CN1925886A - 用于检测空气流动的传感器 - Google Patents

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    • A61M2016/0021—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure inhalation detectors electrical with a proportional output signal, e.g. from a thermistor

Abstract

本发明提供了一种用于检测空气流动的传感器。一种空气流动传感器包括永久地固定于柔性基片的柔性电阻元件。该空气流动传感器定位在通气道的入口中，以确保该入口在除了吸入之外的所有时候都被覆盖。在向通气道施加真空时，在该通气道中产生的气压降使得空气流动通过入口和通气道，从而使传感器的基片弯曲。基片的弯曲还使得电阻元件弯曲，从而引起电阻元件的电阻变化，例如电阻的增加。该传感器的弯曲通过用作铰接点的柔性引线而得以增强。空气屏蔽件可围绕空气流动传感器的外周定位，以对流动通过空气入口的空气的运动进行引导和限制，从而增强传感器的运动。

Description

用于检测空气流动的传感器
技术领域
本发明总体涉及一种用于检测空气流动的传感器。具体地，本发明涉及一种适于起到用于呼吸致动装置(breath-actuated device)的空气流动检测器功能的传感器。
背景技术
检测存在空气流动的能力在许多系统和装置中是关键的要素。例如，大多数燃烧系统需要用于感测空气流动的装置以确保提供足够的空气用于适当的燃烧。类似地，许多工业和制造过程(诸如采用空气流动来均匀地分布被加热空气的烘焙和固化过程)依靠于监视空气运动的传感器。空气流动传感器的又一应用为监视各种设备的排气以确保排气系统适当运转。
空气流动感测也是大量医学应用的关键要素。例如，空气流动传感器可以与控制电子设备一起使用，以形成能使截瘫患者对大量电、电子和机电装置进行控制的呼吸致动电界面。
空气流动传感器特别适于作为与肺部药物传送装置相关的吸入传感器使用。与其它的药物传送方法相比，经由吸入来传送药物具有若干优点。例如，与需要刺穿患者皮肤的静脉或肌肉注射相比，吸入对患者的创伤较小。这些注射给患者带来不舒适，而且还增加了感染的风险。口服的药物传送也具有一些缺点，诸如低的吸收率、相对低的吸收水平、以及对于许多患者(特别是那些消化不良的患者)的潜在不相容性。类似地，皮肤贴也具有相对较低的吸收率和较低的吸收水平。与此相对照的，吸入传送是非侵害的，降低了患者的不舒适和感染的风险，同时提供了较高的吸收率以及较高的吸收水平。此外，在患者不能口服药物的许多情形下，可经由吸入来传送药物。
有效地经由吸入传送药物必须克服几个障碍。首先，药物通常必须以固体、液体或粉末的形式储存，然后被雾化。雾化的药物然后必须在合适的浓度和气压下与呼吸空气混合以促进有效的传送，而且还不干扰患者的呼吸。此外，必须对药物和空气的混合进行控制，从而向患者提供已知的剂量。最后，空气药物的混合物必须损失(例如通过泄漏)最小地传送到患者，这是因为损失药物会导致浪费，而且还降低了剂量测量中的精度。
经常与吸入装置一起使用空气流动传感器(也称为“呼吸传感器”和“吸入传感器”)以使药物的释放与吸入同步。因为药物只在吸气期间传送，所以为了确保药物的传送并使浪费最少而期望同步的释放。
已经开发了大量装置来测量空气流动，并取得了一定的成功。一种公知的空气流动感测装置为诸如与Mecikalski等人的美国专利No.5,577,497中公开的吸入器一起使用的叶片致动的或“帆(sail)”开关。电气开关连接至适于通过空气流动而偏移的致动器。该致动器通常重量轻，并包括布置成至少部分阻挡通气道的表面区域，从而致动器会由于流动空气施加到其上的压力而运动，这样就导致所述开关致动。尽管帆开关应用广泛，但它们具有许多缺点。例如，将帆开关设置成在所期望的具体气流水平致动是困难和烦琐的。这是由于将致动器在通气道中的位置与通气道、致动器以及电气开关中产生的固有机械变化结合在一起对于适当操作至关重要。此外，空气流动中的变化能引起不正确地致动开关。而且，帆开关对在正常处理中通常遇到的振动和冲击较为敏感，这可引起无意识的致动或不期望的改变开关的致动设定点。
另一种公知的空气流动传感器为诸如与Johansson等人的美国专利No.5,392,768中公开的药物配送器一起使用的压力变换器。该压力变换器通过采用植入到膜或膜片上的电阻应变仪或压阻应变仪来测量压力变化而检测空气流动。该膜或膜片通过空气流动而偏移，并且由应变仪的电值的变化指示出该偏移。尽管压力变换器克服了帆开关的许多机械限制，但它们也具有许多限制。具体地，压力变换器受到长期热漂移的不利影响，从而降低了压力开关的精确度并需要使用各种补偿措施，诸如昂贵的小公差电子部件以及偏移补偿电路或软件程序。此外，压力变换器的输出信号会随着变换器的方位而改变，这进一步降低了精确度和/或空气流动传感器致动设定点的可重复性。
现有技术中也广泛使用诸如与Robertson等人的美国专利No.5,487,378中公开的吸入器一起使用的热线风速计或质量流量传感器来测量空气流动。电阻线被电加热到预定温度。在绕加热的线流动的空气使线冷却时，流动通过线的电流增加从而使线恢复到所述预定温度。因为绕线运动的空气的量直接与热线经受冷却的量相关，所以可建立反馈装置，从而测量流经线的电流以感测空气是否在流动。然而，空气的冷却效果会根据空气的速度、温度、湿度和密度而变化，从而在变化的环境状况下会降低精确度和/或空气流动传感器致动设定点的可重复性。此外，需要相对复杂的电路以将流经线的电流转换为表明空气是否在流动的逻辑信号。
现有技术也包括角位移传感器以及柔性的电位计(这里统称为“柔性传感器”)，它们采用网印(screen)或沉积到柔性基片上的电阻墨水。电阻墨水的电阻在基片弯曲时发生改变，从而提供了对基片偏移的电指示。在Langford的美国专利No.5,157,372以及Gentile等人的美国专利No.5,086,785中公开了柔性传感器的示例。然而，由于将低电阻的导体布置在电阻墨水之上以降低柔性传感器的标称电阻所需的处理步骤和材料，因此现有技术的柔性传感器具有成本相对较高的缺点。低电阻的导体还增加了柔性传感器的厚度，从而使其柔性降低，并因此限制了柔性传感器检测相对低水平的空气流动的能力。
现有技术中也存在其它的空气流动感测装置，例如热敏电阻、热敏晶体和压电致动器。然而，这些装置同样具有上述装置的至少一些机械、电或环境限制。
已经与呼吸致动的肺部药物传送装置相结合地使用几种上述的空气流动传感器，并取得了一些成功。然而，与这些传感器相关联的缺点会导致更高的加工成本，降低精确度和/或在变化的环境状况中的可重复性，并需要仔细的处理。
需要这样一种空气流动传感器，即，其能精确地并能在变化的环境状况中可重复地运行。还需要这样一种空气流动传感器，即，其是鲁棒的并且能经受正常处理和定向而不降低性能。还需要一种不需复杂电路的空气流动传感器。特别需要这样一种空气流动传感器，即，该传感器能可靠而可重复地感测由于患者吸气而引起的空气流动，从而触发手持药物传送装置以传送已知剂量的药物。
发明内容
本发明克服了当前空气流动传感器的上述限制。具体地，根据本发明的实施例，一种空气流动传感器包括固定于柔性基片的柔性变换器。该空气流动传感器定位在通气道的入口附近，从而如果空气不流入该入口，则所述传感器覆盖该入口。在通气道中存在降低的气压时，环境大气与通气道之间的压差使空气经由所述入口流入通气道中。流动的空气冲击传感器，使基片偏移或“弯曲”。基片的弯曲使变换器弯曲，从而使变换器的电值发生变化。传感器的弯曲通过柔性引线得以加强，所述柔性引线在入口覆盖部分与安装部分之间铰接地延伸。空气屏蔽件(airshield)可围绕传感器的外周定位，以引导和限制流动通过空气入口的空气的运动，从而增强传感器的运动。
因为所述空气流动传感器在机械方面是鲁棒的，而且在电和环境方面都是稳定的，所以该传感器可理想地用于肺部药物传送设备，特别是手持吸入药品传送装置。因为药物只在吸入期间被配送给患者，所以确保了患者接收到合适的剂量而且浪费最少。此外，吸入传感器提供了一种控制药物传送的自动装置，从而患者可在最少医疗监护的情况下使用本发明。
本发明的一个目的在于一种用于检测空气运动的传感器。该传感器包括柔性基片。柔性变换器固定于所述基片。所述变换器包括第一端和第二端。第一电触头与所述变换器的所述第一端电连通，并且第二电触头与所述变换器的所述第二端电连通。保护盖罩放置在所述变换器、第一电触头和第二电触头中的至少一个的至少一部分上。所述基片在被置于运动空气流中时发生偏移，所述基片的偏移使得所述变换器弯曲，从而改变所述变换器的电值。
本发明的另一目的在于一种用于检测吸入的传感器。该传感器包括柔性基片。柔性变换器固定于所述基片，该变换器包括第一端和第二端。第一电触头与所述变换器的所述第一端电连通，并且第二电触头与所述变换器的所述第二端电连通。保护盖罩放置在所述变换器、第一电触头和第二电触头中的至少一个的至少一部分上。所述基片在被置于因吸入引起的运动空气流中时发生偏移，所述基片的偏移使得所述变换器弯曲，从而改变所述变换器的电值。
本发明的还一目的在于一种用于检测空气运动的传感器。该传感器包括柔性基片。至少一个柔性引线与所述基片成一体。柔性电阻墨水变换器固定于所述柔性引线，从而该变换器包括第一端和第二端。第一电触头与所述变换器的所述第一端电连通。第二电触头与所述变换器的所述第二端电连通。保护盖罩放置在所述变换器、第一电触头和第二电触头中的至少一个的至少一部分上。所述基片在被置于运动空气流中时发生偏移。所述基片的偏移使得所述变换器弯曲，从而改变所述变换器的电值。
本发明的再一目的在于一种用于传送药物的装置。该装置包括空气入口。通气道与所述空气入口气动连通(pneumatic communication)。用于检测空气运动的传感器定位在所述通气道中并在所述空气入口附近，从而该传感器可有效地有选择地闭合所述空气入口。所述装置还包括用于容纳药物的容器。泵/阀与所述容器气动连通。喷雾装置(aerosolation spray means)与所述泵/阀气动连通。接口(mouthpiece)与所述通气道和所述喷雾装置气动连通。电源向所述装置提供电力。控制器部分与所述电源、传感器、泵/阀和喷雾装置电连通。在操作中，从所述入口流入所述通气道的空气使所述传感器偏移，从而改变该传感器的电值。所述控制器部分检测所述传感器的电值的变化，并致动所述泵/阀。所述泵/阀推动药物从所述容器流向所述喷雾装置。所述喷雾装置使所述药物雾化。流入所述通气道中的空气在所述接口中与所述雾化药物混合，以传送至患者。
本发明的再一目的在于一种用于传送药物的替换装置。该装置包括空气入口。通气道与所述空气入口气动连通。用于检测空气运动的传感器定位在所述通气道中并在所述空气入口附近，从而该传感器可有效地有选择地闭合所述空气入口。所述装置还包括用于容纳药物的容器。泵/阀与所述容器气动连通。电流体动力喷雾装置与所述泵/阀气动连通。接口与所述通气道和所述电流体动力喷雾装置气动连通。电源向所述装置提供电力。控制器部分与所述电源、传感器、泵/阀和电流体动力喷雾装置电连通。在操作中，从所述入口流入所述通气道的空气使所述传感器偏移，从而改变该传感器的电值。所述控制器部分检测所述传感器的电值的变化，并致动所述泵/阀。所述泵/阀推动药物从所述容器流向所述电流体动力喷雾装置。所述电流体动力喷雾装置使所述药物雾化。流入所述通气道中的空气在所述接口中与所述雾化药物混合，以传送至患者。
附图说明
通过参照附图阅读说明书和权利要求，本发明的发明性实施例的其它特征对于这些实施例相关领域中的技术人员将显而易见，在附图中：
图1A为根据本发明实施例的空气流动传感器的俯视平面图；
图1B为图1A的空气流动传感器的俯视平面图，其中除去了保护盖罩以露出传感器的部件；
图1C为图1A的空气流动传感器的仰视平面图；
图1D为根据本发明的替换实施例的空气流动传感器的俯视平面图；
图1E为图1D的空气流动传感器的俯视平面图，其中除去了保护盖罩以露出传感器的部件；
图1F为图1D的空气流动传感器的仰视平面图；
图2A为根据本发明实施例，安装在通气道的空气入口附近的空气流动传感器的侧视图；
图2B为图2A的空气流动传感器的侧视图，示出了该传感器由于空气流动而发生偏移；
图3为根据本发明实施例的典型呼吸致动的肺部药物传送设备的总体布置的立体图；
图4A为根据本发明实施例，图3的药物传送设备的空气流动传感器以及通气道的放大的分解立体图；
图4B为图4A的通气道的侧视图；以及
图5为根据本发明实施例的典型呼吸致动的肺部药物传送设备的功能框图。
具体实施方式
在全部本说明书中，可互换地使用术语“药品”、“药物”以及“药”来描述任何适宜的可呼吸的、具有治疗作用的活性物质或诊断用药。在附图中，相同的部件赋予相同的附图标记。
在图1A至图1C中示出了根据本发明实施例的空气流动传感器10的总体布置。传感器10包括本体12，该本体具有空气入口覆盖部分14、柔性引线16、安装部分18以及变换器22。
本体12包括柔性基片13，该柔性基片优选地由诸如(但不限于)TEFLON、KAPTON或其它聚酰亚胺、MYLAR以及塑料的不导电材料制成。柔性基片13优选地在弯曲时不具有“记忆”效应，从而在除去弯曲力时，基片可恢复到其初始形状和方位。本体12在图1A至图1C中示出为大致矩形形状，但也可以制成为任何期望形状，以适应特定通气道、空气入口和外壳，便于制造，或者增加传感器在流动空气中的偏移。本体12的示例性实施例包括但不限于圆形、椭圆形、多边形、三角形、梯形、“马蹄”形、“U”形以及平行四边形形状。
空气入口覆盖部分14适于定位在空气入口38(见图2A至图2B)附近，并在空气不流动时有效地阻挡入口。入口覆盖部分14在图1A至图1C中示出为大致矩形形状，但也可制成为任何期望形状，以适应特定通气道、空气入口和外壳，或者便于制造。入口覆盖部分14的示例性实施例包括但不限于圆形、椭圆形、多边形、三角形、梯形、“马蹄”形、“U”形以及平行四边形形状。入口覆盖部分14优选地成形为对于给定体积的气流使传感器10的偏转最大。如以下将要详细描述的，传感器10的最大偏转是使变换器22的弯曲最大所期望的。
至少一个柔性引线16将入口覆盖部分14铰接地连接至安装部分18。柔性引线16适于允许入口覆盖部分14在受到流动空气冲击时能容易地弯曲。柔性引线16可以为任何期望的形状或长度，只要入口覆盖部分14在空气不流动时能有效闭合空气入口，而在空气流动时弯曲即可。柔性引线16优选地用于增加入口覆盖部分14因流动空气而产生的偏移。具体地，期望柔性引线16对于相对较低水平的空气流动(例如通常呼吸引起的空气流动)使得入口覆盖部分14能产生较大偏移。如果不采用柔性引线16，则就使入口覆盖部分14直接连接至安装部分18。
安装部分18适于可移除地固定于安装位置，从而使入口覆盖部分14位于空气入口附近。在本发明的图1A至图1C所示的实施例中，安装部分18还包括一对开口20，可通过这对开口装配传统的安装装置34(见图2A至图2B)以固定传感器10。
传感器10还包括永久地固定于基片13的部件侧23的柔性变换器22(以下称为“柔性变换器”或“变换器”)，如图1B最清楚所示。变换器22可以为能将机械运动、应力或应变转换为模拟电值的任何传统的变换器。示例性变换器包括但不限于电容变换器、电感变换器、电阻变换器以及压电变换器。
在优选实施例中，变换器22为电阻变换器，其包括传统的电阻墨水。电阻墨水通常包括粘合剂中的导电碳粒，而且被印刷或沉积到柔性基片13上。从许多供应商(诸如Amtech International of Branford，Connecticut)可获得现有技术中的多种电阻墨水配方(formulation)。
电阻墨水的标称电阻由电阻墨水的组成和几何形状确定。电阻墨水的组成由其配方控制，所述配方限定了电阻材料、粘合剂和载体的量和种类。可以选用任何对于传感器10的特定实施例具有所需电、物理和机械特性的电阻墨水配方。示例性特性包括电阻率、弹性、基片13产生预定量弯曲时的电阻变化量、电阻的温度系数、以及操作温度范围。变换器22的标称电阻“R”与其长度成正比，而与其横截面积(即，电阻墨水的宽度和厚度的乘积)成反比。变换器22的电阻一般由等式1给出：
Figure A20048004250700171
等式1
其中，p为对于电阻墨水的所选配方的电阻率的比例常数。
两种物理反应使得电阻墨水的电阻在基片13弯曲时发生改变。由于作用在墨水上的拉伸力和压缩力而产生第一反应。在柔性基片13弯曲以使电阻墨水位于弯曲的外半径(outer radius)上时，墨水稍微延展，从而引起碳粒之间的距离增加。这使得变换器22的电阻可预知地增加。相反地，在电阻墨水位于弯曲的内半径上时，墨水稍微压缩，从而引起碳粒之间的距离减小，由此减小了变换器22的电阻。在柔性基片13弯曲以使得电阻墨水位于弯曲的外半径上时产生该第二物理反应。弯曲使得在墨水中沿大致横向于弯曲轴线的方向形成“微裂缝”。随着弯曲的增加，这些裂缝的宽度增加，这也有助于增加变换器22的电阻。
对变换器22而言，由于电阻墨水并不能表现出对于电阻型弹性体在弯曲时所普遍具有的记忆和电阻迟滞，因此电阻墨水优于电阻型弹性体。这样，变换器22在其不弯曲位置时每次都恢复到大致相同的电阻值。
变换器22的至少一部分优选地位于本体12的弯曲最大的区域中，以便于在入口覆盖部分14由于空气流动而偏转时使电阻的变化量最大。由于电阻的变化将在入口覆盖部分14给定偏转时最大，因此将变换器22布置在弯曲最大的区域中也增加了变换器的灵敏度。对于检测诸如吸入的空气流动期望相对较高的变换器22灵敏度，这是因为特别是对具有有限肺活量的患者而言，空气流动的体积是相对较低的。在图1A至图1C所示的实施例中，当安装部分18固定或安装于不运动结构并且入口覆盖部分14由于空气流动而偏移时，由于柔性引线16的铰接动作，因此传感器10弯曲最大的区域为柔性引线16。
变换器22的第一端24a电连接至第一电触头26a。电导体28在变换器22的第二端24b与第二电触头26b之间延伸，将变换器的第二端电连接至第二电触头。在替换实施例中，变换器22的第二端24b可直接电连接至第二电触头26b。电触头26a、26b以及电导体28可通过将诸如银环氧树脂的柔性导电材料网印或沉积到基片13上而制成。电触头26a、26b以及电导体28还可以由传统的覆盖和蚀刻处理(例如众所周知的用于制造电子印刷电路的处理)而制成。本发明与现有技术的柔性传感器的不同之处在于，由于如先前详细描述的，通过电阻墨水的配方以及变换器的几何形状来控制变换器的电阻，因此在变换器22之上没有放置低电阻导体。与现有技术的变换器相比，取消低电阻导体由于减少了材料使用量而且处理步骤较少，因此能生产成本较低的传感器10。此外，取消低电阻导体还由于减小了传感器10的厚度，因而增加了传感器10的柔性。传感器10柔性的增加使得变换器22在低流量的空气流动时产生较大的弯曲，从而进一步提高了变换器的灵敏度。
如图1A所示，保护盖罩30可放置在变换器22、电导体28以及电触头26a、26b中的至少一个的至少一部分上，以防止它们由于操作和暴露于环境而劣化和破坏。保护盖罩30可由与本体12、变换器22以及电导体28相容的任何材料制成，但优选地为不导电且柔性的材料，例如TEFLON、KAPTON和其它聚酰亚胺、MYLAR以及塑料。在本发明的替换实施例中，保护盖罩30可以为传统的保形涂层，诸如硅酮、丙烯酸、氨基甲酸乙酯和环氧树脂。保护盖罩30优选地在弯曲时并不能表现出记忆，从而在除去弯曲力时恢复到其初始形状和方位。保护盖罩30可成形为截止于电触头26a、26b附近，从而至少部分地露出电触头，如图1A所示。在本发明的替换实施例中，保护盖罩30可大致覆盖本体12的全部部件侧23，在保护盖罩中可以有或者也可以没有用于露出电触头26a、26b至少一部分的开口或空隙。
参照图1C并继续参照图1A至图1B，示出了传感器10的仰视平面图。一对电触头26c、26d固定于基片13的非部件侧25，并分别在触头26a、26b下方大致对准。在本发明的一个实施例中，电触头26a和26b以及电触头26c和26d大致对准，以使得触头26a和26c例如通过传统的镀通孔或眼孔而电连接。电触头26b和26d同样通过传统的镀通孔或眼孔而电连接。电触头26a-26c以及26b-26d可分别包括开口20。
在替换实施例中，电触头26可设置有或者可没有开口20，而且可包括诸如银环氧树脂的传统导电粘合剂。导电粘合剂优选地具有相对较低温度的固化性，以防止在粘合剂固化处理期间损坏传感器10的部件，并且导电粘合剂在相对较短的时间段内固化，从而使得能大批量生产传感器。如以下将要进一步详细描述的，导电粘合剂有利于传感器10与相关控制电路之间的电连接。
在又一替换实施例中，电触头26a-26c以及26b-26d可通过传统的印刷布线互连“孔”(via)而电连接。如图1D至图1F所示，电触头26a-26c通过孔27a-27c电连接。同样地，电触头26b-26d通过孔27b-27d电连接。
现在参照图2A和图2B并继续参照图1A至图1C，显示出适于作为吸入传感器使用的传感器10安装在通气道40中并在空气入口38附近。过滤器或滤屏(未示出)可以可选地放置成横过空气入口38，以防止异物进入通气道40。
传感器10定位在通气道40中，从而入口覆盖部分14在除了吸入期间之外的所有时候都覆盖空气入口38，如图2A所示。当通气道40中的气压低于入口38周围的环境大气时，空气流动通过入口，使得传感器10向内弯曲，如图2B所示。传感器10的弯曲使得变换器22弯曲(图1B)，从而致使变换器改变其电值。例如，如果变换器22为电阻元件，则传感器10的弯曲可能会导致变换器的电阻增加或减少。
空气屏蔽件42环绕传感器10的至少一部分以引导流入空气入口38的空气，从而大部分的流动空气被引导向入口覆盖部分14。被引导的空气因而必须使传感器10偏移才能进入通气道40，这增强了传感器的运动。
一个或多个电导线36布置成与传感器10的触头26电接触。电导线36可以是传统的柔性电子印刷电路，或可以是绝缘的电线。
传感器10中的开口、空气屏蔽件42、电导线36和通气道40通过至少一个安装装置34而对准并固定在一起。安装装置34可包括任何传统的紧固件，例如机器螺钉和螺母、铆钉、自攻丝螺钉、双头螺栓、粘合剂、音速熔接和模制。以下提供了与传感器10、空气屏蔽件42和电导线36的安装相关的进一步细节。
进一步参照图2A和图2B，传感器10可起到单向空气阀的作用。如可以看到的，在通气道中的大气压力小于空气入口的区域中的大气压力时，传感器10偏转以允许空气通过入口38流入通气道40中。然而，如果通气道40中的大气压力大于空气入口38的区域中的大气压力，则传感器10的闭合部分14就压靠在空气入口上，基本上防止了空气从通气道流入空气入口。该特征对于防止患者通过肺部药物传送设备呼出是有用的。
可有效利用传感器10的示例性装置为电流体动力(“EHD”)肺部药物传送设备(“PMDA”)。图3示出了典型的EHD PMDA 44的总体布置。应注意的是，EHD PMDA 44并不旨在代表EHD PMDA的任何具体实施例。事实上，传感器10可与多种肺部药物传送装置一起使用，例如Zimlich，Jr.等人的美国专利No.6,397,838中公开的肺部气雾传送装置，这里通过引用将其并入。
继续参照图3，EHD PMDA 44包括电连接至诸如电池(未示出)的电源的控制器部分50。控制器部分50还电连接至泵/阀66。泵/阀66又机械地连接至用于储存待配送药物的药物容器48。毛细管54在泵/阀66与喷雾装置52之间延伸。喷雾装置52气动地连接至通气道40。接口56机械地连接至通气道40。包括上部32a和下部32b的外壳32将EHD PMDA 44的部件装在其内。外壳上部32a还包括开口39，该开口是通气道40的空气入口38(未示出)的空气源。以下将提供EHD PMDA 44的部件和操作的进一步细节。
图4A示出了图3的通气道40和传感器10的放大的分解视图。传感器10装配在空气屏蔽件42中，并且二者都位于通气道40中，从而安装装置34可通过对准传感器的开口20、空气屏蔽件的开口58、通气道的开口60、以及电导线36的开口62而进行安装。传感器10的入口覆盖部分14起到了用于空气入口38的闭合件的作用。电导线36定位成，将电导线的电触头37放置成与安装装置34电连通，所述安装装置又与传感器10的触头26电连通。这样，传感器安装点(即，开口20)可与电触头26一起定位，从而安装装置34将传感器10机械地固定至通气道40，并且还通过电导线36将传感器电连接至控制器部分50(见图3)。在本发明的替换实施例中，可使用传统的导电粘合剂(未示出)将传感器10的电触头26电连接至电导线36。采用导电粘合剂形成电连接的细节是公知的，因此留给熟练工人来处理。
图4B为图4A的组件的侧视图，示出了图4A的部件处于组装状态。
在图5中示出了图3的EHD PMDA 44的功能框图。位于空气入口38附近的吸入传感器10适于因下面原因而发生偏转，即，由于患者通过接口56吸入而使空气(图5中由68代表)运动通过空气入口和通气道40。在传感器10响应于吸入而偏转时，转换器22(见图1B)的电值发生改变，例如电阻增加。
控制器部分50由电源64提供电力，而且监视吸入传感器10的电值的预定变化。在控制器部分50检测到表明患者正在吸入的预定变化时，控制器部分就致动泵/阀66。
泵/阀66电连接至电源64和控制器部分50。在泵/阀66由控制器部分50电致动时，泵/阀就打开允许流体(在图5中由70代表)通过毛细管54从容器48流通到喷雾装置52的传统流体阀。泵/阀66还包括气动泵，以推动药物从容器48向喷雾装置52流动。泵/阀66起到了容积式流体控制的作用，从而防止在不分配药物时药物在容器48中蒸发和/或泄漏。泵/阀66还可适于与控制器部分50一起运行，以根据预定的标准(诸如致动时间或药品量)和喷雾装置52来传送计量的药品剂量。
喷雾装置52通过毛细管54和泵/阀66接收来自容器48的药品70，并将药品转化为气雾。优选地通过诸如(但不限于)美国专利No.6,397,838所示的电流体动力装置进行气雾化。将气雾化的药品与流自空气入口38的空气68混合，并使其流通到接口56从而被患者吸入。气雾化的药品和空气可通过迫使通气道40的空气流动经过气雾化的药品而被动地混合。可替换地，气雾化的药品和空气流动可例如通过风扇(未示出)而主动地混合。
接口56适于装配在患者嘴上，并通过通气道40气动地连接至空气入口38。接口52也气动地连接至喷雾装置52。这样，在通气道40中流动的空气与气雾化的药品混合，从而在患者从接口52吸入时被传送到患者。在替换实施例中，接口56可选地适于装配在患者的鼻子和嘴上，以便于鼻腔和口腔呼吸。该实施例对治疗儿童特别有用。
现在组合参照图1至图5，患者在操作中将药物传送设备44放置成使得接口56定位在患者嘴中。患者然后通过接口56正常吸入经由空气入口38和通气道40而提供至接口的可呼吸空气68。空气经过空气入口38的运动引起传感器10偏移，从而使变换器22的电值改变，例如电阻增加或减少。控制器部分50监视变换器22的电值。当变换器22的电值的改变达到预定值时，控制器部分50就致动泵/阀66和喷雾装置52。来自容器48的药物被推动到喷雾装置52，并被转化为气雾70。气雾化的药品与流动通过通气道40的空气混合，空气药物的混合物被传送到接口56以由患者肺部吸入。
在本发明的第一替换实施例中，控制器部分50检测传感器10的电值的变化大小，并且按比例地致动泵/阀66以及喷雾装置52。在该实施例中，传送到患者的药品量大致与传送到接口56的空气成固定的比例。
在本发明的第二替换实施例中，控制器部分50可构造成向患者传送预定剂量的药物。类似地，控制器部分50可构造成将药物的传送限制为预定的浓度水平或传送率。
如上所述，可在医疗应用中有利地采用传感器10来感测吸入。然而，传感器10可用于满足各种消费者和工业需要。例如，传感器10可用作适于检测来流气流(诸如燃烧、烘焙和固化系统中使用的空气流)的用于电路的变换器。同样地，传感器10可用作适于监视各种设备的排气的用于电路的变换器，从而确保排气系统适当运转。
尽管先前的示例性实施例利用传感器10来检测空气运动，但是本领域技术人员将意识到该传感器也可用于检测各种气体的流动。同样地，可采用适当环境密封的传感器10来检测液体的流动。最后，传感器10可固定或安装在任何可动物体上以检测位置的变化。例如，传感器10可铰接地安装在一件设备的外壳和检查盘(access panel)之间，以使得传感器在打开检查盘时偏转。这样，传感器10可以与检测打开检查盘并防止设备操作的电路一起使用，从而避免对设备和/或人员的潜在伤害。
如前所述，通过将传感器10策略性地布置在通气道中，从而因通过通气道吸入引起的压差使得传感器偏移，由此可将传感器10用于检测吸入。本领域技术人员将意识到，传感器10还可适于检测例如因呼出而存在的压力。再次参照用于一般性说明的图2A和图2B，在这些实施例中，传感器10被放置在通气道40中，从而当入口38处的气压高于通气道40中的气压时，空气将通过入口流动到通气道，以使传感器向内偏移。本领域技术人员还将意识到，传感器还能类似地以与前面对传感器10作为吸入传感器的应用的论述相同的方式用作单向空气阀。
尽管已经参考本发明的详细实施例示出并描述了本发明，但本领域技术人员应理解的是，在不脱离本发明权利要求范围的情况下，可对本发明在形式和细节上作出各种改变。

Claims (44)

1、一种用于检测空气运动的传感器，该传感器包括：
a)柔性基片；
b)柔性变换器，其固定于所述基片，该变换器包括第一端和第二端；
c)第一电触头，其与所述变换器的所述第一端电连通；
d)第二电触头，其与所述变换器的所述第二端电连通；
e)保护盖罩，其放置在所述变换器、第一电触头和第二电触头中的至少一个的至少一部分上；并且
f)其中，所述基片在被置于运动空气流中时发生偏移，所述基片的偏移使得所述变换器弯曲，从而改变所述变换器的电值。
2、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述保护盖罩基本上覆盖所述柔性变换器。
3、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述保护盖罩基本上覆盖所述柔性变换器以及所述第一和第二电触头。
4、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述保护盖罩为保形涂层。
5、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述柔性变换器包括电阻墨水。
6、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，该传感器还包括至少一个与所述基片成一体的柔性引线。
7、根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述柔性变换器固定于所述柔性引线。
8、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，
a)所述柔性基片包括第一侧和第二侧；
b)所述第一和第二电触头固定于所述柔性基片的所述第一侧；
c)第三电触头固定于所述柔性基片的所述第二侧，并与所述第一电触头对准，且与所述第一电触头电连通；并且
d)第四电触头固定于所述柔性基片的所述第二侧，并与所述第二电触头对准，且与所述第二电触头电连通。
9、根据权利要求8所述的传感器，其特征在于：
a)所述第一电触头通过在所述第一和第三电触头之间延伸的镀通孔而与所述第三电触头电连通；并且
b)所述第二电触头通过在所述第二和第四电触头之间延伸的镀通孔而与所述第四电触头电连通。
10、根据权利要求8所述的传感器，其特征在于：
a)所述第一电触头通过在所述第一和第三电触头之间延伸的孔而与所述第三电触头电连通；并且
b)所述第二电触头通过在所述第二和第四电触头之间延伸的孔而与所述第四电触头电连通。
11、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，该传感器还包括空气入口覆盖部分。
12、根据权利要求11所述的传感器，其特征在于，所述入口覆盖部分大致呈矩形形状。
13、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，该传感器还包括安装部分。
14、根据权利要求13所述的传感器，其特征在于，所述第一和第二电触头固定于所述安装部分。
15、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述柔性变换器的电值与所述柔性基片的弯曲成比例地变化。
16、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述柔性变换器的电值在所述柔性基片弯曲时，从较低的电值变化为较高的电值。
17、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述柔性基片由聚酰亚胺制成。
18、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，该传感器定位在所述运动空气流中，从而该传感器起到单向阀的作用。
19、一种用于检测吸入的传感器，该传感器包括：
a)柔性基片；
b)固定于所述基片的柔性变换器，该变换器包括第一端和第二端；
c)第一电触头，其与所述变换器的所述第一端电连通；
d)第二电触头，其与所述变换器的所述第二端电连通；
e)保护盖罩，其放置在所述变换器、第一电触头和第二电触头中的至少一个的至少一部分上；并且
f)其中，所述基片在被置于因吸入而引起的运动空气流中时发生偏移，所述基片的偏移使得所述变换器弯曲，从而改变所述变换器的电值。
20、根据权利要求19所述的传感器，其特征在于，所述保护盖罩基本上覆盖所述柔性变换器。
21、根据权利要求19所述的传感器，其特征在于，所述保护盖罩基本上覆盖所述柔性变换器以及所述第一和第二电触头。
22、根据权利要求19所述的传感器，其特征在于，所述柔性变换器包括电阻墨水。
23、根据权利要求19所述的传感器，其特征在于，该传感器还包括至少一个与所述基片成一体的柔性引线。
24、根据权利要求19所述的传感器，其特征在于，所述柔性变换器固定于所述柔性引线。
25、根据权利要求19所述的传感器，其特征在于，
a)所述柔性基片包括第一侧和第二侧；
b)所述第一和第二电触头固定于所述柔性基片的所述第一侧；
c)第三电触头固定于所述柔性基片的所述第二侧，并与所述第一电触头对准，且与所述第一电触头电连通；并且
d)第四电触头固定于所述柔性基片的所述第二侧，并与所述第二电触头对准，且与所述第二电触头电连通。
26、根据权利要求25所述的传感器，其特征在于：
a)所述第一电触头通过在所述第一和第三电触头之间延伸的镀通孔而与所述第三电触头电连通；并且
b)所述第二电触头通过在所述第二和第四电触头之间延伸的镀通孔而与所述第四电触头电连通。
27、根据权利要求25所述的传感器，其特征在于，
a)所述第一电触头通过在所述第一和第三电触头之间延伸的孔而与所述第三电触头电连通；并且
b)所述第二电触头通过在所述第二和第四电触头之间延伸的孔而与所述第四电触头电连通。
28、根据权利要求19所述的传感器，其特征在于，该传感器还包括空气入口覆盖部分。
29、根据权利要求19所述的传感器，其特征在于，该传感器还包括安装部分。
30、根据权利要求29所述的传感器，其特征在于，所述第一和第二电触头固定于所述安装部分。
31、根据权利要求19所述的传感器，其特征在于，所述柔性变换器的电值与所述柔性基片的弯曲成比例地变化。
32、根据权利要求19所述的传感器，其特征在于，所述柔性变换器的电值在所述柔性基片弯曲时，从较低的电值变化为较高的电值。
33、根据权利要求19所述的传感器，其特征在于，该传感器定位在所述运动空气流中，从而该传感器起到单向阀的作用。
34、一种用于检测空气运动的传感器，该传感器包括：
a)柔性基片；
b)至少一个与所述基片成一体的柔性引线；
c)柔性电阻墨水变换器，其固定于所述柔性引线，该变换器包括第一端和第二端；
d)第一电触头，其与所述变换器的所述第一端电连通；
e)第二电触头，其与所述变换器的所述第二端电连通；
f)保护盖罩，其布置在所述变换器、第一电触头和第二电触头中的至少一个的至少一部分上；并且
g)其中，所述基片在被置于运动空气流中时发生偏移，所述基片的偏移使得所述变换器弯曲，从而改变所述变换器的电值。
35、一种用于传送药物的装置，该装置包括：
a)空气入口；
b)通气道，其与所述空气入口气动连通；
c)传感器，用于检测空气的运动，该传感器定位在所述通气道中并在所述空气入口附近，从而所述传感器可有效地有选择地闭合所述空气入口；
d)容器，用于容纳药物；
e)泵/阀，其与所述容器气动连通；
f)喷雾装置，其与所述泵/阀气动连通；
g)接口，其与所述通气道和所述喷雾装置气动连通；
h)电源；
i)控制器部分，其与所述电源、传感器、泵/阀和喷雾装置电连通；并且
j)其中：
i)从所述空气入口流入所述通气道的空气使得所述传感器偏
移，从而改变该传感器的电值；
ii)所述控制器部分检测所述传感器的电值的变化，并致动所述泵/阀；
iii)所述泵/阀推动药物从所述容器流向所述喷雾装置；
iv)所述喷雾装置使所述药物雾化；而且
v)其中，流入所述通气道中的空气在所述接口中与所述雾化的药物混合，以传送至患者。
36、根据权利要求35所述的装置，其特征在于，所述传感器布置成通过至少一个铆钉与所述控制器部分电连通。
37、根据权利要求35所述的装置，其特征在于，所述传感器布置成通过导电粘合剂与所述控制器部分电连通。
38、根据权利要求35所述的装置，其特征在于，该装置还包括空气屏蔽件，该空气屏蔽件定位在所述传感器附近，以朝向所述传感器引导从所述空气入口流入所述通气道的空气。
39、根据权利要求35所述的装置，其特征在于，所述传感器与所述空气入口配合以起到单向阀的作用。
40、一种用于传送药物的装置，该装置包括：
a)空气入口；
b)通气道，其与所述空气入口气动连通；
c)传感器，用于检测空气的运动，该传感器定位在所述通气道中并在所述空气入口附近，从而所述传感器可有效地有选择地闭合所述空气入口；
d)容器，用于容纳药物；
e)泵/阀，其与所述容器气动连通；
f)电流体动力喷雾装置，其与所述泵/阀气动连通；
g)接口，其与所述通气道和所述电流体动力喷雾装置气动连通；
h)电源；
i)控制器部分，其与所述电源、传感器、泵/阀和电流体动力喷雾装置电连通；并且
j)其中：
i)从所述入口流入所述通气道的空气使得所述传感器偏移，从而改变所述传感器的电值；
ii)所述控制器部分检测所述传感器的电值的变化，并致动所述泵/阀；
iii)所述泵/阀推动药物从所述容器流向所述电流体动力喷雾装置；
iv)所述电流体动力喷雾装置使所述药物雾化；而且
v)其中，流入所述通气道中的空气在所述接口中与所述雾化的药物混合，以传送至患者。
41、根据权利要求40所述的装置，其特征在于，所述传感器布置成通过至少一个铆钉与所述控制器部分电连通。
42、根据权利要求40所述的装置，其特征在于，所述传感器布置成通过导电粘合剂与所述控制器部分电连通。
43、根据权利要求40所述的装置，其特征在于，该装置还包括空气屏蔽件，该空气屏蔽件定位在所述传感器附近，以朝向所述传感器引导从所述空气入口流入所述通气道的空气。
44、根据权利要求40所述的装置，其特征在于，所述传感器与所述空气入口配合以起到单向阀的作用。
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