专利名称：搅拌装置和分析装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及搅拌装置和分析装置。
背景技术：
通常，在利用音波搅拌保持在容器中的液体的搅拌装置的实例中，音波发生设备具有各个具备不同中心频率的多个发音部，并且搅拌装置改变驱动频率，以分时地将发出音波的发音部切换到多个发音部之中的特定的发音部，从而搅拌液体(例如，参照专利文献1) O专利文献1 日本特开第2007-108062号公报
发明内容
发明要解决的问题由于专利文献1中揭示的搅拌装置通过分时地改变多个发音部来执行搅拌，因此仅仅使用多个发音部中的部分发音部；因此，存在需要很多时间搅拌的问题。鉴于上述问题作出本发明，其目的是提供一种能够减少搅拌所需时间的搅拌装置和分析装置。解决问题的手段为了解决该问题并实现如上所述的目的，本发明的搅拌装置是用于利用音波搅拌保持在容器中的液体的搅拌装置，其特征在于，包括音波发生设备，具有位于压电基板上的发音部，发音设备被构成为使多个发音部被并列电连接，并且各个发音部的基波的中心频率彼此不同，各个发音部的谐振频率带彼此部分地重叠，以及通过从不同的发音部放射到容器的音波所引起的声音流的起点被交替地定位；和驱动控制设备，用于控制被输入到音波发生设备的驱动信号的频率，以使多个发音部的至少两个发音部同时产生音波。另外，本发明的搅拌装置中的多个发音部的特征在于，根据驱动信号的频率改变对于各个发音部的电输入信号的振动的反应强度的比率。另外，本发明的搅拌装置中的多个发音部的特征在于，根据驱动信号的频率切换产生音波的发音部。另外，在本发明的搅拌装置中，驱动控制设备的特征在于，基于液体的分析项目和液体的特性或液体体积的信息，改变被输入到音波发生设备的驱动信号的频率。另外，在本发明的搅拌装置中，驱动控制设备的特征在于，改变驱动信号的频率以产生在液体中旋转的声音流。另外，为了解决该问题并实现如上所述的目的，本发明的分析装置是搅拌包含保持在容器中的分析物和试剂的液体样品以起反应，以便分析反应的液体的分析装置，其特征在于，包括搅拌装置。发明的效果
由于本发明的搅拌装置包括音波发生设备，音波发生设备具有位于压电基板上的发音部，音波发生设备被构成为使多个发音部被并列电连接，并且各个发音部的基波的中心频率彼此不同，各个发音部的谐振频率带彼此部分地重叠，以及由从不同的发音部放射到容器的音波所引起的声音流的起点被交替地定位；和驱动控制设备，用于控制输入到音波发生设备的驱动信号的频率，以使多个发音部的至少两个发音部同时产生音波，并且由于本发明的分析装置包括该搅拌装置，因此，通过同时从至少两个发音部产生的音波来搅拌的液体中产生的声音流的模式变得多样化，从而达到缩短搅拌所需要的时间的效果。
图1是包括搅拌装置的自动分析装置的概略结构图。图2是描绘构成图1中所示的自动分析装置的试管轮的放大部分A的立体图，放大部分A的一部分用截面描绘。图3是在轮电极的位置水平地切割包含反应容器的试管轮的截面平面图。图4是描绘搅拌装置的概略结构的框图，具有反应容器的立体图。图5是显示其一部分被重叠的发音部的谐振频带的图。图6是与构成图4的搅拌装置的表面声波元件的发音部的中心频率和输入反射系数有关的频率特性图。图7是构成图4的搅拌装置的表面声波元件的等效电路图。图8是在图7中的表面声波元件以一个发音部的中心频率被驱动的情况下的等效电路图。图9是用于说明在图8的情况下各个发音部产生的音波和通过音波在液体样品中引起的声音流的反应容器的部分截面图。图10是在图7中的表面声波元件以另一个发音部的中心频率被驱动的情况下的等效电路图。图11是用于说明在图10的情况下各个发音部产生的音波和通过音波在液体样品中引起的声音流的反应容器的部分截面图。图12是显示包括具有表面声波元件的两个发音部的中心频率和输入反射系数的实例的频率特性图。图13是使在具有图12中所示的频率特性的各个发音部以各自的中心频率被驱动的情况下产生的声音流的流速分布的显现图。图14是指示在驱动图4的表面声波元件时，对于各个驱动频率，在反应容器中包含的液体样品中引起的声音流的图。图15是显示用于驱动表面声波元件的驱动信号的实例的波形图。图16是显示构成搅拌装置的表面声波元件的变化实例的正视图。图17是图16中所示的表面声波元件的等效电路图。图18是与具有图16中所示的表面声波元件的发音部的中心频率和输入反射系数有关的频率特性图。图19是指示在驱动如图16所示的表面声波元件时，对于各个驱动频率，在反应容器中包含的液体样品中引起的声音流的图。
图20是显示如图16所示的表面声波元件的变化实例的正视图。图21是如图20所示的表面声波元件的等效电路图。图22是指示在驱动如图20所示的表面声波元件时，对于各个驱动频率，在反应容器中保持的液体样品中引起的声音流的图。图23是显示如图16所示的表面声波元件的另一个变化实例的正视图。图M是如图23所示的表面声波元件的等效电路图。图25是指示在驱动如图23所示的表面声波元件时，对于各个驱动频率，在反应容器中包含的液体样品中引起的声音流的图。图沈是描绘用于将表面声波元件安装到反应容器的另一个安装配置的立体图。图27是描绘用于将表面声波元件安装到反应容器的又一个安装配置的立体图。图观是描绘用于将表面声波元件安装在反应容器的底面上的安装配置的立体图。图四是描绘用于安装还用作反应容器的底面的表面声波元件的安装配置的立体图。参考彳数字的说明
1自动分析装置
2,3试剂台
4试管轮
5反应容器
6,7试剂分配机构
8分析物容器传送机构
9馈送器
10支架
11分析物分配机构
12分析光学系统
13清洗机构
15控制部
16输入部
17显示部
20搅拌装置
21驱动控制部
22信号发生器
23驱动控制电路
24表面声波元件
24a压电基板
24b, 24c发音部
24d发音部
24e输入端子
24f汇流条
240b, 240c 栉状电极(IDT)240d 栉状电极(IDT)
具体实施例方式在下文中，将参考附图详细说明与本发明的搅拌装置和分析装置有关的实施例。 图1是包括搅拌装置的自动分析装置的概略结构图。图2是描绘构成图1中所示的自动分析装置的试管轮的放大部分A的立体图，放大部分A的一部分用截面描绘。图3是在轮电极的位置水平地切割包含反应容器的试管轮的截面平面图。图4是描绘搅拌装置的概略结构的框图，具有反应容器的立体图。如图1和2所示，自动分析装置1包括试剂台2和3、试管轮4、分析物容器传送机构8、分析光学系统12、清洗机构13、控制部15和搅拌装置20。试剂台2和3保持各自位于如图1所示的圆周方向上的多个试剂容器加和3a，并通过驱动设备旋转地在圆周方向上传送试剂容器加和3a。如图1和图2所示，试管轮4具有形成在圆周方向上用于通过形成在圆周方向上的多个隔板如配置反应容器5的多个支持器4b，并且试管轮4通过驱动设备(未显示)在箭头指示的方向上被旋转以便传送反应容器5。如图2所示，在与各个支持器4b的下部相对应的试管轮4的位置，在直径方向上形成测光孔如。通过利用形成在测光孔如上方的两个垂直配置的插入孔4d中的每一个，安装轮电极如。如图2和图3所示，从插入孔4d伸出的轮电极4e的一端被弯曲以与试管轮4的外面接触，同时从插入孔4d伸出的另一端被弯曲以被配置在保持器4b的内面附近，从而利用弹簧力保持配置在保持器4b中的反应容器 5。通过配置在附近的试剂分配机构6和7，试剂从试剂台2和3的试剂容器加和3a中被分配到反应容器5中。这里，试剂分配机构6和7包括将试剂分配到在箭头所示的方向上在水平面上枢轴转动的臂6a和7a的探针6b和7b，并且具有用清水清洗探针6b和7b的清洗设备。另一方面，反应容器5由光学透明材料制成。如图2所示，反应容器5是具有正方形柱状形状并且在上部具有开口 fe的试管。表面声波元件M被安装在反应容器5的侧壁 5b作为音波发生设备，并且连接到表面声波元件M的一组输入端子Me的电极垫片k被安装在反应容器上。反应容器5由使从随后将描述的分析光学系统12中发出的分析光的 80%以上的光透过的材料制成，例如，包含耐热玻璃的玻璃、诸如环状烯烃或聚苯乙烯等等的合成树脂被使用。反应容器5在其邻近于安装表面声波元件M的部分的下部由虚线环绕的部分，被用作允许分析光透过的用于测光的窗口 5c。当使用反应容器5时，随着表面声波元件M面向隔板4a，反应容器5被设置到保持器4b。因而，如图3所示，反应容器5的各个电极垫片k与对应的轮电极4e接触。电极垫片k被配置成与表面声波元件M成为一体。如图1所示，分析物容器传送机构8是传送设备，用于沿箭头指示的方向逐个传送排列到馈送器9的多个支架10，其中支架10被逐步地传送前进。支架10保持包含分析物的多个分析物容器10a。每当通过分析物容器传送机构8传送的支架10的前进停止时，分析物通过分析物分配机构11被分配到各个反应容器5中，分析物分配机构11具有水平旋转的臂Ila和探针lib。因此，分析物分配机构11具有利用清水清洗探针lib的清洗设备。
分析光学系统12发射出用于分析通过试剂和分析物的反应获得的反应容器5中的液体样品的分析光。如图1所示，分析光学系统12具有发光部12a、分光部12b和受光部 12c。从发光部1 发射出的分析光透过反应容器5中的液体样品，并且被设置在与分光部 12b相对的位置处的受光部12c接受。受光部12c被连接到控制部15。清洗机构13利用用于排出液体样品的管嘴13a吸取反应容器5中的液体样品，然后，重复地通过管嘴13a喷射和吸取诸如清洁剂或清水的清洗液，因此，由分析光学系统12 完成分析的反应容器5被清洗。控制部15控制自动分析装置1的每个部分的操作，并根据发光部1 发射出的光量和受光部12c接受到的光量，基于反应容器5中的液体样品的吸光率分析分析物的成分或浓度。例如，微型计算机等被用作控制部15。如图1所示，控制单元15被连接到输入部 16和显示部17。输入部16是用于将检验项目等等输入到控制部15的部分。例如，键盘或鼠标等等被用作输入部16。输入部16还被用于切换输入到搅拌装置20的表面声波元件 M的驱动信号的频率的操作。显示部17显示分析内容或警报。显示面板等等被用作显示单元17。如图4所示，搅拌装置20具有驱动控制部21和作为音波发生设备的表面声波元件24。驱动控制部21是基于经由控制部15从输入部16输入的信息，诸如液体的分析项目、液体的特性或液量等等，改变输入到表面声波元件M的驱动信号的频率以切换产生音波的发音部的位置的驱动控制部。此时，驱动控制部21将驱动信号的频率控制在对多个发音部24b和2 通用的谐振频率带之内，以使它们同时产生具有不同频率的音波。驱动控制部21被配置成在试管轮4的外周面向试管轮4(参考图1)，并且具有设置到外壳21a的刷状接触器21b (参考图幻以及在外壳21a之内的信号发生器22和驱动控制电路23。接触器21b被设置在与两个轮电极如相反的外壳21a处，其中接触器21a在试管轮4停止时与轮电极4e接触，以使驱动控制部21和反应容器5的表面声波元件M被电连接。信号发生器22具有可以基于从驱动控制电路23输入的控制信号改变振荡频率的振荡电路，并且将几MHz到几百MHz的高频驱动信号输入到表面声波元件M。具有存储器和计时器合并在其中的电子控制设备(ECU)被用作驱动控制电路23。驱动控制电路23基于经由控制部15从输入部16输入的控制信号，控制信号发生器22的操作，从而控制从信号发生器22输出到表面声波元件M的驱动信号的电压或电流。驱动控制电路23通过控制信号发生器22的操作来控制例如从表面声波元件M发射出的音波的特性(波的频率、 强度、相位、特性)、波形(正弦波、三角波、矩形波、爆炸波等等)、调制(振幅调制、频率调制)等等。另外，驱动控制电路23可以按照合并的计时器，改变由信号发生器22振荡的高频信号的频率。如图4所示，表面声波元件M在压电基板2 的表面上具有间隔开的由栉状电极 (IDT) 240b和MOc组成的发音部24b和Mc，并且发音部24b和2 以及一组输入端子2 通过汇流条24f被连接。表面声波元件M经由诸如环氧树脂等的声匹配层被附接到反应容器5的侧壁5b，并且压电基板2 的长度方向指向侧壁恥的纵向。发音部24b和2 将从驱动控制部21输入的驱动信号转换为表面声波(音波)。另外，表面声波元件M的输入端子2 通过接触到轮电极如的接触器被连接到单个驱动控制部21。
在这种情况下，发音部24b和Mc的一部分谐振频率带被重叠。也就是说，如图5 所示，发音部Mb的基波的中心频率是fcl，以及发音部Mc的基波的中心频率是fc2(fcl <fc2) (MHz)，并且当将半值幅宽Afcl或Δ fc2定义为谐振频率带时，部分谐振频率被重叠，半值幅宽Afcl或AfC2作为对于在各个中心频率的电输入信号的振荡的反应强度的_3dB的反应强度值。另外，关于输入反射系数(dB)，发音部24b和2 具有图6中分别用虚线显示的频率特性，并且实线显示两个频率特性的组合中的频率特性。此外，发音部 24b和2 被形成为交替地配置声音流的起点。关于这一点，以后描述。这里，作为压电基板Ma，例如，可以使用Y切割Z传播(YZ)的铌酸锂(LiNb03)结晶。另外，通过光刻技术，发音部24b和2 连同输入端子2 或汇流条24f被形成在压电基板2 上。另外，表面声波元件M可以经由诸如液体或凝胶等的声匹配层，以可分开/ 可接触的方式被附接到反应容器5。在描绘以下说明的表面声波元件并且包括图4中所示的表面声波元件对的附图中，并不总是正确地图示栉状电极的压电基板2 上的线宽或节距或位置，因为附图的主要目的是显示示意的结构。在如此构成的自动分析装置1中，试剂分配机构6和7连续地将试剂从试剂容器 2a和3a分配到多个反应容器5中，通过试管轮4的旋转、多个反应容器5沿着圆周方向被传送。通过分析物分配机构11将分析物从保持在支架10处的多个分析物容器IOa连续地分配到已经分配试剂的反应容器5中。因而，每当试管轮4停止时，接触器21b与轮电极如接触，以使驱动控制部21和反应容器5的表面声波元件M被电连接。因此，反应容器5中分配的试剂和分析物通过搅拌装置20被连续地搅拌以便起反应。在自动分析装置1中，分析物的量一般小于试剂的量；因此，分配到反应容器5中的少量分析物由于液体中的搅拌引起的一系列流动而被大量试剂捕获，由此促进分析物和试剂的反应。当试管轮4再次旋转时，通过如上所述的分析物和试剂的反应而获得的反应溶液经过分析光学系统12，并且如图4所示，从发光部1 发射出的光束LB透过反应溶液。 在这种情况下，通过受光部12c使反应容器5中的试剂和分析物的反应溶液经受测光，由此通过控制部15来分析成分、浓度等等。然后，完成分析之后的反应容器5被清洗机构13清洗，并被再次用于分析物的分析。在自动分析装置1中，当试管轮4停止时，驱动控制部21基于以前经由控制单元 15从输入部16输入的控制信号，经由接触器21b将驱动信号输入到输入端子Me。因而， 表面声波元件M的发音部24b或发音部2 按照输入的驱动信号的频率被驱动，以便诱发表面声波(体波)。诱发的表面声波(体波)从声匹配层被传播到反应容器5的侧壁5b， 并将接近于表面声波的声阻抗泄漏到液体样品中。结果，在反应容器5中产生相对于液体样品中的发音部24b或发音部2 相对应的起点朝向斜上方和朝向斜下方的两个流，由此分配的试剂和分析物通过这两个流被搅拌。表面声波元件M被设计成将各个发音部24b和Mc的中心频率处的电阻抗设定为50欧姆，与外部电力系统的电阻抗相同。此时，表面声波元件M的等效电路如图7所示，发音部24b和2 的电阻抗分别被定义为Zl和Z2。因此，当驱动控制部21将具有频率 fcl的驱动信号输入到表面声波元件24时，例如，如图8所示，发音部24b的电阻抗变成Zl =50欧姆，而发音部Mc的电阻抗变成Z2 = 500欧姆。因此，表面声波元件M的发音部 24b被强烈地激励，而表面声波元件M的发音部2 被微弱地激励。
在这种情况下，由激励的音波发生部24b和2 产生的音波在压电基板2 和反应容器5的侧壁恥上被传播，以便在侧壁恥和包含在反应容器5中的液体样品Ls之间的固液界面处被模式转换成纵波，然后被发射到液体样品Ls中。当发射的纵波在液体样品中传播时，产生声音流。在这种情况下，发音部24b和2 被形成为交替地配置声音流的起点， 并且归因于由激励的发音部24b产生的音波Wl的声音流被表示为S11，以及归因于由激励的发音部2 产生的音波W2的声音流被表示为S12。在这种情况下，如所描述的，归因于由激励的发音部24b产生的音波Wl而在声音流Sll的液体样品Ls中朝向斜上方产生的声音流S11，在插入归因于由激励的发音部2 产生的音波W2而在液体样品Ls中朝向斜上方和朝向斜下方产生的两个声音流S12的位置处被产生。由于以上原因，两个声音流S12与朝向右斜上方产生的声音流Sll合并以形成具有大截面和高流速的声音流Si。同时，归因于由激励的发音部24b产生的音波Wl而在液体样品Ls中朝向右斜下方产生的声音流Sll是与声音流Sl相比具有较小截面和较低流速的独立的流。因此，当利用驱动频率F = fcl驱动表面声波元件M时，宏观地，在反应容器 5中包含的液体样品Ls中，产生不对称的声音流Sl和声音流S2( = Sll)。另一方面，例如，当驱动控制部21将具有频率fc2的驱动信号输入到表面声波元件M时，如图10所示，一般与前述情况相反，发音部Mb的电阻抗变成Zl = 200欧姆，以及发音部2 的电阻抗变成Z2 = 50欧姆。因此，表面声波元件M的发音部24b被微弱地激励，而表面声波元件M的发音部2 被强烈地激励。因此，如图11所示，由于发音部24b和2 被形成为交替地配置声音流的起点，因此归因于由激励的发音部2 产生的音波W2而在声音流S22的液体样品Ls中朝向右斜上方产生的声音流S22，在插入归因于由激励的发音部24b产生的音波Wl而在液体样品Ls 中朝向右斜上方产生和朝向左斜下方产生的两个声音流S21的位置处被产生。由于以上原因，两个声音流S21与朝向右斜下方产生的声音流S22合并以形成具有大截面面积和高流速的声音流S3。同时，归因于由激励的发音部2 产生的音波W2而在液体样品Ls中朝向右斜上方产生的声音流S22是与声音流S3相比具有较小截面面积和较低流速的独立的流。 因此，当利用驱动频率F = fc2驱动表面声波元件M时，宏观地，在反应容器5中包含的液体样品Ls中，产生不对称的声音流S3和声音流S4( = S22)。这里，通过使用具有表面声波元件M的搅拌装置20来搅拌反应容器5中包含的离子交换水，表面声波元件M具有与中心频率fcl和fc2以及输入反射系数(dB)有关的、 如图12中所示的频率特性的发音部Mb、Mc。当利用驱动频率F = fcl驱动表面声波元件 24时的声音流的流速分布以及当利用驱动频率F = fc2驱动表面声波元件M时的声音流的流速分布分别被显示在图13中。图13是当分别以中心频率fcl ( = 78. 3MHz)和中心频率fc2 ( = 79. 2MHz)驱动表面声波元件M时，利用Piv使反应容器5中包含的离子交换水中的流速分布(mm/s)的显现的图，其中纵轴和横轴是沿着侧壁恥的向上方向上的距离(mm)和垂直于侧壁恥的方向上的距离(mm)，安装表面声波元件M的侧壁恥的内表面和底壁的上表面的相交线作为
基准线。这里，θ表示声音流相对于侧壁恥的垂直面的角度。另外，PIV是粒子图像测速法，并且通常，这是一种通过将诸如显迹物的标记添加到不可见的流中，将成像处理和图像分析技术添加到使得流可见的可视化技术，以获得流动场的同时和多点的速度的信息的方法。同时，当利用低于发音部24b的中心频率fcl的驱动频率F = Π ( < fcl)驱动表面声波元件M时，发音部Mb的电阻抗变成Zl = 200欧姆，以及发音部2 的电阻抗变成 Z2=⑴。因此，只有表面声波元件M的发音部24b被微弱地激励。因此，当利用驱动频率 F = fl驱动表面声波元件M时，宏观地，在反应容器5中包含的液体样品Ls中，产生具有最小的截面面积和低流速的对称的声音流S5和S6。当利用发音部24b的中心频率fcl和发音部2 的中心频率fc2之间的中间频率的驱动频率F = f2 (fcl < f2 < fc2)来驱动表面声波元件M时，发音部24b和发音部2 的电阻抗变成Zl和Z2= 100欧姆。因此，通常以50欧姆和200欧姆之间的电阻抗强度以相同的程度激励表面声波元件M的发音部24b和发音部Mc。因此，当利用驱动频率F = f2驱动表面声波元件M时，宏观地，在反应容器5中包含的液体样品Ls中产生对称的声音流S7和S8，声音流S7和S8通常具有与声音流S5和S6相同的流速，但是声音流S7和S8 具有比S5和S6略大的截面面积。同时，当利用高于发音部2 的中心频率fc2的驱动频率F = f3(> fc2)驱动表面声波元件M时，发音部Mb的电阻抗变成Zl =⑴，以及发音部Mc的电阻抗变成Z2 = 200欧姆。因此，只有表面声波元件M的发音部2 被微弱地激励。因此，当利用驱动频率 F = f3驱动表面声波元件M时，宏观地，在反应容器5中包含的液体样品Ls中，产生具有最小的截面面积和低流速的对称的声音流S9和S10。因此，当对于各个驱动频率F =打、位1、€2、位2和€3，描述反应容器中包含的液体样品Ls中产生的各个声音流时，获得图14。另外，如果外部电力系统的电阻抗是其他值， 例如70欧姆，则在发音部24b和Mc的中心频率处的电阻抗可以被设计成70欧姆。因此，自动分析装置1通过利用分析物和试剂的组合对不同的驱动频率最初对搅拌状况做出测定，来建立使搅拌变得最好的驱动频率以及分析物和试剂的组合、驱动频率和液体量的组合、或者两个组合的组合，以存储在控制部15中。然后，控制部15自动地从分析物和试剂的组合中选择搅拌装置20的驱动频率以输出到驱动控制电路23，分析物和试剂的组合包括在从主计算机等输入的分析信息中。从而，搅拌装置20可以利用对于分析物和试剂的组合是最佳化的频率来驱动表面声波元件M。为了这个目的，自动分析装置1通过驱动控制电路21切换驱动表面声波元件M 的驱动信号的驱动频率，例如，当保持在反应容器5中的液体样品的量少时，将具有频率fl 的驱动信号输入到表面声波元件对。在这种情况下，只有搅拌装置20的表面声波元件M 的发音部24b被微弱地激励，并且在抑制能量消耗的同时使液体样品被有效地搅拌。另一方面，当保持在反应容器5中的液体的量多时，自动分析器1将具有频率fcl 或频率fc2的驱动信号输入到表面声波元件24。在这种情况下，搅拌装置20的表面声波元件M的发音部24b或发音部2 被强烈地激励。结果，如图9、图11和图14所示，不对称的声音流Sl和S2或者声音流S3和S4产生搅拌流以搅拌整个液体样品Ls，搅拌流在整个液体样品Ls之内大大地旋转。如上所述，搅拌装置20通过驱动控制部21将驱动频率F控制在频带(fl到f3) 之内，以使多个发音部24b和Mc同时产生具有不同频率的音波，从而总是根据液体样品Ls的量驱动一个或多个发音部以搅拌保持在反应容器5中的液体样品Ls。因此，由于与常规的具有谐振频率不重叠的表面声波元件的搅拌装置相比，产生的声音流的图案变得多样化，这可以增大搅拌效率以缩短搅拌所需要的时间。在这种情况下，如图15所示，搅拌装置20可以在搅拌时间Ts内以分时的方式在频率fcl和频率fc2之间交替地改变输入到表面声波元件M的驱动信号的频率。因而，不对称的声音流Sl和S2以及不对称的声音流S3和S4在反应容器5中保持的液体样品Ls 中被交替地产生，以在除容器的底部以外的气液界面上产生搅拌流；从而搅拌整个液体样品Ls。频率fcl和fc2的切换时间并不总是设定为1 1。可以根据液体样品Ls的特性， 诸如粘性或液体量等等，被适当地改变。另外，可以交换表面声波元件M的发音部24b和发音部2 的位置。在这种配置中，表面声波元件M可以产生与图14中所示的声音流具有不同分布的声音流。变化实例如图16所示，除了具有各自的中心频率fcl和fc2的发音部24b和2 之外，可以并列连接具有中心频率fc3 (fcl < fc2 < fc3) (MHz)的发音部Md。在这种情况下，表面声波元件M的发音部24b、2k和24d在各自的中心频率处的电阻抗被设计成变为50欧姆，与外部电力系统的相同。另外，表面声波元件M的等效电路如图17所示，发音部Mb、 24c和24d的阻抗分别被定义为Zl、Z2和Z3。在这种情况下，发音部24b、2k和24d的一部分谐振频率带被重叠。另外，关于输入反射系数(dB)，发音部24b、2k和24d具有图6中分别用虚线显示的频率特性，并且实线显示三个频率特性的组合中的频率特性。此外，形成表面声波元件M的相邻的发音部Mb、 24c和相邻的发音部Mc、Md，以使声音流的起点被交替地配置。因此，例如，当利用低于发音部Mb的中心频率fcl的驱动频率F = fl ( < fcl) 驱动表面声波元件M时，只有表面声波元件M的发音部24b被微弱地激励。因此，如图19 中用箭头所示，宏观地，在反应容器5中包含的液体样品Ls中，产生具有最小的截面面积和低流速的对称的声音流。接下来，如图9中描绘的，当利用作为发音部24b的中心频率fcl的驱动频率F = fcl驱动表面声波元件M时，发音部24b被强烈地激励，并且发音部2 被微弱地激励，而发音部24d几乎不被激励。因此，宏观地，如图19中用箭头所示，在反应容器5中包含的液体样品Ls中，产生具有增大的截面面积和增大的流速的不对称的声音流、以及显著的斜向上的流。接下来，当利用发音部Mb的中心频率fcl和发音部Mc的中心频率fc2之间中间频率的驱动频率F = f2 (fcl < f2 < fc2)来驱动表面声波元件M时，发音部24b和2 以相同的强度被激励，并且发音部Md被微弱地激励。因此，宏观地，如图19中用箭头所示， 在反应容器5中包含的液体样品Ls中，产生与驱动频率F = fcl的相比稍微向上移位的斜向上的声音流，以及具有增大的截面面积的斜向下的声音流。另外，当利用作为发音部2 的中心频率fc2的驱动频率F = fc2驱动表面声波元件M时，发音部2 被强烈地激励，并且发音部24b和Md以相同的但弱于发音部Mc的强度被激励。因此，宏观地，如图19中用箭头所示，在反应容器5中包含的液体样品Ls中， 产生斜向上方和斜向下方的对称的流。
接下来，当利用作为发音部Mc的中心频率fc2和发音部Md的中心频率fc3之间的中间频率的驱动频率F = f3(fc2 < f3 < fc3)驱动表面声波元件M时，发音部2 和Md以相同的强度被激励，而发音部Mc的振荡弱于发音部2 和24d的振荡。因此，宏观地，如图19中用箭头所示，在反应容器5中包含其中液体样品Ls中，产生斜向下的流比斜向上的流更显著的流。接下来，当利用作为发音部Md的中心频率fc3的驱动频率F = fc3来驱动表面声波元件M时，发音部24d被强烈地激励，并且发音部2 被微弱地激励，而发音部24b几乎不被激励。因此，宏观地，如图19中用箭头所示，在反应容器5中包含其中液体样品Ls 中，产生斜向下的流比斜向上的流更显著的流。此时，斜向下的流与驱动频率F = f3的情况相比稍微被移位。然后，当利用超出发音部24d的中心频率fc3的驱动频率F = f4(> fc3)来驱动表面声波元件M时，只有发音部24d被微弱地激励。因此，宏观地，如图19中用箭头所示， 在反应容器5中包含的液体样品Ls中，从发音部Md的附近，产生具有最小的截面面积和低流速的对称的声音流。如上所述，通过比较图14和图19，显而易见的，通过添加发音部Md，在表面声波元件M的液体样品Ls中产生的声音流变得复杂。因此，当使用添加有发音部Md的表面声波元件M时，搅拌装置20可以通过适当地改变驱动表面声波元件M的频率而在反应容器5中保持的液体样品中产生各种声音流，在抑制多余能量消耗的同时根据液体量有效地搅拌液体样品，从而减少了搅拌所需要的时间。在这种情况下，如图20所示，发音部24d可以位于表面声波元件M的发音部24b 和发音部2如之间。表面声波元件M的等效电路在图21中被描绘，其中Z1、Z2和分别表示发音部24b、2k和Md的电阻抗。在这种情况下，根据以上说明，对于各个驱动频率F = fl、fcl、f2、fc2、f3、fc3和 fc4，在图22中用箭头显示在反应容器5中保持的液体样品Ls中产生的各个声音流。通过将图22中表示的声音流与图19中表示的声音流进行比较，显而易见的，通过改变发音部 24b,24c和Md，进一步改变了液体样品Ls中产生的声音流。因此，当使用其中发音部Mb、 24c和24d被如此配置的表面声波元件M时，通过适当地改变驱动表面声波元件M的频率，搅拌装置20可以在抑制多余能量消耗的同时根据液体的量有效地搅拌液体样品，从而减少了搅拌所需要的时间。因此，如图23所示，发音部24b可以位于表面声波元件M的发音部2 和发音部 24d之间。在这种情况下，表面声波元件M的等效电路在图M中被描绘，其中Z1、Z2和分别表示发音部24b、2k和Md的电阻抗。在这种情况下，对于各个驱动频率F = fl、fcl、f2、fc2、f3、fc3和fc4，在图25 中用箭头显示在反应容器5中保持的液体样品Ls中产生的各个声音流。因此，当使用其中发音部24b、2k和24d被如此配置的表面声波元件M时，在反应容器5中的液体样品Ls 中，产生对于各个驱动频率的不同的声音流，搅拌装置20可以在抑制多余能量消耗的同时根据液体的量有效地搅拌液体样品，从而减少了搅拌所需要的时间。这里，使用具有发音部24b、2 和Md的表面声波元件M的搅拌装置20，可以在搅拌时间内分时地将输入到表面声波元件M的驱动信号的频率交替地改变为驱动频率F=fcl、fc2 和 fc3o另外，在使用具有发音部24b和Mc的表面声波元件M的搅拌装置20中，驱动频率F可以在搅拌时间中并且在频率fl和f3之间被滑动和变化，以及在使用具有发音部 24b,24c和24d的表面声波元件M的搅拌装置20中，驱动频率F可以在搅拌时间中并且在频率f 1和f4之间被滑动和变化。如图沈所示，以上说明的各种表面声波元件M可以被安装在反应容器5的侧壁 5b上，且压电基板2 的长度方向指向侧壁恥的宽度方向。在这种安装中，搅拌装置20可以对各个驱动频率产生包括水平流的不同的声音流。因此，如图27所示，当以上说明的各种表面声波元件M被安装在反应容器5的侧壁恥上，且压电基板2 的长度方向相对于侧壁恥的宽度方向倾斜时，可以对于各个驱动频率产生包括水平方向成分和垂直方向成分的不同的声音流。此外，如图观所示，以上说明的各种表面声波元件对可以被安装在反应容器5的底面上。在这种情况下，考虑到产生的声音流的方向，表面声波元件M可以被安装成压电基板Ma的长度方向指向各种方向。另外，安装以上说明的各种表面声波元件M的反应容器可以是圆柱形状，代替正方形柱状形状的反应容器5。另外，如上所述的各种表面声波元件M可以被无线地驱动，并且可以使用除体波以外的表面声波搅拌保持在反应容器5中的液体样品。此外，如图四所示，表面声波元件M可以用作反应容器5的底面。另外在如上所述的表面声波元件M中，多个发音部被形成在单个压电基板2 上；然而，这些发音部不要求被形成在单个压电基板2 上，作为替代，它们可以被形成为只要多个发音部被并列电连接，并且各个发音部的基波的中心频率彼此不同，各个发音部的谐振频率带彼此部分地重叠，以及由从不同发音部放射到容器的音波所引起的声音流的起点被交替地定位。另外，根据用途，多个发音部的形状或配置(尺寸、位置等等)可以适当地被优化。工业实用性如上所述，本发明的搅拌装置和分析装置有利于缩短搅拌所需要的时间，尤其适用于增大每时间单位的搅拌效率。
权利要求
1.一种搅拌装置，用于利用音波搅拌保持在容器中的液体，其特征在于，所述搅拌装置包括音波发生设备，具有位于压电基板上的发音部，所述发音设备被构成为使多个所述发音部被并列电连接，并且各个所述发音部的基波的中心频率彼此不同，各个所述发音部的谐振频率带彼此部分地重叠，以及通过从不同的发音部放射到所述容器的音波所引起的声音流的起点被交替地定位；和驱动控制设备，用于控制被输入到所述音波发生设备的驱动信号的频率，以使所述多个发音部的至少两个发音部同时产生音波。
2.如权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述多个发音部根据所述驱动信号的频率，改变对于各个所述发音部的电输入信号的振动的反应强度的比率。
3.如权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，对于所述多个发音部，根据所述驱动信号的频率切换产生音波的发音部。
4.如权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述驱动控制设备基于所述液体的分析项目和所述液体的特性或液体体积的信息，改变被输入到所述音波发生设备的所述驱动信号的频率。
5.如权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述驱动控制设备通过改变所述驱动信号的频率以产生在所述液体中旋转的声音流。
6.一种分析装置，搅拌包含保持在容器中的分析物和试剂的液体样品以起反应，以便分析反应的液体，其特征在于，所述分析装置包括如权利要求1到5中任一项所述的搅拌装置。
全文摘要
一种搅拌装置和分析装置，用于利用音波搅拌保持在容器中的液体。搅拌装置(20)包括表面声波元件(24)，具有位于压电基板(24a)上的发音部(24b、24c)，其中发音部被并列电连接，并且各个发音部的基波的中心频率彼此不同，各个发音部的谐振频率带彼此部分地重叠，以及由从不同的发音部放射到容器的音波所引起的声音流的起点被交替地定位；和驱动控制部(21)，用于控制输入到表面声波元件的驱动信号的频率，以使多个发音部的至少两个发音部同时产生音波。
文档编号G01N35/02GK102308218SQ20098014711
公开日2012年1月4日 申请日期2009年3月23日 优先权日2008年10月3日
发明者村上峰雪 申请人:贝克曼考尔特公司