[發明專利]熱效應自補償裝置與其補償方法

無效

• 申請號: 201010106402.1
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN102135515A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 黃榮山;辜煜夫;顏毅廣;關恕;吳光鐘;林世明;林品延
• 申請（專利權）人: 黃榮山
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張晶

技術領域

本發明涉及一種壓阻式傳感器，特別是涉及具有溫度補償的壓阻式傳感器。

背景技術

近年來由于納米科技的發展與生化醫療傳感器的小型化與低濃度高精確度的需求，生物傳感器的研發正積極地展開。

請參閱圖1，其為習知生物傳感器的示意圖。該生物傳感器10包含一待測物分子層101、一辨識分子層102、及一生物轉換機制層103。通常待測物以一流體104流過該待測物分子層101，而該辨識分子層102與該流體104不外乎利用抗體與抗原間的構形互補或分子之間的離子鍵、氫鍵、范德華力、疏水性引力來互相結合以辨識該待測物，構形互補為兩蛋白質分子之間相互結合的機制，就像鎖頭與鑰匙的形狀必須互補才能結合。

請參閱表一，其為生物傳感器與其可辨識種類列表。生物傳感器依其辨識的種類可分成直接生物親和性與生物催化型，其信號產生方法、生物親和對應物、及待測物的對應關系如表一。

表一

生物傳感器依照信號產生的方式分成光學式、電化學式、及機械式。光學式的生物傳感器目前被廣泛使用，但由于體積過大而不容易攜帶。電化學式的生物傳感器主要依賴待測物的電子特性，因此局限了量測的多樣性。

機械式生物傳感器藉由觀測待測物與反應物結合后的共振變化推算重量變化，但容易因機械式傳感器本身結構的影響導致靈敏度不佳，因此研究焦點轉向壓阻式微懸臂梁。

壓阻式微懸臂梁主要利用應力對微懸臂梁的影響來檢測待測物。當待測物吸附在懸臂梁上時，由于分子間的作用力，其表面的應力會產生改變而使該微懸臂梁往上或往下彎曲，因而使壓阻產生改變。分子間的作用力包含靜電力的相吸或互斥、因分子間的空間限制而產生的推擠效應、微懸臂梁表面親疏水性的變化、被吸附生物分子的構形變化、及環境溶液的轉變。

壓阻式微懸臂梁的缺點是溫度變化所造成的壓阻熱效應與雙膜效應。壓阻熱效應是因為壓阻本身的電阻系數會受到溫度的影響而改變，所以造成壓阻的改變，此種改變稱為壓阻熱效應。雙膜效應是因為通常壓阻式微懸臂梁為多層復合材料，其中每一層的熱膨脹系數都不同，當溫度改變時，每一層膨脹的長度不同造成該壓阻式微懸臂梁受到應力而往上或往下彎曲，所以造成壓阻的改變。因環境溫度所造成的壓阻變化是造成誤差的主因，所以有許多改善的方法被提出來。

請參閱圖2(a)，其為現有雙微懸臂梁感測裝置的示意圖。該雙微懸臂梁感測裝置20包含參考微懸臂梁201、感測微懸臂梁202、及惠斯通電橋203。該惠斯通電橋203包含電阻R1、電阻R2、電阻R3、及電阻R4。電壓V_IN提供該惠斯通電橋203的電壓來源，分壓V₁₃為該電阻R1及該電阻R3的分壓，分壓V₂₄為該電阻R2及該電阻R4的分壓，電壓V_OUT＝V₁₃-V₂₄。

該參考微懸臂梁201具有一參考壓阻R-ref，該參考壓阻R-ref與該電阻R2并聯相接，該感測微懸臂梁202具有一感測壓阻R-sensor，該感測壓阻R-sensor與該電阻R1并聯相接。若不考慮該參考壓阻R-ref與該感測壓阻R-sensor的影響，根據分壓定理，該分壓V₁₃＝V_IN×R3/(R1+R3)，該分壓V₂₄＝V_IN×R4/(R2+R4)，因此該電壓V_OUT＝V₁₃-V₂₄＝V_IN×[(R3/(R1+R3))-(R4/(R2+R4))]。實際的應用上R1＝R2＝R3＝R4＝R，且當只有該電阻R1有微小變化ΔR1時，該電壓V_OUT＝V_IN×[(R/(ΔR1+R))-(R/2R)]，因ΔR1＜＜R，所以V_OUT≒V_IN×(-ΔR1/4R)，在此用V_OUT1代表ΔR1所造成的輸出電壓。此結果代表當該電阻R1有一微小變化ΔR1時，則微小變化ΔR1轉換成該電壓V_OUT1，該電壓V_OUT1再經過放大器的放大而可量測該電壓V_OUT1被放大后的變化。