專利名稱：流體探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定流體特性，盡管未限制，但尤其適于確定諸如血液的流體的粘度。
背景技術(shù)：
確定流體的特性在廣大的工業(yè)領(lǐng)域中是至關(guān)重要的。例如，在石油工業(yè)中知道石油的粘度、在牛奶場要知道牛奶的溫度是非常重要的。要么使用適當?shù)摹霸?in-situ)” 傳感器、要么將適當?shù)膫鞲衅鞣胖迷诟信d趣的流體中然后進行讀取，可以在指定時間、或?qū)崟r地連續(xù)地進行測量。很多流體的重要特性是其粘度。例如，血液的粘度對于確定病人的血壓是至關(guān)重要的。此外，通過對血樣的持續(xù)監(jiān)視，可以確定凝血速率。病人的凝血速率可用于診斷特定的狀況，諸如深度靜脈血栓癥。目前的用于測量粘度的設(shè)備(“viscometer”或 "viscosimeter")具有很多缺點。這些設(shè)備一般較大、容量大，并且對于購買和制造來說都很昂貴。如果流體樣品在例如經(jīng)濟上(一種新藥)或者其它(病人的血液)方面很有價值， 則不希望在確定其特性時使用或可能浪費大量的樣品。由于現(xiàn)有技術(shù)的粘度計的大尺寸， 因此必需使用相應(yīng)的大量流體樣品。此外，為了進行測量經(jīng)常必需從本地環(huán)境中采樣。在這種情況下，經(jīng)常必需向樣品添加穩(wěn)定劑，以防止在從樣品地運輸?shù)秸扯扔嬤^程中對樣品的測量產(chǎn)生不利的影響。例如，在從病人抽血時要向血液添加凝結(jié)劑以防止血液暴露在空氣中時會凝固。任何這種試劑的添加都會污染或降低樣品的純度，經(jīng)常影響樣品的特性，因此這是不希望的。理想地，應(yīng)該要么原地，要么在不需要添加試劑的情況下進行測量。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種使用傳感元件確定流體特性的方法，該傳感元件包括彈性元件，通過彎曲該彈性元件可使該彈性元件從第一結(jié)構(gòu)運動到第二結(jié)構(gòu)，該彈性元件包括激勵部，被設(shè)置用于使該彈性元件在該第一結(jié)構(gòu)與該第二結(jié)構(gòu)之間運動，該方法包括通過向該彈性元件施加熱信號，引起該彈性元件在該第一結(jié)構(gòu)與第二結(jié)構(gòu)之間進行運動；從該傳感元件接收信號，該信號表明了在該液體中引起的該彈性元件的運動； 并且處理該信號以確定表明該液體的至少一個特性的值。發(fā)明人已經(jīng)實現(xiàn)了這樣一種方法，該方法可用于通過使用熱信號使彈性元件運動，來簡單地測量流體的粘度、溫度、流速和切變率(shear)。此外，傳感元件可被構(gòu)造為微米級的大小。因此，可以對極少量的樣品進行原地或現(xiàn)場測量，從而不需要添加穩(wěn)定劑。最優(yōu)選地，該信號被處理以確定表明包括有粘度、溫度、流速和切變率的組中的至少一個特性的值。
該方法還包括通過監(jiān)視所接收的信號隨時間的變化，來確定該彈性元件的運動的變化速率，并根據(jù)運動變化速率來確定表明該流體的粘度的值。該方法還包括對于給定的被施加的熱信號，根據(jù)接收的信號來確定該彈性元件的運動幅度，并且根據(jù)該幅度來確定表明該流體的粘度的值。該方法還包括步驟通過向傳感元件施加多個不同頻率的熱信號，來確定彈性元件的諧振頻率，根據(jù)所接收的信號來監(jiān)視彈性元件的運動幅度以識別彈性元件的諧振頻率，并根據(jù)所識別的諧振頻率來確定表明流體粘度的值。該方法還包括步驟確定彈性元件運動中的變化，并根據(jù)運動中的變化確定表明流體流速的值；其中運動中的變化是由于流體相對于彈性元件的流動造成的。該方法還包括通過在該流體中的多個位置確定流速，來確定表明該流體的切變率的值。彈性元件的激勵部包括至少兩層的疊層，各層具有不同的熱膨脹系數(shù)，并且其中該方法還可以包括，在通過施加熱信號引起運動之前，對表明該流體的溫度的值進行確定。該設(shè)備可以包括多個彈性元件，并且該方法可以進一步包括使得多個彈性元件在多個位置確定表明該流體的至少一個特性的值。該設(shè)備可以包括多個彈性元件，并且該方法可以進一步包括將該多個中的至少一個用于在流體中引起流動，并且該多個中的至少一個用于確定表明該流體的至少一個特性的值。該方法進一步包括通過磁力將該彈性元件保持在所述兩個結(jié)構(gòu)中的至少一個。另選地，該方法可以進一步包括通過靜電力將該彈性元件保持在所述兩個結(jié)構(gòu)中的至少一個中。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于檢測流體的特性的設(shè)備，該設(shè)備包括主體區(qū)；彈性元件，具有第一端和第二端，該第一端固定地位于該主體區(qū)上，該彈性元件被設(shè)置為通過彎曲該彈性元件可使其從至少第一結(jié)構(gòu)運動到第二結(jié)構(gòu)，該彈性元件包括至少兩層的疊層以及激勵部，該激勵部被設(shè)置用于使該彈性元件在該第一結(jié)構(gòu)與該第二結(jié)構(gòu)之間運動，該激勵部由該疊層的至少第一層提供，該第一層具有與該疊層的第二層不同的熱膨脹系數(shù)，以便該彈性元件的溫度變化使得彈性元件從該第一結(jié)構(gòu)運動到該第二結(jié)構(gòu)，該彈性元件還包括加熱元件，用于對至少該彈性元件加熱，從而提供該溫度變化；以及運動檢測器，被設(shè)置用于檢測該彈性元件的該運動，并用于提供表明其中浸有該彈性元件的流體的特性的信號。優(yōu)選地，該運動檢測器被設(shè)置以便由于彈性元件的運動而使運動檢測器的電特性發(fā)生變化。最有選地，該運動檢測器包括位于彈性元件上的壓阻元件，該壓阻元件被設(shè)置以便由于彈性元件的運動而使壓阻元件的電阻發(fā)生變化。運動檢測器可以包括具有兩個板的電容器，該彈性元件形成其中一個板，而導(dǎo)電板形成另一個板，以便由于彈性元件的運動而使電容器的電容發(fā)生變化。該設(shè)備可以包括鎖裝置，被設(shè)置用于將該彈性元件保持在兩個結(jié)構(gòu)中的至少一個。該運動檢測器可以包括電磁輻射源，其被設(shè)置用于直接朝該元件輻射，以及電磁輻射檢測器，其被設(shè)置用于檢測以下至少一種電磁輻射從該彈性元件反射的電磁輻射、通過該彈性元件透射的電磁輻射、從該彈性元件折射的電磁輻射、或由該彈性元件衍射的電
磁輻射。更優(yōu)選地，疊層的第一層包括聚合物。疊層的第一層可以包括從聚酰亞胺、聚酰胺和丙烯聚合物組成的組中選出的一種材料。疊層的第二層包括聚合物。疊層的第二層可以包括從聚酰亞胺、聚酰胺和丙烯聚合物組成的組中選出的一種材料。最優(yōu)選地，該疊層的第二層包括金屬。金屬可以從金或鋁組成的組中選擇。優(yōu)選地，該彈性元件的從第一端到第二端的長度在IOOym至Imm之間，并且其中在該第一結(jié)構(gòu)中該彈性元件的第二端與在該第二結(jié)構(gòu)中該彈性元件的第二端之間的距離在30μπι至650μπι之間。該設(shè)備可以包括多個彈性元件。優(yōu)選地，該多個彈性元件排列成第一行和第二行， 每行包括至少一個彈性元件，對該彈性元件進行排列以便該第一行的至少一個彈性元件與該第二行的至少一個彈性元件相對地延伸。最優(yōu)選地，該多個彈性元件是相互交叉的。


現(xiàn)在將參照附圖，以示例的方式來說明本發(fā)明的實施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的檢測設(shè)備的透視圖；圖2是形成圖1的設(shè)備的一部分的惠斯通(Wheatstone)電橋電路的電路圖；圖3是圖1的檢測設(shè)備的簡化透視圖；圖4是將檢測設(shè)備的輸入信號與子壓阻元件中的阻抗變化聯(lián)系起來的圖形表示；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的檢測設(shè)備的透視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的檢測設(shè)備的透視圖；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明再一實施例的檢測設(shè)備的透視圖。圖1中所示的是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的檢測設(shè)備1的透視圖。檢測設(shè)備1包括主體區(qū)2、彈性元件3、加熱器4以及惠斯通電橋電路5。彈性元件3是主體區(qū)2的主要部分并從主體區(qū)2延伸。彈性元件的第一端與主體區(qū)相結(jié)合，彈性元件的遠離第一端的第二端相對于主體區(qū)可以自由運動。彈性元件是具有矩形表區(qū)域的條板(bar)，直角的較長邊從主體區(qū)延伸。彈性元件3包括由兩層3a、!3b組成的疊層，各層的材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。這些材料可以是不同的材料，或者是經(jīng)處理 (例如，加壓)的相同的材料，以便具有不同的熱膨脹系數(shù)。在加熱的情況下，對于相同的升溫，一層將比另一層更加膨脹，因此彈性元件3將沿具有較低熱膨脹系數(shù)的材料的方向彎曲。在冷卻時，對于相同的降溫，一層比另一層收縮得更快，因此，彈性元件3然后將沿具有較大熱膨脹系數(shù)的材料的方向彎曲。加熱器4位于彈性元件3上，并包括導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料形成穿過沿彈性元件3 的上表面區(qū)域的連續(xù)導(dǎo)線或軌跡4a。加熱器4還包括用于向加熱器4傳送電流(并導(dǎo)致從加熱器4散熱)的電觸點4b。這些電觸點4b位于主體區(qū)2的上表面。在現(xiàn)有技術(shù)中已知的惠斯通電橋電路5是特別用于測量電容和電阻的敏感裝置。 惠斯通電橋電路5位于主體區(qū)2和彈性元件3上?；菟雇姌螂娐?包括四個“引腳”或 “臂” fe、5b、5c、5d，其中的三個恥、5c、5d駐留在主體區(qū)2上，而其中的一個駐留在彈性元件3上與主體區(qū)2直接相鄰處。駐留在主體區(qū)2上的三個引腳^、5c、5d個具有已知值的電阻。駐留在彈性元件3上的第四個引腳如包括壓阻元件fe。壓阻材料是其電阻基于其上施加機械應(yīng)力而變化的材料。此外，惠斯通電橋電路5包括在主體區(qū)2的上表面上的用于輸入和輸出電信號的電觸點5e、5f?；菟雇姌螂娐?在圖2中被示出。在使用時，通過惠斯通電橋電路5經(jīng)由觸點k來施加電壓，從觸點5f測量通過中央的電壓輸出。當電橋5的輸出是零時，就是說電橋5是平衡的，并且電阻相等。當引腳fe、 ^、5c、5d中的一個的電阻變化時，先前的平衡電橋5現(xiàn)在就不平衡了。該不平衡使得通過電橋5的中央出現(xiàn)電壓。根據(jù)該值，可以計算電阻變化。然而，電橋5不需要初始就平衡。 盡管隨后初始輸出電壓在幅度上不為零，但是可將該非零值用作相對零值?；菟雇姌螂娐?的電阻中的唯一實質(zhì)性變化是由壓阻元件引起的，因此，可以假設(shè)電壓輸出中的任何實質(zhì)性變化都歸因于彈性元件3的運動。優(yōu)選地，三個已知的電阻等同于并且非常近似于補償任何溫度變化等。薄膜的表面細微加工可用于構(gòu)造圖1所示的設(shè)備。在優(yōu)選實施例中，將聚酰亞胺 (polyimide)和金膜用于生產(chǎn)彈性元件3。選擇聚酰亞胺(杜邦，珀瑞玲PI2566 (DuPont， Pyralene PI2566))是因為它的高熱膨脹系數(shù)(eOXlOH和小的楊氏系數(shù)(1. 75Gpa)， 因此以小的溫度變化就能產(chǎn)生大的位移。另外，可以從液相容易地旋轉(zhuǎn)涂覆聚酰亞胺膜， 使得能夠針對最佳偏移來檢測一個厚度范圍。也可以使用很多其它的塑料聚合物，也以它們的液相來旋轉(zhuǎn)涂覆，諸如PI2722、PI2723(兩者具有的熱膨脹系數(shù)都為57X10-6K-1)或 PI2734(熱膨脹系數(shù)為13 X 10- -1)。選擇金是因為其相對于PI2566聚酰亞胺具有適合的機械和熱特性。例如，金比PI2566具有低得多的熱膨脹系數(shù)(HXl(T6IT1)tj對彈性元件3 的各層的材料進行選擇，以便在受熱時彈性元件運動的距離相對大些，例如，該運動距離可以具有與彈性元件的大小相似的尺寸。例如，對于微米級尺寸的彈性元件3，對材料進行選擇以便彈性元件的運動也是微米級。聚合物和/或金屬可用作彈性元件3的組成層的材料。 實現(xiàn)基于通過受迫變化來對從底層起的多個薄膜分層進行控制的方法。該方法消除了對在最后的蝕刻消除期間保護多個層以防止化學(xué)劣化的需要，另外允許任意大的面積的解除。分層技術(shù)基于光學(xué)平版印刷，并采用將金非牢固地粘附到硅、二氧化硅或玻璃。通過在彈性元件3的組成層中引入應(yīng)力，然后從基板2上的定位層去處該應(yīng)力，就可以在非固定端彎曲，沿主體區(qū)2延伸。三種材料(硅、二氧化硅和玻璃)中的任一種都可很好地用作基板2，基板2 (基本上)形成主體區(qū)2。Cr、Ni或N-Cr (500人)的薄層加是濺射到基板2上的等離子體(plasma)，并用
作在基板2與隨后等離子體濺射的金屏蔽層2b (1000人)之間的附著力促進劑。淀積金屏
蔽層2b用于防止附著力促進劑加暴露于空氣中時被氧化。然后對第一附著力促進劑層加和金屏蔽層2b進行構(gòu)圖以限定要放置彈性元件3的區(qū)域，S卩，要去除部分第一附著力促進劑層2a。使用標準的平版印刷和濕蝕刻技術(shù)來進行構(gòu)圖，以在第一附著力促進劑層加中獲得開口，用于后來的彈性元件3的受力分層。該圖案實質(zhì)上是定位層圖像的反圖像，即，將材料淀積在以矩形結(jié)構(gòu)為邊界的開口所包圍的區(qū)域上，這會最終形成彈性元件3，其中在該區(qū)域周圍淀積材料將會形成彈性元件3從其釋放的定位層。該圖案是將三個矩形側(cè)面限定為尺寸是500 μ mX80 μ m的細軌道，從而“開口邊界”是矩形結(jié)構(gòu)。這有效地限定了彈性元件3的大小，也是500 μ mX80 μ m。在目前的開口邊界中，在進行釋放時，彈性元件3的一端保持固定到主體區(qū)2，而另一端自由運動，從主體區(qū)2延伸。然后在構(gòu)圖的金屏蔽層(1000人 )之上等離子體濺射金結(jié)構(gòu)層(1.2μm厚)2C、3a。金結(jié)構(gòu)層僅用作無源機械層，并通過聚酰亞胺層2d、;3b與加熱器4電絕緣。聚酰亞胺層2d、3b的淀積在下面說明。在相同的淀積操作中，在金結(jié)構(gòu)層上淀積薄Cr層(未示出)(< 500 A )，用作隨后的聚酰亞胺層的附著力促進劑。然后在金結(jié)構(gòu)層2c、3a上從液相旋轉(zhuǎn)涂覆聚酰亞胺層PI2566 2d、3b，并且在烤爐中在120°C進行適當烘烤20分鐘。此后，濺射涂覆1500 A厚度的Ni-Cr層，并進行構(gòu)圖以形成加熱器軌道如、接觸墊4b和信號線。標準的照相平版印刷是使用正性光刻膠(positive tone photoresist)來進行的，以對彈性元件3進行構(gòu)圖并限定接觸墊。使用濕化學(xué)蝕刻來進行構(gòu)圖。然而，另選技術(shù)是聚酰亞胺層的反應(yīng)離子刻蝕RIE。這將要求Cr層用作硬掩模。使用類似的技術(shù)，也可以淀積電阻惠斯通電橋電路5，包括組成壓阻元件如和接觸墊 5e、5fο最后，緊接著最后的淀積，執(zhí)行濕Au蝕刻，以從定位層釋放彈性元件3。由于在彈性元件3的組成層中的具有初始應(yīng)力，因此不需要具體的釋放方法。所引入的力阻止彈性元件3粘貼到基板2。因此，在釋放時，彈性元件向上彎曲并離開主體區(qū)1。對彈性元件3的金屬結(jié)構(gòu)層2c、3a的厚度(1.2μπι)進行選擇以提供好的激勵結(jié)果。值1.2μπι是根據(jù)經(jīng)驗建立的。也可以建立為，針對彈性元件3的組成材料(Gold， PI2566)的機械特性，厚度比4 1產(chǎn)生最大的初始偏移，其中厚度比8 1是最佳的經(jīng)驗結(jié)果。應(yīng)該理解，也可以使用其他的厚度和比例。另外，通過在旋轉(zhuǎn)涂覆期間改變旋轉(zhuǎn)速率來實現(xiàn)聚酰亞胺層2d、;3b的厚度改變。應(yīng)該理解，可以旋轉(zhuǎn)涂覆第二層PI2566，以將加熱器 4結(jié)構(gòu)嵌入，用于改善熱絕緣性以及機械保護。應(yīng)該理解，在釋放時，在組成層中的應(yīng)力可以足夠大以使彈性元件3彎曲到其可以背靠到自己，形成材料的“卷狀物”。檢測設(shè)備的最優(yōu)選的制造是避免這樣一種情況，即在釋放時，彈性元件3未形成這樣的卷狀物。優(yōu)選地，彈性元件3的組成層3a、!3b的熱膨脹系數(shù)沿彈性元件3的長度(由從彈性元件3被固定的點到彈性元件3是自由的那個點之間的距離來限定的)應(yīng)該是不同的，但是沿元件的寬度是相同的，使得彈性元件3沿其長度彎曲，而基本上不跨其寬度彎曲。為了易于說明，現(xiàn)在在彈性元件3是平的而非彎曲的情況下對檢測設(shè)備1進行說明。主體區(qū)2的不與彈性元件3附著以及不在彈性元件3周圍的那些部分將不再示出，以便突出彈性元件3。另外，圖3至5不如圖1詳細，沒有示出設(shè)備1的組成層。在每個圖中， 相似的部件給出相同的附圖標記。當經(jīng)由施加通過加熱器觸電4b的電勢差，使得電流通過圖1所示的加熱器4的軌道如時，由于軌道如中的電阻而使熱量散發(fā)。該熱量使得彈性元件3的溫度增加。在對彈性元件3進行加熱中，由于各自不同的熱膨脹系數(shù)，使得分層北的一層以比另外的3a以更大的速率膨脹。因此，如圖3所示，彈性元件3將彎曲并變得更直-彈性元件3已經(jīng)被從第一結(jié)構(gòu)運動到了第二結(jié)構(gòu)。該實施例的彈性元件3的末端可以運動200 μ m至250 μ m范圍內(nèi)的距離。在彎曲中，彈性元件3在壓阻元件fe上引入了應(yīng)力，這將引起壓阻元件如的電阻的變化。因此，與壓阻元件協(xié)作，惠斯通電橋5可以用作應(yīng)變儀，惠斯通電橋電路5的輸出電壓反映壓阻元件fe的電阻(輸出電壓隨該電阻而變)。
對于給定的加熱器4的輸入信號(熱信號)，彈性元件3將運動(偏移)指定量。 如果熱信號是反復(fù)的，從“電流接通”到“電流低”進行變化，或者甚至是“電流零”值，則彈性元件3在受熱時將會繼續(xù)彎曲，因此當不加(或少加)熱時，彈性元件3會朝其平衡位置釋放。彈性元件3將有效地振蕩。如果施加與彈性元件3的運動相反的阻尼力，則對于給定輸入，將會用更長的時間到達唯一最大可能的偏移。此外，如果熱信號是脈沖振動，則該元件可能達不到該最大偏移，因為由于熱信號的變化該元件會在另一方向上彎曲。這些效果可用于檢測和確定流體的粘度。較粘的流體比較稀的流體對彈性元件3的運動具有更大的阻尼力。偏移的變化與壓阻元件fe上的應(yīng)變的變化相對應(yīng)，其反過來改變其電阻。當壓阻元件fe是惠斯通電橋 5的引腳時，該變化則反映在惠斯通電橋5的輸出電壓的變化中。因此，根據(jù)惠斯通電橋5 的輸出，可以直接測量出偏移的變化，這對應(yīng)于流體的粘度變化。圖4示出了阻尼對彈性元件的運動的影響。圖4有兩個曲線圖，一個示出了提供給加熱器4的電流，對應(yīng)的圖顯示了在不同粘度的流體7、8中，壓阻元件fe的電阻的相應(yīng)的絕對變化。方波信號6被提供給加熱器4，并因此對彈性元件3進行加熱。施加熱量引起彈性元件3的運動，其反之引起在壓阻元件fe 中引起的應(yīng)變。因此，隨彈性元件的運動，壓阻元件如的電阻將變化7，這直接涉及從加熱器4施加熱量。通過將彈性元件3放置在更粘的流體中，彈性元件3的運動將會受阻。在更粘的流體8中，彈性元件3的電阻將較慢地變化。此外，在示出的示例中，在較粘的流體 8中，阻抗的幅度較小。阻抗的變化因此可用于確定流體的粘度的變化。在信號脈沖結(jié)束時的阻抗可用于確定最大偏移，該最大值隨不同粘度的流體而變化。然而，可能的情況要解決，即針對偏移的變化，脈沖持續(xù)時間(電流“通”時間)太長， 即，對于相同的輸入信號，彈性元件3在不同粘度的流體中具有相同的最大偏移。這可以通過對給加熱器4施加電流(并因此給彈性元件3加熱)的時間長度、和/或電流的幅度、和 /或連續(xù)電流脈沖之間的時間段進行改變來解決。簡言之，可以根據(jù)情況來適當?shù)靥刂戚斎胄盘?。另選地，壓阻元件fe的電阻被連續(xù)地監(jiān)控，以便可以觀察其相對于時間的變化。 即使在脈沖結(jié)束時的電阻(即，彈性元件3的偏移)相同，但是對于不同粘度的流體，電阻的變化速率不同。壓阻元件如的電阻對于第一粘度的流體的變化速率比對于更高粘度的第二流體的更快。這僅僅是以下事實的結(jié)果，即利用恒定的驅(qū)動力，通過較稀流體時主體的運動比通過較高粘度的流體時更快。最優(yōu)選地，輸入信號使得當未施加電流時，使彈性元件 3能夠返回其平衡位置，即，使加熱器4提供的熱能全部散去。優(yōu)選地，當未向加熱器4提供電流時，加熱器4就不向彈性元件3提供熱量，即，加熱器4迅速徹底地散熱。如果使彈性元件3進行振蕩，那么優(yōu)選地，輸入信號的頻率最好為彈性元件的尺寸。對于某些應(yīng)用可能要求高抽樣速率(并因此高頻率振蕩)。應(yīng)該容易理解，對于每個實驗，根據(jù)唯一輸入脈沖可以獲得相同的結(jié)果，引起彈性元件3的唯一偏移。與使用電阻/偏移變化來測量流體粘度一樣，還可以將彈性元件3的諧振頻率用于相同的目的。諧振系統(tǒng)即其中通過近似相同頻率的小激勵來產(chǎn)生大的振蕩。對于給定的系統(tǒng)，這發(fā)生的頻率取決于系統(tǒng)的振蕩部分浸入的介質(zhì)的粘度。因此，檢測設(shè)備1的彈性元件3具有的固有諧振頻率對于其浸入的流體是唯一的。因此，通過改變彈性元件3的驅(qū)動頻率(至加熱器4的輸入信號)，同時監(jiān)視壓阻元件fe的電阻(并因此監(jiān)視彈性元件3的偏移)，彈性元件3的偏移振幅可以直接與驅(qū)動頻率相關(guān)。因此，可以容易地識別彈性元件 3的諧振頻率，并從中導(dǎo)出流體的粘度。利用其應(yīng)變和溫度敏感性，清楚地理解，除測量粘度之外，這種檢測設(shè)備1還有很多應(yīng)用。例如，設(shè)備1可用于測量流體的溫度、流速和剪速率。與從加熱器4施加熱量一樣，環(huán)境熱量也會弓I起彈性元件3的組成層相應(yīng)地膨脹/ 收縮。該膨脹/收縮引起壓阻元件上的應(yīng)力的變化，該應(yīng)變從惠斯通電橋電路5的輸出中是可檢測的，壓阻元件是惠斯通電橋電路5的關(guān)鍵部分。因此，在被來自加熱器4的熱信號驅(qū)動之前，監(jiān)視彈性元件3的初始位置可以用于確定流體的溫度。已經(jīng)描述了惠斯通電橋電路5作為應(yīng)變儀如何有效地運作，通過將壓阻元件fe的固有特性用于實現(xiàn)這種功能。如果將壓阻元件如放置在流動流體中，則可將彈性元件3的偏移振幅的變化用于確定該流體的流速。流體流動越快，在彈性元件3上每單位時間就有越多的組成材料被關(guān)聯(lián)，因此在彈性元件3上的力就越大。對于給定的所施加的熱信號，彈性元件3上的較大的力導(dǎo)致偏移振幅的變化?？梢栽诙鄠€位置確定流體樣品的特性，因此對所述樣品的與所述特性有關(guān)的分布進行確定。例如，通過在多個位置測量流體樣品的流速，可以確定流速分布，并因此確定切變率。獲得分布的一種方法是使用單個設(shè)備1，并使其運動通過樣品，在希望的位置進行測量。然而，這使得存在的可能是在特定位置的特性可能在連續(xù)的測量之間發(fā)生變化，因此給出不準確的分布，即，在第一位置處的特性可能在經(jīng)過了在另一位置處進行測量的時間后就發(fā)生了變化。理想地，可以同時在所希望的多個位置進行測量。優(yōu)選地，可以實時地進行測量。實時測量產(chǎn)生進一步的流體樣品信息，諸如血液的凝固時間。通過使用多個檢測設(shè)備1，優(yōu)選地在每個希望測量的位置都有一個檢測設(shè)備1，這樣進行實時、多位置測量，并且因此可以得到分布。應(yīng)該清楚，使用檢測設(shè)備1僅產(chǎn)生粘度、溫度等的相對值。例如，振動的彈性元件 3實際上的偏移在電動機潤滑油中比在空氣中小。為了獲得絕對值，對檢測設(shè)備1的標度、 流體和/或檢測設(shè)備1的彈性元件3的建模有要求。例如，對于給定的輸入信號，可以在一種或多種已知粘度的流體中測量彈性元件3的偏移，并且根據(jù)此，偏移的具體變化可以與粘度的具體變化相關(guān)。還應(yīng)該理解，彈性元件3的準確的建模及其運動可以產(chǎn)生與其浸入的流體有關(guān)的特性。還應(yīng)該理解，存在著各種可以對給定測量產(chǎn)生很大影響的相互依賴的因素。例如，在對彈性元件3加熱以在其中引起運動期間，某些熱能無疑被傳送到了設(shè)備1 所浸入的流體中。這種散熱將提升流體的溫度，并可以改變流體粘度，從而給出了錯誤的測量。類似地，壓阻元件fe的電阻將隨溫度而變化，其本身的溫度與流體的溫度加上由于加熱器4而產(chǎn)生的影響有關(guān)。通過對執(zhí)行所希望的測量所必需的元件的標度和/或建模的組合可以克服所有這些問題。在另一實施例中(未示出)，設(shè)備1與涉及圖1和圖2所描述的類似。然而，在該實施例中，惠斯通電橋5現(xiàn)在包括有電容元件而非電阻元件，并且去除了壓阻元件。作為替換，導(dǎo)體板位于彈性元件3的上方而非與其接觸。其中在圖1的設(shè)備1中，變化的輸出信號是由其上的應(yīng)變、以及壓阻元件的電阻的相應(yīng)變化而產(chǎn)生的，在該實施例中，將電容的變化用于檢測彈性元件3的運動?；菟雇姌?包括有，在其中三個臂的每一個上的已知電容，并且導(dǎo)電板和彈性元件3形成第四個電容器的板(可變電容)。如果彈性元件3運動，則在彈性元件3與上面的導(dǎo)板之間的間隔會變化，根據(jù)基本的靜電原理，該第四電容器的電容也會變化。該檢測設(shè)備1以另外一種與圖1和圖2的檢測設(shè)備1相同的方式運行，并具有與其相同的功能。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚，僅以示例的方式給出了前面的實施例，并非以任何方式對它們進行限制。例如，所描述的本發(fā)明的所有實施例因此還包括具有四個引腳 fe、5b、5c、5d的惠斯通電橋5，其中三個^、5C、5d的每一個都包括有恒定的已知的電阻/ 電容值。第四引腳如包括有對彈性元件3的運動敏感的可變電容/電阻值。在惠斯通電橋5的其他引腳中并入更多運動敏感的電阻/電容(即，代替已知且恒定值的組件)，可以提高電橋5的敏感性?；菟雇姌?的敏感性是通過其輸出電壓針對其輸入?yún)?shù)(即可變電阻)的小變化的變化來限定的。如果對于相同的或更小的輸入?yún)?shù)變化來說可以使輸出電壓更大，就是說其敏感度已經(jīng)提高了。與使用一個引腳進行比較，使用兩個引腳，敏感性增加兩倍，使用三個引腳增加三倍，使用四個引腳增加四倍?？梢砸远喾N方式來實現(xiàn)這種額外的運動敏感電阻/電容的結(jié)合。例如，采用結(jié)合有壓阻元件的檢測設(shè)備1，惠斯通電橋5 的兩個引腳可以每一個都包括有壓阻元件。兩個相鄰彈性元件的壓阻元件可以形成惠斯通電橋的兩個引腳。另選地，僅使用單個彈性元件3時，另一個壓阻元件(除駐留在與主體區(qū) 2直接相鄰的彈性元件3上的那個)可以駐留在彈性元件3上。通過形成將各個壓阻元件用作電橋的一個引腳的惠斯通電橋5，創(chuàng)建了更加敏感的應(yīng)變儀。例如，另外的壓阻元件可以駐留在彈性元件的上表面上遠離主體區(qū)2的點處。應(yīng)該理解，壓阻元件fe可以駐留在彈性元件3上的任何位置，只要在彈性元件3 運動時應(yīng)力發(fā)生變化。例如，壓阻元件如可以在彈性元件3的下面。壓阻元件如可以在彈性元件3上與檢測設(shè)備1的主體區(qū)2的相鄰處、在遠離主體區(qū)2的點處、或者在這些元件之間的某點處。壓阻元件fe可以駐留在主體區(qū)2和彈性元件3兩者上，以便在彈性元件3 中引起運動時只有部分壓阻元件fe受到應(yīng)力。壓阻元件如可以是彈性元件3的一部分。 壓阻元件如可以是彈性元件3的一層。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)該清楚，優(yōu)選地，在最大應(yīng)力之前壓阻元件fe不達到飽和，即壓阻元件fe唯一施加的應(yīng)力(并且相關(guān)聯(lián)的彈性元件3的運動)具有唯一的電阻。圖5和圖6是本發(fā)明的進一步的實施例，再次利用彈性元件3處于“預(yù)受力”狀態(tài)-初始是直的。在這些實施例中，使用光學(xué)技術(shù)來執(zhí)行對彈性元件3的運動的檢測，代替了前述實施例的惠斯通電橋電路5和可變的電容/電阻元件。除了該代替之外，主體區(qū)2 的結(jié)構(gòu)、加熱器4和彈性元件3與涉及圖1和圖2所描述的一致，因此，這些檢測設(shè)備1的功能性保持不變。因此，對在圖5和圖6中出現(xiàn)的那些出現(xiàn)在圖1和圖2中的元件給出了相似的標記。參照圖5，檢測設(shè)備1包括有主體區(qū)2、彈性元件3、加熱器4和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)9。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)9位于檢測設(shè)置1中，從主體區(qū)2延伸，通過了彈性元件3并延伸到彈性元件3遠離主體區(qū)2的外表面。電磁輻射源10位于主體區(qū)2中，以便對波導(dǎo)9的入口進行輻射，并使得電磁輻射通過波導(dǎo)9被傳送。被傳送的電磁輻射將通過波導(dǎo)9，并將在彈性元件3遠離主體區(qū)2的外表面處從檢測裝置1和波導(dǎo)9發(fā)射出去。通過使用光電二極管陣列11可以檢測被發(fā)射的輻射。光電二極管陣列11的分辨率可被制作成所希望的測量分辨率。例如，陣列11中的二極管越小(或者被組裝地越密)，其分辨率就越高，因此使得能夠檢測到彈性元件 3的越小的運動。在使用時，經(jīng)由加熱器4 (或者通過本地環(huán)境)給彈性元件3供熱，以使其從初始的彎曲形狀朝著直的形狀彎曲。彈性元件3彎曲的程度與被激勵的光電二極管11的數(shù)量成比例，因此可以確定彈性元件3的運動?，F(xiàn)在參照圖6，檢測裝置1包括主體區(qū)2，彈性元件3和加熱器4。彈性元件3包括光柵12，光柵12由相互平行的多個透明或不透明段形成。光柵12沿彈性元件3的實際的長、遠離主體區(qū)2而延伸。光電二極管陣列11位于彈性元件3的一側(cè)上，電磁輻射源10位于相對的一側(cè)上，以便電磁輻射可以從源10被發(fā)射、通過光柵12的透明段被透射、并且由光電二極管陣列11來檢測。根據(jù)不透明段和透明段的尺寸(或其“節(jié)距”)，檢測設(shè)備1可以以兩種方式中的其中一種來使用。光柵12可以用作純粹的濾光器，光柵12的陰影落在了光電二極管陣列11上。另選地，光柵12可被構(gòu)造為使得入射輻射衍射。在衍射時，電磁輻射與其自身相長干涉或相消干涉，從而在光電二極管陣列11上創(chuàng)建干涉圖。最優(yōu)選地， 選擇電磁輻射源10以便其發(fā)射的輻射不會穿過光柵12的不透明段，即，可見光最優(yōu)選是χ 射線。在使用時，經(jīng)由加熱器4 (或者通過本地環(huán)境)給彈性元件3供熱，以使其從初始的彎曲形狀朝著直的形狀彎曲。在彎曲時，不透明段和透明段的節(jié)距將會變化。這種變化將會對通過光柵12透射的電磁輻射產(chǎn)生影響，并且根據(jù)光柵12如何被構(gòu)造，要么光柵12 的陰影、要么光電二極管陣列11上的干涉圖將會變化。在該圖案/陰影的最大值和最小值中的圖案可用于確定光柵12的段的節(jié)距的變化，并且該變化與彈性元件3的運動(曲率) 成比例。應(yīng)該理解，可用反射光柵12來替代透射光柵12。設(shè)備1以完全相同的方式運行， 除以下事實之外，即光柵12的段是反射和非反射的，并且光電二極管陣列11與電磁輻射源 10在同一側(cè)上，從而檢測反射的電磁輻射，與透射的電磁輻射相對。對于所有使用光檢測方法的實施例，應(yīng)該理解，優(yōu)選地選擇輻射源10和光電二極管陣列11以便互補。例如，來自峰值發(fā)射波長為640nm(紅光)的源10的電磁輻射可由峰值敏感性在該波長和該波長附近的光電二極管陣列11進行最好地檢測。此外，應(yīng)該理解， 光電二極管陣列11可以是一維或二維的。二維光電二極管陣列11可用于使透射/反射電磁輻射成像。例如，在包括光柵12的實施例的情況下，利用二維陣列11可以檢測整個條紋圖，其中一維陣列11僅產(chǎn)生穿過所述條紋圖的線的信息。盡管一維分析可能足夠了，但是檢測和捕獲二維圖像可能有用。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯然可以利用就檢測范圍、分辨率等具有希望特性的任何檢測元件來替代光電二極管陣列11。例如，電磁輻射的檢測可以涉及光纖以及相關(guān)聯(lián)的處理裝置。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯然，前述所有實施例不以任何方式進行限制，僅是通過示例的方式被給出。在不破壞本發(fā)明的情況下，可以對檢測設(shè)備1作出各種修改。例如，盡管結(jié)合使用彈性元件3從平直位置運動到彎曲位置、或從彎曲位置運動到平直位置，來示出了對流體特性的確定，但是使用彈性元件的其它的“初始”和“終止”位置或“結(jié)構(gòu)(configuration)”也是可以的。彈性元件可以從第一彎曲結(jié)構(gòu)運動到第二彎曲結(jié)構(gòu)。為了確定流體的特性，彈性元件必須從第一結(jié)構(gòu)運動到第二結(jié)構(gòu)。也可以隨后運動到其它的結(jié)構(gòu)。第一和第二結(jié)構(gòu)可以是相同的。
提供鎖裝置用于將彈性元件保持或“鎖”在希望位置。例如，如果彈性元件3包括有磁性材料(諸如鈷)，與設(shè)備1相鄰地放置的電磁鐵可用于將彈性元件3鎖到希望位置。 另選地，磁性材料可以固定地附著到彈性元件。當電磁鐵處于“開通”，則它可以被設(shè)置為吸引磁性材料并因此吸引彈性元件3。另選地，可以將彈性元件3設(shè)置為排斥電磁鐵。不管電磁鐵產(chǎn)生吸引力還是排斥力，如果彈性元件3是有彈性的，則彈性元件3中的勢能的增加(由于元件3的彈性)可以與吸引的或排斥的磁力相對。這種能量的增加可以產(chǎn)生可能試圖將彈性元件3的位置恢復(fù)到其平衡位置的恢復(fù)力。如果磁力使得與恢復(fù)力平衡，則彈性元件將被“鎖”到希望位置。電磁鐵可以與設(shè)備是一體的，或者電磁鐵可以是單獨一件裝置。另選地，彈性元件可以包括電磁鐵，而磁性材料可以是單獨一件裝置。應(yīng)該理解，任何可控制的可變磁場源都可用于代替電磁鐵。在圖7所示的另選實施例中，彈性元件3形成了類似電容器的結(jié)構(gòu)的一個板。彈性元件3包括導(dǎo)電層3c(諸如金)，其形成了類似電容器的結(jié)構(gòu)的第一板。另一個導(dǎo)電板 13(諸如金)形成了類似電容器的結(jié)構(gòu)的第二板，并且位于設(shè)備1的主體區(qū)2上。施加在兩個板3c、13之間的電勢差使得在各個板3c、13上增加相反的電荷，并且在兩個板之間建立了電場。因為相反電荷吸引，所以板3c、13將相互吸引。應(yīng)該理解，該吸引力(靜電力)可用于將彈性元件3保持或鎖到希望位置。優(yōu)選地，第二板3c被固定在適當位置，即不自由運動，以確保在被鎖時，因而第二板3c進行任何運動彈性元件3都不運動。如果彈性元件3是有彈性的，則在彈性元件3中的勢能的增加(由于彈性元件3 的彈性)可能與吸引的靜電力相反。這種能量的增加能夠產(chǎn)生可以試圖將彈性元件3的位置恢復(fù)到其平衡位置的恢復(fù)力。如果靜電力是與恢復(fù)力平衡的力，則彈性元件3將被“鎖” 在希望位置。板3c、13之間的電接觸是不希望的?？梢詫⒃O(shè)備1構(gòu)造為使得這種電接觸是不可能的。例如，第二板3c可以駐留在主體區(qū)2中的凹處，以便即使當彈性元件3是平的時，第一板3c和第二板13也是空間分離的，并且防止了它們之間的電接觸。另選地，在某些實施例中，板中的一個(或每個)涂覆有電絕緣層(未示出)，以防止這種電接觸。電絕緣體可以是塑料材料。應(yīng)該理解，第二板13可以駐留在主體區(qū)2上。例如，第二板13的位置僅需要使得可以在板之間建立電場，該電場足夠大到將彈性元件3鎖到希望位置。鎖彈性元件3具有重要的優(yōu)點。例如，彈性元件3是由具有不同熱膨脹系數(shù)的(至少)兩層形成。當受熱時，彈性元件3從第一結(jié)構(gòu)運動到第二結(jié)構(gòu)。然后可以施加電場或磁場以將彈性元件3保持在適當?shù)奈恢?，隨后可以去熱。然后彈性元件3的溫度可以返回到其環(huán)境(即，其浸入的流體)的環(huán)境溫度。然后，彈性元件將彈性地偏移以返回第一結(jié)構(gòu)。 然后可以去除電場或磁場，由于溫度變化而產(chǎn)生的恢復(fù)力使彈性元件3運動，彈性元件3的運動在該環(huán)境溫度下被表征。因此，使彈性元件3運動而要求的熱量并不影響實驗的結(jié)果。 使用電場或磁場將彈性元件3保持在適當位置比使用熱量(或者提供給加熱器的電流)更有能效，因此減小了具有這些特征的設(shè)備的功耗。如此前所描述的，應(yīng)該理解，還可以將類似電容器的結(jié)構(gòu)用作可變電容器。通過在板3c、13之間施加恒定的電勢差，可以使用簡單的靜電理論，根據(jù)電容器的電容推出在板 3c、13之間的間距。如果板3c、13的間距變化，則電容其的電容也變化。因此，因為彈性元件3包括有電容器的一個板，所以可變電容器可用于檢測并表征彈性元件3的運動。此外，彈性元件3可以不是兩種材料的疊層。彈性元件3可以包括多于兩種材料或兩層，例如，可以由多層壓阻材料或其它任何所希望的材料形成。應(yīng)該理解，彈性元件僅需要在受熱時能夠從第一結(jié)構(gòu)運動到第二結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，該運動相對要大。這通過選擇具有適當特性地材料來實現(xiàn)(諸如特定的楊氏系數(shù)和熱膨脹系數(shù))，以便施加小的熱信號就產(chǎn)生彈性元件3的相對大的運動。這優(yōu)選地通過使用兩層或更多層的疊層來實現(xiàn)。一層可以包括聚合物。一層可以包括金屬。聚合物可以是聚酰亞胺、聚酰胺(polyamide)或丙烯聚合物(acrylic polymer) 0金屬可以是鋁或金。相對大的運動可以便于使用結(jié)合有光學(xué)方法和/或裝置的運動檢測器。應(yīng)該理解，可以對檢測設(shè)備1的尺寸進行選擇以使具體應(yīng)用符合情況。應(yīng)該理解， 可以對彈性元件3的尺寸進行選擇以適于特定應(yīng)用。例如，尺寸可以在從微米級到毫米級的范圍內(nèi)，例如，Ιμπι至10mm。彈性元件的長度，被定義為從第一端到第二端的距離，例如可以是100 μ m至1mm。彈性元件3的形狀也是可變的。彈性元件3可以遠離主體區(qū)2地逐漸變細。彈性元件3可以遠離主體區(qū)2向外張開。彈性元件3可以不是一個連續(xù)的物體。 例如，彈性元件3可以是其多個部分被切掉了的薄矩形層。這可以是為了流體力學(xué)的目的或其它。彈性元件3甚至可以包括被綁到遠離主體區(qū)2的一端的另外的元件，例如槳狀物。 該槳狀物可以與彈性元件3是一體的。包括該槳狀物可用于增加彈性元件的表區(qū)域，這例如可以增加設(shè)備對流速和切變率測量的檢測敏感性。加熱器和運動檢測元件可以分離。另選地，加熱器4和運動檢測器元件可以組合， 以便單個元件執(zhí)行它們的兩個功能。如果加熱器4包括壓阻材料，則加熱器4還可用作運動檢測器的壓阻元件fe。組合的加熱器運動檢測器可以包括單一的材料，諸如金。通過使用諸如聚酰亞胺層的彈性支持層，可以大大提高金的壓阻行為。為了形成這種組合的多層加熱器-運動彈性檢測元件，在彈性元件3上淀積聚酰亞胺軌道，隨后在該軌道之上設(shè)置金屬層。應(yīng)該理解，為了實現(xiàn)組合的多層加熱器運動彈性檢測元件，可以有很多種結(jié)構(gòu)。為了操作，加熱器-運動檢測元件必須散熱并顯示出壓阻行為。使用指定的制造方法可將彈性元件3構(gòu)造為在平衡時(未施加信號)是直的。例如，在其加熱制造過程中，可以在一層或多層中引入指定的壓力?？梢詫訜崞?的類型、形狀和位置進行選擇以符合情況或設(shè)計標準。例如，加熱器4可以在彈性元件3的上表面上。加熱器4可以位于彈性元件3的底面上。加熱器4可以嵌入彈性元件3中。例如，如果彈性元件3是疊層結(jié)構(gòu)，則加熱器4可以駐留在層之間。 這可以確保熱量的主體是在彈性元件3中散發(fā)，這與流體樣品相對。這有兩個優(yōu)點，即，增加了效率，更重要地，樣品的溫度未被人為地升高從而沒有不利地影響測量。加熱器4可以是散熱的導(dǎo)電材料。加熱器4可以是分離的設(shè)備，諸如不是一體的導(dǎo)電細絲(filament)。 加熱器4可以是導(dǎo)電材料的薄膜淀積。加熱器4可以是導(dǎo)電材料的軌道。例如，加熱器4 可以是導(dǎo)電軌道，迂回地向前、并且來回地穿過彈性元件3，從而使得在其上均勻地散熱。在彈性元件3上也可以使用冷卻元件。通過結(jié)合冷卻器，如果疊層彈性元件3的組成層擁有不同的熱膨脹系數(shù)，那么使用分層彈性元件3這些層的不同膨脹可以使彈性元件3彎曲。運動的方向與向彈性元件3加熱時相反。針對流體本身的加熱和冷卻，檢測設(shè)備1還可以包括組合的加熱器和冷卻器，以便在所選溫度處進行測量。該加熱器和冷卻器可以駐留在主體區(qū)2或彈性元件3上。施加到加熱器4的運動信號(例如，電流)可以是任何預(yù)定的功能。例如，該信號可以是正弦波、 調(diào)制后正弦波、方波、單個脈沖或恒值的連續(xù)電流。應(yīng)該清楚，通過同時使用多個彈性元件3，可以同時進行多個測量。例如，使用三個獨立的彈性元件3，就可以同時測量流體樣品的溫度、粘度和流速。為了獲得希望數(shù)量的彈性元件3，可以使用多個設(shè)備1，每個設(shè)備1包括一個或多個彈性元件3。另選地，可以使用包括有希望數(shù)量個彈性元件3 (適當?shù)貥?gòu)造)的單個設(shè)備1。彈性元件3可以是任何希望的結(jié)構(gòu)。例如，兩行彈性元件3可以相互交叉。通過使用位于流體中不同位置的多個彈性元件3，可以獲得流體的特性的空間分布。因此，通過使用包括有多個彈性元件3的設(shè)備1，可以容易地得到這種分布。應(yīng)該理解， 可以實時地獲得這種分布。例如，通過在多個位置測量流體的流速，可以得到流體的切變率。通過實時地獲得分布，可以準確地測量其中的變化。這種變化可能是自然的，例如熱能的損失，或者可能是引起的，例如向流體加入化學(xué)制品。應(yīng)該理解，正像流體可以對彈性元件3有影響一樣，彈性元件3可以對流體3有影響。例如，彈性元件3在流體中的運動可以在其中引起了紊亂(turbulence)。彈性元件3 在流體中的運動也可以在其中引起了流動。多個彈性元件3的協(xié)調(diào)的特殊的運動可以在流體中引起特殊的流動。因此，在流體中可以人為地引入流動。例如，為了模仿流體在管中的流動可以在流體中弓丨入流動。在流體進行這樣的流動期間然后可以確定流體的特性。在使用多個彈性元件3時，多個中的某些例如通過周期性地操作元件3可在流體中引起流動。一個或多個其它元件3可用于表征該流動。例如，一設(shè)備可以包括有排列成兩行的七個彈性元件3。第一行可以包括第一、第三、第五和第七彈性元件3，第二行是第二、 第四和第六彈性元件。第一行的彈性元件可以沿第一方向延伸。第二行的彈性元件通常在與第一方向平行但相對的方向上延伸。因此，第一行的彈性元件與第二行的彈性元件相對。 在該實施例中，七個彈性元件相互交叉。第一、第三、第五和第七彈性元件3可被排列為在流體中產(chǎn)生流動。例如，可對第一、第三、第五和第七彈性元件3的運動進行控制以便這些運動是 “級聯(lián)的(cascade)”。因為使第一元件從第一結(jié)構(gòu)運動到第二結(jié)構(gòu)，所以使第三元件從第二結(jié)構(gòu)運動到第一結(jié)構(gòu)，并且因為使第三元件從第一結(jié)構(gòu)運動到第二結(jié)構(gòu)，所以使第五元件從第二結(jié)構(gòu)運動到第一結(jié)構(gòu)等。在第一、第三、第五和第七彈性元件在流體中產(chǎn)生流動期間，第二、第四和第六元件可用于表征該流動。例如，它們可同時用于確定流體的切變率。另選地，或另外，它們可用于確定不同的特性。例如，第二彈性元件3可確定流體的溫度，第四彈性元件3確定流體粘度，第六彈性元件3可確定流體的流速。設(shè)備1可駐留在容器中，以便可以準確地監(jiān)視和控制容器中的環(huán)境狀態(tài)。例如，可以監(jiān)視和/或控制容器中的壓力和/或溫度。對駐留在容器中的任何流體都可以實現(xiàn)這種監(jiān)視并施加控制。應(yīng)該理解，僅僅是設(shè)備1的彈性元件3可以駐留在容器中，而該(或各個)設(shè)備1的主體區(qū)2駐留在容器的外部。在測量流體的粘度時，控制或掌握流體的溫度是有用的。這在測量血液粘度時尤其正確，因為血液的粘度隨溫度的變化而明顯變化。因此，溫度控制和傳感設(shè)備可用于有效地控制容器中流體的溫度。例如，可以使用加熱器和/ 或冷卻器。加熱器和/或冷卻器可以是獨立的裝置，與傳感設(shè)備1完全分離。另選地，加熱器和/或冷卻器可以與傳感設(shè)備1為一體。溫度傳感設(shè)備也可以與傳感設(shè)備1分離或為一體。應(yīng)該容易地理解，溫度傳感設(shè)備可以是在此前所描述的包括有由具有不同熱膨脹系數(shù)的材料組成的多個層。應(yīng)該理解，檢測設(shè)備1可以形成更大更復(fù)雜系統(tǒng)的一個完整部分。例如，由于其易于制造，所以可以低成本地制造檢測設(shè)備1，這使得引入易于處理的設(shè)備1成為可能。盡管在例如確定水的特性時，設(shè)備1可以或不需要被再次使用，在一次使用之后就將設(shè)備1處理掉，這在某些情況下是理想的。對于例如衛(wèi)生、污染等很多原因這都是實際情況。其中衛(wèi)生和污染尤其重要的情形是血液測試領(lǐng)域，尤其是測試人的血液?？梢詫⒃撛O(shè)備1制造成非常小的尺寸，因此可易于將其結(jié)合到抽血和測試系統(tǒng)中。此外，由于小尺寸，因此相應(yīng)地要求少量流體樣品。例如，血液粘度涉及深度靜脈血栓癥，深度靜脈血栓癥與持久地乘飛機飛行有關(guān)。 理想地，乘客可以測量他/她自己的血液粘度，從而在確定是否需要復(fù)用任何稀血劑(例如，阿司匹林)。設(shè)備1(或多于一個的設(shè)備1)可以與顯微針(用于無痛抽血)結(jié)合，并具有可方便地拆卸的電連接，這些電連接被設(shè)計為將類似的連接接合在小的手持處理終端上。 針和設(shè)備1可以是附加的，從而電連接到終端，并且乘客可以從他/她的身體無痛抽血。通過受該終端控制，設(shè)備1然后會按照前面的描述來運作，并產(chǎn)生與血液有關(guān)的信息。該終端可以包括簡單的顯示器，顯示諸如血液粘度的信息，其是否為危險水平等。因為小而便宜， 所以然后可低成本地處理掉該針和設(shè)備1。利用另外的針和設(shè)備1可再次使用該終端。因此，在一次飛行中可使用很多設(shè)備1。應(yīng)該清楚，設(shè)備1的功能、連同它的小尺寸以及低制造成本使得其在很廣泛類型的應(yīng)用中被便利地使用，在這些應(yīng)用中，要求對流體的特性，例如粘度、溫度、流速和切變率進行確定。優(yōu)選地，該流體是液體。優(yōu)選地，該液體是血液或其組成部分，諸如血漿。優(yōu)選地，要確定其特性的流體的體積是1微升級。
權(quán)利要求
1.一種使用傳感元件確定流體特性的方法，所述傳感元件包括彈性元件，通過彎曲所述彈性元件，使所述彈性元件從第一結(jié)構(gòu)運動到第二結(jié)構(gòu)，所述彈性元件包括激勵部，被設(shè)置用于使所述彈性元件在所述第一結(jié)構(gòu)與所述第二結(jié)構(gòu)之間運動，所述方法包括通過向所述彈性元件施加熱信號，引起所述彈性元件在所述第一結(jié)構(gòu)與第二結(jié)構(gòu)之間進行運動；從所述傳感元件接收信號，所述信號表明了在所述流體中引起的所述彈性元件的運動；以及處理所述信號以確定表明所述流體的至少一個特性的值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對所述信號進行處理以確定表明包括有粘度、溫度、 流速和切變率的組中的至少一個特性的值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括通過監(jiān)視所接收的信號隨時間的變化，來確定所述彈性元件的運動的變化速率；以及根據(jù)所述的運動變化速率來確定表明所述流體的粘度的值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述彈性元件包括磁性材料，以及電磁鐵與所述傳感元件相鄰放置，其中所述方法還包括使用所述電磁鐵來吸引或排斥所述彈性元件。
5.一種用于檢測流體的特性的設(shè)備，包括主體區(qū)；彈性元件，具有第一端和第二端，所述第一端固定地位于所述主體區(qū)上，所述彈性元件被設(shè)置為通過彎曲所述彈性元件可使其從至少第一結(jié)構(gòu)運動到第二結(jié)構(gòu)；所述彈性元件包括至少兩層的疊層以及激勵部，該激勵部被設(shè)置用于使所述彈性元件在所述第一結(jié)構(gòu)與所述第二結(jié)構(gòu)之間運動，該激勵部由所述疊層的至少第一層提供，該第一層具有與所述疊層的第二層不同的熱膨脹系數(shù)，以便所述彈性元件的溫度變化使得彈性元件從所述第一結(jié)構(gòu)運動到所述第二結(jié)構(gòu)；所述彈性元件還包括加熱元件，用于對至少所述彈性元件加熱，從而提供所述溫度變化；以及運動檢測器，被設(shè)置用于檢測所述彈性元件的所述運動，并用于提供表明其中浸有所述彈性元件的流體的特性的信號。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述運動檢測器包括位于所述彈性元件上的壓力電阻元件，該壓力電阻元件被設(shè)置以便由于所述彈性元件的運動而使壓力電阻元件的電阻變化。
7.如權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其中所述彈性元件包括磁性材料，以及所述設(shè)備還包括電磁鐵，所述電磁鐵與所述設(shè)備相鄰放置并設(shè)置用于吸引或排斥所述磁性材料。
8.如權(quán)利要求5至7的任一項所述的設(shè)備，其中加熱元件和運動檢測器是操作用于執(zhí)行加熱和運動檢測功能的組合單個元件。
全文摘要
一種用于檢測流體的特性的設(shè)備，包括主體區(qū)以及具有第一端和第二端的彈性元件。第一端固定地位于所述主體區(qū)上。彈性元件被設(shè)置為通過彎曲彈性元件可使其從至少第一結(jié)構(gòu)運動到第二結(jié)構(gòu)。彈性元件包括激勵部，該激勵部被設(shè)置用于使彈性元件在第一結(jié)構(gòu)與第二結(jié)構(gòu)之間運動。該設(shè)備還包括運動檢測器，用于檢測彈性元件的運動。
文檔編號B06B1/02GK102221515SQ20111014481
公開日2011年10月19日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者保羅·弗農(nóng), 埃賈茲·霍克, 弗拉迪斯拉夫·賈可夫 申請人:麥克羅威斯克有限公司