DE60024624T2

DE60024624T2 - Resonanzdetektorschaltung, produktionsweise und gebrauch

Info

Publication number: DE60024624T2
Application number: DE60024624T
Authority: DE
Inventors: Thorning Bent BENSEN
Original assignee: Bent Thorning Bensen AS
Current assignee: Bent Thorning Bensen AS
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: ATE312391T1; WO2000079497A1; DE60024624D1; EP1188157B1; AU5390700A; EP1188157A1

Description

1. HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenzschwingkreis-Sensorvorrichtung, ein Verfahren für seine Herstellung und die Verwendung derselben für eine Fluid-Detektionsvorrichtung zum Detektieren eines Fluids in einem Artikel oder Behälter, zum Aufnehmen eines Fluids, insbesondere eines menschlichen oder tierischen Körperfluids und auf die Verwendung derselben für Schilder mit einem Hochfrequenzschwingkreis zur Diebstahlerfassung von Verkaufsartikeln.
Das technische Gebiet
Im Allgemeinen umfassen Vorrichtungen mit Hochfrequenzschwingkreis geschichtete Strukturen aus elektrisch leitenden Mitteln mit induktiven und kapazitiven Elementen und elektrisch isolierende Mittel, welche die elektrisch leitenden Schichten trennen, die durch separate Perforationen der elektrisch isolierenden Schichten elektrisch verbunden sind.
Vorrichtungen des Standes der Technik mit einem Hochfrequenzschwingkreis umfassen Leiterbahnen, die aus verschieden starken Metallfolien ausgeätzt sind, welche auf beiden Seiten einer flexiblen, isolierenden Trägerfolie laminiert sind. Leitende Verbindungen werden durch Durchgangskontakte durch die Folie hindurch hergestellt, was ein zeitraubender Prozess ist. Zudem können Durchgangskontakte nicht aufgedruckt werden, weil dies die Schichten beschädigen würde.
Durchgangskontakte können vermieden werden, indem Leiterbahnen verwendet werden, die in wenigstens zwei elektrisch miteinander verbundene und auf einer Seite der isolierenden Trägerfolie aufgebrachte Teile unterteilt sind, so dass die zwei Teile der Leiterbahnen durch ein Falten der Trägerfolie zwischen sich in Überlappung bebracht werden können, wodurch ein kapazitives Element geschaffen wird.
Einseitige Leiterbahnen auf Trägerfolien können durch im Stand der Technik bekannte Verfahren als Massenware hergestellt werden, womit die Billigproduktion von Einwegvorrichtungen mit Hochfrequenzschwingkreis erleichtert wird. Jedoch bringt die Veränderlichkeit des Überlappungsgrades im Faltvorgang eine Veränderlichkeit hinsichtlich der Werte, insbesondere des kapazitiven Elements des Schwingkreises, mit sich, wodurch die Zuverlässigkeit der Vorrichtung bei einigen Anwendungen abnimmt.
Die Veränderlichkeit des kapazitiven Elements kann bei Verwendungen von Vorrichtungen mit Hochfrequenzschwingkreis zum Erfassen äußerer Parameter, welche die Funktion des Schwingkreises beeinflussen, wichtig sein.
Eine solche Verwendung ist die Detektion oder Deaktivierung des Schwingkreises durch das Vorhandensein eines Fluids, wie beispielsweise Feuchtigkeit oder eines Körperfluids vom Menschen oder Tier.
Die allgemeine Detektion eines Fluids, zum Beispiel zum Erfassen des Pegels eines Fluids in einem Behälter oder zum Erfassen eines Fluidaustritts aus einem Körper, wie beispielsweise einem Behälter oder einem menschlichen oder tierischen Körper, der dieses Fluid abgibt, umfasst die Erzeugung eines Sensorsignals des Fluids und die Detektion des erzeugten Sensorsignals durch geeignete Detektionselektronik.
In Verwendungen von zum Beispiel dem Erfassen von Pegeln oder Austritten von stationären Ölbehältern oder dem Erfassen eines Austritts von Körperfluiden aus dem Patienten oder älteren an das Bett gebundenen Personen, sind der Sensor des Fluids und die Detektionselektronik typischerweise durch elektrisch leitende Verbinder, zum Beispiel Drähte oder Kabel, oder durch optische Welleleiter, wie Lichtleitfasern, miteinander verbunden. Solche Verbindungen können jedoch leicht beschädigt werden und können für Patienten oder ältere, ans Bett gebundene Personen sehr unbequem sein und starke Beschränkungen hinsichtlich ihrer Mobilität bedeuten.
Insbesondere für Patienten oder ältere Personen, die in der Lage sind, herum zu gehen, können solche Sensor/Detektor-Verbindungen nicht verwendet werden, ohne ihre Mobilität zu beschränken.
Da ein Mangel an Mobilität von Patienten und älteren Personen einen zunehmenden Grad an Überwachung von zum Beispiel Wunden und Urin- und Stuhlinkontinenz durch das Personal erfordert, wird ein solches Überwachen häufig als unbequem und lästig angesehen und tragen Sensor/Detektor-Verbindungen von Überwachungseinrichtungen implizit zu schlechten hygienischen Zuständen für Patienten und ältere Personen und zu verunreinigten Umgebungen Wundheilungsbereichen, Inkontinenzbereichen und dergleichen, in Kliniken und Pflegeheimen bei.
Ein drahtlose Sensor/Detektor-Verbindung basierend auf einer geeigneten Empfän ger/Sender-Elektronik am Sensor und an der Detektionselektronik kann in Betracht gezogen werden. Um jedoch zu funktionieren benötigen solche Elektroniken eine tragbare Leistungsversorgung, wie beispielsweise eine elektrische Batterie. Dies ist wegen des notwendigen Austausches oder Wiederaufladung entladener Batterien unpraktisch.
Folglich gibt es ein Bedürfnis nach einer drahtlosen Verbindung zwischen einem Fluidsensor und einer Detektionselektronik, welche keine tragbare Leistungsversorgung benötigt sowie nach Sensoren, die zum Erfassen der Freisetzung eines Fluids geeignet sind, ohne eine externe Leistungsversorgung zu benötigen.
Solche Sensoren sollten im Einsatz zuverlässig sein und leicht als Massenware herzustellen sein, insbesondere dann, wenn solche Sensoren auf Vorrichtungen mit Hochfrequenzschaltkreis basieren, sollten diese zuverlässig und preiswert sein.
Der Ausdruck "drahtlose Sensor/Detektor-Verbindung" soll bedeuten, dass die Verbindung zwischen dem Sensor und dem Detektor durch elektromagnetische Wellen betrieben bzw. gesteuert wird. Spezifische Bereiche elektromagnetischer Wellen umfassen Funkwellen oder Mikrowellen, insbesondere Funkwellen.
Offenbarungen der Standes der Technik
US 4,792,790 offenbart einen schildartigen Streifen, der an einem Artikel befestigt werden kann, mit einem flexiblen, nicht leitfähigen Substrat, wenigstens einem induktiven Element, das aus einer planaren Leiterbahn gebildet ist, einem kapazitiven Element, das aus übereinander angeordnete Leiterbahnteile gebildet ist, und ein zwischen diesen angeordneter Nicht-Leiter, wobei die Leiterbahnen in wenigstens zwei Oberflächen angeordnet sind, welche durch Zusammenfalten des Substrats übereinander angeordnet sind und einen geschlossenen Schwingkreis mit dem induktiven Element bilden, wobei das gefaltete Substrat Kontakte zwischen Leiterbahnen von Kontakten absieht, die durch eine isolierende Zwischenfolie hindurch gepresst werden müssten, wie in Schichtstrukturen von Schwingkreisen des Standes der Technik.
US 5,291,180 offenbart ähnliche LC-Strukturen aus flexiblen Isolierschichten, die zurück auf sich selbst gefaltet sind und auf einer Oberfläche eine elektrisch leitende Schicht aufweisen, die mehrfach gewundene Spiralen in einer entgegen gesetzt drehenden Beziehung in einer ähnlich gefalteten Überlagerung bildet.
US 6,031,458 offenbart ein Polymerschild mit Hochfrequenzschwingkreis und ein Verfahren zu dessen Herstellung für die Verwendung bei der Diebstahlerfassung von Verkaufsartikeln, wobei das Schild aufweist ein Substrat und eine erste und zweite leitende Musterschicht basierend auf einem Polymerbinder und so verbunden, dass sie ein induktives Element bilden und zudem mit einer ersten und zweiten Kondensatorelektrode mit dazwischen einem Nicht-Leiterfilm verbunden, wobei die Schichten sequentiell aufgebracht, vernetzt und miteinander verbunden und auf dem Substrat aufgeklebt sind. Die leitfähigen Musterschichten werden unter Verwendung von Siebdruck mit leitfähiger Drucktinte aufgebracht. Der Nicht-Leiterfilm wird unter Verwendung von zum Beispiel einem unter UV aushärtbarem Nicht-Leitermedium siebgedruckt. Die erste und die zweite Leiterschicht werden über Perforationen in dem Nicht-Leiterfilm über Kontakte miteinander verbunden, die insbesondere durch Eindrücken eines Stiftes am Verbindungspunkt bereit gestellt werden.
Das US Patent Nr. 4,646,066 offenbart eine Anzeigevorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer zusätzlichen umgebungsbedingten Exposition eines Umgebungsparameters, wobei das Verfahren aufweist das Messen von Antworten eines Zielobjekts auf ein elektromagnetisches Abfragesignal, wobei das Zielobjekt einen Abstimmkreis und ein Element enthält, das empfindlich auf eine umgebungsbedingte Exposition reagiert, insbesondere einer Exposition gegenüber spezifizierten Fluiden, zum Beispiel Flüssigkeiten und Wasserdampf, welche die Elektronik oder die Ionenleitfähigkeit beeinflusst. Es gibt keine Lehre hinsichtlich von Parametereinflüssen, einschließlich der Kapazitanz der Abstimmkreis, noch hinsichtlich eines Messverfahrens basierend auf Änderungen bei der Übertragung von elektromagnetischer Energie übertragenden Oszillatoren auf die Abstimmkreise.
2. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung mit Hochfrequenzschwingkreis zu schaffen, welche von Durchgangskontakten durch Isolierschichten zwischen leitfähigen Schichten absieht. Ferner ist es die Aufgabe, eine solche Vorrichtung bereit zu stellen, welche durch Massenproduktion mit hoher Reproduzierbarkeit der Parameter des Schwingkreises, insbesondere der Kapazitanz des kapazitiven Elements, hergestellt werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fluids bereit zu stellen, ohne Verwendung einer physischen Verbindung zwischen einem Sensor des Fluids und einem elektronischen Erfassungssystem dafür und ohne Benötigung einer tragbaren Leistungsversorgung für den Fluidsensor.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen des Pegels eines Fluids in einem Behälter bereit zu stellen, insbesondere des Pegels eines menschlichen Körperfluids, das in einem Behälter gesammelt wird, oder zum Erfassen des Pegels einer Infusionsflüssigkeit in einem Behälter, insbesondere des Pegels einer Infusionsflüssigkeit in einem Plastikbeutel, zum Beispiel aus weichem Plastik, der während seiner Entleerung zusammenfällt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen eines Körperfluids aus einem menschlichen oder tierischen Körper zu erfassen, insbesondere einen Austritt von Körperfluid aus einem Menschen, der zum Beispiel an einer Urin- oder Stuhlinkontinenz leidet, eines Menschen oder Tieres, der sich einer Operation unterzieht, die das Abführen von Körperfluid erfordert, oder eines Mensches oder Tieres mit zum Beispiel einer blutenden Wunde.
Weitere Aufgaben werden aus der Beschreibung deutlich.
Lösung gemäß der Erfindung
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Hochfrequenz-Resonanzkreis-Sensorvorrichtung bereit gestellt, mit

(a) einem Substrat mit einer Oberfläche;
(b) einer Schichtstruktur mit
(i) wenigstens einem ersten elektrisch leitenden Mittel mit einer Induktanz (L);
(ii) wenigstens einem zweiten elektrische leitenden Mittel; und
(iii) wenigstens einem elektrisch isolierenden Mittel, welches wenigstens einen teil des ersten elektrisch leitenden Mittels von dem zweiten elektrisch leitenden Mittel trennt;

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die wenigstens eine Verbindung zwischen dem ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel durch Kontakt zwischen Teilen des ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittels gebildet wird, wodurch erreicht wird, dass Verbindung des ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittels durch ein Kontaktieren der beiden realisiert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste und zweite elektrisch leitende Mittel ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus elektrisch leitenden Polymeren, Farben oder Tinten, wodurch eine besonders kosteneffektive Massenproduktion von Resonanzschwingkreisen durch Verwendung von Drucktechniken, wie beispielsweise einem Siebdruck, erhalten werden kann.
Insbesondere für Anwendungen, bei welchen ein großer Induktanzwert unter Bedingungen von kleinen Abmessungen benötigt wird, können mehrere Schichten von Resonanzschwingkreisen vorgesehen sein.
Demgemäß umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform die Vorrichtung ferner mehrere Schichtstrukturen mit mehr als wenigstens einem ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel und mehr als wenigstens einem elektrisch isolierenden Mittel, wobei Teile der mehreren ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel einen Kontakt untereinander bereitstellen, um wenigstens eine Verbindung zwischen sich herzustellen.
Im Allgemeinen umfasst das Sensormittel zum Erfassen einer Änderung der Resonanzbedingungen des Resonanzschwingkreises einen der Parameter von Induktanz, Kapazität und Widerstand oder eine Kombination derselben.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das wenigstens eine erste elektrisch leitende Mittel ein induktives Element mit einer Spule mit getrennten Wicklungen zum Aufnehmen eines Fluids, wodurch das Fluid die Windungen kurzschließen und die Resonanzbedingungen verändern kann.
Um die Fähigkeit der Resonanzschwingkreis-Sensorvorrichtung weiter zu verbessern, um ein Fluid zu detektieren, können entweder das induktive Element, das kapazitive Element, das Substrat oder eine Kombination derselben besonders anziehend für das Fluid hergestellt werden, zum Beispiel durch Beschichten derselben mit einem hydrophilen Material.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat anziehend auf das Fluid, wobei in einer Ausführungsform des Resonanzschwingkreises, in welcher das Induktionselement auf dem Substrat positioniert ist, die Wicklungen der Spule leichter in Kontakt mit dem Fluid gelangen können. Falls das Fluid Wasser oder Urin ist, kann dieses die Wicklungen kurz schließen und den Resonanzschwingkreis deaktivieren.
Demgemäß wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Resonanzschwingkreis durch das Vorhandensein eines Fluids deaktiviert.
Einige Anwendungen erlauben nicht den Einfluss eines Fluids, zum Beispiel Wasser, welches unerwünschte Signale erzeugen könnte, zum Beispiel in Diebstahl-Sicherungssystemen.
Demgemäß ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Schichtstruktur mit einer Fluid-Schutzschicht überzogen, insbesondere einer wasserabstoßenden Schicht.
In vielen Anwendungen ist es erwünscht, den Resonanzschwingkreis deaktivieren zu können, zum Beispiel um die Freigabe von Verkaufsartikeln zu autorisieren, wodurch der deaktivierte Resonanzschwingkreis durch das elektromagnetische Detektionsfeld ohne Auslösung eines Alarms hindurch geführt werden kann.
Zu diesem Zweck ist bekannt, eine Sicherung in Reihe in dem Resonanzschwingkreis aufzunehmen.
Demgemäß umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform der Resonanzschwingkreis ferner eine Sicherung.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer Resonanzschwingkreis-Sensorvorrichtung geschaffen, mit

(a) einem Bereitstellen eines Substrats mit einer Oberfläche;
(b) einem Bereitstellen einer Schichtstruktur mit:
(i) wenigstens einem ersten elektrisch leitenden Mittel mit einer Induktanz (L);
(ii) wenigstens einem zweiten elektrisch leitenden Mittel; und
(iii) wenigstens einem elektrisch isolierenden Mittel, welches wenigstens einem Teil des ersten elektrisch leitenden Mittels von dem zweiten elektrisch leitenden Mittel trennt; wobei beide des wenigstens einen ersten oder zweiten elektrisch leitenden Mittels auf dem Substrat positioniert sind, wobei das erste und zweite elektrisch leitende Mittel und das elektrisch isolierende Mittel elektrisch verbunden sind, um einen Resonanzschwingkreis (LC) zu bilden; wobei Teile des wenigstens ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel mit Elektroden wenigstens eines Kondensators (C) versehen sind, und
(c) einem Zusammenbringen von Teilen des ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittels, um wenigstens eine Verbindung zwischen dem ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel herzustellen,

Gemäß der Erfindung stellt sich überraschend heraus, dass elektrisch leitende Verbinder zwischen preiswerten, in Massenproduktion hergestellten Sensoreinrichtungen für ein Fluid sowie der Detektionselektronik und der Batterie-Spannungsversorgung des Sensors und den Empfängerschaltungen zum Empfangen und Erfassen von Reaktionen der Resonanzschwingkreise der Sensoren vermieden werden können.
Dies liefert eine Anzahl von Vorteilen, zum Beispiel, dass die Sensoren die Fluids von der Detektionselektronik zum Detektieren von Änderungen im Sensor getrennt werden können. Dies ist besonders vorteilhaft, von Fluid enthaltende Körper überwacht werden, bei welchem der Sensor und die Detektionselektronik, die verwendet werden, nicht dauerhaft durch elektrisch leitende Verbinder verbunden sein können, oder, wenn sie durch solche Verbinder nur mit großen Schwierigkeiten und Unannehmlichkeiten verbunden werden können. Es können auch die Oszillatoren und die Detektionselektronik vereinfacht werden.
"Verwendungen der Resonanzschwingkreis-Sensorvorrichtung zum Erfassen eines Fluids"
Demgemäß werden noch in einem weiteren Aspekt gemäß der Erfindung Verwendungen des Verfahren oder der Vorrichtung wie beansprucht zur Erfassung eines Fluidpegels in ein oder mehreren Behältern vorgesehen, insbesondere in Inkontinenzbehältern, insbesondere Windeln; und die Verwendung zum Erfassen, ob ein Fluid enthaltender Behälter fluidleer geworden ist, insbesondere beim Leeren eines Infusionsbehälters, die Verwendung zum Überwachen eines Fluidaustritts aus einem Behälter oder eines menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere aus einem an Urin- und/oder Stuhlinkontinenz leidenden Menschen, wobei das Pflegepersonal den Hygienezustand, zum Beispiel einer Windel, überwachen kann. Wenn ein Körperaustritt erfasst worden ist, kann eine geeignete Pflege, zum Beispiel ein Wechsel der Windel, dann durchgeführt werden.
"Sensoreinrichtungen eines Fluids"
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Sensoren, die für solche Verfahren und Vorrichtungen beim Erfassen eines Fluids nützlich sind, er bezieht sich insbesondere auf Sensoreinrichtungen mit Resonanzschwingkreisen, welche auf Parameter reagieren, welche die Impedanz derselben beeinflussen können, zum Beispiel auf ein Fluid reagieren.
"Artikel mit der Sensoreinrichtung"
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Artikel mit der Sensoreinrichtung bereit gestellt.
Bevorzugte Artikel umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf, Artikel zum Aufbewahren oder Aufnehmen eines Fluids oder zum Abgeben eines Fluids; solche Behälter werden zum Beispiel dahin gehend überwacht, ob sie gefüllt oder geleert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Artikel aus einem Hygieneartikel für die gesundheitliche Entwicklung und Erhaltung der Gesundheit.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht der Artikel aus einem Absorptionsmittel oder einem Verband in Form eines Wickels oder eines Auffangelements, das dazu verwendet wird, einen verletzten oder erkrankten Teil eines Menschen oder Tieres zu schützen, abzudecken oder zu immobilisieren, oder während einer Operation verwendet wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht der Artikel aus einem Absorptionsmittel für Urin oder Stuhl, insbesondere aus einer Windel.
"Verwendung von Artikeln mit der Sensoreinrichtung"
Artikel mit einer Sensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt verwendet in einem Verfahren zum Überwachen von Hygienezuständen eines oder mehrerer Patienten; wobei das Verfahren das Anlegen eines oder mehrerer Hygieneartikel gemäß der vorliegenden Erfindung an ein oder mehreren Patienten umfasst, wobei jeder Artikel eine Sensoreinrichtung mit einem Resonanzschwingkreis aufweist, die zueinander unterschiedlich sind; und ein Übertragen von elektromagnetischer Energie an die Resonanzschwingkreise umfasst.
Ein einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Überwachen wenigstens einer Reaktion der Resonanzschwingkreise, wodurch den Techniken des Standes der Technik ermöglicht wird, den zu verwendenden Resonanzschwingkreis abzufragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Überwachen von Veränderungen bei der Übertragung von elektromagnetischer Energie eines oder mehrer Oszillatoren, die elektromagnetische Energie auf die Resonanzschwingkreise übertragen, wodurch die Vorteile des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
Weitere Vorteile werden aus der detaillierten Beschreibung klar.
Sensoreinrichtungen
In ihrem breitesten Aspekt hängt die Sensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise an dem Verfahren zum Erfassen von Veränderungen von ein oder mehreren Kennwerten des Resonanzschwingkreises, das heißt, zum Beispiel durch Erfassen der Änderung der Übertragung der elektromagnetischen Energie der Oszillatoren gemäß der Erfindung oder durch Erfassen einer Reaktion des Resonanzschwingkreises entsprechend der Verfahren des Standes der Technik. Der spezifische Resonanzschwingkreis jedoch, der verwendet wird, hängt typischerweise von dem zu erfassenden Parameter ab, zum Beispiel von einem Fluid.
Bekannte Verfahren umfassen solche, die in US 4,646,066 erwähnt sind, zum Beispiel US 4,321,586 .
Gemäß dem Aspekt der Erfindung in Bezug auf das Erfassen eines Fluids hat ein Reso nanzschwingkreis ein oder mehrere Kennwerte, welche sich durch Kontakt zwischen dem Resonanzschwingkreis und einem Fluid verändern.
In einer bevorzugten Ausführungsform beider Aspekte umfassen die Kennwerte den Widerstand, die Kapazität, die Induktanz oder eine Ableitung derselben.
Durch Kontakt des Resonanzschwingkreises mit dem Fluid verändern sich die Kennwerte des Widerstands R, der Kapazität C und der Induktanz L oder eine Ableitung derselben, zum Beispiel die Resonanzfrequenz ω₀ =(LC)^–1/2, oder höhere Oberschwingungen der Qualitätsfaktor Q = ωL/R, zum Beispiel bei einer Resonanz ω = ω₀.
Wenn sich ein oder mehrere der Kennwerte verändern, verändert sich die Fähigkeit des Resonanzschwingkreises, elektromagnetische Energie aufzunehmen. Dies kann durch Erfassen von Veränderungen in ein oder mehreren Kennwerten eines oder mehrerer Oszillatoren, die elektromagnetische Energie an den Resonanzschwingkreis übertragen, detektiert werden.
Im Allgemeinen können Sensoreinrichtungen in einer beliebigen, geeigneten Art und Weise hergestellt werden, welche den externen Parametern erlaubt, die Impedanz der jeweiligen Resonanzschwingkreise zu beeinflussen.
In dem speziellen Aspekt der Erfindung mit Bezug auf das Erfassen eines Fluids können Resonanzschwingkreise in jeder beliebigen Weise präpariert werden, welche die Eindringung eines Fluids in den Resonanzschwingkreis in einem solchen Maße sicherstellt, dass ein oder mehrere seiner Kennwerte verändert werden.
In dem speziellen Aspekt des Verfahrens zum Erfassen eines Fluids veranlasst die Änderung der Kennwerte des Resonanzschwingkreises eine detektierbare Veränderung in ein oder mehreren der Kennwerte der ein oder mehreren Oszillatoren.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Resonanzschwingkreis aus einer Spule mit getrennten Wicklungen, welche das Fluid aufnehmen können und die Schaltung kurzschließen können.
Die Wicklungen können aus jedem beliebigen Material hergestellt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wicklungen aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metallen, wie Aluminium, Kupfer, Zinn; einem elektrisch lei tenden Polymer, wie Polyanilin; und einem elektrisch leitenden Polymergemisch, wie Poly (p-Phenylenvinylen), Polyacrylamid, Polyanilin und Polyethylen, oder einem elektrisch leitenden Silicon oder Kombinationen davon, hergestellt sein.
Speziell nützliche elektrisch leitende Polymere umfassen eine flexible, faltungsresistente, einkomponentige, mit Kohlenstoff gefüllte Tinte und Beschichtung, die durch Emerson & Cuming Speciality Polymers unter der Marke Amicon C 932–74, verkauft wird. Ein weiteres nützliches elektrisch leitendes Polymer ist eine hoch flexible, faltungsresistente, einkomponentige, mit Silber gefüllte Tinte und Beschichtung, die durch Wacker-Chemie unter der Marke Elastosil N 189 verkauft wird. Beide Produkte sind umweltverträglich.
In dem speziellen Aspekt des Erfassens von Temperaturveränderungen können die Resonanzschwingkreise in jeder geeigneten Art präpariert sein, die sicherstellt, dass der Einfluss unterschiedlicher Temperaturen die Impedanz des Resonanzschwingkreises in einem solchen Maße beeinflusst, dass ein oder mehrere seiner Kennwerte verändert werden.
In dem speziellen Aspekt des Verfahrens zum Erfassen einer Temperaturänderung veranlasst die Änderung der Kennwerte des Resonanzschwingkreise eine detektierbare Veränderung in ein oder mehreren der Kennwerte der ein oder mehreren Oszillatoren.
Die Fluid-Sensoreinrichtung kann in jeder geeigneten Position angeordnet werden, um das gewünschte Fluid zu erfassen. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Fluid-Sensoreinrichtung in einem Behälter enthalten oder auf einem solchen angebracht; oder sie ist in eine Windel eingebettet; oder sie ist in einem Träger mit einem Haftmittel eingebettet, wie beispielsweise in einem Sticker, der auf einer gewünschten Stelle angebracht werden soll, zum Beispiel auf dem Behälter oder der Windel.
Mehrere Resonanzschwingkreise können an einer Stelle positioniert werden, um gegebene Frequenzmuster zu kodieren, zum Beispiel mehrere kleinere Resonanzschwingkreise, zum Beispiel unterschiedlicher Frequenzen, die in einer Windel angeordnet sind, können eine einheitliche Identifikation von zum Beispiel einzelnen Patienten oder älteren Personen bereit stellen, die in einem Krankenhaus oder einem Pflegeheim überwacht werden.
In einem speziellen Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Fluids gemäß Anspruch 46, das in Massenproduktion hergestellt werden kann durch ein Druckprozess oder einen Ausgabeprozess.
Eine Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung hat eine Anzahl von Vorteilen.
Sie kann durch einen Auftragungsprozess, wie beispielsweise einen Druckprozess oder ein Ausgabeprozess hergestellt werden, der eine Reihe von Schritten umfasst, wie das Bereitstellen einer Schichtstruktur aus dem ersten elektrisch leitenden Mittel, dem elektrisch isolierenden Mittelund dem zweiten elektrisch leitenden Mittel. Das Drucken oder Ausgeben geeigneter elektrisch leitender Materialien bzw. elektrisch isolierender Materialien erlaubt, sehr schnelle und leicht kontrollierbare Produktionsprozesse zu verwenden.
Ein spezieller Vorteil wird im Vergleich zu Produktionstechniken des Standes der Technik von Resonanzschwingkreisen unter Verwendung von zum Beispiel Kupfer oder Zinn als elektrisch leitende Mittel dadurch erhalten, dass ein flexibler Resonanzschwingkreis hergestellt werden kann. Dies ist wichtig für viele Anwendungen, in welchen der Resonanzschwingkreis auf einem Träger aufgebracht oder in einen solchen eingebettet ist, wie zum Beispiel in einer Windel, welcher gebogen und möglicherweise gefaltet werden kann.
Ferner sind Sensoreinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung dahin gehend von Vorteil, dass umweltverträgliche Materialien und/oder kleine Mengen verwendet werden können, wodurch eine Entsorgung verwendeter Sensoreinrichtungen, einschließlich zum Beispiel Kupfer, in der Umwelt vermieden werden kann.
Auf diese Weise kann durch Auswahl eines geeigneten flexiblen Substrats aus einem Material, wie beispielsweise Papier, Textilstoff, Gewebe, Vliesstoff, geeignetes Polymer, Kunststoffe und einem flexiblen elektrisch leitenden Polymer für das erste und zweite elektrisch leitende Mittel, wobei dieses Polymer gleich oder unterschiedlich sein kann für die beiden leitenden Mittel, und ein geeignetes flexiblen Isolierungsmaterial, wie beispielsweise Polyurethanlack für das Isoliermittel, flexible Resonanzschwingkreise bereit gestellt werden. Ein geeignetes poröses Material, welches das Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Flüssigkeiten erlaubt, ist Tyvek^®, geliefert von DuPont.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste und zweite elektrisch leitende Mittel aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus elektrisch leitenden Polymeren, wie elektrisch leitenden Siliconen, zusammengesetzt.
Das elektrisch isolierende Mittel ist zusammengesetzt aus jedem beliebigen Material für das Bereitstellen einer elektrischen Isolierung. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das elektrisch isolierende Mittel aus einem Polyurethanlack.
Folglich bezieht sich in noch einem weiteren Aspekt die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Auftragungsprozess das Auftragen des geeigneten elektrisch isolierenden Materials auf das erste elektrisch leitende Mittel, so dass dieses ganz oder teilweise abgedeckt ist, zum Beispiel indem Teile für Verbindungspunkte und Flächen, die dem Fluid während des Betriebs der nicht abgedeckten Sensoreinrichtung ausgesetzt sind, belassen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Auftragungsprozess ein Druckprozess, wie beispielsweise ein Siebdruck und/oder ein Ausgabeprozess.
Der Ausdruck "Ausgabe" soll bedeuten, dass ein Material, hier ein geeignetes elektrisch leitendes Material oder ein geeignetes isolierendes Material, welches ausgebbar ist, auf ein Substratmaterial durch ein geeignetes Auftragungsmittel aufgebracht wird, einschließlich, aber nicht beschränkt, auf eine Auftragung eines kontinuierlichen Fluids des Materials und eine Auftragung von Tröpfchen des Materials durch Sprühen.
Oszillatoren
Gemäß der Erfindung arbeitet ein Oszillator in funktionaler Nähe eines Resonanzschwingkreises.
In dem vorliegenden Kontext soll der Ausdruck "funktionale Nähe eines Resonanzschwingkreises" bedeuten, dass ein Oszillator an einer Stelle eine elektromagnetische Energie abstrahlt, zum Beispiel in Form von Funkwellen oder Mikrowellen, welche vollständig oder teilweise an einen Resonanzschwingkreis an anderer Stelle übertragen werden können.
Im Allgemeinen kann jeder beliebige Oszillator verwendet werden, das heißt, ein Oszillator, welcher in der Lage ist, elektromagnetische Schwingungen zu erzeugen und elektromagnetische Energie zum Beispiel in Form von Funkwellen oder Mikrowellen zu emittieren, welche vollständig oder teilweise von dem Resonanzschwingkreis empfangen werden.
Es sollte klar sein, dass mehr ein Oszillator in funktionaler Nähe der Resonanzschwingkreise arbeiten kann, zum Beispiel, wenn mehrere Oszillatoren in unterschiedlichen Frequenzbereichen arbeiten und wenn Veränderungen unterschiedlicher Kennwerte des Resonanz schwingkreises erfasst werden sollen.
Im Allgemeinen umfasst ein Oszillator einen Generator, welcher ein Hochfrequenzsignal von Strahlungsenergie erzeugt, zum Beispiel einen Wechselstrom oder Wechselspannung oder einen Impuls, mit einer Frequenz im Bereich derjenigen des Resonanzschwingkreises. Generatoren können jeder beliebige Generator sein, der im Stand der Technik bekannt ist, zum Beispiel Hochfrequenzsignalgeneratoren.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Oszillator einen Generator, der ein Signal elektromagnetischer Energie mit einer Frequenz erzeugt, die diejenige des Resonanzschwingkreises umfasst.
Ein Oszillator umfasst ein oder mehrere Induktoren. Die Induktoren können innerhalb oder außerhalb eines Schrankgehäuses des Oszillators sein. Vorzugsweise gibt es ein oder mehrere Induktoren für jedes unterschiedliche Betriebsband für jeden Resonanzschwingkreis. Vorzugsweise können mehrere Induktoren untereinander per Hand oder automatisch ausgetauscht werden. Die Induktoren können jede beliebige Form haben. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Induktoren äußerliche Induktoren in Form von Spulen.
Eine funktionale Nähe zwischen den Oszillatoren und den Resonanzschwingkreisen kann in jeder geeigneten Weise erreicht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Induktoren äußerliche Induktoren in Form von Spulen, welche den Resonanzschwingkreis umgeben. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Spulen in ein Bett eingebettet, um einen Austritt von Körperfluiden aus einem Menschen zu überwachen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Oszillatoren ein oder mehrere Antennen, wodurch die Richtung der elektromagnetischen Strahlung, zum Beispiel der Radiowellen, genauer definiert werden kann. Eine Antenne kann jede beliebige Antenne sein, die im Stand der Technik bekannt ist, zum Beispiel ein Dipol. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antenne ein Radiatorelement, Übertragungsleitungen und optional Wandler, die an den Induktor gekoppelt sind oder einen Teil des Induktors bilden.
Detektoren
Die Vorrichtung umfasst ferner ein oder mehrere Detektoren zum Erfassen von ein oder mehreren Änderungen in ein oder mehreren Kennwerten der Oszillatoren aufgrund von Veränderungen in den Kennwerten eines oder mehrerer Resonanzschwingkreise.
Die Kennwerte der Oszillatoren umfassen jeden beliebigen Kennwert.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Kennwerte des Oszillators Strom, Spannung oder eine Ableitung derselben, wie Leistung, wobei ein oder mehrere Kennwerte oder Ableitungen derselben des Resonanzschwingkreises erfasst werden, zum Beispiel Veränderungen in der Frequenz, insbesondere der Resonanzfrequenz; Veränderungen in dem Qualitätsfaktor; und eine vollständige oder teilweise Unterdrückung oder Wiederherstellung eines derselben.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen ein oder mehrere der Detektoren eine Zunahme oder Abnahme eines Energieverlustes eines oder mehrerer der Oszillatoren.
Ferner ergeben sich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und Verwendungen aus der folgenden Detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen.
3. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden ist die Erfindung weiter offenbart mit Hilfe einer detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, auf die in den Zeichnungen Bezug genommen wird, in weichen
1A und 1B eine bevorzugte Ausführungsform einer Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung zum Erfassen eines Fluids zeigen;
2A bis 2C und 3A bis 3C eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung zeigen;
4A bis 4C eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer weiteren Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung zeigen;
5A bis 5C Verwendung der in 1 gezeigten Sensoreinrichtung zeigen, bei welchen Fluidtröpfchen den Resonanzschwingkreis beeinflussen, ohne in das elektrisch leitende Mittel (5A) einzudringen oder mit Eindringung (5B);
7A bis 7C und 8A bis 8C sind ähnlich der 2A bis 2C und 3A bis 3C;
9A und 9B zeigen eine Einstellung der Position des ersten und zweiten flach ausgedehnten Leiters;
10A und 10B zeigen eine Windelproduktion;
11 zeigt die Produktion von Resonanzschwingkreisen unter Verwendung einer Aufbringung in einem Schritt;
12A und 12B und 13A und 13B zeigen einen Resonanzschwingkreissensor, der teilweise mit einer Fluid-Schutzschicht beschichtet ist;
14, 15 und 16A und 16B zeigen verschiedene Ausführungsformen von Verwendungen des Resonanzschwingkreises; und
17A und 17B und 18A und 18B zeigen Verwendungen des Resonanzschwingkreises innerhalb und außerhalb eines Sammelbeutels bzw. eines Infusionsbeutels.
4. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsform von Sensoreinrichtungen gemäß der Erfindung
Die 1A und 1B zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Fluids gemäß der Erfindung.
Sie umfasst ein Substrat mit einer Oberfläche, hier beispielhaft durch ein flexibles Material 10, wie Papier, Textilstoff, Kunststoff, etc. in Form zum Beispiel eines Flächengebildes oder einer Folie dargestellt.
Auf ihrer Oberfläche entgegen gesetzt zu der Schichtstruktur oder auf einer anderen geeigneten Position kann das Substrat eine Haftschicht aufweisen, durch welche die Sensoreinrichtung an der Oberfläche, zum Beispiel einer Windel, wie ein Sticker, ein Etikett oder ein Schild angehaftet werden kann.
Wenigstens ein erstes elektrisch leitendes Mittel mit einer Induktanz (L), hier beispielhaft durch eine Wicklung oder eine Spule 12 aus einem leitenden Polymer, wie beispielsweise einem elektrisch leitenden Silicon von Wacker Silicones, zum Beispiel Semicosil 970 von Wacker-Chemie, und typischerweise in Form einer flachen Wicklung, aber nicht beschränkt darauf, dargestellt, dessen Induktanz auf der Substratoberfläche und Teilen derselben 11 positioniert ist, hier beispielhaft durch einen ersten ausgedehnten Leiter dargestellt, welcher eine erste Elektrode wenigstens eines Kondensators (C) und Teile desselben bereitstellt, hier einen Verbindungspunkt 15, welcher eine Verbindung zu wenigstens einem zweiten elektrisch leitenden Mittel herstellt, hier beispielhaft durch einen zweiten flachen ausgedehnten Leiter 13 dargestellt, welcher eine zweite Elektrode des wenigstens einen Kondensators liefert, und einen flachen Verbindungsleiter, der sich von dem zweiten flach ausgedehnten Leiter zu dem Verbindungspunkt erstreckt.
Wenigstens ein elektrisch isolierendes Mittel, hier eine elektrische Isolierschicht 14, trennt wenigstens einen Teil des ersten leitenden Mittel von dem zweiten leitenden Mittel, hier sind der flach ausgedehnte Leiter und der flache Verbindungsleiter gegenüber den Wicklungen und dem ersten ausgedehnten Leiter isoliert.
Das erste und zweite elektrisch leitende Mittel und das elektrisch isolierende Mittel sind elektrisch verbunden, um einen Resonanzschwingkreis zu bilden, dessen Äquivalenzdiagramm (LC) in den 1A und 1B dargestellt ist.
Es sollte klar sein, dass ein Resonanzschwingkreis einer physischen Sensoreinrichtung abweicht von dem idealisierten Äquivalenzdiagramm in 1, hauptsächlich aufgrund von Verlusffaktoren, wie Widerstandsverlusten in den Leitungen, einem Energieverlust aus dem Kreis durch Strahlung etc. Deshalb wird der tatsächliche Leistungsfähigkeit des Kreises näher gekommen durch Einfügen eines Widerstands in das LC-Äquivalenzdiagramm (in 1 nicht gezeigt). Auch ein fest geschalteter Widerstand kann in der Schaltung enthalten sein, um die Schaltungsleistung in einer speziellen Weise zu modifizieren. Der Widerstand kann, ob er nur eine Repräsentation von Verlusffaktoren ist oder eine Kombination von Verlusffaktoren zusammen mit ein oder mehreren fest geschalteten Widerständen anzeigt, parallel oder in Reihe, oder beides, mit den anderen Komponenten des Resonanzschwingkreises gekoppelt sein. Das Bestimmen geeigneter Werte für die Komponenten in dem Äquivalenzdiagramm und des Widerstandes liegt in den Fähigkeiten des Fachmanns.
Es sollte klar sein, dass der Ausdruck "positioniert auf der Oberfläche des Substrats" jede Positionierung beinhalten soll, bei welcher das Material des wenigstens einen ersten oder zweiten elektrisch leitenden Mittels ganz oder teilweise in das Substrat eindringt.
Grundzüge der Gestaltung
Das Verfahren zum Herstellen eines durch die vorliegende Erfindung bereit gestellten Resonanzschwingkreises ermöglicht einen extensiven Bereich von Optionen für die Größe und die Anordnung der Einrichtung. Die Erfindung erlaubt, dass ein Bereich von Drucktechniken in dem Verfahren angewendet werden kann, einschließlich kontinuierliche Rotationsdruckverfahren zum Drucken der leitenden und nicht leitenden Muster.
Im Allgemeinen gibt es kein Erfordernis für einen separaten mechanischen oder anderen Prozess zum Herstellen der Verbindung zwischen den einzelnen Leiterschichten. Das Design ermöglicht den Druckprozess selbst, die zwei Leiterschichten an der erforderlichen Position zu verbinden.
Das Design minimiert die Größe des Kondensator-Nichtleiters, welcher nur dort gedruckt wird, wo Schichten getrennt werden müssen.
Viele Leiterschichten können übereinander gedruckt werden, indem einfache Drucktechniken verwendet werden, ohne auf Sekundärprozesse zum Vervollständigen der Einrichtung zurückkehren zu müssen.
Die 2A bis 2C und 3A bis 3C zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung.
Die 2A bis 2C zeigen drei aufeinander folgende Schritte eines Aufbringens des wenigstens einen ersten elektrisch leitenden Mittels 11, 12, 15 (3A), des wenigstens einen zweiten elektrisch leitenden Mittels 13, 15 (3C) und des wenigstens einen elektrisch isolierenden Mittels 14 (3B), hier beispielhaft durch einen Druckprozess dargestellt. Die jeweiligen Schichten sind in den 3A bis 3C dargestellt.
3A zeigt das erste zu druckende Leitermuster. Position 11 ist die erste Schicht des Kondensators, Position 12 ist die Spule und die Position 15 ist die Stelle für den Kontakt mit der zweiten Schicht des Kondensators. Diese gleiche Stelle würde verwendet werden für einen Kontakt mit einer beliebigen nachfolgenden Schicht des Leitermusters. In diesem Fall ist die Stelle außerhalb der Spule positioniert.
3C zeigt die zweite Leiterschicht des Kondensators, Position 13, die auf der Oberseite der Nicht-Leitermaske gedruckt ist. Diese zweite Schicht stellt die Verbindung für jede Seite des Kondensators an der Stelle 15 her.
Dieses Verfahren kann wiederholt werden, um so viele Schichten wie notwendig zu schaffen.
Die 4A, 4B und 4C zeigen eine Variation einer Schaffung eines Resonanzschaltkreises mit einem Doppelkondensator und einer Spulenkombination. Die Verbindung zwischen den Leitermustern bei dieser Variation liegt sowohl innenseitig als auch innerhalb der Spule an den Stellen 15A und 15B. Die zwei Kondensatoren werden aus Leiterflächen 11A und B, nicht leitenden Masken 14A und B und Leiterschichten 13A und B gebildet.
Die 4A bis 4C zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung, in welcher dargestellt ist, dass komplexere Resonanzschwingkreise, zum Beispiel mit zwei Kondensatoren C₁ und C₂ bereit gestellt werden können. Das Substrat ist nicht gezeigt.
Das erste elektrisch leitende Mittel umfasst zwei räumlich ausgedehnte Leiter 11A, 11B und zwei Verbindungspunkte 15A, 15B (4A). Die zwei ausgedehnten Leiter werden dann durch jeweilige elektrisch isolierende Schichten 14A, 14B (4B) überdeckt. Schließlich wird das zweite elektrisch leitende Mittel in Form von zwei ausgedehnten Leitern 13A, 13B auf die elektrisch isolierenden Schichten aufgebracht.
Beispiele geeigneter Applikationsvorrichtungen, die dazu verwendet werden, das Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung auszuführen, sind Siebdrucker und Schablonendrucker, zum Beispiel von EKRA, Eduard Kraft GmbH, Maschinen Fabrik, Bönnigheim, Deutschland. Als spezifische Vorrichtung kann erwähnt werden zum Beispiel ein E1^TM halbautomatischer Siebdrucker und M2^TM halbautomatischer Dickfilm-Siebdrucker, wobei letzterer besonders geeignet ist zum Drucken von Lötpasten, für die Durchgangslochbeschichtung unter Verwendung von Vakuumtechniken und für Multilayer-Systeme. Weitere geeignete Vorrichtungen sind Ausgabevorrichtungen, zum Beispiel von Asymtek.
Die 5A bis 5C zeigen eine Verwendung der Sensoreinrichtung, bei welcher Fluidtröpfchen den Resonanzschwingkreis beeinflussen, ohne hindurch zu dringen (5A) und mit Eindringung (5B). 5C liefert eine Draufsicht.
Die 6 bis 8 zeigen, dass mehrere Resonanzschwingkreise parallel hergestellt werden können.
7A bis 7C und 8A bis 8C sind ähnlich der 2A bis 2C und 3A bis 3C.
Die 6A bis 6C zeigen die Produktion von Resonanzschwingkreisen 13 in parallelen Prozesslinien auf einer einzigen kontinuierlichen Folie 10.
In 6C ist ein Mittel dargestellt, welches das Steuern des Druckprozesses unterstützt, hier dargestellt durch eine Antenne 61, die über einen Resonanzschwingkreis 13 positioniert ist und mit einer Steuereinheit 62 verbunden ist. Die Steuereinheit 62 liefert ein Steuersignal an das Anwendungsgerät in den verschiedenen Prozessstufen zum Einstellen zum Beispiel der Geschwindigkeit der Folie, der Mengen und der Geschwindigkeit von aufgebrachten Schichten, basierend auf den gemessenen Mengen des Resonanzschwingkreises.
Allgemeine Steuertestparameter umfassen die Frequenz des Resonanzschwingkreises, aber auch andere Parameter, wie der Q-Wert oder die frequenzabhängige Impedanz können für die Verwendung zu Steuerzwecken in Betracht kommen.
Die 9A und 9B zeigen die Einstellung der Position des ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittels, hier sind der erste 11 und zweite 13 flach ausgedehnte Leiter, welche die Elektroden des kapazitiven Elements bereitstellen, und der Verbindungspunkt 15 in Bezug zueinander verschoben. In 9A überlappen die zwei Elektroden vollständig, während sie in 9B in Bezug zueinander verschoben sind.
Der zur Steuerung dieser Einstellungsart gemessene Steuerparameter umfasst typischerweise die Kapazität des Resonanzschwingkreises, zum Beispiel gemessen durch den Q-Wert, weil der Grad an Überlappung der Kondensatorelektroden signifikant verändert wird.
Die 10A und 10B zeigen eine Windelproduktion, in welcher mehrere parallele Resonanzschwingkreise 13 auf separaten Folien 10, sie könnten auch auf der gleichen Folie positioniert sein, von einer Trommel A aus vorgeschoben und auf beiden Seiten windelkompatibler Materialien laminiert werden, die von Trommeln B und C zugeführt werden und durch Kompressionswalzen D gesteuert werden. Die tatsächlich produzierte Windel kann weitere Materialien enthalten, die nicht gezeigt sind, zum Beispiel wasserabsorbierende und wasserabstoßende Vorderseiten-Abdeckfolien. Bei E sind individuelle Bereiche ausgestanzt.
In einer weiteren Anwendung kann der gleiche Aufbau verwendet werden, um Resonanzschwingkreis-Schilder für die Diebstahlssicherung von Verkaufsprodukten herzustellen, wobei in solchen Produkten der Resonanzschwingkreis üblicherweise mit wasserabstoßenden Folien laminiert ist.
10B zeigt Perforationen 101 in der Folie 10 zum Steuern der Bewegung derselben.
11 zeigt die Produktion von Resonanzschwingkreisen unter Verwendung einer Einschritt-Applikationsvorrichtung 112 für Paare von Resonanzschwingkreisen B, C gemäß der Erfindung, in welcher die Leiterschichten, hier Verbindungspunkte 11, miteinander durch Falten des Substrats um die Faltlinie A mit Hilfe einer Faltführung 110 in Kontakt gebracht werden. Zwischen den aneinander zu faltenden Teilen ist eine isolierende Zwischenschicht 111 eingefügt.
Eine Antenne 61 und Steuereinheit 62 sind am Faltschritt positioniert und funktionieren dahin gehend, den Faltvorgang zu steuern, indem der gewünschte zwischen den zwei Leitern ge schaffen wird.
In einer Ausführungsform wird eine Aushärtung der leitfähigen, UV-härtbaren Schichten durch eine UV-Bestrahlung der gefalteten Folie erhalten, wobei sich die Verbindungspunkte der Leiterbahnen in Kontakt befinden, wodurch feste Kontakte geschaffen werden.
In einer weiteren Ausführungsform, nicht gezeigt, ist der Verbindungspunkt 11 enger an der Faltlinie angeordnet, wodurch ein gelenkartiger Kontakt geschaffen wird, welcher in Anwendungen nützlich ist, in welchen die Zwischenschicht durch ein verfügbares kapazitives Element, zum Beispiel einem Plastikbeutel, gebildet wird. Der gelenkartige Resonanzschwingkreis ist in der Lage, zu erfassen, ob der Beutel einen Inhalt hat oder nicht oder der Beutel gefüllt oder geleert ist.
Die 12A und 12B und die 13A und 13B zeigen Mittel, mit denen die Empfindlichkeit des Resonanzschwingkreis-Sensors gegenüber einem Fluid modifiziert werden kann, indem dieser mit einer Fluid-Schutzschicht 120 beschichtet ist.
In 12A überdeckt die Schutzschicht die eine Seite des Resonanzschwingkreises vollständig und überdeckt die andere Seite teilweise.
In 13A ist nur eine Seite abgedeckt.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Fluid-Schutzschicht eine fluidanziehende Schicht sein, um die Empfindlichkeit auf Fluide zu verbessern.
Die 14, 15 und 16A und 16B zeigen unterschiedliche Ausführungsformen von Anwendungen des Resonanzschwingkreises, insbesondere für eine Sensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt einen Resonanzschwingkreis 11, der in einer Windel oder einem Verband 60 eingebettet ist, die in der Lage ist, das Fluid zu absorbieren, zum Beispiel Urin oder ein Körperfluid, zum Beispiel Blut aus einer Wunde, und zwar durch ein absorbierendes Material 61.
15 zeigt einen laminierten Resonanzschwingkreis 11, der zwischen zwei Materialien 71, 72 eingebettet ist oder wobei das Material 71 mit der menschlichen Haut kompatibel ist und erlaubt, dass Feuchtigkeit und ein Körperfluid eindringen kann. Der laminierte Schaltkreis kann direkt auf der Haut aufgebracht werden, ganz oder teilweise eine blutende Wunde 73 überdeckend. Er kann auf der Haut entweder mit Hilfe eines Pflasters oder eines Tapes 75 fixiert werden.
16A zeigt einen befestigbaren Resonanzschwingkreis 80 des in 15 gezeigten Typs, in welchem der Resonanzschwingkreis zwischen einem Trägermaterial eingebettet ist, das ganz oder teilweise mit Haftmittel überdeckt ist, zum Beispiel einem hautverträglichen Haftmittel, einem Material 81 zum Befestigen des Resonanzschwingkreises an zum Beispiel der Haut oder einer Windel, und mit einem abziehbaren Deckmaterial 82, welches das Haftmittel vor der Verwendung überdeckt. Es sei angemerkt, dass der Resonanzschwingkreis in laminierter Bauweise vorliegen kann oder direkt an das Trägermaterial angehaftet oder in dieses eingebaut werden kann.
16B zeigt mehrere befestigbare Resonanzschwingkreise 80, ähnlich demjenigen aus 16A, der auf einem "endlos" abziehbaren Deckmaterial 81 vorgesehen ist, insbesondere nützlich für eine schnelle und leichte Handhabung und Aufbringung von vielen Sensoreinrichtungen, zum Beispiel Fluid, an einem menschlichen Körper oder einem Artikel, zum Beispiel einer Windel
Die 17A und 17B mit Querschnittsansichten zeigen eine Anwendung einer Fluidsensoreinrichtung, das heißt, eines Resonanzschwingkreises 91, zum Beispiel des in 5C oder 15 gezeigten Typs, der in einem Behälter 92 enthalten ist, zum Beispiel einem Sammelbeutel oder einem Drainagebeutel, um den Pegel des gesammelten Fluids, zum Beispiel des Drainagefluids 12, zu überwachen. Die Kennwerte des Resonanzschwingkreises werden bei Kontakt mit dem Fluid verändert, siehe 17B.
Die 18A und 18B zeigen eine weitere Anwendung eines Resonanzschwingkreises 101, zum Beispiel des Typs, der in Kombination mit dem gelenkartigen Resonanzschwingkreis gemäß einer mit Bezug auf die 11 diskutierten Ausführungsform verwendet werden kann, befestigt auf der Außenseite eines Behälters 102, zum einem Infusionsbeutel, am Fluidpegel A-A zum Überwachen des darin enthaltenen Fluids 12, wenn der Pegel des Fluids unter den Pegel A-A sinkt, wobei die Fähigkeit des Resonanzschwingkreises, elektromagnetische Energie von einem Oszillator zum empfangen, veränderlich ist, weil der Kondensator zwischen den in Reihe verbundenen Spulen veränderlich ist, wenn die Behälterseiten gegeneinander zusammenfallen. Diese Ausführungsform kann verwendet werden, um Infusionsflüssigkeiten zu überwachen und Alarm zu geben, wenn der Infusionsbeutel leer ist.

Claims

Hochfrequenzschwingkreis-Sensorvorrichtung umfassend (a) ein eine Oberfläche aufweisendes Substrat (10); (b) eine geschichtete Struktur umfassend: i. mindestens ein erstes elektrisch leitendes Mittel (11, 12), das eine Induktivität (L) umfasst; ii. mindestens ein zweites elektrisch leitendes Mittel (13); und iii. mindestens ein elektrisch isolierendes Mittel (14), welches mindestens einen Teil des besagten ersten elektrisch leitenden Mittels vom besagten zweiten elektrisch leitenden Mittel trennt; wobei einer der beiden besagten mindestens einen ersten oder zweiten elektrisch leitenden Mitteln auf dem besagten Substrat angeordnet ist; wobei das erste und zweite elektrisch leitende Mittel und das elektrisch isolierende Material elektrisch verbunden sind, um einen Schwingkreis (LC) zu bilden; wobei Teile (11, 13) der mindestens ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel die Elektroden mindestens einer Kapazität (C) bereitstellen, und Teile (15) der besagten ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel mindestens eine Verbindung zwischen dem ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel bereitstellen, und ein Sensormittel zum Erfassen einer Änderung der Resonanzbedingungen des Schwingkreises als Reaktion auf ein Fluid.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Verbindung zwischen den ersten und zweiten elektrisch leitenden Mitteln durch Kontakte zwischen Teilen (15) der besagten ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das erste und zweite elektrisch leitende Mittel ein Material umfasst, welches aus der Gruppe bestehend aus elektrisch leitenden Polymeren, Lacken oder Tinten ausgewählt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 weiter umfassend weitere geschichtete Strukturen, die weitere mindestens ein erstes und zweites elektrisch leitendes Mittel und weitere mindestens ein elektrisch isolierendes Mittel umfassen; Teile welcher besagten weiteren ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel Kontakte zueinander bereitstellen, um mindestens eine Verbindung zwischen ihnen bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine erste elektrisch leitende Mittel ein induktives Element umfasst, das eine Spule mit getrennten Wicklungen zum Aufnehmen eines Fluids umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat anziehend für besagtes Fluid ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die geschichtete Struktur mit einer Fluidschutzschicht überzogen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schwingkreis durch die Anwesenheit eines Fluids deaktiviert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schwingkreis weiter eine Sicherung umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Hochfrequenzschwingkreis-Sensorvorrichtung umfassend (a) ein Bereitstellen eines eine Oberfläche aufweisenden Substrats (10); (b) ein Bereitstellen einer geschichteten Struktur umfassend: i. mindestens ein erstes elektrisch leitendes Mittel (11, 12), das eine Induktivität (L) umfasst; ii. mindestens ein zweites elektrisch leitendes Mittel (13); und iii. mindestens ein elektrisch isolierendes Mittel (14), welches mindestens einen Teil des besagten ersten elektrisch leitenden Mittels vom besagten zweiten elektrisch leitenden Mittel trennt; wobei eines der beiden besagten mindestens einen ersten oder zweiten elektrisch leitenden Mitteln auf dem besagten Substrat angeordnet ist; wobei das erste und zweite elektrisch leitenden Mittel und das elektrisch isolierende Material elektrisch verbunden sind, um einen Schwingkreis (LC) zu bilden; wobei Teile (11, 13) der mindestens ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel mit Elektroden mindestens einer Kapazität (C) versehen sind, und (c) ein Veranlassen von Teilen (15) der besagten ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel mindestens eine Verbindung zwischen den ersten und zweiten elektrisch leitenden Mitteln bereitzustellen; welcher besagte Schwingkreis auf ein Fluid reagiert.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Verbindung zwischen den ersten und zweiten elektrisch leitenden Mitteln hergestellt wird, indem Teile (15) der besagten ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel einander kontaktieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das erste und zweite elektrisch leitende Mittel ein Material umfasst, welches aus der Gruppe bestehend aus elektrisch leitenden Polymeren, Lacken oder Tinten ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 weiter umfassend ein Bereitstellen weiterer geschichteter Strukturen, die weitere mindestens ein erstes und zweites elektrisch leitendes Mittel und weitere mindestens ein elektrisch isolierendes Mittel umfassen; ein einander Kontaktieren von Teilen der besagten weiteren ersten und zweiten elektrisch leitenden Mittel, um mindestens eine Verbindung zwischen ihnen bereitzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die geschichtete Struktur durch Drucken bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Drucken kontrolliert wird durch online Überwachung der Schwingkreisparameter der erzeugten Schwingkreise und durch Anpassen der Druckprozessbedingungen, um gewünschte Parameter davon zu erhalten.
Gerät zum Detektieren eines Fluids umfassend: einen oder mehrere Oszillataren (10) zur Übermittlung elektromagnetischer Energie; einen oder mehrere Schwingkreise (11) zum Aufnehmen von elektromagnetischer Energie der besagten Oszillatoren; und einen oder mehrere Detektoren zum Detektieren von Änderungen einer oder mehrerer Charakteristiken der einen oder mehreren Oszillatoren auf Änderungen in Charakteristiken der Schwingkreise durch deren Kontakt mit dem Fluid, wobei der Schwingkreis nach Anspruch 1 bis 9 ausgebildet ist.
Gerät nach Anspruch 16, wobei die einen oder mehreren Schwingkreise Spulen umfassen, welche getrennten Wicklungen zum Aufnehmen des Fluids und zum Kurzschließen des Kreises aufweisen.
Gerät nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei die Wicklungen aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus elektrisch leitenden Polymeren wie Polyanilin; oder elektrisch leitenden Polymergemischen wie Gemischen von Poly(p-Phenylvinyl), Polyacrylamid, Polyanilin und Polyethylen.
Gerät nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die einen oder mehreren Schwingkreise in einem oder mehreren Behältern enthalten oder daran angeheftet sind.
Gerät nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die einen oder mehreren Schwingkreise in einen Windel eingebettet sind.
Gerät nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die einen oder mehreren Schwingkreise eingebettet sind in einen Träger mit einem Klebstoff, wie ein Kleber.
Verwendung eines Geräts nach einem der Ansprüche 16 bis 21 zum Detektieren des Fluidniveaus in einem oder mehreren Behältern.
Verwendung nach Anspruch 22, wobei die Behälter Behälter und Infusionsbehälter umfassen.
Verwendung eines Geräts nach einem der Ansprüche 16 bis 21 zum Detektieren, ob ein Behälter, der ein Fluid enthält, von dem Fluid geleert wurde oder ein leerer Behälter gefüllt wurde.
Verwendung nach Anspruch 24, wobei der Behälter einen Infusionsbehälter umfasst.
Verwendung eines Geräts nach einem der Ansprüche 16 bis 21 zum Überwachen eines Austretens eines Fluids aus einem Behälter.
Verwendung eines Geräts nach einem der Ansprüche 16 bis 21 zum Überwachen eines Austretens von Fluid aus einem oder eines Einspeisens von Fluid in einen menschlichen oder tierischen Körper.
Verwendung nach Anspruch 27, wobei das Austreten des Fluids ein Fluid eines Menschen ist, der an einer Urin- und/oder einer Fäkalinkontinenz leidet.
Ein Artikel umfassend eine Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eine Sensorvorrichtung hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15 zum Enthalten, Aufnehmen oder Abgeben von Fluid.
Ein Artikel umfassend eine Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eine Sensorvorrichtung hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15 zur gesunden Entwicklung und Erhaltung der Gesundheit.
Artikel nach Anspruch 30 bestehend aus einem Absorptionsmittel oder einer Bandage in Form einer Umwicklung oder einem Auffangmittel verwendet um einen verletzten oder kranken Teil eines menschlichen oder tierischen Körpers zu schützen, zu bedecken oder zu immobilisieren, oder verwendet in der Chirurgie.
Artikel nach Anspruch 31 bestehend aus einem Absorptionsmittel für Urin oder Fäkalien, insbesondere einer Windel.