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CN106574874B - 具有质量分布通道的磁-机械谐振器传感器 - Google Patents

具有质量分布通道的磁-机械谐振器传感器 Download PDF

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CN106574874B CN201580044990.1A CN201580044990A CN106574874B CN 106574874 B CN106574874 B CN 106574874B CN 201580044990 A CN201580044990 A CN 201580044990A CN 106574874 B CN106574874 B CN 106574874B
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Abstract

本发明公开了一种磁‑机械谐振器传感器，该磁‑机械谐振器传感器具有质量分布通道。本公开的一些方面以感测装置(例如对于温度、湿气或物质的检测)为特征，该感测装置包括磁偏置层、谐振器、间隔件和环境变化受体。间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间。谐振器表面中的至少一个谐振器表面具有预定义的通道。环境变化受体设置成邻近预定义的通道。响应于环境的变化，环境变化受体沿通道的一部分分布。

Description

具有质量分布通道的磁-机械谐振器传感器
技术领域
本公开涉及设计成监控环境和生物变量的磁-机械谐振器传感器以及使用这些传感器的系统。
背景技术
使用产生磁场的射频源来激励磁-机械谐振器(MMR)。MMR传感器基于磁致伸缩和磁-弹性耦合的原理。磁致伸缩包括当经受磁场时改变铁磁材料的形状。磁-弹性耦合包括当经受磁场时材料的应力和应变之间的关系。
通常，MMR传感器耦合到外部磁场并从磁场接收磁能。MMR传感器将磁能转换成机械振荡。当将磁场移除时，机械振荡转换成磁能并且传感器以一定谐振频率辐射磁场。然后检测器可测量来自传感器的辐射磁能。MMR可用于构造无线传感器以监控环境变量和生物变量。
发明内容
本公开的一些方面以感测装置为特征，该感测装置包括磁偏置层、谐振器、间隔件和环境变化受体。磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面并且磁偏置层具有第一磁材料。谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面。谐振器使用第二磁材料。第二谐振器主表面面朝第一磁表面。第一谐振器主表面具有预定义的通道。间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间。环境变化受体设置成邻近预定义的通道。
在一个示例中，感测装置包括磁偏置层、谐振器、间隔件、环境变化受体和外壳。磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面。磁偏置层包括第一磁材料。谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面。谐振器包括第二磁材料。第二谐振器主表面面朝第一磁表面。第一谐振器主表面具有预定义的通道。间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间。环境变化受体设置成邻近预定义的通道。外壳具有一个或多个开口并且容纳磁偏置层、谐振器和间隔件。
在另一个示例中，感测装置包括磁偏置层、谐振器、间隔件、环境变化受体和外壳。磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面。磁偏置层包括第一磁材料。谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面。谐振器包括第二磁材料。第二谐振器主表面面朝第一磁表面。第一谐振器主表面具有预定义的通道。间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间。环境变化受体设置成邻近预定义的通道。外壳容纳磁偏置层、谐振器和支撑谐振器的支撑结构。
附图说明
附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，并且附图与具体实施方式一起阐明本发明的优点和原理。在附图中，
图1A是MMR传感器的一个实施方案的侧视图；
图1B是其中盖提升的在图1A中示出的MMR传感器的顶视平面图；
图1C是在图1A中示出的MMR传感器的分解图；
图1D是示出在环境改变之后在图1A中示出的MMR传感器的示例的侧视图；
图1E是其中盖提升的在图1D中示出的示例的顶视平面图；
图2A是传感器的示意性物理模型；
图2B示出由于质量定位引起的频率偏移；
图2C示出由于质量分布引起的频率偏移；
图3A是MMR传感器的一个实施方案的侧视图；
图3B是其中盖提升的在图3A中示出的MMR传感器的顶视平面图；
图3C是在图3A中示出的MMR传感器的分解图；
图3D是示出在环境改变之后在图3A中示出的MMR传感器的示例的侧视图；
图4A至图4F示出预定义通道构型的一些示例；
图5A至图5G示出在环境改变期间和之后在谐振器上的通道构型和质量分布的一些示例；
图6A至图6D示出在谐振器上的预设置的环境变化受体的一些示例；
图7A示出MMR传感器的一个实施方案的剖视图；
图7B示出在图7A中示出的MMR传感器与流体进行相互作用之后其的示例的剖视图；
图7C示出MMR传感器的另一个实施方案的剖视图；
图7D示出在图7C中示出的MMR传感器与流体进行相互作用之后其的示例的剖视图；
图8A至图8H示出带有不同外壳构造的MMR传感器的一些示例；
图9A示出使用一个或多个MMR传感器的感测系统的一个实施方案；
图9B至图9D示出使用设置在容器中的一个或多个MMR传感器的感测系统的另一个实施方案；
图10示出MMR传感器的谐振信号的示例的曲线图；
图11A示出MMR感测系统的一个实施方案的流程图；并且
图11B示出用于监控消毒过程的效果的MMR感测系统的一个实施方案的流程图；
图12A至图12D是具有不同构型的用于洗涤监控的MMR传感器的示例性实施方案的阻抗对频率曲线图；
图13A至图13D是具有不同构型的用于消毒监控的MMR传感器的示例性实施方案的阻抗对频率曲线图；
图14A至图14B是具有不同构型的用于湿度监控的MMR传感器的示例性实施方案的阻抗对频率曲线图；以及
图15示出具有不同构型的用于气体检测的MMR传感器的示例性实施方案的阻抗对频率曲线图。
具体实施方式
MMR传感器可用于监控环境变量，包括但不限于温度、湿气，生物物质、物理物质和/或化学物质，或它们的任何组合的存在或不存在。MMR传感器还可用于监控或测量环境变量随时间推移的变化。通常，响应于环境变量的变化，设置在环境中的一个或多个MMR传感器经历磁-弹性条(即谐振器)的质量和/或弹性模量变化。质量变化可包括材料的量和/或设置在谐振器上的材料的分布的变化。质量变化可产生对应的MMR传感器的谐振频率的可检测的频率偏移。测量装置可用于测量频率偏移并且测量可用于评估或确定环境变量的变化。
本公开的至少一些方面涉及响应于环境变化经历频率偏移的MMR传感器的设计和构造。在一些实施方案中，MMR传感器以如下方式构造：环境响应材料被设计成响应于环境变化沿具体路径或图案分布在MMR传感器的磁-弹性条上。具体路径或图案被选择用于允许MMR传感器产生频率偏移的放大信号，该频率偏移的放大信号大于不均匀分布或不受控的质量的频率偏移的放大信号。在一些其它实施方案中，环境响应材料预设置在MMR传感器的磁-弹性条上，并且响应于环境变化，环境响应材料的质量改变或设置改变。在一些情况下，环境响应材料预设置在磁-弹性条的一个或多个具体部分处，例如邻近条的一个端部。在一些其它情况下，环境响应材料沿具体路径或根据具体图案预设置在磁-弹性条上。在一些实施方案中，MMR传感器被构造成包括环境响应材料，响应于环境变化，该环境响应材料将膨胀并由此引起谐振器振荡的可检测的变化。
本公开的至少一些方面涉及使用MMR传感器来检测环境变化的系统和方法。在一些实施方案中，感测系统可包括测量装置以监控MMR传感器的频率偏移。例如，测量装置可为包括在谐振频率下产生简短正弦脉冲的线圈的门控振荡器，其磁耦合到MMR传感器并激励传感器。在激励脉冲的结束处，线圈用作接收器以监控MMR传感器的衰减振荡。又如，测量装置可利用传感器的机械振动，在传感器中振荡磁场部分地转换成声能。由传感器产生的声音然后被麦克风以适当的频率响应检测。声音方法的优点为传感器可在其受激励时被测量。
图1A是MMR传感器100的一个实施方案的侧视图。图1B是其中盖提升的MMR传感器100的顶视平面图并且图1C是MMR传感器100的分解图。在例示的实施方案中，传感器100包括磁偏置层110、间隔件120、谐振器130、环境变化受体140和任选的外壳150。磁偏置层110、间隔件120、谐振器130和环境变化受体140容纳在外壳150中。
环境变化受体140可包括根据感测需要选择的一种或多种环境响应或敏感材料。环境响应材料可基于其溶解度、沸点、熔点、吸收气体或液体的能力、促进细菌生长、软化点或流动特性来选择，由此使得其响应于具体环境条件而改变特性(蒸发或在传感器条上重新分布)。在一些情况下，环境变化受体140可包括多于一个部件，其中每个部件可包括类似或不同环境响应材料，并且设置在不同位置处。
在一些监控或测量温度的实施方案中，环境变化受体140可包括可熔或可流动类型的材料，例如结晶或半结晶材料、热塑性塑料、聚合物、蜡、有机化合物诸如水杨酰胺、聚乙烯-共-丙烯酸、蔗糖等。在一些情况下，环境响应材料基于其对温度和湿度或者温度、湿度和时间的组合条件的响应来选择。材料可被选择成为特定应用定制。在一些为监控化学物质的存在的实施方案中，环境变化受体140可包括吸收或与化学物质反应的类型的材料。在检测气体的示例中，环境变化受体140可包括来自伊利诺伊州德斯普兰斯的UOP公司(UOPLLC，Des Plaines，IL)的Zeolite HiSiv 3000粉末。
磁偏置层110具有第一磁表面112和相对的第二磁表面114。间隔件120设置在磁偏置层110和谐振器130之间。间隔件120具有第一间隔件表面122和相对的第二间隔件表面124。第二间隔件表面124与第一磁表面112相邻。谐振器130具有第一谐振器主表面132和相对的第二谐振器主表面134。第二谐振器主表面134与第一间隔件表面122相邻。在一些实施方案中，第一谐振器主表面具有预定义的通道160。在一些情况下，预定义的通道160可以机械方式或以化学方式构造。环境变化受体140设置成邻近预定义的通道160。在一些情况下，响应于环境变化，诸如热、增大的湿度等，在环境变化受体140中的材料将沿预定义的通道160分布。
磁偏置层110和谐振器130由磁材料(也称为电磁材料或铁磁材料)制成。例如，磁偏置层110可使用磁体或磁硬或半硬金属，例如，来自总部设在纽约州罗切斯特(Rochester，New York)的阿诺德磁技术(Arnold Magnetic Technologies)的磁体。磁偏置层110可由下述任何磁材料制成，所述磁材料在磁化时具有足够的剩磁以适当地偏置谐振器130，并且具有足够的矫顽磁力以便在正常操作环境中不被磁力地改变。例如，可商购获得的磁材料诸如来自伊利诺伊州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold EngineeringCompany of Marengo，Illinois)的ArnoKromeTM III，可用于磁偏置层110。磁偏置层110可与共振器130具有类似的尺寸。
谐振器130可使用具有高磁致伸缩耦合系数和/或高磁-弹性耦合系数的合金材料。在一些实施方案中，谐振器130可使用具有高磁致伸缩耦合系数和/或高磁-弹性耦合系数的磁无定形合金或结晶材料，例如由南卡罗来纳州康威的MetglasTM(MetglasTM ofConway，South Carolina)制备的MetglasTM 2826MB、2605SA1或2605S3A。在一些情况下，谐振器130使用具有等于或大于10E-5的磁致伸缩耦合系数的电磁材料。谐振器130可包括一个或多个单个谐振器件。谐振器130在一定频率下谐振，这主要取决于它的长度、磁偏置场的强度、材料密度以及材料的杨氏模量。尽管谐振器130可被物理地设计成在宽泛频率范围下共振，但可期望的是将谐振器130调谐到特定频率。例如，谐振器130可被设计成在约25kHz至45kHz范围内或约45kHz至75kHz范围内的目标频率下谐振。在一些实施方案中，谐振器130可包括多个谐振器件，其中每个谐振器件被设计成在类似或不同目标频率下谐振。在此类实施方案中，每个目标频率可用于编码待监控的环境变量。例如，目标频率可隔开4kHz间隔，诸如46kHz、50kHz、54kHz、58kHz、62kHz等。由于在制造过程和/或谐振器130中的材料中的变化，例如，检测到的频率通常在随目标频率变化的范围内。例如，对于58kHz的目标频率，检测到的频率可在57kHz到59kHz的范围内。
间隔件120可包括一种或多种电介质材料。在一些实施方案中，谐振器130通过间隔件120与磁偏置层110分开以允许其自由移动。在一些情况下，间隔件120具有合适的厚度，由此使得间隔件120和磁偏置层110一起可为谐振器130提供约5奥斯特-9奥斯特的磁场偏置强度。间隔件120的厚度可在2.54E-3cm(0.001英寸)到6.35E-1(0.25英寸)的范围内，例如1.52E-1cm(0.06英寸)。在一些情况下，间隔件120可主要为空气。在一些其它情况下，间隔件可包括聚合物膜。间隔件120的其它示例可为非金属材料(例如，聚碳酸酯)。在一些构型中，间隔件120可为外壳的集成部分。例如，间隔件120可包括外壳的支撑结构以隔开谐振器130和磁偏置层110。
在一些实施方案中，预定义的通道160可包括一个或多个路径和/或一个或多个图案。在一些具体实施中，预定义的通道160可经由机械和/或化学方法构造。例如，第一主谐振器表面132用激光蚀刻处理以产生预定义的通道160。又如，预定义的通道160从第一主谐振器表面132凹进。在一些实施方案中，吸收或芯吸的材料诸如纸材或线丝可用于产生预定义的通道160。在一些实施方案中，芯吸材料附着到在预定义的通道中的第一主谐振器表面132。在一些示例中，芯吸材料可以具体图案或构型被布置以准许或引导环境响应材料的流动。在一些实施方案中，预定义的通道可为带有微复制表面结构或微复制毛细管结构的聚合物膜。用作预定义通道的微复制膜可用粘合剂附着到谐振器表面。微复制膜的一些示例在美国专利5,716,681和美国专利5,771,328中有所描述，这些专利全文以引用方式并入。微复制通道的峰的高度可为例如10微米、400微米或更高。
在一些情况下，第一主谐振器表面132经处理以产生预定义通道160从而引起优先流动图案。这可通过在选定区域中或在具体图案中以化学方式处理或涂布谐振器以沿特定路径有利于或阻止流动。例如，用与环境响应材料相容或与环境响应材料相互作用的材料涂布通道或图案将有利于沿那些区域流动。又如，对于呈蜡形式的环境响应材料，预定义通道的表面可制成亲油性的以促进在通道中流动。又如，机械耐用烧结涂料诸如纳米二氧化硅可用于以化学方式创建预定义的通道160。涂层颗粒可从含水分散体施涂并随后通过施加热来烧结。酸烧结方法还可用于创建预定义的通道160，如在美国专利公布20110033694中描述，其全部内容以引用方式并入本文。
在一些其它情况下，第一主谐振器表面132经处理以产生预定义的通道160从而使环境响应材料不可能以某一方式流动。在这些情况下，由于用相对于环境响应材料不相容涂料处理，因此可在某一经处理的区域中抑制流动。例如，第一主谐振器表面可用抑制环境响应材料流动到边缘的处理方式或涂布在表面的周边被处理。在一些实施方案中，第一主谐振器表面用两种不同处理方式处理，由此使得流动在某些区域中优选而在其它区域中不优选。在一些实施方案中，化学处理或涂布基于对在给定传感器应用中的亲水性、疏水性、亲油性或疏油性通道的特定需要来选择。例如，对于呈蜡形式的环境响应材料，可使表面疏油以抑制在通道中或在周边周围流动。
外壳150可使用刚性材料以为谐振器130提供足够的空间以谐振或振动。外壳150可为塑料的或任何其它非导电材料。例如，外壳可包括一个或多个支撑结构或突出部以约束谐振器130使其不能过多移动远离偏置磁体110，或以降低谐振器和外壳之间的摩擦或粘性相互作用的可能性。外壳150可密封并固定磁偏置层110、间隔件120和谐振器130。外壳150可通过例如粘合剂、热密封、超声焊接等固定。在一些情况下，间隔件120可为限定各种部件所处平面的外壳150的支撑结构(例如突出部)。外壳150可具有开口、一个或多个通气孔、空穴或可透过材料以允许谐振器与外部环境进行相互作用。与谐振器进行相互作用的环境要素包括例如空气、水、蒸汽、液体、气体、生物物质、化学物质、孢子等。
图1D是示出在环境改变之后MMR传感器100的示例的侧视图；并且图1E是其中盖提升的在图1D中示出的示例的顶视平面图。响应于环境变量的变化(诸如温度的升高)，环境变化受体140已改变其形成。如图所示，环境变化受体140沿附接到谐振器130的第一主谐振器表面132的预定义通道160分布。由于环境变化受体140在谐振器130上的此类设置，因此谐振器130的质量改变。
对于MMR传感器，操作原理为利用谐振频率的变化作为谐振器的质量和/或质量在谐振器上的分布的变化的结果，例如材料粘结、材料移除、材料流动。通常，在传感器构造中使用薄型磁-弹性条(即谐振器)。在独立式条处于纵向模式中的第一阶谐振频率f0为：
其中L为谐振器的长度并且参数E和ρ分别为有效的杨氏模量和传感器的质量密度。
当厚度和宽度类似但显著小于长度时，条被认为处于平面应变的状态。在此类情况下，平面应变杨氏模量可表达为：
其中v为材料的泊松比。
对于细长独立式条，自然频率关系应使用平面应力或双轴模量修改为：
那么第一阶频率为：
假设存在均匀设置到磁-弹性条表面上的实心、连续质量，则谐振频率的变化近似为：
其中Δf、ΔE和Δm分别为由于材料设置而引起的谐振频率、有效杨氏模量和谐振器的质量的变化。
在物理学和力学中，质量分布为质量在实心体内的空间分布。当质量连续设置在谐振器表面，例如作为均匀薄膜涂层上时，质量被认为是在磁-机械系统中的分布质量。对于具有均匀分布质量的磁-弹性条的第一阶静态纵向振动，条的振动可假设为：
其中分别地，u(x，t)为在位置x处的位移并且t为时间变量。原点假设在条的长轴的中心，l为条长度的一半，A(t)为假设在具体时间t处振动振幅变量。中心为静态节点并且两个端部具有最大振动振幅。那么由于均匀分布的质量，动能Td为：
其中Mo为初始条质量：
M0＝ρsL＝2ρsl (11)
理论上，集中质量被认为是点质量。图2A是谐振器的示意性物理模型。在宽度和厚度的横向维度上的尺寸相对小于纵向尺寸，例如宽度为长度的1/5。纵向长度为L。长度l为纵向长度L的一半。谐振器的中心为振动节点并且假设为在纵向轴向中的原点O。为说明集中质量对传感器响应的影响，集中质量Mc被假设定位在传感器表面上在距原点O距离lc的位置处。
在实际具体实施中，集中质量为质量的集合或聚集，其中其尺寸显著小于谐振器表面。例如，在生物检测系统中，集中质量为附接到谐振器的少量生物细胞。当集中质量附接到谐振器时，获得以下公式：
其中Mc为环境响应材料的集中质量并且lc为集中质量在谐振器130上的位置。由于集中质量沿纵向轴线设置在不同位置处引起的频率偏移示出在图2B中。频率偏移以位于传感器的端部侧的集中质量Mc的频率偏移为标度。如图所示，频率偏移与集中质量的位置相关。集中质量的位置(距中心的距离)以谐振器的长度为标度，而距离0和距离1分别表示位于中心和位于远端部的集中质量。
如图2B所示，当集中质量移动远离谐振器的中心时，频率的较大偏移是明显的。当在停滞节点处无运动(或零动能)时，在从中心朝向谐振器的端部移动的位置中，动能变得越来越可用。因此，附接到谐振器端部的给定的集中质量可对谐振器的频率响应具有更大影响。
对于分布质量设置，诸如从中心流动的材料，假设在流动期间材料密度恒定，则有效沉积质量为：
其中lt、ρ2和S2分别为流动质量的流动距离、质量密度和横截面积。有效沉积质量基于质量沿纵向方向均匀流动的假设来计算。如果集中质量设置在传感器的中心处，那么频率偏移不明显。然而，当质量流向传感器的端部时，发生相对大的频率偏移。
当lt＝0时，Mt-有效＝0 (14a)
当lt＝1时，Mt-有效＝ρ2S21 (14b)
对于分布质量沉积，频率偏移为：
对于分布质量沉积，由于质量流动引起的频率偏移示出在图2C中。流动距离以传感器长度为标度，而流动距离0表示质量在传感器中心处。当质量流向传感器端部时，流动距离为1。频率偏移以到达传感器的端部侧的流动质量的频率偏移为标度。频率偏移与初始频率、流动的质量密度、涂层厚度和流动距离正相关。
根据这些原理，不仅是质量的增加或减少改变谐振器谐振频率，改变质量分布也改变频率。从谐振器的中心到一个或多个端部重新分布质量会降低谐振频率；相反地，从谐振器的一个或多个端部到中心偏移质量会增大谐振频率。
图3A是MMR传感器200的一个实施方案的侧视图。图3B是其中盖提升的MMR传感器200的顶视平面图并且图3C是MMR传感器200的分解图。在例示的实施方案中，传感器200包括磁偏置层210、间隔件220、谐振器230、环境变化受体240和任选的外壳250。磁偏置层210、间隔件220、谐振器230和环境变化受体240容纳在外壳250中。磁偏置层210、间隔件220、谐振器230和环境变化受体240可具有与在图1A至图1C中示出的对应部件相同或类似的组成。
磁偏置层210具有第一磁表面212和相对的第二磁表面214。间隔件220设置在磁偏置层210和谐振器230之间。间隔件220具有第一间隔件表面222和相对的第二间隔件表面224。第二间隔件表面224与第一磁表面212相邻。谐振器230具有第一谐振器主表面232和相对的第二谐振器主表面234。第二谐振器主表面234面朝第一磁表面212。如图所示，环境变化受体240设置成邻近第一主谐振器表面的一个边缘。通常，响应于环境变化诸如水流动或气体流动，环境变化受体240可改变其体积和设置。在一些情况下，第一谐振器主表面232可具有预定义的通道(在附图中未示出)，其允许环境变化受体240响应于环境变化而沿预定义通道的至少一部分流动。
图3D是示出在环境改变之后MMR传感器200的示例的侧视图。响应于环境变量的变化(诸如经历洗涤循环)，环境变化受体240减小其体积。由于环境变化受体240在谐振器230上的体积减小，因此谐振器230的质量改变。
图4A至图4F示出在谐振器400上的预定义通道的一些示例。图4A示出呈椭圆形状的预定义的通道410A。图4B示出具有呈椭圆形形状的中心部分430B和两个端部部分420B以及在中心部分430B和端部部分420B之间的路径425B的预定义的通道410B。端部部分420B的宽度类似于路径425B的宽度。图4C示出具有呈椭圆形形状的中心部分430C、两个端部部分420C以及在中心部分430C和端部部分420C之间的路径425C的预定义的通道410C。端部部分420C呈朝向端部变得更宽的三角形形状。
图4D示出具有两个端部部分420D的预定义的通道410D，每个端部部分呈矩形形状。图4E示出具有中心部分430E、两个端部部分420E以及在中心部分430E和端部部分420E之间的路径425E的预定义的通道410E。端部部分420E的宽度比路径425E的宽度更宽。图4F示出具有中心部分430F、两个端部部分420F以及在中心部分430F和端部部分420F之间的路径425F的预定义的通道410F。端部部分420F呈朝向端部变得更宽的三角形形状。
图5A至图5G示出在环境改变期间和之后在谐振器500上的通道构型和质量分布的一些示例。图5A示出具有中心部分530A、两个端部部分520A以及连接中心部分530A和端部部分520A的路径525A的通道510A。端部部分520A呈大致矩形形状。环境变化受体540A设置在两个端部部分520A处并且响应于一种或多种环境变化而沿路径525A朝向中心部分530A分布。
图5B示出具有中心部分530B、两个端部部分520B以及连接中心部分530B和端部部分520B的路径525B的通道510B。端部部分520B呈大致矩形形状。路径525B靠近端部部分520B逐渐更宽。环境变化受体540B设置在两个端部部分520B处并且响应于一种或多种环境变化而沿路径525B朝向中心部分530B分布。图5C示出具有中心部分530C、两个端部部分520C以及连接中心部分530C和端部部分520C的路径525C的通道510C。中心部分530C呈大致椭圆形形状。端部部分520C和路径525C具有相同宽度。环境变化受体540A设置在中心部分530C处并且响应于一种或多种环境变化而沿路径525C朝向端部部分520C分布。
图5D示出具有中心部分530D、两个端部部分520D以及连接中心部分530D和端部部分520D的路径525D的通道510D。中心部分530D呈大致圆形形状。端部部分520D呈大致矩形形状。环境变化受体540D设置在中心部分530D处并且响应于一种或多种环境变化而沿路径525D朝向端部部分520D分布。
图5E示出具有中心部分530E、两个端部部分520E以及连接中心部分530E和端部部分520E的路径524E的通道510E。中心部分530E呈大致椭圆形形状。端部部分520E呈靠近边缘变得更宽的三角形形状。环境变化受体540E设置在端部部分520E处并且响应于一种或多种环境变化而沿路径524E朝向中心部分530E分布。
图5F示出具有中心部分530F、两个端部部分520F以及连接中心部分530F和端部部分520F的路径525F的通道510F。中心部分530F呈大致椭圆形形状。端部部分520F呈靠近边缘变得更宽的三角形形状。环境变化受体540F设置在中心部分530F处并且响应于一种或多种环境变化而沿路径525F朝向端部部分520F分布。
图5G示出通道510G，其具有中心部分530G、一个端部部分520G、一个端部部分521G、连接中心部分530G和端部部分520G的流动亲性路径525G以及连接中心部分530G和端部部分521G的流动厌性路径527G。中心部分530G呈大致椭圆形形状。环境变化受体540G设置在中心部分530G处并且沿路径525G朝向端部部分520G但不沿路径527G分布。
图6A至图6D示出在谐振器550上的预设置环境变化受体的一些示例，其特性通常在与流体进行相互作用时改变。在一些实施方案中，响应于环境变化，环境变化受体的重量减小。例如，当传感器设置在洗涤器上时，环境变化受体的至少一部分被洗涤掉。在一些其它实施方案中，响应于环境变化，环境变化受体吸收流体并且重量增大。例如，环境变化受体吸收气体和/或液体并且变得更重。图6A示出包括两个受体元件的环境变化受体560A，每个元件设置成邻近谐振器550的边缘。图6B示出包括一个受体元件的环境变化受体560B，该受体元件设置到谐振器550的侧面。图6C示出包括两个受体部件的环境变化受体560C，每个部件设置成邻近谐振器550的边缘。谐振器560C的每个部件包括点图案分布的受体元件。图6D示出包括两个部件的环境变化受体560D，每个部件设置成邻近谐振器550的边缘。受体560D的每个部件包括线图案分布的受体元件。
图7A示出MMR传感器650A的一个实施方案的剖视图。在例示的实施方案中，传感器650A包括磁偏置层660A、间隔件670A、谐振器680A和任选的外壳690A。磁偏置层660A、间隔件670A和谐振器680A设置在外壳690A中。磁偏置层660A、间隔件670A和谐振器680A可具有与在图1A至图1C中示出的对应部件相同或类似的组成。磁偏置层660A具有第一磁表面662A和相对的第二磁表面664A。间隔件670A设置在磁偏置层660A和谐振器680A之间。谐振器680A具有第一谐振器主表面682A和相对的第二谐振器主表面684A。第二谐振器主表面684A面朝第一磁表面662A。在例示的实施方案中，间隔件670A包括被构造成当其吸收流体时快速膨胀的环境变化受体675A。在一些实施方案中，环境变化受体675A可包括多孔材料，诸如天然或合成海绵、吸水凝胶、超吸收聚合物等。海绵可由纤维素、聚酯或其它聚合物制成。例如，超吸收聚合物可包括聚丙烯酸酯/聚丙烯酰胺共聚物、聚乙烯醇共聚物。图7B示出MMR传感器650A与流体进行相互作用之后其的示例的剖视图。在间隔件670A的厚度增大之后，谐振器680A阻尼并且其谐振频率偏移或熄灭。
图7C示出MMR传感器650C的另一个实施方案的剖视图。在例示的实施方案中，传感器650C包括磁偏置层660C、间隔件670C、谐振器680C和任选的外壳690C。磁偏置层660C、间隔件670C和谐振器680C容纳在外壳690C中。在这种构型中，间隔件670C包括两个部件：间隔件670C的一个部件671C设置在磁偏置层660C和谐振器680C之间，并且另一个部件672C设置在谐振器680C和外壳690C之间。磁偏置层660C、间隔件670C和谐振器680C可具有与在图1A至图1C中示出的对应部件相同或类似的组成。磁偏置层660C具有第一磁表面662C和相对的第二磁表面664C。谐振器680C具有第一谐振器主表面682C和相对的第二谐振器主表面684C。第二谐振器主表面684C面朝第一磁表面662C。在例示的实施方案中，间隔件部件672C包括被构造成当其吸收流体时快速膨胀的环境变化受体675C。在一些实施方案中，环境变化受体675C可包括多孔材料，诸如天然或合成海绵、吸水凝胶、超吸收聚合物等。海绵可由纤维素、聚酯或其它聚合物制成。例如，超吸收聚合物可包括聚丙烯酸酯/聚丙烯酰胺共聚物、聚乙烯醇共聚物。图7D示出MMR传感器650C与流体进行相互作用之后其的示例的剖视图。在间隔件670C的厚度增大之后，谐振器680C阻尼并且其谐振频率偏移或熄灭。
图8A至图8H示出带有不同外壳构造的MMR传感器800的一些示例。图8A是MMR传感器800的一个实施方案的剖视图，并且图8B是其中盖提升的在图8A中示出的MMR传感器800的顶视图。MMR传感器800包括外壳850、磁偏置层810、间隔件820、谐振器830。外壳850包括壳体855和盖860。盖可具有开口862以允许谐振器与环境要素进行相互作用，如在图8G中示出的外壳的示例。开口862可具有任何形状，例如矩形、椭圆形、圆形、波浪形、不规则形状等。在一些具体实施中，外壳或外壳的部分可使用具有选择性磁导率的材料。
图8C是MMR传感器800的一个实施方案的剖视图，并且图8D是其中盖提升的在图8C中示出的MMR传感器800的顶视图。在例示的实施方案中，外壳850包括尖结构843以支撑谐振器830和点结构840以在外壳850和谐振器830之间创建空间，以便减小外壳850和谐振器830之间的相互作用。盖860也可具有尖结构以支撑或限制谐振器830，以减小外壳850和谐振器830之间的相互作用。外壳850可包括两个独立的腔室852和腔室854。磁偏置层810设置在腔室852中，并且谐振器830设置在腔室854中。在一些情况下，腔室854具有开口以允许谐振器830与环境要素的相互作用。
图8E是MMR传感器800的一个实施方案的剖视图，并且图8F是其中盖提升的在图8E中示出的MMR传感器800的顶视平面图。在例示的实施方案中，外壳850包括支撑结构844以支撑谐振器830。外壳850可包括两个独立的腔室852和腔室854。磁偏置层810设置在腔室852中，并且谐振器830设置在腔室854中。在一些情况下，腔室854具有开口以允许谐振器830与环境元素的相互作用。
在一些实施方案中，如图8H所示，MMR传感器800可具有多于一个谐振器830和谐振器832以及一个磁偏置层810。外壳850可包括两个独立的腔室852和腔室854。磁偏置层810和具有间隔件(未示出)的谐振器832设置在腔室852中，并且谐振器830设置在腔室854中。在一些情况下，腔室854具有开口以允许谐振器830与环境元素的相互作用。在一些情况下，谐振器832可用作对照物，谐振器832的谐振频率在环境变化的测量过程期间将不改变。
图9A示出使用一个或多个MMR传感器的感测系统600的一个实施方案。在例示的实施方案中，感测系统600包括待设置在环境620中的MMR传感器610。环境620可为封闭的环境(例如，洗涤器、杀菌器等)或开放环境(例如，土、水、空气等)。MMR传感器610可为在本公开中描述的MMR传感器中的任一个传感器。感测系统600包括阅读器630。阅读器630被构造成用于测量MMR传感器610的频率特性。在一些情况下，在环境变量已改变之后，阅读器630进行MMR传感器610的频率特性的一次测量。阅读器630或一些其它计算装置可基于频率测量来确定环境变量是否已改变为高于预定阈值或低于预定阈值。在一些其它情况下，阅读器630可测量在环境变量已改变之前的MMR传感器的变前频率特性以及在环境变量已改变之后的MMR传感器的变后频率特性。在此类情况下，阅读器630或一些其它计算装置可基于频率测量基于变前频率特性和变后频率特性，来确定环境变量是否已改变为高于预定阈值或低于预定阈值。
在一些实施方案中，阅读器630包括电磁激发电路控制、产生并启动电磁波以激发MMR传感器610。这种激发向MMR传感器610提供转化并保存为振荡运动的电力，其中保存的能量在动能和势能之间循环改变。当将激发移除时，MMR传感器610耗散待被阅读器630检测的以运动、辐射的声能和电磁能形式保存的能量。在一些实施方案中，阅读器630可测量MMR传感器的一系列频率特性以监控环境变量的变化。在一些情况下，阅读器630被构造成用于确定在谐振器响应处于最大值的情况下的频率。
在一些实施方案中，阅读器630为可扫描一定范围频率的振荡器，并且在其受激励时为麦克风以在声学上检测传感器的响应。当激励频率匹配谐振频率时，传感器响应将为最大值，从而允许由于环境变量的变化引起的任何谐振频率偏移的测量。
使频率的变化与MMR传感器参数的变化相关的先前公式中的任一个公式可重排以根据频率变化计算传感器参数。例如，公式(5)可重排为：
在一些实施方案中，阅读器被设计成扫描一定范围的频率以确定在一些环境变化已发生之前和之后MMR传感器的谐振频率，并且因此测量由于传感器参数变化引起的相对频率偏移。传感器参数(例如质量分布的变化)继而通过一些物理过程例如诸如蜡小球在传感器上的熔融和流动(沿受控的通道)与环境变化相关。
阅读器630可使用多种检测方法。例如，阅读器630可包括阻抗分析器。当MMR传感器610的磁导率增大时当扫描频率朝向其谐振频率移动并且当扫描频率处于谐振频率时的该磁导率处于其最大值时，MMR传感器610的阻抗增大。又如，阅读器630可包括频谱分析器(例如，超声麦克风等)而MMR传感器的谐振移动可被检测为声波，例如，在30kHz-100kHz的范围内。又如，阅读器630可包括运动检测装置以观察传感器移位。在一些情况下，阅读器630可测量MMR传感器谐振信号衰减(衰荡)至预定水平的持续时间(T)，如图10所示。
图9B至图9D示出使用设置在容器中的一个或多个MMR传感器的感测系统600的另一个实施方案。MMR传感器610B设置在容器640例如消毒容器中。MMR传感器610B可为在本公开中描述的MMR传感器中的任一个传感器。例如，如图9C所示，容器640用于在消毒过程期间封闭一个或多个外科或医疗器械9110。容器640还可用于保持在医疗过程中使用之前待消毒的任何其它制品、流体等。用于构造消毒容器的材料通常为金属或金属合金，然而可利用在消毒过程中继续存在的任何材料来构造容器640。材料可为刚性的或柔性的。在一些实施方案中，容器材料为允许频率的电磁波的至少部分通过的一种材料。由导电材料(诸如铝)制成的容器充当对电磁波的屏障，但屏蔽不是完美的。在本公开关注的频率下，例如，约50kHz和由铝制成的容器(电阻率ρ＝2.6548μΩ·cm、相对磁导率μr＝1.000022)，表皮深度为δ＝366.73μm。通过容器壁例如壁厚度d＝2mm的衰减为e-d/δ＝4.28×10-3。这种水平的衰减允许电磁波的足够传输以激发MMR传感器的谐振。在一些实施方案中，狭缝或空穴或其它开口可切割通过容器640的一个或多个壁以允许电磁波在容器640中传输或传输出容器640。容器640可具有适于封闭其内容物的任何形状和尺寸。在一些实施方案中，由于材料的组成或材料的厚度或其它原因，如果材料不可透过电磁波，那么狭缝或空穴或其它开口可切割通过容器640的一个或多个壁以允许电磁波在容器640中传输并传输出容器640。容器640可具有适于封闭其内容物的任何形状和尺寸。
图9C为处于打开构型的容器640的视图，MMR传感器610B和一些外科器械9110放置到该容器中。在一些实施方案中，一个或多个MMR传感器可放置在容器640内部的任何位置处。多于一个MMR传感器可放置在同一消毒容器的内部。本文所述的任何MMR传感器可设置在容器640的内部。就使用多于一个MMR传感器而言，MMR传感器可具有相同或不同的构造。
图9D示出设置在环境620内的具有一个或多个容器640的感测系统600。每个容器640可具有一个或多个MMR传感器610B。感测系统600包括如上所述的阅读器630。例如，阅读器630可为频率分析器。
图11A示出MMR感测系统的一个实施方案的流程图。首先，MMR传感器设置在环境中(步骤710)。MMR传感器可为本文所述的MMR传感器中的任一个传感器。接下来，MMR阅读器测量在环境变量已改变之后MMR传感器的频率特性(步骤720)。系统基于测量的频率特性来评估环境变量的变化(步骤730)。
图11B示出用于监控消毒过程的效果的MMR感测系统的一个实施方案的流程图。一个或多个MMR传感器设置在消毒容器的内部(步骤1110)。本文所述的任何MMR传感器可设置在消毒容器的内部，并且多于一个MMR传感器可放置在同一消毒容器中。就使用多于一个MMR传感器而言，MMR传感器可具有相同或不同的构造。任选地，阅读器测量MMR传感器的谐振频率并且该测量结果可充当基线谐振频率(步骤1120)。可在消毒容器处于闭合或打开构型的情况下执行步骤1120。在其中MMR传感器的基线谐振频率已知的情况下，例如，步骤1120可省略。然而，执行步骤1120证实MMR传感器实际上放置在消毒容器的内部。接下来，使消毒容器连同其内容物经过消毒过程(步骤1130)。在消毒过程之后，阅读器测量MMR传感器的谐振频率(步骤1140)。可在消毒容器处于闭合或打开构型的情况下执行步骤1140。接下来，将基线谐振频率和消毒后MMR传感器的谐振频率进行比较(步骤1140)。在一些实施方案中，消毒过程之后谐振频率的变化超过阈值可用于指示消毒过程是有效的。
实施例
实施例1
MMR传感器组件-图案化芯吸条
参考图1A和环境变化受体140位置的修改，MMR传感器100按以下方式装配。通过使用物理技术在谐振器130的第一谐振器主表面132上创建通道160。可购自北卡罗来纳州芒特霍利的Excell Mills公司(Excell Mills，Inc.，Mount Holly，NC)的3.5cm(1.4英寸)长度、4.7E-2cm(1.9E-2英寸)直径芯吸条用于创建通道160。芯吸条通过来自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，St Paul，MN)的Scotch 467MP粘合剂以图4B中描述的图案附着到第一谐振器主表面132的长轴。可购自南卡来罗纳州康威的(ofConway，South Carolina)的尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×3.0E-3mm(1.2E-3英寸)的2826MB磁性合金被选择用于谐振器130。尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的间隔件120由可购自明尼苏达州伊登普雷里的塑料国际(Plastics International，Eden Prairie，MN)的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)构造。尺寸为2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)的商购自伊利诺伊州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company ofMarengo，Illinois)的磁偏置层110接收间隔件120。包封三层(磁偏置110、间隔件120和谐振器130)的外壳150由可购自明尼苏达州伊登普雷里的塑料国际(PlasticsInternational，Eden Prairie，MN)的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)构造。环境变化受体140包含可购自堪萨斯州堪萨斯城的兰里/帝国蜡烛有限公司(Langley/EmpireCandle LLC，Kansas City，KS)的蜡。环境变化受体140呈质量为5.0mg的固体小球形式。
比较例1和实施例2
MMR传感器-图案化芯吸条
在实施例1中装配的MMR传感器的谐振频率通过带有型号16047连接器附件的型号4294A精确阻抗分析器装置(均可购自加利福尼亚州圣克拉拉的安捷伦(Agilent，SantaClara，CA))来测量。在2013年11月15日通过安捷伦来校准装置。定制的MMR激发/检测线圈组件被构造成包括围绕高度电介质的聚氯乙烯(PVC)管紧密卷绕的漆包线。管被构造成具有狭缝以接收MMR传感器。100线匝的#24规格漆包线围绕2.2cm(7.9E-1英寸)直径电介质管卷绕，其中卷绕的长度为5.7cm(2.2英寸)，测量的电感为70.6uH。线圈连接至16047连接器附件的高端口和低端口，并且MMR传感器放置在定制线圈组件中。2mA振荡电流，从57.3kHz扫描到59.3kHz，测量MMR传感器的实数阻抗分量和电抗阻抗分量。测量谐振频率(E2)并与基线(CE1)进行比较。表1提供当经受环境变化时MMR传感器频率偏移的概述。
表1-图案化芯吸条
实施例3
MMR传感器组件-图案化芯吸条
参考图1A和环境变化受体140的修改，MMR传感器100按以下方式装配。通过使用物理技术在谐振器130的第一谐振器主表面132上创建通道160。可购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，St.Paul，MN)的多块3.7cm(1.5英寸)×3.6E-1至4.1E-1cm(1.4E-1英寸至1.6E-1英寸)×2.0E-2cm(7.9E-3英寸)Nexcare First Aid Gentile纸带用于创建通道160。芯吸纸以图4B中描述的图案附着到第一谐振器主表面132的长轴上。可购自南卡来罗纳州康威的(of Conway，South Carolina)的尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×3.0E-3cm(1.2E-3英寸)的MetglasTM 2826MB磁性合金被选择用于谐振器130。尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-lcm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的间隔件120由可购自明尼苏达州伊登普雷里的塑料国际(Plastics International，Eden Prairie，MN)的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)构造。尺寸为2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)的商购自伊利诺伊州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo，Illinois)的磁偏置层110接收间隔件120。包封三层(磁偏置110、间隔件120和谐振器130)的外壳150由可购自明尼苏达州伊登普雷里的塑料国际(Plastics International，Eden Prairie，MN)的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)构造。环境变化受体140包含可购自堪萨斯州堪萨斯城的兰里/帝国蜡烛有限公司(LangleV/Empire Candle LLC，Kansas City，KS)的蜡。环境变化受体140呈固体小球形式并且质量在3.0mg至7.0mg的范围内。
比较例2-3和实施例4-5
MMR传感器-图案化芯吸纸
在实施例3中装配的MMR传感器的谐振频率通过带有型号16047连接器附件的型号4294A精确阻抗分析器装置(均可购自加利福尼亚州圣克拉拉的安捷伦(Agilent，SantaClara，CA))来测量。在2013年11月15日通过安捷伦来校准装置。定制的MMR激发/检测线圈组件被构造成包括围绕高度电介质的聚氯乙烯(PVC)管紧密卷绕的漆包线。管被构造成具有狭缝以接收MMR传感器。100线匝的#24规格漆包线围绕2.2cm(7.9E-1英寸)直径电介质管卷绕，其中卷绕的长度为5.7cm(2.2英寸)，测量的电感为70.6uH。线圈连接至16047连接器附件的高部分和低端口，并且MMR传感器放置在定制线圈组件中。2mA振荡电流，从45kHz扫描到55kHz，测量MMR传感器的实数阻抗分量和电抗阻抗分量。测量谐振频率(E4和E5)并且与谐振器和附着带的两个基线(CE2和CE3)进行比较。表2提供当经受环境变化时MMR传感器频率偏移的概述。
表2-图案化芯吸纸
实施例6
MMR传感器组件-数字洗涤
参考图1A和环境变化受体140的修改，MMR传感器100按以下方式装配。尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×3.0E-3cm(1.2E-3英寸)的谐振器130以南卡罗来纳州康威的2826磁性合金商购获得。尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的间隔件120由可购自明尼苏达州伊登普雷里的塑料国际(Plastics International，Eden Prairie，MN)的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)构造。尺寸为2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)的商购自伊利诺伊州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo，Illinois)的磁偏置层110接收间隔件120。包封三层(磁偏置110、间隔件120和谐振器130)的外壳150由可购自明尼苏达州伊登普雷里的塑料国际(Plastics International，EdenPrairie，MN)的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)构造。环境变化受体140包括呈固体形式且质量在3.0mg至32mg范围内的可从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，Saint Paul，MN)商购获得的3M Soil。环境变化受体140以图4D中描述的图案附着到第一谐振器主表面132的长轴。
比较例4和实施例7-9
MMR传感器-数字洗涤
如实施例6所述装配的附加MMR传感器通过可购自马萨诸塞州诺伍德的亚德诺半导体技术(Analog Devices，Norwood，MA)的来自亚德诺半导体装置的阻抗分析器来评估板AD5933EBZ和用于记录谐振频率的一卷线圈线来测量。100线匝的#24规格漆包线围绕2.2cm(7.9E-1英寸)直径PVC电介质管卷绕，其中卷绕的长度为4.0cm，测量的电感为156.0uH。各种质量的由明尼苏达州圣保罗3M公司(3M Company，Saint Paul，MN)供应的3M Soil在谐振器的端部上(图8A和图8B)沉积并干燥。MMR传感器放置在具有磁力搅拌器的热板上的水的烧杯中。将MMR传感器从腔室中移除，并且测量MMR传感器的谐振频率(E10-E2)并与基线(CE4)进行比较。表3表示基线和测量的谐振频率。谐振频率的成功的偏移导致仪器数字洗涤的成功检测。图12A为在没有3M Soil的情况下阻抗对频率的基线表示(CE4)。图12B示出(E7)3M Soil存在于谐振器的一个端部上的情况下谐振器的阻抗对频率响应。图12C示出(E8)3M Soil存在于谐振器的两个端部上的情况下谐振器的阻抗对频率响应。图12D示出(E9)3M Soil完全施加至谐振器的表面的情况下谐振器的阻抗对频率响应。
表3-数字洗涤
实施例10
MMR传感器组件-消毒
参考图1A和环境变化受体140的修改，MMR传感器100按以下方式装配。通过使用机械耐用烧结纳米二氧化硅涂料，将通道160以化学方式涂布到谐振器130的第一谐振器主表面132上。二氧化硅颗粒从含水分散体施涂并通过施加热来烧结。2.7cm(1.1英寸)×3.0E-1(1.2E-1英寸)的通道图案形成在以南卡罗来纳州康威(Conway，South Carolina)的2826磁性合金商购获得的尺寸3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×3.0E-3cm(1.2E-3英寸)的谐振器130上。涂料以图4B中描述的图案附着到第一谐振器主表面132的长轴上。尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的间隔件120由可购自明尼苏达州伊登普雷里的塑料国际(Plastics International，Eden Prairie，MN)的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)构造。尺寸为2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)的商购自伊利诺伊州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo，Illinois)的磁偏置层110接收间隔件120。包封三层(磁偏置110、间隔件120和谐振器130)的外壳150由可购自明尼苏达州伊登普雷里的塑料国际(Plastics International，Eden Prairie，MN)的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)构造。环境变化受体140包含可从密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇有限公司(Sigma-Aldrich Co.LLC，St.Louis，MO)商购获得的呈珠粒的形式且质量在6.0mg至12mg的范围内的聚乙烯-共丙烯酸(PEAA)。
比较例5和实施例11-13
MMR传感器-消毒
在实施例10中装配的MMR传感器的谐振频率通过带有型号16047连接器附件的型号4294A精确阻抗分析器(Precision Impedance Analyzer)装置(均可购自加利福尼亚州圣克拉拉的安捷伦(Agilent，Santa Clara，CA))来测量。在2013年11月15日通过安捷伦来校准装置。定制的MMR激发/检测线圈组件被构造成包括围绕高度电介质的聚氯乙烯(PVC)管紧密卷绕的漆包线。管被构造成具有狭缝以接收MMR传感器。100线匝的#24规格漆包线围绕2.2cm(7.9E-1英寸)直径电介质管卷绕，其中卷绕的长度为5.7cm(2.2英寸)，测量的电感为70.6uH。线圈连接至16047连接器附件的高部分和低端口，并且MMR传感器放置在定制线圈组件中。2mA振荡电流，从57.3kHz扫描到59.3kHz，测量MMR传感器的实数阻抗分量和电抗阻抗分量。表4提供当经受环境变化时MMR传感器频率偏移的概述。谐振频率的成功的偏移导致仪器消毒的成功检测。图13A为没有环境变化受体的传感器的阻抗对频率的基线表示(CE5)。图13B示出(E11)PEAA存在于谐振器的中心的情况下谐振器的阻抗对频率响应。图13C示出(E12和E13)PEAA放置在谐振器的端部上的情况下谐振器的阻抗对频率响应。
表4-消毒质量分布
MMR传感器放置在可购自纽约州罗切斯特的洁定集团(Getinge Group，Rochester，NY)的洁定蒸汽灭菌器(Getinge Steam Sterilizer)型号666AC1中，并且以室内蒸汽循环五次至130℃。测量谐振频率(E14)并与基线(CE6)进行比较。表5提供在消毒之前PEAA环境变化受体质量在中心的MMR传感器偏移(CE6)和在消毒之后的响应(E14)的概述。由于PEAA从中心沿预定义的路径流出到端部，记录了1.4kHz频率偏移。
表5-消毒
实施例15
MMR传感器-湿度检测
如实施例10所述装配的附加MMR传感器通过可购自马萨诸塞州诺伍德的亚德诺半导体技术(Analog Devices，Norwood，MA)的来自亚德诺半导体装置的阻抗分析器来评估板AD5933EBZ以及用于记录基线谐振频率的一卷线圈线来测量。100线匝的#24规格漆包线围绕2.2cm(7.9E-1英寸)直径PVC电介质管卷绕，其中卷绕的长度为4.0cm(1.6英寸)，测量的电感为156.0uH。图7A的双腔室封装设计与可移除塑料盖中的两组通气狭缝一起使用。偏置磁体胶合到底部腔室的顶部并且指示存在的2826MB第二谐振器放置成在底部腔室中自由振荡，并且腔室用持久膜密封件密封。在顶部腔室中，可膨胀的3M Scotch-BriteTMGreener Clean可生物降解膨胀软海绵放置在腔室中，并且2826MB谐振器放置在海绵的顶部上。如图14A中的阻抗对频率关系所示，测量了基线频率f干燥。然后Tuberkulin注射器用于将0.05ml的水施加至每组通气孔。在施加0.1ml的水之后，执行对谐振频率偏移的第二测量。图14A和图14B中的f存在表示谐振频率的偏移。
实施例16
MMR传感器组件-气体检测
根据图1A在环境变化受体140位置修改的情况下，装配能够检测天然气的MMR传感器。在例示的实施方案中，MMR传感器包括可购自伊利诺伊州马伦戈的阿诺德工程公司(TheArnold Engineering Company of Marengo，Illinois)的ArnoKromeTM III磁偏置层110、间隔件120、谐振器130、环境变化受体140和任选的外壳150。谐振器130为来自德国哈瑙的Vacuumschmelze股份有限公司(Vacuumschmelze GMBH，Hanau，Germany)的Vitrovac 4613磁性合金。环境变化受体140为来自伊利诺伊州德斯普兰斯的UOP公司(UOP LLC，DesPlaines，IL)的Zeolite HiSiv 3000粉末，其通过来自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany，St Paul，MN)的Scotch 467MP粘合剂附接于谐振器。环境变化受体以图4D中描述的图案附着到第一谐振器主表面132的长轴上。磁偏置层110为3.9cm(1.5英寸)×1.2cm(4.7E-1英寸)×6.0E-3cm(2.3E-3英寸)，间隔件120为3.9cm(1.5英寸)×1.2cm(4.7E-1英寸)×2.0E-1cm(7.9E-2英寸)，以及谐振器130为4.4cm(1.7英寸)×1.2cm(4.7E-1英寸)×2.5E-3cm(9.8E-3英寸)。
MMR传感器放置在100线匝、5.3cm(2.1英寸)圆柱形螺线管中，该螺线管通过来自马萨诸塞州诺伍德的亚德诺半导体技术(Analog Devices，Norwood，MA)的阻抗分析器评估板AD5933EBZ来驱动。谐振可被定义为在阻抗最大的情况下或另选地在阻抗的相位经过零的情况下的频率。接下来，MMR传感器和测量螺线管放置在腔室的内部，天然气可流动经过该腔室。图15表示在腔室循环经过各种条件时的阻抗对频率：(1)对实验室环境开放(约20℃和30％相对湿度)，(2)在100％天然气的恒定流的情况下闭合，以及(3)再次对实验室环境开放。数据展示MMR传感器对天然气中的浸没作出可逆响应，其中谐振频率的偏移为50Hz。
实施例17
MMR传感器组件-在微复制膜通道在谐振器上的情况下消毒
参考图1A和环境变化受体140位置的修改，MMR传感器100按以下方式装配。通过附着一块购自3M的微复制膜(在这些实施例中，18微米通道间距)，在谐振器130的第一谐振器主表面132上物理地创建通道160。将一块2.7cm(1.1英寸)×3.0E-1(1.2E-1英寸)的膜附着到以南卡罗来纳州康威(Conway，South Carolina)的2826磁性合金商购获得的尺寸3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×3.0E-3cm(1.2E-3英寸)的谐振器130。使用微复制通道沿长轴流动的VHBTM粘合剂(3M公司(3M Company))，将膜附着到第一谐振器主表面132的长轴。尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的间隔件120由可购自明尼苏达州伊登普雷里的塑料国际(Plastics International，Eden Prairie，MN)的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)构造。尺寸为2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)的商购自伊利诺伊州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo，Illinois)的磁偏置层110接收间隔件120。包封三层(磁偏置110、间隔件120和谐振器130)的外壳150由可购自明尼苏达州伊登普雷里的塑料国际(Plastics International，Eden Prairie，MN)的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)构造。环境变化受体140包括水杨酰胺块，其可从多个来源诸如密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇(Sigma Aldrich，St.Louis，MO)商购获得。以在6.0mg至30mg范围内的质量施加水杨酰胺。用购自3M公司(3M Company)的VHBTM粘合剂将水杨酰胺附着到膜。
在该实施例中装配的MMR传感器的谐振频率通过带有型号16047连接器附件的型号4294A精确阻抗分析器(Precision Impedance Analyzer)装置(均可购自加利福尼亚州圣克拉拉的安捷伦(Agilent，Santa Clara，CA))来测量。在2013年11月15日通过安捷伦来校准装置。定制的MMR激发/检测线圈组件被构造成包括围绕高度电介质的聚氯乙烯(PVC)管紧密卷绕的漆包线。管被构造成具有狭缝以接收MMR传感器。100线匝的#24规格漆包线围绕2.2cm(7.9E-1英寸)直径电介质管卷绕，其中卷绕的长度为5.7cm(2.2英寸)，测量的电感为70.6uH。线圈连接至16047连接器附件的高部分和低端口，并且MMR传感器放置在定制线圈组件中。2mA振荡电流测量MMR传感器的实数阻抗分量和电抗阻抗分量。MMR传感器放置在可购自纽约州罗切斯特的洁定集团(Getinge Group，Rochester，NY)的洁定蒸汽灭菌器(Getinge Steam Sterilizer)型号666ACl中，并且以室内蒸汽循环五次至130℃。表6提供在消毒过程之前和之后，水杨酰胺环境变化受体质量在谐振器的微复制膜通道上的MMR传感器频率偏移的概述。对于在消毒之前水杨酰胺环境变化受体质量位于膜/谐振器的两端部的情况下的构造，示出三个实施例。由于在消毒期间环境改变，在水杨酰胺朝向中心流动之后，记录了5.397kHz、3.27kHz和6.053kHz的频率偏移。示出一个实施例，其中在消毒之前水杨酰胺环境变化受体质量位于中心。由于水杨酰胺从中心沿预定义的路径流出到端部，记录了1.131kHz频率偏移。
表6
示例性实施方案
实施方案A1.一种感测装置，该感测装置包括：
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，第一谐振器主表面具有预定义的通道，
间隔件，该间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间，和
环境变化受体，该环境变化受体设置成邻近预定义的通道。
实施方案A2.根据实施方案A1所述的感测装置，其中响应于环境的变化，环境变化受体沿预定义通道的至少一部分分布。
实施方案A3.根据实施方案A2所述的感测装置，其中响应于环境变化受体沿预定义通道的至少一部分的分布，谐振器的谐振频率偏移。
实施方案A4.根据实施方案A1-实施方案A3所述的感测装置，其中预定义的通道包括设置在第一谐振器主表面上的薄层材料。
实施方案A5.根据实施方案A1-实施方案A4所述的感测装置，其中预定义的通道包括在第一谐振器主表面上的图案。
实施方案A6.根据实施方案A1-实施方案A5所述的感测装置，其中预定义的通道包括根据路径设置在第一谐振器主表面上的薄层材料。
实施方案A7.根据实施方案A1-实施方案A6所述的感测装置，其中预定义的通道包括设置成邻近路径的周边的薄层材料。
实施方案A8.根据实施方案A4所述的感测装置，其中薄层材料包括以下材料中的至少一种：亲水性材料、芯吸材料、疏水性材料、疏油性材料和亲油性材料。
实施方案A9.根据实施方案A4所述的感测装置，其中薄层材料与第二磁材料具有化学反应。
实施方案A10.根据实施方案A1-实施方案A9所述的感测装置，其中预定义的通道包括跨第一谐振器主表面的细长通道。
实施方案A11.根据实施方案A1-实施方案A10所述的感测装置，其中预定义的通道包括一个或多个部分。
实施方案A12.根据实施方案A11所述的感测装置，其中一个或多个部分中的至少一个部分设置成靠近第一谐振器主表面的边缘。
实施方案A13.根据实施方案A1-实施方案A12所述的感测装置，其中环境变化受体设置成邻近预定义通道的中心。
实施方案A14.根据实施方案A1-实施方案A13所述的感测装置，其中环境变化受体设置成邻近预定义通道的端部。
实施方案A15.根据实施方案A1-实施方案A14所述的感测装置，其中环境变化受体包括对温度、湿气、液体、气体、生物物质、化学物质或它们的组合敏感的材料。
实施方案A16.根据实施方案A1-实施方案A15所述的感测装置，还包括：
外壳，其中磁偏置层、谐振器和间隔件设置在外壳中。
实施方案A17.根据实施方案A16所述的感测装置，其中外壳包括一个或多个开口以允许流体分布到外壳中。
实施方案A18.根据实施方案A16所述的感测装置，其中外壳具有多个腔室。
实施方案A19.根据实施方案A18所述的感测装置，其中磁偏置层和谐振器彼此设置在不同腔室中。
实施方案A20.根据实施方案A1-实施方案A19所述的感测装置，还包括：第二谐振器，该第二谐振器设置成邻近磁偏置层。
实施方案A21.根据实施方案A18所述的感测装置，还包括：第二谐振器，其中多个腔室包括第一腔室和与第一腔室不同的第二腔室，其中第二谐振器设置在第二腔室中，并且其中谐振器设置在第一腔室中。
实施方案A22.一种感测装置，该感测装置包括：
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，第一谐振器主表面具有预定义的通道，
间隔件，该间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间，
环境变化受体，该环境变化受体设置成邻近预定义的通道，和
具有一个或多个开口的外壳，该外壳容纳磁偏置层、谐振器和间隔件。
实施方案A23.一种感测装置，该感测装置包括：
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一磁材料，
谐振器，该的谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，第一谐振器主表面具有预定义的通道，
环境变化受体，该环境变化受体设置成邻近预定义的通道，和
外壳，该外壳容纳磁偏置层、谐振器和支撑谐振器的支撑结构。
实施方案B1.一种感测装置，该感测装置包括：
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一电磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，
间隔件，该间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间，和
环境变化受体，该环境变化受体设置在第一谐振器主表面上，
其中响应于环境的变化，环境变化的受体的质量改变，
其中响应于环境变化受体的质量变化，感测装置的谐振频率偏移。
实施方案B2.根据实施方案B1所述的感测装置，其中第一谐振器主表面具有预定义的通道，其中环境变化受体设置在预定义通道的至少一部分上。
实施方案B3.根据实施方案B1-实施方案B2所述的感测装置，其中预定义的通道包括设置在第一谐振器主表面上的薄层材料。
实施方案B4.根据实施方案B1-实施方案B3所述的感测装置，其中环境变化受体包含对温度、湿气、气体或它们的组合敏感的材料。
实施方案B5.根据实施方案B1-实施方案B4所述的感测装置，其中环境变化受体的至少一部分设置成邻近第一谐振器主表面的边缘。
实施方案B6.根据实施方案B1-实施方案B5所述的感测装置，其中环境变化受体的质量增大。
实施方案B7.根据实施方案B1-实施方案B6所述的感测装置，其中环境变化受体的质量减小。
实施方案B8.根据实施方案B1-实施方案B7所述的感测装置，其中环境变化受体包括多个受体元件。
实施方案B9.根据实施方案B8所述的感测装置，其中多个受体元件的至少一部分以图案设置。
实施方案B10.根据实施方案B1-实施方案B9所述的感测装置，还包括：外壳，其中磁偏置层、谐振器和间隔件设置在外壳中。
实施方案B11.根据实施方案B10所述的感测装置，其中外壳包括一个或多个开口以允许流体分布到外壳中。
实施方案B12.根据实施方案B10所述的感测装置，其中外壳具有多个腔室。
实施方案B13.根据实施方案B12所述的感测装置，其中磁偏置层和谐振器彼此设置在不同的腔室中。
实施方案B14.根据实施方案B1-实施方案B13所述的感测装置，还包括：第二谐振器，该第二谐振器设置成邻近磁偏置层。
实施方案B15.根据实施方案B12所述的感测装置，还包括：第二谐振器，其中多个腔室包括第一腔室和与第一腔室不同的第二腔室，其中第二谐振器设置在第二腔室中，并且其中谐振器设置在第一腔室中。
实施方案B16.一种感测装置，该感测装置包括：磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，
间隔件，该间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间，
环境变化受体，该环境变化受体设置在第一谐振器主表面上，和
外壳，该外壳具有一个或多个开口，其中磁偏置层、谐振器和间隔件设置在外壳中。
实施方案B17.根据实施方案B16所述的感测装置，其中响应于环境的变化，环境变化受体的质量改变，并且其中响应于环境变化受体的质量变化，感测装置的谐振频率偏移。
实施方案B18.根据实施方案B16所述的感测装置，其中环境变化受体包括多个受体元件，其中多个受体元件中的至少一个受体元件设置成邻近谐振器的端部。
实施方案B19.一种感测装置，该感测装置包括：
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，
环境变化受体，该环境变化受体设置在第一磁表面上，和
外壳，该外壳包括支撑谐振器的支撑结构，其中磁偏置层和谐振器设置在外壳中。
实施方案B20.根据实施方案B19所述的感测装置，其中环境变化受体包括多个受体元件，其中多个受体元件中的至少一个受体元件设置成邻近谐振器的端部。
实施方案C1.一种用于感测环境的变化的系统，该系统包括：
MMR传感器，该MMR传感器被构造成设置在环境中，该MMR传感器包括：
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一电磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，
间隔件，该间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间，和
环境变化受体，该环境变化受体设置成邻近第一谐振器主表面，
其中响应于环境变量的变化，环境变化受体的属性改变，并由此改变MMR传感器的谐振频率；
阅读器，该阅读器被构造成用于测量在环境变量改变之后的MMR传感器的变后频率特性，其中基于变后频率特性来评估环境变量的变化。
实施方案C2.根据实施方案C1所述的系统，其中阅读器还被构造成用于测量在环境变量改变之前的MMR传感器的变前频率特性，并且其中基于变前频率特性和变后频率特性来评估环境变量的变化。
实施方案C3.根据实施方案C1-实施方案C2所述的系统，其中阅读器包括声音检测装置和扫描频率振荡器中的至少一者。
实施方案C4.根据实施方案C1-实施方案C3所述的系统，其中第一谐振器主表面具有预定义的通道，其中环境变化受体在环境改变之前包括环境响应材料，并且其中当环境变量改变时，环境响应材料沿预定义的通道的至少一部分分布。
实施方案C5.根据实施方案C1-实施方案C4所述的系统，其中在环境变量改变之前，环境变化受体设置在第一谐振器主表面的至少一部分上，并且其中响应于环境变量的变化，设置在第一谐振器主表面上的环境变化受体的质量改变。
实施方案C6.根据实施方案C5所述的系统，其中环境变化受体包括多个受体元件。
实施方案C7.根据实施方案C1-实施方案C6所述的系统，其中环境变量为温度。
实施方案C8.根据实施方案C7所述的系统，其中环境变化受体包括可熔性材料。
实施方案C9.根据实施方案C1-实施方案C8所述的系统，其中环境变量为湿度。
实施方案C10.根据实施方案C9所述的系统，其中环境变化受体包括多孔材料。
实施方案C11.一种用于感测环境的变化的系统，该系统包括：
设置在环境中的第一MMR传感器和第二MMR传感器，该第一MMR传感器和第二MMR传感器中的每个MMR传感器包括：
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一电磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，
间隔件，该间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间，和
环境变化受体，该环境变化受体设置成邻近第一谐振器主表面，
其中响应于环境变量的变化，环境变化受体的属性改变，并由此改变相应MMR传感器的谐振频率；
阅读器，该阅读器被构造成用于测量在环境变量改变之后的MMR传感器的变后频率特性，其中基于变后频率特性来评估环境变量的变化。
实施方案C12.根据实施方案C11所述的系统，其中第一MMR传感器的谐振器在尺寸上与第二MMR传感器的谐振器不同。
实施方案C13.根据实施方案C11-实施方案C12所述的系统，其中第一MMR传感器和第二MMR传感器中的每个MMR传感器在其相应第一谐振器主表面上具有预定义的通道。
实施方案C14.一种用于感测环境的变化的系统，该系统包括：
容器，该容器设置在环境中，该容器被构造成用于存储一个或多个制品，
MMR传感器，该MMR传感器设置在容器中，该MMR传感器包括：
外壳，
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一电磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，
间隔件，该间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间，和
环境变化受体，该环境变化受体设置成邻近第一谐振器主表面，
其中磁偏置层、谐振器、间隔件和环境变化受体设置在外壳中
其中响应于环境变量的变化，环境变化受体的属性改变，并由此改变MMR传感器的谐振频率；
阅读器，该阅读器被构造成用于测量在环境变量改变之后的第一MMR传感器和第二MMR传感器的变后频率特性，其中基于变后频率特性来评估环境变量的变化。
实施方案C15.根据实施方案C14所述的系统，其中MMR传感器还包括：预定义的通道，该预定义的通道设置在第一谐振器主表面上。
实施方案C16.根据实施方案C15所述的系统，其中响应于环境变量的变化，环境变化受体沿预定义通道的至少一部分分布。
实施方案C17.根据实施方案C14-实施方案C16所述的系统，其中环境变化受体为间隔件的集成部分。
实施方案C18.根据实施方案C14-实施方案C17所述的系统，其中阅读器还被构造成用于测量在环境变量改变之前的MMR传感器的变前频率特性，并且其中基于变前频率特性和变后频率特性来评估环境变量的变化。
实施方案C19.一种用于感测环境的变化的系统，该系统包括：
多个容器，该多个容器设置在环境中，每个容器被构造成用于存储一个或多个制品，
多个MMR传感器，该多个MMR传感器设置在多个容器中，每个MMR传感器包括：
外壳，
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一电磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，
间隔件，该间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间，和
环境变化受体，该环境变化受体设置成邻近第一谐振器主表面，
其中磁偏置层、谐振器、间隔件和环境变化受体设置在外壳中
其中响应于环境变量的变化，环境变化受体的属性改变，并由此改变MMR传感器的谐振频率；
阅读器，该阅读器被构造成用于测量在环境变量改变之后的多个传感器中的至少一些传感器的变后频率特性。
实施方案C20.根据实施方案C19所述的系统，其中阅读器还被构造成用于测量在环境变量改变之前的多个MMR传感器中的至少一个MMR传感器的变前频率特性。
实施方案C21.根据实施方案C19-实施方案C20所述的系统，其中多个MMR传感器中的每个MMR传感器还包括：预定义的通道，该预定义的通道设置在第一谐振器主表面上。
实施方案C22.根据实施方案C21所述的系统，其中响应于环境变量的变化，环境变化受体沿预定义通道的至少一部分分布。
实施方案C23.根据实施方案C19-实施方案C22所述的系统，其中多个MMR传感器中的至少两个MMR传感器的谐振器具有不同的尺寸。
实施方案C24.一种用于检测环境的变化的方法，该方法包括：
将MMR传感器设置在环境中，该MMR传感器包括：
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一电磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，
间隔件，该间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间，和
环境变化受体，该环境变化受体设置成邻近第一谐振器主表面，
其中响应于环境变量的变化，环境变化受体的属性改变，并由此改变MMR传感器的谐振频率；
使MMR传感器经受环境变量的变化；
测量MMR传感器的变后频率特性；
基于变后频率特性来评估环境变量的变化。
实施方案C25.根据实施方案C24所述的方法，还包括：
测量在环境变量改变之前的MMR传感器的变前频率特性；以及
基于变前频率特性和变后频率特性来评估环境变量的变化。
实施方案C26.根据实施方案C24-实施方案C25所述的方法，其中第一谐振器主表面具有预定义的通道，其中环境变化受体在环境改变之前包含环境响应材料，并且其中当环境变量改变时，环境响应材料沿预定义通道的至少一部分分布。
实施方案C27.根据实施方案C24-实施方案C26所述的方法，其中在环境变量改变之前，环境变化受体设置在第一谐振器主表面的至少一部分上，并且其中响应于环境变量的变化，设置在第一谐振器主表面上的环境变化受体的质量改变。
实施方案C28.根据实施方案C27所述的方法，其中环境变化受体包括多个受体元件。
实施方案C29.根据实施方案C28所述的方法，其中多个受体元件中的至少一个受体元件设置成邻近谐振器的边缘。
实施方案C30.根据实施方案C24-实施方案C29所述的方法，其中环境变化受体包括可熔性材料。
实施方案C31.根据实施方案C24-实施方案C30所述的方法，其中环境变化受体包括多孔材料。
实施方案D1.一种感测装置，该感测装置包括：
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一电磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，
间隔件，以及
外壳，该外壳容纳磁偏置层、谐振器和间隔件，
其中间隔件包括环境变化受体，
其中响应于环境变量的变化，环境变化受体的厚度快速增大。
实施方案D2.根据实施方案D1所述的感测装置，其中间隔件的至少一部分设置在谐振器和磁偏置层之间。
实施方案D3.根据实施方案D1-实施方案D2所述的感测装置，其中间隔件的至少一部分设置在谐振器的顶部上。
实施方案D4.根据实施方案D1-实施方案D3所述的感测装置，其中响应于环境变化受体的厚度变化，谐振器的谐振频率偏移。
实施方案D5.根据实施方案D1-实施方案D4所述的感测装置，其中响应于环境变化受体的厚度变化，谐振器阻尼。
实施方案D6.根据实施方案D1-实施方案D5所述的感测装置，其中环境变化受体包括多孔材料。
实施方案A7.根据实施方案D1-实施方案D6所述的感测装置，其中环境变化受体包括吸收材料。
实施方案D8.根据实施方案D1-实施方案D7所述的感测装置，其中环境变化受体包括多个受体元件。
实施方案D9.根据实施方案D8所述的感测装置，其中多个受体元件中的至少一个设置在谐振器和磁偏置层之间。
实施方案D10.根据实施方案D1-实施方案D9所述的感测装置，还包括：外壳，其中磁偏置层、谐振器和间隔件设置在外壳中。
实施方案D11.根据实施方案D10所述的感测装置，其中外壳包括一个或多个开口以允许流体分布到外壳中。
实施方案D12.根据实施方案D10-实施方案D11所述的感测装置，其中外壳具有多个腔室。
实施方案D13.根据实施方案D12所述的感测装置，其中磁偏置层和谐振器彼此设置在不同的腔室中。
实施方案D14.根据实施方案D1-实施方案D13所述的感测装置，还包括：第二谐振器，该第二谐振器设置成邻近磁偏置层。
实施方案D15.根据实施方案D12所述的感测装置，还包括：第二谐振器，其中多个腔室包括第一腔室和与第一腔室不同的第二腔室，其中第二谐振器设置在第二腔室中，并且其中谐振器设置在第一腔室中。
实施方案D16.一种感测装置，该感测装置包括：
磁偏置层，该磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，该磁偏置层包括第一磁材料，
谐振器，该谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，该谐振器包括第二磁材料，第二谐振器主表面面朝第一磁表面，
间隔件，该间隔件设置在磁偏置层和谐振器之间，其中间隔件包括环境变化受体，和
外壳，该外壳具有一个或多个开口，其中磁偏置层、谐振器和间隔件设置在外壳中。
其中响应于环境变量的变化，环境变化受体的厚度快速增大。
实施方案D17.根据实施方案D16所述的感测装置，其中间隔件的至少一部分设置在谐振器和磁偏置层之间。
实施方案D18.根据实施方案D16-实施方案D17所述的感测装置，其中间隔件的至少一部分设置在谐振器的顶部上。
实施方案D19.根据实施方案D16-实施方案D18所述的感测装置，其中响应于环境变化受体的厚度变化，谐振器的谐振频率偏移。
实施方案D20.根据实施方案D16-实施方案D19所述的感测装置，其中响应于环境变化受体的厚度变化，谐振器阻尼。
本发明不应被认为限于上述特定实施例和实施方案，因为详细描述此类实施方案是为了方便说明本发明的各个方面。相反，本发明应被理解为涵盖本发明的所有方面，包括落在如由所附权利要求书及其等同物所定义的本发明的实质和范围内的各种修改、等同过程和替代装置。

Claims (13)

1.一种感测装置，所述感测装置包括：
磁偏置层，所述磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，所述磁偏置层包括第一磁材料，
谐振器，所述谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，所述谐振器包括第二磁材料，所述第二谐振器主表面面朝所述第一磁表面，所述第一谐振器主表面具有预定义的通道，
间隔件，所述间隔件设置在所述磁偏置层和所述谐振器之间，和
环境变化受体，所述环境变化受体设置成邻近所述预定义的通道，
其中响应于环境的变化，所述环境变化受体沿所述预定义通道的至少一部分分布，并且其中响应于所述环境变化受体沿所述预定义通道的至少一部分的所述分布，所述谐振器的谐振频率偏移。
2.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述预定义的通道包括设置在所述第一谐振器主表面上的薄层材料。
3.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述预定义的通道包括在所述第一谐振器主表面上的图案。
4.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述预定义的通道包括根据路径设置在所述第一谐振器主表面上的薄层材料。
5.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述预定义的通道包括设置成邻近路径的周边的薄层材料。
6.根据权利要求2所述的感测装置，其中所述薄层材料包括以下材料中的至少一种：亲水性材料、芯吸材料、疏水性材料、疏油性材料和亲油性材料。
7.根据权利要求2所述的感测装置，其中所述薄层材料与所述第二磁材料具有化学反应。
8.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述预定义的通道包括跨所述第一谐振器主表面的细长通道。
9.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述预定义的通道包括一个或多个部分。
10.根据权利要求9所述的感测装置，其中所述一个或多个部分中的至少一个部分设置成靠近所述第一谐振器主表面的边缘。
11.根据权利要求1所述的感测装置，还包括：
外壳，
其中所述磁偏置层、所述谐振器和所述间隔件设置在所述外壳中。
12.一种感测装置，所述感测装置包括：
磁偏置层，所述磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，所述磁偏置层包括第一磁材料，
谐振器，所述谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，所述谐振器包括第二磁材料，所述第二谐振器主表面面朝所述第一磁表面，所述第一谐振器主表面具有预定义的通道，
间隔件，所述间隔件设置在所述磁偏置层和所述谐振器之间，
环境变化受体，所述环境变化受体设置成邻近所述预定义的通道，和
具有一个或多个开口的外壳，所述外壳容纳所述磁偏置层、所述谐振器和所述间隔件，
其中响应于环境的变化，所述环境变化受体沿所述预定义通道的至少一部分分布，并且其中响应于所述环境变化受体沿所述预定义通道的至少一部分的所述分布，所述谐振器的谐振频率偏移。
13.一种感测装置，所述感测装置包括：
磁偏置层，所述磁偏置层具有第一磁表面和相对的第二磁表面，所述磁偏置层包括第一磁材料，
谐振器，所述谐振器具有第一谐振器主表面和相对的第二谐振器主表面，所述谐振器包括第二磁材料，所述第二谐振器主表面面朝所述第一磁表面，所述第一谐振器主表面具有预定义的通道，
环境变化受体，所述环境变化受体设置成邻近所述预定义的通道，和
外壳，所述外壳容纳所述磁偏置层、所述谐振器和支撑所述谐振器的支撑结构，
其中响应于环境的变化，所述环境变化受体沿所述预定义通道的至少一部分分布，并且其中响应于所述环境变化受体沿所述预定义通道的至少一部分的所述分布，所述谐振器的谐振频率偏移。
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