[发明专利]便携式电子装置中的化学传感器的认证

说明书

技术领域

本发明涉及对便携式电子装置的化学传感器进行认证的方法、相应地配置的便携式电子装置、相应的基于服务器的认证系统、以及相应的软件。

背景技术

诸如移动电话、平板电脑、笔记本电脑等的便携式电子装置在日常生活中已经无处不在。如今这样的装置装配有多个传感器，包括陀螺仪、加速度传感器、磁场传感器、接近传感器、摄像装置、GPS模块等。期望能够将更多的传感器特别是对化学分析物（chemical analyte）敏感的传感器集成到便携式电子装置中。这样的传感器在下面将被称为“化学传感器”。

特别地，已知半导体传感器用于这一目的。这样的传感器具有敏感层，该敏感层具有至少一个在存在一个或更多个分析物的情况下发生变化的电性能。在一些实施方式中，敏感层必须加热到一定的操作温度。例如，已知金属氧化物传感器；这些传感器要在几百摄氏度的升高的温度下操作。为了在敏感层中达到这些温度，在获取传感器读数之前和/或在获取传感器读数期间对热耦合到该敏感层的加热器进行加热。

大多数化学传感器不仅对单一分析物敏感，而且还对大量其他分析物展现出交叉敏感性。可以由传递函数来描述这样的传感器的响应行为。对传递函数的输入为作为时间的函数的、传感器对其敏感的所有分析物的浓度，而传递函数的输出是作为时间的函数的原始传感器信号。通常可以由线性模型来对传递函数进行合理的近似，其中该线性模型以传感器偏移、对主分析物的敏感性、以及对次要分析物的交叉敏感性为特征。然而，可能更合适的是由更复杂的模型来对传递函数进行近似，与简单的线性模型相比，这些更复杂的模型将以更多的参数为特征，例如，通过加入更高阶项和/或通过考虑输入与输出之间的时间延迟的方式来实现。传递函数通常将取决于操作条件。例如，敏感层的温度的变化通常将会引起对任何给定分析物的敏感性的变化。

可以将若干化学传感器组合成传感器阵列，或者化学传感器可以包括多个传感器单元以获得多分析物传感器。于是每个单独的传感器或传感器单元将由其自身的传递函数进行描述，而每个传递函数又以对该传递函数进行近似的模型的许多参数为特征。

即使在传感器不操作并且对传感器没有任何化学刺激时，传递函数也可通过传感器漂移而随时间缓慢地变化。漂移可以例如通过偏移和敏感性漂移来体现。漂移可能很大程度上取决于传感器历史，例如传感器操作的频度、操作之间的间隔、自上次检修过程起的时间、传感器被暴露于的化学物等，因此可能难以预测漂移。即使所有的传感器都具有相同的传感器历史，传感器批次之间的漂移特性也可能发生变化；而来自单一批次（特别地，来自同一晶片）的传感器则趋向于针对相同的传感器历史展现相似的漂移行为。

考虑到所有这些，这意味着针对给定分析物成分的原始传感器输出信号通常以不容易预测的方式取决于大量的因素。对传感器进行校准，即适当地考虑到所有不同的因素以便能够根据原始传感器输出来确定有意义的传感器读数，可能会是具有挑战的任务。这对于多分析物传感器尤其如此。例如，即使已知操作条件和传感器历史，根据原始传感器信号确定多单元传感器的多个已知分析物的浓度也会是非常具有挑战性的。这样的确定可能涉及在计算上昂贵的算法和/或与存储在数据库中的数据的比较。

因此，可能期望的是例如通过云计算在远程评估单元（远程服务器）中而不是在便携式电子装置自身中进行部分或全部分析。例如，远程评估单元可以用于确定要被应用于将原始传感器信号变换成有意义的传感器读数的校准值。为此，远程评估单元可以从传感器接收数据并且可以向便携式电子装置返回校准值。然后，这些值会在后续的测量中在便携式电子装置中本地地应用于原始传感器信号。

在这样的过程中可能需要唯一地标识相应的传感器。原则上，这可以通过对每个传感器分配序列号并且将该序列号连同每个请求一起传送至远程评估单元来完成。