[发明专利]用于测量流体速度的传感器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量流经通道的流体速度的传感器系统。

背景技术

US 2006/0144155A1公开了一种流量传感器系统，包括上游和下游压力感测装置，用于检测流动中的差压。每个压力感测装置都包括膜片、电容器和电感器，以形成LC谐振电路。电容器可以机械耦合到膜片，使得膜片响应于施加到其上的流体压力发生的偏转导致LC谐振电路的谐振频率的变化。

US 2006/0144155 A1中公开的传感器系统的问题在于，在不稳定流体流(fluid flow)，即明确时间相关的流体流条件下，它不能测量流率。亦即，在US 2006/0144155A1中，通过在针对不可压缩液体流的公知伯努利方程中代入所测量的差压来确定流率。这个方程对于空间上有变化的流体流确实成立，不过，对于随时间变化的，即不稳定的流体流它是不成立的。

发明内容

本发明的目的是提供一种根据开篇段落所述的传感器系统，在稳定和不稳定流体流条件下都能够准确地测量流经通道的流体，即气体或液体的速度。

本发明的目的是通过根据本发明的传感器系统实现的。根据本发明的传感器系统包括用于加热流体的加热元件，其中在工作期间为加热元件提供预定水平的功率。根据本发明的传感器系统还包括具有基本谐振频率的基本电子电路，该基本谐振频率与温度相关，其中基本电子电路的至少一部分的温度由从加热元件向流经通道的流体传递的热决定，该部分负责(be responsible for)使基本谐振频率与温度相关。根据本发明的传感器系统还包括配置成产生测量信号的换能器装置，测量信号表示流经通道的流体的速度，其中测量信号基于基本谐振频率。

假设在工作期间向加热元件提供已知水平，例如预定或恒定水平的功率，流经通道的流体的速度增大导致加热元件向流体传递的热量增大。因此，流体流速增大导致加热元件温度的降低，相应地导致被传递热量的流体温度的升高。通过定位传感器系统的基本电子电路使其温度受到从加热元件传递的热量的影响，基本电子电路的温度为流体流速提供了间接度量。流体流速和温度之间的上述关系对于稳定和不稳定流体流同样成立。于是，通过使基本电子电路的基本谐振频率与温度相关，基本谐振频率为流体流速提供了度量，就流经通道的流体的与时间相关的速度特性(behavior)而言该度量是鲁棒的。通过使表示流体速度的测量信号基于与温度相关的谐振频率，根据本发明的传感器系统能够针对稳定以及不稳定流体流条件准确测量流体的速度。

结果，根据本发明的传感器系统尤其能够成功应用于呼吸系统中，例如与接近心脏的静脉流体相通的雾化器和医疗可植入物，这些应用的特征在于不稳定流体流。

亦即，在呼吸系统中，流体流根据当前患者的呼吸模式反复改变方向，因此流体流具有不稳定性质。此外，与接近心脏的静脉流体相通的医疗可植入物会经受心动周期导致的脉动流体流，该流体流固有地是不稳定的。此外，在用于静脉注射疗法的重力驱动系统中，流体流通常从滴注室附近的不稳定特性变为针前方贮存器中的稳定特性，贮存器中累积了从滴注室释放的液滴。因此，根据本发明的传感器系统有利地允许在沿着从滴注室到针延伸的通道的任何位置适当应用而无需为该目的采取预防措施。

在本文中，流体被解释为涵盖液体、气体以及液体和气体的混合物，例如气溶胶。

在根据本发明的传感器系统的优选实施例中，换能器装置包括栅陷振荡器，用于确定基本电路的谐振频率。栅陷振荡器包括调谐电路，产生RF信号，RF信号由基本电路经由电感耦合而吸收。栅陷振荡器记录(register)基本电路的吸收量。如果RF信号的频率与基本电路的基本谐振频率重合，所述吸收量将是最大的。本实施例是有利的，即其能够以无线方式确定基本谐振频率，因此能够确定流经通道的流动速度，但没有高度复杂性。亦即，使用栅陷振荡器防止了一般与无线传感器系统相关联的复杂性。亦即，不需要将感兴趣的物理信号变换到电域，以放大电信号，对电信号采样并将其变换到数字域，将数字信号作为数据包在RF载波信号上发送，在接收之后对RF载波信号进行解码，将解码的RF信号与校准曲线比较，并最终将其变换回感兴趣的物理量。