專利名稱：流體探測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于確定流體特性的探測器，以及該探測器的制造和使用方法。本發(fā) 明的實施方式適用于，但不限于確定諸如血液的流體的粘度，且尤其用于監(jiān)控作為時間的 函數(shù)的該流體的粘度變化(例如，由于凝結)。
背景技術：
已知的是傳感器使用微小的撓性機械結構，例如集成到微型室中的微型懸臂、微 型橋或微型隔板。例如，US 6575020描述了怎樣將各種微型懸臂集成到微型室中。細微的 微型懸臂的機械特性的變化可以用于檢測微型懸臂的環(huán)境的變化。US 6575020描述了這種 微型懸臂通常如何達到100微米長、10微米寬以及1微米厚的級別并可以由例如硅、氮化 硅、玻璃、金屬的材料或這些材料的組合制成。這種傳感器可以包括用于將懸臂相對于互動 室移動的致動器(actuator)。該致動器可以以各種方式實施，例如，通過壓電元件、用于提 供靜電或磁感應運動(movement)的裝置、或提供熱誘發(fā)運動的裝置，例如微型懸臂的加熱 元件。這些微型懸臂布局的一個缺點是懸臂由相對剛性的材料形成，由此限制了傳感器 的偏轉(zhuǎn)范圍(以及由此潛在的敏感性)。公開號為WO 2005/054817的國際專利申請No. PCT/GB2004/005079描述了具有 撓性元件的設備，該設備用于檢測流體特性。該撓性元件可以由例如聚合物的材料形成， 其與硅相比相對更柔韌。該撓性元件的長度在100微米到Imm之間，且可以在兩種結構 (configuration)之間彎曲，該撓性元件的一端的相應移動距離在30微米和650微米之間。 撓性元件由具有不同的熱膨脹系數(shù)的兩個層形成。加熱器被結合到該撓性元件中，以用于 將元件從第一結構移動到第二結構。當熱被移除時，該元件伸直回到第一結構。合適的壓 阻材料可以用于確定元件的偏轉(zhuǎn)度或偏轉(zhuǎn)率。WO 2005/54817的圖4示出了施加到加熱器 用來驅(qū)動該元件的方波脈沖序列，以及之后產(chǎn)生的壓阻傳感器元件的電阻變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式的一個目的是解決這里提及的或沒有提及的現(xiàn)有技術存在的 一個或多個問題。在第一個方面，本發(fā)明提供用于檢測流體特性的設備，該設備包括主體區(qū)；具有 第一端和第二端的第一撓性元件，所述第一端被固定設置在所述主體區(qū)上，第一撓性元件 至少包括具有第一熱膨脹系數(shù)的第一層、和具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù) 的第二層，以及用于對撓性元件加熱以使所述撓性元件彎曲的電加熱器，其中該設備還可 以包括加熱器控制器，該加熱器控制器用于向所述電加熱器提供持續(xù)時間小于8ms的電脈 沖。持續(xù)時間小于8ms的脈沖尤其適用于測量流體(包括例如血液、水和甘油的液體) 特性，特別地適用于確定這些流體的粘度。脈沖導致可測量的撓性元件的機械彎曲(包括伸直狀態(tài))，該撓性元件暫時與用于使撓性元件彎曲的熱脈沖隔離。這種短脈沖可以使得撓 性元件在用于給加熱器供電的電脈沖已經(jīng)被移除之后可以繼續(xù)彎曲。對機械彎曲的測量或 感測可以包括在彎曲達到峰值幅度時感測機械彎曲的特性。該測量可以包括對峰值幅度特 性的測量，例如對峰值幅度的計時或彎曲的峰值幅度的大小。另外，這種短脈沖可以導致可測量的機械振蕩，其中撓性元件在其伸直時振蕩。在 該可測量的機械振蕩中，當撓性元件從伸直位置移動到彎曲位置然后在回到伸直位置時 (當元件加熱然后冷卻時)，相對小幅度的機械振蕩被施加在更長時間周期的撓性 元件運 動上。當更長的脈沖還可以產(chǎn)生撓性元件中的機械振蕩時，該振蕩在出現(xiàn)連續(xù)加熱撓性元 件時可能難以讀出。因此期望加熱脈沖在對機械振蕩的測量開始前結束。除了傳感器的彎 曲率，撓性元件的機械振蕩還可以提供至少一個額外參數(shù)，該參數(shù)可以適用于或以其它方 式被分析用于或被確定用于獲得撓性元件周圍的流體的參數(shù)(例如，粘度)。在一些情況 中，至少一個測量由彎曲率或在機械振蕩期間達到極限偏轉(zhuǎn)所用時間構成，或者測量可以 由在機械振蕩期間彎曲程度構成。不必生成與撓性元件的諧振頻率同相發(fā)生的多個脈沖。脈沖可以在相對于彼此的 任意時間被生成，并且不需要暫時連接(即，脈沖暫時分開并且不需要定期出現(xiàn)或根據(jù)任 意重復模式出現(xiàn))。脈沖的持續(xù)時間可以小于5ms。脈沖的持續(xù)時間可以足夠短以使撓性元件的機械 振蕩可以區(qū)分由于撓性元件的溫度導致的彎曲。電脈沖的持續(xù)時間可以小于1.5ms。電脈沖的持續(xù)時間可以小于lms。電脈沖的 持續(xù)時間可以大于100 μ S。例如在撓性元件周圍是氣體的情況中，脈沖不小于50 μ S是理 想的。控制器可以用于在一頻率提供電脈沖序列，該頻率比撓性元件的諧振頻率低至少兩 個量級。例如，在低于IOOHz的頻率生成脈沖序列。例如5%、10%或50%的占空比可以被使用。脈沖持續(xù)時間以及所述第一層和所述第二層的熱膨脹率可以使撓性元件在脈沖 過后繼續(xù)保持彎曲。脈沖持續(xù)時間和脈沖能力可以使撓性元件在脈沖過后彎曲另外的50%。脈沖的持續(xù)時間可以足夠短以有效實現(xiàn)對撓性元件的加熱而不會明顯加熱撓性 元件周圍的環(huán)境。脈沖的持續(xù)時間可以足夠長以使得熱形式的足夠能力傳輸?shù)綋闲栽?而致使期望的彎曲度，而不會對設備的其余部分過度加熱而損壞設備。提供給撓性元件的熱形式的最小能量可以是1 μ J，例如在氣體圍繞撓性元件的情 況下。提供給撓性元件的熱形式的最小能量可以是50 μ J，例如在1厘泊的流體圍繞撓性元 件的情況下。提供給撓性元件的熱形式的最小能量可以是100μ J，例如在大于2厘泊的流 體圍繞撓性元件的情況下。提供給撓性元件的最小能量可以足以使撓性元件彎曲并經(jīng)受可 測量的機械過沖(overshoot)。提供給撓性元件的熱形式的最大能量可以是10 μ J，例如在氣體圍繞撓性元件的 情況下。提供給撓性元件的熱形式的最大能量可以是60 μ J，例如在1厘泊的流體圍繞撓性 元件的情況下。提供給撓性元件的熱形式的最大能量可以是150μ J，例如在大于2厘泊的 流體圍繞撓性元件的情況下。提供給撓性元件的熱形式的最大能量可以是250 μ J。提供給 撓性元件的熱形式的最大能量應當不足以損壞撓性元件或者使撓性元件的熱彎曲掩蓋由彎曲產(chǎn)生的機械過沖。所述設備還可以包括傳感器，該傳感器被設置用于提供指示第一撓性元件運動的信號。
在第二方面，本發(fā)明提供用于檢測流體特性的操作設備的方法，該設備包括主體 區(qū)；具有第一端和第二端的第一撓性元件，所述第一端固定設置在所述主體區(qū)上，該撓性元 件包括至少一個具有第一熱膨脹系數(shù)的第一層、和具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨 脹系數(shù)的第二層，以及用于加熱撓性元件以使所述元件彎曲的電加熱器，該方法包括向所 述電加熱器提供持續(xù)時間小于8ms的電脈沖以使所述元件彎曲。電脈沖可以具有小于5ms的持續(xù)時間。該方法還可以包括感測所述撓性元件的運 動，且由此確定指示撓性元件周圍的流體粘度的值。在撓性元件運動過程中撓性元件在特 定點的運動幅度可以被感測。這可以包括熱誘發(fā)運動和機械運動的元件?？商鎿Q地，撓性 元件在提供電脈沖之后完成預定運動所花的時間可以被感測。這種運動可以是撓性元件運 動到極限位置，然后運動回到平衡位置，例如機械振蕩。該方法還可以包括跟蹤元件的運動以獲得指示一段時間內(nèi)的運動的數(shù)據(jù)，并使用 該數(shù)據(jù)來確定指示撓性元件周圍的流體粘度的至少一個值。在第三方面，本發(fā)明提供用于檢測流體特性的設備，該設備包括主體區(qū)；具有第 一端和第二端的第一撓性元件，所述第一端被固定設置在所述主體區(qū)上；具有第一端和第 二端的第二基準撓性元件，該第一端被固定設置在所述主體區(qū)上；每個撓性元件至少包括 具有第一熱膨脹系數(shù)的第一層、和具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)的第二 層、以及各自的傳感器，該傳感器被設置用于提供指示各自撓性元件的運動的信號，其中基 準撓性元件的傳感器具第一撓性元件的傳感器具有不同的結構，至少一個撓性元件包括至 少一個用于平衡所述撓性元件的熱導性分布的另外部分的材料。為了保證第一撓性元件和第二撓性元件的溫度響應相似，可以在所述撓性元件中 的任何一個撓性元件中(或者在合適的時候兩者中)提供一個或多個另外部分的材料。平 衡每個撓性元件內(nèi)的熱導性分布(即，具有特定熱導性值或特性的材料的分布)使每個撓 性元件在被加熱到相同程度時具有大致均勻的溫度分布，盡管撓性元件具有不同的傳感器 結構，也具有類似的熱交換特性。因此第二撓性元件可以更好地用作第一撓性元件的基準。至少一個另外部分的材料可以具有與傳感器類似的熱導性。至少一個部分可以由與傳感器相同的材料形成。傳感器可以由熱導體形成。每個傳感器可以包括金屬。至少一個另外部分的材料還可以由金屬形成，且每個撓性元件的金屬成分與非金 屬成分之間的比率可以基本相同。第二基準撓性元件的傳感器可以被配置成對由各自元件的彎曲造成的機械張力 的敏感性比第一撓性元件中的傳感器的低。第一撓性元件可以位于第一撓性部件內(nèi)，第二撓性元件可以位于單獨的第二撓性 部件內(nèi)。第一和第二撓性元件可以位于單個撓性部件內(nèi)。傳感器可以包括康銅。
該設備還可以包括處理器，該處理器被設置用于處理來自第一撓性元件的傳感器 的信號，以提供指示所述第一撓性元件周圍的介質(zhì)粘度的信號。第一撓性元件可以具有小于lN/m的彈性系數(shù)。第一撓性元件的所述第一端到所述第二端的長度可以在10微米到2mm之間。所述層的熱膨脹系數(shù)的差可以至少為10X10_6/°C。 第一層的熱膨脹系數(shù)與第二層的熱膨脹系數(shù)的比可以至少為10。所述層可以由具有小于IOGPa的楊氏模數(shù)(Young，s modulus)的材料形成。在第四方面，本發(fā)明提供用于檢測流體特性的設備，該設備包括主體區(qū)；具有第 一端和第二端的第一撓性元件，所述第一端被固定設置在所述主體區(qū)上，撓性元件至少包 括具有第一熱膨脹系數(shù)的第一層、和具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)的第二 層、以及被設置用于加熱撓性元件以使所述撓性元件彎曲的電加熱器元件，其中加熱器元 件的與第一端相鄰的第一部分的電阻比加熱器元件的遠離第一端的第二部分的電阻大，由 此在使用時，包括加熱器元件的第一部分的撓性元件的第一段在每單位時間從加熱器元件 接收到的熱量比包括加熱器元件的第二部分的撓性元件的第二段接收的熱量多，第二段與 第一段具有相同的尺寸。提供具有這種結構的加熱器元件保證了對撓性元件進行更大地加熱發(fā)生在靠近 第一端的部分，即撓性元件連接到主體區(qū)的點。因此，在該區(qū)域中撓性元件的偏轉(zhuǎn)可以被最 大化，致使撓性元件的總偏轉(zhuǎn)比加熱發(fā)生在其它地方致使撓性元件的總偏轉(zhuǎn)要大，由此允 許更大的設備靈敏性。加熱器元件的所述第一部分的截面可以比加熱器元件的第二部分的小。加熱器元 件的所述第一部分可以比加熱器元件的所述第二部分長。所述第一部分可以位于第一端和第二端之間的撓性元件的中間段。所述第一部分可以在撓性元件的第一端。位于第一端和第二端之間的撓性元件的中間段中的加熱器元件的至少另外部分 的截面可以比加熱器元件的第二部分的小。加熱器元件可以由具有基本均勻阻性的材料形成。加熱器元件可以從截面較大部分逐漸變細到截面較小部分。在第五方面，本發(fā)明提供檢測流體特性的設備的制造方法，該方法包括通過提供 所述設備的組成部分來形成以上權利要求中的任意一個要求的設備。


現(xiàn)在通過示例的方式并結合附圖來描述本發(fā)明的實施方式，其中圖IA和IB示出了在第一結構和第二結構中的根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有 單個撓性部件的設備的立體圖；圖2示出了指示相關傳感器和加熱元件的具有兩個撓性部件的設備的示意性平 面圖；圖3A和3B分別示出了圖2的加熱元件和傳感器的結構；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的撓性部件的示意性平面圖，示出了另外部分 的材料的位置；
圖5A-5D是圖表每個圖表示出了響應于相同的預定總能量的脈沖，分別在脈沖 持續(xù)時間0. 5ms、1. 0ms,2. Oms以及4. OOms的作為時間函數(shù)的撓性部件的偏轉(zhuǎn)幅度；圖6A和6B中的每個示出了壓阻傳感器電壓，其指示在分別混合了 0%和30%的 甘油的鹽水和水溶液中作為時間函數(shù)的撓性部件的偏轉(zhuǎn)幅度；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的設備的示意圖；
圖8示出了在初始激勵脈沖之后的圖1和7的設備的作為時間函數(shù)的相對偏轉(zhuǎn)幅度。
具體實施例方式圖IA和IB示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于檢測諸如氣體或液體的流體 特性的設備100。設備100包括耦合到主體區(qū)110的三個撓性元件102、104、106。每個撓性元件的第一端連接到主體區(qū)110。每個撓性部件的第二端遠離第一端， 并關于主體區(qū)自由移動。每個撓性元件是具有矩形面區(qū)域的長條，其矩形的長邊從主體區(qū) 110延伸。每個撓性元件102、104、106包括至少兩個層108a、108b的層壓板。每層的材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。這些層可以用不同材料形成?？商鎿Q地，每 個層可以由相同材料形成，其材料以不同方式被處理(例如在特定方向受壓和/或結合到 撓性元件中的其它材料)，由此這些層表現(xiàn)不同的熱膨脹系數(shù)。例如，在不同方向?qū)Σ牧鲜?壓可以導致具有方向依賴的熱膨脹系數(shù)。因此，如果不同層由相同的材料形成，但不同的層 在不同方向受壓，則不同層將有效地具有不同的熱膨脹系數(shù)。第一層的熱膨脹系數(shù)可以是 第二層的熱膨脹系數(shù)的2倍(或5倍，或者甚至10倍)。這兩個熱膨脹系數(shù)之間的差可以 至少是10X10_6/°C。層可以由具有小于IOGpa的楊氏模數(shù)的材料形成。執(zhí)行每個層的合適的材料包括聚合物、聚酰亞胺、聚酰胺以及丙烯酸聚合物。在施加熱后，一個層在上升相同的溫度時比其它層膨脹地更多，因此正被加熱的 撓性元件向具有低熱膨脹系數(shù)的材料的方向彎曲(例如，圖IA所示的位置)。隨著撓性元 件冷卻，一個層在下降相同的溫度時收縮的程度比其它層更大，因此撓性元件向具有更高 熱膨脹系數(shù)的材料的方向伸直(例如圖IB中所示)。三個撓性元件102、104、106中的每個撓性元件具有基本相同的長度、寬度和厚 度。結合部件120連接到撓性元件102、104，106中的每個自由端(即，撓性元件的第二端， 其遠離主體區(qū)110)。每個撓性元件側面可以與相鄰撓性元件側面隔開，即由此在每個撓性 元件102、104、106之間存在間隙。通常，結合部件120還可以由熱絕緣材料形成。另外，撓性元件102、104、106和結合部件120形成撓性部件125。撓性部件可以具 有近似lN/m的彈性系數(shù)。撓性部件的長度可以是10微米或更長。其長度可以是2mm或小 于 2mm。撓性部件125包括至少一個撓性元件102、104、106，該撓性元件包括加熱器，例如 電加熱器元件，用于加熱撓性元件102、104、106，從而導致?lián)闲圆考?25的運動。例如，電加 熱器元件可以由金屬或金屬合金形成。加熱器元件可以由具有基本均勻阻性的材料形成。 電加熱器元件可以由康銅形成。諸如康銅的材料具有相對低的電阻溫度系數(shù)，即其電阻不 會隨著溫度明顯變化。電加熱器元件可以由高導性且相對有彈性的材料(例如，金屬或金屬合金)形成，例如金、鉬、銅或類似物。撓性部件125還包括至少一個撓性元件102、104、106，所述撓性元件包括傳感器， 用于感測并提供指示相關撓性元件102、104、106的運動的信號(以及由此的指示撓性部件 125的相應運動的信號)。傳感器被設置用于提供指示撓性元件彎曲度的信號。如現(xiàn)有技 術中所述，不同的運動傳感器是已知的，且都可以在本發(fā)明的實施方式中實施。在特定的實 施方式中，運動傳感器采用壓阻材料的形式。壓阻材料是電阻隨施加的機械張力而改變的 材料。例如，傳感器的壓阻材料可以由鎳鉻鐵合金、鉻銅合金、金、鉬或聚合物形成。傳感器 可以由康銅形成，其電阻是相對溫度低靈敏性的。使用相對溫度低靈敏性的材料(例如康 銅)減少了加熱器和傳感器之間的溫度串擾(cross-talk)。
從傳感器輸出的信號可以視為包括熱分量(由于傳感器/撓性元件隨溫度膨脹) 和張力分量(由于傳感器/撓性元件的運動)。對于流體特性(例如粘度)的測量，期望只 考慮響應于撓性部件激勵的張力分量，由此最小化熱分量。該張力分量指示撓性元件的彎 曲運動。撓性部件125可以包括三個撓性元件102、104、106，其中心撓性元件104包括傳 感器，兩個外部撓性元件102、106中的每個包括用于誘發(fā)運動的加熱器。兩個加熱器可以 同時操作(例如，通過向每個加熱器元件提供同一個/相同的電信號)，用于使撓性部件彎 曲(包括含有傳感器的中心撓性元件104)而不會加入扭曲運動。然后監(jiān)控來自傳感器的 信號，之后由處理器分析該信號。處理器提供指示期望流體特性的信號。例如，通過分析作 為時間函數(shù)的偏轉(zhuǎn)運動，可以確定撓性部件所處于的流體的粘度。設備100包括控制器130，控制器130包括熱控制器，該控制器被設置用于向撓性 部件內(nèi)的電加熱器元件提供電脈沖。如以下參考圖5A-5D所描述的，脈沖的持續(xù)時間可以 相對較短，例如小于8ms，在一些實施方式中可以小于5ms。脈沖可以是例如100 μ s或更長。 脈沖可以比100 μ s短，例如至少是50 μ s?？刂破?30還可以包括處理器，該處理器被設置用于接收并處理來自傳感器的信 號，且由此確定指示撓性部件周圍的流體的特性(例如粘度)的信號。控制器130被設置 用于提供指示確定的特性的輸出信號(例如作為時間的函數(shù))。下面參考圖2-4描述撓性元件內(nèi)的撓性部件、傳感器和加熱器元件的可能的布置。與如圖1所示的設備100包括一個撓性部件125不同，如圖2所示，設備100可以 包括兩個撓性部件125a、125b。當這樣實現(xiàn)時，一個撓性部件(125b)作為基準。每個撓性部件125a、125b —般對應于圖1所示的撓性部件125。撓性部件125a、 125b中的每一個連接到一個公共主體區(qū)。在所示的示例中，撓性部件125a、125b是并排的， 一般在公共面(例如指示該圖的紙平面)內(nèi)延伸。在可替換結構中，撓性部件125a、125b 可以在平行平面中延伸，彼此交疊，例如一個撓性部件在另一個撓性部件的頂上。特別地，該實施方式中的每個撓性部件125a、125b包括三個各自的撓性元件 (102a、104a、106a ；102b、104b、106b)。各自的結合部件 120a、120b 將每個撓性部件 125a、 125b中的撓性元件連接到一起。每個撓性部件125a、125b的外面的兩個撓性元件102a、106a ； 102b、106b包括集成 電阻加熱器元件103a、103b。加熱器元件可以在具有不同熱膨脹系數(shù)的材料的兩個層中的一個層中被形成，或者可以在兩層之間被形成。在每個撓性元件(102a、106a、102b、106b) 內(nèi)形成的每個加熱器元件的結構(例如，形狀、位置和大小)是相同的。這保證了每個加熱 器元件向相關的各自的撓性元件提供相似的加熱效果，即由此撓性部件125a、125b都經(jīng)受 相似的加熱效果，從而導致彎曲的量相似。從圖2中可以看出撓性元件102a、106a中的電加熱器元件103a串聯(lián)電連接，第二 撓性部件125b中的電加熱器元件103b串聯(lián)電連接。為了方便，撓性加熱器元件103a還可 以連接到第二撓性部件125b中的電加熱器元件103b。這種連接便于提供相似的激勵 脈沖 給每個加熱器元件，即提供相似的功率等級以及相似形狀和持續(xù)時間的脈沖給形成在每個 單獨撓性部件上的每個單獨加熱器元件。中心撓性元件104a、104b各包括傳感器元件105a、105b形狀的各自的傳感器。應 當注意到傳感器元件105a、105b的結構不同。盡管每個傳感器元件105a、105b基本沿著撓 性元件的整個長度延伸，但是每個傳感器元件105a、105b的特定形狀不同。這種不同的結 構用于提供不同的功能。具體地，第一撓性部件125a上的傳感器元件105a比第二撓性部 件125b上的傳感器元件125b對張力更為敏感。通常，第二撓性部件作為基準，即傳感器元 件105b提供基準信號?；鶞蕚鞲衅髟?05b在總材料組成和材料厚度/用量方面與主動傳感器元件 105a基本相同。因此，傳感器元件105a和105b具有相似的電阻。另外，在下面將解釋，傳 感器元件105a和105b可以被具有基本相同的熱導性的撓性元件圍繞、或者可以是該撓性 元件的一部分(由于使用另外的材料250，在下面將參考圖4說明)。因此，來自傳感器元 件105a和105b的信號輸出應當具有基本相同的熱分量。換句話說，來自傳感器元件105a 和105b的信號中的熱分量對每個傳感器來說應當基本相同。但是，由于傳感器元件105a和105b之間的結構不同(例如，傳感器的覆蓋區(qū) (footprint)或形狀)，各個輸出信號的張力分量不同。具體地，一個傳感器元件105a被提 供的張力分量比另一個傳感器元件105b更大。這些傳感器元件可以分別被認為是主動傳 感器元件105a和基準傳感器元件105b。因此，更方便地，可以從來自主動傳感器元件105a 的輸出信號中減去來自基準傳感器元件105b的輸出信號，從而留下基本只具有張力分量 的凈信號。換句話說，從主動傳感器元件105a的輸出信號中減去基準傳感器元件105b的 輸出信號可以最小化(且可以抵消)凈(總)信號的熱分量，只留下張力分量。通過將兩 個傳感器耦合到惠斯登(Wheatstone)橋結構的合適的臂，可以很方便地減去信號，由此在 Wheatstone橋結構中，從來自主動傳感器元件105a的電壓輸出中減去來自基準傳感器元 件105b的電壓輸出。公共控制器(例如130)可以耦合到撓性部件125a、125b?？刂破鞅辉O置用于提供 相同的電脈沖以激勵(即加熱)每個部件125a、125b的加熱器元件103a、103b。另外，控制 器被設置用于處理來自傳感器元件105a、105b的信號，以確定每個流體的粘度。圖3A僅示出了加熱器元件103a、103b。由于每個加熱器元件103a、103b具有相同 的結構(即，大小和形狀)，因此對結構的描述可以參考加熱器中的一個(103a)。但是，應 當理解結構的相同的細節(jié)可以應用到其它加熱器元件103b。從圖2中可以看出，每個加熱器元件迂回延伸，從接近各自撓性元件的第一端的 位置(靠近主體區(qū))經(jīng)過撓性元件(即205)的較遠的第二端，再回到第一端。在第一端，加熱器元件與設備的主體區(qū)(110)上的對應的電導部分電連接，且從該電導部分連接到控 制器130 (例如，見圖1)。通常，每個加熱器元件具有均勻厚度，以便于在單個沉積層中形成元件。通常，形 成每個加熱器元件的材料還具有基本均勻的電阻率。但是，與沿著加熱器元件的距離成函 數(shù)關系的電阻可以很方便地變化。長度為1、截面面積為A的一段電導材料的電阻R可以從等式中計算
R= ρ 1/A其中P是材料的電阻率。換句話說，一段材料的電阻與該段的截面面積成反比。電加熱元件103a執(zhí)行兩個功能。除了加熱相對的撓性元件，電加熱元件103a也 用作熱導體，在電脈沖給加熱器元件供電已經(jīng)停止后在撓性元件內(nèi)散布熱能。因此，期望具 有相對大截面面積的加熱元件，從而幫助撓性元件內(nèi)的熱能分散。另一方面，期望具有相對 窄的加熱元件以提供高的R，從而保證最大可能的熱能在加熱元件中散出以使撓性元件彎 曲。另外，電加熱器元件103a通常由相對剛性材料例如金屬形成，其可以在撓性元件中產(chǎn) 生不希望的相對硬的層。與現(xiàn)有技術的散布相比，所有這些參數(shù)的相互影響、以及電加熱器元件103a的性 能可以得到改善，通過在靠近第一端提供加熱器元件的相對較窄的部分201可以最大化該 部分中的撓性和加熱效果。加熱器元件的相對更窄的部分203位于撓性元件的中間部分/ 位置，以再次最大化該位置周圍的加熱/撓性元件的撓性，由此進一步增強撓性元件在受 熱時彎曲的程度。如果想要的話，可以提供加熱器元件的多個這種窄的“腰部”。為了幫助 加熱器元件內(nèi)別處的熱分布，這些較窄部分201、203被形成在較寬部分202、204之間。加 熱器元件的寬度從較寬部分逐漸縮小到相鄰的較窄部分。因此，可以提供相對大的金屬化覆蓋區(qū)(例如加熱器元件沿著較寬部分)，以允許 快速熱分布和更好的懸臂響應。另外，提供較窄部分(201、203)可以降低這些部分處的機 械硬度，并增強這些部分的加熱效果。術語“較窄部分”是指這些部分比較寬部分要窄。類似地，術語“較寬部分”是指 這些部分比較窄部分要寬。在一些實施方式中，較窄部分201、203的至少一些功能可以由加熱元件軌跡 (track)的曲折部分來執(zhí)行。軌跡的曲折部分不是直接沿著撓性元件前進而是前后彎曲， 例如以蜿蜒的方式從而為給定長度的撓性元件提供更長的加熱元件軌跡。這導致給包含曲 折部分的撓性元件部分提供更大程度的熱量。在包括加熱元件軌跡的曲折部分的實施方式 中，軌跡的截面甚至可以沿著加熱元件軌跡的長度。現(xiàn)在參考圖2和3B簡要描述傳感器元件105a、105b的結構。通常，傳感器元件105a被設置成比基準傳感器元件105b對沿撓性元件的縱向張 力更敏感。這種敏感性可以通過改變形成每個傳感器的不同傳感器軌跡的形狀和相對大小 來實現(xiàn)。每個傳感器可以有相同的厚度，以便于在一個處理步驟中在每個撓性元件內(nèi)形成 傳感器軌跡。每個傳感器元件105a、105b被形成為沿每個撓性元件(例如，撓性元件104a、 104b)縱向延伸的元件。傳感器元件105a、105b可以沿元件整個長度延伸，以確定沿元件整 個長度方向的運動。
但是，為了最大化對線性張力的敏感性，傳感器元件105a沿撓性元件縱向延伸的 長度所占比例比相應的基準傳感器元件105b的大。在圖3B所示的特定結構中，傳感器元件 105a包括可以被視為由四個縱向延伸部分形成的軌跡，每個縱向延伸部分的一端與相鄰部 分的一端連接。因此，只有在縱向延伸部分的端部才有軌跡的橫向延伸部分(即，不沿著撓 性元件縱向延伸的部分)。經(jīng)過對比，基準傳感器元件105b的軌跡以蜿蜒的方式沿著撓性元件延伸，其橫向 延伸的部分被縱向延伸的部分隔開，由此占軌跡總長度的更大比例的長度沿撓性元件橫向 延伸。
由此，基準傳感器元件105b比傳感器元件105a對縱向張力的敏感性要低，但是具 有相似的熱敏感性。另外，通過保證軌跡的縱向延伸部分相對比橫向延伸部分要寬(即，比 橫向延伸部分寬)可以進一步降低基準傳感器元件105b對張力的敏感性(由此電阻率和 截面面積之間的關系，大幅度減少了由于張力導致的總的信號部分)。由此，可以將主動傳感器元件105a制造成比基準傳感器元件105b對張力更敏感。 如上所述，可以從來自主動傳感器元件105a的輸出信號中減去來自基準傳感器元件105b 的輸出信號，產(chǎn)生基本只有張力分量的凈輸出信號(即，沒有明顯的熱分量)。由于不同的傳感器元件105a、105b具有不同結構，因此在每個各自撓性元件 104a、104b中形成傳感器的材料的相對分配也不同。關于圖3B所示的特定結構，形成基準 傳感器元件105b的材料比對應的主動傳感器元件105a的多。這種結構差異是不期望的。期望每個撓性元件(例如104a、104b)具有相同的機械和熱特性。通常，傳感器由 壓阻材料形成，例如是熱導體但仍然相對剛性的金屬。因此，期望每個撓性元件包含相同比 例的材料，例如相同的金屬與非金屬的比例，這些材料的分布近似相同。因此，為了補償在 基準傳感器元件105b中使用了更多的材料，包括主動傳感器元件105a的撓性元件104a填 充有一個或多個另外材料250的被動部分。圖4示出了撓性元件104a的特寫圖，并示出了另外的材料部分250如何沿著撓性 元件104a分布，用于平衡撓性元件104a、104b的熱導性分布。另外部分的材料250可以表現(xiàn)出與傳感器元件105a材料相似的熱導性。另外部 分的材料可以由與傳感器元件105a相同的材料形成(針對兩種結構的情況并且還保證統(tǒng) 一特性)。當這些被完成時，另外部分的材料還可以產(chǎn)生對兩個撓性元件剛性的相應的平 衡。如果另外的材料250是金屬，則該兩外的材料250可以改變基準撓性元件104a中金屬 與非金屬成分的比率，使得該比率在兩個撓性元件104a、104b中相等。如上所述，控制器130被設置用于提供電脈沖給電加熱器元件，并由此誘使撓性 元件彎曲。脈沖可以足夠短以使得在撓性元件中被誘發(fā)的彎曲達到最大量之前、或由此撓性 元件的明顯機械過沖出現(xiàn)之前該脈沖結束。脈沖可以足夠短以使得撓性元件的機械偏轉(zhuǎn)的 有效元件在脈沖已經(jīng)停止后出現(xiàn)。機械偏轉(zhuǎn)可以足夠大從而可被測量。脈沖可以誘使撓性元件偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)足夠快，導致?lián)闲栽目蓽y量量的機械振 蕩的出現(xiàn)(將在下面描述這些機械振蕩)。這可以例如經(jīng)由給撓性元件傳遞沖量的足夠短 且有能量的脈沖來實現(xiàn)，該沖量足夠大以發(fā)起可測量的機械振蕩。脈沖可以足夠短，由此該 脈沖以及后續(xù)的機械振蕩的測量短暫分開。
脈沖可以是所謂的頂帽(top-hat)功能，或近似該功能。由于撓性元件的撓性(例 如與由硅制成的探測器相比)，因此不需要使用例如在諧振頻率的正弦波電信號來激勵撓 性元件。頂帽或其近似功能包括各種不同頻率，且由此可以幫助例如激勵在撓性元件中可 測量的機械振蕩?？梢允褂美?%、10%或20%的占空比。脈沖可以是暫時分離的。不 用規(guī)則的占空比，而可以在脈沖之間留下不規(guī)則的時間量。電脈沖頻率可以比撓性元件的 諧振頻率低至少兩個量級，例如可以是IOOHz或更低。脈沖的持續(xù)時間可以為例如小于8ms、5ms或2ms或更少、Ims或更少、0. 5ms或更少。當使用脈沖遞送預定所需量的能量時，如果脈沖的持續(xù)時間被縮短，那么脈沖的 強度(即，峰值電壓)必須增加。如果脈沖太短，那么脈沖的強度可能太高以使得該脈沖造 成對加熱元件和/或周圍撓性元件的損壞。這可以通過使用這樣的脈沖來避免該脈沖足 夠長以向加熱元件遞送足夠的能量，從而使撓性元件彎曲所需的程度而不會造成對加熱元 件的損壞。脈沖持續(xù)時間可以例如是至少100 μ S持續(xù)時間、可以是至少250 μ S持續(xù)時間， 以及可以是0. 5ms持續(xù)時間。例如在撓性元件被氣體圍繞的情況下，脈沖持續(xù)時間可以至 少是50 μ s持續(xù)時間。圖5A-5D示出了使用不同持續(xù)時間的脈沖的效果，其中圖5Α示出了 0.5ms的脈 沖，圖5B示出了 1. Oms的脈沖，圖5C示出了 2. Oms的脈沖，以及圖5D示出了 4. Oms的脈沖。 在每個情況中施加的脈沖電壓被調(diào)節(jié)，以確保總脈沖能量相同。提供給加熱元件的最小能量可以是50 μ J，例如在探測器被置于近似1厘泊的流 體中時。提供給加熱元件的最大能量可以是60yj，例如對近似1厘泊的流體。對于粘性更 高的流體，最低或最高能量可以更大，對于粘性更低的流體，最小或最大能量可以更小。最 小能量應當足以造成撓性元件中的可測量的機械過沖。最大能量不應當足以損壞撓性部件 或掩蓋機械過沖。施加到加熱元件的最小能量可以是IyJ或可以是100μ J。施加到加熱 元件的最大能量可以是10 μ J、150 μ J或可以是250 μ J。圖5A-5D示出了撓性元件內(nèi)測量傳感器的響應。用于執(zhí)行這些測量的設備100是 圖1所示的類型。圖5A-5D示出了由傳感器(傳感器形成惠斯登Wheatstone橋的一部分) 的電阻變化產(chǎn)生的電壓幅度。因此，該幅度指示包含傳感器的撓性元件的偏轉(zhuǎn)。在每幅圖 中，可以觀察到出現(xiàn)信號的初始負向部分。該初始負向部分的起點對應于相關的電脈沖。在 每幅圖中，還指示了脈沖停止的時間段?？梢哉J為每幅圖中的初始負向部分是由于電寄生效應以及在撓性元件彎曲之前 的撓性元件的初始撓曲(buckling)(由后續(xù)上升的電壓幅度指示)。電壓幅度上升到峰值， 該峰值對應于撓性元件的最大偏轉(zhuǎn)，即由熱脈沖造成的撓性元件的最大彎曲度。撓性元件 然后放松，即隨著之后相對低的幅度下降而伸直。對于較短脈沖，可以觀察到存在對應的更大的機械過沖。術語“機械過沖”是指撓 性元件在電脈沖結束后繼續(xù)彎曲。機械過沖是由于撓性元件的機械慣性導致的撓性元件的 彎曲，直到達到最大偏轉(zhuǎn)點(峰值幅度)。這種效應在0. 5ms和1. Oms的電脈沖最明顯，而 在2. Oms和4. Oms的電脈沖出現(xiàn)幅度較低。0. 5ms和1. Oms的電脈 沖產(chǎn)生可測量量的機械振蕩(圖中標記為“機械振蕩”)。 機械振蕩是添加到更長時間周期曲線(類似于衰減曲線)上的小幅度振蕩，該曲線隨著撓性元件伸直并返回到其初始結構而被形成。機械振蕩作為由脈沖激勵撓性元件的結果而出 現(xiàn)(如果受到脈沖激勵，則任何結構都經(jīng)歷機械振蕩)。盡管在使用2. Oms和4. Oms的電脈 沖時可能出現(xiàn)一些機械振蕩，但是這些振蕩的幅度不足以使振蕩在圖5C和5D中可見，且不
可測量。機械過沖和機械振蕩是有用的，這是因為它們提供可用于確定粘度(或其它流體 參數(shù))的另外 的參數(shù)/函數(shù)。這又是隨著撓性部件伸直而出現(xiàn)的相對長期的類衰減函數(shù)。 可以觀察到對于短電脈沖，機械過沖更大(與總幅度相關)，另外，機械振蕩對于短脈沖比 對于長脈沖更明顯。因此，期望使用足夠短以產(chǎn)生可測量的機械過沖和/或可測量的機械 振蕩的脈沖。以上所述的示例脈沖持續(xù)時間可以在探測器被置于例如1厘泊的流體中時使用。 但是，當探測器置于具有不同厘泊的流體中時，其它脈沖持續(xù)時間可以是合適的(撓性元 件在不同流體中表現(xiàn)不同)。在不同流體中所測量的機械過沖的輪廓不同。此外，在不同流體中機械振蕩的時 間周期和振幅不同。因此這些測量可以用于獲得流體信息。例如，如果流體粘度更大，那么 機械過沖的峰值出現(xiàn)的更靠后。另外，如果流體粘度更大，那么機械過沖的峰值將更不明 顯。這樣，可以測量峰值的大小和品質(zhì)。另外，如果流體粘度更大，那么機械振蕩的時間周 期更長，且機械振蕩的振幅更小。關于機械過沖上升部分中的時間常數(shù)、機械振蕩周期或機械振蕩振幅的參數(shù)可以 通過標準數(shù)字擬合技術來確定。這些參數(shù)可以用于提供流體特性的指示。例如，參數(shù)根據(jù) 流體粘度而變化，且由此可以用于監(jiān)控流體隨時間的粘度。使用多個這些參數(shù)可以提高粘 度測量(或一些其它流體特性的測量)的精確性，這是由于它們可以允許測量的平均化和 /或相互校驗。諸如機械過沖的輪廓或者機械振蕩的時間周期和振幅的參數(shù)可以比撓性元 件的彎曲/伸直時間周期更快地被測量，從而允許流體瞬時粘度的更好指示被確定。圖6A和圖6B示出了響應函數(shù)針對不同流體如何變化。這兩個圖示出了向加熱器 施加0. 5ms的電脈沖時傳感器的電壓幅度，導致包含傳感器的撓性元件的彎曲以及隨后的 伸直。圖6A和圖6B都示出了在水介質(zhì)(W)和鹽水(B)介質(zhì)(即鹽水溶液)中的響應。圖 6A示出了在純的水溶液和鹽水溶液中的響應輪廓，而圖6B指示當溶液包含30%的甘油時 的結果(即，與圖6A中的溶液相比相對更有粘性)。兩幅圖中的響應曲線不同。粘性較高的介質(zhì)導致較低的上升時間(圖B)。這可 以體現(xiàn)在電壓幅度的峰值比粘性較低的介質(zhì)中的電壓幅度的峰值(圖6A)出現(xiàn)得要晚，以 及機械過沖的上升部分的時間常數(shù)更長。另外，在粘度較高的介質(zhì)中出現(xiàn)的機械振蕩(圖 6B)比在粘度較低的介質(zhì)中出現(xiàn)的機械振蕩(圖6A)具有更長的周期和更低的幅度。圖6A和圖6B還是顯示傳感器能夠區(qū)分水介質(zhì)(W)和鹽水介質(zhì)(B)。鹽水介質(zhì)中 電壓幅度的峰值比水介質(zhì)中電壓幅度的峰值出現(xiàn)得要晚(圖6A和圖6B中)。此外，在鹽水 介質(zhì)中出現(xiàn)的機械振蕩比在水介質(zhì)中出現(xiàn)的機械振蕩具有更長的周期。電壓幅度的峰值的 移位與機械振蕩周期的變化都可以表明鹽水介質(zhì)比水介質(zhì)粘性更高。在鹽水介質(zhì)中出現(xiàn)的 機械振蕩的幅度可以略微小于在水介質(zhì)中出現(xiàn)的機械振蕩的幅度，但是需要曲線擬合分析 來確定這是否確實是所述情況。僅通過示例的方式描述上述實施方式，本領域技術人員清楚各種可替換實施方式也落入本發(fā)明的范圍。例如，參考撓性部件內(nèi)的撓性元件的特定設置來描述實施方式。應當理解本發(fā)明 關于電脈沖以及加熱器軌跡的形狀的方面可以在一個實施方式中實施，其中所述設備只包括一個撓性元件(即，一個撓性部件)。此外，本發(fā)明的任意方面可以組成任意期望的組合， 例如關于電脈沖、加熱軌跡以及基準撓性元件的方面。圖7中示出了這種設備的一個示例。設備10包括撓性部件25，在該撓性部件 25中設置有加熱器元件3和傳感器元件5。這種撓性元件設備的總體構思可以與PCT/ GB2004/005079中公開的相同，其內(nèi)容結合于此作為引用。但是，參考圖1_4示出的設備的 響應(其中設備包括撓性部件，具有感測和加熱的離散撓性元件)可以比圖7中所示的設 備結構提供更好的結果。例如，圖8示出了圖1的設備的響應曲線A，以及圖7的設備的響 應曲線B。可以觀察到圖8中的響應曲線A具有更高的峰值。該更高的峰值能夠更容易實 現(xiàn)參數(shù)擬合以確定相關撓性元件被浸入的流體的特性。這里描述的撓性元件可以具有與PCT/GB2004/005079中所描述的撓性元件相似 的特性。例如，撓性元件端部的運動可以在30微米到650微米之間的距離。同樣地，所述 運動可以具有不同范圍，例如所述運動可以在1微米到30微米之間的范圍，或在1微米到 650微米之間的范圍。在上述實施方式中，撓性元件被描述為在彼此的一側，即每個元件大致并排在公 共平面內(nèi)延伸。但是，設備可以被形成為具有在平行平面中延伸的撓性元件，例如，一個撓 性元件堆疊在另一個撓性元件的上面。這種撓性元件可以被形成為一個撓性部件的一部 分。例如，撓性部件可以被按照如下形成其中包括各自傳感器的第一撓性元件在撓性部件 內(nèi)的第一位置(例如第一層或“高度”)延伸，而具有各自傳感器的第二撓性元件在同一個 撓性部件內(nèi)的其它位置延伸。例如，基準傳感器可以放置在撓性部件內(nèi)的一位置，其比其它 傳感器對張力的敏感性要低。例如基準傳感器可以被放置為靠近撓性部件的中軸，由此該 基準傳感器不用經(jīng)受其它傳感器那樣多的彎曲。因此，基準傳感器經(jīng)受的張力比其它傳感 器(例如主動傳感器)的更少。在上述實施方式中，探測器被設置為使得當撓性元件被加熱時變得更彎(例如見 圖1)。但是，探測器可以被設置為使得該探測器從最明顯的彎曲開始，并且當被加熱時彎曲 程度降低。在這種背景中，以上使用的術語“彎曲”可以理解為撓性元件從平衡結構移動到 非平衡結構，并不必須是指撓性元件變得更彎。
權利要求
一種用于檢測流體特性的設備，該設備包括主體區(qū)；第一撓性元件，具有第一端和第二端，所述第一端被固定設置在所述主體區(qū)上；所述第一撓性元件至少包括具有第一熱膨脹系數(shù)的第一層、具有與所述第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)的第二層、以及被設置用于對所述撓性元件加熱以使所述元件彎曲的電加熱器；其中該設備還包括加熱器控制器，該加熱器控制器被設置用于向所述電加熱器提供持續(xù)時間小于8ms的電脈沖。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述脈沖持續(xù)時間小于5ms。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中所述控制器被設置用于在一頻率提供一連串 所述電脈沖，該頻率比所述第一撓性元件的諧振頻率低至少兩個量級。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中所述控制器被設置用于在低于IOOHz的頻率 提供一連串所述電脈沖。
5.根據(jù)權利要求1-4中任意一項權利要求所述的設備，其中所述脈沖持續(xù)時間和脈沖 能量使得所述撓性元件在所述電脈沖已經(jīng)停止之后再彎曲50 %。
6.根據(jù)權利要求1-5中任意一項權利要求所述的設備，其中所述控制器被設置用于提 供電脈沖，該電脈沖使所述撓性元件經(jīng)歷可測量的機械振蕩。
7.根據(jù)權利要求1-6中任意一項權利要求所述的設備，其中所述控制器被設置用于提 供電脈沖，該電脈沖的持續(xù)時間足夠短以使所述撓性元件經(jīng)歷可測量的機械過沖。
8.根據(jù)權利要求1-7中任意一項權利要求所述的設備，其中所述控制器被設置用于 提供電脈沖，該電脈沖的持續(xù)時間足夠長但不會對所述撓性元件或周圍的撓性元件造成損 壞。
9.根據(jù)權利要求1-8中任意一項權利要求所述的設備，其中所述控制器被設置用于提 供持續(xù)時間為至少50 μ s的電脈沖。
10.根據(jù)上述權利要求中任意一項權利要求所述的設備，該設備還包括傳感器，該傳感 器被設置用于提供指示所述第一撓性元件的運動的信號。
11.一種用于檢測流體特性的設備的操作方法，該設備包括主體區(qū)；具有第一端和第 二端的第一撓性元件，所述第一端被固定設置在所述主體區(qū)上，所述撓性元件至少包括具 有第一熱膨脹系數(shù)的第一層、具有與所述第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)的第二 層、以及被設置用于對撓性元件加熱以使所述元件彎曲的電加熱器，該方法包括向所述電加熱器提供持續(xù)時間小于8ms的電脈沖以使所述元件彎曲。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述電脈沖持續(xù)時間小于5ms。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的方法，該方法還包括感測所述撓性元件的運動，且由 此確定指示圍繞所述撓性元件的流體粘度的值。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中所確定的值基于在所述撓性元件彎曲中的機械 過沖特性。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述機械過沖特性包括關于所述撓性元件的機 械彎曲的峰值幅度的特性。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述機械過沖特性包括機械彎曲的峰值幅度的計時。
17.根據(jù)權利要求15或16所述的方法，其中所述機械過沖特性包括機械彎曲的峰值幅 度的大小。
18.根據(jù)權利要求13-17中任意一項權利要求所述的方法，其中所確定的值基于由所 述撓性元件彎曲造成的撓性元件中的機械振蕩的特性。
19.一種用于檢測流體特性的設備，該設備包括主體區(qū)；第一撓性元件，具有第一端和第二端，該第一端被固定設置在所述主體區(qū)上；第二基準撓性元件，具有第一端和第二端，該第一端被固定設置在所述主體區(qū)上；每個撓性元件至少包括具有第一熱膨脹系數(shù)的第一層、和具有與第一熱膨脹系數(shù)不同 的第二熱膨脹系數(shù)的第二層、以及被設置用于提供指示各自撓性元件的運動的信號的各自 的傳感器，其中，所述基準撓性元件的傳感器具有與所述第一撓性元件的傳感器不同的結構，所 述撓性元件中的至少一個撓性元件包括至少一個另外部分的材料，該另外部分的材料用于 基本平衡所述撓性元件的熱導性分布。
20.根據(jù)權利要求19所述的設備，其中所述至少一個另外部分的材料具有與所述傳感 器相似的熱導性。
21.根據(jù)權利要求19或20所述的設備，其中所述至少一部分由與所述傳感器相同的材 料形成。
22.根據(jù)權利要求19-21中任意一項權利要求所述的設備，其中所述傳感器由熱導體 形成。
23.根據(jù)權利要求19-22中任意一項權利要求所述的設備，其中每個傳感器包括金屬。
24.根據(jù)權利要求23所述的設備，其中所述至少一部分的材料還由金屬形成，且每個 撓性元件中金屬成分與非金屬成分之間的比率基本相同。
25.根據(jù)權利要求19-24中任意一項權利要求所述的設備，其中所述第二基準撓性元 件的傳感器被配置成比所述第一撓性元件中的傳感器對由各自元件的彎曲導致的機械張 力的敏感性要低。
26.根據(jù)權利要求19-25中任意一項權利要求所述的設備，其中所述第一撓性元件位 于第一撓性部件內(nèi)，所述第二撓性元件位于單獨的第二撓性部件內(nèi)。
27.根據(jù)權利要求19-26中任意一項權利要求所述的設備，其中所述第一撓性元件和 所述第二撓性元件位于單個撓性部件內(nèi)。
28.根據(jù)權利要求19-27中任意一項權利要求所述的設備，其中所述傳感器包含康銅。
29.根據(jù)權利要求19-28中任意一項權利要求所述的設備，該設備還包括處理器，該處 理器被設置用于處理來自所述第一撓性元件的傳感器的信號，以提供指示圍繞所述第一撓 性元件的介質(zhì)粘度的信號。
30.一種用于檢測流體特性的設備，該設備包括主體區(qū)；第一撓性元件，具有第一端和第二端，所述第一端被固定設置在所述主體區(qū)上；所述撓性元件至少包括具有第一熱膨脹系數(shù)的第一層、具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)的第二層、以及電加熱器元件，該電加熱器元件被設置用于加熱所述撓性 元件以使該撓性元件彎曲，其中接近所述第一端的加熱器元件的第一部分的電阻比遠離所述第一端的加熱器元 件的第二部分的電阻大，由此在使用時包括所述加熱器元件的第一部分的撓性元件的第一段在每單位時間從 所述加熱器元件接收到的熱量比包括所述加熱器元件的第二部分的撓性元件的第二段更 多，所述第二段與所述第一段的尺寸相同。
31.根據(jù)權利要求30所述的設備，其中所述加熱器元件的第一部分的截面比所述加熱 器元件的第二部分的截面小。
32.根據(jù)權利要求31所述的設備，其中所述電加熱器元件的第一部分比所述電加熱器 元件的第二部分長。
33.根據(jù)權利要求30-32中任意一項權利要求所述的設備，其中所述第一部分位于在 所述第一端和所述第二端之間的撓性元件的中間段中。
34.根據(jù)權利要求30-32中任意一項權利要求所述的設備，其中所述第一部分位于所 述撓性元件的第一端處。
35.根據(jù)權利要求34所述的設備，其中所述加熱器元件的至少另一部分位于所述第一 端和所述第二端之間的撓性元件的中間段中，該至少另一部分的截面比所述加熱器元件的 第二部分的截面小。
36.根據(jù)權利要求30-35中任意一項權利要求所述的設備，其中所述加熱器元件由具 有基本均勻的電阻率的材料形成。
37.根據(jù)權利要求31、35、或權利要求31或35的從屬權利要求中任意一項權利要求所 述的設備，其中所述加熱器元件從截面較大的部分逐漸縮小到截面較小的部分。
38.根據(jù)權利要求30-37中任意一項權利要求所述的設備，其中所述第一撓性元件具 有小于lN/m的彈性系數(shù)。
39.根據(jù)權利要求30-38中任意一項權利要求所述的設備，其中所述第一撓性元件從 所述第一端到所述第二端的長度在10微米到2mm之間。
40.根據(jù)權利要求30-39中任意一項權利要求所述的設備，其中所述層的熱膨脹系數(shù) 的差至少是10X10_7°C。
41.根據(jù)權利要求30-40中任意一項權利要求所述的設備，其中所述第一層與所述第 二層的熱膨脹系數(shù)之比至少是10。
42.根據(jù)權利要求30-41中任意一項權利要求所述的設備，其中所述層由具有小于 IOGPa的楊氏模數(shù)的材料形成。
43.一種用于檢測流體特性的設備的制造方法，該方法包括通過提供所述設備的組成 部分來形成上述權利要求中任意一項權利要求所述的設備。
全文摘要
一種檢測流體特性的設備及其相關聯(lián)的方法。該設備包括主體區(qū)和具有第一端和第二端的第一撓性元件。第一端被固定設置在主體區(qū)上。撓性元件至少包括具有第一熱膨脹系數(shù)的第一層、和具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)的第二層。電加熱器元件可以被設置用于加熱撓性元件以使所述撓性元件彎曲。接近第一端的電加熱器元件的第一部分的電阻可以比遠離第一端的電加熱器元件的第二部分的電阻大。所述設備可以包括加熱器控制器，該加熱器控制器被設置用于向電加熱器提供持續(xù)時間小于5ms的電脈沖。所述設備可以包括具有第一端和第二端的第二基準撓性元件，其第一端固定設置在主體區(qū)上。每個撓性元件可以包括各自的傳感器，所述傳感器被設置用于提供指示其撓性元件的運動的信號?；鶞蕮闲栽膫鞲衅骶哂信c第一撓性元件的傳感器不同的結構，所述撓性元件的至少一個撓性元件包括至少一個另外部分的材料，以用于平衡兩個撓性元件的熱導性分布。
文檔編號G01N11/00GK101849174SQ200880103202
公開日2010年9月29日 申請日期2008年8月8日 優(yōu)先權日2007年8月11日
發(fā)明者V·賈科夫 申請人:麥克羅威斯克有限公司