CN107949784A - 传感器装置以及制造和使用该传感器装置的方法 - Google Patents

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D.查克拉波尔蒂
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Abstract

多种变型可包括具有衬底和传感器装置的产品，传感器装置包括非传导层和覆盖非传导层的传导层，其中传感器装置被构造成并布置成测量或监测变量，所述变量包括衬底的温度、压力、VOC浓度、电荷状态或健康状态中的至少一者。

Description

传感器装置以及制造和使用该传感器装置的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年6月30日提交的第62/186568号美国临时申请的权益。
技术领域
本公开总体上涉及的领域包括传感器装置、制造所述传感器装置的方法、以及使用所述传感器装置来测量变量的方法。
背景技术
在多种变型中，传感器装置可被用于测量与部件有关的环境条件或变量。
发明内容
多种变型可包括产品，所述产品包括：衬底；以及传感器装置，所述传感器装置包括非传导层以及覆盖非传导层的传导层，其中所述传感器装置被构造成并布置成测量或监测包括衬底的温度、压力、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态中的至少一者的变量。
多种变型可包括方法，所述方法包括：提供衬底；提供非传导层并用所述非传导层覆盖所述衬底；提供传导层并用所述传导层覆盖所述非传导层以形成传感器装置，所述传感器装置被构造成并布置成测量或监测至少一种变量，所述变量包括衬底的温度、压力、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态中的至少一者。
多种变型可包括方法，所述方法包括：提供衬底；提供电子联接到所述衬底的传感器装置，所述传感器装置包括非传导层和覆盖非传导层的传导层，所述传感器装置被构造成并布置成测量或监测至少一种变量，所述变量包括衬底的温度、压力、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态中的至少一者；确定非传导层或衬底的形变、或传导层的电阻的变化中的至少一者，以基于至少一个计算来提供对所述至少一个变量的测量或监测。
在本发明的范围内的其他解说性的变型将从下文中提供的详细说明中变得显而易见。应当理解，详细说明和具体的示例虽然公开在本发明范围内的变型，但其旨在仅用于解说的目的，而并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图将更完整地理解在本发明范围内的变型的所选择的示例，其中：
图1示出根据多种变型的产品。
图2示出根据多种变型的产品。
图3示出电荷状态变化的响应的图示 ，该响应涉及到随时间改变的相对电阻变化。
图4示出根据多种变型的挥发性有机化合物的图示，其示出所测量的产品的电阻相对于浓度的变化。
图5示出根据多种变型的挥发性有机化合物的响应的图示，该响应涉及到产品的所测量的电阻对比时间。
图6示出根据多种变型的方法。
图7示出根据多种变型的方法。
具体实施方式
对于变型的下述描述性质上仅仅是解说性的，绝不旨在限制本发明的范围、其应用或用途。
图1和图2示出根据多种变型的产品10。在多种变型中，产品10可包括衬底12。在多种变型中，产品10可包括传感器装置14。传感器装置14可包括非传导层16。传感器装置14可包括传导层18。传导层18可覆盖在非传导层16上。在多种变型中，传感器装置14可覆盖在衬底12上，或可以其他方式与衬底12物理接触。在多种变型中，传感器装置14可很靠近衬底12，或在想要进行感测所在的任何位置处。在多种变型中，传感器装置14可被构造成并布置成测量或监测至少一种变量。所述变量可涉及物理属性（例如，温度、压力（应变）、形变）或其他属性，或可涉及属性的检测、识别、分类、追踪或其他特征。变量可涉及化合物的浓度、量、速率、时间或另一特征，例如挥发性有机化合物浓度。变量可涉及装置或环境的状态，例如衬底12的电荷状态或健康状态、消耗状态、诊断属性或表征状态的其他变量。在多种变型中，衬底12可包括二维表面。在多种变型中，衬底12可包括三维表面。在多种变型中，可使用一个传感器装置14来覆盖衬底12的表面区域，覆盖以在从0至100%的百分比。在多种变型中，可使用多个传感器装置14来覆盖衬底12的表面区域，覆盖以在从0至100%的百分比。在多种变型中，衬底12可包括电池或电池外部表面。在多种变型中，可经由电池控制模块（BCM）23来控制电池的操作。在多种变型中，衬底12可包括锂离子电池，所述锂离子电池包括但不限于电池袋、外壳或盒体。在多种变型中，衬底12可以包括或者可以是电池13的散热片、散热片外部或表面。在多种变型中，衬底12可包括用于交通工具的电池或散热片，所述交通工具包括但不限于机动车辆、船舶、航天器、航空器或可以是其他类型的。在多种变型中，传感器装置14可包括至少一根引线22。在多种变型中，传感器装置14可包括非传导层16、传导层18和引线22。电阻和阻抗可总体上指代通过一根或多根引线22检测到的从直流源或交流源施加的电流传送通过感兴趣的区域的抗力。在多种变型中，传感器装置14可包括数据采集模块（DAQ）24。在多种变型中，传感器装置14可与衬底12电气隔离。在多种变型中，传感器装置14或数据采集模块24可与电子控制模块（ECM）25电气联接，所述电子控制模块可以是用于处理信息的控制器，且可被包括在移动的或固定的主机中。如本文中所使用的，术语“电气联接”可意味着具有在至少两个部件之间传输电子或电气信号的能力。如本文中所使用的，术语“电气联接”关系可包括导线或可包括无线连接。在多种变型中，可经由如下中的至少一者的输入来测量至少一种变量：非传导层16或衬底12的形变；或传导层18的通过一个或多个感兴趣的区域的电流抗力的变化，所述变化可涉及至少一个计算，例如确定所述变化、变化率或与阈值的比较。在多种变型中，传感器装置14可通过附接部50被物理地附接到衬底12。在多种变型中，衬底12可以是电气部件。在多种变型中，衬底12可以是食品包装部件。在多种变型中，衬底12可以是光纤部件。
在多种变型中，非传导层16可包括聚合材料。非传导层16可包括聚合物，所述聚合物包括但不限于丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、赛璐珞、醋酸纤维素、环烯共聚物（COC）、乙烯-乙酸乙烯酯（EVA）、乙烯聚乙烯醇（EVOH）、含氟塑料（包括PTFE、FEP、PFA、CTFE、ECTFE、ETFE）离聚物、KydexTM、有商标的丙烯酸/PVC合金、液晶聚合物（LCP）、聚缩醛（POM或乙缩醛）、聚丙烯酸酯（丙烯酸）、聚丙烯腈（PAN或丙烯腈）、聚酰胺（PA或尼龙）、聚酰胺-酰亚胺（PAI）、聚芳基甲酮（PAEK或甲酮）、聚丁二烯（PBD）、聚丁烯（PB）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚己内酯（PCL）、聚氯三氟乙烯（PCTFE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸环己二甲酯（PCT）、聚碳酸酯（PC）、聚羟基烷酸酯（PHA）、聚酮（PK）、聚酯、聚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚亚胺（PEI）、聚醚砜（PES）、聚砜、氯化聚乙烯（PEC）、聚亚胺（PI）、聚乳酸（PLA）、聚甲基戊烯（PMP）、聚苯醚（PPO）、聚苯硫醚（PPS）、聚邻苯二酰胺（PPA）、聚苯乙烯（PS）、聚砜（PSU）、聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）、聚氨酯（PU）、聚醋酸乙烯酯（PVA）、聚氯乙烯（PVC）、偏二氯乙烯（PVDC）、苯乙烯-丙烯（SAN）、聚碳酸酯+丙烯腈丁二烯苯乙烯混合物（ABS+PC）、聚丙烯（PP）（包括但不限于挤压、随机和均聚的）、聚乙烯（PE）（包括但不限于线性低密度、线性高密度的）、它们的以任何量的组合或混合物，或者可以是其他类型的。在多种变型中，非传导层16可以是上述聚合物的任何量或浓度的组合。在多种变型中，非传导层16可包括包含若干层所列出的材料的复合层。在多种变型中，非传导层16可经由如下方法形成或可通过另一方式形成，所述方法包括但不限于：注射模塑、挤出模塑、结构泡沫、真空成形、挤出吹塑、手工铺叠操作、喷涂铺叠操作、拉挤操作、短切原丝毡、真空袋模塑、压力袋模塑、高压釜模塑、树脂传递模塑、真空辅助树脂传递模塑、囊模塑、压缩模塑、心轴缠绕、湿铺叠、切碎枪、长丝缠绕、熔融、短纤维、连续长丝、层压。
在多种变型中，传导层18可包括金属或半金属材料。在多种变型中，传导层18可包括金属，包括但不限于：塑料钢、不锈钢、铜、镍、锡、金、银、钼、钯、钨、石墨、锌、铁、青铜、铝、钛、铂、硅化物，或可以是另一类型、金属合金、石墨、石墨烯、另一形式的碳、它们的组合或可以是另一类型的。在多种变型中，传导层可包括传导足以测量阻抗或电阻的变化的电流的非金属材料。在多种变型中，传导层18可以是任何量或浓度的所述材料的组合。在多种变型中，传导层18可包括包含若干层所述材料的复合层。在多种变型中，传导层18可经由如下方法被形成在或覆盖在非导电层16上，或可由另一方式形成，所述方法包括但不限于：喷墨/激光打印、3D打印、浇铸、挤出、锻造、镀层（无电、有电）、等离子喷涂、气溶胶喷涂、热喷涂、浸渍涂布、辊对辊涂布、旋转涂布、喷涂涂布、化学溶液沉积、热蒸发、脉冲激光沉积、阴极电弧沉积或公知的蚀刻技术（即，溅射、化学气相沉积、物理气相沉积、原子气相沉积、ALD、或沉积与热生长的组合）、转移涂布、离子束混合、薄膜打印。
在多种变型中，至少一根引线22可包括例如金属材料的传导体，并可被用于测量感兴趣的区域中的电阻或阻抗。在多种变型中，至少一根引线22可包括金属（包括但不限于，塑料钢、不锈钢、铜、镍、锡、金、银、钼、钯、钨、石墨、锌、铁、青铜、铝、钛、铂、硅化物，或可以是另一类型）、金属合金、它们的组合，或可以是另一类型的电传导材料。在多种变型中，至少一根引线22可以是任何量或浓度的材料的组合。在多种变型中，至少一根引线22可包括包含若干层材料的复合层。在多种变型中，至少一根引线22可经由如下的方法被形成或覆盖在传导层18上，或以其他方式与传导层接触（例如，被形成在非传导层16上），所述方法包括但不限于，喷墨/激光打印、3D打印、浇铸、挤出、锻造、镀层（无电、有电）、等离子喷涂、热喷涂、浸渍涂布、辊对辊涂布、旋转涂布、喷涂涂布、化学溶液沉积、热蒸发、脉冲激光沉积、阴极电弧沉积或公知的蚀刻技术（即，溅射、化学气相沉积、物理气相沉积、原子气相沉积、ALD、或沉积与热生长的组合）、转移涂布、离子束混合、薄膜打印或可由另一方式形成。在多种变型中，至少一根引线22可通过粘合剂被附接到传导层18或非传导层16，所述粘合剂包括如下中的至少一种：银膏、丙烯腈、氟基丙烯酸酯、丙烯酸酯、间苯二酚胶、环氧树脂、环氧腻子、乙烯-乙酸乙烯酯、苯酚-甲醛树脂、聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚硫化物、聚氨酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氯乙烯乳液、聚乙烯吡咯烷酮、橡胶胶泥、硅树脂、它们的组合，或可以是另一类型的。阻抗引线与传导表面之间的接触可以是欧姆的或近欧姆的。可使用传导粘合剂，或通过打印、CVD、PVD、或另一过程施加与传导层直接接触的金属。在图1示出的多种变型中，可单独地或以不同的间隔成对地设置引线。例如，第一对可具有代表引线22之间的距离21的间隔，第二对可具有距离23的第二间隔，距离23可具有在引线22之间的更大的距离。距离21、23可跨越感兴趣的区域以监测电流抗力的变化。在多种变型中，在引线对之间提供不同的距离使得能够定制传感器装置14的灵敏度。在多种变型中，提供不同的距离21、23可提供分析物的不同阈值浓度的表征。例如，第一浓度可通过距离21而不通过距离23来汇报，更大的第二浓度可通过距离21和距离23来汇报。
在多种变型中，传感器装置14可经由附接部50被物理地附接到衬底12。在多种变型中，附接部50可包括粘合剂，所述粘合剂包括如下中的至少一种：丙烯腈、氟基丙烯酸酯、丙烯酸酯、间苯二酚胶、环氧树脂、环氧腻子、乙烯-乙酸乙烯酯、苯酚-甲醛树脂、聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚硫化物、聚氨酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氯乙烯乳液、聚乙烯吡咯烷酮、橡胶胶泥、紫外线固化胶、硅树脂、它们的组合，或可以是另一类型的。
在多种变型中，传感器装置14、非传导层16和/或传导层18可操作为或包括应变仪。在多种变型中，传感器装置14、非传导层16和/或传导层18可被用于作为应变仪来操作，以通过测量衬底12和/或非传导层16的形变或传导层18的电阻的变化借助于至少一个计算来测量电池的电荷状态（SOC）或健康状态（SOH），或其他状态。在多种变型中，SOC或SOH计算可包括在整个电荷窗上的百分之几的电阻的变化、以及对于更低健康状态来说的更大的变化。参照图3，示出了对SOC变化的响应，该响应涉及到随时间改变的相对电阻变化。曲线51代表电池袋处的传导层18的所测量的电阻对比时间。曲线53代表相对于曲线51来说的漂移修正电阻对比时间。曲线55代表电流对比时间，曲线57代表安培小时对比时间，每条曲线均用于作为衬底12的相关电池的电荷变化。
在多种变型中，非传导层16和传导层18的热膨胀可通过传感器布局的变化来补偿，或通过找出被确定成在不同温度下将发生的热膨胀的因素来补偿。例如，传感器装置14可被热隔绝，或可与参照传感器装置进行比较。在多种变型中，可监测由于电池操作导致的热膨胀以识别热阈值。多根引线22可被用于精确定位形变的位置，其中可通过定位于已知位置处的不同的引线来检测不同的变化。在多种变型中，传感器装置14、非传导层16和/或传导层18可被用于作为应变仪来操作，以通过测量衬底12和/或非传导层16的形变或传导层18的电阻的变化借助于至少一个计算来测量例如处于蒸汽状态的挥发性有机化合物（VOC）的化合物。在多种变型中，VOC可包括但不限于：芳族烃、辛烷、酮、或醛、乙二醇，或可为另一化合物。在多种变型中，可与SOC变化相比较的电阻变化可被登记用于VOC感测，虽然其具有显著不同的温度响应。在多种变型中，可监测电池13中的电化学能量存储，以用于表征被监测条件的VOC的产生。在多种变型中，VOC的存在可表征衬底12或电池中的电解质沉积，可表征作为袋、盒体或外壳的衬底12中的泄漏，或可表征作为被监测条件的另一VOC产生事件。在多种变型中，电解质沉积可降低电池的生命周期。图4示出根据多种变型的VOC浓度与传导层18中所测量的电阻的关系。在纵轴上示出了以欧姆为单位的传感器装置14的电阻变化，其作为在横轴上以百万分率示出的分析物蒸汽浓度的函数。丙酮、甲醇和二甲苯的比例响应分别用曲线26、曲线27和曲线28示出。在多种变型中，传感器装置14的非传导涂层16和/或传导涂层可被用于作为PTC热电偶来操作，以通过至少一个计算来测量衬底12的或与衬底12极为接近的区域的温度。在多种变型中，压力计算可包括传导涂层的电阻的百分之几的变化。在多种变型中，传感器装置14的非传导涂层16和/或传导涂层可被用于作为PTC热电偶操作，以通过至少一个计算来测量衬底12或与衬底12极为接近的区域的温度。在多种变型中，压力计算可包括百分之零点几的更低PTC响应。在衬底12是散热片的多种变型中，传感器装置14的非传导涂层16和/或传导涂层可被用于作为流量计来操作，以通过测量衬底12和/或非传导层16的形变或传导层18的电阻的变化借助于至少一个计算来测量衬底12周围的或与衬底12极为接近的区域中的冷却剂流率。在多种变型中，流率计算包括百分之几到百分之几十的传导涂层的电阻变化。在多种变型中，传感器装置14可覆盖衬底12的全部，并充当相互连接的传感器装置14的网格状系统，以提供输入以确定在衬底12上或与衬底12极为接近的多个位置处的变量，从而通过至少一个计算来提供局部的以及总体的变量（包括但不限于，衬底12的温度、压力（应变）、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态）的测量和监测。在多种变型中，通过由在电绝缘聚合物（非传导层16）中的VOC吸收引起的形变，传感器装置14提供检测低浓度的VOC的能力。可通过测量传导涂层和/或非传导涂层16的电阻或阻抗的变化来检测该形变。可使用直流电流，也可替代性地使用交流电流。聚合物非传导层16可吸收有机气相化合物，从而造成微膨胀和弹性形变。所得的应变可改变传导层18的传导路径，从而导致可测量的电阻或阻抗变化。提供了在迅速响应的传感器装置14中区分所选择的分析物的能力、可逆性和高灵敏度。
在多种变型中，在衬底12上的多个位置或在极为接近衬底12的区域上放置多个传感器装置14可将衬底12和/或非传导层16的形变测量去耦，以提供对于与SOC或SOH有关的形变对比与VOC的存在有关的形变的更准确的测量和监测。可比较的电阻变化可由上述全部三者表征，但这三者都可具有不同的温度响应。SOC变化性质上可以是周期性的，SOH变化可为持续的，VOC引起的变化可为迅速的且可为持久的。在多种变型中，这可允许一个传感器装置14或多个传感器装置14经由计算来测量独立于衬底12的电荷状态或健康状态测量的与衬底12有关的VOC的存在，且可通过使用PTC热电偶来独立于SOC或SOH的测量而进行测量。
在多种变型中，在所测量的电阻中的尖峰（例如，在图5中示出为尖峰29）可表征VOC的存在的变化或增加，而电阻的变化速率可表征电池的电荷状态或健康状态的变化。SOH变化可以是持续的并可导致在SOC窗上持久的更高的电阻或低于预期的电阻。在多种变型中，将多个传感器装置14放置到衬底12上的不同位置或极为接近衬底12的区域上可将衬底12和/或非传导层16的形变测量去耦，以提供对与SOC或SOH有关的形变对比与温度或压力有关的形变的更准确的测量和监测。传感器探针间隔的调整可允许CTE的线性回归响应，而由SOC和SOH变化引起的形变可代表在多个探针间隔上的非线性表现的显著偏离。在多种变型中，温度或压力可通过衬底12和/或产生VOC的源的形变测量来表征。例如，传感器装置14可被暴露于当存在气流时被引入传感器装置14的丙酮。大于大约为10欧姆的基线的所测量的电阻可表征在环境中存在丙酮，而从基线到尖峰29的迅速变化可表征在被监测的操作中的潜在的变化，其中所述变化导致从标准值产生或释放额外的丙酮。如显示的，传感器装置14快速响应于分析物的引入，并在暴露之后返回至基线电阻，显示迅速且可逆的响应。如可看出的，所述响应的信噪比非常好，且所述响应几乎是瞬态的。在几秒内返回至基线显示，可容易地检测环境质量的非常小且快速的变化。
再次参照图1，在多种变型中，DAQ24或ECM25可根据所存储的指令和/或数据来接收并处理来自至少一个传感器装置14的输入、通过至少一个计算来确定变量、并传送输出信号到多种接收器或促动器，包括但不限于衬底12、电池、散热片、电池控制模块（BCM）23，或交通工具自身可包括例如电气电路、电子电路或芯片和/或计算机。在解说性的计算机变型中，数据采集模块（DAQ）24、电池控制模块（BCM）23或电子控制模块（ECM）25总体上可包括一个或多个处理器或可被联接到处理器的存储器存储单元，以及将处理器电气联接到一个或多个其他装置、或联接到至少一个传感器装置14、或联接到交通工具的不同部件的一个或多个接口，所述其他装置包括数据采集模块（DAQ）24、电池控制模块（BCM）23或电子控制模块（ECM）25中的其他至少一者。处理器和其他被供电的系统装置（包括数据采集模块（DAQ）24、电池控制模块（BCM）23或电子控制模块（ECM）25中的其他至少一者，或至少一个传感器装置14）可被电源供给电力，所述电源例如是产生的并分布的电源、电池13自身、其他燃料电池、交通工具发动机、其他交通工具供电部件或其他源。处理器可执行提供传感器装置14的功能和方法800、900中的至少一些的指令或计算。如本文中所使用的，术语指令可包括例如控制逻辑、计算机软件和/或固件、可编程指令或其他合适的指令。处理器可包括例如一个或多个微处理器、微控制器、专用集成电路、可编程逻辑装置、现场可编程门阵列和/或任何其他合适类型的电子处理装置。
另外，在多种变型中，数据采集模块（DAQ）24、电池控制模块（BCM）23或电子控制模块（ECM）25可被配置成提供数据的存储，所述数据被接收或加载到数据采集模块（DAQ）24、电池控制模块（BCM）23或电子控制模块（ECM）25中的其他至少一者，或被接收或加载到至少一个传感器装置14，或被接收或加载到交通工具的不同部件或类似物，以供处理器可执行的指令或计算使用。数据、计算和/或指令可被存储为例如查找表、公式、算法、映射、模型和/或任何其他合适的格式。存储器可包括例如RAM、ROM、EPROM和/或任何其他合适类型的存储部件和/或装置。
在多种变型中，接口可包括例如，模拟/数字或数字/模拟转换器、信号调整器、放大器、滤波器、其他电子装置或软件模块和/或任何其他合适的接口。接口可遵循例如RS232、并行、小型计算机系统接口、通用串行总线、CAN、MOST、LIN、FlexRay和/或任何其他合适的协议。接口可包括电路、软件、固件或任何其他装置以辅助或使得数据采集模块（DAQ）24、电池控制模块（BCM）23或电子控制模块（ECM）25能够与其他装置通信。
在多种变型中，方法或方法的部分可在计算机程序产品中实现，所述计算机程序产品包括在计算机可读介质上执行的指令或计算，供一个或多个处理器使用，以实现一个或多个方法步骤或指令。计算机程序产品可包括：包括源代码、目标代码、可执行代码或其他格式的程序指令的一个或多个软件程序；一个或多个固件程序；或硬件描述语言（HDL）文件；以及任何与程序相关的数据。数据可包括数据结构、查找表或任何其他合适格式的数据。程序指令可包括程序模块、例程、程序、对象、部件和/或类似物。计算机程序可在一个处理器上或彼此通信的多个处理器上被执行。
在多种变型中，程序可在计算机可读介质上实现，所述计算机可读介质可包括一个或多个存储装置、制造的部件或类似物。解说性的计算机可读介质包括：计算机系统存储器，例如RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）；半导体存储器，例如EPROM（可擦可编程只读存储器）、EEPROM（电可擦可编程只读存储器）、闪速存储器；磁盘、磁带或光盘、光带；和/或类似物。例如，当数据可通过网络或另一通信连接（有线、无线或有线与无线的组合）被传输或提供时，计算机可读介质还可包括计算机到计算机的连接。上述示例的任何组合也包括在计算机可读介质的范围内。因此将理解到，所述方法可由能够执行相应于所公开的方法的一个或多个步骤的指令的任何电子部件和/或装置至少部分地执行。
在多种变型中，如图6所示，示出了方法800。在多种变型中，方法800可包括步骤802：提供衬底12。方法800还包括步骤804：提供非传导层16并用非传导层16覆盖衬底12，或将非传导层16安装在衬底12上。方法800可还包括步骤806：提供传导层18，并用传导层18覆盖非传导层16，以形成传感器装置14，所述传感器装置被构造成并布置成测量或监测包括下列的至少一者的至少一个变量：衬底12的温度、压力（应变）、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态、或非传导层16周围的环境。在多种变型中，如图7所示，示出了方法900。方法900可包括步骤902：提供衬底12。方法900可还包括步骤904：提供电子联接到衬底12的传感器装置14，所述传感器装置包括非传导层16和覆盖非传导层16的传导层18，并被构造成和布置成测量或监测至少一个变量，所述变量包括衬底12的温度、压力（应变）、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态中的至少一者。方法900还包括步骤906：确定非传导层16或衬底12的形变、或传导层18的电阻的变化中的至少一者，以基于至少一个计算来提供对至少一个变量的测量或监测。在多种变型中，引线22可被连接到电源，例如电池13。在多种变型中，引线22可被以任何方式设置以被电气联接，从而测量传导层18中的电阻或阻抗。在多种变型中，引线22可以以不同距离地隔开的引线对设置。方法800、900可包括：提供用于监测非传导层16的响应的机构，这可包括提供DAQ24。在多种变型中，DAQ24可与引线22连接以收集信息。在多种变型中，引线22可被直接连接到ECM25以收集信息。在多种变型中，DAQ24可监测一对引线22之间的电阻或阻抗的变化。方法800、900可还包括如下步骤：通过监测引线22之间的电阻的变化来确定非传导层16的形变，从而提供对传感器装置14周围的环境中的VOC的测量或监测。在多种变型中，方法800、900可包括：例如通过将电阻变化的幅值和/或速率与不同类型的VOC的公知的电阻变化（例如，通过参照查找表）进行比较，来确定所感测的VOC的类型。在多种变型中，方法800、900可包括：例如通过将电阻变化的幅值与不同类型的VOC的公知的电阻变化（例如，通过参照查找表）进行比较，来确定所感测的VOC的浓度。在多种变型中，方法800、900可包括：监测操作中或环境的变化，其中所述变化导致额外的VOC的产生或释放。例如，分析物的变化的量的正常存在可伴随有可表征异常事件的变化速率。在多种变型中，方法800、900可包括确定基线和尖峰29之间的上升时间，并且可包括确定尖峰29的幅值以基于其分子量来确定所感测的VOC的类型。在多种变型中，方法800、900可将传感器装置14的非传导层16和/或传导层18用作PTC热电偶来操作，从而通过至少一个计算来测量传感器装置14可被安装所处的衬底的温度，或极为接近传感器装置14的区域的温度。在多种变型中，方法800、900可包括：施加传感器装置14以覆盖其可被安装所处的衬底12的相关部分，且所述部分可充当相互连接的传感器装置14的网格状系统以提供输入，从而确定在多个位置处的变量，以通过至少一个计算来提供对局部的和总体的变量（包括但不限于，温度、压力、形变或挥发性有机化合物浓度）的测量和监测。
如上文所详述的，传感器装置14可具有多种优势，包括传感器的更好的长期稳定性、更快的响应和更高程度的可逆性，更好的长期稳定性是由于通过包括传导层18而将聚合物对周围环境的化学反应性能从转换装置去耦而造成的，更高程度的可逆性是由于被转换的信号不依赖于聚合物和分析物之间的化学相互作用造成的。由于聚合物不会随时间降解，因此使用非传导层16会支持性能，而无需将传感器装置14隔离于水和氧气。通过具有传导层18的聚合物非传导层16，传感器装置14可被用于分析物检测、识别、分类和/或追踪，所述传导层可被设置成非传导层16上的涂层。电阻或阻抗变化可被用于分析物分类。信号处理用于检测、识别、分类和/或追踪可能的分析物的窄带。为特定的分析物调整灵敏度可通过改变非传导层16的成分来实现。例如，PMMA由于其对极性化合物敏感而可被使用，而PE或PP由于其对非极性种类化合物敏感而可被使用。对单独的分析物具有独特响应的传感器阵列可被用于分类。本文描述的产品和方法的用途的示例可包括食品质量检验、药品处理、化学合成、饮料处理、为健康目的的监测、化妆品生产、制造工厂监测、交通工具内部空气质量、住宅空气评估、交通工具棚测试、或其中需要监测、检测、识别、分类和/或追踪分析物的任何应用。
对于变型的下述描述仅仅描述了被认为在本发明范围内的部件、元件、操作、产品和方法，绝不旨在由具体公开的或未明确说明的内容限制本发明的范围。本文描述的所述部件、元件、操作、产品和方法按照与本文中所明确地描述的方式不同的方式被组合并重新布置，且仍然被认为在本发明的范围内。
变型1可包括一种产品，所述产品可包括：衬底；以及包括非传导层和覆盖所述非传导层的传导层的传感器装置，其中所述传感器装置被构造成并布置成测量或监测变量，所述变量包括所述衬底的温度、压力（应变）、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态中的至少一者。
变型2可包括如变型1说明的产品，其中所述衬底为电池。
变型3可包括如变型1-2中任一项说明的产品，其中所述衬底为散热片。
变型4可包括如变型1-3中任一项说明的产品，其中所述非传导层包括聚甲基丙烯酸甲酯。
变型5可包括如变型1-4中任一项说明的产品，其中所述传导层包括石墨。
变型6可包括如变型1-5中任一项说明的产品，其中所述传感器装置可与所述衬底机械联接且热联接，且所述传导层可与衬底电气隔离。
变型7可包括如变型1-6中任一项说明的产品，其中所述传感器装置还包括数据采集模块。
变型8可包括如变型1-7中任一项说明的产品，其中所述数据采集模块与交通工具的电子控制模块电气联接。
变型9可包括如变型1-8中任一项说明的产品，其中通过至少一个计算，经由所述非传导层或衬底的形变、或所述传导层的电阻的变化中的至少一者来测量所述变量。
变型10可包括一种方法，所述方法可包括：提供衬底；提供非传导层，并用所述非传导层覆盖所述衬底；提供传导层，并用所述传导层覆盖所述非传导层，以形成传感器装置，所述传感器装置被构造成并布置成测量或监测至少一种变量，所述变量包括所述衬底的温度、压力（应变）、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态中的至少一者。
变型11可包括如变型10说明的方法，其中所述衬底为电池。
变型12可包括如变型10-11中任一项说明的方法，其中所述衬底为散热片。
变型13可包括如变型10-12中任一项说明的方法，其中所述非传导层包括聚甲基丙烯酸甲酯。
变型14可包括如变型10-13中任一项说明的方法，其中所述传导层可包括石墨或石墨烯。
变型15可包括如变型10-14中任一项说明的方法，其中所述传感器装置可与所述衬底机械联接且热联接，且所述传导层可与所述衬底电气隔离。
变型16可包括如变型10-15中任一项说明的方法，其中所述传感器装置还包括数据采集模块。
变型17可包括如变型10-16中任一项说明的方法，其中所述数据采集模块与交通工具的电子控制模块电气联接。
变型18可包括如变型10-17中任一项说明的方法，其中所述传导层被喷涂涂布覆盖所述非传导层。
变型19可包括如变型10-18中任一项说明的方法，还包括：通过附接部将所述传感器附接到所述衬底。
变型20可包括一种方法，所述方法可包括：提供衬底；提供传感器装置，所述传感器装置与所述衬底机械联接且热联接，且包括非传导层和覆盖所述非传导层的传导层，所述传感器装置被构造成和布置成测量或监测至少一个变量，所述变量包括衬底的温度、压力、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态中的至少一者；以及确定所述非传导层或衬底的形变、或所述传导层的电阻的变化中的至少一者，以基于至少一个计算来提供对所述至少一种变量的测量或监测。
对本发明范围内的选择的变型的上述描述在性质上仅仅是解说性的，因此，将认为其变型或变化不脱离本发明的思想和范围。

Claims (20)

1.一种产品，包括：
衬底；以及传感器装置，所述传感器装置包括非传导层和覆盖所述非传导层的传导层，其中所述传感器装置被构造成并布置成测量或监测变量，所述变量包括所述衬底的温度、压力、应变、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态中的至少一者。
2.如权利要求1所述的产品，其中所述衬底为电池。
3.如权利要求1所述的产品，其中所述衬底为散热片。
4.如权利要求1所述的产品，其中所述非传导层包括聚甲基丙烯酸甲酯。
5.如权利要求1所述的产品，其中所述传导层包括石墨。
6.如权利要求1所述的产品，其中所述传感器装置与所述衬底机械联接且热联接，且所述传导层与所述衬底电气隔离。
7.如权利要求1所述的产品，其中所述传感器装置还包括数据采集模块。
8.如权利要求7所述的产品，其中所述数据采集模块与交通工具的电子控制模块电气联接。
9.如权利要求1所述的产品，其中通过至少一个计算，经由所述非传导层或衬底的形变、或所述传导层的电阻的变化中的至少一者来测量所述变量。
10.一种方法，包括：
提供衬底；
提供非传导层，并用所述非传导层覆盖所述衬底；
提供传导层，并用所述传导层覆盖所述非传导层，以形成传感器装置，所述传感器装置被构造成并布置成测量或监测至少一种变量，所述变量包括所述衬底的温度、压力、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态中的至少一者。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述衬底为电池。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述衬底为散热片。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述非传导层包括聚甲基丙烯酸甲酯。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述传导层包括石墨或石墨烯中的至少一者。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述传感器装置与所述衬底机械联接且热联接，且所述传导层与所述衬底电气隔离。
16.如权利要求10所述的方法，其中所述传感器装置还包括数据采集模块。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述数据采集模块与交通工具的电子控制模块电气联接。
18.如权利要求10所述的方法，其中所述传导层被喷涂涂布覆盖所述非传导层。
19.如权利要求10所述的方法，其中所述方法还包括：通过附接部将所述传感器附接到所述衬底。
20.一种方法，包括：
提供衬底；
提供传感器装置，所述传感器装置与所述衬底机械联接且热联接，且包括非传导层和覆盖所述非传导层的传导层，所述传感器装置被构造成和布置成测量或监测至少一个变量，所述变量包括衬底的温度、压力、挥发性有机化合物浓度、电荷状态或健康状态中的至少一者；以及
确定所述非传导层或衬底的形变、或所述传导层的电阻的变化中的至少一者，以基于至少一个计算来提供对所述至少一种变量的测量或监测。
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