[發明專利]用于確定物體的電導的系統、控制器和方法

有效

• 申請號: 201280059957.2
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN103975248B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: J·R·費爾德坎普
• 申請（專利權）人: 金伯利-克拉克環球有限公司
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇;李科

相關申請的交叉引用

本申請要求在2011年12月8日提交的美國臨時專利申請No.61/568,224的優先權，其全部內容通過引用包含于此。

技術領域

本發明的領域總體上涉及監測系統并且更具體地涉及用于確定物體或材料的電導的系統、控制器和方法。

背景技術

一些已知的測量系統通過將電極與樣本接觸來測量感興趣樣本的電導率。將電壓施加至電極并且測量所產生的電流。之后根據所測量的電流計算電導率。在一些情況下，將許多電極附接至樣本以使得可以進行一種類型的成像，假定電導率在整個樣本中在空間上變化。對于地質樣本和人體組織樣本而言是后一種情況。

一種替代是經由電感耦合至外部線圈在樣本內生成渦電流。渦電流與材料的局部電導率成正比并且可以以多種方式檢測。例如，當線圈放置在樣本附近時，可以測量線圈中耗費的電能的量。

渦電流通常使用在諧振狀態下振蕩的探針或傳感器生成。鎖相環(PLL)電路可以被包括在探針中以自動調節探針從而使得探針保持在諧振狀態。另外，這種探針可能需要附加組件來保持諧振狀態或檢測耗費能量，諸如峰值檢測器和/或可變電阻器。PLL電路和附加組件可能不期望地增加探針的大小和成本。

由此，需要以節省成本、準確且高效的方式非侵入地確定物體的電導的系統和方法。

發明內容

在一個方面，一種用于確定物體的電導的系統一般包括傳感器，傳感器被配置為當接收到激勵信號時發射電磁場，其中，當物體位于電磁場內時電磁場與物體相互作用。信號處理電路耦合至傳感器并且被配置為向傳感器提供可調整電容以調整流經傳感器的電流的相位角，生成表示傳感器兩端的電壓的電壓測量值，以及生成表示流經傳感器的電流的電流測量值。控制器耦合至信號處理電路并且被配置為基于電壓測量值和電流測量值來計算傳感器的導納，以及基于所計算出的傳感器的導納來確定物體的電導。

在另一方面，一種確定物體的電導的方法一般包括朝向物體發射電磁場以使得電磁場與物體相互作用。使用耦合至傳感器的可調整電容元件來調整流經傳感器的電流的相位角。生成表示傳感器兩端的電壓的電壓測量值以及表示流經傳感器的電流的電流測量值。基于電壓測量值和電流測量值來計算傳感器的導納，以及基于所計算出的傳感器的導納來確定物體的電導。

在又一方面，一種用于確定物體的電導的控制器一般包括處理器以及耦合至處理器的存儲裝置。存儲裝置被配置為存儲多個程序模塊，包括相位角計算模塊，其由處理器執行以接收表示流經傳感器的電流的電流測量值以及計算流經傳感器的電流的相位角。程序模塊還包括阻抗計算模塊，其由處理器執行以接收電流測量值，接收表示傳感器兩端的電壓的電壓測量值，以及基于電流測量值和電壓測量值來計算傳感器的阻抗。程序模塊還包括：導納計算模塊，其由處理器執行以基于所計算出的相位角和所計算出的阻抗來計算傳感器的導納；以及電導計算模塊，其由處理器執行以基于所計算出的傳感器的導納來確定物體的電導。

附圖說明

圖1是可以用于確定物體的電導的監測系統的一個實施例的框圖。

圖2A是適于與圖1的監測系統一起使用的傳感器的頂視圖。

圖2B是表示圖2A的傳感器的電特性的電路的示意圖。

圖3是圖1所示的監測系統的框圖。

圖4是適于與圖3所示的監測系統一起使用的信號處理電路的模擬部分的示意圖。

圖5是可以由監測系統生成和使用的校準曲線的圖。

圖6是示出使用監測系統來確定物體的電導的方法的流程圖。

圖7是由監測系統所測量的物體的導納的圖。

在全部附圖中，相應的附圖標記表示相應的部件。

具體實施方式

圖1是監測系統的一個適當實施例的框圖，該監測系統總地由100表示，可以用于確定或監測物體102的電導。在一個適當實施例中，監測系統100用于非侵入地確定和/或監測人體上的一個或多個部位的電導(或電導率)，以在確定個體的狀況或診斷個體的疾病(例如血管疾病)時使用。

監測系統100包括耦合至信號處理電路106的傳感器104、以及耦合至信號處理電路的控制器108。在一個適當實施例中，監測系統100可以被封裝在外殼110內以保護系統的組件。外殼110可以緊密靠近物體102定位以使得在傳感器104和物體102之間限定間隙112。