特許 7285350 気泡検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-24

(45)【発行日】2023-06-01

(54)【発明の名称】気泡検出器

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/53 20060101AFI20230525BHJP

   G01N 33/49 20060101ALI20230525BHJP

【ＦＩ】

G01N21/53 Z

G01N33/49 K

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022009556

(22)【出願日】2022-01-25

(62)【分割の表示】P 2020035618の分割

【原出願日】2013-07-23

(65)【公開番号】P2022070861

(43)【公開日】2022-05-13

【審査請求日】2022-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】317007266

【氏名又は名称】エア・ウォーター・バイオデザイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104765

【弁理士】

【氏名又は名称】江上 達夫

(74)【代理人】

【識別番号】100131015

【弁理士】

【氏名又は名称】三輪 浩誉

(72)【発明者】

【氏名】立石 潔

(72)【発明者】

【氏名】窪田 義久

【審査官】小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－２３７９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５２４２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０１５０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００７７０９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０００－２８３９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－３１３０４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７ － Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｇ０１Ｎ １５／００ － Ｇ０１Ｎ １５／１４

Ｇ０１Ｎ ３３／４８ － Ｇ０１Ｎ ３３／９８

Ａ６１Ｍ １／００ － Ａ６１Ｍ １／３８

Ａ６１Ｍ ３／００ － Ａ６１Ｍ ９／００

Ａ６１Ｍ ３１／００

Ａ６１Ｍ ３９／００ － Ａ６１Ｍ ３９／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

血液に光を照射する照射手段と、
前記血液からの戻り光を受光する受光手段と、
前記受光手段の受光信号に基づいて、前記血液の濃度を推定する推定手段と、
前記受光手段の受光信号に基づいて生成される第１信号と、前記推定手段で推定した前記血液の濃度から生成される第２信号と、を比較することで、前記血液に含まれる気泡を検出する検出手段と
を備えることを特徴とする気泡検出器。

【請求項2】

前記検出手段は、前記第１信号の値が前記第２信号の値を超える部分を気泡として検出する、ことを特徴とする請求項１に記載の気泡検出器。

【請求項3】

前記第１信号は、前記受光手段の受光信号の低域成分を除去した信号である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の気泡検出器。

【請求項4】

前記第２信号は、前記血液の濃度に所定の加算レベルを加算した信号である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の気泡検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光を流体に照射することで流体内に存在する気泡を検出する気泡検出器の技術分野に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の装置として、例えばチューブ内を流れる血液に含まれる気泡を血液濃度と共に検出する装置が知られている。例えば特許文献１では、超音波を用いて気泡を検出し、光学センサで血液濃度を検出する装置が提案されている。また特許文献２では、電気インピーダンスの変化を利用して気泡を検出し、光学センサで血液濃度を検出する装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４１２９８６６号公報

【文献】特開平７－１９０９２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述した特許文献に記載されているような装置では、気泡検出と濃度検出とが相異なる方法で行われるため、気泡を検出するセンサ及び濃度を検出するセンサを別々に備える必要がある。このため上述した技術は、装置の大型化及び複雑化、並びにコストの増大を招いてしまうという技術的問題点を有している。

【0005】

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、流体に含まれる気泡を好適に検出可能な気泡検出器を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための気泡検出器は、血液に光を照射する照射手段と、前記血液からの戻り光を受光する受光手段と、前記受光手段における受光量の変化に基づいて、前記血液に含まれる気泡を検出する検出手段とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施例に係る気泡濃度検出装置の全体構成を示すブロック図である

【図2】第１実施例に係る信号処理部の構成を示すブロック図である。

【図3】第１実施例に係る濃度推定処理を示すフローチャートである。

【図4】濃度テーブルの一例を示すグラフである。

【図5】光強度信号を増幅した増幅信号、増幅信号の高域成分を抑圧したＬＰＦ信号、及び推定濃度値を示すチャート図である。

【図6】第１実施例に係る気泡検出動作を示すチャート図である。

【図7】第２実施例に係る信号処理部の構成を示すブロック図である。

【図8】第２実施例に係る気泡検出動作を示すチャート図である。

【図9】第３実施例に係る信号処理部の構成を示すブロック図である。

【図10】第３実施例に係る濃度推定処理を示すフローチャートである。

【図11】第３実施例に係る気泡検出処理を示すフローチャートである。

【図12】第４実施例に係る信号処理部の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本実施形態に係る気泡検出器は、流体に光を照射する照射手段と、前記流体からの戻り光を受光する受光手段と、前記受光手段における受光量の変化に基づいて、前記流体に含まれる気泡を検出する検出手段とを備える。

【0009】

本実施形態に係る気泡検出器によれば、その動作時には、先ず透明チューブ内を流れる血液等の流体に対して、照射手段から光が照射される。照射手段は、例えば発光ダイオードを含んで構成されており、その使用時には、流体に効率的に光を照射できる位置に配置される。

【0010】

照射手段から照射された光は流体において散乱及び吸収され、戻り光として受光手段で受光される。受光手段は、例えばフォトダイオード等を含んで構成され、その使用時には、例えば流体から見て照射手段とは反対側の位置に配置される。

【0011】

受光手段で戻り光が受光されると、検出手段による流体内の気泡の検出が行われる。具体的には、検出手段は、受光手段における受光量の変化に基づいて気泡を検出する。例えば、流体内に気泡が存在している場合、流体の透過光量が急激に増大するため、受光手段における受光量も急激に増大することになる。このように、気泡の存在は流体の透過光量に影響を与えるため、受光量の変化に基づき、気泡を検出することができる。

【0012】

なお、受光手段における受光量は、典型的には受光量を振幅とする受光信号として検出手段に入力される。この場合、気泡を正確に検出するために、受光信号に対して各種処理が実行されてもよい。例えば、受光信号には、増幅器を利用した増幅処理やフィルタ回路を利用した抽出処理等が施されてもよい。照射手段は、レーザダイオードを含んで構成されてもよい。

【0013】

以上説明したように、本実施形態に係る気泡検出器によれば、流体内に存在する気泡を好適に検出することが可能である。

【0014】

本実施形態に係る気泡検出器の一態様では、前記検出手段は、前記受光量に関連する第１の信号と、前記第１の信号の低周波成分に関連する第２の信号とを比較することで、前記気泡を検出する。

【0015】

この態様によれば、気泡の検出時には、受光手段における受光量に関連する信号として第１の信号が生成される。また、第１の信号には例えばローパスフィルタ処理が行われ、第１の信号の低周波成分に関連する第２の信号が生成される。そして検出手段では、第１の信号と第２の信号とが比較され、その結果として気泡が検出される。

【0016】

ここで、受光量に関連する第１の信号は、気泡が存在する部分において急激な変化が生じていると考えられる。一方で、第１の信号の低周波成分である第２の信号では、第１の信号に生じているような気泡由来の急激な変化部分がカットされている。よって、第１の信号と第２の信号とを比較すれば、第１の信号において急激な変化が生じている部分を検出できる。従って、容易且つ的確に流体内の気泡を検出することが可能である。

【0017】

なお、第２の信号は、第１の信号に対して低周波成分を抽出する処理を施しただけの信号でなくともよい。例えば、第２の信号は、検出すべき気泡の大きさ等に応じた所定の加算レベルを加算した信号であってもよい。

【0018】

上述した第１の信号及び第２の信号を利用する態様では、前記第２の信号に基づいて、前記流体の濃度を推定する推定手段を更に備えてもよい。

【0019】

この場合、第１の信号（即ち、受光量に関連する信号）の低周波成分に関連する第２の信号に基づいて、流体の濃度が推定される。即ち本態様では、流体における気泡の検出のみならず、流体の濃度が推定される。

【0020】

流体の濃度が低い場合、散乱粒子密度が低いため、散乱による透過光量の減少量が小さくなり透過光量は増大する。よって、受光手段における受光量は大きくなる。一方、流体の濃度が高い場合、散乱粒子密度が高いため、散乱による透過光量の減少量が大きくなり透過光量は減少する。よって、受光手段における受光量は小さくなる。以上の特性を利用すれば、受光手段の受光量に基づいて、流体の濃度を推定することができる。同様に、流体の濃度により光の吸収量が変化するので、透過光量が変化し、受光手段の受光量に基づいて、流体の濃度を推定することができる。

【0021】

ここで第２の信号は、受光量に関連する第１の信号から、気泡の存在等による急激な変動をカットした信号である。このため第２の信号は、流体の濃度の変動に起因する、比較的緩やかな受光量の変化を示す信号であると言える。従って、第２の信号を利用すれば、流体の濃度を好適に推定することができる。

【0022】

上述した特許文献では、気泡検出と濃度検出が別々の位置に取り付けられたセンサで実行され、それぞれのセンサ取り付け位置が異なるので、気泡検出と濃度検出を同一位置で実行することは不可能であった。一方本案は、同一の照射手段と受光手段とを用いて、気泡検出と濃度検出とを同時に実行可能な構成を有しており、同一位置での気泡検出と濃度検出が可能となり、より好適となる。

【0023】

上述した推定手段を更に備える態様では、前記推定手段で推定される前記流体の濃度に基づいて、前記検出手段の検出レベルを補正する検出レベル補正手段を更に備えてもよい。

【0024】

この場合、推定手段において流体の濃度が推定されると、推定された濃度値に基づいて、検出手段の検出レベルが補正される。なお、ここでの「検出レベル」とは、検出手段における気泡の検出し易さを表す指標であり、検出感度に相当し、高いほど気泡を検出し易い状態である。具体的には、検出レベルを高く設定することで、小さい気泡まで漏らさず検出することが可能となり、検出レベルを低く設定することで、一定以上の大きさの気泡のみを検出することが可能となる。検出レベルは、例えば受光信号を増幅する増幅器の増幅率を変化させることで調整できる。

【0025】

既に述べたように、流体の濃度が低い場合、散乱粒子密度が低いため、散乱による透過光量の減少量が小さくなり透過光量は増大する。よって、受光手段における受光量は大きくなり、気泡が検出され易い状態となる。一方、流体の濃度が高い場合、散乱粒子密度が高いため、散乱による透過光量の減少量が大きくなり透過光量は減少する。よって、受光手段における受光量は小さくなり、気泡が検出され難い状態となる。このため、例えば濃度が高いほど検出レベルが高くなるような補正を行えば、濃度の値によらず正確な気泡検出が行える。より具体的には、濃度が比較的低い場合に、検出すべきでない小さい気泡までが検出されてしまうことを防止できる。或いは、濃度が比較的高い場合に、検出すべき気泡が検出されないことを防止できる。

【0026】

或いは推定手段を更に備える態様では、前記検出手段で前記気泡が検出される頻度に基づいて、前記流体の濃度を補正する濃度補正手段を更に備えてもよい。

【0027】

この場合、検出手段において気泡が検出されると、気泡の検出頻度（例えば、単位時間当たりの検出回数）も記録される。そして、検出手段における気泡の検出頻度に基づいて、推定手段において推定される流体の濃度が補正される。

【0028】

気泡は流体より光の透過率が高いため、気泡の検出頻度が高いほど透過光量が大きくなると考えられる。このため、仮に何らの対策も講じなければ、気泡の検出頻度が高いほど流体の濃度は低く推定されてしまうことになる。よって、気泡の検出頻度が高い場合に、濃度を高くするよう補正すれば、より正確な濃度を推定することが可能となる。

【0029】

なお、上述した濃度に基づく検出レベルの補正及び気泡検出頻度に基づく濃度の補正は、夫々の計測位置及び計測時間が同一である場合において、特に高い効果を発揮する。よって、受光量という１つのパラメータに基づいて、気泡の検出及び濃度の推定を実行可能な本実施形態において極めて有効である。また、濃度に基づく検出レベルの補正及び気泡検出頻度に基づく濃度の補正は、夫々並行して行うことが可能である。

【0030】

本実施形態に係る気泡検出方法は、流体に光を照射する照射工程と、前記流体からの戻り光を受光する受光工程と、前記受光工程における受光量の変化に基づいて、前記流体に含まれる気泡を検出する検出工程とを備える。

【0031】

本実施形態の気泡検出方法によれば、上述した本実施形態に係る気泡検出器と同様に、流体内に存在する気泡を好適に検出することが可能である。

【0032】

なお、本実施形態に係る気泡検出方法においても、上述した本実施形態に係る気泡検出器における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

【0033】

本実施形態に係る気泡検出器及び気泡検出方法の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。

【実施例】

【0034】

以下では、図面を参照して気泡検出器及び気泡検出方法の実施例について詳細に説明する。なお、以下では、気泡検出器が流体中の気泡及び流体濃度を検出する気泡濃度検出装置として構成される場合を例にとり説明する。

【0035】

＜第１実施例＞
第１実施例に係る気泡濃度検出装置について、図１から図６を参照して説明する。

【0036】

＜全体構成＞
先ず、第１実施例に係る気泡濃度検出装置の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、実施例に係る気泡濃度検出装置の全体構成を示すブロック図である。

【0037】

図１において、本実施例に係る気泡濃度検出装置は、レーザ駆動部１１０と、半導体レーザ１２０と、受光素子１３０と、Ｉ－Ｖ変換部１４０と、信号処理部１５０と、ＣＰＵ１６０と、表示部１７０とを備えて構成されている。

【0038】

レーザ駆動部１１０は、半導体レーザ１２０を駆動するための電流を発生する。

【0039】

半導体レーザ１２０は、「照射手段」の一具体例であり、レーザ駆動部１１０において発生された駆動電流に応じたレーザ光を、計測対象である流体２００が流れる透明チューブ２５０に対して照射する。

【0040】

受光素子１３０は、「受光手段」の一具体例であり、半導体レーザ１２０と透明チューブ２５０を挟み込んで対応した位置に配置されており、照射されたレーザ光のうち、流体２００を透過した散乱光を受光する。

【0041】

Ｉ－Ｖ変換部１４０は、受光素子１３０で検出された検出電流を電圧に変換して、光強度信号として出力する。

【0042】

信号処理部１５０は、光強度信号から濃度を演算し濃度推定値として出力すると共に、光強度信号から気泡の有無を検出し気泡検出値として出力する。即ち、信号処理部１５０は、「検出手段」及び「推定手段」の一具体例である。信号処理部１５０の具体的な構成及び動作は、後に詳述する。

【0043】

ＣＰＵ（Central Processing Unit）１６０は、濃度推定値及び気泡検出値に応じて各種処理を実行する。例えばＣＰＵ１６０は、濃度推定値を時間経過に対するグラフ化し表示部１７０に表示させる。またＣＰＵ１６０は、気泡検出値に応じて表示部１７０における警告を行う。より具体的には、ＣＰＵ１６０は、規定時間内の気泡検出パルスをカウントし、規定回数を超えた場合、気泡有りと判断して表示部１７０のＬＥＤを点灯し警告表示する。一方、規定回数を超えない場合、気泡無しと判断してＬＥＤを消灯して安全表示する。

【0044】

＜信号処理部の構成＞
次に、第１実施例に係る信号処理部１５０の具体的な構成について、図２を参照して説明する。ここに図２は、第１実施例に係る信号処理部の構成を示すブロック図である。

【0045】

第１実施例に係る信号処理部１５０は、可変増幅器３１０と、ＬＰＦ（Low-pass filter）３２０と、レベル生成部３３０と、加算器３４０と、比較器３５０と、Ａ／Ｄ変換器３６０と、演算器３７０とを備えて構成されている。

【0046】

可変増幅器３１０は、Ｉ－Ｖ変換部１４０から入力された光強度信号を、ＣＰＵ１６０が指令したゲイン調整値に従い増幅し増幅信号として出力する。増幅信号は、ＬＰＦ３２０及び比較器３５０に夫々出力される。

【0047】

なお、ゲイン調整値は、例えば流体の種類や濃度変化が予め判断できる場合に、透過光量の変化を予測して決定される。より具体的には、散乱体の濃度が高い流体が計測対象である場合には、透過光量レベルは小さくなるため、ＣＰＵ１６０は比較的大きいゲイン調整値を決定し、可変増幅器３１０の増幅率が高くされる。ゲイン調整値を利用すれば、流体の濃度が高い（即ち、透過光量が小さい）場合であっても、後述する検出処理を高い精度で行える。

【0048】

ＬＰＦ３２０は、入力された増幅信号の高域成分（例えば、気泡によるノイズ等）を除去し、ＬＰＦ信号として出力する。ＬＰＦ信号は、加算器３４０及びＡ／Ｄ変換器３６０に夫々出力される。

【0049】

なお、ＬＰＦ３２０に代えて、エンベロープ検出器を用いることもできる。具体的には、増幅信号は気泡に起因する短期的な透過光量レベルの増加に伴い上側に変動する。そして、気泡に起因する透過光量レベルの変動は上側に変動するのみで、下側に変動することはない。よって、エンベロープ検出器により、増幅信号の下側エンベロープを検出してＬＰＦ信号に置き換えた場合であっても、同様の結果が得られる。

【0050】

レベル生成部３３０は、検出すべき気泡の大きさに応じた加算レベルを生成して、加算器３４０に出力する。

【0051】

加算器３４０は、ＬＰＦ信号に対してレベル生成部３３０で生成された加算レベルを加算し、比較信号として比較器３５０に出力する。

【0052】

比較器３５０は、可変増幅器３１０から入力される増幅信号と、加算器３４０から入力される比較信号とを比較して、流体２００中の気泡の有無を検出する。比較器３５０における具体的な気泡の検出方法については、後に詳述する。

【0053】

Ａ／Ｄ変換器３６０は、アナログ信号であるＬＰＦ信号をデジタル化し、Ａ／Ｄデータとして演算器３７０に出力する。

【0054】

演算器３７０は、Ａ／Ｄデータに基づいて、流体２００の濃度を演算し、濃度推定値としてＣＰＵ１６０に出力する。なお、演算器３７０には、可変増幅器３１０と同様に、ＣＰＵ１６０からのゲイン調整値が入力されており、濃度の推定時に利用される。演算器３７０における具体的な濃度の推定方法については、後に詳述する。

【0055】

＜濃度推定処理＞
次に、第１実施例に係る気泡濃度検出装置による濃度推定処理について、図３を参照して説明する。ここに図３は、第１実施例に係る濃度推定処理を示すフローチャートである。

【0056】

図３において、濃度推定処理を実行する演算器３７０は、先ずＡ／Ｄ変換器３６０から新規Ａ／Ｄデータを取得可能か判定する（ステップＳ１０１）。そして、Ａ／Ｄデータを取得可能である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、Ａ／Ｄデータの取り込みを実行する（ステップＳ１０２）。

【0057】

Ａ／Ｄデータが取得されると、演算器３７０はデジタルＬＰＦ演算処理を実行する（ステップＳ１０３）。デジタルＬＰＦ処理では、現在取得したＡ／Ｄデータや過去に取得したＡ／Ｄデータに基づいて、ハム信号等が除去される。

【0058】

デジタルＬＰＦ処理が実行されると、演算器３７０は、デジタルＬＰＦ処理した信号をアドレス値として、濃度テーブルをリードする（ステップＳ１０４）。そして演算器３７０は、濃度テーブルの出力値を、濃度推定値としてＣＰＵ１６０に出力する（ステップＳ１０５）。濃度推定処理時には、上述した一連の処理が繰り返し実行される。

【0059】

ここで、濃度推定処理に用いられる濃度テーブル及び推定される濃度値について、図４及び図５を参照して具体的に説明する。ここに図４は、濃度テーブルの一例を示すグラフである。また図５は、光強度信号を増幅した増幅信号、増幅信号の高域成分を抑圧したＬＰＦ信号、及び推定濃度値を示すチャート図である。

【0060】

図４において、濃度テーブルは、光強度信号（即ち、Ａ／Ｄデータの値に等価）が大きい程、濃度を小さく推定するようなテーブルとして予め設定されている。例えば、流体の濃度が低い場合、散乱粒子密度が低いため、散乱による透過光量の減少量が小さくなり透過光量は増大する。よって、受光素子１３０における受光量は大きくなる。一方、流体の濃度が高い場合、散乱粒子密度が高いため、散乱による透過光量の減少量が大きくなり透過光量は減少する。よって、受光素子１３０における受光量は小さくなる。以上の結果、図に示すような濃度テーブルを用いれば、好適に流体の濃度を推定できる。

【0061】

図５において、光強度信号を増幅した増幅信号も濃度に応じて変動する信号であるが、増幅信号は気泡に起因して急激に変動する部分（気泡ノイズ）を有している。このため、増幅信号から直接的に濃度を推定しようとしても、正確な濃度を推定することは難しい。

【0062】

しかしながら本実施例では、増幅信号中の高域成分を抑圧するＬＰＦ処理によりＬＰＦ信号を得る。ＬＰＦ信号は、増幅信号中の気泡ノイズ等の急激な変動がカットされる。よってＬＰＦ信号を利用すれば、流体の濃度を好適に推定することができる。推定濃度値は、図４に示したテーブルからも分かるように、ＬＰＦ信号の強度に対して逆比例する値として推定される。

【0063】

＜気泡検出処理＞
次に、第１実施例に係る気泡濃度検出装置による気泡検出処理について、図６を参照して説明する。ここに図６は、第１実施例に係る気泡検出動作を示すチャート図である。

【0064】

図６において、増幅信号は、上述したように気泡に起因して急激に変動する部分（気泡ノイズ）を有している。しかしながら、増幅信号だけでは、どの部分が気泡ノイズであるのかを判別することが難しい。このため本実施例では、ＬＰＦ信号に所定の加算レベルを加算した比較信号を利用する。比較信号は、ＬＰＦ信号を元にする信号であるので、増幅信号が有する気泡ノイズがカットされている。また、加算レベル分だけ、比較対象である増幅信号よりも信号全体のレベルが高い。

【0065】

加算レベルは予め設定された固定値であり、検出したい気泡の大きさに応じて設定される。例えば、より小さい気泡を検出したい場合には、加算レベルとして小さいレベルを設定すればよい。ただし、加算レベルを小さくすると誤検出確率も上昇するため、所定の限界値を設定することが好ましい。なお、検出出来る気泡サイズを小さくするよりも誤検出を防止したい場合には、大きなレベルを設定すればよい。また、加算レベルの生成をより好適とするため、ＣＰＵ１６０を介して指示値を変換するようにしてもよい。この場合、ＣＰＵ１６０は、例えば被測定流体の種類や濃度等に基づいて、指示値を変更すればよい。

【0066】

上述した比較信号と増幅信号とを互いに比較すると、図を見ても分かるように、増幅信号における急激に変動する部分（即ち、気泡ノイズ）のみが、比較信号を超えた状態となる。

【0067】

ここで仮に、増幅信号に対して所定の閾値のみを利用して気泡を検出使用としても、増幅信号の信号レベルは流体の濃度に応じて変動するため、気泡を正確に検出できないおそれがある。しかしながら本実施例では、増幅信号と同様に、濃度に応じて変動する比較信号を利用しているため、濃度による変動の影響を除去し、好適に気泡の検出が実行できる。

【0068】

増幅信号と比較信号との比較の結果、増幅信号が比較信号を超えていれば、気泡有りと判断され、比較器３５０からＨレベルの気泡検出値が出力される。一方で、増幅信号が比較信号を超えていなければ、気泡無しと判断され、比較器３５０からＬレベルの気泡検出値が出力される。

【0069】

なお、気泡の検出結果を上述した濃度の推定に利用することもできる。例えば、気泡がある場合に濃度テーブルを引くアドレスを変化させる、或いは気泡のない場合とある場合の２種類のテーブルを用意しておけば、より高い精度で濃度を推定することが可能となる。

【0070】

以上説明したように、第１実施例に係る気泡濃度検出装置によれば、流体の濃度を推定すると同時に流体中の気泡を検出することができる。また本実施例では特に、濃度の推定及び気泡の検出を同一のパラメータを用いて実行できるため、装置の複雑化やコストの増大を防止できる。また、濃度の推定及び気泡の検出を同一の位置において実行することも容易である。

【0071】

＜第２実施例＞
次に、第２実施例に係る気泡濃度検出装置について、図７及び図８を参照して説明する。なお、第２実施例は、上述した第１実施例と比べて一部の構成及び動作が異なるのみで、多くの部分は第１実施例と同様である。このため、以下では第１実施例と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

【0072】

＜信号処理部の構成＞
先ず、第２実施例に係る信号処理部の構成について、図７を参照して説明する。ここに図７は、第２実施例に係る信号処理部の構成を示すブロック図である。

【0073】

図７において、第２実施例に係る信号処理部１５０ｂは、可変増幅器４１０と、ＨＰＦ４２０と、ＬＰＦ４２５と、増幅器４３０と、レベル生成部４４０と、比較器４５０と、Ａ／Ｄ変換器４６０と、演算器４７０とを備えて構成されている。

【0074】

可変増幅器４１０は、Ｉ－Ｖ変換部１４０から入力された光強度信号を、ＣＰＵが指令したゲイン調整値に従い増幅し増幅信号として出力する。増幅信号は、ＨＰＦ（High-pass filter）４２０及びＬＰＦ４２５に夫々出力される。

【0075】

ＨＰＦ４２０は、入力された増幅信号の低域成分（例えば、ハム信号によるノイズやＤＣ成分）を除去し、ＨＰＦ信号として出力する。ＨＰＦ信号は、増幅器４３０に出力される。

【0076】

ＬＰＦ４２５は、入力された増幅信号の高域成分（例えば、気泡によるノイズ等）を除去し、ＬＰＦ信号として出力する。ＬＰＦ信号は、Ａ／Ｄ変換器４６０に出力される。

【0077】

増幅器４３０は、ＨＰＦ４２０を入力されたＨＰＦ信号を増幅して比較器４５０に出力する。

【0078】

レベル生成部４４０は、演算器４７０から出力される濃度推定値に所定の加算レベルを加算して、比較信号として、比較器４５０に出力する。

【0079】

比較器４５０は、増幅器４３０から入力されるＨＰＦ信号と、レベル生成部４４０から入力される比較信号とを比較して、流体２００中の気泡の有無を検出する。

【0080】

Ａ／Ｄ変換器４６０は、アナログ信号であるＬＰＦ信号をデジタル化し、Ａ／Ｄデータとして演算器４７０に出力する。

【0081】

演算器４７０は、Ａ／Ｄデータに基づいて、流体２００の濃度を演算し、濃度推定値としてＣＰＵ１６０に出力する。濃度推定値は、上述したようにレベル生成部４４０にも出力される。

【0082】

＜気泡検出処理＞
次に、第２実施例に係る気泡検出処理について、図８を参照して説明する。ここに図８は、第２実施例に係る気泡検出動作を示すチャート図である。

【0083】

図８において、第２実施例に係る気泡検出処理では、比較器４５０において、ＨＰＦ信号と比較信号とが比較される。ここでＨＰＦ信号は、透過光量のＡＣ成分に対応して変化する。このため、透過光量が急激に増減する気泡存在部分では、ＨＰＦ信号も急激に増減する。一方で、比較信号は、ＬＰＦ信号（即ち、高域成分が除去された信号）に基づいて演算器４７０が演算した濃度に、概ね比例した信号である。この結果、ＨＰＦ信号のレベルは、気泡部分においてのみ、比較信号を超えることになる。

【0084】

以上説明したように、第２実施例に係る気泡濃度検出装置によれば、第１実施例と同様に、流体中の気泡を好適に検出することができる。また、ここでは説明を省略したが、第１実施例と同様に、気泡の検出と同時に流体の濃度を推定することも可能である。

【0085】

＜第３実施例＞
次に、第３実施例に係る気泡濃度検出装置について、図９から図１１を参照して説明する。なお、第３実施例は、上述した第１及び第２実施例と比べて一部の構成及び動作が異なるのみで、多くの部分は第１及び第２実施例と同様である。このため、以下では第１及び第２実施例と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

【0086】

＜信号処理部の構成＞
先ず、第３実施例に係る信号処理部の構成について、図９を参照して説明する。ここに図９は、第３実施例に係る信号処理部の構成を示すブロック図である。

【0087】

図９において、第３実施例に係る信号処理部１５０ｃは、ＬＰＦ５１０と、第１可変増幅器５２０と、第１Ａ／Ｄ変換器５３０と、第１演算器５４０と、ＨＰＦ５５０と、第２可変増幅器５６０と、第２Ａ／Ｄ変換器５７０と、第２演算器５８０とを備えて構成されている。

【0088】

ＬＰＦ５１０は、入力された光強度信号の高域成分（例えば、気泡によるノイズ等）を除去し、ＬＰＦ信号として出力する。ＬＰＦ信号は、第１可変増幅器５２０に出力される。

【0089】

第１可変増幅器５２０は、入力されたＬＰＦ信号を、ＣＰＵを介して入力されるゲイン調整値Ｇ１に基づいて増幅して出力する。増幅されたＬＰＦ信号は、第１Ａ／Ｄ変換器５３０に出力される。

【0090】

第１Ａ／Ｄ変換器５３０は、アナログ信号であるＬＰＦ信号をデジタル化し、Ａ／Ｄデータとして第１演算器５４０に出力する。

【0091】

第１演算器５４０は、Ａ／Ｄデータに基づいて流体２００の濃度を演算し、濃度推定値としてＣＰＵ１６０に出力する。なお、濃度推定処理には、第２演算器５８０から入力される気泡検出処理の結果が利用される。

【0092】

ＨＰＦ５５０は、入力された増幅信号の低域成分（例えば、ハム信号によるノイズやＤＣ成分）を除去し、ＨＰＦ信号として出力する。ＨＰＦ信号は、第２可変増幅器５６０に出力される。

【0093】

第２可変増幅器５６０は、入力されたＨＰＦ信号を、ＣＰＵを介して入力されるゲイン調整値Ｇ２に基づいて増幅して出力する。増幅されたＨＰＦ信号は、第２Ａ／Ｄ変換器５７０に出力される。

【0094】

第２Ａ／Ｄ変換器５７０は、アナログ信号であるＨＰＦ信号をデジタル化し、Ａ／Ｄデータとして第２演算器５８０に出力する。

【0095】

第２演算器５８０は、第２Ａ／Ｄ変換器５７０から入力されるＨＰＦ信号と、第１演算器５４０から入力される濃度に応じて補正された比較レベルとを比較して、流体２００中の気泡の有無を検出する。

【0096】

＜濃度推定処理＞
次に、第３実施例に係る気泡濃度検出装置による濃度推定処理について、図１０を参照して説明する。ここに図１０は、第３実施例に係る濃度推定処理を示すフローチャートである。

【0097】

図１０において、濃度推定処理を実行する第１演算器５４０は、先ず第１Ａ／Ｄ変換器５３０から新規Ａ／Ｄデータを取得可能か判定する（ステップＳ２０１）。そして、Ａ／Ｄデータを取得可能である場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、Ａ／Ｄデータの取り込みを実行する（ステップＳ２０２）。

【0098】

Ａ／Ｄデータが取得されると、第１演算器５４０はデジタルＬＰＦ演算処理を実行する（ステップＳ２０３）。デジタルＬＰＦ処理では、現在取得したＡ／Ｄデータや過去に取得したＡ／Ｄデータに基づいて、ハム信号等が除去される。

【0099】

デジタルＬＰＦ処理が実行されると、第１演算器５４０は、第２演算器５８０において行われる気泡の検出結果に応じて、濃度推定処理のオフセットを設定する（ステップＳ２０４）。具体的には、例えば気泡検出頻度が高い場合、濃度検出値が大きくなるように、デジタルＬＰＦ処理後のレベルを低くオフセットして、本来の検出光量が計測値より低いと判断して補正する。このような補正を予め行うことにより、気泡が透過光量に与える影響を低減した上で、濃度推定が実行できる。即ち、気泡の有無にかかわらず、正確に濃度推定が行える。

【0100】

続いて第１演算器５４０は、デジタルＬＰＦ処理した信号をアドレス値として、濃度テーブルをリードする（ステップＳ２０５）。最後に第１演算器５４０は、濃度テーブルの出力値を、濃度推定値としてＣＰＵ１６０に出力する（ステップＳ２０６）。

【0101】

＜気泡検出処理＞
次に、第３実施例に係る気泡濃度検出装置による気泡検出処理について、図１１を参照して説明する。ここに図１１は、第３実施例に係る気泡検出動作を示すフローチャートである。

【0102】

図１１において、気泡検出処理を実行する第２演算器５８０は、先ず第２Ａ／Ｄ変換器５７０から新規Ａ／Ｄデータを取得可能か判定する（ステップＳ３０１）。そして、Ａ／Ｄデータを取得可能である場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、Ａ／Ｄデータの取り込みを実行する（ステップＳ３０２）。

【0103】

Ａ／Ｄデータが取得されると、第２演算器５８０はデジタルＨＰＦ演算処理を実行する（ステップＳ３０３）。デジタルＨＰＦ処理では、現在取得したＡ／Ｄデータや過去に取得したＡ／Ｄデータに基づいて、ハム信号等が除去される。

【0104】

デジタルＨＰＦ処理が実行されると、第２演算器５８０は、第１演算器５４０において推定された濃度推定値に基づいて、気泡検出用の比較レベルを補正する（ステップＳ３０４）。具体的には、例えば濃度推定値が高い場合、比較レベルが大きくなるように設定して、濃度上昇により、気泡有無による透過光量変化の増大に対応した比較レベルの設定を行う。濃度が高い場合、平均透過光量は減少するが、気泡によるＨＰＦ処理後の透過光量変化はコントラストが増大するため大きくなることによる。ＨＰＦ処理を用いた場合、前述のＬＰＦ処理を用いた場合と異なり、濃度が高いときは、前述の「検出レベル」を下げて検出感度を下げる補正をする。逆に、濃度が低い場合、平均透過光量は増大し、気泡有無による透過光量変化は小さくなる。ＨＰＦ処理後の気泡有部と気泡無部での透過光量の差が小さくなることによる。ＨＰＦ処理を用いた場合、濃度が低いときは、前述の「検出レベル」を上げて検出感度を上げる補正をする。このような補正を予め行うことにより、濃度に影響されない、正確な気泡検出が行える。

【0105】

続いて第２演算器５８０は、デジタルＨＰＦ処理した信号と、濃度に対応して補正された比較レベルとを比較する（ステップＳ３０５）。最後に第２演算器５８０は、比較結果に基づいて、気泡検出値をＣＰＵ１６０に出力する（ステップＳ３０６）。

【0106】

以上説明したように、第３実施例に係る気泡濃度検出装置によれば、流体の濃度推定処理において、気泡の検出結果が利用される。また、流対中の気泡検出処理において、濃度の推定結果が利用される。よって、濃度推定処理及び気泡検出処理の各々を、より好適に実行することが可能である。

【0107】

＜第４実施例＞
次に、第４実施例に係る気泡濃度検出装置について、図１２を参照して説明する。なお、第４実施例は、上述した第３実施例と比べて一部の構成が異なるのみで、多くの部分は第３実施例と同様である。このため、以下では第３実施例と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

【0108】

＜信号処理部の構成＞
第４実施例に係る信号処理部の構成について、図１２を参照して説明する。ここに図１２は、第４実施例に係る信号処理部の構成を示すブロック図である。

【0109】

図１２において、第４実施例に係る信号処理部１５０ｄは、可変増幅器６１０と、Ａ／Ｄ変換器６２０と、第１演算器６３０と、第２演算器６４０とを備えて構成されている。

【0110】

可変増幅器６１０は、Ｉ－Ｖ変換部１４０から入力された光強度信号を、ＣＰＵが指令したゲイン調整値に従い増幅し増幅信号として出力する。増幅信号は、Ａ／Ｄ変換器６２０に出力される。

【0111】

Ａ／Ｄ変換器６２０は、アナログ信号である増幅信号をデジタル化し、Ａ／Ｄデータとして出力する。Ａ／Ｄデータは、第１演算器６３０及び第２演算器６４０に夫々出力される。

【0112】

第１演算器６３０は、Ａ／Ｄ変換器６２０から入力されるＡ／Ｄデータ、及び第２演算器６４０から入力される気泡検出結果に基づいて、流体の濃度を演算し、濃度推定値としてＣＰＵ１６０に出力する。

【0113】

第２演算器６４０は、Ａ／Ｄ変換器６２０から入力されるＡ／Ｄデータ、及び第１演算器６３０から入力される濃度推定結果に基づいて、流体中の気泡を検出し、気泡検出値としてＣＰＵ１６０に出力する。

【0114】

上述したように、第４実施例では、第３実施例において濃度推定用及び気泡検出用に別々に用意されていた可変増幅器及びＡ／Ｄ変換器が夫々共用されている。よって、装置の複雑化及びコストの増大を効果的に防止できる。

【0115】

なお、第１演算器６３０で実行される濃度推定処理は、第３実施例における濃度推定処理（図１０参照）と同様であり、第２演算器６４０で実行される気泡検出処理も、第３実施例における気泡検出処理（図１１参照）と同様である。

【0116】

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う気泡検出器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0117】

１１０ レーザ駆動部
１２０ 半導体レーザ
１３０ 受光素子
１４０ Ｉ－Ｖ変換部
１５０ 信号処理部
１６０ ＣＰＵ
１７０ 表示部
２００ 流体
２５０ 透明チューブ
３１０，４１０，６１０ 可変増幅器
３２０，４２５，５１０ ＬＰＦ
３３０ 加算器
３４０，４４０ レベル生成部
３５０，４５０ 比較器
３６０，４６０，６２０ Ａ／Ｄ変換器
３７０，４７０ 演算器
４２０，５５０ ＨＰＦ
４３０ 増幅器
５２０ 第１可変増幅器
５３０ 第１Ａ／Ｄ変換器
５４０，６３０ 第１演算器
５６０ 第２可変増幅器
５７０ 第２Ａ／Ｄ変換器
５８０，６４０ 第２演算器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】