CN115552240A - 检测环境中的化学物质的方法、感测模块和套件 - Google Patents

检测环境中的化学物质的方法、感测模块和套件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种检测环境中的特定化学物质的方法，所述方法包括：‑提供适于感测所述特定化学物质的感测层；‑提供衬底层，所述衬底层包括一次性无线发射器；‑将所述感测层附接到所述衬底层以便形成感测模块；‑借助于感测层检测环境中的特定化学物质的量；‑如果所述特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则使用所述无线发射器将表示所感测到的特定化学物质的数据发送至接收装置。本发明还涉及一种用于测量特定化学物质的感测模块和套件。

Description

检测环境中的化学物质的方法、感测模块和套件
技术领域
本发明涉及一种检测环境中的特定化学物质的方法、感测模块和套件，所述方法和套件包括一次性感测模块。
背景技术
限制暴露于某些化学物质可能会对人的健康产生影响。有些化学物质对大多数生物具有潜在的危害，而其他化学物质可能仅对一些个体具有危险性，例如，过敏原可能导致易感人群的过敏反应。对如灰尘、挥发性有机化合物或花粉的特定污染物敏感的个体在进入未知环境时可能会发生此类过敏反应。因此，如果无法监测周围环境空气，那么离开熟悉的环境可能会给有过敏或呼吸问题的人带来问题。
已知的空气质量监测系统通常固定地安装在房间中。此外，为了正常运行，它们需要能量来源，并且因此它们通常与电源连接。还已知有便携式空气监测产品，允许用户在从一个地方移动到另一个地方的同时分析空气质量。这些装置仍需要充电，并且通常相当笨重。
发明内容
因此，需要一种能够携带的方法、感测模块和套件来检测环境中的空气质量，例如，检测特定化学物质的存在。所述方法、感测模块和套件优选地是准确的，并且能够在任何位置例如由于存在特定化学物质而警告用户空气质量差。此外，所述方法、感测模块和套件优选地是相对便宜的。
根据一方面，本发明涉及一种检测环境中的特定化学物质的方法。该方法可以包括提供适于感测特定化学物质的感测层。该方法还可以包括提供衬底层，该衬底层包括一次性无线发射器。该方法还可以包括将感测层附接到衬底层以便形成感测模块。该方法还可以包括借助于感测层感测环境中的特定化学物质的量。此外，该方法可以包括：如果特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则使用无线发射器将表示所感测到的特定化学物质的数据发送至接收装置。
在本发明的方法中，借助于感测模块来执行对特定化学物质的感测。由于感测模块的分层结构，感测模块的容易运输可能是可行的。此外，根据本发明，感测模块是一次性感测模块。感测模块适于发送单个信号。这有利地允许减少感测模块上的必要电子器件，从而允许实现低成本但仍准确的测量。
该感测模块包括感测层。感测层适于感测特定化学物质。该特定化学物质可以是气体，例如CO或CO2、挥发性有机化合物、灰尘、任何过敏原或其组合。感测层可以适于检测环境中(例如环境中存在的空气中)的特定化学物质的存在。在检测的情况下，感测层的响应可以是特定化学物质“存在”或它“不存在”。在这种情况下，感测层的感测是基本上数字式的，“存在”或“不存在”。感测层可以适于测量环境中的特定化学物质的量。感测层可以测量例如环境中存在的空气中的特定化学物质的浓度。在这种情况下，感测层的感测可以被认为是模拟感测。感测层可以被配置成能够从仅检测特定化学物质的不存在或存在的配置切换到测量特定化学物质的浓度的配置，反之亦然。
感测层优选地包括传感器。感测层中包括的传感器的类型取决于待感测的特定化学物质。传感器模块可以包括灰尘水平传感器、CO2浓度传感器、VOC(挥发性有机化合物)浓度传感器或其它传感器。感测层进一步优选包括传感器固定在其上的材料片。传感器可以例如通过墨水印刷、气相沉积或溅镀而形成于材料片上。优选地，该材料片是塑料片。优选地，其包括聚合物片。
该传感器可以包括半导体金属氧化物气体传感器。传感器可以包括基于碳纳米管的气体传感器。
优选地，感测层在其最厚部分处的厚度包括在1毫米与6毫米之间。优选地，感测层在垂直于由厚度限定的方向的两个方向上的最大尺寸包括在10毫米与100毫米之间，更优选地在20毫米与50毫米之间。
除了感测特定化学物质的传感器之外，感测层可以包括其它传感器。例如，感测层可以包括电磁传感器、生物测定传感器、温度传感器、液体传感器或其组合。
此外，感测层可以包括单个传感器以感测特定化学物质。感测层可以包括多于一个传感器以感测同一特定化学物质。此外，感测层可以包括多于一个传感器以感测不同的特定化学物质。
该感测模块进一步包括衬底层。衬底层优选包括无线发射器。无线发射器适于发送表示由感测层执行的感测的数据。无线发射器优选包括天线以发送数据。优选地，无线发射器发送携带与感测到的特定化学物质有关的信息的电磁信号。无线发射器是“一次性”无线发射器。一次性意味着无线发射器被设计为使用一次。无线发射器的“用途”是数据的发送。无线发射器被配置成将表示由感测层执行的感测的数据发送一次。然后，可以丢弃无线发射器。一次性发射器是仅发射一次表示由感测层执行的感测的数据的发射器。数据优选地是完整的，即无线发射器相对于一次感测仅发射一次完整数据(例如，无线发射器发射一次测量的完整数据)。无线发射器在发射关于感测的数据之后不发送另外的信号。因此，一旦使用无线发射器发送第一信号，就不再使用它。这可以例如通过将无线发射器连接到能量源获得。优选地，所述能量源存储的能量的量等于或大于由无线发射器发送一次表示由感测层执行的感测的数据所需的能量。所述能量源存储的能量的量少于由无线发射器发送两次表示由感测层执行的感测的数据所需的能量。在下文中，无线发射器发送的“信号”意指表示由感测层执行的感测的数据。
无线发射器可以包括应答器。
感测层附接到衬底层。例如，感测层或衬底层可以包括粘合剂，以便将感测层和衬底层粘结在一起。也可以使用将感测层和衬底层附接在一起的任何其它手段，例如微抽吸或静电。优选地，感测层与衬底层之间的附接使得在感测层与衬底层之间的电连接被建立。感测层与衬底层之间的电连接是允许电信号从衬底层行进到感测层或反之的连接。
优选地，衬底层在其最厚部分处的厚度包括在1毫米与6毫米之间。优选地，衬底层在垂直于由该厚度限定的方向的两个方向上的最大尺寸包括在10毫米与100毫米之间，更优选地在20毫米与50毫米之间。
优选地，感测层限定第一表面和第二表面，并且衬底层附接到感测层的第一表面。优选地，衬底层限定第一表面和第二表面，并且衬底层的第二表面附接到感测层的第一表面。优选地，感测层的第一表面的区域在形状上与衬底层的第二表面的区域基本相同。优选地，感测层的第一表面的区域在尺寸上与衬底层的第二表面的区域基本相同。优选地，感测层的第一表面与衬底层的第二表面是全等的，当叠加时基本上完全重合。优选地，在感测层的第一表面与衬底层的第二表面之间，插入粘合剂层。
此外，该方法可以包括：如果特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则使用无线发射器将表示所感测的化学物质的数据发送至接收装置。优选地，数据的发送仅发生一次。一旦无线发射器首次发送表示感测到的化学物质的数据，无线发射器将不再发送数据。
特定化学物质的“量”可以是测量的量，或“存在”或“不存在”指示。因此，“特定化学物质的量高于或低于第一阈值”可以意指环境空气中特定化学物质的测量量(例如，浓度)MQ高于或低于第一阈值FT：
MQ>FT或MQ<FT。
“特定化学物质的量高于或低于第一阈值”还可以意指存在(高于阈值)或不存在(低于阈值)特定化学物质。
例如，用户对特定过敏原过敏。感测模块可以感测空气中特定过敏原的浓度，并且在浓度高于第一阈值的情况下，感测模块可以将表示感测到的过敏原的数据发送至接收装置。例如，接收装置可以是移动电话。接收装置可以警告用户，所述过敏原以相对“高”浓度存在于环境中。或者，为了测量该量，感测模块可以在环境中感测到此类过敏原的任何存在时，立即将关于感测到的过敏原的数据发送至接收装置，而不管过敏原的浓度如何。
感测模块可以感测存在于房间中的特定气体的量。在气体是氧气的情况下，一旦环境中氧气浓度降到低于第一阈值，感测装置就可以发送关于感测到的氧气的数据，因为氧气量太低可能对人类有害。
优选地，第一阈值是可调的。该方法可以包括调整第一阈值的步骤。可以根据用户的需要，例如根据用户的过敏敏感性，来调整第一阈值。因此，第一阈值可以按需升高或降低。可以使用接收装置设置或修改第一阈值。用户可以输入所需的第一阈值，或者可以修改已经设置的第一阈值，在接收装置中输入新值。接收装置可以将信号发送至感测层以基于在接收装置中输入的输入来设置第一阈值。
特定化学物质在环境中“不存在”的事实意指该物质具有如此低的浓度，使得其无法被感测层检测，因此“不存在”可以意指在现实中存在痕量特定化学物质，其量取决于选定感测层的灵敏度或分辨率。
如果由感测层检测到的特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则使用无线发射器从感测模块将表示所感测到的特定化学物质的数据发送至接收装置。数据被发送后，不能再次使用无线发射器。
接收装置优选地在感测模块的外部。接收装置可以是被配置成在无线环境中操作或通信的任何类型的装置。举例来说，接收装置可以被配置成发射或接收无线信号，并且可以包括用户设备、移动台、固定或移动订户单元、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理(“PDA”)、智能手机、iPhone、膝上型计算机、上网本、个人计算机、无线传感器、消费电子产品以及本领域已知的其它发射器/接收器。接收装置可以连接到人或还连接到机器。
由无线发射器发送的数据可以包含关于特定化学物质的量的信息，或关于特定化学物质的存在或不存在的信息。
优选地，接收装置包括适于接收由无线发射器发送的数据的接收器。优选地，接收装置包括适于加工所接收的数据的控制单元。优选地，接收装置包括显示器，以可视化所接收的数据或经加工的所接收的数据。
为了通过无线发射器发送数据，优选激活无线发射器。“激活”无线发射器意味着使其起作用，并且无线发射器的功能是发送信号。因此，激活无线发射器导致由无线发射器发送信号。无线发射器被配置成使得其将表示感测到的特定化学物质的数据作为信号进行发送。在这种情况下，“信号”意指表示由感测层执行的感测的数据。为了激活无线发射器，优选地，感测模块包括能量源。优选地，能量源是独立能量源。独立的能量源可以独立于其它硬件而起作用。在这种情况下，这意味着感测模块中存在的能量源可以产生足够的能量，以用于由无线发射器发射关于感测到的化学物质的数据，而不使用感测模块外部的附加能量源。
优选地，能量源包括在衬底层中。优选地，能量源集成在衬底层中。能量源还可以包括能量储存单元，所述能量储存单元适于由能量源充电。能量源可以仅由能量储存单元组成，当被充电时，所述能量储存单元充当能量源。能量源可以用于对能量储存单元充电。优选地，能量源适于对能量储存单元充电一次。优选地，能量储存单元不可再充电。
能量源可以是例如压电装置、太阳能电池板、热电或塞贝克发电机。能量源优选地产生电信号，例如电流。由能量源产生的电能可以存储在能量储存单元中。
能量源或能量储存单元可以产生包括在1伏与5伏之间，更优选地1.5伏与2伏之间的电压。能量源或能量储存单元可以产生包括在50纳安与500纳安之间，更优选地在150纳安与250纳安之间的电流。
为了激活无线发射器，由能量源产生的能量或存储在能量储存单元中的能量优选地被发送至无线发射器，使得无线发射器能够将关于感测到的特定化学物质的数据发送至接收装置。
在关于感测到的特定化学物质的数据已经被无线天线发送到接收装置之后，在已经达到第一阈值的情况下，不重新使用无线天线。根据本发明，感测模块是一次性感测模块，使得在已经发送包含有感测到的化学物质的数据的信号之后，不再使用它。仅发送一个关于单次测量的信号。
优选地，在发送关于感测到的特定化学物质的数据之后，能量源，例如能量储存单元基本上被耗尽。优选地，不能产生更多能量以产生再次激活无线发射器并将关于感测到的特定化学物质的其它数据发送至接收装置所需的另一能量的量。因此，无线发射器只能被激活一次以发送例如关于单次测量的数据。例如，能量源包括电池，所述电池包含足以激活无线发射器一次但并非两次的能量的量。更优选地，电池不可再充电。因此，无线发射器不能以数据的形式发送另一个信号，因为没有足够的能量来再次激活它并允许发射。能量储存单元可能未完全耗尽，而仍可能包含一些能量。然而，此剩余能量不足以第二次激活无线发射器。
感测模块是一次性的事实允许实现相对便宜的感测模块。感测模块的具有彼此附接的两层(感测层和衬底层)的配置允许实现由于其包含的尺寸而易于转移，例如附接到衣服或装饰品的感测模块。所述层配置形成相对较薄且分立的感测模块。然而，仍然需要激活感测模块中的无线发射器，以便将关于感测到的化学物质的信号发送至接收装置。这种激活可以借助于能量源来完成。然而，如果存在的话，能量源也需要相对“较小”，否则它将不能配合在分层感测模块内。在发送第一信号之后(即，关于感测到的特定化学物质的数据被发送一次之后)感测模块已耗尽使用的事实允许对能量源进行尺寸设定，以产生足以仅激活无线发射器一次的能量的量。“小”能量的量的要求继而又允许选择相对小且便宜的能量源。此外，由于感测模块仅需要起作用直到数据被发送，因此形成感测模块的各种部件也可以具有相对短的寿命。因此，本发明的方法可以由相对较小且便宜的感测模块执行。
该方法可以包括在第一次发送表示感测到的特定化学物质的数据之后丢弃感测模块。因为在发送感测到的特定化学物质的第一信号之后，就不能使用感测模块了，所以可以将其丢弃。
优选地，该方法包括：设置感测模块的最大使用寿命。优选地，感测模块的最大使用寿命设定为以下中的最早者：预定时间间隔到期，以及首次发送表示感测到的特定化学物质的数据。更优选地，该方法包括当已到达感测模块的最大寿命时丢弃感测模块。可能发生感测模块在一段时间内未向接收装置发送关于化学物质的数据的情况。例如，化学物质的量可以保持相对较长时间高于(或低于)第一阈值，并且不发生无线发射器的激活。然而，如前所述，感测装置优选地是“便宜”装置，并且其所有部件的功能在预定时间间隔之后可能无法得到保证。因此，当感测模块持续等于或大于预定时间间隔的时间时，也可以丢弃感测模块。可以使用接收装置来设置该预定时间间隔。因此，在预定时间间隔已过去时，如果在无线发射器发送关于感测到的特定化学物质的数据之前发生这种情况，可以丢弃感测模块。最大寿命可以被选择为在两个间隔之间的“前两次到期”，所述两个间隔是该预定时间间隔和在无线发射器发送关于感测到的特定化学物质的数据时结束的时间间隔。最大寿命优选地由这些时刻中的最早时刻确定：预定时间间隔的到期和无线发射器发送关于感测到的特定化学物质的数据的时刻。
优选地，该方法包括：为感测模块提供能量源。为了激活无线发射器，使得无线发射器具有必要的能量来发送关于感测到的特定化学物质的数据，优选地，感测模块包括能量源。优选地，能量源集成在衬底层中。优选地，能量源是独立能量源。优选地，能量源适于提供足够用于由无线发射器发送感测到的特定化学物质的数据的步骤的能量的量。优选地，能量源适于提供足够用于由无线发射器仅一次发送感测到的特定化学物质的数据的步骤的能量的量。
优选地，提供衬底层的步骤包括：提供柔性衬底层。优选地，提供感测层的步骤包括提供柔性感测层。优选地，具有柔性衬底层或柔性感测层或优选两者的感测模块可容易地附接到例如衣服的若干物品。通过这种方式，它就可以容易转移到任何需要的地方。
更优选地，该方法包括通过柔性衬底层的机械变形来生成能量以便激活无线发射器的步骤。甚至更优选地，该方法包括将生成的能量供应给无线发射器。柔性衬底层的柔性可以用作能量发生器。衬底层的变形可以用于使用物理效应，例如压电效应产生能量。由变形产生的能量可以用于激活无线发射器并且发送关于感测到的特定化学物质的数据。由机械变形产生的能量可以在使用之前存储起来。
优选地，提供感测层的步骤包括：利用保护层覆盖感测层。优选地，该方法包括：在感测环境中的特定化学物质的步骤之前从感测层移除保护层。当根据本发明的方法使用感测模块时，期望在用户期望时，即当用户例如到达新环境时，进行对特定化学物质的感测。当感测模块被存储或在随机环境中进行化学物质的测量对于用户一般是无用的。因此，优选将保护层施加到感测模块的感测层。保护层优选地具有双重作用。首先，保护层可以保护感测层，并且优选地保护传感器免受损坏。例如，如果感测层刮擦或碰到其他物体，可能会发生损伤。此外，保护层可以防止感测层执行感测动作。因此，当感测层由保护层覆盖时，感测层无法感测特定化学物质。感测模块的预定时间间隔优选地在从感测层移除保护层时开始。
优选地，该方法包括设置感测模块的预定时间间隔以及从保护层从感测模块被移除的时刻开始感测模块的预定时间间隔。该预定时间间隔用于计算感测模块的最大寿命。因此，保护层的去除表示预定时间间隔的开始。该预定时间间隔可以用于计算感测模块的寿命。
优选地，该方法包括：设置特定化学物质的第一阈值；或修改感测层中的特定化学物质的预设第一阈值。如果感测到的化学物质的量高于或低于第一阈值，则无线发射器向接收装置发送关于所感测到的特定化学物质的数据。此第一阈值可以是固定的，即，设置一次，然后不可更改，或者可以根据用户的需求调整。此外，当感测模块例如在工厂中被制造时，可以设置第一阈值，或者可以由用户设置第一阈值。
优选地，该方法包括：为感测模块提供不可再充电的能量储存单元。优选地，该方法还包括通过使用无线发射器将表示特定化学物质的数据发送至接收装置来耗尽不可再充电的能量储存单元。感测模块可以包括不可再充电的能量储存单元，其意指在其耗尽之后不能(或不应)再充电的能量储存单元。优选地，感测模块包括能量源和不可再充电的能量单元，该能量源适于对不可再充电的能量单元充电一次。当要发送关于感测到的化学物质的数据时，则不可再充电的能量单元优选电连接到无线发射器以激活它。例如，不可再充电的能量单元可以包括电容器。电容器可以包括三个电容器层。三个电容器层可以包括：由电介质层分隔的第一导电层和第二导电层。用于这些层的材料是本领域已知的。优选地，能量源包括压电装置。优选地，压电装置包括第一电极层和第二电极层。优选地，压电装置包括夹在第一电极层与第二电极层之间的压电纳米复合材料层。优选地，压电纳米复合材料层包含BaTiO3、ZnO、MoS2或WSe2中的一种或多种。
优选地，该方法包括当接收装置接收到表示感测到的特定化学物质的数据时生成警告信号。当关于感测到的特定化学物质的数据到达接收装置时，这意味着化学物质的量已经超过或低于第一阈值。这继而可以意味着在感测模块所处的环境中存在对用户的潜在危害。为了警告用户这种可能性，可以发出警告信号。例如，警告信号可以由接收装置发出。警告信号可以是声学信号，例如声学响亮的声音，例如警报。警告信号可以是视觉信号，例如特定颜色的闪烁光。警告信号可以是视频声学信号。此外，警告信号可以包括接收装置的振动。如果在设定的时间间隔之后警告信号未被阻止，则该方法可以包括由接收装置呼叫选定电话号码或IP地址的步骤。
优选地，该方法包括：提供一组感测层，该组中的每个感测层适于感测与该组中的另一感测层感测到的特定化学物质不同的特定化学物质。优选地，该方法包括选择待感测的特定化学物质。优选地，该方法包括从一组感测层中选择用于所选择的特定化学物质的感测层。本发明的方法可以用于感测超过一种化学物质。为了感测多种特定化学物质，并且如果感测到的特定化学物质高于或低于阈值，发送表示每种感测到的特定化学物质的数据，提供一组感测层。该组中的每个感测层适于感测一种特定化学物质，该特定化学物质优选与该组中的另一感测层感测到的特定化学物质不同。优选地，对于该组中的每个感测层，设定阈值。例如，如果该组包括N个感测层，则设置N个阈值。如果该组N个感测层中的第i感测层感测到的特定化学物质的量高于或低于第i阈值，则无线发射器发送关于由第i感测层感测到的特定化学物质的数据。优选地，N个阈值中的一些是可调的。优选地，N个阈值的所有阈值都是可调的。以此方式，可以形成满足用户需求的优化感测模块。
优选地，提供一组感测层的步骤包括：为该组中的每个感测层提供标识由感测层感测到的特定化学物质的机器可读代码。为了容易地识别由该组中的哪个感测层感测到哪种特定化学物质，或容易地识别感测层，该组中的一些感测层包括机器可读代码。可能该组中的所有感测层都包括机器可读代码。机器可读标记可以包括条形码。条形码可以包括线性或一维(1D)条形码。此外，条形码可以包括称为矩阵代码或二维(2D)条形码的几何图案。条形码表示关于由携带条形码的感测层感测到的特定化学物质的数据。
提供一组感测层的步骤可以包括：为该组中的每个感测层提供标识由感测层感测到的特定化学物质的人可读代码。由感测层感测到的特定化学物质的名称可以被写在感测层上。
更优选地，该方法包括借助于接收装置扫描机器可读标记。优选地，一维条形码可以由称为条形码读取器的光学扫描器读取。可以使用包括摄像头的接收装置上的应用程序软件读取或解构二维条形码。具有这种属性的接收装置的示例是例如智能手机。
优选地，该方法包括从该组感测层中选择至少两个感测层；以及将该至少两个感测层附接到同一衬底层。感测模块可以使用相同的资源，例如相同的无线发射器，或相同的能量源或相同的不可再充电的能量储存单元，来感测几种不同的特定化学物质。以此方式，感测模块具有相对小的尺寸且相对便宜。
根据另一方面，本发明涉及一种用于检测环境中的特定化学物质的感测模块，其包括适于感测所述特定化学物质的感测层。感测模块还可以包括附接到感测层的衬底层。衬底层可以包括：无线发射器。衬底层可以包括可电连接到无线发射器并且适于包含足以允许无线发射器单次激活的能量的量的不可再充电的能量储存单元。感测模块还可以包括开关，该开关适于如果由感测层感测到的特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则通过将无线发射器连接到不可再充电的能量储存单元来激活无线发射器，使得无线发射器发送表示该特定化学物质的数据。
根据另一方面，本发明涉及一种用于检测环境中的特定化学物质的套件。该套件包括：附接到公共基底的一组感测层，每个感测层适于感测特定化学物质。该套件还可以包括衬底层，该衬底层适于附接到该组中的感测层中的至少一个，以便形成感测模块。衬底层可以包括：无线发射器。衬底层可以包括可电连接到无线发射器并且适于包含足以允许无线发射器单次激活的能量的量的不可再充电的能量储存单元。感测模块还可以包括开关，该开关适于如果由感测层感测到的特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则通过将无线发射器连接到不可再充电的能量储存单元来激活无线发射器，使得无线发射器发送表示该感测到的特定化学物质的数据。该套件还可以包括适于接收由无线发射器发送的数据的接收装置。
感测模块和套件的特性和优点已经参考本发明的方法的描述进行了详述，并且不在此重复。
优选地，无线发射器包括应答器。优选地，无线发射器包括天线。优选地，应答器包括应答器芯片。
优选地，衬底层包括包括无线发射器的激活层，以及包括不可再充电的能量储存单元的能量层，激活层和能量层彼此附接并且电连接。优选地，衬底层是多层的。多层衬底层的每一层具有特定功能。能量层优选包括该不可再充电的能量储存单元以向无线发射器提供能量。激活层优选包括该无线发射器以发送关于感测到的化学物质的数据。不同层中的功能分离可以实现感测模块的简化制造。
优选地，不可再充电的能量储存单元包括用于储存能量的电容器。优选地，电容器包括三层结构。
优选地，感测层包括：覆盖感测层的保护层。
优选地，衬底层包括能量源。优选地，能量层包括能量源。优选地，能量源集成在能量层中。优选地，能量源适于对该不可再充电的能量储存单元充电。
优选地，能量源包括压电装置。
优选地，该组中的每个感测层包括机器可读代码，所述机器可读代码包括关于由感测层感测到的特定化学物质的信息。优选地，该组中的每个感测层包括人可读代码，所述人可读代码包括关于由感测层感测到的特定化学物质的信息。
“能量储存单元”是适于储存能量的单元。能量储存就是捕获一次产生的能量以供以后使用。存储能量的装置可以是例如电池。能量可以多种形式出现，然而，在本发明的上下文中，所存储的能量优选是电磁能量或电化学能量。“不可再充电”的能量储存单元是被设计为使用一次就丢弃的能量储存单元。不可再充电的能量储存单元不应被例如用电再充电并重复使用。
“无线发射器”是利用天线产生携带信号的电磁波的电子装置。发射器本身可以生成射频交流电，所述射频交流电被施加到天线。当被这种交流电激发时，天线辐射电磁波，例如无线电波。
在本发明上下文中的“层”限定厚度比其另外两个维度小至少10倍的材料片。优选地，其它两个维度比片的厚度大一个数量级。
在本发明上下文中的“柔性”表示层在施加力时改变形状而不破裂的能力。
术语“感测”化学物质意指检测或测量(或两者)化学物质。因此，“感测”通常限定传感器相对于化学物质的活动，涵盖感测步骤中传感器的输出是数字或模拟的情况。
下文中的“化学物质”意指具有确定化学组分的任何材料，例如化学元素、化学化合物或合金。它可以包括分子。
在本文本中，动词“包括(comprise)”和“包括(include)”是同义词，并且它们都指示特征的非穷举列表。动词“由……构成”表示穷举列表。
本发明在权利要求书中限定。然而，下文提供了非限制性示例的非穷举列表。这些示例的特征中的任一个或多个特征可以与本文中所描述的另一示例、实施例或方面的任何一个或多个特征组合。
示例1Ex1：一种检测环境中的特定化学物质的方法，所述方法包括：
○提供适于感测所述特定化学物质的感测层；
○提供衬底层，所述衬底层包括一次性无线发射器；
○将所述感测层附接到所述衬底层以便形成感测模块；
○借助于感测层感测环境中的特定化学物质的量；
○如果所述特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则使用所述无线发射器将表示所感测到的特定化学物质的数据发送至接收装置。
示例Ex2：根据Ex1所述的方法，包括以下步骤：
○在第一次发送表示所感测到的特定化学物质的数据之后丢弃所述感测模块。
示例Ex3：根据Ex1或Ex2所述的方法，包括以下步骤：
○将所述感测模块的最大寿命设置为如下之中的最早者：
■预定时间间隔的到期；
■第一次发送表示所感测到的特定化学物质的数据。
示例Ex4：根据Ex1-Ex3中任一项所述的方法，包括：
○为所述感测模块提供能量源。
示例Ex5：根据Ex1-Ex4中任一项所述的方法，其中，提供衬底层的步骤包括：
○提供柔性衬底层。
示例Ex6：根据Ex4和Ex5所述的方法，包括以下步骤：
○通过所述柔性衬底层的机械变形产生能量，以便激活所述无线发射器。
示例Ex7：根据Ex6所述的方法，包括：
○将所生成的能量供应给所述无线发射器。
示例Ex8：根据Ex1-Ex7中一项或多项所述的方法，其中，提供感测层的步骤包括：
○用保护层覆盖所述感测层；
并且其中，所述方法包括：
○在感测所述环境中的所述特定化学物质的步骤之前从所述感测层移除所述保护层。
示例Ex9：根据Ex1-Ex8中一项或多项所述的方法，包括：
○设置所述特定化学物质的第一阈值；或者
○修改所述感测层中的所述特定化学物质的预设第一阈值。
示例Ex10：根据Ex1-Ex9中一项或多项所述的方法，包括：
○为所述无线发射器提供不可再充电的能量储存单元；
○通过使用所述无线发射器将表示所感测到的特定化学物质的数据发送至所述接收装置来至少部分地耗尽所述不可再充电的能量储存单元。
示例Ex11：根据Ex1-Ex10中一项或多项所述的方法，包括：
○当所述接收装置接收到表示所感测到的特定化学物质的数据时生成警告信号。
示例Ex12：根据Ex1-Ex11中一项或多项所述的方法，包括：
○提供一组感测层，所述组中的每个感测层适于感测与所述组中的另一感测层感测到的特定化学物质不同的特定化学物质；
○选择待感测的预定特定化学物质；以及
○从所述一组感测层中选择适于感测所选择的化学物质的感测层。
示例Ex13：根据Ex12所述的方法，其中，提供一组感测层的步骤包括：
○为所述组中的每个感测层提供标识由所述感测层感测到的特定化学物质的机器可读代码。
示例Ex14：根据Ex13所述的方法，包括以下步骤：
○借助于所述接收装置扫描所述机器可读代码。
示例Ex15：根据Ex12-Ex14中一项或多项所述的方法，包括：
○从所述一组感测层中选择至少两个感测层；
○将所述至少两个感测层附接到同一衬底层。
示例Ex16：一种用于检测环境中的特定化学物质的感测模块，包括：
○适于感测所述特定化学物质的感测层；
○附接到所述感测层的衬底层，所述衬底层包括：
-无线发射器；
-可电连接到所述无线发射器并且适于包含足以允许所述无线发射器单次激活的能量的量的不可再充电的能量储存单元；
○所述感测模块还包括开关，所述开关适于如果由所述感测层感测到的所述特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则通过将所述无线发射器连接到所述不可再充电的能量储存单元来激活所述无线发射器，使得所述无线发射器发送表示所感测到的特定化学物质的数据。
示例Ex16：根据Ex15所述的感测模块，其中，所述无线发射器包括应答器。
示例Ex17：根据Ex15或Ex16所述的感测模块，其中，所述衬底层包括：包括无线发射器的激活层，以及包括不可再充电的能量储存单元的能量层，激活层和能量层彼此附接并且电连接。
示例Ex18：根据Ex15-Ex17中的一项或多项所述的感测模块，其中，所述不可再充电的能量储存单元包括用于储存能量的电容器。
示例Ex19：根据Ex15-Ex18中的一项或多项所述的感测模块，其中，所述感测层包括：
○覆盖所述感测层的保护层。
示例Ex20：根据Ex15-Ex19中的一项或多项所述的感测模块，其中，所述衬底层包括能量源。
示例Ex21：根据Ex15-Ex20中的一项或多项所述的感测模块，其中，所述能量源包括压电装置。
示例Ex22：一种用于检测环境中的化学物质的套件，包括：
○附接到公共基底的一组感测层，所述组中的每个感测层适于感测特定化学物质；
○衬底层，所述衬底层适于附接到所述组中的感测层中的至少一个，以便形成感测模块，所述衬底层包括：
-无线发射器；
-可电连接到所述无线发射器并且适于包含足以允许所述无线发射器单次激活的能量的量的不可再充电的能量储存单元；
○所述感测模块还包括开关，所述开关适于如果由感测层感测到的特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则通过将无线发射器连接到不可再充电的能量储存单元来激活无线发射器，使得无线发射器发送表示所感测到的特定化学物质的量的数据；以及
○适于接收由所述无线发射器发送的数据的接收装置。
示例Ex23：根据Ex22所述的套件，其中，所述无线发射器包括应答器。
示例Ex24：根据Ex22或Ex23所述的套件，其中，所述衬底层包括：包括无线发射器的激活层，以及包括不可再充电的能量储存单元的能量层，激活层和能量层彼此附接并且电连接。
示例Ex25：根据Ex22-Ex24中的一项或多项所述的套件，其中，所述不可再充电的能量储存单元包括用于储存能量的电容器。
示例Ex26：根据Ex22-Ex25中的一项或多项所述的套件，其中，所述感测层包括：
○覆盖所述感测层的保护层。
示例Ex27：根据Ex22-Ex26中的一项或多项所述的套件，其中，所述衬底层包括能量源。
示例Ex28：根据Ex22-Ex27中的一项或多项所述的套件，其中，所述能量源包括压电装置。
示例Ex29：根据Ex22-Ex28中的一项或多项所述的套件，其中，所述组中的每个感测层包括机器可读标记，所述机器可读标记包括关于由所述感测层感测到的所述特定化学物质的信息。
附图说明
现在将参考附图进一步描述示例，在所述附图中：
-图1是本发明的感测模块的可能用途的示意图；
-图2是处于部分拆解配置中的本发明的感测模块的示意性顶视图；
-图3是图3的感测模块的更详细视图；
-图4是图2和图3的感测模块的一部分的顶视图；
-图5是图2和图3的感测模块的不同部分的顶视图；
-图6是本发明的感测模块的不同实施例的顶视图；
-图7是处于不同配置中的图6的感测模块的顶视图；
-图8是根据本发明的方法操作的图6和图7的感测模块的顶视图；以及
-图9是根据本发明实现的套件。
具体实施方式
在图1中描绘且以1指示了一种感测模块，用于检测的环境中化学物质的存在。感测模块1可以用于以灵活方式检查室内和室外围绕用户2的环境空气的质量。
为此，感测模块1可以粘附在任何物品、表面或物体上。粘附可以通过粘合剂结合、魔术贴或蓝丁胶紧固件或其它方式(未在附图中描绘)进行。感测模块包括无线发射器3。优选地，感测模块1被集成到个域网(PAN)中。通过PAN或任何其他网络，感测模块1可以连接到智能装置4(例如智能手机、智能手表或智能空气净化器)，如果化学物质存在于感测模块周围，或其以高于或低于预设阈值而存在，其可以警告用户2。
感测模块1是如下文详述的一次性感测模块1。
现在参考图2，感测模块1包括衬底层200和至少一个感测层300。衬底层200和感测层300是片状的，并且优选地具有相同的尺寸和几何形状。优选地，在顶视图上，衬底层200和感测层300是基本矩形的。优选地，衬底层200和感测层300彼此附接，使得衬底层粘附在衬底层的顶部上，或反之亦然。优选地，它们的尺寸是40毫米×40毫米×3毫米，其中最小尺寸是其厚度。
衬底层200可以包括在其表面之一上的粘合剂层(附图中未示出)，所述表面与附接到感测层300的表面相对，以粘附到任何物品、表面或物体。感测层300还可以包括在其表面之一上的粘合剂层，以粘附到衬底层200。衬底层200与感测层300之间的连接使得在两层之间建立导电连接。
如图2中可见，为清楚起见，形成感测模块1的两个层200、300彼此分离，感测层300和衬底层200都包括“倒圆”拐角201和“切割”拐角301，它们预先限定感测层和衬底层必须以何种方式粘附在一起。通过匹配两个层200、300中的相同拐角201和301，用户可以确保将衬底层200和感测层300准确地附接在一起。
现在参考图3，衬底层200包括激活层210和能量层220。激活层210和能量层220以使得存在两个层210、220之间的电连接的方式彼此附接。激活层210和能量层220彼此堆叠。
在图4中更详细地描述激活层210和能量层220。激活层210包括柔性塑料衬底211。在柔性塑料衬底211上，形成无线发射器3。无线发射器3可以包括应答器212。应答器包括耦合天线212a和应答器芯片212b。应答器212经由线214连接到开关215。
能量层220包括能量源。能量源包括压电纳米复合材料层222。压电纳米复合材料层222可以由位于两个涂布金属的柔性塑料衬底221之间的由BaTiO3、ZnO、MoS2或WSe2的复合物制成的层形成。通过这种配置，能量层220能够从机械变形产生电能。在将感测模块1粘附在任何物品、表面或物体上的过程中，能量模块1，继而还有能量层220可能被弯曲，并且可以产生电能。为了存储由机械变形产生的能量，能量层220进一步包括柔性电容器223。柔性电容器223优选包括一层尼龙膜或聚萘二甲酸乙二醇酯衬底，ZrO2作为电介质层。由此，能量层220可大体上产生约1.5-2伏和150-250纳安的输出。
如图5中所示，感测层300包括透明且柔性的塑料衬底310和适于测量或检测化学物质的传感器320。传感器320通常通过墨水印刷、溅镀或气相沉积而施加到衬底310。优选地，取决于感测层300上的给定空间量，可以将若干传感器320施加到衬底310。
在图6中所描绘的实施例中，感测模块1包括附接到相同衬底层200的若干感测层300。优选地，每个感测层300适于感测不同的化学物质。在所绘示的实施例中，衬底层200可以包括四个感测层300。例如，感测层300可以彼此堆叠附接，但每个感测层300可以包括衬底310中的切口323，以确保下面的层的传感器320不被重叠感测层300的衬底310覆盖，并且因此所有传感器320可以适当地测量和监测不同的化学物质。例如在图6中，可以存在四个不同的感测层300，其可以检测四种不同的化学物质，例如四种不同的污染物。
优选地，与每个传感器320关联一阈值。阈值指的是由传感器测量的化学物质。
感测层300中存在的传感器320可以是例如碳纳米管传感器或金属氧化物传感器。不同化学物质的传感器也可以施加于相同感测层300的相同衬底310，由此每个个体传感器可以负责特定污染物和对应的阈值水平。
传感器320例如通过OR电路与衬底层200的开关215和感测层300的接触区域330电互连。
其它传感器(图中未描绘)可以位于感测层300的衬底310上，如生物传感器或响应于UV光、温度的传感器，条件是集成到柔性塑料衬底310中。
如图7中所示，感测层300的传感器320可以由保护膜350密封。因此，传感器320可以由保护膜350保护。此外，当传感器320被保护膜350覆盖时，化学物质的测量是不可能的。因此，保证了感测模块1不会进行意外测量，并且仅在移除保护膜350时可以监测(一种或多种)化学物质。
每个感测层300可以包括QR代码340(参见图6和图8),其可例如印刷在保护膜350上。关于传感器320的规格和由传感器检测到的化学物质的类型的信息可以包括在QR代码340中。在替代实施例中，QR代码340印在感测模块1的另一可扫描区域上。
可以使用套件100形成感测模块1，如图9中所示。
套件100可以包括贴纸组110，该贴纸组包括同一衬底120上的多个感测层300。同一衬底120中的贴纸组还包括多个衬底层200。如图9中所示，所有层200、300由此粘附在衬底120上，衬底例如是粘结纸。
每个感测层300优选包括QR代码340以指示适于感测的化学物质。用户可以创建适于其特定情况的个体感测模块1。
以此方式，用户可以移除一个或多个所选择感测层300并将其粘附在也从衬底120移除的基底层200的顶部。若干感测层300可以彼此堆叠地粘附在衬底层200的顶部上。为了从贴纸组110选择所需感测层300，用户可以扫描QR代码340以检测所关注化学物质的所需传感器320。
图8中示出了由套件100创建的感测模块1，其包括四个不同的感测层300。
感测模块1的运行如下。
感测模块1或者已经提供，或者通过从套件100选择合适的感测层300由用户生成。选择的感测层300然后被附接到衬底层200。
为了激活传感器模块1，移除保护膜350。
传感器模块1可能需要配置。可以使用读取QR代码340的智能装置4来进行配置。智能装置可以例如为感测模块1中存在的每个传感器320设置阈值。
在配置感测模块1之后，用户可以选择其希望监测空气以便检测某些化学物质(由所选择的感测层测量的那些)的存在的任何环境，并将传感器模块1粘附在任何物品、表面或物体上。智能装置4适于接收由感测模块1发送的信号6(在图1和图8中示意性描绘)。
通过撕下保护膜350，感测模块1被激活，并且传感器320开始测量所选化学物质的存在和量。如果在某一时间点，检测到特定化学物质，例如污染物的量超过智能装置4设定的阈值，则由感测模块1将警报信号6发送至用户的智能装置4。在图8和图1中示意性地描绘了这种情况。在图8中，绘示了若干智能装置4，例如智能手表、智能手机或扬声器。
为了将信号6发送至智能装置4，使用发射器3。当由传感器320测量的任何化学物质达到所选择的阈值时，开关215闭合。当开关215闭合时，能量层220为激活层210馈送存储在电容器223中的能量，电容器先前已经由能量源充电。来自电容器223的能量足以激活应答器212的天线212a并且因此发送警报信号6。
因此，感测模块1不依赖于任何外部电源，不必充电，因此可以通过更灵活的方式使用。
由于电容器223是不可再充电的，在信号已由天线212a发送之后，感测模块1不可重复使用。因此，优选丢弃感测模块。感测模块1的确是一次性的，并且能够用到将信号发送至智能装置4的时刻，并且包括该时刻。
由于过敏和呼吸反应的效应和影响因人而异，因此所监测的空气污染物的阈值水平可以由用户经由所连接的智能装置根据其特定要求而调整。因此，感测模块被设置为一次性的，并且在检测到(对于用户)有害化学物质的情况下，在向用户发送警报信号之后，已经履行其功能。因此，用户可以避免空气污染带来的即将发生的过敏反应或进一步的健康后果。
出于本说明书和所附权利要求书的目的，除非另外指示，否则表示量、数量、百分比等的所有数字应理解为在所有情况下由术语“约”修饰。另外，所有范围包括所公开的最大值和最小值点，并且包括其中的任何中间范围，所述中间范围可或可不在本文中具体列举。因此，在此上下文中，数字A被理解为A±10％ A。在此上下文中，数字A可以被视为包括对于所述数字A修饰的属性的测量来说在一般标准误差内的数值。在如所附权利要求书中所使用的一些实例中，数字A可偏离上文所列举的百分比，只要A偏离的量不会显著影响所要求保护的发明的基本和新颖特征即可。另外，所有范围包括所公开的最大值和最小值点，并且包括其中的任何中间范围，所述中间范围可或可不在本文中具体列举。

Claims (15)

1.一种检测环境中的特定化学物质的方法，所述方法包括：
ο提供适于感测所述特定化学物质的感测层；
ο提供衬底层，所述衬底层包括一次性无线发射器；
ο将所述感测层附接到所述衬底层以便形成感测模块；
ο借助于所述感测层感测所述环境中的所述特定化学物质的量；以及
ο如果所述特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则使用所述无线发射器将表示所感测到的特定化学物质的数据发送至接收装置。
2.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：
ο在第一次发送表示所感测到的特定化学物质的数据之后丢弃所述感测模块。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：
ο将所述感测模块的最大寿命设置为如下之中的最早者：
·预定时间间隔的到期；
·第一次发送表示所感测到的特定化学物质的数据。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：
ο为所述感测模块提供能量源。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，提供衬底层的步骤包括：
ο提供柔性衬底层。
6.根据权利要求4和5所述的方法，包括以下步骤：
ο通过所述柔性衬底层的机械变形产生能量，以便激活所述无线发射器。
7.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，其中，提供感测层的步骤包括：
ο用保护层覆盖所述感测层；
并且其中，所述方法包括：
ο在感测所述环境中的所述特定化学物质的步骤之前从所述感测层移除所述保护层。
8.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，包括：
ο设置所述特定化学物质的第一阈值；或者
ο修改所述感测层中的所述特定化学物质的预设第一阈值。
9.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，包括：
ο为所述无线发射器提供不可再充电的能量储存单元；
ο通过使用所述无线发射器将表示所感测到的特定化学物质的数据发送至所述接收装置来至少部分地耗尽所述不可再充电的能量储存单元。
10.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，包括：
ο当所述接收装置接收到表示所感测到的特定化学物质的数据时生成警告信号。
11.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，包括：
ο提供一组感测层，所述组中的每个感测层适于感测与所述组中的另一感测层感测到的特定化学物质不同的特定化学物质；
ο选择待感测的预定特定化学物质；
ο从所述一组感测层中选择适于感测所选择的化学物质的感测层。
12.根据权利要求11所述的方法，包括：
ο从所述一组感测层中选择至少两个感测层；
ο将所述至少两个感测层附接到同一衬底层。
13.一种用于检测环境中的特定化学物质的感测模块，包括：
ο适于感测所述特定化学物质的感测层；
ο附接到所述感测层的衬底层，所述衬底层包括：
-无线发射器；
-可电连接到所述无线发射器并且适于包含足以允许所述无线发射器单次激活的能量的量的不可再充电的能量储存单元；
ο所述感测模块还包括开关，所述开关适于如果由所述感测层感测到的所述特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则通过将所述无线发射器连接到所述不可再充电的能量储存单元来激活所述无线发射器，使得所述无线发射器发送表示所感测到的特定化学物质的数据。
14.一种用于检测环境中的化学物质的套件，包括：
ο附接到公共基底的一组感测层，所述组中的每个感测层适于感测特定化学物质；
ο衬底层，所述衬底层适于附接到所述组中的感测层中的至少一个，以便形成感测模块，所述衬底层包括：
-无线发射器；
-可电连接到所述无线发射器并且适于包含足以允许所述无线发射器单次激活的能量的量的不可再充电的能量储存单元；
ο所述感测模块还包括开关，所述开关适于如果由所述感测层感测到的所述特定化学物质的量高于或低于第一阈值，则通过将所述无线发射器连接到所述不可再充电的能量储存单元来激活所述无线发射器，使得所述无线发射器发送表示所感测到的特定化学物质的数据；以及
ο适于接收由所述无线发射器发送的数据的接收装置。
15.根据权利要求13所述的感测模块或根据权利要求14所述的套件，其中，所述衬底层包括：包括所述无线发射器的激活层，以及包括所述不可再充电的能量储存单元的能量层，所述激活层和所述能量层彼此附接并且电连接。
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