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Die Erfindung betrifft einen Gassensor, insbesondere einen Gassensor zur Verwendung in einem Handgerät.
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Gassensoren werden häufig verwendet, um die physikalischen Eigenschaften oder die chemischen Eigenschaften von Gasen zu erfassen, wobei sie in Medizin-, Industrie-, Umweltschutzbereichen und anderen Bereichen eingesetzt werden.
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Als Stand der Technik, wie beispielsweise „tragbare Asthmaerfassungsvorrichtung und deren unabhängige Erfassungsvorrichtung“ ist aus der
TW 201219010 bekannt, bei der es sich um einen Gassensor handelt, der zusammen mit einer Handvorrichtung ausgelegt ist. Der Gassensor umfasst: ein Gehäuse, ein Gasmessmodul, das eine Turbine und eine Mikrostrommesskomponente aufweist, ein Gaseinführungsrohr und eine Signalleitungseinheit. Auf diese Weise kann die Atmungsdetektion jederzeit und an jedem Ort durchgeführt werden, wodurch die Wirkung der Überwachung von Asthma verbessert werden kann.
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Durch die oben erwähnte Konstruktion ist es möglich, das Gas durch das Handgerät zu erfassen, es ist jedoch unpraktisch und ungünstig, den Gassensor an dem Handgerät anzubringen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gassensor für Handgeräte zu schaffen, der durch einfache Maßnahmen die oben genannten Nachteile vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Gassensor für Handgeräte, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor.
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Gemäß der Erfindung wird ein Gassensor für Handgeräte bereitgestellt, wobei der Gassensor in einen Hohlraum des Handgeräts eingebaut ist, wobei der Gassensor Folgendes aufweist:
- eine Leiterplatte, die mindestens ein Durchgangsloch aufweist;
- ein Messchip, die an der Leiterplatte angeordnet ist und mindestens einen Erfassungsbereich aufweist, der an der Stelle des Durchgangslochs freiliegt; und
- einen Gaskanal, durch den ein zu erfassendes Gas in das Durchgangsloch gelangt und sich in Kontakt mit dem Erfassungsbereich befindet, und wobei der Gaskanal einen ersten Nebenkanal, der an das Durchgangsloch angrenzt, einen vom Durchgangsloch entfernten zweiten Nebenkanal und einen den ersten Nebenkanal und den zweiten Nebenkanal verbindenden Verbindungskanal aufweist,
wobei das zu erfassende Gas beim Strömen im ersten Nebenkanal einen ersten Luftdruck und im zweiten Nebenkanal einen zweiten Luftdruck hat, wobei der Gaskanal 30 ferner eine Struktur aufweist, die so ausgebildet ist, dass der erste Luftdruck kleiner ist als der zweite Luftdruck.
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Gemäß der Erfindung beträgt die Breite des ersten Unterkanals D1, wobei die Breite des zweiten Unterkanals als D2 bezeichnet ist, und wobei D1 kleiner ist als D2.
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Gemäß der Erfindung ist der Verbindungskanal abgewinkelt ausgebildet ist.
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Gemäß der Erfindung ist der Verbindungskanal mit einem Sperrelement versehen.
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Gemäß der Erfindung ist der Verbindungskanal an einer Wandseite mit einem Druckreduzierloch versehen.
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Gemäß der Erfindung sind zwei Sensorelemente zum Erfassen unterschiedlicher Zielmoleküle im Sensorbereich vorgesehen.
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Gemäß der Erfindung handelt es sich bei der Leiterplatte um eine gedruckte Leiterplatte.
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Gemäß der Erfindung handelt es sich bei dem Messchip um einen Flip-Chip.
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Gemäß der Erfindung ist ferner eine wasserdichte gasdurchlässige Membran vorgesehen, die zwischen dem Erfassungsbereich und dem Gaskanal angeordnet ist.
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Gemäß der Erfindung ist ferner eine Sperrschicht vorgesehen, die den Messchip und die von der wasserdichten gasdurchlässigen Membran abliegende Seite der Leiterplatte abdeckt.
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Zusammengefasst lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Gassensor beispielsweise folgende Vorteile realisieren:
- 1. Der Gassensor ist in das Handgerät integriert und insbesondere im Hohlraum des Handgeräts angeordnet, beispielsweise in einem Hohlraum, der das Mikrofon aufnehmen kann. Es ist aber nicht darauf beschränkt. Das heißt, der Gassensor kann mit dem herkömmlichen Handgerät verbunden werden, wodurch dieser für den Benutzer bequem zu verwenden ist. Außerdem ist es nicht notwendig, andere Sensoren zu tragen, wie dies beim Stand der Technik meist der Fall ist.
- 2. Durch die Gestaltung des Gaskanals wird der Luftdruck zum Zeitpunkt des Blasens reduziert, wodurch vermieden wird, dass der Messchip beschädigt wird.
- 3. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Gassensor mit einer wasserdichten und gasdurchlässigen Membran versehen, die Feuchtigkeit, Staub und andere winzige Substanzen blockieren kann, wodurch das Gerät vor Beschädigung geschützt wird. Außerdem wird vermieden, dass eine ungenaue Erfassung beim Messchip aufgrund von Feuchtigkeitsstörungen auftritt.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gassensors;
- 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gassensors;
- 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gassensors;
- 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gassensors; und
- 5 eine perspektivische Darstellung eines Handgeräts, in dem sich ein erfindungsgemäßer Gassensor befindet.
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Wie aus den 1 bis 5 ersichtlich, weist ein erfindungsgemäßer ein für Handgeräte M vorgesehener Gassensor hauptsächlich eine Leiterplatte 10, einen Messchip 20 und einen Gaskanal 30 auf.
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Wie in 1 gezeigt, weist die Leiterplatte 10 eine obere Oberfläche 11, eine untere Oberfläche 12 und ein Durchgangsloch 13 auf, das sich durch die obere Oberfläche 11 und die untere Oberfläche 12 erstreckt. Die obere Oberfläche 11 der Leiterplatte 10 wird zum Tragen des Messchips 20 verwendet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Leiterplatte 10 um eine gedruckte Leiterplatte, wobei die untere Oberfläche 12 als wasserdichter, gasdurchlässiger Filmbefestigungsbereich zum Anbringen einer wasserdichten gasdurchlässigen Membran 40 dient. Die wasserdichte gasdurchlässige Membran 40 deckt das Durchgangsloch 13 ab, um einen besseren wasserdichten und staubdichten Effekt bereitzustellen.
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Der Messchip 20 hat eine Erfassungsfläche 21, auf der mindestens ein in Kontakt mit dem zu erfassenden Gas G stehender Erfassungsbereich 211 und mindestens ein Verbindungsbereich 212 ausgebildet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Erfassungsbereich 211 ein Erfassungsfilm ausgebildet, der durch ein Beschichtungsverfahren mit extrem niedriger Konzentration hergestellt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Messchip 20 ein Flip-Chip sein. Wie in 5 gezeigt, ist das Handgerät M mit einem Hohlraum 70 versehen, in dem ein Mikrofon beherbergt ist. Der Hohlraum 70 ist normalerweise an der Unterseite des Handgeräts M angeordnet. Wenn der Flip-Chip so verwendet wird, dass der Messchip 20 relativ zur Leiterplatte 10 auf den Kopf gestellt wird und der Erfassungsbereich 211 im Bereich des Durchgangslochs 13 der unten befindlichen Leiterplatte 10 freiliegt, kann der erfindungsgemäße Gassensor in dem für das Mikrofon des Handgeräts M vorgesehenen Hohlraum 70 montiert werden. Die Struktur des Flip-Chips kann eine kürzere Schaltung bereitstellen, die die Signalinterferenz stark reduzieren und den Verlust der Verbindungsschaltung reduzieren kann.
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Der Gaskanal 30 kommuniziert über das Durchgangsloch 13 mit dem Erfassungsbereich 211. Der Gaskanal 30 umfasst einen ersten Nebenkanal 31, der an das Durchgangsloch 13 angrenzt, einen vom Durchgangsloch 13 entfernten zweiten Nebenkanal 32 und einen den ersten Nebenkanal 31 und den zweiten Nebenkanal 32 verbindenden Verbindungskanal 33. Das zu erfassende Gas G hat beim Strömen im ersten Nebenkanal 31 einen ersten Luftdruck P1 und im zweiten Nebenkanal 32 einen zweiten Luftdruck P2. Der Gaskanal 30 hat ferner eine Struktur, um den ersten Luftdruck P1 kleiner als den zweiten Luftdruck P2 zu machen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Struktur eine rechtwinklige Biegung. Nachdem das zu erfassende Gas G in den Gaskanal 30 eintritt, wird dieses von der Wand an der Stelle des Verbindungskanals 33 blockiert und aufwärts bewegt. Schließlich tritt das Gas durch die wasserdichte gasdurchlässige Membran 40 hindurch und erreicht dann den Erfassungsbereich 211. Auf diese Weise ist der erste Luftdruck P1 kleiner als der zweite Luftdruck P2, wodurch verhindert wird, dass die Struktur des Erfassungsbereichs 211 durch die Beanspruchung der wasserdichten gasdurchlässigen Membran 40 nach wiederholtem Gebrauch beschädigt wird. In anderen Ausführungsbeispielen beträgt die Breite des ersten Unterkanals 31 D1, wobei die Breite des zweiten Unterkanals 32 D2 ist. D1 ist kleiner als D2, zum Beispiel D2 = 2D1.
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In anderen Ausführungsbeispielen umfasst der Gassensor ferner eine Sperrschicht 50, die den Messchip 20 und die von der wasserdichten gasdurchlässigen Membran 40 abliegende Seite der Leiterplatte 10 abdeckt. Mit der Sperrschicht 50 lässt sich das Handgerät M gut geschützt, um die Verwendung des Handgeräts M nicht zu beeinträchtigen.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der Verbindungskanal 33 ferner mit einem Sperrelement 60 versehen, mit dem der zweite Luftdruck P2 so reduzierbar ist, dass der erste Luftdruck P1 kleiner ist als der zweite Luftdruck P2, wenn das zu erfassende Gas G durch den zweiten Nebenkanal 32 einströmt. Im zweiten Ausführungsbeispiel kann der Verbindungskanal 33 abgewinkelt werden oder nicht, wobei ein oder mehrere Sperrelemente 60 vorhanden sein können.
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Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist ein Druckreduzierloch 34 an einer Wandfläche des Verbindungskanals 33 ausgebildet sein. Im Gebrauch tritt das eingeblasene Gas G teilweise durch das Druckreduzierloch 34 aus dem Gaskanal 30 aus. Nur ein Teil des zu erfassenden Gases kann problemlos in den ersten Nebenkanal 31 eintreten, um den zweiten Luftdruck P2 so zu reduzieren, dass der erste Luftdruck P1 kleiner ist als der zweite Luftdruck P2.
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Basierend auf der obigen Struktur kann im Gebrauch das zu messende Gas G durch den Gaskanal 30 entlang der durch den Pfeil angezeigten Richtung des Gaskanals 30 und schließlich durch das Durchgangsloch 13 hindurch zum Messchip 20 gelangen. Damit kann die Zusammensetzung des zu messenden Gases G erfasst werden.
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Erfindungsgemäß kann ferner der Effekt zur Erfassung einer Vielzahl verschiedener Gase erreichen, indem mindestens zwei Sensorelemente 20a, 20b zum Erfassen unterschiedlicher Zielmoleküle im Sensorbereich 211 vorgesehen sind [siehe 4]. Wie in 4 gezeigt, können zwei Messchips 20 zum Erfassen unterschiedlicher Gase vorgesehen sein, wobei jeder Messchip 20 Erfassungselemente 20a, 20b zum Erfassen bestimmter Moleküle aufweist. Die Messelemente 20a, 20b sind in den Messbereichen 211a, 211b freigelegt und befinden sich durch die Durchgangslöcher 13a, 13b jeweils in Kontakt mit dem zu erfassenden Gas G. Die Breiten D1a, D1b der ersten Nebenkanäle 31a, 31b sind kleiner als die Breite D2 des zweiten Nebenkanals 32. Das obige ist jedoch nur ein Beispiel und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
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Zusammenfassend ist der erfindungsgemäße Gassensor in das Handgerät M eingebaut. Im Gegensatz dazu, dass der herkömmliche Sensor extern an dem Handgerät M angebracht ist, kann die erfindungsgemäße Gestaltung den Komfort, die Stabilität und die Flexibilität beim Gebrauch verbessern kann.
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Gassensor für Handgeräte, der in einen Hohlraum (70) des Handgeräts (M) eingebaut ist, wobei der Gassensor einen Messchip (20), eine Leiterplatte (10) und einen Gaskanal (30) aufweist. Wenn im Betrieb das zu erfassende Gas im Gaskanal (30) über einen an einen Gaseinlass angrenzenden zweiten Nebenkanal (32) in einen von diesem abliegenden, ersten Nebenkanal (31) geblasen wird, wird der Luftdruck so geschwächt, dass der Luftdruck des ersten Nebenkanals (31) kleiner als derjenige des zweiten Nebenkanals (32). Dies verhindert nicht nur das Eindringen von Staub und anderen winzigen Substanzen in den Körper, sondern auch Schäden am Messchip, die durch den Luftdruck beim Blasen verursacht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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