用于呼吸器的感测元件制造技术

本发明专利技术公开了一种感测元件，所述感测元件包括具有非导电表面的基板、至少一个高表面能区域，以及设置在所述非导电表面上的电极对结构。所述电极对结构包括两者间具有间隙的至少一对电极。所述电极中的至少一个至少部分地位于所述至少一个高表面能区域内。所述感测元件被配置为感测流体可溶性颗粒物。

Sensing element for respirator

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于呼吸器的感测元件
技术介绍
颗粒物(PM)传感器是被配置为能够量化环境(最常见的是颗粒悬浮在气相中的环境)中的固体颗粒浓度的感测元件。在过去十年中，由于人们日益认识到PM可能对人类健康产生的影响，因此PM传感器受到了更多的关注。PM传感器通常用于实现环境PM监测、柴油机烟尘颗粒输出和颗粒过滤器效率测量，包括呼吸器贴合测试。大多数传感器系统属于以下类别中的一个：1)基于质量的测量，其通过使用质量天平或石英晶体微量天平监测随时间沉积的颗粒的质量(通常用于环境监测)，2)基于光学的测量，其中使用光信号来监测气流中颗粒的浓度(通常用于环境监测和定量呼吸器贴合测试)，以及3)导电性感测，其中导电颗粒在一对电极上的沉积导致可测量的电信号(通常用于柴油机烟尘监测，因为烟尘颗粒是导电的)。基于质量的测量一般是麻烦的，或者需要相对昂贵的石英晶体元件和频率计数电子器件。光学感测还需要相对昂贵的光学系统和高功率要求。电特性传感器可经济地制造，因为其最简单的形式可仅由基板上的一对电极组成。然而，基于电特性测量的现有PM传感器，诸如柴油发动机烟尘感测中使用的那些，要求所关注的颗粒在固态下是导电的。该要求阻止传感器被用于监测电绝缘的固体颗粒，诸如固体盐颗粒。另外，电特性传感器可受到环境条件的变化(诸如温度和湿度变化)的影响。
技术实现思路
本公开涉及呼吸器的感测元件。具体地，本公开涉及电子感测元件，该电子感测元件被配置为在流体可电离气溶胶的存在下发生电特性(电阻、电容或其它AC阻抗特性)的变化。该电子感测元件可被配置为能够补偿由环境因素(例如，温度、湿度和气体组分相互作用)引起的背景噪声。在一个方面，一种感测元件包括具有非导电表面的基板、至少一个高表面能区域，以及设置在非导电表面上的电极对结构。电极对结构包括两者间具有间隙的至少一对电极。电极中的至少一个至少部分地位于至少一个高表面能区域内。该感测元件被配置为感测流体可溶或流体可电离的颗粒物。上述
技术实现思路
并不旨在描述本公开的每种实施方案或每种实施方式。通过参考以下具体实施方式和权利要求并结合附图，更全面的理解将变得显而易见。换句话讲，通过阅读以下具体实施方式，这些以及各种其它特征和优点将显而易见。附图说明图1是一个例示性感测元件的顶视图、前视图和侧视图的示意图。图2是两个例示性感测元件的顶视图的示意图。图3是一个例示性感测元件的剖视示意图。图4A是另一个例示性感测元件的顶视图、前视图和侧视图的示意图。图4B是另一个例示性感测元件的顶视图、前视图和侧视图的示意图。图5A是制备感测元件的例示性方法的流程图。图5B是制备感测元件的另一个例示性方法的流程图。图6是图4A的感测元件的剖视示意图，其示出了设置在电极对结构上的流体。图7是具有过滤元件的例示性感测元件的剖视示意图。图8是图7的感测元件的剖视示意图，其示出了设置在电极对结构上的流体。图9是另一个例示性感测元件的顶视图的示意图。图10是另一个例示性感测元件的顶视图的示意图。图11是示出传感器对水中不同浓度的NaCl的响应的曲线图，上面三个曲线图示出了当涂覆有所示溶液的液体层时由传感器测量的作为频率的函数的电阻(实线)和电抗(虚线)。下面三个曲线图示出了当涂覆有所示溶液的液体层时由传感器测量的作为频率的函数的阻抗大小(实线)和相移(虚线)。Z＝阻抗大小，θ＝相移，R＝电阻，X＝电抗。图12A至图12C是示出施加到盐气溶胶传感器的不同表面改性和涂覆体系的等温吸水性和NaCl气溶胶响应的比较的曲线图。图13A至图13D是示出对于O2+TMS等离子+两性离子型硅烷，之后不同涂覆量的葡萄糖施加到盐气溶胶传感器，等温吸水性和NaCl气溶胶响应的比较的曲线图。图14A至图14C是示出具有和不具有过滤元件的传感器的等温吸水性和NaCl气溶胶响应的比较的曲线图。图15是例示性呼吸器传感器系统的示意图。具体实施方式在以下详细描述中，参考了形成该详细描述的一部分的附图，并且在附图中以例示的方式示出了若干具体实施方案。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，能够设想并作出其它实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。除非另外指明，否则本文所使用的所有科学和技术术语具有在本领域中普遍使用的含义。本文提供的定义将有利于理解本文频繁使用的某些术语，并且不意味着限制本公开的范围。除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中所使用的表达特征尺寸、量和物理特性的所有数在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的性质而变化。用端值来表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数字(如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)及该范围内的任何范围。除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖具有多个指代物的实施方案。除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求书中使用的，术语“或”一般以其包括“和/或”的意义采用。如本文所用，“具有”、“包括”、“包含”等等均以其开放性意义使用，并且一般是指“包括但不限于”。应当理解，“基本上由...组成”、“由...组成”等包含在“包含”等之中。如本文所用，术语“流体可溶的”和“流体可电离的”在本公开中是等同的。本公开涉及呼吸器的感测元件。具体地，本公开涉及被配置为在存在流体可电离气溶胶的情况下发生电特性(电阻、电容或AC阻抗)变化的电子感测元件。该电子感测元件可被配置为能够补偿由环境因素(例如，温度、湿度和气体组分相互作用)引起的背景噪声。该电子感测元件也可被配置为容易地插入传感器中并从传感器移除，以能够读出感测元件信号。在一些情况下，传感器可为无线的，从而实现具有一次性传感器元件的完全无线气溶胶监测系统，其可被配置为与呼吸保护装置集成。该电子感测元件可允许对在固态颗粒状态下不导电的一些颗粒进行电检测，并且还提供对环境变化的背景补偿的方法。该电子感测元件被配置为检测溶解成流体中的导电组分的颗粒。例如，结晶盐颗粒(诸如氯化钠颗粒)在固态颗粒状态下是电绝缘的，但在极性流体(诸如水)中溶解成导电的钠离子和氯离子。该感测元件能够检测这些颗粒，因为该感测元件的表面被设计成使得流体膜在电极之间的区域中形成。当所关注的颗粒冲击感测元件时，它们溶解到流体中，随后能够进行检测。该感测元件可被设计成使得流体膜由环境中的气体形成。例如，流体可通过来自人呼吸的水蒸气的冷凝而形成。在该示例中，感测元件可放置在呼吸器内部以在呼吸器贴合测试中使用。渗漏到呼吸器中的雾化盐颗粒可冲击感测元件表面，该感测元件表面具有由佩戴者的呼气中的水蒸气形成的流体层，使得能够检测呼吸器的渗漏。背景补偿可由感测元件表面上的第二对电极来提供(尽管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感测元件，包括：/n基板，所述基板包括非导电表面；/n至少一个高表面能区域；以及/n电极对结构，所述电极对结构设置在所述非导电表面上，所述电极对结构包括两者间具有间隙的至少一对电极，并且所述电极中的至少一个至少部分地位于所述至少一个高表面能区域内，并且所述感测元件被配置为感测流体可溶性颗粒物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170901 US 62/553,5671.一种感测元件，包括：
基板，所述基板包括非导电表面；
至少一个高表面能区域；以及
电极对结构，所述电极对结构设置在所述非导电表面上，所述电极对结构包括两者间具有间隙的至少一对电极，并且所述电极中的至少一个至少部分地位于所述至少一个高表面能区域内，并且所述感测元件被配置为感测流体可溶性颗粒物。


2.根据权利要求1所述的感测元件，还包括两对或更多对电极。


3.根据前述权利要求中任一项所述的感测元件，其中所述至少一对电极中的电极被定位成相对于彼此共面。


4.根据前述权利要求中任一项所述的感测元件，其中当所述感测元件被配置为感测流体可溶性颗粒物时，液体层设置在所述间隙中，使得所述液体层与所述至少一对电极中的两个电极均接触。


5.根据前述权利要求中任一项所述的感测元件，其中所述基板还包括至少一个低表面能区域。


6.根据前述权利要求中任一项所述的感测元件，还包括过滤元件，所述过滤元件围绕至少一个电极的表面设置，使得流体必须基本上穿过所述过滤元件以到达所述电极。


7.根据前述权利要求中任一项所述的感测元件，其中所述至少一个高表面能区域包括硅氧烷表面。


8.根据前述权利要求中任一项所述的感测元件，其中所述至少一个高表面能区域包括两性离子型硅氧烷表面。


9.根据前述权利要求中任一项所述的感测元件，其中所述至少一个高表面能区域包含吸湿材料。


10.根据前述权利要求中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·C·韦伯，安德鲁·S·瓦伊纳，蒂布提·戈帕拉克里希南，安德鲁·P·博尼法斯，亚当·J·默勒，摩西·M·戴维，詹姆斯·P·恩德勒，尼古拉斯·G·阿梅尔，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US