[发明专利]用于医疗应用的一次性和可微调的无线压力传感器

说明书

技术领域

实施例通常涉及感测设备和应用。实施例还涉及压力传感器设备、系统及其方法。实施例另外涉及医疗应用中所使用的压力传感器。实施例另外涉及低成本一次性感测设备。

背景技术

各种传感器可以用于检测诸如压力和温度之类的条件。检测压力和/或温度的能力是对经受可变压力条件的任何设备的优点，所述设备可能受到这些条件的严重影响。这种设备的范例是用于血液透析机的导管或药筒，其当然可能经历温度和压力的改变。已经建议了许多不同的技术用于感测导管和药筒中的压力和/或温度，以及将该信息传送给操作者，使得他或她注意到与导管或药筒以及诸如其中血流的任何液体相关的压力和温度条件。

在压力和温度感测应用中已经得到广泛使用的一类传感器是声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)传感器，所述声表面波传感器可以包括底座上的感测元件和作为盖子部分的压力变换器传感器隔膜。为了使SAW传感器正确行使功能，传感器隔膜通常应当在所有压力等级和温度下与感测元件处于紧密接触。

当前SAW传感器设计、尤其那些适于较低压力范围应用的设计具有的一个问题是，常规SAW感测系统当以有效和低成本方式这样运行时，不能符合低压应用(例如，0到500mmHg)中的要求。这种系统是固有昂贵的、难使用的，并且通常在精确感测气压和温度中是不可靠的。继续需要降低在压力和/或温度感测应用中所使用的传感器、尤其是无线压力传感器的设计成本。

在商业和工业应用中已经利用了大量常规的无源无线技术。例如，LC谐振器(振荡回路(tank))传感器具有作为具有低询问成本的低成本传感器利用的潜能，但是提供了相对差的传感器性能。具有被调节的功率、相关的ASIC等的LC振荡回路也已经得到实施，这种设备对于多感测应用可能是良好的，但是这种配置带来了高传感器成本和大面积线圈。

PVDF声波传感器也是已知的并且基于的成本材料，诸如聚合物以及其柔韧性成分，但是PVDF声波传感器通常是压电和焦热电的(即，依赖高温的)，并且不能经受大于120℃的温度。另外，PVDF传感器的尺寸依赖于频率，使得较高的频率增加了传感器的相关成本。常规传感器的另一范例是磁弹传感器(magneto elastic sensor)，其基于低成本材料，但是这种传感器难以克服周围RF效应，同时还具有与永磁材料相关的长期稳定性问题、温度变化和磁滞问题。

无源传感器的又一范例是石英SAW传感器，其通常是精确的，但是导致了高传感器成本(即，材料和蚀刻)，而其微调降低了Q值，并且因此降低了设备的性能。另外，用于这种设备的询问电子器件(interrogation electronics，IE)可能是贵的。PZT SAW感测设备提出了替代方案。PZT材料具有高耦合系数，所述高耦合系数使之可以在无已蚀刻的隔膜的情况下在低压范围中工作。但是，难以控制PZT的化学性质(例如，结晶粒度、方向、残余应力、对在电极/PZT界面处成核现象(nucleation)的控制、Zr/Ti比控制)。PZTSAW传感器设备也受与电极材料迁移相关的问题影响，是使用这种设备的另一缺点。

常规传感器的又一范例是LiNbO3 SAW传感器，其也具有高耦合系数/灵敏度。这种传感器可以在低压测量中被使用，而无需使用昂贵的蚀刻步骤。与石英SAW传感器相比，该LiNbO3 SAW传感器具有较低成本结构，但是对成本有效的应用而言仍然太高，尤其当考虑到其相关的传感器包装和询问电子器件(IE)成本时。光学传感器表现了常规感测应用的额外类型，并且利用安置在柔性反射隔膜前部的光纤。反射光的强度与隔膜的压力引起的偏转相关。相对位置需要参考传感器，并且因此在感测应用中难以控制对准。光学传感器的另一缺点是，这种设备易受环境干扰影响。

为了降低成本和提高效率，少量部件、不太昂贵的材料以及较少的制造处理步骤是必需的。为了实现这些目标，认为应当实施一次性LC振荡回路压力传感器，连同可重复使用的无线询问。迄今，尚未充分地实现这种部件。

检测压力和/或温度的能力是非常重要的一个领域在于医疗应用。例如，可以利用多种技术测量在透析程序期间内和外的压力。用于这种压力测量的最通用方法也许包括使用压力传感器，所述压力传感器可以模制在管道的一个壁中以测量管道中的液压。在该量具中，针基于一尺度以与管道内的压力成比例的方式被偏转。在一些情况下，标准压力量具可以用变换器代替，所述变换器将压力转换成随后被监视的电信号。压力传感器的一种重要的医学应用包括检测患者血压和/或颅内压。