって、少なくとも１セットの分散又は反射光 信号を検出するように配置されている装置が提供される。 本発明の他の局面によると、前述した装置において、フィードバック検出器か らなる光フィードバック手段を有し、 該フィードバック検出器の出力は、 − 少なくとも１つの光発信器の電圧と電流の何れか又は両方に影響を及ぼし 、光出力を所定のレベルに維持すること、 − 少なくとも１つの光検出器の感度に影響を及ぼし、少なくとも１つの光発 信器の光出力をマッチさせること、 − 粒子含有量を指示する値を与えるとき、補正に使用するために処理手段に 利用可能な信号を与えること、 のうち少なくとも一つを与える装置が提供される。 本発明の他の局面によると、前述した装置において、前記サンプル光信号通路 は、 − 流体サンプルが分析される通路長と、 − 流体サンプルが分析される相対通路角度のうち、 少なくと何れかが、互いに異なっている装置が提供される。 本発明の他の局面によると、前述した装置において、サンプルセルの壁に沿っ て異なる位置にある、又は挿入されたサンプルセルの壁に沿って存在するように 配置された複数の光発信器からなる発信器セットを有し、 前記発信器の出力は、前記検出器セットの１又は複数の光検出器に複数の直接 の信号通路を与えるように送信される装置が提供される。 本発明の他の局面によると、前述した装置において、複数のパルス駆動される 光発信器を有し、 前記検出器セット又は該検出器セットの個々の検出器は、サンプルの分析中に ある時点で単一の光発信器の出力又はその組合わせを検出し、 前記光発信器のパルス駆動は同期して、個々の光発信器又はそのグループの出 力を検出することができる装置が提供される。 本発明の他の局面によると、前述した装置において、処理手段を有し、該処理 手段は前記検出器セットによって生成された値を記憶された較正参照データと比 較し、その比較によりサンプル流体中の１又は複数の異なるタイプの粒子の存在 を示す値を生成する装置が提供される。 本発明のさらなる局面によると、１又は複数の光信号を流体サンプルに通過さ せ、 複数のサンプル光信号通路からのサンプル光信号を検出し、 検出出力を処理装置による後続の評価に利用可能にすることを特徴とする流体 中の１又は複数の粒子のレベルを定量的に決定する方法が提供される。 本発明の他の局面によると、前述した方法において、前記検出光信号は、 − 流体サンプルが分析される通路長と、 − 流体サンプルが分析される相対通路角度と、 − 前記信号を生成する発信器の出力強度と、 − 通過した光の反射又は分散された光に対する比と、 − 波長のうち、 少なくと何れかが、互いに異なっている方法が提供される。 本発明の他の局面によると、前述した方法において、前記検出出力を、線形回 帰又はフーリエ変換解析のいずれか又は両方により、記憶された較正参照値と比 較し、 前記流体内の１又は複数の異なるタイプの粒子の量的レベルを指示する値を生 成する方法が提供される。 本発明の他の局面によると、前述した方法において、 − 牛乳及び他の乳製品をベースにした流体、 − 流動化した脂肪粒子、小球、及び懸濁液、 − 血液、血漿、精液、尿及び他の生物学的流体、 − 油及び潤滑油、及び − インク、塗料及び液体顔料 のうち少なくとも何れかの粒子レベルを決定する方法が提供される。 本発明の他の局面によると、前述した方法において、牛乳及び他の乳製品をベ ースにした流体に適用するときには、脂肪、たん白質、乳糖及び体細胞数の少な くとも何れかのレベルを指示する方法が提供される。 本発明は、概して言うと、流体を通過する複数の光信号通路に対する値を獲得 して比較することを特徴としている。考慮される信号は、同一の通路を通過する 信号の複写からなるというよりもむしろ、多くの物理的特性において異なるもの である。しかしながら、これは、同一の通路−これは分析が考慮されている通路 のみであってはならない−に沿った信号からの多数のデータを得ることを妨げな い。 信号通路を異ならせる方法は変えることができる。例えば、通路は次の方法す なわち、 − 分析される流体サンプルを通過する通路長、 − 分析される流体サンプルが通過する相対通路角度、 − 放たれた光ビームが検出器に直接に入射するか否か、 で異ならせてもよい。 初期の実施例は、サンプルを通して反射した光と通過した光の両方に対する実 質的に異なる値を得ることによるサンプル分析が好まれていた。しかしながら、 サンプルを通過して検出器に入射する多重信号通路は、サンプルに存在する粒子 により、分散し反射する光にある成分を生み出し、該光の成分は検出器によって 検出される。したがって、後続する組合わせと評価のために、通過したデータと 反射したデータの個別の取得は、多くの実施例において、異なる通過信号通路の 範囲に対する検出値の単なる取得に代用することができる。これにより種々の信 号通路が（検出器に到達するときに）通過光の反射／分散光に対する異なる比率 を有することになるので、多くの流体に対して、これらの通路は異なる相対角度 を有することが好ましい。 本発明の好ましい実施例は牛乳その他の流体中における脂肪の決定に向けられ ているが、本発明は、乳濁液や懸濁液、インク、血液のほか、油圧油や機械油そ の他の油等の流体中の粒子の決定にも適用される。 流体中の異なる粒子の概算レベルを決定し又は少なくとも提供するために同一 の装置を使用することができることが試行により分かった。これは、異なるタイ プの粒子は吸収と反射の度合いが異なる（反射／分散の角度が異なる）という事 実に依存しているようにもみえる。検出器セットから収集された信号は、各成分 の反射と吸収の特性の組合わせの関数となる。参照値と比較することによって各 成分粒子タイプの寄与（contribution）を決定することができ、またさらなる数 学的解析により量的な値が得られる。例えば、牛乳のような流体に対しては、乳 糖、脂肪、たん白質のほか、体細胞数のレベルの示度（indication）を得ること ができるとともに、存在する粒子全体の示度も得ることができる。 本発明の最も実際的な実施例は比較的簡単であり、設計上比較的素朴に１つの 基板又はモジュールに構成することができるので、本発明の種々の実施例は牛乳 その他の流体の連続したモニタリングにおける用途を見い出すことができる。潤 滑油流体の連続又は周期的モニタリングは、本発明のある実施例の実際的な使用 の一例である。本発明の実施例は、粒子の存在が所定値を超えると、警報を発す るか機械を停止するように使用される。自動車や航空機分野のエンジンにおける 使用は特定の使用の一例である。他の用途には、血液、血漿、精液、尿及び生物 学的流体の分析がある。他の用途には、インク、塗料及び顔料がある。実際には 、本発明は、光信号と相互作用する粒子が存在する如何なる流体にも適用可能で ある。低レベルのものとして、水のような流体の透明度を監視する浄化装置のよ うな品質管理分野のほか、工業プラントの流体供給ライン等における使用を提案 することができる。 本発明の多くの実施例は、赤外領域で動作するが、電磁スペクトラムの他の領 域でも可能である。好ましい実施例は、７５０−１２００ｎｍ又は３０００−１ ００００ｎｍの波長領域（何れも赤外領域）の何れか又は両方で動作する。光発 光ダイオード（ＬＥＤ）のような安価な発信器は、赤外及び可視領域で簡単に利 用可能である。他のタイプの光発信器も可能である。 同様に、光出力が入射光に依存する比較的安価な光応答検出器も利用可能であ る。これらの多くは赤外領域内で比較的敏感である。赤外遠隔制御ユニットの普 及により、一対のダイオードと検出器は簡単にしかも安価に入手可能である。し かしながら、種々のタイプの光応答検出器を本発明の種々の実施例に使用するこ とができる。これらには、例えば、フォトダイオード、光発光ダイオード（ＬＥ Ｄ）、フォトトランジスタ、その他の光電子デバイスがある。ある場合にはより 精巧で感度のよい検出器を使用することができるが、多くの利用分野では比較的 安価なデバイスで十分である。 前に説明したことであるが、本発明の動作方法は、光の通過と反射に関するあ る情報を含むサンプルに対して得られた値に基づく比較分析を含む。さらに、前 述したように、この情報は別個に収集する必要がなく、検出器からの一つの読取 りに含まれる。しかしながら、好ましくは、正当な精度を確保するために多数の 異なる信号通路がなければならない。これらの要因は、本発明の実施例に使用さ れる発信器と検出器が配置される数と方法に関係する。多くの可能性が存在し、 以下これらを実施例で説明する。 典型的には、本発明の実施例は、少なくとも１つの発信器セットと１つの検出 器セットとからなる。説明を簡略化するため、特に説明がない限り、単一の発光 器セットと単一の検出器セットについて参照する。 各発信器セットは１又は複数の光発信器からなる。同様に、検出器セットは１ 又は複数の光検出器からなる。発信器セットと検出器セットは一般に通過光と反 射光の両方の値が得られるように配置されるが、必ずしも同時発生的でなくても よい。後続の処理／評価のために通過データと反射データが別個に得られるいく つかの実施例を、以下に説明する。 ある特定の配置では、単一の光検出器、又は多かれ少なかれ単一の光検出器と して機能するいくつかの光検出器の配列（アレイ）を有している。この単一の光 検出器は少なくとも２つの光発信器と組み合わせられる。これらの光発信器の少 なくとも１つは、そのサンプル光信号が光検出器に通過光信号として受け入れら れるように、すなわち、サンプル光信号がサンプル流体を通って直接に検出器に 移動するように、配置することができる。少なくとも１つの他の光発信器は、反 射信号が光検出器によって受け入れられるように、配置される。２つのウインド ウ間のセルに含まれるサンプル流体の簡単な例を考えると、少なくとも１つの発 信器はサンプルセルの光発信器と同じ側にある（典型的には、セルウインドウに 沿ってある距離だけ変位している）。一方、他方の光発信器は、反対側のセルウ インドウを通って通過し信号を伝えるように配置される。このような状態は図１ に示されている。 他の配置では、単一の光発信器と少なくとも２つの光検出器だけが設けられる 。少なくとも１つの光検出器は光発信器からの通過光を受け入れるように配置さ れる一方、少なくとも１つの他の光検出器は反射光を受け入れるように配置され る。このような配置は図２に示されている。 他の配置では、複数の光発信器と光検出器の両方が設けられる。各検出器は（ 検出器セットが単一の光検出器からなる場合においても）複数の光発信器からの 光 を受け入れることができる。これは異なる光発信器からの複数の反射信号からな っていてもよい。また、これは異なる光発信器からの複数の通過信号からなって いてもよい。この配置は、検出器当たり、１又は複数の通過光信号と反射光信号 からなっていてもよい。 前のパラグラフで述べた配置おいては、特定の光検出器に対する全ての光信号 が同時発生的に受け入れられる必要はない。多くの場合、これらの信号は、特定 の光検出器が相互作用する異なる発信器から連続的に受け入れられる。異なる検 出器と発信器の組／セット間の同時発生的シーケンス（concurrent sequences ）は、ある実施例で行われる。 動作時に異なる光検出器が単一の光発信器からの信号に反応する可能性がある 。これらの光検出器に対しては、通路長が（通過信号に対して）異なるか、ある いは反射信号に対して異なる角度になっている。発信器と検出器の他の配置も可 能であることは、理解されるであろう。 純粋に反射された読みが行われる他の実施例では、検出器と発信器は、異なる 通路からの信号の複数の読みが可能となるように配置される。これにより、前述 した又は後述する組合わせを含む、複数の発信器と検出器の組合わせを使用する ことができる。しかしながら、このような実施例の配置は、典型的には、多くの （全てではない）検出器が通過信号を受け入れるようなものである。しかしなが ら、検出器に当たる光の一部は流体内の粒子による分散／反射によるものである 。反射及び分散は吸収に寄与する結果、実際には、長さ及び／又は相対角度が異 なる複数の信号通路は粒子の定量評価を許容するのに十分見られた。実際には、 ３−５の異なる通路長から、複雑性と正確性の間の満足のゆく妥協がみられた。 サンプルと他のパラメータに依存して、２以上の通路が可能である。 各通路に沿う強度を変更し、異なる強度に対する読みを得ることは、種々の実 施例に組み込むことができる。これは、サンプル分析で収集された異なるタイプ のデータを増加し、あるタイプの流体及びあるタイプの粒子に対するいくつかの 場合において、精度又は確実性を増加することができる。 正確なサンプル分析に好ましい複数の異なるタイプのデータ（例えば、異なる 信号と通路の特性から得られる）を与えるために、発信器と検出器の多くの可能 な種々の配置があることが理解されるであろう。次の状況のうち、１つ又は複数 の状況をカバーするために、これまで述べた以外の配置が可能である。 − 複数の発信器が複数の光検出器と連携して一対一で同時発生的に動作し作 用する場合、及び各信号通路が特性において実質的に同一である結果、ある範囲 の同一の読みが同時に得られ、平均又は比較される場合。 − 単一の発信器がいくつかの検出器と一体複数で同時発生的に作用する場合 、及び物理的信号通路の特性（例えば、通路長や角度等）が実質的に同一である 結果、得られる値が平均され、あるいは比較去れる場合。 − 前のパラグラフで述べた状況において、発信器から各検出器への信号通路 の特性が異なる結果、ある範囲の異なる信号通路の値が得られ、評価される場合 。 − 単一の光検出器が複数の光発信器からの光を同時発生的に受け入れ、各光 発信器から単一の光検出器への信号通路が実質的に同一であり、値が平均又は比 較される場合。 − 前のパラグラフの状況において、各検出器信号通路が異なっている場合。 発信器及び／又は検出器を連続駆動し、パルス駆動し、あるいは非連続駆動す ることによって、データ収集サイクル中に、発信器と検出器の異なる組合わせを 選択することができる。 ある実施例において、十分な光発信器と光検出器があれば、発信器セットと検 出器セットの動作は実質的に連続とすることができるが、一般にパルス駆動又は 非連続駆動も使用することができる。これは、多くの潜在的に実現できる利点を 与える。例えば、異なる光発信器と光検出器の動作を連続又は同期させることに より、多数の異なる信号通路長のデータを得ることができる。装置はこのような データ収集ステップを連続して反復し、後続の比較及び評価のための広範なデー タセットを得ることができる。この情報は、特にサンプルが等質（homogenous） でない、すなわち、流れている場合に、存在粒子の定量決定に向上した値、すな わちより一致した値を与えることができる。異なるデータ収集サイクルは、それ らのシーケンス、データ収集ステップ数が同一である必要はない。 非連続駆動の潜在的に実現できる利点は、光発信器によって要求される（期間 中の）エネルギーが減少することにある。これは、遠隔的に設置された装置の場 合、又は電力節減の要求がある場合に考慮するとよい。代案として、多くの光発 信デバイスは、短い時間の間、通常の動作電流より高くすることが考えられる。 これにより、光発信デバイスが通常の動作パラメータで連続的に動作されるなら ば、サンプル光信号の突発強度（intensity burst）が考えられる以上に高くな るであろう。これにより、装置の動作が向上し、広範囲の種類のサンプルになじ み易くなり、装置が連続的に駆動された場合よりも低く評価された部品を使用す ることができ、経済性が向上する。 装置には種々の他の修正が可能である。これらの修正は、ある場合において、 精度、堅牢性、あるいは異なるサンプルを分析する能力を向上させることができ る。また、ある場合には、これらの修正は前述の配置に対する修正としてもよい 。一つの修正は、サンプル参照ビームの強度を変調することである。多くの点で 、これはサンプル流体を通過する（同一角度で）異なる通路長での読みを得るこ とに類似し、近似値として使用することができる。このデータは異なる通路長の 結果に必ずしも確実に等しいとは限らないが、特定のサンプルの情報特性を与え ることができる。 いくつかの実施例では、強度に関する情報は、検出器の応答とともに、データ 記録／比較手段に供給され、これにより比較分析はその結果をこのサンプルビー ム発信器の出力と関係させることができる。 サンプル光発信器の出力強度の修正は、出力をオートレンジ（autorange）に して検出器の特性に整合させるのに使用することができる。この場合、機械は自 動調整（手動で行なうことができるが）し、これにより検出器は最も有効で精密 な範囲で動作する。代案は、検出器によって受け入れられる信号が、その出力の 信号又は特定のサンプルタイプのために既に記憶された較正データと比較可能な 範囲内になるように、出力強度を調整することである。 他のタイプの動作も可能である。固定された公知のサンプルビーム強度を与え るよりも、検出器が特定の信号強度を受け入れるまで、強度を変えることができ る。その強度を達成するために、出力されたサンプルビームの強度は、後続の分 析に使用される。そのような情報は、一定の公知の強度のサンプルビームを使用 して得られたサンプルデータセットと組み合わされる。異なる測定技術によるデ ータの収集、比較及び分析は、装置の精度又は堅牢性を増加するのに有益である 。これは、本発明の装置が異なるタイプのサンプル又はサンプルの特性の大きな 変化に直面した場合に有益である。 サンプルビームの強度はその光源に蓄積されるが、その代わり光発信デバイス の他の特性が測定される。例えば、ＬＥＤのようなデバイスに対しては、デバイ スを通過する電流が強度を示すものとして使用される。特定の光発光デバイスを 較正してその出力強度を電流（又は他の特性（電圧等））と関連させることは、 可能である。しかしながら、サンプルの結果が較正データとマッチしている場合 、精確な出力強度は知られている必要がない。結果は絶対値で得られるのではな く、その結果を同一の条件での較正実行中にとられた記憶データと比較すること に得られるからである。これは、装置の実施例に依存するとともに、記録された 較正データが使用されているか否かに依存する。しかしながら、多くの場合、光 発光デバイス及び装置の他の要素の特性が、少なくとも試行期間中又は較正実行 の間に、ドリフトに対し比較的調和し、抵抗力があることが望ましい。これは、 本発明のいくつかの利用分野における問題であり、以下にさらに説明する光学フ ィードバック手段によってアドレスされる。 利用される他の技術は、発光されたサンプルビームの方向を変えることである 。この技術は、発光ビームが、多くの異なる位置からモニターすることができる 広いビームよりも狭いビームである場合に、使用されるようである。ビームの角 度を変えることは変調を行なう他の方法である。特定の固定された検出器に対し て、サンプルビームの角度を変えることは、異なる測定された強度を与える効果 を有する。その強度は、（検出器の位置に依存する）入射光に依存するだけでな く、サンプル流体による後方散乱、反射及び吸収の量を検出することに依存する 。これは、サンプルビーム強度を単に変調することに、異なるタイプの情報を与 え、多くの点で有益である。 この情報は較正又は記録データと再びマッチさせることができる。それはさら に粒子含有量の性質に関する情報を与え（例えば、粒子の反射率、サイズ、表面 粗さ等が反射及び後方反射に影響を与える）、さらにそれはユーザに付加情報を 与えることができる。もし本発明内で略述された調整と測定の異なる形態が使用 されるなら、サンプルのさらに完全な情報セットを得ることができる。それらは 、濃度又は粒子含有量だけでなく、サンプルの他の特性をさらに精確に識別する のに使用することができる。サンプル内の異なる成分の測定、又はこれらの成分 の比も可能である。 また、物理的特徴がサンプルビームの特性を変えるために与えられる。これは 、サンプルビームと相互作用する反射器とレンズの使用を含めてもよい。これら はサンプルビームの一部と相互作用するだけでもよい。反射器、レンズ、ビーム スプリッタ及びフィルタの使用が考えられる。特性を変更することができるフィ ルタの使用は、サンプル光源の特性を調節する他の手段である。ビームは異なる 方法でサンプルと相互作用してもよい（サンプル光源の周波数を変える技術は前 に説明した通りである。）。これらのデバイスの各々の使用は、サンプル光ビー ムの特性を変えるさらに他の方法である。これにより、サンプル流体の（異なる 測定技術に対する）応答が得られ、続いて評価される。 ある場合には、発信器から出力された光強度を時間的に変化させてもよい。こ れは、他の発信器及び検出器が同一に変動しないなら、サンプル分析の結果に影 響を与える。ＬＥＤに対してさえ、出力の緩やかな減少がその寿命期間中に起こ る。流体の温度は、発信器、検出器及び他の要素の温度に影響を与え、読みに変 化が生じるが、発信器の出力強度に最も大きな影響を与える。安定性の問題のた めに、ＬＥＤは、従来、この種の分析デバイスにおいて回避されてきた。 これらの問題に向かうために、フィードバック（ここでは「光学フィードバッ ク」と言及されている。）のある形態を使用し、そのような変動や変化を補償す る。好ましい実施例では、追加のソース検出器が、発信器のソースにおいて直接 に光強度を測定するのに使用される。この検出器からのフィードバックは、発信 器への入力電圧又は電流のいずれか又は両方を変更し、その出力強度が一定に維 持されるのを保証する。 代案は、ソース検出器からの情報を使用して検出器の感度を変化させ、ソース の出力強度にマッチさせることである。他の代案は、フィードバックを使用して 、検出器により得られた値／信号の後続の処理と評価の間に考慮されるべきさら なるデータを与えることである。これらの組合わせ及び他の技術を考慮してもよ い。 ソース検出器の本質は変化してもよい。それは、装置内で使用される他の検出 器に類似していてもよし、異なっていてもよい。モニターされるものと同一の発 信器をソース検出器として使用することによってある利点が得られる。多くの発 信器はそれらが検出器として機能し得るように接続することができる。そのよう なソース検出器は発信器と同様に温度のような物理的特性に適正に応答するので 、利点が得られる。さらに、ＬＥＤは（多くの実施例において使用される）フォ トダイオードよりも安価である。 装置の敏感な要素を温度のような物理的影響から隔離するために、物理的な修 正をしてもよい。その要素を温度に無力な（thermal inertia）材料のかたまり の中に装着することは温度の迅速な変化を助ける。周辺環境と熱交換するフィン 又はその特徴を有するものは、サンプルによる温度変化に対する抵抗を助ける。 その周辺環境を設けることは比較的安定している。加熱又は冷却手段（例えばペ ルチェ効果素子）を活性化するために温度感知手段を組み込んで設けることは、 ある実施例において使用される。温度センサからの情報は処理／評価手段によっ てサンプル分析の一部として評価される。 サンプルから装置を熱的に隔離することはある実施例において使用される。物 理的な空隙をセル壁と装置の間に設けることは一つの方法である。壁間が真空に された二重断熱セルは可能であるが、二重セル壁は追加の反射と屈折を導入する 。もしこれが一定であれば、この影響は同一の配置で収集された参照サンプルデ ータと比較することによって排除される。 他の技術及び方法が種々の実施例において利用されてもよい。多くの利用分野 は高精度を要求しておらず、単にモニターされるサンプルに迅速又は著しい変化 を決定することを必要としている。これらの利用分野においては、高い特殊な精 度は要求されないし、光学フィードバック又はその他のフィードバックのない装 置の簡単な実施例で十分である。 検出器セットからの出力応答はサンプル流体中に存在する粒子を現わす。しか しながら、前述したように、ある場合には、サンプル流体の他の要素又は物理的 特性は、サンプル光信号及び検出器からの応答に影響を与える。サンプル流体中 に存在する粒子の真のレベルを示す装置からの最終値を与えるために、そのよう ないくつかの他の技術は当てにできる。 ある状況で有効な一つの技術は、第２の参照サンプル信号を比較のために使用 することである。このような場合、サンプルと参照との間の差は、粒子決定の最 終出力値を与えるために一般的に評価される。そのような技術は公知であるので 、ここでは詳細に説明しない。 上記配置は必ずしも全ての利用分野に適切ではない。ある場合には、重複した セットの装置を設けることは物理的に可能でないし、あるいは実用的でない。イ ンライン流れのモニターが生じる他の場合には、モニターされるサンプル流体の 性質が連続的に変化する結果、「典型的な」参照サンプルを得ることは困難であ る。 他の場合には、参照サンプルの寿命が比較的短い（例えば反応中間生成物（re action intermediate））ので、参照サンプルを当てにすることは実用的でない 。 前述した問題に向けられる他の技術は、比較のために収集したデータを使用す ることである。この収集データは広範囲の参照及び較正標準から収集される。サ ンプル流体の性質が変化することが予期される場合、追加の検出デバイスがサン プル流体の（粒子濃度及び存在の変化以外の）特性の変化を決定するために設け られる。そのため、装置は、引き続き、記憶された参照及び較正標準のどのデー タセットが評価サンプル流体の物理的性質と最も近接してマッチするかを決定す る。しかしながら、そのような配置は困難又は極端なケースに対する使用を見出 せないようである。 本発明は広範囲の流体に使用することができる。いくつかの典型的な流体は前 述した通りであり、血液、油及び潤滑油、牛乳及び他の乳製品、液化ガス／固形 物流れ、インク、塗料、顔料等の物質を含む。これらのいくつかの場合には、流 体は選択されたサンプル光信号に対して不透明であり、異なる波長のサンプル光 信号を使用することが必要である。ある場合には、電磁スペクトラムの可視光領 域を通る赤外部の外側に移動させることが必要である。ラジオ周波数又は短いマ イクロ波とＸ線帯域のような他の領域が考えられるが、発信器と検出器デバイス はさらに複雑になる。これは、単純性と低コストといった本発明の潜在的な実行 可能な利点のいくつかを否認することになる。しかしながら、電磁スペクトラム の他の領域のサンプル信号を使用することは、他の現在利用可能な技術より好ま しく、優れている。 サンプル光信号の性質−周波数、強度等を含む−を変更又は変化させるオプシ ョンを設けることは、ある実施例において可能である。これは、自動的に又はユ ーザの好みによって選択される追加の発信器のセットによって与えられる。出力 周波数が変化する発信器や、選択的にフィルターをかけることができるある範囲 又は数の周波数を発信する発信器の使用も与えられる。発信器の出力を変えるこ とができる発信器制御デバイスもまた使用することができる。 本発明のいくつかの実施例におけるさらなる向上として、サンプル流体の走査 ／分析のためのサンプル光周波数を変更することを利用してもよい。牛乳のよう な物質に対して、単一の周波数のサンプル光信号を用いて良好な結果を得ること ができるが、いくつかの異なる周波数でサンプルを走査することは、ある場合に おいて結果を向上させる。粒子がサンプル光信号に対して不透明である場合、又 は少なくとも部分的に不透明である場合、異なるサンプル光信号の周波数との相 互作用は理論的には同じである。サンプル流体中の他の要素による干渉は、異な る周波数で対照的に効果を変化させる。異なる周波数での検出器の応答の適切な 分析と比較により、検出器出力に粒子の存在についての明瞭な効果が得られる。 しかしながら、そのような修正は全ての実施例において必ずしも使用されないが 、あるサンプル流体に対しては、そのような改良を組み込むことは好ましいし、 あるいは必要である。 本発明の大部分の実施例では、検出器セットの出力応答が考慮され評価されて 、サンプル中の粒子の量を示す値を生成する。この評価はある形態の処理デバイ ス典型的には電子デバイスによって一般に達成される。そのようなデバイスは装 置に組み込まれるが、コンピュータのような外部処理装置の使用も他の典型的な シナリオである。 たいていの場合、光検出器からの出力を後続の評価又は処理に適切な形態に変 換することが必要である。多くの実施例では、要求される変換を与えるのにアナ ログからデジタルへの変換器が当てにされる。しかしながら、種々の他の技術は 検出器セットの出力を、利用される処理手段による後続の評価又は決定に適切な デジタル形式に変換することができる。 データの後続の評価は多くの方法によることができる。サンプル流体に存在す る粒子を指示する値を得る最良の方法を決定するために、いくつかの試行と実験 が行われる。しかしながら、使用を容易にするためには、多くの実施例は受け入 れた信号を収集され又は記憶されたデータと比較することとしている。このデー タは、処理装置に予めプログラムされた値であってもよい（説明を簡略にするた めに、検出器セットの出力又はそれから変換された信号から最終結果を生成する 部分又は装置を言及するのに、「処理部」の用語が使用される）。この結果、ユ ーザによる「初期設定」データの後の収集は必要とされない。この記憶されたデ ータは分析されるサンプル流体のタイプに典型的な値からなっていてもよいが、 多くの実施例では、参照サンプルを使用して精度をチェックし及び／又は装置を 調整するルーチン較正（routine calibration）の手段が与えられる。この情報 はＥＰＲＯＭ、又は処理部によって実行されるソフトウェアに記憶され保管する ことができる。ソフトウェアの使用は、装置の性能を変更するためにソフトウェ アの更新することができるので、より柔軟性がある。 好ましいオプションでは、ソフトウェアに記憶された参照標準からの較正デー タが参照される。この情報は新しい較正実行が行われるときはいつでも更新する ことができる。 たいていの実施例では、そのサンプル流体に最も適した所定の機能が、存在粒 子の最後の比較及び決定を助けるのに使用される。好ましい実施例では、線形回 帰形の技術が使用され、牛乳に対しては対数ベース機能が一般に適用され、存在 粒子と検出器応答との間の直線関係を生成される。しかしながら、異なる検出器 特性（必ずしも線形又は対数である必要はない）は、応答を線形回帰に要求され る直線に適合させるために要求される機能に影響を与える。 多くの数学的技術及びソフトウェアは入手可能であり、それは自動的にデータ を修正して直線に適合させるか、あるいはその直線に適した式を選択することが できる。このような既存の技術の使用が考えられる。フーリエ変換技術の使用も 考えられる。データは直線に適合している必要はない。新しく得られたデータを 既存のデータと比較して、サンプル流体内の粒子の濃度又は存在量を指示する値 を与えるようなあるパターンが現れることのみが必要である。 ある場合には、処理部によって引き渡される値は任意のスケールでよいが、既 存の受け入れ可能なスケール又はユーザが定義したスケールと一致するよう修正 されてもよい。流体中の粒子の絶対割合又は濃度が要求されない場合、例えばユ ーザがサンプル流体中の粒子の存在が所定の制限から外れていないことをモニタ ーする必要がある場合、任意の又は意味のないスケールが考慮される。他の場合 、処理部は、受け入れられたスケール又はユーザが選択した単位の組み合わせ（ 例えばグラム／リットル）に形成した値を引き渡してもよい。 図面の簡単な説明 本発明のさらなる特徴は、次の添付図面を参照してなされる以下の実施例の説 明から明らかとなる。 図１は、本発明により配置された光発信器と光検出器の実施例の側面図である 。 図２は、本発明の可能な実施例の側面図である。 図３は、セルの実施例と、異なる光振動数で測定される実施例の可能な波長の 配分（allocation）を示す概略図である。 図４は、本発明の実施例におけるシステム要素の概略図である。 図５−７は、本発明の実施例を使用して行われた較正とテスト試行から得られ たサンプルデータのグラフである。 図６は、図５の実施例の平面図である。 図７は、図５と図６の実施例の側面図である。 図８は、本発明の薄セルの実施例の分解斜視図である。 図９は、図８の実施例の平面図である。 図１０は、本発明のスルーフローの実施例の分解斜視図である。 図１１は、図１０の実施例の側面断面図である。 図１２は、図１１の検出部の拡大図である。 図１３は、図１２に示す部分の平面図である。 図１４は、発明のテストチューブ受入れの実施例の側面断面図である。 図１５は、図１４の実施例の平面図である。 本発明を実施するための最良の形態 本発明の一実施例によると、流体中の粒子を定量決定するための装置（符号１ で全体的に示す。）が提供されている。この装置１は、 − １又は複数のサンプル光信号（符号３，５で全体的に示す。）を与える１ 又は複数の光発信器２からなる光発信器セットと、 − 前記サンプル光信号３，５の光に感光する１又は複数の光検出器４からな る検出器セットとからなり、 − 光発信器（２）と検出器（４）の間の複数のサンプル光信号通路３，５か らのサンプル光信号がサンプルの分析中に検出器セットによって受け入れられ、 − 前記検出器（４）は出力値を与え、該出力値は処理手段（６）によって評 価され、流体（７）の粒子含有量を指示する値を与える。 実施例１ａ 図１は、前述した一つの装置を示す。この装置には、複数の光発信器２が設け られ、そのうちの１つは通過信号（transmitted signal）５を検出器４に与え 、他の１つは反射信号（reflected signal）３を前記検出器４に与える。 実施例１ｂ 図１ｂは、前述した他の装置を示す。この装置は、信号発信器２からなり、そ の出力サンプル光信号３，５は複数の検出器４によって受信される。検出器４の 少なくとも１つは通過光信号５を遮断するように配置され、他の少なくとも１つ は反射光信号３を検出するように配置されている。 通過光信号は必ずしも図１と図２に示すように導く必要はない。検出器４は発 信器２に対して偏置（オフセット）することができ、その一つの効果として光路 長が増加する。また、発信器２からの光路長が異なるいくつかの検出器４を設け ることもできる。さらに、複数の発信器（そのうちの１つのみが一時に動作する ）を設けることができ、これにより異なる検出器が異なる通過光路長及び／又は 角度を有する連続信号を（各発信器から）それぞれ受信することができる。 典型的には、通過光路長５は比較的小さい。牛乳や乳製品のサンプルを測定す るための実施例では、セルを横切る間隔は約０．５ｍｍである。しかしながら、 これはサンプル流体と発信器と検出器の特性によって変化させることができる。 実施例では、サンプルチューブや瓶も受け入れられる。 サンプル流体は一般に静止していることが好ましいが、流体の移動は多くの実 施例で許容される。毎秒０．５ｍまでの流体速度は許容されると思われる。ある 場合には、これより速い速度も許容される。流体が移動することについての主な 問題は、流体の性質が変化すると特性が時間的に変化することである。例えば、 エアポケット、濃度勾配、乱流等が読取りに影響を及ぼす。一つの可能性のある 解決は、各データ収集セットが移動流体を停止させたような一連のスナップショ ットで構成されるように、パルス又は非連続な読み取りを行なうことである。こ のような実施例では、比較的速い流体速度が許容される。このストロボのような 技術は、化学反応を測定する場合や、短い時間間隔で迅速な著しい変化がある場 合 にも使用することができる。 実施例１ｃ 図１ｃは、本発明の可能性のある実用的な実施例を示す。ここでは、主流体ラ イン８が設けられ、該主流体ライン８から連続サンプルがバイ通路導管９を介し て導出される。流体の速度を低減するために、導管に、特に発信器と検出器のセ ットを含むサンプル分析部１０に絞り（restriction）を設けてもよい。検出器 ４の出力はＡ／Ｄ変換器に送信され、該Ａ／Ｄ変換器の出力は処理部６に受け入 れられる。 実施例１ｄ 図２から図４を参照すると、一連の発信器（１１，１２）からの異なる角度の 異なる波長（赤外領域内）の光１５，１６は、サンプル１４を通過し又はサンプ ルから反射した後、光電フォトセル（optoelectronic photo cell）１３によ って検出される。光は主に吸収を測定するために反対側で測定されるとともに、 主に反射を測定するためにフォトセルと同じ側から測定される。 光検出器１３からの信号は、増幅器２０で増幅されてＡ／Ｄ変換器２１に送信 される。マイクロプロセッサ２２の制御により光源が連続的にトリガされ、マイ クロプロセッサが動作して光源が信号を発するので、信号はパルス性を有してい る。光のサンプリング及びトリガの速度は、セルを横切る流体の速度に限界を与 えている。セルは（図１ｃの配置では）より遅い速度で通過するサンプルの小部 分をつかむだけであるから、主な体積流体（main bulk of the fluid）は５ ０ｃｍ／秒までの速度又はそれ以上の速度で流動させることができる。 今マイクロプロセッサ２２に利用できる情報は、バスシステム（２方向）を介 してホストコンピュータＰＣ２３に送信される。ＰＣは情報を受け取り、ローカ ルデータベースを介して必要な計算と比較を行い、その結果をマイクロプロセッ サ２２に戻す。マイクロプロセッサはこの情報をテスタに装着されたディスプレ イに表示する。 実施例２−データ処理 実施例２ａ データは多くの方法で処理される。典型的な実施例は本明細書の前の部分で説 明した。実行することができる一つの特定の実施例は次の通りである。 この方法は、７５０−１２００ｎｍ波長のスペクトラムの赤外領域で異なる角 度Ｉ（θ）で分散した光の強度を測定することを基礎としている。その後、次の 多重回帰式（multiple regression equation）を利用する。 ＦＡＴ＝ΣαιＩ（θι）＋α０ 予め計算された回帰係数αιを用いて、ＦＡＴ値を概算することができる。図 ５から、上記回帰式を使用して予測された値が個別に測定されたＦＡＴ値と比較 して正に一致していることが分かる。これらの予備測定では、ただ１つの波長を 使用した。発明者らの計算によると、ＦＡＴレンジ［４，８］では８％の誤差が 観察され、ＦＡＴレンジ［４，６．５］では６％の誤差が観察された。これは、 領域［６．５，８］（図６参照）で分散光強度がＦＡＴ含有量に依存しているこ とで説明できる。異なる波長のダイオードのセットを使用することにより、脂肪 含有量を検出する精度を向上することができる。異なる角度に対するさらなるデ ータ（例えば、７０°と１１０°が考えられるが、９０°±６０°は多くの実施 例に許容できる範囲である。）があると、概算の精度がより良くなる。 使用時には、測定される流体サンプルの特性データを多くの実施例に提供する ことが考えられる。しかしながら、正確な確定実行（determination run）が行 なわれる前に、較正実行（calibration run）が行なわれる必要があるようであ る。このような較正実行は典型的には最初に行ない、その後ルーチン的にドリフ トやパラメータの変化に対する読取りの精度をチェックする。このような較正実 行はエンドユーザではなく、サービスマンによってルーチン検査で行われる。 発明者によって試行された特定の実施例を詳細に説明する。この説明は例を示 すもので、本発明の範囲を限定するものではない。 実施例２ｂ−較正手順 動作原理は統計データの多重回帰法による数学的計算に基づいている。したが って、１又は複数の公知のパイロット流体又は公知の参照／テスト流体に対して セルを較正する必要がある。この流体は通常は牛乳分析に対してはテスト牛乳サ ン プルである。勿論、テストは後で行なうことができる。 精度はソフトウェアによって計算することができるが、精度と再現性は選択さ れた実施例の安定性によって大いに決定される。例えば、温度変化は読取りに影 響を及ぼし、またセルのガラス壁の表面の漸進的な汚染は読み取りの精度に影響 を及ぼす。 毎週の較正が推奨される。代案の方法として、体積脂肪結果（bulk fat re- sult）に関する乳製品工場からの報告が乳製品パイロットチェックとして使用さ れる。これは、全体システムの中の個々の機械をある程度まで較正することがで きる。毎日、乳をしぼった後、体積脂肪含有量（bulk fat content）がソフト ウェアによって算出される。 実施例２ｃ−データの解釈 最初のロットのサンプルでは、僅か５０のサンプルが測定セルを通過した。生 データのグラフでは、７つのグループのデータに脂肪／たん白質がみられた。プ ロトタイプの７つのＬＥＤからの分散により得られた出力である。 観測すると、読みは全範囲にわたって均等に広がっていないし、平均的な牛乳 に比較して比較的高いことが分かった。この理由は、ジャージー種の牛の全群れ の乳がでなくなる（drying off）直前の晩終期に、ニュージーランドの工場供 給農場からサンプルが収集されたからである。９％又はそれりやや高い牛乳脂肪 の読みが観察された（このセットのデータではない。）。 各グループには、右に下降する勾配を有する明瞭な傾向がある。このデータの 勾配は、修正係数が比較的高く、これによりさらに正確な概算の可能性が期待さ れることを意味する。これに対し、あるグループのデータポイントには、この一 般的な勾配から著しく逸脱するものがある。これは、これらの状況のもとで光源 から得られる情報が、一般の勾配傾向に従うデータよりも、予測点に貢献してい ないことを意味する。これらの点は一般に牛乳中の脂肪以外の固形物についての 他の情報を与える。これは、観測に１以上の光源を使用した一つの理由である。 多重回帰法を用いて全てのデータの点を処理した後、修正係数とインターセプ ト（intercept）、又は計算したいデータポイントを得るための式を加算する自 由係数を得た。 予測された値の結果は、個々の読み（生データ）にその回帰係数を乗じて、イ ンターセプトを加算することによって得ることができる。この結果は、他の方法 （化学又は較正赤外（calibrated infrared））からの相対誤差によって与えら れる範囲内で、測定された脂肪の読みとぴったりと一致する。 脂肪とたん白質のプロット線（例えば図７参照）は、たん白質及び脂肪の読み の予測と測定の間の良好な関係を示す。この試行において、約５％の全体相対精 度が達成された。しかしながら、これらの読みがとられた条件は理想以下である 。温度の依存性（他の結果参照）は考慮されていない。読みは約室温で行われた （発明者らはこの温度を測定していない。）。 後の作業により、約３５℃の温度の増加により２％以上の相対精度でより良い 相関が生じたことが分かった。 発明者の温度測定によると、熱制御された水槽でサンプルを約２０分間加熱し た後、３０−４０℃の間で最も良い結果が得られた。幸い、通常この体温を既に 有する乳牛からのストレートの牛乳を処理しているので、脂肪球（globules）／ 粒子（particle）は最適条件で溶解しており、測定がより正確になる。 発明者は、１０のサンプルで、約５°の温度間隔で観察を行なった。温度依存 性は明らかであるが、理想的にはこの分野でさらなる作業をする必要がある。こ のテスト結果から、約３０°での誤差は１．２９％であることが分かる。これら の結果は、テストセルの物理的構成に提案された多くの改良をすることなく得ら れた。多くの時間をかけてこの方法を細かく調整することで、より良い結果が得 られる事が分かる。 実施例３ａ 図８は、本発明のさらなる実施例を示す。装置は２つの半本体３０ａと３０ｂ からなり、これらはセル（符号３１によって全体的に示されている。）を挟持し ている。セルは、フロント光学窓部３２と、リヤ光学窓部３３と、これらの間に 配置されたテフロンガスケット３４とからなっている。ガスケット３４は窓部３ ２，３３の間隔をとるとともに、サンプルセルの厚さを規定している。フロント 窓部３２の開口３５は、牛乳又は他のサンプル流体が本体３０ｂ内の入口チャン ネル３６と出口チャンネル３７を通って流れるのを許容している。 リヤ半本体３０ａには複数の開口３８が設けられ、それらの中に光発信器（不 図示）の出力を導くことができるようになっている。また、フロント半本体３０ ｂには追加の開口３９が設けられている。この開口３９は追加の発信器（図８に は図示していないが、例えば３９ａ）のためにオプションとして使用される。図 １に関連して、これらの発信器は、主として、装置からの反射応答を引き出すた めのものである。 フロント半本体３０ｂには、フォトダイオード４０からなる検出器４０が図示 するように配置されている。このフォトダイオード４０はＡ／Ｄ変換器又は応答 を評価するための他の処理手段に接続されている。 図９は、図８の実施例の上方から見た図を示す。図８と図９の実施例は、図示 されたサンプルセル３１に依存する代りに、サンプル瓶を受入れるように簡単に 修正することができる。このためには、瓶を受け入れるように円筒形状の中央開 口部を設けることになる。また、半本体（３０ａ，３０ｂ）を修正し、例えば検 出器を半本体３０ｂのさらに背後にオフセットする必要がある。さらに、再配置 された検出器４０に収束するように光通路の導管３８を調整する必要がある。し かしながら、これは必ずしも行なう必要がない。なぜなら、検出器４００に収束 しない光通路は、依然として、流体内の粒子によって分散され拡散される信号を 与え、検出器４０に読みを与えるからである。このような場合、反射信号通路３ ９を設ける必要がない。 実施例４ 図１０から図１３は、本発明のさらに好ましい実施例を示す。この実施例は、 サンプル材料の連続流れを分析するのに適しているが、サンプルセル又は瓶を受 け入れるように適合させることもできる。また、この実施例は、牛乳、油、潤滑 油、ガス、血液、生物学的流体等の広範囲のサンプルに存在する粒子を分析する のにも適している。中央に開口を有する本体５０が設けられ、その開口にガラス 又はシリカチューブが保持されている。サンプルチューブ５１の両端はサンプル フローライン（チューブ５２ａ，５２ｂ）に接続されている。本体５０の中には 発信器５４と検出器５５が収容されている。発信器５４（ＩＲ発光ＬＥＤからな る）と検出器５５（フォトダイオードからなる）の配置は図１２と図１３に明瞭 にみられる。 装置の安定性を改良するために、本体５０は一般に低から中程度の熱伝導度と 適切な質量を有する１ブロックの材料からなっている。高密度プラスチックは好 ましい選択である。さらに、サンプルチューブ５１と本体５０の間にギャップが 設けられるとともに、いずれかの端部に回路基板と、サンプルチューブ５１から 断熱するための取付部材とが設けられている。 ＬＥＤは３次元配列で配置されている。これは、図１２と図１３を参照すると 良く分かる。効果的に、４セットの発信ＬＥＤ（各々はフィードバックのために 検出ＬＥＤと結合している。）が設けられ、これらはフォトダイオード検出器５ ５によって検出されるようにサンプル流体を通過する複数の異なる通路を提供し ている。各セットの２つのＬＥＤ（５４）はパルス駆動され、そのセットに対し 検出器５５によって読み取りが行われる。各それぞれの発信ＬＥＤは、後続の分 析により多くのデータを与えるために、別個にパルス駆動することができる。 他のＬＥＤの配置を採用することができる。前記実施例の変形（不図示）とし て、図１３に示す配置で分布するほぼ平坦な配列のＬＥＤが設けられる。各平坦 なＬＥＤセットは、検出器５５に接続され、読取りは後続の分析のために平均さ れるか、あるいは後続の分析のために別個のデータを与える。 この実施例及び他の実施例のさらなる変形として、光を発信器から１又は複数 の地点まで伝送するために光ファイバーを使用することができる。これにより、 発信器や関連回路の数、個別の安定性から生じる問題を減少することができる。 安定性をさらに援助するために、各発信ＬＥＤ５４に対してさらにＬＥＤ６０ が設けられる。これらの付加ＬＥＤ６０は発信ＬＥＤ５４と同じタイプであるが 、発信器よりもむしろ検出器として動作するよう配置される。これらの付加ＬＥ Ｄは回路に接続され、発信ＬＥＤへの電圧及び／又は電流を変更して、出力が一 定で時間や温度等の要因の影響を受けないことを保証する。この光フィードバッ クを使用する他の方法は前に説明したが、この実施例及び他の実施例の変形に利 用することができる。 さらに、ヒータ６１を本体５０に熱的に接続して、該本体を一定温度に維持す るようにしてもよい。この場合、本体５０はくらかの熱伝導率を有することが望 ましいが、サンプルの迅速な変化が直ちに伝達されて本体５０に迅速な温度変化 を引き起こすほどの伝導率であってはならない。これは、本体５０のブロックの 回りに加熱コイルを設けるか、全体に分布する加熱装置を設けることによって行 なうことができる。典型的には、そのような加熱装置６１は１又は複数の温度セ ンサ６２によって制御される。冷却装置（ペルチェ効果素子が選択されることが 多い。）が冷却用に設けられる。 全体アセンブリは外部ハウジング６３に収容され、内部要素が保護される。ユ ニットをシールするためにワッシャー又はＯリング６４を設けることができる。 次に、検出器５５からの出力は外部処理装置に供給される。これは、Ａ／Ｄ変 換器によってデジタル形式に変換される。Ａ／Ｄ変換器は図１２から図１４に示 された検出装置に含めることができる。これは前記実施例で説明したように分析 される。 実施例４ｂ 図１０から１３の実施例は、サンプル流体をモニターすることができる位置に 挿入される。分析を始める前に、比較とその後の評価のために、ある範囲の較正 データを得る必要がある。これは、装置によって分析される参照サンプルのセッ トを得ることによって達成される。次に、検出器からの値は記録され、種々の数 学的変換が行われ、未知のサンプルの検出値がサンプル内の粒子含有量の示度に 変換される。 精度が高いため、参照サンプルが一般サンプルと類似した条件で分析されるこ とを保証するという利点がある。これは、物理的特性が類似していることを意味 し、例えば温度が同一で、サンプルセルの種類が同一であり、流量が同一である こともありうる。しかしながら、参照サンプルに対してこの流れを生じさせるこ とは困難である。多くの実施例では、発信器のパルス駆動性は、サンプルのほぼ 静止したスナップショットをとる傾向にあり、そのスナップショットは本発明の 多くの利用分野の参照サンプルデータと都合よく比較される。 実際には、各検出装置は工場から出荷されるときに較正され、該検出装置が使 用されるときはいつでも、特定セットのデータが後続する評価手段による評価の ために準備される。さらに、較正はルーチン的に行われ、工場セッティングから の偏移、（原工場データが得られた条件と異なっている場合に）サンプルが測定 される条件の変化に対して補償している。 牛乳のようなサンプルに対しては、種々の成分を測定することができることが 分かった。例えば、脂肪含有量、たん白質含有量、体細胞数の他、乳糖含有量も 測定することができる。一般に、較正のために、前述の成分（又は分析される他 の成分）の含有量が知られている５０のサンプルが得られる。参照サンプルは特 別に作ることができるが、以前に分析された牛乳サンプルを使用することもでき る。次に、５０のサンプルからのデータが収集され、検出器の出力値と各成分の 公知の含有量との相関がとられる。多くの場合、例えば線形回帰やフーリエ変換 等の正当な式を選択することにより、良い相関が得られる。 次に、検出器の値を特定の成分粒子の示度に変換するのに要求される数学的記 変換は、この参照サンプルを用いる将来の使用のために記録される 類似の技術が他のタイプの流体に適用される。潤滑油のような物質には、該潤 滑油に存在する異なる金属粒子間を区別することは一般に可能ではないが、炭素 含有量等とは異なって金属含有量を指示することは可能である。主潤滑相の中で 完全には溶解しない他の汚染物質の存在は決定することができる。 同様に、多くの生物学的サンプルには、流体内に浮遊した又は非溶解形態で存 在する異なる物質が存在する。異なる粒子は異なる吸収と反射パターンを有し、 これらは本発明によって識別することができる。 実施例４ｃ 図１４と図１５は、本発明の他の実施例を示し、瓶を使用するものに向けられ ている。血液生成物の分析は一つの利用分野である。 実施例は、中央開口部を有する本体５０からなり、該開口部には瓶７０を挿入 することができる。平坦な配列の発信器７１が設けられているが、他の配列（例 えば前述の実施例を参照）も採用することができる。 光信号は検出器７２によって検出され、該検出器は選択された評価／処理手段 に接続されている。この装置は回路基板５３に装着することができ、該回路基板 は他の関連部品を支持することができる。 実施例４ｄ−モニタリング アプリケーション これまで説明した実施例は、主に粒子含有量を示す値を与える実施例に絞られ てきた。しかしながら、本発明の予測可能な利用分野には、粒子成分が所定の値 を超えたときのみ示すモニタリング装置としての使用が含まれる。この場合、処 理及び評価装置はそんなに複雑にする必要がない。センサは一般の処理装置に接 続ことによって較正され、該センサの特定の性質はセンサに含められる適当な媒 体（例えばＥＰＲＯＭチップ）に記録される。センサはいくつかの処理装置を含 み、検出器の応答がある限界に相当する所定値を超えるレベルを超えたか否かを 決定する。例えば、その装置は、潤滑油中の水成分が０．５％を超えたときを示 すように設定することができる。この装置は、検出器出力が０．５％水レベルに 相当するレベルを超えたときにモニタリング部がトリガされるように、調整され る。 この点では、モニタリング回路は異なる状態に切換え又はラッチされ、適当なア ラームを発し、あるいはそれに対し何らかの動作を起こす。 検出器出力があるレベルを超えたか否かについて単一の比較がなされる簡単な モニタリングアプリケーションに対しては、種々の評価方法を取り得るデジタル 評価がおそらく最も有効な方法であるが、簡単なアナログ比較回路でも十分であ る。これにより費用を低減することができるが、多くの場合、ユニットは較正し て調整し、あるいは他の装置と連携する必要がある。これは、他の実施例で前に 説明したような完全な処理評価装置であり、またタスクすなわちモニタリングア プリケーションに対してセンサを較正するタスクに対してもっぱら特殊化された 装置である。 実施例４ｃ−流量 本発明の多くの実施例は、流量を決定するのにハードウェアの少しの修正で又 は全く修正することなく使用することができる。発信器がパルス駆動される実施 例では、サンプルの「スナップショット」が迅速に連続してとられる。スナップ ショットの間隔が十分に短いならば、（サンプルの均一性に基づいて）移動サン プルの各スナップショットの特性間の変動が分かる。これらの変動は、濃度の変 化、気泡や粒子、異物の存在による。もし第２（又は第３）のスナップショット が下流でとられると、処理部／ソフトウェアによって比較がなされ、スナップシ ョットをマッチさせ、これにより２つの検出地点間を移動するのに要した時間が 決定される。離れた検出地点間の距離は知られているので、速度すなわち流体の 流量が決定される。 流量を知ると、それが上記方法で決定されようと従来の流量測定技術で決定さ れようと、サンプルのさらなる分析を行なうことができる。流量を決定し、これ により時間ドメイン（time domain）を確立することは、フーリエ変換解析のよ うな解析法に有益である。 実施例５−他の変形又は改良 種々の実施例に修正がなされてもよい。赤外領域内では、次数を変えることに よってある物質はある波長を吸収する。さらに、それらの変化率は変化すること がある。ある物質（そのうちいくらかは溶解してもよい）に対する装置の感度は 、特定の物質が相互作用する特定の周波数で出力を生じる光源を使用することで 、改良することができる。したがって、ＬＥＤ又は他の光源は、この相互作用の 範囲の波長の光を生じる。感度の高い特定のセンサが生産去れる場合、事実上、 全ての光源はセンサユニットの感度と特定性を増加するようなタイプであっても よい。しかしながら、大抵の実施例では、異なる波長を生み出すいくつかの発信 器を含めることが有益であるといえる。これにより、サンプル中の関係しない成 分からの相互作用のためというよりもむしろ、関係する成分による特定波長での 相互作用のために起こることに起因すると考えることができる。これは単一のサ ンプル中の異なる化合物の分析を助ける。 以上、本発明を実施例で説明したが、請求の範囲に記載の本発明の範囲を逸脱 することなく修正や付加がなされてもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流体中の粒子を定量決定する装置において、 １又は複数のサンプル光信号を与える１又は複数の光発信器からなる光発信器 セットと、 前記光発信器の出力に感光する１又は複数の光検出器からなる検出器セットと からなり、 光発信器と検出器の間の複数のサンプル光信号通路からのサンプル光信号がサ ンプルの分析中に検出器セットによって受け入れられ、 前記検出器は出力値を与え、該出力値は処理手段によって評価され、流体の粒 子含有量を指示する値を与えることを特徴とする流体中の粒子を定量決定する装 置。 ２．前記検出器セットは、流体中に存在する粒子による反射によって、少なくと も１セットの分散又は反射光信号を検出するように配置されていることを特徴と する請求項１に記載の装置。 ３．フィードバック検出器からなる光フィードバック手段を有し、 該フィードバック検出器の出力は、 少なくとも１つの光発信器の電圧と電流の何れか又は両方に影響を及ぼし、光 出力を所定のレベルに維持すること、 少なくとも１つの光検出器の感度に影響を及ぼし、少なくとも１つの光発信器 の光出力をマッチさせること、 粒子含有量を指示する値を与えるとき、補正に使用するために処理手段に利用 可能な信号を与えること、 のうち少なくとも一つを与えることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ４．フィードバック検出器は、その出力をモニターする光発信器とほぼ同じタイ プ及び特性の光発信器からなることを特徴とする請求項３に記載の装置。 ５．前記サンプル光信号通路は、 流体サンプルが分析される通路長と、 流体サンプルが分析される相対通路角度のうち、 少なくと何れかが、互いに異なっていることを特徴とする請求項１から３の何れ かに記載の装置。 ６．１又は複数のサンプル光信号が電磁スペクトラムの赤外領域内にあることを 特徴とする請求項１から３の何れかに記載の装置。 ７．１又は複数のサンプル光信号は７５０−１２００ｎｍ又は３０００−１００ ００ｎｍの領域の波長を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。 ８．光発信器は光発光ダイオード（ＬＥＤ）からなることを特徴とする請求項１ から３に記載の装置。 ９．光検出器はフォトダイオード、光発光ダイオード（ＬＥＤ）、フォトトラン ジスタ、又は他の光電子デバイスからなることを特徴とする請求項１から３の何 れかに記載の装置。 １０．サンプルセルの壁に沿って異なる位置にある、又は挿入されたサンプルセ ルの壁に沿って存在するように配置された複数の光発信器からなる発信器セット を有し、 前記発信器の出力は、前記検出器セットの１又は複数の光検出器に複数の直接 の信号通路を与えるように送信されることを特徴とする請求項１から３の何れか に記載の装置。 １１．前記発信器は、ほぼ湾曲したサンプルセル又はサンプルホルダの回りにほ ぼ半径方向に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。 １２．複数グループの発信器セットと検出器セットの組が設けられ、 各グループの発信器セットと検出器セットは他のグループから独立して機能す るが、 各検出器セットの出力は、サンプル流体内に存在する粒子を指示する値を与え るときには、処理手段によって考慮されることを特徴とする請求項１０に記載の 装置。 １３．少なくとも１つの光発信器の出力はサンプルの分析中にパルス駆動される ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の装置。 １４．複数のパルス駆動される光発信器を有し、 前記検出器セット又は該検出器セットの個々の検出器は、サンプルの分析中に ある時点で単一の光発信器の出力又はその組合わせを検出し、 前記光発信器のパルス駆動は同期して、個々の光発信器又はそのグループの出 力を検出することができることを特徴とする請求項１３に記載の装置。 １５．少なくとも１つの光発信器の出力は、サンプルの分析中にその出力強度が 変化することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の装置。 １６．前記検出器セット又は該検出器セットの個々の検出器は、前記光発信器の １以上の出力強度で、処理手段による評価に利用可能な信号を生成することを特 徴とする請求項１５に記載の装置。 １７．前記検出器セットの少なくとも１つの検出器は、サンプルの分析中に少な くとも１つの信号を受け入れるように配置され動作され、 その信号は、前記発信器セットの１又は複数の発信器から直接に通過した光で はなく、純粋に反射され分散された光からなることを特徴とする請求項１から３ の何れかに記載の装置。 １８．前記検出器セットの出力はデジタル形式に変換されることを特徴とする請 求項１から１７に記載の装置。 １９．サンプル流体内に存在する粒子を示す値を生成するのに、評価のための処 理手段に利用可能なデータがパック（packets）に準備されることを特徴とする 請求項１８に記載の装置。 ２０．サンプル流体中の粒子の存在を示す１又は複数の値を生成する処理手段を 有することを特徴とする請求項１から１９に記載の装置。 ２１．前記処理手段は前記検出器セットによって生成された値を記憶された較正 参照データと比較し、その比較によりサンプル流体中の１又は複数の異なるタイ プの粒子の存在を示す値を生成することを特徴とする請求項２０に記載の装置。 ２２．前記記憶される値は、選択された標準に関する較正データからなることを 特徴とする請求項２１に記載の装置。 ２３．前記データの比較は、線形回帰又はフーリエ変換のいずれか又は両方に基 づいていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。 ２４．サンプルの連続流れを許容し得るサンプルセルを有し、又は有するように 形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の装置。 ２５．前記請求項１から２４の何れかに記載の装置を使用することを含むことを 特徴とする流体中の粒子を定量決定する方法。 ２６．前記請求項１から２４の何れかに記載の装置を使用することを含むことを 特徴とする流体の流量を決定する方法。 ２７．１又は複数の光信号を流体サンプルに通過させ、 複数のサンプル光信号通路からのサンプル光信号を検出し、 検出出力を処理装置による後続の評価に利用可能にすることを特徴とする流体 中の１又は複数の粒子のレベルを定量的に決定する方法。 ２８．前記検出光信号は、 流体サンプルが分析される通路長と、 流体サンプルが分析される相対通路角度と、 前記信号を生成する発信器の出力強度と、 通過した光の反射又は分散された光に対する比と、 波長のうち、 少なくと何れかが、互いに異なっていることを特徴とする請求項２７に記載の装 置。 ２９．前記検出出力を、線形回帰又はフーリエ変換解析のいずれか又は両方によ り、記憶された較正参照値と比較し、 前記流体内の１又は複数の異なるタイプの粒子の量的レベルを指示する値を生 成することを特徴とする請求項２７又は２８の何れかに記載の方法。 ３０．前記光信号をパルス駆動することを特徴とする請求項２７又は２８の何れ かに記載の方法。 ３１．異なる発信器と検出器の動作を協働させて、それらの異なる組合わせから 光信号の収集を許容することを特徴とする請求項３０に記載の方法。 ３２．前記少なくとも１つの光信号は電磁スペクトラムの赤外領域内の光からな ることを特徴とする請求項２７又は２８に記載の方法。 ３３．牛乳及び他の乳製品をベースにした流体、 流動化した脂肪粒子、小球、及び懸濁液、 血液、血漿、精液、尿及び他の生物学的流体、 油及び潤滑油、及び インク、塗料及び液体顔料 のうち少なくとも何れかの粒子レベルを決定することを特徴とする請求項２７か ら３０の何れかに記載の方法。 ３４．牛乳及び他の乳製品をベースにした流体に適用するときには、脂肪、たん 白質、乳糖及び体細胞数の少なくとも何れかのレベルを指示することを特徴とす る請求項３３に記載の方法。 ３５．牛乳ラインに接続されることを特徴とする請求項１から２４の何れかに記 載の装置。 ３６．油又は潤滑油ラインに接続されることを特徴とする請求項１から２４の何 れかに記載の装置。 ３７．添付図面を参照して明細書で説明された流体中の粒子を定量決定する装置 。 ３８．添付図面を参照して明細書で説明された流体中の粒子を定量決定する方法 。