改善的TAS传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种针对用作三轴传感器(TAS)的改善的磁性传感器的系统和方法。TAS提供最佳传感器，是同心的并且三个线圈是相同的，其中产生更高的灵敏度，多个层。更具体地，传感器由多个印刷电路板(PCB)层制成。多个PCB层根据各种几何形状堆叠，以形成增强位置感知的传感器。同心传感器能以立方体、堆叠正方形或尺寸减小的堆叠正方形的形式布置以形成锥体结构。

Improved TAS Sensor

【技术实现步骤摘要】
改善的TAS传感器
技术实现思路
为了通过三轴传感器(TAS)提供准确的磁场测量，需要具有已知灵敏度的灵敏传感器。这种传感器用于例如外科医生想要以更高的精确度和准确度执行微创手术的外科规程中。磁性导航工具的使用提供了一种执行这些类型的手术的机制(例如，ElectroPhysiology和EarNoseTrots)。传感器的另一用途包括在头盔单片眼镜上以准确的方式投射目标所需的飞行员头盔位置跟踪。最佳的TAS是同心的、对称的并且同质的。这意味，三个轴(X、Y、Z)中的灵敏度和电阻类似。其他设计考虑因素包括制造，包括规范性和成本。在设计本专利技术的TAS时，传感器由印刷电路板(PCB)制成，与由标准卷绕线圈建立的传统传感器相比，改善了可制造性。所描述的基于PCB的TAS线圈包括两个重要方面：TAS由六个PCB锥体建立，这六个PCB锥体附接在一起以形成立方体；并且这六个PCB锥体中的每个PCB锥体均由若干呈“锥体切口”的形状的PCB建立，这些PCB由根据各种几何形状堆叠的层建立，以形成传感器。相比于其它PCB技术，所描述的传感器表现出高的每体积灵敏度密度。同心传感器可以立方体、堆叠正方形或尺寸减小的堆叠正方形的形式布置以形成提供立方体构造的锥体结构。公开了一种TAS装置、系统和方法以及一种单轴传感器(SAS)装置、系统和方法。TAS包括六个SAS，每个SAS包括多个形成为锥体结构的层，其中连续层中的每个层均被配置为面积小于该层被装配所在的层，其中该多个层中的每个层均在该层上形成至少一个线圈，所述至少一个线圈中的每个线圈均基本上涵盖形成线圈所在的层内可用的横截面积；以及多个互连件，该多个互连件将每个连续层互连到该连续层的相邻的其它层，其中六个SAS形成为类似立方体的结构。SAS包括多个形成为锥体结构的层，其中连续层中的每个层均被配置为面积小于该层被装配所在的层，其中该多个层中的每个层均在该层上形成至少一个线圈，所述至少一个线圈中的每个线圈均基本上涵盖可形成的线圈所在的层内可用的横截面积；以及多个互连件，该多个互连件将每个连续层互连到该连续层的相邻的其它层。还公开了一种形成TAS的方法。该方法包括：确定待包括在每个SAS中作为三轴传感器的锥体的层的数目；在该数目的层中的每个层上制造线圈，其中每个连续层的占有面积减小；互连每个层内的线圈；从最大到最小堆叠制造的线圈以形成锥体结构；将每个连续层互连到相邻的其它层；以及将六个形成的SAS装配成类似立方体的结构以形成TAS。附图说明通过以举例的方式结合附图提供的以下具体实施方式可得到更详细地理解，其中：图1示出根据本专利技术的第一实施方案的形成为多层传感器的磁性传感器；图2描绘可用于形成图1的多层传感器的锥体传感器。图3A-3C示出提供图2中所描绘的传感器的附加细节的锥体结构，包括图3A中的锥体结构的顶视图、图3B中的锥体结构的等轴视图和图3C中的锥体结构的侧视图；图4描绘根据本专利技术的第二实施方案的同心传感器的另一种设计；图5示出本专利技术中的传感器的比例；并且图6示出形成三轴传感器(TAS)的方法。具体实施方式在以下描述中，列出许多具体细节，诸如特定结构、部件、材料、尺寸、工序和技术，以提供对本专利技术的实施方案的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员应当理解，能在没有这些具体细节的情况下实践实施方案。在其它情况下，没有详细描述熟知的结构或工序，以避免模糊实施方案。应当理解，当一个元件诸如层、区或基板被称为在另一个元件“上”或“上方”时，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接在”另一个元件“上”或“上方”时，不存在居间元件。还应当理解，当一个元件被称为在另一个元件“下方”、“以下”或“下面”时，它可以直接在另一个元件下方或下面，或者可以存在居间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接在”另一个元件“下方”或“下面”时，不存在居间元件。为了在以下详细描述中不模糊实施方案的呈现，本领域中已知的一些结构、部件、材料、尺寸、工序和技术可出于呈现并且出于说明目的而组合在一起，并且在一些情况下可能没有详细描述。在其它情况下，可能根本不描述本领域中已知的一些结构、部件、材料、尺寸、工序和技术。应当理解，以下描述集中于本文所述的各种实施方案的独特特征部或元件。公开了一种针对用作三轴传感器(TAS)的改善的磁性传感器的系统和方法。TAS通过使用PCB层来提供高灵敏度。所描绘的TAS传感器是基于线圈。接收线圈将磁场转换成电子设备可检测的模拟信号，并且根据已知的参数和算法，磁性传感器的位置被确定。将磁场转换成模拟电压的能力被定义为线圈的灵敏度。灵敏度与环(也称为线圈)的横截面积成正比。这种横截面积被限制在给定体积内。通过设计，并且为了保持系统的动态范围，每个轴可以彼此类似。传感器的灵敏度是所形成的环的表面积的线性函数。因此，本专利技术的传感器使环的数目和限定体积中环的表面积最大化，以利用可能的最大面积。如本领域中的具有普通技术的人员已知，表面积以函数的形式被定义为π(П)乘以环半径的平方。因此，通过保持每个轴的对称性，环能在每个轴中提供相同的灵敏度。以举例的方式，本专利技术的TAS传感器能用于利用磁性传感器感测的任何系统，包括但不限于已知的导航系统和新的ACCLARENTENT导航系统。磁性传感器通常可由若干印刷电路板(PCB)层制成；这些PCB层根据各种几何形状堆叠成若干层以形成增强位置感知的磁性传感器。所得配置提供增加的灵敏度和更大的准确度。例如，六面同心并且对称的传感器增加感测准确度以使位置发现更精确。同心传感器可以立方体、堆叠正方形或尺寸减小的堆叠正方形的形式布置以形成锥体结构。最终，锥体结构可组合以构造立方体。立方体形状在所有三个轴中提供大约相同的灵敏度。由于PCB技术的使用和PCB技术的一般平坦表面格式，容易形成诸如立方体形状的几何形状。图1示出形成为多层传感器100的磁性传感器。多层传感器100可形成为立方体。多层传感器100可包括六个环锥体110、112、114、116、118、120，每个锥体构成立方体结构的一个侧面。每个环锥体110、112、114、116、118、120均可为SAS。每个环锥体110、112、114、116、118、120可包括多个呈锥体结构的环层。为了制造每个单独的锥体，将越来越小的PCB件堆叠起来以形成锥体，如下文关于图2和图3更详细描述。每个附加层的尺寸减小提供锥体结构。形成锥体结构的叠堆中的每个层可包括一系列环。由于环(线圈)的数目增加，多层传感器100的灵敏度大大增加，因为多层传感器100将磁场转换成电子设备能够检测的模拟信号。因为多层传感器100的灵敏度与环的横截面积成比例，所以多层结构使立方体的限定体积内环的横截面积最大化。传感器的灵敏度是所形成的环的表面积的线性函数。因此，使环的面积最大化使灵敏度最大化。本专利技术的传感器使环和限定体积中环的表面积最大化，以提供可能的最大面积。相比于现有的传感器生产方法，多层传感器100的设计提供每限定体积大大约10倍的灵敏度。此外，通过设计，并且为了保持系统的动态范围，每个轴可以是类似的。通过保持每个轴的对称性，环可在每个轴中提供相同的灵敏度。图2描绘可用于形成图1的多层传感器100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三轴传感器(TAS)装置，所述装置包括：六个单轴传感器(SAS)，每个SAS包括：多个层，所述多个层形成为锥体结构，其中连续层中的每个层均被配置为面积小于该层被装配所在的层；所述多个层中的每个层均包括至少一个线圈，所述至少一个线圈基本上涵盖形成所述线圈所在的所述层的横截面积；以及多个互连件，所述多个互连件将每个连续层互连到该连续层的相邻的层，其中所述六个SAS形成为类似立方体的结构。

【技术特征摘要】
2017.12.15 US 15/8438371.一种三轴传感器(TAS)装置，所述装置包括：六个单轴传感器(SAS)，每个SAS包括：多个层，所述多个层形成为锥体结构，其中连续层中的每个层均被配置为面积小于该层被装配所在的层；所述多个层中的每个层均包括至少一个线圈，所述至少一个线圈基本上涵盖形成所述线圈所在的所述层的横截面积；以及多个互连件，所述多个互连件将每个连续层互连到该连续层的相邻的层，其中所述六个SAS形成为类似立方体的结构。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述类似立方体的结构为大约5mm。3.根据权利要求1所述的装置，其中所提供的灵敏度在大约4至5mV/G的范围内。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述TAS将磁场转换为模拟信号。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个层包括8个层。6.根据权利要求1所述的装置，其中基本上涵盖所述层的横截面积包括使所述线圈中环的数目最大化。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述层由印刷电路板(PCB)形成。8.根据权利要求1所述的装置，所述装置被利用于Carto导航系统中。9.根据权利要求1所述的装置，所述装置被利用于AcclarentENT导航系统中。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置是基本上对称的、基本上同心的并且基本上同质的。11.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个层中的最大层包括7个...

【专利技术属性】
技术研发人员：M阿密特，E基迪施曼，
申请(专利权)人：韦伯斯特生物官能以色列有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL