CN102778243A - 包括可移除感测模块的模块化传感器组件 - Google Patents

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Abstract

一种模块化传感器组件(10)，其中感测模块(14)可与信号处理模块(16)分开封装和提供，以及在某些应用中，当模块化传感器组件(10)被暴露于“脏的”或“有污染的”环境时，该模块化传感器组件(10)可促进除去和/或更换感测模块(14)，而不需要除去和/或更换整个传感器组件(10)。在特定的应用中，感测模块(14)可包括至少一个换能器或传感器(18)和包含一组调节系数的本地存储器(30)。所述感测模块(14)可被可移除地耦合到信号处理模块(16)，在一些情况下，该信号处理模块(16)可被配置为下载存储在感测模块(14)的本地存储器(30)中的该组调节系数，并且使用该组调节系数来产生基本上线性化的输出信号。

Description

包括可移除感测模块的模块化传感器组件
技术领域
本公开一般地涉及传感器，并且更特别地，涉及模块化传感器组件。
背景技术
传感器通常被用来在包括例如医学应用、飞行控制应用、工业过程应用、燃烧控制应用、天气监测应用、以及许多其它应用的各种各样的应用中感测各种参数。在一些应用中，可能期望定期地或在其它时候更换传感器。特别是在这些应用中，这样的传感器的成本是重要的。
发明内容
本公开一般地涉及传感器，并且更特别地，涉及模块化传感器组件，其包括例如，包括换能器或传感器的可移除和/或可置换的感测模块。在一个说明性实施例中，模块化传感器组件包括信号处理模块和感测模块。信号处理模块可被配置为与终端用户设备连接，并可被配置为根据从感测模块接收的原始或部分调节的输出信号产生调节的(例如线性化的)传感器输出信号。在某些情况下，信号处理模块可包括信号调节块。
感测模块可被配置成产生原始或部分调节的输出信号，并可与信号处理模块分开封装。感测模块可通过有线(或无线)连接被电耦合到信号处理模块。在某些情况下，感测模块可被可移除地机械耦合到信号处理模块。例如，感测模块可包括形成连接器的第一部分的外壳，以及信号处理模块可包括形成连接器的第二互补部分的外壳。在某些情形下，连接器的第一部分可与连接器的第二互补部分相对接，以将感测模块的外壳可移除地机械耦合到信号处理模块的外壳。在某些情况下，这样的连接器还可包括两个或更多个的电互连，当连接器的第一部分与连接器的第二互补部分机械连接时，该两个或更多个的电互连可在感测模块与信号处理模块之间形成电连接。
在某些情形下，感测模块可包括用于感测物理参数的至少一个换能器或传感器，且在某些情况下，包括本地存储器，其被配置为保存特定于该至少一个换能器或传感器的一组校正系数。当如此提供时，信号调节模块的信号调节块可被配置成下载存储在感测模块的本地存储器中的一些或全部校正系数，并利用所下载的校正系数，来根据原始或部分调节的输出信号来产生调节的输出信号。使用后，感测模块可与该信号处理模块机械地断开、电学上断开或两者，以便更换或除去。
提供上述概要来促进对本公开的一些特征的理解，并非意在作为完整的描述。可通过将全部说明书、权利要求、附图和摘要作为整体来获得对本公开的完整理解。
附图说明
可通过结合附图考虑本公开的各种说明性实施例的下列描述来更全面地理解本公开，其中：
图1是耦合到终端用户设备的说明性模块化传感器组件的示意性框图；
图2A-2D是说明性感测模块的示意性框图；
图3是用于测量流过流体通道的流体的流率的说明热流传感器组件的示意图；
图4是用于测量流过流体通道的流体的流率的说明热流传感器组件的示意图；
图5和图6A-6B是说明性信号处理模块的示意性框图；以及
图7是使用模块化传感器组件的说明性方法的流程图。
尽管本公开服从各种修改和替代形式，其细节已经借助附图中的示例而被示出，并将被详细描述。然而，应该理解的是，不意在将本公开限于此处描述的特定说明性实施例。相反地，意在覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等价和替代。
具体实施方式
应当参照附图来阅读以下的描述，在附图中遍及若干视图，相同的参考数字表示相同的元件。描述和附图示出了打算说明所要求保护的公开的若干示例。
仅出于说明性的目的，已经参照一些相关的术语来描述本发明，例如，相关术语包括：左、右、顶部、底部、前、后，上部、下部、上、和下，以及其它。要理解的是，这些术语仅出于说明性的目的而被使用，而不打算以任何方式进行限制。
而且，尽管未如此限制，如根据各种说明性示例所在此描述的，模块化传感器组件可特别地适合于传感器可能被暴露于“脏的”或“受污染的”环境的那些应用，以及在使用后需要将传感器消毒或除去的那些应用，诸如某些医疗应用。如在此所描述的，模块化传感器组件可提供一种模块化组件，其中感测模块可与信号处理模块分开封装和提供，这可以促进在该感测模块暴露于“脏的”或“受污染的”环境之后，除去和/或更换该感测模块，而无需除去和/或更换整个组件。
图1是耦合到终端用户设备12的所示出的说明性模块化传感器组件10的示意性框图。该模块化传感器组件10可测量流体流率和/或感测另一个物理参数，例如压力、温度、湿度等等。在医疗应用中，示例性终端用户设备可包括但不限于，呼吸器、通气机、肺活量计、氧浓缩器、光谱测定应用、睡眠呼吸暂停机、雾化器、麻醉给药机、以及其它医疗应用。对于说明性模块化传感器组件10的附加的示例性应用可包括但不限于，飞行控制应用、工业应用(例如，空气与燃料比率、光谱测定、燃料电池、气体泄漏检测、气量表、HVAC应用)、气相色谱分析应用、燃烧控制应用、天气监测应用、以及任何其它合适的应用。
在图1中所描绘的说明性实施例中，模块化传感器组件10包括可移除地耦合到信号处理模块16的感测模块14。在许多实施例中，感测模块14可被包裹和封装在与信号处理模块16的外壳相分离的外壳中。此外，在一些实施例中，感测模块14可被可移除地耦合到信号处理模块16，使得感测模块14可在使用后被移除和/或除掉。在其它实施例中，感测模块14可通过无线通信链路与信号处理模块16进行无线通信，使得感测模块14可与信号处理模块16分开地和/或远程地定位。
图2A-2D是按照各种说明性实施例的感测模块14A-14D的示意性框图。如在图2A-2D中所说明的，根据如在此所描述的各种说明性实施例，感测模块14A-14D中的每个感测模块都包括至少一个换能器或传感器18。换能器是感测物理参数但不被补偿的“元件”，而传感器是完全或部分为一些其它变量参数被补偿的“元件”。换能器或传感器18可以是任何合适的换能器或传感器。示例性的传感器包括但不限于，流量传感器、压力传感器、湿度传感器、温度传感器、化学传感器、pH传感器等等。在一些应用中，如在此所描述的并根据各种说明性实施例，感测模块14A-14D可包括一个以上的换能器或传感器18。在利用了多个换能器和/或传感器18的实施例中，换能器和/或传感器18可以具有相同或不同的类型。包含不同类型的多个传感器的感测模块可被称为组合感测模块或“组合传感器”模块。例如，在特定的实施例中，感测模块可包括流量传感器和压力传感器，或流量传感器和温度传感器。
在特定的实施例中，换能器或传感器18可以是用于测量流过流体通道的流体流率的流量传感器，该流体通道包括流体入口和流体出口。取决于应用，该流体通道可以是主流量通道或是旁路流量通道。流量传感器可以能够感测在不同的流体流率下的流体流量，不同的流体流率可包括高容量流体流量、中容量流体流量或低容量流体流量。流量传感器可被暴露于和/或被置于与流体通道的流体窜槽(flow communication)中，以测量流体流量的一个或多个属性。例如，流量传感器可如所期望的使用一个或多个热传感器(例如，参见图3)、压力传感器、声学传感器、光学传感器、皮托管，和/或任何其它适合的传感器或传感器组合来测量流体流量的质量流量和/或速度。在一些应用中，流量传感器18可以是微桥或MicrobrickTM传感器组件(例如，参见图4)，其从本申请的受让人处可得，但这不是必需的。一些被认为适合于测量流体流量的质量流量和/或速度的说明性方法和传感器配置在以下美国专利中被公开：例如编号为4,478,076；4,478,077；4,501,144；4,581,928；4,651,564；4,683,159；5,050,429；6,169,965；6,223,593；6,234,016；6,502,459；7,278,309；7,513,149；以及7,647,842的美国专利。要想到的是，流量传感器如所期望的可以包括这些流量传感器配置和方法中的任意。然而，必须认识到的是，该流量传感器可以是任何合适的流量传感器。
图3和4是说明性传感器18A和18B的示意图，如在此所描述的，传感器18A和18B适于在感测模块14A-14D中使用。图3是用于测量流过流体通道112的流体流量114的流率的说明热流传感器18A的示意图。取决于应用，如在此所使用的术语“流体”可指的是气体流或液体流。在图3的说明性实施例中，流量传感器18A包括一个或多个加热元件，诸如加热元件116，以及用于感测流体通道112中的流体流量114的流率的一个或多个传感器元件118和120。如图3中所示，第一传感器元件118可位于加热元件116的上游，并且第二传感器元件120可位于加热元件116的下游。然而，这并非意在进行限定，并且要想到的是，在一些实施例中，流体通道112可以是双向流体通道，使得在某些情况下，第一传感器元件118在加热元件116的下游，且第二传感器元件120在加热元件116的上游。在某些情形下，可只提供一个传感器元件，以及在其它实施例中，可提供三个或更多个传感器元件。在某些情况下，传感器元件118和120两者均可位于加热元件116的上游(或下游)。
在某些情况下，第一传感器元件118和第二传感器元件120可以是具有相对大的正或负温度系数的热敏感电阻器，使得电阻随温度而变化。在一些情况下，第一和第二感测元件118和120可以是热敏电阻。在一些情形下，第一传感器元件118、第二传感器元件120、以及任何附加的传感器元件可以按惠斯通电桥的配置来被布置，但这并不是必需的。惠斯通电桥的输出可提供对所感测的流体属性的测量，且被认为是原始输出信号。在一些情况下，惠斯通电桥的输出可穿过前置放大器，且仍可以被认为是原始输出信号。通常，这样的原始输出信号跨越所感测的属性的整个感测范围上，特别在所有的操作条件上，将不是线性的。
在所示的例子中，当流体通道112中不存在流体流量并且加热元件116被加热到比流体流量114中流体的环境温度高的温度时，可在加热元件116周围以一般对称分布产生温度分布并将该温度分布传输到上游传感器元件118和下游传感器元件120。在该示例中，上游传感器元件118和下游传感器元件120可感测相同或相似的温度(例如在25％、10％、5％、1％、0.001％之内等等)。在一些情况下，这可在第一传感器元件118和第二传感器元件120中产生相同或相似的输出电压。
当非零流体流量114出现在流体通道112中并且加热元件116被加热到比流体流量114中流体的环境温度高的温度时，将干扰对称的温度分布，并且干扰量可与在流体通道112中流体流量114的流率相关。流体流量114的流率可使上游传感器元件118比下游传感器元件120感测相对更冷的温度。换句话说，流体流量114的流率可引起上游传感器元件118和下游传感器元件120之间的温度差，该温度差与流体通道112内流体流量114的流率相关。上游传感器元件118和下游传感器元件120之间的温度差可导致上游传感器元件118和下游传感器元件120之间的输出电压差。
在另一个说明性实施例中，流体流量114的质量流量和/或速度可通过在加热元件116中提供瞬时升温条件来确定，其转而引起流体流量114中的瞬时升温条件(例如，热脉冲)。当流体流量114中存在非零流率时，上游传感器元件118可比下游传感器元件120更晚接收瞬时响应。可接着通过使用上游传感器元件118与下游传感器元件120之间的时间延迟，或加热器被激发的时间与在由诸如下游传感器120的传感器之一感测到对应的升温条件(例如，热脉冲)时之间的时间延迟，来计算流体流量114的流率。
图4示出了用于测量流过流体通道112的流体流量114的流率的另一个说明热流传感器18B的示意图。在某些情况下，热流量传感器18B可以是图3中所示的流量传感器组件的表现。如图4中所示，流量传感器18B可以是用于测量流过流体通道112的流体流量114的流率的热流量传感器(例如，微桥流量传感器、热风速计传感器、基于MEMS的传感器，等等)。在说明性实施例中，流量传感器18B包括基板134，其限定了用于接收流经流体通道112的流体中的至少一些流体的传感器通道126。在一些实施例中，如所期望的，基板134可以是硅基板或其它的基板。层128可形成在基板之上或之中，其可支撑诸如加热元件122的一个或多个加热元件，以及诸如传感器元件121和124的用于感测通道126中流体流量114的流率的一个或多个传感器元件。如所说明的，可将层128制造为包括开口130和132，用于将传感器通道126流体地连接到流体通道112。在其它的实施方式中，一个或多个加热元件和多个传感器元件可直接置于流体通道112的壁上(或直接置于另一个基板上，该另一个基板直接置于流体通道112的壁上)，而没有附加的传感器通道126。当流体流量出现在流体通道112中时，至少一些流体流量114可流经开口130进入到传感器通道126中，跨越诸如加热元件122的一个或多个加热元件，以及诸如感测元件121和124的一个或多个传感器元件，并流经开口132回到流体通道112中。
现在返回参照图2A-2D，根据各种说明性实施例，感测模块14A-14D中的每个感测模块可包括被安装在传感器外壳22内或置于传感器外壳22内的至少一个换能器或传感器18。传感器外壳22促进了将换能器或一个或多个传感器18暴露于周围的物理环境。例如，在一些情形下，外壳22可限定用于将流体传递到一个或多个传感器18的流体入口端口24。取决于换能器或传感器18的配置，除了流体入口外，外壳22还可选择地限定流体出口25。传感器外壳22可由单个零件(例如，单个模制的零件)所形成，并且可选择地包括盖子(未示出)。根据设计考虑，外壳22和盖子可由复合材料所形成或可由塑料、陶瓷、金属或任何其它适合的材料以单块所模制。还要想到的是，外壳22可如所期望的通过注模来形成或通过任何其它合适的方法和材料来制成。在一些应用中，外壳22可包括用于在其上安装换能器或传感器18的印刷电路板或任何其它合适的基板。在某些情形下，可使用合适的粘合剂或任何其它合适的接合技术来将传感器外壳22附着到基板。
感测模块14A-14D中的每个感测模块可包括电互连26，该电互连26用于将感测模块14A-14D与信号处理模块16(图1和/或图5)或其它处理模块进行电对接，如将在下面更详细地描述的。在一些情况下，电互连26被配置成将感测模块14A-14D与信号处理模块16和/或终端用户设备进行电对接。例如，电互连26可促进将在耦合到至少一个换能器或传感器18的本地存储设备30(当提供时)内存储的数据传送到信号处理模块16，以及促进模块化传感器组件10输出信号的传送。在特定实施例中，电互连26可以同样能够将电力和/或其它必要的激励提供给感测模块14A、14B、14C、或14D。通过在感测模块14A-14D和信号处理模块16之间提供机械的(或无线的)接口，电互连26可使得可能将感测模块14A-14D可移除地机械耦合到信号处理模块16，使得感测模块14A-14D可被移除，以便除去和/或交换为新的或不同类型的感测模块。提供可移除地可耦合到信号处理模块16的感测模块14A-14D，可避免在使用之后除去信号处理模块16，并且因而可以向用户提供成本节约。
在特定实施例中，电互连26可被配置成与位于信号处理模块16上的对应的电互连56(例如参见图5)既电学地又机械地对接。电互连26可被配置成直接与位于信号处理模块16上的对应的电互连56(图5)机械对接，或可通过电线或电缆被耦合到位于信号处理模块16上的电互连56。在一些情况下，感测模块14A-14D上的电互连26可包含软件或编程代码，使得在与信号处理模块16耦合时被配置成“即插即用(plug-and-play)”。在一个例子中，感测模块14可包括形成连接器的第一部分26的外壳22，且信号处理模块16可包括形成连接器的第二互补部分56的外壳50。当如此提供时，连接器的第一部分26可与连接器的第二互补部分56相对接，从而将感测模块14A-14D的外壳22可移除地机械耦合到信号处理模块16的外壳50。在某些情况下，这种连接器还可包括两个或更多个电互连，当连接器的第一部分26被机械连接到连接器的第二互补部分56时，该两个或更多个电互连可在感测模块14A-14D与信号处理模块16之间形成电连接。适于感测模块14A-14D和信号处理模块16两者的示例性连接器，可类似于插头和插座连接器、8P8C连接器(以太网端口连接器)、D超小型(D-sub)连接器、USB连接器、带状连接器、微带状连接器或小型带状连接器等等。取决于所利用的连接器的类型，连接器可包括适于该连接器类型的对应的电缆类型。例如，如果电互连包括USB连接器，则它也可包括用于与位于信号处理模块16上的对应的USB连接器电对接的USB电缆，但这不是必需的。
在另外的其它说明性实施例中，电互连26可以是被配置成无线地发送数据到信号处理模块16且从信号处理模块16无线地接收数据的无线发送器/接收器。无线的电互连可促进感测模块14A-14D从信号处理模块16远程定位，但这并不是必需的。
在进一步的说明性实施例中，如图2B-2D中所示，感测模块14B可包括至少一个换能器或传感器18和用于本地存储与一个或多个换能器或一个或多个传感器18相关的信息和数据的本地存储设备30。虽然任何合适的存储器都可被用于存储设备30，但在很多情形下，存储设备30可以是可重写的、非易失性的存储设备，诸如EEPROM(电可擦可编程只读存储器)或闪存设备(例如，闪速EPROM)。通常将认识到，可使用其它的可写存储设备。在一些情况下，存储设备30可以是ROM、RAM、或任何其它合适的存储设备。
在特定实施例中，可用特定于包含在感测模块14B-14D内的换能器和/或一个或多个传感器18的调节系数和/或其它数据来配置本地存储设备30。包括调节系数的该数据可通过电互连(或无线通信链路)被传送到可包含用于处理感测模块14A-14D输出信号的处理器、微处理器或其它电路的信号处理模块16(图5或图6A-6B)。信号处理模块16可使用从本地存储设备30传送的调节系数和/或其它数据，将来自一个或多个换能器和/或传感器18的原始的或部分调节的输出信号处理成部分调节的或完全调节的输出信号。虽然在一些情况下，调节的输出信号可以是基本上线性化的输出信号，但将认识到，调节的输出信号可具有除线性之外的可表示另一种数学关系的形状。
本地存储设备30可被配置成存储多达为处理原始或部分调节的输出信号所需的最大数量的系数，以便产生期望的调节的输出信号。在某些情况下，部分或完全调节的输出信号可具有：小于大约0.1％的在全扫描范围上与理想的调节输出信号的规定偏差(％FSS)；小于大约0.25％的在全扫描范围上与理想的调节输出信号的规定偏差(％FSS)；小于大约1％的在全扫描范围上与理想的调节输出信号的规定偏差(％FSS)，小于大约2％的在全扫描范围上与理想的调节输出信号的规定偏差(％FSS)；或者小于大约5％的在全扫描范围上与理想的调节输出信号的规定偏差(％FSS)。在其它情况下，部分或完全调节的输出信号可具有读数或绝对测量(％读数)的小于大约2.5％的规定偏差。
在特定实施例中，本地存储设备30可被配置成存储多达13个(或更多个)调节系数。可对存储在本地存储设备30内的调节系数进行校准，使得这些调节系数特定于该特别的感测模块14A-14D。因为调节系数特定于感测模块，所以在不需要将感测模块14A-14D校准到特定的信号处理模块16和/或终端用户设备12的情况下实现很高的精度是可行的。
在其它说明性实施例中，如图2C-2D中所示，感测模块14C或14D还可包括用于放大从一个或多个换能器或一个或多个传感器18接收的信号的信号放大器34(例如，前置放大器)。取决于信号放大器34的增益，信号放大可提高输出信号的分辨率，和/或可提高输出信号的信噪比。示例性的信号放大器包括，但不限于，采样和保持放大器、对数放大器、反对数放大器、仪表放大器、可编程增益放大器等等。可基于在感测模块14C-14D中所利用的一个或多个换能器或一个或多个传感器18的类型，和/或在由信号处理模块16(图5及图6A-6B)处理感测模块输出信号之前所需的信号放大和/或信噪比的量，来选择信号放大器的类型。来自图2B和2D中所示的说明性感测模块14B或14D的一个或多个换能器或一个或多个传感器输出信号可被认为是原始的感测模块输出信号。
在又一个说明性实施例中，如图2D中所示，感测模块14D还可包括信号调节器40。信号调节器可包括信号放大器、信号过滤器，信号转换器、范围匹配电路、隔离电路、和/或任何其它电路，配置成至少部分地调节传感器输出信号，使得该传感器输出信号适于由传感器处理模块16(图5和图6A-6B)进行进一步的处理。在信号调节器40可包括信号放大器的实施例中，可以不需要单独的信号放大器。在一个实施例中，信号调节器40可包括用于将输出信号从模拟转换成数字的信号转换器。感测模块14D可选择地包括无线发送器/接收器44，用于从感测模块14D到信号处理模块16或其它处理器无线地发送和/或接收数据。
在一些场合下，信号调节器40可从存储器30参考一些调节系数，并可对原始输出信号执行一些预调节。该预调节能有助于为原始输出信号补偿特定的其它参数，诸如温度效应、电源电压变化等等。来自图2D中所示的说明性感测模块的原始输出信号可被认为是部分调节的输出信号。
虽然图2A-2D中所描绘的说明性实施例示出了感测模块14A-14D的示例性配置，但必须认识到，如在此所描述的根据各种说明性实施例，取决于所期望的应用，感测模块14A-14D可包括如在此所描述的不同数量和组合的各种感测模块部件(例如，本地存储器、信号放大器、信号调节器、无线发送器，等等)。例如，在一个实施例中，说明性感测模块可包括换能器或传感器18、本地存储器30、以及无线发送器/接收器44，该本地存储器30包括用于促进对存储在其中的输出信号进行补偿的所需要的调节系数，该无线发送器/接收器44用于无线地向信号处理模块发送输出信号。
图5和图6A-6B是根据各种说明性实施例的说明性信号处理模块16的示意性框图。信号处理模块16可被配置成向终端用户设备12(例如，个人电脑、病人监护设备、手持设备等等)输出调节的(例如，线性化的)信号，以用于进一步的分析。信号处理模块16可包括外壳50，并可通过第一电互连56a耦合到示例性的感测模块14A-14D中的任意一个感测模块。第二电互连56b可被用来将信号处理模块16电耦合到终端用户设备12(图1)。外壳50可由单个部分(例如，单个模制部分)所形成，并且可选择地包括保护盖(未示出)。根据设计考虑，外壳50和保护盖可由复合材料所形成，或由塑料、陶瓷、金属、或任何其它合适的材料以单块所模制。在一些应用中，外壳22可包括印刷电路板或任何其它合适的基板，用于电学地安装信号调节块60、存储器64和微处理器70。在其它的应用中，通过使用合适的粘合剂或其它任何合适的接合技术可将外壳50附着到基板。
第一电互连56a可被配置为与传感器处理模块14A-14D上所提供的电互连26相互作用。在一些实施例中，电互连56a可被配置为与位于信号处理模块16上的对应的电互连26(参见例如，图2A-2D)既电学地又机械地对接。例如，电互连56a可被配置为以协同操作的方式与位于感测模块14A-14D上的对应的电互连26直接对接，或可通过电线或电缆耦合到位于感测模块14A-14D上的电互连26。如上所描述的，既适于感测模块14A-14D又适于信号处理模块16的示例性连接器，可类似于插头和插座连接器、8P8C连接器(以太网端口连接器)、D超小型(D-sub)连接器、USB连接器、带状连接器、微带状连接器或小型带状连接器等等。取决于所利用的连接器类型，连接器可包括适合于该连接器类型的对应的电缆类型。例如，如果电互连包括USB连接器，则它也可包括用于与位于信号处理模块16上对应的USB连接器电对接的USB电缆，但这不是必需的。
在另外的其它说明性的实施例中，第一电互连56a可包括无线发送器/接收器，其被配置成无线地发送数据到感测模块14A-14D和从感测模块14A-14D无线地接收数据。此外，无线电互连可促进感测模块14A-14D从信号处理模块16远程定位。
可使用第二电互连56b来将信号处理模块16电耦合到终端用户设备12(图1)。与第一电互连56a类似，第二电互连56b可被配置为以协同操作的方式与位于终端用户设备12上的对应的电互连直接对接，或可通过电线或电缆被耦合到终端用户设备12。在以上描述了合适的示例性电互连。
如图6A中所说明的，信号处理模块16可包括信号调节块60。根据各种说明性实施例，信号调节块60可被用来将从感测模块14A-14D接收的原始的或部分调节的输出信号处理成调节的(例如，线性化的)模块化传感器组件输出信号。信号调节块60可包含合适的信号调节电路74、存储器64、以及微处理器70。在特定实施例中，信号调节块60和存储器64一起可组成专用集成电路或ASIC的一部分。然而，通常将理解的是，如所期望的，信号调节块60和存储器64也可被配置在通用集成电路中，或可作为单独的元件而被提供。虽然可使用任何合适的存储器，但在很多场合下存储器64可以是可重写的、非易失性的存储设备，诸如EEPROM(电可擦可编程只读存储器)，或者闪存设备(例如，闪速EPROM)。通常将认识到，可使用其它的可写存储设备。在一些情况下，存储设备64可以是ROM、RAM、或任何其它合适的存储设备。
在特定实施例中，如图6A及6B中所说明的，信号调节块60可包含可用算法编程的信号调节电路74，用于使用例如傅里叶变换的高阶多项式方程来将从感测模块接收的原始的或部分调节的输出信号处理成调节的(例如，基本上线性化的)输出信号。此外，可对包含在信号调节块60内的信号调节电路74进行编程，以便下载在感测模块14的本地存储器30中存储的特定于一个或多个换能器或一个或多个传感器18的调节系数，并且使用那些调节系数来产生表示所感测的参数的高度精度的、基本上线性化的输出信号。
在特定实施例中，存储器64可包含一组通用调节系数，该组通用调节系数可与各种终端用户设备和/或感测模块一起可使用。当如此提供时，信号调节电路74就可以使用从感测模块14下载的调节系数以及来自存储器64的通用调节系数，将从感测模块接收的原始的或部分调节的输出信号处理成调节的(例如，基本上线性化的)输出信号。
该信号调节块60也可包括信号放大器78(图6A及6B)，以促进处理从信号处理模块14A-14D接收的输出信号，并且将调节的输出信号送到终端用户设备12。在一些情况下，信号放大可提高调节的输出信号的分辨率，和/或可提高输出信号的信噪比。示例性的信号放大器包括，但不限于，采样和保持放大器、对数放大器、反对数放大器、仪表放大器、可编程增益放大器等等。可基于手边的应用来选择信号放大器的类型。
信号调节块60也可包括促进处理从信号处理模块14A-14D接收的输出信号的其它电路。用于促进信号处理和调节的示例性电路包括，但不限于信号滤波器、信号转换器(例如，A/D转换器)，范围匹配电路、隔离电路、或任何其它电路，被配置成调节输出信号以便其适于由信号处理模块16和/或终端用户设备12处理。信号处理模块16还可选择地包括无线发送器/接收器82(图6B)，用于与例如感测模块14A-14D中的任意一个感测模块和/或终端用户设备12无线地发送和/或接收数据。
虽然图5和图6A-6B中所描绘的说明性实施例示出了信号处理模块16的示例性配置，但必须认识到，如在此根据各种说明性实施例所描述的，取决于所期望的应用，信号处理模块16可包括如在此所描述的不同数量和组合的各种部件和电路，用于处理从示例性感测模块14A-14D中的任意一个感测模块接收的原始的或部分调节的输出信号。
一旦输出信号已经被信号处理模块16所处理，可将数据存储在存储器64中和/或传送到终端用户设备12(例如，个人电脑、病人监护设备、手持设备等等)，以用于向终端用户进行显示和/或进一步的分析。
图7是如在此限据根据各种说明性实施例所描述的使用模块化传感器组件的方法200的流程图。首先，可将信号处理模块耦合到终端用户设备(块204)。接下来，分开提供的感测模块被选择，并且接着耦合到信号处理模块(块208)。在特定实施例中，感测模块被可移除地且机械地耦合到信号处理模块，使得可在使用后将该感测模块除掉或更换。感测模块可被直接耦合到信号处理模块，或可从信号处理模块远程地定位并通过有线或无线通信链路耦合到信号处理模块。一旦感测模块已经被耦合到信号处理模块，感测模块就可以感测物理参数，并可产生表示所感测的物理参数的原始或部分调节的输出信号(块212和216)。当感测模块被机械地耦合到信号处理模块时，在感测模块的存储器中存储的一些或全部调节系数可被下载到信号处理模块(块220)。信号处理模块可接着使用所下载的调节系数来产生调节的输出信号(块224)。最后，可将感测模块与信号处理模块机械地断开(块228)。在一些情况下，一旦将感测模块与信号处理模块机械地断开，该感测模块就被除掉，但这不是必需的。
已经如此描述了本公开的各种说明性实施例，本领域技术人员将容易地理解的是，可在本公开所附的权利要求的范围内得到和使用另外的其它实施例。在不超出本公开的范围的情况下，可在细节上，特别是在零件的形状、大小以及配置上做出改变。当然，本公开的范围由表达了所附权利要求的语言所限定。

Claims (10)

1.一种模块化传感器组件(10)，包括：
信号处理模块(16)，被配置为与终端用户设备(12)连接，并且被配置为根据原始的或部分调节的输出信号产生调节的输出信号，该信号处理模块(16)包括信号调节块(60)；
感测模块(14)，与该信号处理模块(16)分开封装并且被可移除地机械耦合到该信号处理模块(16)，该感测模块(14)包括用于感测物理参数的至少一个换能器或传感器(18)，和被配置为保存特定于该感测模块(14)的至少一个换能器或传感器(18)的一组调节系数的本地存储器(30)，该感测模块(14)被配置为产生原始的或部分调节的输出信号；以及
其中信号调节块(60)被配置为下载存储在感测模块(14)的本地存储器(30)中的所有或一些调节系数，并且信号调节块(60)被配置为利用所下载的调节系数，根据原始的或部分调节的输出信号来产生调节的输出信号。
2.根据权利要求1的模块化传感器组件(10)，其中感测模块(14)的外壳形成连接器的第一部分(26)，以及信号处理模块(16)的外壳形成连接器的第二互补部分(56)，其中连接器的第一部分(26)与连接器的第二互补部分(56)相对接，以将感测模块(14)的外壳可移除地机械耦合到信号处理模块(16)的外壳。
3.根据权利要求2的模块化传感器组件(10)，其中该连接器还包括两个或更多个电互连，当连接器的第一部分(26)机械地连接到连接器的第二互补部分(56)时，该两个或更多个电互连在感测模块(14)与信号处理模块(16)之间形成电连接。
4.根据权利要求1的模块化传感器组件(10)，其中信号调节块(60)形成专用集成电路(ASIC)的一部分。
5.根据权利要求1的模块化传感器组件(10)，其中信号调节块(60)进一步包括信号调节电路(74)，该信号调节电路(74)被编程为使用所下载的调节系数，将从感测模块(14)接收的原始的或部分调节的输出信号处理成调节的输出信号。
6.根据权利要求1的模块化传感器组件(10)，其中信号调节块(60)进一步包括存储器(30)，其中信号调节块(60)的该存储器(30)存储另一组调节系数，该另一组调节系数也被用来根据原始的或部分调节的输出信号产生调节的输出信号。
7.根据权利要求1的模块化传感器组件(10)，其中所述至少一个换能器或传感器(18)包含流量传感器(18)。
8.根据权利要求1的模块化传感器组件(10)，其中感测模块(14)包括配置为感测第一物理参数的第一传感器(18)或换能器，以及配置为感测第二物理参数的第二传感器(18)或换能器，其中第一参数与第二参数彼此不同。
9.一种使用模块化传感器组件(10)来感测物理参数的方法，包括：
将分开封装的感测模块(14)机械地耦合到信号处理模块(16)，其中该感测模块(14)被配置为产生原始的或部分调节的输出信号，并且包括用于感测物理参数的至少一个传感器(18)或换能器，该感测模块(14)还包括被配置为保存特定于该至少一个传感器(18)或换能器的一组调节系数的本地存储器(30)，以及其中该信号处理模块(16)包括信号调节块(60)且被配置为根据原始的输出信号产生调节的输出信号；
使用所述至少一个传感器(18)或换能器来感测物理参数；
产生指示所感测的物理参数的原始的或部分调节的输出信号；
当感测模块(14)被机械地耦合到信号处理模块(16)时，从感测模块(14)的本地存储器(30)到信号处理模块(16)来将一些或全部的调节系数下载到信号处理模块(16)；
使用所下载的调节系数来产生调节的输出信号；以及
将感测模块(14)与信号处理模块(16)机械地断开。
10.根据权利要求9的方法，进一步包括，一旦与信号处理模块(16)机械地断开，就除去感测模块(14)。
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