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碎屑探測(cè)器的制作方法

文檔序號(hào):1877閱讀:415來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:碎屑探測(cè)器的制作方法
這一發(fā)明與碎屑探測(cè)器有關(guān),特別是與用于顆粒計(jì)數(shù)器如血細(xì)胞計(jì)數(shù)器之類的探測(cè)器有關(guān)。這些探測(cè)器用于探測(cè)并在碎屑積累在顆粒通過(guò)的孔時(shí)發(fā)生警報(bào)信號(hào)。
現(xiàn)在已知的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器稱作COULTER COUNTER(R)分析器,它首先在美國(guó)專利2,656,508號(hào)中作了描述(1953年10月20日)。按照Conlter在前述專利中敘述的原理,懸浮有血細(xì)胞的流體,如稀釋后的血,通過(guò)一個(gè)小的開(kāi)口,或者孔,從一個(gè)含液體的室流到另一個(gè)含液體的室,各室設(shè)有一個(gè)偶合在電流源上的電極,當(dāng)血細(xì)胞通過(guò)孔時(shí)孔內(nèi)的電阻隨加在其上的電壓的增加而增加(因電流是恒定的)。一傳感裝置偶合到兩個(gè)電極上,以感受顆粒通過(guò)孔所產(chǎn)生的電壓脈沖,以探測(cè)這些顆粒。通過(guò)用合適的計(jì)數(shù)裝置和體積控制裝置,在確定的體積之內(nèi)的紅血細(xì)胞之類的顆粒數(shù)就以確定。在孔內(nèi),由于顆粒的存在而產(chǎn)生的電阻的改變,大致正比于顆粒的體積。這樣,COULTER COUNTER分析器就能確定待測(cè)樣品的顆粒的平均體積,也可測(cè)量顆粒的數(shù)目。
上述類型的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器總存在一個(gè)問(wèn)題碎屑,如血塊或其它污染物,在測(cè)量時(shí)可能從環(huán)境中進(jìn)入樣品,并可能沉積在孔里或孔上,從而阻礙細(xì)胞自由和自然地通過(guò)銳口。在樣品中的其它碎片可以小到能流過(guò)銳口而不造成永久性的問(wèn)題。這類小碎屑在叫暫態(tài)碎屑,若加以足夠的小心,暫態(tài)碎屑的數(shù)目與通過(guò)銳口的有關(guān)顆粒數(shù)目相比可被忽略。這樣,就是把暫態(tài)碎屑亦當(dāng)作顆粒計(jì)數(shù)的話,對(duì)最后結(jié)果的影響也可忽略不計(jì)。
過(guò)去,為了提供一種指示COULTER(R)型顆粒計(jì)數(shù)器已被沉積在孔內(nèi)外的碎屑阻礙的探測(cè)器,曾作了許多嘗試。例如,Coulter,Wallace H的美國(guó)專利3,259,842號(hào)中描述了一種碎屑探測(cè)器,它可測(cè)量COULTER顆粒探測(cè)器測(cè)到的脈沖的高度和寬度。這個(gè)碎屑探測(cè)器利用了碎屑的電阻通常大于正常血細(xì)胞的事實(shí)。更進(jìn)一步,測(cè)得的碎屑顆?;虺练e的碎屑的脈沖的持續(xù)時(shí)間比正常細(xì)胞的長(zhǎng)。因?yàn)橐粋€(gè)細(xì)胞通過(guò)孔的時(shí)間要少,因?yàn)榧?xì)胞要小。
第二種碎屑探測(cè)器是利用相似的碎屑的大電阻和脈沖寬度,相對(duì)于可預(yù)言、已知的正常顆粒通過(guò)孔低電阻和短脈沖時(shí)間。在美國(guó)專利3,259,891的碎屑警報(bào)探測(cè)器中,脈沖電壓超過(guò)一定的閾值者首先被測(cè)得,脈沖的持續(xù)時(shí)間也被測(cè)量下來(lái)。如果脈沖的持續(xù)時(shí)間超過(guò)某數(shù)值,碎屑警鈴就發(fā)出警報(bào)。這種探測(cè)方式的問(wèn)題是,暫態(tài)碎屑和許多大顆粒會(huì)僅僅因?yàn)樗鼈冚^大、它們的脈沖時(shí)間較長(zhǎng)而被測(cè)為碎屑。
美國(guó)專利3,259,891中描述的碎屑警報(bào)探測(cè)器的技術(shù)中還存在若干問(wèn)題。首先,這碎屑警報(bào)不能區(qū)分沉積在孔內(nèi)外的碎屑和那些對(duì)最后結(jié)果只造成可忽略影響的大細(xì)胞和暫態(tài)碎屑。第二,在這一裝置中探測(cè)碎屑的波形成為臨界的,這在碎屑在銳口內(nèi)外沉積時(shí)所致的脈沖上升時(shí)間特別如此。為了補(bǔ)償碎屑脈沖的前緣的上升時(shí)間的緩慢,這一裝置中采用一個(gè)比最優(yōu)化所要求的值低的閾值電壓。這樣,就造成許多碎屑警報(bào)被測(cè)出。尤其是碎屑是經(jīng)過(guò)孔的暫態(tài)碎屑。第三,這一裝置在許多場(chǎng)合難于分辨因大細(xì)胞和碎屑引起的大的脈沖,這樣就導(dǎo)致許多錯(cuò)誤的警報(bào)。
為了克服這許多限制作了許多努力。例如,美國(guó)專利第4,412,175號(hào)(以Franklin D.Magnareg的名義)中,壞脈沖基于W.H.Coulter等人的前述專利中的技術(shù)測(cè)得,利用比例技術(shù)來(lái)決定什么時(shí)候壞脈沖的數(shù)值超過(guò)某一預(yù)置的不可接受的水平。利用象Maynarez的專利這樣的技術(shù),這一裝置的某些缺點(diǎn)可被克服。另一個(gè)對(duì)這一裝置的碎屑警報(bào)的改進(jìn)的例子是,美國(guó)專利第4,450,435號(hào)(以Bobby James的名義)。在James的專利中,為了比較好脈沖和壞脈沖的數(shù)目,并在壞脈沖的數(shù)目超過(guò)某一預(yù)置的百分比時(shí)發(fā)出警報(bào),他采用了復(fù)雜的比較器方法。即便采用這些技術(shù),錯(cuò)誤的結(jié)果也會(huì)在被測(cè)樣品中會(huì)有許多大顆粒時(shí)發(fā)生。
不采用前述裝置所采用的比例和成組比較技術(shù),而直接采用碎屑警報(bào)電路,在碎屑沉積在顆粒計(jì)數(shù)器的銳口處時(shí)得出指示是合適的、可行的。這樣就使得一個(gè)有問(wèn)題的碎屑被探測(cè)到后就發(fā)出警報(bào),而不需等到其達(dá)到一個(gè)比例或一個(gè)比較值。這樣的等待會(huì)造成大量數(shù)目的不合適顆粒被計(jì)數(shù)。另外,在碎屑沉積時(shí)即探測(cè),可節(jié)約樣品,同時(shí)立即采取規(guī)避行動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種用于這種類型的顆粒器的碎屑探測(cè)器,其中有一個(gè)孔來(lái)分離兩個(gè)室,孔上加有恒定電流,其中懸浮有顆粒和碎屑的液體就流經(jīng)這個(gè)小孔,在此各顆粒或碎屑經(jīng)過(guò)孔時(shí)產(chǎn)生一跨越孔的電壓脈沖,碎屑沉積在孔上,產(chǎn)生跨過(guò)孔的直流偏壓。另外,探測(cè)器裝有用于檢測(cè)跨越孔的電壓的檢測(cè)裝置。碎屑探測(cè)器的改進(jìn)包括耦合孔和檢測(cè)裝置的電容裝置和用于對(duì)檢測(cè)裝置的輸出進(jìn)行積分的裝置。改進(jìn)的探測(cè)器還備有用于確定積分后的檢測(cè)裝置輸出在某一延遲時(shí)間后是否超過(guò)某一數(shù)值的裝置。
圖1是先前的Coulter型顆粒傳感裝置的總的圖示。
圖2是用來(lái)將測(cè)沉積在圖1中所示的儀器的孔的碎屑的主題發(fā)明的方框圖。
圖3示對(duì)理解圖2所示的主題發(fā)明事物的總的操作有用的圖。
圖4示已加到圖2所示的框圖中去的,用于抑制其在某些特定時(shí)期的操作的邏輯電路。
圖5示圖4所示的框圖中的更詳細(xì)的電路。
圖6這是示圖5中已示的,與延滯功能操作有關(guān)的線路的一部分的更詳細(xì)的圖。
圖7示對(duì)理解圖6中的所示電路的操作有用的一系列波形。
參照?qǐng)D1,它是傳統(tǒng)的COULTER型顆粒傳感器10的圖示。儀器10包括一個(gè)第一液體容器12和一個(gè)第二液體容器14、一個(gè)小孔、狹口或開(kāi)口16設(shè)置在容器14中,以使顆粒18(懸浮在液體20中)可從容器12流入容器14。一對(duì)電極22和24分別地設(shè)在容器12和14中的液體20里,一個(gè)電源26與電極22和24耦合,這樣,一個(gè)恒定電流從電極22經(jīng)狹口16流到電極24。另外,檢測(cè)線度測(cè)量與計(jì)算電路28與電極22、24相聯(lián),提供了經(jīng)過(guò)狹口16的顆粒18的數(shù)目,大小及方向,這是在前產(chǎn)品中已有的,這一計(jì)數(shù)通常在流經(jīng)狹口16的預(yù)置量液體20的受控規(guī)定期間。
圖1中所示的儀器工作的極好,除非當(dāng)碎屑的顆粒沉積到狹口16時(shí)。這可造成顆粒18在穿過(guò)狹口16時(shí)停止或減慢,至少是在碎屑往狹口沉積期間,或者因?yàn)楠M口體積的縮小而使顆粒大小測(cè)得不準(zhǔn)。為了停止計(jì)數(shù)和提供一個(gè)提醒儀器10的操作者的警號(hào),能夠探測(cè)碎屑向狹口16的沉積是必要的,這時(shí)的計(jì)數(shù)或顆粒體積是錯(cuò)誤的,必須進(jìn)行校正。然而,必須小心以確保探測(cè)到的碎屑是沉積的碎屑而不是穿越狹口16的大細(xì)胞或暫態(tài)碎屑,這不阻止相當(dāng)數(shù)量的顆粒18穿越狹口16。由穿越狹口16的暫態(tài)碎屑的片造成的唯一的危害是顆粒計(jì)數(shù)可能增加,和/或平均顆粒體積有輕微改變。然而,儀器10的其它部分的誤差量比在暫態(tài)碎屑被測(cè)作顆粒時(shí)的總計(jì)數(shù)或平均顆粒造成的誤差要大。當(dāng)然,這假定在制備放在容器12中的溶液(含有待測(cè)顆粒18)時(shí)通常是小心的,這樣碎屑減少到最小程度。
現(xiàn)參閱圖2,狹口16被圖示為一對(duì)串聯(lián)的電阻30和32。電阻30是正常地在小孔16內(nèi)的電解液20造成的狹口16的正常電阻。電阻32代表當(dāng)一個(gè)顆粒18流經(jīng)小孔16時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)電阻起伏。電流源26與電阻30和32串聯(lián),電阻30和32上的電壓因顆粒18在小孔16內(nèi)而增加,這是因電阻32的阻值增加。
電流源26和電阻30間的接點(diǎn)通過(guò)一個(gè)耦合電容34與一個(gè)可調(diào)放大器36連接,放大器36與反饋電阻38和其它電阻(未顯示)一起,正常情況下與運(yùn)算放大器協(xié)同產(chǎn)生信號(hào)增益,代表圖1所示的電路28和檢測(cè)部分的前置放大器的第一級(jí)。這應(yīng)被理解為前置放大器的額外階段,后放大器亦是如此,通常被包括為電路28的一部分,但是在圖2中未顯示,因?yàn)樗詷?gòu)成本發(fā)明的一部分。
第一級(jí)前置放大器一放大器36的輸出被用作積分電路40的輸入。積分電路40在其輸出端提供一個(gè)電壓,這是它的輸入電壓的數(shù)字積分。積分電路40包括一個(gè)運(yùn)算放大器與一個(gè)反饋電容(后面將更詳細(xì)地顯示在圖5中)。積分電路40的輸出作為比較電路42的數(shù)據(jù)輸入。參考電壓Vref也被加到比較電路42的第二輸入端。比較電路42的輸出正常地是一個(gè)正值,只要當(dāng)從積分電路40出來(lái)并加在數(shù)據(jù)輸入端上的電壓超過(guò)參考電壓Vref。然而,比較電路42的輸出是與電容器44和電阻46的聯(lián)結(jié)處偶合的,電阻46的另一端與一正電壓源+V相聯(lián),電容44的另一端接地。當(dāng)比較電路42的輸出,由于積分器40的數(shù)據(jù)信號(hào)小于Vref而變低時(shí),包含在比較42內(nèi)的變壓器(未示)的輸出與地接通,電容44經(jīng)此放電。然而,當(dāng)從積分器40提供的電壓超過(guò)Vref時(shí),電器44被充電,其時(shí)間常數(shù)由電阻46和電容44所決定。
電阻46和電容44的聯(lián)結(jié)處與一門限電路48和一個(gè)輸入端相聯(lián),就如在施密特觸發(fā)電路中一樣。當(dāng)電容44存儲(chǔ)的電壓值超過(guò)門限電路48的閾值(例1.6V)時(shí),電路48的輸出端的狀態(tài)改變。門限電路48的脈沖的前緣驅(qū)使翻轉(zhuǎn)電路50的輸出為一低值,即成為與加到其數(shù)據(jù)輸入端的信號(hào)的邏輯值相反的邏輯值。這產(chǎn)生出現(xiàn)在翻轉(zhuǎn)電路50的輸出端的一個(gè)正至負(fù)電壓。這一信號(hào)用來(lái)觸發(fā)一個(gè)探測(cè)到碎屑后的可視和/或可聞警報(bào)(未顯示),這樣使操作者去執(zhí)行適當(dāng)?shù)牟僮鳌?br>現(xiàn)參看圖3。這里顯示了標(biāo)記為A-E的一系列波形。相應(yīng)的字A-E在圖2中標(biāo)出以指明A-E波形代表電路中的哪一部份。波形A是與穿越狹口16的顆粒18存在否造成的暫態(tài)電阻32的存在與否相對(duì)應(yīng)的探測(cè)電壓改變所提供的電壓脈沖??梢钥吹?,第一個(gè)電壓脈沖是個(gè)相當(dāng)?shù)偷男盘?hào),表示一個(gè)正常的血細(xì)胞穿越狹口16波形A中的第二個(gè)脈沖代表一個(gè)大的血細(xì)胞,或者一個(gè)暫態(tài)碎屑,兩者都有一個(gè)較高的電壓,這造成較高的電壓。但是,因?yàn)榇蠹?xì)胞或暫態(tài)碎屑穿過(guò)狹口16,脈沖寬度只是正常脈沖稍稍長(zhǎng)些。波形A的第三部分代表一沉積在狹口16,從而將此堵塞的碎屑。其結(jié)果是測(cè)得一個(gè)高的電壓,其持續(xù)期較長(zhǎng)。事實(shí)上,對(duì)被測(cè)得的電壓而言,結(jié)果是一個(gè)直流電壓偏移。
圖3中的波形B表示運(yùn)算放大器36的輸出,如前所述,是圖1所示的電路28的前置放大器的第一級(jí)。波形B顯示了被包含在小孔16和第一級(jí)前置放大器之間的電容34的作用。可見(jiàn)波形B的第一個(gè)脈沖以比波形A相應(yīng)脈沖慢的速度增加,因?yàn)殡娙萜?4充了電,從A波形脈沖中減去了它的電壓。眾所周知,電容器上的電壓不能立即改變,這樣,當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖的后沿出現(xiàn)時(shí),放大器36的輸出提供的電壓就有一個(gè)負(fù)的下降。這個(gè)負(fù)的下降的幅度近似地等于因電容器34充電脈沖的前緣被壓低的值。波形B的第二個(gè)脈沖實(shí)質(zhì)上與波形B中的第一個(gè)脈沖相同,使其幅度大了,這歸因于較大的脈沖被探測(cè)到了。然而,在波形B的第二個(gè)脈沖也有一個(gè)下降52。
對(duì)電容器34的任何值,下陷52以上的面積等于波形B的第一和第二脈沖的正前向部分53。這樣,通過(guò)放大器36的平均電壓對(duì)波形B中的第一和第二脈沖是零。
回憶一下波形B的描述,第三個(gè)脈沖上升到一個(gè)穩(wěn)恒的直流電壓並停留在那個(gè)因碎屑沉積到狹口16所產(chǎn)生的直流電壓值。波形B的第三個(gè)脈沖沒(méi)有任何下降,反應(yīng)出這是一常電壓。運(yùn)算放大器36得出了與第三個(gè)脈沖相應(yīng)的輸出值,它先升到一個(gè)峰值,然后從峰值衰減到零。這樣,第三個(gè)脈沖通過(guò)放大器36出來(lái)的值就不再是零。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3中的波形C,第一和第二兩個(gè)脈沖的形狀相似,只有幅度有些差別,兩者都升起並由于正部分53和波形B的第二、第一脈沖的部分52而又降到零。然而,波形C的第三個(gè)脈沖增加到一個(gè)值并通常停留在此。這又一次是因?yàn)椴ㄐ蜝的第三個(gè)脈沖積分不包括任何使積分值降回零的下陷。
如圖2中指出的,波形C加到比較電路42的輸入上,這里也加有一個(gè)電壓Vref,電壓Vref用虛線標(biāo)出,它在波形C的第一脈沖之上,穿過(guò)第二脈沖、第三脈沖。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3中的波形D,可見(jiàn),由于波形C的第一脈沖在Vref的閾值之下,在波形D中沒(méi)有相應(yīng)的第一脈沖。然而,與波形C的第二脈沖相應(yīng)的波形D的脈沖卻在波形C的第二脈沖超過(guò)閾值Vref期間存在。但這因測(cè)得的波形A的第二個(gè)脈沖的短持續(xù)期而相當(dāng)短。因?yàn)椴ㄐ蜠脈沖代表電容器44存儲(chǔ)的電壓,波形D脈沖只在波形C的脈沖超過(guò)比較器Vref電壓而電容C開(kāi)始充電時(shí)才開(kāi)始增大。接著,電容器C通過(guò)比較電路42的接地輸出端放電。這樣,在波形D中沒(méi)有與波形C相應(yīng)的脈沖,與波形C中第二脈沖相應(yīng)的波形D中的脈沖也決不超過(guò)閾值電壓Vth。但是,波形C的第三個(gè)脈沖停留在Vref值以上,這樣,電容器44被持續(xù)充電,直到其電壓超過(guò)閾值電值48的閾值電壓Vth。這在波形D中用標(biāo)有Vth的尾線示出。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3的波形Eo一旦波形D的前一個(gè)脈沖超過(guò)Vth值,一輸出出現(xiàn)在電路48,觸發(fā)觸發(fā)器50,促使電壓E改變狀態(tài)。這將被一電路(未顯示)所理解,從而發(fā)出一個(gè)可聽(tīng)/和/或可視警報(bào),告訴儀器10的操作者測(cè)得了一個(gè)碎屑沉積。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4,它顯示了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。圖4中的電路包括抑制在儀器10啟動(dòng)的臨界時(shí)間的操作,或者溶液充滿室20的探測(cè)的裝置,這一室(未顯示)可是用于探測(cè)血樣中的血紅蛋白的。血紅蛋白是用獨(dú)立于Coulter原理的技術(shù)來(lái)測(cè)量的。當(dāng)用于測(cè)量血紅蛋白的室被充滿時(shí),液體20與一種化學(xué)處理過(guò)的血樣相混合,沖擊一個(gè)置于當(dāng)室被充滿時(shí)液體會(huì)達(dá)到的位置處的電極。第二個(gè)電極在室的底部。當(dāng)液體觸及液面檢測(cè)電極時(shí),電路(未顯示)通過(guò)測(cè)量檢測(cè)電極和底電極之間的電連續(xù)性確定液面水平。這連續(xù)性檢測(cè)由電極之間的電流完成,這一電流在狹口16處產(chǎn)生干涉,這與碎屑沉積在狹口相似。開(kāi)始填充和充滿室都能在電容器34的輸出端造成暫態(tài)電壓,并提供到放大器36,這好象由碎屑造成的永久堵塞一樣,但事實(shí)上這只是由于往儀器10上加一電源造成的非永久暫態(tài)電壓,或測(cè)量含液體20的室充滿時(shí)造成的電流。
在圖4中,與圖2中相似元件,用同樣的數(shù)字標(biāo)志,因此,操作也是與圖2所示相似的。在圖2所示的元件中,只有積分器40顯示的更詳細(xì),其中包括一個(gè)反饋電容54,一個(gè)運(yùn)算放大器55和一個(gè)輸入電阻56。這就如常所知的那樣是一傳統(tǒng)的積分電路。
在圖4中附加的電路包括一個(gè)液面檢測(cè)器57,一個(gè)啟動(dòng)探測(cè)器58。兩者都是常用技術(shù),在圖4中只用框圖表示。液面探測(cè)器57提供一個(gè)電壓,指示血紅蛋白室的液體20達(dá)到一個(gè)預(yù)置水平。當(dāng)液面達(dá)到預(yù)置水平(未顯示)時(shí),其水平由當(dāng)液體達(dá)到檢測(cè)電極所產(chǎn)生的電流連續(xù)性來(lái)測(cè)定。這一電流可是一個(gè)直流電平偏移,這不總是不可與碎屑堵塞造成的相似的直流水平位移相區(qū)別的。另一方面啟動(dòng)探測(cè)器58,在電壓首次加到儀器10上時(shí)監(jiān)測(cè)。這一施加電壓造成一個(gè)通過(guò)狹口16的明顯直流電壓偏移,這也可能當(dāng)測(cè)作由于沉積的碎屑造成的狹口16上直流電壓偏移。從水平探測(cè)器57輸出的電壓是一個(gè)約有100毫秒持續(xù)期的脈沖,從啟動(dòng)探測(cè)器輸出的電壓是一個(gè)約有1秒持續(xù)期的脈沖,這將會(huì)造成對(duì)探測(cè)電路運(yùn)行的抑制。
液面探測(cè)器57的輸出和啟動(dòng)探測(cè)器58的輸出被用作一個(gè)與非(NAND)門60的兩個(gè)輸入。另外,液面探測(cè)器57和啟動(dòng)探測(cè)器58的輸出也被作為輸入加到與非(NAND)門62上去。與非(NAND)門60的輸出被加到一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路64的非反轉(zhuǎn)輸入端和驅(qū)動(dòng)電路66的反轉(zhuǎn)輸入端。驅(qū)動(dòng)電路64的反轉(zhuǎn)輸入端和驅(qū)動(dòng)電路66的非反轉(zhuǎn)輸入端偶合到一個(gè)正電壓源+V上。驅(qū)動(dòng)電路64的輸出耦合到場(chǎng)效應(yīng)晶體管68的柵極上。晶體管68的溝道電極通過(guò)輸入電阻56連接到運(yùn)算放大器36和積分電路40內(nèi)的運(yùn)算放大器53之間。
驅(qū)動(dòng)電路66的輸出接到一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管70的柵極上,晶體管70有一溝道電極與電阻56和運(yùn)算放大器55之間的接點(diǎn)相聯(lián),另一個(gè)溝道電極與一個(gè)二極管72的陽(yáng)極相聯(lián),二極管72的陰極接地。另外,F(xiàn)ET晶體管70的另一個(gè)溝道電極與運(yùn)算放大器53的輸出端和二極管74的陰極相接,二極管74的陽(yáng)極接地。
電容器54接在運(yùn)算放大器55的輸入和輸出之間,這樣,與晶體管70的溝道電極的聯(lián)接方式相同。當(dāng)液面探測(cè)器57或啟動(dòng)探測(cè)器58測(cè)到相應(yīng)的液面改變或加上電壓時(shí),就產(chǎn)生了一個(gè)信號(hào)通過(guò)與非門60和驅(qū)動(dòng)電路64,使FET晶體管68不導(dǎo)通而FET晶體管70導(dǎo)通。這樣由約100毫秒持續(xù)期從水平探測(cè)器57來(lái)的信號(hào),或一秒持續(xù)期的從啟動(dòng)探測(cè)器58來(lái)的信號(hào),來(lái)決定臨界條件的一種。在此期間,電容器54通過(guò)導(dǎo)通的FET晶體管70放電。同時(shí)因FET晶體管68不導(dǎo)通,阻止電壓加到積分器40的輸入端,在探測(cè)器57、58中的一個(gè)發(fā)出100毫秒或一秒持續(xù)期的脈沖后,回到晶體管68導(dǎo)通,晶體管70不通的正常狀態(tài),操作步驟如前所述。
另外,探測(cè)器57和58的輸出通過(guò)與非門62使與非門76無(wú)用,不能再通過(guò)任何從閾值電路48提供的信號(hào)。因?yàn)榘ㄅc非門76,所以必須提供一個(gè)倒相器78,以有一個(gè)合適的極性來(lái)觸發(fā)觸發(fā)器50,在此用的是提供一個(gè)脈沖給其時(shí)鐘(C)輸入端。
現(xiàn)參照?qǐng)D5,這是圖4所示電路的示意圖的更詳細(xì)化。在此,圖4、圖5中相似的元件被給予相同的數(shù)字標(biāo)記。元件26到38(只有偶數(shù))和FET晶體管68如在圖4中敘述過(guò)的那樣聯(lián)接。晶體管68的襯底電極與一電壓為+V2的電源相聯(lián),這可能是直流15V。前面提及的電壓+V可能是5伏直流。晶體管68的另一個(gè)溝道電極經(jīng)電阻56聯(lián)到運(yùn)計(jì)放大器55的反轉(zhuǎn)輸入端。晶體管70的還有一個(gè)溝道電極聯(lián)到運(yùn)算放大器55的反轉(zhuǎn)輸入端,另一晶體管70的溝道電極聯(lián)到運(yùn)算放大器55的輸出端。晶體管70的襯底電極與電壓+V2的電源相聯(lián)。電容器54聯(lián)在運(yùn)算放大器55的輸出端和反轉(zhuǎn)輸入端之間。電阻82與電容54并聯(lián),在一個(gè)碎屑警報(bào)后起為電容54放電的作用,防止碎屑警報(bào)響應(yīng)獨(dú)口16處很慢地變化的直流電壓而漂移,而這并非碎屑產(chǎn)生的。二極管72的陽(yáng)極聯(lián)到運(yùn)算放大器55的輸出端,二極管72的陰極與地相接,二極管74的陰極聯(lián)在運(yùn)算放大器55的輸出端其陽(yáng)極接地。這種聯(lián)接方式,二極管72和74限制電壓偏離運(yùn)算放大器55的輸出。
放大器55的非反轉(zhuǎn)輸出端接地。在圖5中所示的某些元件在接點(diǎn)處的數(shù)字是所用的特殊的元件的針數(shù),稍后將給出元件的清單。抵償電壓控制輸出,放大器55的針1,經(jīng)一電位計(jì)84接到抵償電壓控制輸入端放大器55的針5。電位表84用于設(shè)定運(yùn)算放大器55的抵償電壓。負(fù)的直流電源輸入端,放大器55的針4,經(jīng)電阻86接到-V2,它可能是-15V,經(jīng)過(guò)一個(gè)電容88接到地,并經(jīng)過(guò)一個(gè)電容90接到正的直流電源輸入端,針7。電容90和正的直流電源輸入間的接點(diǎn),針7,經(jīng)一個(gè)電阻92接到電壓V2。電阻86和92和電容88和90提供放大器55的直流電源旁路。
放大器55的輸出經(jīng)電阻94接到比較器96和非反轉(zhuǎn)輸入端,這構(gòu)成圖2、圖4中所示的比較電路的主要部件。參考電壓加到比較器的反轉(zhuǎn)輸入端,并由經(jīng)電阻98接到電壓V2并經(jīng)過(guò)電阻100接地的反轉(zhuǎn)輸入端提供。負(fù)的直流電源輸入端,比較器96的針4經(jīng)電阻102接到電壓-V2,經(jīng)電容104接地。負(fù)直流電源輸入,針4和電容104間的接點(diǎn)也經(jīng)電容106接到正的直流電源輸入端針8。正直流電源輸入針8,也經(jīng)電阻108接到+V2電壓。電阻102和108,電容104和106提供比較器96的直流電源旁路。比較器96的輸出經(jīng)電阻110接回輸入。電阻110給比較器96帶來(lái)延遲,這樣,當(dāng)非反轉(zhuǎn)電壓接近參考電壓時(shí)算定運(yùn)算,以這種聯(lián)結(jié)方式,比較電路42在其輸出提供一個(gè)正的電壓,只要非反轉(zhuǎn)輸入端的電壓超過(guò)閾值電壓(如0.36伏)。這樣,當(dāng)經(jīng)電阻94提供的積分器40的輸出超出0.36伏,比較器96的輸出成為正電壓。
比較器96的輸出的電壓經(jīng)電阻112到電止46和電容44之間的接點(diǎn)提供。如前所述,這一接點(diǎn)也接到閾電路48-這由兩個(gè)施密特觸發(fā)電路114和116構(gòu)成,兩者都將加在其上的信號(hào)反轉(zhuǎn)。
液面探測(cè)器57包括(未示)探測(cè)含液體20的室是否已被充滿的裝置和提供觸發(fā)信號(hào)(LEVEL)給單移多諧振蕩器118的裝置。類似地,探測(cè)加到小孔10上的功率的裝置產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)(START)以提供給單移多諧振蕩器120。兩個(gè)多諧振動(dòng)器118和120配有時(shí)間常數(shù)設(shè)定元件(未示)這產(chǎn)生一個(gè)100毫秒或一秒的低壓脈沖序列輸出,依LEVEL或START之一而定。
NAND門60的輸出經(jīng)電阻122聯(lián)到驅(qū)動(dòng)放大器124的非反轉(zhuǎn)輸入端,這也是個(gè)比較器。放大器124的反轉(zhuǎn)輸入經(jīng)電阻126聯(lián)到地,同時(shí)經(jīng)電阻128聯(lián)到電壓+V。電阻126和128的電壓+V提供給驅(qū)動(dòng)放大器(或比較器)124一個(gè)參考電壓,激勵(lì)放大器124的輸出經(jīng)電阻130接回非反轉(zhuǎn)輸入端。電阻130給激勵(lì)放大器124產(chǎn)生一個(gè)延遲,從而在非反轉(zhuǎn)輸入電壓接近閾值電壓時(shí)能穩(wěn)定放大器124。放大器124的輸出也經(jīng)電阻132接到+V2和晶體管68的柵極。電阻132是放大器124的輸出的正偏電阻。
NAND門60的輸出也經(jīng)電阻134接到激勵(lì)放大器136的反轉(zhuǎn)輸入端。放大器136的非反轉(zhuǎn)輸入端經(jīng)電阻138接地,經(jīng)電阻140接到電壓+V,經(jīng)電阻140接到放大器136的輸出端。電阻138和140(帶有電壓+V)給放大器136(或比較器1提供閾值電壓,電阻142向放大器136提供延遲。放大器136的正直流電壓輸入端,針3,經(jīng)電阻143接到電壓V2,經(jīng)電容144到負(fù)直流電流輸入端,針12。負(fù)直流電源輸入,針12,也經(jīng)電阻146接到電壓-V2,經(jīng)電容148接地,電阻143和146,電容144和148用于給放大器136提供一個(gè)電源旁路。在這里所描述的具體實(shí)施例中,放大器124和136包含在同樣的積分電路中,因此用同樣的電源輸入。放大器136的輸出經(jīng)電阻150接到電壓+V,接到晶體管70的柵極。電阻150是放大器136正偏電阻。
用到圖5所示的電路中的還包括在與非門62和與非門76的輸入端之間設(shè)置的倒相器152。倒相器152使與非門62變成一個(gè)與門。另外,加在觸發(fā)器50的數(shù)據(jù)(D)輸入端的正電壓是經(jīng)電阻155加上的,也是加到預(yù)置輸入端的。一個(gè)RESET(復(fù)位)信號(hào),(它可由一個(gè)在裝置10的操作面板上的運(yùn)算控制開(kāi)關(guān)提供)被加到觸發(fā)器50的復(fù)位輸入端。
為了按照?qǐng)D2和圖4中所述方式操作,下列電路元件選用了下列數(shù)值電阻(歐姆)38-200K46-10K80-49.9K(1%)82-1.0M84-100K86-4792-4794-2.49K(1%)98-10K(1%)100-249(10%)108-47110-249K(1%)112-100122-4.7K126-1.5K128-3.3K130-100K132-10K134-4.7K138-1.5K
140-3.3K142-100K143-47146-47150-10K155-3.3K電容(微法拉)34-.3244-3.354-1.288-.0190-.01104-.01106-.01144-.01148-.01放大器和比較器55-AD54296-LM311124-LM339136-LM339其它元件50-74LS7460-74LS00
62-74LS0068-3N16370-3N16372-IN414874-IN414876-74LS0078-74LS00114-74LS14116-74LS14118-74LS221120-74LS221152-74LS14現(xiàn)參照?qǐng)D6,將描述電阻46和電容器44與放大器96和施密特觸發(fā)電路114相連如何工作。為了幫助理解圖6所示電路的工作,需要參照?qǐng)D7中的波形。比較器96包括一個(gè)輸出晶體管154,當(dāng)非反轉(zhuǎn)輸出端電壓低于反轉(zhuǎn)電壓輸入時(shí),一個(gè)正電壓信號(hào)被加到晶體管154的基極上,使之導(dǎo)通。這使電容44通過(guò)電阻112放電,使晶體管154導(dǎo)通,這樣,電容器44不再維持電壓。在此情形,施密特觸發(fā)電路提供一個(gè)邏輯的高輸出值。
一旦從積分器40加到放大器54的非反轉(zhuǎn)輸入信號(hào)大于在反轉(zhuǎn)輸入端的參考電壓(后者由電阻98和100決定)加到晶體管154的基極的信號(hào)就降到一個(gè)低值,使晶體管154不再導(dǎo)通。這由圖7中的波形F示出。圖7的波形C是前面圖3中指出的同樣信號(hào)C。一旦晶體管154因信號(hào)F從高值降到低值而不導(dǎo)通,電容44便開(kāi)始充電,直到由加到電阻46的另一邊的電壓值所決定的值為止。這一電壓可是5V。電容44充電到滿電壓所需的時(shí)間由電阻46和電容44的時(shí)間常數(shù)決定。這些數(shù)值必須與加到電阻46的另一邊的電壓-同選擇,這樣,電容44充電到1.6V(這是施密特觸發(fā)器114的閾值電壓)所需的時(shí)間大約是3.86毫秒。這段時(shí)間足以讓大顆粒和暫態(tài)碎屑穿過(guò)狹口16,但對(duì)將測(cè)實(shí)際在狹口16的堵塞碎屑是一個(gè)足夠短的時(shí)間。一旦施密特觸發(fā)器114被充電到1.6伏或更高電壓的電容44觸發(fā),其輸出即圖7中的波形G成為一個(gè)低的值,接著如前所述,導(dǎo)致碎屑警報(bào)的產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.用于顆粒計(jì)數(shù)器(10)的碎屑探測(cè)器,在這種計(jì)數(shù)器中,有一個(gè)分離兩個(gè)室(12和14)的小狹口(16),在所述狹口(16)上加有穩(wěn)恒電流(26),懸浮在液體(20)中的顆粒(18)和碎屑通過(guò)所述狹口(16),當(dāng)各個(gè)顆粒(18)或碎屑經(jīng)過(guò)所述狹口(16)時(shí)在其上產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖(圖3A),碎屑沉積在狹口在其上產(chǎn)生一個(gè)直流電壓位移(圖3A),所述顆粒計(jì)數(shù)器(10)帶有用以檢測(cè)在所述狹口(16)上的電壓(圖3A)的檢測(cè)裝置(28)和用于耦合所述檢測(cè)裝置(28)與所述狹口(16)的電容裝置(34),其特征在于所述碎屑探測(cè)器包含有用于對(duì)所述檢測(cè)裝置(28)的輸出進(jìn)行積分的積分裝置(40)和用于確定積分后的檢測(cè)裝置輸出在一定的延遲時(shí)間之后是否超過(guò)某一值(Vth)的確定裝置。
2.專利要求1的碎屑探測(cè)器,其特征為,在那所說(shuō)的電容裝置(34)保持一個(gè)零平均電壓值(38)(對(duì)測(cè)得的因顆粒(18)和碎屑穿過(guò)所說(shuō)的狹口(16)產(chǎn)生的電壓脈沖)所說(shuō)的積分裝置(40)的輸出是一個(gè)脈沖電壓(圖3C)對(duì)各個(gè)穿過(guò)所說(shuō)的狹口(16)的顆粒(18)和碎屑是一個(gè)階躍電壓(圖3C)。
3.專利要求1或2的碎屑探測(cè)器,其特征在于,在所說(shuō)的電容裝置(34)中產(chǎn)生一個(gè)電壓下陷(52),在各個(gè)測(cè)得的電壓脈沖的下降沿,對(duì)各個(gè)通過(guò)所說(shuō)的狹口(16)的顆粒和碎屑所說(shuō)的積分裝置的輸出是一個(gè)脈沖電壓(圖3C),對(duì)沉積在所說(shuō)狹口(16)的碎屑是一個(gè)階躍電壓(圖3C)。
4.按權(quán)利要求
1、2或3中的任何一點(diǎn)的碎屑探測(cè)器,以下述為特征在所說(shuō)的測(cè)定裝置(42、44、46和48)提供一個(gè)輸出信號(hào)(圖3D)響應(yīng)積分裝置(40)輸出信號(hào)(圖3C)保持在某一閾值上(Vth)所說(shuō)的某一延滯時(shí)間,在原先在所說(shuō)的某一閾值(Vth)之上及之后。
5.按照專利要求1或2的碎屑探測(cè)器,以下述為特征,該積分裝置(40)在其與該傳感裝置(28)輸出電壓(圖3B)的積分的輸出端提供一個(gè)電壓(圖3C);該確定裝置(42、44、46和48)包括有一初級(jí)輸入(+)聯(lián)到該積分裝置(40)輸出和一次級(jí)輸入(-)聯(lián)到參考電壓(+V2)的電源的電壓比較裝置(96),一個(gè)當(dāng)該積分裝置(40)輸出的電壓超過(guò)參考電壓(Vref)時(shí),正常地出現(xiàn)一個(gè)有前緣的電壓脈沖的輸出(154);次級(jí)電容裝置(44)包括一個(gè)放電電路(46)因此聯(lián)到該比較器裝置的輸出(154),以使在該電壓(圖3C)的該一定的延滯時(shí)間在該積分裝置(40)輸出超出該參考電壓(Vref)時(shí),充電到閾值(Vth)以上;閾值傳感電路(48)用于感受所說(shuō)的次級(jí)電容方式裝置(44),當(dāng)其已充電到超過(guò)所說(shuō)的閾值電壓(Vth),作為響應(yīng),提供一個(gè)信號(hào)(圖3E)以表明探得了沉積的碎屑。
6.據(jù)權(quán)利要求
5的碎屑探測(cè)器,有以下特征該次級(jí)電容裝置(44)當(dāng)加到該比較器(96)的初級(jí)輸入的電壓低于該參考電壓(Vref)時(shí)接通放電。
7.據(jù)權(quán)利要求
5或6的碎屑探測(cè)器,有以下特征,該次級(jí)電容裝置(44)的充電通路包括電阻(46),該次級(jí)電容裝置(44)和該電阻(46)相聯(lián)使得他們的值決定所說(shuō)的某一延滯時(shí)間。
8.據(jù)權(quán)利要求
1、5或6中的任何一條的碎屑探測(cè)器,有以下特征,在該碎屑探測(cè)器中包括抑制裝置(58、60、66和70),用于在施加電流到該銳口(16)后的一段固定的時(shí)間內(nèi)抑制該碎屑探測(cè)器。
9.據(jù)權(quán)利要求
8的碎屑探測(cè)器,有以下特征,積分裝置(40)包括電容(54),抑制裝置(58、60、66和70)使該積分裝置電容器(54)放電。
10.據(jù)權(quán)利要求
1、5至7或9的碎屑探測(cè)器,有以下特征,該電容裝置(34)上保持一個(gè)平均零電壓,該傳感裝置(28)包括放大裝置(36),這聯(lián)接到該電容裝置,以提供一個(gè)放大的電壓,這是該電容裝置(34)上所維持的電壓的放大形式;該積分裝置(40)有一輸入(55-2)由該放大的電壓提供,有一輸出(55-6)這幾提供一個(gè)積分的電壓,這一積分的電壓是該放大的電壓的積分形式,確定裝置(42、44、46和48)包括供給積分的電壓的輸入(96-2),有一輸出提供警報(bào)信號(hào),這在積分的電壓的幅度在所說(shuō)的一定的延滯時(shí)間后超過(guò)了一定的值(Vth)時(shí)發(fā)出,該警報(bào)信號(hào)(圖3C)表明所測(cè)得的碎屑至少部分地堵塞了狹口(16)。
專利摘要
用于顆粒計(jì)數(shù)器10的碎屑探測(cè)器40、42、44、46、48和50。顆粒18或暫態(tài)碎屑通過(guò)檢測(cè)狹口16產(chǎn)生電壓脈沖。當(dāng)碎屑沉積在狹口時(shí)產(chǎn)生直流電壓偏移。狹口的電壓用電容34接到放大器36,放大器36的輸出供給積分器40。積分電壓加到比較器42以在積分的電壓超過(guò)參考電壓(Vref)時(shí)提供信號(hào)輸出。比較器42的輸出信號(hào)加到有與一顆粒通過(guò)狹口所需時(shí)間相適的延滯時(shí)間的延滯電路44、46。如果比較器42的信號(hào)在延滯時(shí)間后保留,則產(chǎn)生碎屑警報(bào)信號(hào)。
文檔編號(hào)G01N15/10GK87106641SQ87106641
公開(kāi)日1988年6月22日 申請(qǐng)日期1987年9月30日
發(fā)明者埃米·羅斯, 瓦拉斯·H·科特 申請(qǐng)人:科特電子公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
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