(57)【要約】  誘導センサは、誘導性ループを含むインダクタと、ループを機械的に結合させる少なくとも１つのヒンジとを含む。ヒンジの操作は、ループの位置を変化させ、センサのインダクタンスの変化を生じさせる。センサ材料は、センサ材料の寸法変化がヒンジを操作し、ループの位置の変化を生じさせるように、ループに対して配向されてもよい。
2009544010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサであって、
導電ループを含み、インダクタンスと関連するインダクタと、
１つ以上の対の前記ループを機械的に結合させる１つ以上のヒンジと、
センサ材料であって、前記センサ材料の寸法変化によって目的のパラメータに応答するように構成され、前記センサ材料の寸法変化が、前記ループのうち少なくとも第２のループに対する前記ループのうち少なくとも第１のループの位置の変化を生じさせ、前記インダクタの前記インダクタンスの変化を生成するように、前記ループに対して配向されるセンサ材料と、を含む、センサ。
【請求項２】
前記ループのうち少なくとも１つが、可撓性基材上に配置される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
１つ以上のヒンジが、可撓性材料の折り目を含む、請求項１に記載のセンサ材料。
【請求項４】
前記ループ及び前記ヒンジが、一体型基材上に配置される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記一体型基材が可撓性であり、前記ヒンジが前記一体型基材の薄くなった部分を含む、請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
前記第１のループを前記第２のループに対して初期角度で配向するように構成されるラッチ機構をさらに含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記ループが、平行なループの各対間にある距離を有する、ほぼ平行な構成に配向され、
前記位置の変化が、前記平行なループ間の距離の変化を伴う、請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
前記ループのうち少なくとも２つが、互いにある角度で配向され、
前記位置の変化が、前記角度の変化を伴う、請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
前記センサ材料が、前記ループのうち少なくともいくつかの間に配置される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記センサ材料が、ヒドロゲルを含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１１】
少なくとも１つのループが、前記センサ材料を前記目的のパラメータに曝露するように構成される穿孔を有する基材上に配置される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記目的のパラメータが、温度、水分、ｐＨ、流量、塩分、溶媒組成物、グルコース濃度、電界、光、及びイオン濃度のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記インダクタに電気的に結合されて共振回路を形成するコンデンサを含み、前記目的のパラメータの変化が、前記共振回路の共振特性の変化を生じさせる、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１４】
センサであって、
各導電ループが平面基材上に配置される導電ループを含むインダクタと、
１つ以上のヒンジの操作が前記ループの角度配向を変化させてインダクタのインダクタンスの対応する変化を生じさせるように、前記導電ループの少なくとも１対を機械的に結合させる１つ以上のヒンジと、を含む、センサ。
【請求項１５】
前記センサ材料の寸法変化によって前記目的のパラメータに応答するように構成されるセンサ材料をさらに含み、前記センサ材料が、前記センサ材料の寸法変化が前記１つ以上のヒンジの操作を生じさせるように、前記ループに対して配向される、請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記センサ材料が、前記導電ループ間に配置される、請求項１５に記載のセンサ。
【請求項１７】
センサシステムであって、
導電ループを含み、インダクタンスと関連するインダクタと、
１つ以上の対の前記ループを機械的に結合させる１つ以上のヒンジと、
センサ材料であって、前記センサ材料の寸法変化によって目的のパラメータに応答するように構成され、前記センサ材料の寸法変化が、前記ループのうち少なくとも第２のループに対する前記ループのうち少なくとも第１のループの位置の変化を生じさせ、前記インダクタの前記インダクタンスの変化を生成するように、前記ループに対して配向されるセンサ材料と、
前記インダクタに電気的に結合されて前記インダクタンスに応じた１つ以上の共振特性を有する共振回路を形成するセンサ回路と、を含む誘導センサと、
前記共振回路の共振特性の変化を検出するように構成される質問機と、を含む、センサシステム。
【請求項１８】
前記質問機が、前記誘導センサに無線で結合される、請求項１７に記載のセンサシステム。
【請求項１９】
誘導センサを製造する方法であって、
少なくとも第１の部分と、第２の部分と、第１の部分と第２の部分とを連結する可撓性ヒンジ部分とを有する平面基材の第１の部分上に導電材料の第１のループを形成する工程と、
前記基材の第２の部分上に、前記第１のループに電気的に結合される、導電材料の第２のループを形成する工程と、
前記センサ材料の寸法変化によって前記目的のパラメータに応答するように構成されるセンサ材料を、前記基材に対して配向する工程と、
前記センサ材料が前記第１のループと前記第２のループとの間に配置され、前記第１及び第２のループがインダクタのコイルを形成するように、前記基材を前記ヒンジ部分のところで折り畳む工程と、を含む、方法。
【請求項２０】
前記平面基材に穿孔をあけて、前記目的のパラメータへの前記センサ材料の曝露を可能にする工程をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記平面基材上に電極を形成する工程をさらに含み、前記電極が、前記平面基材が折り畳まれたときにコンデンサの対向するプレートを形成するように構成され、前記コンデンサが、前記インダクタと電気的に結合されて共振回路を形成する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記コンデンサの前記対向するプレートが、前記基材の第１又は第２の部分の対向する両側に形成される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記対向するプレートのうち少なくとも１つが、区画に形成されて前記少なくとも１つのプレートにおける渦電流を低減する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記対向するプレートのうち少なくとも１つが、前記ループの１つの内側に形成される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記基材の追加の部分上に導電材料の追加のループを形成する工程であって、前記追加のループが、前記第１及び第２のループに電気的に結合され、前記基材が、前記追加の部分を第１又は第２の部分に結合させる追加の可撓性ヒンジ部分を有する、工程と、
前記追加のヒンジのところで前記基材を折り畳む工程と、をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記追加のヒンジのところで前記基材を折り畳む工程が、前記基材を扇状に折り畳む工程を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
導電材料の複数のループを第１の部分又は第２の部分上に堆積させる工程をさらに含み、前記複数のループが、前記基材が折り畳まれたときに多重巻インダクタを形成するように構成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記平面基材が、ポリイミドフィルムを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記ヒンジが、前記第１又は第２の部分の厚さに比べてより小さい厚さを有する前記基材の部分を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１及び第２のループを形成する工程が、フォトリソグラフィープロセスを使用して前記第１及び第２のループを形成する工程を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記基材上にラッチング機構を形成する工程と、
ラッチング機構を係合させて、折り畳み後に初期角度配向で前記第１及び第２の部分を掛合する工程と、をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性ヒンジによって結合される導電ループによって形成される、目的のパラメータを検知可能な誘導センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサは、外部刺激の変化を検出可能な又は測定可能な検知パラメータの変化に変換する。様々な実施では、センサは、インダクタ、コンデンサ、及び／又はレジスタのような受動電子デバイスを使用して形成されてもよい。これらのセンサの回路値（例えば、インダクタンス、キャパシタンス、又は抵抗値）は、目的のパラメータによって変化する。目的のパラメータを変えることにより生じた回路値の変動が、センサ回路の出力を変更するように、これらのセンサは、センサ回路中に組み込まれてもよい。
【０００３】
センサ情報を遠隔で獲得することは多くの場合望ましい。目的の物品の存在及び動きを検出するために、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）回路が使用されてきた。ＲＦＩＤ技術の遠隔アクセス能力は、センサ技術と組み合わされて、遠隔検知能力を提供する場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、これら及びその他のニーズを満たし、先行技術に勝るその他の利点を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、目的のパラメータに応答する誘導センサを対象とし、該誘導センサが、ヒンジによって機械的に結合された導電ループを含む。誘導センサの１つの実施形態は、導電ループを含み、インダクタンスと関連するインダクタを含む。１つ以上のヒンジは、１つ以上の対のループを機械的に結合させる。センサ材料であって、センサ材料の寸法変化によって目的のパラメータに応答するように構成され、該センサ材料の寸法変化がループのうち少なくとも第２のループに対するループのうち少なくとも第１のループの位置の変化を生じさせ、インダクタのインダクタンスの変化を生成するように、ループに対して配向されるセンサ材料。目的のパラメータは、温度、水分、ｐＨ、流量、塩分、溶媒組成物、グルコース濃度、電界、光、及びイオン濃度のうち少なくとも１つを伴ってよい。
【０００６】
本発明の様々な態様によると、ループは、可撓性基材上に配置されてよい。ヒンジは、可撓性材料の折り目によって形成されてよい。１つの実施では、ループ及びヒンジは、一体型基材上に配置され、該ヒンジは、一体型基材の薄くなった部分によって形成される。ラッチング機構（latching mechanism）を使用して、１つのループを別のループに対してある初期角度に配向してよい。
【０００７】
例えば、ループは、平行なループの各対の間にある距離を有する、実質的に平行な構成に配向されてもよい。位置の変化は、平行なループ間の距離の変化を伴う。別の例では、ループのうち２つは、互いに対してある角度で配向される場合がある。位置の変化は、ループ間の角度の変化を伴う。
【０００８】
一部の構成によると、ヒドロゲルのようなセンサ材料は、ループのうち少なくとも一部の間に配置される。ループのうち少なくとも１つは、センサ材料を目的のパラメータに曝露するように構成された穿孔を有する基材上に配置してもよい。
【０００９】
センサは、インダクタに電気的に結合されて共振回路を形成するコンデンサを含んでもよい。目的のパラメータの変化は、共振周波数のような共振回路の共振特性の変化を生じさせる。
【００１０】
センサの別の実施形態としては、各導電ループが平面基材上に配置される、導電ループを含むインダクタが挙げられる。１つ以上のヒンジが、導電ループの少なくとも１つの対を機械的に結合させる。１つ以上のヒンジの操作は、ループの角度配向を変化させて、インダクタのインダクタンスの対応する変化を生じさせる。一部の実施では、センサ材料の寸法変化によって目的のパラメータに応答するように構成されるセンサ材料は、該センサ材料の寸法変化が１つ以上のヒンジの操作を生じさせるように、ループに対して配向される。本発明の１つの態様によると、センサ材料は、導電ループ間に配置される。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、センサシステムを対象とする。システムは、インダクタンスと関連する導電ループを有する誘導センサを含む。１つ以上のヒンジは、１つ以上の対のループを機械的に結合させる。センサ材料の寸法変化によって目的のパラメータに応答するように構成されるセンサ材料は、該センサ材料の寸法変化がループのうち少なくとも第２のループに対するループのうち少なくとも第１のループの位置の変化を生じさせるように、ループに対して配向される。位置の変化は、インダクタのインダクタンスの変化を生成する。コンデンサは、インダクタに電気的に結合されてインダクタンスに応じた１つ以上の共振特性を有する共振回路を形成する。センサシステムはまた、誘導センサに無線で結合され得る質問機も含む。質問機は、共振回路の共振特性の変化を検出するように構成される。
【００１２】
本発明の更に別の実施形態は、誘導センサを製造する方法を対象とする。導電材料の第１のループは、平面基材の第１の部分上に形成され、該基材は、少なくとも第１の部分と、第２の部分と、第１の部分と第２の部分とを連結するヒンジ部分とを有する。導電材料の第２のループは、基材の第２の部分上に形成され、該第２のループは、第１のループに電気的に結合される。センサ材料は、基材に対して配向され、該センサ材料は、該センサ材料の寸法変化によって目的のパラメータに応答するように構成される。基材は、センサ材料が第１のループと第２のループとの間に配置され、第１及び第２のループがインダクタのコイルを形成するように、ヒンジ部分のところで折り畳まれる。
【００１３】
１つの態様によると、平面基材は、基材の穿孔によって形成される孔のような孔を含む。孔は、目的のパラメータへのセンサ材料の曝露を可能にする。
【００１４】
平面基材が折り畳まれたときにコンデンサの対向するプレートを作り出すように、電極は平面基材上に形成される場合がある。コンデンサは、インダクタと電気的に結合されて共振回路を形成する。例えば、コンデンサの対向するプレートは、基材の第１又は第２の部分の両側でループの１つの内側に形成することができる。対向するプレートのうち１つ以上は、複数の区画に形成されて渦電流を低減する場合がある。
【００１５】
導電材料の追加のループは、各追加のループが第１及び第２のループに電気的に結合されるように、基材の追加の部分上に形成される場合がある。基材は、該基材の追加の部分を結合させる追加のヒンジ部分を有してもよい。基材は、扇状に折り畳むことによってのような、追加のヒンジ部分のところで折り畳まれてもよい。上記の追加のループの使用は、基材が折り畳まれたときに多重巻インダクタを形成する。
【００１６】
本発明の特定の態様によると、平面基材は、ポリイミドを含む場合があり、センサ材料は、ヒドロゲルを含む場合がある。ヒンジ部分を、ヒンジ部分の厚さを減少させることによって形成し、ヒンジの可撓性を増加させる場合がある。インダクタループの形成は、フォトリソグラフィー（photolithographic）プロセスを使用して達成されてもよい。
【００１７】
本発明の一部の態様によると、ラッチング機構が基材上に形成される場合がある。ラッチング機構を係合させて、折り畳み後に初期角度配向でループを掛合することができる。
【００１８】
本発明の上記の要約は、本発明の各実施形態又はあらゆる実行例を説明するよう意図されたものではない。以下の発明を実施するための形態及び請求項を添付図面とともに参照することにより、本発明がより完全に理解されるとともに、長所及び成果が明らかとなり、評価されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の実施形態による、初期条件又は目的のパラメータの変化前の、寸法的に応答するセンサ材料を組み込む誘導センサの、それぞれ側面図及び断面図。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による、初期条件又は目的のパラメータの変化前の、寸法的に応答するセンサ材料を組み込む誘導センサの、それぞれ側面図及び断面図。
【図１Ｃ】本発明の実施形態による、目的のパラメータの変化が起きた後の最終条件における、寸法的に応答するセンサ材料を組み込む誘導センサの側面図及び断面図。
【図１Ｄ】本発明の実施形態による、目的のパラメータの変化が起きた後の最終条件における、寸法的に応答するセンサ材料を組み込む誘導センサの側面図及び断面図。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、センサ材料のない、ヒンジで連結された誘導センサを例示する図。
【図２Ｂ】本発明の実施形態により構成された、寸法的に応答するセンサ材料により生成された力を例示する図。
【図２Ｃ】本発明の実施形態により構成された、寸法的に応答するセンサ材料により生成された力を例示する図。
【図３Ａ】本発明の実施形態による、ループの配向及び基材間のセンサ材料の配置後の誘導センサのヒンジのない構成を例示する図。
【図３Ｂ】センサ材料のない誘導センサの基材及びループの平面図。
【図３Ｃ】本発明の実施形態による、センサ材料の寸法変化の前及び後の誘導センサの概略断面図。
【図３Ｄ】本発明の実施形態による、センサ材料の寸法変化の前及び後の誘導センサの概略断面図。
【図４Ａ】水分センサとして構成された誘導センサが水に暴露された後の、経時的なインダクタンスの変化を例示するグラフ。
【図４Ｂ】特定のセンサ材料についてのアニーリングの効果を例示するグラフ。
【図４Ｃ】ヒドロゲルの２種類について、ｐＨの関数としての膨張／収縮曲線を示すグラフ。
【図５Ａ】ＲＦＩＤの適用のために使用される共振回路の回路図。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、誘導センサを組み込む共振回路の回路図。
【図６Ａ】本発明の実施形態による、共振回路／センサの概略断面図。
【図６Ｂ】センサ材料のない平面図の、図６Ａの共振回路／センサの共振回路構成要素及び基材を示す図。
【図６Ｃ】本発明の実施形態による、分割されたコンデンサの電極及び基材中の穿孔を含む共振回路／センサを描く図。
【図６Ｄ】本発明の実施形態による、それぞれ、負型及び正型デバイスとして電気的に連結された誘導センサを例示する図。
【図６Ｅ】本発明の実施形態による、それぞれ、負型及び正型デバイスとして電気的に連結された誘導センサを例示する図。
【図７Ａ】本発明の実施形態による、単一の折り畳み式基材の上に配置された複数の同心ループを有するインダクタを有する共振回路／センサを例示する図。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による、５つの可撓性の折り畳み式基材部分の上に形成された複数のループを有するインダクタを含む共振回路／センサを示す図。
【図８】本発明の実施形態による、遠隔検知システムのブロック図。
【図９】それぞれ、時間ｔ１及びｔ２において得られた周波数掃引から質問機により生成された信号を示し、共振回路の共振周波数の下方シフトを表すグラフ。
【図１０】インダクタループ間の距離の関数としての共振周波数のグラフ。
【図１１Ａ】本発明の実施形態による、水分センサとして構成された共振回路／センサを濡らした後の、時間の関数としての共振周波数のグラフ。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態による、ヒドロゲルセンサ材料の１つの特定の処方を使用する誘導センサを含む共振回路について、ｐＨに対する周波数の変化を例示するグラフ。
【図１２】本発明の実施形態による、リファレンス回路及びセンサ回路を組み込む遠隔検知システムのブロック図。
【図１３Ａ】本発明の実施形態による、共振リファレンス回路及び共振センサ回路を含む検知システムの図。
【図１３Ｂ】本発明の実施形態による、それぞれ、時間ｔ１及びｔ２において得られた周波数掃引から質問機により生成された信号を示し、リファレンス回路についての不変の共振周波数と、センサ回路の共振周波数のシフトとを表すグラフ。
【図１４Ａ】本発明の実施形態による誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態による誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図１４Ｃ】本発明の実施形態による誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図１５Ａ】本発明の実施形態による、フォトリソグラフィー（photolithographic）技術を使用して誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態による、フォトリソグラフィー（photolithographic）技術を使用して誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図１５Ｃ】本発明の実施形態による、フォトリソグラフィー（photolithographic）技術を使用して誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図１５Ｄ】本発明の実施形態による、フォトリソグラフィー（photolithographic）技術を使用して誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図１５Ｅ】本発明の実施形態による、フォトリソグラフィー（photolithographic）技術を使用して誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図１５Ｆ】本発明の実施形態による、フォトリソグラフィー（photolithographic）技術を使用して誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図１５Ｇ】本発明の実施形態による、フォトリソグラフィー（photolithographic）技術を使用して誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図１５Ｈ】本発明の実施形態による、フォトリソグラフィー（photolithographic）技術を使用して誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図１６Ａ】本発明の実施形態による、センサを初期配向に固定するための機構を含む誘導センサを示す図。
【図１６Ｂ】本発明の実施形態による、センサを初期配向に固定するための機構を含む誘導センサを示す図。
【図１６Ｃ】本発明の実施形態による、センサを初期配向に固定するための機構を含む誘導センサを示す図。
【図１７Ａ】本発明の実施形態による、ラッチング機構を含む誘導センサを示す図。
【図１７Ｂ】本発明の実施形態による、ラッチング機構を含む誘導センサを示す図。
【図１８Ａ】本発明の実施形態による、センサ材料の変位を増幅する、てこの機構を提供する、非対称の誘導センサ構造を描く図。
【図１８Ｂ】本発明の実施形態による、センサ材料の変位を増幅する、てこの機構を提供する、非対称の誘導センサ構造を描く図。
【図１８Ｃ】本発明の実施形態による、センサ材料の変位を増幅する、てこの機構を提供する、非対称の誘導センサ構造を描く図。
【図１８Ｄ】本発明の実施形態による、センサ材料の変位を増幅する、てこの機構を提供する、非対称の誘導センサ構造を描く図。
【図１９】本発明の実施形態による、折り畳まれた多重ループセンサを液体センサ材料によってコーティングすることを伴う、誘導センサを作製するためのプロセスを例示する図。
【図２０】本発明の実施形態による、誘導センサを組み込む創傷包帯を例示する図。
【図２１Ａ】本発明の実施形態による、脈動流センサを例示する図。
【図２１Ｂ】本発明の実施形態による、脈動流センサを例示する図。
【図２２】本発明の実施形態による、チャネルの中の流量を測定するように構成された誘導センサを例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
例示された実施形態の以下の説明では、本明細書の一部をなす添付図面が参照されるが、その中では本発明が実践されてもよい様々な実施形態が実例として示されている。本発明の範囲から逸脱することなく実施形態が利用されてもよく、また構造的変更が行われてもよいことは理解されるべきである。
【００２１】
本発明の実施形態は、誘導センサ、誘導センサを組み込む回路及びシステム、並びに誘導センサを作製する及び使用するためのプロセスを対象とする。本発明の手法は、センサが暴露される特定のパラメータ又は条件により変更される、インダクタンス値を有する誘導センサを伴う。本明細書で論じられる様々な実施では、誘導センサのインダクタンス値の変化は、周囲若しくは環境条件又は目的の被検質の変化により生じさせる。インダクタンス値は、例えば特定の被検質の変化への暴露の際又は特定の被検質の変化後に変化する場合がある。誘導センサにより検出又は測定されているパラメータはまた、一般に本明細書では、検知パラメータ又は目的のパラメータと呼ばれる。本明細書に記載される実施形態により、誘導センサを使用して、検出、測定、及び／又はモニターされてもよい検知パラメータの代表的なリストには、例えば、温度、水分、ｐＨ、流量、塩分、溶媒組成物、グルコース濃度、電界、光、及びイオン濃度が挙げられる。
【００２２】
特定の実施では、誘導センサは、センサ材料の寸法変化がインダクタの寸法変化を生じさせるように配向されたセンサ材料を組み込む。インダクタの寸法変化は、インダクタのインダクタンス値を変化させる。一部の実施では、誘導センサは、少なくとも２つのループ及びループに機械的に結合するヒンジを含む。ヒンジの操作は、誘導ループ間の距離を変更し、またインダクタのインダクタンスの対応する変化を生じさせる。更に他の実施では、目的のパラメータに暴露したときに寸法変化を示すセンサ材料は、ヒンジで連結された誘導センサと併せて使用されてもよい。
【００２３】
これらの及びその他の実施では、誘導センサは、センサへの遠隔アクセスを提供する共振回路中の構成要素として使用されてもよい。誘導センサのインダクタンスの変化は、共振回路の共振特性の対応する変化を生成する。共振特性の変化は、外部質問機を使用して無線で検出されてもよい。
【００２４】
図１Ａ及び１Ｂは、１つの実施形態による誘導センサ１００の、それぞれ側面図及び断面図を例示する。誘導センサ１００は、１つ以上のループ１１１を有し、インダクタンス値に関連するインダクタ１１０を含む。インダクタのインダクタンス値Ｌは、一般に、インダクタコイルに結合する材料の透磁率、巻き数、インダクタの断面積、及びインダクタの長さの関数である。
【００２５】
誘導センサ１１０は、検知パラメータの変化にセンサ材料１２０の寸法変化により応答するセンサ材料１２０を含む。センサ材料１２０は、インダクタ１１０のループ１１１の中に、インダクタ１１０のループ１１１により画定された領域内に配向される。目的のパラメータの変化に暴露されたとき、センサ材料１２０は寸法変化を経験し（例えば、膨張する又は収縮する）、これは、インダクタ１１０のループ１１１により画定された領域の対応する寸法変化を生成する。
【００２６】
図１Ａ及び１Ｂは、検知されているパラメータの変化前の初期条件での誘導センサ１００の、それぞれ側面図及び上面図を例示する。誘導センサ１００は、初期長さｌ０、初期直径ｗ０、初期面積Ａ０、及びコイルの各対の間の初期距離ｄ０を含む初期構成を有する。図１Ｃ及び１Ｄは、パラメータ変化に暴露後の誘導センサ１００の側面図及び断面図を例示する。長さｌ１、直径ｗ１、面積Ａ１、又はループ１１１間の距離ｄ１の１つ以上が、センサ材料１２０の膨張によって変化しており、インダクタループ１１１により画定される領域の対応する膨張を生じさせる。インダクタの長さ、直径、面積、又はループ間の距離のいずれかの１つ以上の変化は、インダクタのインダクタンス値の変化を生じさせる。
【００２７】
センサ材料は、目的の検知パラメータの変化によって寸法変化を示すように選択される。例えば、センサ材料は１つ以上の軸に沿って膨張又は収縮して、センサ材料の幅、長さ、又は断面積の１つ以上の変化を生じさせる場合がある。１つの特に有用なセンサ材料は、本明細書においてｐＶＡ−ｐＡＡヒドロゲルと表示される、ポリ（ビニルアルコール）−ポリ（アクリル酸）ヒドロゲルのようなヒドロゲルを含み、それは、水分、ｐＨ、又は他のパラメータのような環境条件の変化によって寸法変化を経験する。
【００２８】
図２Ａは、誘導センサの別の実施形態を例示する。この実施形態では、センサ材料は任意である。インダクタのループ２１０、２１１は、基材２２０の上に任意に形成されてもよく、ヒンジ２３０により結合される。ヒンジ２３０の操作は、ループ２１０、２１１間の角度θを変化させて、ループ２１０、２１１間の距離の変化と、インダクタのインダクタンスの対応する変化とを生じさせる。ヒンジ２３０は、ループ２１０、２１１の１つ又は両方に直接的に又は間接的に適用される力Ｆに対抗するバネ又はその他の機構を含んでもよい。
【００２９】
図２Ｂに例示されるように、一部の実施形態は、ループ２１０、２１１によって形成された角度θの外部に配置されたセンサ材料２４０を利用する場合がある。センサ材料２４０の寸法変化は、力Ｆｅｘｔをループ２１０、２１１の１つ又は両方の上に生成する。図２Ｃに例示される他の実施形態では、センサ材料２４０は、ループ２１０、２１１によって形成された角度θの内部に配置される場合がある。センサ材料２４０の寸法変化は、力Ｆｉｎｔ１、Ｆｉｎｔ２をループ２１０、２１１の１つ又は両方の上に生成する。
【００３０】
図３Ａ〜３Ｄは、１つの実施形態による誘導センサ３００について、ヒンジのない構成を例示する。図３Ａは、基材３２０、３２１、及びループ３１０、３１１の配向後、並びに基材３２０、３２１間及びループ３１０、３１１間へのセンサ材料３３０の配置後の誘導センサを示す。図３Ｂは、基材３２０、３２１、及びセンサ材料のないループ３１０、３１１の電気的連結を例示する。
【００３１】
図３Ｃ及び３Ｄの断面図により更に例示されるように、誘導センサ３００は、それぞれ、基材３２０、３２１上に形成された２つのループ３１０、３１１を含む。センサ材料３３０は、ループ３１０、３１１間に配置される。センサ材料３３０は、ｔ０の初期厚さを有し、ループ３１０、３１１間の距離ｄ０を結果として生じる。センサ材料３３０は、特定の目的の検知パラメータに対して、寸法的に感応性である。検知パラメータの変化に従って、センサ材料３３０は、厚さｔ１まで膨張し、ループ３１０、３１１の間の距離ｄ１を生成する。あるいは、一部の実施では、センサ材料３３０は、検知パラメータへの暴露後に初期厚さｔ０から収縮して、ループ３１０、３１１を共により近くにもたらす場合がある。
【００３２】
図３Ｂに例示されるように、誘導センサ３００は、上部及び下部ループ３１０、３１１の中を電流が同じ方向に流れる正型デバイスとして電気的に連結されてもよい。正型デバイスのループ３１０、３１１により生成される磁場は、加算的であり、ループ３１０、３１１の間に正の相互インダクタンスを生じさせる。正型デバイスの全体のインダクタンスは、ループ３１０、３１１がより接近するにつれて増加し、ループ３１０、３１１が離れるにつれて減少する。
【００３３】
あるいは、誘導センサは、負型デバイスとして電気的に連結されてもよい。負型デバイスの上部及び下部ループの中の電流は、反対の方向に流れる。この構成では、１つのループの中を流れる電流により生成された磁場は、反対のループの中を流れる電流により生成された磁場を弱める。磁場の相殺は、ループ間に負の相互インダクタンスを生成する。負型デバイスの全体のインダクタンスは、ループがより接近するにつれて減少し、ループが離れるにつれて増加する。
【００３４】
図１〜３により例示されたセンサは、例えば、温度、水分、ｐＨ、流量、塩分、溶媒組成物、グルコース濃度、電界、光、及びイオン濃度のような多様な環境条件を検知するために使用されてもよい。
【００３５】
図４Ａのグラフは、約２００μｍのリード直径、約６ｍｍのコイル長、約６ｍｍのコイル直径、及び約１．８μＨの初期インダクタンスＬ０を有する２０巻き銅コイルインダクタのインダクタンスの変化を例示する。インダクタは、ポリ（ビニルアルコール）−ポリ（アクリル酸）（ｐＶＡ−ｐＡＡ）ヒドロゲル中に浸漬されて、インダクタの銅線をヒドロゲルによりコーティングした。この構成を有するデバイスを使用し、ｐＨ及び水分レベルの検知を実証した。乾燥後、ヒドロゲルをコーティングされたインダクタは、脱イオン水中に定置され、図４Ａに描かれるように、インダクタンスが経時的に測定された。
【００３６】
ｐＶＡ−ｐＡＡヒドロゲルのいくつかの組成は、アニーリングなしで水に可溶性である。例えば、３重量％ｐＶＡ及び６重量％ＰＡＡを有するヒドロゲルは、図４Ｂに示されるように、それが１３０℃で１０分以上アニールされるとき不溶性になる。図４Ｂは、アニール時間とヒドロゲルの膨張比との間の依存関係を例示する。
【００３７】
１２重量％ｐＶＡ及び１．５重量％ｐＡＡを有するヒドロゲルは、アニーリングなしで水に不溶性であることが観察された。図４Ｃのグラフは、ｐＨの関数として、ヒドロゲルの２種類についての膨張／収縮曲線を例示する。曲線４１０及び４１１は、３重量％のｐＶＡ及び６重量％ｐＡＡを含むヒドロゲルのそれぞれ正規化された収縮及び膨張曲線を例示する。ＰＡＡが、１３０℃で２０分間アニールされた。曲線４２０及び４２１は、１２重量％ｐＶＡ及び１．５重量％ｐＡＡを含むヒドロゲルのそれぞれ正規化された収縮及び膨張曲線を例示する。膨張及び収縮曲線４１０、４１１、４２０、４２１において観察できるヒステリシスが、前の膨張又は収縮周期の検出を可能にするメモリとして使用されてもよい。
【００３８】
特定の実施形態では、誘導センサはコンデンサと結合されて、共振タンク回路を形成してもよい。共振回路の共振周波数及び／又はその他の共振特性は、誘導センサのインダクタンスの関数として変化する。共振周波数及び／又はその他の共振特性の変化は、有線又は無線連結を介して共振回路に結合された検出回路（detector circuitry）を介して検出されてもよい。
【００３９】
無線連結を通じた遠隔検知は、アクセスが困難な場所及び／又は低価格での適用において特に有用である。電子商品監視（ＥＡＳ）又は無線周波数識別（ＲＦＩＤ）技術は、目的の物品の存在を検出し、その動きを追跡するために使用されてきた。例えば、ＥＡＳ及び／又はＲＦＩＤ技術を頻繁に使用し、書店又は図書館の本を検出及び追跡する。本明細書で記載されるような誘電センサは、ＥＡＳ又はＲＦＩＤ技術の遠隔アクセス能力による検知機能性と合わせて、共振回路の要素として使用されてもよい。
【００４０】
図５Ａは、ＥＡＳ／ＲＦＩＤの適用のために使用される共振回路５１０を例示する回路図である。遠隔アクセスができるＥＡＳ／ＲＦＩＤデバイスは、インダクタ５１２及びコンデンサ５１６を平行に含む単純回路５１０を使用してもよい。回路５１０は、回路構成要素５１２、５１６の値に依存する固有の周波数で共振するように設計される。インダクタ５１２は、無線周波数（ＲＦ）エネルギーのような電磁エネルギーを受信、反射、及び／又は送信するために使用されるアンテナとしての役割を果たす。一部の適用では、アンテナを介して識別コードを出力するために、追加の回路（示されず）を共振回路５１０に結合される。コードを送信できるデバイスは、典型的にはＲＦＩＤデバイスと称される。ＩＤコードを出力するための追加の回路のないデバイスは、多くの場合ＥＡＳデバイスと称される。ＥＡＳデバイスは、読取装置により放出された、ＲＦ場のような電磁（ＥＭ）場を吸収し乱すように設計される。ＥＭ場の乱れは読取装置により検出されてもよく、ＥＡＳデバイスは典型的には物品についての追加情報を送信できないが、ＥＡＳデバイスの存在を示すと解釈されてもよい。
【００４１】
本発明の実施形態により、ＥＡＳ又はＲＦＩＤに基づく検知回路は、共振回路の構成要素として本明細書に記載されるような誘導センサを含む。誘導センサは、１つ以上の目的のパラメータに対して感応性である。目的のパラメータの変化は、誘導センサのインダクタンス値の修正を生じさせる。共振回路のインダクタンスの変化は、共振回路の共振特性の対応する変化を生じさせる。様々な構成において、インダクタンスの変化により修正される共振特性としては、共振周波数、Ｑファクタ、帯域幅、及び／又は共振回路のその他の共振特性を挙げてもよい。
【００４２】
図５Ｂの回路図は、誘導センサ５２２及びコンデンサ５１６を含む共振回路／センサ５２０を例示する。誘導センサ５２２は、目的のパラメータに基づいてインダクタンス値を変えるように構成される。誘導センサ５２２のインダクタンス値の変動は、共振回路／センサ５２０の共振特性の変化を生じさせる。共振特性の変化は、遠隔検出され、ＲＦＩＤ又はＥＡＳ読取装置（示されず）によって解釈されることができる。
【００４３】
共振周波数、又はその他の共振特性の変化は、目的の検知パラメータの変化が起きたことを示すと解釈されることができる。一部の実施によると、回路５２０の共振周波数の変化は、検知パラメータの変化の量、程度、又は持続時間を決定すると解釈される。ある期間にわたって回路５２０の共振周波数（又は他の特性）の変化を検出することを使用し、検知パラメータの変化の進行を追跡してもよい。
【００４４】
図６Ａ〜６Ｅは、２つのコイルループを有しコンデンサとともに共振回路を形成する誘導センサの様々な実施形態を例示する。図６Ａは、１つの実施形態による図６Ｂの断面Ａ−Ａ’で切り取られた共振回路／センサ６００の断面図を例示する。誘導センサは、基材６２０、６２１上に配置された２つのループ６１０、６１１を含む。コンデンサを形成する第１及び第２のプレート６４０、６４１は、基材６２０の１つの向かい合った側面上に配置される。センサ材料６３０の寸法変化が、ループ６１０、６１１間の距離の対応する変化を生じさせるように、目的のパラメータに対して寸法的に感応性であるセンサ材料６３０が、基材６２０、６２１間、又はループ６１０、６１１間に配置される。図６Ｂは、センサ材料のない、共振回路構成要素６１０、６１１、６４０、及び基材６２０、６２１を例示する。インダクタ及びコンデンサは電気的に連結されて、図５Ｂに例示される回路５２０のような共振回路を形成する。
【００４５】
一部の実施形態では、図６Ｃ〜Ｅに例示されるように、インダクタのループ６１０、６１１、及びコンデンサプレート６４０は、第１及び第２の部分６６１、６６２を含む単一の折り畳み式基材６６０上に形成されてもよい。基材６６０の第１及び第２の部分６６１、６６２は、屈曲ヒンジ部分６５０により分離されている。屈曲ヒンジ６５０の操作は、インダクタループ６１０、６１１が、互いに重なり合うように配向することを可能にする。寸法的に応答するセンサ材料（示されず）は、センサ材料の寸法変化がループを共により接近させる又はより遠く離れさせるように、ループ６１０、６１１に対して配向されてもよい。一部の実施形態は、穿孔６７０を採用し、基材部分６６１、６６２の間に挟まれている検知材料に被検質が到達するのを可能にする。
【００４６】
一体型コンデンサの１つ又は両方の電極６４０は、図６Ｃに例示されるように、区画６４２に分割されてもよい。コンデンサ電極６４０を区画６４２に分割することは、デバイス６００と質問機の外部アンテナとの間の電磁結合を妨げる場合があるコンデンサ電極６４０中の渦電流を低減する。
【００４７】
図６Ｄ及び６Ｅは、折り畳み式基材６６０上に形成された共振回路として配列された誘導センサ及びコンデンサのための様々な構成を例示する。図６Ｄは、ループ６１０により囲まれた領域の外側の１つの基材部分６６１上に形成された、コンデンサプレート６４０を有する負型デバイスを例示する。基材６６０が、屈曲ヒンジ６５０のところで折り畳まれ、ループ６１０、６１１が重なり合うとき、上部６１０及び下部６１１ループ中の電流は反対方向に流れ、ループ６１０、６１１中を流れる電流により生成された磁場の相殺によって負の相互インダクタンスを生成する。この負型デバイスの全体のインダクタンスは、上部及び下部ループ６１０、６１１が互いにより接近するにつれて減少し、ループ６１０、６１１がより遠く離れるにつれて増加する。
【００４８】
図６Ｅは、正型デバイスを例示する。基材６６０が、基材部分６６１、６６２、及びループ６１０、６１１が重なり合うように折り畳まれるとき、重なり合うループ６１０、６１１の中の電流は同じ方向に流れる。正型デバイスの全体のインダクタンスは、ループ６１０、６１１が共により接近するにつれて増加し、ループ６１０、６１１がより遠く離れるにつれて減少する。
【００４９】
一部の実施形態では、誘導センサのインダクタは、図７Ａ及び７Ｂに例示されるもののような複数のループを含んでもよい。追加のループの使用は、増加した公称インダクタンスを提供し、これは、センサと質問機との間により良好な誘導結合を実現するために有益である。図７Ａは、単一の折り畳み式基材７２０の上に配置された複数の同心ループ７１０、７１１のあるインダクタを有する共振回路／センサを例示する。複数の同心ループ７１０、７１１は、それぞれ基材部分７２１、７２２上に形成される。基材７２０は、基材部分７２１、７２２間に屈曲ヒンジ部分７９１を含む。折り畳まれたとき、ループ７１０、７１１は重なり合って複数ループのインダクタを形成する。コンデンサは、インダクタループ７１１により囲まれた領域内に配置された、分割された容量プレート７４０により１つの基材部分７２２上に形成される。基材部分７２１、７２２の１つ又は両方は、穿孔７９０を含んでもよく、ループ７１０、７１１間に配置されたセンサ材料（示されず）の被検質又は検知されている他の周囲条件への暴露を可能にする。負若しくは正型インダクタ及び／又は共振回路の形成を実現するための適切な電気連結は、ビア相互連結７９５を使用して行われてもよい。
【００５０】
図７Ｂに例示される、別の実施形態では、共振回路／センサ７０１は、５つの可撓性基材部分７６１〜７６５の上に形成された複数のループ７５１〜７５５を有するインダクタを含む。各基材部分７６１〜７６５は、１つのループ７５１〜７５５をデバイス７０１のインダクタに提供する。ループ７５１〜７５５は、示されるように、すべてが基材部分７６１〜７６５の片側に、又は半分が基材部分７６１〜７６５の各側に形成されてもよい。基材部分７６１〜７６５は、デバイス７０１を、屈曲ヒンジ７７２〜７７５のところでジグザグ方式で折り畳むことにより積み重ねられ、基材部分の１つ７６１の上に形成されたプレート７８０、７８１を有するコンデンサと結合したソレノイド様インダクタを結果として生じる。容量プレート７８０、７８１を含まない基材部分は、貫通孔７６６〜７６９を任意に有してもよい。
【００５１】
一部の実施形態では、センサ材料（示されず）は、基材部分７６１〜７６５の１つ以上の間に配置される。基材部分７６１〜７６５が貫通孔７６６〜７６９を含む場合、センサ材料は、基材部分７６１〜７６５の周辺部に沿って配置される。
【００５２】
上記の誘導センサを介する遠隔検知は、誘導センサを組み込む共振回路に無線でアクセスできる質問機回路（interrogator circuitry）を使用して達成されてもよい。図８のブロック図は、本明細書においてまた読取装置としても表示される質問機８３０、及び誘導センサ８１２に結合されたコンデンサ８２６を有する共振回路８２０を含む遠隔検知システム８５０を例示する。質問機８３０は、無線周波数（ＲＦ）源８３４及び共振分析器（resonance analyzer）８３６を含む。
【００５３】
質問機８３０は、アンテナ８３２を含み、ＲＦ信号を共振回路８２０に送信する。共振回路８２０は、回路８２０の共振周波数に近いＲＦエネルギーを吸収及び反射する。質問機８３０は、共振回路８２０によるＲＦエネルギーの吸収及び／又は反射によって生じた送信された信号の変化を検出するように構成されてもよい。共振回路８２０によるエネルギーの吸収／反射に起因する質問機信号の変化、及び／又は共振回路８２０により反射された信号の検出は、本明細書では共振回路信号として表示される。
【００５４】
誘導センサ８１２は、センサ８１２のインダクタンス値を変更することにより、特定の目的のパラメータに応答するように設計される。共振回路８２０のインダクタンス値の変化は、回路８２０の共振周波数をシフトする。この周波数のシフトは、質問機８３０の共振分析器８３６によって検出可能である。
【００５５】
図９は、それぞれ時間ｔ１及びｔ２において得られた周波数掃引からの質問機によって生成された信号９１０、９２０を示す。信号９１０、９２０は、共振回路／センサが質問機の付近に存在するときは、質問機により生成される。信号９１０は、時間ｔ１において共振回路の初期共振周波数に関連する特徴９１１を含む。信号９２０は、誘導センサのループ間の約２００μｍの増加後、時間ｔ２における共振回路／センサの共振周波数に関連する信号の特徴９２１を示す。信号の特徴９１１、９２１の比較は、約３ＭＨｚの共振回路の共振周波数の下方シフトを示す。図１０は、インダクタループ間の距離の関数としての共振周波数のグラフを示す。
【００５６】
センサ材料として前述のｐＶＡ−ｐＡＡヒドロゲルのようなヒドロゲルを使用するセンサは、水分吸収及び／又はｐＨの無線モニタリングを可能にする。図１１Ａは、デバイスを濡らした後の時間の関数としての共振周波数のグラフを示す。センサ材料により水分が吸収されるにつれて、センサの共振周波数は下方にシフトする。図１１Ａに示される結果は、吸収の最終的な飽和を示す。図１１Ｂのグラフは、誘導センサ中に使用されるヒドロゲルセンサ材料の１つの特定の処方について、変化するｐＨによる共振回路の周波数の変化を例示する。
【００５７】
一部の実施では、複数の誘導センサは同時にモニターされてもよい。例えば、誘導センサは、センサの無線モニタリングを促進するために異なる共振周波数を有する共振回路の中に組み込まれてもよい。複数のセンサは、異なる検知パラメータに又は同じ検知パラメータに応答するように構成されてもよい。一部の実施形態では、誘導センサは、目的の面積にわたって空間的に分布されてもよい。センサは、目的の面積にわたる１つ以上の検知パラメータの変化について、情報を獲得するようにモニターされることができる。無線でアクセス可能な空間的に分布されたセンサの使用は、その態様が本明細書に開示される誘導センサと併せて使用されてもよく、本明細書に参考として組み込まれる、同一所有者の米国特許出願番号第１１／３８３６５２号（２００６年５月１６日出願）に記載されている。
【００５８】
一部の実施では、本明細書に記載されるように誘導センサを組み込む共振回路により生成された信号は、検知回路と質問機との間の誘導結合、及び／又は回路の電気的特性に影響する様々な条件により変更される場合がある。例えば、センサ信号は、目的の検知パラメータ以外の要因、例えば、質問機からのセンサ回路の配向及び／若しくは距離、電磁干渉、近くの金属物質、センサ回路と質問機との間に置かれた物質、温度変化、濡れ若しくは近くの水、並びに／又はその他の要因により影響される場合がある。
【００５９】
リファレンス信号は、上記の干渉源によるセンサ回路信号の測定値間の変動の説明をするために使用されてもよい。１つの実施形態では、検知回路によって生成された信号は、リファレンス信号に基づいて配向及び／又は距離について正規化されてもよい。干渉が、良質な測定の要件を超える場合には、アラーム状態が開始されてもよい。
【００６０】
図１２は、遠隔検知システム１２００を例示する。検知システム１２００は、質問機１２１０に無線で結合される検知回路１２２０及びリファレンス回路１２３０を含む。検知回路１２２０の共振周波数のシフトは、リファレンス回路１２３０により生成された信号を使用して、質問機１２１０により解釈されてもよい。
【００６１】
ここで図１３Ａを見ると、リファレンス回路１３３０及びセンサ回路１３２０は共振回路を含み、一部の実施形態による無線アクセスを提供してもよい。リファレンス回路１３３０は、センサ回路１３２０の共振周波数とは異なる共振周波数を有する。この構成では、リファレンス回路信号及びセンサ回路信号の両方が、質問機アンテナ１３１１を介して質問機１３１０により遠隔検出されることができる。リファレンス回路１３３０は、誘導センサデバイス１３２０のインダクタに類似するインダクタを採用してもよいが、インダクタループ間に固定空隙を有するか、又はデバイスを折り畳まないままにする。リファレンス回路１３３０によって生成された信号を使用して、上記の干渉源により生成された誤りを含むセンサ回路信号の誤りを訂正してもよい。
【００６２】
図１３Ｂは、質問機１３１０により検出された、センサ及びリファレンス回路１３２０、１３３０の共振回路信号を示す。図１３Ｂは、それぞれ、時間ｔ１及びｔ２において質問機１３１０による周波数スキャンに応答する検知回路１３２０及びリファレンス回路１３３０により生成された信号１３５０、１３６０を描く。時間ｔ１における信号１３５０は、センサ回路１３２０により生成され、またセンサ回路１３２０の初期共振周波数に関連する信号の特徴１３５１を含む。時間ｔ２における信号１３６０は、センサ回路１３２０により生成され、また目的の検知パラメータの変化後のセンサ回路１３２０の共振周波数に関連する信号の特徴１３６１を含む。信号１３５０、１３６０の比較は、検知条件により検知回路１３２０により生成された、信号の特徴１３５１、１３６１の周波数のシフトを示す。信号１３５０及び１３６０はまた、それぞれ、時間ｔ１及びｔ２において、リファレンス回路１３３０により生成された信号の特徴１３７０、１３７１も示す。これらの信号の特徴１３７０、１３７１は、実質的に変化しないままであるリファレンス回路１３３０の共振周波数に関連する。本実施例は、検知条件への暴露により生じた共振周波数の下方シフトを描くが、その他の構成では、検知条件への暴露は共振周波数の上方シフトを生じさせる場合もあることは理解されるだろう。
【００６３】
図１３Ｂに例示されたグラフでは、リファレンス回路の共振周波数は、時間ｔ１及びｔ２において同じままであり、センサ回路信号が干渉により影響を受けない可能性があることを表す。経時的なリファレンス回路の共振周波数の変化は、センサ信号の補正が必要である場合があることを示す。
【００６４】
遠隔検知のためのリファレンス信号の使用に関するさらなる詳細は、同一所有者の米国特許出願番号第１１／３８３６４０号（２００６年５月１６日出願）に記載されており、その特許出願が本明細書に参考として組み込まれる。
【００６５】
１つの実施形態により、共振センサ回路を作製するためのプロセスが、図１４Ａ〜Ｃに描かれる。図１４Ａは、折り畳まれていないセンサの平面図を例示する。図１４Ｂは、断面Ｂ−Ｂ’を通って切り取られたセンサの断面図を例示する。それぞれ、図１４Ａ及び１４Ｂの平面図及び断面図において例示されるように、一体型コンデンサを有する２重ループインダクタのための適切なパターンが、ポリイミド−銅（ＰＩ−Ｃｕ）ホイルのような平面可撓性基材１４２０上に形成される。インダクタループ１４１０、１４１１は、第１のループ１４１０の１つの端が第２のループ１４１１のもう１つの端に連結されるように形成される。ヒンジは、ＰＩ−Ｃｕ基材１４２０の薄くされた部分１４５０によってループ１４１０、１４１１間に形成される。ヒドロゲルのようなセンサ材料１４３０は、第１及び第２のループに対して配向される。穿孔１４８０は、ＰＩ−Ｃｕ基材１４２０を通して任意に形成し、被検質又は目的の周囲条件へのセンサ材料１４３０の暴露を可能にしてもよい。１つ以上のビア連結１４９０を使用して、基材１４２０を通しての電気的連結を促進する。誘導センサの２重ループ構造は、図１４Ｃの矢印により例示されるように、薄くされたヒンジ１４５０のところで、平面基材１４２０を折り畳むことにより実現される。センサ材料１４３０の寸法変化は、ループ１４１０、１４１１間の隙間距離、及び回路のインダクタンスを変化させる。図１４Ａ〜Ｃに例示される構成は、標準的なリソグラフィーに基づくプロセスを使用して誘導センサの製作を可能にするデバイス構造を提供する。
【００６６】
図１５Ａ〜Ｈは、本発明の実施形態による、誘導センサ及び共振回路の製作のための代表的なプロセスをより詳細に例示する。図１５Ａ〜Ｈに示されるプロセスを使用して、誘導センサ及び共振回路は、ポリイミド−銅フィルム及びフォトリソグラフィーに基づく技術を使用してバッチ製作されてもよいが、フォトリソグラフィー以外の技術及び／又は代替材料があるいは使用されてもよい。図１５Ａ〜Ｈは、１つのセンサデバイスの製作プロセスを例示する。以下に記載される技術を使用して、複数のデバイスが、デバイスを分離するために後で切断される一体型基材上に製作されてもよい。
【００６７】
第１のマスクを使用して、厚さ５０μｍのＰＩホイル１５２０上にコーティングされた厚さ１５μｍのＣｕフィルム１５１０をパターン化し、平行プレートコンデンサの電極１５８０を形成する（図１５Ａ及び図１５Ｂ）。流体被検質用通路としての役割を果す貫通孔１５９０、並びに回路のためのビア接続用の孔１５９５が、ポリイミド（ＰＩ）基材１５２０の中に製作される（図１５Ｃ）。貫通孔１５９０及び／又はビア接続孔１５９５の形成は、例えば４０重量％ＫＯＨ及び２０重量％エタノールアミンを有する水溶液中で湿式エッチングすることにより実現されてもよい。エタノールアミンの使用はエッチングされた孔の中のテーパーリングを低減し、これは検知要素がより容易に被検質に暴露される広い開口部面積を得られるようにする。図１５Ｄに例示されるように、シード層１５３０は、図１５Ｅに記載される電気メッキプロセスにおいて使用するために、ＰＩ基材１５２０上にコーティングされる。シード層１５３０は、約１００ｎｍのチタンフィルムを接着層として堆積し、次いで約１μｍのＣｕフィルムを堆積することにより形成される。シード層１５３０の銅表面上に積層されたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）フォトレジストフィルム１５４０はパターン化されて、インダクタループ１５４５のＣｕメッキ、第２のコンデンサ電極１５４６、及びビア相互連結１５９１のための成形ダイを形成する（図１５Ｅ）。より厚いループは、より大きいインダクタンス及びより小さい抵抗、即ちより高い品質要因を提供する。約５０μｍの厚さを有するフォトレジストを使用して、Ｃｕメッキから４０μｍの目標高さを実現する。Ｃｕメッキは、平滑化添加剤及び光沢添加剤を有する硫酸に基づく浴の中で実行される。Ｔｉ／Ｃｕシード層１５３０を、メッキ後エッチングし、メッキ構造１５４５、１５４６、１５９１を電気的に分離する（図１５Ｆ）。
【００６８】
ＰＩ  １５２０を再びエッチングし、屈曲ヒンジを形成する薄くされた部分１５２１を作製する（図１５Ｇ）。ＫＯＨに基づくエッチング装置の中で２分間エッチングすると、薄くされた部分１５２１におけるＰＩ  １５２０に厚さ１０μｍをもたらす。最後に、厚さ約１μｍのパリレン−ＣＴＭ（Parylene-CTM）の共形の誘電体フィルム１５７０が、電気的保護のために、デバイスの表面全体にコーティングされる（図１５Ｈ）。
【００６９】
前述のように、上に詳細に説明されたプロセスを使用して、誘導センサを形成するために使用された多数の平面デバイスを含む固体フィルムを同時に形成してもよい。個々のデバイスは、例えば、ブレード又は他の分離技術を使用して固体フィルムから切断されてもよい。
【００７０】
個々のデバイスを折り畳み、インダクタループを、それらが重なり合うように配向する。寸法的に感応性であるセンサ材料が、対向する基材部分及び／又はループ内に、折り畳み前又は後のいずれかにおいて任意に配置される。適切なセンサ材料を選択することにより、デバイスを使用して多様なパラメータについての検知を実行することが可能である。例えば、ｐＶＡ−ｐＡＡ、ポリ（ＡＡ−アクリル酸イソオクチル（ＩＯＡ））、及びポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）−ＡＡ）のようなヒドロゲルが、それらの雰囲気のｐＨに依存して膨潤／収縮する。ポリ（３−スルホプロピルメタクリレート（ＳＰＭＡ）−ＩＯＡ）及びｐＡＡに基づくヒドロゲルのいくつかは、塩の濃度に応答する。ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（ｐＮＩＰＰＡｍ）は、温度に応答するポリマーの例である。フェニルボロン酸に基づくヒドロゲルの寸法変化は、グルコースの濃度と相関させることができる。
【００７１】
複数の化学的／物理的／生物学的パラメータの検知は、異なるセンサ材料を組み込む複数のセンサデバイスを使用することにより実施されることができる。例えば、ｐＨ及び塩分の同時モニタリングは、それぞれ、ｐＶＡ−ｐＡＡ及びポリ（ＳＰＭＡ−ＩＯＡ）を、異なる共振周波数を有する２つの別個のデバイスと併せて使用することにより実施されることができる。デバイスは、これは例えばモニターされる目標液体の中に定置されてよく、遠隔質問機を通じて無線により質問され、２つのパラメータについての情報を提供することができる。
【００７２】
上記のプロセスを使用して製作された誘導センサは、折り畳み後誘導センサを初期構成に固定するように構成された機構を含んでもよい。図１６Ａ〜Ｃは、センサを固定するための機構を含む１つの実施形態を例示している。センサは、図１５Ａ〜Ｈに関連して、上記のプロセスを使用して形成されてもよい。図１６Ａは、ＰＩ基材の薄くされた部分により形成されたヒンジの屈曲に続いて、初期条件にあるセンサを例示する。ヒンジの反対側の基材の末端部は、シリコンゴムのような柔軟な弾性結合材１６１０により結合されてもよい。シリコンゴムは、初期構成にある誘導センサを安定させる。図１６Ｂは、目的のパラメータ、例えば被検質への暴露前の初期状態にある誘導センサを示す。乾燥したヒドロゲルの１片１６２０が、インダクタループ１６４０間の空隙１６３０内に配置される。ヒドロゲル１６２０は、被検質への暴露前に水和される。被検質又は周囲条件への暴露は、図１６Ｃに例示されるように、ヒドロゲル１６２０を膨潤させるか又は膨潤を解消させ（de-swell）、インダクタループ１６４０間の距離を変化させる。図１６Ｃの点線は、被検質への暴露前のデバイスの上部の構成を示す。図１６Ｃの実線は、被検質への暴露による膨潤後のデバイスの上部の構成を示す。
【００７３】
一部の実施形態では、センサを掛合することは、デバイスを初期構成に固定するために係合する相補的特徴を有するラッチング機構を使用して達成される。例えば、相補的特徴は、基材の末端部又は縁部上に配置されてもよい。１つの実施形態では、相補的特徴は、他の場所も可能であるが、ヒンジの反対側の基材の末端部上に配置される。図１７Ａは、折り畳み前の誘導センサ１７００を描く。誘導センサ１７００は、基材の１つの末端部に１つ以上のフック１７１０を含む。フック１７１０は、基材の反対側の末端部で１つ以上のスリット１７１１と係合するように構成される。フック１７１０とスリット１７１１との係合は、図１７Ｂに例示されるように、誘導センサを初期構成に掛合する。図１５Ａ〜Ｈに関連して記載されたリソグラフィーに基づく製作は、マスクレイアウトを修正することにより、単純なパターンから複雑なパターンまでを有するラッチング構造の追加を可能にする。
【００７４】
図４Ｂに関連して前述されたように、特定の組成を有するｐＶＡ−ｐＡＡヒドロゲルは水中で可溶性であり、アニーリング後にのみ不溶性になることが見出された。溶解度特性を、誘導センサの組み立てにおいて利用することができる。図１８Ａ〜Ｄは、こうした手法の実施例を例示する。この実施形態では、可溶性ヒドロゲルの１片１８１０が、基材の対向する部分１８２１、１８２２の間の空隙の中に定置される。基材の対向する部分１８２１、１８２２の１つ又は両方の中に製作された孔１８３０は、センサ材料１８１０の水分への暴露を提供する（図１８Ａ）。
【００７５】
図１８Ｂに例示されるように、ヒドロゲル１８１０の表面を孔１８３０を介して水１８３１で湿らせることは、ヒドロゲル１８１０の湿らされた領域を溶解し柔軟化させる。溶解されたヒドロゲル１８１０が乾く間に圧力１８３２を適用することにより、ヒドロゲル１８１０は、孔１８３０の中に押し出され、固化されたヒドロゲル１８１０と基材の対向する部分１８２１、１８２２との間の物理的結合を実現する。デバイスはアニールされてヒドロゲル１８１０を不溶性にする。図１８Ｃは、アニーリング後のデバイスを例示する。
【００７６】
図１８Ｄに例示された誘導センサは、基材部分１８２１、１８２２のより大きい変位１８６２を得るために、ヒドロゲルの変位１８６１を増幅する、てこの機構を提供するように、センサ材料１８１０がヒンジ１８５０及び基材部分１８２１、１８２２に対して配向される構造を例示する。基材部分１８２１、１８２２のより大きい変位１８６２は、いずれの機械的な増幅もないデバイスと比較したときに、デバイスのインダクタンス値のより大きい変化及び対応するより大きい信号を生成する。
【００７７】
別の実施形態によって誘導センサを作製するためのプロセスは、多重ループデバイス（multi-loop device）を液体センサ材料によってコーティングすること、及びそれを乾燥させることを伴う。例えば、液体ヒドロゲル、又は液体形態の他のセンサ材料が、図７Ｂに例示される折り畳まれた多層デバイスのような多重ループデバイスの上にコーティングされてもよい。ヒドロゲルの粘度は、材料が折り畳まれた層の間の隙間に流れ込むことを可能にする。ヒドロゲルは次に乾燥される。アニーリングは、使用されるセンサ材料に依存して任意である。結果として生じるデバイスは、図１９に例示される。センサ材料１９２０は、１つ以上のヒンジ１９５０で折り畳まれた基材１９３０上に配置されたループ１９１０の間に配置される。センサ材料１９２０は、周囲条件又は被検質への暴露に基づいて膨張及び収縮する。センサ材料１９２０の膨張又は収縮は、誘導ループ１９１０間の距離の変化を生じさせる。
【００７８】
本明細書で記載された誘導センサについて多数の適用が想像されてもよい。１つの実施例では、誘導センサを創傷包帯又はおむつの中に採用し、創傷包帯又はおむつの水分含量を決定することができる。これらの製品について、包帯を取り外さずに、包帯又はおむつが水分の限界に到達したかどうかを決定することができることは有利である。創傷包帯又はおむつの取り替えの時間を適切に計ることは、ユーザーが不快な又は有害な条件を経験する可能性を低減する。包帯又はおむつの水分含量は、本明細書に記載されたような誘導センサを有する共振回路を組み込むデバイスを使用して遠隔でモニターされてもよい。デバイスは、バッチ方式で製作されることができ、電池のような内部電源を必要としない。これらの要因は、デバイスのコストを低減し、デバイスを使い捨て製品の中に組み込むことを実際的にする。
【００７９】
図２０は、誘導センサ２００１を組み込む創傷包帯２０００を例示する。包帯２０００は、負傷した領域２０２０の上への定置のために構成された吸収性材料２０１０を含む。創傷包帯２０００は、通気性保護フィルム２０３０により覆われる。創傷包帯２０００はまた、本明細書に記載されるように誘導センサを組み込む共振回路を有する水分センサ２００１も含む。一部の実施形態では、水分センサ２００１は、包帯２０００の吸収性材料２０１０の上又は近くに定置されてよい。他の実施形態では、図２０に例示されるように、吸収性材料２０１０は、誘導センサのセンサ材料として使用されてもよい。吸収性材料２０１０が水分を吸収するにつれて、誘導センサ２００１の吸収性材料２０１０は膨張し、センサ２００１のインダクタンスの変化及び共振回路の共振周波数の対応する変化を生じさせる。共振周波数の変化は、遠隔質問機により無線で検出されてもよい。質問機又は他の回路は、水分限界に到達したときには警告を発生して、包帯を替えるべきであることを表す場合がある。前述のように、質問機は、複数のパラメータを検知するために異なる初期共振周波数を有するように製作された複数のセンサをモニターしてもよい。複数センサの使用は、複数パラメータの同時検知を可能にする。代替的に、又は追加的に、複数のセンサを使用し、参照としてセンサの１つ以上を使用して補正を提供してもよい。
【００８０】
前述のように、一部の実施形態によると、誘導センサはインダクタの寸法を変化させるためにセンサ材料を使用する必要はない。誘導ループ間の間隔の変化は、ループの１つ又は両方の上に発揮された圧力により生じてもよい。寸法的に感応性である物質を組み込まない誘導センサの使用が、次の２つの適用実施例に記載される。
【００８１】
ヒンジで連結された誘導センサは、流量のようなパラメータの無線モニタリングのために使用されてもよい。１つの実施例は、図２１Ａ〜Ｂに例示されるが、誘導センサ２１００を使用して、可撓性チューブ２１１０を通過する液体（例えば、血液）の脈動流を測定する。この適用では、チューブ２１１０は、検知デバイス２１００の第１及び第２の基材部分２１２１、２１２２によって、ゆるく挟まれている。図２１Ａ〜Ｂに描かれる検知デバイス２１２０は、ラッチング機構２１３０及びデバイス２１００のチューブ２１１０の周囲への固定を促進するヒンジ２１５０を含む。チューブ２１１０の直径の変化は、誘導ループ２１４０、２１４１間の距離の変化を生じさせる。液体の脈動流は、チューブ２１１０の直径及びデバイス２１００の共振周波数の周期的な変化を生じさせる。図２１Ａは、チューブ２１１０が最初の直径ｄ１を有する時間ｔ１におけるデバイス２１００を例示している。図２１Ｂは、チューブ２１１０が直径ｄ２を有する時間ｔ２におけるデバイス２１２０を例示している。チューブ２１１０の直径の変化Δｄは、センサデバイス２１００の共振周波数のシフトを生じさせる。チューブ直径の周期的変化に対応する共振周波数の周期的変化の頻度を測定することにより、流速が決定されてもよい。
【００８２】
更に別の代表的な適用では、図２２に示されるが、センサデバイス２２１０を使用して、チャネル２２００の中の流量を測定する。センサデバイス２２１０はヒンジを含み、１つの基材部分２２０２が初期角度θ０で、もう１つの基材部分２２０１に対して配向されるように、初めに折り畳まれる。１つの基材部分２２０２は、流体チャネル２２００の内壁２２３０上に固定される。２つの基材部分２２０１、２２０２間の角度は、自由な基材部分２２０１が、流量により生じた圧力のために下方に押されるのにつれて減少する。より小さい流速は、基材部分２２０１、２２０２の初期の配向に対して、相対的により小さい角度の変位θ１を生成する。より大きい流速は、基材部分２２０１、２２０２の初期の配向に対して、相対的により大きい角度変位θ２を生成する。基材部分２２０１、２２０２間の角度の変位の変化は、センサのインダクタンスを変更し、共振周波数のシフトを生じさせる。共振周波数のシフトは、遠隔質問機により無線でアクセスされ、チャネル中の流速に相関されてもよい。
【００８３】
本発明の様々な実施形態についての上述の説明は、例示及び説明を目的として提示されている。それは、包括的であることも、又は開示されたまさにその形態に本発明を限定することも意図していない。以上の教示を考慮すれば、多くの修正及び変形が可能である。例えば、本発明の実施形態は、多種多様な適用において実施されてもよい。本発明の範囲は、この「発明を実施するための形態」によって限定されず、むしろ添付「特許請求の範囲」によって限定されるものとする。
【００８４】
本発明は様々な修正及び代替形態に柔軟に従うことができるが、それらの細目は一例として図面に示され詳細に記述される。しかしながら、記載された特定の実施形態に本発明を限定することを意図しないことは理解されよう。逆に、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲内に入るすべての修正、等価物、及び代替物を含むことを意図している。
【図１Ａ】
2009544010.tif 000003
【図１Ｂ】
2009544010.tif 000004
【図１Ｃ】
2009544010.tif 000005
【図１Ｄ】
2009544010.tif 000006
【図２Ａ】
2009544010.tif 000007
【図２Ｂ】
2009544010.tif 000008
【図２Ｃ】
2009544010.tif 000009
【図３Ａ】
2009544010.tif 000010
【図３Ｂ】
2009544010.tif 000011
【図３Ｃ】
2009544010.tif 000012
【図３Ｄ】
2009544010.tif 000013
【図４Ａ】
2009544010.tif 000014
【図４Ｂ】
2009544010.tif 000015
【図４Ｃ】
2009544010.tif 000016
【図５Ａ】
2009544010.tif 000017
【図５Ｂ】
2009544010.tif 000018
【図６Ａ】
2009544010.tif 000019
【図６Ｂ】
2009544010.tif 000020
【図６Ｃ】
2009544010.tif 000021
【図６Ｄ】
2009544010.tif 000022
【図６Ｅ】
2009544010.tif 000023
【図７Ａ】
2009544010.tif 000024
【図７Ｂ】
2009544010.tif 000025
【図８】
2009544010.tif 000026
【図９】
2009544010.tif 000027
【図１０】
2009544010.tif 000028
【図１１Ａ】
2009544010.tif 000029
【図１１Ｂ】
2009544010.tif 000030
【図１２】
2009544010.tif 000031
【図１３Ａ】
2009544010.tif 000032
【図１３Ｂ】
2009544010.tif 000033
【図１４Ａ】
2009544010.tif 000034
【図１４Ｂ】
2009544010.tif 000035
【図１４Ｃ】
2009544010.tif 000036
【図１５Ａ】
2009544010.tif 000037
【図１５Ｂ】
2009544010.tif 000038
【図１５Ｃ】
2009544010.tif 000039
【図１５Ｄ】
2009544010.tif 000040
【図１５Ｅ】
2009544010.tif 000041
【図１５Ｆ】
2009544010.tif 000042
【図１５Ｇ】
2009544010.tif 000043
【図１５Ｈ】
2009544010.tif 000044
【図１６Ａ】
2009544010.tif 000045
【図１６Ｂ】
2009544010.tif 000046
【図１６Ｃ】
2009544010.tif 000047
【図１７Ａ】
2009544010.tif 000048
【図１７Ｂ】
2009544010.tif 000049
【図１８Ａ】
2009544010.tif 000050
【図１８Ｂ】
2009544010.tif 000051
【図１８Ｃ】
2009544010.tif 000052
【図１８Ｄ】
2009544010.tif 000053
【図１９】
2009544010.tif 000054
【図２０】
2009544010.tif 000055
【図２１Ａ】
2009544010.tif 000056
【図２１Ｂ】
2009544010.tif 000057
【図２２】
2009544010.tif 000058
【国際調査報告】
2009544010.tif 000059
2009544010.tif 000060