(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝達段（２３）を有すると共に超音波水晶（５）を有した、気泡検出器用の超音波伝達装置（２０）において、
伝達段（２３）は、２つの安定した出力状態を有したシュミットトリガ（１）と、該シュミットトリガのフィードバックループにおいて相互に接続された少なくとも一つのＲＣ素子（２、３）とから構成されたマルチバイブレータ（２２）を有しており、
超音波を発生する超音波水晶（５）は、伝達段（２３）が上記超音波水晶の共振周波数で又はその近くで振動し、他方上記超音波水晶との接続が分離されるとマルチバイブレータ（２２）が自動的にそれ自身の固有周波数で振動するように上記ＲＣ素子の抵抗素子（２）に並列に相互に接続されていることを特徴とする超音波伝達装置。
【請求項２】
低域フィルター（６、７）が、上記水晶の最低共振周波数以外の周波数での超音波水晶（５）の振動の増強を抑制するために上記シュミットトリガの出力部に設けられていることを特徴とする上記請求項１に記載の超音波伝達装置。
【請求項３】
上記超音波水晶（５）は、それ自身の最も低い直列の共振周波数で駆動されていることを特徴とする請求項２記載の超音波伝達装置。
【請求項４】
上記伝達段は、超音波水晶の共振周波数未満で振動することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の超音波伝達装置。
【請求項５】
上記伝達段（２３）のフィードバックループは、テストの目的で超音波伝達装置を作動させたり不作動にさせる為に、テスト入力部（９）と論理積を取るように相互に接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の超音波伝達装置。
【請求項６】
上記テスト入力部（９）は、ＡＮＤゲート（１０）によって上記シュミットトリガ（１）の入力部と相互に接続されていることを特徴とする請求項５記載の超音波伝達装置。
【請求項７】
上記超音波水晶（５）は、圧電素子であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の超音波伝達装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一つに記載の超音波伝達装置（２０）を有すると共に、超音波受信器（２１）を有し、また超音波伝達装置（２０）と超音波受信器（２１）との間にチューブ（１１）を挿入していることを特徴としている気泡検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、伝達段を有すると共に超音波水晶を有した、特に気泡検出器用の超音波伝達装置に関する。超音波水晶は、慣例的に、その共振周波数の一つで駆動される圧電素子から構成されている。ここでは、できるだけ強い出力信号を超音波水晶に発生させるべく正確にその共振周波数で超音波水晶を励起する伝達段を提供する上で問題に遭遇する。
【０００２】
【従来の技術】
もし超音波伝達装置が気泡検出器において使用に供されるならば、その時、信頼性に関与する特別の必要条件も、超音波伝達装置に課されなければならない。気泡検出器は、うまく配置された超音波受信器と超音波伝達装置との間に気泡に対して監視されることになるチューブが設けられている。注入が管理されたり、又は輸注が実施されるような場合、これらの目的に使用されるチューブ内への空気の入り込みは、確実に検出されなければならないし、又はさもなければ患者は生命を脅かす状況に遭遇することになる。このような場合に気泡を検出するために、超音波伝達装置と超音波受信器との間に配置されたチューブに気泡が入るやいなや超音波伝達ラインの減衰が変化すると言う事実が利用されている。
【０００３】
米国特許第５，５８３，２８０号から、伝達段を有した気泡検出器を知ることができ、それは、或る周波数範囲内において直線状に掃引動作する周波数シンセサイザーから構成されており、そこでは超音波水晶の共振周波数もこの周波数範囲に入っている。掃引動作中の周波数シンセサイザーが超音波水晶の共振周波数を見い出すやいなや、超音波水晶は励起されて、周波数シンセサイザーの掃引動作が新たに開始することができるように成っている。
可変周波数シンセサイザーを備えた伝達段を有した気泡検出器も、ヨーロッパ特許第０，４１６，９１１Ａ２号の特許出願公開明細書から知ることができ、そこではテスト回路が、故障を判別するために更に設けられている。
超音波水晶を有した噴霧器が、ヨーロッパ特許第０，３４０，４７０Ａ１号の特許出願公開明細書から知ることができ、電圧抑制される発振器が、超音波水晶の励起のために設けられている。この発振器は、それ自身の周波数が超音波水晶の直列の共振周波数を含んだ範囲において周期的に掃引されるように、デルタ発振器によって調整される。重ね合わされた閉ループによって、電圧制御される発振器を超音波水晶の直列の共振周波数の所定位置にロックすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超音波水晶を有した噴霧器は、ヨーロッパ特許第０，０８４，４８５Ａ２号の特許出願公開明細書からも知ることができる。超音波水晶を励起するために、マルチバイブレータとパルス発振器は、該パルス発振器がマルチバイブレータの固有周波数と規則正しくパルスを超音波水晶に発射するように相互に接続されている。パルスは、超音波水晶に対してシステム励起作用を有し、その結果、超音波水晶は、弱まった共振振動でそのパルスに反応することに成る。勿論、パルス作動に関しては、適当なエネルギー貯蔵素子を有したパルス発振器がパルスエネルギーを与えるために常に必要とされ、結果的に回路の複雑さが比較的高まると言った不利益がはっきりと存在している。
【０００５】
更に、米国特許第５，５８３，２８０号から超音波原理を利用した液体レベルによる表示器を知ることができ、そこでは、超音波水晶の励起のためにフィードバックの帯域フィルターが採用されており、該フィルターは、位相がロックされたループの場合と同様に、超音波水晶の共振周波数でロックするようになっている。
従来技術から知ることができる超音波伝達装置は、伝達段が比較的大いに複雑な回路を有することになると言う欠点を持っている。
従って、本発明の目的は、伝達段が伝達端の超音波水晶の励起のために簡単に設計され、且つ同時に当該超音波水晶において強い出力信号を発生する超音波伝達装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１に開示された特長によって達成される。
本発明に係る設計上の解決策は、伝達段が他の点では公知なように、時間基準（タイムベース）回路と該時間基準回路のフィードバックループにおいて、相互に接続された時限素子とから構成されたマルチバイブレータを有していると言う事実から構成されている。この設計では、マルチバイブレータは、それ自身の固有周波数でほとんど自動的に発振を開始し、その周波数は基本的には時間基準回路によって影響を受ける。本発明に依れば、超音波水晶は、伝達段が超音波水晶の共振周波数で又はその近くで発振するように時間基準回路のフィードバックループと相互に接続されている。公知の励起回路とは反対に、超音波水晶自身は、それで、連続的に発生された伝達周波数に対して周波数決定要素としての働きをする。これで、回路は大幅に複雑さが減少され、同時に電磁干渉に対して特に免疫性のある設計が達成され、それによって信頼性が次に高められる。更に、本発明に係る超音波伝達装置は、非常に強力な出力信号を発生し、これで次に受信回路に対して簡単な設計が可能になる。
【０００７】
好適な実施例に依れば、マルチバイブレータの時限素子は、少なくとも一つのＲＣ素子から構成されており、また超音波水晶は、一つのＲＣ素子の抵抗に並列で接続されている。これで、マルチバイブレータはそれ自身の固有周波数で先ず確実に発振を開始し、次いで、時間基準回路の出力部における急激なレベル変化のために共振周波数で超音波水晶を励起するので、確実に回路における確かな発振の増強を行うことができる。
もう一つの好適な実施例に依れば、上記水晶の調波で超音波水晶の発振の増強を抑制するために、時間基準回路の水晶の出力部に低域フィルターが設けられている。更に、超音波水晶の適当な共振周波数より低く伝達段を発振させることで選択的に発振の増強を達成することもできる。
【０００８】
超音波水晶は、その最も近い直列の共振周波数で適切に駆動される。もし、それが、例えば超音波水晶に対する圧電素子の問題であれば、その場合、直列の共振周波数は、外部影響からは大方無関係となっており、他方圧電素子の不完全に限定された電極容量は、並列の共振周波数を形成することになる。
もう一つの好適な実施例では、テストの目的で超音波伝達装置を作動させたり又は不作動にさせるために、伝達段は論理的にテスト入力部と相互に接続されている。この場合、テスト入力部は、時間基準回路の水晶入力部とＡＮＤゲートによって適切に相互に接続されている。このように、超音波伝達装置は、安全工学の応用と言う特定目的のためにテストされる。
もう一つの好適な実施例では、時間基準回路はシュミットトリガとなっている。従来のシュミットトリガは、集積構成要素として容易に入手でき、フィードバックループにおける時限素子によって殆ど負荷を受けることが無く、結果的に時限素子の構成要素を選択する上で大きな余地が存在することになる。
【０００９】
気泡検出器は、保護を求めて独立して特許登録請求されており、本発明に係る超音波伝達装置と、超音波受信器と、超音波伝達装置と超音波受信器との間に挿入されたチューブとから構成されている。
本発明の更なる詳細と長所については、図面に表された幾つかの実施例の助けを得て解明される。図面については、後で説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示された超音波伝達装置が作動に立ち入る前に、その作動の原理を図２と３の助けを得て解明する。先ず、図２は、公知のマルチバイブレータの設計を示している。マルチバイブレータ２２は、時間基準回路としてシュミットトリガ１を有しており、該トリガ１はそれ自身のフィードバックループにおいて抵抗２とコンデンサー３とに相互に接続されている。マルチバイブレータは、それ自身の固有周波数で自動的に発振し、それでコンデンサー３は、抵抗２を介してシュミットトリガの停止レベルまで充電され、次いでシュミットトリガの作動開始レベルまで再び放電される。シュミットトリガ１は、それ自身の出力部に２つの安定した状態を有し、その結果、周期的な方形波信号がマルチバイブレータの出力部４に発生する。
【００１１】
図３は、超音波水晶が図２に示されたマルチバイブレータのフィードバックループと相互に接続しているのを示している。この場合、超音波水晶は、圧電素子５から構成されており、そこで圧電素子５は、抵抗２に並列に接続されている。スイッチ・オン後に、回路は、先ずマルチバイブレータの固有周波数で発振を開始する。出力部における方形波信号のために、勿論、圧電素子５も方形波信号によって励起され、それで圧電素子５の共振周波数を有した周期的な信号が、シュミットトリガ１の出力部に発生する。次に、圧電素子５の共振周波数の周波数を有した方形波信号が、これによって更に出力部４に発生され、結果的に回路は、圧電素子の共振周波数で最終的に発振する。
図１は、本発明に係る超音波伝達装置を有した気泡検出器の電気回路を示している。気泡検出器は、超音波伝達装置２０と、超音波受信器２１と、それらの間に挿入された医療用チューブ１１とから構成されており、そのチューブによって気泡は、高い信頼性の下で検出されることに成る。超音波伝達装置２０は、低域フィルター６、７がシュミットトリガ１の出力部に設けられ且つシュミットトリガの入力部がテスト入力部９と論理的に相互に接続されている点で図３に示されている回路とは異なっている。低域フィルターは、抵抗６とコンデンサー７とから構成されており、一つには、超音波水晶にその最低共振周波数で確実に発振を開始させると共に、もう一つとして、超音波水晶を横切る電圧をほぼサインカーブ状にする。テスト入力部９とフィードバックループ８とは、ＡＮＤゲート１０によって相互に接続されている。シュミットトリガ１は、それによってテストの目的で確実に作動されたり、不作動にされる。医療用チューブ１１の反対側には、同じ設計の圧電素子１２を有した超音波受信器２１が設けられている。この圧電素子１２を横切る電圧は、ダイオード１３、１４によって整流され、抵抗１６とコンデンサー１７を介して演算増幅器１５によって平滑にされ、結果的に出力部１８に適当なエンベロープ信号が与えられる。もし気泡が医療用チューブ１１に到達すると、そこで超音波伝達装置２０と超音波受信器２１との間の超音波伝達ラインにおける減衰が、チューブが液体で充満されている場合と比較して変化する。次に、出力部１８におけるエンベロープ信号は、それで変化し、それでチューブ１１内での気泡の検出が可能になる。
【００１２】
図４は、超音波伝達２０と超音波受信器２１を有した図１に示された気泡検出器の設計の線図である。超音波水晶５、１２は、基本的に２つの接続手段を有した圧電振動器板から構成されている。これらの接続手段は、監視されるチューブ１１の両側に配置されており、結果的に音波は伝達端の超音波水晶５から受信端の超音波水晶１２まで移動できる。チューブの音響インピーダンスにマッチングさせる必要があるので、圧電振動器板は、この目的に適当した結合媒体によって医療用チューブに結合されている。この理由で、また損傷から保護するために、超音波水晶は、チューブが監視される上で適した格納場所を同時に構成するハウジング内に一体的に組み込まれている。伝達端の超音波水晶５は、超音波水晶５がそれ自身の最低共振周波数で発振するように伝達段２３によって起動される。受信端の超音波水晶１２は、伝達端の超音波水晶と同じ設計となっており、結果的にその最大の反応性は、超音波伝達装置２０の伝達周波数のところとなっている。使用が容易で可能な限り強力な出力信号１８が、それによって、超音波受信器２１において得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波伝達装置を備えた気泡検出器の電気回路を示している。
【図２】公知のマルチバイブレータを示している。
【図３】超音波水晶が、図２に示されているマルチバイブレータのフィードバックループと相互に接続しているのを示している。
【図４】気泡検出器の設計の線図を示している。
【符号の説明】
１  時間基準回路
２  時限素子（抵抗）
３  時限素子（コンデンサー）
５  超音波水晶
６  低域フィルター
７  低域フィルター
９  テスト入力部
１０  ＡＮＤゲート
１１  （医療用）チューブ
２０  超音波伝達装置
２１  超音波受信器
２２  マルチバイブレータ
２３  伝達段
【図１】
0004138091.tif 000002
【図２】
0004138091.tif 000003
【図３】
0004138091.tif 000004
【図４】
0004138091.tif 000005