TWI612299B - 使用具有易碎連結之射頻電路的濡濕感測器 - Google Patents

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Abstract

一種濡濕感測器包括攜載一經調諧RF電路之基板。該電路包括施加至該基板之一導電圖案、一電容器及一跨接器,該導電圖案、該電容器及該跨接器全部安置於該基板之同一側上。該導電圖案包括一電感線圈以及內部端子及外部端子。該跨接器將該內部端子電耦接至該外部端子。該跨接器亦包括一易碎連結,該易碎連結在由目標流體接觸時產生該RF電路之操作的劇烈改變。該劇烈改變可藉由一遠端讀取器解釋為「濕潤」狀況。該易碎連結由目標流體之接觸可將該RF電路之阻抗或電阻改變至少5、10、100或更多倍,及/或可引起該易碎連結崩散以產生一開路,及/或可實質上致使該RF電路不操作。

Description

使用具有易碎連結之射頻電路的濡濕感測器
本發明大體上係關於濡濕感測器,以及併入此等感測器之物品及系統,以及與此等感測器有關之方法。
每天有幾百萬的老老少少穿戴尿布。對於這兩個群組,檢查濡濕可能需要依賴於其他人。在由於醫學病況或生命處境而穿戴尿布之成人患者的情況下,在一些環境下,未被注意的濕潤尿布可能成為穿戴者的健康風險。尿布疹及皮膚潰瘍僅為可能由於長期曝露於濡濕下而導致之兩種可能醫學病況。針對患者之健康風險及健康照護提供者之可能金錢債務兩者,需要達成增強之尿布監視的過程及程序。
在有些地方,針對需要使用尿布之成人患者的標準監視程序為每四小時至少一次監視患者是否失禁。若患者不能自己傳達尿布之狀態,則需要由照護者進行尿布之實體檢查。一般需要對患者進行身體上轉動以便進行滿意的實體檢查。此可能對護士或工作人員造成健康風險,且對於較重患者而言,可能需要額外員工或甚至需要醫療提昇裝置。藉由在無需執行實體檢查的情況下詢問尿布之狀態來消除此耗時且有失體面的程序將為高度需要的。
其他人已提出用於在尿布中使用之濡濕感測器。舉例而言,參見美國專利申請公開案第US 2008/0300559號(Gustafson等人)。亦參見美國專利申請公開案第US 2004/0064114號(David等人)、第US 2004/0070510號(Zhang等人)、第US 2005/0156744號(Pires)、第US 2006/0058745號(Pires)、第US 2007/0083174號(Ales,III等人)、第US 2008/0132859號(Pires)及第US 2008/0266123號(Ales等人),以及美國專利第6,373,395號(Kimsey)、第6,583,722號(Jeutter等人)、第6,603,403號(Jeutter等人)及第6,774,800號(Friedman等人)。然而,濡濕感測器在尿布(及其他應用)中之廣泛使用尚未實現。
吾人已開發出可偵測濡濕且可在遠端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可經調適而不僅用於尿布或其他吸收性衣物中,而且用於需要偵測濡濕但難以在視覺上或以其他方式直接觀測濡濕之其他最終使用應用中。此類其他應用可涉及將濡濕感測器併入於構造相關物品(諸如牆板、絕熱層、地板、屋頂)以及配件及支撐結構中,例如以偵測地下、地板下方、牆後或天花板上方的管的洩漏。其他應用可涉及將濡濕感測器併入於封裝或盒中以偵測(例如)醫學或汽車應用之洩漏或融化。
本文中尤其描述包括攜載經調諧RF電路之第一基板的感測器。該電路包括施加至第一基板之導電圖案、一電容器及跨接器,該導電圖案、該電容器及該跨接器全部安置於該第一基板之同一側上。該導電圖案包括一電感線圈以及內部端子及外部端子。該跨接器將該內部端子電耦接至該 外部端子。該跨接器亦包括一易碎連結,該易碎連結在由目標流體接觸時產生該RF電路之操作的劇烈改變。該劇烈改變可藉由一遠端讀取器解釋為「濕潤」狀況。該易碎連結由目標流體之接觸可將該RF電路之阻抗或電阻改變至少5、10、100或1000倍,及/或可引起該易碎連結崩散以產生一開路,及/或實質上致使該RF電路不操作。
該電容器可包含第一電容器板及第二電容器板,該第一電容器板選自導電圖案之內部端子及外部端子中之一者,且該第二電容器板選自跨接器之第一端子或第二端子。該電容器亦可包括安置於該第一電容器板與該第二電容器板之間的一第一介電材料,且該第一介電材料可溶於該目標流體中以提供該易碎連結。
該經調諧RF電路亦可包括安置於跨接器之與第一提及之電容器相對的對置端子處的第二電容器,該第二電容器具有安置於第三電容器板與第四電容器板之間的第二介電材料,該第二材料亦可溶解於目標流體中且亦為該易碎連結之部分。
該易碎連結可替代地或另外包括將跨接器連接至基板之黏著劑,且可溶解於目標流體中。替代地或另外,跨接器可包括安置於第二基板上之導電部件,且第二基板可經調適以溶解、膨脹或以其他方式在目標流體中降級以提供易碎連結。
在一些情況下,第一介電材料、第二介電材料及/或第二基板可為或包括聚乙烯醇(PVA)。在一些情況下,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,第二基板為自支撐膜,且跨接器之導電部件為非自支撐的。在一些情況下,跨接器之導電部件具有小於1微米或小於100奈米之厚度。在一些情況下,導電部件具有一可變厚度及/或可變寬度。在一些情況下,導電跡線具有可變厚度,厚度變化與導電部件與第二基板之間的結構化界面相關聯。
該感測器可包括包含安置於該感測器之一外部表面上的一皮膚相容黏著劑。此類黏著劑可包含聚矽氧。
亦揭示併入有所揭示濡濕感測器之吸收性衣服,諸如尿布以及其他物品。在吸收性衣物之情況下,該衣物可包括一液體可滲透薄片、一液體不可滲透薄片及截留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。濡濕感測器可安置於液體可滲透薄片與液體不可滲透薄片之間,或液體可滲透薄片與使用者身體之間。較佳地,濡濕感測器安置於液體不可滲透薄片與吸收性芯材之間,使得其將在芯材飽和時降級且將不會由於僅少量目標流體之釋放而被觸發。
亦揭示在併入有所揭示濡濕感測器之建築物構造中使用之物品。此類構造物品可為或包括牆板、絕熱層、地板(包括但不限於地毯)、屋頂及/或用於管之配件及支撐結構。
吾人描述所揭示濡濕感測器中之至少一者與讀取器組合之系統,該讀取器經組態以在遠端評估經調諧RF電路之狀 況以便評估該感測器之狀況。讀取器可經組態以安裝於一人之移動或固定支撐件中或其上,例如床、椅(包括例如輪椅或搖椅)、手推車或其他移動或固定支撐件。
亦論述相關方法、系統及物品。
本申請案之此等及其他態樣將由以下詳細描述而顯而易見。然而,決不應將上述概要解釋為對所主張之主旨構成限制,該主旨僅由附加申請專利範圍限定,而附加申請專利範圍可能在申請期間進行修正。
在該等圖式中,相同參考數字表示相同元件。
在圖1中,吾人可見可使用高容量膜處置設備製造之捲起薄片或捲筒110。捲筒110包括已被施加導電圖案或跡線之可撓性基板114,該圖案形成經調諧RF電路116之至少一部分。跡線通常至少形成電感線圈,但其亦可包括如下文更充分例示之其他不同電路元件及連接特徵。因此藉由基板114來攜載導電圖案以及RF電路之剩餘部分。
儘管在圖中展示僅一個電路116,但讀者將理解實質上相同或類似經調諧RF電路較佳以陣列方式提供於該捲筒上,一個此電路安置於標為112之每一區域中,且所有此電路較佳安置於該捲筒110之同一側上。舉例而言,參考數字112因此可指代呈標記或標籤形式之個別感測器,其可藉由沿著線113a、113b之切開或切割操作來加工捲筒110而獲得。
經調諧RF電路116除導電圖案外亦包括一或多個離散電 路元件。舉例而言,電路116至少包括一單獨跨接器(導電連結部件)及一可選離散電容器(如下文進一步論述),該單獨跨接器及可選離散電容器由基板114攜載且連接至導電圖案以便完成RF電路116且提供所要功能性。在一些情況下,導電圖案除電感線圈外自身可包括一或多個電容器。若需要,則在將該捲筒切開或切割為個別感測器標記112之後而非在此切開或切割之前,可將形成RF電路116之部分的任何離散電路元件附接至基板114或附接至RF電路116之一部分。或者,在將捲筒再分為個別標記之前,當該捲筒110仍為完整時,可將一或多個離散電路元件附接至基板114或附接至RF電路116之部分。導電圖案及RF電路116之其他組件較佳由基板來攜載,且安置於基板114之僅一側上。自製造觀點觀之,此配置為有利的,使得可使用僅一側膜處理。
基板114不僅為可撓性的,而且亦較佳為自支撐的。就此而言,若一基板具有足以准許在無將使其不適於其預期應用之不當破裂、撕裂或其他損壞的情況下處置該基板的機械完整性,則稱該基板為自支撐的。
明顯地,電路116包括與電路之跨接器組件相關聯之易碎連結。易碎連結可包含將跨接器或其部分連接至感測器基板之導電或非導電黏著劑,該黏著劑經調適以在由水或另一目標流體接觸時溶解。易碎連結可替代地或另外包含形成跨接器之部分的第二基板,該第二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級。第二基板 可為自支撐的,且安置於第二基板上且形成跨接器之部分的導電部件較佳為非自支撐的。藉由此等設計特徵,將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以及RF電路之操作的對應劇烈改變,後者可藉由遠端讀取器或詢問裝置解釋為「濕潤」狀況。舉例而言,當易碎連結由目標流體接觸時,跨接器之導電部件或其部分可能僅僅崩解、破碎或散開。
舉例而言,RF電路之操作的劇烈改變可藉由電路之電阻或阻抗改變至少5、10、100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的改變。阻抗將直流(DC)電阻之概念擴展至交流(AC)電路,不僅描述電壓及電流之相對振幅而且描述相對相位。阻抗描述與交流電流相反之量測值,且藉由複數來描述。阻抗之實部描述電阻(電壓與電流之振幅比率),且虛部描述相位差。相位差僅在電路具有電容性或電感性組件時發生,且通常正號用以指示虛部之電感,且負號用以指示虛部之電容。阻抗分析器藉由量測穿過電路之電壓與電流之比率來量測。
替代地或另外,RF電路之操作的劇烈改變可藉由諧振頻率、Q因數、頻寬、振幅及/或其他諧振特性之改變來表明。替代地或另外,操作之劇烈改變可藉由跨接器或其部分之實質崩散或解散來表明,從而為RF電路提供開路。替代地或另外,操作之劇烈改變可藉由致使RF電路實質上不操作來表明。
在圖2a及圖2b中示意性展示適於在所揭示濡濕感測器中 使用之例示性經調諧RF電路。在圖2a中,簡單RF電路216包含如圖所示而連接之電感器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(以每秒週期數或赫茲(Hertz)為單位來表達):
Figure TWI612299BD00001
L及C之值較佳經選擇以使得諧振頻率經調諧至射頻(RF)電磁頻譜之所要部分,例如30kHz至300GHz之頻譜之所要部分。在較佳實施例中,諧振頻率可處於1MHz至100MHz之較窄範圍之所要部分中,或更具體言之處於例如目標頻率13.56MHz。在任何情況下,感測器電路之經調諧RF頻率較佳經選擇而與遠端讀取器或詢問裝置之頻率範圍相容(例如,實質上匹配、重疊或落入其中),因此讀取器及感測器之RF電路操作作為濡濕偵測系統。若能量接近電路之諧振頻率,則電感器218充當自讀取器接收RF電磁能量之天線,且電感器218接著以電路之諧振頻率或在該諧振頻率附近重新發射所吸收能量中之至少一些。
圖2b之RF電路216b類似於電路216,不同之處在於單一電容器220已由兩個串聯連接之單獨電容器220a、220b替換。在替代實施例中,可使用兩個以上單獨電容器,且其可全部串聯連接或其可以其他方式連接。此外,儘管在所揭示RF電路中較佳存在僅一個電感器線圈,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電路之各種元件以此方式彼此連接以便提供具有以下特性之RF電 路:其回應可藉由圖2a之簡單LC諧振電路來近似。舉例而言,圖2b之個別電容器220a、220b可在數學上由具有適當電容C之單一電容器220表示。構成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220a、220b之電容)再次經選擇以提供經調諧至RF頻譜之所要部分的諧振頻率,如上文所論述。實際上所有實電路含有某一量之電阻。在所揭示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)可包括於經調諧RF電路中以用於經由天線發射識別碼。此額外電路可與在已知射頻識別(RFID)裝置中使用之電路相同或類似。能夠將代碼傳輸至讀取器之裝置通常稱作RFID裝置。不能夠傳輸識別碼之裝置有時稱作電子物品監視(EAS)裝置。EAS裝置吸收及破壞由讀取器發射之電磁場(諸如RF場)。該場之破壞可藉由讀取器偵測,且被解釋為指示EAS裝置之存在。在所揭示濡濕感測器中使用之經調諧RF電路較佳具有大體較簡單之EAS設計,但亦預期其他設計,包括但不限於更複雜之RFID設計。較佳之經調諧RF電路在性質上為被動的,亦即,其未併入有電池或其他機載電力源,而是自耦合至由讀取器天線發射之電磁場而得到電力。然而,在一些情況下,視濡濕感測器之最終使用之應用而定,經調諧RF電路在性質上可為主動的,亦即,其可包括電池或其他 電源。在任何情況下,經調諧RF電路通常藉由諧振頻率及電路阻抗來表徵。
圖2c為例示性遠端詢問裝置或讀取器230之示意方塊圖。讀取器230包括電感器232、RF源234及諧振分析器236。能量儲存在圍繞電感器232之場中,該電感器232充當天線。若濡濕感測器在讀取器230之附近,則此儲存之能量可耦合至濡濕感測器之經調諧RF電路。諧振分析器236可經組態以偵測自讀取器230之天線耦合至經調諧RF電路之能量的量之改變,此耦合在經調諧RF電路之諧振頻率充分接近讀取器電路之諧振頻率的情況下發生。可歸因於由經調諧RF電路耦合之能量改變的詢問器信號的擾動可被視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「濕潤」狀態之濡濕感測器312b。
在圖3a中,讀取器330廣播一RF信號,該RF信號之至少一部分具有可由感測器312a之經調諧RF電路316a吸收的合適頻率分量。電路316a包括完整之易碎連結。感測器312a將所吸收能量中之一些轉換為一(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之感測信號解釋為「乾燥」狀況,且指示器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在讀取器之附近(正如感測器312a所處之位置),但感測器曝露於目標流體已(例如)藉由使跨接器基板部分或完全溶解或膨脹或以其他方式降級而使易碎連結整體或部分失效。在圖式中展示經調諧RF電路316b,但該電路可由於易碎連結之完全或部分失效而整體或部分不操作。或者,電路可保持操作,但其可具有與電路316a之特性很不同之特性,例如很不同之阻抗、很不同之諧振頻率、Q因數、頻寬、振幅及/或其他諧振特性。因此,感測器312b可能不提供感測信號,或其可在與目標流體接觸之前提供與感測器312a所提供之感測信號迥然不同的感測信號。讀取器330將感測信號之不存在或迥然不同之感測信號解釋為「濕潤」狀況。「濕潤」指示器燈或其他合適狀態輸出接著可由讀取器330提供。
圖4提供一個例示性濡濕感測器412之示意圖。感測器412包含自支撐基板414及由該基板攜載之經調諧RF電路416。基板414可為(例如)在對連續捲筒之基板材料之轉換操作中已自較大塊相同基板材料切割出的相對較小樣本。較佳地,基板414足夠薄以為可撓性的,但足夠厚以為自支撐的。基板414較佳由可熔合擠壓或溶劑澆鑄且能夠澆鑄為可撓性膜之材料構成。例示性基板材料包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯及聚酯之膜。或者,感測器基板414可包含在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級之一或多種材料,如在與本文同一日期申請之題為「Wetness Sensors」的共同讓渡之美國專利申請案XXX(代理人檔案號 碼(66445US002)中所論述,該案以引用的方式併入本文中。
感測器基板414可為整體膜,亦即其可遍及基板之整個空間或容積而具有均一組合物。或者,基板可具有非均一組合物。一種類型之非均一組合物為堆疊分層媒體或具有不同材料之並排分道之條帶媒體,該等媒體中之至少一者可藉由目標流體而降級。舉例而言,基板可由兩個不同層之不同材料構成,或由三個或三個以上層之可全部彼此不同之材料構成,或可包括例如呈交替序列之材料。亦預期摻合材料,摻合材料例如由提供連續相之第一材料與提供分散相之第二材料構成。
濡濕感測器412亦包括已施加至基板414之導電跡線或圖案。在圖4之實施例中,導電圖案分為兩個區段:圖案422a及圖案422b。將此等區段統稱為導電圖案422。圖案422包括形成電感線圈418之螺旋形路徑。圖案422亦包括標為423a、423b、423c及423d之加寬區或接觸襯墊。襯墊423a在線圈418之內部上提供圖案422之內部端子,且襯墊423b在線圈418之外部上提供圖案422之外部端子。
可將圖案422直接施加至基板414之曝露主表面,或可包括(例如)用以促進黏著力之一或多個介入層。圖案422可藉由任何合適技術而形成於基板上,包括印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖像轉印(thermographic transfer)及/或其他已知圖案化技術。圖案422可由金屬或其他合適導電材料構成,諸如石墨及/或一或多種導電聚合物。例示性導電材料包括銅、銀及/或鎳,但此清單不應被理解 為限制性的。圖案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,圖案422具有例如小於1微米或小於100奈米之厚度。圖案422可為機械上精密的,使得其在不存在支撐基板(亦即,基板414)的情況下不能夠維持其實體完整性。在此等情況下,圖案422在獨自(與支撐基板414分開)考慮時將不被視為自支撐,如同上文使用之彼術語。在其他情況下,圖案422可較厚且甚至為自支撐的,只要跨接器424包含如下文論述之易碎連結即可。
電路416亦包括單獨、離散電容器420,電容器420連接於圖案422之襯墊423c與423d之間。電容器420可為晶片電容器或能夠附接至襯墊423c、423d(如圖展示)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完成。
最後,電路416亦包括跨接器424。跨接器424可在內部襯墊423a與外部襯墊423b之間提供低阻抗導電路徑,該路徑自身具有很小或無電阻、電容或電感。跨接器424之第一端子424a與襯墊423a直接電接觸,且跨接器424之第二端子424b與襯墊423b直接電接觸,而跨接器424避免與其跨越之圖案422之部分有任何電接觸。(在圖4中,跨接器424跨越線圈418中之迴圈中之兩者,但與彼等迴圈無電接觸。)以此方式,跨接器424具有連接線圈418與實質上如展示於圖2a之示意性電路圖中的電容器420的效應。跨接器可由任何合適導電材料及可選絕緣材料構造,該等材料允許跨接器在襯墊423a與423b之間提供導電路徑同時保持 與其跨越之線圈418之部分絕緣。例示性跨接器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於基板414或跨接器424上,或以其他方式選擇性地施加於一側上之跨接器424與另一側上之基板414及圖案422之間,使得跨接器424在適當位置緊固地固持至基板414同時進行必要電連接及避免其他電連接。下文進一步提供關於合適跨接器之額外資訊。
明顯地,跨接器424使其與易碎連結相關聯,該易碎連結經調適以在由目標流體接觸時完全或部分失效。易碎連結未在圖4中分開標記,此係因為其可能包含與跨接器相關聯之若干不同組件中之一者(或多者)。舉例而言,易碎連結可包含將跨接器或其部分連接至感測器基板之導電或非導電黏著劑,該黏著劑經調適以在由水或另一目標流體接觸時溶解。易碎連結可替代地或另外包含形成跨接器之部分的第二基板,該第二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級。第二基板可為自支撐的,且安置於第二基板上且形成跨接器之部分的導電部件較佳為非自支撐的。感測器標記曝露至目標流體,因此可產生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。在本文其他處論述經調適以在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級的例示性材料。
易碎連結可經設計以在由諸如水之極性目標流體接觸時或替代地在由非極性之目標流體接觸時失效。下文中提供 極性及非極性目標流體以及經調適與此等類型流體中之任一者使用的合適材料的進一步論述。
在基板材料之捲筒仍為完整時,或在此捲筒經切開或切割以提供個別感測器標記412後,或兩者之組合,可將電路416之離散電路元件(亦即,電容器420及跨接器424)附接至基板414,且附接至導電圖案422(其中一個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後附接)。離散電路元件(例如,元件420、424)較佳由基板攜載,且安置於基板414之同一側上作為導電圖案422。
在替代實施例中,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,該等額外電容器係形成於跨接器端子424a與襯墊423a之接面處及/或跨接器端子424b與襯墊423b之接面處。此可藉由以下內容來實現:避免跨接器端子424a與接觸襯墊423a處之導體之間及/或跨接器端子424b與接觸襯墊423b處之導體之間的直接電連接,且改為在適當跨接器端子與導電路徑之對應接觸襯墊之間包括絕緣材料(諸如絕緣黏著劑或膜)。藉由控制絕緣材料之厚度、跨接器端子處導體之大小、接觸襯墊之大小以及跨接器端子與接觸襯墊之相對位置,可在選定接面處達成所要電容。
現轉至圖5,吾人可見另一濡濕感測器512之示意圖。如同感測器412,感測器512包括感測器基板514及由該基板攜載之經調諧RF電路516。上文論述之基板414之特徵亦適用於基板514。舉例而言,基板514較佳足夠薄以為可撓性 的,但足夠厚以為自支撐的。基板514可為整體膜,或其可具有如本文中其他處論述之非均一組合物。
濡濕感測器512亦包括已施加至基板514之導電圖案。類似於圖4之實施例,導電圖案分為兩個區段:圖案522a及圖案522b。將此等區段統稱為導電圖案522。圖案522包括形成電感線圈518之螺旋形路徑。圖案522亦在其終端部分包括加寬區或接觸襯墊,該等襯墊標為523a、523b。襯墊523a在線圈518之內部上提供圖案522之內部端子,且襯墊523b在線圈518之外部上提供圖案522之外部端子。
替代圖4之離散電容器420,感測器512包括可由圖案522a及跡線522b之指叉式部分形成的積體電容器520。指叉式部分之幾何形狀(諸如個別叉齒或叉指之數目及其各別長度及間距)可經定製以提供所要的電容量。提供積體電容器因以下內容而為有利的: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,諸如附接故障、失準、拆卸等。
儘管在圖案522與圖案422之間存在清晰設計差異,但結合圖案422論述之其他設計特徵亦適用於圖案522。舉例而言,圖案522可藉由任何合適技術而形成於基板514上,包括印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖像轉印及/或其他已知圖案化技術。此外,圖案522可由任何合適導電材料構成,且可具有實質上小於基板514之厚度的厚度,在一些實施例中,例如,圖案522之厚度小於1微米或小於100奈米。圖案522在獨自考慮時可不為非自支撐的。
類似於電路416,電路516亦包括跨接器524。在一個實施例中,跨接器524可在內部襯墊523a與外部襯墊523b之間提供低阻抗導電路徑,該路徑自身具有很小或無電阻、電容或電感。跨接器524之第一端子524a與襯墊523a直接電接觸,且跨接器524之第二端子524b與襯墊523b直接電接觸,而跨接器524避免與其跨越之圖案522之部分有任何電接觸。(在圖5中,跨接器524跨越線圈518中之迴圈中之兩者,但與彼等迴圈無電接觸。)以此方式,跨接器524具有連接線圈518與實質上如展示於圖2a之示意性電路圖中的電容器520的效應。
上文論述之跨接器424之特徵亦適用於跨接器524。詳言之,跨接器524使其與合適易碎連結相關聯,該易碎連結經調適以在由目標流體接觸時完全或部分失效。易碎連結曝露至目標流體產生RF電路516之實體結構的劇烈改變及RF電路516之操作的對應劇烈改變。在本文其他處更詳細論述例示性易碎連結。
在基板材料之捲筒仍為完整時,或在此捲筒經切開或切割以提供個別感測器標記512後,跨接器524(其可為經調諧RF電路516之僅離散電路元件,或可為多種離散電路元件中之一者)可附接至基板514及導電圖案522。(若干)離散電路元件(包括元件524)較佳由基板攜載,且安置於基板514之同一側上作為導電圖案522。
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,該等額外電容 器係形成於跨接器端子524a與襯墊523a之接面處及/或跨接器端子524b與襯墊523b之接面處。此可藉由以下內容來實現:避免跨接器端子524a與接觸襯墊523a處之導體之間及/或跨接器端子524b與接觸襯墊523b處之導體之間的直接電連接,且改為在適當跨接器端子與導電路徑之對應接觸襯墊之間包括絕緣材料(諸如絕緣黏著劑或膜)。藉由控制絕緣材料之厚度、跨接器端子處導體之大小、接觸襯墊之大小以及跨接器端子與接觸襯墊之相對位置,可在選定接面處達成所要電容。
吾人在圖6中可見另一濡濕感測器612之示意圖。如同感測器412及512,感測器612包括感測器基板614及由該基板攜載之經調諧RF電路616。上文論述之基板414、514之特徵亦適用於基板614。舉例而言,基板614較佳足夠薄以為可撓性的,但足夠厚以為自支撐的。基板614可為整體膜,或其可具有如本文中其他處論述之非均一組合物。
濡濕感測器612亦包括已施加至基板614之導電圖案622。在圖6之實施例中,導電圖案622僅提供於單一連續區段中。圖案622包括形成電感線圈618之螺旋形路徑。圖案622亦包括標為623a、623b之加寬區或接觸襯墊。襯墊623a在線圈618之內部上提供圖案622之內部端子,且襯墊623b在線圈618之外部上提供圖案622之外部端子。
替代圖4之離散電容器420或圖5之指叉式電容器520,感測器612包括形成於襯墊623a、623b與跨接器624之端子之接面處的電容器620a及620b。此等電容器620a、620b在下 文結合跨接器624進一步描述。
儘管在圖案622與圖案422、522之間存在清晰設計差異,但結合圖案422、522論述之其他設計特徵亦適用於圖案622。舉例而言,圖案622可藉由任何合適技術而形成於基板614上,包括印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖像轉印及/或其他已知圖案化技術。此外,圖案622可由任何合適導電材料構成,且可具有實質上小於基板614之厚度的厚度,在一些實施例中,例如,圖案622之厚度小於1微米或小於100奈米。圖案622在獨自考慮時可不為非自支撐的。
如已提及,電路616包括跨接器624。在一個實施例中,跨接器624提供分別在接觸襯墊623a、623b與端子624a、624b之間的電容耦合以便提供不同電容器620a、620b,跨接器624亦在端子624a、624b之間提供沿著跨接器之低阻抗導電路徑。跨接器624之給定端子與圖案622之其對應接觸襯墊之間的電容耦合可藉由在跨接器端子與接觸襯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、跨接器端子處導體之大小、接觸襯墊之大小以及跨接器端子與接觸襯墊之相對位置,可在各別接面處達成所要電容620a、620b。跨接器624避免與其跨越之圖案622之部分有任何電接觸。(在圖6中,跨接器624跨越線圈618中之迴圈中之兩者,但與彼等迴圈無電接觸。此外,與電容器620a、620b相比,跨接器與圖案622之此等部分之間的電容耦合較佳為可忽略的。)以此方式,跨 接器624具有提供連接至線圈618之兩個電容器(實質上如展示於圖2b之示意性電路圖中)的效應。
上文論述之跨接器424、524之特徵亦適用於跨接器624。詳言之,跨接器624使其與合適易碎連結相關聯,該易碎連結經調適以在由目標流體接觸時完全或部分失效。易碎連結曝露至目標流體產生RF電路616之實體結構的劇烈改變及RF電路616之操作的對應劇烈改變。易碎連結可藉由將在電容器620a、620b中之一者或兩者中使用之絕緣材料選擇為在曝露於目標流體時溶解、膨脹或以其他方式降級的材料來提供。舉例而言,與目標流體之接觸接著可致使電容器620a、620b中之一者或兩者整體或部分地不操作。在本文中其他處提供關於例示性易碎連結之進一步資訊。
在基板材料之捲筒仍為完整時,或在此捲筒經切開或切割以提供個別感測器標記612後,跨接器624(其可為經調諧RF電路616之僅離散電路元件)可附接至基板614及導電圖案622。離散電路元件624較佳由基板攜載,且安置於基板614之同一側上作為導電圖案622。
在替代實施例中,電容器620a、620b中之一者可藉由在跨接器624之相關聯端子與導電路徑622之其對應接觸襯墊之間提供直接電連接而消除。舉例而言,電容器620a可藉由在跨接器之端子624a與接觸襯墊623a之間提供直接電連接而消除。或者,電容器620b可藉由在跨接器之端子624b與接觸襯墊623b之間提供直接電連接而消除。在任一情況 下,結果均為經調諧RF電路,在該經調諧RF電路中,(唯一)剩餘電容器與電感器連接,如圖2a之電路圖中所展示。在此等替代實施例中,易碎連結可替代地或另外指向跨接器624之與對應接觸襯墊直接電連接的部分。舉例而言,導電黏著劑可用以將跨接器624之端子實體上及電連接至導電圖案622之其對應接觸襯墊,且導電黏著劑可經調適以在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級。
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,但具有線圈之不同縱橫比且具有直的跨接器而非U形跨接器。如同感測器412、512及612,感測器712包括感測器基板714及由該基板攜載之經調諧RF電路716。上文論述之基板414、514及614之特徵亦適用於基板714。舉例而言,基板714較佳足夠薄以為可撓性的,但足夠厚以為自支撐的。基板714可為整體膜,或其可具有非均一組合物。
濡濕感測器712亦包括已施加至基板714之導電圖案722。在圖7之實施例中,導電圖案722僅提供於單一連續區段中。圖案722包括形成電感線圈718之螺旋形路徑。圖案722亦包括標為723a、723b之加寬區或接觸襯墊。襯墊723a在線圈718之內部上提供圖案722之內部端子,且襯墊723b在線圈718之外部上提供圖案722之外部端子。
類似於感測器612,感測器712包括形成於襯墊723a、723b與跨接器724之端子的接面處之電容器720a及720b。 此等電容器720a、720b在下文結合跨接器724進一步描述。
儘管在導電圖案722與導電圖案422、522及622之間存在清晰設計差異,但結合圖案422、522及622論述之其他設計特徵亦適用於圖案722。舉例而言,圖案722可藉由任何合適技術而形成於基板714上,包括印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖像轉印及/或其他已知圖案化技術。此外,圖案722可由任何合適導電材料構成,且可具有實質上小於基板714之厚度的厚度,在一些實施例中,例如,圖案722之厚度小於1微米或小於100奈米。圖案722在獨自考慮時可不為自支撐的。
電路716包括跨接器724。在一個實施例中,跨接器724提供分別在接觸襯墊723a、723b與端子724a、724b之間的電容耦合以便提供不同電容器720a、720b,跨接器724亦在端子724a、724b之間提供沿著跨接器之低阻抗導電路徑。跨接器724之給定端子與圖案722之其對應接觸襯墊之間的電容耦合可藉由在跨接器端子與接觸襯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、跨接器端子處導體之大小、接觸襯墊之大小以及跨接器端子與接觸襯墊之相對位置,可在各別接面處達成所要電容720a、720b。跨接器724避免與其跨越之圖案722之部分有任何電接觸。(在圖7中,跨接器724跨越線圈718中之迴圈中之三者,但與彼等迴圈無電接觸。此外,與電容器720a、720b相比,跨接器與圖案722之此等部分之間 的電容耦合較佳為可忽略的。)以此方式,跨接器724具有提供串聯連接至線圈718之兩個電容器(實質上如展示於圖2b之示意性電路圖中)的效應。
上文論述之跨接器424、524、624之特徵亦適用於跨接器724。詳言之,跨接器724使其與合適易碎連結相關聯,該易碎連結經調適以在由目標流體接觸時完全或部分失效。易碎連結曝露至目標流體產生RF電路716之實體結構的劇烈改變及RF電路716之操作的對應劇烈改變。易碎連結可藉由將在電容器720a、720b中之一者或兩者中使用之絕緣材料選擇為在曝露於目標流體時溶解、膨脹或以其他方式降級的材料來提供。舉例而言,與目標流體之接觸接著可致使電容器720a、720b中之一者或兩者整體或部分地不操作。在本文中其他處提供關於例示性易碎連結之進一步資訊。
在基板材料之捲筒仍為完整時,或在此捲筒經切開或切割以提供個別感測器標記712後,跨接器724(其可為經調諧RF電路716之僅離散電路元件)可附接至基板714及導電圖案722。離散電路元件較佳由基板攜載,且安置於基板714之同一側上作為導電圖案722。
在替代實施例中,電容器720a、720b中之一者可藉由在跨接器724之相關聯端子與導電路徑722之其對應接觸襯墊之間提供直接電連接而消除。舉例而言,電容器720a可藉由在跨接器之端子724a與接觸襯墊723a之間提供直接電連接而消除。或者,電容器720b可藉由在跨接器之端子724b 與接觸襯墊723b之間提供直接電連接而消除。在任一情況下,結果均為經調諧RF電路,在該經調諧RF電路中,(唯一)剩餘電容器與電感器連接,如圖2a之電路圖中所展示。在此等替代實施例中,易碎連結可替代地或另外指向跨接器724之與對應接觸襯墊直接電連接的部分。舉例而言,導電黏著劑可用以將跨接器724之端子實體上及電連接至導電圖案722之其對應接觸襯墊,且導電黏著劑可經調適以在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級。
讀者將理解,結合圖4至圖7描述之實施例僅為例示性的且並不意欲為限制的。任何給定所描述感測器之特徵意欲在可能範圍內適用於其他感測器。舉例而言,結合圖4及圖5描述之離散或整合式電容器亦可併入於圖6及圖7之電路中。將例如圖5之縱橫比與圖7之縱橫比相比較,感測器及/或感測器線圈之縱橫比可經調適為所要的。此外,該等感測器可藉由併入有本文中其他處提及之其他設計特徵來修改,例如,將RFID積體電路晶片併入於給定經調諧RF電路中。
圖8為例示性濡濕感測器812或感測器標記之一部分的示意圖,其展示關於附接至感測器之基板的跨接器的額外細節。感測器812因此包括感測器基板814,已將導電圖案822施加至該感測器基板814。基板814較佳為自支撐的,且其攜載一經調諧RF電路816,導電圖案822為該經調諧RF電路816之部分。圖案822可不為自支撐的。圖案822可 至少包括電感線圈818及接觸襯墊823b。
跨接器824可諸如藉由一或多種黏著劑(未圖示)或藉由其他合適構件而附接至基板及/或附接至導電圖案之一部分。跨接器(其可為或包含安置於諸如一層聚合物材料之電絕緣基板上的一層金屬或其他導電材料)直接或電容式耦合至圖案822之接觸襯墊823b。此外,跨接器較佳避免直接接觸其跨越之圖案822之部分,且避免明顯電容耦合至該等部分。在一些實施例中,此可藉由向跨接器提供一導體來進行,該導體在跨接器之端子處之橫向尺寸或寬度相比於跨接器之跨越圖案822之先前提及部分的部分大。加寬導體可在跨接器端子處形成凸片,該凸片較佳與導電圖案822之接觸襯墊823b對準或經定位以對應於該接觸襯墊823b,如圖8中展示。此對準或定位增強了跨接器端子與接觸襯墊之間的電容耦合,或若需要直接電接觸,則簡化了在其間進行直接電接觸之過程。
在圖8之實施例中,跨接器824包含導體828已經施加至之跨接器基板826,該導體828在端子824b處經加寬以提供凸片829b。跨接器基板826可(例如)包含薄的可撓性膜或其他合適組件。圖8之跨接器基板826經描繪為電絕緣的,使得凸片829b與襯墊823b形成電容器820b。
可將導體828(包括凸片829b)直接施加至基板826之曝露主表面,或可包括(例如)用以促進黏著力之一或多個介入層。導體828可藉由印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖像轉印及/或其他已知技術而製造,且可由與導 電圖案822相同之材料或(在一些實施例中)不同材料構成。因此,例如,跨接器之導體828可由金屬或其他合適導電材料製成,諸如石墨及/或一或多種導電聚合物。例示性導電材料包括銅、銀及/或鎳,但此清單不應被理解為限制性的。導體828較佳具有實質上小於基板826之厚度的厚度。在一些實施例中,導體828具有例如小於1微米或小於100奈米之厚度。較佳地,導體828可為機械上精密的,使得其在不存在支撐基板(亦即,基板826)的情況下不能夠維持其實體完整性。因此,導體828在獨自(與支撐基板826分開)考慮時較佳為非自支撐的,如同本文使用之彼術語。因此,若基板826中之一些或全部在存在目標流體的情況下溶解,則導體828(包括凸片829b)可損失其機械完整性,從而導致RF電路816之操作的劇烈改變。
如上文所論述,跨接器具有與其相關聯之易碎連結。易碎連結未在圖8中標記,此係因為其可能包含與跨接器相關聯之若干不同組件中之一或多者。舉例而言,易碎連結可為或包含跨接器基板826,只要該基板由在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級的材料構成即可。在此等情況下,跨接器基板826較佳為自支撐的,且導體828較佳為非自支撐的。以此方式,當水或另一目標流體接觸構造時,導體828(包括凸片829b)之實體結構可澈底改變,尤其在最初為導體828提供機械支撐之跨接器基板826完全或部分溶解的情況下。
對於水性感測器,針對跨接器基板826可使用之合適材 料可選自已知天然或合成水溶性或水分散性材料中之任一者。較佳之基板材料亦為可熔合擠壓且能夠澆鑄為可撓性膜的。例示性膜形成聚合物或寡聚物基板材料為聚乙烯醇(PVA)。PVA為極性材料,且其在曝露於水或其他極性液體時實質上溶解及/或膨脹,其他極性液體包括含水人類體液(諸如尿或血液)。PVA之聚合物可由聚乙酸乙烯酯製備,且可以多種分子量及水解含量購買獲得。替代可溶解或可降級基板材料包括(但不限於):易碎紙,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聚合物)、阿拉伯半乳聚糖、纖維素衍生物(包括但不限於羥基乙基纖維素、羥基丙基纖維素、羥基丙基甲基纖維素、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)、自動物衍生之聚合物(包括明膠、骨膠原、黏多醣及類似物);聚氧烷(polyoxyalkylene);自烯系(ethylenically)不飽和單體(包括但不限於乙烯系單體)衍生之聚合物及共聚物、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(polyethyleneimine);聚乳酸;聚乙醇酸;及包括上述各物中之一或多者的混合物。額外合適基板材料包括聚乙烯氧化物或聚乙二醇、果膠、普魯蘭及基於卡波莫之聚合物膜。其他合適基板材料可選自在題為「System for Delivering Cosmetics and Pharmaceuticals」之PCT公開案WO 02/092049(Godbey等人)中揭示之材料,該公開案以引用的方式併入本文中。如彼文獻中所揭示,可使用塑化 劑來降低膜之脆性,藉此使該膜更堅韌、更適型且大體上改良其處置性質。另一合適基板材料為可購自3M公司之水溶性波焊帶#5414,其為具有PVA膜襯底、合成水溶性黏著劑及牛皮紙(Kraft paper)襯裡之帶。
在一些情況下,濡濕感測器可經設計以偵測除了水之外的目標流體,或可甚至偵測除了極性液體之外的液體,例如自基於石油之產物衍生之非極性液體,諸如汽油、煤油、己烷、庚烷、甲苯及其他芳族、直鏈或分支烴或其混合物。對於經設計以偵測非極性液體之濡濕感測器,跨接器基板可較佳由非極性材料構成。舉例而言,聚苯乙烯為可用作或包括於跨接器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級。將由於非極性目標流體而降級之其他例示性基板包括彼等由ABS、EPDM、PVC、聚丙烯及其他較佳具有很少或無交聯、塑化劑或穩定劑之非極性材料製造的基板。
跨接器基板826可為整體膜,亦即其可遍及基板之整個空間或容積而具有均一組合物。或者,基板可具有非均一組合物。一種類型之非均一組合物為堆疊分層媒體或具有不同材料之並排分道之條帶媒體,該等媒體中之至少一者可藉由目標流體而降級。舉例而言,基板可由兩不同層之不同材料構成,或由三個或三個以上層之可全部彼此不同之材料構成,或可包括例如呈交替序列之材料。亦預期摻合材料,摻合材料例如由提供連續相之第一材料與提供分散相之第二材料構成。在感測器基板由複數個不同材料構 成之情況下,不管呈分層、摻合、共擠壓、條帶狀或是其他方式,該複數個材料中之一者、一些或全部在存在目標流體的情況下可例如為可溶解的,或可膨脹,或可以其他方式降級。
在於端子824b處在跨接器824與圖案822之間需要直接電連接的情況下,例如可將大量導電黏著劑(未圖示)以足以覆蓋凸片829b及襯墊823b之曝露部分的量來進行施加,此黏著劑不僅在凸片與襯墊之間進行直接電連接,而且經由襯墊823b將跨接器824之端子824b機械接合至基板814。圖8展示完全在凸片829b下方延伸之跨接器基板826,然而為在端子824b處於襯墊823b與凸片829b之間進行電接觸,導電凸片829b可延伸超出跨接器基板826,而使得在凸片829b與襯墊823b之間不存在絕緣膜。額外地或替代地,可在跨接器824與感測器基板814/導電圖案822之間提供黏著劑以將跨接器824接合至基板。
在此等情況下,易碎連結可額外地或替代地包括用以將跨接器機械地及/或電耦合至感測器812之其他元件的導電或非導電黏著劑中之一或多者。形成易碎連結之一或多種黏著劑因此可經定製以在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級。就此而言,例示性黏著劑包括:水溶性或水分散性黏著劑,諸如公開案第US 2002/0187181號(Godbey等人)及第US 2010/0272784號(Kantner等人)中描述之彼等黏著劑;及水溶性導電黏著劑,諸如美國專利第4,848,353號(Engel)中描述之彼等黏著劑,該等專利之內容 以引用的方式併入本文中。感測器標記曝露於目標流體可導致此(等)黏著劑完全或部分溶解,例如,產生跨接器導體之實體結構之劇烈改變及RF電路之操作的對應劇烈改變。
結合圖8論述之跨接器配置可在本文中論述之感測器實施例中之任一者中加以利用,如同適用於特定實施例或其部分。
圖9a為濡濕感測器912或感測器標記之一部分的示意圖,其亦展示關於附接至感測器之基板之跨接器的細節,其中跨接器可為或包含安置於絕緣聚合物基板上之一層金屬或其他導電材料。感測器912因此包括感測器基板914,已將導電圖案922施加至該感測器基板914。圖案922局部加寬以提供襯墊923b。基板914較佳為自支撐的。基板914亦較佳攜載一經調諧RF電路,導電圖案922為該經調諧RF電路之部分。圖案922可不為自支撐的。圖案922可至少包括電感線圈及接觸襯墊923b。
跨接器924展示為經由黏著劑層927附接至基板914。所展示之黏著劑層927為非導電的;否則,若該層927為導電的,則其將引起其接觸的導電圖案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包括(例如)聚矽氧、丙烯酸脂、胺基甲酸酯、黏性天然或合成橡膠,或在針對本系統描述之頻率範圍中不展現導電性質的其他黏著劑。跨接器924包括安置於跨接器基板926上之導體928。導體928可沿著跨接器之長度具有給定有限之橫向尺寸或 寬度,但可在跨接器之端子924b處擴大或加寬以形成凸片929b。加寬凸片929b與襯墊923b形成電容器,電容之值取決於黏著劑層927及跨接器基板926的介電性質及厚度且取決於凸片929b及襯墊923b之相對幾何形狀。假定跨接器基板926為電絕緣的,但在一些實施例中,其可為導電的,在此情況下可自跨接器省略單獨之導體928(由於冗餘)。
舉例而言,若跨接器基板926為或包括經調適以在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級的材料,則跨接器924可包括易碎連結。適用於此目的之例示性基板材料為上文所論述之材料。替代地或另外,上文論述之黏著劑材料中之任一者可經調配以在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級。例示性非導電黏著劑材料可包括(例如)輕度交聯或非交聯之極性聚合物及塑化劑,其量足以提供壓敏黏性之程度。合適黏著劑可或可不包括水。此黏著劑提供良好黏著力及快速水溶性而不會不利地影響其所施加至的膜。適合用於黏著劑中之聚合物包括(但不限於):聚(氧化乙烯);天然及合成醣類及其衍生物;及烯系不飽和單體親水性單體之均聚物及共聚物,包括具有3至8個碳原子之烯系不飽和羧酸,諸如(甲基)丙烯酸及其鹽類,以及自不飽和酐之聚合及後續水解衍生之聚合物,諸如順丁烯二酸酐及衣康酐;丙烯醯胺、N-乙烯吡咯啶酮、羥乙基(甲基)丙烯酸、丙烯醯丙烷(acrylamidopropane)磺酸及其鹽類;甲基乙烯基醚;乙基乙烯基醚;及具有自含有胺之單體與烷化劑或白蛋白酸的反應衍生之銨功能性的 聚合物,例如N,N'-二甲基胺基乙基(甲基)丙烯酸及其衍生物及乙烯基吡啶。適合用於黏著劑中之聚合物可為非交聯聚合物或聚合物之混合物,其整體數目平均分子量介於10,000與100,000道耳頓(dalton)之間。此等聚合物提供內聚強度與水溶性之間的良好平衡。黏著劑組合物可包括聚合物,其相對量為黏著劑組合物之約10至約60重量百分比。特定實施例可包括黏著劑組合物,其包括約20至約50重量百分比之聚合物。含有此含量之親水性聚合基質之黏著劑組合物具有黏性、柔軟性、黏著性及內聚強度的所要平衡。黏著劑組合物可進一步包括塑化劑,其包括約10至約80重量百分比(相對於黏著劑之總重量)之極性有機化合物及約0至60重量百分比之水。所有此等重量百分比係基於整體黏著劑組合物之總重量。用於在塑化劑中使用之合適化合物包括(但不限於)一元醇及多元醇。低分子量聚氧乙烯(平均分子量高達600道耳頓)、甘油、單甲氧基聚氧乙烯(monomethoxypolyoxyethylene)及丙二醇由於其產生良好黏著效能而為合適的。黏著劑組合物可含有塑化劑(其量高達約80重量百分比)及水(其量高達約60重量百分比)。特定實施例可包括約10至約50重量百分比之塑化劑及高達約10重量百分比之水。此類黏著劑一般具有壓敏黏著劑效能,且同時維持良好水溶性之良好平衡。例示性黏著劑包括交聯聚乙烯吡咯啶酮、乙二醇塑化劑及(視情況)水之聚合物。其他例示性非導電黏著劑包括聚(2-乙基-2-噁唑啉)以及包含同質摻合物之PSA,其包含:(a)選自由以下各物 組成之群組的聚合物:N-乙烯基己內醯胺均聚物、N-乙烯吡咯啶酮共聚物及其混合物;及(b)非揮發性塑化劑,其包含具有約2至約1之親水性親脂性平衡的一元醇或多元醇。
例示性導電黏著劑材料包括(例如)交聯可膨脹聚合基質,其可在無需溶解度情況下完全膨脹。當此等交聯材料藉由水而膨脹時,其稱為水凝膠。例示性黏著劑展示於許多專利中,包括美國專利第4,274,420號(Hymes)、第4,352,359號(Larimore等人)、第4,524,087號(Engel)、第4,539,996號(Engel)及第4,554,924號(Engel)。第'087號及第'996號Engel之專利揭示一種導電黏著劑,其藉由具有多元醇、至少一離子單體、交聯劑及引發劑之黏著劑前驅體的基本上無溶劑自由基聚合而形成。可包括非離子共聚單體。所列出之離子單體為α、β不飽和羧酸之鹽類,諸如丙烯酸鉀及丙烯酸鈉及甲基丙烯酸鈉。所列出之非離子共聚單體為丙烯酸、甲基丙烯酸及甲基丙烯酸羥乙酯。第'924號Engel之專利揭示一種導電黏著劑,其藉由具有多元醇、至少一非離子單體、引發劑、交聯劑及離子化鹽類(其以足以致使組合物導電之量存在)之黏著劑前驅體的基本上無溶劑自由基聚合而形成。所展示之非離子單體為丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羥乙酯及N-乙烯吡咯啶酮。另一導電黏著劑揭示於英國專利申請案第GB 2,115,431(Sieverding)號中。該公開案描述藉由將聚合物溶解或分散於塑化液體中且使混合物經受輻射而形成之黏著劑。所描述之導電黏著劑由聚乙烯吡咯啶酮、聚乙二 醇、醋酸鎂、對羥基苯甲酸甲酯、對羥基苯甲酸丙酯、FD&C Blue #2及水來製備。咸信以商標名Polyhesiveä(Valleylab,Inc.,Boulder,CO)出售之導電黏著劑根據第GB2,115,431號公開案之揭示內容來製造。另一合適黏著劑為可購自3M Company(St.Paul,Minnesota,USA)之Z軸導電雙面帶(Z-axis Electrically Conductive Double Sided Tape)。
可分散或溶解於包括水之極性溶液中之一類黏著劑為可再漿化黏著劑之類。其一般為不交聯的。一種此類可再漿化黏著劑由丙烯酸丁酯與丙烯酸甲基二乙醇銨的共聚單體製造。離子物質可為在此等黏著劑中可溶解的,從而使其導電。例示性黏著劑由適型、內聚、黏著共聚物基質製成,該基質藉由以下各物之自由基聚合而形成:黏著劑前驅體,其包含作為水溶性氫鍵供給單體之羧酸、作為水溶性氫鍵接受單體之N-乙烯吡咯啶酮;及聚合引發劑,其中塑化導電溶液具有約0至98重量%之水溶性極性有機化合物,約2至100重量%之水,以及約0至12重量%之水溶性鹽類(諸如鹵化物)。可方便地使用鈉及鉀之氯化物鹽、碘化物鹽及溴化物鹽。尤其較佳的為氯化鉀。若塑化導電溶液在用於預期應用之最終組合物中含有有效提供充分導電性之極性或離子物質,則塑化導電溶液為「導電的」。可溶極性有機化合物與水之比率以及鹽類之濃度可取決於所要的流變及電性質而變化。
圖9b為另一濡濕感測器912b之一部分的示意圖,該圖再次展示關於跨接器之細節,其中跨接器924為或包含安置 於絕緣聚合物基板926上之金屬或其他導電層。感測器912b在許多方面類似於圖9a之感測器912,且相同組件標有相同參考數字,此等組件無需超出上文所提供之外的進一步解釋。感測器912b與感測器912之不同之處在於:跨接器924已翻轉,使得與其在圖9a中之定向相比,其相對於感測器基板914及導電跡線922之定向為顛倒的。此外,已選擇性地將增加之壓力施加至跨接器端子924b之附近,以便將電絕緣黏著劑擠出凸片929b與襯墊923b之間的區域,使得在凸片929b與襯墊923b之間進行直接電接觸。此增加之壓力尚未施加至圖中所展示之跨接器之剩餘部分,使得跨接器924避免直接電接觸及避免明顯電容耦合至圖中所展示之導電圖案922的其他部分。在一些情況下,跨接器924之一末端處與端子924b相對之第二端子(圖9b中未展示)可類似地提供在導體928之類似凸片與導電圖案922之類似襯墊之間的直接電接觸,使得跨接器924在跨接器之兩端提供與圖案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器924之第二端子,使得絕緣黏著劑保持安置於導體928之第二凸片與圖案922之第二襯墊之間,且使得跨接器924在圖9b中展示之跨接器之末端或端子處提供直接電接觸,但在跨接器924之相對或第二末端或端子處提供電容耦合。
舉例而言,若跨接器基板926為或包括經調適以在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級的材料,則圖9b之跨接器924可包括易碎連結。替代地或另外,黏著劑 層927可經調配以在由目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級。
圖9c描繪組合圖9a及圖9b之態樣的濡濕感測器912c。如同圖9a,跨接器924之凸片929b電容耦合至接觸襯墊923b。但如同圖9b,跨接器924經「向下」定向,亦即,其中導體928安置於感測器基板914與跨接器基板926之間。圖9a之延伸黏著劑層927在圖9c中用黏著劑層927b替換,其更侷限於形成於凸片929b與襯墊923b之間的電容器附近,且未沿著跨接器924之整體長度延伸。另一絕緣層927a提供於跨接器924之其他部分下方。層927a至少覆蓋導電圖案922之位於跨接器924下方的若干部分,以便防止導體928與導電圖案922直接電接觸。與黏著劑層927b不同,絕緣層927a較佳對導體928提供很少或無實際黏著力。亦即,儘管絕緣層927a較佳接合至感測器基板914,且視情況亦接合至導電圖案922,但其並未實質上接合至導體928。形成於凸片929b與襯墊923b之間的電容在很大程度上取決於黏著劑層927b之厚度及介電性質,但與圖9a之實施例不同,其實質上對跨接器基板926之厚度及介電性質不敏感。
較佳地,使得跨接器912c之黏著劑層927b對於目標流體相對不敏感,例如其在由目標流體接觸時可能既不溶解亦不膨脹、亦不以其他方式降級至任何明顯程度,但跨接器基板926較佳經選擇以在由目標流體接觸時溶解(或以其他方式膨脹或降級)。此外,較佳使得跨接器基板926為自支 撐的,但導體928並非自支撐的。當此物品由目標流體接觸時,跨接器基板926可(例如)溶解,而該物品之剩餘組件可不溶解。然而,在不存在(自支撐)跨接器基板926的情況下,(非自支撐)導體928之未在適當位置接合至黏著劑層927b的部分將自由分裂或以其他方式崩散,即使凸片929b可歸因於黏著劑層927b之接合作用而保持完整亦如此。由凸片929b及襯墊923b形成之電容器因此可在由目標流體接觸後保持完整,而將凸片929b與跨接器之相對末端上之凸片連接之導電路徑可崩散或失效,從而導致(例如)經調諧RF電路之實質開路狀況且致使RF電路實質上不操作。與在電容器之板之間併有可溶解或可膨脹材料的實施例相比,此設計方法之優點可為RF電路之諧振特性方面的較佳感測器至感測器可重複性,及/或(例如)在存在高濡濕的情況下給定感測器之諧振特性之較佳穩定性。
在圖9c之一個非限制但例示性實施例中,基板914可為或包含2密耳(51微米)厚之聚酯膜,導電圖案922(包括接觸襯墊923b)可為或包含1.4密耳(35微米)厚之銅層,跨接器基板926可為或包含2密耳(51微米)厚之PVA層,導體928(包括凸片929b)可為或包含40至150奈米厚之銀膜,黏著劑層927b可為或包含約2密耳(51微米)厚之z軸導電雙面帶層,且絕緣層927a可為或包含約2密耳(51微米)厚之非導電丙烯酸酯黏著劑接合帶層。
結合圖9a、圖9b及圖9c論述之跨接器配置可在本文中論述之感測器實施例中之任一者中加以利用,如同適用於特 定實施例或其部分。又,跨接器之在圖9a至圖9c之圖中未展示且與端子924b相對的末端可具有與端子924b處之一個末端相同的設計(包括至感測器基板914及導電圖案922(包括接觸襯墊923b)之相同類型之附接或耦接),或其可具有本文所論述之其他設計中之任一者。
圖10a及圖10b為用於在濡濕感測器中使用之跨接器之示意性側視圖或橫截面圖,該等跨接器各自使用具可變厚度之導電部件。可在所揭示實施例中之任一者中有利地使用給定導電部件之相對較厚及相對較薄部分的組合。較厚部分可(例如)藉由幫助提供導電部件之充分高導電性及充分低電阻率來幫助提供增強之電性質。較薄部分可(例如)幫助提供在與目標流體接觸時之當跨接器基板開始溶解、膨脹或以其他方式降級時的導電部件之比該等較厚區域更易於破裂的區域。提供易於破裂之特定區域可幫助提供濡濕感測器之較可預測或可靠的失效機構。注意,在例示性實施例中,導電部件整體在獨自考慮時如本文中其他處所描述保持非自支撐,但在一些情況下,導電跡線之較厚區域中之一些或全部在個別或分開考慮時可為自支撐的。此外,在例示性實施例中,導電部件之較薄及較厚部分兩者比跨接器基板之厚度薄,且導電部件之較薄及較厚部分兩者較佳薄(例如)1微米或100奈米。在一些情況下,較厚區段為較薄區段厚度之至少兩倍。亦涵蓋其他厚度關係,同時亦考慮到電路之易碎性與電效能之間的取捨。
接著轉至圖10a,吾人可見用於在所揭示濡濕感測器中 使用之跨接器1024a,跨接器1024a包括跨接器基板1026,跨接器基板1026可為自支撐的且可經調適以在與目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級。導電部件1028a已例如藉由印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖像轉印及/或其他已知圖案化技術而形成於基板1026上。導體1028a可由金屬或其他合適導電材料構成,諸如石墨及/或一或多種導電聚合物。導體1028a可為機械上精密的,使得其在不存在支撐基板1026的情況下不能夠維持其實體完整性。因此,導電部件1028a在獨自考慮時可不為自支撐的,即使在一些情況下,導電部件之較厚區域中之一些或全部在個別或分開考慮時可為自支撐的。
如所展示,導體1028a展現一可變厚度。導體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來提供可變厚度。舉例而言,若使用薄膜蒸鍍來形成跡線,則可使用擋板或屏障來減小選定區中之膜厚度。若使用印刷來形成導體,則可使用多遍次(multiple pass)或可操縱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導體,則可使用選擇性蝕刻以減小選定區中之膜厚度。
圖10b之跨接器1024b亦適合在所揭示濡濕感測器中使用,且導電部件之厚度分佈在一些方面類似於圖10a之跨接器1024a之厚度分佈。跨接器1024b包括一跨接器基板1026b,跨接器基板1026b較佳為自支撐的且可經調適以在與目標流體接觸時溶解、膨脹或以其他方式降級。導電部 件1028b已例如藉由印刷、塗佈、蝕刻、電沈積、氣相沈積、熱圖像轉印及/或其他已知圖案化技術而形成於基板1026b上。導體1028b可由金屬或其他合適材料(如本文中其他處所論述)構成。導體1028b經施加地充分重或厚而使得金屬在異形襯底之凹區較厚且在異形襯底之凸區較薄,且並不僅僅遵循異形襯底之輪廓(尤其在藉由電沈積或氣相沈積施加時)。此外,導體1028b較佳為非整體自支撐的,且詳言之其較薄部分為非自支撐的。
導體1028b展現一可變厚度。厚度變化圖案或分佈類似於導電部件1028a(圖10a)之厚度變化圖案或分佈,但對應於厚度變化之結構化表面1026b-1為導電部件1028b與基板1026b之間的內部或「內埋」界面,而非導電部件1028b之外部或曝露表面。然而,結果再次為導電部件1028b展現一可變厚度,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來提供可變厚度。舉例而言,在於基板1026b上形成導電部件1028b之前,基板之曝露表面可經微結構化以藉由(例如)壓印或藉由使用連續澆鑄及固化(3C)製程而形成表面1026b-1。形成導電部件1028b之導電材料接著可藉由印刷或藉由其他方法而沈積於結構化表面1026b-1上,從而產生一導電部件,其曝露表面實質上平坦,而其厚度沿著導體之長度改變。
較佳地,厚度分佈提供彼此分離實質上較厚區域之較長長度的變薄區域。此等設計有利地最大化導體之導電性(且最大化電阻率),同時仍提供複數個間隔開之變薄區域 以在目標流體接觸基板時促進RF電路失效。與諸如圖10a之曝露結構化表面設計相比,諸如圖10b之內埋界面設計自製造觀點觀之為有利的。
圖10c為適於在所揭示濡濕感測器中使用之另一跨接器1024c的示意性平面圖。跨接器1024c包括跨接器基板1026及施加至該基板之導電部件1028c。在本文中其他處論述之跨接器基板及導電部件之特性同等適用於圖10c之彼等跨接器基板及導電部件。類似於圖10a及圖10b之跨接器,跨接器1024c提供不同區域之導電部件,其使得導體較易於在此類區域中破裂。在圖10c中,此等區域之特徵在於一連串間隔開之區域中之導電部件的橫向平面內尺寸或寬度之減小。因此,導體1028c具有可變寬度。相對較窄部分1028c-2沿著導體1028c之長度分佈,藉由導體之相對較寬部分1028c-1而分隔。較寬部分增強導電性且減小導電部件之電阻率。
讀者將理解,圖10a至圖10c之實施例意謂例示性且非限制的。涵蓋若干設計變化。可使用不同於V形或矩形特徵之厚度或寬度剖面。可根據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,可沿著導電部件或跨接器之整個長度使用僅一個此類減小厚度或減小寬度區域。此外,不同實施例之特徵意欲被混合及匹配。實施例可在給定導電部件中併入一或多個減小厚度區域及一或多個減小寬度區域兩者。在一些方面,導電部件之厚度變化比寬度變化更有利,此係因為給定一給定系統之表面積約束, 增加跡線之厚度將比增加跡線之寬度導致更大的電阻抗改變。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更多面積用於RF信號行進。
實例
實例1
圖11a描繪適於在所揭示濡濕感測器中使用之經調諧RF電路1116。該電路包括已印刷於可撓性感測器基板(未標出)上之導電圖案1122,該圖案1122包括在圖案之內部端子處的襯墊1123a及在圖案之外部端子處的襯墊1123b,該圖案亦經塑形以提供電感線圈1118。出於本實例之目的,假定襯墊1123a、1123b各自為方形的,其中方形之一側的長度為14.5mm,對應於0.000210m2之面積。啞鈴形跨接器1124(其中方形末端在大小及形狀上與導電圖案之襯墊一致)在跨接器之第一方形端子1124a處電容式耦合至襯墊1123a,從而形成第一電容器1120a。跨接器亦在跨接器之與第一端子相對之第二方形端子1124b處電容式耦合至襯墊1123b,因此形成第二電容器1120b。亦假定每一電容器包括方形絕緣材料塊,絕緣材料可與圖案1122之各別襯墊及跨接器1124之端子共同延伸,假定絕緣材料具有50微米之厚度及3.5之介電常數K(參看下文之論述)。第一及第二電容器以圖2b中展示之方式連接至電感線圈。在圖11a之平面圖中,跨接器1124之方形端子遮住圖案1122之方形絕緣塊及方形襯墊的視圖。
電路1116在計算上模型化以判定其對於構造具有13.56MHz之諧振頻率之實際實施例是否可行,該諧振頻率為在美國經保留用於工業、科學及醫學(ISM)裝置的頻帶,且在美國廣泛用於RFID裝置。吾人假定線圈1118為用於RFID裝置中之大體方形電感線圈,例如由具有約35微米(對應於所謂的「1盎司銅」)之跡線厚度的銅製造,該線圈具有約8匝或迴圈,該線圈之外邊界或包絡為邊長40毫米(約1.5吋)之方形。具有此等設計參數之線圈具有約3.4微米-亨利之電感。
此電路使用一電腦程式來模型化,該電腦程式計算電路之複數阻抗Z。在圖11b中將所計算阻抗Z之虛部標繪為頻率之函數,參見曲線1150。Z之虛部為零時所處之頻率對應於電路之諧振頻率。曲線1150在稍微小於13.56MHz之頻率處具有零值。此等模型化結果指示,若對該等模型化參數進行稍微修改,諸如與電容器1120a、1120b相關聯之尺寸中之任一者,則可使得具有合理設計參數之經調諧RF電路具有等於標準13.56MHz頻率之諧振頻率。
亦經構造及測試的為由可溶解膜製造之個別電容器,此類電容器因此適於用作所揭示濡濕感測器中之易碎連結。對於此等實驗,將2密耳(約51微米)厚之聚乙烯醇(PVA)熱塑性材料薄片(MonoSolTM M8630膜,可購自MonoSol,LLC,Portage,Indiana,USA)用作可溶解膜。將銀以氣相塗佈至此膜之一側至約90奈米的厚度。將一條此膜接至相同寬度之一條銅帶。銅帶為3MTM 119194帶(具有導電黏著性 之銅箔),其具有40微米厚之銅層及較薄之(近似26微米厚)導電壓敏黏著劑層。將銅帶之黏著劑側塗覆至一條塗有銀之PVA以產生類似於圖12中展示之電容器。圖12以簡化方式描繪一例示性電容器1220,其中1226指代可溶解膜(例如,該塊PVA膜),1228指代具有凸片1229之導電部件(例如,具有導電黏著劑之銅層),且1222指代具有接觸襯墊1223之導電圖案1222(例如,PVA上之銀塗層)。注意,在所構造實例中,銅帶之寬度為實質上均一的,使得無獨特凸片1229形成於導電部件1228中,且銀導體之寬度亦為實質上均一的,使得無獨特襯墊1223形成於圖案1222中。
製造若干樣本電容器,一些利用1吋寬之銅及PVA條帶(且其在1乘1吋之方形中重疊,對應於約0.000645平方米之電容器面積)來製造,其他的利用0.5吋寬之銅及PVA條帶(且其在0.5乘0.5吋之方形中重疊,對應於約0.000161平方米之電容器面積)來製造。使用AgilentTM精密阻抗分析器(型號4294A,使用型號42941A探針)在13.56MHz附近量測所構造電容器之電容,且使用以下關係式來計算PVA之介電常數K:
Figure TWI612299BD00002
,及
Figure TWI612299BD00003
其中C為所量測電容,ε為PVA絕緣體之介電係數,A為方形PVA絕緣體塊之橫截面面積(及每一電容器「板」之面積),d為電容器板之間的間距(在此情況下,PVA絕緣體膜 之51微米厚度),K為PVA絕緣體之介電常數,及ε0為自由空間之介電係數(8.854×10-12C2/N.m2)。結果如下:
Figure TWI612299BD00004
因為銀導體與銅帶短路,所以樣本5未得出電容量測值。
回顧該等結果,吾人可見1乘1吋(0.000645m2)電容器在300至400微微法拉之範圍中展現相當一致的結果。樣本1在11.5pF之錯誤或無關(outlying)結果係由於使用一塊塗有銀的PVA而引起,其歸因於在塗有銀的捲筒之末端處(自其處切割該PVA塊)而具有與其他樣本相比薄很多(亦即,比90nm更薄)的銀塗層。較小之半吋乘半吋(0.000161m2)電容器展現約100pF之相對一致結果。此等結果與上文之等式一致,其展示電容C與面積A成正比。較大之1吋電容器與較小之半吋電容器之面積比為4比1,且此等電容器類型之所量測電容之比率亦為約4比1,如同可自該等式預期得出。上述結果指示用於實例中之PVA材料之介電常數為約3.5。
儘管此等電容器未曝露於目標流體,但吾人自此等結果可預期併入此類電容器之經調諧RF電路展現至少5、10、100或1000倍之阻抗改變,或展現一開路,或該RF電路在 曝露於水或其他目標流體的情況下將被使得不操作。
實例2-10
實例2至10描述條帶形及U形樣本之製造,其具有完全覆蓋各別條帶形或U形基板之一個主要表面或側的一層導電材料。舉例而言,可將此類樣本用作在所揭示經調諧RF電路中具有易碎連結之跨接器。
實例2
將具有2、4及6密耳(分別約51、102及153微米)之量測厚度之聚乙烯醇(PVA)膜之個別薄片(可作為「Monosol M8630」購自Monosol,LLC,Portage,Indiana,USA)用作自支撐基板。藉由磁控物理氣相沈積將銀膜塗佈於PVA膜基板之127mm乘178mm樣本上。自一銀金屬標靶來濺鍍沈積銀膜。將PVA基板置放於設置在真空腔室內部之基板固持器上,其中濺鍍銀標靶位於基板固持器上方之178mm之高度處。在將腔室抽空至1×10-5托之基礎壓力後,使用一質量流量控制器來使濺鍍氣體氬以50sccm(標準立方公分/分鐘)之流動速率進入腔室內部。將腔室之總壓力調整為2毫托。使用恆定功率位準0.10千瓦之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持續7分鐘之塗佈產生具有140nm之銀膜厚度的樣本。基板未經加熱且保持於室溫。藉由量測沈積於矽晶圓上之銀的厚度來測定沈積於樣本上之銀膜厚度,該等矽晶圓在塗佈製程期間經置放於靠近樣本。使用KLA Tencor型號P-15表面輪廓儀(可 購自KLA Tencor Corporation,San Jose,California,USA)來測定沈積於晶圓上之銀的厚度。
自塗有銀之PVA基板薄片切割個別條帶形樣本(具有25mm乘152mm之尺寸)。使用以下方法來測試個別樣本之基板之崩散及溶解。將填充有鹽水溶液(0.9% NaCl)之500毫升燒杯維持於環境溫度(20.5℃)下且藉由攪拌而攪動。將塗銀基板之個別樣本浸於鹽水溶液中,使得整個樣本被液體覆蓋。以秒為單位來量測樣本崩散及樣本溶解所需的時間。將樣本崩散定義為基板膜開始分裂從而在銀塗層中產生破裂的點。將溶解定義為基板膜完全溶解於液體中從而留下小的銀顆粒懸浮於液體中的點在表2中報告結果。
Figure TWI612299BD00005
實例3
根據實例2中描述之程序,藉由磁控物理氣相沈積用銀來濺鍍沈積PVA膜之薄片(可作為「Monosol M8630」購自Monosol,LLC,Portage,Indiana,USA)達40nm之厚度,該PVA膜之薄片具有2密耳(約51微米)之量測厚度。自塗銀PVA基板薄片切割樣本條帶(25mm乘152mm)且將其置放於非導電表面上。在用鹽水溶液濕潤之前及之後測試樣本之電阻。使用Simpson型號260歐姆計(Simpson Electric, Lac du Flambeau,Wisconsin,USA),將歐姆計之測試引線附接至樣本之相對末端。設定該歐姆計以記錄0至2000歐姆範圍內之量測值。量測約0歐姆之初始電阻讀數。在將單一份之鹽水溶液(0.5mL之0.9%之NaCl)倒於樣本之中心區域上後,塗銀之PVA膜崩散,從而在銀塗層中產生破裂。電阻量測值在10秒時段內自0歐姆改變至2000歐姆(最大儀器設定)。
實例4
按照實例3中描述之相同程序,不同之處在於用1.0mL之模擬傷口液(wound fluid)溶液替換鹽水溶液。藉由根據美國專利申請公開案第US 2011/0040289號(Canada等人)中描述之程序來將氯化鈉(2.07g)及氯化鈣(0.07g)溶解於去離子水(247.9g)中來製備模擬傷口液溶液。在曝露於模擬傷口液之前及之後測試樣本之電阻。使用Smart Electrician型號364-5017數位表(可購自Menards Corporation,Eau Claire,Wisconsin,USA),將歐姆計之測試引線附接至樣本之相對末端。設定該歐姆計以記錄0至300歐姆範圍內之量測值。量測0歐姆之初始電阻讀數。在將單一份之模擬傷口液溶液(1.0mL)倒於樣本之中心上後,塗銀之PVA膜崩散,從而在銀塗層中產生破裂。電阻量測值在11秒時段內自0歐姆改變至300歐姆(最大儀器設定)。
實例5
使用型號3912 Carver液壓機(Carver Corporation,Wabash,Indiana,USA)在170℃及34,500kPa(5000磅/平方吋)下壓 縮具有1.8mm之初始量測厚度的擴大聚苯乙烯發泡體(EPF)之方形薄片(76mm乘76mm)持續18秒,以提供0.23mm厚之樣本。將壓縮之EPF薄片用作自支撐基板。接著使用梅耶(Mayer)桿(3號)用CI-1001導電墨水(可購自ECM Corporation,Delaware,Ohio,USA)浸沒塗佈EPF薄片之整個表面。塗層厚度為約1.7公克/平方米(gsm)。將印刷薄片置放於烘箱中在50℃下持續30分鐘。在冷卻至環境溫度後,自印刷EPF薄片切割76mm乘13mm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。使用Smart Electrician型號364-5017數位表,將歐姆計之測試引線附接至樣本之相對末端。設定該歐姆計以記錄0至300歐姆範圍內之量測值。量測0歐姆之初始電阻讀數。將附接引線之樣本置放於玻璃皮氏培養皿中,且將無鉛汽油(10mL)添加至皮氏培養皿以產生深度約6mm之汽油池。在初始設置時,小心地撓曲附接引線之樣本以使得引線將不與汽油溶劑接觸。所塗佈EPF條帶在與汽油接觸後崩散,從而產生導電墨水塗層中之破裂。在自添加汽油至樣本開始之44秒時段內,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品(可購自Marketing Technology Service,Inc.,Kalamazoo,Michigan,USA)之成人大小之人體模型。該人體模型以站姿而配置。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抽吸鹽水溶液(0.9% NaCl)。該人體模型配有臀圍大小為40-50吋之Medline Comfort-Aire Unisex拋棄式三角褲式尿布(可購自Medline Industries,Mundelein,Illinois,USA)。根據實例2中描述之程序藉由在一側上用銀(40nm厚度)濺鍍塗佈於305mm乘254mm PVA膜之薄片(2密耳厚度)上來製備總成之感測器零件。接著使用雷射切割該膜以提供大體U形樣本,圖12a中之平面圖中展示的形狀。參看該圖,兩平行側之長度L1為約190mm,另一側之長度L2為約15mm,且寬度w為約5mm。藉由使用最小量之噴塗黏著劑(可作為「3MTM Super 77TM Multipurpose Adhesive」購自3M Company,Maplewood,Minnesota,USA)將樣本(銀側向上)附接至衛生紙(220mm乘40mm薄片)來製備層壓物。將樣本定位於衛生紙之中心,使得兩平行側之約25mm開放末端延伸超過該衛生紙之邊緣。使用相同噴塗黏著劑將該層壓物附接至尿布之距腰部帶頂部90mm之位置處的內部前端部分上的背部薄片。將層壓物之樣本側引導朝向人體模型。經由尿布之背部薄片切割一小孔,使得U形樣本之延伸超出衛生紙襯底之兩端可經由該孔插入,且使用彈簧夾附接至Agilent 4294A精密阻抗分析器(可購自Agilent Technologies,Santa Clara,California,USA)。泵之操作及阻抗資料之記錄使用LabView軟體(可購自National Instruments,Austin,Texas,USA)而自動進行。
經由人體模型中之入口端以4mL/秒之設定速率將鹽水 溶液添加至尿布。在約40秒之經過時間後,偵測到阻抗量測值自0歐姆至約200歐姆之轉變(shift)。在155秒之經過時間後,偵測到大於1000歐姆之進一步阻抗轉變。表3中呈現阻抗量測值相對時間。在實驗結束時之層壓物之視覺檢查展示: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端而獲得類似結果。
Figure TWI612299BD00006
實例7
根據實例2中描述之程序藉由在一側上用銀濺鍍塗佈於PVA膜之薄片(2密耳厚度)上來製備導電跡線具有非均一厚度之樣本,不同之處在於:為了獲得導電圖案之非均一厚度,將圖案模板置放於該膜上以遮蔽或防止PVA基板之指定區域被塗佈。藉由在適當位置之圖案模板,PVA膜經濺 鍍塗佈以提供第一銀塗層(40nm厚度)。接著移除模板,且塗覆第二銀塗層(40nm厚度)。結果為該膜之一些區域塗有80nm厚度之銀且該膜之剩餘區域塗有僅40nm厚度之銀的圖案。
使用雷射切割所塗佈膜以製備如圖12a中大體展示之U形樣本,其中兩平行側之長度L1為約99mm,另一側之長度L2為約15mm,且寬度w為約5mm。
製備在導電銀層中含有可變厚度之不同圖案之五個樣本(本文中稱作樣本7a至7e)。製備具有均一厚度之導電銀層之兩個樣本(本文中稱作樣本7f及7g)。
在樣本7a中,導電層含有80nm厚之塗銀的四個區域,其中每一區域具有8mm乘5mm面積。四個區域等距定位於U形基板之兩平行側上(每一側上2區域),在距該形狀之上部(封閉)末端(如自圖12a之透視圖可見)5mm之位置以及該形狀之下部(開放)末端處開始。對於樣本7a,導電層之總面積之16%具有80nm厚度之銀塗層,且剩餘面積具有40nm厚度之銀塗層。
在樣本7b中,導電層含有80nm厚之塗銀的八個區域,其中每一區域具有由5mm乘5mm之方形界定的面積。八個區域等距定位於U形基板之兩平行側上(每一側上4區域),在距該形狀之上部(封閉)末端(參看圖12a)10mm之位置以及距該形狀之下部(開放)末端5mm之位置處開始。對於樣本7b,導電層之總面積之20%具有80nm厚度之銀塗層,且剩餘面積具有40nm厚度之銀塗層。
在樣本7c中,導電層含有80nm厚之塗銀的十個區域,其中每一區域具有由5mm乘5mm之方形界定的面積。十個區域等距定位於U形基板之兩平行側上(每一側上5區域),在距該形狀之上部(封閉)末端(參看圖12a)8mm之位置以及距該形狀之下部(開放)末端2mm之位置處開始。對於樣本7c,導電層之總面積之25%具有80nm厚度之銀塗層,且剩餘面積具有40nm厚度之銀塗層。
在感測器樣本7d中,導電層含有80nm厚之塗銀的十六個區域,其中每一區域具有由5mm乘5mm之方形界定的面積。十六個區域等距定位於U形基板之兩平行側上(每一側上8區域),在距該形狀之上部(封閉)末端(參看圖12a)8mm之位置以及距該形狀之下部(開放)末端5mm之位置處開始。對於樣本7d,導電層之總面積之40%具有80nm厚度之銀塗層,且剩餘面積具有40nm厚度之銀塗層。
在感測器樣本7e中,導電層含有40nm厚之塗銀的八個區域,其中每一區域具有由5mm乘5mm之方形界定的面積。八個區域等距定位於U形基板之兩平行側上(每一側上4區域),在距該形狀之上部(封閉)末端(參看圖12a)10mm之位置以及距該形狀之下部(開放)末端5mm之位置處開始。對於樣本7e,導電層之總面積之20%具有40nm厚度之銀塗層,且剩餘面積具有80nm厚度之銀塗層。
樣本7f藉由40nm厚度之均一銀塗層來製備,且樣本7g藉由80nm厚度之均一銀塗層來製備。
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)來測定樣本7a至7f之阻抗量測值。自8MHz至15MHz掃描該儀器,且使用開路及短路校準標準來校準探針。在阻抗分析器上,將一標誌置放於13.56MHz處以顯示阻抗之實部及虛部的值。將樣本及探針置放於非導電表面上,且藉由將探針附接至U形樣本之末端的約1mm處來量測跨越該樣本開放末端(亦即,圖12a中展示之形狀下部末端)之阻抗。在表4中將該等結果報告為六個量測值之平均值。
將樣本7e置放於乾燥紙巾(商標名「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(1.0mL)直接置放於樣本7e之一部分上,該樣本7e含有厚的銀塗層(80nm)及薄的銀塗層(40nm)兩者的區域。在添加水後13秒時觀測到薄的塗佈區域之崩散,而在添加水後30秒時厚的塗佈區域開始崩散。初始實數阻抗量測值18歐姆在添加水後9秒開始轉變。在13秒時間點,在其處觀測到薄的塗佈區域之崩散,實數阻抗量測值大於1000歐姆。
Figure TWI612299BD00007
實例8
藉由膠帶(可以商標名Scotch®透明帶購自3M Company,Maplewood,Minnesota,USA)將實例7中描述之樣本7f附接至102mm乘102mm石膏板(dry wall)塊(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)來測定阻抗量測值。自8MHz至15MHz掃描該儀器,且使用開路及短路校準標準來校準探針。在阻抗分析器上,將一標誌置放於13.56MHz處以顯示阻抗之實部及虛部的值。將探針之引線附接至跡線之開放末端,且量測一乾燥樣本之初始阻抗值。量測該乾燥樣本之初始阻抗。將附接至石膏板之樣本浸入含有自來水之托盤中,使得約25.4mm(1吋)之樣本(自與附接引線相對之末端開始)處於水下。記錄將樣本浸入水中5秒內之阻抗轉變。在30秒,塗銀PVA膜崩散,從而產生銀塗層之破裂。表5中呈現乾燥樣本以及在將樣本浸入自來水持續30秒後之阻抗量測值。
Figure TWI612299BD00008
實例9
根據實例2中描述之程序,藉由磁控物理氣相沈積用銀來濺鍍沈積聚乙烯醇(PVA)膜之薄片(可作為Monosol M8630購自Monosol,LLC,Portage,Indiana,USA),該PVA 膜之薄片具有2密耳(約51微米)之量測厚度。製備具有以141nm、187nm及280nm之厚度塗佈之銀的三個個別樣本。使用雷射來切割所塗佈膜之每一樣本以提供大體U形樣本,圖12a中展示的形狀。參看該圖,兩平行側之長度L1為約190mm,另一側之長度L2為約15mm,且寬度w為約5mm。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)來測定阻抗量測值。自8MHz至15MHz掃描該儀器,且使用開路及短路校準標準來校準探針。在阻抗分析器上,將一標誌置放於13.56MHz處以顯示阻抗之實部及虛部的值。將樣本及探針置放於非導電表面上,且藉由將探針附接至U形樣本之末端的約1mm處來量測跨越該樣本開放末端(亦即,圖12a中展示之形狀下部末端)之阻抗。量測該乾燥樣本之初始阻抗。在將3.0mL之人工尿(可購自Ward's Natural Science,Rochester,New York,USA)逐滴添加至樣本後,記錄在添加該液體後幾秒內之阻抗轉變。在表6中報告三個樣本之初始及最終阻抗量測值。
Figure TWI612299BD00009
實例10-預知的
可將厚度為2密耳(約51微米)之聚乙烯醇(PVA)薄片製造為具有如圖10b中描繪之較薄及較厚區域,且可將其用作自支撐基板1026b。舉例而言,製造(例如,藉由壓印)可形成深度為40nm之凹陷微結構化表面1026b-1。可用導電墨水浸沒塗佈該基板以提供導電材料之40nm(「薄的」)區域(1028b-2)及導電材料之80nm(「厚的」)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。可使用雷射來切割所塗佈膜以提供大體U形樣本,實質上如圖12a中所展示。參看該圖,兩平行側之長度L1可為190mm,另一側之長度L2可為15mm,且寬度w可為5mm。可使用厚的及薄的區域之任何圖案,只要至少一薄的區域(1028b-2)存在於感測器中即可。可藉由任何合適阻抗分析器或歐姆計來進行阻抗量測。可將樣本及探針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而連續量測跨越該導電樣本之開放末端的阻抗。可將水、鹽水溶液、人工尿或模擬傷口液添加至樣本。可在濕潤之前及之後量測樣本之阻抗。可觀測到基板崩散(產生跡線破裂),且可量測到阻抗轉變100至1000倍。
實例11
製備結合圖4描述之設計之完整RF標記。藉由銅蝕刻製程使用聚酯膜薄片(厚度為2密耳,亦即約51微米)作為可撓性基板來製備導電圖案。導電圖案包括具有六匝或迴圈之方形螺旋線圈。線圈元件之寬度為約0.5mm,且厚度為約35微米。方形線圈之整體外部尺寸為約40mm(1.5吋)。導 電圖案亦包括四個小接觸襯墊,其用於附接電容器及跨接器元件。
使用離散低ESR(等效串聯電阻)薄膜電容器(可購自AVX Corporation,Fountain Inn,South Carolina,USA之串聯ACCU-P)來將該電路調諧至頻率13.56MHz,其Q因數大於10。使用低溫度熔融焊接來將電容器焊接至導電圖案之接觸襯墊中之兩者上。
根據實例2中描述之程序在一側上用銀濺鍍塗佈PVA膜之薄片(厚度為2密耳,亦即,約51微米)來製備跨接器元件(包含易碎連結)。使用雷射來切割該膜以製備J形跨接器(如圖4中展示),其中兩平行側具有約127mm及67mm之長度,另一側具有約5mm之長度,且所有側之寬度為約5mm。
Z軸導電雙面帶(可購自3M Company,St.Paul,Minnesota,USA)之條帶(量測6.35mm乘10mm)附接至跡線之接觸襯墊中之兩者,且接著將完工之跨接器元件附接至導電帶,使得跨接器之銀側與導電帶接觸。此完成RF標記之電路。
將RF標記置放於4碼嬰兒尿布(可以商標名「PAMPERS」購自Procter & Gamble Company,Cincinnati,Ohio,USA)之背部薄片與吸收性芯材之間,其中圖案化銅導體經定位以面對該吸收性芯材。使用手持型讀取器來量測RF標記之回應。該讀取器含有在頻率13.56MHz諧振之天線以最大化與RF標記之通信。在起動時使用增益/相位偵測器(型號AD8302,可購自Analog Devices,Norwood,Massachusetts, USA)來量測讀取器天線(為熟習天線技術者所熟知)之「S11參數」之增益/相位子分量。以相同方式,量測具有插入之RF標記之乾燥尿布之S11參數。若未詢問尿布,讀取器量測到S11參數與校準值相比較之至少50%改變,則測定RF標記為乾燥的,指示完整的標記及乾燥的尿布。若讀取器量測到S11參數與校準值相比較之小於50%改變,則測定RF標記為濕潤的,指示跨接器元件之完整性的劣化及濕潤的尿布。取決於量測度數,針對乾燥尿布而在讀取器上啟動綠光,及針對濕潤尿布而啟動紅光。
在系統之測試中,藉由讀取器來掃描含有如本實例11中所描述之RF標記的新近構造之尿布,且啟動讀取器上之綠光從而指示乾燥尿布。接著將一份100mL之鹽水溶液(0.9% NaCl)倒於尿布之頂部薄片上(在尿布中之將正常發生尿之侵入的區中)。使用讀取器重新掃描尿布,且在添加鹽水溶液後的30秒內,啟動讀取器上之紅光,從而指示濕潤的尿布。因而,鹽水溶液產生RF標記之劇烈改變且致使其不操作。
其他實施例及應用
圖13為展示所揭示濡濕感測器1312之不同最終使用應用之示意圖。所描繪應用僅僅為例示性的,且並不意欲為限制性的。在一個應用上,將濡濕感測器1312插入或以其他方式併入於諸如尿布1360之吸收性衣物中。在另一應用中,將感測器1312插入或以其他方式併入於屋頂1350、建築物或類似結構中。可例如將感測器1312定位於木瓦板、 瓷磚或其他屋頂材料下方某一位置處,在該位置處將正常預期為保持乾燥但重要的是需知道存在濕氣。在任一情況下,可藉由遠端監視如上文論述之感測器1312來方便地偵測衣物、建築物或其他物品之濡濕。
濡濕感測器1312可在上文論述之其他應用中有益地使用,在該等應用中需要偵測濡濕但難以以視覺方式或以其他方式直接觀測濡濕。可例如將感測器1312併入於或以其他方式附接至構造相關之物品(諸如牆板、絕熱層、地板及屋頂)以及配件及支撐結構,例如以偵測地下、地板下方、牆後或天花板上方的管的洩漏。其他應用可包括將濡濕感測器1312併入於封裝或盒中以偵測(例如)醫學或汽車應用之洩漏或融化。
圖14a為尿布1460或類似失禁或吸收性衣物之示意性圖,及圖14b為沿圖14a中之線14b-14b截取之示意性橫截面圖。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,及截留於薄片1462、1464之間且視情況限於吸收性區域1467的吸收性材料1466。尿布1460亦可包括彈性部件1468及閉合元件1470(諸如膠帶或卡鉤及環圈扣件)。尿布亦已經此方式組裝以便在可能變濕潤或變髒之位置處包括一濡濕感測器1412。可為或包含本文揭示之濡濕感測器中之任一者的感測器1412安置於薄片1462、1464之間,且可使用黏著劑、超音波焊接或藉由其他已知附接技術來黏附至此類薄片中之任一者。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,則其將在 材料1466飽和時降級且將不會由於僅少量目標流體之釋放而被觸發。可藉由遠端監視如上文論述之感測器1412來方便地偵測尿布之濡濕。
在一些情況下,藉由顯著加長跨接器(424、624)而將感測器1412設計為具有大的縱橫比(例如,甚至大於圖4及圖6之縱橫比)可為有利的。藉由此類細長感測器,可將天線或電感器(例如,418、618)置放於尿布內不可能變濕潤或變髒的位置處(例如,較靠近腰帶之位置處),而可將感測器之剩餘部分(且詳言之,跨接器之至少一部分)置放於可能變濕潤或變髒的位置處。天線或電感器之此類置放亦可用以改良與讀取器裝置之通信(例如,信雜比)。
在替代實施例中,本文揭示之濡濕感測器中之任一者可在感測器之外部表面上或此外部表面之一部分上另外包括皮膚相容黏著劑,諸如溫和聚矽氧皮膚黏著劑。可將以此方式組態之感測器直接應用至配戴者之皮膚,而非經製造於尿布、三角褲或其他衣物或物品中。此類方法可潛在地降低總體成本,及藉由與現有衣服一起工作且避免經專門製造之衣物或物品的需要而助長實施。黏著劑亦可經調配為可重新定位的,使得可容易改變感測器至配戴者之附接點,及/或使得感測器可在(例如)換衣服之給定配戴者身上重新使用。可將黏著劑選擇性地塗覆至感測器之在天線或電感器(例如,418、618)處的一部分,且(詳言之)若濡濕感測器形狀為細長的,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,可將感測器之天線或電感器 部分(例如)在腰部或腰部上方附接至配戴者,且可允許感測器之剩餘部分適當地簡單懸掛至尿布或三角褲中。
可在此類實施例中使用任何已知之皮膚相容黏著劑。在一個實施例中,可藉由將100份聚二甲基矽氧烷(例如,Xiameter品牌OHX-4070)聚合物與30份MQ樹脂(例如,Belsil TMS 803類型,可購自Wacker Chemie AG)摻合以獲得同質混合物來製備皮膚相容黏著劑。可以合適厚度(例如,0.002吋至0.004吋)使用簡單刀式塗佈機或藉由其他已知構件來將黏著劑溶液塗佈於濡濕感測器(或含有眾多濡濕感測器之捲筒,例如參見圖1)之外部表面上。舉例而言,此類黏著劑可藉由曝露於合適電子束源而交聯。較佳地,皮膚相容黏著劑實質上為非導電帶,使得其不會不利地影響經調諧RF電路之操作,即使當直接塗覆至感測器之導電跡線時亦可。
本文描述之感測器可在用於基於基礎結構之濡濕監視系統中時尤其有用,例如偵測失禁長期照護機構中患者的濡濕之系統。在此系統中,流體感測器之狀態隨著其附接至之個人衛生物品或其他物品之濡濕狀況而改變,且感測器之狀態在被詢問時傳達至讀取器。接著可藉由讀取器經由網路連接而將資訊傳達至中央儲存位置。資料庫可儲存關於時間戳之資訊及/或其他識別資訊。此資訊接著可使用定製演算法來經後處理。來自大量位點之尿控(continence)相關資料可經校對、打包、擷取、相關、整合及分析以由醫院、照護協會、吸收性物品之製造商、政府、健康保險 商等等使用。例示性濡濕監視系統包括(但不限於)描述於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)中之系統,所有案以引用的方式併入本文中。濡濕監視系統並不限於失禁患者之尿偵測,而且具有偵測、監視及管理以下狀況之適用性:可存在來自身體(或來自其他源)之其他流體及滲出液,包括傷口管理。
用於監視一個或多個配戴者之失禁的歷史性系統包括:一或多個流體感測器,其安裝於需要監視流體之存在的項目中或其上;讀取器,其包括將該讀取器耦接至感測器之適當電子設備及天線;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:顯示器構件;可由使用者操作之輸入構件;一或多個傳輸器,每一傳輸器與經監視之一或多個配戴者相關聯;該一或多個傳輸器經組態以傳輸至少含有多個配戴者之與尿控相關的資料的信號,其中與尿控相關的資料已隨時間而自諸如本文揭示之彼等感測器之一或多個濡濕感測器獲得,該等感測器可與每一各別配戴者所穿戴的吸收性物品相關聯;接收器單元,其經組態以接收來自一或多個傳輸器之信號;及處理構件,其與至少該接收器單元通信,該處理構件包括一顯示器處理器,該顯示器處理器經組態以處理所揭示信號及將顯示器資訊傳達至顯示器構件用於顯示與尿控相關的資訊的視覺表示,與尿控相關的資訊來源於附接至正被監視之配戴者 所穿戴的吸收性物品的濡濕感測器。
感測器可具有不同類型,例如,其可具有不同功能性。除了濡濕感測器之外,感測器可包含用於感測溫度、pH、壓力、氣味、生物分析物(bioanalyte)、化學或生物指標中之一者或一者以上以及配戴者之健康狀況(wellbeing)的其他指示的功能性。潛在感測器包括用以偵測水、尿、血、其他液體溶劑或其中元素的存在的感測器。另外,用於監視諸如ECG、血糖水平、血壓、脈衝等生命體征之感測器可與所揭示濡濕感測器組合。臨床上相關之醫學病況之擴展清單可藉由偵測尿中之許多代謝物、化學物及離子以及其他物質及不同類型之細胞來辨識。可藉由使用與所揭示感測器組合之適當已知感測器來測試來自患者之尿而偵測:諸如亞硝酸鹽、胺基酸、β-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,諸如多發性骨髓瘤及血尿之病況。
在一個實例系統中,處理構件可經組態以基於襯墊類型指示器及與尿控相關之資料來接收配戴者所穿戴之吸收性物品的失禁襯墊類型資訊,計算來自該吸收性物品之濡濕洩漏的風險。感測器狀態電路可與識別器電路組合,或其可分開提供,以整合資訊來識別正被監視之患者及/或失禁物品類型。關於患者或吸收性物品類型之資訊可經由自動感測或手動鍵入來獲得。該系統可包括用以促進手動鍵入非濡濕事件資料之單獨輸入構件,包括傳輸器上之一或多個致動器;光學地、電子地或以其他方式掃描來自一卡 或其他參考指南之碼,或手動鍵入一碼;其中上述內容中之任一者視情況使用手持型裝置來執行。可包括額外構件以感測配戴者之移動。讀取器或傳輸器可與感測構件組合以判定配戴者之位置改變,該等感測構件包括(例如)位置追蹤裝置(諸如GPS)及/或一或多個運動偵測器,諸如提供配戴者之移動指示的加速器或壓力轉換器。此類偵測器可經組態以偵測即時傳達至處理器用於通知照護者的漂移或掉落。
潛在讀取器包括手持型及固定讀取器,包括床式安裝、椅式安裝(包括,例如輪椅式安裝或搖椅式安裝)、手推車式安裝、壁式安裝、傢俱式安裝、或安裝於患者之任何其他移動或固定支撐單元上或其中,其中此類讀取器可為例如電池供電的或藉由有線連接至壁式插座而供電的。
處理構件可以單一處理裝置提供或可由許多離散或連接之處理單元或處理元件來提供,其中每一者可執行有助於系統之整體功能性的不同處理功能。因而,處理構件之各種功能可由系統之各種元件提供,該系統包括:在一些實施例中可與自身尿控感測器相關聯之處理元件;及/或含於系統之傳輸器或接收器內的處理元件;或在使用該系統之特定地點中提供為「中央監視器」之部分的處理元件,該系統或者藉由經由以下網路而與其他處理元件的有線或無線連接而與上述處理元件中之一或多者通信:廣域網路(WAN)、區域網路(LAN)、網際網路及此項技術中可能已知的其他網路,包括例如藉由專有RF鏈路、有線乙太網、 無線乙太網、紫蜂(Zigbee)、藍芽(Bluetooth)等等。資料庫可本端裝載(host)於使用者位點、遠端裝載於單獨機構或裝載於雲端中。通常提供使用者介面用於報告產生及統計調查。
處理構件可經組態以引起警報或以其他方式將關於感測器之狀態的回饋提供至照護者,使得照護者可照顧正被監視的配戴者。替代地或另外,處理構件可經組態以自動使尿控相關資料與非濡濕事件資料中的圖案相關。處理構件可經組態以接收來自多種類型感測器之輸入。舉例而言,此可藉由以下動作而達成:自與配戴者所穿戴之吸收性物品相關聯之感測器收集尿控資料;收集與配戴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配戴者之失禁的數學模型;及使用最佳化模型來監視穿戴具有本發明之感測器之吸收性物品的受試者的失禁。在一些實施例中,處理構件接收自多個位點獲得之多位點尿控相關資料,其中該系統用以監視配戴者之失禁。處理構件可包括接收多位點尿控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以及將一或多個位點與資料編譯處理器連接之一或多個網路通信元件。處理構件可利用自複數個位點獲得之資料以執行分析,包括:識別使用吸收性物品之趨勢;估計正被監視的配戴者的照護評估;識別照護者行為之趨勢;識別尿控相關資料、事件資料與適用於患者群組之其他狀況之間的相互關係;不同失禁產物或不同尿控照護模 型之基準效能等等。
濡濕偵測系統之一個實例可包括安裝於三角褲中之濡濕感測器,該床式安裝讀取器包括適當電子設備及能夠耦接至感測器之天線、無線網路連接以及用於儲存及分析資料之資料庫。基於床之讀取器可包括安裝於床中之諧振偵測電路及經調諧天線,且可包括一存在感測單元(諸如壓力感測器)以判定患者是否在床上。無線網路連接可為專有RF鏈接,且資料庫可儲存在可藉由照護機構之網路存取的機器上。連同資料庫一起,機器可執行演算法以有條件地監視資料。一種演算法可報告患者何時變濕潤且自動通知健康照護人員。系統可收集關於正穿戴具有耦接至基於床之讀取器之濡濕感測器的三角褲的每一患者的資訊,且可遠端地在資料庫中登入。藉由此類型之連續監視,由於超出每兩小時一次的最小檢查時間,所以證明符合現有標準F-TAG 315。系統亦可在更換三角褲時以及在患者在床上或下床時自動登入。此資訊可用以產生每一患者之典型常式。藉由利用此系統及自動文件製作及趨勢分析,可創建一更精確之預測如廁排程。此可比試圖在諸如吃飯或睡覺排程之其他活動周圍訓練及排除廁所活動更有效。
存在針對此類系統之若干潛在優點及用途。該系統可用於訓練人員執行包括以下內容之任務:選擇合適吸收性物品或襯墊類型;使用系統來監視及/或評估失禁受害者;及時照料具有失禁之配戴者;評估遭受失禁之配戴者的狀況;為配戴者開發一尿控照護計劃;及評估尿控照護計劃 之有效性。可監視每天趨勢,包括所需的三角褲更改、所使用三角褲之平均數目、在床上花費的時間、在更換之前濕潤之平均時間及更多內容,以開發預測性如廁排程。亦可監視趨勢之偏差。處理構件可經組態以使尿控相關資料及非濡濕資料中之圖案與一或多個病態指示器相關聯,且提供指南以調查病態之存在。檢查異常可使得能夠比在無此系統的情況下更早預測到健康問題,諸如脫水、UTI、酵母感染等此類型之趨勢分析亦可幫助減少照護品質或幫助識別人員任用之間隙。舉例而言,更換之前濕潤的高平均時間可指示健康照護機構處人員不足。藉由監視所使用三角褲之平均數目、更換之前濕潤的平均時間及三角褲中侵入物的量,系統可預測哪些患者處於引發皮膚/壓力潰瘍之較高風險。系統可助長針對此等患者之額外檢查及較快回應時間以最小化其病況之升級。系統亦可自動產生皮膚/壓力潰瘍形成所需的文書工作。此自動產生之文件製作可確保患者之病況得以正確報告,使得最小化進一步惡化,且可帶來問題之可見性,使得在人員換班改變期間不會被忽視。
除非另有指示,否則本說明書及申請專利範圍中所使用之表達特徵大小、量及實體性質之所有數字皆應被理解為藉由術語「約」來修飾。因而,除非相反地指示,否則在說明書及申請專利範圍中闡述之數值參數為可取決於熟習此項技術者利用本申請案之教示所尋求獲得之所要性質的近似值。
利用空間相關術語(包括但不限於「下部」、「上部」、「在......之下」、「下方」、「上方」及「頂部上」)(若在本文使用)以簡單描述元件與另一元件的空間關係。該等空間相關術語涵蓋除圖式中所描繪及本文所述之特定定向外在使用或操作時裝置之不同定向。舉例而言,若圖中所描繪之單元翻過來或翻轉,則先前描述為位於其他元件下方或下面之部分隨後將位於彼等其他元件上方。
本發明之各種修改及替代在不脫離本發明之範疇及精神的情況下對於熟習此項技術者將為顯而易見的,且應瞭解本發明並不限於本文中所闡述之說明性實施例。
110‧‧‧捲筒
112‧‧‧感測器標記
113a‧‧‧線
113b‧‧‧線
114‧‧‧基板
116‧‧‧經調諧RF電路
216‧‧‧RF電路/LC電路
216b‧‧‧RF電路
218‧‧‧電感器
220‧‧‧電容器
220a‧‧‧電容器
220b‧‧‧電容器
230‧‧‧讀取器
232‧‧‧電感器
234‧‧‧RF源
236‧‧‧諧振分析器
312a‧‧‧濡濕感測器
312b‧‧‧濡濕感測器
316a‧‧‧經調諧RF電路
316b‧‧‧經調諧RF電路
330‧‧‧讀取器
412‧‧‧濡濕感測器
414‧‧‧基板
416‧‧‧經調諧RF電路
418‧‧‧電感線圈
420‧‧‧電容器
422a‧‧‧圖案
422b‧‧‧圖案
423a‧‧‧襯墊
423b‧‧‧襯墊
423c‧‧‧襯墊
423d‧‧‧襯墊
424‧‧‧跨接器
424a‧‧‧端子
424b‧‧‧端子
512‧‧‧濡濕感測器
514‧‧‧感測器基板
516‧‧‧經調諧RF電路
518‧‧‧電感線圈
520‧‧‧電容器
522a‧‧‧圖案
522b‧‧‧圖案
523a‧‧‧襯墊
523b‧‧‧襯墊
524‧‧‧跨接器
524a‧‧‧端子
524b‧‧‧端子
612‧‧‧濡濕感測器
614‧‧‧基板
616‧‧‧經調諧RF電路
618‧‧‧電感線圈
620a‧‧‧電容器
620b‧‧‧電容器
622‧‧‧導電圖案
623a‧‧‧襯墊
623b‧‧‧襯墊
624‧‧‧跨接器
624a‧‧‧端子
624b‧‧‧端子
712‧‧‧濡濕感測器
714‧‧‧基板
716‧‧‧經調諧RF電路
718‧‧‧電感線圈
720a‧‧‧電容器
720b‧‧‧電容器
722‧‧‧導電圖案
723a‧‧‧襯墊
723b‧‧‧襯墊
724‧‧‧跨接器
724a‧‧‧端子
724b‧‧‧端子
812‧‧‧濡濕感測器
814‧‧‧基板
816‧‧‧經調諧RF電路
818‧‧‧電感線圈
820b‧‧‧電容器
822‧‧‧導電圖案
823b‧‧‧接觸襯墊
824‧‧‧跨接器
824b‧‧‧端子
826‧‧‧跨接器基板
828‧‧‧導體
829b‧‧‧凸片
912‧‧‧感測器
912b‧‧‧感測器
912c‧‧‧感測器
914‧‧‧感測器基板
922‧‧‧導電圖案
923b‧‧‧襯墊
924‧‧‧跨接器
924b‧‧‧端子
926‧‧‧跨接器基板
927‧‧‧黏著劑層
927a‧‧‧絕緣層
927b‧‧‧黏著劑層
928‧‧‧導體
929b‧‧‧凸片
1024a‧‧‧跨接器
1024b‧‧‧跨接器
1024c‧‧‧跨接器
1026‧‧‧跨接器基板
1026b‧‧‧跨接器基板
1026b-1‧‧‧結構化表面
1028a‧‧‧導電部件/導體
1028a-1‧‧‧較厚部分
1028a-2‧‧‧較薄部分
1028b‧‧‧導電部件/導體
1028b-1‧‧‧較厚部分
1028b-2‧‧‧較薄部分
1028c‧‧‧導電部件/導體
1028c-1‧‧‧較寬部分
1028c-2‧‧‧較窄部分
1116‧‧‧經調諧RF電路
1118‧‧‧電感線圈
1120a‧‧‧電容器
1120b‧‧‧電容器
1122‧‧‧導電圖案
1123a‧‧‧襯墊
1123b‧‧‧襯墊
1124‧‧‧啞鈴形跨接器
1124a‧‧‧端子
1124b‧‧‧端子
1150‧‧‧曲線
1220‧‧‧電容器
1222‧‧‧導電圖案
1223‧‧‧接觸襯墊
1226‧‧‧可溶解膜
1228‧‧‧導電部件
1229‧‧‧凸片
1312‧‧‧濡濕感測器
1350‧‧‧屋頂
1360‧‧‧尿布
1412‧‧‧濡濕感測器
1460‧‧‧尿布
1462‧‧‧薄片
1464‧‧‧薄片
1466‧‧‧吸收性材料
1467‧‧‧吸收性區域
1468‧‧‧彈性部件
1470‧‧‧閉合元件
圖1為在將含有大量濡濕感測器之捲起薄片或捲筒切開或以其他方式將該薄片轉換為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為例示性遠端詢問裝置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「濕潤」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的示意性透視圖;圖9a為濡濕感測器之一部分之示意性側視圖或橫截面 圖;圖9b為另一濡濕感測器之一部分之示意性側視圖或橫截面圖;圖9c為又一濡濕感測器之一部分之示意性側視圖或橫截面圖;圖10a及圖10b為用於在濡濕感測器中使用之各種跨接器之示意性側視圖或橫截面圖,該等跨接器各自具有具可變厚度之導電部件;圖10c為用於在濡濕感測器中使用之跨接器之示意性平面圖,該跨接器具有具可變寬度之導電部件;圖11a為用於在濡濕感測器中使用之經調諧RF電路之示意性平面圖,且圖11b為針對圖11a之電路之實施例的模型化資料之圖表;圖12為形成於跨接器之端子與導電圖案之端子之間的電容器之示意性側視圖或剖面圖,該電容器包括易碎連結,該易碎連結之代表性實施例經製造及測試;圖12a為適於在所揭示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使用應用之示意圖;及圖14a為尿布或類似失禁衣物之示意性平面圖,且圖14b為沿圖14a中之線14b-14b截取之示意性橫截面圖。
412‧‧‧濡濕感測器
414‧‧‧基板
416‧‧‧經調諧RF電路
418‧‧‧電感線圈
420‧‧‧電容器
422a‧‧‧圖案
422b‧‧‧圖案
423a‧‧‧襯墊
423b‧‧‧襯墊
423c‧‧‧襯墊
423d‧‧‧襯墊
424‧‧‧跨接器
424a‧‧‧端子
424b‧‧‧端子

Claims (10)

  1. 一種感測器,其包含:一第一基板;及一經調諧RF電路,其由該第一基板攜載,該RF電路包括全部安置於該第一基板之同一側上之一第一導電圖案、一第一電容器及一跨接器,該RF電路係藉由一阻抗或一電阻來表徵;其中該第一導電圖案包括一線圈、一內部端子及一外部端子;其中該跨接器將該內部端子電耦接至該外部端子;且其中該跨接器包括一易碎連結,且當該易碎連結由一目標流體接觸時該RF電路之該阻抗或該電阻改變至少5倍。
  2. 如請求項1之感測器,其中該第一電容器為該第一導電圖案之部分。
  3. 如請求項2之感測器,其中該第一導電圖案包括指叉式導電跡線,且該等指叉式導電跡線形成該第一電容器。
  4. 如請求項1之感測器,其中該第一電容器包含電附接至該第一導電圖案之一離散組件。
  5. 如請求項1之感測器,其中該跨接器具有一第一端子及一第二端子,且其中該第一電容器包含第一電容器板及第二電容器板,該第一電容器板選自該第一導電圖案之該內部端子及該外部端子中之一者,且該第二電容器板選自該跨接器之該第一端子及該第二端子中之一者。
  6. 如請求項5之感測器,其中該跨接器之該第二端子具有與該第一導電圖案之一直接電連接。
  7. 如請求項5之感測器,其中該第一電容器進一步包括安置於該第一電容器板與該第二電容器板之間的一第一介電材料,且該第一介電材料可溶於該目標流體中以提供該易碎連結。
  8. 如請求項1之感測器,該經調諧RF電路進一步包括一第二電容器,其中該跨接器具有一第一端子及一第二端子,且其中該第一電容器具有由該跨接器之該第一端子形成的一第一電容器板及由該第一導電圖案之該內部端子形成的一第二電容器板,且該第二電容器具有由該跨接器之該第二端子形成之一第三電容器板及由該第一導電圖案之該外部端子形成的一第四電容器板。
  9. 如請求項8之感測器,其中該第一電容器進一步包括安置於該第一電容器板與該第二電容器板之間的一第一介電材料,且該第二電容器進一步包括安置於該第三電容器與該第四電容器板之間的一第二介電材料,且其中該第一介電材料及該第二介電材料可溶於該目標流體中以提供該易碎連結。
  10. 一種濡濕監視系統,其包含:如請求項1之感測器;及一讀取器,其經組態以遠端地評估經調諧RF電路之一狀況。
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