JP3746239B2 - Automatic analyzer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試薬等を使用して分析対象である検体の成分分析を行う分析部と、検体と試薬等攪拌する攪拌部と、分析部,攪拌部等を統括制御する制御部等を備えた自動分析装置において、超音波発生源を音源とし、超音波による振動,音響流動,音響放射圧等を利用して試薬等と検体の攪拌を行う機能を備えた自動分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の自動分析装置の攪拌部では、反応容器中に直接ヘラ状の攪拌棒等を入れ、回転または、往復運動させることにより検体と試薬等の混合,攪拌を行う方法が一般的であった。しかし、攪拌棒の洗浄が十分に行えない場合には、攪拌棒に付着した試薬または検体が、次の分析結果に影響を与えるキャリーオーバーと言われる現象が起こる可能性があったため、超音波による攪拌が提案されてきている。
【0003】
超音波を用いた攪拌は、キャリーオーバーの問題が生じないというメリットをもつ一方、被攪拌物への照射条件をうまく調整しないと、充分な攪拌ができない恐れがあったため、照射条件を調整するための各種方法が提案されている。例えば、特開2001−124784号公報には、発生した超音波の強度を測定するセンサを設置し、センサ出力に応じて超音波発生源の発生する周波数を変化させることにより、一定の強度の超音波出力が得られるようにして、常に均一な攪拌が実行できるような技術が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
超音波発生源とは別体に超音波センサを設けることは、機構の複雑化による信頼性低下やコストの上昇が懸念される。
【0005】
超音波による攪拌を効率的に行おうとする場合、超音波の照射される領域に反射材を設置することもあることから、外部センサを設置することが不可能となる場合が生じる。
【0006】
また、超音波の放射圧や超音波により誘起される流速を測定する外部センサでは有効測定領域や角度,音源からの距離等の物理的条件に左右されやすく、高い位置精度が要求される。
【0007】
温度センサ等も超音波照射エネルギーを測定する上では有効であるが、応答速度が遅いため攪拌状態のモニタとしては不十分である。
【0008】
さらに、複数の電極を使用し、超音波の照射位置が変更されるシステムでは、センサ位置も変化させるか、電極毎にセンサを設ける必要があるためコストが上昇する。
【0009】
本発明の目的は、簡単な構成で一定の強度の超音波出力が得られるような攪拌機構を備える自動分析装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りである。
【0011】
試薬と分析対象である検体を反応させて検体の成分分析を行う分析部と、超音波発生源を音源として超音波を発生させる超音波発生源と、超音波発生源を駆動する駆動回路とを備えた攪拌部と、を備えた自動分析装置において、更に、超音波発生源から発生した超音波の波形を検出する波形検出部と、該波形検出部からの検出波形に基づいて、前記駆動回路を制御する制御部を備えており、該波形検出部は前記超音波発生源または前記駆動回路と一体で形成されている自動分析装置。
【0012】
すなわち、波形検出部は従来のように超音波発生源または駆動回路と別体、例えば被攪拌物が収容される反応容器の表面や、照射された超音波が被攪拌物を透過して到達する部位に設置するものではなく、超音波発生源または駆動回路と一体で設けるものである。これにより、構成が簡単になるとともに、超音波発生源毎に必要になる駆動周波数および駆動電圧の調整作業を簡素化することができる。超音波発生源から発生する波形を検出する波形検出部から得られた信号により、超音波発生源を駆動する駆動波形を変化させ、発生する超音波の強度を変化し、攪拌状態を変化させる機能を付加した攪拌部を備える。
【0013】
【発明の実施の形態】
自動分析装置の攪拌部において超音波を用いることは、検体や試薬等に非接触で攪拌が行え、他の検体や試薬等を汚染しないことと、攪拌棒が不要なため、反応容器を小型化でき、検体、および試薬の量を少なくすることができる利点があるが、超音波発生源に超音波を発生させ、超音波によって攪拌を行おうとする場合、検体と試薬の攪拌に十分な超音波の音圧を発生させるには、音源を構成する要素である圧電素子電極に、変位が最大になる機械的共振周波数で十分な変位量を発生させる電圧振幅を持った電力を供給する必要があり、超音波発生源の特性のばらつきで共振周波数が異なることを考慮すると、同一の振幅,周波数の電力供給を行って超音波発生源を駆動しても、発生する超音波の音圧強度が異なり、攪拌状態に差が生じることが考えられる。
【0014】
共振周波数のばらつきは、共振周波数が存在すると推定される範囲内で、周波数をスイープすることにより吸収することができるが、電圧に関しては、複数の超音波発生源を同時に駆動しようとする場合、総負荷としてインピーダンスの低下および隣接電極との相互作用により、駆動波形が変化し、発生する超音波の強度が変化することがある。
【0015】
また、装置に搭載した後、超音波発生源に後天的に発生した傷,脱分極,音源表面への付着物等により超音波発生源の特性が変化することも考えられる。
【0016】
更に超音波攪拌実行中においても、攪拌対象の入った容器内に気泡が張り付き、音響放射圧により生起される旋回流を阻害することにより駆動波形が変化するとともに、攪拌状態が変化することがある。
【0017】
本発明の目的は、超音波攪拌に使用する超音波発生源の違いによらず分析結果の信頼性を高め、煩雑な調整作業を軽減することと、超音波による攪拌を行ううえで攪拌状態を検出し、自動分析装置の信頼性を高めることにある。
【0018】
以下本発明を実施例により詳細に説明する。
【0019】
(実施例1)
図1は、本発明による自動分析装置における一実施例の概略構成図である。
【0020】
図1において、自動分析装置101は、制御部102,格納部103,分析部104,攪拌部105により構成されている。
【0021】
制御部102は、各部の詳細な動作制御を行う電子回路や記憶装置により各部の動作を制御する。
【0022】
格納部103は、検体106を入れた検体格納部107と試薬109を入れた試薬格納部114から構成されている。
【0023】
分析部104は、分析部の反応容器108中で、検体106と試薬109が反応させたものに光源117から光を透過させ、分光器118で組成分析を行う。
【0024】
攪拌部105は、検体格納部107から反応容器108に吐出された検体と、試薬格納部114から反応容器108に吐出された試薬109を、圧電素子110で発生した超音波111により攪拌を行う。
【0025】
攪拌部105と分析部104にある反応容器108は、反応槽112にためられた水を代表とする保温媒体113に浸っており、一定の温度に保たれている。
【0026】
また、これら複数の反応容器108は、反応ディスク115上に配置され、反応ディスクモータ116を制御部102で制御することにより、反応ディスク
115と共に回転又は移動し、攪拌部105と分光器118との間を行き来する。
【0027】
図2は、攪拌部の概略構成図である。
【0028】
攪拌部105の圧電素子110への印加波形を検出できる印加波形検出部119として、同一圧電素子内に設けた電極を使用する。
【0029】
攪拌部105は、制御部102で設定された駆動条件で駆動回路120を制御し、圧電素子110を駆動して超音波111を照射する。
【0030】
圧電素子110は反応槽112に取り付けられており、保温媒体113としての水を超音波111の伝達媒体として利用する。故障が発生した場合に、保温媒体113への漏電の危険性を考慮し、圧電素子110の保温媒体113と接触する側の面はGND電極とし、さらに絶縁層を設けて保温媒体113と接触する構造とする。
【0031】
分析毎に攪拌対象となる液量が変化する自動分析装置101における使用条件において、良好な攪拌状態を得るためには、液量によって超音波111を照射する位置を変更する必要があるため、圧電素子110は一枚の圧電材の上に複数の電極を備え、同時に漏水検出電極203と印加波形検出電極202を設ける。漏水検出、および、印加波形検出は開閉器等により構成される圧電素子選択部201で任意の電極を選択できるようにすることも可能である。
【0032】
電極に印加された電圧により圧電素子110が機械的に伸縮することにより、超音波111を発生するが、同時に、圧電素子110に設けた印加波形検出電極202にも圧電作用により電圧が発生するため、印加波形検出部119により発生した電圧を測定し、制御部102にフィードバックする。
【0033】
制御部102は、予め必要な攪拌状態が得られる時の印加波形検出部119の出力波形から設定した比較用波形と現在の出力波形を比較して、両波形の類似度が設定した範囲に入るまで、制御部102の指令に基づき、圧電素子110に印加する電圧を調整する。
【0034】
圧電素子選択部201は、液量によって超音波111の照射すべき高さにあった電極を制御部102の命令により選択する。また、攪拌が必要ない反応容器108での攪拌が実施されないように、超音波111の照射が不要なときには、駆動回路120との接続を遮断する。さらに、次の照射を行う前に、圧電素子110での漏水がないかをチェックを行う漏水検出電極203と漏水検出部204との接続を行う。
【0035】
図3は、圧電素子の周波数と電気的インピーダンスの概略関係図である。
【0036】
圧電素子の持つ超音波強度の周波数特性には、ある周波数において極大となる機械的共振周波数が存在する。圧電素子の場合、機械的共振周波数は電気的インピーダンスの共振点303近傍に存在しているが、圧電素子110それぞれによって微妙に異なっており、特に超音波強度の周波数特性に急峻なピークを持ち、圧電素子110の共振点303のばらつきが大きい圧電材を使用する場合、ある圧電素子で検体106と試薬109を混合,攪拌するのに十分の音圧が得られた場合でも、同じ生産工程で作られた別の圧電素子に対して、同じ周波数を印加しても、検体106と試薬109を攪拌するのに十分の音圧が得られない場合がある。
【0037】
また、同じ圧電材の上に構成された電極間でも、機械的に動きやすい位置に配置した圧電材中央付近の電極と機械的に拘束されやすい圧電材周辺部に構成された電極とでは、電気的インピーダンスに違いが見られ、同じ電圧を印加しても同じ音圧は得られない。
【0038】
さらに、同じ圧電材上の複数電極を同時に駆動しようとする場合には、単一電極でのインピーダンス特性304に比べ、複数電極でのインピーダンス特性305の方が電気的インピーダンスは低くなり、共振点303も低くなる傾向が見られる。
【0039】
駆動回路120を他励発振方式のパワーアンプで構成した場合、攪拌部105を複数箇所に設け、1台の駆動回路120で複数の圧電素子110の複数の電極を同時に駆動することも可能ではあるが、駆動する負荷の数により、共振点,出力電圧とも変化してしまう。
【0040】
図4は、圧電素子に印加する発振周波数の変化方法の概略図である。
【0041】
共振点303の変化を吸収する手段としては、予め共振点303の変化する幅が分かっている場合には、最低周波数fminから最高周波数fmaxまでをカバーするように三角波によるリニアスイープ等の周波数変調波形402を与えることで、発振周波数を強制的に変化させることが可能であるが、圧電素子110が最も強力な超音波111を発生できる機械的共振周波数以外の周波数で駆動している時間が存在することとなり、時間平均での超音波強度は低下してしまう。
【0042】
周波数変調をかける変調周波数を低くしたり、印加電圧をON/OFFまたは振幅を大小と変化させることにより、反応容器108内に液体の脈動を発生させて攪拌効率を向上することが可能であるが、脈動効果による補助があっても攪拌が十分でない場合が発生することも十分考慮する必要があり、超音波111の出力強度を直接または間接的にモニタし、フィードバックをかけて出力強度を調節することが、安定な攪拌状態を作り出すための根本的解決策である。
【0043】
図5は、攪拌時の検出波形の一例の概略図である。
【0044】
圧電素子110は電圧を印加することにより圧電作用により伸縮を起こし超音波111を発生するが、同時に外力により電圧を発生する。超音波111は、音響インピーダンスの差がある部分で反射することから、反応容器108内に気泡が存在し、音響放射圧により生起される旋回流を阻害している状態では気泡から反射された超音波111が圧電素子110へ戻ってくるため、反射波の影響により印加波形が変化する。気泡が反応容器108内で回転し始めると反射波の影響はなくなり、印加波形は圧電素子110に印加することを意図していた波形と等しくなる。
【0045】
安定な攪拌状態を得るためには、音響放射圧により生起される旋回流が安定して発生している際に観られる印加波形になるように制御を行えばよく、印加電圧が弱い、あるいは系全体のインピーダンスが高く音響放射圧により生起される旋回流が発生していない場合の波形の特徴を示していれば、印加電圧を高くし、良好な攪拌状態での印加波形503に近づける。
【0046】
また、印加波形を監視することにより、良好な攪拌状態での印加波形503が観測されない場合には、攪拌不良が発生していることを知ることができる。
【0047】
図6は、検出波形により出力制御を行う手順例である。
【0048】
超音波駆動信号の周波数に比較して十分なサンプリング周波数および処理能力を有している場合には、下記手順で出力制御を行うことにより安定した攪拌状態を得ることができる。
ステップ1(S1)
1周期分の印加波形検出部119による検出波形のサンプリングを行う。
ステップ2(S2)
検出波形の最大値,最小値から振幅と周波数の正規化を行う。
ステップ3(S3)
既知の攪拌状態が良好な際に得られる検出波形を予めリファレンスとして設定しておき、検出された波形との比較を行う。
ステップ4(S4)
リファレンスとの差分の抽出を行う。
ステップ5(S5)
抽出した差分から特徴点を探す。攪拌状態が良好であれば、リファレンスとの差はほとんど無く、気泡が旋回流を阻害している場合には、波形の1周期内にピーク以外に極大極小点が存在することが多くリファレンスとの差分に大きな変化が表れる。
【0049】
素子が熱破壊等で圧電性を失っている場合には、正弦波の形状をとらず、差分はピーク点以外でリファレンスとの乖離が見られる。
ステップ6(S6)
検出波形が良好な攪拌状態を示している場合は、現状の駆動状態を維持する。
ステップ7(S7)
気泡が旋回流を阻害している特長が見られる場合には、旋回流の妨げとなる気泡を排除する必要があり、一時的に出力を増強する必要があり、印加電圧振幅を増加させる。
【0050】
印加電圧振幅増加後もステップ1(S1)に戻り同様に検出波形から現状の状態を把握し、制御を進める。
ステップ8(S8)
素子の破壊の特徴を示す波形が見られる場合には、印加電圧振幅を増大させても攪拌状態は変化することがなく、一様に攪拌不良となる。
【0051】
素子が破壊されている場合には、素子の駆動を止め素子破壊のエラーを表示する。
【0052】
(実施例2)
図7は、回路的に超音波出力調節を行う構成の概略図である。
【0053】
駆動回路をSEPPで構成した場合、駆動回路120は発振部701,プリアンプ702,バイアス回路703等から構成される。
【0054】
発振部701は、最終的に圧電素子110に印加される電圧波形の基となる基本波形を発振する部分であり、各種発振波形を出力する機能を備えている。
【0055】
プリアンプ702は、電圧増幅を行う部分であり、場合によっては複数段の増幅段から構成される。
【0056】
バイアス回路703は、プッシュプル動作による電流増幅を行うために、プリアンプ702で増幅された電圧波形を後段のFETの動作点に合わせるための回路である。
【0057】
圧電素子110に印加される電力は、電流増幅段から直接圧電素子110に供給しても構わないが、大きな電圧振幅を得る目的と圧電素子110とのインピーダンスマッチングをとるためにトランス704を使用することも可能である。
【0058】
回路的に超音波出力の調節を行うためには、実施例1のように圧電素子110に印加波形検出電極202を設けてもよいが、トランス704を使用した場合には、トランス704に別の巻き線を設けて圧電素子110への電流波形を検出することが可能である。
【0059】
図8は、駆動電流を検出して超音波出力を調節する構成の概略図である。
【0060】
図7のトランス704を広義で捉えた電流検出部805とすると、電流検出部805は、駆動回路120から圧電素子110に電力を供給する際に、金属やフェライトで閉磁路を構成した場合、電磁誘導により同じ閉磁路に交差する導体に電流が流れることを利用して電流を検出することが可能である。
【0061】
圧電素子110の駆動周波数が速く、ディジタル処理が間に合わない場合には、ハードウェアで平均化処理等を行い、圧電素子110への供給電力をもって攪拌力の評価とすることも可能である。
【0062】
電流検出部805で圧電素子110への供給電流を検出し、電流電圧変換部801により、電圧に変換する。変換された電圧は、整流部802で整流し、フィルタ部803で波形整形した後、積分部804で積分して平均電流を検出する。
【0063】
圧電素子110への印加電圧を予め決めておけば、平均電圧と平均電流を乗算することにより平均電力を算出することができる。
【0064】
平均電力から攪拌力を推定し、平均電力が不十分であれば印加電圧を増すといった制御を行うことが可能である。
【0065】
また、制御を行わなくても攪拌に十分な電力が供給できていない場合には、攪拌不足が発生しているとの警告を発するといった使用方法も考えられる。
【0066】
実際の攪拌力と平均電力には相関があるが、より厳密に攪拌力を評価することを考えるのであれば、有効電力の検出が必要である。
【0067】
図9は、状態による検出電流波形の概略図である。
【0068】
超音波出力強度が大きい場合には、検出電流振幅が大となり、超音波出力強度が小さい場合には、検出電流振幅は小となる。攪拌が可能である最低強度の時の電流波形と素子が破壊されている場合の検出電流波形を比較しても、素子が破壊されている場合の検出電流波形の振幅の方が小さいので、電流振幅のみの監視でも十分に素子の状態を監視することが可能である。
【0069】
電圧波形で素子の状態を監視した場合には、正常な状態と破壊時の電圧振幅の差は極めて小さいため電流波形の検出を行うのが、素子の状態監視には有効である。
【0070】
【発明の効果】
本発明によると、自動分析装置において、超音波による検体と試薬等の攪拌を行う攪拌部に、超音波発生源印加波形を検出する印加波形検出部を設置し、印加波形を用いて出力制御を行うことによって、超音波発生源の個々に電気的特性のばらつきがある場合や、複数の超音波発生源を同時に駆動した場合の合成された負荷の影響による電気的特性の変化の影響を軽減することが可能であり、攪拌部の調整作業を簡素化できるとともに、超音波の出力を安定化させて攪拌状態を安定化することにより、分析の信頼性を向上させることができる。
【0071】
また、印加波形検出部を設けることにより、超音波発生源の劣化等による発生超音波の強度不足の検出や、不要時の超音波出力有無の検出、および攪拌状態の良否が検出でき、自動分析装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】自動分析装置における一実施例の概略構成図。
【図2】攪拌部の概略構成図。
【図3】圧電素子の周波数と電気的インピーダンスの概略関係図。
【図4】圧電素子に印加する発振周波数の変化方法の概略図。
【図5】攪拌時の検出波形の一例の概略図。
【図6】検出波形により出力制御を行う手順例。
【図7】回路的に超音波出力調節を行う構成の概略図。
【図8】駆動電流を検出して超音波出力を調節する構成の概略図。
【図9】状態による検出電流波形の概略図。
【符号の説明】
101…自動分析装置、102…制御部、103…格納部、104…分析部、105…攪拌部、106…検体、107…検体格納部、108…反応容器、109…試薬、110…圧電素子、111…超音波、112…反応槽、113…保温媒体、114…試薬格納部、115…反応ディスク、116…反応ディスクモータ、117…光源、118…分光器、119…印加波形検出部、120…駆動回路、201…圧電素子選択部、202…印加波形検出電極、203…漏水検出電極、204…漏水検出部、301…インピーダンス軸、302…周波数軸、303…共振点、304…単一電極でのインピーダンス特性、305…複数電極でのインピーダンス特性、401,501,904…時間軸、402…周波数変調波形、502…電圧軸、503…良好な攪拌状態での印加波形、504…気泡により攪拌が阻害されている状態の印加波形、701…発振部、702…プリアンプ、703…バイアス回路、704…トランス、801…電流電圧変換部、802…整流部、803…フィルタ部、804…積分部、805…電流検出部、901…出力大時検出電流波形、902…出力小時検出電流波形、903…素子は開示検出電流波形、905…電流軸、fmax…最高周波数、fc…中心周波数、fmin…最低周波数、S1〜S8…検出波形により出力制御を行う際の動作フローのステップ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes an analysis unit that analyzes a component of a sample to be analyzed using a reagent, a stirring unit that stirs the sample and the reagent, a control unit that comprehensively controls the analysis unit, the stirring unit, and the like. BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
In a conventional agitation unit of an automatic analyzer, a method of mixing and agitating a specimen and a reagent by generally putting a spatula-like agitation rod in a reaction vessel and rotating or reciprocating the reaction vessel is common. However, if the stir bar cannot be washed sufficiently, the reagent or sample attached to the stir bar may cause a phenomenon called carry-over that affects the next analysis result. Agitation has been proposed.
[0003]
While stirring using ultrasonic waves has the advantage of not causing a carry-over problem, there is a risk that sufficient stirring cannot be achieved unless the irradiation conditions for the object to be stirred are adjusted well. Various methods have been proposed. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-124784, a sensor for measuring the intensity of generated ultrasonic waves is installed, and the frequency generated by the ultrasonic wave generation source is changed according to the sensor output, thereby providing a supersonic wave having a constant intensity. A technique is disclosed in which uniform stirring can always be performed in such a manner as to obtain a sonic wave output.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Providing the ultrasonic sensor separately from the ultrasonic wave generation source may cause a decrease in reliability and an increase in cost due to a complicated mechanism.
[0005]
When stirring with ultrasonic waves is to be performed efficiently, a reflective material may be installed in a region irradiated with ultrasonic waves, which may make it impossible to install an external sensor.
[0006]
In addition, an external sensor that measures the radiation pressure of ultrasonic waves and the flow velocity induced by the ultrasonic waves is easily influenced by physical conditions such as an effective measurement region, an angle, and a distance from a sound source, and requires high positional accuracy.
[0007]
A temperature sensor or the like is also effective in measuring ultrasonic irradiation energy, but is insufficient as a stirring state monitor because of a slow response speed.
[0008]
Furthermore, in a system in which a plurality of electrodes are used and the irradiation position of the ultrasonic wave is changed, the cost increases because it is necessary to change the sensor position or to provide a sensor for each electrode.
[0009]
An object of the present invention is to provide an automatic analyzer including a stirring mechanism that can obtain an ultrasonic output having a constant intensity with a simple configuration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the present invention for achieving the above object is as follows.
[0011]
An analysis unit that performs a component analysis of a sample by reacting a reagent with a sample to be analyzed, an ultrasonic source that generates ultrasonic waves using the ultrasonic source as a sound source, and a drive circuit that drives the ultrasonic source An automatic analyzer including a stirring unit, a waveform detection unit that detects a waveform of an ultrasonic wave generated from an ultrasonic wave generation source, and the drive circuit based on a detection waveform from the waveform detection unit The automatic analysis apparatus is provided with a control unit for controlling the waveform, and the waveform detection unit is formed integrally with the ultrasonic wave generation source or the drive circuit.
[0012]
That is, the waveform detection unit is separate from the ultrasonic wave generation source or drive circuit as in the past, for example, the surface of the reaction container in which the object to be stirred is accommodated, or the irradiated ultrasonic wave reaches the object to be stirred through. It is not installed at the site, but is provided integrally with the ultrasonic wave generation source or the drive circuit. This simplifies the configuration and simplifies the adjustment of the driving frequency and driving voltage required for each ultrasonic wave generation source. A function that changes the drive waveform that drives the ultrasonic wave source, changes the intensity of the generated ultrasonic wave, and changes the stirring state based on the signal obtained from the waveform detector that detects the waveform generated from the ultrasonic wave source The stirring part which added was added.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The use of ultrasonic waves in the stirrer of the automatic analyzer can stir samples and reagents without contact, and does not contaminate other samples or reagents, and does not require a stirrer, reducing the size of the reaction vessel There is an advantage that the amount of the sample and the reagent can be reduced, but when the ultrasonic wave is generated in the ultrasonic wave generation source and stirring is performed by the ultrasonic wave, the ultrasonic wave sufficient for stirring the sample and the reagent. In order to generate the sound pressure, it is necessary to supply the piezoelectric element electrode, which is a component of the sound source, with electric power having a voltage amplitude that generates a sufficient amount of displacement at the mechanical resonance frequency at which the displacement is maximum. Considering that the resonance frequency differs due to variations in the characteristics of the ultrasonic source, even if the ultrasonic source is driven by supplying power with the same amplitude and frequency, the sound pressure intensity of the generated ultrasonic wave differs. , There is a difference in the stirring state Door can be considered.
[0014]
The variation of the resonance frequency can be absorbed by sweeping the frequency within the range where the resonance frequency is estimated to exist. However, regarding the voltage, if multiple ultrasonic sources are to be driven simultaneously, A drive waveform may change due to a decrease in impedance and interaction with adjacent electrodes as a load, and the intensity of the generated ultrasonic waves may change.
[0015]
In addition, it is conceivable that the characteristics of the ultrasonic wave source change due to scratches, depolarization, deposits on the surface of the sound source, etc. that are acquired after the ultrasonic wave source has been mounted.
[0016]
Furthermore, even during ultrasonic stirring, bubbles stick to the container containing the target to be stirred, and the driving waveform may change and the stirring state may change by inhibiting the swirling flow caused by the acoustic radiation pressure. .
[0017]
The purpose of the present invention is to increase the reliability of analysis results regardless of the difference in the ultrasonic generation source used for ultrasonic stirring, to reduce complicated adjustment work, and to change the stirring state when performing ultrasonic stirring. It is to detect and increase the reliability of the automatic analyzer.
[0018]
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[0019]
Example 1
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an automatic analyzer according to the present invention.
[0020]
In FIG. 1, the
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The plurality of
[0027]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the stirring unit.
[0028]
An electrode provided in the same piezoelectric element is used as the applied
[0029]
The stirring
[0030]
The
[0031]
In order to obtain a good stirring state under the use conditions in the
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
The piezoelectric
[0035]
FIG. 3 is a schematic diagram of the relationship between the frequency and electrical impedance of the piezoelectric element.
[0036]
The frequency characteristic of the ultrasonic intensity possessed by the piezoelectric element has a mechanical resonance frequency that becomes maximum at a certain frequency. In the case of a piezoelectric element, the mechanical resonance frequency exists in the vicinity of the
[0037]
In addition, even between electrodes configured on the same piezoelectric material, an electrode near the center of the piezoelectric material arranged at a position where it can easily move mechanically and an electrode configured around the piezoelectric material that is easily restrained mechanically The same impedance is not obtained even when the same voltage is applied.
[0038]
Furthermore, when simultaneously driving a plurality of electrodes on the same piezoelectric material, the impedance characteristic 305 with a plurality of electrodes has a lower electrical impedance than the impedance characteristic 304 with a single electrode, and the
[0039]
When the
[0040]
FIG. 4 is a schematic diagram of a method for changing the oscillation frequency applied to the piezoelectric element.
[0041]
As means for absorbing the change of the
[0042]
It is possible to improve the stirring efficiency by generating liquid pulsation in the
[0043]
FIG. 5 is a schematic diagram of an example of a detection waveform during stirring.
[0044]
The
[0045]
In order to obtain a stable stirring state, control may be performed so that the applied waveform is observed when the swirling flow generated by the acoustic radiation pressure is stably generated, the applied voltage is weak, or the system If the characteristics of the waveform when the overall impedance is high and the swirl flow caused by the acoustic radiation pressure is not generated are shown, the applied voltage is increased to approach the applied
[0046]
Further, by monitoring the applied waveform, if the applied
[0047]
FIG. 6 is an example of a procedure for performing output control based on the detected waveform.
[0048]
When the sampling frequency and the processing capability are sufficient as compared with the frequency of the ultrasonic drive signal, a stable stirring state can be obtained by performing output control according to the following procedure.
Step 1 (S1)
The applied
Step 2 (S2)
Normalizes the amplitude and frequency from the maximum and minimum values of the detected waveform.
Step 3 (S3)
A detection waveform obtained when the known stirring state is good is set in advance as a reference, and is compared with the detected waveform.
Step 4 (S4)
Extract differences from the reference.
Step 5 (S5)
A feature point is searched from the extracted difference. If the agitation state is good, there is almost no difference from the reference, and when bubbles are blocking the swirling flow, there are often local maximum and minimum points other than the peak within one cycle of the waveform. A big change appears in the difference.
[0049]
When the element loses piezoelectricity due to thermal destruction or the like, it does not take the shape of a sine wave, and the difference is seen from the reference other than the peak point.
Step 6 (S6)
When the detected waveform indicates a good stirring state, the current driving state is maintained.
Step 7 (S7)
In the case where the feature that the bubbles hinder the swirling flow is observed, it is necessary to eliminate the bubbles that hinder the swirling flow, it is necessary to temporarily increase the output, and the applied voltage amplitude is increased.
[0050]
Even after the amplitude of the applied voltage is increased, the process returns to step 1 (S1), and the current state is grasped from the detected waveform, and the control is advanced.
Step 8 (S8)
When a waveform showing the characteristics of the destruction of the element is seen, the stirring state does not change even if the applied voltage amplitude is increased, resulting in uniform stirring failure.
[0051]
If the element is destroyed, the element is stopped and an element destruction error is displayed.
[0052]
(Example 2)
FIG. 7 is a schematic diagram of a configuration for performing ultrasonic output adjustment in a circuit manner.
[0053]
When the drive circuit is composed of SEPP, the
[0054]
The
[0055]
The
[0056]
The
[0057]
The electric power applied to the
[0058]
In order to adjust the ultrasonic output in a circuit, the applied
[0059]
FIG. 8 is a schematic diagram of a configuration for adjusting the ultrasonic output by detecting the drive current.
[0060]
If the
[0061]
When the driving frequency of the
[0062]
A
[0063]
If the voltage applied to the
[0064]
It is possible to perform control such as estimating the stirring force from the average power and increasing the applied voltage if the average power is insufficient.
[0065]
In addition, when sufficient electric power cannot be supplied to the agitation without performing the control, a usage method of issuing a warning that the agitation is insufficient may be considered.
[0066]
Although there is a correlation between the actual stirring force and the average power, if it is considered to evaluate the stirring force more strictly, it is necessary to detect the effective power.
[0067]
FIG. 9 is a schematic diagram of a detected current waveform depending on the state.
[0068]
When the ultrasonic output intensity is large, the detected current amplitude is large, and when the ultrasonic output intensity is small, the detected current amplitude is small. Even if the current waveform at the lowest strength that can be stirred is compared with the detected current waveform when the element is destroyed, the amplitude of the detected current waveform when the element is destroyed is smaller. It is possible to sufficiently monitor the state of the element even by monitoring only the amplitude.
[0069]
When the state of an element is monitored with a voltage waveform, the difference in voltage amplitude between a normal state and a breakdown is extremely small, so that detection of the current waveform is effective for monitoring the state of the element.
[0070]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the automatic analyzer, the stirrer that stirs the sample and the reagent by the ultrasonic wave is provided with the applied waveform detection unit that detects the applied waveform of the ultrasonic source, and the output control is performed using the applied waveform. This reduces the effects of changes in electrical characteristics due to the effects of the combined load when there are variations in the electrical characteristics of individual ultrasonic sources or when multiple ultrasonic sources are driven simultaneously. In addition, it is possible to simplify the adjustment operation of the stirring unit and to stabilize the stirring state by stabilizing the output of the ultrasonic wave, thereby improving the reliability of the analysis.
[0071]
In addition, by providing an applied waveform detector, it is possible to detect the intensity of the generated ultrasound due to deterioration of the ultrasound generation source, etc., detect the presence or absence of ultrasound output when not needed, and detect whether the stirring state is good or not. The reliability of the apparatus can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an automatic analyzer.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a stirring unit.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the frequency and electrical impedance of a piezoelectric element.
FIG. 4 is a schematic view of a method for changing an oscillation frequency applied to a piezoelectric element.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a detection waveform during stirring.
FIG. 6 shows an example of a procedure for performing output control based on a detected waveform.
FIG. 7 is a schematic diagram of a configuration for performing ultrasonic output adjustment in a circuit manner.
FIG. 8 is a schematic diagram of a configuration for detecting a drive current and adjusting an ultrasonic output.
FIG. 9 is a schematic diagram of a detected current waveform according to a state.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記駆動回路から前記超音波発生源に供給される駆動電流を、電磁誘導により該駆動電流とは電気的に絶縁して検出する波形検出部と、
該波形検出部からの検出波形に基づいて、前記駆動回路を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする自動分析装置。An agitation unit including an ultrasonic wave generation source that generates ultrasonic waves, and a drive circuit that drives the ultrasonic wave generation source;
A waveform detection unit for detecting a drive current supplied from the drive circuit to the ultrasonic wave generation source by being electrically insulated from the drive current by electromagnetic induction;
A control unit for controlling the drive circuit based on a detection waveform from the waveform detection unit;
An automatic analyzer characterized by comprising:
前記超音波発生源はトランスを介して駆動電力が供給され、前記波形検出部は該トランスに磁気的に結合されていることを特徴とする自動分析装置。The automatic analyzer according to claim 1, wherein
The ultrasonic generator is supplied with driving power through a transformer, and the waveform detector is magnetically coupled to the transformer.
前記制御部は前記波形検出部で検出された信号波形と、予め準備した必要な攪拌状態が得られる時の信号波形を比較し、比較結果に基づいて前記駆動回路を制御することを特徴とする自動分析装置。The automatic analyzer according to claim 1 or 2,
The control unit compares the signal waveform detected by the waveform detection unit with a signal waveform obtained when a necessary stirring state prepared in advance is obtained, and controls the drive circuit based on the comparison result. Automatic analyzer.
前記制御部での比較はパターンマッチングを行い、比較する両波形の類似度が予め設定した範囲に入るように超音波発生源に印加する電圧を調整するものであることを特徴とする自動分析装置。The automatic analyzer according to claim 3,
The automatic analysis apparatus characterized in that the comparison in the control unit performs pattern matching and adjusts the voltage applied to the ultrasonic wave generation source so that the similarity between both waveforms to be compared falls within a preset range. .
前記波形検出部の信号波形を用いて攪拌状態の推定を行うことを特徴とする自動分析装置。In the automatic analyzer in any one of Claims 1-4,
An automatic analyzer that estimates a stirring state using a signal waveform of the waveform detector.
前記超音波発生源は駆動電力を印加するための複数の電極を備える圧電素子であり、前記波形検出部で検出された信号波形に基づいて、前記圧電素子の駆動電力を印加する電極の数を変化させることを特徴とする自動分析装置。The automatic analyzer according to claim 1, wherein
The ultrasonic wave generation source is a piezoelectric element including a plurality of electrodes for applying driving power, and the number of electrodes to which the driving power of the piezoelectric element is applied is determined based on the signal waveform detected by the waveform detection unit. An automatic analyzer characterized by changing.
前記波形検出部は超音波の照射が不要な時間も前記超音波発生源からの出力波形を測定し、超音波の発生の有無を検出することを特徴とする自動分析装置。In the automatic analyzer in any one of Claims 1-6,
An automatic analyzer characterized in that the waveform detection unit measures the output waveform from the ultrasonic wave generation source even during the time when no ultrasonic irradiation is required, and detects the presence or absence of the generation of ultrasonic waves.
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