[发明专利]流体探测器

说明书

本申请是于2008年8月8日提交的名称为“流体探测器”的发明专利申请200880103202.1的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于确定流体特性的探测器，以及该探测器的制造和使用方法。本发明的实施方式适用于，但不限于确定诸如血液的流体的粘度，且尤其用于监控作为时间的函数的该流体的粘度变化(例如，由于凝结)。

背景技术

已知的是传感器使用微小的挠性机械结构，例如集成到微型室中的微型悬臂、微型桥或微型隔板。例如，US 6575020描述了怎样将各种微型悬臂集成到微型室中。细微的微型悬臂的机械特性的变化可以用于检测微型悬臂的环境的变化。US 6575020描述了这种微型悬臂通常如何达到100微米长、10微米宽以及1微米厚的级别并可以由例如硅、氮化硅、玻璃、金属的材料或这些材料的组合制成。这种传感器可以包括用于将悬臂相对于互动室移动的致动器(actuator)。该致动器可以以各种方式实施，例如，通过压电元件、用于提供静电或磁感应运动(movement)的装置、或提供热诱发运动的装置，例如微型悬臂的加热元件。

这些微型悬臂布局的一个缺点是悬臂由相对刚性的材料形成，由此限制了传感器的偏转范围(以及由此潜在的敏感性)。

公开号为WO 2005/054817的国际专利申请No.PCT/GB2004/005079描述了具有挠性元件的设备，该设备用于检测流体特性。该挠性元件可以由例如聚合物的材料形成，其与硅相比相对更柔韧。该挠性元件的长度在100微米到1mm之间，且可以在两种结构(configuration)之间弯曲，该挠性元件的一端的相应移动距离在30微米和650微米之间。挠性元件由具有不同的热膨胀系数的两个层形成。加热器被结合到该挠性元件中，以用于将元件从第一结构移动到第二结构。当热被移除时，该元件伸直回到第一结构。合适的压阻材料可以用于确定元件的偏转度或偏转率。WO 2005/54817的图4示出了施加到加热器用来驱动该元件的方波脉冲序列，以及之后产生的压阻传感器元件的电阻变化。

发明内容

本发明的实施方式的一个目的是解决这里提及的或没有提及的现有技术存在的一个或多个问题。

在第一个方面，本发明提供用于检测流体特性的设备，该设备包括：主体区；具有第一端和第二端的第一挠性元件，所述第一端被固定设置在所述主体区上，第一挠性元件至少包括具有第一热膨胀系数的第一层、和具有与第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数的第二层，以及用于对挠性元件加热以使所述挠性元件弯曲的电加热器，其中该设备还可以包括加热器控制器，该加热器控制器用于向所述电加热器提供持续时间小于8ms的电脉冲。

持续时间小于8ms的脉冲尤其适用于测量流体(包括例如血液、水和甘油的液体)特性，特别地适用于确定这些流体的粘度。脉冲导致可测量的挠性元件的机械弯曲(包括伸直状态)，该挠性元件暂时与用于使挠性元件弯曲的热脉冲隔离。这种短脉冲可以使得挠性元件在用于给加热器供电的电脉冲已经被移除之后可以继续弯曲。对机械弯曲的测量或感测可以包括在弯曲达到峰值幅度时感测机械弯曲的特性。该测量可以包括对峰值幅度特性的测量，例如对峰值幅度的计时或弯曲的峰值幅度的大小。

另外，这种短脉冲可以导致可测量的机械振荡，其中挠性元件在其伸直时振荡。在该可测量的机械振荡中，当挠性元件从伸直位置移动到弯曲位置然后在回到伸直位置时(当元件加热然后冷却时)，相对小幅度的机械振荡被施加在更长时间周期的挠性元件运动上。当更长的脉冲还可以产生挠性元件中的机械振荡时，该振荡在出现连续加热挠性元件时可能难以读出。因此期望加热脉冲在对机械振荡的测量开始前结束。除了传感器的弯曲率，挠性元件的机械振荡还可以提供至少一个额外参数，该参数可以适用于或以其它方式被分析用于或被确定用于获得挠性元件周围的流体的参数(例如，粘度)。在一些情况中，至少一个测量由弯曲率或在机械振荡期间达到极限偏转所用时间构成，或者测量可以由在机械振荡期间弯曲程度构成。

不必生成与挠性元件的谐振频率同相发生的多个脉冲。脉冲可以在相对于彼此的任意时间被生成，并且不需要暂时连接(即，脉冲暂时分开并且不需要定期出现或根据任意重复模式出现)。

脉冲的持续时间可以小于5ms。脉冲的持续时间可以足够短以使挠性元件的机械振荡可以区分由于挠性元件的温度导致的弯曲。