CN116368356A - 传感器模块 - Google Patents

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CN116368356A CN202180074085.6A CN202180074085A CN116368356A CN 116368356 A CN116368356 A CN 116368356A CN 202180074085 A CN202180074085 A CN 202180074085A CN 116368356 A CN116368356 A CN 116368356A
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V·万卡他德莱
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Abstract

公开了一种传感器模块。传感器模块可以包括壳体主体，所述壳体主体设置在空腔周围，所述空腔的大小和形状适于容纳容器，在所述容器中物质被布置在传感器模块的操作配置中。传感器模块可以包括第一电极，所述第一电极耦合到所述壳体主体或与所述壳体主体形成。所述第一电极设置在所述壳体主体上的第一周边位置处。传感器模块可以包括第二电极，所述第二电极耦合到所述壳体主体或与所述壳体主体形成。所述第二电极布置在所述壳体主体上与所述第一周边位置相对的第二周边位置处。所述空腔在所述壳体主体的操作配置中布置在所述第一电极和所述第二电极之间。

Description

传感器模块
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年10月30日提交的美国临时专利申请第63/108127号的优先权，该申请与2020年3月11日提交的第62/988014号美国临时专利申请有关，该申请的全部内容通过引用的方式全部并入本文并用于所有目的。
技术领域
本领域涉及传感器模块，尤其涉及用于测量药物递送装置中的药物体积的传感器模块。
背景技术
在一些自动药物递送系统中，驱动系统自动推动含有药物的注射器的柱塞，以将药物推出注射器。目前用于监测已经输送的药物量和/或注射器中剩余的药物量的方法包括使用机电传动系统来监测推动柱塞的驱动轴的旋转。这是对所输送药物的间接测量，它会受到制造问题和机械故障的影响。例如，电机、柱塞杆和制动器之间的机械连接的故障或故障可能会影响测量，在制造过程中或重复使用输送系统后，电机旋转和传动公差的变化也可能影响测量。
发明内容
在一个方面，公开了一种传感器模块。传感器模块可包括壳体主体，所述壳体主体设置在空腔周围，所述空腔的大小和形状适于容纳容器，在所述容器中物质被布置在传感器模块的操作配置中。传感器模块可包括第一电极，所述第一电极耦合到所述壳体主体或与所述壳体主体形成。所述第一电极设置在所述壳体主体上的第一周边位置处。传感器模块可包括第二电极，所述第二电极耦合到所述壳体主体或与所述壳体主体形成。所述第二电极布置在所述壳体主体上与所述第一周边位置相对的第二周边位置处。所述空腔在所述壳体主体的操作配置中布置在所述第一电极和所述第二电极之间。
在一个实施方案中，所述第一电极和所述第二电极以及所述容器形成电容器。所述传感器模块还可包括电路，所述电路被配置为测量跨越所述第一和第二电极的电容。测量的电容可以与所述容器中的物质的量相关。
在一个实施方案中，传感器模块还包括耦合到所述壳体主体的至少一个基板。所述至少一个基板包括所述第一电极和所述第二电极。所述第一和第二电极可以至少部分地嵌入所述基板的绝缘材料中。
所述至少一个基板可包括单个基板。
所述至少一个基板可以被插入模制到所述壳体主体的内表面，使得所述至少一个基板接触并机械地附接到所述内表面。
所述至少一个基板可包括具有所述第一电极的第一段。所述第一段可以变弯或弯曲以围绕所述容器的外表面设置。所述至少一个基板可包括具有第二电极的第二段。所述第二段可以变弯或弯曲以在所述传感器模块的操作配置中围绕所述容器的外表面设置在与所述第一段相对的位置处。
所述至少一个基板可包括至少部分地嵌入所述绝缘材料中的多个图案化导电层。所述多个图案化导电层可包括位于所述至少一个基板的径向内部的第一层。该第一层可包括所述第一电极和所述第二电极。
所述第一层可以暴露在所述至少一个基板的径向内表面处。
所述多个图案化导电层可包括从所述第一层径向向外设置的第二层。所述第二层可包括彼此径向相对设置的第一和第二从动屏蔽。
所述多个图案化导电层可包括从所述第二层径向向外设置的第三层。所述第三层可包括彼此径向相对设置的第一和第二外屏蔽。
所述至少一个基板可包括在所述第一段和所述第二段之间延伸的铰链段。所述铰链段在所述传感器模块的操作配置和装载配置之间可旋转，其中所述容器可以被装载到所述传感器模块中或从所述传感器模块卸载。
所述壳体主体可包括耦合到所述第一段或与所述第一段形成的第一成角度或弯曲部分、耦合到所述第二段或与所述第二段形成的第二成角度或弯曲部分、以及用于连接所述第一和第二部分的弹簧闩锁机构。所述弹簧闩锁机构可以被偏置以使所述第一电极和所述第二电极在所述操作配置中接触所述容器。
所述绝缘材料可包括多个绝缘层。
在一个实施方案中，传感器模块还包括在所述壳体主体中的透明窗口。
在一个实施方案中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个跨越围绕所述空腔的具有小于90°的角度的弧。
围绕所述空腔的弧可具有在45°至75°范围内的角度。
在一个实施方案中，传感器模块还包括所述容器。所述容器包括小瓶或注射器。
在一个方面，公开了一种传感器模块。传感器模块可包括至少一个基板，包括一个或多个导电层，所述导电层包括至少部分嵌入绝缘材料中的第一电极和第二电极。所述至少一个基板包括包括所述第一电极的第一段。所述第一段变弯或弯曲以围绕其中设置物质的容器的外表面设置。所述至少一个基板包括包括所述第二电极的第二段。所述第二段变弯或弯曲以在所述传感器模块的操作配置中围绕所述容器的外表面设置在与所述第一段相对的位置处。所述至少一个基板包括在所述第一段和所述第二段之间延伸的铰链段。所述铰链段在所述传感器模块的操作配置和装载配置之间可旋转，其中所述容器能够被装载到所述传感器模块中或从所述传感器模块卸载。
在一个实施方案中，传感器模块还包括壳体主体，所述壳体主体设置在空腔周围，所述空腔的大小和形状适于容纳所述容器。所述至少一个基板可耦合到所述壳体主体。
所述壳体主体可包括耦合到所述第一段或与所述第一段形成的第一成角度或弯曲部分、耦合到所述第二段或与所述第二段形成的第二成角度或弯曲部分、以及用于连接所述第一和第二部分的弹簧闩锁机构。所述弹簧闩锁机构可以被偏置以使所述第一电极和所述第二电极接触所述容器。
所述至少一个基板可以被插入模制到壳体主体的内表面，使得所述至少一个基板接触并机械地附接到所述内表面。
附图说明
现在将参考附图，通过非限制性示例的方式来描述本公开的实施例。
图1显示了电容式传感器的简化示意图。
图2A是一个示例电容式传感器的示意透视图。
图2B是从与图2A所示侧面相对的另一侧看到的电容式传感器的示意性透视图。
图2C是图2A和2B中电容式传感器的一部分的侧视图。
图2D是图2A和2B中带有柱塞杆的电容式传感器的一部分的横截面侧视图。
图2E是图2C所示电容式传感器部分的横截面侧视图。
图2F是图2D所示电容式传感器部分的横截面侧视图。
图3是根据一个实施例的传感器模块的示意性透视图。
图4A是图3中传感器模块的顶部平面示意图。
图4B是图3中传感器模块的示意性横截面侧视图。
图5A是图3中传感器模块的示意性侧面平面图。
图5B是图5A所示传感器模块的一部分的放大图。
图5C是从图3的传感器模块的一端看到的传感器模块3的平面图。
图5D是图3中传感器模块的示意性横截面侧视图。
图6A说明了制造图3传感器模块的制造过程中的一个步骤。
图6B说明了制造过程中的另一个步骤。
图6C说明了制造过程中的另一个步骤。
图6D说明了制造过程中的另一个步骤。
具体实施方式
本文公开的各种实施例涉及一种传感器模块，该传感器模块利用电容传感器来测量容器(例如，诸如小瓶或注射器的药物递送装置)中的物质(例如，诸如药物的液体)的量。如2020年3月11日提交的美国临时专利申请第62/988014号所述，电容式传感器可以直接测量药物递送系统内物质(例如药物)的量。
图1所示为电容式传感器1的简化示意图。电容式传感器1可以包括介电材料10，该介电材料设置在间隔距离d的第一导电板12和第二导电板14之间。电容(C)随着第一和第二导电板12、14的板几何形状线性变化，并且具有图1所示结构的电容式传感器的电容(C)通过方程1计算。
C＝ε0*εr*A/d (等式1)
正在等式1,ε0是自由空间的介电常数(8.854*l0-12Fm-1)；ε0是相对静态介电常数；A是第一板12和第二板14的重叠面积；并且d是第一板12和第二板14之间的距离。在包括具有两个或更多介电层的三个以上板的多层介电材料中，可以形成串联电容器。这种串联电容器的电容(C)可以通过等式2来计算。
Cseries＝(I/C1)+(1/C2)...(1/Cn) (等式2)
图2A是示例电容式传感器2的示意性透视图。图2B是从与图2A所示一侧相对的一侧看电容式传感器2的示意性透视图。图2C是图2A和2B中电容式传感器2的一部分的侧视图。图2D是图2A和2B的电容式传感器2的一部分带有柱塞杆的横截面侧视图。图2E是图2C所示电容式传感器2部分的横截面侧视图。图2F是图2D所示电容式传感器2部分的横截面侧视图。
电容式传感器2可以包括沿着容器16(例如小瓶或注射器)定位的两个电极(第一电极12和第二电极14)，容器16用于递送诸如药物的物质18。容器16的一部分是透明的，以显示图2C和2D中电容式传感器2的内部组件。例如，电极12、14可以沿着容器16的外表面16a(例如，外壁)纵向延伸，并且可以沿着容器的相对侧定位，从而在容器16周围形成电容器。两个电极12、14之间的电容基于容器16中剩余的物质18(药物)的量而变化，因此电容测量值与剩余的药物的量直接相关。一致的电极屏蔽防止或消除来自电容式传感器2附近的噪声源的外部干扰。两个电极12、14可以在容器16(例如小瓶或注射器)内产生电场。注射器和容器16的内容物可以用作电极12、14之间的电介质。例如，当容器16不包括物质18时，空气可以在容器16中。物质18可以通过柱塞杆20从容器16中推出。电路可以连接到电容式传感器2以测量容器16中物质18的量(例如体积或质量)。
图3至5C示出了根据一个实施例的电容式传感器模块3的各种视图。图3是传感器模块3的示意性透视图。图4A是传感器模块3的顶部平面示意图。图4B是传感器模块3的示意性横截面侧视图。图5A是传感器模块3的示意性侧面平面图。图5B是图5A所示传感器模块的一部分的放大图。图5C是从传感器模块3的一端看到的传感器模块3平面图。图5D是不带壳体34的传感器模块3的示意性横截面侧视图。图6A至6D示出了制造传感器模块3的制造过程中的各个步骤。
电容式传感器模块3可以被配置为测量容器26(例如小瓶或注射器)中的物质18(例如液体，例如药物)的量。如图所示，传感器模块3可以包括壳体主体34，壳体主体34设置在空腔30周围，空腔30的大小和形状适于容纳容器26，在传感器模块3的操作配置中，物质18设置在容器26中。当传感器模块3不处于操作配置时，物质18可以不设置在容器26中，并且容器26可以是空的(例如，充满空气)。物质18可以通过柱塞杆20从容器16中推出。第一电极32可以耦合到壳体主体34或者与壳体主体34一起形成。第一电极32可以设置在壳体主体34上的第一外围(例如，圆周)位置36处。第二电极38可以耦合到壳体主体34或者与壳体主体34一起形成。第二电极38可以设置在壳体主体34上与第一周边位置36相对的第二周边(例如，圆周)位置40处。第一电极32和第二电极38中的至少一个可以跨越空腔30周围的具有小于90°的角度的弧。空腔30周围的电弧可以具有在45°至75°范围内的角度。
空腔30(和容器26)可以在壳体34的操作构造中设置在第一电极32和第二电极38之间。在操作配置中，容器26可以设置并固定在空腔30中，并且第一电极32和第二电极38以及容器26可以形成电容器。传感器模块3可以进一步包括被配置为测量第一电极和第二电极之间的电容的电路(未示出)。所测量的电容可以与容器26中的物质18的量相关联。
传感器模块3可以包括至少一个基板44，该基板44耦合到壳体主体34。基板44可以包括封装基板，例如柔性封装基板，该柔性封装基板具有至少部分嵌入绝缘材料中的导电层(见图5D)。在所示实施例中，所述至少一个基板仅包括具有多个图案化段的单个基板。在其他实施例中，所述至少一个基板可以包括连接在一起的多个基板。所述至少一个基板44可以包括第一电极32和第二电极38，所述第一电极和所述第二电极可以至少部分地嵌入基板44的绝缘材料中。在一些实施例中，至少一个基板44可以包括连接器部分45。连接器部分45可以包括多个触点，这些触点被配置为在传感器模块3和外部设备或基板之间提供电通信。例如，多个触点可以包括输入/输出触点。
所述至少一个基底44可以被插入模制到壳体主体34的内表面35，所述内表面35可以包括聚合物或塑料，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。所得到的模制结构可以形成为使得至少一个基板44接触并机械地附接到壳体主体34的内表面35。在所示的实施例中，至少一个基板44可以包括包括第一电极32的第一段44a和包括第二电极38的第二段44b。第一段44a可以变弯或弯曲以围绕容器26的外表面26a设置。在传感器模块3的操作配置中，第二段44b可以变弯或弯曲以围绕容器26的外表面26a设置在与第一段44a相对的位置处。在所示的实施例中，基板44的第一和第二段44a、44b可以变形为近似圆形的弯曲轮廓。在其他实施例中，弯曲轮廓可以是椭圆形的或者以其他方式包括弯曲部分。在其他实施例中，例如，在容器26的横截面为多边形(例如，矩形等)的实施例中。第一段44a和第二段44b可以弯曲以符合容器26的成角度的外表面26a。在所示的实施例中，基板44可以包括柔性基板，该柔性基板包括至少部分嵌入绝缘材料中的一个或多个导体。
参考图5D，至少一个基板44可以包括至少部分嵌入绝缘材料中的多个图案化导电层。绝缘材料可以包括一个绝缘层或多个绝缘层。所述多个图案化导电层可以包括位于所述至少一个基板的径向内部的第一层。第一层可以包括第一电极32和第二电极38。在一些实施例中，第一层可以暴露在至少一个基板44的径向内表面处，并且可以被配置为直接接触容器26的外表面26a。多个图案化导电层可以进一步包括从第一层径向向外设置的第二层。第二层可以包括彼此径向相对设置的第一和第二从动护罩46、48。多个图案化导电层可以包括从第二层径向向外设置的第三层。第三层可以包括彼此径向相对设置的第一和第二外护罩50、52。
如图6B所示，至少一个基板44可以包括在第一和第二段44a、44b之间延伸的铰链段44c。铰链段44c可以在传感器模块3的操作配置和装载配置之间旋转，其中容器26可以被装载到传感器模块3中或从传感器模块3卸载。壳体主体34可以包括耦合第一段44a或与第一段44a形成的第一成角度或弯曲部分34a、以及耦合第二段44b或与第二段44b形成的第二成角度或弯曲部分34b。
弹簧闩锁机构54可以可拆卸地连接壳体主体34的第一部分34a和第二部分34b。例如，如图5B所示，弹簧闩锁机构54可以设置在与铰链段44c相对的圆周方向(例如，圆周方向)。弹簧闩锁机构54可用作闩锁，以可移除地耦合壳体主体34的第一部分34a和第二部分34b，从而在操作配置中将容器26固定在空腔30内。弹簧闩锁机构54可以被偏置以使第一电极32和第二电极38在操作配置中接触容器26。在一些实施例中，弹簧闩锁机构54可以是径向偏置的。在一些实施例中，弹簧闩锁机构54可以替代地或附加地被周向偏置。其他类型的弹簧机构可用于在外壳主体34中提供顺应性，并在操作配置中将电极32、38固定在容器26上。
弹簧闩锁机构54可以包括一个或多个闩锁54a(例如，两个、三个或更多个闩锁)，其形成在壳体主体34中或与壳体主体34一起形成。闩锁54a可以包括突起，该突起从壳体主体34延伸并且可以与壳体主体34一起形成。闩锁54a可以包括蛇形形状或其他轮廓，其提供类似弹簧的力以在操作配置中将壳体主体34紧密地固定到容器26。壳体主体34的第一和第二部分34a、34b可以分别包括闩锁54a的互补形状部分，使得互补形状部分可以协作以在操作配置中将第一和第二两部分34a和34b固定在一起。有利的是，闩锁54a可以是柔性的，以便容纳具有不同直径的容器，但是可以施加弹性弹簧力以向内按压第一电极32和第二电极38，使得第一电极32、第二电极38在操作配置中保持与容器26的外壁26a的接触，这可以提高电容测量的准确性。闩锁54a可以沿着壳体主体34的长度间隔开，以在壳体主体34中限定透明窗口68。透明窗口68可以使用户能够看到容器26中的物质18。闩锁54a可以在使用后解锁，以将传感器模块3放置在装载配置中，并且容器26可以从传感器模块3移除。另一个容器可以被装载到壳体主体34中，或者容器26可以被重新填充物质18，并且闩锁54a可以被重新闩锁以用于在操作配置中的进一步测量。
在一些实施例中，制造传感器模块3的制造过程可以从提供至少一个基板44开始，如图6A所示。该至少一个基板44可以包括第一段44a、第二段44b和铰链段44c。该至少一个基板44可以包括柔性封装基板，该柔性封装基板具有至少部分嵌入绝缘材料中的导电层。
在图6B中，至少一个基板44可以插入模制到壳体主体34的内表面35上。至少一个基板44的第一段44a和第二段44b可以分别设置在壳体主体34的第一段44a和第二段34b上。第一部分44a和第二部分34b可以通过铰链段44c耦合。该至少一个基板44可以至少部分地符合外壳主体34的形状。
在图6C中，至少一个基板44的铰链段44c可以弯曲，以便将第二部分34b置于第一部分44a之上，从而在第一和第二部分44a、44b之间限定空腔30。弹簧闩锁机构54可以连接壳体主体34的第一部分34a和第二部分34b。弹簧闩锁机构54可用作闩锁以可移除地耦合壳体主体34的第一部分34a和第二部分34b。
在图6D中，可以提供一个容器26(如小瓶或注射器)，其中包含一种物质(如药物)。在传感器模块3的操作配置中，至少部分地由壳体主体34限定的空腔30可以接收容器26。在一些实施例中，可以通过设置在弹簧闩锁机构54的闩锁54a之间的窗口来检查容器26中的物质。
尽管在某些实施例和实施例的上下文中公开了本发明，但本领域技术人员将理解，本发明超出了具体公开的实施例，扩展到其他替代实施例和/或用途及其明显的修改和等效物。此外，虽然已经详细地示出和描述了几个变型，但是在本公开的范围内的其他修改对于基于本公开的本领域技术人员来说将是显而易见的。还可以设想，可以进行实施例的特定特征和方面的各种组合或子组合，并且仍然落在本公开的范围内。应当理解，所公开的实施例的各种特征和方面可以彼此组合或相互替代，以形成所公开的发明的变化模式。因此，本文公开的本发明的范围不应受到上述特定公开实施例的限制，而应仅通过对以下各方面的公正解读来确定。

Claims (20)

1.一种传感器模块，包括：
壳体主体，所述壳体主体设置在空腔周围，所述空腔的大小和形状适于容纳容器，在所述容器中物质被布置在传感器模块的操作配置中；
第一电极，所述第一电极耦合到所述壳体主体或与所述壳体主体形成，所述第一电极设置在所述壳体主体上的第一周边位置处；和
第二电极，所述第二电极耦合到所述壳体主体或与所述壳体主体形成，所述第二电极布置在所述壳体主体上与所述第一周边位置相对的第二周边位置处，所述空腔在所述壳体主体的操作配置中布置在所述第一电极和所述第二电极之间。
2.根据权利要求1所述的传感器模块，其中所述第一电极和所述第二电极以及所述容器形成电容器，所述传感器模块还包括电路，所述电路被配置为测量跨越所述第一和第二电极的电容，测量的电容与所述容器中的物质的量相关。
3.根据权利要求1所述的传感器模块，还包括耦合到所述壳体主体的至少一个基板，所述至少一个基板包括所述第一电极和所述第二电极，所述第一和第二电极至少部分地嵌入所述基板的绝缘材料中。
4.根据权利要求3所述的传感器模块，其中所述至少一个基板包括单个基板。
5.根据权利要求3所述的传感器模块，其中所述至少一个基板被插入模制到所述壳体主体的内表面，使得所述至少一个基板接触并机械地附接到所述内表面。
6.根据权利要求3所述的传感器模块，其中所述至少一个基板包括：
包括所述第一电极的第一段，所述第一段变弯或弯曲以围绕所述容器的外表面设置；和
包括所述第二电极的第二段，所述第二段变弯或弯曲以在所述传感器模块的操作配置中围绕所述容器的外表面设置在与所述第一段相对的位置处。
7.根据权利要求6所述的传感器模块，其中所述至少一个基板包括至少部分地嵌入所述绝缘材料中的多个图案化导电层，所述多个图案化导电层包括位于所述至少一个基板的径向内部的第一层，该第一层包括所述第一电极和所述第二电极。
8.根据权利要求7所述的传感器模块，其中所述第一层暴露在所述至少一个基板的径向内表面处。
9.根据权利要求7所述的传感器模块，其中所述多个图案化导电层包括从所述第一层径向向外设置的第二层，所述第二层包括彼此径向相对设置的第一和第二从动屏蔽。
10.根据权利要求9所述的传感器模块，其中所述多个图案化导电层包括从所述第二层径向向外设置的第三层，所述第三层包括彼此径向相对设置的第一和第二外屏蔽。
11.根据权利要求6所述的传感器模块，其中所述至少一个基板包括在所述第一段和所述第二段之间延伸的铰链段，所述铰链段在所述传感器模块的操作配置和装载配置之间可旋转，其中所述容器被装载到所述传感器模块中或从所述传感器模块卸载。
12.根据权利要求6所述的传感器模块，其中所述壳体主体包括耦合到所述第一段或与所述第一段形成的第一成角度或弯曲部分、耦合到所述第二段或与所述第二段形成的第二成角度或弯曲部分、以及用于连接所述第一和第二部分的弹簧闩锁机构，所述弹簧闩锁机构被偏置以使所述第一电极和所述第二电极在所述操作配置中接触所述容器。
13.根据权利要求3所述的传感器模块，其中所述绝缘材料包括多个绝缘层。
14.根据权利要求1所述的传感器模块，进一步包括在所述壳体主体中的透明窗口。
15.根据权利要求1所述的传感器模块，其中所述第一电极和所述第二电极中的至少一个跨越围绕所述空腔的具有小于90°的角度的弧。
16.根据权利要求15所述的传感器模块，其中围绕所述空腔的弧具有在45°至75°范围内的角度。
17.根据权利要求1所述的传感器模块，还包括所述容器，所述容器包括小瓶或注射器。
18.一种传感器模块，包括：
至少一个基板，包括一个或多个导电层，所述导电层包括至少部分嵌入绝缘材料中的第一电极和第二电极，所述至少一个基板包括：
包括所述第一电极的第一段，所述第一段变弯或弯曲以围绕其中设置物质的容器的外表面设置；
包括所述第二电极的第二段，所述第二段变弯或弯曲以在所述传感器模块的操作配置中围绕所述容器的外表面设置在与所述第一段相对的位置处；和
在所述第一段和所述第二段之间延伸的铰链段，所述铰链段在所述传感器模块的操作配置和装载配置之间可旋转，其中所述容器能够被装载到所述传感器模块中或从所述传感器模块卸载。
19.根据权利要求18所述的传感器模块，还包括壳体主体，所述壳体主体设置在空腔周围，所述空腔的大小和形状适于容纳所述容器，所述至少一个基板耦合到所述壳体主体。
20.根据权利要求19所述的传感器模块，其中所述壳体主体包括耦合到所述第一段或与所述第一段形成的第一成角度或弯曲部分、耦合到所述第二段或与所述第二段形成的第二成角度或弯曲部分、以及用于连接所述第一和第二部分的弹簧闩锁机构，所述弹簧闩锁机构被偏置以使所述第一电极和所述第二电极接触所述容器。
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