CN110945338B - 传感器模块 - Google Patents

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Abstract

传感器模块包括：传感器，检测样品中的特定物质；第一通道；以及第二通道。第一通道将作为样品的第一流体供应到传感器。第二通道将不同于第一流体的第二流体供应到传感器。第二通道包括用于将第二流体保持固定的时间间隔的第二流体缓冲槽。

Description

传感器模块
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年7月28日提交的日本专利申请第2017-147154号的优先权和权益，其全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种传感器模块。
背景技术
以往，已知用于检测流体中的特定物质的传感器模块。例如，专利文献1公开了一种具有气体入口和气体检测单元的气体成分检测装置。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP 2010-249556A
发明内容
根据本发明实施例的传感器模块包括：传感器，被配置成检测样品中的特定物质；第一通道；以及第二通道。第一通道将作为样品的第一流体供应到传感器。第二通道将不同于第一流体的第二流体供应到传感器。第二通道包括用于将第二流体保持固定的时间间隔的第二流体缓冲槽。
附图说明
在附图中：
图1是根据本发明第一实施例的传感器模块的示意图；
图2是示出图1的传感器模块的示意性配置的功能框图；
图3是示出与第二流体的成分相对应的第二信号的波形的图；
图4是示出根据本发明第二实施例的传感器模块的示意图；以及
图5是示出图4的传感器模块的示意性配置的功能框图。
具体实施方式
以往，期望通过传感器模块来提高对检测对象物质的测量精度。本发明旨在提供一种提高对检测对象物质的测量精度的传感器模块。根据本发明实施例的传感器模块可以提高对检测对象物质的测量精度。在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。
第一实施例
图1是根据本发明第一实施例的传感器模块1的示意图。传感器模块1包括壳体10。图1示出了壳体10的内部，其中去除了壳体10的一部分表面。
传感器模块1从外部接收作为样品的第一流体和不同于第一流体的第二流体。传感器模块1检测第一流体中的特定物质。
第一流体是样品。第一流体也称为样品气体。例如，第一流体是生物气体(例如，人呼出的气体)、气味或通过加热或化学反应产生的气体，但不限于此。当第一流体是人呼出的气体时，要检测的特定物质是丙酮、乙醇或一氧化碳，但不限于此。
第二流体是控制流体。根据用途，第二流体也被称为刷新气体、吹扫气体或载气。例如，当第一流体是人呼出的气体时，第二流体是空气或氮气，但不限于此。
传感器模块1在壳体10内包括第一通道20、第二通道21、排放路径22、腔室30和电路板60。
第一通道20从外部将第一流体供应到腔室30。第一通道20包括用于第一流体的缓冲槽40，以及第一供应单元50。第一通道20包括例如入口20A和通路20B。第一通道20还可以包括用于减少第一流体中包含的噪声成分的过滤器。
第一流体从外部流入入口20A。流入到入口20A中的第一流体被供应到缓冲槽40。例如，入口20A被构造为树脂管，或诸如金属管或玻璃管之类的圆筒形构件。例如，入口20A的一端延伸到壳体10的外部。可以在入口20A的一端设置向外开口的流入端口。入口20A的另一端连接到缓冲槽40。
通路20B经由第一供应单元50将保持在缓冲槽40中的第一流体供应到腔室30。例如，通路20B被构造为树脂管，或诸如金属管或玻璃管之类的圆筒形构件。例如，通路20B的一端连接到缓冲槽40。通路20B的另一端连接到腔室30。
第二通道21从外部将第二流体供应到腔室30。第二通道21包括用于第二流体的缓冲槽41，以及第二供应单元51。第二通道21包括例如入口21A和通路21B。第二通道21还可以包括用于减少第二流体中包含的噪声成分的过滤器。
第二流体从外部流入入口21A。流入到入口21A的第二流体被供应到缓冲槽41。例如，入口21A被构造为树脂管，或诸如金属管或玻璃管之类的圆筒形构件。例如，入口21A的一端延伸到壳体10的外部。可以在入口21A的一端设置向外开口的流入端口。入口21A的另一端连接到缓冲槽41。
通路21B经由第二供应单元51将保持在缓冲槽41中的第二流体供应到腔室30。例如，通路21B被构造为树脂管，或诸如金属管或玻璃管之类的圆筒形构件。例如，通路21B的一端连接到缓冲槽41。通路21B的另一端连接到腔室30。
排放路径22将排气从腔室30排放到外部。排气包括例如经过检测处理的第一流体和第二流体。例如，排放路径22被构造为树脂管，或诸如金属管或玻璃管之类的圆筒形构件。
第一通道20的通路20B连接到腔室30。腔室30接收从通路20B供应的第一流体。第二通道21的通路21B连接到腔室30。腔室30接收从通路21B供应的第二流体。排放路径22连接到腔室30。腔室30从排放路径22排放经过检测处理的第一流体和第二流体。腔室30包括布置在其内部的传感器31。
传感器31布置在腔室30内。传感器31包括多个反应单元。例如，反应单元中的每一个可以被构造为膜。反应单元对特定物质作出反应。多个反应单元中的至少一个对检测对象物质的成分作出反应。即，多个反应单元中的至少一个检测该检测对象物质。反应单元因为吸附流体中包含的特定物质而变形。反应单元由例如聚苯乙烯、氯丁二烯橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、硝化纤维素、硅树脂或氟树脂形成。反应单元中的每一个输出对应于与特定物质的反应的信号。该信号例如作为电压值输出。
缓冲槽40例如位于用于供应第一流体的一侧。缓冲槽40包括流入第一流体的入口40A和流出第一流体的出口40B。第一流体经由入口40A从入口20A供应到缓冲槽40。缓冲槽40将第一流体保持固定的时间间隔。例如，可以将入口40A和出口40B之间的距离确定为预定长度或更长，使得缓冲槽40可以将第一流体保持固定的时间间隔。可替代地，可以将缓冲槽40的容量确定为预定值或更大，使得缓冲槽40可以将第一流体保持固定的时间间隔。缓冲槽40可以被构造为袋状槽或圆筒形槽。缓冲槽40可以设置有用于加热第一流体的加热器。
缓冲槽40将第一流体保持固定的时间间隔，然后将第一流体从出口40B供应到腔室30。将第一流体在缓冲槽40中保持固定的时间间隔，以使包含在第一流体中的成分在缓冲槽40内均匀化。也可以使第一流体的温度在缓冲槽40内均匀化。因此，可以将成分和温度在缓冲槽40内得到均匀化的第一流体供应到腔室30。
缓冲槽41例如位于用于供应第二流体的一侧。缓冲槽41包括流入第二流体的入口41A和流出第二流体的出口41B。第二流体经由入口41A从入口21A供应到缓冲槽41。缓冲槽41将第二流体保持固定的时间间隔。例如，可以将入口41A和出口41B之间的距离确定为预定长度或更长，使得缓冲槽41可以将第二流体保持固定的时间间隔。可替代地，可以将缓冲槽41的容量确定为预定值或更大，使得缓冲槽41可以将第二流体保持固定的时间间隔。缓冲槽41可以被构造为袋状槽或圆筒形槽。缓冲槽41可以设置有用于加热第二流体的加热器。
缓冲槽41将第二流体保持固定的时间间隔，然后将第二流体从出口41B供应到腔室30。将第二流体在缓冲槽41中保持固定的时间间隔，以使包含在第二流体中的成分在缓冲槽41内均匀化。也可以使第二流体的温度在缓冲槽41内均匀化。因此，可以将成分和温度在缓冲槽41内得到均匀化的第二流体供应到腔室30。
第一供应单元50安装到通路20B。第一供应单元50将保持在缓冲槽40中的第一流体供应到腔室30。第一供应单元50中所示的箭头指示第一供应单元50输送第一流体的方向。例如，第一供应单元50被构造为压电泵。
第二供应单元51安装到通路21B。第二供应单元51将保持在缓冲槽41中的第二流体供应到腔室30。第二供应单元51中所示的箭头指示第二供应单元51输送第二流体的方向。例如，第二供应单元51被构造为压电泵。
电路板60封装用于传播电信号的线路、以及传感器模块1的将在稍后进行描述的控制器62和存储器61。
图2是示出图1的传感器模块1的示意性配置的功能框图。传感器模块1包括传感器31、第一供应单元50、第二供应单元51、存储器61和控制器62。
如上所述，传感器31布置在腔室30中。传感器31将来自反应单元中每一个的信号输出至控制器62。
第一供应单元50基于控制器62的控制，以预定的定时将保持在图1所示的缓冲槽40中的第一流体供应到腔室30。第二供应单元51基于控制器62的控制，以预定的定时将保持在图1所示的缓冲槽41中的第二流体供应到腔室30。
例如，存储器61被配置成半导体存储器、磁存储器等。存储器61被配置成存储各种信息以及用于操作传感器模块1的程序等。存储器61可以用作工作存储器。
控制器62是被配置成控制和管理整个传感器模块1(包括其每个功能块在内)的处理器。控制器62是诸如CPU(中央处理单元)之类的处理器，被配置成执行对控制过程进行规定的程序。例如，这样的程序存储在存储器61或连接到传感器模块1的外部存储介质中。
控制器62控制第一供应单元50和第二供应单元51，使得第一流体和第二流体被交替地供应到腔室30。通过这种控制，在第一供应单元50将第一流体供应到腔室30时，第二供应单元51不向腔室30供应第二流体。另外，在第二供应单元51将第二流体供应到腔室30时，第一供应单元50不向腔室30供应第一流体。
在第一供应单元50将第一流体供应到腔室30时，传感器31将与第一流体的成分相对应的第一信号输出到控制器62。另外，在第二供应单元51将第二流体供应到腔室30时，传感器31将与第二流体的成分相对应的第二信号输出到控制器62。控制器62基于从传感器31接收的第一信号和第二信号之间的差来检测第一流体中包含的特定物质。
如上所述，在根据第一实施例的传感器模块1中，第二流体在缓冲槽41中保持固定的时间间隔，然后被供应到腔室30。该构造可以将成分和温度在缓冲槽41内得到均匀化的第二流体供应到腔室30。因此，如下所述，可以提高传感器模块1对检测对象物质的测量精度。
作为比较示例，设想不包括缓冲槽41的传感器模块。在根据比较示例的传感器模块中，第二流体通过第二供应单元51等从外部直接供应到腔室30。在此，从外部供应的第二流体的成分浓度和温度可能根据传感器模块的周围环境的变化而变化。例如，当将空气用作第二流体时，安装有传感器模块的房间中空气的湿度和温度可能会受到空调、天气变化、进出房间的人等的影响，导致第二流体的湿度和温度发生变化。因为根据比较示例的传感器模块不经处理就将第二流体供应到腔室30中，所以从外部供应的第二流体的成分浓度和温度的变化导致供应到腔室30的第二流体的成分浓度和温度的变化。供应到腔室30的第二流体的成分浓度和温度的变化导致与第二流体的成分相对应的第二信号的电压值的变化。第二信号的电压值的变化使得难以提高对检测对象物质的测量精度。
另一方面，在第一实施例中，即使当从外部供应的第二流体的成分浓度和温度由于传感器模块1的周围环境的变化而变化时，第二流体的成分浓度和温度也可以在缓冲槽41内得到均匀化。此外，可以将成分和温度在缓冲槽41内得到均匀化的第二流体供应到腔室30。因此，根据本实施例的传感器模块1可以使与第二流体的成分相对应的第二信号的电压值稳定。因此，根据本实施例，可以提高传感器模块1对检测对象物质的测量精度。
图3示出了与第二流体的成分相对应的第二信号的波形。在图3中，纵轴表示电压，横轴表示时间。在图3中，将室内的空气用作第二流体。波形A表示根据比较示例的传感器模块的第二信号。波形B表示根据第一实施例的传感器模块1的第二信号。在根据比较示例的传感器模块中，波形A的电压值在空调的影响下变化。另一方面，在根据第一实施例的传感器模块1中，波形B的电压值是稳定的。因此，根据本实施例，可以提高传感器模块1对检测对象物质的测量精度。
另外，根据第一实施例的传感器模块1包括用于将第一流体保持固定的时间间隔的缓冲槽40。在此，当第一流体是人呼出的气体时，取决于人呼出气体的时间，第一流体中包含的成分的浓度可能发生变化。另外，设置有传感器模块1的房间中的空气可能混合到第一流体中。同样在这种情况下，本实施例可以在缓冲槽40内使第一流体的成分浓度和温度得到均匀化。此外，可以将成分浓度和温度在缓冲槽40内得到均匀化的第一流体供应到腔室30。因此，根据本实施例的传感器模块1可以使与第一流体的成分相对应的第一信号的电压值稳定。因此，根据本实施例，可以提高传感器模块1对检测对象物质的测量精度。
根据第一实施例的传感器模块1包括用于第一流体的缓冲槽40和用于第二流体的缓冲槽41。该构造可以分别在缓冲槽40和缓冲槽41内使第一流体的温度和第二流体的温度以类似的方式得到均匀化。另外，可以将温度以类似的方式得到均匀化的第一流体和第二流体供应到腔室30。因此，与第一流体的成分相对应的第一信号和与第二流体的成分相对应的第二信号之间的差可以更清楚地与第一流体中包含的检测对象物质的浓度相对应。因此，根据本实施例，可以提高传感器模块1对检测对象物质的测量精度。
第二实施例
图4是示出根据本发明的第二实施例的传感器模块1A的示意图。图4所示的组成元件中与图1所示相同的组成元件用相同的附图标记表示，并且将省略其描述。
根据第二实施例的传感器模块1A在刷新处理中使用第二流体将残留在传感器模块1A中的样品排放到传感器模块1A的外部。如本文中所使用，术语“刷新处理”是指在检测包含在下一样品中的特定物质之前，将在先前的检测处理中使用并残留在传感器模块1A中的样品排放到传感器模块1A外部的操作。
传感器模块1A在壳体10内包括第一通道20、第二通道21、排放路径22、第三通道23、第四通道24、第五通道25、腔室30和电路板60。第三通道23具有阀70。第四通道24具有阀71。第一通道20的入口20A具有阀72。第五通道25具有排放单元80。
第三通道23联接第二通道21和用于第一流体的缓冲槽40。例如，第三通道23的一端连接到入口21A。第三通道23的另一端连接到用于第二流体的缓冲槽40。例如，第三通道23被构造为树脂管，或诸如金属管或玻璃管之类的圆筒形构件。
第四通道24联接用于第一流体的缓冲槽40和用于第二流体的缓冲槽41。例如，第四通道24的一端连接到缓冲槽40。第四通道24的另一端连接到缓冲槽41。例如，第四通道24被构造为树脂管，或诸如金属管或玻璃管之类的圆筒形构件。在下文中，将第四通道24的位于缓冲槽41与第五通道25之间的部分也适当地称为“第四通道24A”。另外，将第四通道24的位于缓冲槽40与第五通道25之间的部分也适当地称为“第四通道24B”。
第五通道25联接第四通道24和传感器模块1A的外部。例如，第五通道25的一端延伸到壳体的外部。可以将向外部开口的排气口设置到第五通道25的一端。第五通道25的另一端连接到第四通道24的一部分。
阀70安装到第三通道23。在传感器模块1A的检测处理期间，阀70处于关闭状态。在传感器模块1A的刷新处理期间，阀70处于打开状态。当阀70在传感器模块1A的刷新处理期间打开时，已经流入入口21A的第二流体的一部分经由第三通道23被输送到缓冲槽40。通过将第二流体输送到缓冲槽40，残留在缓冲槽40中的第一流体被排放到第四通道24B侧。阀70可以被配置成静电驱动的半导体阀或电磁驱动的阀。
阀71安装到第四通道24。在传感器模块1A的检测处理期间，阀71处于关闭状态。在传感器模块1A的刷新处理期间，阀71处于打开状态。当阀71在传感器模块1A的刷新处理期间打开时，残留在缓冲槽40中的第一流体经由第四通道24B被排放到第五通道25。阀71可以被配置成静电驱动的半导体阀或电磁驱动的阀。
阀72安装到第一通道20的入口20A。在传感器模块1A的检测处理期间，阀72处于打开状态。在传感器模块1A的刷新处理期间，阀72处于关闭状态。阀72在传感器模块1A的刷新处理中排放单元80的操作期间关闭。因为阀72在传感器模块1A的刷新处理中排放单元80的操作期间关闭，所以防止了新的第一流体从入口20A混入缓冲槽40中。阀72可以被配置成静电驱动的半导体阀或电磁驱动的阀。
排放单元80安装到第五通道25。在传感器模块1A的刷新处理期间，排放单元80将缓冲槽40中的第一流体经由第四通道24B和第五通道25排放到传感器模块1A的外部。另外，在传感器模块1A的刷新处理期间，排放单元80还经由第四通道24A和第五通道25将缓冲槽41中的第二流体排放到传感器模块1A的外部。
例如，排放单元80被配置成压电泵。排放单元80可以具有比例如第一供应单元50和第二供应单元51更大的流速。通过增加排放单元80的流速，传感器模块1A的刷新处理所需的时间可以减少。
图5是示出图4的传感器模块1A的示意性配置的功能框图。图5所示的组成元件中与图2所示相同的组成元件用相同的附图标记表示，并且将省略其描述。
传感器模块1A包括传感器31、第一供应单元50、第二供应单元51、存储器61、控制器62、阀70、阀71、阀72和排放单元80。
控制器62对阀70、71、72和排放单元80进行控制。在传感器模块1A的检测处理期间，控制器62进行控制以关闭阀70和71并打开阀72。在传感器模块1A的刷新处理期间，控制器62进行控制以打开阀70和71。
当阀70在传感器模块1A的刷新处理期间打开时，流入图4所示的入口21A的第二流体的一部分经由第三通道23被输送到缓冲槽40。通过将第二流体输送到缓冲槽40，残留在缓冲槽40中的第一流体被排放到第四通道24。此外，当阀71打开时，通过第二流体从缓冲槽40排放的第一流体经由第四通道24B被输送到第五通道25。
在传感器模块1A的刷新处理期间，控制器62进一步控制排放单元80。控制器62使排放单元80将图4所示的缓冲槽40中的第一流体经由第四通道24B和第五通道25排放到传感器模块1A的外部。另外，控制器62使排放单元80将图4所示的缓冲槽41中的第二流体经由第四通道24A和第五通道25排放到传感器模块1A的外部。此外，控制器62进行控制以在排放单元80操作期间关闭阀72。因为阀72关闭，所以抑制了新的第一流体从入口20A混入缓冲槽40中。
如上所述，在根据第二实施例的传感器模块1A中，第三通道23联接入口21A和缓冲槽40。该构造可以在传感器模块1A的刷新处理期间经由第三通道23将第二流体输送到缓冲槽40。通过将第二流体输送到缓冲槽40，可以从缓冲槽40排放第一流体。通过在刷新处理中从缓冲槽40排放第一流体，可以提高传感器模块1A对检测对象物质的测量精度。
此外，在根据第二实施例的传感器模块1A中，第四通道24联接用于第一流体的缓冲槽40和用于第二流体的缓冲槽41。另外，在根据本实施例的传感器模块1A中，第五通道25联接第四通道24与外部。该构造可以通过排放单元80经由第四通道24B和第五通道25将残留在缓冲槽40内的第一流体排放到传感器模块1A的外部。该构造还可以通过排放单元80经由第四通道24A和第五通道25将缓冲槽41中的第二流体排放到传感器模块1A的外部。因此，如下所述，可以减少传感器模块1A的刷新处理所需的时间。
作为比较示例，设想通过使第二流体从图4所示的入口20A流入而排放残留在缓冲槽40内的第一流体的情况。在这种情况下，残留在缓冲槽40内的第一流体被来自入口20A的第二流体排放到通路20B。此外，来自缓冲槽40的第一流体通过第一供应单元50从排放路径22排放到外部。在此，第一供应单元50的流速通常设定得较小，以便在检测处理中实现更精细的控制。因此，以比较示例的方式使用第一供应单元50执行刷新处理可能会花费时间。
另一方面，在本实施例中，主要用于刷新处理的排放单元80执行传感器模块1A的刷新处理。因为排放单元80主要用于刷新处理，所以流速可以被设计为大于第一供应单元50等。因此，在本实施例中，可以减少传感器模块1A的刷新处理所需的时间。
尽管已经基于附图和实施例描述了本发明，但是应当理解，本领域普通技术人员可以基于本发明来进行各种改变和修改。因此，这样的改变和修改包括在本文的公开内容范围内。例如，每个功能单元、每个装置等中包括的功能等可以在没有逻辑上不一致的情况下重新布置，以便将多个单元或步骤组合在一起或将它们细分。另外，上述实施例中的每一个都不需要严格按照其描述来实践，并且可以通过适当地组合特征或部分省略特征来实现。
例如，代替传感器31，可以将另一种检测机构用于腔室30。这种检测机构可以包括例如半导体传感器、接触燃烧传感器、电化学传感器、光学传感器、SAW传感器或QCM传感器。
附图标记列表
1、1A        传感器模块，
10          壳体，
20          第一通道，
21          第二通道，
20A、21A     入口，
20B、21B     通路，
22          排放路径，
23          第三通道，
24、24A、24B  第四通道，
25          第五通道，
30          腔室，
31          传感器，
40          缓冲槽(用于第一流体的缓冲槽)，
40A         入口，
40B         出口，
41          缓冲槽(用于第二流体的缓冲槽)，
41A         入口，
41B         出口，
50          第一供应单元，
51          第二供应单元，
60          电路板，
61          存储器，
62          控制器，
70、71、72    阀，
80          排放单元。

Claims (4)

1.一种传感器模块，包括：
传感器，被配置成检测样品中的特定物质；
第一通道，用于将作为所述样品的第一流体供应到所述传感器；以及
第二通道，用于将不同于所述第一流体的第二流体供应到所述传感器，
其中所述第一通道包括用于将所述第一流体保持固定的时间间隔的第一流体缓冲槽，
所述第二通道包括用于将所述第二流体保持固定的时间间隔的第二流体缓冲槽，
所述传感器模块还包括：第三通道，联接所述第二通道和所述第一流体缓冲槽。
2.根据权利要求1所述的传感器模块，其中所述第三通道安装有阀。
3.根据权利要求1或2所述的传感器模块，
其中所述第二通道还包括用于使所述第二流体从外部流入所述第二流体缓冲槽的入口，并且
所述第三通道连接到所述入口。
4.根据权利要求3所述的传感器模块，还包括：
第四通道，联接所述第一流体缓冲槽和所述第二流体缓冲槽；以及
第五通道，联接所述第四通道和外部。
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