[发明专利]用于谐振传感器的性能增强的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及射频识别(RFID)感测装置，并且更具体地说，涉及具有增强的选择性和灵敏度的电感器-电容器-电阻器(LCR)感测装置。

背景技术

传感器的选择性是传感器性能和应用中的关键方面之一。通常，选择性不足阻止了传感器在工业和其它应用中感测液体和空气中的化学和生物种类方面的广泛使用。解决这个问题的两种已知方法包括(1)开发极具选择性的感测膜和(2)将单独多样的传感器结合到阵列中。不幸地，每种方法都有其自身的局限。因为强烈的蒸汽材料交互作用，高选择性感测膜通常具有较慢的恢复时间。将传感器结合到阵列中可遇到制造难题。

化学和生物检测已使用RFID传感器实现。在这种方式中，具有以例如13.56MHz操作的集成电路读/写存储器芯片的普遍存在且节省成本的无源RFID标签可适合于化学感测。通过在RFID传感器的谐振天线上施加感测膜并测量RFID谐振天线的复阻抗，可能使阻抗响应与感兴趣的化学性质相关。还可将数字数据写入RFID传感器的集成电路(IC)存储器芯片或从中读取数字数据。这种IC存储器芯片可存储唯一的数字ID、传感器校准及关于传感器所附对象的信息。

传感器响应源自沉积于传感器上的感测膜的介电性质的变化。虽然RFID传感器可基于介电性质中的变化检测单独化学变化和物理变化，但是如果识别其它检测模式，这些传感器的选择性可进一步提高。

因此，期望提供具有额外感测模式的传感器组装件。

发明内容

本发明适合于提供能够同时感测样本的两个或更多环境参数的传感器组装件。

该组装件的一个实施例包括：电感器-电容器-电阻器(LCR)谐振器传感器和操作上与LCR谐振器传感器关联的拾波线圈。LCR谐振器传感器包括具有感测区的天线、沉积于感测区上的感测膜、以及用于将LCR谐振器传感器机械附连到该组装件的附连点。在操作上，感测膜中的粘弹性变化导致天线相对于拾波线圈的位移。

在第二实施例中，提供一种用于测量样本的两个或更多环境条件的方法。该方法包括：提供LCR组装件，从LCR谐振器传感器传送电磁信号；通过拾波线圈感测LCR谐振器传感器信号；以及使用耦合到拾波线圈的读取器/写入器装置来读取LCR谐振器传感器信号。

在第三实施例中，测量环境的两个或更多条件的方法，包括使用LCR组装件，其中，LCR谐振器具有附连到天线的IC存储器芯片。该方法涉及向IC存储器芯片施加不同的输入功率级，并测量感测天线在不同输入功率级的复阻抗谱。复阻抗谱在不同功率级的变化与样本的不同物理性质或生物性质有关。

还提供一种校正LCR谐振传感器响应的至少一个噪声参数的方法，包括以下步骤：提供LCR组装件；在暴露于环境条件时测量LCR谐振器传感器的复阻抗；以及使用LCR传感器的输入校正噪声参数。

附图说明

参照附图阅读以下详细说明时将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，在全部附图中，相似附图标记表示相似组件。

图1是具有IC存储器芯片、天线及拾波线圈的LCR传感器的示意表示。

图2是本发明的系统的一实施例的示意电路图，显示LCR传感器、IC存储器芯片及带有其拾波线圈的读取器。

图3是本发明的系统的一实施例的示意图，显示在LCR传感器中使用的RFID标签和IC存储器芯片。

图4是所公开传感器的操作的一个非限制性示例。

图5是用于多变量分析的测量的复阻抗谱的一个示例。

图6是用于测量LCR传感器响应的方法的示图：(A)用于LCR传感器响应测量的已知方法，其中传感器放置于距拾波线圈的特定距离，以及(B)本发明的非限制性实施例，其中LCR传感器还充当悬臂并且通过拾波线圈测量LCR传感器。

图7是用于传感器检测(现有技术)的悬臂操作的一般原理的图示。

图8示出应用于物理、化学和生物无源LCR传感器的操作中的操作原理。

图9是展示传感器选择性改进的一个示例。

图10示出对比悬臂响应传感器的、使用常规读数LCR传感器响应的PCA分析结果。

图11是结合来自LCR传感器的两种类型的读数的单个PCA曲线的示图。

图12示出用于选择性化学感测的LCR传感器的一个实施例，其中具有以13.56MHz的标称频率操作的MB89R118A存储器芯片(Fujitsu公司，日本)。