CN111919093A - 流量流速算出装置、流量流速传感器装置、流量装置以及流量流速算出方法 - Google Patents

流量流速算出装置、流量流速传感器装置、流量装置以及流量流速算出方法 Download PDF

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Abstract

流量流速传感器装置具备：安装了受光元件和发光元件的封装件；具有遮光膜的透明基板；和流量流速算出装置。流量流速算出装置具有接收部、修正部、计算部和发送部。接收部接收第1功率谱的数据。修正部从通过接收部接收到的数据进行修正来算出第2功率谱。计算部基于通过修正部算出的第2功率谱来算出流量以及/或者流速。发送部将通过计算部算出的流量以及/或者流速发送到外部。

Description

流量流速算出装置、流量流速传感器装置、流量装置以及流量 流速算出方法
技术领域
本发明涉及流量流速算出装置、流量流速传感器装置、流量装置以及流量流速算出方法。
背景技术
不断谋求能简单且高速地测定血流等生物体信息的测量传感器等的流量流速传感器装置。例如血流能利用光的多普勒效应来测量。若对血液照射光，光就会由红细胞等血细胞散射。根据照射光的频率和散射光的频率来算出血细胞的移动速度。能测量血流等的流量流速传感器装置例如如JP特开平7-92184号公报记载的那样，在收容受光元件和发光元件的基板的上表面接合有透明基板。基板的一部分覆盖发光元件的一部分。
但在JP特开平7-92184号公报公开的流量流速传感器装置中，有可能难以在基准频率下判别高流量的情况与低流量的情况的差异。其结果，有可能不能正确掌握流量的状态。
发明内容
本发明的一个实施方式所涉及的流量流速算出装置具有接收部、修正部、计算部和发送部。接收部接收第1功率谱的数据。修正部从通过接收部接收到的数据进行修正来算出第2功率谱。计算部基于通过修正部算出的第2功率谱来算出流量以及/或者流速。发送部将通过计算部算出的数据发送到外部。
本发明的一个实施方式所涉及的流量流速传感器装置具备：安装了受光元件和发光元件的封装件；具有遮光膜的透明基板；和流量流速算出装置。
本发明的一个实施方式所涉及的流量流速算出方法具有：接收第1功率谱的第1处理；对通过第1处理得到的第1功率谱进行修正来算出第2功率谱的第2处理；和算出处理，基于通过第2处理修正后的第2功率谱来算出流量以及/或者流速。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的立体图。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的分解立体图。
图3是表示在图1的A-A线切断的本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的剖视图。
图4是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的剖视图。
图5是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的剖视图。
图6是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的剖视图。
图7是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的剖视图。
图8是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置的剖视图。
图9是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置的剖视图。
图10是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置的剖视图。
图11是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置的剖视图。
图12是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置的剖视图。
图13是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速算出装置的结构图。
图14是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速算出装置的结构图。
图15是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速算出装置的结构图。
图16是表示本发明的实施方式所涉及的控制装置的结构图。
图17是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置的结构图。
图18是由本发明的实施方式所涉及的流量流速算出装置得到的被修正后的图表。
图19是由本本发明的其他实施方式所涉及的流量流速算出装置得到的被修正后的图表。
图20是本发明的实施方式所涉及的流量流速算出方法的流程图。
图21是本发明的实施方式所涉及的流量流速算出方法的流程图。
图22是本发明的其他实施方式所涉及的流量流速算出方法的流程图。
图23是本发明的其他实施方式所涉及的流量流速算出方法的流程图。
图24是本发明的其他实施方式所涉及的流量流速算出方法的流程图。
图25是本发明的实施方式所涉及的流量装置的剖视图。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的立体图。图2是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的分解立体图。图3是表示在图1的A-A线切断的本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的剖视图。图4是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的剖视图。图5是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的剖视图。图6是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的剖视图。图7是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置中所含的流量流速传感器的剖视图。图8是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置的剖视图。图9是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置的剖视图。图10是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置的剖视图。图11是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置的剖视图。图12是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置的剖视图。图13以及图14是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速算出装置的结构图。图15是表示本发明的其他实施方式所涉及的流量流速算出装置的结构图。图16是表示本发明的实施方式所涉及的控制装置的结构图。图17是表示本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置的结构图。图18是由本发明的实施方式所涉及的流量流速算出装置得到的被修正后的图表。图19是由本本发明的其他实施方式所涉及的流量流速算出装置得到的被修正后图表。图20以及图21是本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置的流程图。图22是本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置的流程图。图23是本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置的流程图。图24是本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置的流程图。图25是本发明的实施方式所涉及的流量装置的剖视图。在这些图中，流量流速传感器装置100具备流量流速传感器1、控制装置20和流量流速算出装置10。流量流速传感器1具备封装件2和透明基板3。在透明基板3具有遮光膜4，在封装件2安装有发光元件5和受光元件6。流量装置101具备流量流速传感器1、安装基板30、外壳50以及流路51。
本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置100具备：探测流量的流量流速传感器1；对探测的信息进行处理的控制装置20；根据处理过的信息来算出流量的流量流速算出装置10。流量流速传感器1具备封装件2和透明基板3。在透明基板3具有遮光膜4，在封装件2安装有发光元件5和受光元件6。控制装置20具有第2接收部21、AD变换部22、傅立叶变换部23和第2发送部24。流量流速算出装置10具有接收部11、修正部12、计算部19和发送部15。进而，作为流量流速算出方法，如后述那样有第1处理～算出处理。
封装件2在俯视观察下为矩形状，将多个电介质层层叠而形成。封装件2例如在俯视观察下大小为0.5mm～5mm，厚度为0.5mm～5mm。封装件2中，例如电介质层可以包含陶瓷材料，电介质层也可以是包含树脂绝缘材料的有机布线基板。
在封装件2是基于陶瓷材料的布线基板(陶瓷布线基板)的情况下，在包含陶瓷材料的电介质层形成连接盘、内部布线、信号布线等各导体。陶瓷布线基板包含多个陶瓷电介质层。
作为在陶瓷布线基板中所用的陶瓷材料，例如能举出氧化铝质烧结体、莫来石质烧结体、碳化硅质烧结体、氮化铝质烧结体、氮化硅质烧结体或玻璃陶瓷烧结体等。
另外，在封装件2是基于有机材料的布线基板(有机布线基板)的情况下，在包含有机材料的绝缘层形成后述的信号布线等布线导体。有机布线基板由多个有机电介质层形成。关于有机布线基板，例如印刷布线基板、增层布线基板或柔性布线基板等的电介质层包含有机材料即可。作为有机布线基板中所用的有机材料，例如能举出环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂或氟系树脂等，可以含有填料粒子、玻璃布。
另外，在该封装件2设有至少2个成为开口部的凹部，2个凹部当中一方是收容受光元件6的第1开口部2a，2个凹部当中另一方是收容发光元件5的第2开口部2b。第1开口部2a以及第2开口部2b被设置成，向封装件2的同一主面(封装件2的第1面)21开口。
另外，封装件2可以将基板2f和框体2g接合来构成。在该情况下，可以是，基板2f包含有机材料，框体2g包含陶瓷材料。由此，在框体2g中，能实现噪声的降低，并能容易制作。
本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器1适当地被用于利用光的多普勒效应来测定血流等流体的流动的测量传感器。为了利用光的多普勒效应，测量传感器具备：对被测量物照射光的发光元件；和接收通过被测量物散射的光的受光元件。特别在测量血流的情况下，例如对手指等身体的一部分从外部照射光，并接收通过在皮肤下的血管中流动的血液中所含的血细胞而散射的光，根据频率的变化来测定血流。为此，在流量流速传感器1中，基于照射光与散射光的位置关系来将发光元件5和受光元件6以给定的间隔配置。第1开口部2a以及第2开口部2b对应于与受光元件6以及发光元件5的位置关系而设。
第1开口部2a的大小、第2开口部2b的大小对应于要收容的受光元件6以及发光元件5的大小适宜设定即可，例如在作为发光元件5而使用垂直谐振器面发光激光元件(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)的情况下，关于第1开口部2a的开口，其形状例如可以是矩形，也可以是正方形，其大小例如为纵向长度为0.3mm～2.0mm、横向长度为0.3mm～2.0mm，深度是0.3mm～1.0mm。另外，可以使用LED(Light emitting Diode)。
另外，在作为受光元件6而使用面入射光电二极管的情况下，关于第2开口部2b的开口，其形状例如可以是矩形，也可以是正方形，其大小例如纵向长度为0.3mm～2.0mm、横向长度为0.3mm～2.0mm，深度为0.4mm～1.5mm。第1开口部2a与第2开口部2b之间(受光元件6与发光元件5之间)分离成发光元件发出的光不会直接入射到受光元件6的程度即可。另外，通过在第1开口部2a与第2开口部2b之间(受光元件6与发光元件5之间)设置具有遮光性的壁，能使第1开口部2a与第2开口部2b之间(受光元件6与发光元件5之间)的距离接近。
第1开口部2a以及第2开口部2b的开口形状例如可以是圆形，也可以是其他形状。另外，关于第1开口部2a以及第2开口部2b，
与封装件2的主面平行的截面的截面形状在深度方向上可以是一样的形状，也可以是带级差的凹部，到给定的深度之前，截面形状与开口形状相同而一样，在给定的深度以后，截面形状变小而直到底部为止是一样的。在是带级差的凹部的情况下，在第1开口部2a的底部设置用于安装受光元件6的安装区域，在第2开口部2b的底部设置用于安装发光元件5的安装区域。另外，在级差表面设置用于与发光元件5或受光元件6电连接的连接盘。
另外，在封装件2可以有信号布线，其与发光元件5或受光元件6电连接，传输输入到发光元件5的电信号，并传输从受光元件6输出的电信号。该信号布线可以包含：与发光元件5或受光元件6连接的连接构件即接合线；连接接合线的连接盘；与连接盘电连接并从连接盘的正下方延伸到封装件2的下表面(封装件2的第2面)的过孔导体；和与过孔导体电连接的外部连接端子。外部连接端子设于封装件2的下表面，通过焊料等端子连接材料而与安装了具备流量流速传感器1的测量传感器的安装基板30的连接端子电连接。
关于外部连接端子，提升与焊料等接合件的润湿性、并提升耐腐蚀性为好。为此，例如可以通过镀覆法依次被覆厚度0.5μm～10μm的镍层和厚度0.5μm～5μm的金层。
透明基板3覆盖封装件2的上表面(封装件2的第1面)，通过接合件而接合在封装件2的第1面。通过透明基板3，将收容了受光元件6以及发光元件5的第1开口部2a以及第2开口部2b堵塞并密封。透明基板3是包含绝缘材料的板状构件，利用供从收容于第2开口部2b的发光元件5出射的光透过、并供收容于第1开口部2a的受光元件6要接收的光透过那样的有光透过性的材料来构成即可。
发光元件5能使用VCSEL等半导体激光元件，受光元件6能使用硅光电二极管、GaAs光电二极管、InGaAs光电二极管、锗光电二极管等各种光电二极管。发光元件5以及受光元件6根据被测量物的种类、进行测量的参数的种类等适宜选择即可。
在测定血流的情况下，例如为了利用光的多普勒效应进行测定，作为发光元件5即VCSEL，是能出射波长850nm的激光的发光元件即可。在进行其他测定的情况下，选择出射与测定目的相应的波长的激光的发光元件5即可。受光元件6在所接收的光相对于从发光元件5出射的激光而没有波长的变化的情况下，受光元件6是能接收发光元件5的出射光的受光元件即可，在有波长的变化的情况下，受光元件6是能接收变化后的波长的光的受光元件即可。另外，出射光是由发光元件5直接出射的光，后述的照射光是从发光元件5出射的光当中照射到被测量物的光，散射光是从发光元件5出射的光在内壁反射、透过透明基板3等时散射的光。
发光元件5以及受光元件6和连接盘在本实施方式中例如通过接合线32电连接，但也可以是利用倒装芯片连接、焊盘连接、各向异性导电薄膜的连接等其他连接方法。
另外，透明基板3需要透过向被测量物的照射光以及散射光。照射光以及散射光的特性根据搭载的发光元件来决定，因此构成为至少所搭载的发光元件出射的光透过即可。使用针对从发光元件出射的光的波长，具有该波长的光的透过率为70％以上、优选90％以上的透过率的绝缘材料构成透明基板3即可。
透明基板3例如能使用蓝宝石等透明陶瓷材料、玻璃材料或树脂材料等作为绝缘材料。作为玻璃材料，能使用硼硅酸盐玻璃、晶化玻璃、石英、苏打玻璃等。作为树脂材料，能使用聚碳酸酯树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂等。另外，透明基板3在俯视观察下例如是矩形状，大小为0.5mm×1mm～5mm×5mm。另外，厚度为0.5mm～5mm。
另外，接合件将封装件2和透明基板3接合。更详细地，将封装件2的上表面和透明基板3的下表面在外周部分接合。接合件沿着封装件2的上表面设置成环状，是用于确保封装件2的第1开口部2a以及第2开口部2b内的气密性以及水密性的密封件。收容于第1开口部2a以及第2开口部2b的受光元件6以及发光元件5均耐水性弱等，为了防止来自外部的水分的进入，接合件设置成没有间断的环状。
进而，接合件可以具有遮光性。通过接合件具有遮光性，能降低来自外部的光穿过封装件2与透明基板3之间而进入第1开口部2a内、第2开口部2b内这一情况。
接合件所具有的遮光性优选是基于光的吸收的遮光性。出于防止来自外部的光的进入的观点，虽然也可以是基于反射的遮光性，但在测量传感器的内部产生的杂散光有可能在接合件反射而进一步被受光元件接收。若接合件吸收光，就能吸收来自外部的光来使进入降低，且还能吸收在内部产生的杂散光。
接合件包含具有这样的基于光的吸收的遮光性的材料而构成。例如在具有封装件2与透明基板3的接合性的环氧树脂、导电性硅酮树脂等树脂系粘接剂中使光吸收性材料分散来得到接合件。作为光吸收材料，例如能使用无机颜料。作为无机颜料，例如能使用碳黑等碳系颜料、钛黑等氮化物系颜料、Cr-Fe-Co系、Cu-Co-Mn系、Fe-Co-Mn系、Fe-Co-Ni-Cr系等金属氧化物系颜料等。另外，导电性接合剂可以用焊料等金属材料构成。例如能使用Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Au-Sn、Au-Sn-Ag、Au-Si等钎料。
在透明基板3的下表面具有遮光膜4。遮光膜4例如通过将Cr、Ti、Al、Cu、Co、Ag、Au、Pd、Pt、Ru、Sn、Ta、Fe、In、Ni或W等金属或它们的合金等金属材料进行蒸镀、溅射、烧附等而形成。遮光膜4的厚度例如是50nm～400nm。
遮光膜4具有第1贯通孔2c和第2贯通孔2d。第1贯通孔2c在俯视观察下位于与第1开口部2a重叠的位置。另外，第2贯通孔2d在俯视观察下位于与第2开口部2b重叠的位置。第2贯通孔2d位于与发光元件5重叠的位置。另外，第1贯通孔2c例如是圆形、矩形状，大小是Φ50μm～Φ1mm。另外，第2贯通孔2d例如是圆形、矩形状，大小是Φ5μm～Φ500μm。如此地，在仅不在希望使发光元件5辐射的光透过的部位设置遮光膜4、在其他部位都设置的情况下，能降低从透明基板3的其他部位漏出光。其结果，能降低由于漏出而导致在被测量物进行预想外的反射从而光入射到受光元件6这一情况。
流量流速算出装置10具备接收部11、修正部12、计算部19和发送部15。接收部11以及发送部15分别是以电信号等从外部接受数据、向外部发送数据的部分。另外，接收到的功率谱P(fn)第1功率谱)的数据(fn是频率)是具有比基准频率λ低频的功率谱分量的数据。在该功率谱中，后述的基准频率λ是依赖于将流量流速传感器1中测定的测定值进行模拟-数字(Analog-digital)变换(AD变换)的AD转换器的采样率的数值。为了该采样率，比基准频率λ高频的数据原本并不显示。这时，例如可以将功率谱的数据按每个频率分开地作成功率对流量的图表，对应于希望测定的所期望的流量域(流量的范围)来决定在计算中使用的频率(的范围)。
为此，修正部12是进行用于基于接收部11中接收到的数据来计算功率谱(第2功率谱)的修正的部分，其中功率谱(第2功率谱)是用于算出流量以及/或者流速的功率谱。例如修正部12可以是对数据进行插补的插补部18那样的部件，也可以是上述那样对应于希望测定的所期望的流量域来选择并决定在计算中使用的频率的部件。在插补部18那样的部件的情况下，基于通过接收部11接收到的数据，将位于比基准频率λ高频的位置的功率谱算出并插补为第1功率谱。具体地，在通过接收部11接收到的第1功率谱当中比基准频率λ高频处，针对比基准频率低频的功率谱的数值使用最小二乘法来算出近似式曲线。对该近似式曲线进行插补，直至在假设将通过接收部11接收到的功率谱向高频侧延长的情况下成为0的频率为止。或者，也可以进行插补直到低于基线的频率为止。在该情况下，基线是对应于谱中的噪声水平而决定的输出。这时，第2功率谱渐近从而收敛于某值。可以将该渐近的值作为基线。修正部12被装入有计算它们的程序。另外，插补前的图表在图17示出，横轴是频率，纵轴是功率谱(信号光强度)。另外，插补后的图表在图18示出，是插补了虚线后的图表。
此外，修正部12可以具有：设定部16，其设定测定对象(被测量物)的粘度的边界值B；和选择部17，其针对比通过设定部16设定的边界值B大的粘度进行第1近似，并针对比通过设定部16设定的边界值B大的粘度进行第2近似。第1近似以及第2近似选择二次式近似、对数近似等合适的近似式即可，将其图案存储到选择部17，并装入进行计算的程序即可。
另外，修正部12可以对应于受光元件6中的受光量来对流量进行修正。根据流体的浓度而测定流量值发生变化。为此，通过测量受光量来探测浓度的变化，并对应于该浓度的变化来修正流量。具体地，决定浓度的基准值，将DC(direct current，直流)值作为基准，将DC的变化比率累计反映到流量值，由此能算出流量。
另外，受到流过流体的血管、导管等的影响而光的反射量等发生变化。为此，可以另外设置受光传感器，或者在流量流速传感器装置100设置受光传感器装置，推测没有流体的状态下的透过光量、反射光量。在该情况下，修正部12可以还具有：根据反射光量来算出血管或导管的折射率的程序；以及使用该折射率和根据到达受光传感器装置的透过光量算出的透过率来推测吸收率的程序。能根据该推测出的折射率、吸收率，来推测受光信号的从被测量物的管的内侧反射的光的信号量。这时，修正部12相乘地算出DC受光量，减去反射光量，来进行流量的算出即可。修正部12这时可以还具有从受光传感器装置接收透过率的信息的其他接收部，受光传感器装置可以具有对流量流速算出装置10发送信息的其他发送部。或者可以对应于DC受光量来调整VCSEL的发光强度。
另外，受光传感器装置可以是与后述的流量流速传感器装置100一体的装置。在该情况下，用柔软活动的橡胶、弹簧等连接，能在其间夹着被测量物进行测定。
计算部19基于通过修正部12修正后的功率谱来算出流量以及/或者流速。例如可以具有第1计算部13和第2计算部14。第1计算部13对通过修正部12算出的功率谱进行频率的加权。具体地，能算出针对各频率通过下式进行频率的加权而得的功率谱(第3功率谱)。
[数学式1]
fn·P(fn)
第2计算部14对在第1计算部13中加权而得的功率谱进行积分。积分能通过下式算出。
[数学式2]
∑fn·P(fn)
其结果，能使功率谱成为一阶矩的形式。
该流量流速算出装置10可以位于封装件2内。在该情况下，能实现小型化。另外，可以安装在后述的安装基板30。在该情况下，能降低在流量流速传感器1内产生噪声这一情况。
控制装置20以电信号等接收通过流量流速传感器1测定出的数据(测定值)。控制装置20具备：接收通过流量流速传感器1测定出的数据的第2接收部21；和对流量流速算出装置10发送数据的第2发送部24。
控制装置20具有：将由第2接收部21接收到的测定信号(模拟信号)变换成数字信号的AD变换部22。并且具有对通过AD变换部22变换后的数据进行傅立叶变换的变换部23，该变换后的数据以电信号等被送往第2发送部24。
此外，作为流量流速传感器装置100，还可以具备接收通过流量流速算出装置10算出的数据并进行显示以使得能视觉辨识的显示部40。通过有显示部40，谁都能认识流量的状态。
在本发明的实施方式所涉及的流量流速传感器装置100中，通过是上述那样的结构，能修正接收到的功率谱，从而算出更正确的流量以及/或者流速。通过修正比基准频率λ高频的区域的数据，能更正确地算出高流量、低流量的情况区分。为此，能对应于种种流量来算出测定值。
<流量流速传感器的制造方法>
对流量流速传感器1的制造方法进行说明。首先，用陶瓷生料片层叠法或增层法等与多层布线基板的制造方法同样地制作封装件2。封装件2是陶瓷布线基板，在陶瓷材料是氧化铝的情况下，首先在氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)等原料粉末中添加合适的有机溶剂、溶媒并混合，并成为泥浆状，将其通过周知的刮刀法、压延辊法等成形为薄片状，来得到陶瓷生料片(以下也称作生料片)。之后，将生料片冲裁加工成给定形状，并在钨(W)和玻璃材料等原料粉末中添加有机溶剂、溶媒并进行混合，来做出金属膏，将其用丝网印刷等印刷法图案印刷在生料片表面。另外，关于过孔导体，在生料片设置贯通孔，通过丝网印刷等在贯通孔填充金属膏。另外，成为接地导体层5的金属化层通过金属膏而形成在最表面。将这样得到的生料片进行多片层叠，将其在约1600℃的温度下进行共烧，由此来制作封装件2。在封装件2当中基板2f包含有机材料的情况下，能使用能成形为给定的形状的模具，用传递模具法或注射成型法等进行成形，由此形成。另外，例如可以是如玻璃环氧树脂那样，使树脂浸渗在包含玻璃纤维的基材中而得的。在该情况下，使环氧树脂的前体浸渗在包含玻璃纤维的基材中，使该环氧树脂前体在给定的温度下热固化，由此能形成。
另一方面，准备将玻璃材料通过切削、切断等而切出成给定的形状而得的透明基板3。在透明基板3的下表面通过蒸镀、溅射、烧附等来形成后述的遮光膜4。
另外，在上述中，过孔导体设为在封装件2内在上下方向上形成为一直线状的结构，但只要从封装件2的上表面电连接到下表面的外部连接端子，就也可以不是一直线状，也可以在封装件2内通过内层布线、内部接地导体层等错开地形成。
<流量流速传感器其他实施方式>
本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器装置100可以在透明基板3的上表面在与第1开口部2a以及第1贯通孔2c重叠的位置安装有透镜8。透镜8在俯视观察下例如大小为Φ20μm～Φ2mm、厚度为0.5mm～2mm。另外，透镜8例如包含：石英玻璃、硼硅酸盐玻璃等玻璃材料；丙烯酸、聚碳酸酯、苯乙烯、聚烯烃等树脂材料。透镜8可以为了使从发光元件5辐射的光穿过到受光元件6而具有透过性。另外，透镜8可以使用有聚光性的凸透镜等、具有使光向光轴方向折射的性质的透镜。通过有透镜8，使从发光元件5照射的扩散光折射，成为会聚光、准直光，由此，能使向受光元件6的光的聚光性提升。
这时，可以在透明基板3的上表面，在与第2开口部2b以及第2贯通孔2d重叠的位置进一步安装有第2透镜9。第2透镜9在俯视观察下例如大小为Φ70μm～Φ2mm，厚度为50μm～2mm。另外，第2透镜9例如包含：石英玻璃、硼硅酸盐玻璃等玻璃材料；丙烯酸、聚碳酸酯、苯乙烯、聚烯烃等树脂材料。第2透镜9可以为了使从发光元件5辐射的光穿过而具有透过性。另外，第2透镜透镜9可以使用有聚光性的凸透镜等、具有使光向光轴方向折射的性质的透镜。通过有第2透镜9，使从发光元件5照射的扩散光折射，成为会聚光、准直光，由此，能使光的聚光性提升。另外，也可以设为一个透镜跨过VCSEL上以及PD(Photo diode，光电二极管)上而配置，将来自VCSEL的出射光、向PD的受光分别聚光的结构。
在流量流速传感器1具有透镜8以及/或者第2透镜9的情况下，能通过各透镜和遮光膜4来导入来自流体中的1点的光，算出流速。流路的分布由于是外侧缓、内侧快，因此通过使用透镜，能瞄准希望测量的位置来以流速这样的形式取入信息。根据该结果，能考虑流速、截面积、粘度来进行流量的算出。
关于到该内侧为止的流量的测定，需要在该流量流速传感器装置100中事前确认能测定到何种程度的深度。另外，在计算式上，由于如以下那样，因此，若光到达深处，则多普勒频移量变大。为了将其以实测值进行测定，通过后述那样的装置来算出。
[数学式3]
Figure BDA0002703753820000141
作为装置的一例，准备安装了LD(Laser diode，激光二极管)的第1基板、和安装了PD的第2基板。使第1基板与第2基板之间的距离可变来进行测定即可。这时，流量流速传感器装置100可以位于各基板的端部。通过算出相对于第1基板与第2基板的距离而受光量如何变动，能推定测定位置的深度。为此，可以在第1基板以及第2基板具有能进行无线通信的传感器(接收传感器以及发送传感器)、探测距离的传感器(例如TOF(Time of Flight，飞行时间)传感器等)，另外，可以在第1基板以及第2基板的一方具有被装入算出距离和光的探测的结果的程序的计算部。可以设为第1基板与第2基板的距离在机械上可变的装置。在该情况下，能设为能对种种测定对象灵活进行深度推定的测定器。或者，也可以通过如流量装置101那样，沿着流路安装多个传感器，来设为具有与使LD与PD的距离可变的基板同等的效果的1片基板。在该情况下，不需要使基板可动，另外对于安装的传感器间距离的抖动(ブレ)，也预期会降低。这时，多个流量流速传感器1沿着安装于外壳50的流路51安装在安装基板30。
本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器1可以进一步使第2受光元件7位于第1开口部2a。这时，遮光膜4可以在第2受光元件7的上方也一部分不设置。通过空出向第2受光元件7辐射的光所透过的区域，能降低使外扰光到达第2受光元件7这一情况。
另外，本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器1中，遮光膜4可以在与第2开口部42重叠的位置具有位于与第2贯通孔2d空开间隔的位置的第3贯通孔2e。第3贯通孔2e可以位于第1贯通孔2c与第2贯通孔2d之间。第3贯通孔2e成为所谓的参照光用的贯通孔，由于更正确地将光传输到受光元件6，因此能更正确地进行速度算出。这时，第3贯通孔2e可以比第2贯通孔2d小。
另外，本发明的其他实施方式所涉及的流量流速传感器1在第1开口部2a与第2开口部2b之间，透明基板3的下表面与封装件2之间有空隙。即，是指：封装件2在第1开口部2a与第2开口部2b之间具有有遮光性的壁，且该壁的上端的一部分不存在的状态。由此，由于能使参照光直接到达受光元件6，因此能实现更正确的测量。
<流量流速传感器装置其他实施方式>
流量流速传感器1可以安装在安装基板30使用。在安装基板30例如可以安装有控制装置20，该控制装置20还安装了控制发光元件5的发光的控制元件、根据受光元件6的输出信号来算出血流速度等的运算元件等。另外，也可以具备覆盖流量流速传感器1的外壳50。在有外壳50的情况下，更能使来自外部的噪声降低。
在进行测定的情况下，在作为被测量物使手指的指尖与透明基板3的表面接触的状态下，从安装基板30经由外部连接端子对流量流速传感器1输入发光元件控制电流，经过过孔导体、连接盘等而输入到发光元件5，从而从发光元件5出射测量用的光。若出射的光透过透明基板3而照射到指尖，就由血液中的血细胞散射。若在受光元件6接收到透过了透明基板3的散射光，就从受光元件6输出与受光量相应的电信号。输出的信号经过连接盘、过孔导体，经由外部连接端子从流量流速传感器1向安装基板30输出。
在安装基板30中，从流量流速传感器1输出的信号被输入到运算元件，对例如受光元件6接收到的散射光的每个频率的强度进行解析，由此，能算出血流速度。
<流量流速算出方法>
流量流速算出方法的详细的计算方法由于与装入上述的流量流速算出装置中的程序同样，因此以下省略。主要的流量流速算出方法是，对将测定值进行AD变换而得的数据如下那样修正，来算出。具备：第1处理，根据AD变换而得的数据算出第1功率谱；第2处理，对第2功率谱进行修正，该第2功率谱是对通过第1处理得到的第1功率谱算出并插补比基准频率λ高频的功率谱这样的功率谱；和算出处理，基于通过第2处理修正后的第2功率谱来算出流量以及/或者流速。算出处理具有：第3处理，基于通过第2处理修正后的第2功率谱来进行频率的加权；和第4处理，对通过第3处理得到的第3功率谱算出一阶矩。
这时，在第2处理中，能使用最小二乘法。这时，在第2处理中，可以用直线近似式插补到功率谱成为0的频率为止。
另外，在第2处理中，可以设定第1处理的数据当中测定对象的粘度的边界值B，并对比设定的边界值B大的粘度进行第1近似，对比边界值B小的粘度进行第2近似。
这时，图19～图22的流程图示出以下。图19是除了第1处理～第4处理以外还发送数据的、流量流速算出方法的简单化了的流程。图20是到将流量流速传感器1中探测的数据发送到流量流速算出装置10为止的流程。另外，图21是表示第2处理当中插补处理中的更具体的处理方法的流程。并且，图22是表示在流量算出中进一步连流体的粘度都考虑到时的粘度的算出方法的流程。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式的示例，能进行数值等的种种变形。另外，本实施方式中的各元件的安装方法等并没有指定。另外，本发明所涉及的各实施方式只要不会在其内容中引起矛盾，就能在全部中进行组合。
附图标记的说明
1 流量流速传感器
2 封装件
3 透明基板
4 遮光膜
5 发光元件
6 受光元件
7 第2受光元件
8 透镜
9 第2透镜
10 流量流速算出装置
11 接收部
12 修正部
13 第1计算部
14 第2计算部
15 发送部
16 设定部
17 选择部
18 插补部
19 计算部
20 控制装置
21 第2接收部
22 AD变换部
23 傅立叶变换部
24 第2发送部
30 安装基板
40 显示部
50 外壳
51 流路体
2a 第1开口部
2b 第2开口部
2c 第1贯通孔
2d 第2贯通孔
2e 第3贯通孔
2f 基板
2g 框体
100 流量流速传感器装置
101 流量装置
λ 基准频率
B 边界值。

Claims (27)

1.一种流量流速算出装置，其特征在于，
具备：
接收部，其接收第1功率谱的数据；
修正部，其根据通过所述接收部接收到的数据进行修正来算出为第2功率谱；
计算部，其基于所述第2功率谱来算出流体的流量以及/或者流速；以及
发送部，其将通过所述计算部算出的数据发送到外部。
2.根据权利要求1所述的流量流速算出装置，其特征在于，
所述修正部对应于进行测定的流量的范围来决定在计算中所用的频率的范围。
3.根据权利要求1所述的流量流速算出装置，其特征在于，
所述修正部将DC值作为基准，将DC值的变化率反映到流速值以及/或者流量值中。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的流量流速算出装置，其特征在于，
所述修正部算出流体所位于的流路体的周壁中的光的吸收率。
5.根据权利要求4所述的流量流速算出装置，其特征在于，
根据基于所述周壁的射光量的折射率以及/或者基于透过光量的透过率来算出所述吸收率。
6.根据权利要求1所述的流量流速算出装置，其特征在于，
所述接收部接收位于比基准频率低频的位置的功率谱作为所述第1功率谱，并且所述修正部具有：插补部，其根据通过所述接收部接收到的数据，将位于比所述基准频率高频的位置的功率谱算出并插补为所述第2功率谱。
7.根据权利要求6所述的流量流速算出装置，其特征在于，
在通过所述接收部接收到的功率谱当中比所述基准频率高频处，所述修正部针对比所述基准频率低频的功率谱的数值通过最小二乘法算出近似式曲线。
8.根据权利要求7所述的量流速算出装置，其特征在于，
所述修正部对所述近似式曲线进行插补，直到所述第2功率谱成为0的频率或低于基线的频率为止。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的流量流速算出装置，其特征在于，
所述修正部具备：
设定部，其设定通过所述接收部接收到的数据当中测定对象的粘度的边界值；以及
选择部，其针对比通过所述设定部设定出的所述边界值大的粘度进行第1近似，针对比通过所述设定部设定出的所述边界值小的粘度进行第2近似。
10.根据权利要求9所述的流量流速算出装置，其特征在于，
所述第1近似是对数近似，所述第2近似是二次式近似。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的流量流速算出装置，其特征在于，
所述计算部具有：
第1计算部，其针对所述第2功率谱进行频率的加权；以及
第2计算部，其针对通过所述第1计算部加权而得的第3功率谱进行积分。
12.一种流量流速传感器装置，其特征在于，
具备：
流量流速传感器，其具有安装了受光元件和位于与所述受光元件空开间隔的位置的发光元件的封装件、和位于所述封装件的上表面且在下表面具有遮光膜的透明基板；
控制装置，其接收通过所述流量流速传感器测定出的数据；以及
从所述控制装置接收数据的权利要求1～11中任一项所述的流量流速算出装置。
13.根据权利要求12所述的流量流速传感器装置，其特征在于，
所述流量流速算出装置位于所述封装件内。
14.根据权利要求12所述的流量流速传感器装置，其特征在于，
安装基板位于所述流量流速传感器的下表面，
在所述安装基板安装有所述控制装置以及所述流量流速算出装置。
15.根据权利要求12～14中任一项所述的流量流速传感器装置，其特征在于，
所述封装件包含：基板；和位于包围所述基板的位置的框体，
所述基板包含树脂材料，所述框体包含陶瓷材料。
16.根据权利要求12～15中任一项所述的流量流速传感器装置，其特征在于，
所述流量流速传感器装置还具备：
显示部，其从所述流量流速算出装置接收数据来进行显示。
17.根据权利要求12～16中任一项所述的流量流速传感器装置，其特征在于，
所述控制装置具有：
第2接收部，其接收通过所述流量流速传感器测定出的数据；
AD变换部，其将从所述第2接收部接收到的测定信号变换成数字；
傅立叶变换部，其对通过所述AD变换部变换而得的数据进行傅立叶变换；以及
第2发送部，其将通过所述傅立叶变换部变换而得的数据发送到所述流量流速算出装置。
18.根据权利要求12～17中任一项所述的流量流速传感器装置，其特征在于，
所述流量流速传感器装置还具备：
外壳，其覆盖所述流量流速传感器。
19.一种流量流速算出方法，其特征在于，
具备：
第1处理，接收第1功率谱；
第2处理，针对通过所述第1处理得到的所述第1功率谱进行修正来算出第2功率谱；以及
算出处理，基于所述第2功率谱来算出流量以及/或者流速。
20.根据权利要求19所述的流量流速算出方法，其特征在于，
所述第1处理接收比基准频率低的频率的功率谱，作为所述第1功率谱，
所述第2处理基于所述第1处理的数据来算出比所述基准频率高的频率的功率谱，作为所述第2功率谱。
21.根据权利要求20所述的流量流速算出方法，其特征在于，
在所述第2处理中使用最小二乘法。
22.根据权利要求21所述的流量流速算出方法，其特征在于，
在所述第2处理中，通过直线近似式进行插补，直到所述第2功率谱成为0的频率或低于基线的频率为止。
23.根据权利要求19～22中任一项所述的流量流速算出方法，其特征在于，
在所述第2处理中，设定所述第1处理的数据当中测定对象的粘度的边界值，并针对比设定的所述边界值大的粘度进行第1近似，针对比所述边界值小的粘度进行第2近似。
24.根据权利要求19所述的流量流速算出方法，其特征在于，
所述第2处理对应于进行测定的流量的范围来决定在计算中所用的频率的范围。
25.根据权利要求19所述的流量流速算出方法，其特征在于，
所述第2处理将DC值作为基准，将DC值的变化率反映到流速值以及/或者流量值中。
26.根据权利要求19～25中任一项所述的流量流速算出方法，其特征在于，
所述算出处理具有：
第3处理，针对修正后的所述第2功率谱进行频率的加权；以及
第4处理，针对通过所述第3处理得到的第3功率谱算出一阶矩。
27.一种流量流速装置，其特征在于，
具备：
多个流量流速传感器，其具有安装了受光元件和位于与所述受光元件空开间隔的位置的发光元件的封装件、和位于所述封装件的上表面且在下表面具有遮光膜的透明基板；
安装基板，其安装了所述多个流量流速传感器；
外壳，其位于所述安装基板的上方；以及
流路体，其位于所述外壳。
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