专利名称：位移传感器的制作方法
技术领域：
在将医疗产品程序化输送入人体或动物体内的装置中，通常设置与泵室和阀门装置共同工作的医疗产品的加压存储器。医疗产品通常经由管被装置泵送至刺入患者皮肤的插管处。装置能够在几天内提供给患者变化的医疗产品输注速度。本发明是针对用于加压存储器的改进的位移传感器。
背景技术：
许多不同的测量技术以前已被用作位移传感器的基础。在一种类型的位移传感器中，线性或旋转地移动电位器弧刷的动作被转化为电压和/或电流信号。这样的电位器式传感器经常遇到机械磨损、弧刷运动的摩擦阻力、绕线单元的有限的分辨率和高的电子噪音的问题。线性可变位移传感器(LVDT)是通常可用的。线性可变位移传感器经常包括绕成中空形式的三个线圈。透水性材料的核能够穿过该形式的中心自由滑动。内部、初级线圈由交流电源激发。由初级线圈形成的通量被链接到两个外部次级线圈，根据核的位置引导每个线圈中的交流电压。如果两个次级线圈反向串联，那么两个电压相减；也就是说，形成差分电压。当核位于中央时，电网电压为零。当核移动至一侧，电网电压幅值将增加。此外， 当核移动至一侧或另一侧时存在相对于电源的相位变化。此外，这些装置要求在测量线圈任一端的独立线圈，以便提供电屏蔽来产生低噪音传感器。这些制造要求使得这些传感器制造昂贵而且长度尺寸至少是其能够测量距离的两倍。一些装置也基于例如光学编码器的光学测量系统被描述。基于超声技术的装置也被描述。这些装置往往制造成本昂贵而且在它们能够应用的应用类型方面有限制。基于位移传感器的不同电容已经被描述用来测量或检测线性位移。一种类型的电容位移传感器是基于两个相对的板的原理，位移测量或者改变两个板的重叠面积，或者改变板之间间隙的介电性质。这种类型的位移传感器的例子将在下面提供。GB1275060A披露的位移传感器包括形成电容的第一板的导杆和形成受体管，杆在受体管内移入并移出，形成电容第二板。US4, 916，055披露了一种与GB1275060A相似的位移传感器，而且进一步披露了第
三管，其用来为电容的感应板屏蔽导致信号噪音的静电电荷。一些其他的移动板电容传感器还描述了在或者平的或者管状的板上的电极利用模式。这些例子在JP 8-159704和GB2273567A中被给出。这些装置的结构在制造便宜的装置方面也存在相当大的挑战。电容位移传感器的利用已被描述用于包括监测存储器内液体水平高度的各种应用，如在EP 0520201A中披露的。US5，135，485披露了用于药物存储器中的电容测量，以便或者检测什么时候存储器是空的或者提供存储器内液体水平高度的测量。所述的用于监测存储器内液体水平高度的传感器包括带有形成它们之间绝缘的液体的电容的两个板。存在于存储器内的液体量越多，板之间的间隙越充满液体，并且这反应在通过传感器测量的电容上。US6，210，368披露了监测存储器内液体水平高度的基于电容传感器。在一个实施例中，当存储器容量改变时，电容的两个板之间的重叠量改变。在另外一个实施例中，在电容的绝缘材料中被吸收的液相推进剂的量根据存储器容量而改变，导致电容绝缘特性的改变。US6, 352，523披露了在基于实行将注射器的圆筒和活塞被改为同轴电容的两个板之后用来测量留在注射器内的胰岛素的量的方法。为了生成位移信息这个装置还要求该注射器被放入读数器内。用于监测存储器内药物水平高度的替代技术包括光编码器的使用。US4，498，843 和TO2004/009163均描述了基于用于监测作为输注系统一部分的注射圆筒的位置的光编码器的线性位移测量系统。在本技术领域需要能够有足够灵敏度监测注射器类药物存储器内的液体水平高度的位移传感器，以致允许检测出错误药物的输注。还需要传感器制造便宜而且通过坚稳设计提供可靠性能。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种线性电容位移传感器，包括第一圆柱体电容板、 第二圆柱体电容板和第三圆柱体，第二圆柱体电容板设置在第一圆柱体电容板的周围电容，以便在第一和第二圆柱电容板之间形成空间，第一和第二圆柱体电容板空间地大体上彼此相对固定，由绝缘材料构成的在该空间内是纵向可移动的，以便充满绝缘材料的所述空间的一部分能够相对于使用时在第一和第二圆柱体电容板之间产生的固定电场而改变。根据本发明的第二方面，提供了一种存储器，其用于通过可移动元件在一定程度上限定容纳的液体容量，其与线性电容位移传感器结合，用于测量存储器内容纳的液体的容量，位移传感器包括一固定结构，该固定结构包括第一和第二电容板，以及在第一和第二电容板之间的空间内纵向可移动的绝缘结构，其中可移动的绝缘结构与可移动元件操作地连接。根据本发明的第三方面，提供了用于注入液体医疗产品的注入系统，包括根据第一方面的线性电容位移传感器，或与根据第二方面的存储器结合的线性电容位移传感器。在线性电容位移传感器内，使用时，在第一个和第二电容板之间产生的电场保持静止，同时在被高绝缘性材料充满的这些板之间的空间部分通过绝缘结构的移动被改变。 这种结构是有利的，因为第一和第二电容板空间地大体上是彼此相对固定，用于连接的电连接不需要移动因而简化和使得传感器更加坚固并且提高由传感器输出的信号的可靠性。 另外，由于第二电容板大体上空间地相对于使用中产生的电场固定，第二板用作有效屏蔽不利的外部电气的影响。在本发明优选的实施例中，就注入系统而言，线性电容位移传感器的固定结构是耐用的部分，但是存储器和线性位移传感器的可移动结构是一次性部分。以这种方式，为了与带有传感器电子部分的注入系统的耐用部分匹配，最初容纳有液体医疗产品的一次性的存储器可以与传感器的绝缘结构部分一同成形。这允许进行高精确的传感器测量，同时保持注入系统的一次性部分制造成本低廉。
现在将参照附图详细说明本发明的实施例，其中图1是根据本发明的线性电容位移传感器的实施例的示意图，示出了伸展状态；图2是图1的传感器的示意图，示出了收缩状态；和图3是包含根据本发明实施例的存储器和传感器的注入系统的示意图。
具体实施例方式先转到图1，线性电容位移传感器1包括第一电容板2和第二电容板3，在第一和第二电容板2，3之间界定空间4。位移传感器1进一步包括在空间4内沿箭头X方向纵向可移动的绝缘结构5。第一和第二电容板2，3电气连接和物理连接到其上安装有如AD7746 的半导体集成电路7的印刷电路板或相似层6。绝缘结构5操作地连接到可移动元件8。可移动元件8连接到引导装置9，引导装置9与从印刷电路板6延伸的引导装置10配合。在图1显示的优选的实施例中，第一电容板2是实心的直的圆柱体，其设置为与第二电容板3的空心的直圆柱体同轴和同中心。本领域技术人员值得注意的是，第一和第二电容板2，3不需要必须是圆柱体，而例如可以使用平板代替。优选外部的是圆柱体电容板， 第二圆柱体电容板3有效屏蔽使用时在第一和第二圆柱体电容板2，3之间产生的电场。本领域技术人员还值得注意的是，第一和第二电容板2，3不必是直的圆形的圆柱体，而可以替换采用实心或或空心的六边形、八边形或其他多边形或不规则形状。第一和第二电容圆柱体2，3不必被设置为同中心，但是优选的是它们如此以使得产生的电场在传感器1的横截面上大体上一致。在图1显示的优选实施例中，第一和第二电容板2，3是大体上相同长度的。然而， 在可供选择的实施例中可以设想，第一和第二电容板2，3可以具有不同的长度，而且具体地为了更加有效地屏蔽静电干扰，第二圆柱体3可以比第一圆柱体2更长。引导装置10可以具有进一步的功能，作为围绕第二圆柱体电容板3设置的第四圆柱体，用来提供额外的电气干扰屏蔽，以便进一步改进传感器1的信号质量。第一和第二电容板2，3物理连接到作为支承第一和第二电容板2，3相邻端的支承结构的印刷电路板6上。本领域技术人员值得注意的是，不同于印刷电路板6，支承结构可以设置为在第一和第二电容板2，3的那些端的物理连接，而且布线可以设置为单独的印刷电路板。然而，为了节省空间和降低制造成本，印刷电路板6作为第一和第二电容板2，3的物理支承结构。第一和第二电容板2，3电隔离而且电连接到印刷电路板上，印刷电路板上有用来将由第一和第二电容板2，3输出的电容信号进行转化的集成电路7。集成电路7还对由第一和第二电容板2，3输出的原始电容信号进行模拟到数字的转换。AD7746集成电路用来作为纯粹的典范集成电路且本领域技术人员值得注意的是其他的电路可以用于替代。为了提高电容板2，3的有效表面面积，它们可以有槽面。为了确保绝缘结构5可靠地保持在第一和第二电容板2，3之间，绝缘结构5还可以设置槽面。意图是绝缘结构通过与电容板2，3装配的间隙在空间4内是滑动可移动的，该间隙很小，如果有就发挥作用。在一些优选的应用中，绝缘结构可以以纵向方向偏向或偏离空间4。偏置可以通过弹簧或其他这样的装置提供，而且特别适合于被连接到绝缘结构5远端的可移动元件8构成存储器的一部分等的情况，存储器的活塞被移动且传感器1测量那个位移。图2显示线性电容位移传感器1的收缩状态，其中绝缘结构5大体上占据了第一和第二电容板2，3之间的空间4的全部。当绝缘结构5分别在图1和图2的完全伸展和收缩状态之间移动时，在第一和第二电容板2，2之间的充满绝缘材料5的空间4的部分在最小和最大之间变换。由这些第一和第二电容板2，3输出的电容信号根据移动元件8在完全伸展和完全收缩状态之间的移动时电容的改变来计算移动元件8的线性位移。以这种方式，移动元件8的位置和相对位移通过查询电容信号能够被测量出来。本发明的线性电容位移传感器1具有用到不同装置的广泛的应用。这可以包括它的圆柱体内活塞的位移，钢丝软轴的位移，线性开关的位移等。它的应用几乎是无穷尽的而且许多其他的使用将被本领域技术人员所认同。然而，根据本发明的线性电容位移传感器的特殊的应用是与存储器结合的，存储器用于容纳液体容量，液体在某种程度上被可移动元件如活塞界定。活塞可以是可移动元件8，或者可以依附到可移动元件8，该可移动元件8参考图1和图2的线性电容位移传感器描述。存储器和传感器1的结合可以形成包括第一和第二电容板2，3的固定结构以及在第一和第二电容板2，3之间的空间4内纵向可移动的绝缘结构5。可移动的绝缘结构5 与如前面描述的可移动元件8操作地连接。传感器的固定结构可以形成耐用部分，且存储器和传感器的可移动结构可以形成一次性部分，存储器的可移动元件与可移动结构一体成形。这样的结构特别适合应用在用于液体医疗产品的注入的注入系统中。图3显示的注入系统包括医疗产品102的加压存储器101。医疗产品102通过在存储器腔内可移动的活塞104上施加标识为103的力在存储器内加压。存储器的出口 105 与微型泵106的入口连接。流体地连接微型泵106到医疗产品被输送到的人类或动物身体上的装置的一端连接到患者，另一端连接到微型泵106的出口 107。这个装置可以是管状或其他类似结构的装置。在微型泵106中，液体入口 105通向入口阀108。有传动组件的触发器109的操作导致泵室Iio的容量改变。当通过传动触发器109的操作增加泵室110的容量时，入口阀 105打开，液体经由入口阀108从入口 105流出以便充满泵室110。一旦泵室110被充满， 产生泵室110的容量的传动触发器109的操作使得液体沿管道111流向出口阀112。因为流经管道111的液体压力低于传动触发器109，出口阀112打开并且液体经由出口 107排出泵 106。入口阀108和出口阀112是如申请人在共同待决的英国专利申请GB0621343. 3中描述的单向阀，其中的内容并入此处参考。触发器，可以是传动触发器109，如共同待决的英国专利申请GB0621344. 1中描述的，其中的内容并入此处参考。单向阀108，112是这样的，以使得当泵室110的容量减小时，其内的液体不会穿过入口阀108进入到入口 105而是仅仅沿管道111穿过。而且，当在管道111内液体的压力减小到低于预定值时，出口阀112关闭。传动触发器109的反复操作导致液体从入口 105 泵送到出口 107。触发器109优选通过电子模块(未示出)来控制，该电子模块与至少一个流速指示器共同工作的，以确保高度准确性的医疗产品的程序化输送。至少一个流速指示器可以从本发明的线性电容位移处理器1的输出得到。 由本领域的技术人员想到的本发明的各种改变没有超出本发明的附加的权利要求书限定的范围。
权利要求
1.线性电容位移传感器，包括第一圆柱体电容板；第二圆柱体电容板，其设置在第一圆柱体电容板周围以便在第一和第二圆柱体电容板之间形成空间，第一和第二圆柱体电容板空间地大体上彼此相对固定；以及第三圆柱体，由绝缘材料构成，其在该空间内沿纵向是可移动的，以便充满绝缘材料的所述空间的部分能够根据相对于使用中在第一和第二圆柱体电容板之间产生的固定电场而改变。
2.根据权利要求1所述的线性电容位移传感器，其中圆柱体设置为同轴。
3.根据权利要求1或2所述的线性电容位移传感器，其中圆柱体为圆形的直圆柱体。
4.根据权利要求3所述的线性电容位移传感器，其中圆柱体设置为同中心。
5.根据前述任意一权利要求所述的线性电容位移传感器，其中第一和第二圆柱体具有大体上相同的长度。
6.根据权利要求1至4任意一权利要求所述的线性电容位移传感器，其中第二圆柱体比第一圆柱体长。
7.根据前述任意一权利要求所述的线性电容位移传感器，其中第一和第二圆柱体电隔1 O
8.根据权利要求7所述的线性电容位移传感器，其中第一和第二圆柱体电连接到印刷电路板上。
9.根据前述任意一权利要求所述的线性电容位移传感器，其中第一和第二圆柱体物理连接到位于其相邻端的支承结构上。
10.根据权利要求9所述的线性电容位移传感器，其中支承结构为印刷电路板。
11.根据权利要求8或10所述的线性电容位移传感器，其中印刷电路板包括适合将电容信号转化为阻抗信号的电路。
12.根据权利要求11所述的线性电容位移传感器，其中电路进一步将电容信号完成模拟到数字的转换。
13.根据前述任意一权利要求所述的线性电容位移传感器，其中第一、第二和第三圆柱体的至少一个包括槽面。
14.根据前述任意一权利要求所述的线性电容位移传感器，其中第三圆柱体沿纵向方向偏向或偏离该空间。
15.根据前述任意一权利要求所述的线性电容位移传感器，其中第一圆柱体为实心或空心。
16.根据前述任意一权利要求所述的线性电容位移传感器，还包括设置在第二圆柱体电容板周围的用于电屏蔽第一和第二圆柱体电容板的第四圆柱体。
17.存储器，其通过可移动元件在一定程度上限定容纳液体的容量存储器与线性电容位移传感器的结合，用于测量容纳在存储器内的液体的容量，位移传感器包括包含第一和第二电容板的固定结构；和在第一和第二电容板之间的空间内沿纵向可移动的绝缘结构，其中可移动的绝缘结构与可移动元件操作地连接。
18.根据权利要求17所述的结合，其中第一电容板为圆柱体电容板。
19.根据权利要求17或18所述的结合，其中第二电容板为圆柱体电容板。
20.根据权利要求18或19所述的结合，其中第二圆柱体电容板设置在第一圆柱体电容板周围以便在第一和第二圆柱体电容板之间形成所述的空间。
21.根据权利要求20所述的结合，其中第一和第二圆柱体电容板空间地大体上彼此相对固定。
22.根据权利要求21所述的结合，其中圆柱体设置为同轴。
23.根据权利要求21或22所述的结合，其中圆柱体为圆形的直圆柱体。
24.根据权利要求23所述的结合，其中圆柱体设置为同中心。
25.根据权利要求21到M任意一权利要求所述的结合，其中第一和第二圆柱体大体上具有相同的长度。
26.根据权利要求21到对任意一权利要求所述的结合，其中第二圆柱体比第一圆柱体长。
27.根据权利要求21到沈任意一权利要求所述的结合，其中第一和第二圆柱体电隔1 O
28.根据权利要求27所述的结合，其中第一和第二圆柱体电连接到印刷电路板上。
29.根据权利要求21到观任意一权利要求所述的结合，其中第一和第二圆柱体物理连接到位于其相邻端的支承结构上。
30.根据权利要求四所述的结合，其中支承结构是印刷电路板。
31.根据权利要求观或30所述的结合，其中印刷电路板包括适合将电容信号转化为阻抗信号的电路。
32.根据权利要求31所述的结合，其中电路进一步将电容信号完成模拟到数字的转换。
33.根据权利要求21到32任意一权利要求所述的结合，其中第一圆柱体为空心或实心的。
34.根据权利要求21到33任意一权利要求所述的结合，其中可移动绝缘结构是由绝缘材料构成的圆柱体。
35.根据权利要求21到34任意一权利要求所述的结合，其中至少一个圆柱体包括槽
36.根据权利要求21到35任意一权利要求所述的结合，其中绝缘结构沿纵向方向偏向或偏离该空间。
37.根据权利要求36所述的结合，其中绝缘材料为聚合物。
38.根据权利要求21到37任意一权利要求所述的结合，其中线性电容位移传感器的固定结构是耐用的，而且存储器和线性电容位移传感器的可移动结构是一次性的，所述存储器的可移动元件与所述的可移动结构一体成形。
39.根据权利要求21到38任意一权利要求所述的结合，其中位移传感器还包括设置在第二圆柱体电容板周围的用于电屏蔽第一和第二圆柱体电容板的圆柱体。
40.用于液体医疗产品注入的注入系统，包括根据权利要求1至16中任意一权利要求所述的线性电容位移传感器。
41.用于液体医疗产品注入的注入系统，包括与根据权利要求17至39中任意一权利要求所述的线性电容位移传感器结合的存储器。
42.一种根据权利要求40或41所述的注入系统，还包括泵。
43.根据权利要求42所述的注入系统，其中泵包括带有入口阀和出口阀的泵室，其中泵室的容量通过操作触发器导致改变，并且其中出口阀的启动压力大于入口阀。
44.根据权利要求42或43所述的注入系统，其中泵是一次性的。
全文摘要
线性电容位移传感器(1)包括第一(2)和第二(3)固定的电容板和在第一(2)和第二(3)电容板之间的空间(4)内纵向可移动的绝缘结构(5)，绝缘结构(5)与可移动元件(8)操作地连接。电容板和绝缘材料可以是圆柱的并设置为同轴和同中心。传感器(1)使得位移传感器能够足够灵敏地监测注射器类药品存储器(101)中的液体水平高度，以使得允许检测错误的药品输送。传感器制造成本低廉而且经过坚固设计提供可靠性能。
文档编号G01D5/24GK102177417SQ200980139388
公开日2011年9月7日 申请日期2009年10月2日 优先权日2008年10月2日
发明者尼尔·托马斯, 朱利安·沙普利, 约瑟夫·约翰·切法尔, 马修·鲍威尔, 马克·斯蒂芬·琼斯 申请人:赛尔诺沃有限公司