專利名稱：位移傳感器的制作方法
技術領域：
在將醫療產品程序化輸送入人體或動物體內的裝置中，通常設置與泵室和閥門裝置共同工作的醫療產品的加壓存儲器。醫療產品通常經由管被裝置泵送至刺入患者皮膚的插管處。裝置能夠在幾天內提供給患者變化的醫療產品輸注速度。本發明是針對用于加壓存儲器的改進的位移傳感器。
背景技術：
許多不同的測量技術以前已被用作位移傳感器的基礎。在一種類型的位移傳感器中，線性或旋轉地移動電位器弧刷的動作被轉化為電壓和/或電流信號。這樣的電位器式傳感器經常遇到機械磨損、弧刷運動的摩擦阻力、繞線單元的有限的分辨率和高的電子噪音的問題。線性可變位移傳感器(LVDT)是通常可用的。線性可變位移傳感器經常包括繞成中空形式的三個線圈。透水性材料的核能夠穿過該形式的中心自由滑動。內部、初級線圈由交流電源激發。由初級線圈形成的通量被鏈接到兩個外部次級線圈，根據核的位置引導每個線圈中的交流電壓。如果兩個次級線圈反向串聯，那么兩個電壓相減；也就是說，形成差分電壓。當核位于中央時，電網電壓為零。當核移動至一側，電網電壓幅值將增加。此外， 當核移動至一側或另一側時存在相對于電源的相位變化。此外，這些裝置要求在測量線圈任一端的獨立線圈，以便提供電屏蔽來產生低噪音傳感器。這些制造要求使得這些傳感器制造昂貴而且長度尺寸至少是其能夠測量距離的兩倍。一些裝置也基于例如光學編碼器的光學測量系統被描述。基于超聲技術的裝置也被描述。這些裝置往往制造成本昂貴而且在它們能夠應用的應用類型方面有限制。基于位移傳感器的不同電容已經被描述用來測量或檢測線性位移。一種類型的電容位移傳感器是基于兩個相對的板的原理，位移測量或者改變兩個板的重疊面積，或者改變板之間間隙的介電性質。這種類型的位移傳感器的例子將在下面提供。GB1275060A披露的位移傳感器包括形成電容的第一板的導桿和形成受體管，桿在受體管內移入并移出，形成電容第二板。US4, 916，055披露了一種與GB1275060A相似的位移傳感器，而且進一步披露了第
三管，其用來為電容的感應板屏蔽導致信號噪音的靜電電荷。一些其他的移動板電容傳感器還描述了在或者平的或者管狀的板上的電極利用模式。這些例子在JP 8-159704和GB2273567A中被給出。這些裝置的結構在制造便宜的裝置方面也存在相當大的挑戰。電容位移傳感器的利用已被描述用于包括監測存儲器內液體水平高度的各種應用，如在EP 0520201A中披露的。US5，135，485披露了用于藥物存儲器中的電容測量，以便或者檢測什么時候存儲器是空的或者提供存儲器內液體水平高度的測量。所述的用于監測存儲器內液體水平高度的傳感器包括帶有形成它們之間絕緣的液體的電容的兩個板。存在于存儲器內的液體量越多，板之間的間隙越充滿液體，并且這反應在通過傳感器測量的電容上。US6，210，368披露了監測存儲器內液體水平高度的基于電容傳感器。在一個實施例中，當存儲器容量改變時，電容的兩個板之間的重疊量改變。在另外一個實施例中，在電容的絕緣材料中被吸收的液相推進劑的量根據存儲器容量而改變，導致電容絕緣特性的改變。US6, 352，523披露了在基于實行將注射器的圓筒和活塞被改為同軸電容的兩個板之后用來測量留在注射器內的胰島素的量的方法。為了生成位移信息這個裝置還要求該注射器被放入讀數器內。用于監測存儲器內藥物水平高度的替代技術包括光編碼器的使用。US4，498，843 和TO2004/009163均描述了基于用于監測作為輸注系統一部分的注射圓筒的位置的光編碼器的線性位移測量系統。在本技術領域需要能夠有足夠靈敏度監測注射器類藥物存儲器內的液體水平高度的位移傳感器，以致允許檢測出錯誤藥物的輸注。還需要傳感器制造便宜而且通過堅穩設計提供可靠性能。
發明內容
根據本發明的第一方面，提供一種線性電容位移傳感器，包括第一圓柱體電容板、 第二圓柱體電容板和第三圓柱體，第二圓柱體電容板設置在第一圓柱體電容板的周圍電容，以便在第一和第二圓柱電容板之間形成空間，第一和第二圓柱體電容板空間地大體上彼此相對固定，由絕緣材料構成的在該空間內是縱向可移動的，以便充滿絕緣材料的所述空間的一部分能夠相對于使用時在第一和第二圓柱體電容板之間產生的固定電場而改變。根據本發明的第二方面，提供了一種存儲器，其用于通過可移動元件在一定程度上限定容納的液體容量，其與線性電容位移傳感器結合，用于測量存儲器內容納的液體的容量，位移傳感器包括一固定結構，該固定結構包括第一和第二電容板，以及在第一和第二電容板之間的空間內縱向可移動的絕緣結構，其中可移動的絕緣結構與可移動元件操作地連接。根據本發明的第三方面，提供了用于注入液體醫療產品的注入系統，包括根據第一方面的線性電容位移傳感器，或與根據第二方面的存儲器結合的線性電容位移傳感器。在線性電容位移傳感器內，使用時，在第一個和第二電容板之間產生的電場保持靜止，同時在被高絕緣性材料充滿的這些板之間的空間部分通過絕緣結構的移動被改變。 這種結構是有利的，因為第一和第二電容板空間地大體上是彼此相對固定，用于連接的電連接不需要移動因而簡化和使得傳感器更加堅固并且提高由傳感器輸出的信號的可靠性。 另外，由于第二電容板大體上空間地相對于使用中產生的電場固定，第二板用作有效屏蔽不利的外部電氣的影響。在本發明優選的實施例中，就注入系統而言，線性電容位移傳感器的固定結構是耐用的部分，但是存儲器和線性位移傳感器的可移動結構是一次性部分。以這種方式，為了與帶有傳感器電子部分的注入系統的耐用部分匹配，最初容納有液體醫療產品的一次性的存儲器可以與傳感器的絕緣結構部分一同成形。這允許進行高精確的傳感器測量，同時保持注入系統的一次性部分制造成本低廉。
現在將參照附圖詳細說明本發明的實施例，其中圖1是根據本發明的線性電容位移傳感器的實施例的示意圖，示出了伸展狀態；圖2是圖1的傳感器的示意圖，示出了收縮狀態；和圖3是包含根據本發明實施例的存儲器和傳感器的注入系統的示意圖。
具體實施例方式先轉到圖1，線性電容位移傳感器1包括第一電容板2和第二電容板3，在第一和第二電容板2，3之間界定空間4。位移傳感器1進一步包括在空間4內沿箭頭X方向縱向可移動的絕緣結構5。第一和第二電容板2，3電氣連接和物理連接到其上安裝有如AD7746 的半導體集成電路7的印刷電路板或相似層6。絕緣結構5操作地連接到可移動元件8。可移動元件8連接到引導裝置9，引導裝置9與從印刷電路板6延伸的引導裝置10配合。在圖1顯示的優選的實施例中，第一電容板2是實心的直的圓柱體，其設置為與第二電容板3的空心的直圓柱體同軸和同中心。本領域技術人員值得注意的是，第一和第二電容板2，3不需要必須是圓柱體，而例如可以使用平板代替。優選外部的是圓柱體電容板， 第二圓柱體電容板3有效屏蔽使用時在第一和第二圓柱體電容板2，3之間產生的電場。本領域技術人員還值得注意的是，第一和第二電容板2，3不必是直的圓形的圓柱體，而可以替換采用實心或或空心的六邊形、八邊形或其他多邊形或不規則形狀。第一和第二電容圓柱體2，3不必被設置為同中心，但是優選的是它們如此以使得產生的電場在傳感器1的橫截面上大體上一致。在圖1顯示的優選實施例中，第一和第二電容板2，3是大體上相同長度的。然而， 在可供選擇的實施例中可以設想，第一和第二電容板2，3可以具有不同的長度，而且具體地為了更加有效地屏蔽靜電干擾，第二圓柱體3可以比第一圓柱體2更長。引導裝置10可以具有進一步的功能，作為圍繞第二圓柱體電容板3設置的第四圓柱體，用來提供額外的電氣干擾屏蔽，以便進一步改進傳感器1的信號質量。第一和第二電容板2，3物理連接到作為支承第一和第二電容板2，3相鄰端的支承結構的印刷電路板6上。本領域技術人員值得注意的是，不同于印刷電路板6，支承結構可以設置為在第一和第二電容板2，3的那些端的物理連接，而且布線可以設置為單獨的印刷電路板。然而，為了節省空間和降低制造成本，印刷電路板6作為第一和第二電容板2，3的物理支承結構。第一和第二電容板2，3電隔離而且電連接到印刷電路板上，印刷電路板上有用來將由第一和第二電容板2，3輸出的電容信號進行轉化的集成電路7。集成電路7還對由第一和第二電容板2，3輸出的原始電容信號進行模擬到數字的轉換。AD7746集成電路用來作為純粹的典范集成電路且本領域技術人員值得注意的是其他的電路可以用于替代。為了提高電容板2，3的有效表面面積，它們可以有槽面。為了確保絕緣結構5可靠地保持在第一和第二電容板2，3之間，絕緣結構5還可以設置槽面。意圖是絕緣結構通過與電容板2，3裝配的間隙在空間4內是滑動可移動的，該間隙很小，如果有就發揮作用。在一些優選的應用中，絕緣結構可以以縱向方向偏向或偏離空間4。偏置可以通過彈簧或其他這樣的裝置提供，而且特別適合于被連接到絕緣結構5遠端的可移動元件8構成存儲器的一部分等的情況，存儲器的活塞被移動且傳感器1測量那個位移。圖2顯示線性電容位移傳感器1的收縮狀態，其中絕緣結構5大體上占據了第一和第二電容板2，3之間的空間4的全部。當絕緣結構5分別在圖1和圖2的完全伸展和收縮狀態之間移動時，在第一和第二電容板2，2之間的充滿絕緣材料5的空間4的部分在最小和最大之間變換。由這些第一和第二電容板2，3輸出的電容信號根據移動元件8在完全伸展和完全收縮狀態之間的移動時電容的改變來計算移動元件8的線性位移。以這種方式，移動元件8的位置和相對位移通過查詢電容信號能夠被測量出來。本發明的線性電容位移傳感器1具有用到不同裝置的廣泛的應用。這可以包括它的圓柱體內活塞的位移，鋼絲軟軸的位移，線性開關的位移等。它的應用幾乎是無窮盡的而且許多其他的使用將被本領域技術人員所認同。然而，根據本發明的線性電容位移傳感器的特殊的應用是與存儲器結合的，存儲器用于容納液體容量，液體在某種程度上被可移動元件如活塞界定。活塞可以是可移動元件8，或者可以依附到可移動元件8，該可移動元件8參考圖1和圖2的線性電容位移傳感器描述。存儲器和傳感器1的結合可以形成包括第一和第二電容板2，3的固定結構以及在第一和第二電容板2，3之間的空間4內縱向可移動的絕緣結構5。可移動的絕緣結構5 與如前面描述的可移動元件8操作地連接。傳感器的固定結構可以形成耐用部分，且存儲器和傳感器的可移動結構可以形成一次性部分，存儲器的可移動元件與可移動結構一體成形。這樣的結構特別適合應用在用于液體醫療產品的注入的注入系統中。圖3顯示的注入系統包括醫療產品102的加壓存儲器101。醫療產品102通過在存儲器腔內可移動的活塞104上施加標識為103的力在存儲器內加壓。存儲器的出口 105 與微型泵106的入口連接。流體地連接微型泵106到醫療產品被輸送到的人類或動物身體上的裝置的一端連接到患者，另一端連接到微型泵106的出口 107。這個裝置可以是管狀或其他類似結構的裝置。在微型泵106中，液體入口 105通向入口閥108。有傳動組件的觸發器109的操作導致泵室Iio的容量改變。當通過傳動觸發器109的操作增加泵室110的容量時，入口閥 105打開，液體經由入口閥108從入口 105流出以便充滿泵室110。一旦泵室110被充滿， 產生泵室110的容量的傳動觸發器109的操作使得液體沿管道111流向出口閥112。因為流經管道111的液體壓力低于傳動觸發器109，出口閥112打開并且液體經由出口 107排出泵 106。入口閥108和出口閥112是如申請人在共同待決的英國專利申請GB0621343. 3中描述的單向閥，其中的內容并入此處參考。觸發器，可以是傳動觸發器109，如共同待決的英國專利申請GB0621344. 1中描述的，其中的內容并入此處參考。單向閥108，112是這樣的，以使得當泵室110的容量減小時，其內的液體不會穿過入口閥108進入到入口 105而是僅僅沿管道111穿過。而且，當在管道111內液體的壓力減小到低于預定值時，出口閥112關閉。傳動觸發器109的反復操作導致液體從入口 105 泵送到出口 107。觸發器109優選通過電子模塊(未示出)來控制，該電子模塊與至少一個流速指示器共同工作的，以確保高度準確性的醫療產品的程序化輸送。至少一個流速指示器可以從本發明的線性電容位移處理器1的輸出得到。 由本領域的技術人員想到的本發明的各種改變沒有超出本發明的附加的權利要求書限定的范圍。
權利要求
1.線性電容位移傳感器，包括第一圓柱體電容板；第二圓柱體電容板，其設置在第一圓柱體電容板周圍以便在第一和第二圓柱體電容板之間形成空間，第一和第二圓柱體電容板空間地大體上彼此相對固定；以及第三圓柱體，由絕緣材料構成，其在該空間內沿縱向是可移動的，以便充滿絕緣材料的所述空間的部分能夠根據相對于使用中在第一和第二圓柱體電容板之間產生的固定電場而改變。
2.根據權利要求1所述的線性電容位移傳感器，其中圓柱體設置為同軸。
3.根據權利要求1或2所述的線性電容位移傳感器，其中圓柱體為圓形的直圓柱體。
4.根據權利要求3所述的線性電容位移傳感器，其中圓柱體設置為同中心。
5.根據前述任意一權利要求所述的線性電容位移傳感器，其中第一和第二圓柱體具有大體上相同的長度。
6.根據權利要求1至4任意一權利要求所述的線性電容位移傳感器，其中第二圓柱體比第一圓柱體長。
7.根據前述任意一權利要求所述的線性電容位移傳感器，其中第一和第二圓柱體電隔1 O
8.根據權利要求7所述的線性電容位移傳感器，其中第一和第二圓柱體電連接到印刷電路板上。
9.根據前述任意一權利要求所述的線性電容位移傳感器，其中第一和第二圓柱體物理連接到位于其相鄰端的支承結構上。
10.根據權利要求9所述的線性電容位移傳感器，其中支承結構為印刷電路板。
11.根據權利要求8或10所述的線性電容位移傳感器，其中印刷電路板包括適合將電容信號轉化為阻抗信號的電路。
12.根據權利要求11所述的線性電容位移傳感器，其中電路進一步將電容信號完成模擬到數字的轉換。
13.根據前述任意一權利要求所述的線性電容位移傳感器，其中第一、第二和第三圓柱體的至少一個包括槽面。
14.根據前述任意一權利要求所述的線性電容位移傳感器，其中第三圓柱體沿縱向方向偏向或偏離該空間。
15.根據前述任意一權利要求所述的線性電容位移傳感器，其中第一圓柱體為實心或空心。
16.根據前述任意一權利要求所述的線性電容位移傳感器，還包括設置在第二圓柱體電容板周圍的用于電屏蔽第一和第二圓柱體電容板的第四圓柱體。
17.存儲器，其通過可移動元件在一定程度上限定容納液體的容量存儲器與線性電容位移傳感器的結合，用于測量容納在存儲器內的液體的容量，位移傳感器包括包含第一和第二電容板的固定結構；和在第一和第二電容板之間的空間內沿縱向可移動的絕緣結構，其中可移動的絕緣結構與可移動元件操作地連接。
18.根據權利要求17所述的結合，其中第一電容板為圓柱體電容板。
19.根據權利要求17或18所述的結合，其中第二電容板為圓柱體電容板。
20.根據權利要求18或19所述的結合，其中第二圓柱體電容板設置在第一圓柱體電容板周圍以便在第一和第二圓柱體電容板之間形成所述的空間。
21.根據權利要求20所述的結合，其中第一和第二圓柱體電容板空間地大體上彼此相對固定。
22.根據權利要求21所述的結合，其中圓柱體設置為同軸。
23.根據權利要求21或22所述的結合，其中圓柱體為圓形的直圓柱體。
24.根據權利要求23所述的結合，其中圓柱體設置為同中心。
25.根據權利要求21到M任意一權利要求所述的結合，其中第一和第二圓柱體大體上具有相同的長度。
26.根據權利要求21到對任意一權利要求所述的結合，其中第二圓柱體比第一圓柱體長。
27.根據權利要求21到沈任意一權利要求所述的結合，其中第一和第二圓柱體電隔1 O
28.根據權利要求27所述的結合，其中第一和第二圓柱體電連接到印刷電路板上。
29.根據權利要求21到觀任意一權利要求所述的結合，其中第一和第二圓柱體物理連接到位于其相鄰端的支承結構上。
30.根據權利要求四所述的結合，其中支承結構是印刷電路板。
31.根據權利要求觀或30所述的結合，其中印刷電路板包括適合將電容信號轉化為阻抗信號的電路。
32.根據權利要求31所述的結合，其中電路進一步將電容信號完成模擬到數字的轉換。
33.根據權利要求21到32任意一權利要求所述的結合，其中第一圓柱體為空心或實心的。
34.根據權利要求21到33任意一權利要求所述的結合，其中可移動絕緣結構是由絕緣材料構成的圓柱體。
35.根據權利要求21到34任意一權利要求所述的結合，其中至少一個圓柱體包括槽
36.根據權利要求21到35任意一權利要求所述的結合，其中絕緣結構沿縱向方向偏向或偏離該空間。
37.根據權利要求36所述的結合，其中絕緣材料為聚合物。
38.根據權利要求21到37任意一權利要求所述的結合，其中線性電容位移傳感器的固定結構是耐用的，而且存儲器和線性電容位移傳感器的可移動結構是一次性的，所述存儲器的可移動元件與所述的可移動結構一體成形。
39.根據權利要求21到38任意一權利要求所述的結合，其中位移傳感器還包括設置在第二圓柱體電容板周圍的用于電屏蔽第一和第二圓柱體電容板的圓柱體。
40.用于液體醫療產品注入的注入系統，包括根據權利要求1至16中任意一權利要求所述的線性電容位移傳感器。
41.用于液體醫療產品注入的注入系統，包括與根據權利要求17至39中任意一權利要求所述的線性電容位移傳感器結合的存儲器。
42.一種根據權利要求40或41所述的注入系統，還包括泵。
43.根據權利要求42所述的注入系統，其中泵包括帶有入口閥和出口閥的泵室，其中泵室的容量通過操作觸發器導致改變，并且其中出口閥的啟動壓力大于入口閥。
44.根據權利要求42或43所述的注入系統，其中泵是一次性的。
全文摘要
線性電容位移傳感器(1)包括第一(2)和第二(3)固定的電容板和在第一(2)和第二(3)電容板之間的空間(4)內縱向可移動的絕緣結構(5)，絕緣結構(5)與可移動元件(8)操作地連接。電容板和絕緣材料可以是圓柱的并設置為同軸和同中心。傳感器(1)使得位移傳感器能夠足夠靈敏地監測注射器類藥品存儲器(101)中的液體水平高度，以使得允許檢測錯誤的藥品輸送。傳感器制造成本低廉而且經過堅固設計提供可靠性能。
文檔編號G01D5/24GK102177417SQ200980139388
公開日2011年9月7日 申請日期2009年10月2日 優先權日2008年10月2日
發明者尼爾·托馬斯, 朱利安·沙普利, 約瑟夫·約翰·切法爾, 馬修·鮑威爾, 馬克·斯蒂芬·瓊斯 申請人:賽爾諾沃有限公司