包含校準(zhǔn)信息的電子器件及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了生成用于與吸收性電容式蒸汽傳感器一起使用和用于校準(zhǔn)所述吸收性電容式蒸汽傳感器的基準(zhǔn)相關(guān)性的方法。本發(fā)明還公開(kāi)了一種包含所述基準(zhǔn)相關(guān)性的電子制品及其使用方法。
【專利說(shuō)明】包含校準(zhǔn)信息的電子器件及其使用方法
【背景技術(shù)】
[0001]在許多應(yīng)用領(lǐng)域中均要監(jiān)測(cè)蒸汽的存在及其在空氣中的濃度。已開(kāi)發(fā)出多種用于檢測(cè)蒸汽(例如，揮發(fā)性有機(jī)物(VOC))的方法，包括例如光致電離、氣相色譜法、重量分析技術(shù)、光譜技術(shù)(例如，質(zhì)譜測(cè)定法、熒光光譜法)和吸收傳感技術(shù)。
[0002]在一種吸收性電容式傳感器中，兩個(gè)通常平行(其中至少一者是多孔的)或交錯(cuò)的導(dǎo)電電極通過(guò)待分析蒸汽(即，被分析物蒸汽)可在擴(kuò)散到其中的電介質(zhì)微孔材料層進(jìn)行分隔。隨著吸收到電介質(zhì)微孔材料中的蒸汽量增加，電介質(zhì)微孔材料的介電性能發(fā)生變化(通常為非線性變化)。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“吸收”是指材料逐漸沉積在電介質(zhì)微孔材料內(nèi)，無(wú)論其是僅吸收到孔壁或是溶解到主體電介質(zhì)微孔材料中。
[0003]吸收性電容式傳感器的響應(yīng)通常取決于傳感器參數(shù)，諸如(例如)電介質(zhì)微孔材料層的孔隙度和厚度和/或電極面積，其可在制造公差內(nèi)發(fā)生一定程度的變化。將傳感器的所測(cè)電容與實(shí)際的被分析物蒸汽濃度準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)需要克服這樣的問(wèn)題，即，需要高成本的復(fù)雜制造方法和/或?qū)Ω鱾€(gè)傳感器的耗時(shí)費(fèi)力的校準(zhǔn)。
[0004]測(cè)量單一被分析物蒸汽濃度下電容式傳感器的靈敏度通常通過(guò)以下操作實(shí)現(xiàn):將傳感器置于可控氣氛室中，引入所需含量的所需被分析物蒸汽，然后測(cè)量傳感器的電容。將此過(guò)程在不同濃度下重復(fù)多次，以針對(duì)具體電容式傳感器生成校準(zhǔn)曲線。一旦生成校準(zhǔn)曲線，就可根據(jù)校準(zhǔn)曲線容易地將使用傳感器在未知被分析物蒸汽含量下的電容測(cè)量值與獨(dú)特濃度關(guān)聯(lián)。對(duì)電容式傳感器旨在使用的每種溶劑重復(fù)該工序。
[0005]因此，為了確保此類傳感器將按照預(yù)期起作用，可能有必要的是在制造運(yùn)行期間針對(duì)數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)傳感器樣品生成被分析物蒸汽的校準(zhǔn)曲線，或由于落在極窄的制造公差之外而淘汰大量傳感器，從而確保傳感器在銷售之前的正確校準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]目前發(fā)現(xiàn)，對(duì)于上述類型的吸收性電容式傳感器，在固定濃度的第一蒸汽下獲得的第一實(shí)際電容(Cl)與使用固定濃度的第二蒸汽獲得的第二實(shí)際電容(C2)的比率(gp，C1/C2)對(duì)于類似設(shè)計(jì)的電容式傳感器是基本上恒定的:例如，根據(jù)制造方法制備的電容式傳感器。根據(jù)此意外的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人已開(kāi)發(fā)出一種方法，其用于校準(zhǔn)此類電容式傳感器并將其用于與常規(guī)方法相比大幅減少了精力和花費(fèi)的領(lǐng)域中。該方法可生成可與電子器件一起并入的校準(zhǔn)庫(kù)，這些電子器件包括此類吸收性電容式傳感器元件或適于結(jié)合此類吸收性電容式傳感器元件使用。
[0007]因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，該方法包括以下步驟:
[0008]a)測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)溫度下暴露于已知濃度(Y)的第一被分析物蒸汽時(shí)的基準(zhǔn)電容式傳感器元件的電容(CMf)，其中基準(zhǔn)電容式傳感器元件包括設(shè)置在第一和第二導(dǎo)電電極之間并且與二者接觸的電介質(zhì)微孔材料層，并且其中被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到電介質(zhì)微孔材料的孔內(nèi)；[0009]b)測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)溫度下缺乏第一被分析物蒸汽時(shí)的基準(zhǔn)電容式傳感器元件的基線
電名Cref基線)； [0010]C)確定實(shí)際基準(zhǔn)電容Cref實(shí)際，其中[0011 ]Cref 實(shí)際=Cref-Cref 基線；
[0012]d)測(cè)量暴露于已知濃度的第二被分析物蒸汽時(shí)的基準(zhǔn)電容式傳感器元件的電容(Cn2);
[0013]e)確定相對(duì)基準(zhǔn)電容(Cn2ref),其中
[0014]Cn2ref= (Cn2-Cref 基線)/Cref 實(shí)際；
[0015]f )在至少兩種另外不同濃度的第二被分析物蒸汽下重復(fù)步驟d)和e)；
[0016]g)確定Cn^f與第二被分析物蒸汽的濃度之間的第一基準(zhǔn)相關(guān)性；和
[0017]h)將第一基準(zhǔn)相關(guān)性記錄到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。
[0018]在一些實(shí)施例中，該方法還包括:
[0019]i)測(cè)量暴露于已知濃度的第三被分析物蒸汽時(shí)的基準(zhǔn)電容式傳感元件的電容(Cn3);
[0020]j)確定 Cn3ref，其中

Cn3ref ^n3 ^ref 基線)/Cref 實(shí)際；
[0021]k)在至少兩種另外不同濃度的第三被分析物蒸汽下重復(fù)步驟i)和j);
[0022]I)確定Cn3Mf與第三被分析物蒸汽的濃度之間的第二基準(zhǔn)相關(guān)性；和
[0023]m)將第二基準(zhǔn)相關(guān)性記錄到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上?；鶞?zhǔn)庫(kù)可用于(例如)電子蒸汽傳感器的制造應(yīng)用中。因此，在另一方面，本發(fā)明提供一種電子器件，其包括具有其上存儲(chǔ)的信息的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該信息包括可根據(jù)本發(fā)明的方法制備的基準(zhǔn)庫(kù)。
[0024]在一些實(shí)施例中，該電子器件還包括:
[0025]適于對(duì)至少集成電容式傳感器元件供電的操作電路，其中集成電容式傳感器元件與基準(zhǔn)電容式傳感器元件的構(gòu)造基本上相同；
[0026]與操作電路電連通的檢測(cè)模塊，其中檢測(cè)模塊適于接收來(lái)自集成電容式傳感器元件的電信號(hào)；
[0027]可通信地連接到檢測(cè)模塊和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的處理器模塊，其中處理器模塊適于:
[0028]獲得暴露于未知濃度的指定被分析物蒸汽時(shí)的集成電容式傳感器元件的電容(Cmk),對(duì)于該指定被分析物蒸汽而言，相應(yīng)的基準(zhǔn)相關(guān)性存在于校準(zhǔn)庫(kù)中；
[0029]獲得集成電容式傳感器元件的基線電容(Cintsa)；
[0030]獲得相對(duì)電容Cunk Ml= (Cunk-Cint基線)/R_v，其中R_v可通過(guò)如下方法獲得，該方法包括:
[0031]將集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的第二被分析物，其中集成傳感器元件包括設(shè)置在兩個(gè)電極之間并且與二者接觸的微孔材料層，并且其中第二被分析物的至少一部分被吸收到微孔材料的孔內(nèi)；
[0032]測(cè)量在集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的第二被分析物時(shí)的集成傳感器元件的第一電容(Cint measl)；
[0033]測(cè)量在集成傳感器元件暴露于已知第二蒸汽濃度的第二被分析物時(shí)的集成傳感器元件的第二電容(C


int meas2 ) ?[0034]獲得差值(ΛCintmeas),其中
[0035]Δ C^nt meas I Cint measl ^int meas2 I ;
[0036]獲得第一蒸汽濃度的第二被分析物下的基準(zhǔn)傳感器元件的第一相對(duì)基準(zhǔn)電容(Cn2refl)與第二蒸汽濃度的被分析物下的基準(zhǔn)傳感器元件的第二相對(duì)基準(zhǔn)電容(Cn2M2)之間的差值(ACn2ref),其中 ACn2ref=I ^refl-Cn2ref2 ;矛口
[0037]按照Δ Cint meas/ Δ Cn2ref 計(jì)算 Rconv ；
[0038]將Cmk rel與基準(zhǔn)庫(kù)中的相應(yīng)基準(zhǔn)相關(guān)性進(jìn)行比較并獲得被分析物蒸汽的實(shí)際濃度；和
[0039]下列中的至少一種:
[0040]將實(shí)際濃度記錄到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上；或
[0041]將實(shí)際濃度傳送至顯示構(gòu)件；和
[0042]可通信地連接到顯示構(gòu)件和處理器模塊的通信接口模塊，
[0043]其中操作電路將電能提供給至少檢測(cè)模塊、處理器模塊、顯示構(gòu)件和通信接口模塊。
[0044]在一些實(shí)施例中，操作電路與適于加熱集成電容式傳感器元件的加熱元件電連通。
[0045]在一些實(shí)施例中，電子器件還包括與操作電路電連通的集成電容式傳感器元件，其中集成電容式傳感器元件與基準(zhǔn)電容式傳感器元件的構(gòu)造相同。
[0046]在另一方面，本發(fā)明提供一種制備校準(zhǔn)的電子傳感器的方法，該方法包括:
[0047]提供包括集成電容式傳感器元件的電子器件，該集成電容式傳感器元件根據(jù)本發(fā)明與操作電路電連通；
[0048]獲得集成電容式傳感器元件的基線電容(Cintsa)；
[0049]通過(guò)如下方法獲得R_v，該方法包括:
[0050]將集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的第二被分析物，其中集成傳感器元件包括設(shè)置在兩個(gè)電極之間并且與二者接觸的微孔材料層，并且其中第二被分析物的至少一部分被吸收到微孔材料的孔內(nèi)；
[0051]測(cè)量在集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的第二被分析物時(shí)的集成傳感器元件的第一電容(Cint measl)；
[0052]測(cè)量在集成傳感器元件暴露于已知第二蒸汽濃度的第二被分析物時(shí)的集成傳感器元件的第二電容(C


int meas2 ) ?
[0053]獲得差值(ΛCintmeas),其中
[0054]Δ Cint meas— I Cint measi Cint meas21 ;
[0055]獲得第一蒸汽濃度的第二被分析物下的基準(zhǔn)傳感器元件的第一相對(duì)基準(zhǔn)電容(Cn2refl)與第二蒸汽濃度的被分析物下的基準(zhǔn)傳感器元件的第二相對(duì)基準(zhǔn)電容(Cn2M2)之間的差值(ACn2ref),其中 ACn2ref=I ^refl-Cn2ref2 I ;
[0056]按照Δ Cint 腿J A Cn2ref 計(jì)算 Rconv ;和
[0057]將R_v和Cint 存儲(chǔ)在電子器件上以提供校準(zhǔn)的電子傳感器。
[0058]在另一方面，本發(fā)明提供一種根據(jù)本發(fā)明制備的校準(zhǔn)的電子傳感器。
[0059]在另一方面，本發(fā)明提供一種使用校準(zhǔn)的電子傳感器的方法，該方法包括:[0060]提供根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)的電子傳感器；
[0061]測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)溫度下暴露于未知濃度的指定被分析物蒸汽時(shí)的集成電容式傳感器元件的電容(Cunk)；
[0062]獲得相對(duì)電容Cunk rel= (Cunk-Cint 基線)/Rconv ；
[0063]將Cmk rel與基準(zhǔn)庫(kù)中的相應(yīng)基準(zhǔn)相關(guān)性進(jìn)行比較并獲得被分析物蒸汽的實(shí)際濃度；和
[0064]下列中的至少一種:
[0065]將被分析物蒸汽的實(shí)際濃度記錄到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上；或
[0066]將被分析物蒸汽的實(shí)際濃度傳送至顯示構(gòu)件。
[0067]目前發(fā)現(xiàn)，在一些情況下(例如，其中電容式傳感器元件彼此之間具有高可重復(fù)性的情況)，實(shí)際電容與傳感器元件的基線電容的比率是基本上恒定的。
[0068]因此，在第二個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，該方法包括以下步驟:
[0069]a)測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)溫度下暴露于已知濃度(Y)的第一被分析物蒸汽時(shí)的基準(zhǔn)電容式傳感器元件的電容(Cnl)，其中基準(zhǔn)電容式傳感器元件包括設(shè)置在第一和第二導(dǎo)電電極之間并且與二者接觸的電介質(zhì)微孔材料層，并且其中被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到電介質(zhì)微孔材料的孔內(nèi)；
[0070]b)測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)溫度下缺乏第一被分析物蒸汽時(shí)的基準(zhǔn)電容式傳感器元件的基線電各(Cref基線)；
[0071]c)確定相對(duì)基準(zhǔn)電容(Cnlref),其中
[0072]Cnlref= (Cnl-Cref 基線)/Cref 基線；
[0073]d)在至少兩種另外不同濃度的第一被分析物蒸汽下重復(fù)步驟a)和c);
[0074]e)確定Cntof與第一被分析物蒸汽的濃度之間的第一基準(zhǔn)相關(guān)性；和
[0075]f )將第一基準(zhǔn)相關(guān)性記錄到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。
[0076]在一些實(shí)施例中，上述方法還包括:
[0077]g)測(cè)量暴露于已知濃度的第二被分析物蒸汽時(shí)的基準(zhǔn)電容式傳感元件的電容(Cn2);
[0078]h)確定 Cn2ref，其中

Gn2ref ^n2 ^ref 基線)/Cref 基線；
[0079]i)在至少兩種另外不同濃度的第二被分析物蒸汽下重復(fù)步驟g)和h)；
[0080]j )確定第二基準(zhǔn)相關(guān)性，其中第二基準(zhǔn)相關(guān)性包括Cn2Mf與第二被分析物蒸汽的濃度之間的數(shù)學(xué)或圖形相關(guān)性；和
[0081]k)將第二基準(zhǔn)相關(guān)性記錄到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。
[0082]在另一方面，本發(fā)明提供一種電子器件，其包括具有其上存儲(chǔ)的信息的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該信息包括根據(jù)本發(fā)明的方法制備的基準(zhǔn)庫(kù)。
[0083]在一些實(shí)施例中，該電子器件還包括:
[0084]適于對(duì)至少集成電容式傳感器元件供電的操作電路，其中集成電容式傳感器元件與基準(zhǔn)電容式傳感器元件的構(gòu)造基本上相同；
[0085]與操作電路電連通的檢測(cè)模塊，其中檢測(cè)模塊適于接收來(lái)自集成電容式傳感器元件的電信號(hào)；[0086]可通信地連接到檢測(cè)模塊和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的處理器模塊，其中處理器模塊適于:
[0087]獲得暴露于未知濃度的指定被分析物蒸汽時(shí)的集成電容式傳感器元件的電容(Cmk),對(duì)于該指定被分析物蒸汽而言，相應(yīng)的基準(zhǔn)相關(guān)性存在于校準(zhǔn)庫(kù)中；
[0088]獲得集成電容式傳感器元件的基線電容(Cintsa)；
[0089]犾得相對(duì)電各(Cunkrei) = (Cunk-Cint 基線)/Cint 基線;
[0090]將Cmk rel與基準(zhǔn)庫(kù)中的相應(yīng)基準(zhǔn)相關(guān)性進(jìn)行比較并獲得被分析物蒸汽的實(shí)際濃度；和
[0091]下列中的至少一種:
[0092]將實(shí)際濃度記錄到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上；或
[0093]將實(shí)際濃度傳送至顯示構(gòu)件；和
[0094]可通信地連接到顯示構(gòu)件和處理器模塊的通信接口模塊，
[0095]其中操作電路將電能提供給至少檢測(cè)模塊、處理器模塊、顯示構(gòu)件和通信接口模塊。
[0096]在一些實(shí)施例中，電子器件還包括與操作電路電連通的集成電容式傳感器元件，其中集成電容式傳感器元件與基準(zhǔn)電容式傳感器元件的構(gòu)造相同。
[0097]在另一方面，本發(fā)明提供一種制備校準(zhǔn)的電子傳感器的方法，該方法包括:
[0098]提供根據(jù)本發(fā)明的電子器件；
[0099]通過(guò)如下方法獲得集成電容式傳感器元件的基線電容(Cintsa),該方法包括:
[0100]將集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的第一被分析物，其中集成傳感器元件包括設(shè)置在兩個(gè)電極之間并且與二者接觸的微孔材料層，并且其中第二被分析物的至少一部分被吸收到微孔材料的孔內(nèi)；
[0101]測(cè)量在集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的第二被分析物時(shí)的集成傳感器元件的第一電容(Cint measl)；
[0102]獲得第一蒸汽濃度的第一被分析物下的基準(zhǔn)傳感器元件的第一相對(duì)基準(zhǔn)電容
(Cnirefi );
[0103]按照Cint ffleasl/(l+Cnlrefl)計(jì)算 Cint 基線；和
[0104]將Cintsa存儲(chǔ)在電子器件上以提供校準(zhǔn)的電子傳感器。
[0105]在又一方面，本發(fā)明提供一種根據(jù)本發(fā)明制備的校準(zhǔn)的電子傳感器。
[0106]在又一方面，本發(fā)明提供一種使用校準(zhǔn)的電子傳感器的方法，該方法包括:
[0107]提供根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)的電子傳感器；
[0108]測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)溫度下暴露于未知濃度的指定被分析物蒸汽時(shí)的集成電容式傳感器元件的電容(Cunk)；
[01 09]犾得相對(duì)電各(Cunk rei) = (Cunk-Cint 基線)/Cint 基線;
[0110]將Cmk rel與基準(zhǔn)庫(kù)中的相應(yīng)基準(zhǔn)相關(guān)性進(jìn)行比較并獲得被分析物蒸汽的實(shí)際濃度；和
[0111]下列中的至少一種:
[0112]將被分析物蒸汽的實(shí)際濃度記錄到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上；或
[0113]將被分析物蒸汽的實(shí)際濃度傳送至顯示構(gòu)件。[0114]有利地，本發(fā)明對(duì)在制造期間或由最終使用者校準(zhǔn)吸收性電容式傳感器所需的時(shí)間和精力方面提供了顯著的改善。此外，根據(jù)本發(fā)明可容易地實(shí)現(xiàn)濕度校正。
[0115]由于吸收層的孔隙度、電極面積和吸收層厚度未顯著地涉及使用根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)將電容轉(zhuǎn)化成濃度，因此不需要復(fù)雜的制造方法來(lái)非常精確地控制這些參數(shù)。例如，根據(jù)本發(fā)明，不必非常均勻地涂布吸收層。另外，電極面積不必特別一致，這允許所用制造方法更加靈活。
[0116]本發(fā)明(包括權(quán)利要求書(shū))的方法中提及的步驟可以任何合適順序?qū)嵤?，除非另外指明?br> [0117]在本文中:
[0118]術(shù)語(yǔ)“基線電容”是指在相同條件下在缺乏被分析物蒸汽的情況下將觀察到的電容；
[0119]與材料層相關(guān)的術(shù)語(yǔ)“可滲透的”意指在其中存在所述層的區(qū)域內(nèi)，所述層是充分多孔的，從而至少一種有機(jī)化合物可非反應(yīng)性地滲透穿過(guò)其厚度(例如，在25°C下)；
[0120]術(shù)語(yǔ)“基準(zhǔn)相關(guān)性”是指電容值與被分析物的濃度兩者之間的相關(guān)性，該相關(guān)性可為例如數(shù)學(xué)相關(guān)性、表格相關(guān)性和/或圖形相關(guān)性；和
[0121 ] 術(shù)語(yǔ)“實(shí)際電容”是指觀察到的電容減去基線電容。
[0122]在考慮【具體實(shí)施方式】以及所附權(quán)利要求書(shū)之后，將進(jìn)一步理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0123]圖1A為16個(gè)傳感器暴露于IOOppm的MEK蒸汽和暴露于25ppm的甲苯蒸氣時(shí)的實(shí)際電容的圖線。
[0124]圖1B為16個(gè)傳感器暴露于25重量份每一百萬(wàn)份(ppm)甲苯蒸氣時(shí)的實(shí)際電容除以傳感器暴露于25ppm的甲乙酮(MEK)蒸汽時(shí)的實(shí)際電容的圖線。
[0125]圖2示出相對(duì)電容相對(duì)于各種有機(jī)蒸汽的被分析物濃度的圖線。
[0126]圖3A為根據(jù)本發(fā)明的一示例性電子器件300的示意性平面圖；和
[0127]圖3B為圖3A中所示集成電容式傳感器元件310的放大剖視示意圖。
[0128]在所有情況下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行示例性而非限制性地展示。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出大量其他修改形式和實(shí)施例，這些修改形式和實(shí)施例也在本發(fā)明的原理的范圍和精神內(nèi)。
【具體實(shí)施方式】
[0129]本發(fā)明中提及的電容式傳感器元件包括設(shè)置在第一和第二導(dǎo)電電極之間并且與二者接觸的電介質(zhì)微孔材料層。被分析物蒸汽被吸收到電介質(zhì)微孔材料中，導(dǎo)致電介質(zhì)微孔材料層的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致傳感器元件的電容發(fā)生變化。
[0130]現(xiàn)參見(jiàn)圖3B，一示例性的此電容式傳感器元件310包括設(shè)置在(例如，被夾在)第一和第二導(dǎo)電電極316、314之間并且接觸這二者的吸收性本質(zhì)多孔材料層312。第一導(dǎo)電電極316設(shè)置在任選的介電基板318上。在圖3B中所示的實(shí)施例中，至少第二電極314可被傳感器元件旨在與其一起使用的被分析物蒸汽滲透。例如，在如圖3B中所示的構(gòu)造中，第二電極有利地是多孔的(包括微孔的)以有利于被吸收性本質(zhì)多孔材料吸收。
[0131]在一替代構(gòu)造中，第一和第二電極可并列設(shè)置在介電基板的表面上(例如，在單個(gè)平面內(nèi))，由吸收性本質(zhì)多孔材料分隔。在此實(shí)施例中，被分析物蒸汽可能不會(huì)滲透第二導(dǎo)電電極。在此情況下，可使用適于用作第一導(dǎo)電電極的材料來(lái)制造第二導(dǎo)電電極。
[0132]電介質(zhì)微孔材料可為微孔的并且其內(nèi)部能夠吸收至少一種被分析物的任何材料。在上下文中，術(shù)語(yǔ)“微孔”和“微孔性”意指材料具有大量?jī)?nèi)部的互連的孔體積，并且平均孔尺寸(例如用吸附等溫線方法表征)小于約100納米(nm)，通常小于約10nm。這種微孔性使得有機(jī)被分析物的分子(如果存在)將能夠滲透材料的內(nèi)部孔隙體積，并且留在內(nèi)部孔隙中。內(nèi)部孔中這種被分析物的存在可以改變材料的介電性質(zhì)，使得介電常數(shù)(或任何其它合適的電氣特性)的變化可被觀測(cè)。在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)微孔材料包括所謂的自具微孔聚合物(PIM)。由于聚合物鏈的低效堆砌，PIM為具有納米級(jí)孔的聚合物材料。例如，在Budd等人的Chemical Communications (化學(xué)通訊)，2004，(2)第230-231頁(yè)中報(bào)道一系列本質(zhì)微孔材料，其在剛性和/或扭曲的單體結(jié)構(gòu)單元之間包含二苯并二噁烷鍵。這組聚合物中的代表性成員包括如根據(jù)方案I的表1 (如下)中所示的由組分A (例如A1、A2或A3)與組分B (例如B1、B2或B3)的縮合所生成的那些。
[0133]方案I
[0134]
【權(quán)利要求】
1.一種生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，所述方法包括以下步驟: a)測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)溫度下暴露于已知濃度(Y)的第一被分析物蒸汽時(shí)的基準(zhǔn)電容式傳感器元件的電容(CMf)，其中所述基準(zhǔn)電容式傳感器元件包括設(shè)置在第一和第二導(dǎo)電電極之間并且與所述第一和第二導(dǎo)電電極接觸的電介質(zhì)微孔材料的層，并且其中所述被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到所述電介質(zhì)微孔材料的孔內(nèi)； b)測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)溫度下沒(méi)有所述第一被分析物蒸汽時(shí)的所述基準(zhǔn)電容式傳感器元件的基線電各(CMf )； c)確定實(shí)際基準(zhǔn)電容CMf，其中
^ref 實(shí)際 Cref Cref 基線； d)測(cè)量暴露于已知濃度的第二被分析物蒸汽時(shí)的所述基準(zhǔn)電容式傳感器元件的電容(Cn2); e)確定相對(duì)基準(zhǔn)電容(Cn2Mf)，其中
Cn2ref ^n2 ^ref 基線)/Cref 實(shí)際； f )在至少兩種另外不同濃度的所述第二被分析物蒸汽下重復(fù)步驟d)和e)； g)確定Cn&rf與所述第二被分析物蒸汽的濃度之間的第一基準(zhǔn)相關(guān)性；和 h)將所述第一基準(zhǔn)相關(guān)性記錄到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，其中所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括非暫時(shí)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，其中所述第一被分析物蒸汽和所述第二被分析物蒸汽是不同的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，其中所述第一基準(zhǔn)相關(guān)性為數(shù)學(xué)相關(guān)性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，其中所述第一被分析物蒸汽和所述第二被分析物蒸汽由相同的化學(xué)化合物組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，其中所述第二被分析物蒸汽為水蒸汽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，其中所述標(biāo)準(zhǔn)溫度在40°C至80°C的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，還包括: i)測(cè)量暴露于已知濃度的第三被分析物蒸汽時(shí)的所述基準(zhǔn)電容式傳感元件的電容(Cn3);
j)確定 Cn3ref， 其中 Cn3ref ^n3 Cref 基線)/Cref 實(shí)際； k)在至少兩種另外不同濃度的所述第三被分析物蒸汽下重復(fù)步驟i)和j); I)確定Cn&rf與所述第三被分析物蒸汽的濃度之間的第二基準(zhǔn)相關(guān)性；和 m)將所述第二基準(zhǔn)相關(guān)性記錄到所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。
9.一種電子器件，包括存儲(chǔ)有信息的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述信息包括根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法制備的基準(zhǔn)庫(kù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子器件，還包括: 用于對(duì)至少集成電容式傳感器元件供電的操作電路，其中所述集成電容式傳感器元件與所述基準(zhǔn)電容式傳感器元件的構(gòu)造基本上相同； 與所述操作電路電連通的檢測(cè)模塊，其中所述檢測(cè)模塊用于接收來(lái)自所述集成電容式傳感器兀件的電信號(hào)； 能通信地連接到所述檢測(cè)模塊和所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的處理器模塊，其中所述處理器模塊適用于: 獲得暴露于未知濃度的指定被分析物蒸汽時(shí)的所述集成電容式傳感器元件的電容(cmk)，對(duì)于所述指定被分析物蒸汽而言，相應(yīng)的基準(zhǔn)相關(guān)性存在于所述校準(zhǔn)庫(kù)中； 獲得所述集成電容式傳感器元件的基線電容(Cint ；
犾得相對(duì)電各Cunk rel= (Cunk-Cint基線)/Rconv,其中所述Rconv
能通過(guò)包括如下步驟的方法獲得: 將所述集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的所述第二被分析物，其中所述集成傳感器元件包括設(shè)置在兩個(gè)電極之間并且與這兩個(gè)電極接觸的微孔材料的層，并且其中所述第二被分析物的至少一部分被吸收到所述微孔材料的孔內(nèi)； 測(cè)量在所述集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的所述第二被分析物時(shí)的所述集成傳感器兀件的第一電容(Cint measl)； 測(cè)量在所述集成傳感器元件暴露于已知第二蒸汽濃度的所述第二被分析物時(shí)的所述集成傳感器元件的第二電容(Cintnieas2)； 獲得差值(ACint _s)，其中
A Cint meas I ^int measl ^int meas2 I ; 獲得所述第一蒸汽濃度的所述第二被分析物下的基準(zhǔn)傳感器元件的第一相對(duì)基準(zhǔn)電容(Cn2M1)與所述第二蒸汽濃度的所述被分析物下的所述基準(zhǔn)傳感器元件的第二相對(duì)基準(zhǔn)電容(C
n2ref2
)之間的差值(AC

n2ref )，其中
^ Cn2ref-1 Cn2refl "C n2ref2 ;和
按照 Δ Cint meas/ Δ Cn2ref 計(jì)算 Rconv ； 將CunkW與所述基準(zhǔn)庫(kù)中的相應(yīng)基準(zhǔn)相關(guān)性進(jìn)行比較并獲得所述被分析物蒸汽的實(shí)際濃度；和 下列中的至少一種: 將所述實(shí)際濃度記錄到所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上；或 將所述實(shí)際濃度傳送至顯示構(gòu)件；和 能通信地連接到所述顯示構(gòu)件和所述處理器模塊的通信接口模塊， 其中所述操作電路將電能提供給至少所述所述檢測(cè)模塊、處理器模塊、顯示構(gòu)件和通信接口模塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子器件，其中所述操作電路與用于加熱所述集成電容式傳感器元件的加熱元件電連通。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電子器件，其中所述電子器件還包括與所述操作電路電連通的集成電容式傳感器元件，其中所述集成電容式傳感器元件與所述基準(zhǔn)電容式傳感器元件的構(gòu)造相同。
13.—種制備校準(zhǔn)的電子傳感器的方法，所述方法包括: 提供根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的電子器件；獲得所述集成電容式傳感器元件的基線電容(Cint ia)； 通過(guò)包括如下步驟的方法獲得R_v: 將所述集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的所述第二被分析物，其中所述集成傳感器元件包括設(shè)置在兩個(gè)電極之間并且與這兩個(gè)電極接觸的微孔材料的層，并且其中所述第二被分析物的至少一部分被吸收到所述微孔材料的孔內(nèi)； 測(cè)量在所述集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的所述第二被分析物時(shí)的所述集成傳感器兀件的第一電容(Cint measl)； 測(cè)量在所述集成傳感器元件暴露于已知第二蒸汽濃度的所述第二被分析物時(shí)的所述集成傳感器元件的第二電容(Cintnieas2)； 獲得差值(ACint _s)，其中
A Cint meas I ^int measl ^int meas2 I ; 獲得所述第一蒸汽濃度的所述第二被分析物下的基準(zhǔn)傳感器元件的第一相對(duì)基準(zhǔn)電容(Cn2M1)與所述第二蒸汽濃度的所述被分析 物下的所述基準(zhǔn)傳感器元件的第二相對(duì)基準(zhǔn)電容(C
n2ref2
)之間的差值(AC


n2ref )， 其中
A Cn2ref_ I C^refl-Cn2ref2 I ；
按照 Δ Cint _s/ Δ Cn2ref 計(jì)算 Rconv ;和 將艮_和Cintsa存儲(chǔ)在所述電子器件上以提供所述校準(zhǔn)的電子傳感器。
14.一種校準(zhǔn)的電子傳感器，所述校準(zhǔn)的電子傳感器是根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法制備的。
15.一種使用校準(zhǔn)的電子傳感器的方法，所述方法包括: 提供根據(jù)權(quán)利要求14所述的校準(zhǔn)的電子傳感器； 測(cè)量在所述標(biāo)準(zhǔn)溫度下暴露于未知濃度的所述指定被分析物蒸汽時(shí)的所述集成電容式傳感器元件的電容(Cunk)；
犾得相對(duì)電各 Cunk rel= (Cunk-Cint 基線)/Rconv ； 將Cunk W與所述基準(zhǔn)庫(kù)中的相應(yīng)基準(zhǔn)相關(guān)性進(jìn)行比較并獲得所述被分析物蒸汽的實(shí)際濃度；和 下列中的至少一種: 將所述被分析物蒸汽的實(shí)際濃度記錄到所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上；或 將所述被分析物蒸汽的實(shí)際濃度傳送至所述顯示構(gòu)件。
16.一種生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，所述方法包括以下步驟: a)測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)溫度下暴露于已知濃度(Y)的第一被分析物蒸汽時(shí)的基準(zhǔn)電容式傳感器元件的電容(Cnl)，其中所述基準(zhǔn)電容式傳感器元件包括設(shè)置在第一和第二導(dǎo)電電極之間并且與所述第一和第二導(dǎo)電電極接觸的電介質(zhì)微孔材料的層，并且其中所述被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到所述電介質(zhì)微孔材料的孔內(nèi)； b)測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)溫度下沒(méi)有所述第一被分析物蒸汽時(shí)的所述基準(zhǔn)電容式傳感器元件的基線電各(CMf )； c)確定相對(duì)基準(zhǔn)電容(CnlMf)，其中
Gnlref ^nl ^ref 基線)/Cref 基線；d)在至少兩種另外不同濃度的所述第一被分析物蒸汽下重復(fù)步驟a)和c)； e)確定Cntof與所述第一被分析物蒸汽的濃度之間的第一基準(zhǔn)相關(guān)性；和 f)將所述第一基準(zhǔn)相關(guān)性記錄到所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，其中所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括非暫時(shí)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備。
18.根據(jù)權(quán)利要求16至17中任一項(xiàng)所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，其中所述相關(guān)性為數(shù)學(xué)相關(guān)性。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，其中所述第一被分析物蒸汽為水蒸汽。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，其中所述標(biāo)準(zhǔn)溫度在40°C至80°C的范圍內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至20中任一項(xiàng)所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法，還包括: g)測(cè)量暴露于已知濃度的第二被分析物蒸汽時(shí)的所述基準(zhǔn)電容式傳感元件的電容(Cn2);
h)確定Cn2ref，其中 Cn2ref-(Cn2 _ Cref 基線)/Cref基線； i)在至少兩種另外不同濃度的所述第二被分析物蒸汽下重復(fù)步驟g)和h)； j)確定第二基準(zhǔn)相關(guān)性，其中所述第二基準(zhǔn)相關(guān)性包括Cn2ref與第二被分析物蒸汽的濃度之間的數(shù)學(xué)或圖形相關(guān)性；和 k)將所述第二基準(zhǔn)相關(guān)性記錄到所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。
22.一種電子器件，包括存儲(chǔ)有信息的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述信息包括根據(jù)權(quán)利要求16至21中任一項(xiàng)所述的生成基準(zhǔn)庫(kù)的方法制備的基準(zhǔn)庫(kù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電子器件，還包括: 用于對(duì)至少集成電容式傳感器元件供電的操作電路，其中所述集成電容式傳感器元件與所述基準(zhǔn)電容式傳感器元件的構(gòu)造基本上相同； 與所述操作電路電連通的檢測(cè)模塊，其中所述檢測(cè)模塊用于接收來(lái)自所述集成電容式傳感器兀件的電信號(hào)； 能通信地連接到所述檢測(cè)模塊和所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的處理器模塊，其中所述處理器模塊用于: 獲得暴露于未知濃度的指定被分析物蒸汽時(shí)的所述集成電容式傳感器元件的電容(Cmk),對(duì)于所述指定被分析物蒸汽而言，相應(yīng)的基準(zhǔn)相關(guān)性存在于所述校準(zhǔn)庫(kù)中； 獲得所述集成電容式傳感器元件的基線電容(Cint ；
犾得相對(duì)電各(Cunk rei) = (Cunk-Cint基線)/Cint基線; 將Cunk W與所述基準(zhǔn)庫(kù)中的相應(yīng)基準(zhǔn)相關(guān)性進(jìn)行比較并獲得所述被分析物蒸汽的實(shí)際濃度；和 下列中的至少一種: 將所述實(shí)際濃度記錄到所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上；或 將所述實(shí)際濃度傳送至顯示構(gòu)件；和 能通信地連接到所述顯示構(gòu)件和所述處理器模塊的通信接口模塊， 其中所述操作電路將電能提供給至少所述檢測(cè)模塊、處理器模塊、顯示構(gòu)件和通信接口模塊。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電子器件，其中所述操作電路與用于加熱所述集成電容式傳感器元件的加熱元件電連通。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的電子器件，其中所述電子器件還包括與所述操作電路電連通的集成電容式傳感器元件，其中所述集成電容式傳感器元件與所述基準(zhǔn)電容式傳感器元件的構(gòu)造相同。
26.—種制備校準(zhǔn)的電子傳感器的方法，所述方法包括: 提供根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的電子器件； 通過(guò)包括如下步驟的方法獲得所述集成電容式傳感器元件的基線電容(Cint 基線):將所述集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的所述第一被分析物，其中所述集成傳感器元件包括設(shè)置在兩個(gè)電極之間并且與這兩個(gè)電極接觸的微孔材料的層，并且其中所述第二被分析物的至少一部分被吸收到所述微孔材料的孔內(nèi)； 測(cè)量在所述集成傳感器元件暴露于已知第一蒸汽濃度的所述第二被分析物時(shí)的所述集成傳感器兀件的第一電容(Cint measl)； 獲得所述第一蒸汽濃度的所述第一被分析物下的基準(zhǔn)傳感器元件的第一相對(duì)基準(zhǔn)電容(CnIrefl );
按照 Cint measl/ (I+CnIrefl)計(jì)算 Cint 基線；和
將Cintsa存儲(chǔ)在所述電子器件上以提供所述校準(zhǔn)的電子傳感器。
27.一種校準(zhǔn)的電子傳感器，所述校準(zhǔn)的電子傳感器是根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法制備的。
28.一種使用校準(zhǔn)的電子傳感器的方法，所述方法包括: 提供根據(jù)權(quán)利要求27所述的校準(zhǔn)的電子傳感器； 測(cè)量在所述標(biāo)準(zhǔn)溫度下暴露于未知濃度的所述指定被分析物蒸汽時(shí)的所述集成電容式傳感器元件的電容(Cunk)；
犾得相對(duì)電各(Cunk rei) = (Cunk-Cint基線)/Cint基線; 將Cunk W與所述基準(zhǔn)庫(kù)中的相應(yīng)基準(zhǔn)相關(guān)性進(jìn)行比較并獲得所述被分析物蒸汽的實(shí)際濃度；和 下列中的至少一種: 將被分析物蒸汽的實(shí)際濃度記錄到所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上；或 將所述被分析物蒸汽的實(shí)際濃度傳送至所述顯示構(gòu)件。
【文檔編號(hào)】G01N27/22GK103477217SQ201280018217
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月13日
【發(fā)明者】姜明燦, M·C·帕拉佐托, S·H·格里斯卡 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司