CN216246965U - 基于毛细管的压力阈值传感器 - Google Patents

基于毛细管的压力阈值传感器 Download PDF

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Abstract

本公开涉及基于毛细管的压力阈值传感器。本公开要解决的技术问题之一是提供基于毛细管的压力阈值传感器。具有至少一个多孔特性和流体穿透压力阈值的多孔介质，所述多孔介质允许当流体压力超过多孔介质流体穿透阈值时，流体从其第一侧通过介质泄漏到其相对的第二侧；以及流体检测元件，至少邻近所述多孔介质的第二侧布置并且被配置为检测所述多孔介质的第二侧上至少目标流体的存在。本公开的一个方面技术效果在于提供了基于毛细管的压力阈值传感器。

Description

基于毛细管的压力阈值传感器
技术领域
本公开一般而言涉及可以检测流体管路或通路中的超压事件的感测系统。本公开还涉及用于液体的基于毛细管的压力阈值传感器，该传感器在跨膜的压力升高到高于流体的穿透压力的情况下利用多孔膜的特性检测流体何时通过膜。
背景技术
已知诸如输液泵和输液器之类的流体输送设备用于在较长时间段内将药物或药品输送给患者。输液泵的示例包括移动式泵(例如，便携式泵)、可穿戴泵或贴片泵，以及用于非移动式护理设置的较大的输液泵。示例输液器包括通过管组(tubing set)连接到泵(例如， Medtronic的
Figure DEST_PATH_GDA0003191332840000011
胰岛素泵)的导管组件。
这些流体输送设备通常包括一个或多个流体通路，诸如连接到输液器的管，或包括导管的输液器内的流体通路。输液泵可以具有内部流体通路，该内部流体通路将诸如药物的流体从容器引导到导管。在这些流体通路中可能发生阻塞。例如，阻塞可以由输液设备的机械问题引起，或者由流体本身引起的生物或药理和/或机械阻塞引起。重要的是确定药品输送应用中的部分或全部阻塞，因为不这样做可能会导致患者无法接收所处方的药品治疗量。可能由阻塞的流体路径引起的一种潜在的故障模式是压力增加，该压力增加可能导致流体路径中的泄漏，并随后导致损失(一个或多个)剂量。流体输送系统中压力的增加还可能导致其它问题，诸如泵送机构被卡住、泵送机构的速度变慢以及总输送时间延长、克服压力增加所需的力增大所引起的泵送机构损坏、泵送机构失速，以及由于泵送机构在较高压力下操作而导致的功耗增加。
因此，存在对流体通路中的阻塞或压力感测元件的需求。将压力感测元件集成在可穿戴或一次性医疗设备中的考虑因素包括可靠性、稳定性、部件的尺寸和集成在设备中的能力、价格、功耗、对(重新) 校准的需要以及所需的计算能力。现有的压力传感器可能太昂贵以至于无法在维持设备目标成本的情况下添加到输液设备中，和/或太不可靠而无法检测到超压状况，和/或需要专用的大型硬件来读取由传感器值测量的值，和/或需要过多的计算能力来分析由压力传感器提供的数据。
实用新型内容
通过说明性实施例，克服了以上和其它问题，并且实现了附加的优点。
本公开要解决的技术问题之一是提供基于毛细管的压力阈值传感器。
本公开的示例实施例提供了一种压力检测器，其可以被小型化以实现较小的占用面积、使用可以现货获得或专门开发以满足特定要求的材料、实现非常低的商品成本、代表当被配置为流体输送系统的最弱点时流体路径中的故障安全元件、具有低功耗(例如，在一些实施例中为零功耗)，以及需要低计算能力(例如，在一些实施例中为零计算能力)、可以是空闲的，并且不需要校准。
说明性实施例的一个方面是提供一种制造基于毛细管的压力阈值传感器的方法，该方法包括：选择具有多孔特性的第一多孔介质，该多孔特性允许流体从其第一侧通过该介质泄漏到其相对的第二侧，该泄漏在流体压力超过多孔介质流体穿透压力阈值时发生；以及提供流体检测元件，该流体检测元件至少邻近多孔介质第二侧布置并且被配置为检测多孔介质的所述第二侧上至少目标流体的存在。
根据说明性实施例的各方面，流体检测元件选自被动流体检测元件和主动流体检测元件，其中直到目标流体通过多孔介质泄漏到达多孔介质的相对的第二侧时，被动流体检测元件才被激活，并且主动流体检测元件提供不同的输出，该输出将其中目标流体尚未通过多孔介质泄漏的第一状态与其中目标流体已经通过多孔介质泄漏的第二状态区分开。
根据说明性实施例的各方面，流体检测元件包括指示器元件，该指示器元件被配置为当目标流体已经通过多孔介质泄漏到其第二侧时改变状态，并且改变状态选自颜色指示和颜色指示的变化。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括用热响应性材料涂覆第一多孔介质，以检测选自目标流体中的指定温度和指定压力变化的状况。
根据说明性实施例的各方面，热响应性材料是聚-N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)。
根据说明性实施例的各方面，介质的多孔特性选自孔隙尺寸、厚度、材料、形貌、涂层和与流体的接触角。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括配置第一侧以在流体通路中的端口上方形成密封，以使多孔介质暴露于流体通路中的流体，并防止流体泄漏到基于毛细管的压力阈值传感器的外部。
根据说明性实施例的各方面，该流体检测元件包括至少两个电极，并且该方法还包括：提供第二多孔介质(-亲液性)，该第二多孔介质(-亲液性)布置在多孔介质(-疏液性)与流体检测器元件之间以可控地将通过多孔介质泄漏的流体分发到传感器，其中选择第二多孔介质以使其在干燥时以及在被流体通路中的流体润湿时具有不同的电导率；以及使两个电极与多孔介质的第二侧接触，该电极被配置为被动的并且直到通过多孔介质泄漏的流体超过阈值时才被激活。
根据说明性实施例的各方面，提供流体检测元件包括在印刷电路板(PCB)上提供由接触垫制成的电极。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括经由热固销(heat- stakinhg pins)对PCB进行热固，该热固销被配置为维持与第二多孔介质的接近度并与多孔介质直接接触。
根据说明性实施例的各方面，该流体检测元件包括至少两个电极，并且还包括将电极操作为被动开关，该被动开关断开直到其在与流体接触时闭合。
根据说明性实施例的各方面，提供开关包括在印刷电路板(PCB) 上提供由接触垫制成的电极。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括将电极中的一个电极连接到微控制器的接地引脚，并且将另一个电极连接到微控制器的输入引脚。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括将电极中的一个电极连接到微控制器的输出引脚，并且将另一个电极连接到微控制器的输入引脚。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括将电极中的一个电极连接到与微控制器具有公共接地的电源或参考电压的正轨，并且将另一个电极连接到微控制器的输入引脚。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括将上拉电阻器连接在用于微控制器的电源或参考电压的正轨与所述输入引脚之间。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括将下拉电阻器连接在所述输入引脚与连接到微控制器的负极或接地端子的负轨之间。
根据说明性实施例的各方面，其中电阻器具有大约1k Ohm至 100M Ohm的电阻。
根据说明性实施例的各方面，多孔介质选自疏水性介质、超疏水性介质、疏油性介质和双疏性多孔介质。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括选择第二多孔介质，该第二多孔介质至少邻近第一多孔介质的第一侧布置，以便至少在目标流体通过第一多孔介质泄露之前与目标流体接触，其中第二多孔介质具有允许流体容易地渗入所述第二多孔介质的多孔特性；并且具有将防止气体在第二多孔介质被所述目标流体渗入之后通过第二多孔介质直到气体超过所述第二多孔介质气体进入压力为止的多孔特性。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括选择补充多孔介质，该补充多孔介质至少邻近第一多孔介质的相对侧布置，以便至少在目标流体通过第一多孔介质泄漏之前与目标流体接触，其中第二多孔介质具有允许流体容易地渗入第二多孔介质并实现目标流体与流体检测元件之间的增强接触的一个或多个多孔特性。
说明性实施例的一个方面是提供一种使用基于毛细管的压力阈值传感器的方法，该方法包括：选择要在流体内检测的超压阈值；选择包括具有至少一个多孔特性的多孔介质和与超压阈值相关的流体穿透压力阈值的基于毛细管的压力阈值传感器，该基于毛细管的压力阈值传感器允许当跨介质的流体压力超过流体穿透压力阈值时，流体从其一侧通过介质泄漏到其相对侧；以及放置基于毛细管的压力阈值传感器，使得多孔介质的至少一侧与要检测其超压事件的流体接触。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括提供流体通路并选择基于毛细管的压力阈值传感器应检测到超压事件的位置。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括提供流体容器并选择基于毛细管的压力阈值传感器应检测到超压事件的位置。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括在所选择的位置提供端口，并将多孔介质固定在该端口上方以密封该端口。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括将多孔介质焊接到形成流体通路的材料上。
根据说明性实施例的各方面，其中基于毛细管的压力阈值传感器包括至少两个电极，还包括将电极操作为被动开关，该被动开关断开直到其在与流体接触时闭合。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括当被动开关闭合时触发通知。
根据说明性实施例的各方面，触发选自向连接到电极的微控制器提供与通知相关联的输入，以及通过响应于流体接触多孔介质的至少一侧而引起指示器元件的变化来生成指示。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括将电极中的一个电极连接到微控制器的接地引脚，并且将另一个电极连接到微控制器的输入引脚。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括将电极中的一个电极连接到微控制器的输出引脚，并且将另一个电极连接到微控制器的输入引脚。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括将电极中的一个电极连接到与微控制器具有公共接地的电源的正极，并且将另一个电极连接到微控制器的输入引脚。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括将上拉电阻器连接到微控制器的电源或参考电压的正轨和输入引脚。
根据说明性实施例的各方面，该方法还包括将下拉电阻器连接在输入引脚与连接到微控制器的负极或接地端子的负轨之间。
根据说明性实施例的各方面，电阻器具有大约1k Ohm至100M Ohm的电阻。
根据说明性实施例的各方面，其中所述多孔介质选自疏水性介质、超疏水性介质、疏油性介质和双疏性多孔介质。
根据说明性实施例的各方面，介质的至少一个多孔特性选自孔隙尺寸、厚度、材料、形貌、涂层和与流体的接触角。
说明性实施例的一个方面是提供一种基于毛细管的压力阈值传感器，其包括具有至少一个多孔特性和流体穿透压力阈值的多孔介质，其允许当流体压力超过多孔介质流体穿透阈值时流体从其第一侧通过介质泄漏到其相对的第二侧；以及流体检测元件，其至少邻近多孔介质的第二侧布置并且被配置为检测多孔介质的第二侧上至少目标流体的存在。
根据说明性实施例的各方面，基于毛细管的压力阈值传感器还包括与多孔介质的第二侧接触的两个电极。
根据说明性实施例的各方面，多孔介质选自疏水性介质、超疏水性介质、疏油性介质和双疏性多孔介质。
根据说明性实施例的各方面，多孔介质的至少一个多孔特性选自孔隙尺寸、厚度、材料、形貌、涂层和与流体的接触角。
根据说明性实施例的各方面，多孔介质是第一多孔介质，并且还包括第二多孔介质，该第二多孔介质至少邻近第一多孔介质的第一侧布置，以便至少在目标流体通过第一多孔介质泄漏之前与目标流体接触，其中第二多孔介质具有允许流体容易地渗入所述第二多孔介质并且防止气体在第二多孔介质被目标流体渗入之后通过第二多孔介质直到气体超过第二多孔介质气体进入压力为止的一个或多个多孔特性。
根据说明性实施例的各方面，基于毛细管的压力阈值传感器还包括补充多孔介质，该补充多孔介质至少邻近第一多孔介质的相对侧布置，以便至少在目标流体通过第一多孔介质泄漏之前与目标流体接触，其中第二多孔介质具有允许流体容易地渗入所述第二多孔介质并增强目标流体与流体检测元件之间的接触的一个或多个多孔特性。
根据说明性实施例的各方面，补充多孔介质选自亲水性介质、超亲水性介质、亲油性介质和双亲性多孔介质。
根据说明性实施例的各方面，补充多孔介质选自当与流体通路中的流体接触时溶胀的材料，并且流体检测元件作为通过第二多孔介质的溶胀而被激活的被动开关操作。
根据说明性实施例的各方面，流体检测元件包括与补充多孔介质接触的两个电极。
根据说明性实施例的各方面，补充多孔介质被选择为在干燥时以及在被流体通路中的流体润湿时具有不同的电导率。
根据说明性实施例的各方面，流体检测元件包括由印刷电路板 (PCB)上的接触垫制成的两个电极。
根据说明性实施例的各方面，经由热固销对PCB进行热固以维持与第二多孔介质的接近度并与多孔介质直接接触。
根据说明性实施例的各方面，该流体检测元件包括至少两个电极，该至少两个电极可操作为被动开关，该被动开关断开直到其与流体接触时闭合。
根据说明性实施例的各方面，基于毛细管的压力阈值传感器还包括指示器元件，该指示器元件被配置为当目标流体已通过多孔介质泄漏到其第二侧时改变状态，并且改变状态选自颜色指示和颜色指示的变化。
根据说明性实施例的各方面，流体检测元件在闭合时触发可以由连接到电极的微控制器处理的通知。
根据说明性实施例的各方面，电极中的一个电极连接到微控制器的接地引脚，并且另一个电极连接到微控制器的输入引脚。
根据说明性实施例的各方面，电极中的一个电极连接到微控制器的输出引脚，并且另一个电极连接到微控制器的输入引脚。
根据说明性实施例的各方面，电极中的一个电极连接到与微控制器具有公共接地的电源的正轨，并且另一个电极连接到微控制器的输入引脚。
根据说明性实施例的各方面，基于毛细管的压力阈值传感器还包括下拉电阻器，该下拉电阻器连接在所述输入引脚与连接到微控制器的负极或接地端子的负轨之间。
根据说明性实施例的各方面，基于毛细管的压力阈值传感器还包括上拉电阻器，该上拉电阻器连接到微控制器的电源或参考电压的正轨和输入引脚。
根据说明性实施例的各方面，上拉电阻器具有大约1k Ohm至 100M Ohm的电阻。
根据说明性实施例的各方面，流体检测元件是被动的并且直到目标流体通过多孔介质泄漏到达多孔介质的相对的第二侧才被激活。
根据说明性实施例的各方面，流体检测元件是主动的并且提供不同的输出，该输出将其中目标流体尚未通过多孔介质泄漏的第一状态与其中目标流体已经通过多孔介质泄漏的第二状态区分开。
根据说明性实施例的各方面，基于毛细管的压力阈值传感器还包括涂覆第一多孔介质的热响应材料，以检测选自目标流体中的指定温度和指定压力变化的状况。
根据说明性实施例的各方面，热响应性材料是聚-N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)。
说明性实施例的附加和/或其它方面和优点将在下面的描述中阐述，或者将从描述中变得清晰，或者可以通过说明性实施例的实践而获知。说明性实施例可以包括具有以上方面中的一个或多个方面和/ 或特征中的一个或多个特征及其组合的装置和用于操作它们的方法。说明性实施例可以包括例如在所附权利要求中叙述的上述方面的特征中的一个或多个特征和/或组合。
根据本公开的一个方面，提供了一种基于毛细管的压力阈值传感器，其特征在于，包括：具有至少一个多孔特性和流体穿透压力阈值的多孔介质，所述多孔介质允许当流体压力超过多孔介质流体穿透阈值时，流体从其第一侧通过介质泄漏到其相对的第二侧；以及流体检测元件，至少邻近所述多孔介质的第二侧布置并且被配置为检测所述多孔介质的第二侧上至少目标流体的存在。
根据一个实施例，还包括与所述多孔介质的第二侧接触的两个电极。
根据一个实施例，所述多孔介质选自疏水性介质、超疏水性介质、疏油性介质和双疏性多孔介质。
根据一个实施例，所述多孔介质的所述至少一个多孔特性选自孔隙尺寸、厚度、材料、形貌、涂层和与所述流体的接触角。
根据一个实施例，所述多孔介质是第一多孔介质，并且还包括第二多孔介质，所述第二多孔介质至少邻近所述第一多孔介质的第一侧布置，以便至少在目标流体通过所述第一多孔介质泄漏之前与目标流体接触，其中所述第二多孔介质具有允许流体容易地渗入所述第二多孔介质并且防止气体在所述第二多孔介质被目标流体渗入之后通过所述第二多孔介质直到气体超过第二多孔介质气体进入压力为止的一个或多个多孔特性。
根据一个实施例，还包括补充多孔介质，所述补充多孔介质至少邻近所述第一多孔介质的相对侧布置，以便至少在目标流体通过所述第一多孔介质泄漏之前与目标流体接触，其中所述第二多孔介质具有允许流体容易地渗入所述第二多孔介质并增强目标流体与流体检测元件之间的接触的一个或多个多孔特性。
根据一个实施例，所述补充多孔介质选自亲水性介质、超亲水性介质、亲油性介质和双亲性多孔介质。
根据一个实施例，所述辅助多孔介质选自当与所述流体通路中的流体接触时溶胀的材料，并且所述流体检测元件作为通过所述第二多孔介质的溶胀而被激活的被动开关操作。
根据一个实施例，所述流体检测元件包括与所述补充多孔介质接触的两个电极。
根据一个实施例，所述补充多孔介质被选择为在干燥时以及在被所述流体通路中的流体润湿时具有不同的电导率。
根据一个实施例，所述流体检测元件包括由印刷电路板(PCB) 上的接触垫制成的两个电极。
根据一个实施例，所述PCB经由热固销被热固以维持与所述第二多孔介质的接近度并与所述多孔介质直接接触。
根据一个实施例，所述流体检测元件包括至少两个电极，所述至少两个电极可操作为被动开关，所述被动开关断开直到其在与流体接触时闭合。
根据一个实施例，还包括指示器元件，所述指示器元件被配置为当目标流体已通过所述多孔介质泄漏到其第二侧时改变状态，并且改变状态选自颜色指示和颜色指示的变化。
根据一个实施例，所述流体检测元件在闭合时触发能够由连接到所述电极的微控制器处理的通知。
根据一个实施例，所述电极中的一个电极连接到所述微控制器的接地引脚，并且另一个电极连接到所述微控制器的输入引脚。
根据一个实施例，所述电极中的一个电极连接到微控制器的输出引脚，并且另一个电极连接到所述微控制器的输入引脚。
根据一个实施例，所述电极中的一个电极连接到与所述微控制器具有公共接地的电源的正轨，并且另一个电极连接到所述微控制器的输入引脚。
根据一个实施例，还包括下拉电阻器，所述下拉电阻器连接在所述输入引脚和连接到所述微控制器的负极或接地端子的负轨之间。
根据一个实施例，还包括上拉电阻器，所述上拉电阻器连接到所述微控制器的电源或参考电压的正轨和所述输入引脚。
根据一个实施例，所述上拉电阻器具有大约1k Ohm至100M Ohm的电阻。
根据一个实施例，所述流体检测元件是被动的并且直到目标流体通过所述多孔介质泄漏到达所述多孔介质的相对的第二侧才被激活。
根据一个实施例，所述流体检测元件是主动的并且提供不同的输出，所述不同的输出将其中目标流体尚未通过所述多孔介质泄漏的第一状态与其中目标流体已经通过所述多孔介质泄漏的第二状态区分开。
根据一个实施例，还包括覆盖第一多孔介质的热响应材料，以检测选自目标流体中的指定温度和指定压力变化的状况。
根据一个实施例，所述热响应材料是聚N-异丙基丙烯酰胺 (PNIPAM)。
本公开的一个方面技术效果在于提供了基于毛细管的压力阈值传感器。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中，将更容易理解示例性实施例的实施例的上述和/或其它方面和优点，附图中：
图1A描绘了根据说明性实施例构造的基于毛细管的压力阈值传感器的侧视图；
图1B描绘了根据说明性实施例的基于毛细管的压力阈值传感器的侧视图，其中亲水性多孔介质与流体路径接触，该亲水性多孔介质一旦湿润/被灌注，就防止空气由于流体路径中的负压而被引入流体路径；
图2A描绘了图1A中所示的基于毛细管的压力阈值传感器中的示例-疏液性多孔介质；
图2B描绘了如图1B中所示的基于毛细管的压力阈值传感器中的被液体润湿的示例-亲液性多孔介质，其将防止空气由于毛细管力而进入介质；
图3A和图3B描绘了根据说明性实施例构造的分别处于压力阈值以下和压力阈值以上两种不同状态的基于毛细管的压力阈值传感器；
图4描绘了印刷电路板，该印刷电路板包括用于根据说明性实施例构造的基于毛细管的压力阈值传感器的电极；
图5A是根据说明性实施例构造的向处理器提供输出的基于毛细管的压力阈值传感器的框图；
图5B是根据说明性实施例的向被动指示器提供输出的基于毛细管的压力阈值传感器的框图；
图6是图示使用根据说明性实施例构造的基于毛细管的压力阈值传感器的示例方法的流程图；
图7A和图7B是图示液体接触不同的平坦和有纹理的表面的各个接触角的图；
图8是示例疏水性纤维膜的空气水侵入的示意图；
图9、图10和图11分别图示了用于将根据说明性实施例构造的基于毛细管的压力阈值传感器安装在示例输液器的流体通路中的不同位置；
图12是示例输液泵的透视图；
图13是图12中的输液泵的透视图，其中壳体盖被移除以暴露基板上的示例泵部件；以及
图14、图15、图16A和图16B分别图示了用于将根据示例性实施例构造的基于毛细管的压力阈值传感器安装在示例输液泵的流体通路中的不同位置。
在整个附图中，相似的附图标记将被理解为指代相似的元件、特征和结构。
具体实施方式
现在将详细参考在附图中描绘的说明性实施例。本文描述的实施例通过参考附图来举例说明而不是限制说明性实施例。
根据本公开，提出了基于毛细管的压力阈值传感器200，其使用疏水性多孔材料或介质208以及该介质的流体穿透压力的固有特性 (例如，基于毛细管的压力阈值)来检测给定应用中的期望超压状况或事件，诸如检测流体输送应用中流体通路中的超压。图1A和图1B各自图示了示例基于毛细管的压力阈值传感器200，该示例基于毛细管的压力阈值传感器200在由诸如聚合物材料的材料形成以包围流体204的流体通路202上实现。如下面更详细描述的，在流体通路 202上的传感器200用于检测其膜208和可选的膜214在流体通路中的流体压力超过作为堵塞(例如或其它状况)的指示器的指定阈值之后何时受损。
图2A图示了在传感器200中使用的示例介质208、214的局部视图，该介质具有与液体204接触的第一侧210和与诸如空气的气体接触的第二侧212。用于液体的基于毛细管的压力阈值传感器200利用作为膜208的疏液性多孔介质(例如，疏水性、超疏水性、疏油性和双疏性多孔膜)的特性，以及可选地作为膜214的亲液性多孔介质 (例如，亲水性、超亲水性、亲油性和双亲性多孔膜)的特性，以在跨膜208或214的压力升高至高于流体204的穿透压力的情况下检测流体204何时通过膜208或214。毛细管压力p相对于以下公式是接触角θ、表面张力γ和界面有效半径r的函数：
Figure DEST_PATH_GDA0003191332840000131
对于多孔膜，流体穿透压力由膜中对应的相邻纤维213所限定的等效最大孔的毛细管压力决定，如图2A中所示。等效的最大孔是液体必须以给定的渗透路径在纤维213中从膜的一侧210到另一侧212 穿过的最小孔。除了膜214a之外，图2B示出了用于膜214b的亲液性多孔介质，当其被液体204润湿时，其将防止空气由于毛细力而进入介质214。应当理解的是，毛细管压力可以是正的(例如，亲液性多孔介质)或负的(疏液性多孔介质)。负的毛细管压力将防止液体通过，但将允许气体通过，而正的毛细管压力将允许液体容易通过，但一旦被所述液体润湿，将防止气体通过。
参考图1A、图3A和图3B，并且根据示例实施例，基于毛细管的压力阈值传感器200通过使用用于与流体管线或通路202的流体 204接触的疏水性膜208的疏水性、超疏水性、疏油性或双疏性多孔介质(即，也称为“疏液性多孔介质”)形成。在一个示例实施例中，疏水性膜208是超疏水性多孔膜，其密封沿着流体通路202形成的端口206。传感器200包括用于检测放置在多孔膜208附近或与多孔膜 208直接接触的目标流体204的存在的流体检测器或流体检测元件 216(例如，包括电极218a，b的被动开关或主动开关)，以在流体穿过膜208之后检测流体204的存在。选择用作膜208的多孔介质的特性(例如，孔隙尺寸、厚度、材料、形貌、涂层和与流体的接触角等)以获得期望的流体穿透压力，其中流体穿透压力是通过多孔膜 208的两侧210、212之间的压力差克服防止流体填充孔的毛细管压力的压力。
继续参考图1B、图3A和图3B，可以将第二多孔膜214(即，也称为“亲液性多孔介质”)可选地插入到流体检测器216和疏液性多孔介质208之间，以允许流体204以受控的方式扩散并优化流体检测器216对其的检测。在一个实施例中，一旦与流体接触，亲液性多孔介质214就膨胀以进一步改善与流体检测器216的接触来优化检测。在另一个实施例中，膨胀的亲液性多孔介质214通过机械作用触发示例流体检测器元件216(例如，开关)。在示例实施例中，疏液性多孔介质208被焊接在形成流体通路202的聚合物材料上，使得密封由聚合物材料中的孔洞形成的端口206，从而允许进入流体管线或通路 202。在示例实施例中，流体检测器216由与亲液性多孔介质214直接接触的两个电极218a，b形成。选择亲液性多孔介质214，使其在干燥时的电导率与被流体204润湿时的电导率不同。然后可以借助于两个测量电极218a，b之间的电阻变化来检测流体的存在。如果流体204具有低电导率(例如，纯水)，那么可以将离子化合物(诸如盐) 放置在流体管线202与流体检测器216的电极218a，b之间的路径中以增加流体204的电导率并允许对其的检测。图1A和图1B中的伸缩引脚(Pogopin)229和相邻的接触垫228可以用于将电路(即，电极218a，b)连接到具有微控制器或其它部件的单独的PCB。
如图3A和3B中所示，可以使用排气型电极218a，b。例如，在感测电极218a，b的位置处的通孔220允许空气逸出并有效地引导流体204接触电极。排气型电极218a，b是有利的，因为它们避免了在电极处截留的空气或气泡的袋，其可能会阻止适当的电接触位置并因此损害对流体204的检测。
参考图3A、图3B和图4，在示例实施例中，电极218a，b由印刷电路板(PCB)222上的接触垫制成。借助于热固销22对PCB 222进行热固，以维持与亲液性多孔介质214的紧密接触，并且亲液性多孔介质214与疏液性多孔介质208直接接触。流体检测器216的电极218a，b可以充当断开开关，其在与流体204接触时闭合，以触发可以由微控制器226或其它类型的处理设备处理的通知，如图5A 中所示，或生成如图5B中所示的被动通知。一个电极218a可以连接到微控制器226的接地引脚，并且另一个电极218b可以连接到微控制器226的输入引脚。具有高值(例如，100kOhm)的上拉电阻器232可以连接到电源(未示出)的正轨。上拉电阻可以在1k Ohm 至100M Ohm的范围内，其相对于湿/干电极的阻抗的值在图5A中用234一般性地指示。通过适当地连接电极218a，b和微控制器226 的引脚，上拉电阻器和下拉电阻器可以互换使用。这样的实施例的优点在于，只要在放置传感器200的流体管线202中不发生超压状况或事件，传感器200的功耗就非常低。在另一个示例实施例中，流体 204降低由电极218a，b感测到的电导率，并以与前述类似的方式触发可检测的事件。在示例实施例中，电极中的一个电极可以连接到微控制器的输出引脚，并且另一个电极可以连接到微控制器的输入引脚。在另一个示例实施例中，电极中的一个电极连接到与微控制器具有公共接地的电源的正轨，并且另一个电极连接到微控制器的输入引脚。在另一个实施例中，向电极提供交变信号，以替代地具有或不具有 DC偏压。
应该理解的是，出于示例目的，本文中的流体检测器216的描述是作为功能开关的，而不一定是电子部件。例如，与其中闭合开关的电阻通常大约小于1欧姆的典型电气开关部件相反，用作“闭合开关”的流体检测器216的电阻相对高(例如，取决于电极218的几何形状，诸如电极的材料、流体的特性等，为几千欧姆)。根据本文的示例实施例，电极218被用作电容传感器。
此外，根据示例实施例，流体检测元件216是被动的并且直到目标流体通过多孔介质泄漏到达多孔介质的相对的第二侧才被激活。根据替代实施例，流体检测元件216是主动的，并且提供不同的输出或读数(例如，对于处理器)，该输出或读数将其中目标流体202尚未通过多孔介质208泄漏的第一状态与其中目标流体202已通过多孔介质208泄漏的第二状态区分开。在示例实施例中，可以借助于光学、电容、电感或湿度传感器216来检测流体的存在。在图5B中所示的实施例中，流体检测器216直接与指示器一起操作(例如，流体202 的存在在与充当完全被动的指示器的流体检测器216相关联的材料中引起颜色变化)，而不使用如图5A中所示的处理器。被动指示器可以用作光学指示器或视觉指示器，其在视觉上(例如，向用户的裸眼) 指示状态的变化，诸如从流体检测器216未与流体200接触时到流体泄露通过或以其它方式与(一个或多个)膜208和流体检测器216接触时的颜色变化。这样的实施方式例如在具有IPX8规格的智能电话或其它设备中会是有用的，其中，如果布置在智能电话或其它情况 IPX8额定设备的外壳或机壳中的流体检测器216受到高于IPX8规格的流体压力，那么与流体检测器216相关联的被动指示器将被触发，从而使保修无效。
虽然图4图示了PCB 222在电极218a，b和通孔之间具有迹线，用于有线连接到处理设备226的引脚，但是传感器200可以具有无线通信能力，以至少将流体检测器216状态改变传送到处理设备226。例如，当前有一些技术用于向无线传感器供电，诸如以感应方式通过射频能量传递或以电容方式提供无线功率，如在美国专利申请公开 No.2008/0129475A1中所描述的。在该专利公开中，推荐将RFID或 SAW用于传感器供电。这些技术中的一种可以用于提供足够的功率和信号放大，以允许将信息(例如，来自流体检测器216的感测到流体并且因此开关216被激活的通知)从传感器200无线传递到部署传感器200的设备(例如，药品输送设备)或另一个设备(例如，用户接口)中的询问器。替代地，流体检测器216可以被配置为被动。
在另一个示例实施例中，图1A中的亲液性多孔介质214和图 1B中的214a是溶胀的亲液性材料，当其溶胀(例如，由于流体204 泄漏通过)时，机械地触发开关。亲液性多孔介质214可以是当吸收液体204时膨胀或溶胀的多孔材料，从而迫使亲液性多孔介质214紧靠电极218a，b紧密接触。溶胀的亲液性材料可以是例如脱水水凝胶、泡沫或海绵状材料。脱水的水凝胶还可以装载有盐或材料，从而增加液体装载的材料的电导率，以改善经由电极检测流体的可靠性。
根据另一个示例实施例，基于毛细管的压力阈值传感器200是一次性传感器(例如，一旦其将流体204泄漏到膜中并且流体检测器 216被激活，就不再有用)。在另一个实施例中，基于毛细管的压力阈值传感器200可以在已经通过疏液性多孔介质208的流体204排空由流体检测器216探测到的区域之后被重新使用。
根据另一个示例实施例，具有比疏液性多孔介质208更高的流体穿透压力的疏液性多孔介质(未示出)被放置在传感器200的顶部以封装感测区域并防止任何流体204泄漏超过检测区域，并为避免可能产生误报检测的水凝结提供屏障。根据另一个示例实施例，可以通过在电极218a，b上具有粗糙的表面和/或使导电材料压接亲液性多孔介质216和/或具有渗入亲液性多孔材料214中的导电材料(诸如将多孔材料214与各个电极218a，b连接在一起而不会使电极短路的导电胶)和/或通过具有集成电路来改善电极218a，b和亲液性多孔介质214之间的接触。根据另一个示例实施例，传感器200可以具有多于两个电极218a，b和多传感器配置。例如，可以将不同的电极配置和功能化为检测各种流体特性，包括可以通过电化学测量和/或阻抗谱进一步分析的高级流体特性。作为另一个示例，可以使用用于疏水性膜的热敏材料(例如，聚-N-异丙基丙烯酰胺或PNIPAM)。在一个示例实施例中，可以选择接触角随特定条件而变化的材料，以结合除了流体管线超压之外的多种因素的检测。例如，由诸如PNIPAM 之类的热响应性材料构成或涂覆的多孔介质208用于检测低于下临界溶液温度(LCST)的温度或高于流体穿透压力的压力。
根据示例实施例，在图6中图示了制造和使用基于毛细管的压力阈值传感器200的方法。例如，对于诸如期望检测超压状况的给定应用是流体管线(例如，药品输送设备中的导管和具有胰岛素的容器之间的流体通路)，选择要在流体通路202中检测到的超压阈值(方框 280)。选择基于毛细管的压力阈值传感器，其包括多孔介质208，当流体压力超过其流体穿透压力阈值时，该多孔介质208允许流体通过该介质泄漏(方框282)。多孔介质208具有至少一个多孔特性和与超压阈值相关的流体穿透压力阈值。基于毛细管的压力阈值传感器 200沿着流体管线或通路202放置，使得多孔介质208的一侧210与流体通路202中的流体204接触(方框284)。传感器200在介质 208的相对侧212上具有电极218a，b，其可以作为开关操作，该开关断开直到其在与流体204接触时闭合(方框286)。开关216的闭合触发通知(例如，来自被动类型的开关216的光学或颜色改变指示，或从主动类型的开关216到处理设备226的输出)(方框288)。应该理解的是，基于毛细管的压力阈值传感器200对于检测不同类型的流体管线202中相对于不同类型的流体以及不同类型的流体设备或系统中的压力是有用的，并且因此不受药品输送设备和流体药物的限制。
现在描述用于制造基于毛细管的压力阈值传感器200的一些示例材料。例如，超疏水性多孔膜(例如，Millipore
Figure DEST_PATH_GDA0003191332840000181
膜) 可以用作介质208。流体检测器216可以由例如与液体接触的导电迹线(例如，适用于Pegfilgrastim和胰岛素)、存在于刚性或柔性 PCB 222上的导电垫或膜开关制成。导电垫可以由但不限于金/铜/锡 /Ag/AgCl材料制成。下表1提供了一种类型的SureVent PVDF超疏水性材料的示例多孔膜特性和对于水的对应的流体穿透压力(psi)。应该理解的是，孔隙尺寸、厚度和流体穿透压力之间的关系可以与表 1不同。例如，对于表1中具有相同孔隙尺寸和厚度特性的不同材料或涂层(即，导致不同的接触角)，水的穿透压力可能不同。
Figure DEST_PATH_GDA0003191332840000191
表1
根据示例实施例构造的基于毛细管的压力阈值传感器200可以在柔性或刚性流体通路202中实现。具有疏水性多孔膜208(例如，具有可选的亲水性材料214)的配置，流体检测系统或元件216(例如，电极218a，b，或机械或光学或其它类型的开关)可以潜在地被集成在流体路径上的任何地方，只要疏液性多孔膜208与需要或寻求超压检测的流体管线202中的流体204接触。
基于毛细管的压力阈值传感器200的示例实施例的基础技术原理是疏液性多孔介质208(例如，疏水性介质)的毛细管压力，以及当被液体溶液润湿时疏液性介质208、214的电导率。根据一个示例实施例，流体204是导电的并且穿过疏液性多孔膜208，并且通过经由可选的第二介质214(例如，海绵材料)的电阻的改变闭合开路216 来检测超压事件。如果在传感器200中没有使用可选的第二介质214，那么流体204本身代替电极218a，b之间的间隙中的空气，并闭合电极之间的电路。根据另一个示例实施例，电极218a，b中的一个被激励(例如，使用电容与DC电路)并且进行测量。无论哪种方式，都可以测量由于流体的介质饱和而导致的电极218a，b区域中介质阻抗的变化，以确定超压事件。
如上所述，当为具有多孔特性和对应的穿透压力的介质208选择疏液性多孔材料时，可以考虑许多因素，以实现寻求检测超压事件的应用的期望压力阈值。例如，介质208可以采用超疏水性多孔膜。疏液性多孔材料的不同特性(例如，粗糙度、孔隙尺寸、材料、涂层、膜的厚度等)会影响关于哪个具有与寻求当被超过时要被检测到的期望压力阈值对应的穿透压力的决策。
毛细管是表征与多孔材料的流体相互作用的性质的主要因素。具有毛细管负压的纤维材料是疏水性的，并且它们可以用作各种应用的膜或防水屏障。精确的毛细管压力预测对于正确设计用于燃料电池的气体扩散层(GDL)或涉及流体-流体或流体-气体分离的其它应用也是重要的。图8示出了在膜的底部附近经历破裂不稳定性的空气水界面的放大图。具有疏水性倾向的表面可以通过增加粗糙度或更准确地说是某种类型的形貌而被增强为超疏水性，如图8中的示例纤维膜所示。当使疏水性纤维膜(例如，用于直接接触膜蒸馏的蒸馏膜)与水接触时，疏水性纤维抵抗水侵入到膜的孔隙(纤维之间的空间)中。但是，浸没的疏水性膜不能在高压下保持干燥。这是因为膜外部的水和膜内部的空气之间的界面在过高的压力下变得不稳定，从而导致水进入膜的孔隙(即，膜的毛细管压力无法平衡入侵压力)。水进入膜的压力通常被称为液体进入压力、液体穿透压力或水穿透压力(在水溶液的情况下)。
图7A和图7B图示了杨氏方程式及其与介质表征为疏水性或亲水性的相关性。表面张力γLV与液体和蒸气之间的界面的存在相关，并且仅是界面张力的一个示例。当一滴液滴停留在固体上时，固体- 液体和固体-蒸气的另外两个界面变得相关，并且还提供界面张力γSL和γSV。这三个界面力之间的平衡决定了是否将附着在固体上的液滴最终拉出到膜中，或者它是否将保留为液滴，如果是这样，还决定其在固体表面上的覆盖范围。在光滑且平坦的表面上，干燥表面每单位面积的相互作用能为γSV；但是，对于涂有液体薄层的同一表面，存在两个界面，其中每单位面积的组合相互作用能为γSL+γSV。因此，在光滑且平坦的表面上膜现成的条件是根据以下公式(1)降低能量：
S＝γSL+γLV-γSV>0
其中S已被定义为扩展能力。
当未形成膜并且液滴以部分润湿状态保留在表面上时，在液滴的边缘处存在平衡接触角θe。这是三相(固体-液体-汽体)接触管线处液体-气体界面的切线角。接触角与液滴大小无关，并由杨氏方程式 (2)描述：
Figure DEST_PATH_GDA0003191332840000211
进一步关于疏水性、亲水性和超疏水性，完全亲水(或润湿)的表面是在其上形成膜的表面，使得方程式(1)有效并且对于S＝0，方程式(2)示出了该阈值对应于θe＝0°。完全疏水性表面将是对于液滴在能量上不利于有任何接触的表面，并且这对应于θe＝180°。因此，在这两个值之间具有有限接触角的所有液滴都被部分润湿。一般而言，如果水接触角小于90°，那么固体表面被视为亲水性的，并且如果水接触角大于90°，那么固体表面被视为疏水性的。水接触角大于150°的表面/材料通常被称为超疏水性的。
通过增加粗糙度或更准确地说是某种类型的形貌，可以将具有疏水性倾向的表面增强为超疏水性。这可以看作是表面化学性质的物理放大。它可以将接触角增加到远远超出仅化学作用时可能的接触角，并且在一些情况下可以接近180°。它还可以将接触角减小至0°，这远多于单独化学作用所预期的。可以用与推导杨氏方程式相同的方式来理解表面形貌的放大效果。相貌的形状和其粗糙的比例以及几何形状粗糙度和所选择的液体在所选择的材料上的接触角均会影响润湿和反润湿。Wenzel的方程式预测，低于90°的接触角可以通过粗糙度来降低，并且增加更高的角，但桥接效果使一些具有较低固有接触角的表面显示出接触角随粗糙度增加。粗糙度的形状对于引起桥接是重要的。这些因素在设计用于特定目的的材料(诸如基于毛细管的压力阈值传感器200采用的疏液性多孔介质208和可选的亲液性多孔介质214)时具有广泛的范围。
本公开利用疏液性多孔介质208的流体穿透压力特性，以允许要在多孔介质的另一侧212上检测到的通过该介质泄漏的一些流体204，这允许检测何时流体管线202中的压力上升到预预定阈值以上。与涉及使用主动传感器来连续测量流体管线中的压力的解决方案不同，根据本文描述的说明性实施例的基于毛细管的压力阈值传感器200非常紧凑并且允许非常小的占用面积使得易于集成在小型设备中、需要很少的数据处理和计算能力、没有移动零件、死体积(dead volume) 很低、具有成本效益、可以用最少的组装步骤制造、具有非常低的功耗、可以批量生产，并且可以用于在不使用任何压力换能器的情况下检测特定的压力阈值。
现在将根据说明性实施例描述基于毛细管的压力阈值传感器200 在不同类型的设备的流体管线202中的示例安装。图9、图10和图 11分别图示了用于在示例输液器的流体通路中安装基于毛细管的压力阈值传感器200的不同位置。示例输液器在共同拥有的US10398852和US9782536中进行了描述，这些专利各自通过引用整体并入本文。
图9和图10描绘了部署在输液器座中的传感器200。图11图示了固定(例如，焊接)在输液器的管道上的传感器200。图9和图11 描绘了传感器200和处理器226之间的无线通信。关于图10，设备 120包括壳体122和壳体粘合剂124，以及针座126和针座粘合剂 128。柔性连接件130设在外壳体122与针座126之间，并且例如可以被配置为容纳传感器200。两个针座122和126可以作为单个设备被附接到皮肤的表面，并且可以被配置为使得内部针座126维持导管134相对于导管134已经插入其中的组织的位置。
图12是其中可以部署基于毛细管的压力阈值传感器200的示例输液泵的透视图。贴片泵1在共同拥有的WO 2016048878中进行了描述，该专利通过引用整体并入本文。泵1具有壳体10，壳体10包括液体密封的或优选气密性密封到基座9的主盖2。基座9承载各种部件。图13以透视图图示了贴片泵1的一些主要部件，其中为了清楚起见，移除了主盖2和容器4。根据一个实施例，填充口43是用于将药物供应到容器4的导管。在一些实施例中，填充口43可以包括用作药物从容器4流出的流动路径的一部分的部分。储器32例如通过管道连接到插入机构7，以在将药物注射到患者的皮肤中之前将药物转移到插入机构7。贴片泵1优选地包括用于存储药物(诸如胰岛素)的容器4、用于泵送药物以离开容器4的泵3，以及用于检测药物流动路径中的压力量的力感测电阻器30。贴片泵1还优选地包括用于对贴片泵1进行编程和操作的电子器件8，以及用于将套管47 插入到患者的皮肤中以输送药物的插入机构7。
可以使用基于毛细管的压力阈值传感器200来代替或补充示例输液泵1中现有的压力传感器30，并且可以将传感器200用于流体输送或运输设备的流体通路中的不同位置。例如，图14示出了沿着插入机构7的管道布置的基于毛细管的压力阈值传感器200。图15图示了贴片泵1的基座9的底表面22。基座9的底表面22包括第一和第二流体通道24、26。第一和第二流体通道24、26在贴片泵1中的各个部件(诸如容器4、填充口43、力感测电阻器30、泵3和插入机构7)之间提供流体通路。如图15中所示，可以沿着第一和第二流体通道24、26中的一个或两个部署基于毛细管的压力阈值传感器 200。基于毛细管的压力阈值传感器200可以例如安装在覆盖通道的膜中的端口上。基板还可以具有用于将传感器200连接到电子器件8 中包括的处理器的通孔。
根据另一个实施例，贴片泵可以具有布置在贴片泵1的内部12 中的流体通道板34，以提供药物流体通路，如图16A和16B中所示。流动通道板34包括由流体通道盖28封装的第一和第二板流体通道 36、38，为清楚起见流体通道盖28被省略。板流体通道36、38将药物流体流通过贴片泵1的内部12路由到各个部件。基于毛细管的压力阈值传感器200可以例如安装到盖中的端口。流动通道板34还可以具有用于将传感器200连接到电子器件8中包括的处理器的通孔。
本领域技术人员将理解的是，本公开不限于其应用于以上描述中阐述的或附图中图示的构造的细节和部件的布置。本文的实施例能够具有其它实施例，并且能够以各种方式实践或执行。而且，将理解的是，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用旨在涵盖本文档中列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另有限制，否则本文中术语“连接”、“耦合”和“安装”及其变型被广泛使用并且包括直接和间接连接、耦合和安装。此外，术语“连接”和“耦合”及其变型不限于物理或机械连接或耦合。另外，诸如上部、下部、底部和顶部的术语是相对的，并且用于帮助图示，但不是限制性的。
根据说明性实施例采用的说明性设备、系统和方法的部件可以至少部分地在数字电子电路系统、模拟电子电路系统或在计算机硬件、固件、软件或它们的组合中实现。例如，这些部件可以例如作为计算机程序产品来实现，诸如计算机程序、程序代码或有形地实施在信息载体中或机器可读存储设备中的计算机指令，用于由诸如可编程处理器、计算机或多个计算机等数据处理装置执行或控制操作。
计算机程序可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或其它适用于在计算环境中使用的单元。可以部署计算机程序以在一个计算机上或在一个站点处的多个计算机或者分布在多个站点上并通过通信网络互连的多个计算机上执行。而且，用于实现说明性实施例的功能程序、代码和代码段可以由说明性实施例所属领域的程序员容易地解释为在由说明性实施例例示的权利要求的范围内。与说明性实施例相关联的方法步骤可以由执行计算机程序、代码或指令以执行功能的一个或多个可编程处理器执行(例如，通过对输入数据进行操作和/或生成输出)。例如，方法步骤也可以由专用逻辑电路系统来实现，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)，并且说明性实施例的装置可以被实现为专用逻辑电路系统，例如FPGA或ASIC。
结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、FPGA或其它可编程逻辑设备、分立的栅极或晶体管逻辑、分立的硬件组件或设计为执行本文所述的功能的其任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但可替代地，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如， DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器或任何其它这样的配置。
作为示例，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器、以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将接收来自只读存储器或随机访问存储器或两者的指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大容量存储设备，或可操作地耦合以从该一个或多个大容量存储设备接收数据或将数据传输到该一个或多个大容量存储设备或两者，大容量存储设备例如磁盘、磁光盘或光盘。适用于实施计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，作为示例包括半导体存储器设备，例如电可编程只读存储器或ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存设备和数据存储盘(例如，磁盘、内部硬盘或可移动盘、磁光盘以及CD-ROM和DVD-ROM 盘)。处理器和存储器可以由专用逻辑电路系统补充或合并到专用逻辑电路系统中。
本领域技术人员将理解的是，可以使用各种不同技术和技巧中的任何一种来表示信息和信号。例如，可以在整个以上描述中参考的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或其任何组合表示。
本领域技术人员还将认识到的是，结合本文所公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面已经在其功能方面对各种说明性部件、方框、模块、电路和步骤进行了一般描述。这种功能被实现为硬件还是软件取决于特定应用和施加于整个系统的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式来实现所描述的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离由说明性实施例示例的权利要求的范围。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、ROM、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息，并且可以向存储介质写入信息。替代地，存储介质可以与处理器集成在一起。换句话说，处理器和存储介质可以驻留在集成电路中或被实现为分立组件。
计算机可读非暂态介质包括所有类型的计算机可读介质，包括磁存储介质、光存储介质、闪存介质和固态存储介质。应该理解的是，软件可以安装在中央处理器(CPU)设备中并与之一起出售。替代地，可以获得软件并将其加载到CPU设备中，包括通过物理介质或分发系统获得软件，包括例如从软件创建者拥有的服务器或从软件创建者未拥有但使用的服务器获得软件。例如，软件可以存储在服务器上，以便通过互联网进行分发。
除非在所附权利要求中阐述，否则以上给出的描述和附图仅旨在作为示例，并不旨在以任何方式限制说明性实施例。特别要注意的是，本领域技术人员可以容易地以多种其它方式组合上面已经描述的各种说明性实施例的各种元件的各种技术方面，所有这些方面都被认为是在权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种基于毛细管的压力阈值传感器，其特征在于，包括：
具有至少一个多孔特性和流体穿透压力阈值的多孔介质，所述多孔介质允许当流体压力超过多孔介质流体穿透阈值时，流体从其第一侧通过介质泄漏到其相对的第二侧；以及
流体检测元件，至少邻近所述多孔介质的第二侧布置并且被配置为检测所述多孔介质的第二侧上至少目标流体的存在。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括与所述多孔介质的第二侧接触的两个电极。
3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述多孔介质选自疏水性介质、超疏水性介质、疏油性介质和双疏性多孔介质。
4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述多孔介质的所述至少一个多孔特性选自孔隙尺寸、厚度、材料、形貌、涂层和与所述流体的接触角。
5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述多孔介质是第一多孔介质，并且所述传感器还包括第二多孔介质，所述第二多孔介质至少邻近所述第一多孔介质的第一侧布置，以便至少在目标流体通过所述第一多孔介质泄漏之前与目标流体接触，其中所述第二多孔介质具有允许流体容易地渗入所述第二多孔介质并且防止气体在所述第二多孔介质被目标流体渗入之后通过所述第二多孔介质直到气体超过第二多孔介质气体进入压力为止的一个或多个多孔特性。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的传感器，其特征在于，还包括补充多孔介质，所述补充多孔介质至少邻近第一多孔介质的相对侧布置，以便至少在目标流体通过第一多孔介质泄漏之前与目标流体接触，其中第二多孔介质具有允许流体容易地渗入所述第二多孔介质并增强目标流体与流体检测元件之间的接触的一个或多个多孔特性。
7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述补充多孔介质选自亲水性介质、超亲水性介质、亲油性介质和双亲性多孔介质。
8.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述补充多孔介质选自当与流体通路中的流体接触时溶胀的材料，并且所述流体检测元件作为通过所述第二多孔介质的溶胀而被激活的被动开关操作。
9.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述流体检测元件包括与所述补充多孔介质接触的两个电极。
10.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述补充多孔介质被选择为在干燥时以及在被流体通路中的流体润湿时具有不同的电导率。
11.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述流体检测元件包括由印刷电路板PCB上的接触垫制成的两个电极。
12.如权利要求11所述的传感器，其特征在于，所述PCB经由热固销被热固以维持与所述第二多孔介质的接近度并与所述多孔介质直接接触。
13.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述流体检测元件包括至少两个电极，所述至少两个电极可操作为被动开关，所述被动开关断开直到其在与流体接触时闭合。
14.如权利要求13所述的传感器，其特征在于，还包括指示器元件，所述指示器元件被配置为当目标流体已通过所述多孔介质泄漏到其第二侧时改变状态，并且改变状态选自颜色指示和颜色指示的变化。
15.如权利要求13所述的传感器，其特征在于，所述流体检测元件在闭合时触发能够由连接到电极的微控制器处理的通知。
16.如权利要求13所述的传感器，其特征在于，电极中的一个电极连接到微控制器的接地引脚，并且另一个电极连接到所述微控制器的输入引脚。
17.如权利要求13所述的传感器，其特征在于，电极中的一个电极连接到微控制器的输出引脚，并且另一个电极连接到所述微控制器的输入引脚。
18.如权利要求15所述的传感器，其特征在于，电极中的一个电极连接到与所述微控制器具有公共接地的电源的正轨，并且另一个电极连接到所述微控制器的输入引脚。
19.如权利要求17或18所述的传感器，其特征在于，还包括下拉电阻器，所述下拉电阻器连接在所述输入引脚和连接到所述微控制器的负极或接地端子的负轨之间。
20.如权利要求15所述的传感器，其特征在于，还包括上拉电阻器，所述上拉电阻器连接到所述微控制器的电源或参考电压的正轨和输入引脚。
21.如权利要求20所述的传感器，其特征在于，所述上拉电阻器具有大约1k Ohm至100MOhm的电阻。
22.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述流体检测元件是被动的并且直到目标流体通过所述多孔介质泄漏到达所述多孔介质的相对的第二侧才被激活。
23.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述流体检测元件是主动的并且提供不同的输出，所述不同的输出将其中目标流体尚未通过所述多孔介质泄漏的第一状态与其中目标流体已经通过所述多孔介质泄漏的第二状态区分开。
24.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括覆盖第一多孔介质的热响应材料，以检测选自目标流体中的指定温度和指定压力变化的状况。
25.如权利要求24所述的传感器，其特征在于，所述热响应材料是聚N-异丙基丙烯酰胺PNIPAM。
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