(57)【要約】【課題】直径が１２ｍｍ未満である可撓管内の流体の流量を非接触的に測定する装置を提供すること。【解決手段】可撓管内流体の非接触的流量測定装置は、固定可能な開閉式カバー１７を有するコンパクトなハウジング３から構成され、該開閉式カバーの下のハウジング上端の下部に測定セル９を備え、可撓管１８を挿入する測定チャンネル２を有する。該セルはハウジング３の全幅にわたり延在する長方形断面の測定チャンネル２の中央に配置される。測定チャンネル２の内部に測定する可撓管が一定形状に変形した状態で導入できる。該セルは、その左右の側壁１２，１５に取付けられ、対角線上に対面する音波的に独立した二組のペアのセラミックＩ〜ＩＶ（１０，１１，１３，１４）と、該セルの下部である、評価用電子システム７の取付空間側を閉じる底板１６とを備え、後者は測定チャンネル２の残余領域の下部をも閉じている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定可能な開閉式カバー（１７）を有するコンパクトなハウジング（３）から構成され、前記開閉式カバー（１７）の下のハウジング上端の下部に、測定セル（９）を備え、可撓管（１８）を挿入するための測定チャンネル（２）が配置されている、可撓管（１８）内の流体を非接触的に測定する装置であって、
前記測定セル（９）は、長方形の断面を有する測定チャンネル（２）内にあり、前記測定チャンネル（２）は、前記ハウジング（３）の全幅にわたって延在し、その内部に測定対象の可撓管（１８）を、所定の形状に変形した状態で導入可能であり、前記測定セル（９）は、前記測定チャンネル（２）の中央部に配置されており、かつ
前記測定セル（９）は、その左右の側壁（１２，１５）に取り付けられ、対角線上に対面し、音波的に独立した二組のペアのセラミックＩ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ（１０，１１，１３，１４）と、前記測定セル（９）をその下部である前記評価用電子システム（７）の取付空間側を閉じる底板（１６）とを備え、前記底板（１６）は、前記測定チャンネル（２）の残余の領域においてもその下部を閉じている
ことを特徴とする可撓管内流体の非接触的流量測定装置。
【請求項２】
前記装置の前記ハウジング（３）は、前記測定チャンネル（２）の幅を基準に少なくとも２倍の長さの可撓管（１８）を取り付けるためのチューブ導入部（５）とチューブ導出部（６）とを有している
ことを特徴とする請求項１に記載の可撓管内流体の非接触的流量測定装置。
【請求項３】
前記測定チャンネル（２）の一方の側壁上において、前記測定セル（９）の隣に温度測定手段（１９）が配置されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の可撓管内流体の非接触的な流量測定装置。
【請求項４】
前記底板（１６）は、モジュール式に、前記測定チャンネル（２）の断面の形状を正方形か縦長の長方形のいずれかにすることができるように交換自在に形成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の可撓管内流体の非接触的流量測定装置。
【請求項５】
前記開閉式カバー（１７）を含む前記装置の前記ハウジング（３）が、周辺の電磁波に対する遮蔽体として作用する材質からなる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の可撓管内流体の非接触的流量測定装置。
【請求項６】
前記ハウジング（３）と前記開閉式カバー（１７）の材質としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が使用されている
ことを特徴とする請求項５に記載の可撓管内流体の非接触的流量測定装置。
【請求項７】
流体が流れている前記可撓管（１８）の外径は、最低３．５ｍｍであり、前記測定チャンネル（２）の幅を変えず、断面を長方形とすることにより、定義されたそれより大きめの外径を有する可撓管（１８）を挿入することが可能である
ことを特徴とする請求項１または４に記載の可撓管内流体の非接触的流量測定装置。
【請求項８】
前記取付空間内の評価用電子システムは、以下の電子部品：
ａ）送信シグナル用のマルチプレクサ（２０）、
ｂ）受信シグナル用のマルチプレクサ（２１）、
ｃ）ゼロ交差コンパレータと関連する受信シグナル用の調整可能なアンプ
ｄ）マイクロ・コントローラ（ＭＣ）によって設定・制御可能な時間デジタル変換器（ＴＤＣ）（２３）、
ｅ）送信手段（２８）、
ｆ）中央制御ユニットとしてのマイクロ・コントローラ（ＭＣ）（２４）、
ｇ）出力回路（２７）、
ｈ）サービス・インターフェース（２６）、および
ｉ）作動電圧供給手段（２５）
を包含している
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の可撓管内流体の非接触的流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直径が明らかに１２ｍｍ未満である可撓管（フレキシブル・チューブ）内の流体の流量を非接触的に測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可撓管における非侵襲的な方法による音波透過性液体の流量測定は、従来公知であり、上記の直径範囲まで実施されているが、このような装置を用いる通過時間差法も公知の方法である。
【０００３】
従来の技術は、例えば、〒８６９２３  ドイツ国  Ｆｉｎｎｉｎｇ市のｅｍ−ｔｅｃ  ＧｍｂＨ社や〒１４８５０  アメリカ合衆国  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ市のＴｒａｎｓｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．社などの製品によって示すことができる。
【０００４】
即ち、ｅｍ−ｔｅｃ  ＧｍｂＨ社は、同社のインターネット・ウェブサイト：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｍ−ｔｅｃ．ｄｅに記載されている如く、体外チューブシステム内の流れを測定するためのクランプ・オン・トランスデゥーサ（クリップ式のコンバータ）を提供している。これは、クリップ（パッチン留め、ｃｌｉｃｋ  ｃｌｏｓｕｒｅ）を用いてハウジング内に収められたセンサをチューブに取り付け、測定をするものであり、よって非侵襲的である。そしてその用途は、例えば、集中治療（ＩＣＵ）における人工心肺で必要とされる測定など、医療分野である。
【０００５】
類似したトランスデゥーサ（コンバータ）としては、Ｔｒａｎｓｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．社のインターネットウェブサイト：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｒａｎｓｏｎｉｃ．ｃｏｍのページ：「Ｓｕｒｇｅｒｙ／ＩＣＵ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ」にある「ＨＴ１００  Ｂｙｐａｓｓ  Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ  ＆  Ｔｕｂｉｎｇ  Ｓｅｎｓｏｒ」に記載されているバイパス流量計やチューブ・センサーが挙げられる。この解決案でも、手術室内において可撓管に滅菌状態で取り付け可能なクランプ・オン・チューブ・センサが採用されている。ここでは、外部から機械的な圧力をかけることなく、可撓管の一部分が、測定チャンネル内に配置されており、この測定チャンネル内で、液体の流れる方向、あるいは、その反対方向に超音波シグナルが、カップリングされる。
【０００６】
従来の技術の例として挙げたこれらの公知の解決案では、送信用／受信用トランスデゥーサおよび評価用電子部品が空間的に分離されたクラップ・オン・センサが採用されており、これらをつなぐ接続線においてシグナルの混信が起こり得る。また、更に細いチューブでの測定は、現時点まで、まだ提供されていない。
【０００７】
従って、従来の技術の代表例として挙げたこれら装置の上記の欠点は、解決されなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
よって、本発明の課題は、医療、工業およびその他の用途において使用可能な可撓管（フレキシブル・チューブ）内流体の流量を非接触的に測定するための管内流体の非接触的流量測定装置であって、音波を発生・受信する複数のセラミック（圧電素子）からのシグナル同士が混信しないようにする目的で、これらのセラミックが、他の部品と分離され、直接的に接触しない構造で取り付けられていること、最適化された幅・厚さ比を有する複合セラミックを用いることによって横方向の振動や方向選択性が抑制されていること、また、比較的簡単な  −  即ち、Ａ／Ｄ・コンバーターを用いない−電子的評価システムを該装置に採用していること、並びに組立モジュールの概念に基づいて、即ち、モジュール的に数少ない部品を交換するだけで、使用可能な直径の定義された範囲内の可撓管を、該可撓管内を流れる流体への音波シグナルのカップリング面積が可能な限り大きくなるように、好ましくは長方形の測定チャンネルに挿入できるように、装置のハウジング内の測定チャンネルとしての測定空間が、構成されていること、それにもかかわらず−温度変化およびこれに伴う粘度の変化を考慮しても  −  可撓管内を流れる流体の受信された測定シグナルの評価が、高い有意性を有していることを特徴とする装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の課題は、以下のように解決されるが、発明に係る基本的なアイデアに関しては、請求項１を参照されたい。また、本発明の更なる実施の形態は、請求項２から８に示す通りである。
【００１０】
本発明の装置は、直径の小さい、好ましくは、外径が３．５ｍｍ以上の範囲内である可撓管内の音波透過性を有する媒体の流量を測定するための、いわゆる、クランプ・オン形態で実施されているセンサーを基本として設計されている。該センサーは、コンパクトな、特に好ましくは、上部に同一素材からなる、閉じられた状態においては、スプリング式の留め具でハウジングに固定される開閉自在なカバーを有するプラスチック製ハウジングから構成されている。開閉式カバー用ロック手段の対面のハウジングの外面には、画像出力用周辺デバイスや電源を接続するためのサービス・インターフェースが設けられている。
【００１１】
開閉式カバーを開けた状態では、ハウジング上部に、外側に開放され、表面全幅に亘る長方形の測定チャンネルが見える。その寸法は次のように選択される。すなわち、定義された直径を有する可撓管を、測定チャンネルに物理的に軽く押し込むことが可能であり、開閉式カバーが閉じられると、該可撓管の壁が、開閉式カバーに押さえつけられて測定チャンネルの壁と、この測定チャンネルを上方から長方形に覆う開閉式カバーの下面とに適合する、ように選択される。測定チャンネルの中央、コンパクトなハウジングの上方を閉じるハウジング上部内には、側部に固定されたペア毎に対角線上に対面するセラミック（圧電素子）を備え、コンパクトなハウジングの取付空間内の底板によって下から閉じられた、測定セルが設けられている。該底板は、測定チャンネルを全体にわたって閉じる底板も兼ねている。
【００１２】
更に、装置のハウジングが、測定チャンネルの幅を基準に少なくとも二倍の長さの、可撓管取り付け用のチューブ導入部と導出部を有していることも本発明の特徴である。
【００１３】
このようにして、測定チャンネルの一部としてのこの定義された長さのチューブ導入部と導出部は、可撓管内を流れる流体を安定化させる測定チャンネルの領域として機能し、測定安定性の向上に貢献している。
【００１４】
受信されたシグナルの測定結果が、常に、音波透過性の流体の実際の流量に相当するようにするには、温度変化に伴う粘度の変化がその流れを加速または減速させるため、その流体の温度も考慮されなければならない。よって、測定セルの一方の側壁部には温度センサーが設けられており、その測定値は、流量を決定する計算を行なう際に係数として使用される。
【００１５】
測定チャンネルの断面を、該測定チャンネルと測定セルの底を閉じるための底板をモジュールの形態で交換することによって、正方形から始めて  −  その幅を変えることなく  −  縦長の長方形にまで拡張でき、これによって、定義された範囲内、最低３．５ｍｍからそれ以上と言った外径の小さい可撓管における測定が可能であるということも、本発明の特記すべき特徴である。
【００１６】
その際、測定セルの寸法、特に、側面の部品に取り付けられているセラミックの間隔は、技術的に是認できる範囲内で維持される。該セラミックは、特に、複合セラミックとして実施されており、測定セルの各々のエレメント（素子）を、コンパウンドで互いにコンパクトに固める（ｃｏｍｐａｃｔ  ｃａｓｔｉｎｇ）ことはしない。また、測定セル下の電子部品用の取付空間に設けられる評価用電子システムも、コンパウンドで互いに固めることはしない。装置のこのような直接的な接触を避ける、この寸法オーダーにおける小型化を図ったと言える構造により、測定シグナルの送信用と受信用のセラミックの混信による悪影響を回避することができる。
【００１７】
測定の質を更に改善するため、開閉式カバーを含む装置のコンパクトなハウジングを、周辺の電磁波に対する遮蔽体として作用する材質で構成することが想定されている。これには、該当するプラスチック、好ましくは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などが適している。
【００１８】
装置のハウジング内の測定セルの下には、電子部品用の取付空間が設けられている。
これは、以下を包含している：
ａ）送信シグナル用のマルチプレクサ
ｂ）受信シグナル用のマルチプレクサ
ｃ）ゼロ交差コンパレータと関連する受信シグナル用の調整可能なアンプ
ｄ）マイクロ・コントローラ（ＭＣ）によって設定・制御可能な時間デジタル変換器（ＴＤＣ）
ｅ）送信手段
ｆ）中央制御ユニットとしてのマイクロ・コントローラ（ＭＣ）
ｇ）出力回路
ｈ）サービス・インターフェース
ｉ）作動電圧供給手段
【００１９】
本発明の長所は、以下の如く総括することができる：
−  測定セルの部品が相互に独立した構造を有すること、
−  定義された範囲内の様々な可撓管用に測定チャンネルの断面が変更可能であること、
−  ３．５ｍｍ以上の、小さい外径の可撓管における測定が可能であること、
−  遮蔽されたハウジングにより、センサーを周辺の影響から最適に保護することができること。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、カバーを閉じた状態の本発明の一実施の形態による装置の斜視図である。
【図２】図２は、図１の装置の上面図である。
【図３】図３は、図１の装置のＡ−Ａ縦断面図である。
【図４】図４は、測定セルの上面図である。
【図５】図５は、測定セルの一部断面を含む左側面図である。
【図６】図６は、セラミックの配置と装置の電子部品のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施の形態に基づいて詳しく説明する。図１から図６を参照されたい。
【００２２】
図１では、本発明の一実施の形態による装置は、閉じられた開閉式カバー１７を有するコンパクトなハウジング３からなるセンサ１として描かれている。この場合、ハウジング３の側壁の上部には、閉じられた開閉式カバー１７の下の左右に、定義された長さ分ハウジング３内部に導通するチューブ導入部５と導出部６が設けられており、これらにより測定チャンネル２が形成されている。該測定チャンネル２は、この実施の形態では、正方形の断面を有しており、開閉式カバー１７を閉じた状態において可撓管１８が該測定チャンネル２に力学的に軽く押し付けられる。これにより、可撓管１８内を流れる流体に対する最大限に広い音波シグナルのカップリング面が得られる。可撓管１８の変形は、図５に示されている。
【００２３】
図２では、チューブ導入部５と導出部６を含む測定チャンネル２の長さを、上から見ることができるが、測定セル９は、測定チャンネル２の中央部の真中に位置している。そして該測定セル９は、それぞれペアとして側壁部、要するに、左右の側壁１２，１５に一つずつ嵌め込まれたセラミック、即ち、音波シグナルの送信用・受信用素子として作用する圧電素子セラミックＩ〜ＩＶ；１０，１１，１３，１４から構成されている。測定セルの下端、要するに、測定チャンネル２の下端となっているのは、厚さを変更できる底板１６である。測定チャンネル２または測定セル９の下部には、センサ端子８を介して周辺機器や図示されていない画像出力システム、作動電圧供給手段２５と接続されている評価用電子システム７のための取付空間が設けられている。
【００２４】
図６には、測定セル９が、どのように評価用電子システム７と接続され、該評価用電子システム７がどのような部品から構成されているかが、模式的に描かれている。この実施の形態では、特に、マルチプレクサ送信シグナル２０、マルチプレクサ受信シグナル２１、アンプ受信シグナル２２、ＴＤＣ  ２３、マイクロ・コントローラ２４、作動電圧供給手段２５、サービス・インターフェース２６、出力回路２７および超音波（ＵＳ）シグナル用送信手段２８が設けられている。
【００２５】
測定セル９の構造と評価用電子システム７の部品はそれぞれ独立している、即ち、全ての部品をコンパクトに固めることはしない。これにより、上記の如く、送信・受信シグナルの混信を回避し、測定の質を改善できる。
【符号の説明】
【００２６】
１・・・センサ
２・・・測定チャンネル
３・・・ハウジング
４・・・キャッチ・フック
５・・・チューブ導入部
６・・・チューブ導出部
７・・・評価用電子システム
８・・・センサ端子
９・・・測定セル
１０・・・セラミックＩ
１１・・・セラミックＩＩ
１２・・・側壁部、左
１３・・・セラミックＩＩＩ
１４・・・セラミックＩＶ
１５・・・側壁部、右、
１６・・・底板
１７・・・開閉式カバー
１８・・・可撓管
１９・・・温度測定手段（温度センサ）
２０・・・送信シグナル・マルチプレクサ
２１・・・受信シグナル・マルチプレクサ
２２・・・受信シグナル・アンプ
２３・・・時間デジタル変換器（ＴＤＣ）
２４・・・マイクロ・コントローラ（ＭＣ）
２５・・・作動電圧供給手段
２６・・・サービス・インターフェース
２７・・・出力回路
２８・・・超音波（ＵＳ）シグナル用送信手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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