段對置并嚙合。舉例來說，配套表面具 有與對置的殼體區(qū)段互補的帶螺紋連接，使得殼體區(qū)段可螺旋在一起?；蛘?，每個殼體區(qū)段 的配套表面被定大小以與干涉配合嚙合且因此允許使用非圓形嚙合表面。接著通過施加壓 力以接合兩個殼體區(qū)段并迫使配套表面嚙合而完成外殼。諸如〇形環(huán)或半粘性密封劑的一 個或多個密封裝置可用以確保殼體區(qū)段的防漏嚙合。在另一實施例中，密封是通過摩擦、焊 接或其它嚙合而實現(xiàn)以確保防漏嚙合，例如以便形成均質表面。
[0117] 用于在浸沒在溶液中時促進移動的傳感器15的最佳形式是球形形式，諸如各圖所 示。然而，在某些實施例中，利用促進傳感器在移動溶液內移動或至少基本上不會防止在移 動溶液內移動的其它形式。舉例來說，利用基本上圓柱形或橢圓形外殼形式、扁球體形式， 或任何其它彎曲表面形外殼形式。
[0118]傳感器的外表面可包含凹痕或刺突。壓痕可有助于減少流體阻力或提供牽引力以 抵制或減少在快速移動流體中的移動。可在需要使傳感器將其自身嵌入在溶液底部的材料 中的情況下提供刺突。舉例來說，傳感器可用于需要采取測量的流體流中，諸如河床。刺突 有助于相對于流將傳感器固定在一個位置。
[0119] 為了進一步促進傳感器在攪動的溶液內的移動，傳感器的外表面可包含一個或多 個流體動力學表面，其可操作以從溶液或通過殼體相對于溶液的誘發(fā)的旋轉而將動能賦予 傳感器。表面可包括接合至外部傳感器表面或形成在外部傳感器表面中的鰭、輪廓線、壓痕 或凹陷。
[0120] 在一些實施例中，傳感器被構造成具有偏心重量分布。這可輔助循環(huán)流體移動通 過通道，或優(yōu)先將通道與特定方向（諸如溶液的流動路徑的方向）對準。
[0121] 在一些實施例中，光源2和接收器5安裝至電子裝置襯底1，電子裝置襯底1又可釋 放地安裝至外殼4或安裝在外殼4內。當安裝至襯底1時，光源和接收器可易于從傳感器15移 除并用其它組合予以替換。這可允許取決于需要測試的溶液而選擇特定操作波長和光強 度。在一些實施例中，襯底1是能夠彎曲的電路板，使得其可易于配合在傳感器外殼可施加 的封裝約束內。然而，理想的是，光源2與接收器5剛性地隔開，使得維持對準且移動或振動 對光學組件的準確度基本上沒有影響。一個或多個導耳可提供在外殼內以促進襯底1的可 重復且穩(wěn)定的安裝。
[0122] 圖2示出圖1的傳感器的橫截面，其示出設置在光源2與光接收器5之間的光路徑9 中的通道3。通道3是開放的以接納溶液8,溶液8引起通道和光路徑內的光的吸收或散射。
[0123] 圖2還示出控制單元或控制器10,其被配置成連接至光源2、光接收器5、電源6和無 線通信接口 11?？刂茊卧俏⑻幚砥?，其具有至少一個或多個模/數(shù)轉換器(ADC)輸入、一個 或多個數(shù)字輸出和/或用于與具有外部協(xié)議能力的裝置通信的串行數(shù)據(jù)發(fā)射和接收器引 腳。
[0124] 圖6進一步詳細地示出圖2的組件的示意圖（圖6A)和圖2的具有溫度傳感器60的組 件的示意圖（圖6B)，且特定地示出控制器10和連接的組件?？刂破鞅慌渲贸膳c無線通信接 口 11連接以至少發(fā)射數(shù)據(jù)且也從外部系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)。
[0125] 在一些實施例中，無線通信接口 11是無線電收發(fā)器。然而，在其它實施例中，接口 11可以僅僅是發(fā)射器。接口可以是例如具有通用通信協(xié)議的2.4GHz收發(fā)器，諸如藍牙收發(fā) 器?？墒褂闷渌l(fā)射頻率和協(xié)議。在需要長距離通信或長距離通信是通過具有基本無線電 頻率衰減的物質的通信的情況下，可以有益的是使用較低頻率，使得無線發(fā)射功率可保持 相對低以節(jié)省電池電力。然而，較高發(fā)射頻率供應諸如較小天線等益處，且因此可最適當?shù)?應用于在傳感器外殼4內可獲得有限封裝空間的情況。另外，在一些實施例中，并入有PCB走 線或柔性天線?；蛘撸炀€在外部延伸至傳感器外殼，只要使用適合于殺菌的適當屏蔽材料 即可。
[0126] 在各種實施例中，控制器10被配置成控制光源2的激勵并從接收器5接收指示所接 收的光的量的信號?？刂破骺纱龠M自動化過程，其中例如光源2被周期性地激勵且接收器5 的輸出被接收并存儲。或者，控制器可響應于經由通信接口 11接收的指令以進行測量。
[0127] 控制器10對經由ADC輸入引腳以周期性間隔從光接收器5接收的電壓取樣?？刂破?從光接收器5接收的信號指示由光路徑3內的溶液散射或吸收的光?？蓮乃邮盏男盘柎_定 溶液的光密度。隨著溶液變得更加光密集，由光接收器接收的光的強度降低。
[0128] 在一些實施例中，控制器具有被配置成對從光接收器接收的信號取樣的ADC。取樣 的值可任選地經由比爾定律轉換為測量或被存儲以供稍后使用和/或發(fā)射至外部系統(tǒng)?？?制器可例如使用預先配置的軟件在內部處理測量，或控制器可將原始值輸出至通信接口且 外部處理系統(tǒng)可接著計算測量值?？刂破骶哂斜慌渲贸煽刂乒庠?的輸出的激勵的數(shù)字輸 出。數(shù)字輸出可被配置成提供例如表示期望的強度輸出的PWM信號。如果控制器輸出自己不 能供應足夠電流，那么此類PWM信號可由適當?shù)碾娮釉糯蟆?br>[0129] 圖14呈現(xiàn)描繪本發(fā)明的一個實施例的示意圖，其中一個或多個傳感器裝置15由在 一個或多個傳感器裝置附近的控制系統(tǒng)141(通常是PC或膝上型計算機)控制?？刂葡到y(tǒng)例 如經由藍牙142連接143至一個或多個傳感器裝置，且連接至計算機網絡144以用于用戶交 互。用戶145可通過連接至控制系統(tǒng)而在遠程控制或監(jiān)測傳感器裝置。在一個實例中，傳感 器裝置中的一個或多個具有識別符146(諸如LED)以區(qū)分存在的裝置。裝置的識別過程和其 它感測方面可經由在控制系統(tǒng)上運行的軟件147予以觸發(fā)。在各種實施例中，軟件被配置成 例如在內部通過唯一 ID識別傳感器裝置中的一個或多個，使其向用戶識別其自身(例如，通 過LED)，控制傳感器裝置的測量功能，從傳感器裝置提取記錄的數(shù)據(jù)，和/或顯示和/或分析 數(shù)據(jù)。
[0130] 為了最小化功率消耗，在一些實施例中，控制器被配置成對光源加脈沖或激勵光 源僅持續(xù)短的時段，諸如當正監(jiān)測接收器輸出時。激勵光源歷時至少l〇ms會確保光源避免 檢測任何瞬變電流且接收器輸出很有可能是穩(wěn)定的。光接收器接收足夠光以便使其進行正 確測量且光源的強度是恒定的。
[0131] 光接收器輸出被調諧使得其保持在線性范圍內且不飽和。通過在構造期間對組件 的選擇或動態(tài)地通過可編程電阻器的配置來確保響應的線性，可編程電阻器連接至控制器 以形成分壓器電路和/或控制有源信號放大器的增益?？删幊屉娮杵骺苫趯饨邮掌骱? 或光源的動態(tài)輸出范圍的認識予以設置以分別調諧輸出敏感度或強度。這允許傳感器被配 置成測量寬的光密度范圍且配置可使用控制器予以改變以實施敏感度和強度的改變。
[0132] 在一些實施例中，傳感器可并入有可操作以提供傳感器在容器內的移動性的推進 機構。舉例來說，在具有大的流體體積的環(huán)境中，推進機構有利地使得傳感器能夠操作以從 容器內的若干位置取樣，且將樣本無線地發(fā)射至遠側位置。推進可例如通過使可旋轉鰭安 裝在傳感器外殼的外部而實現(xiàn)。借助馬達使鰭旋轉會在溶液內推進傳感器。推進機構也可 用以通過主動地攪動溶液而用在溶液中移動的傳感器和/或使溶液相對于其位置移動的傳 感器來替換實驗室搖晃或攪拌平臺。這在非實驗室環(huán)境中需要已知溶液的光密度的情況下 可以是有利的。
[0133] 在一些實施例中，傳感器并入有浮力控制裝置。舉例來說，在具有垂直的大的流體 體積的環(huán)境(諸如飲料發(fā)酵桶）中可能需要浮力控制。浮力控制裝置有利地使得傳感器能夠 在其上升和下沉時從許多垂直位置采取測量?；蛘撸蛇x擇傳感器的浮力以在將被測試的 特定溶液中漂浮或下沉。浮力控制可例如通過借助活塞來壓縮可壓縮流體以改變傳感器的 內部密度而實現(xiàn)。或者，流體囊可用以將溶液吸取至囊中以改變浮力。
[0134] 在某些實施例中，特別是在傳感器包含浮力和/或推進機構的情況下，控制器可被 配置成主動地控制原位傳感器的推進和/或浮力。舉例來說，控制器被配置成在記錄測量時 使傳感器在溶液中移動。舉例來說，傳感器可位于具有大的垂直距離的容器(諸如發(fā)酵桶） 中。傳感器可通過控制浮力和/或推進機構而行進垂直距離，同時也記錄測量以獲得容器的 連續(xù)輪廓。在其它實施例中，以自由形式或預定激活模式操作浮力和/或推進機構。舉例來 說，當浮力或推進機構被配置成使傳感器上升和/或下沉一次或多次時。
[0135] 在一些實施例中，傳感器包含第二光接收器和被配置成將由光源發(fā)射的光的一部 分反射至該第二光接收器的光學組件。由第二光接收器接收的光指示來自光源的輸出功率 且可用作校準度量。
[0136] 在一些實施例中，傳感器包含布置在外殼內且被配置成將溫度信息提供至控制器 的一個或多個溫度傳感器。舉例來說，被定位成緊接光接收器的溫度傳感器可用以補償光 接收器的溫度相關漂移。被定位成靠近電源的溫度傳感器可用以指示過量溫度產生。被定 位成與環(huán)境接觸的表面接觸或緊接(例如在外殼表面附近，或緊接通道)的溫度傳感器可用 以指示環(huán)境溫度信息，例如溶液溫度信息。
[0137] 電源6被配置成將電力提供至控制器10和位于外殼4內的其它組件。最有用的電源 是可再充電電池。在這種配置中，充電系統(tǒng)7連接至電池以提供電源，電池可從該電源再充 電。在這種配置中，充電系統(tǒng)具有無線電力傳送接收器。在其它配置中，充電系統(tǒng)和電池可 用無線電力接收裝置予以替換，無線電力接收裝置連續(xù)地接收電力以操作傳感器，或至少 在需要采取測量時接收電力。感應電力傳送技術可用以將電力從遠程位置施加至傳感器或 電池充電系統(tǒng)而不使用有線連接。
[0138] 電力系統(tǒng)7并入有適當?shù)碾娮釉?，其被配置成將所接收的無線電力信號轉換為 用于對電池充電或對外殼內的電子元件供電的電壓。所需的特定電子元件和配置取決于傳 入的無線電力傳送信號和將被供電的特定裝置。本領域技術人員將認識到對適應要求的電 子電路的需要。然而，應注意，整流和/或DC至DC轉換電路是最適用的?？刂破?0可通過例如 監(jiān)測電池6的電壓和傳達讀數(shù)來進一步促進電力管理，所述讀數(shù)促進發(fā)射指示需要再充電 的信號或自動地激活再充電過程。
[0139] 在一些實施例中，無線充電系統(tǒng)在最大功率輸出是5W的100kHz的調諧線圈電路上 具有以約5V的電壓和在112至205kHz之間的頻率而操作的線圈。為了最佳充電操作，充電組 件可包含具有裝置檢測的符合Qi的感應充電、電力發(fā)射管理和外來物體檢測。
[0140] 為了優(yōu)化傳感器操作，電力管理電子元件和通信電子元件被物理地分離達實用距 離以減輕或消除產生不適當?shù)脑胍舻碾姶呕驘o線電頻率干擾。另外，電力管理電子元件與 通信電子元件之間的單獨接地平面有益于進一步隔離噪音。
[0141] 為了將電力提供至傳感器，電池可以是單電池 3.7V鋰離子聚合物110mA/h電池，其 具有200mA的放電率和100mA的充電率。然而，可采用任何高能量密度可再充電電池?；蛘撸?在傳感器外殼的大小不受限制的情況下，也可使用較低密度能源。
[0142] 在一些實施例中，一個或多個機電動能收集機構可用于代替或與無線電力傳送裝 置一起使用以促進電源對電池6再充電。以此方式，傳感器在使用時的移動可產生電能，電 能用以對板上電子元件供電或對電池充電。因此可減少或不需要對傳感器中的電池充電所 需的時間。
[0143] 控制器10可被進一步配置成在可從含有傳感器的容器外部看到光源的配置中使 用光源2作為狀態(tài)指示符。舉例來說，光源可閃爍以在視覺范圍內向用戶示出指示參數(shù)的代 碼。代碼可指示信息，諸如滿存儲容量或低電量，或用于在同時部署許多感測裝置的環(huán)境中 識別特定傳感器。
[0144] 圖4示出球形（圖4A)和扁球體（圖4B)傳感器15的側面正視圖的側面正視圖，傳感 器1