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技術 検出装置で使用する変換器

出願人 イー・エム・デイー・ミリポア・コーポレイシヨン
発明者 マイケル・ジョーンズリッキー・エフ・バッジオ
出願日 2010年4月15日 (10年8ヶ月経過) 出願番号 2010-094162
公開日 2011年2月3日 (9年11ヶ月経過) 公開番号 2011-022130
状態 特許登録済
技術分野 蛍光または発光による材料の調査,分析
主要キーワード 二重回路 ソフトウェアループ 下方レベル 代替センサ 使い捨て保 特定センサ 能動構成要素 ロギング装置
関連する未来課題
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図面 (7)

課題

新規、安価かつ正確な酸素センサデータロガー及びコントローラ等の既存の装置で使用可能となるシステム及び方法を提供する。

解決手段

インタフェースモジュールは、蛍光酸素センサ等の新規なセンサ及び旧来のレガシー装置と組み合わされて使用される。レガシー装置は、偏極電圧を供給し、0〜100nAの測定電流予測する。新規なセンサは、偏極電圧を必要とせず、一実施形態において0〜10ボルトの出力、別の実施形態において4〜20mAの出力を送出する。インタフェースモジュールは、センサから出力を受信し、これを、レガシー装置が使用可能な信号に変換する。別の実施形態において、インタフェースモジュールは、インターフェースモジュールは、インターフェースモジュールは、レガシー装置及び新規な装置の両方が同時に上記センサと通信可能となるように、複数の出力部を備える。インターフェースモジュールは、反応室又は他の製薬プロセスと共に使用可能である。

概要

背景

製薬業界等の多くの産業では、特定の事象進展又は結果を監視するために検出装置を使用する。しばしば、これらの検出装置は、コントローラに入力を供給するために用いられる。コントローラは、次いで、この入力に基づいてその出力を変更する。コントローラの出力は、一般に、特定の事象に影響を及ぼしたり、特定の事象を制御するために用いられる。

例えば、バイオ反応においては、該反応の多くの特性(温度、pH、酸素濃度、もしくは他のパラメータを含むが、これらに限定されない)を監視及び制御することが重要であり得る。そのため、これらの特性を検出する装置が開発されてきた。多くのpHセンサ溶存酸素センサ、及び温度センサが存在する。

しかしながら、特性を検出することは重要であるが、経時的にこられの特性を監視及び追跡することができることが同様に重要である。更に、未来行動を決定するためにこれらの特性を使用することが重要である。例えば、図1は、生物反応器使用可能な閉ループ制御システム簡易な例を示す。この図において、温度センサ10は、反応室20内で起こる特定の反応の温度を監視するために用いられ得る。温度センサ10の出力に基づいて、センサ10と通信可能なコントローラ30は、加熱要素40の出力を変更し得る。このように、反応室内の温度が所定の温度範囲内になければならない場合、コントローラ30は、これらの条件が適合することを保証するため、ソフトウェアループと共に、センサ10及び加熱要素40を使用することができる。

更に、センサ10は他の装置と通信し得る。例えば、pHセンサの出力部はコントローラ、ロギング装置、及び/又はデータ記憶装置と通信し得る。該付加装置は、上記特定センサの出力を経時的にサンプリングする。このサンプリング工程は、固定時間間隔周期的に実行され得る。他の実施形態において、このサンプリング工程は、散発的時間間隔で又は他の外部イベントに基づいて実行される。

データロガーの場合、サンプリングされた値は、通常は関連したタイムスタンプと共に単に格納され、これにより、ある時間間隔にわたるその特性のグラフが生成され得る。コントローラの場合、修正動作が実行可能となるように値がサンプリングされる。例えば、上述したように、温度センサの場合、コントローラは、例えば、温度の読取り事前に設定した閾値未満である場合にコントローラが加熱要素を作動させるように、加熱要素と通信し得る。同様の動作が、pHの読取り又は溶存酸素の読取りに応じて採られ得る。

最も一般的な溶存酸素センサの一つは、ポーラログラフセンサとして知られている。代表的なセンサが図2に示される。センサ100は、酸素が通過可能な膜120を含む。センサ100は、カソード130及びアノード160を含む。ある実施形態において、カソード130は、白金等の導体材料から形成される。ある実施形態において、アノード160は、金もしくは銀等の導体材料から成る。これら二つの導体構成要素は、ガラス等の絶縁体140によって分離される。外部装置は、カソード130とアノード160間に例えば600〜800mV電位を供給する。

動作において、酸素分子は膜120を通って拡散する。これらの分子は、例えば次の式に従ってカソード130の表面で低減する。
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

アノードにおいて、酸化反応が生じ、これにより電子を生成する。これらの電子はカソード130に向かって移動し、これにより、酸素濃度に比例する電流が発生する。この電流は、コントローラもしくはロギング装置等の装置(デバイス素子)によって測定され得る。

ポーラログラフセンサの人気により、アプリコン(Applikon)が製造したものを含む、コントローラ等の多くの装置がポーラログラフセンサと直接インターフェースするように設計された。換言すれば、これらの装置は、600〜800mVの偏極電圧を供給し、また、結果として生じる電流(0〜100nAの範囲にある)を測定するように設計された。これらの装置はまた、生物反応等の動作を制御するために用いられ、また、かなりの時間使用されている。そのため、これらのコントローラ及び他の装置の大きい実装基板が存在し、これは、ポーラログラフセンサを組み込むように構成される。

最近、代替センサが開発された。従来のポーラログラフセンサと違い、これらの代替センサは、一般に、異なる酸素濃度指示器を使用する。一つのそのような指示器は蛍光性のものである。一実施形態において、センサは発光体を有し、該発光体は、一般に例えば475nm等の特定波長の光を発する。該光は検出要素に向けられる。該検出要素は、疎水性材料からなる薄層を有する。ルテニウム等の蛍光性能がある化合物が、上記疎水性材料内に取り込まれ、効果的に水から遮蔽される。光はルテニウムを励起し、該ルテニウムは次いで600nm等の特定波長でエネルギー放射する。

酸素は、ルテニウムの蛍光発光を効果的に抑えることができる。酸素分子と励起状態にあるフルオロフォア蛍光色素分子)との衝突は、エネルギーの非放射伝熱をもたらす。従って、衝突の発生がより増えれば、蛍光発光の生成がより低下する。衝突の頻度は、酸素分子の濃度に直接関連する。従って、測定された蛍光発光は、酸素分子の濃度の直接的な尺度(基準)である。

これらのセンサは、一般に、従来のポーラログラフセンサよりも正確である。更に、これらは、白金及び銀等のいかなる貴金属をも含まないので、一般に格段に経済的である。これらの特性は、これら新規なセンサを多くの用途で好ましい選択にする。例えば、使い捨てシステム蛍光酸素センサをより利用する可能性があり、これは、低コストのためである(特に、該センサが袋と共に廃棄されることを考慮に入れた場合)。

しかしながら、今日、これら新規なセンサを既存のシステムで使用することは可能ではない。ポーラログラフセンサとは異なり、この光学ベースのセンサは、偏極電圧の入力を必要としない。更に、非常に小さい電流を作り出すのではなく、光学ベースの酸素センサの出力は一般に0〜10ボルトである。別の実施形態において、出力は4〜20mAである。これらの出力は、アプリコンコントローラ等の既存の装置の入力特性とは完全に不適合である。そのため、これら新規の光学ベースセンサの適用は遅れている。

概要

新規、安価かつ正確な酸素センサがデータロガー及びコントローラ等の既存の装置で使用可能となるシステム及び方法を提供する。インタフェースモジュールは、蛍光酸素センサ等の新規なセンサ及び旧来のレガシー装置と組み合わされて使用される。レガシー装置は、偏極電圧を供給し、0〜100nAの測定電流予測する。新規なセンサは、偏極電圧を必要とせず、一実施形態において0〜10ボルトの出力、別の実施形態において4〜20mAの出力を送出する。インタフェースモジュールは、センサから出力を受信し、これを、レガシー装置が使用可能な信号に変換する。別の実施形態において、インタフェースモジュールは、インターフェースモジュールは、インターフェースモジュールは、レガシー装置及び新規な装置の両方が同時に上記センサと通信可能となるように、複数の出力部を備える。インターフェースモジュールは、反応室又は他の製薬プロセスと共に使用可能である。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

一つ又は複数のパラメータを測定するための一つ又は複数のセンサを有するシステムであって、a.反応の特性を測定すると共に、該特性に関する、第1仕様準拠する情報を送信するように適合されたセンサと、b.前記反応の特性に対応する、第2仕様に準拠する情報を受信するように適合された装置と、c.前記センサ及び前記装置と通信可能なインターフェースモジュールにして、入力ポートを介して前記第1仕様に準拠する情報を前記センサから受信し、該情報を第2仕様に変換し、第2仕様に準拠する情報を第1出力ポートを介して前記装置に送信するインターフェースモジュールとを備えるシステム。

請求項2

前記センサは溶存酸素センサから成る請求項1のシステム。

請求項3

前記センサは蛍光酸素センサから成る請求項2のシステム。

請求項4

前記第1仕様は、0〜10ボルトの範囲の電圧出力を含む請求項2のシステム。

請求項5

前記第1仕様は、4〜20ミリアンペアの範囲の電流出力を含む請求項2のシステム。

請求項6

前記装置はコントローラを備える請求項1のシステム。

請求項7

前記装置はデータロガーを備える請求項1のシステム。

請求項8

前記第2仕様は、二つのリードにして、該リード間に600〜800mVの偏曲電圧を有する二つのリードと、0〜100nAの範囲の電流出力とを含む請求項6のシステム。

請求項9

前記インターフェースモジュールは第2出力ポートを更に備え、該インターフェースモジュールは、該第2出力ポートにおいて前記第1仕様に準拠する情報を送信する請求項1のシステム。

請求項10

前記インターフェースモジュールは第2出力ポートを更に備え、該インターフェースモジュールは、該第2出力ポートにおいて前記第2仕様に準拠する情報を送信する請求項1のシステム。

請求項11

前記インターフェースモジュールは第2出力ポートを更に備え、該インターフェースモジュールは、該第2出力ポートにおいて第3仕様に準拠する情報を送信する請求項1のシステム。

請求項12

反応を制御するためにレガシーコントローラ及び酸素センサを使用する方法であって、a.反応室に前記酸素センサを配置する工程と、b.前記酸素センサの出力部をインターフェースモジュールに取り付る工程と、c.前記酸素センサを用いて前記反応を監視する工程と、d.前記酸素センサによって定義された第1仕様に準拠する信号を受信し、かつ前記レガシーコントローラによって定義された第2仕様に準拠する信号を出力するように適合された回路を前記インターフェースモジュールに設ける工程と、e.前記インターフェースモジュールの出力部を前記レガシーコントローラに取り付ける工程と、f.前記レガシーコントローラを使用して前記反応を制御する工程とを含む方法。

請求項13

前記第1仕様は、0〜10ボルトの範囲の電圧出力を含む請求項12の方法。

請求項14

前記第1仕様は、4〜20ミリアンペアの範囲の電流出力を含む請求項12の方法。

請求項15

前記酸素センサは蛍光酸素センサから成る請求項12の方法。

請求項16

前記第2仕様は、二つのリードにして、該リード間に600〜800mVの偏曲電圧を有する二つのリードと、0〜100nAの範囲の電流出力とを含む請求項12の方法。

請求項17

前記インターフェースモジュールは第2出力ポートを更に備え、該方法は、該インターフェースモジュールを使用して該第2出力ポートにおいて前記第1仕様に準拠する情報を送信する工程を更に含む請求項12の方法。

請求項18

前記インターフェースモジュールは第2出力ポートを更に備え、該方法は、該インターフェースモジュールを使用して該第2出力ポートにおいて前記第2仕様に準拠する情報を送信する工程を更に含む請求項12の方法。

請求項19

前記インターフェースモジュールは第2出力ポートを更に備え、該方法は、該インターフェースモジュールを使用して該第2出力ポートにおいて前記第3仕様に準拠する情報を送信する工程を更に含む請求項12の方法。

技術分野

0001

本出願は、2009年4月15日付け出願の米国仮特許出願第61/169,415号の優先権を主張する。該仮出願の開示は、参照によりそっくりそのままここに組み込まれる。

0002

本発明は、検出装置で使用する変換器に関する。

背景技術

0003

製薬業界等の多くの産業では、特定の事象進展又は結果を監視するために検出装置を使用する。しばしば、これらの検出装置は、コントローラに入力を供給するために用いられる。コントローラは、次いで、この入力に基づいてその出力を変更する。コントローラの出力は、一般に、特定の事象に影響を及ぼしたり、特定の事象を制御するために用いられる。

0004

例えば、バイオ反応においては、該反応の多くの特性(温度、pH、酸素濃度、もしくは他のパラメータを含むが、これらに限定されない)を監視及び制御することが重要であり得る。そのため、これらの特性を検出する装置が開発されてきた。多くのpHセンサ溶存酸素センサ、及び温度センサが存在する。

0005

しかしながら、特性を検出することは重要であるが、経時的にこられの特性を監視及び追跡することができることが同様に重要である。更に、未来行動を決定するためにこれらの特性を使用することが重要である。例えば、図1は、生物反応器使用可能な閉ループ制御システム簡易な例を示す。この図において、温度センサ10は、反応室20内で起こる特定の反応の温度を監視するために用いられ得る。温度センサ10の出力に基づいて、センサ10と通信可能なコントローラ30は、加熱要素40の出力を変更し得る。このように、反応室内の温度が所定の温度範囲内になければならない場合、コントローラ30は、これらの条件が適合することを保証するため、ソフトウェアループと共に、センサ10及び加熱要素40を使用することができる。

0006

更に、センサ10は他の装置と通信し得る。例えば、pHセンサの出力部はコントローラ、ロギング装置、及び/又はデータ記憶装置と通信し得る。該付加装置は、上記特定センサの出力を経時的にサンプリングする。このサンプリング工程は、固定時間間隔周期的に実行され得る。他の実施形態において、このサンプリング工程は、散発的時間間隔で又は他の外部イベントに基づいて実行される。

0007

データロガーの場合、サンプリングされた値は、通常は関連したタイムスタンプと共に単に格納され、これにより、ある時間間隔にわたるその特性のグラフが生成され得る。コントローラの場合、修正動作が実行可能となるように値がサンプリングされる。例えば、上述したように、温度センサの場合、コントローラは、例えば、温度の読取り事前に設定した閾値未満である場合にコントローラが加熱要素を作動させるように、加熱要素と通信し得る。同様の動作が、pHの読取り又は溶存酸素の読取りに応じて採られ得る。

0008

最も一般的な溶存酸素センサの一つは、ポーラログラフセンサとして知られている。代表的なセンサが図2に示される。センサ100は、酸素が通過可能な膜120を含む。センサ100は、カソード130及びアノード160を含む。ある実施形態において、カソード130は、白金等の導体材料から形成される。ある実施形態において、アノード160は、金もしくは銀等の導体材料から成る。これら二つの導体構成要素は、ガラス等の絶縁体140によって分離される。外部装置は、カソード130とアノード160間に例えば600〜800mV電位を供給する。

0009

動作において、酸素分子は膜120を通って拡散する。これらの分子は、例えば次の式に従ってカソード130の表面で低減する。
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

0010

アノードにおいて、酸化反応が生じ、これにより電子を生成する。これらの電子はカソード130に向かって移動し、これにより、酸素濃度に比例する電流が発生する。この電流は、コントローラもしくはロギング装置等の装置(デバイス素子)によって測定され得る。

0011

ポーラログラフセンサの人気により、アプリコン(Applikon)が製造したものを含む、コントローラ等の多くの装置がポーラログラフセンサと直接インターフェースするように設計された。換言すれば、これらの装置は、600〜800mVの偏極電圧を供給し、また、結果として生じる電流(0〜100nAの範囲にある)を測定するように設計された。これらの装置はまた、生物反応等の動作を制御するために用いられ、また、かなりの時間使用されている。そのため、これらのコントローラ及び他の装置の大きい実装基板が存在し、これは、ポーラログラフセンサを組み込むように構成される。

0012

最近、代替センサが開発された。従来のポーラログラフセンサと違い、これらの代替センサは、一般に、異なる酸素濃度指示器を使用する。一つのそのような指示器は蛍光性のものである。一実施形態において、センサは発光体を有し、該発光体は、一般に例えば475nm等の特定波長の光を発する。該光は検出要素に向けられる。該検出要素は、疎水性材料からなる薄層を有する。ルテニウム等の蛍光性能がある化合物が、上記疎水性材料内に取り込まれ、効果的に水から遮蔽される。光はルテニウムを励起し、該ルテニウムは次いで600nm等の特定波長でエネルギー放射する。

0013

酸素は、ルテニウムの蛍光発光を効果的に抑えることができる。酸素分子と励起状態にあるフルオロフォア蛍光色素分子)との衝突は、エネルギーの非放射伝熱をもたらす。従って、衝突の発生がより増えれば、蛍光発光の生成がより低下する。衝突の頻度は、酸素分子の濃度に直接関連する。従って、測定された蛍光発光は、酸素分子の濃度の直接的な尺度(基準)である。

0014

これらのセンサは、一般に、従来のポーラログラフセンサよりも正確である。更に、これらは、白金及び銀等のいかなる貴金属をも含まないので、一般に格段に経済的である。これらの特性は、これら新規なセンサを多くの用途で好ましい選択にする。例えば、使い捨てシステム蛍光酸素センサをより利用する可能性があり、これは、低コストのためである(特に、該センサが袋と共に廃棄されることを考慮に入れた場合)。

0015

しかしながら、今日、これら新規なセンサを既存のシステムで使用することは可能ではない。ポーラログラフセンサとは異なり、この光学ベースのセンサは、偏極電圧の入力を必要としない。更に、非常に小さい電流を作り出すのではなく、光学ベースの酸素センサの出力は一般に0〜10ボルトである。別の実施形態において、出力は4〜20mAである。これらの出力は、アプリコンコントローラ等の既存の装置の入力特性とは完全に不適合である。そのため、これら新規の光学ベースセンサの適用は遅れている。

発明が解決しようとする課題

0016

従って、これら新規で廉価で正確な酸素センサがデータロガー及びコントローラ等の既存の装置で使用可能となるシステム及び方法があれば有益であろう。更に、これらのセンサが、より古くから用いられているレガシー(旧来)コントローラと新しい装置の両方と適合し、例えばデータロガー及びコントローラ等の二つ装置が同時に使用可能であれば、有利であろう。

課題を解決するための手段

0017

先行技術の上記問題点は、ここに開示したシステム及び方法によって軽減される。インターフェースモジュールは、蛍光酸素センサ等のより新しいセンサ、及びより古いレガシー装置(デバイス)と組み合わせて使用される。上記より古いレガシー装置は偏極電圧を供給し、0〜100nAの測定電流予測する。上記より新しいセンサは、偏極電圧を全く必要とせず、一実施形態において0〜10ボルトの出力を、別の実施形態において4〜20mAの出力を送出する。インターフェースモジュールは、センサから上記出力を受信し、これを、レガシー装置が使用可能な信号に変換する。別の実施形態において、インターフェースモジュールは、レガシー装置及びより新規な装置の両方が同時に上記センサと通信可能となるように、多くの(ある数の)出力部を備える。

図面の簡単な説明

0018

図1は、簡易な制御システムを例示する。
図2は、従来技術のポーラログラフ酸素センサの代表的な断面図である。
図3は、第1実施形態の概略図である。
図4は、第2実施形態の概略図である。
図5は、第3実施形態の概略図である。
図6は、本発明で使用する代表的な回路の回路図である。

実施例

0019

製薬的及び生物学的プロセッサは、しばしば材料の最終製品への変換を伴い、該変換において該材料は種々の反応を経る。しばしば、例えば、温度、pH、酸素濃度その他のパラメータを用いて、それらの反応を監視し、制御することは必須である。これを行うため、センサが反応室に組み込まれ、これにより、該センサが反応の特定の特性に関連する情報を取得して送信することができる。これらの反応室は、バット使い捨てビニール袋等を含む任意のタイプのものであり得る。

0020

図3は、本発明の第1実施形態を示す。上述したように、蛍光酸素センサ等のセンサは、これらが検出している特性の度合い(尺度もしくは基準)を表す出力を作り出す。例えば、蛍光酸素センサの場合は、この出力は、ある実施形態において、0〜10ボルトであり得る。他の実施形態において、この出力は4〜20mAである。しかしながら、特性の出力範囲及び種別は重要ではない。他の出力範囲も本発明の範囲内にある。

0021

センサ200は、模範的な出力である0〜10vを有するセンサである。このセンサ200は、装置(デバイス)210に接続される。上述したように、より古くから用いられている装置は、取り付けた該センサに対しある予測(期待)もしくは仕様規格)を有する。ある実施形態では、装置210は、その二つのリード211、212間に600〜800mVの偏極電圧を供給する。該センサの出力は、二つの該リード間の電流である予想される。ある実施形態において、この電流は0〜100nAである。

0022

センサ200と装置210との間の仕様(規格)の違いのため、これら二つ構成要素は、直接には互いに接続することはできない。そのため、インターフェースモジュール220が該二つの構成要素間に配置される。このインターフェースモジュール220は、センサ200からの第1仕様に準拠(適合)する信号を受信するようになされた入力ポート222と、装置210に対し第2仕様に準拠する出力を作り出すようになされた出力ポート221とを有する。一実施形態において、第1仕様は0〜10ボルトである。第2実施形態において、第1仕様は4〜20mAである。第2仕様は、一実施形態において、リード211と212間で0〜100nAであり、かつ600〜800mVの偏極電圧である。

0023

図3に示すシステムは、蛍光酸素センサ、及び、アプリコン等からのレガシーコントローラで使用可能である。このシステムは、種々の新規構成(形態)を可能にする。一実施形態において、使い捨て製薬システムが使用可能である。そのようなシステムは、使い捨て保存、袋反応袋、及びフィルタ処理装置を含み得る。総製造コストを削減するためには、蛍光酸素センサが従来のポーラログラフセンサよりも安価であるので、蛍光酸素センサを使用することが有利である。しかしながら、使い捨てシステムは、従来システムと同様、監視され制御されることを必要とする。既存のレガシーコントローラが蛍光センサ動作不能な点は、この構成の適用を妨げる。しかしながら、本開示のシステム、及び、特にインターフェースモジュール220の包含は、そのような使い捨て構成を可能にする。

0024

別の実施形態において、従来の生物反応は、蛍光酸素センサと適合可能である。これらのセンサは、ポーラログラフセンサよりも必要なメンテナンスが少なく、較正も少なく、かつより正確である。従って、これらは、正確な制御を要する反応においてより望ましいであろう。インターフェースモジュール220の導入は、レガシーコントローラ210がこの生物反応器で使用されることを可能にする。

0025

図4は本発明の第2実施形態を示す。この実施形態は、センサ200及び装置210を含む。しかしながら、この実施形態では第2装置230が導入される。

0026

ある実施形態において、この第2装置230は、第2仕様に準拠(適合)する信号を受信するためになされる。換言すれば、第2装置230は、センサ200に対し直接インターフェースすることができる。この実施形態において、インターフェースモジュール240は、センサ200から信号を受信するようになされた入力ポート241を含む。該インターフェースモジュールはまた、これらの信号を第1仕様から第1装置210のための第2仕様へと変換するために必要な回路を含む。この変更された出力は、ポート242で入手可能である。インターフェースモジュール240はまた、第2装置230が取り付け可能な第2出力ポート243を含む。この第2出力ポート243は単に、センサ200から入力ポート241で受信した信号を第2装置230へと送る。ある実施形態において、インターフェースモジュールは、この信号をバッファリング緩衝)して、ノイズ又は負荷を低減する。一つの模範的な形態において、第2装置230としてデータロガー機能を含み得る。このデータロガーは、0〜10Vの出力を有する信号を受け取ることができるであろう。そのようなシナリオにおいて、該データロガーはインターフェースモジュール221の第2ポート243に取り付けられる。

0027

別の実施形態において、この第2装置230はまたレガシー装置であり、第1仕様に準拠する信号を受信することしかできない。この実施形態において、インターフェースモジュール221は、二つの装置210、230に対する出力ポート242、243に二つの同一の出力を作り出す二重回路を含む。一つの模範的な構成は、レガシーデータロガーを含み得、該データロガーは0〜100nAの入力を受け取ることしかできない。

0028

更に別の実施形態において、この第2装置230は、第3仕様に準拠する入力を必要とする。このシナリオにおいて、インターフェースモジュール240は、入力ポート241で受信した入力信号を出力ポート243における第3仕様の出力信号に変換する回路を含み得る。

0029

図5に示す第3実施形態において、インターフェースモジュール260は、複数の出力ポートを有し、ここで、一つ又は複数の出力ポート261a、bは第1仕様に準拠し、また、一つ又は複数の出力ポート262a、bは第2仕様に準拠する。図5は、二つのレガシーコントローラ210a、b、及び、第2仕様に準拠する他の二つの装置270a、bを示す。しかしながら、各タイプの装置の数は限定されず、複数装置のすべての構成は本発明の範囲内にある。

0030

図6は、第1仕様から第2仕様に信号を変換するために用いられるそれぞれの回路の回路図を示す。この実施形態において、インターフェースモジュールが受信する信号は0〜10Vの範囲であり、出力は0〜100nA(かつ偏極電圧600〜800mV)でなければならない。

0031

図の上方部分を参照して、伝統的な構成要素及び回路構成を用いて該回路に対する電源が作り出される。インターフェースモジュールに対する電力は、バッテリ600又は遠隔電源(図示せず)によって供給され得る。電源の選択は、例えばジャンパ601等の従来の方法を用いて実行される。ある実施形態において、遠隔電源は、必要な電圧よりも大きい電圧である。そのようなシナリオにおいて、電圧調整器602は、入力電圧下方レベルに変換するために使用され得る。一時的な電圧603が電力レールを作り出すために使用される。ある実施形態において、線形調整器604が平滑出力電圧605を作り出すために用いられる。ある実施形態において、スイッチング調整器606が負レール電圧607を作り出すために用いられる。インターフェースモジュールに対する必要な電圧を作り出す他の方法はよく知られており、本開示の範囲内にある。

0032

コネクタ610は、センサの出力部をインターフェースモジュールに接続するために用いられる。ある実施形態において、センサの出力部は0〜10ボルトの範囲の電圧である。そのような実施形態において、抵抗分割器611は、電圧を電圧レール605未満に低減するために用いられ得る。ある実施形態において、演算増輻器612は、入力信号の電流負荷を最小にするように該入力信号をバッファリングするために用いられる。他の実施形態において、センサの出力は4〜20mAの範囲の電流であり得るが、他の範囲も可能であって本発明の範囲内である。そのような実施形態において、抵抗器、すなわち抵抗分割器ネットワークは、この電流出力をある電圧に変換するために用いられ得る。

0033

ある実施形態において、アナログ対デジルタ(A/D)変換器及びパルス幅変調(PWM)出力を有するプログラム可能マイクロプロセッサが使用される。他の実施形態において、他のD/A変換の形態が使用可能である。マイクロプロセッサはまた、実行されるコード、表もしくはソフトウェアを記憶するための記憶要素を有し得る。マイクロプロセッサはまたRAMを有し得る。RAMは、一時的な記憶として機能するように書き換えられ得る。図6に示す実施形態において、バッファリング(緩衝)された入力信号613は、プログラム可能マイクロプロセッサ615の内部A/D変換器に接続される。マイクロプロセッサ615は、このアナログ電圧を、該受け取ったアナログ電圧を表すデジタル値に変換する。一度これが終わると、マイクロプロセッサは次いで適切な出力電圧を決定する。この決定は、出力電圧を発生させるため、ある方程式入力デジタル値を用いるアルゴリズムに基づいて行われ得る。このような方法は、出力電圧が入力電圧に対し線形もしくはほぼ線形の関係を有する場合に有益である。他のシナリオにおいて、適切な出力電圧を決定するために変換表を用いることが有利であり得る。換言すれば、入力デジタル値は、表に索引を付ける(表を指し示す)ために用いられ、該表は推奨出力電圧を供給する。

0034

あるいは、マイクロプロセッサの代わりに、特に、望ましい出力電力が入力電圧に対し比例もしくは線形の関係であるシナリオにおいて、例えば、抵抗器、コンデンサ及び演算増幅器等の受動構成要素及び能動構成要素を備える回路が使用可能である。

0035

図6を参照して、マイクロプロセッサが作り出した出力電圧は、PWM信号であり得る。このような場合、この信号をアナログ値に戻す変換が必要であり得る。ある実施形態において、ローパスフィルタ617は、PMW信号をアナログ電圧618に変換するために用いられ得る。演算増幅器619は、このアナログ電圧618をバッファリングするために使用される。他の実施形態において、マイクロプロセッサはD/A変換器を含み、アナログ値を直接出力し得る。

0036

上述したように、ある実施形態において、出力仕様(規格/基準)値は、0〜100nAでかつ600〜800mVの偏極電圧である。従って、回路の最終段階は、望ましい電流を示すアナログ電圧を、適切な範囲の電流に変換しなければならない。この実施形態において、該電流は、抵抗器634にわたる電圧を測定することによって決定される。該電圧は、0mV(無電流)とフル偏極電圧の600〜800mV(最大電流)との間であろう。演算増幅器632は、抵抗器634にわたる電圧を単にバッファリングし、抵抗分割器633は、(必要な場合)電圧を低減するために用いられ得る(それが演算増幅器630のマイナス入力を供給する前に)。ある実施形態において、1よりも大きい利得(ゲイン)を有する回路は、演算増幅器630の全電圧範囲が利用され得るように、抵抗器634にわたって測定された電圧を増幅するために使用される。このような実施形態はまた、出力の精度を高め得る。

0037

演算増幅器630のプラス入力は、抵抗分割器620によって供給される。演算増幅器630の出力は、FETトランジスタ631のゲートを駆動するために用いられる。このFET631は、その二つの他の端子にわたる可変抵抗を有し、ここで、該抵抗はFET631のゲートにかけられる電圧によって決定される。FETにかけられる電圧が大きくなるほど、その二つの異なる端子にわたる抵抗は小さくなる。そのため、演算増幅器630のプラス端子に適用される電圧としての望ましい電圧が、演算増幅器630のマイナス端子に適用される電圧としての測定電圧よりも大きい場合、演算増幅器630の出力は増長し、これにより、FET631の抵抗は低下する。FET631にわたる抵抗を下げることにより、抵抗器634を通る電流は増える。

0038

上記に提言したように、マイクロプロセッサを含まない実施形態を含む他の実施形態も可能である。

0039

更に、図6の回路の他の変形も可能である。例えば、二つの出力ポート(ここで、両方は第2仕様に準拠する)が望まれる場合、構成要素630〜634は、第2出力ポートを作り出すために複製(再現)され得る。第1仕様に準拠する出力ポートが望ましい場合、バッファとして構成される演算増幅器が入力部610付近に付加され得る。更に、第3仕様に準拠する出力が望まれる場合、図6に示す回路の該当(印加可能)部分が複製(二重化)され得る。ある実施形態において、マイクロプロセッサ615を複製することが必要であり得る。しかしながら、マイクロプロセッサが実行するコード、又はそこに含まれるルックアップ表は変更され得る。

0040

上記説明では製薬システムを例示したが、本発明はそれに限定されない。酵素栄養補助食品、純粋化学系を用いるそれらの反応等の他のシステムも、本発明を利用することができる。

0041

明細書中で使用した用語及び表現は、説明の言葉として用いられ、限定的なものではない。そのような用語及び表現の使用において、図示及び記載された特徴(機能)(又はそれらの一部)のいかなる均等なものをも排除することを企図しない。種々の変更が特許請求の範囲内で可能であることも認識される。他の変更、変形、及び代替物も可能である。従って、上記説明は単なる例示であり、限定することを企図しない。

0042

200センサ
210、210a、210b、270a、270b 装置/レガシーコントローラ
211、212リード
220、240、260インターフェースモジュール
230 第2装置
241、261a、261b入力ポート
242、262a、262b出力ポート
243 第2出力ポート

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