TWI674407B - 含預設置質量之磁力共振器感測器 - Google Patents

含預設置質量之磁力共振器感測器 Download PDF

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TWI674407B
TWI674407B TW104127992A TW104127992A TWI674407B TW I674407 B TWI674407 B TW I674407B TW 104127992 A TW104127992 A TW 104127992A TW 104127992 A TW104127992 A TW 104127992A TW I674407 B TWI674407 B TW I674407B
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安德魯 保羅 波妮費斯
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理查 勞倫斯 林藍
史蒂芬 喬瑟夫 威力特
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Abstract

本揭露之一些態樣特徵為一種感測裝置，該感測裝置包含一磁性偏磁層、一共振器、一間隔物及一環境變化接受器。該環境變化接受器係設置在該共振器之一表面上。該環境變化接受器之質量回應於環境之一變化而經變化。該感測裝置之共振頻率回應於該環境變化接受器之該質量變化而移位。

Description

含預設置質量之磁力共振器感測器
本揭露係關於經設計成用以監測環境變數與生物變數之磁力共振器感測器及使用這些感測器之系統。
使用產生一磁場的一射頻源供能給磁力共振器(MMR)。MMR感測器係基於磁致伸縮及磁彈性耦合之原理。磁致伸縮涉及當經受一磁場時鐵磁性材料之形狀變化。磁彈性耦合涉及當經受一磁場時一材料之應力及應變之間的關係。
典型地，一MMR感測器係耦合至一外部磁場並接收來自該磁場之磁能。該MMR感測器轉換磁能為機械振盪。移除該磁場時，該等機械振盪轉換為磁能且該感測器依一共振頻率輻射一磁場。一偵測器可接著測量來自該感測器的該經輻射之磁能。可使用MMR來建構無線感測器，以監測環境變數與生物變數。
本揭露之一些態樣特徵為一種感測裝置，該感測裝置包含一磁性偏磁層、一共振器、一間隔物及一環境變化接受器。該磁性偏磁層具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面且該磁性偏磁層具有一第一磁性材料。該共振器具有一第一共振器主表面及一對立第二 共振器主表面。該共振器使用一第二磁性材料。該第二共振器主表面係面朝該第一磁性表面。該間隔物係設置在該磁性偏磁層與該共振器之間。該環境變化接受器係設置在該第一共振器主表面上，且該環境變化接受器之質量回應於環境之一變化而經變化。該感測裝置之共振頻率回應於該環境變化接受器之該質量變化而移位。
在一項實例中，一種感測裝置包含一磁性偏磁層、一共振器、一間隔物、一環境變化接受器及一外殼。該磁性偏磁層具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面且該磁性偏磁層具有一第一磁性材料。該共振器具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面。該共振器使用一第二磁性材料。該第二共振器主表面係面朝該第一磁性表面。該間隔物係設置在該磁性偏磁層與該共振器之間。該環境變化接受器係設置在該第一共振器主表面上，且該環境變化接受器之質量回應於環境之一變化而經變化。該感測裝置之共振頻率回應於該環境變化接受器之該質量變化而移位。該外殼具有一或多個開口。該磁性偏磁層、該共振器及該間隔物係設置在該外殼中。
在另一實例中，一種感測裝置包含一磁性偏磁層、一共振器、一環境變化接受器及一外殼。該磁性偏磁層具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面且該磁性偏磁層具有一第一磁性材料。該共振器具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面。該共振器使用一第二磁性材料。該第二共振器主表面係面朝該第一磁性表面。該環境變化接受器係設置在該第一共振器主表面上，且該環境變化接受器之質量回應於環境之一變化而經變化。該感測裝置之共振頻率回 應於該環境變化接受器之該質量變化而移位。該外殼具有一支撐結構以支撐該共振器。該磁性偏磁層及該共振器係設置在該外殼中。
100‧‧‧MMR感測器
110‧‧‧磁性偏磁層；偏磁磁體
112‧‧‧第一磁性表面
114‧‧‧第二磁性表面
120‧‧‧間隔物
122‧‧‧第一間隔物表面
124‧‧‧第二間隔物表面
130‧‧‧共振器
132‧‧‧第一共振器主表面
134‧‧‧第二共振器主表面
140‧‧‧環境變化接受器
150‧‧‧外殼
160‧‧‧預界定通道
200‧‧‧MMR感測器
210‧‧‧磁性偏磁層
212‧‧‧第一磁性表面
214‧‧‧第二磁性表面
220‧‧‧間隔物
222‧‧‧第一間隔物表面
224‧‧‧第二間隔物表面
230‧‧‧共振器
232‧‧‧第一共振器主表面
234‧‧‧第二共振器主表面
240‧‧‧環境變化接受器
250‧‧‧外殼
400‧‧‧共振器
410A‧‧‧預界定通道
410B‧‧‧預界定通道
410C‧‧‧預界定通道
410D‧‧‧預界定通道
410E‧‧‧預界定通道
410F‧‧‧預界定通道
420B‧‧‧末端部分
420C‧‧‧末端部分
420D‧‧‧末端部分
420E‧‧‧末端部分
420F‧‧‧末端部分
425B‧‧‧路徑
425C‧‧‧路徑
425E‧‧‧路徑
425F‧‧‧路徑
430B‧‧‧中心部分
430C‧‧‧中心部分
430E‧‧‧中心部分
430F‧‧‧中心部分
500‧‧‧共振器
510A‧‧‧通道
510B‧‧‧通道
510C‧‧‧通道
510D‧‧‧通道
510E‧‧‧通道
510F‧‧‧通道
510G‧‧‧通道
520A‧‧‧末端部分
520B‧‧‧末端部分
520C‧‧‧末端部分
520D‧‧‧末端部分
520E‧‧‧末端部分
520F‧‧‧末端部分
520G‧‧‧末端部分
521G‧‧‧末端部分
524E‧‧‧路徑
525A‧‧‧路徑
525B‧‧‧路徑
525C‧‧‧路徑
525D‧‧‧路徑
525F‧‧‧路徑
525G‧‧‧流動親和(flow-philic)路徑
527G‧‧‧流動排斥(flow-phobic)路徑
530A‧‧‧中心部分
530B‧‧‧中心部分
530C‧‧‧中心部分
530D‧‧‧中心部分
530E‧‧‧中心部分
530F‧‧‧中心部分
530G‧‧‧中心部分
540A‧‧‧環境變化接受器
540B‧‧‧環境變化接受器
540C‧‧‧環境變化接受器
540D‧‧‧環境變化接受器
540E‧‧‧環境變化接受器
540F‧‧‧環境變化接受器
540G‧‧‧環境變化接受器
550‧‧‧共振器
560A‧‧‧環境變化接受器
560B‧‧‧環境變化接受器
560C‧‧‧環境變化接受器
560D‧‧‧環境變化接受器
600‧‧‧感測系統
610‧‧‧MMR感測器
610B‧‧‧MMR感測器
620‧‧‧環境
630‧‧‧讀取器
640‧‧‧容器
650A‧‧‧MMR感測器
650C‧‧‧MMR感測器
660A‧‧‧磁性偏磁層
660C‧‧‧磁性偏磁層
662A‧‧‧第一磁性表面
662C‧‧‧第一磁性表面
664A‧‧‧第二磁性表面
664C‧‧‧第二磁性表面
670A‧‧‧間隔物
670C‧‧‧間隔物
671C‧‧‧部件
672C‧‧‧間隔物部件
675A‧‧‧環境變化接受器
675C‧‧‧環境變化接受器
680A‧‧‧共振器
680C‧‧‧共振器
682A‧‧‧第一共振器主表面
682C‧‧‧第一共振器主表面
684A‧‧‧第二共振器主表面
684C‧‧‧第二共振器主表面
690A‧‧‧外殼
690C‧‧‧外殼
710‧‧‧步驟
720‧‧‧步驟
730‧‧‧步驟
1110‧‧‧步驟
1120‧‧‧步驟
1130‧‧‧步驟
1140‧‧‧步驟
1150‧‧‧步驟
800‧‧‧MMR感測器
810‧‧‧磁性偏磁層
820‧‧‧間隔物
830‧‧‧共振器
832‧‧‧共振器
840‧‧‧尖端結構
843‧‧‧尖頭狀支撐結構
844‧‧‧支撐結構
850‧‧‧外殼
852‧‧‧腔室
854‧‧‧腔室
855‧‧‧殼體
860‧‧‧蓋子
862‧‧‧開口
9110‧‧‧手術或醫療儀器
L‧‧‧縱向長度；條長度
Mc‧‧‧質量
O‧‧‧原點
l‧‧‧長度
lc‧‧‧距離
隨附圖式併入並構成本說明書之一部分，且與詳細說明一起釋明本發明之優勢與理論。在圖式中，圖1A係一MMR感測器之一項實施例之側視圖；圖1B係在圖1A中繪示之MMR感測器之俯視平面圖，其中蓋子已經掀開；圖1C係圖1A中繪示之MMR感測器之分解圖；圖1D係繪示環境變化後圖1A中繪示之MMR感測器之一實例之側視圖；圖1E係圖1D中展示之實例之俯視平面圖，其中蓋子已經掀開；圖2A係一感測器之一示意實體模型；圖2B繪示歸因於質量位置之頻率移位；圖2C繪示歸因於質量散佈之頻率移位；圖3A係一MMR感測器之一項實施例之側視圖；圖3B係在圖3A中繪示之MMR感測器之俯視平面圖，其中蓋子已經掀開；圖3C係圖3A中繪示之MMR感測器之分解圖；圖3D係繪示環境變化後圖3A中繪示之MMR感測器之一實例之側視圖；圖4A至圖4F繪示預界定通道組態之一些實例； 圖5A至圖5G繪示在環境變化期間及環境變化後一共振器上之通道組態及質量散佈之一些實例；圖6A至圖6D繪示一共振器上之預設置之環境變化接受器之一些實例；圖7A繪示一MMR感測器之一項實施例之剖面圖；圖7B繪示圖7A中繪示之MMR感測器與流體交互作用後之一實例之剖面圖；圖7C繪示一MMR感測器之另一實施例之剖面圖；圖7D繪示圖7C中繪示之MMR感測器與流體交互作用後之一實例之剖面圖；圖8A至圖8H繪示具不同外殼建構之MMR感測器之一些實例；圖9A繪示一種使用一或多個MMR感測器之感測系統之一項實施例；圖9B至圖9D繪示使用設置在一容器中之一或多個MMR感測器之感測系統之另一實施例；圖10繪示MMR感測器之共振信號之一實例之圖表；圖11A繪示一MMR感測系統之一項實施例之流程圖；及圖11B繪示用於監測一消毒程序之有效性之一MMR感測系統之一項實施例之流程圖；圖12A至圖12D係不同組態之用於洗滌監測的MMR感測器之例示性實施例的阻抗對頻率之圖表； 圖13A至圖13D係不同組態之用於消毒監測的MMR感測器之例示性實施例之阻抗對頻率之圖表；圖14A至圖14B係不同組態之用於潤溼度監測的MMR感測器之例示性實施例之阻抗對頻率之圖表；及圖15繪示不同組態之用於氣體偵測的MMR感測器之例示性實施例之阻抗對頻率之圖表。
可使用MMR感測器以監測環境變數，該環境變數包括但不限於溫度、濕氣、生物之存在與否、物理及/或化學物質，或其等之任何組合。亦可使用MMR感測器以監測或測量環境變數隨時間的變異。典型地，設置在環境中的一或多個MMR感測器會回應於對環境變數之變化及/或環境變數中之變化而經歷一磁彈性條(即，共振器)上之質量及/或彈性模數變化。質量變化可包括共振器之材料組成物之量的變化及/或在設置於共振器上之材料之散佈的變化。質量變化可產生相對應之MMR感測器之共振頻率之一可偵測的頻率移位。可使用一測量裝置以測量該頻率移位，並且可使用該測量以評估或判定環境變數之變化。
本揭露的至少一些態樣係關於回應於環境變化而經歷頻率移位之MMR感測器的設計及建構。在一些實施例中，一MMR感測器之建構方式使得一環境回應材料經設計成回應於環境變化而沿MMR感測器之一磁彈性條上之一特定路徑或圖樣散佈。該特定路徑或圖樣經選擇以允許該MMR感測器產生頻率移位之一放大信號，該 放大信號大於質量經均勻地散佈或非受控制散佈之頻率移位的信號。在一些其他實施例中，一環境回應材料係預設置在MMR感測器之一磁彈性條上，並且該環境回應材料之質量回應於環境變化而變化或該設置回應於環境變化而經變化。在一些情況中，該環境回應材料係預設置在該磁彈性條之一或多個特定部分，舉例而言，鄰近於該磁彈性條之一個末端。在一些其他情況中，沿該磁彈性條上之一特定路徑或根據一特定圖樣預設置該環境回應材料。在一些實施例中，一MMR感測器經建構成包括一環境回應材料，該環境回應材料將回應於環境變化而膨脹，並且藉此造成共振器之振盪的可偵測變化。
本揭露的至少一些態樣係關於使用MMR感測器偵測環境變化之系統及方法。在一些實施例中，一種感測系統可包括一測量裝置，以監測該等MMR感測器之該等頻率移位。舉例而言，該測量裝置可係包括線圈之一閘控振盪器(gated oscillator)，該閘控振盪器依共振頻率產生一短暫正弦脈波，該短暫正弦脈波係磁性耦合至MMR感測器且供能給感測器。在該供能脈波之末端處，使用該線圈作為一接收器以監測MMR感測器之衰減振盪。舉另一實例而言，該測量裝置可使用感測器之機械振動，其中一振盪磁場係部分轉換為聲波能源。接著，藉由含適合頻率回應之一麥克風偵測由感測器產生之聲音。聲波方法之一優點在於，可在供能給感測器的同時測量感測器。
圖1A係一MMR感測器100之一項實施例之側視圖。圖1B係MMR感測器100之俯視平面圖，其中蓋子已經掀開；而圖1C係MMR感測器100之分解圖。在所繪示之實施例中，感測器100 包括一磁性偏磁層110、一間隔物120、一共振器130、一環境變化接受器140及一可選用外殼150。磁性偏磁層110、間隔物120、共振器130及環境變化接受器140係納含在外殼150中。
環境變化接受器140可包括取決於感測需要而選擇的一或多個環境回應或環境敏感材料。可基於環境回應材料的可溶性、沸點、熔點、吸收氣體或液體之能力、促進細菌生長、軟化點或流動性質來選擇環境回應材料，使得該環境回應材料回應於特定環境條件而變化性質(在感測器條上蒸發或重新散佈)。在一些情況中，環境變化接受器140可包括一個以上部件，其中每個部件可包括類似的或不同的環境回應材料，並且可設置在不同位置。
在一些實施例中，為了監測或測量溫度，環境變化接受器140可包括一種類型可熔性或可流動材料，舉例而言，結晶或半結晶材料、熱塑性塑膠、聚合物、蠟、有機化合物，諸如柳醯胺、聚乙烯-共-丙烯酸、蔗糖及類似者。在一些情況中，可基於環境回應材料對溫度及濕度、或溫度、濕度及時間之組合條件的回應而選擇環境回應材料。可選擇材料以適應於一特殊應用。在一些為監測化學物質之存在的實施例中，環境變化接受器140可包括吸收化學物質或與化學物質反應的一種類型材料。在偵測氣體之實例中，環境變化接受器140可包括可得自UOP LLC(Des Plaines,IL)之Zeolite HiSiv 3000粉末。
磁性偏磁層110具有一第一磁性表面112及一對立第二磁性表面114。間隔物120係設置在磁性偏磁層110與共振器130之 間。間隔物120具有一第一間隔物表面122及一對立第二間隔物表面124。第二間隔物表面124係相鄰於第一磁性表面112。共振器130具有一第一共振器主表面132及一對立第二共振器主表面134。第二共振器主表面134係相鄰於第一間隔物表面122。在一些實施例中，第一共振器主表面具有一預界定通道160。在一些情況中，可機械地或化學地建構預界定通道160。環境變化接受器140係設置成鄰近於預界定通道160。在一些情況中，環境變化接受器140中之材料將回應於環境變化(諸如熱、濕度升高或類似者)而沿預界定通道160散佈。
磁性偏磁層110及共振器130係由磁性材料(亦稱為電磁材料或鐵磁性材料)製成。舉例而言，磁性偏磁層110可使用磁體或硬磁金屬或半硬磁金屬，舉例而言，可得自總部設在Rochester,New York之Arnold Magnetic Technologies的磁體。磁性偏磁層110可由任何磁性材料製成，磁性材料當被磁化時具有足夠的剩磁(magnetic remanence)以適當地偏磁共振器130，且具有足夠的矯頑磁性(magnetic coercivity)使得磁性在正常的操作條件下不會改變。舉例而言，對於磁性偏磁層110，可使用市售磁性材料，諸如可得自Arnold Engineering Company(Marengo,Illinois)之ArnoKromeTM III。磁性偏磁層110的尺寸可類似於共振器130的尺寸。
共振器130可使用具有高磁致伸縮耦合係數及/或高磁彈性耦合係數的合金材料。在一些實施例中，共振器130可使用具有高磁致伸縮耦合係數及/或高磁彈性耦合係數的磁性非晶合金或結晶材 料，舉例而言，由MetglasTM(Conway,South Carolina)製造之MetglasTM 2826 MB、2605SA1或2605S3A。在一些情況中，共振器130使用具有等於或大於10E-5之磁致伸縮耦合係數的電磁材料。共振器130可包括一或多個單一共振器件。共振器130依一頻率共振，該頻率主要取決於其之長度、磁偏場強度、材料密度及材料楊氏模數。雖然共振器130可經實體地設計成依一寬頻率範圍共振，但是希望將共振器130調諧至特殊頻率。舉例而言，一共振器130可經設計成依約25kHz至45kHz範圍中或約45kHz至75kHz範圍內之目標頻率共振。在一些實施例中，一共振器130可包括多個共振器件，其中每個共振器件係經設計以依類似的或不同的目標頻率共振。在此類實施例中，可使用每個目標頻率以編碼待監測之一環境變數。舉例而言，目標頻率可以4kHz的間隔分開，諸如，46kHz、50kHz、54kHz、58kHz、62kHz等。舉例而言，因為製造程序及/或共振器130中之材料之變動，所以所偵測之頻率通常自目標頻率在一範圍內變動。舉例而言，對於58kHz之一目標頻率，所偵測之頻率可在57kHz至59kHz範圍內。
間隔物120可包括一或多個介電材料。在一些實施例中，藉由一間隔物120使共振器130與磁性偏磁層110分開以允許共振器130自由移動。在一些情況中，間隔物120具有一適當厚度，使得間隔物120及磁性偏磁層110可一起提供共振器130約5厄司特(Oersted)至9厄司特之磁場偏磁強度。間隔物120之厚度之範圍可自2.54E-3cm(0.001吋)至6.35E-1cm(0.25吋)，舉例而言，1.52E- 1cm(0.06吋)。在一些情況中，間隔物120可主要係空氣。在一些其他情況中，間隔物可包括聚合物薄膜。間隔物120之其他實例可係非金屬材料(例如，聚碳酸酯(polycarbonate))。在一些組態中，間隔物120可係外殼之一整合部件。舉例而言，間隔物120可包括外殼之一支撐結構，以使共振器130與磁性偏磁層110分開。
在一些實施例中，預界定通道160可包括(一或多個)路徑及/或(一或多個)圖樣。在一些實施方案中，可經由機械及/或化學做法建構預界定通道160。舉例而言，用雷射蝕刻處理第一主共振器表面132以產生預界定通道160。在另一實例中，預界定通道160係來自第一主共振器表面132之凹部。在一些實施例中，可使用吸水或吸濕材料(諸如紙或細繩)以產生預界定通道160。在一些實施例中，吸濕材料(wicking material)在一預界定通道中黏附至第一主共振器表面132。在一些實例中，吸濕材料可依一特定圖樣或組態配置以准許或導引環境回應材料之流動。在一些實施例中，預界定通道可係含一微複製表面結構或一微複製毛細管結構之一聚合物薄膜。可用一黏著劑將用作為預界定通道之微複製薄膜黏附至共振器表面。微複製薄膜之一些實例描述於美國專利第5,716,681號及美國專利第5,771,328號中，該兩案全文皆以引用之方式併入本文。微複製通道之尖峰可具有例如10微米、400微米或更高之高度。
在一些情況中，第一主共振器表面132經處理以產生預界定通道160，以造成一優先流動圖樣。此可藉由在所選擇區域或依特定圖樣化學地處理或塗布共振器以沿一特殊路徑容許或阻止流動而 達成。舉例而言，用與環境回應材料相容或交互作用的材料塗布通道或圖樣將容許沿彼等區域之流動。作為另一實例，對於蠟形式之環境回應材料，可使預界定通道之表面為親油性以促進在通道中之流動。在另一實例中，可使用機械耐久性燒結塗層(諸如奈米二氧化矽)以化學地建立預界定通道160。塗層顆粒可自一水性分散液(aqueous dispersion)施加並接著藉由施加熱而燒結。亦可使用酸燒結方法以建立預界定通道160，如美國專利公開案第20110033694號中描述者，該案之全部內容皆以引用方式併入本文中。
在一些其他情況中，第一主共振器表面132經處理以產生預界定通道160以造成環境回應材料不太可能依某方式流動。在這些情況中，歸因於用相對於環境回應材料不相容的塗層之處理，在某些經處理區域中流動可能被抑制。舉例而言，可用抑制環境回應材料流動至邊緣之處理或塗層，繞著第一主共振器表面之周長來處理該表面。在一些實施例中，用兩種不同處理來處理第一主共振器表面，使得在某些經處理區域中容許流動且在其他區域中不容許流動。在一些實施例中，基於一給定感測器應用中對於親水性、疏水性、親油性或疏油性通道的特殊需要，來選擇化學處理或塗層。舉例而言，對於蠟形式之環境回應材料，可使表面為疏油性以抑制通道中或周長周圍之流動。
外殼150可使用剛性材料以提供用於共振器130共振或振動的充分空間。外殼150可係塑膠或任何其他非傳導材料。舉例而言，外殼可包括(一或多個)支撐結構或突出物以限制共振器130自 偏磁磁體110移動遠離太多，或減低共振器與外殼之間的摩擦或粘滯交互作用之可能性。外殼150可密封及緊固磁性偏磁層110、間隔物120及共振器130。可藉由例如黏著劑、熱密封、超音波焊接或類似者緊固外殼150。在一些情況中，間隔物120可係外殼150之支撐結構(例如，突出物)，該等支撐結構界定其中擱放各種組件之平面。外殼150可具有開口、(一或多個)通孔、孔洞或可滲透材料以允許共振器與外部環境交互作用。舉例而言，與共振器交互作用的環境元素包括空氣、水、蒸氣、液體、氣體、生物物質、化學物質、種胞(spores)或類似者。
圖1D係繪示環境變化後MMR感測器100之一實例之側視圖；而圖1E係圖1D中繪示之實例之俯視平面圖，其中蓋子已經掀開。環境變化接受器140已回應於環境變數之變化(諸如溫度升高)而變化其形式。如所繪示，環境變化接受器140沿附著至共振器130之第一主共振器表面132的預界定通道160散佈。共振器130之質量因為環境變化接受器140在共振器130上之此類設置而經變化。
對於一MMR感測器而言，操作原理係利用共振頻率之一變化，其係共振器之質量變化及/或共振器上之質量散佈的結果，舉例而言，材料黏結、材料移除、材料流動。通常，薄磁彈性條(即，共振器)係用於感測器建構中。縱向模式中第一階共振頻率f0在一自存(freestanding)條係： 其中L係共振器之長度，且參數E與ρ分別係感測器之有效楊氏模數及質量密度。
當厚度及寬度係相當的且大幅小於長度，則磁彈性條係被視為處於一平面應變狀態中。在此類情況中，該平面應變楊氏模數可表達為： 其中v係材料之泊松比(Poisson’s ratio)。
對於纖細的自存條，應使用平面應力或雙軸模數將自然頻率關係修改為：
於是，第一階頻率係：
假設有一實心的連續質量經均勻地放置在磁彈性條之表面上，則共振頻率之變化係近似為： 其中△f、△E及△m分別係歸因於材料沉積的共振頻率、有效楊氏模數及共振器質量之變化。
在物理學及力學中，質量散佈係在一實心體內之質量的空間散佈。當質量係連續地設置在共振器表面上(例如作為一均勻薄膜塗層時)，該質量被視為在磁力系統中散佈之質量。對於含均勻散佈質量之磁彈性條的第一階穩定縱向振動，磁彈性條之振動可假設為： 分別地，其中u(x,t)係在位置x處之位移而t係時間變數。假設原點位在磁彈性條之長軸線之中心處，1係磁彈性條條長度L之一半，A(t)係假設在特定時間t時的振動振幅變數。中心係穩定節點且兩個末端具有最大振動振幅。於是，歸因於均勻散佈之質量的動能Td係：
其中Mo係初始條質量(strip mass)：M 0=ρsL=2ρsl (11)
理論上，集中之質量被視為點質量(point mass)。圖2A係一共振器之一示意實體模型。寬度及厚度之橫向尺寸之尺寸相對小 於縱向尺寸，舉例而言，寬度係長度的1/5。縱向長度係L。長度l係縱向長度L之一半。共振器之中心係一振動節點且係假設為縱軸中之原點O。為了闡釋關於感測器回應上的集中之質量之效應，假設一集中之質量Mc定位在位於相距於原點O之距離為lc之位置的感測器表面上。
在實際實施方案中，集中之質量係質量之一集合或聚集，其中質量之尺寸係顯著小於共振器表面。舉例而言，集中之質量係附著至一生物偵測系統中之共振器的小量生物細胞。當集中之質量附著至共振器時，獲得下列方程式： 其中M c 係環境回應材料之集中質量，而l c 係集中之質量在共振器130上之位置。在圖2B中展示歸因於設置在沿縱軸線之不同位置處的集中之質量所致之頻率移位。頻率移位係隨定位在感測器之末端側處的集中之質量Mc之頻率移位按比例調整。如所繪示，頻率移位與集中之質量的位置相關。集中之質量的位置(離中心的距離)係隨共振器之長度按比例調整，而距離0及1分別表示定位在中心及遠末端處的集中之質量。
如圖2B中所繪示，當集中之質量移動遠離共振器之中心時，頻率之較大移位顯而易見。當停滯節點處無運動(或零動能)時，自中心朝向一共振器之末端移動之位置的動能可用性越來越高。 因此，一給定集中之質量附著至共振器末端可對共振器之頻率回應具有更多影響力。
對於散佈之質量沉積(諸如自中心流動之材料)，假設流動期間的恆定材料密度，有效沉積質量係： 其中lt、ρ2及S2分別係流動質量之流動距離、質量密度及剖面面積。基於假設質量沿縱向方向均勻流動來計算有效沉積質量。如果集中之質量係設置在感測器之中心處，則頻率移位不顯著。然而，在質量流動至感測器之末端時發生相對大的頻率移位。
Mt-有效=0，當lt=0； (14a)
Mt-有效=ρ2S2l，當lt=1 (14b)
對於散佈之質量沉積，頻率移位係：
對於散佈之質量沉積，圖2C中展示歸因於質量流動的頻率移位。流動距離係隨感測器長度按比例調整，而流動距離0表示在感測器中心處之質量。當質量流動至感測器末端時，流動距離係l。頻率移位係隨抵達感測器之末端側的流動質量之頻率移位按比例調整。頻率移位係與初始頻率、流動質量密度、塗層厚度及流動距離直接相關。
根據這些原理，不僅增加或減去質量會使共振器共振頻率變化，而且使質量散佈變化亦會使頻率變化。自中心至共振器之(一或多個)末端重新散佈質量會減小共振頻率；相反地，自共振器之(一或多個)末端至中心移位質量會增大共振頻率。
圖3A係一MMR感測器200之一項實施例之側視圖。圖3B係MMR感測器200之俯視平面圖，其中蓋子已經掀開；而圖3C係MMR感測器200之分解圖。在所繪示之實施例中，感測器200包括一磁性偏磁層210、一間隔物220、一共振器230、一環境變化接受器240及一可選用外殼250。磁性偏磁層210、間隔物220、共振器230及環境變化接受器240係納含在外殼250中。磁性偏磁層210、間隔物220、共振器230及環境變化接受器240可具有如圖1A至圖1C中所繪示之相對應組件之相同的或類似的組成物。
磁性偏磁層210具有一第一磁性表面212及一對立第二磁性表面214。間隔物220係設置在磁性偏磁層210與共振器230之間。間隔物220具有一第一間隔物表面222及一對立第二間隔物表面224。第二間隔物表面224係相鄰於第一磁性表面212。共振器230具有一第一共振器主表面232及一對立第二共振器主表面234。第二共振器主表面234面朝至第一磁性表面212。如所繪示，環境變化接受器240係設置成鄰近於第一主共振器表面之一邊緣。典型地，環境變化接受器240可回應於環境變化(諸如水流動或氣體流動)而改變其體積或設置。在一些情況中，第一共振器表面212可具有一預界定通 道(圖中未展示)，該預界定通道允許環境變化接受器240回應於環境變化而沿該預界定通道之至少部分流動。
圖3D係繪示環境變化後MMR感測器200之一實例之側視圖。環境變化接受器240回應於環境變數之變化(諸如經受一洗滌循環)而減小其體積。共振器230之質量因為在共振器230上之環境變化接受器240之體積減小而經變化。
圖4A至圖4F繪示共振器400上之預界定通道之一些實例。圖4A繪示橢圓形形狀之一預界定通道410A。圖4B繪示一預界定通道410B，其具有橢圓形形狀之一中心部分430B及兩個末端部分420B，以及介於中心部分430B與末端部分420B之間之路徑425B。末端部分420B之寬度係相似於路徑425B之寬度。圖4B繪示一預界定通道410C，其具有橢圓形形狀之一中心部分430C、兩個末端部分420C，及介於中心部分430C與末端部分420C之間之路徑425C。末端部分420C係一三角形形狀，其朝向末端愈來愈寬。
圖4D繪示一預界定通道410D，其具有兩個末端部分420D，每個末端部分為一矩形形狀。圖4E繪示一預界定通道410E，其具有一中心部分430E、兩個末端部分420E、及介於中心部分430E與末端部分420E之間之路徑425E。末端部分420E之寬度寬於路徑425E之寬度。圖4F繪示一預界定通道410F，其具有一中心部分430F、兩個末端部分420F、及介於中心部分430F與末端部分420F之間之路徑425F。末端部分420F係一三角形形狀，其朝向末端愈來愈寬。
圖5A至圖5G繪示環境變化期間及環境變化後一共振器500上之通道組態及質量散佈之一些實例。圖5A繪示一通道5l0A，其具有一中心部分530A、兩個末端部分520A及連接中心部分530A與末端部分520A之路徑525A。末端部分520A係一大致上矩形形狀。環境變化接受器540A係設置在末端部分520A兩者處且回應於(一或多個)環境變化而沿路徑525A朝向中心部分530A散佈。
圖5B繪示一通道510B，其具有一中心部分530B、兩個末端部分520B及連接中心部分530B與末端部分520B之路徑525B。末端部分520B係一大致上矩形形狀。路徑525B愈接近末端部分520B而逐漸愈寬。環境變化接受器540B係設置在末端部分520B兩者處且回應於(一或多個)環境變化而沿路徑525B朝向中心部分530B散佈。圖5C繪示一通道510C，其具有一中心部分530C、兩個末端部分520C及連接中心部分530C與末端部分520C之路徑525C。中心部分530C係一大致上橢圓形形狀。末端部分520C及路徑525C具有一相同寬度。環境變化接受器540C係設置在中心部分530C處且回應於(一或多個)環境變化而沿路徑525C朝向末端部分520C散佈。
圖5D繪示一通道510D，其具有一中心部分530D、兩個末端部分520D及連接中心部分530D與末端部分520D之路徑525D。中心部分530D係一大致上圓形形狀。末端部分520D係一大致上矩形形狀。環境變化接受器540D係設置在中心部分530D處且回應於(一或多個)環境變化而沿路徑525D朝向末端部分520D散佈。
圖5E繪示一通道510E，其具有一中心部分530E、兩個末端部分520E及連接中心部分530E與末端部分520E之路徑524E。中心部分530E係大致上橢圓形形狀。末端部分520E係一三角形形狀，其愈接近邊緣愈寬。環境變化接受器540E係設置在末端部分520E處且回應於(一或多個)環境變化而沿路徑524E朝向中心部分530E散佈。
圖5F繪示一通道510F，其具有一中心部分530F、兩個末端部分520F及連接中心部分530F與末端部分520F之路徑525F。中心部分530F係一大致上橢圓形形狀。末端部分520F係一三角形形狀，其愈接近邊緣愈寬。環境變化接受器540F係設置在中心部分530F處且回應於(一或多個)環境變化而沿路徑525F朝向末端部分520F散佈。
圖5G繪示一通道510G，其具有一中心部分530G、一個末端部分520G、一個末端部分521G、連接中心部分530G與末端部分520G之一流動親和(flow-philic)路徑525G，及連接中心部分530G與末端部分521G之一流動排斥(flow-phobic)路徑527G。中心部分530G係一大致上橢圓形形狀。環境變化接受器540G係設置在中心部分530G處且沿路徑525G朝向末端部分520G散佈，但未沿路徑527G散佈。
圖6A至圖6D繪示一共振器550上之預設置之環境變化接受器之一些實例，該環境變化接受器之性質係通常在與流體交互作用時經變化。在一些實施例中，環境變化接受器之重量回應於環境 變化而經減小。舉例而言，當感測器係設置在一洗滌器中時，環境變化接受器之至少部分被洗除。在一些其他實施例中，環境變化接受器吸收流體且重量係回應於環境變化而經增大。舉例而言，環境變化接受器吸收氣體及/或液體並且變得更重。圖6A展示環境變化接受器560A，其包括兩個接受器元件，每個元件係設置成鄰近於共振器550之一邊緣。圖6B展示環境變化接受器560B，其包括設置成鄰近於共振器550之一側的一個接受器元件。圖6C展示環境變化接受器560C，其包括兩個接受器部件，每個部件係設置成鄰近於共振器550之一邊緣。接受器560C之每個部件包括點圖樣散佈之接受器元件。圖6D展示環境變化接受器560D，其包括兩個部件，每個部件係設置成鄰近於共振器550之一邊緣。接受器560D之每個部件包括一線圖樣散佈之接受器元件。
圖7A繪示一MMR感測器650A之一項實施例之剖面圖。在所繪示之實施例中，感測器650A包括一磁性偏磁層660A、一間隔物670A、一共振器680A及一可選用外殼690A。磁性偏磁層660A，間隔物670A及共振器680A係設置在外殼690A中。磁性偏磁層660A，間隔物670A及共振器680A可具有如圖1A至圖1C中所繪示之相對應組件之相同的或類似的組成物。磁性偏磁層660A具有一第一磁性表面662A及一對立第二磁性表面664A。間隔物670A係設置在磁性偏磁層660A與共振器680A之間。共振器680A具有一第一共振器主表面682A及一對立第二共振器主表面684A。第二共振器主表面684A面朝第一磁性表面662A。在所繪示之實施例中，間隔物 670A包括一環境變化接受器675A，環境變化接受器675A經組態以在其吸收流體時迅速膨脹。在一些實施例中，環境變化接受器675A可包括一多孔材料，諸如一天然或合成海棉、吸水凝膠或超吸水性聚合物，或類似者。海棉可由纖維素、聚酯或其他聚合物製成。舉例而言，超吸水性聚合物可包括聚丙烯酸酯/聚丙烯醯胺共聚物、聚乙烯醇共聚物。圖7B繪示MMR感測器650A與流體交互作用後之一實例之剖面圖。間隔物670A之厚度增大後，共振器680A被阻尼且其共振頻率經移位或壓制(extinguished)。
圖7C繪示一MMR感測器650C之另一實施例之剖面圖。在所繪示之實施例中，感測器650C包括一磁性偏磁層660C、一間隔物670C、一共振器680C及一可選用外殼690C。磁性偏磁層660C、間隔物670C及共振器680C係納含在外殼690C中。在此組態中，間隔物670C包括兩個部件：間隔物670C之一個部件671C係設置在磁性偏磁層660C與共振器680C之間且另一部件672C係設置在共振器680C與外殼690C之間。磁性偏磁層660C、間隔物670C及共振器680C可具有如圖1A至圖1C中所繪示之相對應組件之相同的或類似的組成物。磁性偏磁層660C具有一第一磁性表面662C及一對立第二磁性表面664C。共振器680C具有一第一共振器主表面682C及一對立第二共振器主表面684C。第二共振器主表面684C面朝第一磁性表面662C。在所繪示之實施例中，間隔物部件672C包括一環境變化接受器675C，環境變化接受器675C經組態以在其吸收流體時迅速膨脹。在一些實施例中，環境變化接受器675C可包括一多孔材 料，或類似者。海棉可由纖維素、聚酯或其他聚合物製成。舉例而言，超吸水性聚合物可包括聚丙烯酸酯/聚丙烯醯胺共聚物、聚乙烯醇共聚物。圖7D繪示與流體交互作用後MMR感測器650C之一實例之剖面圖。間隔物670C之厚度增大後，共振器680C被阻尼且其共振頻率經移位或壓制。
圖8A至圖8H繪示含不同外殼建構之MMR感測器800之一些實例。圖8A係一MMR感測器800之一項實施例之剖面圖，而圖8B係在圖8A中繪示之MMR感測器800之俯視圖，其中蓋子已經掀開。MMR感測器800包括一外殼850、一磁性偏磁層810、一間隔物820、一共振器830。外殼850包括一殼體855及一蓋子860。蓋子可具有開口862以允許共振器與環境元素交互作用，如在圖8G中繪示之外殼之一實例。開口862可具有任何形狀，舉例而言，矩形、橢圓形、圓形、波浪形、不規則形狀或類似者。
圖8C係一MMR感測器800之一項實施例之剖面圖，而圖8D係在圖8C中繪示之MMR感測器800之俯視圖，其中已掀開蓋子。在所繪示之實施例中，外殼850包括：尖頭狀支撐結構843以支撐共振器830；及尖端結構840，以建立外殼850與共振器830間的空間，以減小外殼850與共振器830之間的交互作用。蓋子860亦可具有尖端結構以支撐或侷限共振器830，以減小外殼850與共振器830之間之交互作用。外殼850可包括兩個分開之腔室852及854。磁性偏磁層810係設置在腔室852中，且共振器830係設置在腔室 854中。在一些情況中，腔室854具有開口以允許共振器830與環境元素交互作用。
圖8E係一MMR感測器800之一項實施例之剖面圖，而圖8F係在圖8E中繪示之MMR感測器800之俯視平面圖，其中蓋子已經掀開。在所繪示之實施例中，外殼850包括支撐結構844以支撐共振器830。外殼850可包括兩個分開之腔室852及854。磁性偏磁層810係設置在腔室852中，且共振器830係設置在腔室854中。在一些情況中，腔室854具有開口以允許共振器830與環境元素交互作用。
在一些實施例中，如圖8H中所繪示，MMR感測器800可具有一個以上共振器830及832以及一個磁性偏磁層810。外殼850可包括兩個分開之腔室852及854。磁性偏磁層810及具有一間隔物(未繪示)共振器832係設置在腔室852中且共振器830係設置在腔室854中。在一些情況中，腔室854具有開口以允許共振器830與環境元素交互作用。在一些情況中，共振器832可運作為一控制件，其共振頻率在測量環境變化之過程期間將不會變化。
圖9A繪示一種使用一或多個MMR感測器之感測系統600之一項實施例。在所繪示之實施例如中，感測系統600包括待設置在一環境620中之一MMR感測器610。環境620可係一圍封環境(例如，洗滌器、滅菌器等)或一開放環境(例如、土壤、水、空氣等)。MMR感測器610可係本揭露中描述之MMR感測器之任意者。感測系統600包括一讀取器630。讀取器630經組態以測量MMR感 測器610之頻率特性。在一些情況中，讀取器630進行在一環境變數已變化後的MMR感測器610之頻率特性之一項測量。讀取器630或一些其他運算裝置可基於頻率測量來判定環境變數是否已變化高於一預定臨限值或低於該預定臨限值。在一些其他情況中，讀取器630可測量在環境變數已變化前的MMR感測器之一變化前頻率特性及測量在環境變數已變化後的MMR感測器之一變化後頻率特性。在此類情況中，讀取器630或一些其他運算裝置可基於變化前頻率特性及變化後頻率特性之頻率測量來判定環境變數是否已變化高於一預定臨限值或低於該預定臨限值。
在一些實施例中，讀取器630包括電磁激發電路控制，其產生且發射電磁波以激發MMR感測器610。此激發提供電力至MMR感測器610，而該電力轉換且儲存為振盪運動，其中所儲存之能源在動能與電位能之間循環變化。當移除激發時，MMR感測器610依運動、輻射聲波及電磁能源之形式耗散所儲存之能源，以藉由讀取器630而被偵測。在一些實施例中，讀取器630可測量MMR感測器之一連串頻率特性，以監測環境變數之變化。在一些情況中，讀取器630經組態以判定其中共振器回應處於最大值之頻率。
在一些實施例中，讀取器630係可掃掠(sweep)一頻率範圍之一振盪器，及用以當供能給感測器時以聲波方式偵測感測器之回應的一麥克風。當供能之頻率匹配共振頻率時，感測器回應將係一最大值，進而允許測量歸因於環境變數中之變化的任何共振頻率移位。
使頻率之變化與MMR感測器參數之變化相關的任何前述方程式可經重新配置以計算隨頻率變化而變化的感測器參數變化。舉例而言，方程式(5)可重新配置為：
在一些實施例中，讀取器經設計成用以在一些環境變化已發生前後掃掠一定頻率範圍以判定MMR感測器之共振頻率，且因此測量歸因於感測器參數之變化所致的相對頻率移位。繼而，透過某物理程序(舉例而言，諸如感測器上之蠟丸的熔化及流動(沿一受控制通道))，使感測器參數(例如，質量散佈之變化)與環境變化相關。
讀取器630可使用數種偵測方法。舉例而言，讀取器630可包括一阻抗分析器。在掃掠頻率移動朝向MMR感測器610共振頻率時，MMR感測器610磁導率增大，此時MMR感測器610之阻抗增大，並且在掃掠頻率處於共振頻率時，MMR感測器610之阻抗處於最大值。舉另一實例而言，讀取器630可包括一頻譜分析器(例如，一超音波麥克風等)，而MMR感測器之共振移動可被偵測為聲波(舉例而言，在30kHz至100kHz範圍中)。舉再另一實例，讀取器630可包括一運動偵測裝置以觀察感測器位移。在一些情況中，讀取器630可測量MMR感測器之共振信號衰減(環降(ring-down))至一預定位準的時間(T)之持續時間，如圖10中所繪示。
圖9B至圖9D繪示使用設置在一容器中之一或多個MMR感測器之一感測系統600的另一實施例。MMR感測器610B係設置在一容器640(舉例而言，一消毒容器)中。MMR感測器610B可係本揭露中描述之MMR感測器之任意者。舉如圖9C中所繪示之一實例，在一消毒程序期間，使用容器640以圍封一或多個手術或醫療儀器9110。亦可使用容器640以固持待於一醫療程序中使用前消毒的任何其他物品、流體等。用於建構消毒容器之材料通常係金屬或金屬合金，然而，可利用可於消毒程序保全的任何材料來建構容器640。材料可係剛性或撓性。在一些實施例中，容器材料係允許頻率之電磁波之至少部分通過的材料。由傳導材料(諸如鋁)製成之容器充當電磁波屏蔽，但是屏蔽不完美。在本揭露所關注之頻率(舉例而言，約50kHz)，及由鋁製成之容器(電阻率ρ=2.6548μΩ‧cm，相對磁導率μr=1.000022)，集膚深度係δ=366.73μm。透過一容器壁(舉例而言，壁厚度d=2mm)之衰減係e-d/δ=4.28×10-3。此衰減程度允許充分透射電磁波以激發MMR感測器之共振。在一些實施例中，槽或孔洞或其他開口可被切割穿過容器640之壁，以允許透射電磁波進出容器640。容器640可為適合圍封其內含物之任何形狀及大小。在一些實施例中，如果歸因於材料之組成物或材料之厚度或其他原因而使材料對電磁波非係可導磁(permeable)，則槽或孔洞或其他開口可被切割穿過容器640之壁，以允許透射電磁波進出容器640。容器640可為適合圍封其內含物之任何形狀及大小。
圖9C係處於開放組態之一容器640之視圖，在容器640中置放一MMR感測器610B及一些手術儀器9110。在一些實施例中，一或多個MMR感測器可置放在容器640內側之任何位置。一個以上MMR感測器可置放在相同消毒容器之內側。本文所述的任何MMR感測器可設置在容器640內側。在使用一個以上之MMR感測器的情況中，該等MMR感測器可屬於相同或不同建構。
圖9D繪示一種含設置在一環境620內之一或多個容器640之一感測系統600。每個容器640可具有一或多個MMR感測器610B。感測系統600包括一讀取器630，如上文描述。舉一實例，讀取器630可係一頻率分析器。
圖11A繪示一MMR感測系統之一項實施例之流程圖。第一，一MMR感測器係設置在環境中(步驟710)。MMR感測器可係本文所述的MMR感測器之任意者。接著，一MMR讀取器測量一環境變數已變化後的MMR感測器之一頻率特性(步驟720)。系統基於所測量之頻率特性來評估環境變數之變化(步驟730)。
圖11B繪示用於監測一消毒程序之有效性之一MMR感測系統之一項實施例之流程圖。將一或多個MMR感測器設置在一消毒容器內側(步驟1110)。本文所述的任何MMR感測器可設置在消毒容器內側，且可置放一個以上之MMR感測器於相同的消毒容器中。在使用一個以上之MMR感測器的情況中，該等MMR感測器可屬於相同或不同建構。可選用地，一讀取器測量MMR感測器之共振頻率且此測量可充當基線共振頻率(步驟1120)。可用處於封閉或開 放組態的消毒容器來執行步驟1120。在MMR感測器之基線共振頻率為已知的情況中，舉例而言，可忽略步驟1120。然而，執行步驟1120確認一MMR感測器係實際上置放在消毒容器內側。接著，使消毒容器連同其內容物通過一消毒程序(步驟1130)。消毒程序後，一讀取器測量MMR感測器之共振頻率(步驟1140)。可用處於封閉或開放組態的消毒容器來執行步驟1140。接著，比較基線共振頻率與消毒後之MMR感測器之共振頻率(步驟1140)。在一些實施例中，可使用超過一臨限值的消毒程序後之共振頻率之變化來指示消毒程序為有效。
實例 實例1 MMR感測器總成-圖樣化之吸濕細繩
參考圖1A及修改環境變化接受器140位置，依下列方式組裝MMR感測器100。藉由使用一物理技術在共振器130之第一共振器表面132上建立一通道160。使用獲自Excell Mills,Inc.(Mount Holly,NC)之一3.5cm(1.4吋)長度、4.7E-2cm(1.9E-2吋)直徑的吸濕細繩來建立通道160。依圖4B中描述之圖樣，藉由來自3M Company(St Paul,MN)之Scotch 467MP黏著劑將吸濕細繩黏附至第一共振器主表面132之長軸線。對於共振器130，選擇獲自Metglas®(Conway,South Carolina)之一Metglas® 2826MB Magnetic Alloy，其尺寸為3.7cm(1.5吋)×6.2E-1cm(2.4E-1吋)×3.0E-3 mm(1.2E-3吋)。間隔物120(尺寸3.7cm(1.5吋)×6.2E-1cm(2.4E-1吋)×1.0E-2cm(3.9E-3吋))係由獲自Plastics International(Eden Prairie,MN)之丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)所建構。獲自Arnold Engineering Company(Marengo,Illinois)之市售之ArnoKromeTM III之磁性偏磁層110(尺寸×2.77cm(1.09吋)×6.0E-1cm(2.4E-1吋)×6.0E-3cm(2.4E-3吋))接收間隔物120。囊封磁性偏磁層110、間隔物120及共振器130等三層之一外殼150係由獲自Plastics International(Eden Prairie,MN)之丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)所建構。環境變化接受器140包含獲自Langley/Empire Candle LLC(Kansas City,KS)之蠟。環境變化接受器140係質量5.0mg之實心丸形式。
比較性實例1及實例2 MMR感測器-圖樣化之吸濕細繩
藉由型號4294A Precision Impedance Analyzer裝置連同型號16047連接器配件(兩者皆獲自Agilent(Santa Clara,CA))測量實例1中組裝之MMR感測器的共振頻率。裝置已由Agilent於2013年11月15日校準。建構一自訂MMR激發/偵測線圈總成，其包含繞一高介電聚氯乙烯(PVC)管之漆包線的緊密繞組。該管經建構具有一槽以接收一MMR感測器。繞2.2cm(7.9E-1吋)直徑介電管捲繞#24規格之漆包線100匝，其中繞組之長度係5.7cm(2.2吋)且所測量之電感係70.6uH。線圈連接至16047連接器配件之HIGH(高) 及LOW(低)埠，並且MMR感測器係置放於自訂線圈總成中。自57.3kHz至59.3kHz掃掠之2mA振盪電流測量MMR感測器之電阻性阻抗(real impedance)及電抗性阻抗(reactive impedance)分量。測量共振頻率(E2)並與基線(CE1)相比較。表1提供MMR感測器當經受環境變化時之頻率移位的概述。
實例3 MMR感測器總成-圖樣化之吸濕紙
參考圖1A及修改環境變化接受器140位置，依下列方式組裝MMR感測器100。藉由使用一物理技術在共振器130之第一共振器表面132上建立一通道160。使用多件3.7cm(1.5吋)×3.6E-1至4.1E-1cm(1.4E-1至1.6E-1吋)×2.0E-2cm(7.9E-3吋)Nexcare First Aid Gentile Paper Tape(獲自3M Company(St.Paul,MN))以建立通道160。依圖4B中描述之圖樣，將吸濕紙黏附至第一共振器主表面132之長軸線。對於共振器130，選擇獲自Metglas®(Conway,South Carolina)之一MetglasTM 2826MB磁性合金，其尺寸為3.7cm(1.5吋)×6.2E-1cm(2.4E-1吋)×3.0E-3cm(1.2E-3吋)。間隔物120(尺寸3.7cm(1.5吋)×6.2E-1cm(2.4E-1吋)× 1.0E-2cm(3.9E-3吋))係由獲自Plastics International(Eden Prairie,MN)之丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)所建構。獲自Arnold Engineering Company(Marengo,Illinois)之市售之ArnoKromeTM III之磁性偏磁層110(尺寸×2.77cm(1.09吋)×6.0E-1cm(2.4E-1吋)×6.0E-3cm(2.4E-3吋))接收間隔物120。囊封磁性偏磁層110、間隔物120及共振器130等三層之一外殼150係由獲自Plastics International(Eden Prairie,MN)之丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)所建構。環境變化接受器140包含獲自Langley/Empire Candle LLC(Kansas City,KS)之蠟。環境變化接受器140係一實心丸形式且質量範圍自3.0至7.0mg。
比較性實例2至3及實例4至5 MMR感測器-圖樣化之吸濕紙
藉由型號4294A Precision Impedance Analyzer裝置連同型號16047連接器配件(兩者皆獲自Agilent(Santa Clara,CA))測量實例3中組裝之MMR感測器之共振頻率。裝置已由Agilent於2013年11月15日校準。建構一自訂MMR激發/偵測線圈總成，其包含繞一高介電聚氯乙烯(PVC)管之漆包線的緊密繞組。該管經建構具有一槽以接收一MMR感測器。繞2.2cm(7.9E-1吋)直徑介電管捲繞#24規格之漆包線100匝，其中繞組之長度係5.7cm(2.2吋)且所測量之電感係70.6uH。線圈連接至16047連接器配件之HIGH(高)及LOW(低)埠，並且MMR感測器係置放於自訂線圈總成中。自45kHz至55kHz掃掠之2mA振盪電流測量MMR感測器之電阻性阻 抗及電抗性阻抗分量。測量共振頻率(E4及E5)且與共振器及所黏附膠帶(adhered tape)之兩個基線(CE2及CE3)相比較。表2提供MMR感測器當經受環境變化時之頻率移位的概述。
實例6 MMR感測器總成-數位洗滌
參考圖1A及修改環境變化接受器140位置，依下列方式組裝MMR感測器100。共振器130(尺寸3.7cm(1.5吋)×6.2E-1cm(2.4E-1吋)×3.0E-3cm(1.2E-3吋))市售之Metglas® 2826 Magnetic Alloy(Conway,South Carolina)。間隔物120(尺寸3.7cm(1.5吋)×6.2E-1cm(2.4E-1吋)×1.0E-2cm(3.9E-3吋))係由獲自Plastics International(Eden Prairie,MN)之丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)所建構。獲自Arnold Engineering Company(Marengo,Illinois)之市售之ArnoKromeTM III之磁性偏磁層110(尺寸×2.77cm(1.09吋)×6.0E-1cm(2.4E-1吋)×6.0E-3cm(2.4E-3吋))接收間隔物120。囊封磁性偏磁層110、間隔物120及共振器130等三層之一外殼150係由獲自Plastics International(Eden Prairie,MN)之 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)所建構。環境變化接受器140包含3M Company(Saint Paul,MN)市售之3M Soil，其為質量範圍自3.0至32mg之實心丸形式。依圖4D中描述之圖樣，將環境變化接受器140黏附至第一共振器主表面132之長軸線。
比較性實例4及實例7至9 MMR感測器-數位洗滌
如實例6中描述所組裝之額外MMR感測器係藉由獲自Analog Devices(Norwood,MA)之來自Analog Devices裝置之阻抗分析器評估板AD5933EBZ以及線繞線圈來測量，以記錄基線共振頻率。繞2.2cm(7.9E-1吋)直徑PVC介電管捲繞#24規格之漆包線100匝，其中繞組之長度係4.0cm且所測量之電感係156.0uH。由3M Company(Saint Paul,MN)供應之各種質量3M Soil經沉積且乾燥在共振器之末端上(圖8A及圖8B)。MMR感測器置放在裝水的燒杯中，該燒杯在含一磁攪拌器之加熱板上。自腔室移除MMR感測器且測量MMR感測器之共振頻率(E10至E12)，並與基線(CE4)相比較。表3表示基線及所測量之共振頻率。成功之共振頻率移位導致成功偵測儀器數位洗滌。圖12A係不含3M Soil的阻抗對頻率之一基線表示(CE4)。圖12B繪示(E7)3M Soil存在於該共振器之一個末端上的一共振器之阻抗對頻率回應。圖12C繪示(E8)3M Soil存在於該共振器之兩個末端上的一共振器之阻抗對頻率回應。圖12D繪示(E9)3M Soil完全施加至該共振器之表面的一共振器之阻抗對頻率回應。
實例10 MMR感測器總成-消毒
參考圖1A及修改環境變化接受器140位置，依下列方式組裝MMR感測器100。藉由使用機械耐久性燒結之奈米二氧化矽塗層，將一通道160化學地塗布至共振器130之第一共振器表面132上。奈米二氧化矽顆粒可自一分散液施加且接著藉由施加熱而燒結。2.7cm(1.1吋)×3.0E-1cm(1.2E-1吋)之一通道圖樣形成在共振器130(尺寸3.7cm(1.5吋)×6.2E-1cm(2.4E-1吋)×3.0E-3cm(1.2E-3吋))上，共振器130係市售之Metglas® 2826 Magnetic Alloy(Conway,South Carolina)。依圖4B中描述之圖樣，將塗層黏附至第一共振器主表面132之長軸線。間隔物120(尺寸3.7cm(1.5吋)×6.2E-1cm(2.4E-1吋)×1.0E-2cm(3.9E-3吋))係由獲自Plastics International(Eden Prairie,MN)之丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)所建構。獲自Arnold Engineering Company(Marengo,Illinois)之市售之ArnoKromeTM III之磁性偏磁層110(尺寸×2.77cm(1.09吋)×6.0E-1cm(2.4E-1吋)×6.0E-3cm(2.4E-3吋))接收間隔物 120。囊封磁性偏磁層110、間隔物120及共振器130等三層之一外殼150係由獲自Plastics International(Eden Prairie,MN)之丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)所建構。環境變化接受器140包含來自Sigma-Aldrich Co.LLC(St.Louis,MO)之市售的聚乙烯-共-丙烯酸(PEAA)，其為質量範圍自6.0至12mg之珠粒形式。
比較性實例5及實例11至13 MMR感測器-消毒
藉由型號4294A Precision Impedance Analyzer裝置連同型號16047連接器配件(兩者皆獲自Agilent(Santa Clara,CA))測量實例10中組裝之MMR感測器的共振頻率。裝置已由Agilent於2013年11月15日校準。建構一自訂MMR激發/偵測線圈總成，其包含繞一高介電聚氯乙烯(PVC)管之漆包線的緊密繞組。該管經建構具有一槽以接收一MMR感測器。繞2.2cm(7.9E-1吋)直徑介電管捲繞#24規格之漆包線100匝，其中繞組之長度係5.7cm(2.2吋)且所測量之電感係70.6uH。線圈連接至16047連接器配件之HIGH(高)及LOW(低)埠，並且MMR感測器係置放於自訂線圈總成中。自57.3kHz至59.3kHz掃掠之2mA振盪電流測量MMR感測器之電阻性阻抗及電抗性阻抗分量。表4提供MMR感測器當經受環境變化時之頻率移位的概述。成功之共振頻率移位導致成功偵測儀器消毒。圖13A係不含環境變化接受器之一感測器之阻抗對頻率之一基線表示(CE5)。圖13B繪示(E11)PEAA存在於該共振器之中心處的一共振器 之阻抗對頻率回應。圖13C及圖13D繪示(E12及E13)PEAA置放在該共振器之末端上的一共振器之阻抗對頻率回應。
MMR感測器係置放在獲自Getinge Group(Rochester,NY)之Getinge Steam Sterilizer(型號666AC1)中，並且用室內蒸汽循環五次至130℃。測量共振頻率(E14)且與基線(CE6)相比較。表5以消毒前(CE6)PEAA環境變化接受器質量位在中心處及消毒後共振器之回應(E14)，提供MMR感測器頻率移位的概述。因PEAA沿一預界定路徑自中心至末端流出，記錄到1.4kHz頻率移位。
實例15 MMR感測器-潤溼度偵測
如實例10中描述所組裝之額外MMR感測器係藉由獲自Analog Devices(Norwood,MA)之來自Analog Devices裝置之阻抗分析器評估板AD5933EBZ以及線繞線圈來測量，以記錄基線共振頻率。繞2.2cm(7.9E-1吋)直徑PVC介電管捲繞#24規格之漆包線100匝，其中繞組之長度係4.0cm(1.6吋)且所測量之電感係156.0uH。使用圖7A之雙腔室封裝設計，其含在可移除塑膠蓋子中之兩組通氣槽。偏磁磁體被膠合至底部腔室之頂部，並且用以指示存在之Metglas® 2826MB第二共振器經置放以在底部腔室中自由振盪，且用永久薄膜密封密封腔室。在頂部腔室中，可膨脹的3M Scotch-BriteTM Greener Clean可生物分解膨脹軟海棉係置放在腔室中，並且Metglas® 2826MB共振器係置放在海棉之頂部。如在圖14A中所展示之阻抗對頻率關係，測量基線頻率fdry。接著使用Tuberkulin注射器以施加0.05ml水至每組通孔。施加0.1ml水後，針對共振頻率移位執行一第二測量。在圖14A及圖14B中的Fpresence表示共振頻率移位。
實例16 MMR感測器總成-氣體偵測
根據圖1A與環境變化接受器140位置的修改來組裝能夠偵測天然氣之一MMR感測器。在所繪示之實施例中，MMR感測器包括獲自Arnold Engineering Company(Marengo,Illinois)之一ArnoKromeTM III磁性偏磁層110、一間隔物120、一共振器130、一 環境變化接受器140及一可選用外殼150。共振器130係來自Vacuumschmelze GMBH(Hanau,Germany)之Vitrovac 4613磁性合金。環境變化接受器140係來自UOP LLC(Des Plaines,IL)之Zeolite HiSiv 3000粉末，其藉由來自3M Company(St Paul,MN)之Scotch 467MP黏著劑貼附至共振器。依圖4D中描述之圖樣，將環境變化接受器黏附至第一共振器主表面132之長軸線。磁性偏磁層110係3.9cm(1.5吋)×1.2cm(4.7E-1吋)×6.0E-3cm(2.3E-3吋)，間隔物120係3.9cm(1.5吋)×1.2cm(4.7E-1吋)×2.0E-1cm(7.9E-2吋)，及共振器130係4.4cm(1.7吋)×1.2cm(4.7E-1吋)×2.5E-3cm(9.8E-4吋)。
MMR感測器係置放在一100匝、5.3cm(2.1吋)柱形螺旋管(其藉由來自Analog Devices(Norwood,MA)之阻抗分析器評估板AD5933EBZ來驅動)中。共振可定義為其中阻抗係最大值之頻率，或替代地，其中阻抗之相位通過零之頻率。接著MMR感測器及測量螺線管係置放在天然氣可流動通過之腔室內側。圖15表示腔室係透過下列各種條件循環時的阻抗對頻率：(1)開放至實驗室周圍(約20℃及30%相對濕度)；(2)封閉並含恆定流動之100%天然氣；及(3)再次開放至實驗室周圍。資料證明MMR感測器可逆地回應於浸入天然氣中且共振頻率移位係50Hz。
實例17 MMR感測器總成-用共振器上之微複製薄膜通道消毒
參考圖1A及修改環境變化接受器140位置，依下列方式組裝MMR感測器100。藉由黏附可得自3M之一件微複製薄膜(在這些實例中，18微米通道間距)，在共振器130之第一共振器表面132上實體建立一通道160。一件薄膜(2.7cm(1.1吋)×3.0E-1cm(1.2E-1吋))黏附至共振器130(尺寸3.7cm(1.5吋)×6.2E-1cm(2.4E-1吋)×3.0E-3cm(1.2E-3吋)，共振器130市售之Metglas® 2826 Magnetic Alloy(Conway,South Carolina)。使用VHBTM黏著劑(3M Company)將薄膜黏附至第一共振器主表面132之長軸線，其中微複製通道沿長軸線流動。間隔物120(尺寸3.7cm(1.5吋)×6.2E-1cm(2.4E-1吋)×1.0E-2cm(3.9E-3吋))係由獲自Plastics International(Eden Prairie,MN)之丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)所建構。獲自Arnold Engineering Company(Marengo,Illinois)之市售之ArnoKromeTM III之磁性偏磁層110(尺寸×2.77cm(1.09吋)×6.0E-1cm(2.4E-1吋)×6.0E-3cm(2.4E-3吋))接收間隔物120。囊封磁性偏磁層110、間隔物120及共振器130等三層之一外殼150係由獲自Plastics International(Eden Prairie,MN)之丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)所建構。環境變化接受器140包含柳醯胺件，其等可購自數家來源(諸如Sigma Aldrich(St.Louis,MO))。施加柳醯胺且質量範圍自6.0至30mg。用可得自3M Company之VHBTM黏著劑將柳醯胺黏附至薄膜。
藉由型號4294A Precision Impedance Analyzer裝置連同型號16047連接器配件(兩者皆獲自Agilent(Santa Clara,CA))測 量此實例中組裝之MMR感測器之共振頻率。裝置已由Agilent於2013年11月15日校準。建構一自訂MMR激發/偵測線圈總成，其包含繞一高介電聚氯乙烯(PVC)管之漆包線的緊密繞組。該管經建構具有一槽以接收一MMR感測器。繞2.2cm(7.9E-1吋)直徑介電管捲繞#24規格之漆包線100匝，其中繞組之長度係5.7cm(2.2吋)且所測量之電感係70.6uH。線圈連接至16047連接器配件之HIGH(高)及LOW(低)埠，並且MMR感測器係置放於自訂線圈總成中。2mA振盪電流測量MMR感測器之電阻性阻抗及電抗性阻抗分量。MMR感測器係置放在獲自Getinge Group(Rochester,NY)之Getinge Steam Sterilizer(型號666AC1)中，並且用室內蒸汽循環五次至130℃。表6提供含柳醯胺環境變化接受器質量在共振器上微複製薄膜通道上的MMR感測器頻率移位之概述(消毒程序之前及之後)。針對建構展示三個實例，其中消毒前柳醯胺環境變化接受器質量係定位在薄膜/共振器之兩個末端。消毒期間歸因於環境變化而使柳醯胺朝向中心流動後，記錄到5.397、3.27及6.053kHz之頻率移位。展示消毒前柳醯胺環境變化接受器質量係定位在中心處之一項實例。因柳醯胺沿一預界定路徑自中心至末端流出，記錄到1.131kHz頻率移位。
例示性實施例
實施例A1. 一種感測裝置，其包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一磁性材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，該第一共振器主表面具有一預界定通道，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，及一環境變化接受器，其設置成鄰近於該預界定通道。
實施例A2. 如實施例A1之感測裝置，其中回應於環境之一變化，該環境變化接受器沿該預界定通道之至少部分散佈。
實施例A3. 如實施例A2之感測裝置，其中該共振器之共振頻率回應於該環境變化接受器沿該預界定通道之至少部分之該散佈而移位。
實施例A4. 如實施例A1至A3之感測裝置，其中該預界定通道包含一薄材料層，該薄材料層設置在該第一共振器主表面上。
實施例A5. 如實施例A1至A4之感測裝置，其中該預界定通道包含在該第一共振器主表面上之一圖樣。
實施例A6. 如實施例A1至A5之感測裝置，其中該預界定通道包含一薄材料層，該薄材料層根據一路徑設置在該第一共振器主表面上。
實施例A7. 如實施例A1至A6之感測裝置，其中該預界定通道包含一薄材料層，該薄材料層設置成與一路徑之一周長鄰近。
實施例A8. 如實施例A4之感測裝置，其中該薄材料層包含一親水性材料、一吸濕材料(wicking material)、一疏水性材料、一疏油性材料及一親油性材料之至少一者。
實施例A9. 如實施例A4之感測裝置，其中該薄材料層與該第二磁性材料發生化學反應。
實施例A10.如實施例A1至A9之感測器裝置，其中該預界定通道包含跨該第一共振器主表面之一伸長通道。
實施例A11.如實施例A1至A10之感測裝置，其中該預界定通道包含一或多個區段。
實施例A12.如實施例A11之感測裝置，其中該一或多個區段之至少一者係設置成與該第一共振器主表面之一邊緣鄰近。
實施例A13.如實施例A1至A12之感測裝置，其中該環境變化接受器係設置成與該預界定通道之中心鄰近。
實施例A14.如實施例A1至A13之感測裝置，其中該環境變化接受器係設置成與該預界定通道之一末端鄰近。
實施例A15.如實施例A1至A14之感測裝置，其中該環境變化接受器包含對溫度、濕氣、液體、氣體、生物物質、化學物質或其等之一組合敏感之一材料。
實施例A16.如實施例A1至A15之感測裝置，其進一步包含： 一外殼，其中該磁性偏磁層、該共振器及該間隔物係設置在該外殼中。
實施例A17.如實施例A16之感測裝置，其中該外殼包含一或多個開口，以允許流體散佈至該外殼中。
實施例A18.如實施例A16之感測裝置，其中該外殼具有複數個腔室。
實施例A19.如實施例A18之感測裝置，其中該磁性偏磁層及該共振器係設置在彼此不同之一腔室中。
實施例A20.如實施例A1至A19之感測裝置，其進一步包含：一第二共振器，其設置成相鄰於該磁性偏磁層。
實施例A21.如實施例A18之感測裝置，其進一步包含：一第二共振器，其中該複數個腔室包含一第一腔室及一第二腔室，該第二腔室不同於該第一腔室，其中該第二共振器係設置在該第二腔室中，且其中該共振器係設置在該第一腔室中。
實施例A22.一種感測裝置，其包含： 一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一磁性材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，該第一共振器主表面具有一預界定通道，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，一環境變化接受器，其設置成鄰近於該預界定通道，及一外殼，其含有一或多個開口，其含有該磁性偏磁層、該共振器及該間隔物。
實施例A23.一種感測裝置，其包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一磁性材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，該第一共振器主表面具有一預界定通道，一環境變化接受器，其設置成鄰近於該預界定通道，及一外殼，其含有該磁性偏磁層、該共振器及一支撐結構以支撐該共振器。
實施例B1. 一種感測裝置，其包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一電磁材料， 一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，及一環境變化接受器，其設置在該第一共振器主表面上，其中該環境變化接受器之質量回應於環境之一變化而經變化，其中該感測裝置之共振頻率回應於該環境變化接受器之該質量變化而移位。
實施例B2. 如實施例B1之感測裝置，其中該第一共振器主表面具有一預界定通道，其中該環境變化接受器係設置在該預界定通道之至少部分上。
實施例B3. 如實施例B1至B2之感測裝置，其中該預界定通道包含一薄材料層，該薄材料層設置在該第一共振器主表面上。
實施例B4. 如實施例B1至B3之感測裝置，其中該環境變化接受器包含對溫度、濕氣、氣體或其等之一組合敏感之一材料。
實施例B5. 如實施例B1至B4之感測裝置，其中該環境變化接受器之至少部分係設置成與該第一共振器主表面之一邊緣鄰近。
實施例B6. 如實施例B1至B5之感測裝置，其中該環境變化接受器之質量經增大。
實施例B7. 如實施例B1至B6之感測裝置，其中該環境變化接受器之質量經減小。
實施例B8. 如實施例B1至B7之感測裝置，其中該環境變化接受器包括複數個接受器元件。
實施例B9. 如實施例B8之感測裝置，其中該複數個接受器元件之至少部分係依一圖樣設置。
實施例B10.如實施例B1至B9之感測裝置，其進一步包含：一外殼，其中該磁性偏磁層、該共振器及該間隔物係設置在該外殼中。
實施例B11.如實施例B10之感測裝置，其中該外殼包含一或多個開口，以允許流體散佈至該外殼中。
實施例B12.如實施例B10之感測裝置，其中該外殼具有複數個腔室。
實施例B13.如實施例B12之感測裝置，其中該磁性偏磁層及該共振器係設置在彼此不同之一腔室中。
實施例B14.如實施例B1至B13之感測裝置，其進一步包含：一第二共振器，其設置成相鄰於該磁性偏磁層。
實施例B15.如實施例B12之感測裝置，其進一步包含：一第二共振器，其中該複數個腔室包含一第一腔室及一第二腔室，該第二腔室不同於該第一腔室，其中該第二共振器係設置在該第二腔室中，且其中該共振器係設置在該第一腔室中。
實施例B16.一種感測裝置，其包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一磁性材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，一環境變化接受器，其設置在該第一共振器表面上，及一外殼，其含有一或多個開口，其中該磁性偏磁層、該共振器及該間隔物係設置在該外殼中。
實施例B17.如實施例B16之感測裝置，其中該環境變化接受器之質量回應於環境之一變化而經變化，且其中該感測裝置之共振頻率回應於該環境變化接受器之該質量變化而移位。
實施例B18.如實施例B16之感測裝置，其中該環境變化接受器包含複數個接受器元件，其中該複數個接受器元件之至少一者係設置成與該共振器之一末端鄰近。
實施例B19.一種感測裝置，其包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一磁性材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面， 一環境變化接受器，其設置在該第一磁性表面上，及一外殼，其包含一支撐結構以支撐該共振器，其中該磁性偏磁層及該共振器係設置在該外殼中。
實施例B20.如實施例B19之感測裝置，其中該環境變化接受器包含複數個接受器元件，其中該複數個接受器元件之至少一者係設置成與該共振器之一末端鄰近。
實施例C1. 一種用於感測環境之一變化之系統，其包含：一MMR感測器，其經組態成設置在該環境中，該MMR感測器包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一電磁材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，及一環境變化接受器，其設置成鄰近於該第一共振器主表面，其中該環境變化接受器之一性質回應於一環境變數之一變化而變化且藉此變化該MMR感測器之共振頻率；一讀取器，其經組態以測量該環境變數變化後的該MMR感測器之一變化後頻率特性，其中基於該變化後頻率特性來評估該環境變數之該變化。
實施例C2. 如實施例C1之系統，其中該讀取器進一步經組態以測量該環境變數變化前的該MMR感測器之一變化前頻率特性，且其中基於該變化前頻率特性及該變化後頻率特性來評估該環境變數之該變化。
實施例C3. 如實施例C1至C2之系統，其中該讀取器包含一聲波偵測裝置及一掃頻振盪器(swept frequency oscillator)之至少一者。
實施例C4. 如實施例C1至C3之系統，其中該第一共振器主表面具有一預界定通道，其中在環境之該變化前，該環境變化接受器包含一環境回應材料，且其中當該環境變數變化時該環境回應材料沿該預界定通道之至少一部分散佈。
實施例C5. 如實施例C1至C4之系統，其中在該環境變數變化前，該環境變化接受器係設置在該第一共振器主表面之至少一部分上，且其中設置在該第一共振器主表面上的該環境變化接受器之質量回應於該環境變數之該變化而經變化。
實施例C6. 如實施例C5之系統，其中該環境變化接受器包括複數個接受器元件。
實施例C7. 如實施例C1至C6之系統，其中該環境變數係溫度。
實施例C8. 如實施例C7之系統，其中該環境變化接受器包含一可熔性材料。
實施例C9. 如實施例C1至C8之系統，其中該環境元素係濕度。
實施例C10.如實施例C9之系統，其中該環境變化接受器包含一多孔材料。
實施例C11.一種用於感測環境之一變化之系統，其包含：一第一MMR感測器及一第二MMR感測器，其等設置在該環境中，該第一MMR感測器及該第二MMR感測器之各者包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一電磁材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，及一環境變化接受器，其設置成鄰近於該第一共振器主表面，其中該環境變化接受器之一性質回應於一環境變數之一變化而變化且藉此變化該各自MMR感測器之共振頻率；一讀取器，其經組態以測量該環境變數之該變化後的該等MMR感測器之一變化後頻率特性，其中基於該變化後頻率特性來評估該環境變數之該變化。
實施例C12.如實施例C11之系統，其中該第一MMR感測器之該共振器的尺寸不同於該第二MMR感測器之該共振器。
實施例C13.如實施例C11至C12之系統，其中該第一MMR感測器及該第二MMR感測器之各者具有在其各自之第一共振器主表面上的一預界定通道。
實施例C14.一種用於感測環境之一變化之系統，其包含：一容器，其設置在該環境中，該容器經組態以儲存一或多個物品，一MMR感測器，其設置在該容器中，該等MMR感測器包含：一外殼，一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一電磁材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，及一環境變化接受器，其設置成鄰近於該第一共振器主表面，其中該磁性偏磁層、該共振器、該間隔物及該環境變化接受器係設置在該外殼中，其中該環境變化接受器之一性質回應於一環境變數之一變化而變化且藉此變化該MMR感測器之共振頻率； 一讀取器，其經組態以測量該環境變數之該變化後的該第一MMR感測器及該第二MMR感測器之一變化後頻率特性，其中基於該變化後頻率特性來評估該環境變數之該變化。
實施例C15.如實施例C14之系統，其中該MMR感測器進一步包含：一預界定通道，其設置在該第一共振器主表面上。
實施例C16.如實施例C15之系統，其中該環境變化接受器回應於該環境變數之該變化而沿該預界定通道之至少部分散佈。
實施例C17.如實施例C14至C16之系統，其中該環境變化接受器係該間隔物之一整合部件。
實施例C18.如實施例C14至C17之系統，其中該讀取器進一步經組態以測量該環境變數變化前的該MMR感測器之一變化前頻率特性，且其中基於該變化前頻率特性及該變化後頻率特性來評估該環境變數之該變化。
實施例C19.一種用於感測環境之一變化之系統，其包含：複數個容器，其等設置在該環境中，各容器經組態以儲存一或多個物品，複數個MMR感測器，其設置在該複數個容器中，各MMR感測器包含：一外殼，一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一電磁材料， 一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，及一環境變化接受器，其設置成鄰近於該第一共振器主表面，其中該磁性偏磁層、該共振器、該間隔物及該環境變化接受器係設置在該外殼中，其中該環境變化接受器之一性質回應於一環境變數之一變化而變化且藉此變化該MMR感測器之共振頻率；一讀取器，其經組態以測量該環境變數之該變化後的該複數個感測器之至少一些者之一變化後頻率特性。
實施例C20.如實施例C19之系統，其中該讀取器進一步經組態以測量該環境變數變化前的該複數個MMR感測器之至少一者之一變化前頻率特性。
實施例C21.如實施例C19至C20之系統，其中該複數個MMR感測器之各者進一步包含：一預界定通道，其設置在該第一共振器主表面上。
實施例C22.如實施例C21之系統，其中該環境變化接受器回應於該環境變數之該變化而沿該預界定通道之至少部分散佈。
實施例C23.如實施例C19至C22之系統，其中該複數個MMR感測器之至少兩者之該等共振器具有不同尺寸。
實施例C24.一種用於感測環境之一變化之方法，其包含：設置一MMR感測器於環境中，該MMR感測器包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一電磁材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，及一環境變化接受器，其設置成鄰近於該第一共振器主表面，其中該環境變化接受器之一性質回應於一環境變數之一變化而變化且藉此變化該MMR感測器之共振頻率；使該MMR感測器經受一環境變數之一變化；測量該MMR感測器之一變化後頻率特性；基於該變化後頻率特性來評估該環境變數之該變化。
實施例C25.如實施例C24之方法，其進一步包含：測量該環境變數之該變化前的該MMR感測器之一變化前頻率特性；及基於該變化前頻率特性及該變化後頻率特性來評估該環境變數之該變化。
實施例C26.如實施例C24至C25之方法，其中該第一共振器主表面具有一預界定通道，其中在環境之該變化前，該環境變 化接受器包含一環境回應材料，且其中當該環境變數變化時該環境回應材料沿該預界定通道之至少一部分散佈。
實施例C27.如實施例C24至C26之方法，其中在該環境變數變化前，該環境變化接受器係設置在該第一共振器主表面之至少一部分上，且其中設置在該第一共振器主表面上的該環境變化接受器之質量回應於該環境變數之該變化而經變化。
實施例C28.如實施例C27之方法，其中該環境變化接受器包括複數個接受器元件。
實施例C29.如實施例C28之方法，其中該複數個接受器元件之至少一者係設置成與該共振器之一邊緣鄰近。
實施例C30.如實施例C24至C29之方法，其中該環境變化接受器包含一可熔性材料。
實施例C31.如實施例C24至C30之方法，其中該環境變化接受器包含一多孔材料。
實施例D1. 一種感測裝置，其包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一電磁材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，一間隔物，及一外殼，其含有該磁性偏磁層、該共振器及該間隔物， 其中該間隔物包含一環境變化接受器，其中該環境變化接受器之厚度回應於一環境變數之一變化而迅速增大。
實施例D2. 如實施例D1之感測裝置，其中該間隔物之至少部分係設置在該共振器與該磁性偏磁層之間。
實施例D3. 如實施例D1至D2之感測裝置，其中該間隔物之至少部分係設置在該共振器之頂部上。
實施例D4. 如實施例D1至D3之感測裝置，其中該共振器之共振頻率回應於該環境變化接受器之該厚度變化而移位。
實施例D5. 如實施例D1至D4之感測裝置，其中該共振器回應於該環境變化接受器之該厚度變化而經阻尼。
實施例D6. 如實施例D1至D5之感測裝置，其中該環境變化接受器包含一多孔材料。
實施例D7. 如實施例D1至D6之感測裝置，其中該環境變化接受器包含一吸收材料。
實施例D8. 如實施例D1至D7之感測裝置，其中該環境變化接受器包括複數個接受器元件。
實施例D9. 如實施例D8之感測裝置，其中該複數個接受器元件之至少一者係設置在該共振器與該磁性偏磁層之間。
實施例D10.如實施例D1至D9之感測裝置，其進一步包含：一外殼，其中該磁性偏磁層、該共振器及該間隔物係設置在該外殼中。
實施例D11.如實施例D10之感測裝置，其中該外殼包含一或多個開口，以允許流體散佈至該外殼中。
實施例D12.如實施例D10至D11之感測裝置，其中該外殼具有複數個腔室。
實施例D13.如實施例D12之感測裝置，其中該磁性偏磁層及該共振器係設置在彼此不同之一腔室中。
實施例D14.如實施例D1至D13之感測裝置，其進一步包含：一第二共振器，其設置成相鄰於該磁性偏磁層。
實施例D15.如實施例D12之感測裝置，其進一步包含：一第二共振器，其中該複數個腔室包含一第一腔室及一第二腔室，該第二腔室不同於該第一腔室，其中該第二共振器係設置在該第二腔室中，且其中該共振器係設置在該第一腔室中。
實施例D16.一種感測裝置，其包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對立第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一磁性材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對立第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，其中該間隔物包含一環境變化接受器，及一外殼，其含有一或多個開口，其中該磁性偏磁層、該共振器及該間隔物係設置在該外殼中。
其中該環境變化接受器之厚度回應於一環境變數之一變化而迅速增大。
實施例D17.如實施例D16之感測裝置，其中該間隔物之至少部分係設置在該共振器與該磁性偏磁層之間。
實施例D18.如實施例D16至D17之感測裝置，其中該間隔物之至少部分係設置在該共振器之頂部上。
實施例D19.如實施例D16至D18之感測裝置，其中該共振器之共振頻率回應於該環境變化接受器之該厚度變化而移位。
實施例D20.如實施例D16至D19之感測裝置，其中該共振器係回應於該環境變化接受器之該厚度變化而經阻尼。
本發明不應被認為是限於本文所描述的特定實例及實施例，因為詳細描述這些實施例是為了利於解說本發明的各種態樣。而是，應理解本發明涵蓋本發明的所有態樣，包括屬於如隨附申請專利範圍與其均等物所界定的本發明之精神及範疇內的各種修改、均等程序、和替代裝置。

Claims (15)

  1. 一種感測裝置，其包含：一磁性偏磁(magnetic bias)層，其具有一第一磁性表面及一對置(opposing)的第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一電磁材料，一共振器(resonator)，其具有一第一共振器主表面及一對置的第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，及一環境變化接受器(receptor)，其設置在該第一共振器主表面上，其中該環境變化接受器經設置鄰近於(proximate to)該共振器之一末端(end)，其中該環境變化接受器之質量回應於環境之一變化而變化，其中該感測裝置之共振頻率回應於該環境變化接受器之該質量變化而移位(shift)。
  2. 如請求項1之感測裝置，其中該第一共振器主表面具有一預界定通道，其中該環境變化接受器係設置在該預界定通道之至少部分上。
  3. 如請求項1之感測裝置，其中該預界定通道包含一薄材料層，該薄材料層設置在該第一共振器主表面上。
  4. 如請求項1之感測裝置，其中該環境變化接受器包含對溫度、濕氣、氣體或其等之一組合敏感之一材料。
  5. 如請求項1之感測裝置，其中該環境變化接受器之至少部分係設置成與該第一共振器主表面之一邊緣鄰近。
  6. 如請求項1之感測裝置，其中該環境變化接受器之質量經增大。
  7. 如請求項1之感測裝置，其中該環境變化接受器之質量經減小。
  8. 如請求項1之感測裝置，其中該環境變化接受器包括複數個接受器元件。
  9. 如請求項8之感測裝置，其中該複數個接受器元件之至少部分係依一圖樣設置。
  10. 如請求項1之感測裝置，其進一步包含：一外殼，其中該磁性偏磁層、該共振器及該間隔物係設置在該外殼中。
  11. 如請求項10之感測裝置，其中該外殼包含一或多個開口，以允許流體散佈至該外殼中。
  12. 如請求項10之感測裝置，其中該外殼具有複數個腔室。
  13. 如請求項12之感測裝置，其中該磁性偏磁層及該共振器係設置在彼此不同之一腔室中。
  14. 一種感測裝置，其包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對置第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一磁性材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對置的第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面，一間隔物，其設置在該磁性偏磁層與該共振器之間，一環境變化接受器，其設置在該第一共振器主表面上，及一外殼(housing)，其含有一或多個開口，其中該磁性偏磁層、該共振器及該間隔物係設置在該外殼中，其中該環境變化接受器經設置鄰近於該共振器之一末端。
  15. 一種感測裝置，其包含：一磁性偏磁層，其具有一第一磁性表面及一對置的第二磁性表面，該磁性偏磁層包含一第一磁性材料，一共振器，其具有一第一共振器主表面及一對置的第二共振器主表面，該共振器包含一第二磁性材料，該第二共振器主表面面朝該第一磁性表面， 一環境變化接受器，其設置在該第一磁性表面上，及一外殼，其包含一支撐結構以支撐該共振器，其中該磁性偏磁層及該共振器係設置在該外殼中，其中該環境變化接受器經設置鄰近於該共振器之一末端。
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