TWI608233B - 濡濕感測器、吸收性衣物、構造物件及濡濕偵測系統 - Google Patents

濡濕感測器、吸收性衣物、構造物件及濡濕偵測系統 Download PDF

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詹姆仕 卡格 法諾斯
賈克伯 戴爾 查特敦
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Description

濡濕感測器、吸收性衣物、構造物件及濡濕偵測系統
本發明大體而言係關於濡濕感測器,以及併有此等感測器之物件及系統,及與此等感測器有關之方法。
數百萬的年輕人及老人每天穿戴尿布。對於此等兩個群體而言,對濡濕之檢查可能需要依賴於其他因素。在由於醫學病況或生活處境而穿戴尿布之成人患者之情況下,未被關注之濕尿布在一些情形下可對使用者(occupant)造成健康風險。尿布疹及皮膚潰瘍恰好為可由長期曝露於濡濕條件引起之兩個可能醫學病況。由於患者之健康風險及健康照護提供者之可能貨幣性負債兩者,需要用於增強之尿布監視之處理及程序。
在一些地方,用於需要使用尿布之成人患者之標準監視程序將至少每四小時一次地監視患者之失禁。若患者不能夠獨立地傳達尿布之狀態,則對尿布之實體檢查係照護者所需要的。通常需要實體上翻轉患者以便進行令人滿意之實體檢查。此情形可對護士或工作人員造成健康風險,且對於較嚴重患者而言,可能需要額外人員或甚至機械吊具。非常需要藉由在無需執行實體檢查之情況下詢問尿布之狀態來消除此費時且有損尊嚴之程序。
其他人已提議在尿布中使用之濡濕感測器。參見(例如)美國專利申請公開案US 2008/0300559(Gustafson等人)。亦參看美國專利申請公開案US 2004/0064114(David等人)、 US 2004/0070510(Zhang等人)、US 2005/0156744(Pires)、US 2006/0058745(Pires)、US 2007/0083174(Ales,III等人)、US 2008/0132859(Pires)及US 2008/0266123(Ales等人),及美國專利6,373,395(Kimsey)、6,583,722(Jeutter等人)、6,603,403(Jeutter等人)及6,774,800(Friedman等人)。然而,濡濕感測器在尿布中之廣泛使用及其他應用尚未實現。
吾人已開發出可偵測濡濕且可以遠端方式詢問之一系列感測器。此等感測器亦可與低成本製造技術相容。吾人已發現,該等感測器不僅可適合於在尿布或其他吸收性衣物中使用,而且可在需要偵測濡濕但難以用視覺或其他方式直接觀察濡濕之其他最終用途應用中使用。此等其他應用可涉及將濡濕感測器併入於諸如壁板、絕緣材料、地板、屋頂以及配件及支撐結構之構造相關物件中以偵測來自(例如)地下管道、地板下方、牆壁後方或天花板上方之洩漏。其他應用可涉及將濡濕感測器併入於包裝或盒子中以偵測(例如)洩漏或融化(例如)從而用於醫療或汽車應用。
吾人在本文中描述(連同其他物件)包括自支撐基板及由該基板承載之導電跡線的感測器。該導電跡線經圖案化以提供調諧RF電路之至少一部分,該RF電路較佳安置於該基板之僅一側上且其特徵在於阻抗或電阻。與該基板相比,該導電跡線並非自支撐的。該基板經調適以在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解。該基板之此降 解產生RF電路之操作的劇烈改變,其可由遠端讀取器或詢問裝置解譯為「濡濕」條件。藉由該目標流體之該接觸可使RF電路之阻抗或電阻改變為至少5倍、10倍、100倍或1000倍。藉由該目標流體之該接觸可使該導電跡線崩解以便為RF電路提供開路。藉由該目標流體之該接觸可實質上使RF電路不操作。
該感測器可包括安置於該感測器之外表面上之皮膚相容黏著劑。此黏著劑可包含聚矽氧。
在一些情況下,該基板在由該目標流體接觸時溶解。在一些情況下,該基板在由該目標流體接觸時膨脹。在一些情況下,該基板為或包括具有平滑或輪廓化之主要表面之可撓性膜。在一些情況下,該基板為或包括聚乙烯醇(PVA)。在一些情況下,該目標流體包含極性液體(諸如,水)或一或多種含水人類體液。
在一些情況下,該導電跡線包含銀。在一些情況下,該導電跡線具有小於1微米或小於100奈米之厚度。在一些情況下,該導電跡線包括線圈,且RF電路包括耦接至該線圈之至少一電容器以提供諧振頻率。該導電跡線較佳與該基板緊密接觸。在一些情況下,該導電跡線具有可變厚度及/或可變寬度。在一些情況下,該導電跡線具有可變厚度,厚度變化與該導電跡線與該基板之間的結構化界面相關聯。在一些情況下,RF電路亦包括連接該導電跡線之兩個部分之導電鏈接部件(諸如,跨接線)。
亦揭示併有所揭示之濡濕感測器的吸收性衣物(諸如, 尿布)以及其他物件。在吸收性衣物之情況下,該衣物可包括液體可滲透薄片、液體不可滲透薄片及夾於該液體可滲透薄片與該液體不可滲透薄片之間的吸收性材料。該濡濕感測器可安置於該液體可滲透薄片與該液體不可滲透薄片之間或該液體可滲透薄片與使用者身體之間。較佳地,該濡濕感測器安置於該液體不可滲透薄片與吸收性核心之間,使得該濡濕感測器將在該核心飽和且不會藉由僅少量之目標流體之釋放觸發時降解。
亦揭示併有所揭示之濡濕感測器的在建築物構造中使用之物件。此等構造物件可為或包括壁板、絕緣材料、地板(包括但不限於地毯)、屋頂及/或用於管道之配件或支撐結構。
吾人描述系統,其中所揭示之濡濕感測器中之至少一者與經組態以在遠端評估調諧RF電路之條件之讀取器組合以便評估感測器之條件。該讀取器可經組態而安裝於例如以下各者之用於人的行動或固定支撐件中或上:床、椅子(包括例如輪椅或搖椅)、手推車或其他行動或固定支撐件。
亦論述相關方法、系統及物件。
本申請案之此等及其他態樣將自下文之詳細描述顯而易見。然而,決不能將以上概述解釋為對所主張標的之限制,標的僅由附加申請專利範圍界定,而附加申請專利範圍可能在申請期間進行修正。
在諸圖中,類似參考數字指示類似元件。
在圖1中,吾人看到可使用高容量膜處置裝置製造之捲起薄片或腹板110。腹板110包括已塗佈導電跡線之可撓性基板114,該跡線形成調諧RF電路116之至少一部分。該跡線通常形成至少一感應線圈,但該跡線亦可包括其他相異電路元件及連接特徵,如下文所更充分例示。該導電跡線以及該RF電路之剩餘部分因此由基板114承載。
雖然在圖中僅展示一個電路116,但讀者將理解,實質上相同或類似之調諧RF電路較佳以陣列設置在該腹板上,一個此電路安置於標示為112之每一區域中,且所有此等電路較佳安置於腹板110之同一側上。參考數字112因此可指代呈標記或標籤之形式之個別感測器,其可藉由(例如)藉由沿著線113a113b進行切開或切割操作來轉換腹板110而獲得。
除該導電跡線之外,調諧RF電路116通常亦包括一或多個離散電路元件。舉例而言,電路116可包括由基板114承載且連接至該導電跡線以便使RF電路116完整且提供所要功能性之單獨跨接線(導電鏈接部件)及電容器,如下文所進一步論述。在一些情況下,除感應線圈之外,該導電跡線本身亦可包括一或多個電容器。必要時,在將腹板切開或切割成個別感測器標記112之後,而非在此切開或切割之前,形成RF電路116之部分的任何離散電路元件可附接至基板114,或附接至RF電路116之一部分。或者,在將腹板細分成個別標記之前,一或多個離散電路元件可附接至基板114或附接至RF電路116之一部分,而腹板110仍係完 整的。導電跡線及RF電路116之其他組件較佳由基板來承載且安置於基板114之僅一側上。自製造觀點看,此配置係有利的,使得可使用僅單側膜處理。
基板114不僅為可撓性的,而且其亦為自支撐的。就此而言,若基板具有足以准許處置基板而無可能使基板不適合於預期應用之異常破裂、撕裂或其他損害之機械完整性,則咸信基板為自支撐的。
顯著地,基板經調適以在由目標流體(諸如,水)接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解,且該導電跡線並非自支撐的。由於特徵之此組合,感測器標記曝露於目標流體可產生RF電路之實體結構的劇烈改變及RF電路之操作的對應劇烈改變,後一劇烈改變可由遠端讀取器或詢問器件解譯為「濡濕」條件。舉例而言,在基板經特製以在由目標流體接觸時完全或甚至部分地溶解之情況下,導電跡線及其他RF電路元件可在沒有最初由基板提供之結構支撐之情況下完全崩陷、破碎或破損。
RF電路之操作之劇烈改變可由電路之電阻或阻抗(例如)改變為至少5倍、10倍、100倍或1000倍來表明。就此而言,「電阻或阻抗之改變」指代電阻或阻抗之量值之改變。阻抗將直流(DC)電阻之概念擴展至交流(AC)電路,從而不僅描述電壓及電流之相對振幅,而且描述相對相位。阻抗描述對抗交流電之措施且由複數描述。阻抗之實數部分描述電阻(電壓與電流之振幅比),且虛數部分描述相位差。相位差僅在電路具有電容性或電感性組件時出現,且 通常使用正號來指示虛數部分之電感且使用負號來指示虛數部分之內容。阻抗分析器藉由量測整個電子電路中之電壓與電流之比來工作。
或者或另外,RF電路之操作之劇烈改變可由諧振頻率、Q因子、頻寬、振幅及/或其他諧振特性之改變來表明。或者或另外,操作之劇烈改變可由該導電跡線之實質崩解或斷裂以便為RF電路提供開路來表明。或者或另外,操作之劇烈改變可由RF電路變得實質上不操作來表明。
適合於在所揭示之濡濕感測器中使用之例示性調諧RF電路示意性地展示於圖2a及圖2b中。在圖2a中,簡單RF電路216包含如所展示地連接之電感器218及電容器220。此等組件之電感L及電容C組合以提供LC電路216,該電路具有由下式給出之諧振頻率f(以每秒之循環或赫茲為單位來表示):
L及C之值較佳經選擇使得諧振頻率經調諧至射頻(RF)電磁波譜之所要部分,例如,自30 kHz至300 GHz之波譜之所要部分。在較佳實施例中,諧振頻率可在自1 MHz至100 MHz之較窄範圍之所要部分中,或更具體言之,處於(例如)13.56 MHz之目標頻率。在任何情況下,感測器電路之調諧RF頻率較佳經選擇以與遠端讀取器或詢問器件之頻率範圍相容(例如,實質上匹配該頻率範圍、與該頻率範圍重疊或在該頻率範圍內),感測器之讀取器及RF電路因此 操作為濡濕偵測系統。電感器218在能量接近電路之諧振頻率之情況下充當用以自讀取器接收RF電磁能量之天線,且電感器218接著以電路之諧振頻率或接近電路之諧振頻率重新發射所吸收能量之至少一些。
除單一電容器220已用串聯連接之兩個單獨電容器220a220b替換之外,圖2b之RF電路216b類似於電路216。在替代實施例中,可使用兩個以上單獨電容器,且該等電容器可全部串聯連接或該等電容器可以其他方式連接。此外,雖然在所揭示之RF電路中僅一個電感器線圈為較佳的,但亦預期具有一個以上電感器之實施例。在一些實施例中,RF電路之各種元件係以便於提供回應可藉由圖2a之簡單LC諧振電路近似之RF電路的方式彼此連接。舉例而言,圖2b之個別電容器220a220b可由具有適當電容C之單一電容器220以數學方式表示。組成RF電路之各種電路元件之值(例如,電感器218之電感及電容器220a220b之電容)再次經選擇以提供調諧至RF頻譜之所要部分之諧振頻率,如上文所論述。事實上,所有實際電路含有一定量之電阻。在所揭示之濡濕感測器之一些實施例中,RF電路可具有可忽略之電阻,而在其他情況下,RF電路可具有不可忽略之電阻。在後者情況下,RF電路可包括一或多個個別電阻器(例如)以形成RLC諧振電路。
在一些情況下,額外電路(未圖示)可包括於調諧RF電路中以用於經由天線發射識別碼。此額外電路可與已知射頻識別(RFID)器件中所使用之電路相同或類似。能夠將碼傳 輸至讀取器之器件通常被稱為RFID器件。不能夠傳輸識別碼之器件有時被稱為電子物件監視(EAS)器件。EAS器件吸收且干擾由讀取器發射之電磁場,諸如RF場。場之干擾可由讀取器偵測並解譯以指示EAS器件之存在。所揭示之濡濕感測器中所使用之調諧RF電路較佳具有大體上較簡單之EAS設計,但預期其他設計,包括(但不限於)較複雜之RFID設計。較佳調諧RF電路本質上為被動的,亦即,該等RF電路未併有電池或其他內置電源,而是自與由讀取器天線發射之電磁場之耦合得到電力。然而,在一些情況下,取決於濡濕感測器之最終用途應用,調諧RF電路本質上可為主動的,亦即,該RF電路可包括電池或其他電源。在任何情況下,調諧RF電路之特徵通常在於諧振頻率及電路阻抗。
圖2c為例示性遠端詢問器件或讀取器230之示意性方塊圖。讀取器230包括電感器232、RF源234及諧振分析器236。能量儲存於用作天線之電感器232周圍之場中。若濡濕感測器在讀取器230附近,則此儲存之能量可耦合至濡濕感測器之調諧RF電路。諧振分析器236可經組態以偵測自讀取器230之天線耦合至調諧RF電路之能量之量的改變,此耦合在調諧RF電路之諧振頻率足夠接近讀取器電路之諧振頻率之情況下發生。詢問器信號中之可歸因於由調諧RF電路耦合之能量之改變的擾動可被認為構成感測信號或感測電路信號。
圖3a及圖3b為包括濡濕感測器及讀取器330之偵測系統 之示意圖。在圖3a中,濡濕感測器312a處於「乾燥」狀態,且在圖3b中,濡濕感測器已由水或另一目標流體接觸以產生處於「濡濕」狀態之濡濕感測器312b
在圖3a中,讀取器330廣播RF信號,該信號之至少一部分具有可由感測器312a之調諧RF電路316a吸收之合適頻率分量。感測器312a將所吸收能量之一些轉換成(較弱)感測信號,該感測信號由電路316a廣播且由讀取器330感測。讀取器330將來自電路316a之該感測信號解譯為「乾燥」條件,且指示燈或其他合適狀態輸出可由讀取器330提供。
在圖3b中,讀取器330再次廣播相同RF信號。感測器312b正如感測器312a一樣在讀取器附近,但感測器於目標流體之曝露已使承載調諧RF電路之基板部分或完全溶解(或膨脹或以其他方式降解)。為此,感測器312b之基板係以虛線畫出。調諧RF電路316b展示於圖中,但該電路可由於支撐基板之缺乏或降解而完全或部分地不操作。或者,該電路可保持可操作,但其可具有非常不同於電路316a之特性的特性,例如,非常不同之阻抗、非常不同之諧振頻率、Q因子、頻寬、振幅及/或其他諧振特性。因此,感測器312b可不提供任何感測信號,或該感測器可提供澈底不同於由感測器312a在與目標流體接觸之前提供之感測信號的感測信號。讀取器330將感測信號之缺乏或澈底不同之感測信號解譯為「濡濕」條件。「濡濕」指示燈或其他合適狀態輸出可接著由讀取器330提供。
圖4提供一例示性濡濕感測器412之示意圖。感測器412包含自支撐基板414及由該基板承載之調諧RF電路416。基板414可為已(例如)在對基板材料之連續腹板之轉換操作中自較大塊之相同基板材料切下之相對小樣本。較佳地,基板414足夠薄從而為可撓性的,但足夠厚從而為自支撐的。如已提及地,基板較佳由在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解之材料組成。較佳基板材料亦為可熔融擠壓或溶劑澆鑄的且能夠澆鑄成可撓性膜。對於含水感測器,合適材料可選自已知天然或合成之水溶性或水分散性材料中之任一者。例示性成膜聚合物或寡聚物基板材料為聚乙烯醇(PVA)。PVA為極性材料,且其實質上在曝露於水或其他極性液體(包括諸如尿或血之含水人類體液)時溶解及/或膨脹。PVA之聚合物可自聚乙酸乙烯酯製備且可以多種分子量及水解程度購得。替代基板材料包括(但不限於):脆性紙,諸如衛生紙或新聞紙;植物天然聚合物,諸如褐藻酸及褐藻酸衍生之聚合物、阿拉伯半乳聚糖、纖維素衍生物(包括(但不限於)羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素)、澱粉及澱粉衍生物;微生物衍生之天然聚合物,諸如多醣、源自動物之聚合物,包括明膠、膠原蛋白、黏性多醣及其類似物;聚環氧烷;源自乙烯型不飽和單體之聚合物及共聚物,包括(但不限於)乙烯系單體、丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯、丙烯醯胺及甲基丙烯醯胺及其類似物;聚乙烯亞胺;聚乳酸;聚乙醇酸;及包括前述各者中之一或 多者之混合物。額外的合適基板材料包括聚氧化乙烯或聚乙二醇、果膠、聚三葡萄糖及基於聚羰乙烯(carbopol-based)之聚合物膜。另外其他的合適基板材料可選自以引用方式併入本文中之PCT公開案WO 02/092049(Godbey等人)「System for Delivering Cosmetics and Pharmaceuticals」中所揭示之材料。如該文件中所揭示,塑化劑可用以減小膜之脆度,藉此使膜變得較堅韌、較舒適,且大體上改良膜之處置性質。另一合適基板材料為可購自3M Company之水溶性波焊帶(Wave Solder Tape)#5414,其為具有PVA膜背襯、合成水溶性黏著劑及牛皮紙裡襯之帶。
在一些情況下,濡濕感測器可經設計以偵測除水以外之目標流體,或甚至可偵測除極性液體以外之流體,例如,源自基於石油之產品之非極性液體,諸如汽油、煤油、己烷、庚烷、甲苯及其他芳族、直鏈或分支之烴類或其混合物。對於經設計以偵測非極性液體之濡濕感測器而言,基板較佳由非極性材料組成。舉例而言,聚苯乙烯為可用作基板或包括於基板中之非極性材料且將在由非極性目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解。將藉由非極性目標流體降解之其他例示性基板包括由ABS、EPDM、PVC、聚丙烯及較佳具有很少或無交聯塑化劑或穩定劑之其他非極性材料製成之材料。
感測器基板414可為整體膜,亦即,該基板在基板之整個空間或體積中可具有均勻組成。或者,該基板可具有非均勻組成。一種類型之非均勻組成為堆疊式分層介質,或 不同材料之並排列之條狀介質,該等材料中之至少一者可藉由目標流體降解。舉例而言,基板可由不同材料之兩個相異層或彼此可完全不同或(例如)可以交替順序包括材料的材料之三個或三個以上層組成。亦預期(例如)由提供連續相之第一材料及提供分散相之第二材料組成之摻和材料。在感測器基板由複數個相異材料組成之情況下,不論是分層、摻和、共擠壓、條狀或其他形式,該複數個材料中之一者、一些或全部可(例如)在目標流體存在之情況下可溶或可膨脹或可以其他方式降解。
濡濕感測器412亦包括已塗覆至基板414之導電跡線。在圖4之實施例中,該導電跡線被分成兩個區段:跡線422a及跡線422b。此等區段統稱為導電跡線422。跡線422包括形成感應線圈418之螺旋形路徑。跡線422亦包括標示為423a423b423c423d之加寬區或接觸焊墊。焊墊423a提供跡線422在線圈418之內部上之內部接頭,且焊墊423b提供跡線422在線圈418之外部上之外部接頭。
可將跡線422直接塗覆至基板414之曝露主要表面,或可包括(例如)用以促進黏合之一或多個介入層。跡線422可藉由任何合適技術(包括印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖形轉印及/或其他已知圖案化技術)形成於基板上。舉例而言,跡線422可由金屬或其他合適導電材料(諸如,石墨及/或一或多個導電聚合物)組成。例示性導電材料包括銅、銀及/或鎳,但此清單不應解釋為限制性的。跡線422較佳具有實質上小於基板414之厚度的厚度。在一 些實施例中,跡線422具有(例如)小於1微米或小於100奈米之厚度。較佳地,跡線422在機械上精細使得其在缺少支撐基板(亦即,基板414)之情況下不能夠維持其實體完整性。因此,跡線422在單獨考慮時(與支撐基板414分離)不為自支撐的,如該術語在上文中所使用。因此,若基板414之一些或全部在目標流體存在之情況下溶解,則跡線422丟失其機械完整性且引起RF電路416之操作之劇烈改變。
電路416亦包括單獨之離散電容器420,其連接在跡線422之焊墊423c與焊墊423d之間。電容器420可為晶片電容器或能夠附接至如所展示之焊墊423c423d之任何其他合適電容器組件。附接可藉由焊接、黏著劑或藉由任何其他合適技術來實現。
最後,電路416亦包括跨接線424。跨接線424可提供內部焊墊423a與外部焊墊423b之間的低阻抗導電路徑,跨接線本身具有很小或不具電阻、電容或電感。跨接線424之第一接頭424a直接與焊墊423a電接觸,且跨接線424之第二接頭424b直接與焊墊423b電接觸,同時跨接線424避免與其跨越之跡線422之部分的任何電接觸。(在圖4中,跨接線424跨越線圈418中之迴圈中的兩個,但不與彼等迴圈電接觸。)以此方式,跨接線424具有實質上如圖2a之示意性電路圖中所展示地連接線圈418及電容器420之作用。跨接線可由允許跨接線提供焊墊423a與焊墊423b之間的導電路徑之任何合適導電材料及可選絕緣材料建構,同時保持 與跨接線跨越之線圈418之部分絕緣。例示性跨接線424為或包含安置於絕緣聚合物基板上之金屬或其他導電層,但其他構造亦為可能的。絕緣及/或導電黏著劑亦可印刷在基板414或跨接線424上,或以其他方式選擇性地塗覆在一側上之跨接線424與另一側上之基板414及跡線422之間,使得跨接線424得以在適當位置安全地緊固至基板414,同時進行必要電連接且避免其他電連接。將在下文進一步提供關於合適跨接線之額外資訊。
在基板材料之腹板仍完整時或在此腹板經切開或切割以提供個別感測器標記412之後或兩者之組合,電容器420及跨接線424之離散電路元件可附接至基板414且附接至導電跡線422(其中一離散電路元件在轉換之前附接至基板,且另一離散電路元件在轉換之後附接)。離散電路元件(例如,元件420424)較佳由基板承載且安置於基板414之與導電跡線422相同的一側上。
在一替代實施例中,感測器412可包括與離散電容器420串聯連接之一個或兩個額外電容器,該(該等)額外電容器形成於跨接線接頭424a與焊墊423a之接合處及/或跨接線接頭424b與焊墊423b之接合處。此情形可藉由避免跨接線424a處之導體與接觸焊墊423a之間及/或跨接線424b處之導體與接觸焊墊423b之間的直接電連接及藉由替代地在適當跨接線接頭與導電跡線之對應接觸焊墊之間包括絕緣材料(諸如,絕緣黏著劑或膜)來實現。藉由控制絕緣材料之厚度、跨接線接頭處之導體之大小、接觸焊墊之大小及跨 接線接頭與接觸焊墊之相對位置,可在選定接合處達成所要電容。
現轉而參看圖5,吾人看到另一濡濕感測器512之示意圖。如同感測器412,感測器512包括自支撐基板514及由該基板承載之調諧RF電路516。上文所論述之基板414之特徵亦可應用於基板514。舉例而言,基板514較佳足夠薄從而為可撓性的,但足夠厚從而為自支撐的。基板514亦包含在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解之材料。基板514可為整體膜,或該基板可具有如本文中別處所論述之非均勻組成。
濡濕感測器512亦包括已塗覆至基板514之導電跡線。類似於圖4之實施例,該導電跡線被分成兩個區段:跡線522a及跡線522b。此等區段統稱為導電跡線522。跡線522包括形成感應線圈518之螺旋形路徑。跡線522亦包括標示為523a523b之加寬區或接觸焊墊。焊墊523a提供跡線522在線圈518之內部上之內部接頭,且焊墊523b提供跡線522在線圈518之外部上之外部接頭。
代替圖4之離散電容器420,感測器512包括可藉由跡線522a及跡線522b之叉指狀部分形成之積體電容器520。該等叉指狀部分之幾何形狀(諸如,個別叉齒或叉尖之數目及其各別長度及間距)可經特製以提供所要量之電容。藉由避免附接離散電容器所需之製造步驟及避免與離散電容器相關聯之可靠性及良率問題(諸如,附接失敗、未對準、脫離等),提供積體電容器係有利的。
儘管跡線522與跡線422之間存在明顯設計差異,但結合跡線422所論述之其他設計特徵亦可適用於跡線522。舉例而言,跡線522可藉由任何合適技術(包括印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖形轉印及/或其他已知圖案化技術)形成於基板524上。此外,跡線522可由任何合適導電材料組成,且可具有實質上小於基板514之厚度的厚度,跡線522之厚度在一些實施例中(例如)小於1微米或小於100奈米。跡線522在單獨考慮時並非自支撐的。因此,若基板514之一些或全部在目標流體存在之情況下溶解,則跡線522丟失其機械完整性且引起RF電路516之操作之劇烈改變。
類似於電路416,電路516亦包括跨接線524。在一項實施例中,跨接線524提供內部焊墊523a與外部焊墊523b之間的低阻抗導電路徑,跨接線本身具有很小或不具電阻、電容或電感。跨接線524之第一接頭524a直接與焊墊523a電接觸,且跨接線524之第二接頭524b直接與焊墊523b電接觸,同時跨接線524避免與其跨越之跡線522之部分的任何電接觸。(在圖5中,跨接線524跨越線圈518中之迴圈中的兩個,但不與彼等迴圈電接觸。)以此方式,跨接線524具有實質上如圖2a之示意性電路圖中所展示地連接線圈518及電容器520之作用。上文所論述之跨接線424之特徵亦可應用於跨接線524
在基板材料之腹板仍完整時或在此腹板經切開或切割以提供個別感測器標記512之後,跨接線524(其可為調諧RF 電路516之僅有離散電路元件,或可為多種離散電路元件中之一者)可附接至基板514及導電跡線522。包括元件524之該(該等)離散電路元件較佳由基板承載且安置於基板514之與導電跡線522相同的一側上。
類似於感測器412,感測器512可替代地包括與離散電容器520串聯連接之一個或兩個額外電容器,該(該等)額外電容器形成於跨接線接頭524a與焊墊523a之接合處及/或跨接線接頭524b與焊墊523b之接合處。此情形可藉由避免跨接線接頭524a處之導體與接觸焊墊523a之間及/或跨接線接頭524b處之導體與接觸焊墊523b之間的直接電連接及藉由替代地在適當跨接線接頭與導電跡線之對應接觸焊墊之間包括絕緣材料(諸如,絕緣黏著劑或膜)來實現。藉由控制絕緣材料之厚度、跨接線接頭處之導體之大小、接觸焊墊之大小及跨接線接頭與接觸焊墊之相對位置,可在選定接合處達成所要電容。
吾人在圖6中看到另一濡濕感測器612之示意圖。如同感測器412512,感測器612包括自支撐基板614及由該基板承載之調諧RF電路616。上文所論述之基板414514之特徵亦可應用於基板614。舉例而言,基板614較佳足夠薄從而為可撓性的,但足夠厚從而為自支撐的。基板614亦包含在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解之材料。基板614可為整體膜,或該基板可具有如本文中別處所論述之非均勻組成。
濡濕感測器612亦包括已塗覆至基板614之導電跡線 622。在圖6之實施例中,導電跡線622僅設置於單一毗鄰區段中。跡線622包括形成感應線圈618之螺旋形路徑。跡線622亦包括標示為623a623b之加寬區或接觸焊墊。焊墊623a提供跡線622在線圈618之內部上之內部接頭,且焊墊623b提供跡線622在線圈618之外部上之外部接頭。
替代圖4之離散電容器420或圖5之叉指狀電容器520,感測器612包括形成於焊墊623a623b與跨接線624之接頭之接合處的電容器620a620b。結合跨接線624在下文進一步描述此等電容器620a620b
儘管跡線622與跡線422522之間存在明顯設計差異,但結合跡線422522所論述之其他設計特徵亦可適用於跡線622。舉例而言,跡線622可藉由任何合適技術(包括印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖形轉印及/或其他已知圖案化技術)形成於基板614上。此外,跡線622可由任何合適導電材料組成,且可具有實質上小於基板614之厚度的厚度,跡線622之厚度在一些實施例中(例如)小於1微米或小於100奈米。跡線622在單獨考慮時並非自支撐的。因此,若基板614之一些或全部在目標流體存在之情況下溶解,則跡線622丟失其機械完整性且引起RF電路616之操作之劇烈改變。
如已提及,電路616包括跨接線624。在一項實施例中,跨接線624提供接觸焊墊623a623b分別與接頭624a624b之間的電容耦合以便提供相異電容器620a620b,跨接線624亦提供沿著接頭624a624b之間的跨接線之低阻
抗導電路徑。跨接線624之給定接頭與跡線622之對應於該接頭的接觸焊墊之間的電容耦合可藉由在跨接線接頭與接觸焊墊之間包括絕緣材料(諸如,絕緣黏著劑或膜)來實現。藉由控制絕緣材料之厚度、跨接線接頭處之導體之大小、接觸焊墊之大小及跨接線接頭與接觸焊墊之相對位置,可在各別接合處達成所要電容620a620b。跨接線624避免與其跨越之跡線622之部分的任何電接觸。(在圖6中,跨接線624跨越線圈618中之迴圈中的兩個,但不與彼等迴圈電接觸。此外,跨接線與跡線622之此等部分之間的電容耦合與電容器620a620b相比較佳為可忽略的。)以此方式,跨接線624具有實質上如圖2b之示意性電路圖中所展示地提供連接至線圈618之兩個電容器之作用。上文所論述之跨接線424524之特徵亦可應用於跨接線624
在基板材料之腹板仍完整時或在此腹板經切開或切割以提供個別感測器標記612之後,跨接線624(其可為調諧RF電路616之僅有離散電路元件)可附接至基板614及導電跡線622。離散電路元件624較佳由基板承載且安置於基板614之與導電跡線622相同的側上。
在一替代實施例中,電容器620a620b中之一者可藉由提供跨接線624之相關聯接頭與導電跡線622之對於應接頭的接觸焊墊之間的直接電連接來消除。舉例而言,電容器620a可藉由提供跨接線之接頭624a與接觸焊墊623a之間的直接電連接來消除。或者,電容器620b可藉由提供跨接線 之接頭624b與接觸焊墊623b之間的直接電連接來消除。在任一種情況下,結果皆為調諧RF電路,其中(唯一)剩餘電容器如圖2a之電路圖所展示地與電感器連接。
圖7描繪在許多方面類似於圖6之感測器612之濡濕感測器712,但其具有不同縱橫比之線圈且具有不同於U形跨接線之直線狀跨接線。如同感測器412512612,感測器712包括自支撐基板714及由該基板承載之調諧RF電路716。上文所論述之基板414514614之特徵亦可應用於基板714。舉例而言,基板714較佳足夠薄從而為可撓性的,但足夠厚從而為自支撐的。基板714亦包含在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解之材料。基板714可為整體膜,或該基板可具有如本文中別處所論述之非均勻組成。
濡濕感測器712亦包括已塗覆至基板714之導電跡線722。在圖7之實施例中,導電跡線722僅設置於單一毗鄰區段中。跡線722包括形成感應線圈718之螺旋形路徑。跡線722亦包括標示為723a723b之加寬區或接觸焊墊。焊墊723a提供跡線722在線圈718之內部上之內部接頭,且焊墊723b提供跡線722在線圈718之外部上之外部接頭。
類似於感測器612,感測器712包括形成於焊墊723a723b與跨接線724之接頭之接合處的電容器720a720b。結合跨接線724在下文進一步描述此等電容器720a720b
儘管跡線722與跡線422522622之間存在明顯設計差 異,但結合跡線422522622所論述之其他設計特徵亦可適用於跡線722。舉例而言,跡線722可藉由任何合適技術(包括印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖形轉印及/或其他已知圖案化技術)形成於基板714上。此外,跡線722可由任何合適導電材料組成,且可具有實質上小於基板714之厚度的厚度,跡線722之厚度在一些實施例中(例如)小於1微米或小於100奈米。跡線722在單獨考慮時並非自支撐的。因此,若基板714之一些或全部在目標流體存在之情況下溶解,則跡線722丟失其機械完整性且引起RF電路716之操作之劇烈改變。
電路716包括跨接線724。在一項實施例中,跨接線724提供接觸焊墊723a723b分別與接頭724a724b之間的電容耦合以便提供相異電容器720a720b,跨接線724亦提供沿著接頭724a724b之間的跨接線之低阻抗導電路徑。跨接線724之給定接頭與跡線722之對應於該接頭的接觸焊墊之間的電容耦合可藉由在跨接線接頭與接觸焊墊之間包括絕緣材料(諸如,絕緣黏著劑或膜)來實現。藉由控制絕緣材料之厚度、跨接線接頭處之導體之大小、接觸焊墊之大小及跨接線接頭與接觸焊墊之相對位置,可在各別接合處達成所要電容720a720b。跨接線724避免與其跨越之跡線722之部分的任何電接觸。(在圖7中,跨接線724跨越線圈718中之迴圈中的三個,但不與彼等迴圈電接觸。此外,跨接線與跡線722之此等部分之間的電容耦合與電容器720a720b相比較佳為可忽略的。)以此方式,跨接線 724具有實質上如圖2b之示意性電路圖中所展示地提供串聯連接至線圈718之兩個電容器之作用。上文所論述之跨接線424524624之特徵亦可應用於跨接線724
在基板材料之腹板仍完整時或在此腹板經切開或切割以提供個別感測器標記712之後,跨接線724(其可為調諧RF電路716之僅有離散電路元件)可附接至基板714及導電跡線722。離散電路元件較佳由基板承載且安置於基板714之與導電跡線722相同的側上。
在一替代實施例中,電容器720a720b中之一者可藉由提供跨接線724之相關聯接頭與導電跡線722之對應於該接頭的接觸焊墊之間的直接電連接來消除。舉例而言,電容器720a可藉由提供跨接線之接頭724a與接觸焊墊723a之間的直接電連接來消除。或者,電容器720b可藉由提供跨接線之接頭724b與接觸焊墊723b之間的直接電連接來消除。在任一種情況下,結果皆為調諧RF電路,其中(唯一)剩餘電容器如圖2a之電路圖所展示地與電感器連接。
讀者將理解,結合圖4至圖7所描述之實施例僅為例示性的且並不意欲為限制性的。任何給定所述感測器之特徵意欲在可能程度上可適用於其他感測器。舉例而言,結合圖4及圖5所描述之離散或積體電容器亦可併入至圖6及圖7之電路中。感測器及/或感測器線圈之縱橫比可按需要調適,比較(例如)圖5之縱橫比與圖7之縱橫比。此外,感測器可藉由併入本文中別處所提及之其他設計特徵(例如,將RFID積體電路晶片併入至給定調諧RF電路中)來修改。
圖8為例示性濡濕感測器812或感測器標記之部分之示意圖,其展示關於附接至感測器之基板之跨接線的額外細節。感測器812因此包括感測器基板814,導電跡線822已塗覆至該基板。基板814為自支撐的,但其在由水或另一目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解。基板814承載調諧RF電路816,導電跡線822為該電路之部分。跡線822並非自支撐的。跡線822可至少包括感應線圈818及接觸焊墊823b
跨接線824係(諸如)用一或多種黏著劑(未圖示)或藉由其他合適手段附接至基板及/或附接至導電跡線之部分。跨接線(其可為或可包含安置於諸如聚合物材料層之電絕緣基板上的金屬層或其他導電材料層)直接或以電容方式耦接至跡線822之接觸焊墊823b。此外,跨接線較佳避免至其跨越之跡線822之部分的直接接觸及顯著電容耦合兩者。在一些實施例中,此情形可藉由避免提供具有特定導體之跨接線來完成,與跨接線之跨越跡線822之先前提及部分的部分相比較,該導體之橫向尺寸或寬度在跨接線之接頭處較大。該加寬導體可在跨接線接頭處形成凸片,該凸片較佳與導電跡線822之接觸焊墊823b對準或經定位以對應於導電跡線822之接觸焊墊823b,如圖8所展示。此對準或定位增強跨接線接頭與接觸焊墊之間的電容耦合,或在需要直接電接觸之情況下簡化在跨接線接頭與接觸焊墊之間形成直接電接觸之處理程序。
在圖8之實施例中,跨接線824包含跨接線基板826(導體 828已塗覆至該基板),導體828在接頭824b處經加寬以提供凸片829b。跨接線基板826可(例如)包含薄可撓性膜或其他合適組件。圖8之跨接線基板826描繪為電絕緣的,使得凸片829b及焊墊823b形成電容器820b
可將導體828(包括凸片829b)直接塗覆至基板826之曝露主要表面,或可包括(例如)用以促進黏合之一或多個介入層。導體828可藉由印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖形轉印及/或其他已知技術製造,且可由與導電跡線822相同之材料組成,或在一些實施例中由不同材料組成。因此,例如,跨接線之導體828可由金屬或其他合適導電材料(諸如,石墨及/或一或多個導電聚合物)組成。例示性導電材料包括銅、銀及/或鎳,但此清單不應解釋為限制性的。導體828可設置於合適跨接線基板826上,該跨接線基板可(例如)包含薄可撓性膜或其他合適組件。可適合於用作跨接線基板之例示性絕緣材料可包括能夠鑄造成可撓性膜之可熔融擠壓材料(諸如,熱塑性聚合物、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚乙烯醇),或本文中別處所描述之可分散、可膨脹或可溶解基板中之任一者。
在接頭824b處需要在跨接線824與跡線822之間的直接電連接之情況下,可以足以覆蓋凸片829b及焊墊823b之曝露部分兩者之量塗覆一體積之導電黏著劑(未圖示),此黏著劑不僅形成凸片與焊墊之間的直接電連接,而且經由焊墊823b將跨接線824之接頭824b以機械方式結合至基板814。或者或另外,黏著劑可設置於跨接線824與感測器基板 814/導電跡線822之間以將跨接線824結合至基板。
結合圖8所論述之跨接線配置可用於本文中所論述之感測器實施例中之任一者中,適合於特定實施例或其部分。
圖9a為濡濕感測器912或感測器標記之部分之示意圖,其亦展示關於附接至感測器之基板之跨接線的細節,其中跨接線可為或可包含安置於絕緣聚合物基板上之金屬層或其他導電材料層。感測器912因此包括感測器基板914,導電跡線922已塗覆至該基板。跡線922經局部加寬以提供焊墊923b。基板914為自支撐的,但其在由水或另一目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解。基板914承載調諧RF電路,導電跡線922為該電路之部分。跡線922並非自支撐的。跡線922可至少包括感應線圈及接觸焊墊923b
跨接線924經展示為經由黏接層927附接至基板914。如所展示之黏接層927為非導電的;否則,若層927為導電的,則其可導致該層接觸之導電跡線922之不同部分之間的短路。代表性非導電黏著劑材料可為或可包括(例如)聚矽氧、丙烯酸酯、胺基甲酸酯、增黏性天然或合成橡膠,或在針對此系統所描述之頻率範圍中不展現導電性質之其他黏著劑。跨接線924包括安置於跨接線基板926上之導體928。導體928可沿著跨接線之長度具有給定之有限橫向尺寸或寬度,但可經擴大或加寬以在跨接線之接頭924b處形成凸片929b。加寬凸片929b與焊墊923b形成電容器,電容之值取決於黏接層927及跨接線基板926之介電性質及厚度以及凸片929b及焊墊923b之相對幾何形狀。假設跨接線基 板926為電絕緣的,但在一些實施例中,該跨接線基板可為導電的,在該情況下,單獨導體928可作為冗餘而自跨接線省略。例示性絕緣跨接線基板926可(例如)包含由可熔融擠壓材料(諸如,熱塑性聚合物、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚乙烯醇)或本文中別處所描述之可分散、可膨脹或可溶解基板中之任一者形成的可撓性膜。
圖9b為另一濡濕感測器912b之部分之示意圖,該圖再次展示關於附接至感測器之基板之跨接線的細節。感測器912b在許多方面類似於圖9a之感測器912,且相似元件係用相似參考數字標示,此等組件不需要除上文提供之解釋以外之進一步解釋。感測器912b與感測器912之不同之處在於,跨接線924已翻轉,使得跨接線相對於感測器基板914及導電跡線922之定向與其在圖9a中之定向相比相反。此外,增加之壓力已選擇性地施加在跨接線接頭924b附近以便將電絕緣黏著劑自凸片929b與焊墊923b之間的區域擠出,使得直接電接觸形成於凸片929b與焊墊923b之間。此增加之壓力尚未施加至該圖中所展示之跨接線之剩餘部分,使得跨接線924避免至該圖中所展示之導電跡線922之其他部分的直接電接觸及顯著電容耦合。在一些情況下,跨接線924之末端處的與接頭924b相對之第二接頭(圖9b中未展示)可同樣地提供導體928之類似凸片與導電跡線922之類似焊墊之間的直接電接觸,使得跨接線924在跨接線之兩個末端處提供與跡線922之直接電接觸。在其他情況下,增加之壓力可不施加至跨接線924之第二接頭,使得 絕緣黏著劑保持安置於導體928之第二凸片與跡線922之第二焊墊之間,且使得跨接線924在圖9b中所展示之跨接線之末端或接頭處提供直接電接觸,但在跨接線924之相對或第二末端或接頭處提供電容耦合。
結合圖9a及圖9b所論述之跨接線配置可用於本文中所論述之感測器實施例中之任一者中,適合於特定實施例或其部分。
圖10a及圖10b為在濡濕感測器中使用之感測器基板之示意性側視圖或截面圖,該等基板各自具有具可變厚度之導電跡線。給定導電跡線之相對較厚部分及相對較薄部分之組合可有利地在所揭示實施例中之任一者使用。導電跡線之較厚部分可(例如)藉由幫助提供跡線之足夠高之電導率及跡線之足夠低之電阻率來幫助提供跡線之增強電性質。導電跡線之較薄部分可(例如)幫助提供跡線的在感測器基板在與目標流體接觸時開始溶解、膨脹或以其他方式降解時比較厚區域更易於破裂之區域。提供易於破裂之特定區域可幫助為濡濕感測器提供更可預測或可靠之故障機制。注意,在例示性實施例中,導電跡線在單獨考慮時整體上保持非自支撐的,如本文中別處所描述,但在一些情況下,導電跡線之較厚區域之一些或全部在個別地或單獨地考慮時可為自支撐的。此外,在例示性實施例中,跡線之較薄部分及較厚部分兩者比感測器基板之厚度薄,且跡線之較薄部分及較厚部分兩者較佳比(例如)1微米或100奈米薄。在一些情況下,較厚區段為較薄區段之厚度的至少兩 倍。亦預期其他厚度關係,牢記電路之易碎性與電效能之間的取捨。
接著轉而參看圖10a,吾人在此處看到用於在所揭示之濡濕感測器中使用之物件1024a,物件1024a包括感測器基板1026,其為自支撐的、經調適以承載調諧RF電路且經調適以在與目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解。導電跡線1028a已(例如)藉由印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖形轉印及/或其他已知圖案化技術形成於基板1026上。舉例而言,跡線1028a可由金屬或其他合適導電材料(諸如,石墨及/或一或多個導電聚合物)組成。跡線1028a在機械上精細使得其在缺少支撐基板1026之情況下不能夠維持其實體完整性。跡線1028a因此在單獨考慮時並非自支撐的,即使在一些情況下,導電跡線之較厚區域之一些或全部在個別地或單獨地考慮時可為自支撐的。跡線1028a通常經圖案化以便形成RF電路之至少一感應線圈。
如所展示,跡線1028a展現可變厚度。跡線1028a因此包括較厚部分1028a-1及較薄部分1028a-2兩者。可使用多種製造技術提供可變厚度。舉例而言,若使用薄膜蒸發來形成跡線,則擋板或防護板可用以減小選定區中之膜厚度。若使用印刷來形成跡線,則可使用多遍,或可操控印刷參數以在選定區中建立膜厚度。若使用蝕刻製程來形成跡線,則選擇性蝕刻可用以減小選定區中之膜厚度。
圖10b之物件1024b為適合於在所揭示之濡濕感測器中使 用之另一物件,且在一些態樣中,導電跡線之厚度剖面類似於圖10a之物件1024a之厚度剖面。物件1024b包括感測器基板1026b,其為自支撐的、經調適以承載調諧RF電路且經調適以在與目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解。導電跡線1028b已(例如)藉由印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖形轉印及/或其他已知圖案化技術形成於基板1026b上。跡線1028b可由金屬或其他合適材料組成,如本文中別處所論述。跡線1028b係以足夠重或厚之方式塗覆,使得金屬在輪廓化背襯之凹入區中較厚且在輪廓化背襯之凸起區中較薄,且並非恰好沿著輪廓化背襯之輪廓,尤其在藉由電沈積或氣相沈積塗覆時係如此。此外,跡線1028b整體上並非自支撐的,且特別地,跡線之較薄部分並非自支撐的。跡線1028b通常經圖案化以便形成RF電路之至少一感應線圈。
跡線1028b展現可變厚度。厚度變化圖案或剖面類似於跡線1028a之厚度變化圖案或剖面(圖10a),但對應於厚度變化之結構化表面1026b-1為跡線1028b與基板1026b之間的內部或「內埋」界面,而非跡線1028b之外部或曝露表面。然而,結果再次為跡線1028b展現可變厚度,包括較厚部分1028b-1及較薄部分1028b-2兩者。可使用多種製造技術提供可變厚度。舉例而言,在於基板1026b上形成跡線1028b之前,(例如)藉由壓印或藉由使用(例如)連續鑄造及固化(3C)製程,基板之曝露表面可經微結構化以形成表面1026b-1。形成跡線1028b之導電材料可接著藉由印刷或 藉由其他方法沈積至結構化表面1026b-1上以產生曝露表面實質上平坦但厚度沿著跡線之長度變化的跡線。
較佳地,厚度剖面提供藉由較厚區域之實質上較長長度彼此分開之薄化區域。此等設計有利地最大化跡線之電導率(且最小化電阻率),同時仍提供複數個隔開之薄化區域以在目標流體接觸基板之情況下促進RF電路故障。自製造觀點,與諸如圖10a之結構化表面設計的曝露結構化表面設計相比較,諸如圖10b之內埋界面設計的內埋界面設計係有利的。
圖10c為適合於在所揭示之濡濕感測器中使用之另一物件1024c之示意性平面圖。物件1024c包括感測器基板1026及塗覆至該基板之導電跡線1028c。本文中別處所論述之感測器基板及導電跡線之特性可同等地應用於圖10c之感測器基板及導電跡線。類似於圖10a及圖10b之物件,物件1024c提供導電跡線之相異區域,此情形使跡線在此等區域中更易於破裂。在圖10c中,此等區域之特徵在於隔開區域之序列中之跡線的橫向平面內尺寸或寬度之減小。因此,跡線1028c具有可變寬度。相對較窄部分1028c-2係沿著跡線1028c之長度分佈、藉由跡線之相對較寬部分1028c-1分開。該等較寬部分增強跡線之電導率且減小跡線之電阻率。
讀者將理解,圖10a至圖10c之實施例意謂為例示性的且非限制性的。預期設計變化。可使用除V形或矩形特徵外之厚度或寬度剖面。可按需要選擇減小厚度或減小寬度區 域之相對間隔。在一些情況下,可沿著跡線之整個長度使用僅一個此減小厚度或減小寬度區域。此外,不同實施例之特徵意欲混合且匹配。實施例可在給定導電跡線中併有一或多個減小厚度區域及一或多個減小寬度區域兩者。在一些態樣中,跡線之厚度之變化比跡線之寬度之變化更有利,因為在給定系統之表面積約束之情況下,增加跡線之厚度相比增加跡線之寬度將導致電阻抗之大改變。用於導電跡線之例示性厚度小於RF操作頻率下之電信號之趨膚深度,且增加跡線之厚度允許RF信號行進更多區。
實例 實例1
使用具有兩密耳(約51微米)之量測厚度的一塊聚乙烯醇(PVA)膜(可作為「Monosol M8630」購自Monosol,LLC(Portage,Indiana,USA))作為自支撐基板。使用真空將該塊PVA膜壓緊在絲網台上。將157網目之絲網置放於此薄片上,該絲網中成像有對應於圖11之印刷電路元件1116的圖案之陣列。實例之特定圖案為具有配置成螺旋之約6匝之感應線圈。接著藉由將均勻壓力施加至刮漿板來經由絲網將導電墨水逐圖案塗覆至PVA薄片。接著移除絲網,從而產生如圖11中大體上描繪之印刷薄片1110。允許該印刷薄片在乾燥架上整夜風乾。對總共三種不同導電墨水(可購自ECM Corporation(Delaware,Ohio,USA)之CI-2001、CI-5001、CI-1001)之塗覆重複該程序,從而產生標稱地具有相同圖案但使用不同導電材料之三個印刷薄片。
印刷技術產生圖11及圖12中所展示之電路元件1116之總圖案。在顯微鏡下觀察電路元件揭露:跡線之邊緣為鋸齒狀的。跡線之個別部分之寬度標稱地為約0.5 mm,且跡線之厚度經量測為約12微米。
在無任何個別電容器或跨接線附接至導電跡線之情況下,使用具有42941A阻抗探針之Agilent 4294A精密阻抗分析器(可購自Agilent Technologies(Santa Clara,California,USA))來量測電路元件之阻抗。自8 MHz至15 MHz來掃視該儀器,且使用開路及短路校準標準來校準該探針。在阻抗分析器上,標誌置放於13.56 MHz處以顯示阻抗之實數及虛數部分之值。將樣本及探針置放於非導電表面上,且使用探針來量測跨越跡線之兩個開放端子之阻抗。在表1中提供針對不同導電墨水之結果。
藉由切割如上所述之印刷薄片1110來形成個別標記以產生個別感測器大小之塊,該等塊中之一者展示於圖12之照片中。在照片中,參考網格(可穿過PVA薄片看到其)為25.4 mm乘25.4 mm(1吋乘1吋)正方形之陣列。此等標記及其導體形式之導電跡線適合作為用於形成如本文中所揭示 之調諧RF電路之基礎,假設此等標記與一或多個適當電容器及跨接線組合。
在未塗覆此等組件之情況下,使用CI-1001導電墨水形成之標記之阻抗係在將該標記曝露於水時量測。使用具有42941A阻抗探針之相同Agilent 4294A精密阻抗分析器來進行阻抗量測。如前所述,自8 MHz至15 MHz來掃視該儀器,且使用開路及短路校準標準來校準該探針。在阻抗分析器上,標誌置放於13.56 MHz處以顯示阻抗之實數及虛數部分之值。將樣本及探針置放於非導電表面上,且使用探針來量測跨越跡線之兩個開放端子之阻抗。將自來水(0.5 mL)傾倒至單一部分中之標記上。PVA基板隨後崩解,從而在標記之導電跡線中形成斷裂。經過自添加水起的10秒之時段,實數阻抗量測值自400歐姆改變至超過3,000歐姆。
實例2至實例10
實例2至實例10描述條帶形及U形樣本之製造,該等樣本具有完全覆蓋各別條帶形或U形基板之一主要表面或側面之導電材料層。可使用此等樣本(例如)作為所揭示之調諧RF電路中之跨接線。然而,讀者將理解,此等樣本之設計可(例如)藉由合適地圖案化導電材料以提供由基板承載之具有一或多個感應線圈及/或其他電路元件之標記而容易地修改,此標記表示或提供調諧RF電路之至少一部分。此標記可具有類似於下文針對實例2至實例10之樣本所報告之電性質的電性質(在濡濕之前及之後)。
實例2
使用具有2密耳、4密耳及6密耳(分別約51微米、102微米及153微米)之量測厚度的聚乙烯醇(PVA)膜之個別薄片(可作為「Monosol M8630」購自Monosol,LLC(Portage,Indiana,USA))作為自支撐基板。藉由磁控物理氣相沈積將銀膜塗佈至PVA膜基板之127 mm乘178 mm樣本上。自銀金屬標靶濺鍍沈積該等銀膜。將該等PVA基板置放於設置於真空腔室內之基板固持器上,其中濺鍍銀標靶位於基板固持器上方178 mm之高度處。在將該腔室抽空至1×10-5托基礎壓力之後,使用質量流量控制器允許濺鍍氣體氬氣以50 sccm(標準立方公分/分鐘)之流動速率進入該腔室內。該腔室之總壓力經調整至2毫托。使用0.10千瓦之恆定功率位準下之DC電源供應器來起始濺鍍。濺鍍持續時間變化以產生具有不同銀膜厚度之樣本。舉例而言,使用0.10千瓦之功率位準歷時7分鐘之塗佈產生具有140 nm之銀膜厚度之樣本。未對基板加熱且其保持在室溫下。藉由量測沈積於在塗佈製程期間緊鄰該等樣本置放之矽晶圓上的銀之厚度來判定沈積在該等樣本上之銀膜之厚度。使用KLA Tencor Model P-15表面輪廓儀(可購自KLA Tencor Corporation(San Jose,California,USA))來判定沈積在該等晶圓上之銀之厚度。
自銀塗佈之PVA基板薄片切割個別條帶形樣本(其具有25 mm乘152 mm之尺寸)。使用以下方法針對基板之崩解及溶解來測試該等個別樣本。將填充有鹽水溶液(0.9% NaCl)之 500毫升燒杯維持在環境溫度(20.5℃)下且以攪拌方式攪動。將銀塗佈之基板之個別樣本浸漬在鹽水溶液中,使得整個樣本被液體覆蓋。以秒為單位來量測樣本崩解及樣本溶解所需之時間。將樣本崩解定義為基板膜開始分裂從而在銀塗層中產生斷裂之點。將溶解定義為基板膜完全溶解於液體中從而使銀之小粒子懸浮於液體中之點。在表2中報告結果。
實例3
根據實例2中所描述之程序藉由磁控物理氣相沈積以40 nm之厚度用銀濺鍍沈積具有2密耳(約51微米)之量測厚度之一塊PVA膜(可作為「Monosol M8630」購自Monosol,LLC(Portage,Indiana,USA))。自銀塗佈之PVA基板薄片切割樣本條帶(25 mm乘152 mm)且將該樣本條帶置放於非導電表面上。在用鹽水溶液濡濕之前及之後測試該樣本之電阻。在使用Simpson Model 260歐姆錶(Simpson Electric(Lac du Flambeau,Wisconsin,USA))的情況下,將歐姆錶之測試引線附接至樣本之相對末端。歐姆錶經設定以記錄 在0歐姆至2000歐姆之範圍內之量測值。量測約0歐姆之初始電阻讀數。在將鹽水溶液之單一部分(0.5 mL之0.9% NaCl)傾倒至樣本之中心區域上之後,銀塗佈之PVA膜崩解,從而在銀塗層中形成斷裂。經過10秒之時段,電阻量測值自0歐姆改變至2000歐姆(最大儀器設定)。
實例4
除了用1.0 mL之模擬傷口流體溶液替換鹽水溶液之外,遵循與實例3中所描述之程序相同的程序。藉由根據美國專利申請公開案US 2011/0040289(Canada等人)中所描述之程序將氯化鈉(2.07 g)及氯化鈣(0.07 g)溶解於去離子水(247.9 g)中來製備該模擬傷口流體溶液。在曝露於模擬傷口流體之前及之後測試樣本之電阻。在使用Smart Electrician Model 364-5017數位錶(可購自Menards Corporation(Eau Claire,Wisconsin,USA))的情況下,將歐姆錶之測試引線附接至樣本之相對末端。歐姆錶經設定以記錄在0歐姆至300歐姆之範圍內之量測值。量測0歐姆之初始電阻讀數。在將模擬傷口流體溶液之單一部分(1.0 mL)傾倒至樣本之中心上之後,銀塗佈之PVA膜崩解,從而在銀塗層中形成斷裂。經過11秒之時段,電阻量測值自0歐姆改變至300歐姆(最大儀器設定)。
實例5
使用Model 3912卡弗液壓機(Carver Corporation(Wabash,Indiana,USA))在170℃及34,500 kPa(5000 psi)下壓縮具有1.8 mm之初始量測厚度的發脹聚苯乙烯發泡體(EPF)之正 方形薄片(76 mm乘76 mm)歷時18秒以提供0.23 mm厚之樣本。使用EPF之壓縮薄片作為自支撐基板。使用梅爾(Mayer)棒(編號3)用CI-1001導電墨水(可購自ECM Corporation(Delaware,Ohio,USA))淹沒塗佈EPF薄片之整個表面。塗層厚度為約1.7克/平方公尺(gsm)。印刷薄片置放於50℃下之烘箱中歷時30分鐘。在冷卻至環境溫度之後,自印刷EPF薄片切割76 mm乘13 mm之條帶。在曝露於無鉛汽油之前及之後測試條帶形樣本之電阻。在使用Smart Electrician Model 364-5017數位錶的情況下,將歐姆錶之測試引線附接至樣本之相對末端。歐姆錶經設定以記錄在0歐姆至300歐姆之範圍內之量測值。量測0歐姆之初始電阻讀數。將附接有引線之樣本置放於玻璃培養皿中,且將無鉛汽油(10 mL)添加至培養皿以形成約6 mm深之一灘汽油。在初始設置後,小心撓曲附接有引線之樣本,使得引線將不與汽油溶劑接觸。經塗佈EPF條帶在與汽油接觸之後崩解,從而在導電墨水塗層中形成斷裂。經過自將汽油添加至樣本起的44秒時段,電阻量測值自0歐姆改變至300歐姆(最大儀器設定)。
實例6
獲得經設計用於測試吸收性物件(可購自Marketing Technology Service,Inc.(Kalamazoo,Michigan,USA))的成人大小之人體模型。人體模型係以站立位置配置。使用Masterflex Peristalic L/S泵(可購自Cole-Parmer(Vernon Hills,Illinois,USA))來經由人體模型之男性或女性出口泵 抽鹽水溶液(0.9% NaCl)。人體模型配備具有40吋至50吋之臀圍大小的Medline Comfort-Aire中性拋棄式簡易尿布(可購自Medline Industries(Mundelein,Illinois,USA))。根據實例2中所描述之程序自在一側上濺鍍塗佈有銀(40 nm厚度)之一塊305 mm乘254 mm PVA膜(2密耳厚度)製備總成之感測器部分。接著使用雷射切割該膜以提供大體上U形之樣本,該形狀展示於圖12a之平面圖中。參看該圖,兩個平行側之長度L1為約190 mm,另一側之長度L2為約15 mm,且寬度w為約5 mm。藉由使用最小量之噴霧黏著劑(可作為「3MTM Super 77TM多用途黏著劑」購自3M Company(Maplewood,Minnesota,USA))將樣本(銀側向上)附接至衛生紙(220 mm乘40 mm薄片)來製備疊層。將樣本定位在衛生紙之中心,使得兩個平行側之開放末端之約25 mm延伸超出衛生紙之邊緣。在相距腰帶之頂部90 mm之位置處用相同噴霧黏著劑將疊層附接至尿布之內部前部分上之背面薄片。將疊層之樣本側朝向人體模型。穿過尿布之背面薄片切割小孔,使得U形樣本之延伸超出衛生紙背襯之兩個末端可穿過該孔而插入且使用鱷魚夾附接至Agilent 4294A精密阻抗分析器(可購自Agilent Technologies(Santa Clara,California,USA))。使用LabView軟體(可購自National Instruments(Austin,Texas,USA))使泵之操作及阻抗資料之記錄自動化。
經由人體模型中之入口通口以4 mL/sec之設定速率將鹽水溶液添加至尿布。在經過約40秒時間後,偵測到自0歐 姆至約200歐姆之阻抗量測值之偏移。在經過155秒時間後,偵測到至大於1000歐姆之阻抗之進一步偏移。在表3中呈現阻抗對時間之量測值。在實驗結束時疊層之視覺檢查展示PVA基板已溶解,從而毀壞感測器之完整性。使用男性或女性出口通口獲得類似結果。
實例7
除了為了獲得導電材料之非均勻厚度而將圖案模板置放 於膜上方以遮蔽或防止PVA基板之指定區域被塗佈之外,根據實例2中所描述之程序自在一側上濺鍍塗佈銀之多塊PVA膜(2密耳厚度)製備具有具非均勻厚度之導電跡線之樣本。在圖案模板處於適當位置之情況下,濺鍍塗佈PVA膜以提供第一銀塗層(40 nm厚度)。接著移除模板,且塗覆第二銀塗層(40 nm厚度)。結果為膜之一些區域塗佈有80 nm厚度之銀且膜之剩餘區域塗佈有僅40 nm厚度之銀的圖案。
使用雷射切割塗佈膜以製備如圖12a大體上展示之U形樣本,其中兩個平行側之長度L1為約99 mm,另一側之長度L2為約15 mm,且寬度w為約5 mm。
製備在導電銀層中含有可變厚度之不同圖案的五個樣本(在本文中稱為樣本7a至7e)。製備具有均勻厚度之導電銀層的兩個樣本(在本文中稱為樣本7f及7g)。
在樣本7a中,導電層含有塗佈有80 nm厚之銀的四個區域,其中每一區域具有8 mm乘5 mm之面積。該四個區域係在相距形狀之上部(封閉)末端5 mm之位置處及形狀(如從圖12a視角所見)之下部(開放)末端處的位置處開始相等地定位於U形基板之兩個平行側上(每一側上2個區域)。對於樣本7a,導電層之總面積之16%具有80 nm厚度之銀塗層,且剩餘區具有40 nm厚度之銀塗層。
在樣本7b中,導電層含有塗佈有80 nm厚之銀的八個區域,其中每一區域具有由5 mm乘5 mm之正方形界定之面積。該八個區域係在相距形狀(參看圖12a)之上部(封閉)末 端10 mm之位置處及相距形狀之下部(開放)末端5 mm之位置處開始相等地定位於U形基板之兩個平行側上(每一側上4個區域)。對於樣本7b,導電層之總面積之20%具有80 nm厚度之銀塗層,且剩餘區具有40 nm厚度之銀塗層。
在樣本7c中,導電層含有塗佈有80 nm厚之銀的十個區域,其中每一區域具有由5 mm乘5 mm之正方形界定之面積。該十個區域係在相距形狀(參看圖12a)之上部(封閉)末端8 mm之位置處及相距形狀之下部(開放)末端2 mm之位置處開始相等地定位於U形基板之兩個平行側上(每一側上5個區域)。對於樣本7c,導電層之總面積之25%具有80 nm厚度之銀塗層,且剩餘區具有40 nm厚度之銀塗層。
在感測器樣本7d中,導電層含有塗佈有80 nm厚之銀的十六個區域,其中每一區域具有由5 mm乘5 mm之正方形界定之面積。該十六個區域係在相距形狀(參看圖12a)之上部(封閉)末端8 mm之位置處及相距形狀之下部(開放)末端5 mm之位置處開始相等地定位於U形基板之兩個平行側上(每一側上8個區域)。對於樣本7d,導電層之總面積之40%具有80 nm厚度之銀塗層,且剩餘區具有40 nm厚度之銀塗層。
在感測器樣本7e中,導電層含有塗佈有40 nm厚之銀的八個區域,其中每一區域具有由5 mm乘5 mm之正方形界定之面積。該八個區域係在相距形狀(參看圖12a)之上部(封閉)末端10 mm之位置處及相距形狀之下部(開放)末端5 mm之位置處開始相等地定位於U形基板之兩個平行側上 (每一側上4個區域)。對於樣本7e,導電層之總面積之20%具有40 nm厚度之銀塗層,且剩餘區具有80 nm厚度之銀塗層。
用40 nm厚度之均勻銀塗層來製備樣本7f,且用80 nm厚度之均勻銀塗層來製備樣本7g。
使用具有42941A阻抗探針之Agilent 4294A精密阻抗分析器(可購自Agilent Technologies(Santa Clara,California,USA))來判定樣本7a至7f之阻抗量測值。自8 MHz至15 MHz來掃視該儀器,且使用開路及短路校準標準來校準該探針。在阻抗分析器上,標誌置放於13.56 MHz處以顯示阻抗之實數及虛數部分之值。將樣本及探針置放於非導電表面上,且藉由在相距U形樣本之末端約1 mm處附接探針來量測跨越樣本之開放末端(亦即,圖12a所展示之形狀之下部末端)之阻抗。表4中報告作為六個量測值之平均值的結果。
將樣本7e置放於乾燥紙巾(商標標識「WypAll」,可購自Kimberly-Clark Corporation(Neenah,WI))上,且將導電樣本之開放末端附接至阻抗探針之引線。將自來水(1.0 mL)直接置放於含有厚的銀塗層(80 nm)及薄的銀塗層(40 nm)兩者之區域的樣本7e之部分上。在添加水之後13秒觀察到薄的塗佈區域之崩解,而在添加水之後30秒觀察到厚的塗佈區域開始崩解。18歐姆之初始實數阻抗量測值在添加水之後9秒開始偏移。在觀察到薄的塗佈區域之崩解的13秒時間點處,實數阻抗量測值大於1000歐姆。
實例8
用黏著帶(在商標標識Scotch®下之透明帶,可購自3M Company(Maplewood,Minnesota,USA))將實例7中所描述之樣本7f附接至一塊102 mm乘102 mm之乾燥壁(可購自Lafarge North America(Washington,DC))。使用具有42941A阻抗探針之Agilent 4294A精密阻抗分析器(可購自Agilent Technologies(Santa Clara,California,USA))來判定阻抗量測值。自8 MHz至15 MHz來掃視該儀器,且使用開路及短路校準標準來校準該探針。在阻抗分析器上,標誌置放於13.56 MHz處以顯示阻抗之實數及虛數部分之值。將探針之引線附接至跡線之開放末端,且針對乾燥樣本量測初始阻抗值。量測乾燥樣本之初始阻抗。將附接至乾燥壁之樣本浸沒至含有自來水之盤中,使得樣本之約25.4 mm(1吋)(自與引線之附接相對之末端開始)在水下。記錄將樣本浸沒至水中5秒內的阻抗偏移。在30秒處,銀塗佈之PVA膜崩解,從而在銀塗層中形成斷裂。在表5中呈現 針對乾燥樣本及在自來水中浸沒達30秒之後的樣本之阻抗量測值。
實例9
根據實例2中所描述之程序藉由磁控物理氣相沈積用銀濺鍍沈積具有2密耳(約51微米)之量測厚度之一塊聚乙烯醇(PVA)膜(可作為Monosol M8630購自Monosol,LLC(Portage,Indiana,USA))。製備具有以141 nm、187 nm及280 nm之厚度塗佈之銀的三個個別樣本。使用雷射切割塗佈膜之每一樣本以提供大體上U形之樣本,該形狀展示於圖12a中。參看該圖,兩個平行側之長度L1為約190 mm,另一側之長度L2為約15 mm,且寬度w為約5 mm。使用具有42941A阻抗探針之Agilent 4294A精密阻抗分析器(可購自Agilent Technologies(Santa Clara,California,USA))來判定阻抗量測值。自8 MHz至15 MHz來掃視該儀器,且使用開路及短路校準標準來校準該探針。在阻抗分析器上,標誌置放於13.56 MHz處以顯示阻抗之實數及虛數部分之值。將樣本及探針置放於非導電表面上,且藉由在相距U形樣本之末端約1 mm處附接探針來量測跨越樣本之開放末 端(亦即,圖12a所展示之形狀之下部末端)之阻抗。量測乾燥樣本之初始阻抗。在將3.0 mL之人工尿(可購自Ward's Natural Science(Rochester,New York,USA))逐滴添加至樣本之後,記錄在添加液體之若干秒內的阻抗偏移。在表6中針對該三個樣本報告初始及最後阻抗量測值。
實例10-預言性的
具有2密耳(約51微米)之厚度的一塊聚乙烯醇(PVA)可經製造以具有如圖10b中所描繪之較薄區域及較厚區域且可用作自支撐基板1026b。製造(例如,藉由壓印)可(例如)在40 nm之深度處形成凹陷之微結構化表面1026b-1。可用導電墨水淹沒塗佈該基板以提供導電材料之40 nm(「薄」)區域(1028b-2)及導電材料之80 nm(「厚」)區域(1028b-1)。導電墨水塗層之所得曝露表面可為實質上平坦的。可使用雷射切割塗佈膜以提供大體上U形之樣本,實質上如圖12a所展示。參看該圖,兩個平行側之長度L1可為190 mm,另一側之長度L2可為15 mm,且寬度w可為5 mm。可使用厚區域及薄區域之任何圖案,只要感測器中存在至少 一薄區域(1028b-2)即可。可藉由任何合適阻抗分析器或歐姆錶來進行阻抗量測。樣本及探針可置放於非導電表面上,且可藉由在U形樣本之末端處附接探針來連續地量測跨越導電樣本之開放末端的阻抗。可將水、鹽水溶液、人工尿或模擬傷口流體添加至樣本。可在濡濕之前及之後量測樣本之阻抗。可觀察到基板崩解(從而在跡線中形成斷裂),且可量測到阻抗之100至1000倍的偏移。
其他實施例及應用
圖13為展示所揭示之濡濕感測器1312之不同最終用途應用之示意圖。所描繪之應用僅為例示性的,且並不意欲為限制性的。關於一應用,濡濕感測器1312插入或以其他方式併入至諸如尿布1360之吸收性衣物中。在另一應用中,感測器1312插入或以其他方式併入至屋頂1350、建築物或類似結構中。感測器1312可(例如)定位於木瓦、瓷磚或其他屋頂材料下方通常將預期保持乾燥但意識到存在濕氣將為重要的位置處。在任一情況下,可藉由如上文所論述之感測器1312之遠端監視來便利地偵測衣物、建築物或其他物件之濡濕。
濡濕感測器1312可有利地用於上文所論述之需要偵測濡濕但難以按視覺方式或其他方式直接觀察濡濕之其他應用中。感測器1312可(例如)併入至諸如壁板、絕緣材料、地板及屋頂以及配件及支撐結構之構造相關物件中或以其他方式附接至該等構造相關物件以偵測來自(例如)地下管道、地板下方、牆壁後方或天花板上方之洩漏。其他應用 可包括將濡濕感測器1312併入至包裝或盒子中以偵測(例如)洩漏或融化(例如)從而用於醫療或汽車應用。
圖14a為尿布1460或類似失禁或吸收性衣物之示意圖,且圖14b為沿著圖14a中之線14b-14b截取之示意性截面圖。該尿布包括液體可滲透內部薄片1462、液體不可滲透外部薄片1464及夾於薄片14621464之間且可視情況限於吸收性區域1467之吸收性材料1466。尿布1460亦可包括彈性部件1468及諸如黏著帶或卡鉤及環圈扣件之扣合元件1470。該尿布亦已按在很可能變得濡濕或染污之位置處包括濡濕感測器1412之方式組裝。可為或可包含本文中所揭示之濡濕感測器中之任一者的感測器1412安置於薄片14621464之間且可使用黏著劑、超音波熔接或藉由其他已知附接技術黏附至任一此薄片。若感測器1412安置於液體不可滲透薄片1464與吸收性材料1466之間,則該感測器將在材料1466飽和時降解且將藉由釋放僅少量之目標流體而不被觸發。可藉由如上文所論述之感測器1412之遠端監視來便利地偵測尿布之濡濕。
在一些情況下,藉由顯著加長跨接線(424624)而將感測器1412設計為具有大縱橫比(例如,甚至大於圖4及圖6之縱橫比)可為有利的。藉由利用此細長感測器,可在不大可能變得濡濕或染污之位置處(例如,在較接近腰帶之位置處)將天線或電感器(例如,418618)置放於尿布內,而可在很可能變得濡濕或染污之位置處置放感測器之剩餘部分(且詳言之,跨接線之至少一部分)。天線或電感器之 此置放亦可用以改良與讀取器器件之通信(例如,信號對雜訊比)。
在替代實施例中,本文中所揭示之濡濕感測器中之任一者可在感測器之外表面上或在此外表面之一部分上另外包括皮膚相容黏著劑,諸如,溫和之聚矽氧皮膚黏著劑。以此方式組態之感測器可直接施加至受試者之皮膚,而非製造至尿布、底褲或其他衣物或物件中。此方法可藉由對現有衣物起作用及避免對特別製造之衣物或物件之需求而潛在地減小總成本且促進實施。黏著劑亦可經調配為可再定位的,使得感測器至受試者之附接點可容易地改變,及/或使得感測器可在(例如)改變之間在給定受試者上再使用。黏著劑可在天線或電感器(例如,418618)處選擇性地塗覆至感測器之部分,且明確而言,若濡濕感測器在形狀上為細長的,則感測器之剩餘部分可不包含皮膚相容黏著劑。在此實施例中,感測器之天線或電感器部分可(例如)在腰部處或腰部上方附接至受試者,且感測器之剩餘部分可允許在適當時簡單地下垂至尿布或底褲中。
可在此等實施例中使用任何已知皮膚相容黏著劑。在一項實施例中,可藉由摻合100份聚二甲基矽氧烷(例如,Xiameter brand OHX-4070)聚合物與30份MQ樹脂(例如,類型Belsil TMS 803,可購自Wacker Chemie AG)以獲得均質混合物來製備皮膚相容黏著劑。可使用簡單之刀塗佈器或藉由其他已知手段以(例如)0.002吋至0.004吋之合適厚度將黏著劑溶液塗佈至濡濕感測器之外表面(或含有眾多 濡濕感測器之腹板,參見例如圖1)上。舉例而言,可藉由曝露於合適電子束源來交聯此黏著劑。較佳地,該皮膚相容黏著劑實質上為非導電的,使得該黏著劑即使在直接塗覆至感測器之導電跡線時亦不會有害地影響調諧RF電路之操作。
本文中所描述之感測器在用於基於基礎架構之濡濕監視系統(例如,偵測長期照護設施中失禁患者之濡濕的系統)中時尤其有用。在此系統中,流體感測器之狀態隨著感測器所附接至的個人衛生物件或其他物件之濡濕條件而改變,且感測器之狀態係在詢問時傳達至讀取器。該資訊可接著藉由該讀取器經由網路連接傳達至中央儲存位置。資料庫可將該資訊與時間戳記及/或其他識別資訊一起儲存。可接著使用定製演算法後處理此資訊。來自大量位點之節制相關(Continence-related)資料可加以校核、封裝、提取、關聯、整合及分析以供醫院、照護機構、吸收性物件之製造商、政府、健康保險人等使用。例示性濡濕監視系統包括(但不限於)U.S.7,250,547(Hofmeister)、U.S.7,977,529(Bergman)、U.S.2007/0270774(Bergman)、WO 2007/128038(Bergman)、WO 96/14813(Bergman)及WO 2011/054045(Bergman)中所描述之系統,所有該等申請案係以引用之方式併入本文中。濡濕監視系統不限於用於失禁患者之尿偵測,而是亦適用於偵測、監視及管理存在來自人體(或來自其他源)之其他流體及滲出物的病況,包括傷口管理。
用於監視一或多個受試者之失禁之例示性系統包括:一或多個流體感測器,其安裝至需要監視流體之存在的物品中或上;讀取器,其包括適當電子器件及用以將該讀取器耦接至感測器之天線;網路連接;及資料庫,其用於資料之儲存及分析。另一系統包含:顯示構件;輸入構件,其可由使用者操作;一或多個傳輸器,每一傳輸器與正被監視之一或多個受試者相關聯,該一或多個傳輸器經組態以傳輸至少含有多個受試者之節制相關資料之信號,其中節制相關資料已隨時間自可與由每一各別受試者穿戴之吸收性物件相關聯之一或多個濡濕感測器(諸如,本文中所揭示之彼等濡濕感測器)獲得;接收器單元,其經組態以自該一或多個傳輸器接收信號;及處理構件,其與至少該接收器單元通信,處理構件包括顯示處理器,該顯示處理器經組態以處理所接收信號且將顯示資訊傳達至顯示構件以用於顯示源自附接至由正被監視之受試者穿戴之吸收性物件的濡濕感測器之節制相關資訊之視覺表示。
感測器可具有不同類型,例如,其中感測器具有不同功能性。除濡濕感測器之外,感測器亦可包括用於感測溫度、pH、壓力、氣味、生物分析物、化學或生物標誌及受試者之良好狀態的其他指示符中之一或多者之功能性。可能感測器包括用以偵測水、尿、血液、其他液體溶劑或其中之元素之存在的感測器。另外,用於監視諸如ECG、血糖位準、血壓、脈搏等之生命徵象之感測器可與所揭示之濡濕感測器組合。臨床相關醫學病況之廣泛清單可藉由偵 測尿中之許多代謝物、化學物及離子以及不同類型之其他物質及細胞來辨識。諸如亞硝酸鹽、胺基酸、Beta-2微球蛋白之材料、諸如pH、重量莫耳滲透濃度、白血球計數、蛋白質、比重之量測值及諸如多發性骨髓瘤及血尿之病症可藉由結合所揭示之感測器使用適當已知感測器測試來自患者之尿來偵測。
在一實例系統中,處理構件可經組態以接收由受試者穿戴之吸收性物件之失禁襯墊類型資訊,且基於襯墊類型指示符及節制相關資料來計算自吸收性物件之濡濕洩漏之風險。感測器狀態電路可與識別符電路組合,或該感測器狀態電路可單獨提供以整合資訊從而識別患者及/或正被監視之失禁物件之類型。關於患者或吸收性物件之類型之資訊可經由自動感測或手動鍵入而獲得。該系統可包括用以促進非濡濕事件資料之手動鍵入的單獨輸入構件,包括傳輸器上之一或多個致動器;以光學方式、電子方式或其他方式掃描來自卡片或其他參考指導之代碼或手動鍵入之代碼;其中前述各者中之任一者視情況使用手持式器件來執行。可包括額外構件以感測受試者之移動。讀取器或傳輸器可與感測構件組合以判定物件之位置之改變,包括(例如)位置追蹤器件(諸如,GPS)及/或一或多個運動偵測器,諸如提供受試者之移動之指示的加速度計或壓力轉換器。此等偵測器可經組態以偵測即時傳達至處理器以用於通知照護者之遊走或跌倒。
可能的讀取器包括手持式讀取器及固定讀取器兩者,包 括安裝在床上、安裝在椅子上(包括例如安裝在輪椅上或安裝在搖椅上)、安裝在手推車上、安裝在牆壁上、安裝在傢俱上或安裝在用於患者之任何其他行動或固定支撐單元上或中之讀取器,其中此等讀取器可由電池供電或藉由(例如)至壁式插座之有線連接來供電。
處理構件可設置於單一處理器件中或可藉由許多離散或連接之處理單元或處理元件提供,在該等處理單元或處理元件中,每一者可執行有助於系統之總功能性之不同處理功能。因而,處理構件之各種功能可藉由系統之各種元件提供,該等元件包括在一些實施例中可能與節制感測器本身相關聯之處理元件及/或含於系統之傳輸器或接收器內之處理元件,或經提供作為使用系統之特定位點中之「中央監視器」之部分或藉由經由廣域網路(WAN)、區域網路(LAN)、網際網路及如此項技術中可能已知之其他網路(包括例如藉由專屬RF鏈路、有線乙太網路、無線乙太網路、Zigbee、藍芽等)與其他處理元件之有線或無線連接而與前述各者中之多者中之一者通信的處理元件。資料庫可在本端在客戶位點處代管、在遠端在單獨設施處代管或以雲端方式代管。通常提供使用者介面以用於報告產生及統計調查。
處理構件可經組態以產生警告或以其他方式將關於感測器之狀態之回饋提供至照護者,使得照護者可關注正被監視之受試者。或者或另外,處理構件可經組態以自動關聯節制相關資料及非濡濕事件資料中之圖案。處理構件可經 組態以自多個類型之感測器接收輸入。此接收可(例如)藉由以下操作來達成:自與由受試者穿戴之吸收性物件相關聯之感測器收集節制資料;收集與受試者相關之非濡濕事件資料;及使用所收集之非濡濕事件資料及感測器資料來最佳化用於監視受試者之失禁之數學模型,及使用該最佳化模型來監視穿戴具有本發明之感測器之吸收性物件的受試者之失禁。在一些實施例中,處理構件接收自複數個位點(其中系統用以監視受試者之失禁)獲得之多位點節制相關資料。處理構件可包括接收多位點節制相關資料之資料編譯處理器。系統可提供用於儲存多位點資料之資料儲存器,及連接該一或多個位點與該資料編譯處理器之一或多個網路通信元件。處理構件可利用自該複數個位點獲得之資料來執行包括下列各者之分析:識別吸收性物件之使用之趨勢;估計正被監視之受試者之照護評估;識別照護者行為之趨勢;識別節制相關資料、事件資料及可應用於患者群體之其他條件之間的相關性;不同失禁產品或節制照護之不同模型之標竿效能等。
濡濕偵測系統的一實例可包括:濡濕感測器,其安裝至底褲中;安裝在床上之讀取器,其包括適當電子器件及能夠耦接至感測器之天線;無線網路連接;及資料庫,其用於資料之儲存及分析。基於床之讀取器可包括安裝在床中之諧振偵測電路及調諧天線,且可包括存在感測單元(諸如,壓力感測器)以判定患者是否在床上。該無線網路連接可為專屬RF鏈路,且該資料庫可儲存於可由照護設施網 路存取之機器上。該機器可將演算法與該資料庫一起執行以有條件地監視資料。一演算法可在患者變得濡濕時報告且自動地通知健康照護人員。系統可收集關於穿戴具有耦接至基於床之讀取器的濡濕感測器之底褲的每一患者之資訊,且可在遠端將該資訊記錄在資料庫中。利用此類型之連續監視,證明符合現有標準F-TAG 315,此係因為超過了每兩小時一次之最小檢查時間。系統亦可自動地記錄何時更換底褲以及患者何時在或不在床上。此資訊可用以產生每一患者之典型常規。藉由利用此系統以及自動文件製作及趨勢分析,可建立更準確之預測盥洗時間表。此可比嘗試根據諸如吃飯或睡覺時間表之其他活動來訓練及安排盥洗活動有效。
存在此等系統之若干可能優點及用途。系統可用於訓練人員執行包括下列各者之工作:選擇合適吸收性物件或襯墊類型;使用系統監視及/或評估失禁經受者;及時照料失禁之受試者;估計經受失禁之受試者之病況;針對受試者展開節制照護計劃;及估計節制照護計劃之有效性。可監視日常趨勢(包括所需底褲更換、所使用底褲之平均數目、在床外花費之時間、更換之前濡濕之平均時間及更多)以產生預測盥洗時間表。亦可監視與趨勢之偏差。處理構件可經組態以將節制相關資料及非濡濕資料之圖案與一或多個病況指示符關聯且提供指導以偵查疾病狀態之存在。對異常之檢查可比不利用此系統將預測之情況更早地實現對諸如脫水、UTI、酵母感染等之健康問題之預測。 此類型之趨勢分析亦可幫助監視照護之品質或幫助識別人員配備之空隙。舉例而言,高的更換之前濡濕的平均時間可指示健康照護設施之人員配備不足。藉由監視所使用底褲之平均數目、更換之前濡濕之平均時間及底褲中損害之量,系統可預測哪些患者處於發生皮膚潰瘍/褥瘡之較高風險。該系統可促進對此等患者之額外檢查及較快回應時間以最少化患者病況之升級。該系統亦可自動地產生在皮膚潰瘍/褥瘡形成情況下所需之文書工作。此自動產生之文件可確保正確地報告患者之病況,使得最少化進一步惡化,且可使問題可見,使得該文件在人員排班改變期間會受到關注。
除非另有指示,否則說明書及申請專利範圍中所使用之表示特徵大小、量及實體性質等的所有數字應理解為藉由術語「約」來修飾。因此,除非相反地指示,否則說明書及申請專利範圍中所闡述之數值參數為可取決於由熟習此項技術者利用本申請案之教示設法獲得之所要性質而變化之近似值。
利用包括(但不限於)「下部」、「上部」、「在......下方」、「在......之下」、「在......上方」及「在......之上」之空間相關術語(若在本文中使用)以使用來描述一元件相對於另一元件之空間關係之描述容易。此等空間相關術語涵蓋器件在使用或操作時除諸圖中所描繪及本文中所描述之特定定向以外的不同定向。舉例而言,若圖中所描繪之單元翻過來或翻轉,則先前描述為在其他元件之下或下方之部分 隨後將在彼等其他元件上方。
本發明之各種修改及替代在不脫離本發明之範疇及精神之情況下對於熟習此項技術者將為顯而易見的,且應理解,本發明不限於本文中所闡述之說明性實施例。
14b-14b‧‧‧線
110‧‧‧薄片或腹板
112‧‧‧區域/感測器標記
113a‧‧‧線
113b‧‧‧線
114‧‧‧可撓性基板
116‧‧‧調諧射頻(RF)電路
216‧‧‧射頻(RF)電路/LC電路
216b‧‧‧射頻(RF)電路
218‧‧‧電感器
220‧‧‧電容器
220a‧‧‧電容器
220b‧‧‧電容器
230‧‧‧遠端詢問器件或讀取器
232‧‧‧電感器
234‧‧‧射頻(RF)源
236‧‧‧諧振分析器
312a‧‧‧濡濕感測器
312b‧‧‧濡濕感測器
316a‧‧‧調諧射頻(RF)電路
316b‧‧‧調諧射頻(RF)電路
330‧‧‧讀取器
412‧‧‧濡濕感測器/感測器標記
414‧‧‧自支撐基板/感測器基板
416‧‧‧調諧射頻(RF)電路
418‧‧‧感應線圈/天線或電感器
420‧‧‧離散電容器/離散電路元件
422a‧‧‧跡線
422b‧‧‧跡線
423a‧‧‧加寬區或接觸焊墊/內部焊墊
423b‧‧‧加寬區或接觸焊墊/外部焊墊
423c‧‧‧加寬區或接觸焊墊
423d‧‧‧加寬區或接觸焊墊
424‧‧‧跨接線/離散電路元件
424a‧‧‧跨接線之第一接頭
424b‧‧‧跨接線之第二接頭
512‧‧‧濡濕感測器/感測器標記
514‧‧‧自支撐基板
516‧‧‧調諧射頻(RF)電路
518‧‧‧感應線圈
520‧‧‧積體電容器
522a‧‧‧跡線
522b‧‧‧跡線
523a‧‧‧加寬區或接觸焊墊/內部焊墊
523b‧‧‧加寬區或接觸焊墊/外部焊墊
524‧‧‧跨接線
524a‧‧‧跨接線之第一接頭
524b‧‧‧跨接線之第二接頭
612‧‧‧濡濕感測器/感測器標記
614‧‧‧自支撐基板
616‧‧‧調諧射頻(RF)電路
618‧‧‧感應線圈
620a‧‧‧電容器
620b‧‧‧電容器
622‧‧‧導電跡線
623a‧‧‧加寬區或接觸焊墊
623b‧‧‧加寬區或接觸焊墊
624‧‧‧跨接線/離散電路元件
624a‧‧‧跨接線之接頭
624b‧‧‧跨接線之接頭
712‧‧‧濡濕感測器/感測器標記
714‧‧‧自支撐基板
716‧‧‧調諧射頻(RF)電路
718‧‧‧感應線圈
720a‧‧‧電容器
720b‧‧‧電容器
722‧‧‧導電跡線
723a‧‧‧加寬區或接觸焊墊
723b‧‧‧加寬區或接觸焊墊
724‧‧‧跨接線/離散電路元件
724a‧‧‧跨接線之接頭
724b‧‧‧跨接線之接頭
812‧‧‧濡濕感測器
814‧‧‧感測器基板
816‧‧‧調諧射頻(RF)電路
818‧‧‧感應線圈
820b‧‧‧電容器
822‧‧‧導電跡線
823b‧‧‧接觸焊墊
824‧‧‧跨接線
824b‧‧‧跨接線之接頭
826‧‧‧跨接線基板
828‧‧‧導體
829b‧‧‧凸片
912‧‧‧濡濕感測器
912b‧‧‧濡濕感測器
914‧‧‧感測器基板
922‧‧‧導電跡線
923b‧‧‧接觸焊墊
924‧‧‧跨接線
924b‧‧‧跨接線之接頭
926‧‧‧跨接線基板
927‧‧‧黏接層
928‧‧‧導體
929b‧‧‧凸片
1024a‧‧‧物件
1024b‧‧‧物件
1024c‧‧‧物件
1026‧‧‧感測器基板
1026b‧‧‧感測器基板
1026b-1‧‧‧結構化表面
1028a‧‧‧導電跡線
1028a-1‧‧‧導電跡線之較厚部分
1028a-2‧‧‧導電跡線之較薄部分
1028b‧‧‧導電跡線
1028b-1‧‧‧導電跡線之較厚部分
1028b-2‧‧‧導電跡線之較薄部分
1028c‧‧‧導電跡線
1028c-1‧‧‧導電跡線之相對較寬部分
1028c-2‧‧‧導電跡線之相對較窄部分
1110‧‧‧印刷薄片
1116‧‧‧印刷電路元件
1312‧‧‧濡濕感測器
1350‧‧‧屋頂
1360‧‧‧尿布
1412‧‧‧濡濕感測器
1460‧‧‧尿布
1462‧‧‧液體可滲透內部薄片
1464‧‧‧液體不可滲透外部薄片
1466‧‧‧吸收性材料
1467‧‧‧吸收性區域
1468‧‧‧彈性部件
1470‧‧‧扣合元件
L1‧‧‧長度
L2‧‧‧長度
w‧‧‧寬度
圖1為含有大量濡濕感測器之捲起薄片或腹板在將薄片切開或以其他方式轉換成個別感測器標記之前的示意性透視圖;圖2a及圖2b為例示性濡濕感測器之示意性電路圖;圖2c為例示性遠端詢問器件或讀取器之示意性方塊圖;圖3a為包括濡濕感測器及讀取器之偵測系統之示意圖,其中濡濕感測器處於「乾燥」狀態;圖3b為類似於圖3a之示意圖的示意圖,但其中濡濕感測器處於「濡濕」狀態;圖4、圖5、圖6及圖7為例示性濡濕感測器之示意性平面圖;圖8為例示性濡濕感測器之細節之示意性透視圖;圖9a為濡濕感測器之一部分之示意性側視圖或截面圖;圖9b為另一濡濕感測器之一部分之示意性側視圖或截面圖;圖10a及圖10b為在濡濕感測器中使用之感測器基板之示意性側視圖或截面圖,該等基板各自具有具可變厚度之導電跡線;圖10c為在濡濕感測器中使用之感測器基板之示意性平 面圖,該基板具有具可變寬度之導電跡線;圖11為上面印刷有用於在濡濕感測器中使用之電路元件的薄片或腹板之平面圖;圖12為上面已印刷有經圖案化以提供調諧RF電路之一部分之導電跡線的一塊PVA之照片;圖12a為適合於在所揭示之濡濕感測器中使用之U形組件;圖13為展示濡濕感測器之不同最終用途應用之示意圖;及圖14a為尿布或類似失禁衣物之示意性平面圖,且圖14b為沿著圖14a中之線14b-14b截取之示意截面圖。
412‧‧‧濡濕感測器/感測器標記
414‧‧‧自支撐基板/感測器基板
416‧‧‧調諧射頻(RF)電路
418‧‧‧感應線圈/天線或電感器
420‧‧‧離散電容器/離散電路元件
422a‧‧‧跡線
422b‧‧‧跡線
423a‧‧‧加寬區或接觸焊墊/內部焊墊
423b‧‧‧加寬區或接觸焊墊/外部焊墊
423c‧‧‧加寬區或接觸焊墊
423d‧‧‧加寬區或接觸焊墊
424‧‧‧跨接線/離散電路元件
424a‧‧‧跨接線之第一接頭
424b‧‧‧跨接線之第二接頭

Claims (27)

  1. 一種感測器,其包含:一自支撐基板;及一導電跡線,其由該基板承載且經圖案化以提供一調諧RF電路之至少一部分,該調諧RF電路之特徵在於一阻抗或電阻且安置於該基板之僅一側上;其中該導電跡線並非自支撐的,且該導電跡線具有小於1微米之一厚度;且其中該基板經調適以在由一目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降解,使得該調諧RF電路之該阻抗或該電阻改變為至少5倍。
  2. 如請求項1之感測器,其中該基板在由該目標流體接觸時溶解。
  3. 如請求項1之感測器,其中該基板在由該目標流體接觸時膨脹。
  4. 如請求項1之感測器,其中該基板為或包括具有一平滑主要表面之一可撓性膜。
  5. 如請求項1之感測器,其中該基板為或包括聚乙烯醇(PVA)。
  6. 如請求項1之感測器,其中該目標流體包含一極性液體。
  7. 如請求項1之感測器,其中該目標流體包含水。
  8. 如請求項7之感測器,其中該目標流體為或包括一或多種含水人類體液。
  9. 如請求項1之感測器,其中該導電跡線包含銀。
  10. 如請求項1之感測器,其中該導電跡線具有小於100奈米之一厚度。
  11. 如請求項1之感測器,其中該導電跡線包含一感應線圈。
  12. 如請求項1之感測器,其中該導電跡線與該基板緊密接觸。
  13. 如請求項1之感測器,其中該導電跡線具有一可變厚度及/或可變寬度。
  14. 如請求項13之感測器,其中該導電跡線具有一可變厚度,該厚度變化與該導電跡線與該基板之間的一結構化界面相關聯。
  15. 如請求項1之感測器,其中該調諧RF電路進一步包括連接該導電跡線之兩個部分之一導電鏈接部件。
  16. 如請求項1之感測器,其中該調諧RF電路之該阻抗或該電阻在該基板由該目標流體接觸時改變為至少100倍。
  17. 如請求項16之感測器,其中該調諧RF電路之該阻抗或該電阻在該基板由該目標流體接觸時改變為至少1000倍。
  18. 如請求項1之感測器,其中在該基板由該目標流體接觸時,該導電跡線實質上崩解以便為該調諧RF電路提供一開路。
  19. 如請求項1之感測器,其中該基板藉由該目標流體之接觸實質上使該調諧RF電路不操作。
  20. 如請求項1之感測器,其進一步包含安置於該感測器之 一外表面上之一皮膚相容黏著劑。
  21. 如請求項20之感測器,其中該黏著劑包含聚矽氧。
  22. 一種包含如請求項1之感測器之吸收性衣物。
  23. 如請求項22之吸收性衣物,其中該吸收性衣物包括一液體可滲透薄片、一液體不可滲透薄片及夾於該液體可滲透薄片與該液體不可滲透薄片之間的一吸收性材料,且其中該感測器安置於該液體可滲透薄片與該液體不可滲透薄片之間。
  24. 一種包含如請求項1之感測器之構造物件。
  25. 如請求項24之物件,其中該構造物件為或包括壁板、絕緣材料、地板、屋頂及/或用於一管道之一配件或支撐結構。
  26. 一種濡濕偵測系統,其包含:如請求項1之感測器;及一讀取器,其經組態以在遠端評估該調諧RF電路之一條件。
  27. 如請求項26之系統,其中該讀取器經組態以用於安裝於用於一人之一行動或固定支撐件中或上。
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