CN109802670B - 用于响应于机械力生成电信号的方法和开关装置 - Google Patents

用于响应于机械力生成电信号的方法和开关装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于响应于机械力生成电信号的方法和开关装置。一种用于响应于机械力生成一个或多个电信号的开关装置包括主体部(101)以及一个或多个电换能器(102‑105)，电换能器连接至主体部并且布置成响应于指向主体部的机械力生成一个或多个电信号。主体部包括腔体(106)，并且构成腔体底部的壁能够由于从相对于腔体的相反侧指向壁的机械力而弯曲。一个或多个电换能器位于腔体内并且布置成在腔体底部弯曲时生成一个或多个电信号。开关装置可例如置于电工仪器的工作面内以使构成工作面的板还构成开关装置的主体部。

Description

用于响应于机械力生成电信号的方法和开关装置
本申请是2014年7月9日提交的申请号为201380005070.X、发明名称为“用于响应于机械力生成电信号的方法和开关装置”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于响应于机械力生成一个或多个电信号的方法。本发明还涉及一种开关装置，其用于响应于指向开关装置的机械力生成一个或多个电信号。此外，本发明还涉及一种电工仪器，其包括用于控制该电工仪器的一个或多个开关装置。
背景技术
多种电工仪器，作为示例，例如光学测量仪器和用于从样品载体切除样品区的电工仪器，包括一个或多个用于控制操作的开关装置。用于从样品载体切除样品区的装置常用于以下实践中：其中，待检验的一个或多个液滴被注入到样品载体中，被注入液体的该样品载体是干燥的，然后该样品载体被送入实验室以备分析。待检验液体可例如是新生儿的血液并且样品载体可例如是滤纸片或能够吸收待检验液体的其它一些合适的多孔材料。在实验室中，包含待检验液体的一个或多个样品区被从样品载体切除并且所分离的样品区被传送至例如微量滴定板的样品井或其它一些样品井元件以备进一步分析。每个样品区可以例如利用冲头从样品载体切除，该冲头布置成以通过样品载体的单个冲程切除样品区。在这种情况下，用于从样品载体切除样品区的电工仪器通常被称为冲孔器。该电工仪器还可以包括：能够在样品载体上产生局部点状切口的切割器件，例如激光器或喷水式切割器；以及用于使由切割器件所产生的点状切割冲力沿着每个样品区的外周移动以使样品区与样品载体分离的器件。
光学测量仪器能够应用于以下情形：其中，可以基于由样品发出的光学辐射和/或样品的光学特性例如滤光效应来分析样品。一种例证性的分析方法基于光致发光测量，其中，在由光照引起同时激发的情况下，从样品测量物质的发射。另一种例证性的分析方法基于化学发光测量，其中，在不由光照引起同时激发的情况下，从样品测量物质的发射。光学测量仪器通常包括：激发光源，其用于为待测量样品产生激发光束；以及探测器，其用于探测来自正在测量的样品的光束以及用于响应于探测到的光束生成探测信号。
在上述这种活动中，清洁是非常重要的。因此，特别是在正常操作中触摸的电工仪器的用户界面部分应当易于保持清洁。例如，用于控制电工仪器的开关装置可能包括例如按钮的部件，这些部件可相对于它们的周围运动，因此在这些部件及其周围结构之间可能存在狭缝。在某些情况下，使这些部件保持清洁可能是吃力的，因为灰尘以及其它杂质易于积聚到这些狭缝内。在一种已知的技术方案中，用户界面包括柔性片，其覆盖正常操作中触摸的用户界面部分。该柔性片提供了不具有任何狭缝的均匀表面，因此易于保持清洁。然而，该柔性片增加了部件的数量并且因此降低了成本效率。此外，柔性片的边缘需要联结至其电工仪器的其它结构，以使这些边缘不会因而形成可能难以保持清洁的结构。
发明内容
下面示出了简要的发明内容以便提供对本发明各个实施例的一些方面的基本理解。该发明内容不是对本发明的广泛性综述。其既不旨在标识本发明的关键或重要元件也不旨在描述本发明的范围。下面的发明内容仅以简单的形式示出了本发明的一些构思，作为对本发明的例证性实施例的更详细描述的前序部分。
根据本发明，提供了一种新的电工仪器，其包括构成电工仪器的工作面的板以及用于控制电工仪器的操作的开关装置，该开关装置包括：
-主体部，以及
-一个或多个电换能器，其连接至主体部并且布置成响应于指向主体部的机械力生成一个或多个电信号，
其中，主体部包括腔体，并且构成腔体底部的壁能够由于从相对于腔体的相反侧指向壁的机械力而弯曲，一个或多个电换能器位于腔体内并且布置成在腔体底部弯曲时生成所述一个或多个电信号。
构成电工仪器的工作面的板还构成开关装置的主体部。因此，开关装置可以与工作面集成以使工作面的表面可以是均匀的并且没有灰尘以及其它杂质易于积聚到其中的狭缝或其它结构。
所述一个或多个电换能器可例如是响应于腔体底部的弯曲的压电换能器、其电容在腔体底部弯曲时变化的电容换能器，或者是其阻抗在腔体底部弯曲时变化的应变计。
电工仪器可例如是用于光学测量的电工仪器，或者是用于从样品载体切除样品区的电工仪器。
根据本发明，还提供了一种用于生成用以控制电工仪器的一个或多个电信号的新的方法，电工仪器包括构成电工仪器的工作面的板，该方法包括：
-将机械力指向构成主体部的腔体底部的壁，所述机械力从相对于腔体的相反侧指向壁，以及
-利用一个或多个电换能器生成所述一个或多个电信号，该一个或多个电换能器位于腔体内并且布置成在腔体底部弯曲时生成所述一个或多个电信号，
其中，构成电工仪器的工作面的板还构成包括腔体的主体部。
本发明的多个例证性实施例在随附的从属权利要求中得到描述。
关于构造和操作方法的本发明的各个例证性实施例与其额外的目的和特定优点一起将通过在结合附图阅读时的具体例证性实施例的下列描述而被最佳地理解。
动词“包括”和“包含”在本文献中用作开放性的限制，其既不排除也不要求未描述特征的存在。从属权利要求中所描述的特征可以相互自由地结合，除非另有明确陈述。
附图说明
下面在示例的意义上、结合附图对本发明的例证性实施例和特定优点进行更详细的说明，其中：
图1a示出了根据本发明的例证性实施例的开关装置的示意性侧剖视图，
图1b示出了沿图1a中示出的箭头B观看的视图，
图2a示出了根据本发明的例证性实施例的用于从样品载体切除一个或多个样品区的电工仪器的示意性侧剖视图，
图2b示出了沿图2a中示出的箭头B观看的视图，
图3示出了根据本发明的例证性实施例的光学测量仪器的示意性侧剖视图，以及
图4示出了根据本发明的例证性实施例的用于响应于机械力生成一个或多个电信号的方法的流程图。
具体实施方式
图1a示出了根据本发明的例证性实施例的开关装置的示意性侧剖视图。图1b示出了沿图1a中示出的箭头B观看的视图。图1a中示出的剖面是沿图1b中示出的线A-A所截取的。开关装置包括具有腔体106的主体部101。构成腔体底部的壁107能够由于从相对于腔体的相反侧指向壁的机械力F而弯曲。开关装置包括电换能器102、103、104和105，它们位于腔体106内并且布置成在腔体底部由于机械力F而弯曲时生成电信号。从图1a可以看出，通过将机械力F指向开关装置来操作开关装置的表面可以是均匀的并且没有灰尘以及其它杂质易于积聚到其中的狭缝和其它结构。
在根据本发明的例证性实施例的开关装置中，主体部由单片材料制成。该片材料可例如是这样的板：其设置有腔体106，使得构成腔体底部的壁107的厚度D小于腔体周围的板的厚度Dp。Dp/D的比可例如至少是5或者在需要时至少是10。该板可例如由金属制成，该金属可例如是铝。主体部还可以包括在坐标系190的z方向上堆叠的层。
在根据本发明的例证性实施例的开关装置中，电换能器102-105是响应于腔体底部的弯曲的压电换能器。这些压电换能器可以利用例如可以是胶合剂的紧固件附接至腔体底部。
在根据本发明的例证性实施例的开关装置中，电换能器102-105是其电容布置成在腔体底部弯曲时变化的电容换能器。
在根据本发明的例证性实施例的开关装置中，电换能器102-105是接附至腔体底部并且其阻抗布置成在腔体底部弯曲时变化的应变计。
构成腔体106的底部的壁107的厚度D被选择以利用合适的机械力F来实现足够的弯曲。合适的厚度取决于腔体的宽度和长度、主体部的材料，以及位于腔体内的所述一个或多个电换能器的特性。在根据本发明的例证性实施例的开关装置中，壁107的厚度D小于能够被腔体底部覆盖的最大圆周半径的10％。例如，当电换能器102-105是压电换能器时，主体部由铝制成，并且腔体的宽度和长度为30mm和120mm，壁107的厚度D适当地为大约1mm。
根据本发明的例证性实施例的开关装置包括低通滤波器108、109、110和111，它们布置成对由电换能器102-105所生成的电信号进行滤波。低通滤波器108-109用于衰减来自电换能器所生成的电信号的可能的高频扰动。
根据本发明的例证性实施例的开关装置包括带通滤波器，其布置成对由电换能器所生成的电信号进行滤波。通过对带通滤波器的频率响应的适当选择，可以确定操作开关装置的机械力F的时间曲线。例如，通过对频率响应的适当选择，开关装置可以被调整为使其仅在被轻击时而非在例如被平稳按压时起作用。
根据本发明的例证性实施例的开关装置包括加法器112，其用于将对由电换能器102-105所生成的电信号合计为单个电信号。开关装置还可以包括放大器113，其布置成对由加法器所生成的电信号进行放大。
应该注意到，利用滤波器108-111、加法器112和放大器113实现的信号处理操作可以不同的方式实施。例如，加法器可以直接连接至电换能器102-105并且由加法器所生成的单个电信号可以被滤波和/或放大。
图2a示出了根据本发明的例证性实施例的用于从包含所注入的样品材料的样品载体216切除一个或多个样品区的电工仪器的示意性侧剖视图。图2b示出了沿图2a中示出的箭头B观看的视图。样品载体216可例如包括滤纸片或能够吸收可例如是新生儿的血液的其它一些合适的多孔材料。参见图2b，样品载体216上的斑点221是其中已经注入了样品材料的样品载体的一个区域。样品区被从其中已经注入了样品材料的样品载体的区域切除。在切割之后，所分离的样品区被传送至可例如是微量滴定板的样品井元件218的样品井以备进一步分析。例如，图2a中示出的所分离的样品区217已被从图2b中示出的区域221切除。区域221在样品区217已被从中切除的位置上具有孔222。已被接纳在样品井处的所分离的样品区217可随后进行例如生物化学分析。样品载体216可以包括机器可读条形码，其可例如包含关于样品材料的供体的信息、关于获得样品的时间和位置的信息，和/或其它合适的信息。
用于从样品载体切除一个或多个样品区的电工仪器包括切割元件214，其用于从样品载体的期望位置切除样品区。在图2a中示出的例证例中，切割元件包括冲头215，其布置成以通过样品载体的冲程从样品载体216分离出每个样品区。支撑切割元件214的机械支撑结构在图2a中未被示出，但包括可能的伺服电机和/或位置传感器的机械支撑结构可例如是从现有技术已知的。在根据本发明的另一实施例的电工仪器中，切割元件包括在样品载体上产生局部点状切口的切割器，以及用于引导切割器以使由切割器所产生的点状切割冲力沿着每个样品区的外周移动以便从样品载体切除样品区的器件。上述切割器可例如是激光束切割器或液体(例如水)喷射式切割器。
电工仪器包括机械支撑结构219，其用于支撑样品井元件218以使样品井元件的合适的样品井能够接纳从样品载体切除的每个样品区。该机械支撑结构能够使样品井元件219在坐标系290的xy平面内移动。机械支撑结构可例如包括从现有技术已知的伺服电机和/或位置传感器。
电工仪器包括用于支撑样品载体216的支撑元件201以及用于控制切割元件214和机械支撑结构219的处理器223。
电工仪器包括开关装置225，其用于启动切割元件214以从样品载体216切除样品区。开关装置布置成生成控制处理器223的电信号。开关该装置包括具有腔体206的主体部以及位于腔体内的一个或多个电换能器202，这些电换能器布置成在腔体底部由于机械力F而弯曲时生成电信号。机械力F所指向的区域在图2b中被示出为灰色区域224。在图2b中，位于支撑元件201的相反侧的腔体和电换能器的轮廓线以虚线示出。
开关装置还可以包括信号处理器件226，其可以包括一个或多个滤波器、加法器、放大器和/或比较器，用于将由所述一个或多个电换能器101所生成的所述一个或多个电信号转换为适于处理器223的形式。在图2a和2b中所示的例证例中，支撑元件201还构成了开关装置225的主体部。支撑元件201可例如是金属(例如铝)板。
图3示出了根据本发明的例证性实施例的用于样品的光学测量的电工仪器的示意性侧剖视图。待测量样品351、352、353、354、355、356、357被存储在样品井元件318的样品井中。电工仪器包括机械支撑结构319，其用于支撑样品井元件318以使样品井元件319可以在坐标系390的xy平面内移动。
电工仪器包括激发光源328，其布置成产生激发光束。激发光源328可例如是闪光灯。由激发光源辐射出的激发光束利用准直透镜准直，并且被引导通过滤光器320。激发光束随后利用聚焦透镜被聚焦于光纤波导329的末端部，光纤波导329将激发光束导向分色镜330。光纤波导可例如是光纤束，例如200根直径例如为100μm的光纤。光纤束可以用于混合激发光束从而避免在待测量样品上的非均匀的光分布。激发光束被分色镜330反射到准直透镜。激发光束随后利用聚焦透镜被聚焦于样品353。
电工仪器包括用于控制激发光源328和机械支撑结构319的处理器323。电工仪器包括开关装置325，其用于启动电工仪器以开始光学测量。开关装置布置成生成控制处理器323的电信号。开关装置包括具有腔体306的主体部以及位于腔体内的一个或多个电换能器302，这些电换能器布置成在腔体底部由于机械力F而弯曲时生成电信号。开关装置还可以包括信号处理器件326，其可以包括一个或多个滤波器、加法器、放大器和/或比较器，用于将由一个或多个电换能器302所生成的一个或多个电信号转换为适于处理器323的形式。在图3中所示的例证例中，开关装置的主体部301还构成了电工仪器的框架结构的一部分。
图4示出了根据本发明的例证性实施例的用于响应于机械力生成一个或多个电信号的方法的流程图。该方法包括：
-在阶段401：将机械力指向构成主体部的腔体底部的壁，该机械力从相对于腔体的相反侧指向壁，以及
-在阶段402：利用一个或多个电换能器生成所述一个或多个电信号，该一个或多个电换能器位于腔体内并且布置成在腔体底部由于机械力而弯曲时生成电信号。
根据本发明的例证性实施例的方法包括对一个或多个电信号进行低通滤波。
根据本发明的例证性实施例的方法包括对一个或多个电信号进行带通滤波。
根据本发明的例证性实施例的方法包括将由电换能器所生成的电信号合计为单个电信号。
在根据本发明的例证性实施例的方法中，一个或多个电换能器是响应于腔体底部的弯曲的压电换能器。
在根据本发明的例证性实施例的方法中，一个或多个电换能器是电容在腔体底部弯曲时变化的电容换能器。
在根据本发明的例证性实施例的方法中，一个或多个电换能器是阻抗在腔体底部弯曲时变化的应变计。
在以上给出的描述中所提供的具体示例不应被解释为限制随附权利要求的适用性和/或对随附权利要求的解释。

Claims (16)

1.一种电工仪器，包括由单片材料制成并且构成所述电工仪器的工作面的板以及用于控制所述电工仪器的操作的开关装置(225，325)，所述板具有第一表面，所述开关装置包括：
-主体部(201，301)，以及
-两个或更多个电换能器(202，302)，其直接连接至所述主体部并且布置成响应于指向所述主体部的机械力生成两个或更多个电信号，
-其中，所述主体部包括腔体(206，306)以及构成腔体底部的壁，所述壁具有作为所述板的第一表面的一部分的第一表面，以及与所述板的第一表面相对的第二表面，其中，所述壁能够由于从相对于所述腔体的相反侧指向所述壁的第一表面的机械力而弯曲，所述两个或更多个电换能器位于所述腔体的壁的第二表面上并且布置成在所述腔体底部弯曲时生成所述两个或更多个电信号，其中，构成所述电工仪器的工作面的所述板还构成所述开关装置的所述主体部，其中，所述开关装置包括加法器(112)，用于将由所述电换能器所生成的电信号合计为单个电信号，
-其中，所述电工仪器适于从包含注入的样品材料的样品载体切除一个或多个样品区，并且其中：
-所述工作面适于支撑所述样品载体，
-所述电工仪器还包括切割元件(214)，用于从所述样品载体切除一个或多个样品区，以及
-所述开关装置(225)适于启动所述切割元件以从所述样品载体切除样品区。
2.根据权利要求1所述的电工仪器，其中，构成所述电工仪器的工作面的所述板是设置有所述腔体的金属板，构成所述腔体底部的所述壁的厚度小于所述腔体周围的所述板的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的电工仪器，其中，所述壁的厚度小于能够被所述腔体底部覆盖的最大圆周半径的10％。
4.根据权利要求1或2所述的电工仪器，其中，所述开关装置包括两个或更多个低通滤波器(108-111)，所述两个或更多个低通滤波器布置成对所述两个或更多个电信号进行滤波。
5.根据权利要求1或2所述的电工仪器，其中，所述开关装置包括两个或更多个带通滤波器，所述两个或更多个带通滤波器布置成对所述两个或更多个电信号进行滤波。
6.根据权利要求1或2所述的电工仪器，其中，所述开关装置包括放大器(113)，所述放大器布置成对利用所述加法器生成的电信号进行放大。
7.根据权利要求1或2所述的电工仪器，其中，所述两个或更多个电换能器是响应于所述腔体底部的弯曲的压电换能器。
8.根据权利要求1或2所述的电工仪器，其中，所述两个或更多个电换能器是其电容被布置成在所述腔体底部弯曲时变化的电容换能器。
9.根据权利要求1或2所述的电工仪器，其中，所述两个或更多个电换能器是其阻抗被布置成在所述腔体底部弯曲时变化的应变计。
10.根据权利要求1或2所述的电工仪器，其中，所述电工仪器适于光学测量，并且其中：
-所述电工仪器还包括激发光源(328)，所述激发光源布置成为至少一个待测量样品产生激发光束，
-所述电工仪器还包括探测器(327)，所述探测器布置成探测来自一个或多个待测量样品的光束并且响应于探测到的所述光束生成探测信号，以及
-所述开关装置(325)适于启动所述电工仪器以开始光学测量。
11.一种用于生成用以控制电工仪器的一个或多个电信号的方法，所述电工仪器包括由单片材料制成并且构成所述电工仪器的工作面的板以及用于控制所述电工仪器的操作的开关装置(225，325)，所述板具有第一表面，所述开关装置包括：
-主体部(201，301)，以及
-两个或更多个电换能器(202，302)，其直接连接至所述主体部并且布置成响应于指向所述主体部的机械力生成两个或更多个电信号，
所述方法包括：
-将机械力指向(401)构成所述主体部的腔体底部的壁，所述壁具有作为所述板的第一表面的一部分的第一表面，以及与所述板的第一表面相对的第二表面，所述机械力从相对于腔体的相反侧指向所述壁的第一表面，以及
-利用两个或更多个电换能器生成(402)两个或更多个电信号，所述两个或更多个电换能器位于所述壁的第二表面上并且布置成在所述腔体底部弯曲时生成所述两个或更多个电信号，
-其中，构成所述电工仪器的工作面的所述板还构成包括所述腔体的所述主体部，
其中，所述方法包括将所述电信号合计为单个电信号，
-其中，所述电工仪器适于从包含注入的样品材料的样品载体切除一个或多个样品区，并且其中：
-所述工作面适于支撑所述样品载体，
-所述电工仪器还包括切割元件(214)，用于从所述样品载体切除一个或多个样品区，以及
-所述切割元件适于被启动以从所述样品载体切除样品区。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括对所述两个或更多个电信号进行低通滤波。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括对所述两个或更多个电信号进行带通滤波。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中，所述两个或更多个电换能器是响应于所述腔体底部的弯曲的压电换能器。
15.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中，所述两个或更多个电换能器是其电容在所述腔体底部弯曲时变化的电容换能器。
16.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中，所述两个或更多个电换能器是其阻抗在所述腔体底部弯曲时变化的应变计。
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