[發(fā)明專利]與傳感裝置一起使用的轉(zhuǎn)換器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010165243.2
• 申請(qǐng)日: 2010-04-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101936755A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·約恩斯;R·F·巴吉奧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 米利波爾有限公司
• 主分類號(hào): G01D21/00
• 分類號(hào): G01D21/00;G01D21/02;G05B19/04
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱海煜;徐予紅

該申請(qǐng)要求2009年4月15日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/169,415的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)通過(guò)引用全文結(jié)合于本文。

背景技術(shù)

例如制藥業(yè)等許多行業(yè)使用傳感裝置以監(jiān)測(cè)特別事件的進(jìn)展或結(jié)果。常常，這些傳感裝置用于向控制器提供輸入，該控制器然后基于該輸入改變它的輸出?？刂破鞯妮敵龅湫偷赜糜谟绊憽⒆饔糜诨蚩刂圃撎貏e事件。

例如，在生物反應(yīng)中，監(jiān)測(cè)和控制許多反應(yīng)特性(包括但不限于溫度、pH、氧濃度或其他參數(shù))可能是重要的。因此，已經(jīng)開(kāi)發(fā)裝置以感測(cè)這些特性。存在有眾多pH傳感器、溶解氧傳感器和溫度傳感器。

然而，盡管傳感特性是重要的，能夠隨時(shí)間監(jiān)測(cè)和追蹤這些特性是同樣重要的。另外，使用這些特性以確定進(jìn)一步的動(dòng)作是重要的。例如，圖1示出閉環(huán)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單示例，其可以與生物反應(yīng)器一起使用。在該圖中，溫度傳感器10可用于監(jiān)測(cè)在反應(yīng)室20內(nèi)發(fā)生的特別反應(yīng)的溫度?；跍囟葌鞲衅?0的輸出，與該傳感器10通信的控制器30可改變加熱元件40的輸出。這樣，如果反應(yīng)室內(nèi)的溫度必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，則控制器30可以使用傳感器10和加熱元件40，與軟件控制環(huán)聯(lián)合以確保滿足這些條件。

另外，傳感器10可與其他裝置通信。例如，pH傳感器的輸出可與控制器、記錄裝置和/或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置通信。附連的裝置隨時(shí)間對(duì)特定傳感器的輸出采樣。該采樣步驟可定期執(zhí)行，例如以固定時(shí)間間隔執(zhí)行。在其他實(shí)施例中，該采樣步驟以偶發(fā)間隔執(zhí)行，或基于其他外部事件來(lái)執(zhí)行。

在數(shù)據(jù)記錄器的情況下，簡(jiǎn)單地存儲(chǔ)采樣的值，其通常具有關(guān)聯(lián)的時(shí)間戳，使得可以生成該特性在一段時(shí)間期間的圖表。在控制器的情況下，對(duì)值采樣使得可以執(zhí)行糾正動(dòng)作。例如，如上文描述的，在溫度傳感器的情況下，控制器可與加熱元件通信，使得如果溫度讀數(shù)低于預(yù)定閾值，則控制器驅(qū)動(dòng)加熱元件。響應(yīng)于pH或溶解氧讀數(shù)可以采取相似的動(dòng)作。

最常見(jiàn)的溶解氧傳感器中的一個(gè)已知是極譜法傳感器(polarographic?sensor)。代表性的傳感器在圖2中示出。傳感器100包括氧可以通過(guò)其中的膜120。它還包括陰極130和陽(yáng)極160。在一些實(shí)施例中，陰極130由例如鉑等導(dǎo)電材料制成。在一些實(shí)施例中，陽(yáng)極160由例如金或銀等導(dǎo)電材料制成。這兩個(gè)導(dǎo)電部件由例如玻璃等絕緣體140分隔。外部裝置在陰極130和陽(yáng)極160之間提供電壓電勢(shì)，例如600和800mV之間。

運(yùn)行中，氧分子擴(kuò)散通過(guò)膜120。這些分子在陰極130的表面被還原，例如根據(jù)下列方程式：

O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-

在陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，由此產(chǎn)生電子。這些電子朝陰極130移動(dòng)，由此生成與氧濃度成比例的電流。該電流然后可以由例如控制器或記錄裝置等的裝置測(cè)量。

因?yàn)闃O譜法傳感器的普遍性，例如控制器(包括由Applikon制作的那些)等許多裝置設(shè)計(jì)成直接與它們接口。也就是說(shuō)，這些裝置提供600-800mV的極化電壓并且設(shè)計(jì)成測(cè)量所得的電流，其在0-100nA的范圍中。這些裝置還用于控制運(yùn)行(例如生物反應(yīng)等)，并且已經(jīng)使用了很長(zhǎng)時(shí)間。從而，存在有這些控制器和其他裝置的大型安裝基礎(chǔ)，其配置成與極譜法傳感器配合工作。

最近，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出備選傳感器。與傳統(tǒng)極譜法傳感器不同，這些備選傳感器典型地使用氧含量的不同指示物。一個(gè)這樣的指示物是熒光。在一個(gè)實(shí)施例中，該傳感器具有發(fā)射器，其發(fā)射典型地在例如475nm等特定波長(zhǎng)的光。光射向傳感元件。該傳感元件具有一薄層的疏水材料。例如釕(ruthenium)等能夠發(fā)熒光的化合物被封閉在疏水材料內(nèi)，而有效地被保護(hù)不受水影響。光激發(fā)釕，其于是發(fā)射在例如600nm等特定波長(zhǎng)的能量。

氧能夠有效地猝熄釕的熒光。氧分子與處于其激發(fā)態(tài)的熒光團(tuán)的碰撞導(dǎo)致能量的非輻射轉(zhuǎn)移。從而，發(fā)生的碰撞越多，產(chǎn)生的熒光越少。碰撞的頻率直接與氧分子的濃度有關(guān)。因此，測(cè)量的熒光是氧分子濃度的直接測(cè)量。

這些傳感器典型地比傳統(tǒng)極譜法傳感器更準(zhǔn)確。此外，因?yàn)樗鼈儾话ㄈ魏钨F金屬，例如鉑和銀，它們典型便宜得多。這些性質(zhì)使這些較新傳感器在許多應(yīng)用中是優(yōu)選選擇。例如，一次性系統(tǒng)由于較低的成本(特別當(dāng)考慮到該傳感器將隨袋子一起被丟棄時(shí))更可能利用熒光氧傳感器。