专利名称：使用超声的气体感测的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用超声分析多成分的气体，并且尤其涉及使用单芯片(chip)执行该分析。
背景技术：
对呼出气息的分析是现代医院设施中重要的监测工具。通过对流体力学性能(诸如流量和体积)的分析，能够提取关于肺功能的信息。由于肺是血液和空气之间进行气体交换的场所，吸入和呼出气息之间诸如02、CO2和H2O的主要空气成分的差异指示动脉血液气体。麻醉剂的血液扩散也能够通过呼吸分析跟踪。最后，跟踪诸如NO的标记物能够与肺或气道内的病理关联。对呼出气息中CO2的测量被称为二氧化碳分析(capnography)。二氧化碳通过有氧代谢在体内产生。然后在被呼出之前由血流将其传送至心脏然后再到肺。如果患者戴着呼吸器，CO2继续沿着呼吸路径到达呼吸器。在途中或者在呼吸器处测量CO2水平。在返回患者的呼吸系统的循环中去除CO2并供应02。氧气通过肺被吸收到血液中。血液由心脏泵出，从而将氧气传送至整个身体。随着身体的细胞产生随后由血流传送的CO2，该循环继续进行。二氧化碳分析测量在急救和外科手术中以及对于长期呼吸辅助尤为重要。需要识别气管插管或喉罩的正确定位。未能检测错误定位会非常严重或者是致命的。ASA (美国麻醉师协会)建议针对接受全身麻醉的每个患者的二氧化碳分析，并且更一般而言，在建立循环呼吸路径的过程中持续监测和识别插管或罩相对于患者的正确定位。呼出气息中的CO2水平是有助于诊断缺氧，即血液中氧气不足的指示器，使得能够在医学受检者遭受不可逆的脑损伤之前尽快采取对策。例如，当有意识但镇静的患者变得过度镇静而进入导致呼吸梗阻的无意识状态时，会发生缺氧。在这种情况下，能够在早期通过二氧化碳分析检测呼吸梗阻，而缺氧(其可通过脉搏血氧计检测)发生相当晚，那时补救这种情况的时间所剩无几。二氧化碳分析也能够例如检测循环衰竭，例如心脏骤停。如果血液没有被递送至肺，呼出气息中的CO2水平下降。这能够在早期通过二氧化碳分析检测到，从而能够开始复苏。CO2也是血液中pH水平的主要贡献者。身体根据PH水平调节呼吸率。空气的其他主要组分是氧气、水蒸汽和氮气。与二氧化碳水平一样，氧气水平也具有临床意义，但能够在输入(即，吸入)侧对其进行充分监测。在一些情况下，例如对于哮喘患者，水蒸汽水平也承载临床意义。呼出气息中遇到的其他气体包括通过液态物质摄入的乙醇，以及麻醉剂蒸汽，所述麻醉剂已经被施予从而为手术做准备并在手术期间被持续地以较低水平提供。
二氧化碳分析能够在两种不同测量配置中的任意一个中完成，即主流配置和支流配置。在主流配置中，气体传感器装置被放置在进入患者气道的插管上。其测量整体流量并且具有快速响应。然而，其要求必须将气管插管放置在患者中。另一方面，支流配置使用小插管，小插管以连续速度从来自患者的气道中汲取一些空气。所述空气然后经由采样管线到达放置传感器的旁侧�？�。由于气体传输，支流配置比主流配置具有更慢的响应，但是通过将插管恰好放置在鼻和口的出口处，支流提供了较小侵入的技术。然而，由于引入了非常低体积采样管线，与支流相关联的较低的时间分辨率不再有效。利用超声对气体的首次分析可以追溯到19世纪20年代，当时石英超声换能器和稳定频率两者都开始广泛应用。一般用于(X)2检测(二氧化碳分析)的检测技术是4. 3纳米(nm)(即，(X)2吸收的波长)的无弥散红外吸收(NDIR)。其被视为满足(60-100ms)时间分辨率和特异性要求的唯一技术。化学检测也是可行的，并且一般更为便宜，但其通常引入更长的时间常量，由于该时间常量而无法满足时间分辨率要求。使用超声的困难在于将其运动可靠地转移到气体介质的能力。因为超声换能器和气体介质之间的阻抗失配，这种转移在能量方面一般非常低效。压电换能器通常用于发射和接收超声，但如果介质是气体，也将面对这一低效性。电容式微加工超声换能器(cMUT)为流体介质提供更好的阻抗匹配。Bikent大学的研究人员已经研究了在流体介质中使用cMUT用于空气传播应用。 "StaRRer tuned cMUT array for wideband airborne applicationSelim Oleum ^A, 2006 IEEE Ultrasonics Symposium，2377页。他们发现由于cMUT元件的中心频率取决于它的径向大�。辈煌笮〉腸MUT并行连接时，空气中60%的带宽是可能的。使用具有不同单元半径的更多换能器元件进一步增加带宽，然而该研究未指出增加多少。
发明内容
对于分子气体，与超声波相关联的平移能量也能够被转移到分子的转动和振动能量水平。由于涉及时间常量，这通过弛豫过程得到与频率相关的声音吸收和速度。由于转动和振动配置取决于分子，而转移机制取决于碰撞中涉及的种类，对波谱非典型声音特性的测量使其有可能区分不同的气体。具体而言，在标准压力和温度下，CO2在声音速度和吸收方面具有感兴趣的特征。空气超声换能器通常仅在固定频率下工作。因此，如果某人想研究不同频率下气体的波谱性能，他或者必须实施各种不同的超声换能器，或者必须等温地调节气体内部的压力(从理论的角度看，等温压力和频率相关性是等同的)。多换能器解决方案难以实施， 因为当使用标准换能器时，该方案导致昂贵且庞杂的系统。等压变化方法一般仅在实验室环境中可行。使用多频率cMUT装置进行气体分析使得利用单个、廉价且小型的装置执行波谱研究成为可能。如本发明人所观察到的情况，尽管已经提出使用超声分析气体浓度，但使用单一频率带来重大问题在一个单一频率下，仅能够测量一个飞行时间(TOF)和一个吸收系数。 这在气体中至多固定2个自由度。空气包括4种主要成分N2、02、H2O和CO2，其与压力、温度和流量组合引入多达7个的参数数目。现有技术的气体单频率分析仪包含额外的传感器-分布式传感器-以补偿流量、 湿度和温度，这使得这样的分析仪成本昂贵、复杂、敏感性失效并且维护密集。此外，超声测量必定是体积测量，而温度和湿度传感器常常意指表面测量。这使得它们不适合于二氧化碳分析的应用。如本发明人所观察到的情况，小型片上超声换能器不能用于二氧化碳分析测量， 因为需要大尺寸的超声室以避免湍流以及必然长的传播长度。两个主要原因是小型换能器(1)不能够生成足够的功率来克服大路径中的阻尼， 并且(2)生成并行声波的能力较差，使得难以将反射集中在传感器上。尽管将US (超声)装置用于二氧化碳分析有诸多益处，例如，比光学感测更经济的解决方案，但也提出了新的问题即湍流气流强烈影响声波的传播。在现有技术的基于光学或电化学的二氧化碳分析气道系统中，3/4英寸(1.905cm)直径的管中的气流是湍流的，但这对于测量本身不是问题。当针对基于超声的二氧化碳分析传感器调整这一气道系统时，信号变得不稳定， 并且需要大范围平均。这反过来将减慢装置的响应时间，而从诊断的角度看，则需要有相对快的响应。湍流将干扰声音通过检查中的气体的路径以及有效速度。因此，特别在测量时间短并且不能足够进行足够的平均时，噪声将被引入到沿预定路径的对声音速度和声音吸收的测量中。通常，在长的均一管或通道中，预计当雷诺(Reynold)数大于MOO时会发生湍流。 雷诺数是在液体力学中对惯性力和粘性力的比率的度量。雷诺数Re的定义如下
π uD ^ , μRe =—，其中？7 = _
ηρ· u =流的典型速度[m/s]；· D =插管的典型直径[m]；· μ 0 =空气的粘滞度=1. 846 · 10_5[kg/mS]；· ρ Q =空气的密度=1.2[kg/m3]；· η =空气的动态粘滞度=1. 511Χ 10_5[m7S]。所有的参数都是温度和湿度相关的。为了处于在层流(laminar)区内，以便没有湍流，雷诺数必须低于M00。(对于矩形输送管，雷诺数以本领域技术人员周知的方式加以限定。)此外，在接口处，收缩、膨胀、弯曲或变形可以引起阻抗改变以及继而引起湍流。此外，快速流量变化(由于呼吸)由于不受控湍流的出现而发生强烈的信号衰减。 为了透彻地理解该问题在基于标准的Respironics NDIR的主流二氧化碳分析系统中，在D = Icm的测量体积中31tr/s的峰值流量生成空气速度
M = ^4 = 38m/s，该空气速度相当于1-类飓风。因此，雷诺数Re =④=25000和流量是高 TiD2η
度湍流的。所述1类飓风峰值流量的医学相关性是明显的二氧化碳分析传感器旨在测量流量波形，包括峰值。维持层流的最小管直径D·、能够通过在峰值流量f = 31tr/s时改写雷诺数公式
D最小=^ ^ = 10.5 cmIIi^o
ηττκ^因此至少检测室必须相当大且耗能，这妨碍了小型片上超声装置的使用。此外，这使得小型传感器装置的应用不可能。此外，尽管上述的Bikent大学的研究提出cMUT用于空气传播应用确保了高达 60%或超过60%的带宽，本发明人已观察到，60%带宽频率范围对于二氧化碳分析而言过小。本发明人还观察到，难以构建具有足够带宽的超声换能器，以覆盖适合于二氧化碳分析的频率范围，例如从0. 2到5MHz是足够的，或者优选0. 05到IOMHz0本发明的一方面中，单芯片多气体分析仪系统避免了上述弊端。本发明旨在解决现有技术在分析多成分气体(例如在二氧化碳分析)中的局限。为了更好地解决这些关注点中的一个或多个，并且根据本发明的实施例，利用用于发射和接收超声的单元配置用于包括多种成分的气体的传感器芯片，并将所述传感器芯片配置成用于足够大的频率范围并用于基于该范围内的至少两个响应测量多种气体成分中的至少一种的浓度。在一种变体中，所述单元具有用于所述发射和接收的膜片(membrane)，每个膜片具有一定大�。て拇笮〔煌佣芄唤卸耘ǘ鹊牟饬�。在备选或补充的变体中，膜片的弹簧常量，该常量取决于诸如膜片张力、电场和空气压力等因素，能够在换能器之间变化以改变它们的频率。根据胡克(Hooke)定律，弹簧常量k遵循公式F = _kx，这是本领域技术人员所周知的。在另一备选或补充的变体中，所述单元具有偏置电压，并且单元之间的偏置电压不相同，以实现对各自频率的改变从而使得能够测量浓度。在特定的方面中，对于将测量其浓度的气体而言，传感器芯片被配置成用于通过改变所述单元的偏置电压来连续地调谐覆盖足够宽范围的单元，从而由此找到至少两个响应的不同响应。在本发明的实施中，测量空气室包含传感器芯片，传感器芯片被配置成调节所述室中的气体压力，并且该室在尺寸上被配置成有选择地逐单元改变相对于所述单元的气体压力，从而修改所述单元的频率，以实现对至少一种气体成分的浓度的测量。根据本发明的版本，频率范围从50kHz扩展到10MHz。在一个实施例中，一个或多个单元被配置为电容性装置，该电容性装置例如可以是cMUT(电容式微加工的超声换能器)或MEMS (微机电系统)微音器。在另一方面中，传感器芯片被配置成用于测量所有气体成分的浓度。本发明可以被实现为二氧化碳分析传感器，其用于测量呼出气息中的二氧化碳水平。作为其特定的变体，空气流动是呼出气息，传感器芯片还被配置成用于确定超声飞行时间并使得在无需片外传感器的情况下执行对至少一种成分的浓度的测量。在另一方面中，传感器芯片被设计成用于通过膜片向空气流动中发射超声，所述单元被布置在流的方向上。
在另一方面中，用于呼吸路径的传感器芯片具有被配置成用于进行询问以便接收 50kHz和IOMHz之间的至少两个响应的超声换能器，并且所述传感器芯片被配置成用于组合所述响应以测量呼吸路径中至少一种空气成分的浓度。在以上实施例中，第一换能器发射之后由第二换能器检测的脉冲，第二换能器同样地发射之后由第一换能器检测的脉冲，空气流可基于检测到的脉冲的比较测量。备选地，换能器被布置在空气流的方向上遍及传感器芯片以接收发散超声波的返回数据，传感器芯片被配置成关于飞行时间和/或幅度比较换能器的结果，以测量空气流。作为另一备�。龆喔龀荒芷髦械闹辽僖桓鍪堑缛菪宰爸茫渚哂杏杉涓舴掷肟囊欢园澹衅餍酒慌渲贸捎糜诓饬克霭宓牡缛荩佣范ǹ掌沽Γ约坝纱瞬饬靠掌�。在本发明的另一方面中，关于空气流设置测量空气室，其与呼吸路径连通。该空气室具有传感器芯片，该传感器芯片包括超声换能器，以测量50kHz和IOMHz之间的响应。该空气室还具有声阻抗分布，使得对于-3和+3升(liter)每秒之间的呼吸流在室中任意位置处的雷诺数都小于M00。在对应的实施例中，该空气室被配置成测量完全主流流量，并且具有最小直径 10. 5厘米的尺寸。在以上变体中，该空气室的尺寸为最小直径为10. 5厘米，但所述空气室的纵向末端逐渐变细为直径1.9厘米。作为备选方案，该空气室被配置了下通道以分离空气流并反射从传感器芯片发射的超声，所述传感器芯片被设置在下通道下面。作为这一备选方案的变体，所述下通道能够被配置为片上顶板(roof)。在以上相应实施例的特定版本中，空气室使来自呼吸路径的空气流的一部分转向以循环返回到呼吸路径内。此外，该空气室被配置成用于截取被转向部分的一些进入其中放置了传感器芯片的路径中。在又一方面中，空气组分测量芯片包括换能器阵列，所述换能器具有用于发射和接收超声的柔性膜片，每个膜片具有一定大小。该芯片被配置成用于使用换能器在空气流方向上测量空气流。该芯片还被设计成用于通过基于换能器板的电容性测量和/或通过片上热电堆或电阻元件来测量温度。该芯片还配置了换能器的偏置电压和/或大小不同的膜片，以便实现足够的超声频率范围，并且在无需要片外传感器的情况下测量空气中氮气、氧气、水和二氧化碳的浓度。根据本发明的这些方面和其他方面，使用片上全硅超声换能器，能够克服带宽、功率消耗、成本和重量问题。此外，cMUT技术是CMOS (互补金属氧化物半导体)兼容的，使得其能够与用于信号生成和数据压缩的电子器件集成。例如，其容易集成压力传感器。另外， 因为低成本的芯片可看作一次性的，从中实现了灵活性。下文结合附图进一步阐述新颖的多气体、基于超声的感测的详细内容。
图1是根据本发明，对适用于二氧化碳分析的光学和超声方法之间做出一种类型比较的原理图和图解曲线8
图2是根据本发明，图示性的cMUT的原理图、cMUT的示意图和cMUT阵列；图3是根据本发明，cMUT超声频率与膜片直径以及二氧化碳分析中的空气压力与 cMUT 二氧化碳分析传感器的板的电容的图解比较的范例；图4是根据本发明，由逆流-顺流不对称方法进行流测量的示范性原理图；图5是根据本发明，说明由声波位移方法进行流测量的范例的原理图；图6是根据本发明，图示说明了限定空气室截面以改变空气压力的特定版本的原理图；图7是根据本发明，片上实施的用于片上参数测量的智能算法的示范性原理图；图8是根据本发明，描绘大直径超声室的特定原理的示意图；图9是根据本发明，最理想端口外形的示意图；图10测量室中下通道的结构和功能图，示出了截面视图和侧视图；图11是图10的侧视图的另一版本，示出了末端逐渐变细并减小了整体直径的管；图12是图示说明直接配置的并且用于多反射的片上顶板的侧视图的原理图；图13是展示分流管的侧视图的范例的示意图，该分流管用于降低传感器芯片周围的湍流；以及图14是根据本发明，示出了放置在呼吸路径内的测量空气室的原理图。
具体实施例方式图1描绘了根据本发明，适用于二氧化碳分析的光学和超声方法之间的原理和图解比较。二氧化碳110吸收特定波长4. 3nm的IR(红外的)光。由于吸收的光的量与吸收分子的浓度成比例，通过将测量到的吸收率与已知的标准吸收率进行比较，可以确定CO2浓度。浓度表示为(O)2的)分压，单位为mmHg。在超声环境中，气体，特别是CO2,具有特征吸收谱。注意，空气中的(X)2在20kHz和 2MHz之间表现出吸收最大。通过记录吸收谱，即，通过记录超声的吸收系数与超声频率之比以及通过测量声音速度，能够确定简单气体混合物的成分和它们的浓度。因此，确定空气中(X)2的百分比是可能的。注意，确定(X)2的百分比使得必须确定其他空气组分的百分比， 特别是H2O的百分比。自由度由气体混合物本身加上像压力、温度的附加参数来确定。因此，例如，在队和(X)2的混合物中，在恒定的湿度、温度和压力下，根据本发明，这两种成分的浓度能够仅仅通过两个超声响应而确定，虽然通常根据本发明可以组合两个以上的响应。如图1所示，呼出的空气120(其包含CO2)流130经过超声换能器140并且随后经过光学(X)2传感器。(这是原理性描述-根据本发明的新颖的超声换能器将克服对光学传感器的需要)。该图表说明，随着空气中CO2浓度150增加(横坐标上自左向右)，接收到的RF (射频)信号的能量幅度降低。幅度降低是由于较大的衰减，因为更大数量的CO2分子正在吸收超声。因为绘制的图表紧密跟随已知函数，超声换能器140能够可靠地取代光学传感器， 这具有上述优点，例如更低的成本。为了分析气体成分，通过使用例如在20kHz到5MHz范围中的若干超声频率实现选择性，以记录表征气体混合物的超声谱。图2通过说明性和非限制性范例的方式描绘了根据本发明的cMUT的原理图、cMUT 200的示意图、以及cMUT 200的阵列205。cMUT通过低温、CMOS兼容工艺制造，从而其能够与用于信号生成和数据压缩的电子器件集成。cMUT 200包括，例如，嵌入衬底215和氮化硅隔离层220之间的底部电极210。顶部电极225被嵌入到氮化硅膜片230内部。由环状后部分231支撑的柔性膜片或超声接口表面230(具有半径232、233、234)与隔离层220之间形成腔235。该腔235可以是真空密封的或者包含气体。半径232-234被示为大小不同，其改变三个cMUT 200的各自的中心频率。备选地或附加地，可以在电极210、225之间施加偏置电压240以使膜片230偏斜，并且偏置电压240可以在cMUT阵列205中的cMUT 200之间变化，从而改变各自的中心频率。 在二氧化碳分析之外的应用中，其中响应时间并非关键，可以通过改变换能器的偏置电压在足够宽的范围上连续调谐单个换能器，以由此提供分析给定气体的组分的浓度所需的频率。cMUT阵列205可以在ASIC(专用集成电路)、或者在SoC(片上系统)上实施，其在板上包括DSP (数字信号处理器)，以及除了换能器阵列205之外其他的传感器，诸如，例如热电堆和雷达。所得到的传感器芯片可以是柔性的，并且可以被粘贴在柔性箔片上，然后在下方铺设硅。图3根据本发明举例说明了 cMUT 200超声频率310与膜片大小、并且尤其是与半径320的比较。图3还示出了二氧化碳分析中空气压力330和cMUT 200 二氧化碳传感器的板220、230的电容340之间的示范性比较。在最简单的情况下(低AC驱动电压、低DC偏压)，振动的频率最低模式是
权利要求
1.一种用于包含多种成分的气体的传感器芯片(1030)，所述芯片配置有用于发射和接收超声的多个单元000)，所述传感器芯片被配置成用于足够大的频率范围以及用于基于所述范围内的至少两个响应测量多种气体成分中的至少一种的浓度。
2.如权利要求1所述的传感器芯片，用于足够大的频率范围的所述配置在所述多个单元之间改变各自的频率(310)。
3.如权利要求2所述的传感器芯片，其中，所述多个单元具有用于所述发射和接收的膜片030)，每个膜片具有一定大�。て笮『�/或所述膜片的各自的弹性常量不同以便实现所述改变。
4.如权利要求2所述的传感器芯片，所述多个单元具有偏置电压040)，所述偏置电压不同以便实现所述改变。
5.如权利要求2所述的传感器芯片，针对要测量其浓度的所述气体，所述传感器芯片被配置成用于通过改变所述多个单元中的单元的偏置电压040)，在足够宽范围上连续调谐所述单元，从而找到所述至少两个响应中不同的响应。
6.一种包含如权利要求1所述的传感器芯片的测量空气室(515)，所述芯片被配置成调节所述室内的气体压力(330)，并且所述室在尺寸上被配置成有选择地逐单元改变相对于所述单元的所述气体压力，从而改变所述单元的频率，以实现对所述浓度的所述测量。
7.如权利要求1所述的传感器芯片，所述频率范围从50kHz扩展到10MHz。
8.如权利要求1所述的传感器芯片，其中，所述多个中的单元被配置为电容性装置。
9.如权利要求8所述的传感器芯片，所述电容性装置是cMUT(电容式微加工超声换能器)(200)。
10.如权利要求8所述的传感器芯片，所述电容性装置是MEMS(微机电系统)微音器。
11.如权利要求1所述的传感器芯片，被配置成用于所述测量所有所述多种成分的浓度。
12.如权利要求1所述的传感器芯片，被配置为用于测量呼出气息(120)中二氧化碳 (110)水平的二氧化碳分析传感器。
13.如权利要求1所述的传感器芯片，被设计成用于发射超声穿过所述膜片进入空气流动(130)中，所述单元被布置在所述流的方向上。
14.如权利要求13所述的传感器芯片，所述空气流动包括呼出气息，所述传感器芯片还被配置成用于确定超声飞行时间，并使得对所述浓度(150)的所述测量在无需片外传感器的情况下执行。
15.一种用于呼吸路径000)的传感器芯片，包括被配置成用于询问以便接收0.5MHz 和IOMHz之间的至少两个响应的多个超声换能器000)，所述传感器芯片被配置成用于组合所述响应(710)以测量所述呼吸路径中的至少一种空气成分(110)的浓度。
16.如权利要求15所述的传感器芯片，所述多个超声换能器的第一换能器(410)发射之后由所述多个超声换能器的第二换能器(420)检测的脉冲，所述第二换能器发射之后由所述第一换能器检测的脉冲，基于对所检测到的脉冲的比较能够测量空气流。
17.如权利要求15所述的传感器芯片，所述多个超声换能器中的换能器被布置在空气流的方向上遍及所述传感器芯片，以接收发射超声波(510)的返回数据，所述传感器芯片被配置成关于飞行时间和幅度中的至少一个比较所述换能器的结果，以测量所述空气流。
18.如权利要求15所述的传感器芯片，所述多个超声换能器中的至少一个超声换能器是电容性装置，所述电容性装置具有由间隙(23 分离的一对板O20、230)，所述传感器芯片被配置成用于测量所述一对板的电容(340)，从而确定空气压力。
19.一种相对于空气流设置并与呼吸路径(400)连通的测量空气室(515)，所述空气室具有传感器芯片(1030)，所述传感器芯片(1030)包括多个超声换能器，以测量50kHz和 IOMHz之间的响应，所述空气室具有声阻抗分布，使得对于-3升每秒到+3升每秒之间的呼吸流，在所述室中任意位置处的雷诺数都小于M00。
20.如权利要求19所述的测量空气室，被配置成测量完全主流流(130)，并且尺寸为最小直径10. 5厘米。
21.如权利要求19所述的测量空气室，被配置成测量完全主流流量(130)，并且尺寸为最小直径10. 5厘米，但所述空气室(515)的纵向末端逐渐变细为直径1. 9厘米。
22.如权利要求19所述的测量空气室，配置有下通道(1010)，以分离所述空气流并反射从所述传感器芯片发射的超声，所述传感器芯片被设置在所述下通道下方。
23.如权利要求19所述的测量空气室，其中，所述下通道被配置为片上顶板(1210、 1220)。
24.如权利要求19所述的测量空气室，被配置成使来自所述呼吸路径的所述空气流的一部分转向，以循环返回到所述呼吸路径内以及用于截取被转向部分的一些进入其中设置有所述传感器芯片的路径(1340)中。
25.一种用于测量包含多种成分的气体(120)的至少一种成分的浓度的方法，包括 使用配置有多个单元O00)的芯片，所述多个单元(200)具有用于发射和接收超声(230)的膜片，以在足够大的频率范围内接收至少两个响应；以及基于所述至少两个响应测量所述多种成分中的至少一种的浓度。
26.一种空气组分测量芯片，包括具有用于发射和接收超声的柔性膜片O30)的电容性换能器的阵列005)，每个膜片具有一定大�。鲂酒慌渲贸捎糜谑褂迷诳掌鞣较蛏系亩喔鏊龌荒芷�(200)测量空气流，所述芯片还被配置成用于通过换能器板(220、230)上的电容性测量、电阻元件和片上热电堆 (740)中的至少一个来测量温度，所述芯片还配置有不同的所述换能器的偏置电压和/或膜片大�。员闶迪肿愎坏某德史段В⒂糜谠谖扌枰獯衅鞯那榭鱿虏饬靠掌械�、氧气、水和二氧化碳的浓度。
全文摘要
一种用于气体的传感器芯片(1030)，其具有用于发射和接收超声的单元(200)，并且被配置成用于足够大的频率范围以及用于基于所述范围内的至少两个响应测量所述气体成分中的至少一种的浓度。所述频率范围能够通过改变单元膜片(230)的大小、改变偏置电压和/或改变cMUT或MEMS微音器阵列(205)的空气压力来实现。所述传感器芯片能够应用于例如二氧化碳分析中。一种测量空气室(515)，其在呼吸路径(400)中实施，并且其和/或所述路径可以被设计成降低呼出气息(120)中易影响超声拾取的湍流。所述芯片(1030)能够以监测参数自足的方式实施，避免对片外传感器的需要。
文档编号G01N29/02GK102362178SQ201080013278
公开日2012年2月22日 申请日期2010年3月10日 优先权日2009年3月23日
发明者H·W·范克斯特伦, J·A·H·M·卡尔曼, M·B·范德马克, M·谢莱肯斯, P·迪克森 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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