專利名稱：電感式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電感式傳感器，其具有設(shè)置在電感器線圈內(nèi)的傳感器 材料。
背景技術(shù)：
傳感器將外部刺激的變化轉(zhuǎn)化為可檢測或可測量的感測參數(shù)的變 化。在多種具體實施中，可使用諸如電感器、電容器和/或電阻器之類 的無源電子裝置來形成傳感器。這些傳感器的電路值(如電感、電容、 或電阻值)隨相關(guān)參數(shù)的變化而變化。可將這些傳感器復(fù)合在傳感器 電路中，以使得由相關(guān)變化參數(shù)引起的電路參數(shù)變化改變傳感器電路 輸出。
通常期望遠(yuǎn)程采集傳感器信息。射頻識別(RFID)電路已被用于檢 測相關(guān)制品的存在和運(yùn)動?？蓪FID技術(shù)的遠(yuǎn)程訪問能力與傳感器技 術(shù)相結(jié)合，以提供遙感能力。本發(fā)明滿足了這些需要以及其他需要， 并提供超過現(xiàn)有技術(shù)的其他優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及響應(yīng)相關(guān)參數(shù)的電感式傳感器，該電感式傳感器包括 電感器和設(shè)置在電感器線圈內(nèi)的尺寸可變的傳感器材料。
本發(fā)明的一個實施例涉及電感式傳感器。該電感式傳感器包括含 有一個或多個線圈并與電感相關(guān)的電感器。電感式傳感器包括傳感器 材料，該傳感器材料被構(gòu)造為通過傳感器材料的尺寸變化而對相關(guān)參 數(shù)作出響應(yīng)。傳感器材料被定位于電感器線圈內(nèi)，使得傳感器材料的 尺寸變化引起電感器的尺寸變化。電感器的尺寸變化改變電感器的電感。
根據(jù)一個方面，將傳感器材料定位以使得傳感器材料的尺寸變化 引起電感器橫截面積的改變。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，將傳感器材 料定位以使得傳感器材料的尺寸變化引起電感器長度的改變。另一個 方面涉及將傳感器材料定位，以使得傳感器材料的尺寸變化引起電感 器的兩個或更多個線圈之間距離的改變。在又一個方面，將傳感器材 料設(shè)置在電感器的至少兩個線圈之間，并且傳感器材料的尺寸變化會 引起至少兩個線圈之間距離的改變。
傳感器材料可包含聚合物，該聚合物能夠響應(yīng)相關(guān)參數(shù)的變化而 進(jìn)行膨脹或收縮。在一種構(gòu)造中，傳感器材料包含水凝膠。
傳感器材料可被構(gòu)造為對溫度、濕度、pH值、流體流、鹽度、溶 劑成分、葡萄糖濃度、電場、光和離子濃度中的一種或多種作出響應(yīng)。
在一個具體實施中，傳感器包括電容器，該電容器電耦合到電感 器以形成諧振電路，其中，相關(guān)參數(shù)的變化會引起該諧振電路的諧振 特性的改變。
例如，可將電感器的線圈中的至少一個設(shè)置在柔性基板上，并且 電感器的尺寸變化包括柔性基板和該至少一個線圈的彎曲。電感式傳 感器可包括鎖閉機(jī)構(gòu)，該鎖閉機(jī)構(gòu)被構(gòu)造為將至少一個線圈相對于至 少另一個線圈初始定位。
本發(fā)明的另一個實施例涉及傳感器系統(tǒng)。該傳感器系統(tǒng)包括電感 式傳感器，該電感式傳感器具有包括一個或多個線圈的電感器。傳感 器材料被構(gòu)造為通過該傳感器材料的尺寸變化而與相關(guān)參數(shù)響應(yīng)。傳 感器材料被定位在由電感器線圈所限定的區(qū)域內(nèi)，以使得傳感器材料 的尺寸變化可引起由電感器電感的改變而導(dǎo)致的電感器的尺寸變化。傳感器系統(tǒng)還包括傳感器電路，該傳感器電路與電感器電耦合，以形 成具有取決于電感的諧振特性的諧振電路。訊問器被構(gòu)造用于檢測諧
振電路的諧振特性的改變，并且可分析基于諧振特性的相關(guān)參數(shù)。例 如，諧振特性可以是電感式傳感器的諧振頻率。在一個具體實施中， 訊問器被構(gòu)造用于無線檢測電感式傳感器的諧振頻率。
傳感器系統(tǒng)可包括參考電路，其被構(gòu)造為產(chǎn)生可由訊問器檢測到 的參考信號。在這種構(gòu)造中，訊問器可被構(gòu)造為使用參考信號來校正 由電感式傳感器產(chǎn)生的信號中的誤差。
根據(jù)一個具體實施，電感式傳感器被設(shè)置在吸水敷料之上或之內(nèi)， 該敷料被構(gòu)造用于放置在患者身上。相關(guān)參數(shù)為水分。訊問器被構(gòu)造 為基于電感式傳感器的諧振特性來檢測敷料中的水分。
本發(fā)明的以上概述并非旨在描述本發(fā)明的每個實施例或本發(fā)明的 每種具體實施。結(jié)合附圖，參照下文的具體實施方式
以及所附權(quán)利要
求書，再結(jié)合對本發(fā)明比較完整的理解，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和成效將變得 顯而易見并為人所領(lǐng)悟。


圖1A和圖1B示分別示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電感式傳感器的 側(cè)視圖和剖視圖，該電感式傳感器在初始狀態(tài)或在相關(guān)參數(shù)變化之前
與可以尺寸響應(yīng)的傳感器材料結(jié)合；
圖1C和圖1D分別示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電感式傳感器的側(cè) 視圖和剖視圖，該電感式傳感器在終止?fàn)顟B(tài)或在相關(guān)參數(shù)已經(jīng)發(fā)生變 化后與可以尺寸響應(yīng)的傳感器材料結(jié)合；
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的鉸接的電感式傳感器，其不具有 傳感器材料；
圖2B和圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的可以尺寸響應(yīng)的傳 感器材料所產(chǎn)生的力；圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明實施例在將線圈定位后并將傳感器材料
設(shè)置在基板之間后的電感式傳感器的無鉸鏈構(gòu)造。
圖3B示出了無傳感器材料的電感式傳感器的基板和線圈的平面圖。
圖3C和圖3D為根據(jù)本發(fā)明實施例在傳感器材料尺寸變化之前和 之后的電感式傳感器的示意性剖視圖4A為示出在被構(gòu)造為水分傳感器的電感式傳感器暴露在水中 后，電感隨時間變化的曲線圖
圖4B為示出某些傳感器材料的熱處理效果的曲線圖4C為示出兩種水凝膠隨pH變化的膨脹/收縮曲線的曲線圖5A為用于RFID應(yīng)用的諧振電路的示意圖。
圖5B為根據(jù)本發(fā)明實施例的諧振電路的示意圖，該諧振電路結(jié)合 了電感式傳感器；
圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的諧振電路/傳感器的示意性剖視圖。
圖6B以平面圖的方式示出了圖6A中不具有傳感器材料的諧振電 路/傳感器的諧振電路元件和基板；
圖6C示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的諧振電路/傳感器，其包括基板 內(nèi)的分段式電容器電極和穿孔；
圖6D和圖6E分別示出了根據(jù)本發(fā)明實施例、電連接為負(fù)型裝置 和正型裝置的電感式傳感器；
圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的諧振電路/傳感器，其具有電感 器，該電感器具有多個設(shè)置在單個可折疊基板上的同心線圈；
圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的諧振電路/傳感器，其包括電感 器，該電感器具有形成在五個柔性可折疊基板部分上的多個線圈；
圖8為根據(jù)本發(fā)明實施例的遙感系統(tǒng)的框圖9為示出了訊問器由分別在t i和12時間上獲得掃頻而產(chǎn)生的信 號的曲線圖，并且該圖指出了在諧振電路的諧振頻率中的下移；
圖IO示出了諧振頻率隨電感器線圈之間的距離而變化的曲線圖。
圖IIA示出了根據(jù)本發(fā)明實施例在將被構(gòu)造為水分傳感器的諧振電路/傳感器潤濕后諧振頻率隨時間而變化的曲線圖11B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的諧振電路相對于pH的頻率變 化的曲線圖，該諧振電路包括電感式傳感器，該電感式傳感器采用了 一種水凝膠傳感器材料的具體制劑；
圖12為根據(jù)本發(fā)明實施例的遙感系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)結(jié)合了參考 電路和傳感器電路；
圖13A為根據(jù)本發(fā)明實施例的感測系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括諧 振參考電路和諧振傳感器電路；
圖13B為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的訊問器由分別在h和t2時間獲
得的掃頻而產(chǎn)生的信號的曲線圖，并且該曲線圖指出了參考電路的穩(wěn) 定諧振頻率和傳感器電路諧振頻率的移位；
圖14A-14C示出了根據(jù)本發(fā)明實施例用于制備電感式傳感器的工
藝；
圖15A-15H示出了根據(jù)本發(fā)明實施例使用光刻技術(shù)制備電感式傳 感器的工藝；
圖16A-16C示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電感式傳感器，其包括用 于在初始定位時固定傳感器的機(jī)構(gòu)；
圖17A-17B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電感式傳感器，其包括鎖 閉機(jī)構(gòu)；
圖18A-18D示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的非對稱電感式傳感器結(jié)
構(gòu)，該結(jié)構(gòu)提供了擴(kuò)大傳感器材料位移的杠桿機(jī)構(gòu)；
圖19示出了根據(jù)本發(fā)明實施例用于制備電感式傳感器的工藝，其
包括使用液態(tài)傳感器材料涂覆可折疊的多線圈傳感器；
圖20示出了根據(jù)本發(fā)明實施例結(jié)合了電感式傳感器的傷口敷料； 圖21A-21B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的脈動流量傳感器；并且 圖22示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電感式傳感器，其被構(gòu)造用于測
量通道中的流體流。
雖然本發(fā)明可具有各種修改形式和替代形式，其具體特點(diǎn)己通過 附圖以舉例的方式示出，并將詳盡描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，其目的不在于將本發(fā)明局限于所述具體實施例。相反，其目的在于涵蓋本發(fā)明范 圍內(nèi)的所有修改形式、等同形式和替代形式，本發(fā)明僅受所附權(quán)利要 求書的限定。
具體實施例方式
在以下有關(guān)示例性實施例的描述中，參考了組成本文一部分的附 圖，其中以舉例說明的方式示出可用來實施本發(fā)明的各種實施例。應(yīng) 當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以利用實施例，并可以進(jìn) 行結(jié)構(gòu)上的更改。
本發(fā)明的實施例涉及電感式傳感器、結(jié)合了電感式傳感器的電路 和系統(tǒng)、以及制備和使用電感式傳感器的方法。本發(fā)明的方法涉及具 有電感值的電感式傳感器，該電感值隨傳感器所暴露的具體參數(shù)或條 件而改變。在本文所述的多種具體實施中，電感式傳感器的電感值的 改變是由周圍或環(huán)境條件或相關(guān)被分析物的變化所引起的。例如，電 感值可在暴露于具體被分析物中時或在具體被分析物改變之后變化。 由電感式傳感器檢測或測量到的參數(shù)在本文中通常也被稱為感測參數(shù) 或相關(guān)參數(shù)。使用根據(jù)本文所述實施例的電感式傳感器檢測、測量和/ 或監(jiān)測的感測參數(shù)的代表性列表包括例如溫度、濕度、pH值、流體 流、鹽度、溶劑成分、葡萄糖濃度、電場、光、和離子濃度。
在某些具體實施中，電感式傳感器結(jié)合了被定位的傳感器材料， 以使得傳感器材料的尺寸變化引起電感器的尺寸變化。電感器的尺寸 變化會引起電感器的電感值發(fā)生改變。在一些具體實施中，電感式傳 感器包括至少兩個線圈和與線圈機(jī)械連接的鉸鏈。對鉸鏈的操作可改 變感應(yīng)線圈之間的距離，并且引起電感器電感的相應(yīng)改變。在其他的 具體實施中，可將暴露到相關(guān)參數(shù)時會呈現(xiàn)尺寸變化的傳感器材料與 鉸接的電感式傳感器結(jié)合使用。
在這些和其他具體實施中，電感式傳感器可被用作諧振電路中的
10元件，以提供對傳感器的遠(yuǎn)程訪問。電感式傳感器的電感變化會引起 諧振電路的諧振特征的相應(yīng)改變?？墒褂猛獠坑崋柶鱽頍o線檢測諧振 特性的變化。
圖1A和圖1B分別示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電感式傳感器100 的側(cè)視圖和剖視圖。電感式傳感器100包括電感器110，電感器110具 有一個或多個線圈lll并且與電感值相關(guān)。電感器的電感值L通常取 決于以下參數(shù)連接到電感器線圈上的材料的磁導(dǎo)率、圈數(shù)、電感器 的橫截面積、和電感器的長度。
電感式傳感器110包括傳感器材料120，傳感器材料120通過自 身的尺寸變化而響應(yīng)于感測參數(shù)的變化。傳感器材料120被定位在電 感器110的線圈111之中、由電感器110的線圈111所限定的區(qū)域之 內(nèi)。當(dāng)暴露到相關(guān)參數(shù)變化時，傳感器材料120會發(fā)生尺寸變化(如 膨脹或收縮)，該尺寸變化會引起由電感器110的線圈111所限定區(qū) 域的相應(yīng)尺寸變化。
圖1A和圖1B分別示出了在感測到參數(shù)變化之前的初始狀態(tài)下的 電感式傳感器100的側(cè)視圖和俯視圖。電感式傳感器100具有初始構(gòu) 造，其包括初始長度lo、初始直徑wo、初始面積Ao和每對線圈之間的 初始距離do。圖1C和圖1D示出了暴露到參數(shù)變化后的電感式傳感器 100的側(cè)視圖和剖視圖。由于傳感器材料120的膨脹，引起了長度h、 直徑Wi、面積A?；蚓€圈111間的距離di中的一種或多種發(fā)生了改變， 從而引起由電感器線圈111所限定區(qū)域的相應(yīng)膨脹。長度、直徑、面 積或電感器線圈之間的距離中的任何一種或多種變化均會引起電感器 電感值的改變。
對傳感器材料加以選擇，以展示由于相關(guān)感測參數(shù)變化而引起的 尺寸變化。例如，傳感器材料可沿一個或多個軸膨脹或收縮，從而引 起傳感器材料的寬度、長度或橫截面積中的一種或多種發(fā)生改變。一種尤其可用的傳感器材料包括水凝膠，例如聚(乙烯醇)-聚(丙烯酸)水凝
膠，在本文中表示為pVA-pAA水凝膠，這種水凝膠會由于諸如濕度、 pH值或其他參數(shù)之類的環(huán)境條件的變化而發(fā)生尺寸改變。
圖2A示出了電感式傳感器的另一個實施例。在該實施例中，傳感 器材料是可選的。可任選地在基板220上形成的電感器線圈210、 211 通過鉸鏈230連接。對鉸鏈230的操作可改變線圈210、 211間的角度 6 ，從而引起線圈210、 211間距離的改變和電感器電感的相應(yīng)改變。 鉸鏈230可包括彈簧或其他機(jī)構(gòu)，該彈簧或其他機(jī)構(gòu)對抗直接或間接 施加到線圈210、 211中的一個或兩個上的力F。
如圖2B所示， 一些實施例可使用設(shè)置在由線圈210、 211所形成 的角e外部的傳感器材料240。傳感器材料240的尺寸變化會在線圈 210、211中的一個或兩個上產(chǎn)生力Fext。在圖2C所示的其他實施例中， 傳感器材料240可設(shè)置在由線圈210、 211所形成的角e的內(nèi)部。傳感 器材料240的尺寸變化會在線圈210、 211中的一個或兩個上產(chǎn)生力
Fintl、 Fint2。
圖3A-3D示出了根據(jù)一個實施例的電感式傳感器300的無鉸鏈構(gòu) 造。圖3A示出了在將基板320、 321和線圈310、 311定位后并將傳感 器材料330設(shè)置在基板320、 321和線圈310、 311之間后的電感式傳 感器。圖3B示出了不具有傳感器材料的基板320、 321、以及線圈310、 311的電連接。
如圖3C和3D的剖視圖進(jìn)一步說明的，電感式傳感器300包括分 別形成在基板320、 321上的兩個線圈310、 311。傳感器材料330被設(shè) 置在線圈310、 311之間。傳感器材料330具有初始厚度to，從而形成 線圈310、 3U間的距離d()。傳感器材料330對于相關(guān)的具體感測參數(shù) 尺寸敏感。隨著感測參數(shù)的變化，傳感器材料330膨脹至厚度t。從而 在線圈310、 311間產(chǎn)生距離d,。作為另外一種選擇，在一些具體實施中，傳感器材料330可在暴露到感測參數(shù)后從初始厚度to收縮，從而
使線圈310、 311靠得更近。
如圖3B所示，可將電感式傳感器300電連接為正型裝置，其中上 線圈310和下線圈311中的電流向同一方向流動。由正型裝置的線圈 310、 311產(chǎn)生的磁場是加成的，從而在線圈310、 311間產(chǎn)生正互感。 正型裝置的總電感在線圈310、 311靠近時增加，并且在線圈310、 311 分離時降低。
作為另外一種選擇，可將電感式傳感器電連接為負(fù)型裝置。負(fù)型 裝置上線圈和下線圈中的電流向相反的方向流動。在這種構(gòu)造中，由 一個線圈中的電流流動所產(chǎn)生的磁場降低了由相對線圈中的電流流動 所產(chǎn)生的磁場。磁場的抵消在線圈之間產(chǎn)生了負(fù)互感。負(fù)型裝置的總 電感在線圈靠近時降低，并且在線圈分離時增加。
例如，圖1-3所示的傳感器可用于感測多種環(huán)境條件，例如溫 度、濕度、pH值、流體流、鹽度、溶劑成分、葡萄糖濃度、電場、光、 和離子濃度。
圖4A的曲線圖示出了20圈銅線圈電感器的電感變化，該電感器 具有的導(dǎo)線直徑為約200pm，線圈長度約6mm,線圈直徑約6mm，初 始電感LQ約1.8 u H。將電感器浸泡在聚(乙烯醇)-聚(丙烯酸)(pVA-pAA) 水凝膠中，以便用水凝膠涂覆電感器的銅線。使用具有這種構(gòu)造的裝 置來展示pH和水分含量感測。干燥后，將涂覆有水凝膠的電感器放置 在去離子水中，并且隨時間測量電感，如圖4A所示。
pVA-pAA水凝膠的一些組合物可溶于水中，而無需熱處理。例如， 含3重量％ pVA和6重量％ PAA的水凝膠，其在13(TC熱處理10分鐘 或更長時間后會變得不溶，如圖4B所示。圖4B示出了熱處理時間和 水凝膠膨脹率的相關(guān)性。經(jīng)觀察，含12重量％ pVA和1.5重量％ pAA的水凝膠在不進(jìn)行 熱處理的情況下不溶于水。圖4C的曲線圖示出了兩種水凝膠隨pH值 變化的膨脹/收縮曲線。曲線410和411分別示出了包含3重量％ pVA 和6重量％ PAA、且在13(TC下熱處理20分鐘的水凝膠的標(biāo)準(zhǔn)化膨脹 和收縮曲線。曲線420、 421分別示出了包含12重量％ pVA和1.5重 量n/。pAA的水凝膠的標(biāo)準(zhǔn)化膨脹和收縮曲線。在膨脹和收縮曲線410、 411、 420、 421中可觀察到的滯后現(xiàn)象可用作允許對先前膨脹或收縮周 期進(jìn)行檢測的記憶。
在某些實施例中，電感式傳感器可與電容器耦合，以形成諧振儲 能電路。諧振電路的諧振頻率和/或其他諧振特性隨電感式傳感器的電 感變化而變化。諧振頻率和/或其他諧振特性的變化可通過檢測器電路 來檢測，該檢測器電路通過有線或無線的連接方式耦合到諧振電路。
通過無線連接的遙感尤其可用于難以接近的位置和/或低成本應(yīng) 用中。電子防盜(EAS)或射頻識別(RFID)技術(shù)已被用于檢測相關(guān)物件的 存在和追蹤相關(guān)物件的移動。例如，EAS和/或RFID技術(shù)在很多情況 下用于檢測和追蹤書店或圖書館里的書籍。本文所述的電感式傳感器 可用作諧振電路中的元件，該元件將感測功能和EAS或RFID技術(shù)的 遠(yuǎn)程訪問能力結(jié)合在一起。
圖5A為用于EAS/RFID應(yīng)用的諧振電路510的示意圖。能夠遠(yuǎn)程 訪問的EAS/RFID裝置可使用簡單電路510，電路510包括并聯(lián)的電感 器512和電容器516。電路510被設(shè)計為在特定頻率時諧振，也就是說， 取決于電路元件512、 516的值。電感器512起天線的作用，其用于接 收、反射和/或傳輸電磁能量，例如射頻(RF)能量。在一些應(yīng)用中，附 加的電路(未示出)耦合到諧振電路510，以通過天線輸出識別碼。能 夠傳輸代碼的裝置通常被稱為RHD裝置。沒有附加電路輸出ID代碼 的裝置一般被稱為EAS裝置。EAS裝置被設(shè)計為吸收和擾亂電磁(EM)
14場，如由讀出器發(fā)出的RF場。EM場的擾亂可由讀出器檢測，并且可 被解析以指示EAS裝置的存在，但EAS裝置通常不能傳輸關(guān)于物件的 附加信息。
根據(jù)本發(fā)明實施例，基于EAS或RFID的讀出電路包括如本文所 述作為諧振電路元件的電感式傳感器。電感式傳感器對于一個或多個
相關(guān)參數(shù)敏感。相關(guān)參數(shù)的變化會引起電感式傳感器的電感值的改變。 諧振電路電感的變化會引起諧振電路的諧振特性的相應(yīng)變化。在多種 構(gòu)造中，隨電感變化而更改的諧振特性可包括諧振頻率、Q值、帶 寬和/或諧振電路的其他諧振特性。
圖5B的示意圖示出了諧振電路/傳感器520，其包括電感式傳感器 522和電容器516。電感式傳感器522被構(gòu)造為基于相關(guān)參數(shù)而改變電 感值。電感式傳感器522的電感值的變化會引起諧振電路/傳感器520 的諧振特性的改變。諧振特性的改變可由RFID或EAS讀出器(未示出) 遠(yuǎn)程檢測和解析。
可對諧振頻率或其他諧振特性的變化進(jìn)行解析，以指示相關(guān)感測 參數(shù)已發(fā)生變化。根據(jù)一些具體實施，對電路520的諧振頻率的變化 進(jìn)行解析，以確定感測參數(shù)變化的量、程度、或持續(xù)時間。在一段時 間內(nèi)對電路520的諧振頻率(或其他特性)改變的檢測可用于追蹤一定時 間內(nèi)感測參數(shù)變化的累進(jìn)。
圖6A-6E示出了電感式傳感器的多個實施例，所述電感式傳感器 具有兩個線圈并與電容器形成諧振電路。圖6A示出了根據(jù)一個實施例 從圖6B的橫截面A-A'截取的諧振電路/傳感器600的剖視圖。電感 式傳感器包括設(shè)置在基板620、 621上的兩個線圈610、 611。形成電容 器的第一極板640和第二極板641設(shè)置在基板620中的其中一個的相 對側(cè)上。對相關(guān)參數(shù)尺寸敏感的傳感器材料630被設(shè)置在基板620、 621 或線圈610、611之間，以使得傳感器材料630的尺寸變化引起線圈610、611間距離的相應(yīng)變化。圖6B示出了不具有傳感器材料的諧振電路元 件610、 611、 640和基板620、 621。將電感器與電容器電連接，以形 成諧振電路，例如圖5B中所示的電路520。
在一些實施例中，如圖6C-E所示，電感器線圈610、 611和電容 器極板640可形成在單個可折疊的基板660上，該基板660包括第一 部分661和第二部分662?；?60的第一部分661和第二部分662通 過撓性鉸鏈部分650分開。對撓性鉸鏈650的操作允許電感器線圈610、 611的定位，以使得它們彼此重疊?？梢猿叽珥憫?yīng)的傳感器材料(未示 出)可相對于線圈610、 611定位，以使得傳感器材料的尺寸變化引起 線圈靠近或遠(yuǎn)離。 一些實施例采用了穿孔670，以允許被分析物觸及夾 在基板部分661、 662之間的感測材料。
積分電容器的一個或兩個電極640可分成如圖6C所示的多個部分 642。將電容器電極640分為多個部分642可減少電容器電極640中的 渦電流，該渦電流會干擾裝置600和訊問器外部天線之間的磁耦合。
圖6D和6E示出了布置為形成在可折疊基板660上的諧振電路的 電感式傳感器和電容器的多種構(gòu)造。圖6D示出了負(fù)型裝置，其具有電 容器極板640，該電容器極板640形成在線圈610包圍區(qū)域外面的一個 基板部分661上。當(dāng)基板660在撓性鉸鏈650處折疊、并且線圈610、 611重疊時，上線圈610和下線圈611中的電流向相反方向流動，由于 抵消線圈610、 611中的電流流動產(chǎn)生的磁場而產(chǎn)生了負(fù)互感。負(fù)型裝 置的總電感在上線圈610和下線圈611彼此靠近時減小，并且在線圈 610、 611彼此遠(yuǎn)離時增大。
圖6E示出了正型裝置。當(dāng)基板660被折疊以使得基板部分661、 662和線圈610、 611重疊時，重疊的線圈610、 611中的電流向同一方 向流動。正型裝置的總電感在線圈610、 611向一起靠攏時增大，在線 圈610、 611移動分開時減小。在一些實施例中，電感式傳感器的電感器可包括多個線圈，如圖 7A和圖7B中所示。附加線圈的使用可提高額定電感，額定電感的提
高有利于實現(xiàn)傳感器和訊問器之間更好的電感耦合。圖7A示出了具有 電感器的諧振電路/傳感器，該電感器具有設(shè)置在單個可折疊基板720 上的多個同心線圈710、 711。多個同心線圈710、 711分別形成在基板 部分721、 722上?；?20包括基板部分721、 722間的撓性鉸鏈部 分791。被折疊時，線圈710、 711重疊以形成多線圈電感器。電容器 形成在一個基板部分722上，且分段式電容極板740設(shè)置在由電感器 線圈711所包圍的區(qū)域中。基板721、 722的一個或兩個部分可包括穿 孔790，以允許設(shè)置在線圈710、 711間的傳感器材料(未示出)暴露 于被分析物或其他被感測的環(huán)境條件。實現(xiàn)負(fù)型或正型傳感器和/或形 成諧振電路的合適電連接可通過使用互連器795而獲得。
在圖7B示出的另一個實施例中，諧振電路/傳感器701包括具有 多個線圈751-755的電感器，該多個線圈751-755形成在五個柔性基板 部分761-765上。每個基板部分761-765均為裝置701的電感器提供一 個線圈751-755。線圈751-755可全部形成在基板部分761-765的一側(cè)， 或如示出的那樣，其一半形成在基板部分761-765的每側(cè)?；宀糠?761-765通過使裝置701在撓性鉸鏈772-775處以鋸齒形的方式折疊而 疊堆，從而形成螺線管形的電感器，該電感器與電容器耦合，該電容 器具有形成在基板部分761的其中之一上的極板780、 781。不包括電 容極板780、 781的基板部分可選地具有通孔766-769。
在一些實施例中，傳感器材料(未示出)設(shè)置在一個或多個基板 部分761至765之間。如果基板部分761-765包括通孔766-769，則傳 感器材料沿基板部分761-765的周邊設(shè)置。
使用能夠無線訪問結(jié)合了電感式傳感器的諧振電路的訊問器電 路，來實現(xiàn)上述通過電感式傳感器的遙感。圖8的框圖示出了遙感系統(tǒng)850,其包括訊問器830 (本文中也表述為讀出器)和諧振電路820， 該諧振電路820具有與電感式傳感器812耦合的電容器826。訊問器 830包括射頻(RF)源834和諧振分析儀836。
訊問器830包括將RF信號傳輸?shù)街C振電路820的天線832。諧振 電路820吸收和反射接近電路820諧振頻率的RF能量。訊問器830可 被構(gòu)造用于檢測由諧振電路820吸收和/或反射RF能量引起的傳輸信 號的變化。訊問器信號的變化可歸因于通過諧振電路820進(jìn)行的能量 的吸收/反射和/或通過諧振電路820反射的信號的檢測，此處被稱為諧 振電路信號。
電感式傳感器812被設(shè)計為通過改變傳感器812的電感值而響應(yīng) 某些相關(guān)參數(shù)。諧振電路820的電感值的變化改變了電路820的諧振 頻率。這種頻率變化可通過訊問器830的諧振分析儀836進(jìn)行檢測。
圖9示出了訊問器分別在時間tl和t2時獲得的頻率掃描而產(chǎn)生的 信號910、 920。當(dāng)諧振電路/傳感器存在于訊問器附近時，信號910、 920由訊問器產(chǎn)生。信號910包括與諧振電路在時間tl時的初始諧振 頻率相關(guān)的特征911。在電感式傳感器的線圈之間的距離增長約20(^m 后，信號920呈現(xiàn)出信號特征921，該信號特征921與諧振電路/傳感 器在時間t2時的諧振頻率相關(guān)。比較信號特征911、 921可顯示出約 3MHz的諧振電路諧振頻率的下移。圖10示出了隨電感器線圈之間距 離變化的諧振頻率的曲線圖。
傳感器使用水凝膠作為傳感器材料，例如前文所述的pVA-pAA水 凝膠，以允許無線監(jiān)測水分吸收和/或pH。圖IIA示出了在潤濕裝置 后隨時間變化的諧振頻率的曲線圖。由于水分被傳感器材料吸收，因 此傳感器的諧振頻率下移。圖IIA所示的結(jié)果表示吸收的最終飽和度。 圖11B的曲線圖示出了隨著在電感式傳感器中使用的水凝膠傳感器材 料的一種具體制劑的變化的pH而發(fā)生的諧振電路頻率的改變。
18在一些具體實施中，可同時監(jiān)測多個電感式傳感器。例如，可在 諧振電路中結(jié)合電感式傳感器，該諧振電路具有有利于對傳感器無線 監(jiān)測的不同諧振頻率。多個傳感器可被構(gòu)造為響應(yīng)不同感測參數(shù)或響 應(yīng)同一感測參數(shù)。在一些實施例中，電感式傳感器可在空間上分布于 相關(guān)區(qū)域。可對傳感器進(jìn)行監(jiān)測，以獲得關(guān)于相關(guān)區(qū)域上的一個或多 個感測參數(shù)變化的信息。可無線訪問的空間分布的傳感器的使用(在 多方面均可與本文所公開的電感式傳感器結(jié)合使用)在共同擁有的、
提交于2006年5月16日的美國專利申請No.l 1/383652中進(jìn)行了描述， 該專利申請以引用的方式并入本文。
在一些具體實施中，如本文所述的結(jié)合了電感式傳感器的諧振電 路，其產(chǎn)生的信號可通過多種條件而改變，該多種條件影響讀出電路 和訊問器之間的電感耦合和/或電路的電特性。例如，傳感器信號可受 到除相關(guān)感測參數(shù)之外的因素影響，例如定位和/或傳感器電路與訊問 器間的距離、電磁干擾、鄰近金屬材料、放入傳感器電路和訊問器間 的材料、溫度變化、受潮或鄰近水，和/或其他因素。
參考信號可用來說明由上述干擾源所造成的傳感器電路信號中的 量度對量度的變化。在一個實施例中，為了定位和/或距離，可基于參 考信號將由傳感電路產(chǎn)生的信號標(biāo)準(zhǔn)化。如果干擾作用超過了質(zhì)量量 度的要求，則可開始進(jìn)入報警狀態(tài)。
圖12示出了遙感系統(tǒng)1200。遙感系統(tǒng)1200包括無線耦合到訊問 器1210的讀出電路1220和參考電路1230。使用由參考電路1230產(chǎn)生 的信號通過訊問器1210可解析讀出電路1220的諧振頻率的變化。
現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖13A，參考電路1330和傳感器電路1320可包括諧振電 路，以提供根據(jù)某些實施例的無線訪問。參考電路1330具有與傳感器 電路1320的諧振頻率截然不同的諧振頻率。在這種構(gòu)造中，可使用訊問器1310通過訊問器天線1311對參考電路信號和傳感器電路信號進(jìn) 行遠(yuǎn)程檢測。參考電路1330可采用與電感式傳感器裝置1320所采用 的相類似的電感器，但其具有電感器線圈之間的固定間隙或使裝置處 于展開狀態(tài)。由參考電路1330產(chǎn)生的信號可用于校正傳感器電路信號 的誤差，其包括由上述干擾源所產(chǎn)生的誤差。
圖13B示出了由訊問器1310檢測到的傳感器和參考電路1320、 1330的諧振電路信號。圖13B描述了由讀出電路1320和參考電路1330 產(chǎn)生的信號1350、 1360，該信號通過訊問器1310，分別在時間ti和t2 響應(yīng)于頻率掃描。時間t,的信號1350包括信號特征1351，該信號特征 1351由傳感器電路1320產(chǎn)生，并且與傳感器電路1320的初始諧振頻 率相關(guān)。時間t2的信號1360包括信號特征1361，該信號特征1361由 傳感器電路1320產(chǎn)生，并且與相關(guān)感測參數(shù)變化后的傳感器電路1320 的諧振頻率相關(guān)。比較信號1350、 1360可顯示出由讀出電路1320產(chǎn) 生的信號特征1351、 1361隨感測條件而發(fā)生的頻率變化。信號1350 和1360也呈現(xiàn)了分別在時間h和12由參考電路1330產(chǎn)生的信號特征 1370、 1371。這些信號特征1370、 1371與參考電路1330的諧振頻率 相關(guān)，基本上保持不變。應(yīng)當(dāng)理解，盡管此實例描述了由暴露到感測 條件而引起的諧振頻率下移，但在其他構(gòu)造中，暴露到感測條件可引 起諧振頻率的上移。
在圖13B所示的曲線圖中，參考電路諧振頻率在時間^和t2時保
持不變，這表明傳感器電路信號可能不受干擾的影響。參考電路的諧 振頻率隨時間的變化表明傳感器信號可能需要補(bǔ)償。
有關(guān)用于遙感的參考信號的使用的其他細(xì)節(jié)在共同擁有的、提交 于2006年5月16日的美國專利申請No.11/383652中進(jìn)行了描述，該
專利申請以引用的方式并入本文。
圖14A-C描述了根據(jù)一個實施例的制備諧振傳感器電路的方法。面圖。圖14B示出了從橫截面B-B'截 取的傳感器的剖視圖。如圖14A和圖14B的平面圖和剖視圖分別所示， 具有集成電容器的雙線圈電感器的合適圖案形成在諸如聚酰亞胺-銅 (PI-Cu)箔之類的平面柔性基板1420上。形成電感器線圈1410、 1411， 以使得第一線圈1410的一端連接至第二線圈1411的另一端。鉸鏈由 線圈1410、 1411間的PI-Cu基板1420上的變薄部分1450形成。傳感 器材料1430(例如水凝膠)相對于第一線圈和第二線圈定位。穿孔1480 可任選地穿過PI-Cu基板1420形成，以允許將傳感器材料1430暴露到 被分析物或相關(guān)的環(huán)境條件。 一種或多種通孔連接1490用于促進(jìn)穿過 基板1420的電連接。電感式傳感器的雙線圈構(gòu)造通過在變薄的鉸鏈 1450處折疊平面基板1420而實現(xiàn)，如圖14C中的箭頭所示。傳感器材 料1430的尺寸變化改變了線圈1410、 1411間的間隙距離和電路的電 感。圖14A-C中所示的構(gòu)造提供了允許使用標(biāo)準(zhǔn)的、基于光刻技術(shù)的 方法來制造電感式傳感器的裝置結(jié)構(gòu)。
圖15A-H更詳細(xì)地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的、用于制備電感式 傳感器和諧振電路的示例性方法。利用圖15A-H中所示的方法，可使 用聚酰亞胺-銅膜和基于光刻法的技術(shù)批量制造電感式傳感器和諧振電 路，但作為另一種選擇，也可以采用除光刻法之外的其他技術(shù)和/或替 代的材料。圖15A-H示出了一種傳感器裝置的制造方法?？衫孟率?技術(shù)，在一體式基板上制造多個裝置，該基板隨后被切割，以將裝置 分開。
使用第一掩膜，使涂覆在50|im厚的PI箔1520上的15pm厚的銅 膜1510圖案化，以形成平行極板電容器的電極1580(圖15A和圖15B)。 用作流體被分析物通道的通孔1590和用于電路的通孔接觸的孔1595， 是在聚酰亞胺(PI)基板1520內(nèi)制造的(圖15C)。通孔1590和/或通孔 接觸孔1595的形成可通過(例如)在具有40重量。/。KOH和20重量n/。 乙醇胺的水溶液中用濕法腐蝕來實現(xiàn)。乙醇胺的使用可在被蝕刻的孔 內(nèi)提供減小的錐度，減小的錐度促進(jìn)了獲得大開放區(qū)域的能力，在該區(qū)域中，感測元件更容易暴露到被分析物。如圖15D所示，將種子層
1530涂覆在PI基板1520上，以用于圖15E中所述的電鍍方法。種子 層1530可通過以下方法形成將約100nm的鈦膜鍍層為粘附層，然后 鍍層約lpm的銅膜。將層合在種子層1530銅表面上的聚甲基丙烯酸甲 酯(PMMA)光致抗蝕劑膜1540圖案化，以形成電感器線圈1545、第二 電容器電極1546、和通孔互連器1591的鍍銅的成型模具(圖15E)。 更粗的線圈提供更大的電感和更小的電阻，即更高的品質(zhì)因素。具有 約5(Him厚度的光致抗蝕劑用于實現(xiàn)鍍銅的4(Him的目標(biāo)高度。使用均 勻并且純化的添加劑在基于硫酸的浴中來執(zhí)行鍍銅。電鍍后蝕刻鈦/銅 種子層1530，以將電鍍結(jié)構(gòu)1545、 1546、 1591電分離(圖15F)。
再次蝕刻PI 1520，以制造變薄部分1521，從而形成撓性鉸鏈(圖 15G)。在基于K0H的蝕刻器中進(jìn)行2分鐘蝕刻，使PI 1520中的變 薄部分1521處的厚度為10pm。最終，約lpm厚的聚對二甲苯-CTM 共形的介電薄膜1570涂覆在裝置的整個表面上，以用于電氣保護(hù)(圖 15H)。
如前所述，可使用上文詳述的方法來同時形成固體膜，該固體膜 包括用于形成電感式傳感器的多個平面裝置。例如，可使用刀片或其 他分離技術(shù)，將單獨(dú)的裝置從固體膜上切割下來。
將單獨(dú)的裝置折疊，以將電感器線圈定位，從而使它們重疊?？?選地將尺寸敏感的傳感器材料在折疊前或折疊后設(shè)置在反向的基板部 分和/或線圈內(nèi)。通過選擇合適的傳感器材料，可以使用該裝置對多種 參數(shù)進(jìn)行感測。例如，諸如pVA-pAA、聚(AA-丙烯酸異辛基酯(IOA)) 和聚(甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)-AA)之類的水凝膠，其根據(jù)其環(huán)境的 pH而進(jìn)行溶脹/收縮。聚(3-磺基丙基甲基丙烯酸酯(SPMA)-IOA)和一些 基于pAA的水凝膠響應(yīng)于鹽濃度。聚(N-異丙基丙烯酰胺)(pNIPPAm) 是對溫度響應(yīng)的聚合物的例子?；诒脚鹚岬乃z的尺寸變化可與 葡萄糖濃度有關(guān)?？赏ㄟ^使用結(jié)合不同傳感器材料的多個傳感器裝置，來進(jìn)行對多 個化學(xué)/物理/生物參數(shù)的感測。例如，可通過使用分別與具有不同諧振
頻率的兩個分離裝置結(jié)合的pVA-pAA和聚(SPMA-IOA)，來進(jìn)行對pH 和鹽度的同時監(jiān)測?？?例如)在要監(jiān)測的目標(biāo)液體中放置裝置，該 裝置能夠通過遠(yuǎn)程訊問器進(jìn)行無線訊問，從而提供關(guān)于兩種參數(shù)的信 息。
使用上述方法制造的電感式傳感器可包括被構(gòu)造為在折疊后將電 感式傳感器固定在初始構(gòu)造中的機(jī)構(gòu)。圖16A-C示出了一個實施例， 其包括用于固定電感器的機(jī)構(gòu)?？墒褂蒙鲜鼋Y(jié)合圖15A-H的方法來形 成傳感器。圖16A示出了在將由PI基板的變薄部分形成的鉸鏈彎曲后 的初始條件下的傳感器。可使用諸如硅橡膠之類的軟彈性粘結(jié)材料 1610來連接與鉸鏈相對的基板末端。硅橡膠將電感式傳感器穩(wěn)定在初 始構(gòu)造中。圖16B示出了暴露到諸如被分析物之類的相關(guān)參數(shù)之前在 初始狀態(tài)下的電感式傳感器。將一片干燥的水凝膠1620放置在電感器 線圈1640間的間隙1630內(nèi)。水凝膠1620在暴露到被分析物之前是含 水的。暴露到被分析物或環(huán)境條件會引起水凝膠1620的溶脹或退脹， 從而引起電感器線圈1640間距離的變化，如圖16C所示。圖16C中的 虛線表示暴露到被分析物之前的裝置的頂部構(gòu)造。圖16C中的實線表 示由于暴露到被分析物而引起溶脹后的裝置的頂部構(gòu)造。
在一些實施例中，使用鎖閉機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)對傳感器的鎖閉，該鎖閉 機(jī)構(gòu)具有用于將裝置固定到初始構(gòu)造的補(bǔ)償部件。例如，補(bǔ)償部件可
被設(shè)置在基板的端部或邊緣上。在一個實施例中，補(bǔ)償部件被設(shè)置在 與鉸鏈相對的基板端部，但也可設(shè)置在其他位置。圖17A描述了折疊 前的電感式傳感器1700。該電感式傳感器1700包括位于基板一端的一 個或多個吊鉤1710。吊鉤1710被構(gòu)造為與基板相對端處的一個或多個 狹縫1711接合。吊鉤1710與狹縫1711的接合使得如圖17B所示的初 始構(gòu)造中的電感式傳感器鎖閉。結(jié)合圖15A-H所述的、基于光刻法的
23制造，會允許通過修改掩膜設(shè)計而增加具有從簡單式樣到復(fù)雜式樣的 鎖閉結(jié)構(gòu)。
如前文結(jié)合圖4B所述，發(fā)現(xiàn)具有特定組成的pVA-pAA水凝膠可 溶于水中，其僅在熱處理之后不溶解?？蓪⒃撊芙舛忍匦岳迷陔姼?式傳感器組件中。圖18A-D示出了這樣一種方法的例子。在該實施例 中，將一片可溶性水凝膠1810放置在基板1821、 1822相對部分間的 間隙內(nèi)。在基板1821、 1822的一個或兩個相對部分上制造的孔1830 為將傳感器材料1810暴露在水分中做好了準(zhǔn)備(圖18A)。
如圖18B所示，通過孔1830，用水1831潤濕水凝膠1810表面， 使水凝膠1810的潤濕區(qū)域溶解和軟化。通過在溶解的水凝膠1810干 燥時施加壓力1832，將水凝膠1810擠入孔1830內(nèi)，從而實現(xiàn)固化的 水凝膠1810與基板的相對部分1821、 1822間的物理連接。熱處理該 裝置，以使水凝膠1810不溶解。圖18C示出了熱處理后的裝置。
圖18D中示出的電感式傳感器示出了這樣的結(jié)構(gòu)，其中傳感器材 料1810相對于鉸鏈1850和基板部分1821、 1822定位，以提供放大水 凝膠位移1861的杠桿機(jī)構(gòu)，從而獲得基板部分1821、 1822的更大位 移1862。與無任何機(jī)械放大的裝置相比，基板部分1821、 1822的更大 位移1862造成了裝置電感值的更大變化和相對應(yīng)的更強(qiáng)信號。
根據(jù)另一個實施例的用于制備電感式傳感器的方法，涉及將液態(tài) 傳感器材料涂覆在多線圈裝置上，并使之干燥。例如，可將液態(tài)水凝 膠或其他液體形式的傳感器材料涂覆到多線圈裝置上，例如圖7B中所 示的折疊式多層裝置。水凝膠的粘度允許材料流入折疊層之間的空隙 內(nèi)。然后使水凝膠干燥。熱處理可選地取決于所使用的傳感器材料。 圖19中示出了所得的裝置。傳感器材料1920設(shè)置在線圈1910之間， 該線圈1910設(shè)置在基板1930上，該基板1930在一個或多個鉸鏈1950 處折疊。傳感器材料1920根據(jù)環(huán)境條件或暴露到被分析物而膨脹和收縮。傳感器材料1920的膨脹或收縮引起電感線圈1910間距離的變化。
可為本文所述的電感式傳感器預(yù)想出許多的應(yīng)用。在一個實例中， 可在傷口敷料或尿布中采用電感式傳感器，以確定傷口敷料或尿布的 含水量。對于這些產(chǎn)品而言，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠在不取下敷料的情況下， 確定敷料或尿布是否已達(dá)到水分極限。對更換傷口敷料或尿布的適當(dāng) 計時降低了使用者經(jīng)歷不舒適或有害情況的可能性。可使用結(jié)合了諧 振電路的裝置來遠(yuǎn)程監(jiān)測敷料或尿布的含水量，該諧振電路具有如本 文所述的電感式傳感器。該裝置能夠以批量的方式制造，并且不需要 諸如電池之類的內(nèi)部電源。這些因素降低了裝置的成本，使得該裝置 與一次性產(chǎn)品的結(jié)合變得實用。
圖20示出了與電感式傳感器2001相結(jié)合的傷口敷料2000。該敷 料2000包括被構(gòu)造用于放置在傷口區(qū)域2020上的吸收材料2010。傷 口敷料2000由透氣保護(hù)膜2030覆蓋。傷口敷料2000也包括水分傳感 器2001，該水分傳感器2001具有結(jié)合了如本文所述的電感式傳感器的 諧振電路。在一些實施例中，水分傳感器2001可放置在敷料2000的 吸收材料2010之內(nèi)、之上或附近。在其他實施例中，如圖20所示， 吸收材料2010可用作電感式傳感器的傳感器材料。當(dāng)吸收材料2010 吸收水分時，電感式傳感器2001的吸收材料2010膨脹，從而引起傳 感器2001電感的變化和諧振電路諧振頻率的相應(yīng)變化。諧振頻率的變 化可通過遠(yuǎn)程訊問器無線檢測。訊問器或其他電路可在達(dá)到水分極限 時發(fā)出警報，表明應(yīng)該更換敷料。如前文所述，訊問器可監(jiān)測多個傳 感器，該多個傳感器被制造為具有不同的初始諧振頻率，以感測多個 參數(shù)。多個傳感器的使用允許同時感測多個參數(shù)。作為另外一種選擇 或者額外地，可通過使用一個或多個傳感器作為基準(zhǔn)，來使用多個傳 感器以提供補(bǔ)償。
如前文所述，根據(jù)一些實施例，電感式傳感器不需使用傳感器材 料來改變電感器的尺寸。電感線圈之間間距的變化可由施加在一個或兩個線圈上的壓力而引起。未結(jié)合尺寸敏感材料的電感式傳感器的使 用將在以下兩個應(yīng)用例子中進(jìn)行描述。
鉸接的電感式傳感器可用于無線監(jiān)測諸如流體流之類的參數(shù)。圖
21A-B示出的一個實例，該實例使用了電感式傳感器2100來測量流過 柔性管2110的液體(如血液)的脈動流。在該應(yīng)用中，管2110由感 測裝置2100的第一基板部分2121和第二基板部分2122寬松地夾持。 圖21A-B中描述的感測裝置2120包括鎖閉機(jī)構(gòu)2130和鉸鏈2150，該 鎖閉機(jī)構(gòu)2130和鉸鏈2150有利于將裝置2100固定在管2110周圍。 管2110直徑的變化引起電感線圈2140、 2141間的距離變化。脈動液 體流引起管2110的直徑和裝置2100的諧振頻率的周期性變化。圖21A 示出了管2110具有第一直徑dj寸，時間ti處的裝置2100。圖21B示 出了管2110具有直徑d2時的，時間t2處的裝置2120。管2110的直徑 變化A d引起傳感器裝置2100諧振頻率的改變?？赏ㄟ^測量與管徑周 期性變化相對應(yīng)的諧振頻率的周期性變化頻率來確定流速。
在圖22所示的又一個示例性應(yīng)用中，傳感器裝置2210用于測量 通道2200中的流體流。傳感器裝置2210包括鉸鏈，并且在初始時被 折疊，以使得一個基板部分2202相對于另一個基板部分2201以初始 角度9()定位。 一個基板部分2202被固定在流體通道2200的內(nèi)壁2230 上。在由于流體流所造成的壓力使得自由基板部分2201被向下推動時， 兩個基板部分2201、 2202間的角度減小。相對于基板部分2201、 2202 的初始定位，低流速導(dǎo)致相對較小的角位移e ^相對于基板部分2201、 2202的初始定位，高流速導(dǎo)致相對較大的角位移62?；宀糠?201、 2202間的角位移的變化改變了傳感器的電感，從而引起諧振頻率的變 化。諧振頻率變化可通過遠(yuǎn)程訊問器無線訪問，并且與通道中的流速 相關(guān)。
上文對于本發(fā)明的各種實施例的描述，其目的在于進(jìn)行舉例說明 和描述。并非意圖詳盡列舉本發(fā)明或?qū)⒈景l(fā)明局限于所公開的精確形式?？梢园凑丈鲜鼋虒?dǎo)內(nèi)容進(jìn)行多種修改和更改。例如，本發(fā)明的實 施例可以在許多種應(yīng)用中得以實施。本發(fā)明的范圍不受所述具體實施 方式的限定，而僅受文中所附權(quán)利要求書的限定。
權(quán)利要求
1.一種電感式傳感器，包括電感器，包括一個或多個線圈，并且與電感相關(guān)；和傳感器材料，被構(gòu)造為通過所述傳感器材料的尺寸變化而響應(yīng)相關(guān)參數(shù)，所述傳感器材料定位在所述電感器的線圈內(nèi)，以使得所述傳感器材料的尺寸變化引起所述電感器的尺寸變化，所述電感器的尺寸變化改變所述電感器的電感。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其中將所述傳感器材料定位， 以使得所述傳感器材料的尺寸變化引起所述電感器的橫截面積變化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其中將所述傳感器材料定位， 以使得所述傳感器材料的尺寸變化引起所述電感器的長度變化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其中將所述傳感器材料定位， 以使得所述傳感器材料的尺寸變化引起所述電感器的兩個或更多個線 圈之間距離的變化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其中所述傳感器材料被設(shè)置在 所述電感器的至少兩個線圈之間，并且所述傳感器材料的尺寸變化引 起所述至少兩個線圈之間距離的變化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其中所述傳感器材料被設(shè)置在 所述電感器的至少兩個線圈之間，并且所述傳感器材料的尺寸變化引 起所述至少兩個線圈之間角度的變化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其中所述傳感器材料包含聚合物，所述聚合物能夠響應(yīng)所述相關(guān)參數(shù)的變化而膨脹或收縮。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其中所述傳感器材料包含水凝膠。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其中所述相關(guān)參數(shù)包括以下各 項中的至少一項溫度、濕度、pH、流體流、鹽度、溶劑成分、葡萄糖濃度、電場、光、和離子濃度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括電容器，該電容器電耦合到所述電感器以形成諧振電路，其中所述相關(guān)參數(shù)的變化引起所 述諧振電路的諧振特性的變化。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述電容器包括分段式 電極。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述線圈中的至少一個 被設(shè)置在柔性基板上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器，其中所述電感器的尺寸變化 包括所述柔性基板和所述至少一個線圈的彎曲。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器，還包括電容器，所述電容器 具有形成在所述柔性基板上和形成在至少一個線圈內(nèi)的電容性電極， 所述電容器電耦合到所述電感器，以形成諧振電路。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括鎖閉機(jī)構(gòu)，該鎖閉機(jī) 構(gòu)被構(gòu)造為將至少一個線圈相對于至少另一個線圈初始定位。
16. —種傳感器系統(tǒng)，包括-電感式傳感器，包括電感器，包括一個或多個線圈；3傳感器材料，被構(gòu)造為通過所述傳感器材料的尺寸變化而響 應(yīng)相關(guān)參數(shù)，所述傳感器材料定位于由所述電感器的線圈限定的區(qū)域 內(nèi)，以使得所述傳感器材料的尺寸變化引起所述電感器的尺寸變化， 從而引起所述電感器的電感的變化；和傳感器電路，電耦合到所述電感器以形成諧振電路，所述諧振電路具有取決于所述電感的諧振特性；以及訊問器，被構(gòu)造用于檢測所述諧振電路的諧振特性的變化并且根據(jù)所述諧振特性來分析所述相關(guān)參數(shù)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的傳感器系統(tǒng)，其中所述訊問器無線耦 合到所述電感式傳感器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的傳感器系統(tǒng)，其中所述諧振特性包括 諧振頻率。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的傳感器系統(tǒng)，還包括參考電路，所述 參考電路被構(gòu)造為生成可由所述訊問器檢測的參考信號，其中所述訊 問器被構(gòu)造為使用所述參考信號來校正由所述電感式傳感器生成的信 號中的誤差。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的傳感器系統(tǒng)，其中 所述電感式傳感器被設(shè)置在吸水敷料之內(nèi)或之上，所述吸水敷料被構(gòu)造用于放置在患者身上；所述相關(guān)參數(shù)包括水分；并且所述訊問器被構(gòu)造用于根據(jù)所述電感式傳感器的諧振特性來檢 測所述敷料中的水分。
全文摘要
一種電感式傳感器，其包括具有一個或多個線圈的電感器、和傳感器材料，所述傳感器材料被構(gòu)造為通過所述傳感器材料的尺寸變化而響應(yīng)相關(guān)參數(shù)。所述傳感器材料定位于所述電感器的線圈內(nèi)，以使得所述傳感器材料的尺寸變化引起所述電感器的尺寸變化。所述電感器的尺寸變化改變所述電感器的電感。
文檔編號H01F21/00GK101496121SQ200780026099
公開日2009年7月29日 申請日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者高畑憲一 申請人:3M創(chuàng)新有限公司