流量傳感器及設備的制造方法
【專利說明】流量傳感器及設備
[0001 ] 本發(fā)明涉及流量傳感器及包括流量傳感器的設備。
[0002]本發(fā)明更具體地關于氣體流量傳感器，尤其是但非排他地用于醫(yī)療應用。
[0003]存在許多不同形式的流量傳感器，如，熱絲風速計，其中通過傳感器的氣流增加在絲上產(chǎn)生增大的冷卻效應，使置于氣流中的葉片裝置旋轉，以便取決于氣流速率使葉片裝置經(jīng)由流動氣體以一定速率來旋轉；以及置于與流動正交的彎曲裝置，以便它們?nèi)Q于由流動氣體施加的壓力偏轉一定程度。例如，在US7337678、US4989456、KR201220135663和US2012318383中描述了前述流量傳感器的實例。醫(yī)療設備行業(yè)中存在許多應用，其需要得到低成本氣流測量裝置，如，用于控制、監(jiān)測或報警目的。當前可用的氣體流量傳感器趨于過于昂貴而不容易接受，尤其是在單次使用的裝置中。
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種備選的流量傳感器。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種流量傳感器，其特征在于，傳感器包括柔性的長形壓電部件、與流動通路中的流動方向大體上對準來安裝壓電部件的支承件，其中壓電部件的一端支承在且位于相對端的下游，使得壓電部件的相對端在流動中自由振動，且傳感器包括處理器，以用于從壓電部件接收電輸出，且提供取決于壓電部件的振動表示流量的輸出。
[0006]壓電部件可布置成經(jīng)由沿流動通路流動的流體振動。處理器可由壓電部件的輸出供能。處理器可包括附加的傳感器，如，溫度傳感器或壓力傳感器，其也由壓電部件的輸出供能。作為備選，壓電部件可由處理器驅動來振動，振動根據(jù)通過傳感器的流體流速改變。壓電部件可包括硬的不失柔性的基底和附接到其上的壓電元件，使得壓電元件通過彎曲基底來彎曲。壓電元件可為矩形，具有布置成面對流動上游的鈍邊緣。傳感器可包括面對相反方向的兩個壓電部件。處理器可由無線傳輸來提供輸出。傳感器可包括顯示器，且處理器可提供輸出至顯示器。處理器可提供輸出至反饋控制器，反饋控制器布置成控制沿流動通路的流速，以便保持大致恒定的流速。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種醫(yī)療通氣設備，其包括呼吸氣流管，其特征在于，該設備包括根據(jù)本發(fā)明的以上一個方面的流量傳感器，且處理器布置成提供表現(xiàn)沿管的氣體流量的輸出。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種醫(yī)療溫度管理設備，包括受控溫度下的空氣源、以及將來自源的空氣輸送至患者的導管，其特征在于，該設備包括位于導管中的根據(jù)本發(fā)明的以上一個方面的流量傳感器，且處理器布置成提供表現(xiàn)沿導管的空氣流速的輸出。
[0009]空氣源優(yōu)選包括熱空氣送風機，且設備可包括與導管連接的可充氣毯。由處理器提供的輸出可布置成控制空氣源，以便保持輸送至患者的空氣的大致恒定的流動。
[0010]現(xiàn)在通過舉例參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的空氣流量傳感器和其用于使用的醫(yī)療設備，在附圖中:
圖1示意性地示出了醫(yī)療通氣設備的一部分中的傳感器；
圖2示出了對流加熱系統(tǒng)中的傳感器；以及圖3示出了具有面對相反方向的兩個壓電元件的備選傳感器。
[0011]首先參看圖1，示出了定位在氣流2中且提供輸出至使用器件3(如顯示器或控制單元)的流量傳感器I。氣流2可在呼吸氣流管120內(nèi)。流量傳感器I包括硬的但不失柔性的如聚碳酸酯的長形平面基底10，以及連結或以其他方式附接到基底的上表面上的膜元件11形式的壓電部件。壓電膜11為矩形，且略小于基底10，膜相對較薄，以便其比基底柔性更大。膜11具有一個邊緣14處的兩個端子12和13，通過其，電信號供應往返于壓電元件?；?0在一端15處安裝有處理單元20形式的支承件，以便基底的長遠離處理單元延伸，且其相對端16自由且未受支承。自由端16具有面對氣流的鈍邊緣17。壓電元件11的邊緣14位于基底10的支承端15處，且兩個端子12和13進行與處理單元20的電連接。壓電元件11布置成以便在基底10的自由端16向上或向下移位時，壓電元件在與元件平面成直角的平面中彎曲。這引起壓電元件11伸展或收縮，且從而產(chǎn)生跨越兩個端子12和13的交變的輸出電壓。該輸出電壓施加到處理單元20上。
[0012]連同壓電膜11以及處理單元20的基底10安裝在氣流通路2中，與氣流方向大體上對準，且其中基底10的支承端15相對于未支承端16定位在下游?；?0的鈍邊緣17和其厚度、材料、長度和寬度選擇成使得與層合壓電膜11組合，其具有期望的柔性，以便引起其自由端16經(jīng)由通過傳感器I的氣流向上和向下翻動，或顫動。氣流的速率變化將引起顫動的幅度的對應變化，且因此還引起來自壓電元件11的輸出電壓中的對應變化。輸出電壓為交變信號，其具有等于基底的振動頻率的頻率，以及隨振幅變化的幅度。處理單元20優(yōu)選由來自壓電元件11的電壓供能，使得傳感器I自己供能。處理單元20可包括附加傳感器23，如，溫度傳感器或壓力傳感器，其也由壓電元件11供能。處理單元20產(chǎn)生表現(xiàn)氣流速率的輸出信號，且將其經(jīng)由線纜21或通過無線鏈接22 (如通過藍牙射頻協(xié)議)供應至使用器件3。使用器件3可為顯示器、在流速在設置極限外時產(chǎn)生信號的報警器、記錄器、或布置成控制氣流源來保持恒定水平的反饋控制器。
[0013]在上文所述的布置中，壓電元件經(jīng)由流過元件的空氣或其他氣體振動。在備選布置中，壓電元件可電性地驅動來振動，且處理單元將布置成在元件振動時監(jiān)測空氣流過元件的效果。此布置將需要電功率源，但在某些情形中有利，如，在低流速下。
[0014]在傳感器需要響應于雙向氣流的情況下，其可設有沿相反方向從支承處理單元120突出的兩個壓電元件111和211，以便沿一個方向"A"的氣流引起一個元件111顫動，且沿相反方向"B"的氣流引起另一個元件211顫動。
[0015]氣體流量傳感器可以以很低的成本制造，使得有可能將其結合到之前不可能