CN112423833A - 具有传感器的用于引导流体的部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有传感器的用于引导流体的部件，其中，该部件包括内壁和外壁，其中，内壁被设计成引导流体，外壁将该部件相对于外部封闭，并且在内壁与外壁之间形成壁区域。根据本发明的部件的特征在于，传感器具有机电传感器元件，并且布置在内壁上的壁区域中，其中，传感器被配置为借助于传感器元件来测量传感器区域中的内壁的变形程度，并将该变形程度作为电信号输出，机电传感器元件的长度和/或宽度<50μm。

Description

具有传感器的用于引导流体的部件

本发明涉及一种用于引导流体的部件，该部件具有用于测量部件的变形的传感器。本发明还涉及一种制造包括传感器的部件的方法。相应的部件尤其可以在心脏辅助系统领域中使用。

在当今技术水平的心脏辅助系统领域中，对要集成的传感器系统的需求日益增加，并且这些需求在现代心脏辅助系统中越来越重要，以便能够可靠且符合个体支持要求地对患者进行护理和支持。这些要求主要是指允许与血液兼容同时可靠的不同参数测量(例如压力测量、流量测量、材料疲劳、振动测量、碰撞检测、血栓通过检测、系统和随机干扰变量的检测和区分)。

当前，由于可用的技术，心脏辅助系统或患者的、许多从技术和临床方面对用户而言重要的性质和条件无法被检测和处理。一方面，这是由心脏辅助系统中使用的传感器技术造成的，而且也是由通常难以获得的构造空间造成的，该构造空间甚至需要频繁地将各种传感器多次用于特定的测量变量以及心脏辅助系统内的不同点处。此外，由于例如需要将平板膜作为传感器的支架进行焊接(例如，限制技术流程设计、通过焊缝/间隙/台阶的粗糙度来激活，等等)或者用于相应的测量设备的血液引导路径的几何性质必须进行相应的调整(例如，使内壁变平、管壁或切向腔室的大面积减薄、将血液引导壁拉直以创建构造空间)，因此经常必须接受技术流程折衷或与血液相容性血液管理有关的折衷。

另外，血泵的入口区域或出口区域中的任何传感器系统都必须电连接到总系统。这还包括各个物理传感器的电接触或整个组件的连接。由于血泵的内壁与外壁之间的狭窄空间条件，传感器元件以及布线必须具有小的构造高度。

本发明的目的是提供一种具有传感器的用于引导流体(例如用于心脏辅助系统)的部件，该部件解决了上述问题，并且其中传感器集成在该部件中，使得可检测到可连接到该部件的流体系统(例如心脏辅助系统)的重要状况，以及与该心脏辅助系统交互作用的患者的重要状况，该部件的尺寸不会增加，传感器不会影响流体或流体流动并且不与部件的安装环境接触。

该目的通过根据权利要求1的具有传感器的用于引导流体的部件以及通过根据权利要求12的制造这种部件的方法来实现。在从属权利要求2至11以及13至15中阐述了根据本发明的部件的有利的进一步发展。

根据本发明的具有传感器的用于引导流体的部件包括内壁和外壁，其中，内壁被设计用于引导流体，外壁将部件相对于外部封闭，并且在内壁与外壁之间形成了壁区域。根据本发明的部件的特征在于，传感器具有机电传感器元件并且布置在内壁上的壁区域中，其中，传感器被配置为借助于传感器元件来测量传感器的区域中内壁的变形程度，并将该变形程度作为电信号输出，其中，机电传感器元件的长度和/或宽度优选≤50μm。

在一些实施方式中，传感器在这里被理解为一种层结构，该层结构优选在第一层中具有两个电触点，这两个电触点通过间隙彼此分开。然后可以将传感器元件在第二层中布置在电触点上。传感器元件是机电元件，优选地是纳米结构膨胀元件，并且本身不具有任何其他部件，例如电导体。传感器元件优选在横向方向上跨间隙延伸。此外，传感器元件可以在间隙的区域中突出到第一层中。另外，传感器还优选地包括两个接合焊盘，其中各接合焊盘通过电触点之一电接触。

即使在嵌入传感器之后，内壁在流体引导侧也没有任何与传感器相关的材料过渡、台阶或间隙(例如焊缝或类似物)。此处描述的发明可用于所有可植入且具有血液相容性的材料，并且能够测量最小挠度(行程、振动、脉冲)，而不会对使用常规传感器(例如DMS、超声波传感器、光学传感器)无法检测到的血液引导元件产生任何侵入性影响，并可以输出此信息。这同样适用于所需的安装空间，由于所使用的传感器本身仅占用几立方微米，因此它非常易于集成，并且可以部分应用于以前难以进入的结构。

在本发明的有利实施方式中，传感器元件可以是纳米结构的膨胀元件，该纳米结构的膨胀元件按材料整合的方式(stoffschlüssig)施加到触点，从而触点经由传感器元件彼此电接触，其中电触点被施加到内壁，使得传感器元件随着内壁在传感器的区域中的变形而与内壁一起变形，从而可以在电触点之间测量电信号。内壁的变形可以例如作为表面膨胀或壁区域的升高来进行检测。

在另一实施方式中，传感器可以具有至少一个曲折形的测量结构，有利地为多个曲折形的测量结构，这些曲折形的测量结构连接在一起以形成测量桥。所述至少一个曲折形的测量结构沿横向于轴向方向的方向布置，即，横向于流动的流体的方向布置，使得曲折部的各个部分基本上平行于横向方向延伸，因此可以检测到变薄的壁区域的表面膨胀。对于特殊应用，曲折结构也可以平行于流动方向布置。曲折形的测量结构可以例如被制造成按材料整合的方式施加到绝缘基板上的金属结构，例如金结构、银结构或类似结构。绝缘基板和传感器元件例如可以直接施加到变薄的壁区域上，例如通过物理或化学沉积工艺或微电子学中已知的用于施加导电或绝缘结构的类似工艺。

在其他实施方式中，附加地或另选地，由于部件的流体引导部分中普遍存在的压力或压力差，可以测量变薄的壁区域沿径向方向的升高。变薄的壁区域的升高可以例如借助于光学传感器、电阻式传感器或电容式传感器来检测。

在测量表面膨胀或测量变薄的壁区域的升高的情况下，膨胀或升高还可以用于确定流过的流体的参数，例如用于检测流过的流体的压力。如果在部件的不同点或位置处使用多个这些传感器，则也可以相应地确定流过的流体的压力差。

此外，在内壁上的壁区域中可以布置多个传感器。尤其可以在内壁上布置四个传感器，所述四个传感器优选地彼此连接以形成全桥或半桥电路，以减小传感器的温度依赖性。

此外，可以在内壁与传感器的电触点之间布置电绝缘层，该电绝缘层按材料整合的方式连接到内壁和电触点。

传感器元件尤其可以具有纳米晶体复合材料(纳米复合材料)，其可以优选地通过纳米3D打印来打印并且其成分可以根据需要进行修改。此外，传感器元件还可以包括金属和/或半导体材料。传感器元件还可以包括掺杂有电荷载流子的金属和/或掺杂有电荷载流子的半导体材料，以设置传感器元件的电导率和/或电阻。电信号尤其可以包括传感器的电阻的变化。

如果传感器元件的长度和/或宽度≤15μm、尤其是≤10μm、尤其是≤3μm，和/或厚度≤50μm、尤其是≤15μm、尤其是≤10μm、尤其是≤3μm，则是有利的。

电触点可以优选地被施加到内壁上，使得在触点之间存在间隙，该间隙≤50μm、尤其是≤30μm、尤其是≤15μm、尤其是≤10μm、尤其是≤3μm，该间隙在横向方向上完全被传感器元件覆盖。

此外，如果传感器布置在内壁的变薄的区域中，则是优选的。变薄的区域中的壁厚优选地≥5μm、尤其是≥100μm和/或≤500μm、尤其是≤200μm、优选地在15μm至50μm之间。

布置有传感器的内壁的壁区域优选是变薄的壁区域。在一些实施方式中，内壁一体制成，例如制成为管状部分。这里变薄的壁区域可以通过从非流体引导侧去除材料来产生，例如通过铣削、腐蚀或通过研磨后机加工来产生。

内壁的变薄的壁区域也可以被理解为具有变化的壁厚的膜。膜的壁厚在此处可以介于10μm至200μm之间、优选介于20μm至100μm之间。取决于材料去除，可用作传感器的膜的表面(即，可以通过传感器来测量膜在径向向外指向的方向上的表面膨胀和/或升高的表面)的轴向膨胀为2mm至1cm、优选为2mm至7mm，横向于轴向方向(即，横向于流体的流动方向)延伸的横向膨胀为0.5mm至3mm、优选为0.5mm至1.5mm。即，减小该表面中的壁厚，使得可以利用此处描述的传感器以所需的测量精度来检测表面的膨胀或升高；例如，可以检测到高达0.1mbar的压力差。

从大于250μm的膜的壁厚开始，实际上不再能够测量到表面膨胀，从而在本申请的意义上，内壁的大于250μm的区域不能称为变薄的壁区域。然而，在检测到变薄的壁区域的升高的实施方式中，壁厚可以比上面指定的250μm稍高。

在一些实施方式中，变薄的壁区域具有可变的壁厚，即，壁厚可以在横向于部件的轴向方向的方向上从内壁的具有基本不变的壁厚的区域朝着最小壁厚点变薄。在此，壁厚的减小例如可以朝着最小值连续地进行。在其他实施方式中，壁厚的减小可以借助于应提供更好的局部表面膨胀的凹槽来实现。此外，凹槽还可以与壁厚的其他方式的连续减小相结合。

在膜具有凹槽的实施方式中，例如可以使用三个凹槽。在这方面，两个凹槽在中间凹槽的两侧，最小壁厚存在于中间凹槽内。在这种布置中，可以在中间凹槽的区域中设置可以特别容易测量的表面膨胀。两个外侧凹槽的壁厚可以明显大于中间凹槽的壁厚。而中间凹槽的壁厚例如可以在20μm至50μm之间。外侧凹槽的剩余壁厚可以为50μm至200μm、优选小于100μm。外侧凹槽在横向方向上的膨胀量可以总计在200μm至2000μm之间；中间凹槽在横向方向上的膨胀量可以总计在50μm至200μm之间。外侧凹槽优选地与中间凹槽平行地布置和/或在横向方向上布置在距中间凹槽相同的距离处。

所述部件尤其可以是血泵，其中一个或更多个传感器在入口区域和/或出口区域中布置在血泵的内壁上的壁区域中，并且入口区域和/或出口区域中的血压、瞬时流量和/或血泵的运行特性可以根据内壁的变形来确定。

此外，所述部件还可以是具有可动的输送元件的血泵，其中一个或更多个传感器布置在血泵的壁区域上的内壁处，并且其中输送元件在内壁处的碰撞位置可以根据内壁的变形来确定。

此外，所述部件还可以是机械支撑的旋转血泵，其中一个或更多个传感器在支承座的区域中布置在内壁上的壁区域中，并且其中支承力和/或支承磨损可以根据内壁的变形来确定。

此外，在壁区域中或者在内壁的具有相似静压条件的区域中，沿着内壁的周边可以布置多个传感器。可以借助于多个传感器来形成测量值的平均值，因此可以将传感器的测量设计为更精确并且独立于局部流结构。

根据本发明的另一实施方式，电连接元件可以布置在壁区域中，传感器经由该电连接元件连接至处理装置。

连接元件尤其可以包括印刷电路板，其中一个或更多个传感器经由电触点或者经由接合导线或单独绝缘的引线(尤其是Teflon绝缘引线)直接连接至印刷电路板。

此外，电子元件可以布置在印刷电路板上，用于电信号的预处理，尤其是用于预放大。

本发明还包括一种制造具有传感器的用于引导流体的部件的方法。根据本发明的方法包括以下步骤：形成部件的内壁和外壁，其中，内壁被设计用于引导流体，而外壁被设计成将部件相对于外部封闭，并且内壁和外壁能够连接在一起，使得在内外壁之间形成壁区域；在内壁处的壁区域中布置具有机电传感器元件的传感器，该传感器被配置为通过传感器元件来测量内壁在传感器的区域中的变形程度并将其作为电信号输出，其中机电传感器元件的长度和/或宽度≤50μm；以及将内壁和外壁连接在一起。

在根据本发明的方法的另一有利实施方式中，可以在布置传感器之前，在壁区域中将绝缘层施加到内壁上。当内壁包括导电材料时，这尤其必要，以减少触点之间的短路。

传感器的布置尤其可以包括以下步骤：将电触点施加到内壁或绝缘层，以拾取电信号；以及将机电传感器元件施加到电触点。

该方法尤其可以包括在将传感器布置在内壁处之前或者在施加绝缘层之前，在传感器区域中将壁的壁厚减薄，尤其是将壁厚减薄至≥5μm、尤其是≥100μm和/或≤500μm、尤其是≤200μm。

此外，该方法还可以包括通过纳米3D打印、溅射或通过蚀刻工艺将传感器元件施加到绝缘层。

此外，该方法还可以包括通过将更多或更少数量的电荷载流子引入到传感器元件中来设置传感器元件的灵敏度。

以下将参照附图更详细地描述根据本发明的部件的不同实施方式。在本文中，在特定示例的框架内，对本发明必不可少的或有利的进一步的不同要素进行了命名，其中这些要素中的各个要素本身也可以用于进一步开发本发明——也从相应示例的上下文和相应示例的其他特征中去除。此外，在附图中，相同或相似的附图标记用于相同或相似的要素，因此部分地省略其说明。

在附图中：

图1中的a)是传感器的一部分的俯视图；b)至c)是不同几何形状的内壁的不同变型处的传感器应用；

图2是带有传感器的血泵管的不同变型；

图3中的a)至g)是血泵管中传感器的电连接的不同变型；

图4是传感器与处理装置的连接的简化表示；

图5中的a)至f)是从一个或更多个传感器到通信模块的信号链的不同变型；

图6中的a)是具有六个传感器结构的传感器区域的俯视图；b)是包括四个传感器的传感器结构的示意图，这四个传感器被连接为形成全桥；

图7中的a)和b)是穿过示例性变薄壁区域的横截面；

图8中的a)至d)是用于检测变薄的壁区域的表面膨胀的不同传感器布置；

图9是穿过另一示例性变薄壁区域的横截面；

图10中的a)至c)是示例性传感器布置；以及

图11中的a)至e)是另外的示例性传感器布置。

以下实施方式主要涉及诸如用于心脏辅助系统的血泵之类的血液引导部件的领域。然而，本发明不限于该领域，而是可应用于任何种类的流体引导部件。

关于血液引导部件的本发明的目的是在不会对血液引导元件造成侵入性影响的情况下测量最小挠度(行程、振动、脉冲)，并输出该信息。为此，可以提供特定的测量配置，该测量配置使得能够进行信号测量而不会对技术流程性能以及血液引导和/或血液输送系统的血液相容性性能产生负面影响。

该目的是这样实现的：将一种或更多种纳米结构或微结构(传感器元件)以相应的距离和范围施加到血液相容性或涂覆材料(部件)。由于这些纳米结构充当导体迹线，因此它们由可借助技术上的微系统生产方法(例如光刻、微蚀刻、PEVDM等)来施加的导电材料构成。另一要求是电子无源施加表面(在该表面上施加了传感器元件)在导电内壁的情况下还需要绝缘层。然后，将纳米结构膨胀元件施加在两个导体迹线(电触点)之间，这由于膨胀元件的长度变化而导致具有最小挠度的膨胀元件中的电导率变化，从而使得可测量导体迹线之间的电压增量。

图1中的a)示出了单个传感器的一部分的示意性俯视图(未按比例)。可以看到两个扁平的电触点1，它们彼此相邻布置，使得在触点1之间形成了约≤50μm的间隙3。该间隙3在横向方向上被作为传感器元件的纳米结构膨胀元件2覆盖。此处未示出传感器的两个接合焊盘，其中，相应的一个接触表面1与相应的一个接合焊盘接触，以将传感器连接到处理装置。

图1中的b)至f)示出了具有不同几何形状的内壁的不同示例的传感器的布置。布置有传感器的内壁的直接施加表面的设计在这里起次要作用，因为仅需要足够的挠度即可，该挠度可以在纳米范围至亚纳米范围内。多种测量技术或有限元模拟也可以适用于量化所期望的挠度。自由曲面也可以作为施加表面。图1中的b)示出了在传感器区域中穿过平面内壁4的横截面。内壁3在壁区域侧6和流体区域侧7均形成为平面。将绝缘层5在壁区域中施加到内壁4。在形成间隙5的同时将电接触表面1施加到绝缘层5。传感器元件2布置在接触表面1上，该传感器元件2桥接间隙3。图1中的c)示出了穿过内壁4的传感器区域的横截面。内壁4在壁区域侧6上形成为平面，并且内壁4在流体区域侧7上形成为凹形。为了优化传感器信号，传感器布置在内壁的最小壁厚点处。图1中的d)示出了穿过内壁4的传感器区域的横截面，该内壁4总体上是弯曲的，使得其壁厚恒定。图1中的e)示出了穿过内壁4的传感器区域的横截面，其中壁区域侧6具有复杂的几何形状，并且传感器的施加表面代表自由曲面。流体区域侧7形成为凹形，并且为了优化传感器信号，传感器有利地布置在内壁4的最小壁厚的点处。同样可以在内壁4的如下这样的区域中施加传感器：该区域中壁区域侧6和流体区域侧7都具有复杂的几何形状和自由曲面。图1中的f)示出了穿过内壁4的传感器区域的横截面，其中该内壁在传感器区域中例如通过铣削、镗削或通过化学工艺而变薄。对于不导电的内壁，可以省去绝缘层。从图1中的c)至f)中可以看出，即使在嵌入传感器之后，内壁4在流体引导侧7上也没有任何传感器引起的材料过渡、台阶或间隙(例如焊缝或类似物)。

血液输送或血液引导系统内的传感器的以下集成选项是可能的：

1.血泵管中的压力测量

图2中的a)示出了血泵管10的内壁4，该血泵管10具有布置在其中的轴流式血泵11。一个或更多个传感器100以图1中的c)至f)中描述的配置在血泵管10的入口区域中(可选地也在出口套管/扩散器的区域中)施加到内壁4的变薄点处，以测量连接到血泵管10的心室中的血压。如果正常压力或例如紧密密封的血泵管10内的压力可作为基准，则所测量的挠度可以表示心室压力。可以借助于布置在血泵管10中的基准压力传感器(例如，绝对压力传感器)来确定紧密密封的血泵管10内的压力。

2.流量测量

一个或更多个传感器100以图1中的c)至f)中描述的配置被施加在血泵管10的入口和出口区域中，以确定血泵中的瞬时流量。由于心室压力(应用1)是已知的，因此可以借助相应心脏辅助系统的HQ特性曲线来确定瞬时血流量。

3.碰撞检测

如图1中的c)至f)以及图2中的a)和/或b)中那样施加一个或更多个传感器100来识别心脏辅助系统中的碰撞事件，该心脏辅助系统具有转子12或可动元件以用于输送/引导血液。在图2的b)中，传感器100被布置成靠近转子12的支承座13。作为对图2的a)和b)中所示的传感器100的应用选项的替代或补充，多个传感器100也可以布置成均匀地分布在血泵管10的整个内壁4上，嵌入到入口和/或出口套管中(硅胶套管、塑料管、金属管)和/或入口/出口处的连接器(金属、塑料)中。从在事件期间发生的传感器表面处的偏转脉冲，可以推断出不希望的碰撞情况，并且可以启动对应的措施或信号。

4.支承力测量

当血液根据瞬时反压而被输送时，机械支撑的心脏辅助系统内的转子12产生轴向力，该轴向力被承担在机械支承13中。在图2的b)所示配置中应用了一个或更多个传感器100，以确定支承力。位于入口中的支承座13在这里被设计成使得所承担的支承力(转子12的轴向力)导致挠度，该挠度是直接在支柱14处测量的或在血液管壁4处测量的。由于心室压力(应用1)是已知的，因此可以借助相应心脏辅助系统的HQ特性曲线来确定瞬时血流量。

5.机械支承处的磨损

机械支撑的心脏辅助系统内的转子12对输送产生轴向力，该轴向力作用在机械支承13中。如果以已知所需的特定预紧力安装该转子12(通常需要该预紧力以避免在支承表面之间形成间隙)，则将测量支承13中的挠度(应用4)。如果转子12的轴向膨胀由于支承13中的磨损而减小，则由预紧力产生的支承点13处的挠度也因此减小。因此，可以通过传感器100的高分辨率测量来检测支承13处的磨损，并且如果存在危险情况，则采取对应的措施。

6.材料疲劳

应用5中所述的干扰变量同样可以表明支承13处的材料疲劳。

7.振动识别

因为传感器100检测到最小挠度，所以它们也适合于监视心脏辅助系统的运行特性(周期性振动的测量)。因此，可以识别并相应地处理例如当患者跌倒时或由于例如事故的长时间延迟而发生的不希望的振动或零星的脉冲。

8.零星干扰变量和系统干扰变量的识别/区分

对应用7中测得的信号进行逻辑处理。

9.血栓检测

当有血栓通过血泵时，可以想到导致机械振动/脉冲的各种情况。因此，这种事件可以通过对振动敏感的血泵来识别，并且可以用于启动对应的措施。

必须有与处理装置的电连接，才能操作血泵管10中或出口腔/出口管15中的传感器100。可以经由布置在外壁与内壁之间的电连接元件进行电连接。可植入的旋转式血泵通常包括内部泵管作为内壁，该内壁的内表面引导血液。马达或其他电子或机电组件(例如传感器、有源磁性支承部件)被容纳在几乎所有血泵中的内部泵管外部。这些传感器的部分也可以实现为非封装传感器。在几乎所有的旋转式血泵上同样焊接有外部泵管或壳体作为外壁，以密封覆盖这些部件。电连接元件位于内部与外部泵管或壳体之间的中空空间(壁区域)内。

在图3a)至g)中示出了连接结构，其使得可以电连接传感器100。还应该可以分别连接不止一个传感器100。该数目在一至四个传感器之间合理的。另外示出了电连接和信号预处理装置。

图3a)在左侧示出了穿过泵管10的横截面并且在右侧示出了穿过泵管10的纵向截面。印刷电路板(PCB)或MID接纳位于泵管10的内管4上的一个相应的传感器100的两条接合导线100a和100b。接合导线100a、100b通过引线接合而以球的形式被施加，并且重新布线在印刷电路板20上。(柔性)印刷电路板20在传感器100的正上方，并且具有用于接合导线100a、100b的孔或通孔21。

图3b)示出了靠近传感器100的印刷电路板(PCB)或MID 20。接合导线以球形101(左)或楔形102(右)被施加到传感器100，并且重新布线在电路板上。另外，无源或有源电子元件22可以作为预处理装置已经容纳在印刷电路板20上，以进行第一滤波或预处理。

图3c)示出了作为连接器板的3D MID印刷电路板20。它不需要任何接合导线来进行连接，并且可以被锡焊或直接插在传感器100上。电子元件22在此也可以作为预处理装置而已经被设置。

图3d)示出了完整的传感器组件100，该传感器组件100要么电连接到插入并锡焊的电路板20上，要么经由单独的绝缘脉管23电连接。绝缘层24例如可以经由具有非常高的电强度并且具有非常小的厚度的Teflon护套实现。

在图3e)中，示出了传感器100处的重新布线的电路板20到泵管10中的主电路板或另外的泵电子器件200的电连接。该连接通过插入的或锡焊的电导体201建立，并将传感器数据传送到泵电子器件200以进行进一步处理。该传送还可以经由3D形成的电路板(例如MID电路板)进行。在泵管10内传输数据的另一可能性是无线通信接口。

在图3f)中，泵管10具有设置在流中的支承定子13。该支承定子13中的传感器100经由定子结构17内的通道16电连接。为此，引线100a、100b从传感器100穿过该通道16一直到达评估或处理电子器件21。在最简单的情况下，通道16是穿过连接到泵管10的定子叶片17的孔。

在图3g)中，除了实际的压敏传感器100之外，基准压力传感器103也可以附接在泵管10内。在最简单的情况下，该传感器103是泵壳体内的电子电路板22上的IC。可以通过此压力传感器103来检测紧密密封的泵壳体中基准压力的波动。该压力波动可以用来补偿实际传感器100的测量误差。

图4示出了传感器100到处理装置的连接的简化表示。各个传感器100的信号可以经由电连接100a、100b、201在泵管10内的泵电子器件300上进行组合和处理。在此过程中，重新布线的电路板300可以是纯无源的，也可以已经包含预处理。

压力传感器的信号可以被放大和滤波以进行信号采集。滤波器可以安装在放大器的前面和/或后面。放大器也可以被设计为有源滤波器元件。放大后的信号可以通过模数转换器(ADC)进行数字化。数字化之后，可以存储信号曲线并在必要时进一步滤波。与离散滤波相比，数字滤波不占用泵中的任何空间。

滤波器应去除有用信号中的干扰。干扰的起源可能在泵外部，例如EMC或振动。源自泵本身的干扰例如是泵转子中磁体的磁杂散场。可以通过频率选择来滤除诸如EMC之类的干扰。如果对干扰信号了解更多，则可以经由相关滤波器滤除干扰。相关滤波器可以在顺序控制中实现或作为有源滤波器元件实现。干扰影响也可以经由虚拟压力传感器获取。虚拟压力传感器的设置应与压力传感器完全相同，区别在于其压力依赖性与压力传感器不同。

对干扰的灵敏度应该是相当的。可以通过虚拟压力传感器信号与压力传感器信号的比较来消除干扰影响。这种情况与来自泵转子磁体的杂散场的干扰相当。由于马达驱动器已知转子磁体的位置和速度，因此该信号同样可以通过计算去除。

泵的振动或加速会产生另一种形式的干扰。该干扰影响可以通过加速度传感器、虚拟压力传感器或差压传感器对来测量，然后可以被滤除。如果容纳了多个压力传感器，则信号链的公共元件可以通过多路复用器连接到不同的传感器。在这种背景下，多路复用器的位置是可变的，并且可以例如在第一滤波器之后。

图5a)示出了从压力传感器开始的信号链，该信号链包括压力传感器、滤波器、放大器、ADC、带存储器的顺序控制部以及通信模块。滤波器可以相应地省去，也可以与相邻的模块(例如放大器)组合。

图5b)示出了从压力传感器开始的信号链，包括对干扰影响进行扫描和滤波。

图5c)示出了从压力传感器开始的信号链，带有虚拟压力传感器以抑制干扰。

图5d)示出了带有压力传感器和用于抑制冲击和振动的加速度传感器的信号链。

在图5e)中，可以通过使用多路复用器来减少部件的数量。多路复用器可以位于位置1到5处。

图5f)示出了通过激励信号对压力传感器的激励。该激励信号可以额外连接到放大器或顺序控制部。这使得非常有选择性的频率或相关滤波成为可能。

桥电路(尤其是由四个传感器组成的桥电路)通常用于传感器的温度补偿。然而，仅在干扰影响对分辨率或所需的长期稳定性产生负面影响时才需要这样做。尤其是使用半桥电路和全桥电路。图6中的a)示出了具有六个传感器结构32、33、34的传感器区域30的俯视图。图6中的b)示出了包括被连接以形成全桥的四个传感器的传感器结构32、33、34的示意图。传感器结构32、33、34中的传感器布置在传感器区域30内的最大变形的区域31中。四个传感器连接在一起以形成全桥电路32(测量桥)，用于对每个传感器结构32、33、34中的传感器进行温度补偿。每个全桥32具有四个或六个接合焊盘，用于电连接至处理装置。

参照图7描述了本申请意义上的变薄的壁区域的其他实施方式。图7a和图7b示出了部件的壁区域侧的横截面和俯视图。在图7a的横截面中，在上部画面中示出了具有围绕流区域302的内壁304的部件300。内壁由金属块或通过烧结工艺一体制成，并且例如可以是血泵的入口管。内壁在非机加工的壁区域308中具有约500μm的基本不变的壁厚。在引入到壁区域侧306上的铣削区域310中，该壁厚减小。铣削区域310包括变薄的壁区域312，其在中间画面中被放大示出。

变薄的壁区域312包括三个凹槽314、316和318，凹槽314和316关于延伸穿过中间凹槽318的镜轴基本按镜面对称布置，即，具有基本对应的形状。壁厚320在凹槽314和316内变薄为约100μm。凹槽的宽度总计为约250μm至2000μm。壁厚在凹槽314的右边缘处再次增加到约400μm，并且直到中间凹槽318的左边缘处减小到约100μm。中间凹槽318内的壁厚总计约为35μm，并且该凹槽在横向方向322上具有约100μm的宽度(见图7a的下部画面)。凹槽314和凹槽316关于中间凹槽318按镜面对称布置，并且与中间凹槽318间隔开约800μm。

凹槽314、316和318形成用于测量凹槽318中的表面膨胀的更敏感的测量区域。尽管没有凹槽的变薄的壁区域(例如，如图1的c)所示)具有高测量灵敏度，但是图7a的布置仅需要凹槽318内的壁厚局部减薄至60μm以下的区域，而在图1的c)的实施方式中，壁区域侧基本上是平面的，并且必须去除更多的材料。即使图1的c)的实施方式的最小壁厚减小到约35μm，中间凹槽318中的应力最大值也几乎是图1的c)的壁几何形状中的两倍。外侧凹槽314和316的功能类似于铰链，以增加中间凹槽318内的应力最大值。然而，应力最大值也可以仅利用一个凹槽来增加，在该凹槽中壁厚具有不消失的全局最小值，使得壁区域侧上的单个凹槽与凹形的流体区域侧一起形成了根据本申请的实施方式。

在图7b中示出了变薄的壁区域312的俯视图。凹槽314、316和318基本平行于部件的轴向方向324(在此例中，平行于流体引导部件300的圆柱轴线)延伸。用于检测表面膨胀的传感器的一部分布置在区域326中的中间凹槽318内。

在前面的实施方式中已经呈现了用于检测表面膨胀的示例性传感器。然而，也可以使用根据图8a至图8d的实施方式。

图8a示出了可以布置在中间凹槽中的图8b的曲折结构的示例性实施方式的等效电路图。电阻器R1和R3是可变电阻，而电阻器R2和R4在横向方向322上的膨胀下基本保持不变。电阻器R2和R4具有温度补偿和补偿诸如辐射或老化之类的外部影响的功能。如图8a中示意性示出的，四个电阻器R1至R4形成为半桥。

图8b所示的曲折结构330是在绝缘基板上以光刻方式施加的金属导体迹线。在这方面，电阻器R1和R3的曲折部的长边沿着横向方向322延伸，并且电阻器R2和R4的曲折部的长边沿着轴向方向324延伸。曲折结构连接到接触焊盘332(至接合导线的接触焊盘)，例如，所述接合导线连接到布置在印刷电路板上的其他无源或有源电子部件。为此，参考图3至图6的示例。电阻器R1和R3的曲折结构330优选地被设计为相同，就像电阻器R2和R4的曲折结构330一样。在其他实施方式中，电阻器R1至R4的曲折结构可以设计为相同的(除了曲折结构在横向或轴向方向上的取向之外)。

参照等效电路图8c以及图8d中的示例性曲折结构来说明中间凹槽318中的传感器或传感器布置的另一替代例。在这方面，按曲折结构330的形式以光刻的方式施加总共六个电阻器R1至R6。在这里，图8c和图8d的测量桥相对于图8a和图8b的测量桥而言能够简化误差校正，因为可以借助于另外的电阻器R5和R6来测量干扰影响，并且随后可以通过计算将其去除，因此不再需要精确调节传感器装置或传感器的电阻和其他元件。

在图9中示出了变薄的壁区域的另一实施方式。这里，图9的上部画面示出了部件400，例如血泵的入口管。流体区域402由内壁404界定。这里，流体区域具有圆柱形状或部分圆柱形状。内壁包括具有基本不变的壁厚的区域408和具有减小的壁厚的区域410，其中在下部画面中示意性地示出了变薄的区域412。减小的壁厚是通过在区域410中铣削壁区域侧406来实现的。在这方面，壁厚412可以具有约30μm的最小值。恒定壁厚区域中的壁厚与图7的实施方式相当。

在图9的下部画面中以两种不同的状态示出了变薄的壁区域。在第一状态(以实线示出)下，流体区域中占优势的压力等于内壁与外壁之间的压力，即，流体区域侧与壁区域侧之间的压力差为零。第二状态(用虚线示出)示出了流体区域与壁区域侧之间的压力差，其中流体区域中的压力更高。由于增加的压力，在其最小壁厚的区域414中变薄的壁区域沿径向向外升高了行程高度416。示例性行程例如在750mmHg下可以总计为2μm。

可以以不同的方式检测和评估该行程高度。行程高度在此例如可以用作压力差的量度。在图10a中，示出了用于检测行程高度的光学传感器布置500。该传感器布置包括优选不透明的壳体502，该壳体502布置在壁区域侧406上并且具有腹板504，该腹板从内壳体侧沿壁区域侧的方向在最小壁厚的径向延伸中延伸。传感器布置还包括布置在腹板504的不同侧上的发光二极管506和光电传感器508。在零压力差的情况下，光电传感器接收到恒定的亮度。如果在流体区域侧存在超压，则内壁在最小壁厚的区域中升高(用虚线绘制)，从而降低了在光电传感器处接收到的亮度。可以据此通过校准程序定量地确定产生的压力差。

在图10b中示出了另选传感器布置600。按与传感器布置500类似的方式，传感器布置600具有不透明的壳体602，该壳体具有布置在其中的光电管606和作为接收器的光电管608。此外，腹板604布置在壳体中，然而，与腹板504不同，腹板604至少是透光的。不透光的部分610布置在腹板上。同样是透光的并且同样具有不透光的部分614的另一腹板612位于最小壁厚的区域414中。在压力差为零的情况下，不透光的部分610和614相对于彼此定向，使得只有很少的光电管606的光到达接收器608。在有压力差的情况下，直接布置在膜上的腹板612由于壁或膜的行程而移位，并且透光间隙变得自由，从而接收器608现在接收更多的光。腹板604和612的透光区域因此形成衍射光栅的示例。

当提供了两个接收器608和609而不是一个接收器608时，产生了另一种另选的传感器布置。在这种情况下，当对应地选择了腹板604和612上的不透光的部分时，两个接收器可以形成差分放大器。例如，在零压力差的情况下，接收器608因此可以接收光电管606的全部照明量L，而接收器609仅接收最小的照明量L。为此，不透光的元件610可以例如以这种方式被布置为单个元件611。在对应的行程上，然后接收器608处的照明量L下降并相应地在接收器609处增加(见图10c的右侧画面)。在未示出的其他实施方式中，还可以在衍射光栅处检测到干涉效应。

参照图11说明用于评估变薄的壁区域的压力引起的行程的其他传感器布置。这里，在左侧画面中示出了流体区域中的压力差Δp为零的状态，而在右侧画面中示出了流体区域中的超压Δp>0的状态，这产生了具有最小壁厚的壁区域的径向向外指向的行程。

图11a示出了基于镜式检流计的传感器布置。在这方面，在最小壁厚414的区域中应用反射镜700。借助于相干光源702(例如借助于二极管激光器)来照射该反射镜，并且该反射镜将光反射到多像素图像传感器704上。在有压力差的情况下(见右侧画面)，将照射不同的像素。

图11b示出了通过另选光学传感器来确定行程的布置。在此，透镜712和例如油膜714位于最小壁厚414的区域中的内壁404的壁区域侧与投影系统710之间。图像传感器716位于投影系统上方。在压力引起的行程的情况下，发生由压力引起的油膜高度变化，这些变化以Fresnel环的形式可见并且可以被评估。

图11c示出了包括散斑干涉仪的传感器布置。这里基本上使用激光器720、半透明反射镜722和全反射镜724，以及投影系统726和图像传感器728。取决于行程的变化，根据行程而变化的散斑图案在布置在最小壁厚区域414上方的传感器上变得可见。在此，激光器用作基准光源。

图11d未示出光学传感器，而是示出了压电传感器形式的电阻式传感器。在此以变化的电流或变化的电阻的形式测量不同的行程(见右侧画面)。将导电膜(或变薄的壁区域)用于进行特别精确的测量，或者将导电层施加到该膜上。布置压电元件730，使得可以建立或中断接触元件732与导电膜层734之间的电接触。可以在状态“接触”和“中断”之间的过渡区域中在接触元件之间测量隧穿电流。这种隧穿电流对距离变化非常敏感。压电晶体现在被控制为使得采用恒定的隧穿电流。压电晶体处所需的电压是变形的量度，因此也是测得的压力的量度。

图11e示出了具有电容评估的压电扫描单元。在这方面，压电单元在最小壁厚的区域上方被电容器板覆盖，从而使得能够通过电容器来评估行程，该电容器包括压电元件740的上侧和电容器板742。如图11d所示，压电元件的控制使得采用恒定的隧穿电流。与图11d中的设置相比，优点包括磁滞和压电元件的老化效应得到抑制。

对于本领域技术人员而言，其他实施方式和示例是显而易见的。

本申请尤其包括以下方面：

1.一种具有传感器(100)的用于引导流体的部件，其中，所述部件包括内壁(4)和外壁，其中，所述内壁(4)被设计成引导所述流体，所述外壁将所述部件相对于外部封闭，并且在所述内壁(4)与所述外壁之间形成壁区域，

其特征在于，

所述传感器(100)具有机电传感器元件(2)，并且布置在所述内壁(4)处的所述壁区域中；其中，

所述传感器(100)被配置为借助于所述传感器元件(2)来测量所述传感器(100)的区域中所述内壁(4)的变形程度，并将该变形程度作为电信号输出，其中，

所述机电传感器元件(2)的长度和/或宽度优选≤50μm。

2.根据前一方面所述的部件，其特征在于，所述传感器具有两个电触点，并且所述传感器元件是纳米结构膨胀元件，该纳米结构膨胀元件按材料整合的方式施加到所述触点，使得所述触点经由所述传感器元件彼此电接触，其中，所述电触点被施加到所述内壁，使得所述传感器元件随着所述内壁在所述传感器的区域中的变形而与所述内壁一起变形，从而在所述电触点之间能够测量所述电信号。

3.根据前一方面所述的部件，其特征在于，多个传感器(100)布置在所述内壁(4)处的所述壁区域中；尤其在于布置了四个传感器(100)，所述四个传感器(100)彼此连接以形成全桥或半桥电路，以减小所述传感器(100)的温度依赖性。

4.根据前述方面中的一方面所述的部件，其特征在于，在所述内壁(4)与所述传感器(100)的所述电触点(1)之间布置有绝缘层(5)，所述绝缘层(5)按材料整合的方式连接到所述内壁(4)和所述电触点(1)。

5.根据前述方面中的一方面所述的部件，其特征在于，所述电信号包括所述传感器(100)的电阻的变化。

6.根据前述方面中的一方面所述的部件，其特征在于，所述传感器元件(2)的长度和/或宽度≤15μm、尤其是≤10μm、尤其是≤3μm，和/或厚度≤50μm、尤其是≤15μm、尤其是≤10μm、尤其是≤3μm。

7.根据方面2至6中的一方面所述的部件，其特征在于，所述电触点(1)被施加到所述内壁(4)，使得在所述触点(1)之间存在间隙(3)，该间隙(3)≤50μm、尤其是≤15μm、尤其是≤10μm、尤其是≤3μm，所述间隙(3)在横向方向上被所述传感器元件(2)完全覆盖。

8.根据前述方面中的一方面所述的部件，其特征在于，所述传感器布置在所述内壁的变薄区域中。

9.根据前述方面中的一方面所述的部件，其特征在于，在所述壁区域中布置有电连接元件，所述传感器经由所述电连接元件连接至处理装置。

10.根据前一方面所述的部件，其特征在于，所述连接元件包括印刷电路板(20)，其中一个或更多个传感器(100)经由所述电触点(1)或者经由接合导线或单独绝缘的引线直接连接到所述印刷电路板(20)，所述引线尤其是Teflon绝缘引线。

11.根据前一方面所述的部件，其特征在于，在所述印刷电路板(20)上布置有电子元件(22)，所述电子元件(22)用于所述电信号的预处理，尤其是用于预放大。

12.一种制造具有传感器(100)的用于引导流体的部件的方法，该方法包括以下步骤：

形成所述部件的内壁(4)和外壁，其中，所述内壁(4)被配置为引导所述流体，并且所述外壁被配置为将所述部件相对于外部封闭，并且将所述内壁(4)与所述外壁连接在一起，使得在所述内壁(4)与所述外壁之间形成壁区域；

在所述内壁(4)处的所述壁区域中布置具有机电传感器元件(2)的传感器(100)，其中，所述传感器(100)被配置为借助于所述传感器元件(2)来测量所述传感器(100)的区域中所述内壁(4)的变形程度，并将该变形程度作为电信号输出，其中，所述机电传感器元件(2)的长度和/或宽度优选≤50μm；以及

将所述内壁(4)和所述外壁连接在一起。

13.根据前一方面所述的方法，其特征在于，在布置所述传感器(100)之前，在所述壁区域中将绝缘层(5)施加到所述内壁(4)。

14.根据前两个方面中的一方面所述的方法，其特征在于，布置所述传感器(100)的步骤包括：

在所述壁区域中将两个电触点(1)施加到所述内壁(4)上或所述绝缘层(5)上，以拾取所述电信号；

将所述传感器元件(2)施加到所述电触点(1)。

15.根据前一方面所述的方法，其特征在于，借助于纳米3D打印、溅射或借助于蚀刻工艺将所述传感器元件(2)施加到所述触点(1)。

16.根据方面1至11中的一方面所述的部件，其中，所述内壁的流体区域侧是凹形的，并且所述传感器布置在所述内壁的最小厚度的区域中的壁区域侧上。

17.根据方面1至11中的一方面所述的部件，其中，所述内壁的流体区域侧是凹形的，并且壁区域侧具有至少一个凹槽，所述传感器布置在所述凹槽中。

18.根据方面17所述的部件，其中，存在至少三个凹槽，并且所述传感器布置在中间凹槽中。

19.根据方面1至11或15至17中的一方面所述的部件，其中，所述传感器被配置为使得所述传感器检测到所述传感器的区域中所述内壁的升高。

20.根据方面1至11或15至18中的一方面所述的部件，其中，所述传感器是光学、电阻式或电容式传感器。

Claims (20)

1.一种具有传感器(100)的用于引导流体的部件，其中，所述部件包括内壁(4)和外壁，其中，所述内壁(4)被设计成引导所述流体，所述外壁将所述部件相对于外部封闭，并且在所述内壁(4)与所述外壁之间形成壁区域，

其中，

所述传感器(100)具有机电传感器元件(2)，并且布置在所述内壁(4)处的所述壁区域中，其中，

所述传感器(100)被配置为借助于所述传感器元件(2)来测量所述传感器(100)的区域中所述内壁(4)的变形程度，并将该变形程度作为电信号输出，其中，

所述机电传感器元件(2)的长度和/或宽度优选≤50μm，

其中，所述传感器布置在所述内壁的最小壁厚的区域中，并且该区域中的流体区域侧为凹形。

2.根据前一权利要求所述的部件，其特征在于，所述传感器具有两个电触点，并且所述传感器元件是纳米结构膨胀元件，该纳米结构膨胀元件按材料整合的方式施加到所述触点，使得所述触点经由所述传感器元件彼此电接触，其中，所述电触点被施加到所述内壁，使得所述传感器元件随着所述内壁在所述传感器的区域中的变形而与所述内壁一起变形，从而能够在所述电触点之间对所述电信号进行测量。

3.根据前一权利要求所述的部件，其特征在于，在所述内壁(4)处的所述壁区域中布置有多个传感器(100)；尤其是，布置有四个传感器(100)，所述四个传感器(100)彼此连接以形成全桥或半桥电路，以减小所述传感器(100)的温度依赖性。

4.根据前述权利要求中的一项所述的部件，其特征在于，在所述内壁(4)与所述传感器(100)的所述电触点(1)之间布置有绝缘层(5)，所述绝缘层(5)按材料整合的方式连接到所述内壁(4)和所述电触点(1)。

5.根据前述权利要求中的一项所述的部件，其特征在于，所述电信号包括所述传感器(100)的电阻的变化。

6.根据前述权利要求中的一项所述的部件，其特征在于，所述传感器元件(2)的长度和/或宽度≤15μm、尤其是≤10μm、尤其是≤3μm、和/或厚度≤50μm、尤其是≤15μm、尤其是≤10μm、尤其是≤3μm。

7.根据权利要求2至6中的一项所述的部件，其特征在于，所述电触点(1)被施加到所述内壁(4)，使得在所述触点(1)之间存在间隙(3)，该间隙(3)≤50μm、尤其是≤15μm、尤其是≤10μm、尤其是≤3μm，所述间隙(3)在横向方向上被所述传感器元件(2)完全覆盖。

8.根据前述权利要求中的一项所述的部件，其特征在于，所述传感器布置在所述内壁的变薄区域中。

9.根据前述权利要求中的一项所述的部件，其特征在于，在所述壁区域中布置有电连接元件，所述传感器经由所述电连接元件连接至处理装置。

10.根据前一权利要求所述的部件，其特征在于，所述连接元件包括印刷电路板(20)，其中，一个或更多个传感器(100)经由所述电触点(1)或者经由接合导线或单独绝缘的引线直接连接到所述印刷电路板(20)，所述引线尤其是Teflon绝缘引线。

11.根据前一权利要求所述的部件，其特征在于，在所述印刷电路板(20)上布置有电子元件(22)，所述电子元件(22)用于对所述电信号进行预处理，尤其是用于预放大。

12.一种制造具有传感器(100)的用于引导流体的部件的方法，该方法包括以下步骤：

形成所述部件的内壁(4)和外壁，其中，所述内壁(4)被设计成引导所述流体，并且所述外壁被设计成将所述部件相对于外部封闭，并且将所述内壁(4)与所述外壁连接在一起，使得在所述内壁(4)与所述外壁之间形成壁区域；

在所述内壁(4)处的所述壁区域中布置具有机电传感器元件(2)的传感器(100)，其中，所述传感器(100)被配置为借助于所述传感器元件(2)来测量所述传感器(100)的区域中所述内壁(4)的变形程度，并将该变形程度作为电信号输出，其中，所述机电传感器元件(2)的长度和/或宽度优选≤50μm；以及

将所述内壁(4)和所述外壁连接在一起。

13.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，在布置所述传感器(100)之前，在所述壁区域中将绝缘层(5)施加到所述内壁(4)。

14.根据前两项权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，布置所述传感器(100)的步骤包括：

在所述壁区域中将两个电触点(1)施加到所述内壁(4)上或所述绝缘层(5)上，以拾取所述电信号；

将所述传感器元件(2)施加到所述电触点(1)。

15.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，借助于纳米3D打印、溅射或借助于蚀刻工艺将所述传感器元件(2)施加到所述触点(1)。

16.根据权利要求1至11中的一项所述的部件，其中，所述内壁的流体区域侧是凹形的，并且所述传感器布置在所述内壁的最小厚度的区域中的壁区域侧上。

17.根据权利要求1至11中的一项所述的部件，其中，所述内壁的流体区域侧是凹形的，并且壁区域侧具有至少一个凹槽，所述传感器布置在所述凹槽中。

18.根据权利要求17所述的部件，其中，存在至少三个凹槽，并且所述传感器布置在中间凹槽中。

19.根据权利要求1至11或15至17中的一项所述的部件，其中，所述传感器被配置为使得所述传感器检测到所述传感器的区域中所述内壁的升高。

20.根据权利要求1至11或15至18中的一项所述的部件，其中，所述传感器是光学传感器、电阻式传感器或电容式传感器。

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