在实施例中，氧传感器包括巨磁电阻装置（１０）和布置成生成覆盖巨磁电阻装置和检查区域（２０）的磁场生成器（１４、１４ａ、１４ｂ）。由巨磁电阻装置检测到的磁场的分量（Ｂｘ）取决于检查区域内的氧浓度。在实施例中，芯片（４０）包括设置于芯片上面或内部的一条或多条导电线路（１４ａ、１４ｂ）以及设置于芯片上面或内部的巨磁电阻装置（１０），使得在所述线路内流动的电流生成覆盖磁场传感器的磁场（１２ａ、１２ｂ），所述磁场受到环境氧（２４）扰动，使得由磁场传感器输出的信号指示环境氧浓度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及传感器技术、安全技术、医疗技术、气体处理技术以及相关技术。 本专利技术用于医疗环境中的氧监测、各种工业环境条件监测任务等。
技术介绍
氧浓度测量用于许多临床环境。为了改善患者的安全性，在麻醉和重症护理医 疗中对吸入的氧浓度进行例行测量。另一范例是测量吸气和呼气的氧和二氧化碳浓度以 确定患者的代谢率。氧浓度测量的非医疗应用包括工业和环境气体测量和处理任务。文献中描述了能够用于测量氧的多种不同的物理学原理。对氧浓度的电化学、 分压、氧化锆和顺磁性响应已经被认定为氧浓度测量的合适的基础。然而，现有的系统 通常表现出各种缺陷，诸如反应时间缓慢、体积庞大、对机械振动敏感、成本高等。常见类型的氧浓度传感器是磁力学组件，其包括可旋转地悬于磁场中的哑铃 (dumbbell)结构，哑铃的“铃”包含氮或另一非顺磁性材料。如果氧浓度升高，其由于 氧的顺磁性属性而被吸引到磁场中，从而使磁场增强。现铃的非顺磁性铃偏出增强的磁 场，从而产生与氧浓度相关的 铃偏转。该偏转由视觉检测或者通过另一运动检测系统 检测。Fabinski等人在美国专利号为6J63J22的专利中描述了一种此类基于哑铃的氧浓 度传感器。基于 铃的氧浓度传感器具有操作的机械基座，这导致对振动或其他机械干扰 的问题性敏感，并使传感器难以小型化。
技术实现思路
本专利技术提供了新的并经改进的氧监测器及氧监测方法，其克服了上述问题和其 他问题。根据公开的一个方面，公开了一种氧传感器，其包括用于在检查区域内生成磁 激励场的一个或多个磁场生成器以及用于检测由所述检查区域内的顺磁性氧分子生成的 磁反应场的巨磁电阻(GMR)。那么GMR信号(例如，阻抗改变)指示检查区域内的氧 浓度。根据公开的另一方面，公开了一种氧感测方法，其包括在巨磁电阻装置和检 查区域内生成磁场；通过向检查区域内引入一定浓度的氧扰动覆盖巨磁电阻装置的磁 场；使用巨磁电阻装置测量磁场的扰动；以及输出基于测得的磁场扰动确定的氧浓度值。根据公开的另一方面，公开了一种氧传感器，其包括芯片，所述芯片包括ω设 置于该芯片上面或内部的一条或多条导电线路以及(ii)设置于该芯片上面或内部的磁场 传感器，使得在所述一条或多条导电线路中流动的电流在磁场传感器内生成磁场，所述 磁场受氧扰动，使得由磁场传感器输出的磁场检测信号指示氧浓度。检测器模块任选可以包括用于为至少一个导体供应交变电驱动信号的驱动器。所述驱动信号例如可以是具有选定频率的正弦电压或电流。随后由所述电流诱发的效应 常常通过允许将它们与其他效应区分开的相应的频率依赖性进行特征化。磁传感器装置可以配备有霍尔(Hall)传感器或磁阻元件，在一些实施例中，磁 阻元件可以是GMR(巨磁电阻)装置、TMR(隧道磁阻)装置或AMR(各向异性磁阻)直ο一个优点在于提供了降低了对振动或其他机械扰动的敏感度的氧传感器。另一优点在于提供了紧凑型的氧传感器。另一优点在于提供了配置成不具有活动部分的芯片的氧传感器。本领域的普通技术人员通过阅读和理解下文的详细描述，将理解本专利技术的进一 步优点。附图说明图1图解示出了氧传感器。图2示出了配置成芯片的氧传感器的图解透视图。图3示出了配置成图2中图示说明的芯片的氧传感器的选定操作部件的图解侧视 图。具体实施方式参考图1，氧传感器包括设置于由磁场生成器生成的磁场12中的磁场传感器 10。在图1中，图示说明的磁场生成器包括电导体14，诸如电线、导电线路等。在电导 体14内流动的电流生成绕电导体14的磁场12。图1使用了常规的图示符号，其中，由 环绕“X”符号的圆圈表示取向为垂直于图纸平面并承载流“入”图纸平面的电流的电 导体14。包括磁场传感器10和电导体14的氧传感器配置成与检查区域20内的氧相互作 用并测量氧浓度。在图示说明的实施例中，检查区域20被限定为由氧屏蔽层22界定的 磁场传感器10 “上方”的区域，氧屏蔽层22阻止氧流到或扩散到磁场传感器10的内部 或“下方”。在其他实施例中，检查区域20可以由其他方式进行限定，例如通过氧气可 以流经的管道。磁场传感器10和检查区域20两者都覆盖磁场12。如图1的图解说明，氧分子 24中的每个包括两个键合在一起的氧原子，由此限定了具有由0-0键限定的空间取向的 双原子O2分子。位于磁场12外的氧分子M具有随机的取向。另一方面，位于磁场12 内并且具体在感兴趣的检查区域20内的氧分子M被磁场12偏转为0-0结构与磁场12的 方向对齐的取向。这种对齐是氧分子M主顺磁性行为的结果。应当理解，图1所示检 查区域20内的氧分子M的对齐是图示性的-实际中，磁场12向与磁场12平行的氧分子 M的对齐施加一些偏磁，但氧分子M继续根据它们的动能旋转和变换，并且仅是在统计 学意义上表现出与磁场12的对齐。然而，这种在统计学意义上的对齐对于氧分子M巩 固和增强检查区域20内的磁场12是足够的。磁场传感器10—般是平面的并在图1中以“侧边”(“edge-on”)显示。在 检查区域20内不存在任何氧浓度的情况下，图1中的布置的对称规定磁场12取向为垂直于一般为平面的磁场传感器10。在本文图示说明的实施例中，磁场传感器10是旋转 阀类型的巨磁电阻(GMR)装置，其对χ方向(参见图1中图示说明的笛卡尔(Cartesian) 坐标系统)的磁场敏感，而对任何取向为垂直于一般为平面的GMR传感器10的磁场分 量(即，任何取向为ζ方向的磁场分量)不敏感。在检查区域20内不存在任何氧的情况 下，磁场12取向为沿ζ方向，因此GMR传感器10检测不到任何磁场。随着向检查区域20内引入氧，使得检查区域20内的氧浓度升高，氧分子对与 磁场12对齐(在统计学意义上)并增强检查区域20内的磁场12。磁场12的这一扰动在 磁场中引入不对称，其包括沿χ方向取向的扰动磁场分量Bx，如图1图解所示。旋转阀 类型的GMR装置10检测并测量取向为沿χ方向的扰动磁场分量Bx。测得的平面内分量 Bx与检查区域20内的氧浓度[O2]成比例，或至少随其单调递增。合适的驱动和控制电子器件30提供用于驱动电导体14中的电流的功率以生成磁 场12，并包括用于接收由磁场装置10输出的磁场检测信号的检测电路。合适的输出装 置，诸如图示说明的氧浓度[O2]显示器32或图示说明的高氧浓度警报器34等，提供用户 可感知的氧浓度输出指示，诸如在[O2]显示器32上所显示的定量氧浓度值、以测得的氧 浓度超过安全阈值为条件由高氧浓度警报器34输出的可听到的警报等。图1所示的实施例是说明性的。各种类型的基于GMR的装置以及非基于GMR 的装置都可考虑作为磁场传感器。可用作磁场传感器的非基于GMR装置的范例是霍尔效 应装置。一般为平面的霍尔效应装置对垂直于装置平面的磁场敏感-因此，如果霍尔效 应装置替换图1中的GMR装置10，霍尔效应装置应当旋转90°，从而使未受扰动的磁 场12与霍尔效应装置的平面平行，而扰动磁场Bx与霍尔效应装置的平面垂直。在对磁 场的敏感度方面，基于GMR的装置一般优于其他磁场传感器。基于GMR的装置和霍尔 效应装置两者有利地都是不具有活动部分的固态传感器。参考图2，图示说明的氧传感器配置成芯片40，芯片40包括一般为平面的基底 42，基底42具有支撑GMR装置1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧传感器，包括： 巨磁电阻装置（１０）；以及 磁场生成器（１４、１４ａ、１４ｂ），其被布置成在所述巨磁电阻装置和检查区域（２０）内生成磁场（１２、１２ａ、１２ｂ），由所述巨磁电阻装置检测到的所述磁场的分量（Ｂ↓［ｘ］）取决于所述检查区域内的氧浓度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-5-14 61/053,1941.一种氧传感器，包括 巨磁电阻装置(10)；以及磁场生成器(14、14a、14b)，其被布置成在所述巨磁电阻装置和检查区域(20)内生 成磁场(12、12a、12b)，由所述巨磁电阻装置检测到的所述磁场的分量(Bx)取决于所述 检查区域内的氧浓度。2.如权利要求1所述的氧传感器，还包括检测器模块(30、32、34、46)，其可操作地与所述巨磁电阻装置(10)耦合，从而基 于由所述巨磁电阻装置检测到的所述磁场(12、12a、12b)的所述分量(Bx)输出氧浓度信号。3.如权利要求1和权利要求2中任一项所述的氧传感器，其中，所述磁场生成器 (14、14a、14b)包括电导体(14、14a、14b)，其分别针对所述巨磁电阻装置(10)进行布置，使得流经所 述电导体的电流在所述检查区域内生成所述磁场(12、12a、12b)。4.如权利要求1-3中任一项所述的氧传感器，还包括氧屏蔽层(22)，其设置于所述检查区域(20)和所述巨磁电阻装置(10)之间。5.如权利要求1-4中任一项所述的氧传感器，还包括一般为平面的基底(42),其支撑所述巨磁电阻装置(10)和所述磁场生成器(14、 14a、14b)，所述磁场生成器包括设置于所述基底上面或内部的一条或多条导电线路 (14a、14b)，所述巨磁电阻装置(10)包括设置于所述一般为平面的基底上面或内部的一 般为平面的装置，所述一般为平面的基底、巨磁电阻装置以及一条或多条导电线路共同 限定氧传感器芯片(40)。6.如权利要求1-4中任一项所述的氧传感器，还包括 一般为平面的基底(42)，其具有面向所述检查区域(20)并支撑所述巨磁电阻装置(10)和所述磁场生成器(14a、14b) 的前侧(44)，以及背向所述检查区域的背侧； 以及电介质层(22)，其设置于所述一般为平面的基底的所述前侧的至少一部分上面并充 分...
【专利技术属性】
技术研发人员：H杜里克，JAHM卡尔曼，J维恩，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]
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