TW201006434A - Sensing device and power sensing apparatus - Google Patents

Description

201006434 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種感測元件以及應用該感測元件之電量 感測裝置’並且特別地’本發明係關於—種藉由氣泡影塑電 氣特性之感測元件以及利用該感測元件之電量感測裝置。 【先前技術】 、在微結構中，尤其是應用於生化檢測上、充滿流體的微 流道，其内部的氣泡由於性質與周邊介質差異甚大，因此， 可利用氣泡之位置以及氣泡產生過程作為不同的應用。 舉例而言’美國專利第4175289號揭露-種利用磁性氣 泡不同位置作為類似0/1讀取狀態之資料儲存裝置。另^ =專，謂7592號以及第7讓74號分_露—種通訊 Μ泡與週邊環境間的折射率差異作為光開關。上 述先别技術均使用氣泡之位置作為其應用。此外，於 魅頭或是氣泡幫浦等流體儒裝 用= 钃 生過程進行流體喷射。 纠用轧忍產 檢測應茲般:行::病π見的生化 種生化或醫療檢測之儀“其以—般住家用電 或疋發電裝置為其電源， 又住豕用電 器無法正常運作之狀沉。妙二仪个勿知玍1-1冤 β狀况然而，小型的生化或醫療檢測儀器 電量不足使儀 201006434 【發明内容】 因此，本發明之一範疇在於提供一種感測元件，可利用 氣泡影響電氣特性並感測其變化進而產生感測訊號，以 上述問題。 根據一具體實施例，本發明之感測元件包含流道、氣泡 產生器以及感測器。其中，流道係用以容納流體，氣泡產生 器以及感測器係設置於流道之内壁上。 於本具體實施例中，氣泡產生器可耦接電源以接收電源 所提供之電力而產生至少一氣泡，並且感測器係用以感測其 周圍之電氣特性並據以產生感測訊號。當氣泡產生器所產生 之氣泡接近感測器時，氣泡將會影響感測器周圍之電氣特 性’感測器則可根據電氣特性變化調整感測訊號。 根據另一具體實施例’上述具體實施例之感測器可進一 步包含極性相反之第一電極以及第二電極輕接電源，並且其 流體$電解液。當第—電極以及第二電極接收電源所提供i 電力時’第一電極以及第二電極可電解流體而產生氣泡。 參 本發明之另一範疇在於提供一種電量感測裝置，可用以 感測電子裝置之電源電量。 根據一具體實施例，本發明之電量感測裝置包含感測元 tf中二感測元件進一步包含流道、氣泡產生器以及感測 器。流道係用以容納流體，氣泡產生器以及感測器則設置於 流道之内壁上。 、於本具體實施例中，氣泡產生器可耦接一電子裝置之電 以接收此電源所提供之電力而產生至少一氣泡，並且感测 器係用以感測其周圍之電氣特性並據以產生感測訊號。當氣 201006434 泡產生器所產生之氣泡接近感測器時，氣泡將會 訊號 ，，之電氣特性，感測n則可根據電氣特性變化而調^感& 本具體只施例之氣泡產生器係根據電源之電量 其產生的氣泡大小❹寡。舉例而言，若電源 /Λ 時，氣泡產生器可產生較大的氣泡或是較多的氣泡， 響感測器周圍之電氣特性變化量亦較大。另一方朴‘二 之電量不足時，氣泡產生器可產生較小的氣泡 J的/氣 ❹ ❹ 泡，而其影響感測器周圍之電氣特性變化量亦較小 測訊號之變化，可推得電子裝置之電源電量是否充足。a ^ 關於本發明之優點與精神可以藉由以下 附圖式得到進-步的瞭解。 & s祕及所 【實施方式】 請參閱圖一，圖一係繪示根據本發明 夕 測，1的。示意圖。如圖-所示，感測元件 氣/包產生态12以及感測器14。其中，流道 電源實if中，氣泡產生器12可耦接電源Ρ以接收 產生至少一氣泡1〇2。請注意，於實務 中了為感測70件1内建之電源，亦可為另-電子F置 之電源，端看使用者或設計者需求而定。 電子裝置 產生示—個錄逝，然祕實射根據氣泡 ί貞列’可依其触之電力大小敍不同尺寸 二而i氣泡ι〇2。舉例而言，若氣泡產生器12接收電 力而產生_麵泡W2，财㈣接㈣力大小可^電目 201006434 對應數暈的氣泡1〇2。另-方面，若氣泡產生器1;2接收電力 而產生一氣泡102，則其依所接收電力大小可產生相 小的氣泡102。 ^ 此外，感測器14進-步包含第一感測單元14〇、第 測單元142以及處理單元144 ’第一感測單元14〇以及1 感測單元142係設置於流道1G之内壁上並可制兩者之間及 其周圍之電II躲’並域理單元m根據電氣雖產生感 測訊號。請注意，於實務中，感測器M之處理單元144可^ 置於流道10内或流道10外，而不受限於本說明書所列 Ο 具體實施例。 當氣泡產生器12產生氣泡1〇2並且氣泡1〇2靠近感測器 14而影響其周圍之電氣特性時，感測器14所產生之感測訊 號將隨電氣特性而變化。另外，於實務中，感測器14之設置 位置也可根據使用者或設計者需求而調整，而不受限於^^具 體實施例。舉例而言，其第一感測單元14〇以及第二感測單 元142也可分別設置於氣泡產生器12之兩側，當氣泡產生器 12產生氣泡102時即直接影響第一感測單元14〇以及第二g 測單元142間之電氣特性。 〜 ❹ 本具體實施例之流體100可具有導電性，並且，由於氣 泡產生器12根據所接收之電力大小產生相對應之大小或數量 的氣泡102，因此，當氣泡產生器12接收之電力較大時，其 產生較大或較多的氣泡1〇2而影響感測器μ周圍之電氣特性 之程度較大，致使感測訊號變化較大；另一方面，當氣泡產 生器12接收之電力較小時，其產生較小或較少的氣泡1〇2而 影響感測器14周圍之電氣特性之程度較小，致使感測訊號變 化較小。 晴參閱圖二，圖二係綠示圖一之感測元件i所產生之感 201006434 測訊號的時域圖。如圖二所示，横軸為時間χ 感測訊號強度γ。於_區段a以及時間 f且縱軸為 生器12產生之氣泡搬並未影響感測器i =泡產 (或氣泡產生H 12尚未赴氣泡搬），並且，特性 ^寺S產生器12產生之氣泡1〇2影響感測器 述’錢泡產生器12接收之電力較大時，並料 杈大或較夕的氣泡102而影響感測器14周圍之 ❹

度較大，致使感測訊號變化較大，而呈現如圖二^中 L1。另一方面，若氣泡產生器12接收之電力較小時，直、峰 較^或較少的氣泡102而影響感測器14周圍之電氣特^之 度較小，致使感測訊號變化較小，而呈現如圖二中所示之曲 請參閱圖三，圖三係繪示根據本發明之另—具體實施例 之感測元件1的示意圖。如圖三所示，本具體實施例與上一 具體實施例不同處，在於本具體實施例之感測元件〗之氣泡 產生器12進一步包含第一電極120以及第二電極122。此 外，流體100於本具體實施例中可為一電解液，例如，水。 於本具體實施例中’當氣泡產生器12接收電源ρ之電力 時，第一電極120以及第二電極122可提供不同極性之電荷 以電解流體1〇〇，進而產生内部氣體不同之氣泡1〇2以及 102’。舉例而言，若流體1〇〇為水，第一電極120提供正電 荷並且第二電極122提供負電荷，則流體100會被第一電極 120以及第二電極122電解而於第一電極120處產生内部氣 體為氧氣的氣泡102以及於第二電極122處產生内部氣體為 氳氣之氣泡102’。 . 同樣地，當氣泡102、102’以及兩者融合之融合氣泡影響 201006434 第一感測單元140以及第二感測單元142間之電氣特性時， 感测器14根據其電氣特性變化調整所產生之感測訊號。' 於本具體實施例中，由於氣泡102、102,係由電解流體 100而形成，因此，當兩者融合成融合氣泡時，融合氣泡中 之兩氣體會還原成流體100。根據流體100的種類不同，氣 泡102、102’中的氣體以及兩氣體還原成流體100的速率也^ 同。於實務中’可根據使用者或設計者需求而設置觸媒於流 道10中以催化融合氣泡中之兩氣體還原成流體1〇()。” '瓜 φ 如上所述’由於本具體實施例之氣泡102、102,可相互融 合並且兩者間之氣體可遷原成流體100，因此，當進行氣泡 產生态12再次產生氣泡102、102’並量測感測器14周圍^氣 特性時，不至於因上次產生之氣泡殘留於感測器14周 成感測器14誤判。 然而’右兩氣體逛原為流體之速率較慢，於實務中，可 對流道10之内壁做不同粗糙度的設計，當上述融合氣泡中部 伤乳體退原為流體100時，流體100自不同方向回填融合氣 泡所佔之空間根據流道10之内壁粗糙度而有不同速率，^此 參 將會對尚未還原成流體1⑻之融合氣泡產生一合力而推動融 合氣，。藉由流道10之内壁粗糙度設計，融合氣泡可被推離 感測器14而避免上述殘留氣泡造成感測器14誤判的狀況。 請注意，於實務中，流道10之内壁粗糙度設計也可直接由感 測器14或氣泡產生器12排列而形成。 〜 請參閱圖四，圖四係繪示根據本發明之另一具體實施例 之感測元件1的示意圖。如圖四所示，本具體實施例與上述 具體實施例之不同處，在於本具體實施例之流道10具有兩斜 面結構104分別設置於感測器14之鄰近處。此外，流道1〇 進一步包含兩防水透氣結構106分別鄰近兩斜面結構1〇4。 201006434 於本具體實施例中’氣泡l〇2靠近感測器14後可被斜面 結構104導引而向防水透氣結構100靠近，接著氣泡102可 達防水透氣結構106之位置並透過防水透氣結構離開 流道10而避免殘留氣泡造成感測器14誤判的狀況。 於實際應用中’各種量測儀器無可避免地會受到雜訊干 擾。同樣地，雜訊可能干擾本發明之感測元件之感測器所產 生的感測訊號，尤其是當感測訊號變化幅度不大時，雜訊的 影響會更顯著。 ❹ 凊麥閱圖五，圖五係繪示根據本發明之另一具體實施例 之感測元件2的示意圖。如圖五所示，感測元件2具有流道 2〇、氣泡產生器22以及感測器24，其中流道2〇可容納流體 2〇〇，氣泡產生器22以及感測器24可設置於流道20之内 壁。氣泡產生器22可根據電源P1供給之電力產生氣泡 20^’並且當氣泡202靠近感測器24時影響感測器24周圍之 電氣特性。感測器24則可感測其周圍之電氣特性並據以產 感測訊號S1。 於本具體實施例中，感測元件2進一步包含第一參考元 4牛26以及第二參考元件28。第—參考元件％同樣具有 道以及置於流道巾之感測H，其流道可容納與氣泡產生器 泡^狀氣體成分相同之氣體，並且其感測器 可感測周圍之電氣特性並據以產生第—參考訊號C1。此外， 第二^考凡件28隱具有—流道以及設置於 减 器拉;容納流體200，並且其感测器可感丄3 氣特性並_產生第二參考峨C2。請注意，由 可容納流體 ’因此’本具體實施例之第二 t 亦可設置於流道2〇，然而氣泡產生器22所產生 之氣泡202並不會影響第二參考元件28。 11 201006434 感測器24以及第一參考元件26可耦接第一差分器3〇以 將感測訊號S1以及第一參考訊號ci輸入第一差分器3〇，並 且感測器24以及第一參考元件28可耗接第二差分器32以另字 感測讯號S1以及弟一參考訊號C2輸入第二差分器32。藉由 第-差分器30以及第二差分器32的運作可消去系統共同雜 此外，第一差分器30可根據感測訊號S1以及第一參考 訊號C1獲得第一差值〇1並輸入第一差值m至比較器料， 並且第二差分器32可根據感測訊號si以及第二參考訊號C2 〇 獲得一第二差值D2並輸入第二差值D1至輸入比較器34。 比較器34可藉由比較第—差值D1以及第二差值間D2之大 小，推測提供至氣泡產生器22之電力是否充足。 舉例而言，當提供至氣泡產生器22之電力充足時，氣泡 產t器22可產生較大或較多的氣泡202致使感測器24周圍 之環境較，近第一參考元件26之流道，因此可獲得第二差值 ^2大於第-差值D1之結果。另一方面，當提供至氣泡產生 器22之電力不足時’氣泡產生器22產生較小或較少的氣泡 202致使感測器24之環境較接近第二參考元件％之流道， 因此可獲得第一差值D1大於第二差值02之結果。 二根據另一具體實施例，上述具體實施例之各感測元件可 ㈣於電子裝置巾赠域測其電量是否充足之電量感測裝 置。^本具體實施例中，上述具體實施例之感測元件之氣泡 產生斋可麵接電子裝置之電源，故氣泡產生器所產生之氣泡 大小或數量係由電子裝置之電源電量而決定。因感測元件已 於上述具體實施例充分揭露，故於此不再贅述。 於實務中，一監測者可藉击遠端裝置之傳送單元發送控 制才曰々成號至電子裝置中之感測元件，感測元件接收控制指、 12 201006434 令訊號後控制其氣泡產生器產生氣泡，並藉由其感測器感測 流道中電氣特性變化以產生感測訊號。感測元件可進一^將 感測λ號回傳給迫端裝置之接收早元，而遠端裝置之判斷單 元則可根據回傳之感測訊號判斷電子裝置之電量是否充足並 通知監測者判斷結果。 Ο Φ 、此外，根據另一具體實施例，上述電子裝置可為隨身生 化或醫療檢測裝置，舉例而言，電子裝置可為裝設於病人身 上並檢測病人血液成分穩定度之醫療檢測裝置，而其感測元 件之流道可擷取受檢測血液之一部份作為其流體。 相較於先前技術，本發明之感測元件可包含容納流體之 流道、氣_生器以及感測器。氣泡產生器產生氣泡ς影塑 流運内之職雖，並且制n根據朋魏雜產生^ 訊號。由於流體與氣泡之電氣特性不同，因此當氣泡接近咸 測器時感測ϋ會根據電氣特性變化調整所產生之感測訊/ 當感測元件設置於電子裝置t作為電量感測裝置^，氣泡u 生器、可祕電子裝置之電源並根據㈣提供的電力大小產生 器周圍之電氣特性產生不同影響，感測器 測訊號之變二得根據感 述本 施!1來對本發明之㈣加以限制。相'反地，其 涵盍各種改變及具相等性的安排匕 „。因此，本發明所申請之專利 的轉，⑽使其涵驗有可能^ 13 201006434 【圖式簡單說明】 圖一係繪示根據本發明之一具體實施例之感測元件的示 圖二係緣示圖一之感測元件所產生測訊號的時域 圖。 圖三係緣報齡發0狀另—具體實施取細元件的 示意圖。 圖四係、♦示根據本發明之另—具 之感測元件的 示意圖。 . 圖五鱗示根據本發明之另—具體實細之感測元件的 不思圖。 【主要元件符號說明】 1、2:感測元件 100、200 :流體 12、22 :氣泡產生器 122 :第二電極 140 :第一感測單元 144 :處理單元 28 :第二參考元件 32 :第二差分器 10、20 :流道 102、102,、202 :氣泡 120 :第一電極 14、24 :感測器 142 :第二感測單元 26 :第一參考元件 30:第一差分器 34 :比較器 201006434 S1 :感測訊號 C1 :第一參考訊號 C2 :第二參考訊號 D1 :第一差值 D2 :第二差值 LI、L2 :曲線 P、P1 :電源 X :時間 Y:感測訊號強度 a、b、c :時間區段 ❹ 〇 15

Claims (1)

1. 201006434 十、申請專利範圍： 1、 一種感測元件，包含： 一流道’包含一内壁，該流道係用以容納一流體； 一氣泡產生器’設置於該内壁上，該氣泡產生器耦接一 電源，藉以接收該電源所提供之電力以產生至少—氣 泡；以及 ’、 一感測器，設置於該内壁上，用以感測其周圍之一電氣 特性並;f艮據該電氣特性產生一感測訊號； 其中’當該等氣泡接近該感測器而影響該感測器周圍之該電 © 氣特性時，該感測器根據該電氣特性之變化調整該感測訊 2、如申請專利範圍第1項所述之感測元件，其中該流體係一 解液。 μ 如申請專利範圍第2項所述之感測元件，其中該氣泡產生器 ，含極性相異之一第一電極以及—第二電極，該第一電極▲ 該第二電極耦接該電源，並接收該電源所提供之電力以電解 該流體而產生該等氣泡。 ❹ 4、

   如申晴專利範圍弟3項所述之感測元件，其中該等氣泡進一 步包含-第-氣泡以及-第二氣泡’該第—氣泡由該第一電 極電解該流體而產生，並且該第二氣泡由該第二電極電解該 流體而產生。 如申請專利範圍第4項所述之感測元件，進一步包含一觸媒 设置於該流道中，用以當該第-氣泡與該第二氣泡融合成一 融合氣泡時，該觸媒催化該融合氣泡還原成部分該流體。 如申請專利範圍第1項所述之感測元件，发中兮 進一 步包含—第一感測單元以及—第二感測單元，感測單 16 6、 201006434 元以及該第二感測單元能感測兩者間之該電氣特性。 7、 如申請專利範圍第6項所述之感測元件，其中該感測器進一 步包含： 一處理單元，耦接該第一感測單元以及該第二感測單 元，用以根據該第一感測單元以及該第二感測單元間 之該電氣特性產生該感測訊。 8、 如申請專利範圍第1項所述之感測元件，其中該感測器設置 於該内壁上相對於該氣泡主生器之位置。 〇 9、如申請專利範圍第8項所述之感測元件，其中該流道進一步 包含： 一斜面結構，鄰近該感測器，用以導引該等氣泡離開該 感測器周圍。 10、如申請專利範圍第9項所述之感測元件，其中該流道進一步 包含： 一防水透氣結構，鄰近該斜面結構，用以導引自該斜面 結構而來之該等氣泡中之氣體離開該流道。 ❹ 11、如申請專利範圍第1項所述之感測元件，其中該流道之該内 壁自鄰近該感測器處開始之一導引區域中具有粗糙表面。 12、 如申請專利範圍第11項所述之感測元件，其中該導引區域中 之粗糙表面的粗糙程度自鄰近該感測器處遞減或遞增。 13、 一種電量感測裝置，用以感測一電子裝置之一電源之電量， 該電量感測裝置包含： 一感測元件，包含： 一流道，包含一内壁，該流道係用以容納一流體； 一氣泡產生器，設置於該内壁上，該氣泡產生器耦接 17 201006434 該電子裝置之該電源，藉以接收該電源所提供之電 力以產生至少一氣泡；以及 一，測器，設置於該内壁上，用以感測其周圍之一電 氣特性並根據該電氣特性產生一感測訊號； ，中，當该等氣泡接近該感測器而影響該感測器周圍之該電 氣特性時’該.職根據該電·性之變化調整該感測訊 號。 14、 如申清專利範圍第項所述之電量感測裳置，且中該流體 一電解液。 〜 ’、 ❹ 15、 .如=請專利範圍第14項所述之電量感測裝置，其中該氣泡產 生器包含極性相異之一第一電極以及—第二電極，該第一電 極與3亥弟一電極搞接該電源，並接收該電源所提供之電力以 電解該流體而產生該等氣泡。 ’、 16、 如申請專利範圍第15項所述之電量感測裝置，其中該等氣泡 進-步包含-第—氣、泡以及—第二氣泡，該第—氣泡由該第 -電極電解雜體喊生，並且該第二氣泡由該第二電極電 解該流體而產生。 ® π、如申請專利範圍第16項所述之電量感測裝置，進一步包含一 觸媒設置於該麵巾’用以當該H自與該第二氣泡融合 成一融合氣泡時，該觸媒催化該融合氣泡還原成部分该流 體。 ° 18、 如申請專利範圍第13項所述之電量感測裝置，i中 進一步包含一第一感測單元以及一第二感測單元，一感 測早元以及5亥弟一感測早元能感測兩者間之該電氣特性。 19、 如申請專利範圍第18項所述之電量感測裝置，其中該减測元 件進一步包含： . 18 201006434 一處理單元，祕該第-感測單元以及該第二感測單 _單及該第二感測翠元間 之5亥電氣特性產生該感測訊號。 20、 21、 ❹ 22、 23、 〇 24、 利範圍第13項所述之電量感測裝置，其中該流道進 一近該細器，㈣料該等氣泡離開該 Ϊί::利範圍第2〇項所述之電量感測裝置，其中該流道進 一防水透氣結構，鄰近該斜面結構，用 結構而來之該執泡中之氣體_該流道W丨自斜面 如申請專利範圍第13顿述之電量感雕置 =内壁自鄰近該感測ϋ處開始之—導？丨區域巾^=表 如申請專利範圍第22顿述之電量感啦置，1中 域中之粗糙表面的粗韃程度自鄰近該感·處遞減^遞增。 如申請專利範圍第13項所述之電量感測裝置，進—步包含： -第-參考元件m參考流道以容納與該等氣 泡相同成分之氣體，並且該第—參考元件根據該第一 ^考流道中之氣體之電氣特性產生一第一參考訊號； 第-參考元件’具有-第二參考流道以容納該流體， 並且該第一參考元件根據該第二參考流道中之該流體 之電氣特性產生一第二參考訊號； 一第一差分器，連接該第一參考元件以及該感測元件以 接收該第一參.考訊號以及該感測訊號，該第一差分器 根據該第一參考訊號以及該感測訊號獲得一第一差異 19 201006434 值；以及 一第一差分益’連接該第二參考元件以及該感測元件以 接收該=二參考訊號以及該感測訊號’該第二差分器 根據該第二參考訊號以及該感測訊號獲得一第二差異 值； 其中：該電量，測裝置能比較娜-差異值減該第二差異 值’並根據味結翔嶋冑子裝置之該電狀電餘態。 ❹ 25、如利範圍如項所述之電量感測裝置，進一步包含： 端控制兀件，包含· 氣泡 ’用以發送—控制訊號至該感測元件以控 氧’產生#根據該電源提供之該電力產生該等 號 單70肖以接收該感產生之該感測訊 .2【電=據該感測訊號判斷該電子裝置之

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