[发明专利]柔性电感式传感器

说明书

技术领域

本发明涉及由导电线圈形成并能感测相关参数的电感式传感器，该导电线圈通过柔性铰链连接。

背景技术

传感器将外部刺激的变化转化为可检测或可测量的感测参数的变化。在多种具体实施中，可使用诸如电感器、电容器和/或电阻器之类的无源电子装置来形成传感器。这些传感器的电路值(如电感值、电容值、或电阻值)随相关参数的变化而变化。可将这些传感器结合到传感器电路中，以使由相关变化参数所引起的电路值的变化改变该传感器电路的输出。

通常期望远程采集传感器信息。射频识别(RFID)电路已被用于检测相关物件的存在和运动。可将RFID技术的远程访问能力与传感器技术相结合，以提供遥感能力。本发明实现了这些需要以及其他需要，并提供超越现有技术的其他优势。

发明内容

本发明涉及响应相关参数的电感式传感器，该电感式传感器包括通过铰链机械连接的导电线圈。该电感式传感器的一个实施例包括含有导电线圈并与电感相关的电感器。一个或多个铰链与线圈的一对或多对机械连接。将被构造为通过传感器材料的尺寸变化来响应相关参数的传感器材料相对于线圈进行定位，以使该传感器材料的尺寸变化可以引起线圈中的至少第一个相对于线圈中的至少第二个发生位置上的改变，并引起电感器的电感的变化。相关参数可以包括下列各项中的至少一项：温度、湿度、pH值、流体流、盐度、溶剂成分、葡萄糖浓度、电场、光和离子浓度。

根据本发明的多个方面，线圈可设置在柔性基板上。铰链可通过折叠挠性材料形成。在一个具体实施中，线圈和铰链设置在一体式基板上，该一体式基板的变薄部分形成铰链。可使用锁闭机构对一个线圈相对于另一个线圈以初始角度进行定位。

例如，可将这些线圈以基本上平行的构造进行定位，每对平行线圈之间具有一定的距离。位置的改变包括平行线圈之间距离的变化。又如，两个线圈可被定位为彼此成一角度。位置的改变包括线圈之间角度的变化。

根据一些构造，该传感器材料(如水凝胶)被设置在线圈中的至少一些之间。可将线圈中的至少一个设置在具有孔的基板上，该孔被构造用于使该传感器材料暴露到相关参数。

该传感器可以包括电连接到电感器以形成谐振电路的电容器。相关参数的变化引起谐振电路谐振特性的变化，例如谐振频率。

传感器的另一个实施例包括含有导电线圈的电感器，每个导电线圈均设置在平面基板上。一个或多个铰链与导电线圈中的至少一对机械连接。对一个或多个铰链的操作改变线圈的角度方向，从而引起电感器电感的相应变化。在一些具体实施中，将构造为通过传感器材料的尺寸变化来响应相关参数的传感器材料相对于线圈进行定位，以使该传感器材料的尺寸变化引起一个或多个铰链的操作。根据本发明的一个方面，传感器材料被设置在导电线圈之间。

本发明的另一个实施例涉及传感器系统。该系统包括具有与电感相关的导电线圈的电感式传感器。一个或多个铰链与导电线圈中的至少一对机械连接。将构造为通过传感器材料的尺寸变化来响应相关参数的传感器材料相对于线圈定位，以使该传感器材料的尺寸变化引起线圈中的至少第一个相对于线圈中的至少第二个发生位置上的改变。所述位置上的改变引起电感器的电感的改变。将电容器电连接到电感器以形成谐振电路，该谐振电路具有取决于电感的一种或多种谐振特性。传感器系统还包括可无线连接到该电感式传感器的讯问器。所述讯问器被构造用于检测谐振电路的谐振特性的变化。

本发明的又一个实施例涉及用于制备电感式传感器的方法。在平面基板的第一部分上形成由导电材料制成的第一线圈，该基板具有至少第一部分、第二部分、以及连接该第一部分和第二部分的铰链部分。在基板的第二部分上形成由导电材料制成的第二线圈，第二线圈电连接到第一线圈。将传感器材料相对于基板定位，该传感器材料被构造为通过该传感器材料的尺寸变化来响应相关参数。将基板在铰链部分折叠，以使传感器材料被设置在第一线圈和第二线圈之间，并且第一线圈和第二线圈形成电感器的线圈。

根据一个方面，平面基板包括孔，例如由基板穿孔所形成的孔。这些孔可以使传感器材料暴露到相关参数。

可在平面基板上形成电极，从而当平面基板被折叠时，形成电容器的相对极板。电容器与电感器电连接，以形成谐振电路。例如，可以在其中线圈的一个之内、基板的第一部分或第二部分的相对侧上形成电容器的相对极板。可以分段形式形成相对极板的一个或多个，以减小涡电流。