SE462631B - Miniatyriserad trycksensor foer fysiologiska maetningar in situ - Google Patents

Description

462 651 2 uppvisar reducerad volymsförändring per tryckförändrng. Ett litet utslag eller rörelse av membranet skall med andra ord åstadkomma en liten volymsförändring, som är mindre än den som erhölls med den tidigare kända konstruktionen.

Enligt uppfinningen ernàs de ovan nämnda syftemålen genom att kroppen uppvisar en kort fribärande balk i vars fria ände den reflekterande ytan är anordnad vinkelrätt utstående från balken, att kroppen är limmad mot ljusledaren och att ljus- ledaren är punktlimmad mot manteln med balken i läge för att påverkas av membranet varvid på.membranet verkande tryckändrin- gar förflyttar balken och därmed den reflekterande ytan, vilka kommer att röra sig framför ljusledarens ändyta.

Genom att göra balken kort och minska membranets utslag för ett pålagt tryck bibehålls ett acceptabelt signal-brus-värde samtidigt som trycksensorns känslighet för snabba tryck- förändringar är hög.

En utföringsform av uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan i anslutning till de bifogade ritningarna, i vilka fig. 1 visar en miniatyriserad trycksensor enligt teknikens ståndpunkt såsom denna framkommer ur det ovan nämnda svenska patentet, fig. 2 visar en tvärsektionsvy av en miniatyriserad tryck- sensor i enlighet med föreliggande uppfinning och fig. 3 visar en perspektivvy av en monteringsanordning för tillförsäkrande av fri luftväg för volymen av luft av referenstryck.

Den kända trycksensorn innefattar en mantel l av elastiskt material, ett elastiskt membran 2 anordnat över en öppning 3 belägen i mantelytan av manteln. En ljusledare 4 och en kropp 5 av kisel är anordnade inuti manteln. En reflekterande yta 6 är anordnad mittför ljusledarens 4 ändyta. Den reflekterade (n 462 651 3 ljusmängden i ljusledaren 4 är beroende av den grad med vilken omgivningstrycket P trycker in membranet 2 och därmed ändytan av den optiska fibern 4 mot den reflekterande ytan 6.

Som framgår ur fig. l bildar kroppen 5 av kisel en restriktion m llan luftvolymen 7 :i den distala änden av membranet och luftkanalen 8 inuti mantelns proximala parti. Denna restriktion är ofördelaktig vid miniatyrisering. Den är vidare olika från sensor till sensor beroende av tillverkningstekniska skäl.

Fig. 2 visar trycksensorn enligt föreliggande uppfinning.

Kiselkroppen 5 är försedd med en tunn fribärande kort balk 10 som är anordnad att påverkas av membranet 2. Balkan är fram- ställd av enkristallint kisel genom anisotrop etsning av 100- planet eller lll-planet, vilka har lägre etshastighet än omgivande kristallplan. På detta sätt kan en vertikal spegel etsas på änden av balken. Med selektiv etsning kan balkens tjocklek definieras i storleksomràdet från ca. 5 till ca. 30 pm. Genom att enkristallint kisel används får balken utomor- dentligt goda böjningsegenskaper och genom att balken kan ha den nämnda tjockleken. kan balkens längd göras mindre än längden av den fria änden av den optiska fibern i utförandet enligt fig. l. På detta sätt kan således hela sensorns längd reduceras.

Kroppen 5 av kisel är limmad på den optiska fibern 4 och den optiska fibern 4 är i sin tur punktlimmad mot manteln 1.

Selektiv etsning innebär att etshastigheten är dopningsbero- ende. Kislet kan p-dopas eller så kan p-dopad kisel n-dopas.

Olika etsvätskor kan används, bl.a. kaliumhydroxid.

För att åstadkomma en välbestämd luftkanal samt för att underlätta monteringen av den optiska fibern i sensorn kan den i fig. 3 visade kiselkroppen användas. Kroppen 5 av kisel är i tvärsektion väsentligen kvadratisk och är bildad av dels balken 10 i vars ände den reflekterande ytan 6 är anbragt .och dels av en uppåt öppen långsträckt låda med en bottenvägg 11 och två sidoväggar 12, 13. De två sidoväggarna är försedda 462 651 4 med varsin uppåt öppen urtagning, av vilken endast den ena, 14, visas. Dessa urtagna partier 14 sträcker sig endast ett kort stycke utmed sidoväggarnas längd svarande mot längden av den fribärande delen av balken 10.

Balken är hopfogad med lådan genom atomär sammanfogning (se referens Tenerz, Hök, Electronic Letters, 22 maj 1986, vol. 22, nr. ll, sid. 615-616) eller anodisk sammanfogning genom att man deponerar ett glasskikt i fogen.

Vid montering av sensorn förs lådan 10-13 in i manteln l fram till det läge som motsvarar det :L fig. 2 visade varefter balken fixeras mot manteln, t.ex. genom limning eller på annat sätt. Därefter sticks ljusledaren in i ládändöppningen på det i fig. 3 visade sättet. Fiberns läge :relativt den reflekterade ytan är på detta sätt lätt att montera med hög precision eftersom làdans botten-, sido- och takväggar tjänar såsom styrning. Det inses att den ovan diskuterade luftkanalen bildas mellan den optiska fibern och de fyra nämnda väggarna 10-13. Dessa väggar är släta och har väldefinierade storlekar vilket skall jämföras med de tämligen slumpvisa restriktioner som kan uppstå vid utförandet enligt fig. 1 i samband med att kroppen 5 limmas mot manteln. Ehuru inte beskrivet närmare ovan är sidoväggarna 12, 13 och bottenväggen antingen utförda av plana skivor vilka fogats mot varandra eller också är enheterna 11, 12 och 13 utförda i ett sammanhängande stycke framställt genom t.ex. selektiv etsning av det ovan nämnda slaget.

De ovan beskrivna utföringsformerna av uppfinningen kan på många sätt modifieras och varieras inom ramen för uppfinningens grundtanke.

Claims (10)

462 631 5 PATENTKRAV

1. Miniatyriserad trycksensor för fysiologiska mätningar in situ, innefattande: - en mantel (1) av ett elastiskt material, - ett elastiskt membran (2) anordnat över en öppning (3) belägen i mantelytan av manteln, - en ljusledare (4) anordnad inuti manteln, - en kropp (5) av kisel eller galliumarsenid anordnad inuti manteln, - en reflekterande yta (6) anordnad på kroppen, varvid - den reflekterande ytan är anordnad mittför ljus- ledarens ändyta, k ä n n e t e c k n a d av - att kroppen uppvisar en kort fribärande balk (10) i vars fria ände den reflekterande ytan är anordnad vinkelrätt utstående från balken, - att kroppen (5) är limmad mot ljusledaren (4) och - att ljusledaren (4) är punktlimmad mot manteln (1) med balken i läge för att påverkas av membranet (2), varvid - på membranet verkande tryckändringar förflyttar balken och därmed den reflekterande ytan (69) vilka kommer att röra sig framför ljusledarens ändyta.

2. Miniatyriserad trycksensor enligt krav 1, k ä n n e- t e c k n a d av att kroppen (5) uppvisar en genomgående öppning avsedd att rymma ljusledaren (4).

3. Miniatyriserad trycksensor enligt krav 2, k ä n n e- t e c k n a d av att den genomgående öppningen rymmer ljusledaren med spel för bildande av en luftkanal mellan den luftvolym som är belägen i sensoromràdet framför kroppen (5) och den luftvolym som är belägen inuti manteln bakom kroppen (5).

4. Miniatyriserad trycksensor enligt krav 3, k ä n n e- 462 631 6 t e c k n a d av att kroppen (5) är limmad mot mantelns insida.

5. Miniatyriserad trycksensor enligt krav l, 2 eller 3, varvid kroppen är framställd av kisel, k ä n n e t e c k n a d av att den fribärande balken (19) är bildad genom selektiv etsning av enkristallint kisel i ICO-planet eller 111-planet.

6. Miniatyriserad trycksensor enligt krav 5, k ä n n e- t e c k n a d av att balken är från ca. 5 till ca. 30 pm tjock och ca. 0.3-0.6 mm lång.

7. Miniatyriserad trycksensor enligt krav 6, k ä n n e- t e c k n a d av att den utvändiga diametern av manteln i sensorns distala parti är i storleksordningen mindre än 0.5 mm.

8. Miniatyrisera trycksensor enligt krav l, k ä n n e- _t e c k n a d av att kroppen (5) i tvärsektion är väsent- ligen kvadratisk.

9. Miniatyriserad trycksensor enligt krav 8, k ä n n e- t e c k n a d av att kroppen har formen av en långsträckt låda vars toppvägg är bildad av den fribärande balken (10), vars sidoväggar och bottenväggar är bildade av plana kisel- stycken, varvid siodväggarna (12, 13) uppvisar uppåt öppna urtagna partier (14), vilka sträcker sig ett stycke utmed sidoväggarnas längd, vilket stycket svarar mot den fria längden av den fribärande balken (10).

10. Miniatyriserad trycksensor enligt krav 9, k ä n n e- t e c k n a d av att balken är hopfogad med lådan genom atomär eller anodisk sammanfogning.