BR112021007850A2

BR112021007850A2 - aparelho e método para analisar um substância

Info

Publication number: BR112021007850A2
Application number: BR112021007850-9A
Authority: BR
Inventors: Uwe Schriek; Wilfried Noell; Thorsten LUBINSKI
Original assignee: Diamontech Ag
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2021-08-03
Also published as: EP3876840B1; US20210401291A1; WO2020094265A1; WO2020094233A1; KR20210089687A; JP2022506275A; EP3876840A1; CA3117153A1; CN112955075A; JP7423622B2; MX2021005125A

Abstract

APARELHO E MÉTODO PARA ANALISAR UM SUBSTÂNCIA. Dispositivo para analisar uma substância compreendendo: - um corpo de medição (1, 1a), que tem uma superfície de medição (2) e deve ser levado a contato, pelo menos parcialmente, com substância (3) na região da superfície de medição para medir; um dispositivo laser (4), especialmente tendo um laser em cascata quântica (QCL), um QCL sintonizável e/ou uma matriz laser, de preferência uma matriz de QCLs, para gerar um ou mais feixes de excitação (10) em diferentes comprimentos de onda, de preferência na faixa espectral do infravermelho ou infravermelho médio, que é direcionada para a substância (3); e um aparelho de detecção (5, 6, 7), que é integrado pelo menos parcialmente ao corpo de medição (1, 1a) ou conectado a ele e compreende o seguinte: - uma fonte (5) para a luz de detecção, preferencialmente luz de detecção coerente (11), e - uma primeira estrutura de fibra óptica (6), que pode ser ou está conectada à fonte de luz de detecção e que guia a luz de detecção e tem o índice de refração, pelo menos em algumas seções, depende da temperatura e/ou pressão, sendo que a primeira estrutura de fibra óptica tem pelo menos uma seção (9) em que a intensidade da luz depende de uma mudança de fase da luz de detecção em pelo menos uma parte da estrutura de fibra óptica (6) devido a uma mudança de temperatura ou pressão.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO E MÉTODO PARA ANALISAR UM SUBSTÂNCIA".

[001] A presente invenção refere-se a um aparelho e a um método para analisar uma substância. Estes podem ser utilizados, por exemplo, para a análise de tecido animal ou humano, fluidos, especialmente fluidos corporais e em uma configuração, para medir glicose ou açúcar no sangue.

[002] Métodos conhecidos para analisar uma substância, especialmente para medir o açúcar no sangue, são descritos, por exemplo, nos seguintes documentos:

[003] Guo et al.: "Noninvasive glucose detection in human skin using wavelength modulated differential laser photothermal radiometry", Biomedical Optics Express, Vol. 3, 2012, No. 11,

[004] Uemura et al.: "Non-invasive blood glucose measurement by Fourier transform infrared spectroscopic analysis through the mucous membrane of the lip: application of a chalcogenide optical fiber System", Front Med Biol Eng. 1999; 9(2): 137-153,

[005] Farahi et al.: “Pump probe photothermal spectroscopy using quantum cascade lasers”, J. Phys. D. Appl. Phys. 45 (2012) , e

[006] M. Fujinami et al.: “Highly sensitive detection of molecules at the liquid/liquid interface using total internal reflection-optical beam deflection based on photothermal spectroscopy”, Rev. Sci. Instrum., Vol. 74, Number 1 (2003).

[007] von Lilienfeld-Toal, H. Weidenmüller, M. Xhelaj, A. Mäntele, W. A Novel Approach to Non-Invasive Glucose Measurement by Mid- Infrared Spectroscopy: The Combination of Quantum Cascade Lasers (QCL) and Photoacoustic Detection Vibrational Spectroscopy, 38:209- 215, 2005.

[008] Pleitez, M. von Lilienfeld-Toal, H. Mäntele W. Infrared spectroscopic analysis of human interstitial fluid in vitro and in vivo using

FT-IR spectroscopy and pulsed quantum cascade lasers (QCL): Establishing a new approach to non-invasive glucose measurement. Spectrochimica Acta. Part A, Molecular and biomolecular spectroscopy, 85:61-65, 2012

[009] Pleitez, M. et al. In Vivo Noninvasive Monitoring of Glucose Concentration in Human Epidermis by Mid-Infrared Pulsed Photoacoustic Spectroscopy Analytical Chemistry, 85:1013-1020, 2013.

[0010] Pleitez, M. Lieblein, T. Bauer, A. Hertzberg, O. von Lilienfeld- Toal, H. Mäntele, W. Windowless ultrasound photoacoustic cell for in vivo mid-IR spectroscopy of human epidermis: Low interference by changes of air pressure, temperature, and humidity caused by skin contact opens the possibility for a non-invasive monitoring of glucose in the interstitial fluid. Review of Scientific Instruments 84, 2013

[0011] M. A. Pleitez Rafael, O. Hertzberg, A. Bauer, M. Seeger, T. Lieblein, H. von Lilienfeld-Toal, and W. Mäntele. Photothermal deflectometry enhanced by total internal reflection enables non-invasive glucose monitoring in human epidermis. The Analyst, November 2014.

[0012] É objeto da invenção prover um aparelho e um método que possa ser usado para analisar uma substância, especialmente um tecido animal ou humano, ou um componente ou constituinte do tecido, ou um fluido, de uma maneira especialmente simples, precisa e econômica. Um aspecto da invenção também envolve a realização de um tamanho pequeno do aparelho.

[0013] Além disso, é feita referência ao documento de patente alemã DE 10 2014 108 424 B3.

[0014] Este objeto é alcançado, inter alia, por um aparelho que tenha os recursos de acordo com a reivindicação1. As configurações do aparelho são especificadas em sub-reivindicações. Além disso, a invenção refere-se a um método de acordo com a reivindicação de método independente, com configurações correspondentes, de acordo com a(s) sub-reivindicação(ões) dependente(s) desta.

[0015] Além do tema das reivindicações e configurações exemplares explicitamente mencionadas no momento de depósito, este pedido de patente também se refere a outros aspectos listados no final da presente descrição. Esses aspectos podem ser combinados individualmente ou em grupos, em cada caso com características das reivindicações citadas no momento do depósito. Esses aspectos também constituem invenções independentes, sejam tomadas isoladamente ou combinadas entre si ou com o tema reivindicado neste pedido de patente. O requerente reserva o direito de fazer essas invenções objeto de reivindicações posteriormente. Isso pode ocorrer como parte deste pedido ou no contexto de pedidos divisionais subsequentes, pedidos de continuação (EUA), pedidos de continuação em parte (EUA) ou pedidos subsequentes que reivindicam prioridade deste aplicativo.

[0016] Em conexão com a descrição a seguir, os termos "luz" ou "luz laser" significam ondas eletromagnéticas ou radiação eletromagnética na faixa visível, na faixa do infravermelho próxima, média e distante, e na faixa do UV.

[0017] O texto a seguir trata primeiro do tema das reivindicações listadas no momento do depósito. O objeto é alcançado com as características da invenção de acordo com a reivindicação 1 da patente de um dispositivo para analisar uma substância tendo:

[0018] - um corpo de medição que tenha uma superfície de medição e deve ser pelo menos parcialmente acoplado à substância na área da superfície de medição para medição, especialmente diretamente ou através de um meio, especialmente um fluido, ou deve ser colocado em contato com ele diretamente ou então através de um meio,

[0019] - uma fonte de radiação de excitação capaz de gerar luz ou um feixe de excitação de diferentes comprimentos de onda,

especialmente um dispositivo laser, especialmente com um laser em cascata quântica (QCL), um QCL sintonizável e/ou com uma matriz laser, de preferência uma matriz de QCLs, para gerar um ou mais feixes de excitação com diferentes comprimentos de onda, de preferência na faixa espectral do infravermelho, que é direcionada para a substância quando o corpo de medição é acoplado e/ou em contato com a substância na região da superfície de medição, e

[0020] - um dispositivo de detecção, que é pelo menos parcialmente integrado ao corpo de medição ou conectado a ele, compreendendo o seguinte:

[0021] uma fonte para a luz de detecção, preferencialmente luz de detecção coerente, e

[0022] uma primeira estrutura de fibra óptica, que pode ser ou está conectada à fonte de luz de detecção e que guia a luz de detecção, cujo índice de refração, pelo menos em algumas seções, depende da temperatura e/ou pressão, sendo que a primeira estrutura de fibra óptica tem pelo menos uma seção em que a intensidade da luz depende de uma mudança de fase da luz de detecção em pelo menos uma parte da estrutura de fibra óptica devido a uma mudança de temperatura ou pressão.

[0023] Neste contexto, entende-se que uma mudança de fase da luz de detecção significa uma mudança de fase em relação à posição de fase da luz de detecção antes ou sem a mudança de temperatura ou pressão. Uma mudança de fase da luz de detecção pode, portanto, ser determinada a partir da mudança na intensidade da luz e a partir disso, uma mudança no índice de refração. A partir da mudança no índice de refração, por exemplo, pode-se determinar a intensidade de uma onda térmica e/ou de pressão, a partir da qual, por sua vez, em configurações preferidas, uma força de absorção pode ser determinada e a partir disso a concentração de uma substância a ser detectada. Além da luz visível,

o termo luz de detecção também pode significar luz de infravermelho ou UV ou outro tipo de ondas eletromagnéticas que podem ser passadas através da estrutura de fibra óptica.

[0024] Energia é injetada na substância por meio dos feixes de excitação e os feixes de excitação são absorvidos, em maior ou menor extensão, em função do comprimento de onda de luz irradiada e das substâncias presentes na substância a serem analisadas, bem como suas vibrações de ressonância ou frequências de absorção, sendo que a energia térmica é liberada na forma de vibrações moleculares. Além de um laser sintonizável ou de uma matriz laser, a fonte de luz sintonizável por comprimento de onda também pode ser formada por um tipo diferente de fonte de radiação, por exemplo, uma fonte de luz de banda larga, a partir da qual comprimentos de onda individuais podem ser selecionados opcionalmente por filtros. Por exemplo, um ou mais diodos emissores de luz na faixa do infravermelho podem ser usados, a radiação da qual pode ser selecionada em bandas estreitas sobre faixas de comprimento de onda desejadas. Aqui também, a modulação pode ocorrer na fonte de luz ou no caminho óptico.

[0025] Em termos de intensidade, o processo de aquecimento segue a modulação do feixe de excitação e gera uma onda térmica e/ou de pressão que se propaga na substância a ser analisada, entre outros, em direção ao e também no corpo de medição e influencia a primeira estrutura de fibra óptica no dispositivo de detecção. O corpo de medição é acoplado à substância na área da superfície de medição, de modo que uma onda térmica e/ou de pressão possa passar da substância para o corpo de medição. O acoplamento pode ocorrer diretamente através do contato físico entre a substância e o corpo de medição, mas também, por exemplo, interpondo um meio sólido ou fluido, gasoso ou líquido, adequado. Dessa forma, o acoplamento também pode ocorrer, por exemplo, na emissão de uma onda de pressão acústica a partir da substância para o corpo de medição e, se necessário, também através de um caminho através de um meio gasoso. Por escolha adequada do meio entre a substância e o corpo de medição, uma combinação de impedância pode provida para atingir o melhor acoplamento possível no corpo de medição.

[0026] O feixe de excitação é injetado vantajosamente na substância em uma área que está diretamente em contato com a superfície de medição ou está acoplado a ela. O feixe de excitação também pode ser injetado na substância diretamente próxima a uma área da superfície de medição que está acoplada ou em contato com a substância a ser analisada. O feixe de excitação pode ser transmitido através do volume, através de um orifício aberto ou perfurado no corpo de medição ou, especialmente, também pelo menos através de algumas seções do material do corpo de medição, ou então além de um limite externo do corpo de medição nas proximidades do corpo de medição. Se um orifício de abertura/buraco for provido no corpo de medição para o feixe de excitação, ele pode passar completamente pelo corpo de medição ou ser formado como um buraco cego e, neste caso, na área da superfície de medição o material do corpo de medição ou mesmo um revestimento de outro material, por exemplo, com uma espessura de 0,05 mm a 0,5 mm, especialmente uma espessura de 0,1 mm a 0,3 mm, pode permanecer no local.

[0027] Devido à influência da onda térmica e/ou de pressão na primeira estrutura de fibra óptica, o índice de refração em pelo menos algumas seções da primeira estrutura de fibra óptica é alterado e uma mudança de fase da luz de detecção é causada, o que leva a uma mudança mensurável na intensidade da luz pelo menos em uma seção da primeira estrutura de fibra óptica.

[0028] Para a detecção de tais mudanças de fase, por exemplo, métodos e dispositivos interferométricos estão disponíveis.

[0029] A invenção, portanto, também se refere ao uso de um método de medida interferométrica ou de um dispositivo de medida interferométrica para a medição quantitativa do aumento da temperatura em um material durante a passagem de uma onda térmica e/ou de pressão.

[0030] O corpo de medição pode ser formado por um corpo portador, no qual a fonte de luz de detecção e a primeira estrutura fibra óptica podem ser anexadas ou organizadas. A fonte de luz de detecção pode ser organizada diretamente em frente a um ponto de injeção da primeira estrutura de fibra óptica ou conectada a ela por meio de uma fibra óptica. A fonte de luz de detecção também pode ser integrada diretamente à estrutura de fibra óptica como um elemento semicondutor integrado, por exemplo, disposto no mesmo substrato da estrutura do guia óptico de ondas. A fibra óptica pode ser implementada como um cabo de fibra óptica ou então como uma fibra óptica integrada. Por exemplo, o próprio dispositivo de medição também pode constituir ou conter um substrato no qual guias de ondas de luz integradas podem ser organizados. O material do corpo de medição pode ser transparente ou não transparente para a luz de excitação. A superfície de medição pode ser definida como a superfície de fronteira externa do corpo de medição que pode ser acoplado ou colocado em contato com a substância a ser analisada, sendo que uma onda térmica e/ou de pressão pode ser transportada da substância através da superfície de medição para o corpo de medição.

[0031] No desenho do corpo de medição, pode-se prover que a primeira estrutura de fibra óptica seja arranjada em relação à superfície de medição, de tal forma que seja influenciada pela pressão ou ondas térmicas causadas pela absorção da luz de excitação, quando o corpo de medição está acoplado/em contato com a substância na área da superfície de medição.

[0032] Por exemplo, pode-se prover que pelo menos uma seção de uma projeção da primeira estrutura fibra óptica, na direção da superfície normal da superfície de medição, seja sobreposta a esta superfície de medição.

[0033] Também pode ser mais geralmente provido que pelo menos uma seção da primeira estrutura fibra óptica possa ser alcançada por uma onda em uma direção reta da superfície de medição, especialmente a partir da área da superfície de medição em que o feixe de excitação passa por ela.

[0034] É vantajoso se pelo menos uma seção da estrutura fibra óptica, especialmente um elemento interferométrico, mais particularmente pelo menos um braço de um interferômetro da estrutura fibra óptica, esteja localizada dentro de um cone imaginário, o eixo deste sendo perpendicular à superfície de medição, a ponta deste esteja localizada no ponto em que o feixe de excitação penetra na superfície de medição e que tenha um ângulo de abertura de não mais de 90° , de preferência não mais do que 60° e, especialmente, não mais do que 20°. O ângulo de abertura é definido como o dobro do ângulo entre o eixo do cone e uma linha de base do cone imaginário.

[0035] Além disso, pode-se prover que pelo menos uma seção da primeira estrutura de fibra óptica seja inferior a 2 mm, preferivelmente inferior a 1 milímetro, mais preferivelmente, menos de 0,5 mm, longe da superfície de medição.

[0036] O objetivo é garantir que a primeira estrutura de fibra óptica seja organizada em relação à superfície de medição de tal forma que ondas térmicas e/ou de temperatura, que são induzidas na substância pela absorção da luz de excitação quando o corpo de medição é acoplado em contato com a substância na área da superfície de medição, levam a uma mudança de fase mensurável da luz de detecção em pelo menos uma parte da primeira estrutura de fibra óptica.

[0037] A superfície de medição pode ser projetada como uma superfície plana, mas também pode ter uma superfície côncava ou superfície parcial, na qual um corpo ou objeto colocado pode ser bem centrado ou posicionado. A superfície de medição pode então ter a forma de, por exemplo, um canal parcialmente cilíndrico ou uma forma de cúpula, especialmente uma forma de cúpula esférica, sendo o raio de curvatura de, por exemplo, entre 0,5 cm e 3 cm, especialmente entre 0,5 cm e 1,5 cm. Se a superfície de medição não for completamente plana, ou a superfície normal no centro de uma reentrância côncavo da superfície de medição ou a superfície normal de uma superfície plana de um corpo colocado na superfície de medição será entendida como sendo a superfície normal da superfície de medição. A superfície normal também pode ser entendida como sendo a superfície normal de uma superfície plana, que forma sua continuação fazendo a ponte da reentrância côncavo da superfície de medição.

[0038] O corpo de medição também pode ser revestido na área da superfície de medição com um material que conduz uma onda térmica e/ou de pressão da maneira mais livre de perdas possível. Por exemplo, este material pode ser tipo gel ou sólido e também pode ser transparente ao feixe de excitação, ou pode ter uma abertura em uma área onde o feixe de excitação passa pela superfície de medição. Por exemplo, o revestimento pode ser bastante fino, com uma espessura inferior a 1 mm ou menor de 0,5 mm, ou pode ser bastante grosso, com uma espessura maior que 0,5 mm, especialmente maior que 1 mm, e mais particularmente maior que 2 mm.

[0039] As formas de superfície curvas mencionadas acima podem ser formadas por um substrato do corpo de medição, sendo provido um revestimento uniformemente grosso, ou o substrato pode ter uma superfície plana, sendo que uma superfície curva pode ser realizada pelo perfil de espessura do revestimento.

[0040] A primeira estrutura de fibra óptica pode ser disposta no lado oposto do corpo de medição à superfície de medição ou na superfície do lado do corpo de medição voltado para a superfície de medição. Neste caso, o corpo de medição pode formar um substrato, no lado oposto à superfície de medição ou diretamente sob as guias de ondas de luz da superfície de medição estão montadas, por exemplo, por meio da tecnologia de deposição de vapor epitaxial.

[0041] A primeira estrutura de fibra óptica também pode ser disposta dentro do corpo de medição ou substrato e cercada em todos os lados pelo material do corpo/substrato de medição, a fim de garantir, por exemplo, um bom fornecimento e uma boa dissipação de ondas térmicas ou de pressão. Neste caso, a primeira estrutura de fibra óptica pode ser "enterrada" dentro de um substrato por meio de um processo de fabricação conhecido, ou seja, é coberta por todos os lados por um tipo diferente de material, que especialmente possui um índice de refração diferente de uma fibra óptica da própria primeira estrutura de fibra óptica. Se a fibra óptica em si é formada por silício, então ele pode ser coberto por óxido de silício, por exemplo. O corpo de medição / substrato também pode ser feito inteiramente ou parcialmente de silício. As guias de ondas de luz integradas também podem ser construídas de plástico, por exemplo, polietileno, ou um material cristalino opticamente transparente. Por exemplo, a primeira estrutura de guias de ondas pode ser arranjada paralelamente à superfície de medição e/ou em um plano paralelo à superfície de medição. Em geral, as guias de ondas de luz integradas opticamente podem ser projetados, por exemplo, como os chamados guias de ondas de tiras ou ranhuras, o que significa como tiras de material nas quais as ondas de luz são guiadas, ou como lacunas adequadamente formadas ou espaços intermediários (slots) entre limites refletidos totalmente, consistindo em um material de limite definido.

[0042] Em um dispositivo do tipo descrito, pode ser provido um dispositivo de modulação para modular a intensidade do feixe de excitação.

[0043] Neste caso, a intensidade do feixe de excitação pode ser controlada por bloqueio mecânico (picador mecânico), bem como usando um dispositivo de obturador controlável ou espelho de deflexão, ou um corpo/camada com uma transmissão controlável. Além disso, a modulação também pode ser alcançada diretamente controlando a fonte de luz de excitação/fonte de luz laser, ou por um obturador ou um controle de intensidade eletrônica, que bloqueia total ou parcialmente ou desvia o feixe de excitação em seu caminho da fonte de luz/dispositivo laser de excitação para a substância a ser analisada. Isso também pode ser realizado por um dispositivo interferométrico ou por um piezo-cristal ou cristal líquido eletronicamente controlável, ou por outro dispositivo eletronicamente controlável que altera a transparência ou a reflexividade para o feixe de luz de excitação. Tal dispositivo pode ser provido como uma parte integrante da instalação laser ou como um elemento funcional, que é funcionalmente integrado ao corpo/substrato de medição. Isso é possível porque estruturas funcionais tridimensionais da óptica e eletrônica integradas podem ser formadas por meio de estruturação única ou multicamadas do substrato. Estruturas MEMS (estruturas microeletrônicas) também podem ser integradas ao substrato desta forma, por exemplo, a fim de criar um espelho de deflexão controlável para modulação da luz.

[0044] Um aspecto possível do método aqui apresentado é o foco da medição do sinal de resposta, em faixas de profundidade selecionadas, abaixo da superfície da substância (intervalos de espaçamento da) superfície da substância. O parâmetro d tem a maior influência na faixa de profundidade medida usando o método. Ele é definido como d = √(D/(π*f)), onde D é a difusividade térmica da amostra

(por exemplo, aqui, pele) e f é a frequência de modulação do feixe de excitação. Para maiores detalhes sobre a difusividade térmica da pele, faz-se referência às seguintes publicações:

[0045] U. Werner, K. Giese, B. Sennhenn, K. Plamann, and K. Kölmel, “Measurement of the thermal diffusivity of human epidermis by studying thermal wave propagation,” Phys. Med. Biol. 37(1), 21-35 (1992).

[0046] A. M. Stoll, Heat Transfer in Biotechnology, Vol 4 of Advances in Heat Transfer, J. P. Hartnett and T. Irvin, eds. (New York, Academic, 1967), p 117.

[0047] Deve-se notar que, nesta divulgação, o mesmo termo "sinal de resposta" é usado de várias maneiras. Por um lado, ele pode descrever a resposta física à excitação pelo feixe de excitação, ou seja, tal como uma onda sonora, um aumento de temperatura ou similar. Por outro lado, também pode descrever um sinal óptico ou elétrico que represente essa resposta física, ou seja, a intensidade da luz de detecção (como exemplo de um sinal óptico), ou um valor medido da intensidade, que é um sinal elétrico. Por uma questão de simplicidade e coerência da apresentação, o mesmo termo "sinal de resposta" é usado em todo o contexto, e fica claro a partir do contexto sem maiores explicações, se refere à resposta física (por exemplo, uma onda de pressão ou onda de temperatura), uma consequência física dessa resposta física (por exemplo, uma mudança de fase da luz de detecção) ou o sinal de medição associado (por exemplo, a intensidade da luz de detecção medida por um fotossensor).

[0048] A fim de eliminar sinais de resposta das camadas mais superiores da substância, com o propósito de melhorar a qualidade da medição, em uma configuração da invenção, podem ser utilizadas mudanças nos valores de medição em comparação com as medidas anteriores podem ser usadas, se as medidas nas camadas mais superiores mudarem em menor extensão ou mais lentamente em comparação com outras camadas mais profundas. Isso pode ser o caso em uma configuração em medidas na pele humana, onde as camadas mais no topo da pele não estão, na prática, sujeitas a uma troca com as camadas inferiores e, portanto, os parâmetros fisiológicos não variam muito. A derivada temporal de valores medidos também pode ser usada para sinais de resposta para excluir os sinais das camadas mais superiores da pele. Neste sentido, a medição ou pelo menos a avaliação pode ser limitada ou focada no fluido intersticial na pele.

[0049] Para isso, uma medição pode compreender a aquisição de sinais de resposta para espectros que são adquiridos várias vezes com diferentes frequências de modulação da fonte de luz de excitação, combinando os resultados para diferentes frequências de modulação, por exemplo, diferenciando ou formando o quociente dos valores de medição dos sinais de resposta para os mesmos comprimentos de onda e diferentes sequências de modulação. Para realizar tal medição, também deve ser provido um aparelho com um dispositivo de controle adequado para o feixe de excitação e um dispositivo de avaliação para os espectros de sinais de resposta.

[0050] Um dispositivo de medição também pode ser provido para a detecção direta ou indireta da intensidade da luz na primeira estrutura de fibra óptica, especialmente em uma seção na qual a intensidade da luz depende de uma mudança de fase da luz de detecção, em pelo menos uma parte da primeira estrutura de fibra óptica, devido a uma mudança de temperatura ou pressão. O dispositivo de medição pode ele mesmo medir uma intensidade de luz na primeira estrutura de fibra óptica ou a intensidade de um componente de luz de detecção dissociado em um ponto de acoplamento. O dispositivo de medição pode incluir um elemento semicondutor sensível à luz integrado ao substrato, tal como um fotodiodo. Isso permite que uma intensidade de luz seja medida diretamente. Métodos de medição indireta podem ser fornecidos, por exemplo, medindo outros parâmetros, tal como a temperatura ou uma força de campo na primeira estrutura de fibra óptica.

[0051] Pode-se ainda prover que o dispositivo de detecção compreende um dispositivo interferométrico, especialmente um interferômetro e/ou um elemento de ressonância de fibra óptica, de luz, especialmente um anel de ressonância ou uma placa de ressonância.

[0052] Um interferômetro, especialmente um interferômetro Mach- Zehnder, pode ser provido como o dispositivo interferométrico no qual a luz de detecção é dividida por um divisor de feixes em dois feixes parciais, que são roteados através de dois braços separados do interferômetro. Os dois braços do interferômetro estão expostos ao efeito da onda de temperatura e/ou de pressão em diferentes graus, com o braço de medição sendo mais fortemente exposto ao efeito da onda de temperatura e/ou de pressão do que o braço de referência, ou a influência da temperatura e/ou onda de pressão em relação a uma mudança no índice de refração sendo mais forte no braço de medição do que no braço de referência. Na melhor das hipóteses, o braço de referência não é afetado pelo efeito da onda de temperatura e/ou de pressão, enquanto o braço de medição está totalmente exposto ao efeito.

[0053] Além de uma medição direta de uma intensidade de luz nas variantes descritas acima, a intensidade da luz de detecção também pode ser medida indiretamente por meio de outro parâmetro, tal como uma temperatura ou força de campo, desde que o parâmetro a ser medido dependa da intensidade da luz.

[0054] A fim de garantir que o braço de medição esteja mais fortemente exposto ao efeito da onda de temperatura e/ou de pressão, pode-se prover, por exemplo, que pelo menos uma seção de uma projeção do braço de medição da primeira estrutura de fibra óptica na direção da superfície normal da superfície de medição, seja sobreposta a esta superfície de medição.

[0055] Além disso, para uma alta eficiência da medição, pode ser provido que pelo menos uma seção do braço de medição da primeira estrutura de fibra óptica seja inferior a 2 mm, preferivelmente inferior a 1 milímetro, mais preferivelmente menos de 0,5 mm, longe da superfície de medição. O braço de referência pode estar mais longe da superfície de medição do que o braço de medição, como descrito em mais detalhes em outros parágrafos deste pedido.

[0056] O objetivo é garantir que o braço de medição da primeira estrutura de fibra óptica seja disposta em relação à superfície de medição de tal forma que ondas térmicas e/ou de temperatura, que são induzidas na substância pela absorção da luz de excitação quando o corpo de medição está em contato com a substância na área da superfície de medição, levam a uma mudança de fase mensurável da luz de detecção em pelo menos uma parte do braço de medição da primeira estrutura de guias de ondas de luz. O braço de medição e/ou o braço de referência de um interferômetro podem ser vantajosamente orientados paralelamente à superfície de medição e/ou correr em um plano paralelo à superfície de medição.

[0057] A luz de ambos os braços é recombinada após passar pelos braços e, dependendo da mudança de fase da luz de detecção no braço que é mais fortemente exposta ao efeito, os dois feixes parciais mutuamente deslocados da luz de detecção pelo menos parcialmente se cancelam. A intensidade da luz medida é então minimizada, a menos que a mudança de fase exceda 180 graus e, no caso extremo, passe por múltiplos ciclos completos de 360 graus (2 Pi) cada. Neste caso, no curso do desenvolvimento da temperatura e/ou aumento da pressão, os cruzamentos zero também podem ser contadas no cancelamento de fase dos dois feixes parciais, a fim de determinar uma mudança de fase absoluta. Em muitos casos, no entanto, devido a pequenos efeitos de temperatura e/ou pressão a serem detectados, a mudança de fase não excederá 180 graus. O ponto de operação do interferômetro pode então ser definido de tal maneira que as mudanças resultantes na intensidade da luz são monotonicamente mapeadas nas mudanças de pressão / temperatura.

[0058] As seguintes medidas podem ser tomadas para garantir que o braço de medição esteja mais exposto ao efeito da onda de temperatura e/ou de pressão do que o braço de referência, ou que a influência da onda de temperatura e/ou de pressão em relação a uma mudança no índice de refração seja mais forte no braço de medição do que no braço de referência:

[0059] O braço de medição, com ou sem um ressonador de anel integrado ou conectado a ele, está em contato mecânico com o substrato. Os guias de ondas de luz do braço de medição podem ser conectados ao substrato de uma maneira de encaixe positivo e/ou materialmente ligada e/ou de encaixe à força. Também pode ser pressionado contra o substrato ou preso a ele.

[0060] Se o dispositivo interferométrico contiver apenas um ou mais ressonadores de anel ou outros elementos de ressonância de fibra óptica, estes também podem estar em contato mecânico com o substrato. A(s) fibras(s) ópticas do(s) ressonador(es) de anel ou elementos de ressonância também pode ser conectado ao substrato de uma maneira de encaixe positivo e/ou materialmente ligado e/ou de encaixe de força. Eles também podem ser pressionados contra o substrato ou presos a ele.

[0061] Um interferômetro ou um ou ambos os seus braços de medição, da mesma maneira que um ou mais ressonadores de anel ou outros elementos de ressonância, podem ser integrados ao substrato e,

por exemplo, ser fabricados juntamente com o substrato em um processo de fabricação integrado.

[0062] Um efeito reduzido da onda de temperatura e/ou de pressão no braço de referência ou um efeito reduzido no índice de refração do(s) guia(s) de onda de luz ou no caminho de luz óptica no braço de referência pode ser realizado, entre outros, por pelo menos uma parte do fibra óptica ou mesmo todo o fibra óptica do braço de referência que está sendo formado por um cabo de fibra óptica, nesse caso o cabo de fibra óptica, em algumas seções ou sobre a maioria de seu comprimento ou inteiramente, é disposto fora do substrato, especialmente espaçado além dele. O guia de onda óptico de fibra óptica também pode correr fora do material do substrato, por exemplo, em uma reentrância do substrato, sem estar conectado ao material do substrato.

[0063] Pelo menos uma parte do braço de referência também pode estender-se separadamente do braço de medição através de um segundo substrato, em um segundo substrato, ou dentro ou em uma parte do substrato que é separada ou blindada ou espaçada para além do substrato, pelo menos em seções.

[0064] Neste caso, o braço de referência ou o segundo substrato ou o substrato parcial, podem ser separados do substrato, pelo menos em seções, por uma abertura de ar ou barreira. As possíveis substâncias para a barreira podem ser aquelas mais macias ou menos rígidas que o material do substrato e consistem, por exemplo, de um plástico, um elastômero, um material orgânico, um têxtil, papel ou espuma.

[0065] Em todo caso, por exemplo, pelo menos 10%, especialmente, pelo menos 20%, mais especialmente, pelo menos 30% do comprimento óptico do braço de referência pode estar localizado em uma área do mesmo substrato que o braço de medição ou de outro substrato, que está pelo menos 2 mm, especialmente pelo menos 5 mm, mais especialmente, pelo menos 8 mm, afastado do braço de medição.

Esta área do braço de referência pode estar mais afastada da superfície de medição do que o braço de medição. A dita parte do braço de refração pode estar localizada vantajosamente em uma área que não é atingida pela onda térmica e/ou de pressão, ou pelo menos, menos influenciada do que a área em que o braço de medição está localizado.

[0066] Se o braço de medição e o braço de referência forem pelo menos parcialmente compostos por diferentes materiais, um divisor de feixe pode ser provido para dividir a luz de detecção sobre o braço de medição e o braço de referência. Este divisor de feixe pode ser integrado ao substrato ou fornecido separadamente dele. O divisor de feixes pode ser projetado para distribuir a luz de detecção sobre uma fibra óptica integrada e um cabo de fibra óptica, ou sobre duas fibras ópticas integradas ou dois cabos de fibra óptica.

[0067] Independentemente da disposição e distância do braço de medição e do braço de referência um do outro, o braço de medição e o braço de referência podem ser pelo menos parcial ou completamente feitos de diferentes materiais, sendo selecionado o material do braço de referência de modo que seu índice de refração seja influenciado pelo efeito da onda térmica e/ou de pressão em menor extensão do que o índice refração do material do braço de medição. Isso pode ser alcançado, por exemplo, selecionando diferentes matérias-primas para o braço de medição e braço de referência, ou por diferente doping da mesma matéria-prima nos braços de medição e referência. Também pode ser provido que em pelo menos uma parte do comprimento do braço de referência, a luz de detecção seja passada através de um fluido, especialmente um gás, por exemplo, ar ou nitrogênio, ou um líquido transparente.

[0068] Se um ressonador de anel ou outro elemento de ressonância de fibra óptica, usado como um dispositivo de detecção, isso pode ser disposto em um plano paralelo à superfície de medição. Isso significa que todas as seções do ressonador do anel são expostas da forma mais uniforme possível ao efeito de uma onda de temperatura e/ou pressão do incidente da superfície de medição no ressonador de anel. Se um ressonador de anel ou outro elemento de ressonância for usado como um dispositivo de detecção, exclusivamente ou combinado com um interferômetro, então em vez de um único ressonador de anel ou elemento de ressonância, uma pluralidade de ressonadores de anel ou elementos de ressonância ligados opticamente em cascata ou paralelo, pode ser usada para moldar a resposta de frequência conforme necessário. O(s) ponto(s) de operação podem ser ajustados por controle de temperatura ou ajustando uma pressão mecânica nos elementos ressonadores / de ressonância do anel. O ponto de operação pode ser definido de tal forma que uma temperatura máxima ou sensibilidade à pressão ou uma faixa de medição máxima, com uma dependência monotônica entre temperatura ou pressão e a intensidade da luz no anel de ressonância/ elemento de ressonância, seja produzida.

[0069] O dispositivo para analisar uma substância pode incluir um dispositivo de avaliação que determina a alteração na intensidade da luz de detecção detectada pelo dispositivo de detecção e, a partir deste, uma força de absorção em função dos comprimentos de onda do feixe de excitação. Devido à modulação do feixe de excitação, a intensidade da luz de detecção pode ser medida com e sem a influência da onda térmica e/ou de pressão a ser medida e sua diferença ou razão, ou outra variável de relacionamento entre esses valores, pode ser avaliada.

[0070] Em particular, se um elemento de ressonância de fibra óptica é fornecido como elemento interferométrico, ou um interferômetro com dois braços de medição com seções de medição que são dispostas e orientadas em relação à superfície de medição, de tal forma que eles são atingidos consecutivamente pela onda térmica e/ou de pressão, o dispositivo de avaliação também pode ser configurado de tal forma que o curso ou o perfil temporal da intensidade da luz de detecção, ou seja, o curso do desafinamento do elemento de ressonância alterando o índice de refração, ou o curso da mudança de fase nas duas seções de medição/braços de medição do interferômetro, é registrado enquanto uma onda térmica e/ou de pressão ou uma ou mais frentes de onda passa por ele.

[0071] Particularmente quando um interferômetro com múltiplas seções de medição é usado, se ambos estiverem expostos à onda térmica e/ou de pressão, as mudanças de fase podem ser compensadas assim que nenhuma alteração na intensidade da luz de detecção possa ser observada. No entanto, se as seções de medição / braços de medição estiverem posicionados / orientados de modo que sejam alcançadas pela onda consecutivamente, então surgirá um curso de intensidade ou perfil temporal da luz de detecção, que reflete o efeito diferente e deslocado no tempo da onda, nas diferentes seções de medição e, assim, permitirá uma avaliação, uma vez que haverá segmentos temporais nos quais a onda tem um efeito diferente sobre as diferentes seções de medição.

[0072] No caso dos elementos de ressonância de fibra óptica, é obtido um perfil temporal da intensidade da luz de detecção que reflete a amplitude da onda passante. No caso de um feixe de excitação modulada e das ondas térmicas e/ou de pressão resultantes que passam, um parâmetro adequado, por exemplo, a amplitude, da mudança periódica na intensidade da luz de detecção, pode ser utilizado para avaliação.

[0073] Também pode ser provido que a estrutura de fibra óptica, especialmente o dispositivo interferométrico da primeira estrutura de fibra óptica, compreende pelo menos um cabo de fibra óptica, que é conectado fixamente ao corpo de medição, em pelo menos algumas seções.

[0074] Um cabo de fibra óptica está disponível a baixo custo e devido à sua flexibilidade, pode ser facilmente adaptado aos requisitos existentes. No entanto, deve ser colocado em contato com o corpo de medição para ser afetado pela onda de pressão e/ou térmica. Para isso, a fibra óptica pode ser colada ao corpo / substrato de medição ou conectado a ele de uma maneira de forma de encaixe ou encaixe de força. Por exemplo, o cabo de fibra óptica pode ser montado em um dispositivo de fixação do substrato.

[0075] Também pode ser provido que um fibra óptica da primeira estrutura de fibra óptica, especialmente um dispositivo interferométrico da primeira estrutura de fibra óptica, seja integrado em um substrato do corpo de medição ou esteja conectado a um substrato, a primeira estrutura de fibra óptica tendo especialmente pelo menos uma fibra óptica de silício, que está conectado a um substrato isolante ou é integrado em um substrato isolante e especialmente a fibra óptica de silício também sendo pelo menos parcialmente coberta por um isolador, especialmente um óxido de silício, por exemplo SiO2.

[0076] Neste caso, a primeira estrutura de fibra óptica pode ser construída no substrato utilizando os meios conhecidos da óptica integrada, em que áreas de diferentes índices de refração podem ser criadas, por exemplo, por doping seletivo do material do substrato, ou pela formação de camadas de óxido, ou outras camadas de produtos de reação. Tais estruturas integradas de fibra óptica podem ser providas dentro ou em um wafer de silício. Uma estrutura de fibra óptica também pode ser formada em um corpo de polímero. Além disso, a fibra óptica integrada pode ser formada, por exemplo, usando combinações de material GeO2-SiO2/SiO2, GaAsInP/InP.Ti:LiNbO3.

[0077] Além disso, pode-se prover que o feixe de excitação passe pelo material do corpo de medição, especialmente na área da superfície de medição do corpo de medição ou de uma área vizinha à superfície de medição ou uma área imediatamente adjacente à superfície de medição, sendo que o corpo de medição ou a área penetrada pelo feixe de excitação é transparente para o feixe de excitação.

[0078] A transparência do corpo de medição e, especialmente também de um revestimento do corpo de medição, será provida na faixa de comprimento de onda do feixe de excitação ou feixe de luz excitação. A transparência também pode não ser provida completamente, de modo que uma certa absorção do feixe de excitação terá que ser permitida. A camada do corpo de medição que é penetrada pelo feixe de excitação pode então ser projetada o mais fina possível, por exemplo, mais fina que 1 mm, por exemplo, apenas como uma camada fina na área da superfície de medição.

[0079] Também pode ser provido que o feixe de excitação seja guiado dentro do corpo de medição ou no corpo de medição, por uma segunda estrutura de fibra óptica. A segunda estrutura de fibra óptica é então projetada de tal forma que possa guiar a luz ou a radiação na faixa de comprimento de onda do feixe de excitação da maneira mais sem perda possível. O feixe de excitação é acoplado a uma fibra óptica da segunda estrutura de fibra óptica e dissociado dele na área da superfície de medição e direcionado para a substância a ser examinada. Um elemento óptico de modelagem de feixe, especialmente um elemento focalizando ou colidindo, pode ser provido no ponto de injeção e/ou no ponto de dissociação, que pode ser provido separadamente ou integrado à estrutura de fibra óptica. A primeira e a segunda estruturas de fibra óptica podem ser providas separadamente e separadas e espaçadas umas das outras. Devido à linearidade da equação de onda, no entanto, elas também podem cruzar entre si sem qualquer interação, de modo que haja regiões nas estruturas de guias de ondas de luz que são passadas tanto pelo feixe de excitação quanto pela luz de detecção. No caso extremo, a primeira e a segunda estrutura de fibra óptica podem ser idênticas e ter os pontos necessários de injeção e desacoplamento para o feixe de luz de excitação, bem como para a luz de detecção. Também é possível que a reação da pressão e/ou mudança de temperatura na estrutura de fibra óptica na luz de excitação seja detectada e levada em conta durante a avaliação. O dispositivo laser para gerar o feixe de excitação pode ser integrado ao corpo de medição e pelo menos um ou mais ou todos os elementos eletrônicos do dispositivo laser podem ser providos em um substrato do corpo de medição, especialmente no mesmo substrato que também suporta os elementos ópticos integrados. Elementos elétricos do dispositivo laser e elementos ópticos integrados podem ser preparados ou dispostos em um ou mais substratos conectados em um processo de preparação conjunta e/ou em uma série de etapas sucessivas de produção. Isso resulta em um arranjo extremamente de economia de espaço. Este arranjo integrado pode ser provido tanto quando uma segunda estrutura de fibra óptica é fornecida para guiar o feixe de excitação, e no caso de que o feixe de excitação é direcionado para a substância a ser analisada através de uma abertura no corpo de medição.

[0080] Também pode ser fornecido que o feixe de excitação entre o dispositivo laser e a substância a ser analisada, passe por uma abertura contínua do corpo de medição, sendo que a abertura termina especialmente a uma distância em frente à superfície de medição ou penetra na superfície de medição ou está disposta em uma região que é diretamente adjacente à superfície de medição e/ou adjunta à ela.

[0081] Neste caso, o feixe de excitação se propaga na abertura e, em alguns casos, emerge da abertura na lateral do corpo de medição voltado para a substância a ser analisada, sem ter passado pelo material do corpo de medição. Uma fina camada do corpo de medição também pode permanecer no lugar na área da superfície de medição, de modo que a abertura não passe completamente e termine a uma distância em frente à superfície de medição. É importante que o volume da substância em que o feixe de excitação seja irradiado seja adjacente à superfície de medição e está em contato com ela ou está acoplado a ela de outra maneira adequada, de modo que a temperatura gerada e/ou onda térmica pelo menos golpeia parcialmente a superfície de medição e é direcionada através dela para o corpo de medição ou para o dispositivo de detecção.

[0082] A abertura contínua ou em grande parte contínua no corpo de medição pode formar um canal reto, mas também pode formar um canal com curvas ou curvas, onde o feixe de excitação pode então ser guiado através do canal por meio de elementos defletor ou reflexão. A abertura pode continuar através de um revestimento do corpo de medição, mas também pode terminar no revestimento, assim que o feixe de excitação é guiado através do revestimento.

[0083] Se o feixe de excitação passar por pelo menos uma camada específica do corpo de medição, então se o material do corpo de medição pelo menos absorve parcialmente o feixe de excitação, o feixe de excitação já pode gerar um aumento de temperatura do corpo de medição, mas que é precisamente calculável. O funcionamento periódico da fonte de luz de excitação resulta em ondas térmicas no corpo de medição, que em alguns casos atingem o dispositivo de detecção e podem ser detectadas assim. Este efeito pode ser calculado e subtraído do sinal útil.

[0084] Também pode ser provido que o feixe de excitação é direcionado diretamente ao longo de um limite externo do corpo de medição sobre a substância a ser analisada e penetra na substância na extensão da superfície de medição ao lado do corpo de medição. A primeira estrutura de fibra óptica do dispositivo de detecção, por exemplo, um interferômetro, pode então ser fornecida no corpo de medição diretamente ao lado da área em que o feixe de excitação passa pela continuação imaginária da superfície de medição, de modo que a onda térmica e/ou de pressão emergindo da substância lá pelo menos parcialmente entra no corpo de medição e atinge a primeira estrutura de fibra óptica.

[0085] Em uma outra configuração, pode-se prover que o corpo de medição é formado como um corpo plano, especialmente como um corpo plano-paralelo na forma de uma placa, sendo que especialmente a espessura do corpo de medição em uma direção perpendicular à superfície de medição é menos de 50% da menor extensão do corpo de medição, em uma direção que se estende na superfície de medição, especialmente menos de 25%, mais especialmente menos de 10%.

[0086] Tal projeto pode resultar do uso de um substrato plano, tal como um wafer, para a óptica integrada. A espessura necessária do corpo de medição é então limitada pelo espaço necessário para o dispositivo de detecção.

[0087] Uma outra configuração pode prover que o corpo de medição compreende um dispositivo de espelho para refletir o feixe de excitação irradiado pelo dispositivo de laser na superfície de medição ou carrega tal dispositivo de espelho.

[0088] Isso é particularmente importante se o dispositivo laser estiver alinhado tal que o feixe de excitação no dispositivo de laser não seja gerado perpendicular à superfície de medição, por exemplo, se o dispositivo laser for instalado ao lado do corpo de medição, de uma maneira de economia de espaço ou orientado em um ângulo para ele.

[0089] Também pode ser provido que o feixe de excitação seja orientado para o corpo de medição paralelamente à superfície de medição ou em um ângulo inferior a 30 graus, especialmente menos que 20 graus, mais especialmente menos que 10 graus ou menos que 5 graus em relação a superfície de medição, e que o feixe de excitação é desviado ou desviado em direção à superfície de medição, sendo que o feixe de excitação, especialmente passa pela superfície de medição ou uma continuação imaginária da superfície de medição na região de uma abertura contínua no corpo de medição.

[0090] Neste caso, o dispositivo de laser para gerar o feixe de excitação pode ser disposto de maneira particularmente de economia de espaço e alinhado de tal maneira que gere ou desacople o feixe de excitação paralelamente à superfície de medição ou em um dos ângulos rasos acima mencionados em relação à superfície de medição.

[0091] Além disso, pode-se prover que pelo menos um dissipador de calor, na forma de um corpo ou material sólido, esteja disposto no corpo de medição atrás e/ou próximo ao dispositivo de detecção, como visto da superfície de medição, especialmente adjacente a e em contato térmico com ele, sendo que especialmente a capacidade térmica específica e/ou a condutividade térmica específica do corpo ou material do dissipador de calor é maior do que a capacidade térmica específica e/ou condutividade térmica específica do material do dispositivo de detecção e/ou da estrutura de fibra óptica e/ou do substrato da estrutura de fibra óptica e/ou dos outros materiais dos quais o corpo de medição é composto.

[0092] Em princípio, pode ser vantajoso prover um dissipador de calor dentro ou no corpo de medição, a fim de dissipar o calor que é introduzido no dispositivo de detecção por uma onda térmica o mais rápido possível, de modo que, mesmo em altas frequências de modulação do feixe de excitação, é criado um equilíbrio de energia térmica ou equilíbrio de temperatura, que permite que as quantidades de calor irradiadas intermitentemente ou as mudanças de temperatura geradas assim, sejam medidas sem serem distorcidas por mudanças de temperatura no passado.

[0093] Em algumas aplicações, especialmente em aplicações interferométricas, mais especialmente em um interferômetro Mach-

Zehnder, também é vantajoso expor um braço de medição às mudanças de temperatura ou ondas de pressão e proteger o outro braço, o braço de referência, das mudanças de temperatura ou ondas de pressão. Para este propósito, também pode ser útil o espaçar o braço de referência afastado do braço de medição e/ou prover uma barreira, que pelo menos proteja parcialmente uma parte do dispositivo de detecção, especialmente o braço de referência de um interferômetro, do efeito da onda térmica e/ou de pressão. Tal barreira pode consistir, por exemplo, de um material que tenha uma condutividade térmica menor do que o material do corpo de medição ou de um substrato do corpo de medição. O material também pode ser mais flexível ou elástico ou mais facilmente deformável do que o material do corpo de medição ou de um substrato do corpo de medição para prover desacoplamento mecânico de uma onda de pressão. Uma barreira também pode ser formada por uma lacuna de gás, que pode ser introduzida em um substrato, por exemplo, por gravação ou um processo de remoção de material ou então por um processo de fabricação adicional.

[0094] Para espaçar o braço de referência de um interferômetro Mach-Zehnder além do braço de medição, também pode ser provido que o braço de medição e o braço de referência estejam dispostos em diferentes planos do substrato, sendo que o plano em que o braço de referência está localizado a uma distância maior além da superfície de medição do que o plano em que o braço de medição está disposto.

[0095] Uma mudança de temperatura e/ou pressão também pode ser detectada por meio de um anel de ressonância de fibra óptica, no qual a luz de detecção se propaga em ressonância em condições adequadas. Se as condições de temperatura e/ou pressão mudarem, a ressonância será desafinada por uma alteração do índice de refração e um cancelamento parcial ou completo ocorre. Tal anel de ressonância tem uma sensibilidade que é idealmente muito maior do que até mesmo a de um interferômetro Mach-Zehnder. Tal anel de ressonância também pode ser integrado em um braço, preferivelmente o braço de medição, de um interferômetro Mach-Zehnder.

[0096] Também pode ser provido, em uma configuração da invenção, que a estrutura fibra óptica do dispositivo de detecção compreende pelo menos duas seções de medição, dispostas especialmente em diferentes braços de um interferômetro e em que o índice de refração muda em função de mudanças de pressão e/ou temperatura, especialmente de uma onda de pressão e/ou térmica, de modo que uma mudança de fase ocorre na luz de detecção passando pelas seções de medição, seguida por uma mudança de intensidade resultante na luz de detecção em uma seção adicional, em função de mudanças de pressão e/ou temperatura, as duas seções de medição estando dispostas no corpo de medição de tal forma que são passadas por uma de pressão e/ou térmica que se propaga através do corpo de medição, iniciando a partir da medição da superfície, especialmente da região da superfície de medição em que o feixe de excitação penetra, sequencialmente, especialmente, em intervalos de tempo deslocados temporalmente em relação um ao outro ou com atraso no tempo.

[0097] Uma onda de pressão e/ou térmica que se propaga através do corpo de medição, iniciando a partir da área da superfície de medição em que o feixe de excitação passa por este último, atinge inicialmente uma primeira das seções de medição e muda temporariamente o índice de refração lá durante seu trajeto. No intervalo de tempo durante o qual este índice de refração modificado está ativo, é gerada uma primeira mudança de fase em relação à luz de detecção, que passa pela segunda seção de medição (a luz de detecção passa por ambas as seções de medição em paralelo). Esta mudança de fase pode ser detectada pela medição de intensidade da luz de detecção, descrita acima. A onda então atinge a segunda seção de medição e manifesta seu efeito lá, alterando também o índice de refração lá por um intervalo de tempo. Se os dois intervalos de tempo se sobreporem, as mudanças de fase são pelo menos parcialmente neutralizadas durante a sobreposição. Depois disso, se a mudança de fase ocorrer apenas na segunda seção de medição, o efeito da mudança de intensidade da luz de detecção ocorre novamente. Este perfil temporal pode ser registrado por um dispositivo de avaliação e, a partir disso, a alteração do índice de refração na primeira seção de medição e na segunda seção de medição pode ser determinada. A mudança determinada no índice de refração pode ser atribuída a uma mudança de temperatura e/ou pressão, que é uma medida da força de absorção do feixe de excitação na substância a ser analisada. Neste caso, as seções de medição acima mencionadas com seus eixos longitudinais de fibra óptica correm de forma vantajosa transversalmente, especialmente em ângulos retos, para a direção de propagação da onda de pressão e/ou temperatura no corpo de medição e, mais especialmente, quando vistas a partir da área da superfície de medição em que o feixe de excitação passa por ele, um atrás do outro.

[0098] Um dispositivo de avaliação também é vantajosamente provido, o qual usa a mudança de intensidade da luz de detecção na estrutura de fibra óptica para determinar uma magnitude da alteração de mudança de fase da luz de detecção em uma seção de medição e a partir disso, a alteração no índice de refração. A partir dessa mudança no índice de refração, pode-se determinar a mudança de pressão e/ou temperatura nas seções de medição e, a partir disso, a força de absorção do feixe de excitação na substância a ser analisada.

[0099] A invenção também se refere a um sensor que pode ser usado, por exemplo, para um dispositivo do tipo descrito acima, com um corpo de medição que tem uma superfície de medição e que deve ser pelo menos parcialmente acoplado, especialmente colocado em contato, com uma substância na área da superfície de medição, para medir uma onda de temperatura e/ou pressão, e ter um dispositivo de detecção, que é pelo menos parcialmente integrado ao corpo de medição ou conectado a ele, compreendendo o seguinte:

[00100] uma fonte para luz de detecção coerente, e

[00101] uma primeira estrutura de fibra óptica, que pode ser conectada ou está conectada à fonte para a luz de detecção e que guia a luz de detecção; o índice de refração do qual, pelo menos em seções, depende da temperatura e/ou pressão,

[00102] pelo menos uma seção em que a intensidade da luz depende de uma mudança de fase da luz de detecção em pelo menos uma parte da primeira estrutura de fibra óptica devido a uma mudança de temperatura ou pressão; a primeira estrutura de fibra óptica composta por um dispositivo interferométrico, especialmente um interferômetro e/ou um anel de ressonância de fibra óptica ou outro elemento de ressonância de fibra óptica, e

[00103] um dispositivo de medição para detectar a intensidade de luz em ou no dispositivo interferométrico.

[00104] Todas as características explicadas neste pedido de patente para o projeto do sensor de temperatura do dispositivo de análise, de acordo com a invenção, também podem ser usadas para implementar um sensor independentemente do dispositivo de análise para outros fins, especialmente todos os aqui descritos arranjos, desenhos, escolhas materiais, tipos de produção e formas de um anel de ressonância óptica integrado ou o braço de medição e o braço de referência de um interferômetro.

[00105] Com este sensor, podem ser medidas mudanças de ondas de temperatura ou pressão, que podem ser detectadas por meio de alterações do índice de refração. Além dos propósitos explicados acima, o sensor também pode ser usado para medições de vibração, por exemplo, medidas sísmicas ou medidas mecânicas de impulso. Devido ao seu curto tempo de resposta, o sensor é, portanto, qualificado para medições em que outros sensores, tais como sensores MEMS, não podem ser usados devido à sua inércia.

[00106] Além de um dispositivo do tipo explicado acima, a invenção também se refere a um método de operação de tal dispositivo, no qual é provido que um feixe de excitação modulada seja direcionado, especialmente através do corpo de medição, em direção à substância a ser analisada e que uma característica de intensidade de luz temporal ou uma mudança periódica da intensidade da luz seja detectada pelo dispositivo de detecção , estes sendo detectados para uma pluralidade de comprimentos de onda do feixe de excitação medindo a mudança de intensidade de luz na primeira estrutura de fibra óptica ou medindo a intensidade de luz da luz desacoplada da primeira fibra óptica e obtendo um espectro de absorção da substância a ser analisada a partir dos dados adquiridos.

[00107] Nesse método, pode-se também prover que a medição seja realizada para diferentes frequências de modulação do feixe de excitação e que um espectro de absorção corrigido seja determinado a partir da combinação de espectros de absorção obtidos. Isso permite determinar um perfil profundo da concentração de uma substância analisada na substância em exame, ou os efeitos interferentes de determinadas faixas de profundidade podem ser reduzidos ou eliminados por meio de combinação ou correlação matemática.

[00108] Basicamente, a invenção também compreende um método de análise de uma substância, especialmente usando um dispositivo do tipo explicado acima, em que no método:

[00109] - com um dispositivo de transmissão de excitação, pelo menos um feixe de excitação eletromagnética de intensidade modulada é gerado com pelo menos um comprimento de onda de excitação; o dispositivo de transmissão de excitação irradia o pelo menos um feixe de excitação eletromagnética em um volume de substância que está localizado abaixo da superfície da substância,

[00110] - um sinal de resposta na forma de uma intensidade de luz na primeira estrutura de fibra óptica é detectado com um dispositivo de detecção, e

[00111] - a substância é analisada com base no sinal de resposta detectado, sendo que os sinais de resposta, especialmente as formas de onda de sinal de resposta temporal para diferentes comprimentos de onda do feixe de excitação são determinados e a partir do comportamento de decaimento dos sinais de resposta, após o término de cada fase de modulação, em que o feixe de excitação tem uma alta intensidade, é obtida a informação sobre o perfil de profundidade sob a superfície da substância a ser analisada, na qual o feixe de excitação é absorvido e a onda térmica e/ou de pressão é gerada.

[00112] Também pode ser provido que:

[00113] - usando diferentes frequências de modulação do dispositivo de transmissão de excitação, uma pluralidade de formas de onda de sinal de resposta sejam determinadas e

[00114] - uma pluralidade de formas de onda de sinal de resposta em diferentes frequências de modulação sejam combinadas entre si e onde

[00115] - informações específicas para uma faixa de profundidade sob a superfície da substância sejam obtidas a partir destes.

[00116] Especialmente no caso de uma mudança de pressão sendo detectada, o dispositivo de detecção também pode ser usado para detectar um sinal de resposta na forma de uma onda sonora que é gerada na substância a ser analisada, pela absorção do feixe de excitação e que viaja para a superfície de medição e para a região de detecção a uma velocidade conhecida (em tecido humano, aproximadamente 1500m/s). Por meio de um dispositivo de avaliação conectado a um dispositivo de modulação para o feixe de excitação, devido à boa resolução temporal da medição dos sinais de resposta, pode ser medida uma mudança de fase entre a modulação do feixe de excitação e o sinal de resposta, e assim a profundidade no tecido em que a absorção ocorreu pode ser determinada. Uma vez que os sinais são muitas vezes uma superposição de diferentes sinais de resposta de diferentes camadas de tecidos, os sinais podem ser interpretados através da construção de um modelo com uma pluralidade de locais de absorção distribuídos em diferentes profundidades da substância e suas forças de absorção associadas, bem como tempos de trajeto para a superfície da substância, sendo que as forças de absorção são então ajustadas à forma de onda de sinal de resposta temporal para que a forma de onda de sinal de resposta possa ser reconstruída. A partir disso, podem ser determinadas as forças de absorção e, portanto, as concentrações locais do componente a ser detectado na substância.

[00117] Alternativamente ou adicionalmente, diferentes medidas também podem ser realizadas em diferentes frequências de modulação e os sinais de resposta em diferentes frequências de modulação podem ser combinados, especialmente para cancelar e eliminar sinais de camadas de tecido superior, pois estes são particularmente suscetíveis a erros devido à contaminação por sujeira e células mortas da pele.

[00118] O dispositivo acima mencionado também pode ser vantajosamente combinado

[00119] - com pelo menos um outro dispositivo de detecção que é disposto adjacente e/ou diretamente ao lado da superfície de medição; o outro dispositivo de detecção tendo pelo menos dois eletrodos para detectar sinais piezoelétricos, os ditos eletrodos estando localizados em frente uns aos outros, em diferentes lados de uma região de detecção. Na região de detecção, é disposto um material que altera sua resistência elétrica ou gera um sinal elétrico em função de mudanças de temperatura e/ou pressão, especialmente devido a um efeito piezoelétrico.

[00120] Este dispositivo de detecção adicional pode ser usado, por exemplo, para medir uma temperatura ou uma pressão de forma alternativa, sendo que esta medida pode ser usada como uma medida de referência para uma temperatura ambiente ou uma pressão ambiente ou também para medir a onda térmica e/ou de temperatura emitida a partir da substância a ser analisada, a fim de correlacionar as medidas obtidas pelo dispositivo de detecção com medições do outro dispositivo de detecção.

[00121] A seguir, a invenção será ilustrada e explicada com mais detalhes baseados em figuras de um desenho. Eles mostram:

[00122] Figura 1 - uma visão lateral esquemática de um corpo de medição com um dispositivo laser e um dispositivo de detecção;

[00123] Figura 2 - uma visão lateral de um corpo de medição;

[00124] Figura 3 - uma visão lateral de um corpo de medição mais aprofundado;

[00125] Figura 4 - uma visão de plano de uma primeira estrutura fibra óptica em um corpo de medição;

[00126] Figura 5 - uma visão de plano de outra implementação de uma primeira estrutura de fibra óptica em um corpo de medição;

[00127] Figura 6 - uma seção transversal através de um substrato com guias de onda de luz integradas;

[00128] Figuras 6a-6i - diferentes configurações de um ou mais substratos com um dispositivo interferométrico, em que a eclosão do corpo de medição é mostrada em algumas ilustrações e omitida em outras por uma questão de clareza;

[00129] Figura 6k - uma configuração com um dispositivo interferométrico, no qual o perfil temporal da mudança de mudança de fase/alteração do índice de refração pode ser medido em função da passagem através das diferentes seções de medição por uma onda de pressão e/ou térmica;

[00130] Figura 6l - a forma de onda temporal ou o perfil da mudança de fase da luz de detecção nas seções de medição durante a passagem de uma onda de pressão e/ou térmica;

[00131] Figura 6m - um caminho de um feixe de excitação passado em uma superfície limítrofe externa de um corpo de medição na substância, bem como a posição de um dispositivo interferométrico;

[00132] Figura 6n - um corpo de medição com um elemento de acoplamento acústico para acoplamento à substância a ser analisada;

[00133] Figura 7 - uma visão transversal através de outro substrato com guias de onda de luz integradas;

[00134] Figura 8 - uma seção transversal através de um substrato com guias de onda de luz colados sobre ele;

[00135] Figura 9 - uma visão transversal de um substrato com abertura contínua para um feixe de excitação;

[00136] Figura 10 - uma visão transversal de um substrato com uma abertura contínua para um feixe de excitação;

[00137] Figura 11 - uma visão transversal de um substrato com uma segunda estrutura de fibra óptica para um feixe de excitação;

[00138] Figura 12 - uma visão transversal de um substrato com uma implementação adicional de uma segunda estrutura de fibra óptica para um feixe de excitação;

[00139] Figura 13 - uma visão geral esquemática do dispositivo para analisar uma substância com um dispositivo de processamento para resultados de medição e dispositivos de saída para sinais;

[00140] Fig. 14 a 16 - um arranjo com um substrato, ao qual a fonte de luz de excitação e a fonte de luz de detecção, bem como um detector, são conectados, e no qual outro substrato com elementos ópticos integrados pode ser inserido;

[00141] Figura 17 - uma seção transversal de um corpo de medição com uma primeira lente integrada e com um dedo colocado na superfície de medição;

[00142] Figura 18 - uma seção transversal de um corpo de medição com uma segunda lente integrada;

[00143] Figura19 - uma seção transversal de um corpo de medição com uma terceira lente integrada;

[00144] Figura 20 - uma seção transversal de um corpo de medição com uma primeira lente integrada e um feixe de excitação;

[00145] Figura 21 - uma seção transversal de um corpo de medição com uma segunda lente integrada e um feixe de excitação;

[00146] Figura 22 - uma seção transversal de um corpo de medição com uma terceira lente integrada e um feixe de excitação, e

[00147] Figuras 23, 24, 25 - vários arranjos com um corpo de medição e uma fonte de luz de excitação, na forma de uma fonte de luz laser ou fonte de luz de excitação, especialmente um dispositivo laser, sendo que o feixe de luz de excitação é guiado para a superfície de medição pelo dispositivo de medição, por meio de uma fibra óptica integrado dentro de um substrato do corpo de medição.

[00148] A Figura 1 mostra uma visão transversal de um corpo de medição 1, a estrutura interna da qual não é discutida detalhadamente nesta figura. Dentro do corpo de medição 1, uma primeira estrutura de fibra óptica 6 é mostrada esquematicamente, na qual a luz de detecção coerente é irradiada por uma fonte de luz de detecção 5. Um dispositivo de medição 7 é usado para detectar uma intensidade de luz na primeira estrutura de fibra óptica 6, que depende da pressão ou temperatura atuando na estrutura de fibra óptica 6.

[00149] A fonte de luz de detecção 5 pode ser projetada como um diodo de laser ou laser e ser arranjada ou fixada no corpo de medição

1. A fonte de luz de detecção 5 também pode ser flexivelmente conectada à primeira estrutura de fibra óptica 6 por meio de um cabo de fibra óptica. Além disso, a fonte de luz de detecção 5 pode ser integrada em um substrato (não mostrado aqui) dentro do corpo de medição 1 como elemento semicondutor e conectada ali a uma primeira estrutura de fibra óptica.

[00150] O dispositivo de medição 7 também pode ser conectado à primeira estrutura de fibra óptica 6 diretamente por meio de um acoplador, ou conectado a ele por meio de uma fibra óptica integrada ou um cabo de fibra óptica flexível (não mostrado aqui). No entanto, o dispositivo de medição 7 também pode ser integrado ao corpo de medição e ser implementado em um substrato do corpo de medição 1 como elemento semicondutor. Por exemplo, o dispositivo de medição 7 pode ser projetado como um elemento semicondutor sensível à luz, por exemplo, como um fotodiodo.

[00151] Além dos componentes acima, um dispositivo de medição de temperatura para medir a temperatura absoluta do corpo de medição 1, pode ser provido para levar em conta uma temperatura média, medida em intervalos de tempo mais longos, por exemplo um décimo de segundo, meio segundo, um ou mais segundos, dependendo da constante de tempo dos outros sensores na avaliação das medições. Isso permite, por exemplo, que a dependência de temperatura de um fotodiodo ou outro sensor de luz semicondutor seja corrigida. Isso pode ser útil, por exemplo, para a avaliação da intensidade da luz medida pelo dispositivo de medição 7, que pode ser melhorada por uma correção de temperatura. Alternativamente, pode ser provido um dispositivo de estabilização de temperatura 29, que contém um elemento de aquecimento ou resfriamento e mantém o corpo de medição 1 a uma temperatura constante. Por exemplo, essa temperatura pode corresponder a uma temperatura média que pode ser fixada, por exemplo, a 20°C, mas também pode corresponder a uma temperatura corporal média de um paciente cujo tecido corporal ou fluido corporal deve ser medido e que pode, portanto, ser aproximadamente 37°C ou 30°C (superfície exposta da pele).

[00152] A Figura 1 mostra um dispositivo laser 4, que pode ser implementado como um laser em cascata quântica ou uma matriz laser. O laser em cascata quântica pode ser projetado de tal forma que é, pelo menos parcialmente, sintonizado em relação ao seu comprimento de onda, especialmente na faixa infravermelha, mais particularmente sintonizado na faixa de infravermelho médio. Se o dispositivo laser 4 for configurado como uma matriz laser, elementos laser individuais da matriz podem ser afináveis, ajustáveis ou fixados em comprimentos de onda específicos. Os comprimentos de onda dos elementos laser individuais podem ser definidos, por exemplo, de tal forma que correspondem aos comprimentos de onda de máxima de absorção de um componente a ser detectado na substância a ser analisada, ou seja, a máxima de absorção da glicose, por exemplo. O comprimento de onda dos feixes de excitação, por exemplo, da medição do açúcar no sangue, aqui descrito, pode ser escolhido de forma que os feixes de excitação sejam significativamente absorvidos pela glicose ou açúcar no sangue. Os seguintes comprimentos de onda de infravermelhos relevantes para glicose (comprimentos de onda de vácuo) são particularmente adequados para medir glicose ou açúcar no sangue e podem ser definidos individualmente ou em grupos simultaneamente, ou em sucessão como comprimentos de onda fixos para medir os sinais de resposta: 8,1 μm, 8,3 μm, 8,5 μm, 8,8 μm, 9,2 μm, 9,4 μm e 9,7 μm. Além disso, comprimentos de onda tolerantes à glicose, que não são absorvidos pela glicose, podem ser usados para identificar outras substâncias presentes e excluir sua influência na medição.

[00153] No entanto, uma vez que o dispositivo também pode ser usado, por exemplo, para detectar e analisar outras substâncias biológicas ou químicas, a máxima de absorção das substâncias a serem detectadas também são aplicáveis aqui. O número de elementos de transmissão de uma matriz laser pode ser um número de 10 a 20, ou um número de 10 a 30 elementos, ou até mesmo um número maior que 30 elementos de transmissão.

[00154] O dispositivo laser 4, que também pode ser chamado de dispositivo gerador de feixe de excitação ou dispositivo de transmissão de feixe de excitação, tem um dispositivo de modulação 8 que gera um raio laser modulado. Neste caso, o dispositivo de modulação 8 pode ser disposto, por exemplo, no controlador do dispositivo laser 4. Por exemplo, a frequência de modulação pode ser entre 100 Hz e alguns poucos mega-hertz, ou mesmo várias centenas de mega-hertz. O ponto importante é que a primeira estrutura de fibra óptica 6 tem um tempo de resposta adequado e pode responder também à pressão modulada por intensidade ou ondas térmicas, que são incidentes de acordo com a frequência de modulação. Este é o caso ao usar os dispositivos de detecção interferométrica descritos em mais detalhes abaixo.

[00155] A luz do dispositivo laser 4 é incidente como feixe de excitação 10, através de uma superfície de medição 2, que é mostrada como a superfície inferior do corpo de medição 1, na área rotulada D e na qual a substância 3 a ser analisada, entra em contato com a superfície de medição 2. Após a absorção do feixe de luz de excitação 10 na substância 3, uma onda de temperatura e/ou pressão 21 é guiada da substância para o corpo de medição 1 e atinge a primeira estrutura de fibra óptica 6. A mudança de temperatura e/ou pressão causa uma mudança de intensidade da luz de detecção lá, que é detectada por meio do dispositivo de medição 7 e transmitida para um dispositivo de processamento 23. O dispositivo de processamento 23 pode ser equipado com um amplificador de travamento que amplifica os sinais sincronizadamente com a modulação do feixe de excitação 10.

[00156] Opcionalmente, o corpo de medição 1 pode ser provido com um revestimento 22 na área da superfície de medição 2, para a qual a substância 3 a ser analisada pode ser aplicada diretamente. Isso pode ser útil para proteger um material de substrato provido no corpo de medição 1 ou para promover o acoplamento mecânico e/ou térmico da substância 3 à primeira estrutura de fibra óptica 6. O material do revestimento 22 deve ser projetado de tal forma que transmite bem as ondas de pressão e térmicas. Também pode ser escolhido para ser transparente ao feixe de excitação 10. Uma camada de cobertura 22, que também pode ser provida, em princípio, entre a primeira estrutura de fibra óptica 6 e uma substância a ser analisada, por exemplo, em uma superfície da primeira estrutura de fibra óptica 6, também pode ser usada para evitar uma interação direta de radiação dentro da primeira estrutura de fibra óptica 6, ou pelo menos a interação de uma parte evanescente desta radiação fora da estrutura de fibra óptica real 6 , com uma substância aplicada à superfície de medição 2, uma vez que tal contato poderia ter um efeito retroativo sobre a radiação na primeira estrutura de fibra óptica 6.

[00157] Também é possível prover um acoplamento acústico do corpo de medição à substância a ser analisada, no qual o corpo de medição absorve as ondas geradas na substância através de um meio inserido entre o corpo de medição e a substância. O meio pode ser um fluido, ou seja, em forma gasosa ou líquida, de modo que uma distância possa ser provida entre o corpo de medição e a substância, por exemplo, na forma de uma cavidade ou uma reentrância no corpo de medição. A abertura da cavidade pode então ser colocada sobre a substância, de modo que a onda possa entrar no corpo de medição através da cavidade. A parede da cavidade, ou seja, a superfície externa do corpo de medição, pode ser revestida com um material que produz um bom acoplamento acústico, ou seja, impedância. Tal acoplamento acústico é mostrado e explicado em mais detalhes abaixo usando a Figura 6n.

[00158] A Figura 2 mostra em uma visão lateral que o corpo de medição 1 pode formar uma calha 24, que é coberta com o revestimento

22. A calha 24 é provida para permitir que a substância 3 seja analisada, seja colocada na superfície de medição 2 nesta área. Esta provê orientação para o usuário do dispositivo. Além disso, a calha proporciona estabilização mecânica quando uma parte do corpo, por exemplo, uma almofada de dedo, é colocada na superfície de medição 2.

[00159] A Figura 3 mostra como um design alternativo, que a calha 24 é formada exclusivamente por uma área em que o revestimento 22 é reduzido em espessura. Por exemplo, um substrato 1a provido dentro do corpo de medição 1, pode ser usado como um corpo plano paralelo sem ser processado.

[00160] A Figura 4 mostra uma visão de plano de um substrato 1a, que pode ser parte de um corpo de medição 1. O substrato 1a é formado como um corpo plano paralelo, por exemplo, de silício, em particular como um wafer, que pode ser mais fino que 1 mm. No entanto, uma estrutura de sanduíche também pode ser provida como um substrato, o qual compreende várias camadas de wafer ou um wafer mais espesso com um ou mais reentrâncias, em determinadas áreas decapadas. Uma estrutura de fibra óptica 6, na forma de um interferômetro, é aplicada no ou dentro do substrato 1a. Isso pode ser realizado, por exemplo, pelo wafer de silício sendo pela primeira vez coberto com uma camada de óxido de silício e guias de ondas de luz de silício sendo aplicados a este. Estes podem, por sua vez, ser cobertos com uma camada de óxido de silício.

[00161] O substrato 1a pode então ser coberto, como um todo em um ou ambos os lados, com uma camada protetora ou funcional, que também pode consistir de silício ou também de polímero ou vidro, por exemplo.

[00162] O interferômetro 12 mostrado é implementado como um interferômetro Mach-Zehnder e tem um braço de medição 12a e um braço de referência 12b. A luz de detecção gerada pela fonte de luz de detecção 5 é roteada através da entrada de uma fibra óptica 6a da primeira estrutura de fibra óptica 6 para um divisor de feixe 6c, onde a luz é dividida em dois feixes de luz parciais, que passam pelo braço de medição e referência 12a, 12b respectivamente. O braço de referência 12b pode ter uma distância mínima de pelo menos 1 mm, ou pelo menos 2 mm, ou pelo menos 5 mm, ou pelo menos 8 mm, do braço de medição 12a, a fim de excluir ou reduzir, na medida do possível, qualquer influência no braço de referência 12b por uma ação da onda de temperatura e/ou pressão de entrada. O corpo de medição 1 é então posicionado em relação ao feixe de luz de excitação 10 de tal forma, que uma onda de temperatura e/ou pressão emitida da substância a ser analisada, atinge predominantemente o braço de medição 12a do interferômetro e modifica o índice de refração da fibra óptica.

[00163] Por exemplo, os dois braços do interferômetro podem estar em um plano que é paralelo à superfície de medição, mas também em um plano orientado perpendicularmente à superfície de medição.

[00164] O resultado é uma mudança de fase entre os feixes de luz que viajam nos diferentes braços do interferômetro, o que leva a um cancelamento ou cancelamento parcial da luz de detecção, quando os feixes de luz são acoplados no segundo acoplador 6d, dependendo da posição de fase. A intensidade da luz de detecção é então detectada pelo dispositivo de medição 7, na saída da fibra óptica 6b da primeira estrutura de fibra óptica 6, ou em seu final ou em um ponto de acoplamento. Por exemplo, a luz de detecção pode compreender comprimentos de onda na faixa visível ou também na faixa de infravermelho.

[00165] Alternativamente, em vez de um interferômetro, um elemento de ressonância fibra óptica, tal como um ressonador de anel ou um ressonador de placa, com um elemento para acoplamento na luz de detecção e um elemento de desacoplamento pode ser usado como um sensor para mudanças de pressão e/ou temperatura.

[00166] A Figura 5 mostra um interferômetro como uma variante de um conjunto interferométrico, que é combinado com um anel de ressonância de fibra óptica 13. Isto é implementado pelo braço de medição do interferômetro sendo acoplado ao anel de ressonância 13, em dois pontos de acoplamento 13a, 13b. Ao integrar um anel de ressonância 13 em um braço de um interferômetro, pode-se alcançar uma sensibilidade de temperatura significativamente maior do arranjo.

[00167] A Figura 6 mostra uma seção transversal através de um corpo de medição 1, com um substrato 1a. Uma primeira fibra óptica 15 de uma primeira estrutura de fibra óptica está disposto no substrato 1a. O primeiro guia óptico de onda 15 pode ser integrado no substrato 1a. Atrás da fibra óptica 15, como visto da superfície de medição 2, um dissipador de calor 20 é provido na forma de um corpo que corre paralelo à fibra óptica 15 acima dele e é introduzido, por exemplo, encapsulado, o material do corpo de medição. O dissipador de calor 20 também pode descansar diretamente em cima da fibra óptica 15. O material do dissipador de calor 20 tem maior condutividade térmica específica e/ou uma capacidade térmica específica maior do que o material da fibra óptica 15, e/ou do que o material do substrato 1a, e/ou do que um material com o qual o substrato 1a é coberto.

[00168] Por exemplo, a primeira fibra óptica 15 forma um braço de medição de um interferômetro. O braço de referência correspondente é implementado como uma segunda fibra óptica guia de onda16 e integrado em um substrato 1b adicional, que pode ser produzido contiguamente com o substrato 1a ou acoplado a ele e encapsulado em um corpo de medição comum 1. Entre a superfície de medição 2, especialmente entre o substrato 1a, e a segunda fibra óptica 16 é disposta uma barreira térmica 30, que pelo menos em seções, se estende paralelamente à segunda fibra óptica 16 entre esta e a superfície de medição e protege-a da ação de uma onda de pressão e/ou temperatura que passa pela superfície de medição 2. . Alternativamente ou além da barreira térmica 30, a fibra óptica 16 pode ser blindada da área da superfície de medição 2 por uma lacuna de gás. Tal lacuna de gás pode ser introduzida no substrato 1a por gravação ou outro processo abrasivo, por exemplo, ou pode ser provida em um composto de fundição com o qual o substrato 1a é envasado com o corpo de medição 1. A barreira térmica 30 também pode ser implementada na forma de um corpo como barreira contra uma onda de pressão e, para este propósito tem uma plasticidade ou elasticidade superior à do material do corpo de medição 1, que envolve diretamente a fibra óptica 16. Em muitos casos e devido ao pequeno tamanho dos elementos interferométricos, será útil implementar a barreira térmica por meio de trincheiras gravadas em um substrato, por exemplo no substrato 1a ou no substrato 1b. Por exemplo, a barreira térmica tem uma condutividade para ondas de pressão ou térmicas que é significativamente menor do que a de um material de fundição do corpo de medição ou do substrato 1a, 1b.

[00169] As figuras 6a a 6g mostram várias configurações de um dispositivo interferométrico, em cada um dos quais o braço de medição e o braço de referência são projetados de tal forma que o efeito de uma onda de temperatura e/ou pressão no braço de referência, no que diz respeito a uma mudança no índice de refração, é menor do que o efeito no braço de medição. Isso é alcançado em alguns casos, posicionando o braço de referência a uma distância maior da superfície de medição 2 do que o braço de medição. Em alguns casos, é provida um obstáculo ou barreira entre o braço de referência e a superfície de medição 2. Em outros casos, o braço de referência é desacoplado ou espaçado além do substrato, enquanto o braço de medição está conectado ao substrato em um acoplamento de condução de calor e/ou mecânico rígido.

[00170] A Figura 6a mostra um braço de medição na forma de uma fibra óptica 15a e um braço de referência na forma de uma fibra óptica 16a. Um divisor ou separador de feixe é rotulado como 35, enquanto um acoplador no qual os feixes do braço de medição e do braço de referência são recombinados é rotulado como 36. O braço de referência é roteado em uma região central do corpo de medição 1 a uma distância D do braço de medição sobre um comprimento L. O braço de referência é disposto na lateral do braço de medição voltado para longe da superfície de medição 2 e, portanto, está mais longe da superfície de medição 2 do que o braço de medição pelo montante D.

[00171] A Figura 6b mostra um braço de medição na forma de uma fibra óptica 15b e um braço de referência na forma de uma fibra óptica 16b. Aqui novamente, como nas figuras a seguir, o divisor de feixe, que distribui a luz de detecção no braço de medição 15b e no braço de referência 16b, é rotulado como 35 e o acoplador como 36. O divisor e o acoplador podem ser formados como um elemento óptico separado ou como um elemento integrado ao substrato do corpo de medição 1.

[00172] O braço de referência 16b é roteado em uma região central do corpo de medição 1 a uma distância do braço de medição 15b de pelo menos o montante D.

[00173] Entre o braço de medição e o braço de referência, pode ser provida uma barreira, que também não é mostrada aqui, que mantém as ondas térmicas e/ou de pressão longe do braço de referência.

[00174] O braço de medição também pode ter um comprimento maior do que o comprimento do braço de referência, porque o braço de medição, pelo menos em seções, funciona em loops e/ou tem uma espiral ou forma sinuosa. No entanto, também pode ser provido que o braço de referência, pelo menos em seções, é corre em loops e/ou tem uma forma espiral ou sinuosa. Loops, espirais ou seções sinuosas do braço de medição e/ou o braço de referência certamente podem funcionar em um plano paralelo à superfície de medição 2, mas também em um plano perpendicular à superfície de medição 2.

[00175] A Figura 6c mostra um braço de medição na forma de uma fibra óptica 15c e um braço de referência na forma de uma fibra óptica 16c. O braço de medição estende-se como uma fibra óptica que é fundida ou colada em uma abertura do substrato do corpo de medição 1, por meio de um material sólido 37. O material 37 é adequado para a conduzir ondas térmicas e/ou de pressão com o menor atraso possível. Por exemplo, o material 37 pode ser uma resina ou um polímero. Aa fibra óptica 15c pode ser um cabo de fibra óptica, por exemplo. A fibra óptica 16c formando o braço de referência, pode correr ao longo do corpo de medição 1 sem um acoplamento rígido e ser implementado como um cabo de fibra óptica.

[00176] A Figura 6d mostra um braço de medição na forma de uma fibra óptica 15d e um braço de referência na forma de uma fibra óptica 16d. A fibra óptica 15d pode ser integrada ao substrato do corpo de medição 1 como uma fibra óptica integrada. A fibra óptica 16d pode estender-se sobre ou no corpo de medição 1, dentro de uma seção incorporada em um material 38, sendo o material 38 estruturado de tal forma que conduz ondas térmicas e ou de pressão menos bem do que o material do corpo de medição 1 ou o substrato do corpo de medição

1. Por exemplo, o material 38 pode ser formado como um silicone, geralmente como um elastômero e/ou espuma.

[00177] A Figura 6e mostra um braço de medição na forma de uma fibra óptica 15e e um braço de referência na forma de uma fibra óptica

16e. Ambas as fibras ópticas 15e, 16e estendem-se dentro do corpo de medição 1, especialmente como fibras ópticas integradas ao substrato, mas são separadas por uma camada de barreira 39. Trata-se de um material que conduz ondas térmicas e ou de pressão menos bem do que o material do corpo de medição 1 ou do substrato do corpo de medição. Por exemplo, a camada de barreira 39 pode ser formada como um silicone, geralmente como um elastômero e/ou espuma, ou de um plástico macio, por exemplo, termoplástico. A camada de barreira 39 também pode ser implementada como uma lacuna de gás, pelo menos em algumas seções.

[00178] A Figura 6f mostra um braço de medição na forma de uma fibra óptica 15f e um braço de referência na forma de uma fibra óptica 16f. O braço de medição é disposto entre, por exemplo, uma abertura em forma de fenda 40 do corpo de medição ou um substrato do corpo de medição 1 e a superfície de medição 2. O braço de referência está disposto na lateral da abertura 40 voltada para longe da superfície de medição 2. A abertura pode ser implementada como um buraco cego, por exemplo, como um furo ou como uma pluralidade de furos. O braço de medição também pode ter um comprimento maior do que o comprimento do braço de referência, porque o braço de medição, pelo menos em algumas seções, funciona em loops e/ou em uma espiral ou forma sinuosa acima da abertura 40. No entanto, como mostrado na figura, também pode ser provido que o braço de referência, pelo menos em algumas seções, corra em loops e/ou tem uma forma espiral ou sinuosa.

[00179] A Figura 6g mostra um braço de medição na forma de uma fibra óptica 15g e um braço de referência na forma de uma fibra óptica 16g. O braço de referência é disposto na lateral da abertura em forma de fenda 41 voltada para longe da superfície de medição 2 e passando pelo corpo de medição 1, perpendicular ao plano de desenho. A abertura 41 também pode ser implementada como um ou mais furos feitos, mas também pode ser introduzida em uma técnica comumente usada na formação de substratos, tal como a tecnologia de gravação ou corte a laser ou outro processo de abrasão. Tal substrato também pode ser formado em um processo aditivo (impressão 3D). O braço de medição também pode ter um comprimento maior do que o comprimento do braço de referência, porque o braço de medição, pelo menos em seções, corre em loops e/ou tem uma espiral ou forma sinuosa. No entanto, como mostrado na figura, também pode ser provido que o braço de referência, pelo menos em seções, corre em loops e/ou tem uma forma espiral ou sinuosa. Os loops, espirais ou meandros podem cada um correr em um plano paralelo à superfície de medição 2, mas também em um plano perpendicular à superfície de medição 2.

[00180] A Figura 6h mostra duas fibras ópticas 15h, 16h, entre as quais as ondas de luz podem ser acopladas por meio do elemento de ressonância 17h, na forma de um anel de ressonância de fibra óptica. A intensidade de uma onda de luz alimentada na fibra óptica 15h e transportada / superacoplada a partir da fibra óptica 15h até a fibra óptica 16h ou através de um outro anel óptico de ressonância de fibra óptica 19h até a fibra óptica 18h, medida, por exemplo, pela razão das intensidades da onda de luz desacoplada da fibra óptica 16h ou 18h a qual acoplada à fibra óptica 15h, depende de quão distante o comprimento de onda da onda de luz é de um comprimento de onda de ressonância do elemento de ressonância ou dos múltiplos elementos de ressonância. Uma onda de pressão e/ou temperatura pode desafinar o elemento/elementos de ressonância pela variação do índice de refração, de modo que o elemento/elementos de ressonância represente um eficiente sensor de temperatura e/ou pressão. Como mostrado na figura, uma pluralidade de tal elementos, por exemplo, pelo menos dois, pelo menos três ou pelo menos cinco, podem também ser conectados em série para aumentar a sensibilidade.

[00181] Uma conexão paralela de uma pluralidade, por exemplo, pelo menos dois, mais de dois, mais de três ou mais de cinco, de tais elementos 17i, 19i também é concebível, como mostrado na figura 6i entre a entrada da fibra óptica 15i e a saída da fibra óptica 16i. Isso também permite que a sensibilidade da medição de temperatura e/ou pressão seja controlada.

[00182] Ao utilizar elementos de ressonância da fibra óptica, o perfil temporal da intensidade da luz de detecção pode ser medido por meio de um dispositivo de avaliação e a partir disso, o perfil temporal ou forma de onda da temperatura ou a pressão durante a passagem de ondas de pressão e/ou térmicas pode ser medido. A partir do perfil temporal, que pode ser periódico ao usar a modulação, a força de absorção do feixe de excitação na substância a ser analisada pode ser determinada e um espectro pode ser determinado a partir disso. Por exemplo, o perfil temporal ou forma de onda da intensidade da luz de detecção pode ser usado para avaliar a amplitude ou um valor médio do desvio da intensidade com o feixe de excitação ativado e modulado da intensidade com o feixe de excitação desativado.

[00183] A Figura 6k mostra, da mesma forma que a Figura 6a, um braço de medição na forma de uma fibra óptica 15a e um braço de referência na forma de uma fibra óptica 16a. Um divisor ou separador de feixe é rotulado como 35, enquanto um acoplador, no qual os feixes do braço de medição e do braço de referência são recombinados, é rotulado como 36. O braço de referência é roteado em uma região central do corpo de medição 1, a uma distância do tamanho D, do braço de medição sobre um comprimento L. O braço de referência 16a está disposto na lateral do braço de medição 15a, voltado para longe da superfície de medição 2 e, portanto, está mais longe da superfície de medição 2 do que o braço de medição pelo montante D. O sinal de referência 23 designa um dispositivo de avaliação que detecta e avalia a intensidade da luz atrás do acoplador 36 e atribui-lhe uma mudança de fase da luz de detecção e, portanto, uma intensidade de absorção do feixe de excitação na substância para ser analisado.

[00184] Dentro do corpo de medição, um ou mais dissipadores de calor e/ou uma ou mais barreiras térmicas, ou nenhuma delas, pode ser disposta, de modo que o corpo de medição 1 também pode ser homogêneo e livre de dissipadores de calor ou barreiras térmicas.

[00185] Uma onda térmica e/ou de pressão, que se propaga da substância através da superfície de medição 2 para o corpo de medição 1, primeiro atinge a primeira seção de medição (braço de medição 15a) do interferômetro e gera uma mudança de fase da luz de detecção lá. Um tempo t mais tarde, que é determinado a partir da velocidade de propagação da onda no corpo de medição e da distância D, uma mudança de fase é gerada no segundo braço de medição / braço de referência 16a do interferômetro. Se ambas as mudanças de fase persistirem ao mesmo tempo durante um período de tempo, as mudanças de fase se cancelam e não produzem alterações na intensidade da luz de detecção. Durante os intervalos de tempo em que a onda atua apenas em um braço/seção de medição 15a, 16a, a luz de detecção no primeiro braço é seguida pela luz de detecção no outro braço ou antes ou depois. O perfil temporal desta sequência de eventos é previsível devido à conhecida velocidade de propagação da onda no corpo de medição. A magnitude da mudança na intensidade da luz de detecção detectada pelo dispositivo de avaliação 23 permite a determinação da amplitude da onda térmica e/ou de pressão e, consequentemente, a força de absorção da luz de excitação na substância a ser analisada.

[00186] A Figura 6l mostra a característica de intensidade I da luz de detecção após passar pelo dispositivo interferométrico no eixo vertical, plotado contra o tempo no eixo horizontal.

[00187] No momento t1, a onda chega no corpo de medição no braço de medição 15a, causando uma mudança de fase da luz de detecção ali em relação à luz que chega através do braço de referência 16a. Como resultado, a intensidade cai de I1 para I2. No momento t2 a onda atinge o braço de referência 16a, onde também causa uma mudança de fase da mesma magnitude e direção. Como a influência da onda no braço de medição ainda persiste, as mudanças de fase são canceladas, de modo que não ocorra nenhum cancelamento (parcial) dos componentes de luz dos diferentes braços do dispositivo interferométrico. A intensidade da luz de detecção atinge o valor I1 novamente após t2. Em seguida, a intensidade diminui após o t3, uma vez que uma mudança de fase agora só está presente no braço de referência 16a e depois do t4, ou seja, depois que a onda passou completamente pelo dispositivo interferométrico, a intensidade I1 ocorre novamente. A diferença entre I1 e I2 pode ser usada para determinar a amplitude da onda e, portanto, a força de absorção do feixe de excitação na substância.

[00188] A Figura 6m mostra um arranjo no qual o feixe de excitação 10 da fonte do feixe de excitação 4 penetra na substância 3, passa uma superfície de fronteira do corpo de medição 1 a ser absorvido lá, o que é indicado por um círculo estilizado. A partir daí, a onda térmica e/ou de pressão é liberada e propaga-se, entre outros, no corpo de medição 1 e no dispositivo interferométrico 12.

[00189] Além disso, outra posição da fonte do feixe de excitação 4' é indicada, a partir da qual o feixe de excitação 10' é irradiado diagonalmente, passa o corpo de medição 1 na substância 3 e é absorvido sob o corpo de medição 1. Neste caso, uma proporção ainda maior da onda atinge o corpo de medição 1 e o dispositivo interferométrico. A orientação do feixe de excitação por meio de um guia óptico de ondas também é concebível. Um corpo (mostrado por linhas tracejadas) feito de outro material pode ser anexado ao corpo de medição 1, cujo corpo é, por exemplo, transparente ao feixe de excitação 10 e, em particular, mais transparente do que o material do corpo de medição 1.

[00190] A Figura 6n mostra que o corpo de medição 1 pode ser acoplado com a substância a ser analisada na área da superfície de medição, não apenas por contato físico direto, mas também interpondo um meio, tal como uma camada intermediária de um material sólido ou uma camada fluida ou então uma camada de gás.

[00191] A Figura 6n mostra o caso específico de uma reentrância 200 na superfície de medição 2, que também pode ser opcionalmente cercado por uma borda elevada 201 na superfície de medição 2. Outra maneira de criar uma cavidade é simplesmente prover uma borda periférica elevada na superfície de medição. Se a superfície de medição 2 for colocada em contato com a substância a ser analisada, por exemplo, uma parte corporal de um organismo vivo, uma cavidade é formada entre a substância e o corpo de medição, que forma um elemento de acoplamento acústico. A onda de pressão e/ou térmica pode entrar na cavidade a partir da substância e entrar no corpo de medição através de um meio gasoso, onde a onda pode ser detectada por um elemento interferométrico 6. Devido à alta sensibilidade do método de medição interferométrica, a onda também pode ser efetivamente detectada acústica e sua intensidade medida.

[00192] O feixe de excitação pode ser encaminhado diretamente da fonte do feixe de excitação 4 através da cavidade 200 para a substância a ser analisada. Para este propósito, o corpo de medição pode pelo menos parcialmente compreender uma abertura para o feixe de excitação, ou este último pode ser guiado através do corpo de medição por meio de uma fibra óptica. O feixe de excitação também pode ser pelo menos parcialmente guiado através do material do corpo de medição 1.

[00193] A Figura 7 mostra uma variante do corpo de medição 1 em que as fibras ópticas 15, 16 do arranjo interferométrico são dispostas na lateral de um substrato 1a voltado para a superfície de medição 2. Deste lado, o substrato 1a é coberto com um revestimento 42, que cobre e protege as fibras ópticas 15, 16. Por meio deste arranjo, pelo menos uma das fibras ópticas 15, que representa o braço de medição do arranjo interferométrico, pode ser alcançado diretamente por uma onda de temperatura e/ou pressão da substância 3. O braço de referência 16 deve ser protegido do efeito da onda de pressão e/ou de temperatura por meios que não são mostrados. Por exemplo, o braço de referência 16 pode ser localizado suficientemente longe do braço de medição 15 para ser significativamente menos influenciado pelo efeito de uma onda de pressão e/ou temperatura do que o braço de medição.

[00194] A Figura 8 mostra uma variante na qual um arranjo interferométrico é realizado com cabos de fibra óptica 15', 16', que estão firmemente conectados ao substrato. No exemplo mostrado, a conexão é implementada por um adesivo 14As fibras ópticas podem correr em ranhuras do corpo/substrato de medição.

[00195] A Figura 9 mostra uma seção transversal através de um corpo de medição 1, que tem uma abertura contínua 18 na forma de um furo feito através do qual o feixe de luz de excitação 10 pode passar em linha reta e entrar na substância 3 a ser analisada. Se o corpo de medição 1 for provido com um revestimento 22 na parte inferior, como mostrado na Figura 1, a abertura 18 pode terminar no revestimento, desde que o revestimento seja transparente para o feixe de excitação

10. A abertura 18 também pode penetrar completamente o revestimento 22, no entanto.

[00196] Por exemplo, um elemento de modelagem de feixe na forma de uma lente ou um colimador 31 pode ser provido na abertura 18. A orientação do feixe de feixe de excitação mostrada na Figura 9 pode ser combinada com qualquer tipo de dispositivo interferométrico (não mostrado na Figura 9) mostrado nas figuras e descrito acima.

[00197] A Figura 10 mostra um arranjo no qual o dispositivo laser 4 irradia o feixe de luz de excitação 10 diretamente para o corpo de medição l paralelo à superfície de medição 2. É provida uma abertura contínua de 18' no corpo de medição 1, que é dobrada em ângulos retos em direção à superfície de medição 2. Na área da mudança de direção, é provido um elemento de reflexão 32, por exemplo, na forma de um espelho. No arranjo mostrado, o feixe de luz de excitação 10 pode entrar na substância a ser analisada 3 através da superfície de medição 2 em ângulos retos. A orientação do feixe de feixe de excitação mostrada na Figura 10 pode ser combinada com qualquer tipo de dispositivo interferométrico (não mostrado na Figura 10) mostrado nas figuras e descrito acima.

[00198] A Figura 11 mostra uma seção transversal através de um corpo de medição 1, na qual uma segunda estrutura de fibra óptica 17 é povida para guiar o feixe de luz de excitação 10. Isso pode ser projetado como uma fibra óptica integrada que é integrada em um substrato do corpo de medição 1. A segunda estrutura de fibra óptica 17 está alinhada de tal forma, que o feixe de luz de excitação 10 é guiado perpendicularmente através da superfície de medição 2. No entanto, também é concebível que a fibra óptica da segunda estrutura de fibra óptica 17 seja direcionada para a superfície de medição 1 em um ângulo inferior a 90°, por exemplo, inferior a 70° ou inferior a 50°. O dispositivo laser 4 pode ser acoplado à segunda estrutura de guia de ondas óptica 17 diretamente ou interpondo um elemento de modelagem de feixe, por exemplo, uma lente (não mostrada na Figura 11), mas um cabo flexível de fibra óptica também pode ser provida para guiar o feixe de excitação 10 entre o dispositivo de laser 4 e a segunda estrutura de fibra óptica

17. A orientação de feixe do feixe de excitação mostrada na Figura 11, pode ser combinada com qualquer tipo de dispositivo interferométrico (não mostrado na Figura 11) mostrado nas figuras e descrito acima.

[00199] No final da fibra óptica integrada da segunda estrutura de fibra óptica 17 voltada para a superfície de medição 2, um elemento de modelagem de feixe, por exemplo, uma lente (não mostrada na Figura 11), também pode ser provida.

[00200] A Figura 12 mostra uma fibra óptica integrada 17a em forma mais complexa, dentro da segunda estrutura de fibra óptica 17, que guia o feixe de luz de excitação 10. O feixe de luz de excitação 10 é acoplado, por exemplo, paralelo à superfície de medição 2, na fibra óptica 17a da segunda estrutura de fibra óptica 17 e redirecionado por esa fibra óptica integrada 17a em uma direção que passa pela superfície de medição 2, especialmente uma passando por ângulos retos ou então em um ângulo inferior a 90° , por exemplo, menos de 70° ou menos de 50°. No substrato 1a, um dispositivo de modulação 8 é integrado na região da segunda estrutura de fibra óptica 17, que realiza a modulação de intensidade do feixe de luz de excitação por meio do dispositivo de processamento 23. O dispositivo de modulação 8 pode ser implementado, por exemplo, por um piezo elemento disposto na segunda estrutura de fibra óptica 17, ou por um elemento de aquecimento que modula a transparência da segunda estrutura de fibra óptica 17, ou por um elemento espelho MEMS para desviar o feixe de luz de excitação 10.

[00201] A fibra óptica integrada 17a da segunda estrutura de fibra óptica 17, que guia o feixe de excitação 10, tem seções em que corre paralelamente à superfície de medição e seções em que corre em direção à superfície de medição 2, especialmente em ângulos retos para a superfície de medição 2. Formar tal fibra óptica em um substrato 1a é possível, de uma maneira comprovada, usando meios do campo da óptica integrada.

[00202] A Figura 13 mostra esquematicamente o processamento dos dados de medição obtidos com o dispositivo para análise de uma substância. Na parte esquerda da Figura 13, são mostrados um corpo de medição 1 e um dispositivo de laser 4 para a geração de um feixe de excitação, bem como um dispositivo de medição 7. O dispositivo de medição 7 e, especialmente também o dispositivo de laser 4, estão conectados ao dispositivo de processamento 23, que pode ser implementado como um microcontrolador ou como um microcomputador e compreende pelo menos um processador. No dispositivo de processamento, os dados de medição da intensidade de luz variável adquirida pelo dispositivo de medição 7, são combinados ou correlacionados com os dados do feixe de excitação modulada, ou seja, com os comprimentos de onda respectivamente emitidos e a forma de onda temporal da modulação. Três diagramas são mostrados de forma simbólica, o do topo destes mostra os pulsos de laser modulados plotados contra o tempo, enquanto o diagrama do médio mostra a forma de onda temporal dos dados de medição. Cada vez que uma onda térmica e/ou de pressão chega ao elemento interferométrico, por exemplo, ativando/desativando ou modulando o feixe de excitação, o elemento é desativado por uma mudança no índice de refração, ou os componentes de onda de diferentes braços de medição de um interferômetro são cancelados ou parcialmente cancelados. Isso altera a intensidade da luz de detecção depois de passar pelo elemento interferométrico. Este perfil temporal ou forma de onda, além de mostrar a força de absorção do feixe de excitação na substância a ser analisada, também reflete as características de mistura dos sinais que são enviados ao dispositivo para cada período de modulação do feixe de excitação como uma mistura de sinais de diferentes profundidades abaixo da superfície da substância e que, devido às diferenças de tempo de trajeto, produz uma decadência específica característica dos sinais de medição após cada pulso de laser. Os sinais de diferentes profundidades não precisam ser separados entre si, mas isso pode ser realizado usando diferentes métodos de análise que são explicados em outros lugares neste texto.

[00203] O diagrama do terceiro e da parte inferior, mostra uma plotagem espectral na qual intensidades de luz medidas são plotadas sobre os comprimentos de onda irradiados ou números de ondas do feixe de luz de excitação em uma série de espectros.

[00204] Por exemplo, esses dados podem ser usados para obter valores fisiológicos de um paciente, que são obtidos a partir da medição da concentração de certas substâncias no tecido corporal ou em um fluido corporal. Um exemplo disso é a medição da glicose no sangue, que mede a concentração de glicose em uma parte do corpo. De acordo com a Figura 13, valores medidos ou valores pré-processados podem ser comparados usando um computador remoto ou um sistema de computador distribuído (nuvem) por meio de um dispositivo de comunicação 25. Por exemplo, valores de referência podem ser importados da nuvem ou de um computador remoto, para interpretar os valores medidos. Os valores de referência podem ser baseados na identidade do paciente e dados que podem ser armazenados e recuperados individualmente para ele. Para isso, a identidade do paciente deve ser inserida no dispositivo de processamento 23 ou deve ser determinada por meio de medidas separadas, por exemplo, por meio de um sensor de pressão de impressão digital que pode ser integrado ao dispositivo de medição.

[00205] Como um resultado de processamento, o dispositivo de processamento 23 pode produzir informações de tendência, por exemplo, em três ou cinco níveis, na forma de informações tais como, ótimo, bom, razoável, poderia ser melhor, preocupante ou na forma de cores ou símbolos, usando um primeiro dispositivo de saída 26. Em outro dispositivo de saída 27, que permite uma exibição de valor específico, valores medidos podem ser de saída em uma tela ou em um display digital. Além disso, valores medidos ou tendências de valor medido podem ser saídas para um módulo de software 28, que também pode correr, por exemplo, em um dispositivo de processamento móvel separado, tal como um telefone celular. Nesta unidade, os resultados de medição avaliados podem então ser utilizados, por exemplo, para preparar uma refeição a ser tomada ou para selecionar alimentos disponíveis e uma quantidade de alimentos. Além disso, pode ser feita uma recomendação para o consumo de certos alimentos em uma determinada quantidade. Isso pode ser vinculado, por exemplo, a uma proposta de preparação, que pode ser recuperada a partir de um banco de dados e, especialmente também transmitida em forma eletrônica. Esta instrução de preparação pode se também enviada para um dispositivo de preparação de alimento automático.

[00206] Em uma configuração, uma sugestão para uma dose de insulina, dependendo de outros parâmetros do paciente (por exemplo, fator de correção de insulina), ou uma transmissão automática de sinal para um dispositivo de dosagem na forma de uma bomba de insulina, pode ser saída através do dispositivo de display /display 27 ou um dispositivo de sinal paralelo a isso.

[00207] O dispositivo de processamento 23 pode ser integrado à carcaça 33 do dispositivo, mas também pode ser provido separadamente, por exemplo, em um computador móvel ou em um dispositivo sem fio móvel. Para este caso, deve ser feita uma disposição para uma interface de comunicação entre os componentes dispostos na carcaça 33, em particular o dispositivo de medição 7 e o dispositivo de processamento 23, por exemplo, utilizando um padrão de rádio. A carcaça 33 pode ser projetada como um estojo vestível, por exemplo também como um estojo que pode ser usado no pulso de uma pessoa na forma de um relógio de pulso (vestível). Em uma outra configuração, o dispositivo laser também pode ser organizado fora da carcaça e projetado para ser acoplado para uma medição. O acoplamento pode ser implementado, por exemplo, por meio de um cabo de fibra óptica e/ou alinhando adequadamente o feixe de excitação do dispositivo laser, aplicando o dispositivo laser a uma superfície de referência da carcaça em relação ao corpo de medição para uma medição.

[00208] A Figura 14 mostra uma visão de plano de um substrato 100, que carrega uma fonte de luz de excitação 4, por exemplo, na forma de um dispositivo laser, especialmente uma matriz laser. Além disso, o substrato 100 carrega uma fonte de luz de detecção 5 e um dispositivo de medição 7, por exemplo, na forma de um componente semicondutor sensível à radiação, para medir a intensidade da luz de detecção. Cada um dos elementos 4, 5 ou 7 também pode ser integrado total ou parcialmente em uma estrutura semicondutor do substrato 100 ou ser produzido a partir dele por tecnologia de fabricação micromecânica e dopagem, por exemplo. O substrato compreende fibras ópticas 101, 102, 103, que são completamente ou parcialmente integradas ao substrato ou são fixadas a ele na forma de cabos de fibra óptica, por exemplo em ranhuras V, que posicionam as fibras ópticas suficientemente com precisão. A fibra óptica 101 guia a radiação de luz/excitação de excitação, enquanto as fibras ópticas 102, 103 guiam a radiação de detecção / luz de detecção.

[00209] O substrato 100, como pode ser visto particularmente claramente na Figura 15, tem uma abertura 105 precisamente micromecanicamente encaixada, na qual outro substrato 1a pode ser encaixado de tal forma que uma ou mais fibras ópticas 101, 102, 103 terminam diretamente em frente às fibras ópticas correspondentes (não mostradas) do outro substrato, de modo que a radiação guiada possa ser diretamente acoplada às fibras ópticas do outro substrato 1a e, em seguida, desacoplar deles em direção às fibras ópticas do dispositivo de medição/do detector 7. Elementos de acoplamento também podem ser providos para este fim, que aumentam a eficiência do acoplamento. Como mostrado na Figura 16 e na Figura 12 comparável, o substrato 1a então compreende uma fibra óptica integrada que guia a luz de excitação em direção à superfície de medição. Além disso, o substrato 1a possui um elemento interferométrico integrado com fibras ópticas de conexão integrada A superfície de medição pode estar localizada em ambos os lados dos substratos 100, 1a. Se a superfície de medição estiver localizada no lado inferior na Figura 15, uma janela 106 pode ser provida dentro da abertura 105 como uma abertura contínua no substrato 100.

[00210] A Figura 17, como as Figuras 18 a 22, mostra uma vista transversal de um substrato 1a no qual um primeiro arranjo de fibra óptica 6 é incorporado como parte de um dispositivo de detecção. Áreas eclodidas são omitidas em partes cortadas por uma questão de clareza. A superfície de medição 2 está localizada na parte superior do substrato 1a em cada figura. Para fins de ilustração, na Figura 17 como na Figura 20, um dedo humano 107 é mostrado como um exemplo de objeto de medição, a substância do qual deve ser analisada. O dedo é colocado na superfície de medição 2 para análise.

[00211] As figuras de 17 a 22, cada uma, mostram substratos, o material do qual é permeável ou pelo menos parcialmente permeável a um feixe de excitação 10 na região do infravermelho, ou em geral na faixa de comprimento de onda do feixe de excitação. Por exemplo, isso se aplica a um substrato de silício para a faixa do infravermelho. Um feixe de excitação pode, portanto, ser direcionado através do material substrato, ou pelo menos através de espessuras de camada limítrofe, para a superfície de medição e através disso para a substância a ser medida. Nesse caso, não é necessário prover uma abertura contínua no substrato para o feixe de excitação 10. O feixe de excitação pode ser direcionado passado ou através da primeira estrutura de fibra óptica 6. Parte da distância percorrida pelo feixe de excitação no corpo de medição também pode estar dentro de uma abertura/cavidade. Para isso, uma abertura pode ser provida pelo menos em algumas seções do corpo de medição. Por exemplo, uma fina camada do substrato pode então permanecer no lugar na área da superfície de medição. No entanto, em seções do corpo de medição, uma inserção de material pode ser provida na forma de uma fibra óptica de um material mais transparente para o feixe de excitação do que o material do substrato.

[00212] Nas Figuras 17-22 e 23-25 são mostradas várias configurações para a orientação da unidade de feixe de excitação. O dispositivo de detecção é omitido em cada caso para clareza. É claro que todos os projetos descritos do dispositivo de detecção podem ser implementados em combinação com os desenhos da orientação do feixe de excitação mostrada nas Figuras 17-25.

[00213] Na lateral do corpo de medição ou do substrato 1a oposto à superfície de medição 2, uma lente 108, 108', 108'' é integrada ao substrato, formado especialmente pelo material do substrato e extraído do material do substrato, por exemplo, utilizando métodos abrasivos, especialmente pela gravação.

[00214] Três exemplos de possíveis formas de lente são mostrados nas Figuras 17 a 22, sendo a primeira lente mostrada nas Figuras 17 e 20, a segunda lente nas Figuras 18 e 21 e a terceira lente nas Figuras 19 e 22.

[00215] A primeira lente 108 corresponde a uma lente convergente convexa, normalmente refrativa, a segunda lente 108' corresponde a uma lente convergente (refrativa) baseada na forma de Fresnel (lente Kinoform), e a terceira lente corresponde a uma lente de difração, que foca o feixe de excitação 10 por difração em uma estrutura de rede concêntrica.

[00216] Os eixos ópticos das lentes podem ser posicionados perpendicularmente na superfície de medição 2, de modo que uma fonte de luz de excitação possa irradiar diretamente através do substrato 1a. No entanto, os eixos ópticos também podem ser inclinados em relação à perpendicular à superfície de medição 2, a fim de permitir um posicionamento potencialmente de economia de espaço da fonte de luz de excitação em um ângulo para o substrato.

[00217] As figuras 20, 21 e 22 cada mostram as formas das lentes 108, 108', 108'' no substrato 1a com os feixes de excitação 10 e os feixes focalizados 10a focados na substância a ser analisada.

[00218] Nas Figuras 17-22, elementos interferométricos são providos no substrato próximo à superfície de medição em cada caso, porém, nessas figuras a principal intenção é mostrar a orientação do feixe de excitação 10.

[00219] A Figura 23 mostra um corpo de medição 1 com uma camada de sensor 1' em seção transversal, na qual um feixe de excitação 10 é direcionado para fora do arranjo de laser 3 em um guia óptico de ondas 126, que passa através do corpo de medição 1 para a camada 1'. A fibra óptica 126 também pode se estender através da camada 1' até a superfície de medição 2, mas também pode ser provido que a camada 1' tenha um slot para o feixe de excitação 8 ou o feixe de excitação 8 passa pelo material da camada 1'. Além disso, uma certa espessura de camada do substrato, que é mostrada na configuração de exemplo, forma o corpo de medição 1, pode permanecer no lugar em frente à superfície de medição ou na frente da camada 1' e ser atravessada pelo feixe de excitação 10. Na região da superfície de medição 2, por exemplo, diretamente ao lado da superfície de medição 2 e/ou dentro da camada 1', uma lente 140 pode ser provida para concentrar o feixe de excitação 10 em um ponto da substância a ser examinada. O guia óptico de ondas 126 corre em linha reta do dispositivo laser 4 até a superfície de medição 2 e passa pelo dispositivo de detecção formado por um elemento interferométrico, não mostrado em detalhes, na camada 1' ou no substrato 1. Uma fibra óptica também pode correr parcial ou completamente ao longo da superfície do corpo de medição 1, por exemplo, se o dispositivo laser 4' estiver posicionado na lateral do corpo de medição (ver Figura 25). Na Figura 23, a fibra óptica 127 corre primeiramente a partir do dispositivo laser 4' em uma primeira parte de seu comprimento, na ou sobre a superfície do corpo de medição, para então, como a fibra óptica 126, continuar a passar pelo corpo de medição sobre uma segunda parte de seu comprimento. Na região da mudança de direção a fibra óptica, o feixe de excitação pode ser refletido, por exemplo, em um espelho, ou a fibra óptica pode ser dobrada lá. Tal fibra óptica 126, 127 pode ser integrada ao material do corpo de medição 1 por técnicas de fabricação (por exemplo, usando SOI -tecnologia “ Silicon on insulator” ), ou na forma de um cabo de fibra óptica conectado a ele por ligação adesiva, por exemplo, ou a fibra óptica pode ser integrada ao longo de parte de seu comprimento e implementada como um cabo de fibra óptica sobre outra parte de seu comprimento.

[00220] No entanto, como pode ser visto da Figura 24, em duas variantes diferentes do desenho da fibra óptica, também pode ser provida uma fibra óptica curva 133, 134, que guia o feixe de excitação 10 a partir de uma posição no corpo de medição 1, no qual o dispositivo laser é provido em direção à superfície de medição 2. O fato de que a rota da fibra óptica 133, 134 pode ser moldada relativa livremente, permite que uma distância mínima seja mantida entre a região penetrada pelo feixe de excitação e pela região de detecção. O feixe de excitação 10 também pode atingir a superfície de medição 2 em um ângulo entre 0 graus e 60 graus, especialmente entre 0 e 45 graus, até a superfície normal da superfície de medição 2, e passar por ela.

[00221] Devido à baixa profundidade de penetração na substância a ser analisada, apesar de uma direção de irradiação oblíqua, a região da substância em que o feixe de excitação 10 interage com ela está diretamente abaixo do dispositivo de detecção, que pode ser na forma de um elemento interferométrico, por exemplo. Por exemplo, pelo menos algumas seções das fibras ópticas curvas 133, 134 podem ser colocadas como cabos de fibra óptica em um furo feito ou reentrância semelhante do corpo de medição 1, onde eles são colados ou colocados no lugar.

[00222] Como pode ser visto da Figura 25, uma fibra óptica 135, 136, 137, 138 também pode ser provida para guiar o feixe de excitação 10, que é roteado, por exemplo, em várias direções e/ou em duas ou três direções mutuamente perpendiculares, ao longo de uma, duas ou três superfícies diferentes, mutuamente adjacentes, do corpo de medição 1. Por exemplo, tal guia fibra óptica 135, 136, 137, 138 pode ser integrada ao respectivo corpo de medição 1, assim como as fibras ópticas mostradas nas Figuras 23 e 24. Nas superfícies de um corpo de medição, isso é especialmente simples de implementar na tecnologia SOI ou, dependendo do material do corpo de medição 1, em uma tecnologia de fabricação de estado sólido relacionada. Para este propósito, uma fibra óptica pode ser incorporada em um substrato de silício, que é coberto e separado do substrato por camadas de óxido de silício ou outras camadas. Para este fim, uma reentrância adequada pode primeiro ser gravada ou feita no substrato, a fim de então depositar adequadamente o material da cobertura e a fibra óptica. Neste caso, por exemplo, a cobertura da fibra óptica ser alinhada com a superfície do corpo de medição para que a fibra óptica não se projete além do corpo de medição 1. O curso da fibra óptica 135, 136, 137, 138 ao longo das superfícies do corpo de medição, impede qualquer interação do feixe de excitação com o dispositivo de detecção. A última fibra óptica 138 termina na região em que o feixe de excitação 10 deve entrar na substância 3 a ser analisada. No final da fibra óptica 138, um elemento pode ser ali provido, por exemplo, um espelho, que direciona o feixe de excitação para a substância 3.

[00223] O detalhe mostrado na Figura 25, em uma área 142 na seção inferior direita da figura, mostra que a fibra óptica 138 também pode ser arranjada em uma ranhura (mostrada pontilhada) do corpo de medição 1, que leva diagonalmente para a superfície de medição 2, de modo que o eixo longitudinal da fibra óptica seja orientado paralelamente ao fundo 141 da ranhura, através da superfície de medição 2 e para a substância 3 a ser analisada.

[00224] O presente pedido de patente refere-se (como já mencionado no início) aos seguintes aspectos, além do tema das reivindicações e configurações de exemplos descritas acima. Esses aspectos, ou características individuais destes, podem ser combinados com características das reivindicações, individualmente ou em grupos. Os aspectos também constituem invenções independentes, sejam tomadas isoladamente ou combinadas entre si ou com o tema das reivindicações. O requerente reserva-se o direito de tornar essas invenções objeto de reivindicações posteriormente. Isso pode ocorrer no âmbito deste pedido ou no contexto de pedidos de partes subsequentes ou pedidos subsequentes, reivindicando a prioridade deste pedido.

ASPECTOS

[00225] 1) Método de análise de uma substância em um corpo, compreendendo:

[00226] - emissão de um feixe de luz de excitação (feixe de excitação) com um ou mais comprimentos de onda de excitação específicos através de uma primeira região da superfície do corpo,

[00227] - modulação de intensidade do feixe de luz de excitação com uma ou mais frequências, em particular sequencialmente, por meio de um picador mecânico, elétrico ou óptico, especialmente por uma ativação eletrônica da fonte de luz excitação , um dispositivo de ajuste para um ressonador de um laser de excitação, agindo como uma fonte de luz excitação ou um dispositivo espelho móvel, um dispositivo de difração controlável, um dispositivo de obturação ou espelho acoplado a um motor, tal como um motor de estepe, ou a um MEMS, ou uma camada no caminho do feixe que pode ser controlada com relação à transmissão ou reflexão, e detecção de um sinal de resposta por tempo resolvido

[00228] - por meio de um dispositivo de detecção disposto fora do corpo , o sinal de resposta devido ao efeito da absorção dependente do comprimento de onda do feixe de luz de excitação no corpo e a emissão de uma onda de temperatura e/ou térmica para o dispositivo de detecção.

[00229] O dispositivo de detecção pode compreender, por exemplo, um meio óptico / corpo de medição com uma região de detecção, que é especialmente adjacente ou diretamente adjunto à superfície de medição (que corresponde à superfície limítrofe do corpo de medição em contato com a substância a ser analisada), e que, em caso de mudança de pressão ou temperatura, afeta um feixe de luz de detecção que passa o corpo de medição alterando seu índice de refração. Especialmente, a intensidade da luz de detecção pode ser influenciada pelas mudanças de pressão e/ou temperatura.

[00230] Por exemplo, o detector/dispositivo de detecção pode ter uma fibra óptica integrada em um substrato, especialmente na tecnologia "Silicon on insulator". Por exemplo, o silício é usado para a fibra óptica. O uso de SiN também é possível, sendo que a fibra óptica deve ser pelo menos parcialmente coberta por um óxido de silício, o qual tem um índice de refração diferente do índice de refração de Si ou SiN.

[00231] A modulação pode ser realizada em uma configuração por interferência ou manipulando a fase ou polarização da radiação do dispositivo de transmissão de excitação, especialmente se este compreende um dispositivo de luz laser. A modulação também pode ser realizada controlando um piezo-elemento operado ativamente, que é parte ou elemento do corpo de medição e a propriedade de transmissão, ou reflexão ou reflexividade da qual pode ser controlada por um controlador de tensão no piezo-elemento. Os sinais de resposta podem ser, por exemplo, intensidades ou ângulos de deflexão de um feixe de medição refletido, ou sinais de tensão de um detector operando com um efeito piezoelétrico.

[00232] 2) Método de acordo com o aspecto 1, caracterizado pelo fato de que o de feixe de luz excitação / feixe de excitação é gerado por uma pluralidade de emissores ou multi-emissores, especialmente na forma de uma matriz laser, que emite luz em diferentes comprimentos de onda simultaneamente ou sequencialmente ou em padrões de pulso e também alternadamente.

[00233] 3) Método de acordo com ambos os aspectos 1 ou 2, compreendendo as etapas:

[00234] - produzir um contato entre um meio óptico / corpo de medição e uma superfície de substância do corpo, de modo que pelo menos uma região da superfície do corpo de medição (por exemplo, uma superfície de medição) esteja em contato com a primeira região da superfície do corpo;

[00235] - emitir um feixe de luz de excitação com um comprimento de onda de excitação em um volume localizado na substância abaixo da primeira região da superfície, especialmente através da região da superfície do meio óptico, que está em contato com a primeira região da superfície da substância,

[00236] - medir a temperatura ou mudança de temperatura e/ou uma mudança de pressão, na primeira região da superfície do corpo de medição por meio de um método óptico,

[00237] - analisar a substância usando o aumento de temperatura detectado em função do comprimento de onda do feixe de luz excitação. Este processo pode ser realizado durante uma medição para diferentes frequências de modulação e os resultados para diferentes frequências de modulação podem ser combinados.

[00238] 4) Método de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o feixe de luz de detecção é gerado pela mesma fonte de luz que produz o feixe de luz de excitação.

[00239] 5) Método de acordo com o aspecto 1, ou qualquer um dos outros anteriores ou a seguir, caracterizado pelo fato de que o feixe de luz de excitação é um feixe de luz de excitação modulada de intensidade, especialmente o feixe de luz de excitação pulsada, especialmente na faixa espectral do infravermelho, em que a taxa de modulação é especialmente entre 1 Hz e 10 kHz, preferivelmente entre 10Hz e 3000Hz.

[00240] 6) Método de acordo com o aspecto 1 ou qualquer um dos outros anteriores ou a seguir, caracterizado pelo fato de que a luz do(s) feixe(s) de luz de excitação é/são gerados simultaneamente ou sequencialmente ou parcialmente simultaneamente e parcialmente sequencialmente, por meio de um arranjo integrado tendo uma pluralidade de lasers individuais, especialmente uma matriz laser.

[00241] 7) Método de acordo com o aspecto 1, ou qualquer um dos outros anteriores ou a seguir, caracterizado pelo fato de que, a partir dos sinais de resposta obtidos em diferentes frequências de modulação do feixe de luz de excitação, é determinada uma distribuição de intensidade dos sinais de resposta em função da profundidade abaixo da superfície em que os sinais de resposta são gerados.

[00242] 8) Método de acordo com o aspecto 1 ou qualquer um dos outros anteriores ou seguintes, caracterizado pelo fato de que na posição de fase dos sinais de resposta, ou seja, a ou a característica de temperatura e/ou pressão na substância a ser analisada, medida pela intensidade característica da luz de detecção em relação à fase do feixe de luz de excitação modulada em uma ou diferentes frequências de modulação do feixe de luz excitação, uma distribuição de intensidade dos sinais de resposta, é determinada em função da profundidade abaixo da superfície em que os sinais de resposta são gerados.

[00243] 9) Método de acordo com o aspecto 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que para determinar a distribuição de intensidade dos sinais de resposta em função da profundidade abaixo da superfície, os resultados de medição em diferentes frequências de modulação são ponderados e combinados entre si.

[00244] 10) Método de acordo com o aspecto 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que uma densidade de substância, que absorve o feixe de luz de excitação em faixas específicas de comprimento de onda, em uma profundidade específica ou em uma faixa de profundidade, é determinada a partir da distribuição de intensidade sobre a profundidade abaixo da superfície do corpo.

[00245] 11) Método de acordo com o aspecto 1 ou qualquer um dos outros que precedem ou seguem, caracterizado pelo fato de que imediatamente antes ou depois ou durante a detecção do sinal/sinal de resposta, pelo menos uma medição biométrica é realizada no corpo, na primeira região da superfície em que a análise da substância é realizada, ou diretamente adjacente a ela, especialmente uma medição de uma impressão digital, e o corpo, especialmente uma pessoa, é identificado e que especialmente valores de referência associados (valores de calibração) são atribuídos à detecção dos sinais de resposta pela identificação da pessoa.

[00246] A medição biométrica também pode incluir a medição de um espectro de sinais de resposta ao digitalizar quando da varredura por um espectro do feixe de luz de excitação. Por avaliação do espectro, pode-se determinar um perfil de substâncias presentes no corpo e sua proporção de quantidade ou densidade, o que pode permitir a identificação de uma pessoa.

[00247] 12) Aparelho para análise de uma substância, tendo um dispositivo para transmissão de um ou mais feixes de luz de excitação, cada um dos quais possui um comprimento de onda de excitação, em um volume localizado na substância abaixo de uma primeira região de sua superfície, com um dispositivo para modular um feixe de luz de excitação que é formado por um dispositivo modulador da fonte de radiação, especialmente o controle deste, um dispositivo de interferência, um dispositivo modulador de fase ou polarização e/ou pelo menos um espelho controlado disposto no caminho do feixe, e/ou uma camada que pode ser controlada em relação à sua transparência e disposta no caminho do feixe, e ter um dispositivo de detecção para detectar um sinal de resposta dependente do tempo, em função do comprimento de onda da luz de excitação e da modulação de intensidade da luz de excitação e ter um dispositivo para analisar a substância usando os sinais de resposta detectados.

[00248] 13) Aparelho de acordo com o aspecto 16, tendo um dispositivo para determinar sinais de resposta separadamente, de acordo com diferentes frequências de modulação de intensidade e/ou tendo um dispositivo para determinar sinais de resposta em função da compensação de fase do respectivo sinal de resposta relativo à fase de modulação do feixe de luz de excitação, especialmente em função da frequência de modulação do feixe de luz excitação.

[00249] 14) Aparelho para analisar uma substância definida em 12 ou 13, tendo um meio óptico / corpo de medição para fazer o contato entre a superfície do meio óptico (por exemplo, a assim chamada superfície de medição) e uma primeira região da superfície da substância, e tendo um dispositivo para emitir um feixe de luz excitação com um ou mais comprimentos de onda de excitação, para dentro de um volume na substância abaixo da primeira região da superfície, especialmente através da região da superfície do meio óptico (a superfície de medição) que está em contato com a superfície da substância, e tendo um dispositivo para medir sinais de resposta na forma de mudanças de temperatura e/ou pressão na região dentro do corpo de medição nas proximidades da superfície de medição (usando um dispositivo de detecção) , que está em contato com a primeira região da superfície da substância, por meio de um método óptico, que faz uso de um feixe de luz de detecção, e tendo um dispositivo para analisar a substância usando os sinais de resposta detectados na forma de mudanças de temperatura/pressão em função do comprimento de onda do feixe de luz de excitação e da modulação de intensidade do feixe de luz de excitação, especialmente a frequência de modulação do feixe de luz de excitação.

[00250] 15) Aparelho de acordo com o aspecto 18, caracterizado pelo fato de que a fonte de luz de excitação e/ou a fonte de luz de detecção está direta, mecânica e firmemente conectada ao corpo de medição.

[00251] A fonte de luz de excitação e/ou a fonte de luz de detecção podem, cada uma, ser diretamente acoplada a uma fibra óptica de uma primeira ou segunda estrutura de fibra óptica, que é provida dentro ou em cima do corpo de medição e pode ser integrada nele. A fonte de luz de excitação e/ou a fonte de luz de detecção também poder conectada a uma primeira ou segunda estrutura de fibra óptica do tipo acima, por meio de um cabo de fibra óptica em cada caso.

[00252] 16) Aparelho de acordo com o aspecto 18, 19 ou 20, caracterizado pelo fato de que o corpo de medição carrega diretamente uma lente modeladora de feixe e/ou que uma lente modeladora de feixe é integrada ao corpo de medição.

[00253] 17) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos 12 a 16, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende uma carcaça vestível, que pode ser anexada ao corpo de uma pessoa, sendo que o dispositivo para emitir um ou mais feixes de luz excitação e o dispositivo de detecção para detectar um sinal de resposta dependente do tempo, são arranjados e configurados de tal forma que, em operação, quando o dispositivo é usado no corpo , a substância a ser analisada é medida na lateral da carcaça voltada para longe do corpo, especialmente, que a superfície de medição do corpo de medição está localizada no lado voltado para longe do corpo.

[00254] 18) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos 12 a 16, caracterizado pelo fato de que o aparelho possui uma carcaça vestível que pode ser anexada ao corpo de uma pessoa e que a carcaça do dispositivo tem uma janela transparente ao feixe de excitação no seu lado voltado para longe do corpo, na posição de uso pretendida.

[00255] A janela pode ser localizada diretamente em frente ao corpo de medição. A janela pode ser uma única abertura na carcaça, a superfície da janela sendo formada pela superfície de medição ou a superfície de medição estando na abertura. A superfície de medição também pode estar atrás de uma camada que fecha a abertura da janela e está conectada à superfície de medição de tal forma que as ondas de temperatura e/ou pressão são transmitidas do lado de fora para a superfície de medição.

[00256] 19) Aparelho para analisar uma substância com um dispositivo de transmissão de excitação para gerar pelo menos um feixe de excitação eletromagnética, especialmente feixe de luz de excitação, com pelo menos um comprimento de onda de excitação, um dispositivo de detecção para detectar um sinal de resposta e um dispositivo para analisar a substância usando o sinal de resposta detectado.

[00257] 20) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores 12 a 19, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de transmissão de excitação contém um laser de sonda ou um LED, por exemplo, um LED NIR (infravermelho próximo).

[00258] 21) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores 12 a 20, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de transmissão de excitação tem um laser de sonda, que tem um diâmetro de feixe menor do que um laser de bomba adicional, que forma o laser para gerar o feixe de excitação.

[00259] 22) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores 12 a 21, caracterizado pelo fato de o aparelho é projetado para ser permanentemente vestível por uma pessoa no corpo, em uma configuração, por meio de um dispositivo de retenção conectado à carcaça, tal como um cinto, uma tira ou uma corrente ou um fecho, e/ou o dispositivo de detecção tem uma superfície de detecção que também serve como uma superfície de exibição para informações como medições, horários do dia e/ou informações textuais.

[00260] A superfície de detecção pode ser idêntica à superfície de medição ou formar sua extensão/continuação.

[00261] 23) Aparelho de acordo com o aspecto anterior 22, caracterizado pelo fato de que o aparelho possui uma película removível na região da superfície de detecção / superfície de medição, preferivelmente próxima à superfície de detecção / superfície de medição, para pré-tratamento da superfície da substância e garantia de uma superfície limpa e/ou, em uma configuração no caso de medição de glicose, especificamente para limpeza da pele.

[00262] 24) Aparelho de acordo com os aspectos anteriores 12 a 23, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de detecção está configurado para leitura e reconhecimento de impressões digitais para recuperar valores / calibrações específicas de uma pessoa e/ou que tem um dispositivo para detectar a posição de um dedo, preferivelmente para detectar e determinar um movimento indesejado durante a medição.

[00263] 25) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores 12 a 24, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de detecção possui um display de resultado, preferivelmente implementado com codificação de cores, como um display analógico, em uma configuração da invenção incluindo indicação de erro (por exemplo: "100mg/dl mais /menos 5mg/dl"), acusticamente e/ou com uma exibição resultante de valores de medição em etapas maiores do que a precisão de medição do dispositivo permite (por exemplo, usando uma exibição de luz de tráfego multicolorida). Isso significa que o usuário não é informado de pequenas flutuações, o que poderia incomodá-lo.

[00264] 26) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores 12 a 25, caracterizado pelo faro de que o aparelho compreende interfaces de dados para a troca de dados medidos e para recuperar dados de calibração ou identificação ou outros dados de outros dispositivos ou sistemas de nuvem, por exemplo, interfaces com fio ou sem fio (interfaces do infravermelho, leves ou de rádio), onde o aparelho é preferivelmente configurado para garantir que a transmissão de dados possa ser criptografada , em particular criptografada por impressão digital ou outros dados biométricos do usuário.

[00265] 27) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores 12 a 26, caracterizado pelo fato de que o aparelho está configurado tal que uma proposta de dose de insulina a ser dada à pessoa, ou substâncias/alimentos, incluindo a quantidade a ser consumida, possa ser determinada pelo aparelho (por exemplo, fator de correção de insulina) e/ou que o peso corporal, a gordura corporal pode ser medida e/ou inserida manualmente ou transferida de outros dispositivos para o aparelho ao mesmo tempo.

[00266] 28) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores 12 a 27, caracterizado pelo fato de que para aumentar a precisão de medição, o aparelho é configurado para determinar parâmetros adicionais, em uma modalidade da invenção, por meio de sensores para determinar a temperatura da pele, difusividade / condutividade / nível de umidade da pele, ou para medir a polarização da luz (excluindo água / suor na superfície do dedo).

[00267] A água e o suor na superfície da pele de uma pessoa, que podem afetar a medição da glicose, podem ser detectados por uma excitação de teste com uma radiação de excitação, por meio do dispositivo de transmissão de excitação com as bandas específicas da água a 1640 cm-1 (6,1μm) e 690 cm-1 (15μm) e levado em conta em uma análise subsequente da medida. Alternativamente, a condutividade elétrica da substância pode ser medida perto ou diretamente no local de medição, usando uma pluralidade de eletrodos, para determinar o nível de umidade. Uma mensagem de erro e uma instrução de secagem podem então ser emitidas ou a presença de umidade pode ser levada em conta em uma avaliação subsequente de uma medição.

[00268] 29) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores 12 a 28, caracterizado pelo fato de que o aparelho possui um dispositivo de cobertura ou bloqueio no caminho do feixe do laser bombeado e/ou de medição. Isso pode garantir a segurança ocular obrigatória dos seres humanos.

[00269] 30) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores 12 a 29, caracterizado pelo fato de que o aparelho possui uma superfície de detecção /superfície de medição substituível.

[00270] 31) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores 12 a 30, caracterizado pelo fato de que o aparelho tem um cristal corrugado localmente, como um corpo de medição ou um cristal provido com sulcos paralelos, ou depressões ou elevações distribuídas, ou é áspero como um corpo de medição, o que permite um melhor ajuste da amostra (por exemplo, o dedo). O ponto de medição no qual a superfície da substância a ser analisada é preferivelmente projetado sem ranhuras e liso.

[00271] 32) Aparelho de acordo com qualquer um dos aspectos anteriores 12 a 31, caracterizado pelo fato de que o aparelho mede não apenas em um ponto, mas em um padrão de grade. Isso pode ser realizado deslocando a bomba, ou o laser da sonda, ou a unidade de detecção, em relação à superfície da pele de um sujeito, ou por uma deflexão variável do feixe de excitação entre duas medidas.

[00272] Além disso, os seguintes aspectos da invenção também devem ser citados:

[00273] 33) Aparelho para análise de uma substância, especialmente também de acordo com qualquer um dos aspectos 12 a 32, tendo

[00274] um dispositivo de transmissão de excitação / dispositivo laser para gerar pelo menos um feixe de excitação eletromagnética, especialmente o feixe de luz de excitação, com pelo menos um comprimento de onda de excitação,

[00275] um dispositivo de detecção para detectar um sinal de resposta e

[00276] um dispositivo para análise da substância usando o sinal de resposta detectado.

[00277] O sinal de resposta dependente do tempo pode tomar a forma do aumento de temperatura ou pressão no corpo de medição, bem como qualquer variável medida que detecte o mesmo, por exemplo, a mudança de intensidade da luz de detecção que passa por um material com um índice de refração dependente da temperatura ou da pressão.

[00278] 34) Método para análise de uma substância, no qual no método utilizando um dispositivo de transmissão de excitação / dispositivo laser, pelo menos um feixe de excitação eletromagnética com um ou mais comprimentos de onda excitação, é gerado e transmitido para dentro da substância pelo menos parcialmente em operação simultânea ou consecutiva de uma pluralidade de emissores laser de uma fonte de luz laser; um sinal de resposta é detectado com um dispositivo de detecção, e a substância é analisada com base na resposta detectada pelo sinal.

[00279] 35) Método de acordo com o aspecto 34, caracterizado pelo fato de que, utilizando diferentes frequências de modulação do dispositivo de transmissão de excitação, os sinais de resposta, especialmente as formas de onda de sinal de resposta temporal, são sucessivamente determinados e que uma pluralidade de formas de ondas de sinal de resposta, em diferentes frequências de modulação, são combinadas entre si e que, a partir disso, informações específicas a uma faixa de profundidade abaixo da superfície da substância são obtidas.

[00280] 36) Método de acordo com o aspecto 35, caracterizado pelo fato de que formas de onda de sinal de resposta, em diferentes frequências de modulação, são determinados para diferentes comprimentos de onda do feixe de excitação e, especialmente, a partir dessas informações específicas, a uma faixa de profundidade abaixo da superfície da substância é obtida.

[00281] 37) Método de acordo com o aspecto 36, caracterizado pelo fato de que, ao utilizar múltiplas frequências de modulação do feixe de excitação ao mesmo tempo, o sinal de resposta detectado é separado de acordo com suas frequências, por meio de um método de análise, preferivelmente uma transformada de Fourier e apenas um sinal parcial de cada vez é filtrado, medido e analisado, que corresponde a uma frequência a ser processada.

[00282] Dessa forma, uma pluralidade de sinais em diferentes frequências de modulação pode ser analisada sucessivamente e os resultados de diferentes frequências de modulação podem ser combinados entre si para obter informações de profundidade sobre os sinais, ou para eliminar sinais vindos da superfície da substância.

[00283] 38) Método de acordo com qualquer um dos aspectos precedentes 34 a 37, em que, em função de uma concentração da substância determinada na substância, um dispositivo de dosagem é ativado para liberar outra substância na substância, especialmente no corpo de um paciente, e/ou um sinal acústico e/ou óptico é emitido, e/ou um sinal é emitido a um dispositivo de processamento através de um link de rádio e/ou que uma ou mais combinações de alimentos ou alimentos sejam atribuídos à concentração de substâncias medidas, por meio de um banco de dados e saída como informação nutricional, especialmente como recomendação nutricional.

[00284] Adicionalmente a ou em combinação com tal recomendação, uma indicação de quantidade também pode ser dada para os alimentos ou combinações de alimentos. Combinações de alimentos também se destinam a significar porções de alimentos preparados.

[00285] Todas as características e medidas do feixe de excitação, sua orientação óptica e modulação, que são mencionadas nos aspectos em conexão com qualquer método de medição dado, especialmente em relação a um feixe de luz de medição e à detecção de sua deflexão, bem como as características da estrutura mecânica e da ajustabilidade,

as características da carcaça e a comunicação com dispositivos externos, bancos de dados e dispositivos conectados, também podem ser aplicadas ao método de detecção, como reivindicado nas reivindicações de patente do presente pedido, ou seja, usando um efeito interferométrico para detectar a onda de pressão e/ou térmica emitida da substância em um corpo de medição como uma resposta de sinal.

[00286] Em princípio, podem ser utilizados valores de uma mudança de fase do sinal de resposta determinado para a criação de perfis de profundidade em resposta a uma modulação periódica do feixe de excitação. (As fases de aquecimento / resfriamento da superfície da substância devem ser avaliadas com mais precisão em relação às suas características).

[00287] O aparelho descrito pode estar conectado a um fornecimento de tiras adesivas para a remoção de camadas mortas da pele, a fim de permitir a melhor medição possível, sem interferências, em um corpo humano, bem como “patches” ou outras formas farmacêuticas de um meio de acoplamento, especialmente um gel ou uma pasta condutiva térmica, que pode ser regularmente aplicada ao meio óptico. O meio óptico pode ser dado intercambiável à montagem e calibração adequadas das peças restantes.

[00288] A aquisição de dados (DAQ) e os amplificadores de travamento na avaliação podem ser combinados em um dispositivo e todo o processo de avaliação pode ser digitalizado. O amplificador de travamento está conectado ao dispositivo de detecção e seleciona os sinais que estão em uma relação de fase com a modulação do feixe de excitação. Para isso, o amplificador de travamento está conectado, por exemplo, ao dispositivo de controle para o dispositivo laser que gera o feixe de excitação e/ou ao dispositivo de modulação para o feixe de excitação.

[00289] A medição também pode ser realizada com o aparelho, em uma superfície de substância que é movida em relação a ela, de modo que durante uma medição de grade, uma fonte de luz de excitação e/ou uma fonte de luz de medição viaja sobre a pele em um padrão de grade durante a medição, compensando ou eliminando irregularidades da pele.

[00290] Uma configuração adicional e explicação da invenção, de acordo com qualquer uma das reivindicações de patente, é apresentada no seguinte conceito. Detalhes desse conceito também podem ser combinados com configurações dos pedidos de patente na forma em que foram arquivados. Além disso, esse conceito, seja tomado isoladamente, combinado com os aspectos acima ou com o tema das reivindicações, constitui pelo menos uma invenção independente. O requerente reserva-se o direito de fazer desta invenção ou invenções o tema das reivindicações posteriormente. Isso pode ocorrer no âmbito deste pedido ou no contexto de subseções subsequentes ou pedidos de acompanhamento que reivindicam prioridade deste pedido.

[00291] O seguinte conceito para medição não invasiva de açúcar no sangue, determinando a glicose na pele por estimulação por lasers quânticos em cascata e medindo a onda térmica devido ao calor radiante, também deve ser incluído na invenção e pode ser combinado com os objetos das reivindicações ou acompanhados independentemente em um sub-pedido:

[00292] Descreve-se um método que permite determinar a concentração de glicose ou qualquer outra substância no fluido intersticial (ISF) na pele. A glicose no ISF é representativa da glicose no sangue e segue-a rapidamente quando ocorrem alterações. O método consiste em pelo menos etapas individuais ou grupos das seguintes etapas ou da sequência geral:

[00293] 1. O ponto na pele (neste caso, a primeira região da superfície da substância) é irradiado com um feixe focado de um laser em cascata quântica, que também pode ser refletido em um espelho ou espelho côncavo, e que é incremental ou continuamente sintonizado sobre uma faixa do infravermelho específica, na qual a radiação é absorvida especificamente. Em vez do laser em cascata quântica, uma matriz laser com uma pluralidade de lasers irradiando com comprimentos de onda únicos também pode ser usada. A faixa espectral (ou os comprimentos de onda individuais, tipicamente 5 ou mais comprimentos de onda) pode ser localizada entre aproximadamente 900 e aproximadamente 1300 cm-1, em que a glicose tem uma impressão digital de absorção, ou seja, linhas de absorção típicas e representativas.

[00294] 2. O feixe de excitação é usado em um modo contínuo (laser CW), ou pulsado ou modulado com uma alta taxa de repetição de pulso. Além disso, o feixe de excitação é modulado em baixa frequência, especialmente na faixa de frequência entre 10 e 1000 Hz. A modulação de baixa frequência pode ser desempenhada com diferentes funções periódicas, em diferentes modalidades com uma onda sinusoide, uma onda quadrada ou onda de dente-de-serra ou similar. Uma forma retangular é a mais vantajosa de acordo com a característica de emissão de um QCL.

[00295] 3. Na irradiação da pele, a radiação IR penetra na pele a uma profundidade de cerca de 50-100μm e - dependendo do comprimento de onda - excita vibrações específicas na molécula de glicose. Essas excitações do nível de vibração v0 para v1 retornam ao estado base em um tempo muito curto; durante esta etapa o calor é liberado.

[00296] 4. Como resultado do desenvolvimento do calor de acordo com (3), desenvolve-se uma onda térmica que se propaga isotropicamente do local da absorção. Dependendo do comprimento de difusão térmica, determinado pela modulação de baixa frequência descrita em (2), a onda térmica atinge a superfície da pele periodicamente na frequência de modulação.

[00297] 5. O aparecimento periódico da onda térmica na superfície corresponde a uma modulação periódica da radiação térmica característica da pele (superfície da substância amostral). A pele pode ser descrita aqui aproximadamente como um radiador de corpo negro, a emissão total da qual, pela lei de Stefan-Boltzmann, é proporcional à quarta potência da temperatura da superfície. Com a técnica de medição descrita neste documento, o foco da medição é colocado na medição da condução do calor.

[00298] 6. Um dispositivo de detecção de acordo com qualquer uma das reivindicações de patente deste pedido é usado para detectar o efeito de uma onda térmica e/ou de pressão, que chega ao dispositivo de detecção, no índice de refração de um dispositivo de fibra óptica, especialmente um dispositivo interferométrico.

[00299] 7. No processamento dos sinais de resposta, a frequência de modulação pode ser levada em conta especificamente, para que efeito do sinal de resposta possa ser processado em um amplificador de travamento. Analisando a fase de deslocamento entre o sinal de excitação e o sinal de radiação térmica (sinal de resposta), por meio de um dispositivo de controle e processamento, as informações de profundidade podem ser obtidas via profundidade abaixo da superfície da substância, da qual os sinais de resposta são recebidos predominantemente.

[00300] 8. As informações de profundidade também podem ser obtidas selecionando e analisando diferentes frequências de modulação de baixa frequência para o feixe de excitação, como descrito em (2) e combinando os resultados para diferentes frequências de modulação (em que os resultados para diferentes frequências de modulação também podem ser ponderados de forma diferente). Métodos diferenciais, uma formação de quociente a partir de pelo menos dois sinais de resposta em cada caso (por exemplo, para um único comprimento de onda e, em seguida, passando por comprimentos de onda através do espectro medido) ou outros métodos de determinação, podem ser usados para compensar a absorção das camadas superiores da pele.

[00301] 9. A partir do sinal de calor medido de acordo com (6-8), que depende do comprimento de onda de excitação, em uma configuração da invenção, onde a glicose deve ser detectada, o fundo é, portanto, determinado inicialmente em comprimentos de onda não relevantes para a glicose (ou excluindo os comprimentos de onda relevantes para a glicose) do feixe de excitação, e, em seguida, em (ou incluindo) comprimentos de onda relevantes para a glicose a diferença em relação ao sinal de fundo. Isso resulta na concentração de glicose na camada de pele ou camadas da pele, que é determinada pela fase selecionada compensada de acordo com (7) ou as diferentes frequências de modulação de acordo com (8) ou sua combinação.

[00302] Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita com mais detalhes por meio de configurações de exemplos preferidas, a invenção não se restringe aos exemplos divulgados e outras variações podem ser derivadas por parte da pessoa habilitada na arte, sem se afastar do escopo de proteção da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para analisar uma substância, caracterizado pelo fato de que compreende: - um corpo de medição (1, 1a) que tem uma superfície de medição (2) e deve ser pelo menos parcialmente acoplado à substância (3) na área da superfície de medição para medição, especialmente, diretamente ou por meio de um meio, especialmente um fluido, ou deve ser colocado em contato com ele diretamente ou então por meio de um meio, - uma fonte de radiação de excitação capaz de gerar luz ou um feixe de excitação de diferentes comprimentos de onda, especialmente um dispositivo laser (4), especialmente com um laser em cascata quântica (QCL), um QCL sintonizável e/ou com uma matriz laser, de preferência uma matriz de QCLs, para gerar um ou mais feixes de excitação (10) com diferentes comprimentos de onda, de preferência na faixa espectral do infravermelho ou infravermelho médio, que é direcionada para a substância (3), quando o corpo de medição (1, 1a) é acoplado e/ou está em contato com a substância (3) na região da superfície de medição (2), e - um dispositivo de detecção (5, 6, 7), que é pelo menos parcialmente integrado ao corpo de medição (1, 1a) ou conectado a ele, compreendendo o seguinte: • uma fonte (5) para a luz de detecção, preferencialmente luz de detecção coerente (11), e • uma primeira estrutura de fibra óptica (6), que pode ser conectada ou está conectada à fonte para a luz de detecção e que guia a luz de detecção, cujo índice de refração, pelo menos em algumas seções, depende da temperatura e/ou da pressão, sendo que a primeira estrutura de fibra óptica tem pelo menos uma seção (9) na qual a intensidade da luz depende de uma mudança de fase da luz de detecção em pelo menos uma parte da primeira estrutura de fibra óptica (6) por uma mudança de temperatura ou pressão.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma seção de uma projeção da primeira estrutura de fibra óptica (6) na direção da superfície normal da superfície de medição (2) é sobreposta a dita superfície de medição (2).

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um dispositivo de modulação (8) é provido para modular a intensidade do feixe de excitação (10).

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado por um dispositivo de medição (7) para a detecção direta ou indireta da intensidade da luz na primeira estrutura fibra óptica (6), especialmente em uma seção (9) na qual a intensidade da luz depende de uma mudança de fase da luz de detecção em pelo menos uma parte da primeira fibra óptica, devido a uma mudança de temperatura ou pressão.

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de detecção compreende um dispositivo interferométrico, especialmente um interferômetro (12) e/ou um elemento de ressonância de fibra óptica, especialmente um anel de ressonância (13) ou uma placa de ressonância.

6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a primeira estrutura de fibra óptica (6), especialmente um dispositivo interferométrico da primeira estrutura de fibra óptica, compreende pelo menos um guia de fibra óptica (14), que está conectado ao corpo de medição (1), em pelo menos algumas seções.

7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que uma fibra óptica (15,

16) da primeira estrutura de fibra óptica (6), especialmente de um dispositivo interferométrico da primeira estrutura de fibra óptica, é integrada em um substrato (1a) do corpo de medição ou está conectada a um substrato; a primeira estrutura de fibra óptica (6) tendo pelo menos uma fibra óptica de silício, que está conectada a um substrato isolante ou está integrada em um substrato isolante, e especialmente a fibra óptica de silício também sendo, pelo menos parcialmente, coberta por um isolante, em particular SiO2.

8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o feixe de excitação (10), especialmente na região da superfície de medição do corpo de medição ou uma região adjacente à superfície de medição (2), passa pelo material do corpo de medição (1, 1a) ou uma região adjacente à superfície de medição, sendo que o corpo de medição ou a região penetrada pelo feixe de excitação (10) é transparente ao feixe de excitação.

9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o feixe de excitação (10) é guiado dentro do corpo de medição (1, 1a) ou ao longo do corpo de medição, por meio de uma segunda estrutura de fibra óptica (17).

10. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o feixe de excitação (10) entre o dispositivo laser (4) e a substância (3) a ser analisada passa por uma abertura contínua (18) do corpo de medição (1, 1a), sendo que a abertura termina especialmente a uma distância em frente à superfície de medição, ou penetra na superfície de medição (2), ou está disposta em uma região que é diretamente adjacente à superfície de medição e/ou adjunta à ela.

11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o corpo de medição (1, 1a) é formado como um corpo plano, especialmente como um corpo plano-paralelo, na forma de uma placa, em que especialmente a espessura do corpo de medição, na direção perpendicular à superfície de medição (2), é inferior a 50% da menor extensão do corpo de medição, em uma direção se estendendo na superfície de medição, especialmente, inferior a 25% , mais especialmente inferior a 10 %.

12. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o corpo de medição (1, 1a) compreende ou carrega um dispositivo de espelho (19), para refletir o feixe de excitação (10) irradiado pelo dispositivo laser (4) sobre a superfície de medição (2).

13. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o feixe de excitação (10) é orientado no corpo de medição (1, 1a) paralelo à superfície de medição (2) ou em um ângulo inferior a 30 graus, especialmente menos de 20 graus, mais especialmente menos de 10 graus ou menos de 5 graus, para a superfície de medição, e que o feixe de excitação é desviado ou defletido para a superfície de medição , sendo que o feixe de excitação, especialmente passa pela superfície de medição ou uma continuação imaginária da superfície de medição, na região de uma abertura contínua (18), no corpo de medição.

14. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que no corpo de medição (1, 1a), atrás e/ou próximo ao dispositivo de detecção (5, 6, 7) visualizado a partir da superfície de medição (2), especialmente atrás e/ou ao lado da primeira estrutura de fibra óptica (6), especialmente adjacente a e em contato térmico com a última, pelo menos um dissipador de calor (20) é disposto na forma de um corpo ou material sólido, sendo que, especialmente, a capacidade térmica específica e/ou a condutividade térmica específica do corpo ou o material do dissipador de calor é maior do que a capacidade térmica específica e/ou condutividade térmica do material do dispositivo de detecção (5, 6, 7) e/ou da primeira estrutura de fibra óptica e/ou do substrato (1a) da primeira estrutura fibra óptica (6) e/ou dos outros materiais que compreendem o corpo de medição (1, 1a), e/ou que uma barreira (30, 40, 41) é provida no corpo de medição (1, 1a), que pelo menos protege parcialmente uma parte do dispositivo de detecção, especialmente uma parte da primeira estrutura de fibra óptica (6), mais especialmente um braço de referência de um interferômetro, a partir do efeito da onda térmica e/ou de pressão, e/ou que a primeira estrutura de fibra óptica (6) do dispositivo de detecção, compreende pelo menos duas seções de medição (15a, 16a), dispostas especialmente em diferentes braços de um interferômetro e no qual o índice de refração muda em função de mudanças de pressão e/ou temperatura, em particular de uma pressão e/ou onda térmica, de modo que ocorra uma mudança de fase na luz de detecção, que passa pelas seções de medição seguida de uma mudança de intensidade resultante na luz de detecção em uma seção adicional como função de mudanças de pressão e/ou temperatura, as duas seções de medição sendo dispostas no corpo de medição de tal forma que elas são passadas por uma onda de pressão e/ou térmica, que se propaga através do corpo de medição a partir da superfície de medição (2), especialmente da região da superfície de medição na qual o feixe de excitação penetra, um após o outro, especialmente em intervalos de tempo deslocados temporalmente, relativos uns aos outros ou com um atraso de tempo.

15. Sensor, especialmente para um dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende um corpo de medição (1, 1a), que tem uma superfície de medição (2) e deve ser pelo menos parcialmente acoplado com, especialmente trazida em contato com, uma substância (3), na região da superfície de medição para medir uma onda de temperatura e/ou de pressão, e com um dispositivo de detecção (5, 6, 7), que é, pelo menos parcialmente, integrado ou conectado ao corpo de medição (1, 1a), compreendendo o seguinte: • uma fonte (5) para luz de detecção coerente (11), bem como • uma primeira estrutura de fibra óptica (6), que pode ser conectada ou está conectada à fonte para a luz de detecção e que guia a luz de detecção, cujo índice de refração, pelo menos em seções, depende da temperatura e/ou da pressão, • pelo menos uma seção (9), na qual a intensidade da luz depende de uma mudança de fase da luz de detecção em pelo menos uma parte da primeira estrutura de fibra óptica (6) por uma mudança de temperatura ou pressão, sendo que a primeira estrutura de fibra óptica apresenta um dispositivo interferométrico, especialmente um interferômetro (12) e/ou um anel de ressonância de fibra óptica (13) ou um outro elemento de ressonância de fibra óptica, e • um dispositivo de medição (7) para detectar a intensidade da luz dentro ou do dispositivo interferométrico.

16. Método para operar um dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um feixe de excitação modulada (10) é direcionado, especialmente através do corpo de medição, para a substância (3) a ser analisada, e sendo que um perfil temporal de intensidade de luz ou uma mudança de intensidade de luz periódica é detectado pelo dispositivo de detecção, sendo que estes são detectados para uma pluralidade de comprimentos de onda do feixe de excitação pela medição da mudança de intensidade da luz na primeira estrutura de fibra óptica ou pela medição da intensidade da luz emitida a partir da primeira estrutura de fibra óptica, e um espectro de absorção da substância a ser analisada é obtido a partir dos dados adquiridos.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que é realizado para diferentes frequências de modulação do feixe de excitação (10) e de que um espectro de absorção corrigido é determinado a partir da combinação de espectro de absorção obtido.