[发明专利]用于测量微带定向耦合器的覆盖层（例如毛发）中的水分的装置

说明书

发明领域

本发明一般涉及测量传感器。更具体地讲，本发明涉及用于测量基质 的特性例如生物系统(例如毛发)的内部和外部含水量的传感器。

发明背景

许多基质均为吸湿的且可渗透的，这意味着它们将从环境中吸收水分。 例如，在正常情况下，水分占毛发组成的约12％至约15％。正常毛发可吸 收超过其自身重量的30％的水分。如果毛发受损，其在毛发纤维内保留水 的能力就会减小，而所述能力给予毛发其健康的外观。因此，能够精确地 测量毛发水分以确定毛发的总体健康状况或毛发中的提供最佳定型条件的 水分点非常重要。

在过去已开发出了水分传感装置来确定基质中的水分含量，并且依靠 各种技术包括电阻和电容测量来获得所需的指示。然而，这些方法仅在被 测基质的横截面量和密度已知的情况下使用效果良好。当基质密度或紧凑 度变化时，这些测量技术就会失效。另外，这些技术主要依靠基质纤维外 部的含水量来测量，并不具有同时也可精确地测量基质纤维内部含水量的 能力。

先前的装置的其它缺点在于传感器和电路组件不是共面的。先前的装 置已引入了同轴电缆来互连传感器和电路组件。具体地讲，这会造成难于 将该系统封装进手持式机罩中，其继而又会导致包装成本的增大和灵敏度 的降低。

因此，需要一种具有增大的灵敏度的集成传感装置，所述装置可精确 且可靠地确定基质例如毛发的含水量，包括毛发纤维的内部和外部的水分。

发明概述

本发明克服了此前已知的水分传感器和确定含水量的方法的前述的和 其它的缺点和缺陷。尽管将结合某些实施方案来描述本发明，但应当理解， 本发明并不限于这些实施方案。相反，本发明包括可被包括在本发明的实 质和范围内的所有供选方案、变型和等同形式。

一个实施方案包括一种测量基质含水量的传感器，所述传感器包括：

共面波导；

定向耦合器，所述定向耦合器具有一对大致平行的第一和第二带，所 述第一和第二带之间限定耦合间隙；和

高频信号发生器，所述高频信号发生器电连接到所述第一带上并且是 可操作的以便使用跨过所述耦合间隙而放置的基质将功率耦合到所述第二 带上，从而在所述第二带中产生具有与基质含水量相关的振幅的耦合功率 信号。

本发明的另一个实施方案包括一种测量基质含水量的传感器，所述传 感器包括：

定向耦合器，所述定向耦合器具有一对大致平行的第一和第二带，所 述第一和第二带之间限定耦合间隙；和

高频信号发生器，所述高频信号发生器电连接到所述第一带上并且是 可操作的以便使用跨越所述耦合间隙而放置的毛发将功率耦合到所述第二 带上，从而在所述第二带中产生具有与毛发健康状况相关的振幅的耦合功 率信号，其中所述第二带包括AC/DC检测器，所述检测器是可操作的以产 生具有与基质含水量相关的值的输出电压信号。

附图概述

被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的 实施方案，并且与上文给出的对本发明的一般描述和下文给出的发明详述 一起用来解释本发明。

图1为如本发明的原理所述的定向耦合器传感器的功能方框图；

图2A包括图2A-1、2A-2和2A-3，并且为如本发明的原理所述的定向 耦合器传感器的电路图；

图2B为如本发明的一个实施方案所述的用于图1的传感器的定向耦合 器的电路图；

图2C包括图2C-1和2C-2，并且为如本发明的一个实施方案所述的用 于图1的传感器的含水量检测器的电路图；

图2D为PCB布局的顶层的电路图；

图2E为PCB布局的中间层(接地平面)的电路图；

图2F为PCB布局的底层的电路图；

图2G为定向耦合器传感器配置的方框图；

图3A为被显示集成到印刷电路板上的图1的传感器的顶部平面图；

图3B为图3A的剖面图；

图4A为如本发明的一个实施方案所述的定向耦合器传感器系统的透 视图；

图4B为用于图4A的传感器系统的夹发装置的放大的前正视图，其示 出了处于打开位置以将毛发接收进装置中的夹紧装置；