(57)【要約】【目的】  脈動流や逆流がある場合でも流量の測定を正しく行なうことが出来るような流量センサ及び流量測定装置を提供する。【構成】  光を反射する部位を有する回転体を流体によって回転可能と成るように流体通路内の所定の位置に設け、前記光を反射する部位に向けて光を発する発光部を設けると共に、この光の前記光を反射する部位からの反射光を受け得る位置に２つの受光部を前記回転体の回転方向に並べて配置して成る流量センサとした。またこの流量センサとこの受光部に接続されて流量を測定する流量計とを備える流量測定装置とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する部位を有する回転体を流体によって回転可能と成るように流体通路内の所定の位置に設け、前記光を反射する部位に向けて光を発する発光部を設けると共に、この光の前記光を反射する部位からの反射光を受け得る位置に２つの受光部を前記回転体の回転方向に並べて配置して成ることを特長とする、流量センサ。
【請求項２】
前記光を反射する部位がミラー面である、請求項１に記載の流量センサ。
【請求項３】
前記回転体が羽車である、請求項１に記載の流量センサ。
【請求項４】
前記発光部が発光ダイオードである、請求項１に記載の流量センサ。
【請求項５】
前記発光部がレーザーダイオードである、請求項１に記載の流量センサ。
【請求項６】
前記発光部が赤外線を発光するものである、請求項１に記載の流量センサ。
【請求項７】
前記流量測定器に、この内部に環境光を透さないマスキングを施して成る、請求項１に記載の流量センサ。
【請求項８】
前記流体通路に採尿用のチューブが接続されている、請求項１に記載の流量センサ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８から選ばれるいずれか一に記載の流量センサと、この受光部に接続されて流量を測定する流量計とを備える、流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、脈動流や逆流がある場合でも流量の測定が正しく行なえるような流量センサ及び流量測定装置に係り、当発明者の特願２００２−２９６７５０の発明を踏まえて、その後の研究成果を開示しようとするものである。
【背景技術】
【０００２】  気体や液体などの流体の流量を計測する手段として、例えば血液ポンプに於いては磁石で血流を磁化させこれを磁気センサで測る電磁流量計が用いられ、例えばガス流量計に於いては渦発生体の背後に生ずるカルマン渦を超音波送受波器で測る渦流量計が用いられて来た。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかしながら血流にしてもガス流にしても脈動流や逆流を生ずる場合があり、これが流量計測の際のオーバーカウントの原因ともなり、最大で１５パーセントもの誤差を生ずることがある。
【０００４】  従ってこの発明は、脈動流や逆流がある場合でも流量の測定が正しく行なえるような流量センサ及び流量測定装置の提供を課題とする。なお上記では血流量の測定の例を上げたが、この発明では尿採取中の尿速度を正しく測ることが出来るような流量センサ及び流量測定装置の提供をも課題としている。
【課題を解決するための手段及び作用】
【０００５】  上記課題は、光を反射する部位を有する回転体を流体によって回転可能と成るように流体通路内の所定の位置に設け、前記光を反射する部位に向けて光を発する発光部を設けると共に、この光の前記光を反射する部位からの反射光を受け得る位置に２つの受光部を前記回転体の回転方向に並べて配置して成る流量センサとすることにより達成される。
【０００６】  流体通路内には回転体が設けられているため、ここを流体が通過するとその勢いで回転体が回転する。この際回転体には光を反射したり反射しない部位が設けられているため、発光部から発せられた光は、これを反射する部位では反射して受光部に達することが出来るが、光を反射しない部位では反射しないため受光部に達することは出来ない。従って発光部から発せられた光をどのように反射するのかを計算して設計した回転体を用いれば、この回転体を回転させている流体の速度を求めることが出来るのである。
【０００７】  またこの際、２つの受光部が前記回転体の回転方向に並べて配置されているため、２つの受光部が受光する順を見ることによって、即ち回転体が光を反射する順を調べることによって、流体が流れる方向を検出することが出来る。従って、正流に対する逆流や脈動流があるような場合でもこの状態を正確に把握することが可能に成っている。なお受光部を２つとしたが、回路的に対応可能とするならば受光部は２以上であってもよい。
【０００８】  このような請求項１の発明に付いて請求項２の発明では、光を反射する部位がミラー面であるものとしている。発光部から発せられた光は光を反射する部位で反射されて受光部に達するまでに流体内を往復することに成る。流体が血液や尿などの場合には光が減衰するから、前記光を反射する部位は白色などの反射率の高いものであることが望まれる。特にミラー面であればなおよい。
【０００９】  また回転体が羽車であるものとしている。羽車の羽と羽との間の空間では光を通過させてしまい、発光部から発せられた光が受光部に到達することはないが、羽の部位では光を反射するため、この反射光が受光部に到達するのである。なお羽の数は任意であるが、回転対称に設ける方が設計が容易である。
【００１０】  また前記発光部には発光ダイオードやレーザーダイオードを用いることが出来る。これ等の素子は取り扱いが容易である。これ等の発光源に対応する受光部を設ければよい。また発光部には赤外線を発光するものを選択することが可能であり、能率や精度が良好な測定を行なうことが出来る。
【００１１】  また前記流量測定器に、この内部に環境光を透さないマスキングを施して成るものとすることが出来る。マスクにより環境光を遮っておけば、受光部は発光部からの光だけを受けることが出来、例えば蛍光燈のフリッカなどのような環境光に煩わされない正確な測定が可能に成る。
【００１２】  また前記流体通路に採尿用のチューブが接続されているものとすることが出来る。このような構成を採用することによって、当該流量センサをチューブに接続したり外したりする手間が省ける。また取り扱い上の不衛生を解消したり感染を防止したりする意味から当該流量センサの使い捨てに道を拓くものと成る。なお当該流量センサは単に採尿用のみに用いられるのではないため、用途に合わせたチューブを接続したものとしてよい。径の異なるチューブや分岐式のチューブ等にも取り付けることが可能である。
【００１３】  次に、上述した請求項１から請求項８の各々の流量センサに付いて請求項９の発明では、流量センサとこの受光部に接続されて流量を測定する流量計とを備える流量測定装置としている。
【００１４】  上述した流量センサは、その受光部の出力端を流量計の入力端に接続することで実際の流量測定を行なうことが出来るように成る。この発明では流量センサが流量計を備えており、この構成のみで流量測定が可能に成っている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  以下、この発明の実施形態を図面を参照しつつ説明するが、この発明はこれ等の実施形態にのみ限定されるものではなく、この発明の思想の範囲内に於て種々のバリエーションを与えることが出来るものである。
（第１実施形態）【００１６】  図１乃至図３はこの発明の第１実施形態を表わす。合成樹脂製のケース１には円板２を納めるためのほぼ円形の凹部１１が中央部に形成されており、円板２がこの凹部１１内に回転軸２０によって回転自在に取り付けられている。またこのケース１の前記回転軸２０から一側にずれた部位に入口１０と出口１２とが形成され、入口１０、凹部１１、出口１２と続く水流路を形作っている。また前記の円板２は白色の合成樹脂製円板であり、その表面は光をよく反射するものとなっているが、外周部に回転対称に１２個の窓２１が円板２を貫通するように形成されている。ケース１の片側に、前記円板２の窓２１の回転部位に対向して、受光素子３と発光素子４とが配設されている。なお図１では受光素子３の取付位置が表わされている。受光素子３は２連のフォトダイオードから成り、円板２の回転方向に並ぶように第１素子３０と第２素子３１が取り付けられている。なお発光素子４はＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｅｄ  Ｄｉｏｄｅ）である。【００１７】  さて発光素子４から発せられた光は、窓２１と窓２１との間では白色の円板２の表面で反射されて受光素子３へ入光する。これに対して窓２１の部位では光は窓２１を抜けて円板２を通過してしまうため受光素子３へ入光することはない。そこで受光素子３は円板２の動作に従った信号を発生するため、この波形をエンコーダ５０にて計数可能な奇麗な波形に変形させ、可逆計数器５でカウントし、この数字を表示器５１に表示するのである。この実施形態では上述の流量センサと図３で表わした計数回路とで流量測定装置を構成している。なお可逆計数器５は前記円板２の回動方向を区別することが出来る。円板２の回転方向に並ぶように取り付けられた第１素子３０の方が第２素子３１よりも先に受光しなくなり、その後第２素子３１が受光しなくなった場合を円板２の正回転であるとすれば、先に第２素子３１の方が受光しなくなった場合がすなわち円板２の逆回転であることが分かるため、逆流や脈動流があってもこれに対応して正確に計数することが出来るのである。【００１８】  なおこの実施形態では発光素子４に赤外線を発光するＬＥＤを用いているが、この他にレーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）やフィラメント球等を利用した実施形態も可能である。また前記円板２の表面は白色であるが、ミラー面としてよいことは言うまでもない。また円板２は発光素子４から発せられた光をどのように反射するのかを計算して設計するものであるから、前記窓２１の数を１２個としたものの特にこの数に限定されるものではない。またその材質も特に問われないものである。
（第２実施形態）【００１９】  図４はこの発明の第２実施形態を表わす。合成樹脂製の白色円板２３は回転軸２０により回転自在であり、外周部に回転対称に確保した１２個の非着色部２４以外の部位を黒色の着色部２５としたものである。この構成により、発光素子４から発せられた光は非着色部２４では反射されるが、黒色の着色部２５では吸収されてしまい実効的な反射は起こらない。
（第３実施形態）【００２０】  図５はこの発明の第３実施形態を表わす。合成樹脂製の黒色円板２２は回転軸２０によって回転自在であり、外周部に回転対称に１２個のミラー２６をアルミニウム蒸着により形成したものである。この構成により、発光素子４から発せられた光はミラー２６の部位では反射されるが、ミラー２６とミラー２６との間の黒色の部位では吸収されてしまい実効的な反射は起こらない。
（第４実施形態）【００２１】  図６はこの発明の第４実施形態を表わす。合成樹脂製の白色円板２３を回転軸２０によって回転自在とし、外周部に１２個の突起２７を回転対称に成型により設けている。この構成により、発光素子４から発せられた光は基本的に白色円板２３の板面上で反射されるのであるが、特に突起２７の部位で乱反射が起こるため、この乱れを計数回路で捕らえるようにする。
（第５実施形態）【００２２】  次に図７乃至図９はこの発明の第５実施形態を表わす。合成樹脂製のケース１には水車６を納めるためのほぼ円形の凹部１１が中央部に形成されており、水車６がこの凹部１１内に回転軸６０によって回転自在に取り付けられている。またこのケース１の前記回転軸６０から一側にずれた部位には入口１０と出口１２とが形成され、入口１０、凹部１１、出口１２と続く水流路を形作っている。このケース１の一側に、且つ回転自在な水車６の羽により反射されたり反射されない状態となったりする部位に、受光素子３と発光素子４とが設けられている。なお図７では受光素子３の取付位置が表わされている。該受光素子３は２連のフォトダイオードから成り、水車６の回転方向に並ぶようにして、第１素子３０と第２素子３１とが取り付けられている。発光素子４はＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｅｄ  Ｄｉｏｄｅ）である。【００２３】  前記水車６と発光素子４と受光素子３との関係を表わしたものが図８である。回転軸６０によって回転自在な水車６の一側に発光素子４と受光素子３とが配設されて流量センサが構成されている。発光素子４と受光素子３との位置関係は、上述した各実施形態同様、発光素子４から出た光が水車６で反射された時に受光素子３に入るような位置と成っている。受光素子３は水車６の動作に従った信号を発生するため、この波形をエンコーダ５０にて計数可能な奇麗な波形に変形させ、可逆計数器５でカウントし、この数字を表示器５１に表示する。従ってこの実施形態の流量センサと図３で表わした計数回路とで流量測定装置を構成する。可逆計数器５は前記水車６（羽車である）の回動方向を区別することが出来る。第１素子３０の方が第２素子３１よりも先に受光しなくなり（図４の（ａ））、その後第２素子３１が受光しなくなった（図４の（ｂ））場合を水車２の正回転であるとすれば、先に第２素子３１の方が受光しなくなった場合が水車２の逆回転であることが分かる。このため逆流や脈動流があってもこれに対応して正確に計数することが出来る。
（第６実施形態）【００２４】  図１０はこの発明の第６実施形態を表わす。蛍光燈などの環境光の変動によって計数作業に誤差が生じて、これが問題となる場合には、図１０で表わした流量センサのようにケース１の少なくとも発光素子４と受光素子３との対がある周辺部だけでも黒色に着色してマスキングを施すとよい。符号７はマスクであって、受光素子３がある部位のみ着色のない窓７０を形成している。なお図１０で発光素子４と受光素子３との対は窓７０の背後に存在する。【００２５】  着色は黒色に限定されず、環境光を遮ることが出来るものであればよい。またケース１の全体を着色してもよい。また着色は色をケース１に塗布する以外に、別体の着色板を重合したり、ケース１の素材そのものを不透光にするなどによっても形成可能である。なおこの場合には、窓７０の部位のみ透明部材にするなどが必要である。
（第７実施形態）【００２６】  さて図１１はこの発明の第７実施形態を表わす。この実施形態の流量センサの特徴はケース１の入口１０に採尿用のチューブ９２が、また出口１２にコネクタ９が取り付けられている点にある。そしてこのチューブ９２付きの流量センサが使い捨てと成るように検出器８がケース１に対して着脱自在に設けられている点にある。なお符号８０は受光素子３の出力端や発光素子４の入力端を流量測定装置に繋げるためのケーブルである。【００２７】  即ちケース１を挟み付け得るようなコ字形状の検出器８が、ケース１の一側に設けられたガイド１３によってケース１に着脱自在に取り付けられる。検出器８の一側には既述の発光素子と受光素子との一対（図示せず）が設けられている。また発光素子と受光素子に係るケーブル８０が検出器８から引き出されている。チューブ９２の先端部にはコネクタ９１が取り付けられており、チューブ９２はこのコネクタ９１を介してケース１の入口１０に差し込まれている。またケース１の出口１２にはコネクタ９が差し込まれている。なおコネクタ９の取り扱いが楽に成るように、コネクタ９とケース１との間には取っ手９０が取り付けられている。
（その他）【００２８】  上述した第２乃至第４実施形態及び第６実施形態の流量センサと、例えば図３で表わした計数回路とを組み合わせて、流量測定装置を構成することが出来る。また尿流や血流のような液体の測定のみならず、ガスなどの気体の測定に適した実施形態の提供が可能である。回転体の構成や形状や大きさは任意設計事項である。また回転体が回転軸を備えており、この回転軸を支え得る溝にはめ込むようにして取り付ける機構や、回転体が磁石の反発力を利用して浮上しながら回転する機構なども任意に採用することが可能である。また発光部に付いては定常発光するものでも、適宜変調を加えた発光を行うものでも、回路的に対応すれば利用出来る。従って計数回路に関しても任意に設計することが可能である。
【発明の効果】
【００２９】  以上、この発明は、光を反射する部位を有する回転体を流体によって回転可能と成るように流体通路内の所定の位置に設け、前記光を反射する部位に向けて光を発する発光部を設けると共に、この光の前記光を反射する部位からの反射光を受け得る位置に２つの受光部を前記回転体の回転方向に並べて配置して成る流量センサとしたものである。またこの流量センサとこの受光部に接続されて流量を測定する流量計とを備える流量測定装置としたものである。
【００３０】  この結果、脈動流や逆流がある場合でも流量の測定を正しく行なうことが出来るような流量センサ及び流量測定装置の提供に成功し、よく所期の目的を達成している。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の平面図である。
【図２】同実施形態の模式図である。
【図３】同実施形態のブロック図である。
【図４】第２実施形態の平面図である。
【図５】第３実施形態の平面図である。
【図６】第４実施形態の平面図である。
【図７】第５実施形態の平面図である。
【図８】同実施形態の模式図である。
【図９】同実施形態の動作説明図である。
【図１０】第６実施形態の平面図である。
【図１１】第７実施形態の側面図である。
【符号の説明】
１    ケース
１０  入口
１１  凹部
１２  出口
１３  ガイド
２    円板
２０  回転軸
２１  窓
２２  黒色円板
２３  白色円板
２４  非着色部
２５  着色部
２６  ミラー
２７  突起
３    受光素子
３０  第１素子
３１  第２素子
４    発光素子
５    可逆計数機
５０  エンコーダ
５１  表示器
６    水車
６０  回転軸
７    マスク
７０  窓
８    検出器
８０  ケーブル
９    コネクタ
９０  取手
９１  コネクタ
９２  チューブ
【図１】
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【図２】
2005077402.tif 000004
【図３】
2005077402.tif 000005
【図４】
2005077402.tif 000006
【図５】
2005077402.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005077402.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005077402.tif 000011
【図１０】
2005077402.tif 000012
【図１１】
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