具有一次性的隔膜的無線壓力傳感器系統的製作方法
2023-10-18 10:16:04 2
專利名稱：具有一次性的隔膜的無線壓力傳感器系統的製作方法
技術領域：
本申請的實施方案一般性涉及傳感裝置和應用。本申請的實施方案還涉及壓力傳感器裝置、系統及其方法。本申請的實施方案也涉及一次性的傳感裝置和表面聲波(SAW)裝置。
背景技術：
多種多樣的傳感器用於檢測條件，例如壓力和溫度。檢測壓力和/或溫度的性能對於任何暴露於可變壓力條件下的裝置來說都是一個優點，它受這些條件的嚴重影響。此類裝置的一個實例是導管，當然它可經歷溫度和壓力兩者的變化。許多不同的技術已經被建議用於感受導管內的壓力和/或溫度，並且為了將這種信息傳送給操作者以使他或她了解與導管和其中的任何流體，例如血流有關的壓力和溫度。
一類廣泛用於壓力和溫度感受用途的傳感器是表面聲波(SAW)傳感器，它可以由基底上的敏感元件和構成其部分頂蓋的壓力變換器傳感器隔膜組成。為了使SAW傳感器發揮適當功能，所述的傳感器隔膜一般應當在所有壓力水平和溫度下都與傳感元件密切接觸。
現有的SAW傳感器設計，特別是那些用於精細壓力和溫度傳感用途的設計存在的一個問題是常規SAW傳感系統無法符合低壓應用的要求(例如，0-500mmHg)，同時以有效和低成本方式這樣做。此類體系本來昂貴、不靈活並且常常在精確感受輪胎空氣壓力和溫度時不可靠。人們始終需要降低壓力和/或溫度傳感用途，特別是無線壓力傳感器中所用的SAW傳感器設計的成本。
為了降低成本和提高效率，少量的組成組件、低廉的材料和更少的製備加工步驟是必要的。為了達到這些目標，人們相信應當實現一次性的壓力傳感器隔膜以及可重複使用的無線變換器。至今為止，還未獲得此類組件。所以認為解決這些問題的方法包括一次性的低成本SAW傳感器包裝系統，它可以被集成在導管中並且無線詢問。本申請詳細描述了這樣的體系。
發明簡述本發明的下列概括為理解本發明一些獨特的革新特徵提供了便利但不是全部說明。可以通過考慮說明書、權利要求書、附圖和摘要的所有內容來獲得對本發明不同方面的全面理解。
因此，本發明的一個方面是提供改進的傳感裝置和應用。
本發明的另一方面是提供改進的壓力傳感器裝置、系統及其方法。
本發明的另一方面是提供應用在表面聲波(SAW)傳感裝置中的改進的一次性的壓力隔膜。
本發明的另一方面是提供用於檢測與導管關聯的壓力條件的壓力傳感器系統，其包括SAW傳感裝置、壓力隔膜和詢問電子器件。
本發明的上述方面和其他目的和優點現公開在本文中。公開了一次性的無線傳感器系統和方法。通常，壓力隔膜可以與一種或多種可重複使用的表面聲波(SAW)探頭連接，該探頭與無線接收或傳送信號的天線連接，由此當可重複使用的SAW探頭與壓力隔膜接觸時，該信號激發可重複使用的SAW探頭。也可以提供詢問電子器件，它與可重複使用的SAW探頭連接。一個或多個信號可以被無線傳送到詢問電子器件，從而激發可重複使用的SAW探頭，用於探頭的壓力傳感應用。
另外，可以提供鐵環，其包圍所述的可重複使用的SAW探頭。當壓力隔膜和可重複使用的SAW探頭彼此接觸時，該鐵環可以經磁力啟動開關，由此該開關連接可重複使用的SAW探頭和天線，從而經詢問電子器件激發可重複使用的SAW探頭。
所述的可重複使用的SAW探頭可以磁力方式連接、機械方式連接和/或經由真空連接於壓力隔膜。低熱傳導材料可以被用於形成壓力隔膜，後者可進一步被形成為波紋形狀或者浮雕形狀來改進線性。所述的壓力隔膜還可以由生物相容性材料構成並且位於液體流經的導管近端及其上面。壓力隔膜本身可以被構造成一次性的壓力隔膜。
附圖簡述附圖進一步舉例說明本發明，並且和本發明的詳述一起起解釋本發明原理的作用，其中類似的參考編號是指不同視圖中相同或功能相似的元件並且引入和構成本說明書。
圖1舉例說明一種無線壓力隔膜和傳感器系統的框圖，它可以按照本發明的一個優選實施方式被實施；圖2舉例說明根據本一個優選實施方式的一種無線壓力隔膜和傳感器系統的框圖，它包括鐵環和環形磁鐵；圖3舉例說明按照一個優選實施方式的一種無線壓力隔膜和傳感器系統的框圖，包括與壓力隔膜、探頭和探導連接的導管；和圖4舉例說明根據一種優選實施方式可以被實現的探頭的框圖。
發明詳述這些非限定實施例中討論的特定數值和構型可以被改變並且僅僅舉例說明本發明的至少一種實施方式，並且目的不是用來不限定本發明的範圍。
圖1舉例說明無線壓力隔膜102和傳感器系統100的框圖，它可以根據本發明的一種優選實施方式得以實現。通常，系統100包括探導104和探導106，它們位於導管的導管區107內的壓力隔膜102的近端。多用無線探頭109可以位於區域108內，使探頭109與詢問電子器件110通訊。
壓力隔膜102與探頭109的連接可以經磁力方式、機械方式或經採用真空實現(例如，″抽吸″在壓力隔膜102上的真空)。來自探頭109的一個或多個信號可以被無線傳遞到詢問電子器件。壓力可以經過直接接觸、矽氧烷凝膠、液壓動力等傳遞。磁連接可以通過在導管上的壓力隔膜102處或壓力隔膜102的邊界處(例如，導管區107)採用磁力來實現。
如果流經導管區107的血液或被分析物與常溫存在大的溫差和/或如果壓力機械本身(即，壓力隔膜102)對溫度敏感，則壓力隔膜102可以被構造成波紋形或浮雕形以改進線性，並且可以由低熱傳導性的材料組成。所述的壓力隔膜102可以位於導管區107的側面、頂部和底部，這取決於設計上的考慮。壓力隔膜102適宜由生物相容性材料構成。此用途的聚合生物材料可以包括，但不限於，聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(PU)、聚醯胺(Nylon)等等。
圖2舉例說明根據一種優選實施方式的無線壓力隔膜102和傳感器系統200的框圖，傳感系統包括鐵環106和連接的環形磁鐵108。圖2所示的系統200可以與圖1中所示的系統100關聯實施。注意，在圖1-4中相同或相似部件或元件一般用相同的參考編號表示。
壓力在系統200中用箭頭104指示。壓力隔膜102位於近端並且與環形磁鐵108和傳感裝置124相對，傳感裝置124可以例如是壓電膜、SAW裝置或包括多個數字變換器(IDT)的裝置112、114、116、118、120、122。所以無線探頭126由裝置124和IDT的112、114、116、118、120、122構成。依賴於壓電耦合係數，壓電裝置底物的某些部分(具有低耦合係數)可能需要刻蝕。刻蝕區可以被填充具有壓力傳遞能力的凝膠類材料。
所以探頭126是SAW探頭。當探頭126和壓力隔膜102彼此接觸時，鐵環106可以通過與磁鐵108關聯的磁力作用將開關(附圖2中未顯示)推到″開″的位置。這樣開關可以將SAW探頭126和天線128連接以經由附圖1所示的詢問電子器件激發SAW探頭126。
圖3舉例說明根據一種優選實施方式的無線壓力隔膜102和傳感器系統300的框圖，包括與壓力隔膜102、探導104、106和探頭109關聯的導管302。例如，流體308可以流經導管302。注意導管302一般類似於圖1中討論的導管區107。導管302包括導管壁304、306。壓力隔膜102可以被模製在導管302內。
磁鐵108和SAW裝置124一起形成單個可重複使用的SAW探頭109。可以理解根據其他實施方式，可以給圖3所示的系統300安裝多個SAW探頭，這取決於設計上的考慮。注意圖3所示的天線128可以按照圖3例舉的構型完成並且可以在SAW探頭109與壓力隔膜102接觸時與SAW探頭109接觸。應當小心處理以確保SAW探頭109僅在與壓力隔膜102接觸時受到激發。
圖4舉例說明探頭400的框圖，它可以根據一種優選的實施方式被實施。注意圖400所示的探頭400一般類似於上面討論的SAW探頭109。探頭400一般具備環形，並且包括SAW、IDT或壓電區402，其被鐵環408包圍。注意圖4中所示的鐵環408類似於圖2所討論的鐵環106。所以，鐵環408可以實施鐵環106。自動-0(零)按鍵406可以被布置在鐵環408上。磁鐵區(圖4中未示出)可以接觸鐵環408。
注意當傳感器與壓力隔膜連接時，並且在導管接受任何壓力之前，傳感器反應漂移是由於室溫和常壓的變化(約760mmHg)。這種漂移應當不視為是傳感器反應，並且應當被看作″0″。這由自動歸零按鍵406實現。當天線與SAW裝置連接時，詢問應粘附接收反應。這種初始反應被視為″0″。然而，在打開開關之前，當天線不與SAW連接時，SAW產生非常小的信號或者沒有信號產生。
基於上述內容，可以理解公開了一次性的的無線傳感器系統和方法。此外，壓力隔膜可以將可重複使用的表面聲波(SAW)探頭與一種或多種SAW傳感器連接，該傳感器與天線關聯，用於無線接收和傳遞信號，該信號只在可重複使用的SAW探頭與壓力隔膜接觸時激發可重複使用的SAW探頭。也可以提供詢問電子器件，其與可重複使用的SAW探頭關聯。一個或多個信號可以被無線傳遞給詢問電子器件，用於激發可重複使用的SAW探頭的壓力傳感應用。
此外，可以提供磁環，它包圍可重複使用的SAW探頭。環形磁鐵(在探頭上)和鐵環(在隔膜上)可以在壓力隔膜和可重複使用的SAW探頭彼此接觸時經磁力啟動開關，由此該開關將可重複使用的SAW探頭與天線連接，由此經詢問電子器件激發可重複使用的SAW探頭。可重複使用的SAW探頭可以經磁力方式、機械方式和/或經真空連接於壓力隔膜連接。低熱傳導性材料可以用於形成壓力隔膜，後者可以進一步被形成波紋形或浮雕形以改進線性。壓力隔膜還可以由生物相容性材料形成並且位於流體流經的導管的近端及其上。壓力隔膜本身可以被構造成一次性的壓力隔膜。
本文所述的實施方式和實施例給出了本發明及其實際應用的最佳解釋並且由此使得包裝本領域技術人員能夠製備和實施本發明。然而，本領域技術人員應認識到上述說明和實施例僅僅時舉例的目的。本領域技術人員應理解本發明的其他變化和改進，並且所附權利要求將覆蓋這些變化和改進。
上述說明不窮盡和限定本發明的範圍。許多改進和變化在藉助於上述較低不脫離所附權利要求書範圍下是可行的。考慮本發明的應用可以包括具有不同特徵的組件。本發明的範圍由所附權利要求書限定，對所有方面的等同方案給出充分的認識。
權利要求
1.一次性的傳感器系統，包括與至少一個與天線關聯的可重複使用的表面聲波(SAW)探頭連接的壓力隔膜，該天線用於無線接收或傳遞信號，只有當所述的至少一個可重複使用的SAW探頭與所述的壓力隔膜接觸時，所述信號才激發所述的可重複使用的SAW探頭；與所述的至少一個可重複使用的SAW探頭關聯的詢問電子器件，其中來自所述的至少一個可重複使用的SAW探頭的信號可以被無線傳導給所述的詢問電子器件，用於激發所述的至少一個可重複使用的SAW探頭以用於其壓力傳感應用；和包圍所述的至少一個可重複使用的SAW探頭的鐵環，其中當所述壓力隔膜和所述的至少一個可重複使用的SAW探頭彼此接觸時所述的鐵環經磁力作用啟動開關，所述開關將所述至少一個可重複使用的SAW探頭與所述天線連接並由此經所述詢問電子器件激發所述至少一個可重複使用的SAW探頭。
2.權利要求1的系統，其中所述的至少一個可重複使用的SAW探頭以磁力方式經磁力與所述壓力隔膜連接。
3.權利要求1的系統，其中所述的至少一個可重複使用的SAW探頭以機械方式與所述壓力隔膜連接。
4.權利要求1的系統，其中所述的至少一個可重複使用的SAW探頭經真空力與所述壓力隔膜連接。
5.權利要求1的系統，其中所述壓力隔膜包括低熱傳導性材料。
6.權利要求1的系統，其中所述壓力隔膜包括波紋形以改進線性。
7.權利要求1的系統，其中所述壓力隔膜包括浮雕形以改進線性。
8.權利要求1的系統，其中所述壓力隔膜包括生物相容性材料並且位於流體流經的導管的近端及其上。
9.權利要求1的系統，其中所述壓力隔膜包括一次性的壓力隔膜。
10.一次性的傳感器系統，包括與至少一個與天線關聯的可重複使用的表面聲波(SAW)探頭磁性連接的一次性的壓力隔膜，該天線用於無線接收或傳遞信號，只有當所述的至少一個可重複使用的SAW探頭與所述的一次性的壓力隔膜接觸時，所述信號才激發所述的至少一個可重複使用的SAW探頭；與所述的至少一個可重複使用的SAW探頭關聯的詢問電子器件，其中來自所述的至少一個可重複使用的SAW探頭的信號可以被無線傳導給所述的詢問電子器件，用於激發所述的至少一個可重複使用的SAW探頭以用於其壓力傳感應用；和包圍所述的至少一個可重複使用的SAW探頭的環形磁鐵，其中當所述一次性的壓力隔膜和所述的至少一個可重複使用的SAW探頭彼此接觸時，位於壓力隔膜上的所述的環形磁鐵和鐵環經磁力作用啟動開關，所述開關將所述至少一個可重複使用的SAW探頭與所述天線連接並由此經所述詢問電子器件激發所述至少一個可重複使用的SAW探頭；以及流體流經的導管，其中所述的壓力隔膜位於所述導管處並且被模製到所述導管，以便允許所述SAW探頭感受所述導管上和導管內的壓力。
11.權利要求10的系統，其中所述壓力隔膜包括生物相容性材料。
12.權利要求10的系統，其中流經所述導管的所述流體包括血液。
13.權利要求10的系統，其中所述壓力隔膜由低熱傳導性材料形成。
14.權利要求10的系統，其中所述壓力隔膜包括波紋形以改進線性。
15.一次性的傳感器方法，包括下列步驟將一次性的壓力隔膜連接於與天線關聯的至少一個可重複使用的表面聲波(SAW)探頭，該天線用於無線接收或傳遞信號，只有當所述的至少一個可重複使用的SAW探頭與所述的一次性的壓力隔膜接觸時，所述信號才激發所述的至少一個可重複使用的SAW探頭；將詢問電子器件與所述的至少一個可重複使用的SAW探頭關聯，其中來自所述的至少一個可重複使用的SAW探頭的信號可以被無線傳導給所述的詢問電子器件以激發所述的至少一個可重複使用的SAW探頭以用於其壓力傳感應用；和用所述的環形磁鐵包圍所述的至少一種可重複使用的SAW探頭，其中當所述一次性的壓力隔膜和所述的至少一個可重複使用的SAW探頭彼此接觸時，位於壓力隔膜上的所述的環形磁鐵和鐵環經磁力作用啟動開關，所述開關將所述至少一個可重複使用的SAW探頭與所述天線連接並由此經所述詢問電子器件激發所述至少一個可重複使用的SAW探頭。
16.權利要求15的方法，其中連接一次性的壓力隔膜和至少一個可重複使用的SAW探頭的步驟進一步包括下列步驟以磁力方式經磁力將所述的一次性的壓力隔膜與所述的至少一個可重複使用的SAW探頭連接。
17.權利要求15的方法，其中連接一次性的壓力隔膜和至少一個可重複使用的SAW探頭的步驟進一步包括下列步驟以機械方式將所述的一次性的壓力隔膜與所述的至少一個可重複使用的SAW探頭連接。
18.權利要求15的方法，其中連接一次性的壓力隔膜和至少一個可重複使用的SAW探頭的步驟進一步包括下列步驟經真空力連接所述的一次性的壓力隔膜和所述的至少一個可重複使用的SAW探頭。
19.權利要求15的方法，進一步包括由低熱傳導性材料形成所述的一次性的壓力隔膜的步驟。
20.權利要求15的方法，進一步包括將所述的一次性的壓力隔膜構造成波紋形來改進線性的步驟。
21.權利要求15的方法，進一步包括下列步驟由生物相容性材料形成所述的一次性的壓力隔膜；使該一次性的壓力隔膜位於流體流經的導管的近端及其上；以及將所述的一次性壓力隔膜模製在所述的導管內。
全文摘要
本申請公開了一次性的無線傳感器系統和方法。一般地，壓力隔膜(102)可以連接於一個或多個可重複使用的表面聲波(SAW)探頭(109)，它與無線接收或傳遞信號的天線連接，只在可重複使用的SAW探頭與壓力隔膜接觸時，該信號才激發可重複使用的SAW探頭。還提供了詢問電子器件(110)，它與可重複使用的SAW探頭關聯。一個或多個信號可以被無線傳遞給詢問電子器件以激發可重複使用的SAW探頭以用於其壓力傳感應用。
文檔編號G01L9/00GK101080621SQ200580043490
公開日2007年11月28日 申請日期2005年10月21日 優先權日2004年10月22日
發明者J·Z·劉, P·P·迪勞爾, J·D·庫克 申請人:霍尼韋爾國際公司