ES2285112T3 - Sensor basado en elementos constructivos de ondas de superficie con acoplamiento capacitivo de las conexiones de alta frecuencia. - Google Patents

Sensor basado en elementos constructivos de ondas de superficie con acoplamiento capacitivo de las conexiones de alta frecuencia. Download PDF

Info

Publication number
ES2285112T3
ES2285112T3 ES03718745T ES03718745T ES2285112T3 ES 2285112 T3 ES2285112 T3 ES 2285112T3 ES 03718745 T ES03718745 T ES 03718745T ES 03718745 T ES03718745 T ES 03718745T ES 2285112 T3 ES2285112 T3 ES 2285112T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
surface wave
sensor based
high frequency
constructive
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES03718745T
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Rapp
Achim Voigt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Karlsruhe GmbH filed Critical Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Application granted granted Critical
Publication of ES2285112T3 publication Critical patent/ES2285112T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/022Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2462Probes with waveguides, e.g. SAW devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/36Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/024Mixtures
    • G01N2291/02408Solids in gases, e.g. particle suspensions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/024Mixtures
    • G01N2291/02416Solids in liquids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025Change of phase or condition
    • G01N2291/0256Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042Wave modes
    • G01N2291/0423Surface waves, e.g. Rayleigh waves, Love waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Sensor sobre la base de elementos constructivos de ondas de superficie, compuesto de una carcasa con al menos un elemento constructivo de ondas de superficie, líneas de alimentación y evacuación para las señales de alta frecuencia, condensadores de acoplamiento cuyas superficies de acoplamiento capacitivas (3a, 3b) están aplicadas, por un lado, al elemento constructivo de ondas de superficie y, por otro lado, en el lado opuesto al mismo sobre la carcasa, con cuya ayuda se producen las alimentaciones y evacuaciones de las señales de alta frecuencia para el elemento constructivo de ondas de superficie (5), caracterizado porque la carcasa se compone de una placa base (4) y una tapa, en donde la placa base (4) es una placa de circuito impreso modificada, que soporta un alojamiento un bastidor unido a la misma de forma estanca para alojar los elementos constructivos de ondas de superficie, que contiene un canal de fluido (6) y que soporta una mitad de los condensadores de acoplamiento.

Description

Sensor basado en elementos constructivos de ondas de superficie con acoplamiento capacitivo de las conexiones de alta frecuencia.
La invención se refiere a un sensor sobre la base de elementos constructivos de ondas de superficie según el preámbulo de la reivindicación 1, como es conocido del documento WO 01/61336 A.
En el campo de los sensores se contactan eléctricamente piezas constructivas piezoeléctricas de alta frecuencia como osciladores volumétricos, resonadores de ondas de superficie, líneas y filtros de retardo sobre cuarzo o base cerámica, normalmente a través de conexión o por uniones soldadas. Estos cables de conexión están situados con frecuencia en regiones conductoras de medios sensoriales y generan un ruido de sensor adicional a causa de su vibración, corrosión por diferentes materiales en el punto de contacto, necesidad de espacio por bucles de conexión y contactos, y arrastres de señal a causa de pegamentos de fijación necesarios para la pieza construc-
tiva.
Del documento de R. Steindl et al.: SAW Delay Lines for Wirelessly Requestable Conventional Sensors, Proc. IEEE Ultrasonic Symposium se conocen elementos constructivos SAW, que se controlan pasivamente a través de transpondedores con antenas a través de ondas electromagnéticas.
El documento WO 01/61336 A hace patente un sensor sobre la base de elementos constructivos de ondas de superficie, compuesto de una carcasa con al menos un elemento constructivo de ondas de superficie, una región sensible a los fluidos, líneas de alimentación y evacuación para las señales de alta frecuencia, condensadores de acoplamiento cuyas superficies de acoplamiento capacitivas están aplicadas, por un lado, al elemento constructivo de ondas de superficie y, por otro lado, en el lado opuesto al mismo sobre la carcasa, con cuya ayuda se producen las alimentaciones y evacuaciones de las señales de alta frecuencia para el elemento constructivo de ondas de superficie.
Del documento de J. Freudenberg et. al.: A SAW immunosensor for operating in liquid using a SiO_{2} protective layer, Sensors and Actuators B 76 (2001) 147-151 se conoce un chip SAW, que está acoplado con ayuda de un bucle de corriente a través de inducción. La materialización del acoplamiento de alta frecuencia a través de bucles de antena exige una gran necesidad de espacio sobre la superficie del chip del sensor. El acoplamiento debe colocarse mecánicamente con precisión para compensar variaciones de amortiguación de inserción en el caso de una distancia de antena cambiante. Aparte de esto es necesario adaptar la impedancia de antenas de emisión y recepción, lo que conduce a piezas constructivas adicionales y variaciones de amortiguación de inserción. La señal completa está fuertemente deslocalizada a causa de la porción inductiva del acoplamiento de antena. A causa de la intensa diafonía no pueden, de este modo, disponerse de forma ceñida en el espacio diferentes estructuras de aco-
plamiento.
El documento DE 196 19 311 A1 hace patente un sensor con un elemento constructivo de ondas de superficie, líneas de alimentación y evacuación para las señales de alta frecuencia, en donde las alimentaciones y evacuaciones para las señales de alta frecuencia se realizan por medio de una antena. Para la adaptación de impedancias se desplaza mecánicamente una bobina o un condensador a lo largo de una pista conductora guiada por impedancia y después se fija (p.ej. mediante estañado), hasta que se alcanza una adaptación óptima del filtro de alta frecuencia.
La misión de la invención consiste en poner a disposición un sensor de la clase citada al comienzo, que tenga una estructura compacta y sencilla.
Esta misión es resuelta mediante las particularidades de la reivindicación 1. Las reivindicaciones subordinadas describen configuraciones ventajosas de la invención.
Mediante superficies de acoplamiento sobre el elemento constructivo de ondas de superficie (sensor) y la placa base de conexión (placa de circuito impreso) puede transmitirse sin contacto la alta frecuencia. La superficie de sensor puede dotarse en conjunto con finas capas de protección o sensoras, sin que sea necesario contactarla óhmicamente. Asimismo puede materializarse el espacio conductor de fluido en la placa de circuito impreso de acoplamiento, con lo que se obtienen volúmenes de muestra muy reducidos.
Sobre el chip de sensor se ejecutan superficies de acoplamiento capacitivas, opuestas con caras paralelas a las superficies receptoras correspondientes sobre la placa de circuito impreso. La distancia o el dieléctrico entre las superficies de acoplamiento está determinada(o) por el recubrimiento de sensor y es de algunos cientos de nm.
Mediante la disposición capacitiva el sistema puede tener una estructura considerablemente menor, sin que se produzca una diafonía en el interior de una serie de sensores.
En el análisis sensorial biológico es importante hacer funcionar el análisis sensorial con unas cantidades mínimas de proteínas, para mantener reducidos los costes por análisis.
La ventaja esencial del sensor conforme a la invención consiste en una reducción del volumen de muestra y en la evitación de materiales adhesivos normales para el montaje de elementos constructivos SAW usuales, así como su obturación en una célula de medición con materiales poliméricos. Las investigaciones han mostrado que éstos son responsables de arrastres de señal. Todos los requisitos sólo pueden cumplirse de forma efectiva si la alta frecuencia se produce mediante un acoplamiento capacitivo.
El sensor tiene las siguientes ventajas:
acoplamiento sin contacto del sensor; el sensor puede recubrirse como un todo con cualquier aislante (polí-
mero),
estabilidad mecánica, ya que el sensor está situado sobre la placa de circuito impreso,
posibilidad del guiado de fluidos entre las superficie de acoplamiento capacitiva en el interior de la placa de circuito impreso,
no se necesita un pegamento fijador de piezas constructivas enlazadas,
buen acoplamiento térmico sobre la placa de circuito impreso,
pueden materializarse muchas superficies de acoplamiento en un espacio muy estrecho.
Se ha desarrollo un adaptador de pruebas que se acopla capacitivamente con guiado de gas interno para una serie de sensores de gas SAW de 433 MHz. Con ello se ha reducido el volumen de muestra de 1.300 \mul a 60 \mul y se consigue, prescindiendo de pegamentos de montaje, un aumento esencial de la dinámica de señal.
A continuación se explica con más detalle la invención con base en un ejemplo de ejecución con ayuda de las figuras. Con ello la fig. 1 muestra esquemáticamente un sensor con condensadores de acoplamiento y una estructura de resonador central. La fig. 2 muestra una disposición de sensores en corte, vista en planta y vista lateral. Las figuras 3 y 4 muestran las disposiciones de 8 sensores sobre una placa de circuito impreso.
La fig. 1 muestra un elemento constructivo de ondas de superficie 5 con dimensiones normales a modo de ejemplo con 4 superficies de acoplamiento capacitivas 3a, con una estructura de resonador central que, para alimentar y evacuar las señales de alta frecuencia, está unida galvánicamente a estas superficies de acoplamiento 3a. Estas uniones no se han representado en detalle.
La fig. 2 muestra la disposición de un sensor 5 sobre la placa base 4 con superficies de acoplamiento 3a, 3b, y canal de fluido 6 en tres vistas diferentes. La placa base 4 contiene el canal de fluido 6 y soporta las pistas conductoras 7 con las superficies de acoplamiento 3b. Enfrente de éstas están situadas las superficies de acoplamiento 3a y el sensor 5, en donde este último está envuelto por el recubrimiento de sensor. El bastidor pegado a la placa base 4 de forma estanca a los gases, que envuelve los sensores 5 con ajuste preciso, y la junta superficial que obtura el bastidor hacia arriba no se han representado aquí.
La fig. 3 muestra la cara superior de una pletina soporte con un fresado de canal de gas dorado, con una profundidad de 1 mm y una anchura de 1,2 mm, en donde el canal de gas 6 está ejecutado simétricamente en dos piezas. De los aquí ocho sensores 5 posibles sólo se ha representado uno. Las superficies de acoplamiento 3b para el enlace de masas se han ejecutado aquí como superficie conjunta.
La fig. 4 muestra el bastidor de montaje a pegar sobre la pletina soporte 4 para 8 sensores SAW 5, con fresado interior con ajuste preciso y boquillas de gas.
Los 8 sensores se insertan con la superficie de sensor hacia abajo en el bastidor pegado encima de forma estanca a los gases y, de este modo, se colocan a través de superficies de acoplamiento.
Se presionan hasta dentro del bastidor y contra las superficies de acoplamiento 3b, a través de una junta compuesta elástica de p.ej. caucho de nitrilo-butadieno (NBR) y teflón. Por medio de esto se obtiene una obturación de los sensores y una presión de apriete definida sobre las superficies de acoplamiento que reduce la dimensión de
rendija.
Lista de símbolos de referencia
1
Estructura de resonador SAW
2
Recubrimiento de sensor
3a
Superficies de acoplamiento capacitivas sobre superficie de sensor
3b
Superficies de acoplamiento capacitivas sobre placa base
4
Placa base (placa de circuito impreso)
5
Elemento constructivo de ondas de superficie (sensor)
6
Canales de fluido
7
Pistas conductoras sobre placa de circuito impreso.

Claims (4)

1. Sensor sobre la base de elementos constructivos de ondas de superficie, compuesto de una carcasa con al menos un elemento constructivo de ondas de superficie, líneas de alimentación y evacuación para las señales de alta frecuencia, condensadores de acoplamiento cuyas superficies de acoplamiento capacitivas (3a, 3b) están aplicadas, por un lado, al elemento constructivo de ondas de superficie y, por otro lado, en el lado opuesto al mismo sobre la carcasa, con cuya ayuda se producen las alimentaciones y evacuaciones de las señales de alta frecuencia para el elemento constructivo de ondas de superficie (5), caracterizado porque la carcasa se compone de una placa base (4) y una tapa, en donde la placa base (4) es una placa de circuito impreso modificada, que soporta un alojamiento un bastidor unido a la misma de forma estanca para alojar los elementos constructivos de ondas de superficie, que contiene un canal de fluido (6) y que soporta una mitad de los condensadores de acoplamiento.
2. Sensor sobre la base de elementos constructivos de ondas de superficie según la reivindicación 1, caracterizado porque entre la tapa y la placa base (4) está dispuesta una junta superficial, en donde la junta superficial se presiona sobre el bastidor y fija los elementos constructivos de ondas de superficie (5).
3. Sensor sobre la base de elementos constructivos de ondas de superficie según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el bastidor abraza con ajuste preciso los elementos constructivos de ondas de superficie (5).
4. Sensor sobre la base de elementos constructivos de ondas de superficie según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la carcasa contiene ocho elementos constructivos de ondas de superficie que están dispuestos en dos grupos sobre un canal de fluido (6) ramificado.
ES03718745T 2002-05-15 2003-04-10 Sensor basado en elementos constructivos de ondas de superficie con acoplamiento capacitivo de las conexiones de alta frecuencia. Expired - Lifetime ES2285112T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10222068A DE10222068B4 (de) 2002-05-15 2002-05-15 Sensor auf der Basis von Oberflächenwellen-Bauelementen
DE10222068 2002-05-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2285112T3 true ES2285112T3 (es) 2007-11-16

Family

ID=29285531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES03718745T Expired - Lifetime ES2285112T3 (es) 2002-05-15 2003-04-10 Sensor basado en elementos constructivos de ondas de superficie con acoplamiento capacitivo de las conexiones de alta frecuencia.

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7111495B2 (es)
EP (1) EP1504256B1 (es)
JP (1) JP4092333B2 (es)
AT (1) ATE365316T1 (es)
DE (2) DE10222068B4 (es)
ES (1) ES2285112T3 (es)
WO (1) WO2003098206A1 (es)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090115004A1 (en) * 2003-12-30 2009-05-07 3M Innovative Properties Company Surface acoustic wave sensor assemblies
EP1788384B1 (en) * 2004-09-10 2012-09-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. Surface acoustic wave sensor for detecting substance in liquid and device for detecting substance in liquid employing the sensor
JP2006258766A (ja) * 2005-03-18 2006-09-28 Japan Radio Co Ltd 弾性波センサ
DE102008028404B4 (de) * 2008-06-17 2013-07-18 Saw Instruments Gmbh Kartusche mit integriertem SAW Sensor
US8805517B2 (en) * 2008-12-11 2014-08-12 Nokia Corporation Apparatus for providing nerve stimulation and related methods
US8779307B2 (en) * 2009-10-05 2014-07-15 Nokia Corporation Generating perceptible touch stimulus
US8791800B2 (en) 2010-05-12 2014-07-29 Nokia Corporation Detecting touch input and generating perceptible touch stimulus
US9579690B2 (en) 2010-05-20 2017-02-28 Nokia Technologies Oy Generating perceptible touch stimulus
US9110507B2 (en) 2010-08-13 2015-08-18 Nokia Technologies Oy Generating perceptible touch stimulus

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4296347A (en) * 1979-09-28 1981-10-20 Texas Instruments Incorporated Surface acoustic wave sensor
US4625184A (en) * 1982-07-02 1986-11-25 Clarion Co., Ltd. Surface acoustic wave device with impedance matching network formed thereon
US5003822A (en) * 1989-10-02 1991-04-02 Joshi Shrinivas G Acoustic wave microsensors for measuring fluid flow
DE4417170C1 (de) * 1994-05-17 1995-10-05 Karlsruhe Forschzent Gassensor bestehend aus Oberflächenwellen-Bauelementen
DE29509278U1 (de) * 1995-06-06 1995-11-16 Großmann, Rainer, Dipl.-Ing., 80796 München Abfragegerät für passive Resonatoren als frequenzanaloge Sensoren mit Funkregelung
DE19746261A1 (de) * 1997-10-20 1999-04-29 Karlsruhe Forschzent Sensor
JPH11220350A (ja) * 1998-01-30 1999-08-10 Hitachi Denshi Ltd Sawフィルタ
JP3716123B2 (ja) * 1999-01-29 2005-11-16 京セラ株式会社 弾性表面波装置
WO2001061336A1 (de) * 2000-02-16 2001-08-23 Siemens Aktiengesellschaft Erzeugnis umfassend ein piezoelektrisches substrat

Also Published As

Publication number Publication date
US20050044956A1 (en) 2005-03-03
EP1504256A1 (de) 2005-02-09
JP4092333B2 (ja) 2008-05-28
DE50307519D1 (de) 2007-08-02
WO2003098206A1 (de) 2003-11-27
US7111495B2 (en) 2006-09-26
ATE365316T1 (de) 2007-07-15
DE10222068B4 (de) 2006-01-05
JP2005525575A (ja) 2005-08-25
EP1504256B1 (de) 2007-06-20
DE10222068A1 (de) 2003-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9933291B2 (en) Ultrasonic consumption meter with locking mechanism
US5545942A (en) Method and apparatus for dissipating heat from a transducer element array of an ultrasound probe
US7694570B1 (en) Non-invasive dry coupled disposable/reusable ultrasonic sensor
ES2793505T3 (es) Módulo de medición, dispositivo de medición y procedimiento para la determinación de una característica de fluido
CN104236607B (zh) 用于确定介质特性的装置
US8136411B2 (en) Transducer having a robust electrical connection to a piezoelectric crystal
US8578795B2 (en) Monitoring and recording implantable silicon active pressure transducer
RU2003123602A (ru) Устройство для измерения давления
JP4092333B2 (ja) 弾性表面波素子を基礎とするセンサ
JPH09127231A (ja) 充填状態測定装置
US6609430B1 (en) Low profile transducer for flow meters
JP2002135894A (ja) 超音波センサ及びそれを用いた電子装置
JP4305543B2 (ja) 超音波送受信器およびそれを用いた超音波流量計
KR100525774B1 (ko) 초음파 센서
US20250041900A1 (en) Ultrasonic transducer and method for manufacturing the same
WO2017038196A1 (ja) 集積回路センサおよびセンサ基板
KR100924417B1 (ko) 고압 환경용 전자 음향 센서
KR20240154149A (ko) 유체 압력 측정장치
US10302474B2 (en) Insertion ultrasonic sensor assembly
JP2004191084A (ja) 超音波送受波器および超音波流量計