CN108697353A

CN108697353A - 传感器装置和包括传感器装置的导管

Info

Publication number: CN108697353A
Application number: CN201780009488.6A
Authority: CN
Inventors: M·M·塞特; A·迪亚西奥
Original assignee: Michael Joint-Stock Co
Current assignee: Michael Joint-Stock Co
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2018-10-23
Also published as: US20180368702A1; JP6629983B2; JP2019510965A; US10835137B2; WO2017134206A1; EP3410930B1; EP3410930A1

Abstract

本申请总体上涉及传感器技术领域。更具体地，本申请涉及一种传感器装置和一种包括这种传感器装置的导管。所述传感器装置的实施例包括：至少两个移位的第一传感器，其平行地布置在第一平面中并且适于测量流体流的量；以及控制单元，其适于从所测量的流体流的量确定表示至少在两维中所述流体流的方向的范围的信息。

Description

传感器装置和包括传感器装置的导管

技术领域

本申请总体上涉及传感器技术领域。更具体地，本申请涉及一种传感器装置和一种包括传感器装置的导管。

背景技术

在某些心血管手术中可能需要能够测量沿两个方向的流体流的速度的传感器。在现有技术中，这通过使用两个垂直的传感器来获得，以便获得流体流的方向，这常常用入射角θ来表述。

为了在三维中测量流体流的速度，需要三个正交移位的传感器。流体流的速度在两维中的测量需要具有两个正交移位的传感器的传感器装置。

为了正确地测量流体流的速度，两个传感器应当经受相同的速度，并且流体流应当与传感器交换相同量的热。

如果导管使用热膜或热线，则所述导管应当连接到传感器的圆形表面，并且暴露于流的两个传感器的表面可能会是不同的。例如，水平传感器能够放置在所述导管周围，而垂直传感器能够位于一侧上。利用这个配置，当传感器接触血管壁并且只有传感器的一部分被流体流覆盖时，两个传感器不能暴露于相同的流。

一个可能的解决方案是使传感器表面最小化，但这也会使传感器的灵敏度最小。

发明内容

因此，理想地需要传感器装置的节约空间的解决方案，但不限制传感器的灵敏度。

因此，需要一种改进的传感器装置和包括这种传感器装置的导管。

根据第一方面，提供一种传感器装置。所述传感器装置包括至少两个移位的第一传感器和控制单元。所述至少两个移位的第一传感器平行地布置在第一平面中，并且适于测量流体流的量。所述控制单元适于从所述流体流的所测量的量，确定表示在两维中至少所述流体流的方向的范围的信息。

换句话说，所述至少两个传感器平行于另外的一个或者彼此平行地布置。进一步，所述至少两个传感器彼此移位。术语流体流能够理解为流体或者该流体的流。

术语至少所述流体流的方向的范围可以涉及一个单一方向。所述一个单一方向可对应于流体流的正确的或实际的方向。在这种情况下，所述流体流的正确或实际的方向能够被毫无疑义地确定。因而，在这种情况下，所述控制单元可适于从所述流体流的所测量的量，确定表示在两维中所述流体流的正确或实际的方向的信息。

术语至少所述流体流的方向的范围可以涉及位于方向范围内的两个或多更多个方向候选项(候选的方向)。两个或更多个方向候选项可包括流体流的正确或实际的方向。在这种情况下可以确定所述流体流的正确或实际的方向的近似或估计。该近似或估计通过下面更详细描述的适当手段或配置而可以更精确地指定。因此，在这种情况下，所述控制单元可以适于从所述流体流的所测量的量，确定表示流体流的方向的范围的信息，所述方向的范围包括在两维中流体流的正确或实际的方向。

这样实现了节省空间的解决方案。根据第一方面的两维传感器装置包括彼此平行地布置的移位的传感器，而不是彼此正交地布置的移位的传感器。这些传感器的输出值然后经过处理，使得能够导出两维的流信息。两维的(流)信息可以理解为具有仅仅两个值的(流)信息，例如一个值分别对应一个方向。

这种配置解决了现有技术当前的限制，因为如果例如两个传感器移位并且平行于导管的纵向方向平行地布置，则可改进两维流体流速度测量，而此测量在两个垂直的传感器不暴露于相同的流动型式(flow pattern)的情形中受到限制。所述平行布置可确保所述传感器暴露于至少近似相同的流动型式。

所述至少两个移位的第一传感器可以彼此平行地间隔开。所述至少两个移位的第一传感器可以彼此间隔开，尤其是横向交于或正交于所述至少两个移位的第一传感器的一个共同方向或者共同取向。所述至少两个移位的第一传感器的该共同方向或共同取向可以由所述至少两个移位的第一传感器中的每一个的长度方向/纵向方向来限定。所述至少两个移位的第一传感器可以彼此相邻地布置，尤其是并列或并排、横向交于或正交于所述至少两个移位的第一传感器中的每一个的长度方向/纵向方向。所述至少两个移位的第一传感器的共同方向或共同取向可以由所述至少两个移位的第一传感器的平行布置来限定。

所述控制单元可适于从所述流体流的测量的量，确定表示在两维中所述流体流的方向的信息。所述确定的方向可位于所述方向的范围内。所述方向的范围可包括所述第一平面的两维坐标系的第一象限和第四象限、或第二象限和第三象限。在这种情况下，所述确定的方向可位于由所述第一平面的两维坐标系的第一象限和第四象限、或第二象限和第三象限形成的区域中。例如，所述方向的范围可对应于两维坐标系的第一象限和第四象限或者两维坐标系的第二象限和第三象限。

例如，所述控制单元可适于从所述流体流的测量的量，确定表示在两维中流体流的方向的信息，其中，所述信息可以表示所述方向位于由所述第一平面的两维坐标系的第一象限和第四象限、或第二象限和第三象限形成的区域中。

所述象限可以由包括x轴和y轴的两维坐标系限定，其中所述传感器平行于y轴布置。坐标系不是传感器装置的一部分，但可以认为是在这里用来描述坐标系中流体流的方向的虚拟参照物。两维坐标系的各个象限可描述如下。

在几何上，两维笛卡儿坐标系的坐标轴将平面分成四个无限区域，称之为象限，每个无限区域或象限由两个半轴(half-axes)界定。这些象限常常从第一象限到第四象限进行标号，并且用罗马数字表示：I(两个坐标的符号都是(+、+))、II(-、+)、III(-、-)和IV(+、-)。如果坐标轴根据数学习惯进行绘制，编号从右上(“东北”)象限开始逆时针地进行。

换句话说，第一象限可以通过x和y的正值来确定，第二象限可以由y的正值和x的负值来拟定，第三象限可以通过x和y的负值来拟定，并且第四象限可以通过y的负值和x的正值来拟定。第一象限和第四象限的组合可以形成坐标系的右半部分，和第二象限和第三象限的组合可以形成坐标系的左半部分。

因此，表示至少流体流的方向的范围的信息可以表示传感器装置相对于坐标系的y轴的右半部分和左半部分之间的区别。两维坐标系的第一象限可以由从正的x轴(α＝0°)开始以逆时针方向旋转的坐标系的相应角度0≤α≤90°或者入射角180°≥θ≥90°(入射角通常从x轴的负侧开始并且顺时针旋转)来描述。两维坐标系的第二象限可以由从y轴(α＝90°)开始以逆时针方向旋转的坐标系的相应角90°≤α≤180°或者入射角90°≥θ≥0°来描述。两维坐标系的第三象限可以由从负的x轴(α＝180°)开始以逆时针方向旋转的坐标系的相应角180°≤α≤270°或者入射角360°≥θ≥270°来描述。两维坐标系的第四象限可以由从负的y轴(α＝270°)开始以逆时针方向旋转的坐标系的相应角270°≤α≤360°或者入射角270°≥θ≥180°来描述。

关于表示至少流体流的方向的范围的信息可以表示流体流的方向在某个区域,例如上面说明的一个或多个象限中的趋势。

根据第一方面的传感器装置的第一传感器可以是热传感器或流量传感器，例如热线、热板、恒温或恒流测速计(anemometer)。热传感器可以称作温度传感器，并且流量传感器可以称作测速(anemometric)传感器。

根据第一方面的传感器装置可以还包括至少两个移位的第二传感器，即彼此被移位的至少两个第二传感器。所述至少两个移位的第二传感器可以平行地布置在第一平面中，并且可以适于测量流体流的量。所述至少两个移位的第二传感器可以彼此平行地间隔开。所述至少两个移位的第二传感器可以彼此间隔开，尤其是横向交于或正交于所述至少两个移位的第一传感器的共同方向或共同取向。所述至少两个移位的第二传感器的共同方向或共同取向可以由所述至少两个移位的第一传感器中的每一个的长度方向/纵向方向限定。所述至少两个移位的第一传感器中的每一个可以与所述至少两个移位的第二传感器中的一个相邻地布置，尤其是并列或并排、横向交于或正交于所述至少两个移位的第一传感器中的每一个的长度方向/纵向方向。所述至少两个移位的第二传感器的共同方向或共同取向可以由所述至少两个移位的第一传感器的平行布置来限定。所述控制单元可以适于通过进一步考虑由所述至少两个移位的第二传感器所测量的流体流的量，确定表示至少在两维中所述流体流的方向的范围的信息。换句话说，所述控制单元可以进一步适于从流体流的所测量的量(如由所述第一传感器和第二传感器测量的)，确定表示至少在两维中流体流的方向的范围的信息。

例如，所述控制单元可以适于通过进一步考虑由所述至少两个移位的第二传感器测量的流体流的量，确定表示在两维中流体流的方向的信息，其中所述方向位于第一平面的两维坐标系的第一象限、第二象限、第三象限或第四象限中。换句话说，所述控制单元可进一步适于从流体流的所测量的量(如由第一传感器和第二传感器测量的)，确定表示在两维中流体流的方向的信息，其中，所述方向位于所述第一平面的两维坐标系的第一象限、第二象限、第三象限或第四象限中。这样，关于表示至少所述流体流的方向的范围的信息，可以表示流体流的方向在某个区域，例如上面说明的一个或多个象限中的更精确的趋势。

所述至少两个移位的第二传感器可以具有与所述至少两个移位的第一传感器不同的尺寸和/或长度。例如，所述至少两个移位的第二传感器可以在尺寸或长度方面比所述至少两个移位的第一传感器更短或更长。术语尺寸可以是关于在相应传感器的纵向方向上的尺寸。

根据第一方面的传感器装置可进一步包括至少两个移位的第三传感器，即至少两个彼此移位的第三传感器。所述至少两个移位的第三传感器可以平行地布置在与所述第一平面相垂直的第二平面中，并且适于测量所述流体流的量。所述至少两个移位的第三传感器可以彼此平行地间隔开。所述至少两个移位的第三传感器可以彼此平行地间隔开，尤其是横向交于或正交于所述至少两个移位的第三传感器的共同方向或共同取向。所述至少两个移位的第三传感器的共同方向或共同取向可以由所述至少两个移位的第三传感器中的每一个的长度方向/纵向方向来限定。所述至少两个移位的第三传感器可以相邻地布置，尤其是并列或并排、横向交于或正交于所述至少两个移位的第三传感器中的每一个的长度方向/纵向方向。所述至少两个移位的第三传感器中的共同方向或共同取向可以由平行布置的所述至少两个移位的第三传感器来限定。所述控制单元可以进一步适于通过进一步考虑由所述至少两个第三传感器测量的量，确定表示至少在三维中流体流的方向的范围的信息。

所述传感器装置可进一步包括至少两个移位的第四传感器，所述至少两个移位的第四传感器平行于在所述第二平面中的所述第三传感器。所述至少两个第四传感器可具有与所述至少两个第三传感器不同的尺寸和/或长度。所述至少两个移位的第四传感器可彼此平行地间隔开。所述至少两个移位的第四传感器可彼此间隔开，尤其是横向交于或正交于所述至少两个移位的第三传感器的共同方向或共同取向。所述至少两个移位的第四传感器的共同方向或共同取向可以由所述至少两个移位的第三传感器中的每一个的长度方向/纵向方向来限定。所述至少两个移位的第三传感器中的每一个可以与所述至少两个移位的第四传感器中的一个相邻地布置，尤其是并列或并排、横向交于或正交于所述至少两个移位的第三传感器中的每一个的长度方向/纵向方向。所述至少两个移位的第四传感器的共同方向或共同取向可以由平行布置的所述至少两个移位的第三传感器来限定。在这方面，所述第四传感器可以被认为对应于所述第二传感器，并且所述第三传感器可以被认为对应于所述第一传感器。

所述传感器装置的所述至少两个移位的第一传感器、第二传感器、第三传感器和/或第四传感器可以彼此平行地布置。

所述流体流的测量的量可以包括或者是所述流体流的速度，所述流体流的加速度等。

所述流体流的速度可以由通过热传递对流控制方程的查找表、解析解和/或数值解来确定。

根据第二方面，提供一种导管。所述导管包括根据第一方面的传感器装置，其中，所述传感器装置布置在所述导管上，用于测量例如血流的流体流。

所述传感器装置可以在所述导管的纵向方向上布置。在这个装置中，所述至少两个第一传感器可以处于平行于所述导管的纵向方向。

这样，能够减小在所述导管上沿纵向方向的传感器装置所需要的空间。现有技术的垂直的传感器装置需要在所述导管的纵向方向上的更多空间，因为一个传感器必须在所述导管的纵向方向上与其它的垂直的传感器相邻地放置。相反地，根据第一方面的传感器装置需要在所述导管的纵向方向上的更少的空间，即至少类似于或对应于一个传感器的长度的空间。

所述导管可以包括或形成为管。在这种情形下，所述纵向方向可以是所述管的纵向方向。

附图说明

下面，本申请将参考附图中示出的示例性实施方式进行进一步描述，在附图中：

图1是两个现有技术的传感器装置的示意图；

图2A是具有平行传感器配置的传感器装置的示意图；

图2B是具有平行传感器配置和流体流表示的传感器装置的示意图；

图2C是具有表示的第一象限、第二象限、第三象限和第四象限以及表示的流体流的两维坐标系的示意图；

图3A是当流体流的入射角是θ＝0°(α＝180°)时，具有平行的传感器配置和示例性温度分布的传感器装置的示意图；

图3B是当流体流的入射角是θ＝0°(α＝180°)时，测量值的示意图；

图3C是当流体流的入射角是θ＝90°(α＝90°)时，具有平行的传感器配置和示例性温度分布的传感器装置的示意图；

图3D是当流体流的入射角是θ＝90°(α＝90°)时，测量值的示意图；

图3E是当流体流的入射角是θ＝30°(α＝150°)时，具有平行的传感器配置和示例性温度分布的传感器装置的示意图；

图3F是当流体流的入射角是θ＝30°(α＝150°)时，测量值的示意图；

图3G是当流体流的入射角是θ＝60°(α＝120°)时，具有平行的传感器配置和示例性温度分布的传感器装置的示意图；

图3H是当流体流的入射角是θ＝60°(α＝120°)时，测量值的示意图；

图4是具有平行的传感器配置和两个附加的平行传感器的传感器装置的示意图；

图5A是在三维中用于流体流测量的传感器装置的示意图；

图5B是具有附加传感器的、在三维中用于流体流测量的传感器装置的示意图；

图6是用于求解热传递对流控制方程的查找表实例的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，为了解释而非限制的目的，说明了具体细节，例如具体传感器和几何细节，以便对本申请提供彻底理解。但对本领域技术人员显然的是，本申请可以以偏离这些具体细节的其它实施方式来实施。例如，即使本申请参考具体角度来描绘流体流的方向进行了描述，但本申请可以以所有角度(0°到360°，且包括360°)。这里描述的所有计算可以通过合适的控制单元(如上面提到的)执行，例如使用单独的硬件电路，使用与编程微处理器或通用计算机结合来起作用的软件，使用专用集成电路(ASIC)和/或使用一个或多个数字信号处理器(DSP)。所述控制单元能够以无线和/或有线方式适当地连接到一个或多个传感器和这里描述的一个或多个传感器装置，以交换例如测量值的数据。所述控制单元可以布置在导管上，在其上这里描述的传感器装置与所述导管分离地布置或可以与所述导管分离地布置。

图1示出了两个现有技术的基于热线和热膜的传感器装置3的示意图。图中示出了三个正交的移位的传感器，需要它们来测量三维流体流的速度。为了在两维中测量流体流的速度，需要具有两个正交的移位的传感器的传感器装置。

图2A示出具有包括两个平行的传感器5的平行传感器配置的传感器装置1的示意图。两个传感器5平行地布置在共同的平面中。在图2A的示例中，传感器装置1的传感器5具有矩形的几何形状，但是它们也可以实施为平行的线或具有不同的几何形状，例如圆形或椭圆形。构建该配置以测量流体流的方向，该流体流源自传感器平面的左侧或右侧，如下面更详细地描述的。

图2B示出图2A的传感器装置1和流体流10的表示的示意图。附加示出的流体流10描绘了相对于x轴20的负侧具有入射角θ的方向。在这种情况下，入射的流体流10被示例地表示为源自传感器平面的左侧并因而位于传感器平面的左手侧上。所述传感器平面在当前的示例中由两个坐标轴y轴15和x轴20形成。换句话说，入射流体流10被示例地表示为源自相对于y轴15的左手侧并且结束于坐标系的原点。

图2C更详细地示出图2B中所示的两维坐标系2的示意图。也就是说，图2C的两维坐标系2具有第一象限25、第二象限26、第三象限27和第四象限28。进一步地，在坐标系中示出了流体流10。传感器装置1适于确定至少在坐标系中流体流10的方向的范围。例如，传感器装置1可确定流体流10的方向位于两维坐标系2的一个或多个象限中。在两个平行的传感器5的情形中，所述信息是两维的，并且表示相对于y轴15源自左手侧或右手侧的方向。换句话说，传感器装置1配置为确定所述方向分别位于第二象限26和第三象限27(左侧)中，或者第一象限25和第四象限28(右侧)中。在图2C的示例中，所述传感器装置能够确定例如流体流10的方向位于由第二象限26和第三象限27形成的区域中。

图3A示出图2A的传感器装置1的进一步细节的示意图。图3A示出当流体流的入射角为θ＝0°(α＝180°)时，流体的示例性温度分布30、35。在入射角为θ＝0°(α＝180°)的流体(和流体速度)的情况下，左侧传感器正常工作，并且不受右侧传感器的影响。然而，右侧传感器测量稍微温暖的流体，如等温区域30所示的，因而它的测量值将是相对于左侧传感器测量的测量值降低的幅值。

图3B示出当如图3A所示流体流的入射角为θ＝0°(α＝180°)时，由图3A的示例中的传感器5测量的测量值31、36的示意图。如上面关于图3A所描述的，由左侧传感器测量的第一测量值31大于由右侧传感器测量的第二测量值36。因为第一测量值31大于第二测量值36，传感器装置1能够导出流体流的方向位于第二象限或第三象限中。关于所述方向是精确地位于第二象限和第三象限中的哪里，仍然存在一些模糊。传感器装置1能够合适地校准为降低这种模糊或者甚至消除这种模糊。例如，传感器装置1能够校准为，使得当流体流的入射角为θ＝0°(α＝180°)时，测量值31、36之间的差是最大的差值。因而，当确定测量值31、36和因而推导这些测量值31、36之间的差值时，传感器装置1能够检测所确定的差值对应于被校准的最大差值。因而，传感器装置1能够确定流体流的方向是沿着x轴20，但不知道所述方向是指向向左方向还是向右方向。通过进一步考虑是左侧传感器还是右侧传感器返回较低的测量值，传感器装置1能够进一步确定所述方向是指向向左方向还是指向向右方向。如果左侧传感器返回较高的测量值31，则传感器装置1确定所述方向指向右θ＝0°(α＝180°)，即流体流是从左向右的。如果左侧传感器返回较低的测量值36，则传感器装置1确定所述方向指向左θ＝180°(α＝0°)，即流体流是从右向左的。

图3C示出图2A的传感器装置1的示意图。图3C进一步示出当流体流的入射角是θ＝90°(α＝90°)时的示例性温度分布30、35。左侧传感器和右侧传感器不相互影响，或者不以相同的方式彼此影响，这取决于传感器5之间的距离和流速的幅值。

图3D示出当流体流的入射角是θ＝90°(α＝90°)时，由图3C的示例中的传感器5测量的测量值31、36的示意图。在这种情况下，两个传感器5返回相同的测量值31、36。因而，由于传感器5不彼此影响或者不以相同的方式被影响，传感器装置1能够推导流体流的方向是沿着y轴15，例如在这个图示中向上或向下。既然这种情形常常描述导管中的主方向，所述方向表示通常的血流，其中所述导管包括沿其纵向方向布置的传感器装置。

图3E示出图2A的传感器装置1的示意图。图3E进一步示出当流体流的入射角是θ＝30°(α＝150°)时的示例性温度分布30、35。类似于θ＝0°(α＝180°)的情况，左侧传感器影响右侧传感器的测量。然而，两个传感器5的测量值31、36之间的差较小，这是因为左侧传感器的影响仅仅影响右侧传感器的区域的一部分。

图3F示出当流体流的入射角是θ＝30°(α＝150°)时的测量差31、36的示意图。如上面关于图3A和图3B所解释的，在图3E的示例中，通过比较测量值31、36，传感器装置1能够确定所述方向位于第二象限或第三象限中。然而，关于第二象限或第三象限的区别仍然存在模糊。还在这种情况中，将呈现上面关于图3A和图3B描述的影响，即由于左侧传感器对右侧传感器的影响，右侧传感器将对流体流更不敏感。换句话说，左侧传感器将返回较高的测量值31。然而，由于右侧传感器在图3B中比图3A中更少地受到左侧传感器的影响，测量值31、36之间的差比在图3B中更低。如果传感器装置被如上所述地合适地校准，则能够确定所述方向位于第二象限或第三象限中，但不在x轴20上。

图3G示出图2A的传感器装置1的示意图。进一步地，图3G示出当流体流的入射角是θ＝60°(α＝120°)时的示例性温度分布30、35。再一次，类似于θ＝0°(α＝180°)和θ＝30°(α＝150°)的情况，左侧传感器影响右侧传感器的测量。然而，两个传感器5的测量值31、36之间的差低于其它两种情况，这是因为左侧传感器的影响将仅仅影响右侧传感器的区域的更小部分。

图3H示出当流体流的入射角是θ＝60°(α＝120°)时的由传感器5测量的测量值31、36的示意图。如上面所解释的，因为左侧传感器返回较高的测量值36，传感器装置1能够确定所述方向位于第二象限或第三象限中。关于所述方向精确地位于第二象限或第三象限中的哪里，仍然存在模糊。如果按照上面解释的方法合适地校准，因为测量值31、36之间的差更小，传感器装置1甚至可以确定流体的方向比θ＝30°(α＝150°)的情形更靠近y轴15。

图4示出具有平行传感器配置的传感器装置1的示意图，其中所述平行传感器配置包括如图2A至3H中所示并解释的两个平行的传感器5，以及两个附加的平行传感器6。该配置允许区分两维平面的第一象限、第二象限、第三象限和第四象限，其中两个平行传感器5和附加的两个平行传感器6在同一平面中平行地对齐。通过增加两个平行传感器6例如分别作为测速传感器或温度传感器，实现0°≤θ≤90°(第二象限，180°≥α≥90°)和270°≤θ≤360°(第三象限，270°≥α≥180°)之间的消除模糊。

如果两个平行的传感器6是测速传感器，并且：

如果两个传感器6的右侧传感器记录相对于两个传感器6的左侧传感器较低的值，这意味着所述传感器工作在270°≤θ≤360°(270°≥α≥180°)区域中；

如果两个传感器6的左侧传感器记录相对于两个传感器6的右侧传感器相等的值，并且所述流是从左流向右，如传感器5所确定的，则这意味着所述方向位于0°≤θ≤90°(180°≥α≥90°)区域中；

如果两个传感器6的左侧传感器和右侧传感器记录相对于由两个传感器5的左侧传感器和右侧传感器测量的正常流体流速度减小的流体流速度，这意味着所述流在θ＝270°(α＝270°)方向上流动；以及

如果两个传感器6的左侧传感器和右侧传感器记录相对于由两个传感器5的左侧传感器和右侧传感器测量的正常流体流速度相等的流体流速度，这意味着所述流在θ＝90°(α＝90°)方向上流动。

如果两个平行的传感器6是温度传感器，并且：

如果两个传感器6的右侧传感器记录相对于两个传感器6的左侧传感器更高的值，则所述传感器工作在0°≤θ≤90°(180°≥α≥90°)区域中；

如果两个传感器6的左侧传感器记录相对于两个传感器6的右侧传感器相等的值，并且所述流如传感器5所确定的从左向右流动，则这意味着所述方向在270°≤θ≤360°(270°≥α≥180°)区域中；

如果两个传感器6的左侧传感器和右侧传感器记录相对于传感器5记录的流体温度更高的温度，这意味着所述流在方向θ＝270°(α＝270°)上流动；以及

如果左侧传感器和右侧传感器6记录相对于传感器5记录的流体温度相等的温度，这意味着所述流动在方向θ＝90°(α＝90°)上流动。

类似地，能够实现180°≥θ≥90°(第一象限，0°≤α≤90°)和270°≥θ≥180°(第四象限，270°≤α≤360°)之间的消除模糊。

图5A示出利用第一传感器5和第二传感器7在三维中测量流体流的传感器装置1的示意图，其中传感器5、7平行地布置，但是第一传感器5和第二传感器7沿着两条非平行的轴，例如图5A中示出的两条垂直轴放置，由此能够收集根据流体流的方向的三维信息。

图5B示出用于在三维中的流体流测量的传感器装置1的示意图，其中附加的传感器6添加到图5A的传感器装置1，以更精确地收集关于三维情形的信息，如上面关于图4所解释的。该扩展可能导致表示对应于三维坐标系的八分卦限(octant)的方向的信息。

图6示出用于求解热传递对流控制方程的查找表以便如上面解释的、实施比较测量值进而导出流动流方向的示例的示意图。当具有温度T_f的移动流体遇到温度为T_s的较温暖的物体时，在两个物体之间存在热传递，已知为对流热传递。该物理现象的控制方程是：

式中，T表示温度，q表示体热源，ρ表示材料密度，k表示导热系数，c表示比热，v_i表示方向x_i上流体的速度。所述方程将温度分布描述成流体在其中移动的流体域。

使用对流现象构建测速计，电阻性传感器R_s在高于流体温度T_f的温度T_s被加热，并且当流体移动时，由传感器传递到流体上的功率使用下式描述：

I²R_s＝hA_s(T_s-T_f)

式中，I表示流入传感器的电流，h表示对流系数和A_s表示传感器的面积。相对于传感器的几何尺寸，测速计传感器也对流体的方向敏感。

如果S1(左侧传感器)和S2(右侧传感器)的两个测量定义为：

-ES_min表示由测量较低值的传感器(S1或S2)测量的值，以及

-ES_max表示由测量较高值的传感器(S1或S2)测量的值。

可以写出下面的公式：

ES_max＝f_k(U_eff)

式中，f_k表示把测量的速度与传感器的电输出相关的函数，例如众所周知的金氏定律(King’s law)。在两维空间中，“有效的冷却速度”或U_eff定义为：

该公式描述了测量的U_eff与真实流体速度U之间的关系，其中θ表示传感器的横向方向和流体速度之间的角度(速度的取向)，并且k表示传感器的系数(专用于每个传感器的几何系数)，其对传感器对于垂直于主方向的速度方向的敏感度进行量化。

由S_min(测量较低值的传感器(S1或S2))执行的测量可以总的写作：

ES_min＝f_FSmax(v,θ)-f_shade(v,θ,Ts)

式中，f_shade表示描述测量较低值的传感器S的敏感度的损失的函数，该函数是流体速度、速度取向和已知的传感器温度(T_s)的函数。假设所述流从左侧传感器流向右侧传感器(当所述流从右侧传感器流向左侧传感器时，所述系统对称地工作)，通过耦合测量ESmax和ESmin，能够确定两个测量之间的关系，其中这两个测量可以识别v和θ的两个值，当0°≤θ≤90°(180°≥α≥90°)或者270°≤θ≤360°(270°≥α≥180°)时(图3-3H)。

函数g

[v,θ]＝g(ES_max,ES_min)

可以使用不同的方法来拟定：

-经验定义，通过试验台试验。在这种情况下，g则拟定为查找表；

-热传递对流控制方程的解析解；

-热传递对流控制方程的数值解；或者

-使用从热传递对流控制方程导出的缩减和简化公式。

Claims

1.一种传感器装置(1)，包括：

至少两个移位的第一传感器(5)，平行地布置在第一平面中并且适于测量流体流(10)的量；以及

控制单元，适于从所述流体流(10)的测量的量确定表示至少在两维中所述流体流(10)的方向的范围的信息。

2.根据权利要求1所述的传感器装置(1)，其中，所述第一传感器(5)是热传感器或流量传感器，例如热线、热板、恒温或恒流测速计。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，所述控制单元适于从所述流体流(10)的测量的量，确定表示在两维中所述流体流(10)的方向的信息，其中，所述信息表示所述方向位于由所述第一平面的两维坐标系(2)的第一象限(25)和第四象限(28)、或第二象限(26)和第三象限(27)所形成的区域中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器装置(1)，还包括至少两个移位的第二传感器(6)，平行地布置在所述第一平面中并且适于测量所述流体流(10)的量，其中所述控制单元适于通过进一步考虑由所述至少两个移位的第二传感器(6)所测量的所述流体流(10)的量，确定表示至少在两维中所述流体流(10)的方向的范围的信息。

5.根据权利要求4所述的传感器装置(1)，其中，所述控制单元进一步适于通过进一步考虑由所述至少两个移位的第二传感器所测量的所述流体流(10)的量，确定表示在两维中所述流体流(10)的方向的信息。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器装置(1)，还包括至少两个移位的第三传感器(7)，平行地布置在与所述第一平面相垂直的第二平面中，并且适于测量所述流体流(10)的量，其中所述控制单元进一步适于通过进一步考虑由所述至少两个第三传感器(7)所测量的量，确定表示至少在三维中所述流体流(10)的方向的范围的信息。

7.根据权利要求6所述的传感器装置(1)，其中，所述至少两个移位的第一传感器(5)、第二传感器(6)和第三传感器(7)平行地布置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置(1)，其中，所述量包括所述流体流的速度。

9.根据权利要求8所述的传感器装置(1)，其中，所述流体流的速度由热传递对流控制方程的查找表、解析解或数值解确定。

10.一种导管，包括根据权利要求1至9中任一项所述的传感器装置(1)，其中，所述传感器装置(1)布置在所述导管上，用于测量例如血流的流体流。

11.根据权利要求10所述的导管，其中，所述传感器装置(1)沿所述导管的纵向方向布置。