專利名稱：柔性電感式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由導(dǎo)電線圈形成并能感測相關(guān)參數(shù)的電感式傳感器， 該導(dǎo)電線圈通過柔性鉸鏈連接。
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(shí)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(如電感值、電 容值、或電阻值)隨相關(guān)參數(shù)的變化而變化?？蓪⑦@些傳感器結(jié)合到 傳感器電路中，以使由相關(guān)變化參數(shù)所引起的電路值的變化改變該傳 感器電路的輸出。
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)物件的存在和運(yùn)動。可將RFID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)明實(shí)現(xiàn)了這些需要以及其他需要， 并提供超越現(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 通過鉸鏈機(jī)械連接的導(dǎo)電線圈。該電感式傳感器的一個實(shí)施例包括含 有導(dǎo)電線圈并與電感相關(guān)的電感器。 一個或多個鉸鏈與線圈的一對或 多對機(jī)械連接。將被構(gòu)造為通過傳感器材料的尺寸變化來響應(yīng)相關(guān)參 數(shù)的傳感器材料相對于線圈進(jìn)行定位，以使該傳感器材料的尺寸變化 可以引起線圈中的至少第一個相對于線圈中的至少第二個發(fā)生位置上 的改變，并引起電感器的電感的變化。相關(guān)參數(shù)可以包括下列各項(xiàng)中 的至少一項(xiàng)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。
根據(jù)本發(fā)明的多個方面，線圈可設(shè)置在柔性基板上。鉸鏈可通過 折疊撓性材料形成。在一個具體實(shí)施中，線圈和鉸鏈設(shè)置在一體式基 板上，該一體式基板的變薄部分形成鉸鏈?？墒褂面i閉機(jī)構(gòu)對一個線 圈相對于另一個線圈以初始角度進(jìn)行定位。
例如，可將這些線圈以基本上平行的構(gòu)造進(jìn)行定位，每對平行線 圈之間具有一定的距離。位置的改變包括平行線圈之間距離的變化。
又如，兩個線圈可被定位為彼此成一角度。位置的改變包括線圈之間 角度的變化。
根據(jù)一些構(gòu)造，該傳感器材料(如水凝膠)被設(shè)置在線圈中的至 少一些之間。可將線圈中的至少一個設(shè)置在具有孔的基板上，該孔被 構(gòu)造用于使該傳感器材料暴露到相關(guān)參數(shù)。
該傳感器可以包括電連接到電感器以形成諧振電路的電容器。相 關(guān)參數(shù)的變化引起諧振電路諧振特性的變化，例如諧振頻率。
傳感器的另一個實(shí)施例包括含有導(dǎo)電線圈的電感器，每個導(dǎo)電線 圈均設(shè)置在平面基板上。 一個或多個鉸鏈與導(dǎo)電線圈中的至少一對機(jī) 械連接。對一個或多個鉸鏈的操作改變線圈的角度方向，從而引起電 感器電感的相應(yīng)變化。在一些具體實(shí)施中，將構(gòu)造為通過傳感器材料 的尺寸變化來響應(yīng)相關(guān)參數(shù)的傳感器材料相對于線圈進(jìn)行定位，以使 該傳感器材料的尺寸變化引起一個或多個鉸鏈的操作。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，傳感器材料被設(shè)置在導(dǎo)電線圈之間。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例涉及傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有與電感 相關(guān)的導(dǎo)電線圈的電感式傳感器。 一個或多個鉸鏈與導(dǎo)電線圈中的至 少一對機(jī)械連接。將構(gòu)造為通過傳感器材料的尺寸變化來響應(yīng)相關(guān)參數(shù)的傳感器材料相對于線圈定位，以使該傳感器材料的尺寸變化引起 線圈中的至少第一個相對于線圈中的至少第二個發(fā)生位置上的改變。 所述位置上的改變引起電感器的電感的改變。將電容器電連接到電感 器以形成諧振電路，該諧振電路具有取決于電感的一種或多種諧振特 性。傳感器系統(tǒng)還包括可無線連接到該電感式傳感器的訊問器。所述 訊問器被構(gòu)造用于檢測諧振電路的諧振特性的變化。
本發(fā)明的又一個實(shí)施例涉及用于制備電感式傳感器的方法。在平 面基板的第一部分上形成由導(dǎo)電材料制成的第一線圈，該基板具有至 少第一部分、第二部分、以及連接該第一部分和第二部分的鉸鏈部分。 在基板的第二部分上形成由導(dǎo)電材料制成的第二線圈，第二線圈電連 接到第一線圈。將傳感器材料相對于基板定位，該傳感器材料被構(gòu)造 為通過該傳感器材料的尺寸變化來響應(yīng)相關(guān)參數(shù)。將基板在鉸鏈部分 折疊，以使傳感器材料被設(shè)置在第一線圈和第二線圈之間，并且第一 線圈和第二線圈形成電感器的線圈。
根據(jù)一個方面，平面基板包括孔，例如由基板穿孔所形成的孔。 這些孔可以使傳感器材料暴露到相關(guān)參數(shù)。
可在平面基板上形成電極，從而當(dāng)平面基板被折疊時，形成電容 器的相對極板。電容器與電感器電連接，以形成諧振電路。例如，可 以在其中線圈的一個之內(nèi)、基板的第一部分或第二部分的相對側(cè)上形 成電容器的相對極板?？梢苑侄涡问叫纬上鄬O板的一個或多個，以 減小渦電流。
可在基板的附加部分上形成由導(dǎo)電材料制成的附加線圈，使每個 附加線圈均與第一線圈和第二線圈電連接?；蹇砂ㄟB接基板附加 部分的附加鉸鏈部分?？赏ㄟ^(諸如)扇形折疊的方式在附加鉸鏈部 分處折疊基板。當(dāng)基板被折疊時，使用上述附加線圈可形成多匝電感 器。根據(jù)本發(fā)明的某些方面，平面基板可包含聚酰亞胺，而傳感器材 料可包含水凝膠?？赏ㄟ^降低鉸鏈部分的厚度來形成鉸鏈部分，以增 加鉸鏈的柔韌性。電感器的線圈的形成可使用光刻法來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一些方面，可在基板上形成鎖閉機(jī)構(gòu)。該鎖閉機(jī)構(gòu) 可在折疊后進(jìn)行接合，以將線圈以初始角度取向鎖閉。
本發(fā)明的以上概述并非旨在描述本發(fā)明的每個實(shí)施例或本發(fā)明的 每種具體實(shí)施。結(jié)合附圖并參照下文的具體實(shí)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1B分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電感式傳感器的側(cè)視 圖和剖視圖，該電感式傳感器使用在初始狀態(tài)或在相關(guān)參數(shù)變化之前 的可以以尺寸響應(yīng)的傳感器材料；
圖1C和1D分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電感式傳感器的側(cè)視 圖和剖視圖，該電感式傳感器采用在相關(guān)參數(shù)已經(jīng)發(fā)生變化后的終止 狀態(tài)的可以以尺寸響應(yīng)的傳感器材料；
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無傳感器材料的鉸接電感式傳
感器；
圖2B和2C示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制成的可以以尺寸響應(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(shí)施例在將線圈定位并將傳感器材料設(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3D為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在傳感器材料的尺寸變化之前和 之后的電感式傳感器的示意性剖視圖；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4B為示出對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值變化的膨脹/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(shí)施例結(jié)合了電感式傳感器的諧振電路的示
意圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)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中無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(shí)施例的包括基板內(nèi)的分段式電容器電 極和孔的諧振電路/傳感器；
圖6D和圖6E分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電連接為負(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(shí)施例的包括具有設(shè)置在單個可折疊基 板上的多個同心線圈的電感器的諧振電路/傳感器；
圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括具有在五個柔性可折疊基 板部分上形成的多個線圈的電感器的諧振電路/傳感器；
圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的遙感系統(tǒng)的框圖9為示出了訊問器分別在時間h和t2通過頻率掃描獲得產(chǎn)生信 號的曲線圖，并且該圖指出了諧振電路的諧振頻率的下移；
圖IO示出了諧振頻率隨電感器線圈之間的距離變化的曲線圖。
圖IIA示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)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變化的曲線圖11B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的諧振電路的頻率相對于pH值 變化的曲線圖，該諧振電路包括使用一種水凝膠傳感器材料的具體配 制物的電感式傳感器；
圖12為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合了參考電路和傳感器電路的遙感系 統(tǒng)的框圖；圖13A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括諧振參考電路和諧振傳感器電 路的感測系統(tǒng)的示意圖13B為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的訊問器分別在時間t!和{2通過 頻率掃描獲得的產(chǎn)生信號的曲線圖，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(shí)施例用于制備電感式傳感器的方
法；
圖15A-15H示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例使用光刻技術(shù)制備電感式傳 感器的方法；
圖16A-16C示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括用于在初始定位固定 傳感器的機(jī)構(gòu)的電感式傳感器；
圖17A-17B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括鎖閉機(jī)構(gòu)的電感式傳
感器；
圖18A-18D示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的提供了擴(kuò)大傳感器材料位
移的杠桿機(jī)構(gòu)的非對稱電感式傳感器結(jié)構(gòu)；
圖19示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于制備電感式傳感器的使用液體
傳感器材料涂覆可折疊的多線圈傳感器的方法；
圖20示出了采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的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(shí)施例的脈動流量傳感器；以及 圖22示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的被構(gòu)造用于測量通道中流體流的
電感式傳感器。
雖然本發(fā)明可具有多種修改形式和替代形式，其具體特點(diǎn)已在圖 中以舉例的方式示出，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(shí)施例。相反，其目的在于涵蓋由所附權(quán)利 要求書限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改形式、等同形式和替代形式。
具體實(shí)施例方式
在以下有關(guān)示例性實(shí)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(shí)施本發(fā)明的各種實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以利用這些實(shí)施例，并可 以進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的更改。
本發(fā)明的實(shí)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(shí)施中，電感式傳感器的電感值改 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時或在具體被分析物變化之后發(fā)生改變。 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)?？梢允褂酶鶕?jù)本文所述實(shí)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(shí)施中，電感式傳感器結(jié)合了傳感器材料，該傳感器 被定位為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 的尺寸變化引起電感器的電感值發(fā)生改變。在一些具體實(shí)施中，電感 式傳感器包括至少兩個線圈和機(jī)械連接這些線圈的鉸鏈。對鉸鏈的操 作可改變感應(yīng)線圈間的距離，并引起電感器電感的相應(yīng)改變。在其他 具體實(shí)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 鉸接電感式傳感器結(jié)合使用。
在這些和其他具體實(shí)施中，電感式傳感器可用作諧振電路中的元 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 振電路的諧振特性的相應(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1B分別示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)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111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)連接電感器線圈的材料的磁導(dǎo)率、匝數(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
尺寸變化來響應(yīng)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IOO具有初始構(gòu)造， 其包括初始長度lo、初始直徑w。、初始面積Ao和每對線圈間的初始距 離d()。圖1C和1D示出了暴露到參數(shù)變化之后的電感式傳感器100的 側(cè)視圖和剖視圖。由于傳感器材料120的膨脹，引起長度h、直徑wp 面積Ap或線圈111間的距離A中的一種或多種發(fā)生改變，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 器線圈間的距離中的任何一種或多種發(fā)生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，使其顯示由于相關(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含水凝膠，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(shí)施例。在該實(shí)施例中，傳感 器材料是可選的?？扇芜x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e，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可以包括彈簧或其他機(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(shí)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(shí)施例中，傳 感器材料240可設(shè)置在由線圈210、 211所形成的角9的內(nèi)部。傳感器 材料240的尺寸變化在線圈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(shí)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示出了沒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、 311間的距離do。傳感器材料330對于具體的相關(guān)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,，使線 圈310、 311間產(chǎn)生距離dp作為另外一種選擇，在一些具體實(shí)施中， 傳感器材料330可在暴露到感測參數(shù)后從初始厚度t。收縮，從而使線 圈310、 311更接近。
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中的電流向相同方向流動。由正型裝置的線圈 310、 311產(chǎn)生的磁場是相加的，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，而在線圈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 裝置的上線圈和下線圈中的電流向相反方向流動。在這種構(gòu)造中，由 一個線圈中的電流流動所產(chǎn)生的磁場減弱由相對線圈中的電流流動所 產(chǎn)生的磁場。磁場抵消在線圈間產(chǎn)生負(fù)互感。負(fù)型裝置的總電感在線 圈靠近時降低，而在線圈分離時增加。
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匝銅線圈電感器的電感變化，該電感器 具有約200pm的導(dǎo)線直徑，約6mm的線圈長度，約6mm的線圈直徑， 以及約1.8 nH的初始電感Lo。將電感器浸泡在聚(乙烯醇)-聚(丙烯 酸)(pVA-pAA)水凝膠中，從而使水凝膠涂覆電感器的銅線。這種構(gòu)造 的裝置可用來顯示pH值和水分含量感測。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沒有熱處理時可溶于水中。例如， 含3重量。/。.pVA和6重量。/。.PAA的水凝膠，當(dāng)對其在13(TC熱處理10 分鐘或更長時間時，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y。.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分別示出了含3重量。/。.pVA和 6重量。/。.PAA的水凝膠在130'C熱處理20分鐘的標(biāo)準(zhǔn)化收縮和膨脹曲 線。曲線420、 421分別示出了含12重量。/o.pVA和1.5重量。/。.pAA的 水凝膠的標(biāo)準(zhǔn)化收縮和膨脹曲線?？稍谂蛎浐褪湛s曲線410、 411、 420、421中觀察到的滯后現(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(shí)施例中，電感式傳感器可與電容器連接以形成諧振儲能 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。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， 該檢測器電路可通過有線或無線連接方式連接到該諧振電路。
通過無線連接的遙感可特別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)合在一起的 諧振電路的元件。
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)計為在特定頻率諧振，該頻率取決 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，可將附 加電路(未示出)連接到諧振電路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RFID裝置。沒有附加電路來輸出ID代碼 的裝置一般被稱為EAS裝置。EAS裝置被設(shè)計來吸收和干擾電磁(EM) 場，如由讀出器發(fā)出的RF場。EM場的干擾可由讀出器檢測，并被解 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(shí)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。該電感式傳感器對一個或多個 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，由于電感變化而改變的諧振特性可以包括諧振頻率、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(shí)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)變化進(jìn)行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(shí)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(shí)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。該電 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)置在其中一個基板620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(shí)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的操作允許對電感器線圈 610、 611定位，使得它們彼此重疊。可以尺寸響應(yīng)的傳感器材料(未 示出)可相對于線圈610、 611定位，以使傳感器材料的尺寸變化引起 線圈靠近或遠(yuǎn)離。 一些實(shí)施例采用孔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。
一體式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分成多個部分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示出了具有電容器極板640 的負(fù)型裝置，該電容器極板640形成在線圈610所包圍區(qū)域外的一個 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 線圈610、 611中電流流動產(chǎn)生的磁場抵消而產(chǎn)生負(fù)互感。這種負(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，并且而在線 圈610、 611彼此遠(yuǎn)離時增大。
圖6E示出了正型裝置。當(dāng)將基板660折疊以使基板部分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(shí)施例中，電感式傳感器的電感器可包括多個線圈，如圖 7A和7B中所示。附加線圈的使用可提供增加的額定電感，這有利于 實(shí)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，且分段的電容極板740設(shè)置在由電感器線圈711所 包圍的區(qū)域中?；?21、 722的一個或兩個部分可包括孔790，以允 許使設(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(shí)現(xiàn)負(fù)型或正型電感器和/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(shí)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可通過在撓性鉸鏈772-775處以鋸齒形方式折疊裝置701而堆 疊，從而形成螺線管形的電感器，該電感器與電容器連接，該電容器 具有在其中一個基板部分761上形成的極板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(shí)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。
可以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(shí)現(xiàn)通過上述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連接的電容器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吸收并反射接近電路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所吸收和/或所反射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) 某相關(guān)參數(shù)。諧振電路820電感值的變化改變電路820的諧振頻率。 這種頻率改變可通過訊問器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t,和t2通過頻率掃描獲得的產(chǎn)生信 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 就會由訊問器產(chǎn)生。信號910包括諧振電路在時間^時與初始諧振頻 率有關(guān)的特征911。信號920呈現(xiàn)出在電感式傳感器的線圈間距離增大 約200pm后與諧振電路/傳感器在時間t2的諧振頻率有關(guān)的信號特征 921。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IO示出了諧振頻率隨電感器線圈間距離變化的曲線圖。
使用水凝膠作為傳感器材料，如前文所述pVA-pAA水凝膠，的傳 感器可以允許無線監(jiān)測水分吸收和/或pH。圖IIA示出了在潤濕該裝 置后諧振頻率隨時間變化的曲線圖。隨著水分被傳感器材料所吸收， 傳感器的諧振頻率下降。圖11A所示結(jié)果表示吸收的最終飽和度。圖 11B的曲線圖示出了隨不同pH值而發(fā)生的諧振電路頻率改變，該pH 值是用于諧振電路中的一種具體制劑的水凝膠傳感器材料的pH值。
在一些具體實(shí)施中，可同時監(jiān)測多個電感式傳感器。例如，可將 這些電感式傳感器結(jié)合在具有不同諧振頻率的諧振電路中，以方便對 這些傳感器的無線監(jiān)測。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)相同感測參數(shù)。在一些實(shí)施例中，電感式傳感器可在空間上分布 于相關(guān)區(qū)域上。可對傳感器進(jìn)行監(jiān)測，以獲得相關(guān)區(qū)域上的一個或多 個感測參數(shù)變化的信息?？蔁o線訪問的空間分布的傳感器的使用，其 可與本文所公開電感式傳感器結(jié)合使用的多個方面，在提交于2006年5月16日的共同擁有的美國專利申請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。
在一些具體實(shí)施中，由結(jié)合了如本文所述電感式傳感器的諧振電 路所產(chǎn)生的信號可以因影響讀出電路和訊問器間電感耦合和/或該電路 電特性的多種條件而改變。例如，傳感器信號可以受到除相關(guān)感測參 數(shù)外的因素影響，例如定位和/或傳感器電路與訊問器的間距、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(shí)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。如果干擾作用超過質(zhì)量測量 要求，則可啟動報警狀態(tài)。
圖12示出了遙感系統(tǒng)1200。遙感系統(tǒng)1200包括無線連接到訊問 器1210的讀出電路1220和參考電路1230?？捎墒褂糜蓞⒖茧娐?230 所產(chǎn)生信號的訊問器1210解析讀出電路1220的諧振頻率變化。
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(shí)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，參考電路 信號和傳感器電路信號均可由訊問器1310通過訊問器天線1311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， 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。在時間^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)。在時間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^和12由參考電路1330所產(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，盡管此例描述了由于暴露到感 測條件而引起諧振頻率下降，但在其他構(gòu)造中，暴露到感測條件可引 起諧振頻率上升。
在圖13B所示的曲線圖中，參考電路諧振頻率在時間t,和t2時保 持相同，這表明傳感器電路信號可能不受干擾影響。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.11/383640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(shí)施例的制備諧振傳感器電路的方法。 圖14A示出了傳感器展開的平面圖。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， 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?？?480可任 選地穿過PI-Cu基板1420形成，以使傳感器材料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(shí)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(shí)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 代材料。圖15A-H示出了一種傳感器裝置的制造方法?？衫孟率黾?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50pm厚的PI箔1520上的15jmi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15B)。 用作流體被分析物通道的通孔1590和用于電路的導(dǎo)通接觸的孔1595， 是在聚酰亞胺(PI)基板1520中制造的(圖15C)。通孔1590和/或?qū)?接觸孔1595的形成可通過，例如在具有40重量n/。.KOH和20重量％. 乙醇胺的水溶液中用濕法腐蝕來實(shí)現(xiàn)。乙醇胺的使用可在被蝕刻的孔 內(nèi)提供減小的錐度，這有助于能夠獲得大的開口區(qū)域，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中所述的電鍍處理。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和導(dǎo)通互連器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50nm厚度的 光致抗蝕劑用于實(shí)現(xiàn)距鍍銅40pm的目標(biāo)高度。使用均勻且純化的添加劑在基于硫酸的浴中進(jìn)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，以制成變薄部分1521，從而形成撓性鉸鏈(圖 15G)。在基于KOH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，將約lpm厚的聚對二甲苯-CTM 的共形介電薄膜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，使它們重疊?？蛇x地 將尺寸敏感的傳感器材料在折疊前或折疊后設(shè)置在相對的基板部分和/ 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值而 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)。
可通過使用結(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 值和鹽度的同時監(jiān)測。可以，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(shí)施例，
其包括用于固定傳感器的機(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 的初始狀態(tài)下的傳感器。與鉸鏈相對的基板的末端可使用諸如硅橡膠 之類的軟彈性粘結(jié)材料1610來連接。硅橡膠將電感式傳感器穩(wěn)定在初 始構(gòu)造中。圖16B示出了在暴露到諸如被分析物之類的相關(guān)參數(shù)之前 的初始狀態(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之間的間隙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 中的虛線表示在暴露到被分析物之前的裝置的頂部構(gòu)造。圖16C中的 實(shí)線表示在由于因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(shí)施例中，使用鎖閉機(jī)構(gòu)來實(shí)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。在一個實(shí)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制造， 允許通過修改掩膜布局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。可將該溶解度特性用在電感式 傳感器組件中。圖18A-D示出了這樣一種方法的例子。在該實(shí)施例中， 將一片可溶水凝膠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加工的孔1830為將傳感器材料1810暴露在水分中做好準(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(shí)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應(yīng)的更強(qiáng)信號。
根據(jù)另一個實(shí)施例的用于制備電感式傳感器的方法，涉及用液態(tài) 傳感器材料涂覆多線圈裝置，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，如圖7B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。根據(jù)所使用的傳感器材料，熱處理是可選的。圖19中示 出了所得到的裝置。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設(shè)想出許多應(yīng)用。在一個實(shí)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?？墒褂媒Y(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成本，使得該裝置與一 次性產(chǎn)品的結(jié)合變得實(shí)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)造為放置在傷口區(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還包括水分傳感器 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(shí)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(shí)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，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，可通過使用傳感器的一個或多個作為基準(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(shí)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線圈的 一個或兩個上的壓力而引起。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(shí)例使用電感式傳感器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間距離的變化。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示出當(dāng)管2110 具有第一直徑山時，在時間t,處的裝置2100。圖21B示出了當(dāng)管2110 具有直徑d2時，在時間t2處的裝置2120。管2110直徑的變化Ad引起 傳感器裝置2100諧振頻率的改變。可以通過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，以使一個基板部分2202相對于另一個基板部分2201成初始角 度0()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9 t。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e 2?；宀糠?201、 2202間的角位移的變化改變傳感器的電感，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(shí)施例的描述，其目的在于舉例說明和描 述，并非意圖窮舉本發(fā)明或?qū)⒈景l(fā)明局限于所公開的精確形式?？梢?按照上述教導(dǎo)內(nèi)容進(jìn)行多種修改和更改。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可以 在許多種應(yīng)用中得以實(shí)施。本發(fā)明的范圍不受所述具體實(shí)施方式
的限 定，而僅受所附權(quán)利要求書的限定。
權(quán)利要求
1. 一種傳感器，包括電感器，包括導(dǎo)電線圈并且與電感相關(guān)；一個或多個鉸鏈，與所述線圈的一對或多對機(jī)械連接；以及傳感器材料，被構(gòu)造為通過所述傳感器材料的尺寸變化來響應(yīng)相關(guān)參數(shù)，所述傳感器材料相對于所述線圈定位，以使所述傳感器材料的尺寸變化引起所述線圈中的至少第一個相對于所述線圈中的至少第二個發(fā)生位置上的改變，并引起所述電感器的電感變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l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。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器材料，其中所述一個或多個鉸鏈 包括撓性材料的折疊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其中所述線圈和所述鉸鏈被設(shè) 置在一體式基板上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器，其中所述一體式基板為柔性的， 并且所述鉸鏈包括所述一體式基板的變薄部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，還包括鎖閉機(jī)構(gòu)，所述鎖閉機(jī) 構(gòu)被構(gòu)造為使所述第一線圈相對于所述第二線圈以初始角度定位。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其中所述線圈被定位為基本上平行的構(gòu)造，所述構(gòu)造在每對平行線圈 之間具有一定的距離；以及所述位置上的改變包括所述平行線圈之間距離的變化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其中 所述線圈中的至少兩個被定位為彼此成一角度；以及 所述位置上的改變包括所述角度的變化。
9. 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)置在所述線圈中的至少一些之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述傳感器材料包括水凝膠。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中至少一個線圈被設(shè)置在 具有孔的基板上，所述孔被構(gòu)造為使所述傳感器材料暴露到所述相關(guān) 參數(shù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述相關(guān)參數(shù)包括下列各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)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。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述傳感器包括電連接到所述電感器以形成諧振電路的電容器，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。
14. 一種傳感器，包括電感器，包括導(dǎo)電線圈，每個導(dǎo)電線圈被設(shè)置在平面基板上；以及一個或多個鉸鏈，與所述導(dǎo)電線圈中的至少一對機(jī)械連接，以使 所述一個或多個鉸鏈的操作改變所述線圈的角度取向，從而引起所述 電感器的電感的相應(yīng)變化。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器，還包括傳感器材料，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來響應(yīng)相關(guān)參數(shù)， 所述傳感器材料相對于所述線圈定位，以使所述傳感器材料的尺寸變 化引起所述一個或多個鉸鏈的操作。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器，其中所述傳感器材料被設(shè)置在所述導(dǎo)電線圈之間。
17. —種傳感器系統(tǒng)，包括 電感式傳感器，包括電感器，包括導(dǎo)電線圈并且與電感相關(guān)；一個或多個鉸鏈，與所述線圈的一對或多對機(jī)械連接；以及 傳感器材料，被構(gòu)造為通過所述傳感器材料的尺寸變化來響 應(yīng)相關(guān)參數(shù)，所述傳感器材料相對于所述線圈定位，以使所述傳感器 材料的尺寸變化引起所述線圈中的至少第一個相對于所述線圈中的至 少第二個發(fā)生位置上的改變，并引起所述電感器的電感變化；以及傳感器電路，與所述電感器電連接以形成諧振電路，所述諧 振電路具有取決于所述電感的一種或多種諧振特性；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。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的傳感器系統(tǒng)，其中所述訊問器與所述 電感式傳感器無線連接。
19. 一種用于制備電感式傳感器的方法，包括-在平面基板的第一部分上形成由導(dǎo)電材料制成的第一線圈，所述基板具有至少第一部分、第二部分、以及連接所述第一部分和第二部 分的柔性鉸鏈部分；在所述基板的第二部分上形成由導(dǎo)電材料制成的第二線圈，所述 第二線圈與所述第一線圈電連接；將傳感器材料相對于所述基板定位，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來響應(yīng)相關(guān)參數(shù)；以及將所述基板在所述鉸鏈部分處折疊，以使所述傳感器材料被設(shè)置 在所述第一線圈和所述第二線圈之間，并且使所述第一線圈和第二線 圈形成電感器的線圈。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括將所述平面基板穿 孔，以使所述傳感器材料暴露到所述相關(guān)參數(shù)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括在所述平面基板上 形成電極，所述電極被構(gòu)造為在折疊所述平面基板時形成電容器的相 對極板，所述電容器與所述電感器電連接，以形成諧振電路。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述電容器的相對極板被 形成在所述基板的第一部分或第二部分的相對側(cè)上。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述相對極板的至少一個 以分段形式形成，以減少所述至少一個極板中的渦電流。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述相對極板的至少一個 被形成于所述線圈的一個之內(nèi)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括 在所述基板的附加部分上形成由導(dǎo)電材料制成的附加線圈，所述附加線圈與所述第一線圈和第二線圈電連接，所述基板具有將所述附 加部分連接到所述第一部分或第二部分的附加柔性鉸鏈部分；以及 在所述附加鉸鏈處折疊所述基板。
26. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在所述附加鉸鏈處折疊所 述基板包括扇形折疊所述基板。
27. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括將由導(dǎo)電材料制成的多個線圈沉積在所述第一部分或所述第二部分上，所述多個線圈被構(gòu)造為在折疊所述基板時形成多匝電感器。
28. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述平面基板包含聚酰亞胺膜。
29. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述鉸鏈包括其厚度相對于所述第一部分或第二部分的厚度較小的所述基板的一部分。
30. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中形成所述第一線圈和第二線圈包括使用光刻法形成所述第一線圈和第二線圈。
31. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括在所述基板上形成鎖閉機(jī)構(gòu)；以及折疊后接合所述鎖閉機(jī)構(gòu)，以使所述第一部分和第二部分以初始角度取向鎖閉。
全文摘要
本發(fā)明描述一種包括電感器的電感式傳感器，所述電感器包括導(dǎo)電線圈和機(jī)械連接所述線圈中的至少一個鉸鏈。所述鉸鏈的操作改變所述線圈的位置，并引起所述傳感器的電感變化。傳感器材料可相對于所述線圈定位，以使所述傳感器材料的尺寸變化來操作所述鉸鏈，從而引起所述線圈的位置的改變。
文檔編號G01R27/26GK101490565SQ200780026331
公開日2009年7月22日 申請日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
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