本發(fā)明涉及對(duì)環(huán)境變化敏感的感測(cè)設(shè)備。本發(fā)明具體地涉及對(duì)設(shè)備的機(jī)械應(yīng)變敏感的感測(cè)設(shè)備。

背景技術(shù)：

感測(cè)系統(tǒng)目前在世界上是普遍的。帶有專(zhuān)用傳感器和處理器回路的反饋系統(tǒng)提供對(duì)速度、加速度、溫度、力學(xué)狀態(tài)、以及大量其它信息塊的指示。這些系統(tǒng)通常要求昂貴的硬件元件以實(shí)現(xiàn)它們的性能。存在對(duì)傳感器的尚未滿(mǎn)足的需求，所述傳感器可以低成本結(jié)合到系統(tǒng)中以便能夠?yàn)楦倪M(jìn)消費(fèi)者的日常生活提供日常情況期望的信息。當(dāng)前世界在智能電話(huà)的可用性方面的一個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)是其還可經(jīng)由構(gòu)建到裝置中的能力諸如近場(chǎng)通信、RFID、藍(lán)牙、WiFi和使裝置能夠找出適當(dāng)構(gòu)造的傳感器的當(dāng)前狀態(tài)的其它通信協(xié)議來(lái)充當(dāng)傳感器詢(xún)問(wèn)裝置。需要可遠(yuǎn)程詢(xún)問(wèn)的簡(jiǎn)單的低成本環(huán)境傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種傳感器包括：機(jī)械應(yīng)變敏感的可切換的聚合物元件。所述聚合物元件具有至少第一電狀態(tài)和第二電狀態(tài)，并且可根據(jù)預(yù)定的機(jī)械應(yīng)變變化在第一電狀態(tài)和第二電狀態(tài)之間切換。所述傳感器包含應(yīng)變敏感性聚合物基體和嵌入聚合物基體中的多個(gè)導(dǎo)電顆粒。

附圖說(shuō)明

圖1提供了本發(fā)明的實(shí)施方案的示意圖。

圖2提供了本發(fā)明的實(shí)施方案的示意圖。

具體實(shí)施方式

下文示出本發(fā)明的多個(gè)不同實(shí)施方案的廣泛說(shuō)明。本說(shuō)明應(yīng)被視為僅是示例性說(shuō)明，并沒(méi)有描述每一個(gè)可能的實(shí)施方案，因?yàn)槊枋雒恳粋€(gè)可能的實(shí)施方案即便是可能的話(huà)，也是不切實(shí)際的，并且應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的任何特征、特性、組件、組成、成分、產(chǎn)品、步驟或方法均可被刪掉、全部或部分地與本文所述的任何其它特征、特性、組件、組成、成分、產(chǎn)品、步驟或方法相組合或用后者取代?？墒褂卯?dāng)前技術(shù)或在本專(zhuān)利的提交日期之后開(kāi)發(fā)的技術(shù)來(lái)實(shí)施眾多可供選擇的實(shí)施方案，在本專(zhuān)利的提交日期之后開(kāi)發(fā)的技術(shù)仍然應(yīng)落入本權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

還應(yīng)當(dāng)理解，除非一個(gè)術(shù)語(yǔ)在本專(zhuān)利中用句子“如本文所用，術(shù)語(yǔ)‘______’被定義為是指…”或類(lèi)似的句子明確定義，否則并不意圖將該術(shù)語(yǔ)的含義明確或隱含地限制超出其平常的或普通的含義，并且此類(lèi)術(shù)語(yǔ)不應(yīng)當(dāng)被解釋為被限制在基于本專(zhuān)利任一部分中所作出的任何語(yǔ)句(除了權(quán)利要求書(shū)的語(yǔ)言之外)的范圍之內(nèi)。除非指明，否則任何術(shù)語(yǔ)均不旨在對(duì)于本發(fā)明是必需的。當(dāng)在本專(zhuān)利中以符合單一意義的方式來(lái)提及本專(zhuān)利最后權(quán)利要求書(shū)中敘述的任一術(shù)語(yǔ)時(shí)，只是為了清晰起見(jiàn)以便不使讀者感到困惑，且并不旨在隱含地或換句話(huà)講將這種權(quán)利要求術(shù)語(yǔ)限制為單一的含義。最后，除非權(quán)利要求元素是通過(guò)描述該詞“裝置”和功能而沒(méi)有描述任何結(jié)構(gòu)而定義的，否則并不旨在基于專(zhuān)利申請(qǐng)35U.S.C.§112第六款來(lái)解釋任一權(quán)利要求元素的范圍。

如本文所述，“芯片”可由如本領(lǐng)域中所公知的無(wú)芯片RFID元件代替。LC諧振RF標(biāo)簽或多諧振元件可用于代替所述實(shí)施方案中的芯片。

在一個(gè)方面，傳感器系統(tǒng)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和傳感器。傳感器適于提供模擬傳感器的環(huán)境的pH變化的輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換器適于將傳感器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。模數(shù)值適于將傳感器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括輸入端子和輸出端子。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端子設(shè)置成與傳感器的輸出端子電連通。

在一個(gè)方面，一種傳感器系統(tǒng)包括標(biāo)簽。標(biāo)簽可包括印刷在基板上的導(dǎo)電油墨和非導(dǎo)電油墨的一個(gè)或多個(gè)層。示例性基板材料包括聚合物膜、紙材、高介電常數(shù)的介電材料和FR-4材料。多層結(jié)構(gòu)還可包括非導(dǎo)電材料的局部層，所述局部層隔開(kāi)導(dǎo)電層的至少一部分。示例性導(dǎo)電層包括銅墨和銀墨。標(biāo)簽包括至少一個(gè)射頻芯片、被設(shè)置為卡、硬幣、或嵌體上的電路的第一天線(xiàn)。示例性芯片/第一天線(xiàn)組合包括以下型號(hào)：RI-I03-112A-03(13.56MHz)、和RI-INL-R9QM(134.2kHz)、或型號(hào)TRF7970A，它們各自購(gòu)自Texas Instruments(Dallas，TX)。天線(xiàn)可為線(xiàn)圈或偶極的物理形式，或可包括與標(biāo)簽的其余部分電連通的產(chǎn)品或包裝件的導(dǎo)電組件。芯片/第一天線(xiàn)組合可整合進(jìn)購(gòu)自Kovio(San Jose，CA)的單元標(biāo)簽中。標(biāo)簽還包括與芯片和天線(xiàn)電連通的導(dǎo)電聚合物體系。

所需的用于標(biāo)簽的功率源可由RFID電路的收獲能量提供，因?yàn)樗璧碾娏髟谖卜秶鷥?nèi)。隨后可利用諸如供標(biāo)簽使用的電容器之類(lèi)的元件來(lái)存儲(chǔ)所述收獲功率。

在一個(gè)實(shí)施方案中，傳感器系統(tǒng)包括：通信元件和開(kāi)關(guān)。所述開(kāi)關(guān)被構(gòu)造成啟用或停用通信元件。所述開(kāi)關(guān)包括可切換的聚合物元件。所述聚合物元件具有至少第一電狀態(tài)和第二電狀態(tài)，并且可根據(jù)預(yù)定的環(huán)境變化在第一電狀態(tài)和第二電狀態(tài)之間切換。在環(huán)境變化發(fā)生時(shí)或之后，所述開(kāi)關(guān)可啟用或停用系統(tǒng)的通信元件的功能能力。示例性環(huán)境變化包括：潤(rùn)濕、濕度、pH、機(jī)械應(yīng)變、溶劑相容性、以及它們的組合。

相應(yīng)的傳感器元件一般通過(guò)具有以下電狀態(tài)來(lái)起作用，所述電狀態(tài)響應(yīng)于傳感器聚合物組分的溶脹而變化，所述溶脹響應(yīng)于傳感器環(huán)境的選擇性而變化。

濕度傳感器可包括高分子電解質(zhì)涂層。當(dāng)干燥高分子電解質(zhì)時(shí)，智能涂層具有在兆歐姆范圍內(nèi)的電阻(開(kāi)放電路)并且在受環(huán)境侵害時(shí)具有小于3千歐姆的電阻(閉合電路)。當(dāng)受水(去離子)或濕度侵害時(shí)，聚合物被水溶脹，因此使電解質(zhì)增溶。在未受侵害的、未溶脹狀態(tài)下，嵌入的電解質(zhì)提供射頻能途徑以打開(kāi)天線(xiàn)從而使得RFID能夠傳輸。在一個(gè)實(shí)施方案中，智能涂層制劑能夠在受侵害之后約10至15秒進(jìn)行該轉(zhuǎn)變。嵌入電解質(zhì)增強(qiáng)該智能涂層的吸濕性質(zhì)從而有效地使其對(duì)濕度敏感。濕度、pH和機(jī)械應(yīng)變傳感器可包括浸入非導(dǎo)電聚合物基體中的導(dǎo)電填料元件。在傳感器暴露于潤(rùn)濕或濕度時(shí)，聚合物在其從環(huán)境吸收水時(shí)溶脹。溶脹的聚合物基體通過(guò)增加離散的導(dǎo)電填料顆粒之間的間距而減少傳感器元件的電導(dǎo)率。隨著該間距增大，通過(guò)傳感器的填料傳導(dǎo)電流的途徑減少并且可在溶脹不留下經(jīng)由填料通過(guò)基體的完全導(dǎo)電途徑時(shí)或之后變得完全開(kāi)放。溶脹的連續(xù)統(tǒng)一體可由預(yù)定的化學(xué)和/或物理交聯(lián)水平來(lái)控制。舉例來(lái)說(shuō)，化學(xué)交聯(lián)可熱引發(fā)、通過(guò)引發(fā)劑引發(fā)、通過(guò)紫外線(xiàn)引發(fā)、通過(guò)光引發(fā)。舉例來(lái)說(shuō)，物理交聯(lián)可由纏結(jié)、凍-融循環(huán)和結(jié)晶引發(fā)。預(yù)定交聯(lián)水平僅提供在由水或濕度的溶脹區(qū)域的導(dǎo)電區(qū)域內(nèi)的平衡溶脹。交聯(lián)還充當(dāng)擴(kuò)增pH敏感性效應(yīng)的方式。在交聯(lián)體系中，pH的變化導(dǎo)致傳感器在預(yù)定動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的溶脹或收縮。

在侵害之前，傳感器包括導(dǎo)電途徑，所述導(dǎo)電途徑由一系列彼此物理接觸的導(dǎo)電材料的離散顆粒構(gòu)成。導(dǎo)電途徑提供電流流動(dòng)的路徑，所述路徑作為傳感器已經(jīng)結(jié)合于其中的電路的一部分，或在另選的實(shí)施方案中，導(dǎo)電途徑可提供作為電路的一部分的已知的電阻。在傳感器暴露于環(huán)境侵害時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率將在聚合物基體的溶脹增加離散的導(dǎo)電顆粒之間的距離時(shí)下降，并且可在溶脹在前述導(dǎo)電途徑的任何截面處形成導(dǎo)電顆粒的完全分離的情況下下降至零。電導(dǎo)率的變化可與環(huán)境pH相關(guān)。

化學(xué)電阻器濕度敏感性智能涂層具有在干燥時(shí)在低歐姆范圍內(nèi)的電阻，從而能夠獲得電導(dǎo)率，并且具有在被環(huán)境侵害時(shí)在高兆歐姆范圍內(nèi)的電阻以得到非常低的電導(dǎo)率。當(dāng)智能涂層受水基液體侵害時(shí)，聚合物開(kāi)始溶脹。該溶脹引起滲濾閾值，其中聚合物的體積增加至其干燥體積的20-40％。在如此進(jìn)行時(shí)，導(dǎo)電填料達(dá)到其不再在開(kāi)放電路的陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)之間或在兩個(gè)IC引線(xiàn)之間能傳導(dǎo)射頻能的點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，化學(xué)電阻器智能涂層制劑能夠在受侵害之后約5秒進(jìn)行該轉(zhuǎn)變。為了更好地分散填料，使用非離子表面活性劑Triton X-100。

可形成化學(xué)敏感性傳感器，其對(duì)示例性目標(biāo)化學(xué)制品敏感，所述化學(xué)制品具有在2倍聚乙烯共聚乙酸乙烯酯中的Hildebrand溶解度參數(shù)。因?yàn)椴蝗苡谒?，該體系示出在含水環(huán)境中的選擇性化學(xué)測(cè)試。濕度感測(cè)中的化學(xué)電阻由以下水溶性聚合物構(gòu)成：[聚(乙烯醇)，M_W＝89,000-98,000]以及導(dǎo)電填料(銀涂覆的銅)。就化學(xué)/生物傳感器而言，化學(xué)電阻器的聚合物可被具有與目標(biāo)相似的溶解度參數(shù)(具體地Hildebrand參數(shù))的另一種聚合物替代。

當(dāng)所選擇的聚合物與感興趣分析物接觸時(shí)，聚合物在導(dǎo)電填料的滲濾閾值后面溶脹，其中填料不充分接觸以維持電導(dǎo)率。

化學(xué)電阻器可被進(jìn)一步改進(jìn)成僅響應(yīng)在預(yù)定pH范圍內(nèi)的環(huán)境。模型聚合物體系可旨在用于腸溶包衣。此類(lèi)涂層通過(guò)設(shè)計(jì)制成承受胃中的低pH并且在其通過(guò)腸中的較高pH環(huán)境時(shí)，聚合物溶脹/溶解以釋放藥物。在本文的情況下，就堿性pH傳感器而言，感興趣的是以下體系，所述體系溶脹超過(guò)一定pH閾值，從而導(dǎo)致填料超過(guò)導(dǎo)電滲濾閾值。該聚合物體系基本上是用甲基丙烯酸功能化的專(zhuān)有陰離子聚合物的含水分散體。可將所述體系調(diào)制為在pH 5.5下溶解。在一個(gè)實(shí)施方案中，傳感器可被構(gòu)造成提供環(huán)境的pH的指示。在此類(lèi)實(shí)施方案中，根據(jù)環(huán)境pH的聚合物基體的體積變化可用于提供pH的指示。所述基體可被構(gòu)造成使得存在通過(guò)溶脹的已知體積變化，所述溶脹是由于暴露于含水環(huán)境，其中基體通過(guò)吸收水和溶脹響應(yīng)環(huán)境。通過(guò)暴露于相對(duì)于聚合物基體的pK_a的酸性環(huán)境或堿性環(huán)境，可誘導(dǎo)基體進(jìn)一步體積變化。聚合物可被構(gòu)造成通過(guò)溶脹響應(yīng)pH增加，所述溶脹還由于酸性基體響應(yīng)于超過(guò)聚合物基體組成組分的pK_a的pH去質(zhì)子化。堿性基體可另選地被構(gòu)造成響應(yīng)于升高的pH經(jīng)歷質(zhì)子化并經(jīng)歷體積收縮。

聚合物基體還可被構(gòu)造成通過(guò)在范圍的第一部分中經(jīng)歷體積收縮并且在所述范圍的第二部分中經(jīng)歷體積增加來(lái)響應(yīng)整個(gè)pH值的范圍。例如，包含酸性組分和堿性組分兩者的聚合物基體可被構(gòu)造成在環(huán)境pH上升超過(guò)基體組分的pK_a時(shí)由于所述酸性組分的質(zhì)子化而收縮體積，并且在預(yù)定pH閾值下，堿性第二組分經(jīng)歷去質(zhì)子化從而導(dǎo)致基體體積溶脹。

基體可被配制成使得其將響應(yīng)于下降的pH。在一個(gè)實(shí)施方案中，基體可在環(huán)境的pH下降時(shí)由于去質(zhì)子化而溶脹。在另選的實(shí)施方案中，基體可在pH下降時(shí)由于基體質(zhì)子化而收縮。

在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物基體經(jīng)歷與暴露于特定pH值的環(huán)境變化相關(guān)聯(lián)的體積滯后。在此類(lèi)實(shí)施方案中，聚合物基體可經(jīng)歷響應(yīng)于環(huán)境pH的變化的體積變化，并隨后經(jīng)歷響應(yīng)于環(huán)境pH的逆轉(zhuǎn)的體積變化逆轉(zhuǎn)。滯后可不完全對(duì)稱(chēng)，因?yàn)樘囟╬H下的最終基體體積可不精確地反映基體體積和pH的初始狀態(tài)。這種不完全滯后對(duì)稱(chēng)性可提供感興趣的環(huán)境事件已經(jīng)發(fā)生的指示，因?yàn)樵谠撌录倪^(guò)程中傳感器的基體體積的改變可產(chǎn)生具有與不經(jīng)歷該侵害的傳感器相比不同電特性的傳感器。

在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)被具有在感興趣的范圍內(nèi)的pH的溶液侵害時(shí)，聚合物基體將從第一電狀態(tài)轉(zhuǎn)變成第二電狀態(tài)。在侵害之后，可干燥基體，從而產(chǎn)生第三電狀態(tài)。根據(jù)預(yù)定的環(huán)境pH變化，干燥后的第三狀態(tài)對(duì)應(yīng)于受侵害狀態(tài)，但在電方面不等同于第二狀態(tài)。不受理論的束縛，相對(duì)于第一狀態(tài)或第二狀態(tài)，在第三狀態(tài)中的電阻變化涉及根據(jù)pH和溶脹，來(lái)自聚合物網(wǎng)絡(luò)應(yīng)變的斷鍵、鹽潴留和填料取向的重組的組合。

在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)被水分或濕度侵害時(shí)，聚合物基體將從第一電狀態(tài)轉(zhuǎn)變成第二電狀態(tài)。在侵害之后，可干燥基體，從而產(chǎn)生第三電狀態(tài)。根據(jù)含水量，干燥后的第三狀態(tài)對(duì)應(yīng)于初始狀態(tài)，但在電方面不等同于第一狀態(tài)。

從材料的觀點(diǎn)來(lái)看，聚合物應(yīng)變傳感器非常類(lèi)似于化學(xué)電阻器。彈性聚合物可被環(huán)境敏感性聚合物替代。隨著聚合物因應(yīng)變而伸長(zhǎng)，結(jié)晶結(jié)構(gòu)和物理纏結(jié)改變?nèi)∠?，因此改變?dǎo)電填料的接觸量。隨著應(yīng)變?cè)黾?，?dǎo)電電阻增加。機(jī)械特性、涂層幾何形狀(具體地，橫截面積)和填料加載含量影響導(dǎo)電電阻變化以及滯后。理想的是，聚合物體系應(yīng)當(dāng)不溶于其將接觸的任何潛在的化學(xué)制品。該聚合物傳感器僅在天線(xiàn)構(gòu)造和附件使得涂層作為連續(xù)膜從標(biāo)簽脫離時(shí)起作用。

應(yīng)變傳感器元件還可制成定向的，從而提供傳感器上的應(yīng)變的量級(jí)和方向的指示。在一個(gè)實(shí)施方案中，形成層合結(jié)構(gòu)，其中如上所述第一層具有分散于聚合物基體內(nèi)的導(dǎo)電填料顆粒。可將僅包含聚合物基體的第二層加入該層合結(jié)構(gòu)中。其中導(dǎo)電層的外表面變凹的層合體的變形導(dǎo)致較高的電導(dǎo)率，因?yàn)閷?dǎo)電顆粒之間的間距減小。另選地，其中導(dǎo)電層的外表面變凸的相對(duì)方向上的變形產(chǎn)生更大的填料顆粒間距和更低的電導(dǎo)率。

包含標(biāo)簽的傳感器和通信元件可用于通過(guò)以下步來(lái)檢測(cè)環(huán)境：提供包含環(huán)境敏感性傳感器體系的產(chǎn)品，所述傳感器體系包括：通信元件和開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)被構(gòu)造成啟用或停用通信元件，所述開(kāi)關(guān)包括可切換的聚合物元件，所述聚合物元件具有至少第一電狀態(tài)和第二電狀態(tài)，并且可根據(jù)預(yù)定的環(huán)境變化在第一電狀態(tài)和第二電狀態(tài)之間切換，從而提供適于與傳感器體系通信以確定通信元件的狀態(tài)的詢(xún)問(wèn)器，使產(chǎn)品暴露于潛在的環(huán)境變化，詢(xún)問(wèn)傳感器體系的通信元件的狀態(tài)。示例性詢(xún)問(wèn)器和詢(xún)問(wèn)包括使用支持NFC的智能手機(jī)和適當(dāng)?shù)腘FC應(yīng)用以詢(xún)問(wèn)置于感興趣環(huán)境中的標(biāo)簽的當(dāng)前狀態(tài)。

本文所述的元件可被構(gòu)造成包括傳感器系統(tǒng)的裝置。所述傳感器系統(tǒng)繼而包括：通信元件和被構(gòu)造成啟用或停用通信元件的開(kāi)關(guān)。所述開(kāi)關(guān)包括可切換的聚合物元件，所述聚合物元件具有至少第一電狀態(tài)和第二電狀態(tài)，并且可根據(jù)預(yù)定的環(huán)境變化在第一電狀態(tài)和第二電狀態(tài)之間切換。

在一個(gè)實(shí)施方案中，所述裝置可包括消費(fèi)產(chǎn)品或用于消費(fèi)產(chǎn)品的包裝。所述傳感器元件可接觸包裝內(nèi)的產(chǎn)品。所述傳感器可以旨在在消費(fèi)者使用產(chǎn)品過(guò)程中使傳感器暴露于特定環(huán)境變化的方式和位置設(shè)置在產(chǎn)品內(nèi)。以這種方式的示例性應(yīng)用將包括傳感器的標(biāo)簽設(shè)置在尿布內(nèi)使得當(dāng)嬰兒穿著時(shí)對(duì)尿布的侵害可產(chǎn)生環(huán)境變化，該變化繼而可改變傳感器元件和整個(gè)標(biāo)簽的電狀態(tài)。

示例性傳感器元件：

以如下方式開(kāi)發(fā)了一種具有高鹽度的濕度敏感性高分子電解質(zhì)涂層：將一個(gè)小瓶填充上10mL的過(guò)濾后的去離子水。將1.1688克氯化鈉加入到小瓶中，并且在室溫下用磁力攪拌棒混合，直到鹽溶解，從而得到2摩爾的鹽溶液。當(dāng)該體系看起來(lái)澄清時(shí)，加入0.3克聚(乙烯醇)。將溶液加熱至90℃，從而允許聚合物進(jìn)入到溶液中。當(dāng)該體系澄清時(shí)，隨時(shí)使用10微升的移液管頂端(除去了大約1-2毫米的頂端)將其施加到所述表面上。將移液管設(shè)為5微升，并且將熱的聚合物溶液施加到RFID標(biāo)簽的感興趣區(qū)域上。然后將該體系置于干燥劑腔室中并使其在室溫下干燥過(guò)夜。

以如下方式開(kāi)發(fā)了一種化學(xué)電阻器濕度敏感性聚合物涂層。將一個(gè)小瓶填充上9mL的過(guò)濾后的去離子水。使用一個(gè)獨(dú)立小瓶將0.1克triton X100加入到10毫升超濾去離子水中以形成1重量％的溶液。將1毫升的所述1重量％Triton X-100加入到所述9毫升超濾去離子水中以形成0.1重量％Triton X-100溶液。將0.3克聚(乙烯醇)加入到所述0.1重量％Triton X-100溶液中，加入(較低分子量和較高％水解使得該體系比較高分子量和較低％水解的體系響應(yīng)得更快)。將溶液加熱至90℃，從而允許聚合物進(jìn)入到溶液中。當(dāng)該體系澄清時(shí)，加入0.1克所述銀涂覆的銅(AgCU550)導(dǎo)電填料，所述填料購(gòu)自Ferro Electronic Materials Systems(Mayfield Heights，OH)。對(duì)所述溶液進(jìn)行超聲處理(除氣模式，第5級(jí))5分鐘。使用10微升的移液管頂端(除去了大約1-2毫米的頂端)將該體系施加到所述表面上。將移液管設(shè)為5微升，并且將熱的聚合物溶液施加到RFID標(biāo)簽的感興趣區(qū)域上。然后將該體系置于干燥劑腔室中并使其在室溫下干燥過(guò)夜。

以如下方式開(kāi)發(fā)了被設(shè)計(jì)成不響應(yīng)于水而響應(yīng)于其它環(huán)境化學(xué)品的第二化學(xué)電阻器聚合物涂層。將一個(gè)小瓶填充上10mL的三氯乙烯。將0.6克[聚(乙烯共乙酸乙烯酯)]加入到小瓶中。使溶液在室溫下混合，直到聚合物進(jìn)入到溶液中。當(dāng)該體系澄清時(shí)，加入0.2克所述銀涂覆的銅(AgCU550)導(dǎo)電填料。使用10微升的移液管頂端(除去了大約1-2毫米的頂端)將該體系施加到所述表面上。將移液管設(shè)為5微升，并且將熱的聚合物溶液施加到RFID標(biāo)簽的感興趣區(qū)域上。然后將該體系置于通風(fēng)柜中并使其在室溫下干燥過(guò)夜。

如下形成被設(shè)計(jì)成僅響應(yīng)具有在目標(biāo)范圍內(nèi)的pH的環(huán)境的化學(xué)電阻器聚合物體系：所述方法可使用滑石作為抗粘著劑和檸檬酸三乙酯作為增塑劑或PlasACRYL HTP20作為抗粘著劑/增塑劑。在一個(gè)200mL的燒杯中，將購(gòu)自Evonik Industries(Essen，Germany)的41.7mL的Eudragit L30D-55加入到57mL的去離子水、購(gòu)自Evonik Industries的14.6mL的PlasACRYL HTP20和4.3克所述銀涂覆的銅(AgCU550)導(dǎo)電填料中。用磁力攪拌棒將所述溶液攪拌10分鐘。將溶液用于涂覆RF標(biāo)簽的期望區(qū)域并在40℃下在循環(huán)干燥爐中固化2小時(shí)。當(dāng)聚合物暴露于具有大于5.5的pH值的環(huán)境時(shí)關(guān)閉RFID標(biāo)簽。

附加的化學(xué)電阻器傳感器體系被設(shè)計(jì)成響應(yīng)pH方面的環(huán)境變化。應(yīng)當(dāng)理解，不受限制，適于形成pH敏感性基體與導(dǎo)電填料的組合的聚合物、引發(fā)劑和/或交聯(lián)劑可包括下列物質(zhì)或?yàn)橄铝形镔|(zhì)的組合：聚(丙烯酸)(PAA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸2-羥乙酯(HEMA)、聚(甲基丙烯酸羥乙酯-共聚-甲基丙烯酸)(PHEMA-共聚-MAA)、聚(丙烯酸-共聚-丙烯酸異辛酯)(聚(AA-共聚-IOA))、聚(丙烯酰胺)(PAAm)、聚(甲基丙烯酸)(PMAA)、聚(甲丙烯酸二乙氨基乙酯)(PDEAEMA)、聚(甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯)(PDMAEMA)、聚(乙烯醇)(PVOH或PVA)、聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)、丙烯酰胺(AAm)、N,N-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯(DMAEMA)、N-異丙基丙烯酰氨(NIPAAm)、2-(二甲基馬來(lái)酰亞胺)丙烯酰胺(DMIAAm)、2-(二甲基馬來(lái)酰亞胺)甲基丙烯酸乙酯(DMIMA)、聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)、聚(4-乙烯基吡啶)(P4VP)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、戊二醛、偶氮二甲基丙腈(AIBN)、乙二醛、甘油、纖維素家族、具有醇官能團(tuán)的任何聚合物或分子、具有羧酸官能團(tuán)的任何聚合物或分子。

模型導(dǎo)電復(fù)合材料體系包含導(dǎo)電石墨化碳作為導(dǎo)電填料并且聚合物基體由聚(乙烯醇)和聚(丙烯酸)構(gòu)成。應(yīng)當(dāng)理解，交聯(lián)的水敏感性聚合物可由任何前述聚合物構(gòu)成但不必要對(duì)pH敏感。

可如下制備感測(cè)材料：

PVOH/PAA/填料復(fù)合材料傳感器元件：

用40mL的去離子水填充兩個(gè)，150mL Pyrex玻璃燒杯。加入磁力攪拌棒并將燒杯放到熱/攪拌板上。將攪拌器設(shè)為400rpm。稱(chēng)量出購(gòu)自Asbury Carbon的3克A99導(dǎo)電性石墨化碳填料(44微米直徑)，并加入到每個(gè)燒杯中。使攪拌器將干粉末混入溶液中。用抹刀手動(dòng)混合可有助于將任何殘余的粉末推入溶液中。從熱/攪拌板移除燒杯并將燒杯置于超聲浴中并超聲處理5分鐘以更好地分散填料。超聲處理后，將燒杯放回?zé)?攪拌板上。將聚乙烯醇(PVOH)和聚(丙烯酸)(PAA)熱/攪拌板的溫度設(shè)為200℃，其中攪拌器設(shè)為400rpm。將購(gòu)自Sigma Aldrich的4g PVOH(89-98K MW，99％水解)和4g PAA(450K MW)稱(chēng)量到稱(chēng)量舟皿中?？蓪VOH一次性全部加入到燒杯中。PAA需要緩慢加入以防止在溶液中結(jié)塊。每次抹刀加入之后，允許表面上的聚合物粉末進(jìn)入溶液中足夠的時(shí)間，然后加入下一抹刀。一旦聚合物充分分散到溶液中，則加入JKEM熱電偶以監(jiān)測(cè)溫度，從而確保它們保持在70-80℃之間。體系用石蠟?zāi)じ采w并使其溶解并持續(xù)三小時(shí)。三小時(shí)之后，關(guān)閉熱并且在仍然攪拌的同時(shí)使體系冷卻30分鐘。當(dāng)溫度下降低于30℃時(shí)，將PVOH和PAA溶液混合到500mL燒杯中。使用置頂式機(jī)械攪拌器來(lái)處理較高粘度并防止氣泡形成。在室溫下將兩種溶液以70rpm混合至少兩小時(shí)但優(yōu)選長(zhǎng)達(dá)17小時(shí)控制粘度并防止填料沉降。混合之后，用一次性吸移管除去任何表面氣泡。將所得的溶液倒入150×20mm培養(yǎng)皿中并使其干燥過(guò)夜。另選地，將所得溶液倒入注射器中以注射在導(dǎo)電導(dǎo)線(xiàn)上方以形成傳感器。在空氣干燥后，使用剃刀刀片刮培養(yǎng)皿的邊緣或干燥表面并且小心地移除以防止聚合物體系的塑性應(yīng)變。置于兩個(gè)有機(jī)硅片之間并在130℃下固化1小時(shí)。應(yīng)當(dāng)理解，另選的固化時(shí)間和溫度可用于實(shí)現(xiàn)PAA上的羧酸基團(tuán)和PVOH上的醇基團(tuán)之間的酯化。在分離有機(jī)硅片之前，移除并使其冷卻至室溫。

PAA/甘油/填料復(fù)合材料傳感器元件：

用80mL的去離子水填充150mL Pyrex玻璃燒杯。加入磁力攪拌棒并將燒杯放到熱/攪拌板上。將攪拌器設(shè)為400rpm。稱(chēng)量出購(gòu)自Asbury Carbon的2.4克A99導(dǎo)電性石墨化碳填料(44微米直徑)，并加入到燒杯中。使攪拌器將干粉末混入溶液中。用抹刀手動(dòng)混合可有助于將任何殘余的粉末推入溶液中。從熱/攪拌板移除燒杯并將燒杯置于超聲浴中并超聲處理5分鐘以更好地分散填料。超聲處理后，將燒杯放回?zé)?攪拌板上。將熱/攪拌板的溫度設(shè)為200℃并且將攪拌器設(shè)為400rpm。將購(gòu)自Sigma Aldrich的8g PAA(450K MW)稱(chēng)量入稱(chēng)量舟皿中。PAA需要緩慢加入以防止在溶液中結(jié)塊。每次抹刀加入之后，允許表面上的聚合物粉末進(jìn)入溶液中足夠的時(shí)間，然后加入下一抹刀。一旦聚合物充分分散到溶液中，就加入JKEM熱電偶以監(jiān)測(cè)溫度從而確保其保持在50-60℃之間并在用石蠟?zāi)じ采w的同時(shí)使體系溶解并持續(xù)三小時(shí)。三小時(shí)后，關(guān)閉熱并且使攪拌板冷卻。在溶液的溫度下降低于30℃之后，從熱板移除到置頂式機(jī)械攪拌器。使用置頂式機(jī)械攪拌器來(lái)處理較高粘度并防止氣泡形成。緩慢加入購(gòu)自Sigma Aldrich的0.8g甘油。在室溫下將兩種溶液以70rpm混合1小時(shí)?；旌现?，用一次性吸移管除去任何表面氣泡。將所得的溶液倒入150×20mm培養(yǎng)皿中并使其干燥過(guò)夜。聚合物體系還可摻入到具有導(dǎo)電導(dǎo)線(xiàn)的模具中。在空氣干燥后，使用剃刀刀片刮培養(yǎng)皿邊緣周?chē)⑿⌒牡匾瞥苑乐箯?fù)合材料的塑性應(yīng)變。置于兩個(gè)有機(jī)硅片之間并在130℃下固化1小時(shí)。應(yīng)當(dāng)理解，另選的固化時(shí)間和溫度可用于實(shí)現(xiàn)PAA上的羧酸基團(tuán)和甘油上的醇基團(tuán)之間的酯化。在分離有機(jī)硅片之前，移除并使其冷卻至室溫。

PAA/填料復(fù)合材料傳感器元件：

用80mL的去離子水填充150mL Pyrex玻璃燒杯。加入磁力攪拌棒并將燒杯放到熱/攪拌板上。將攪拌器設(shè)為400rpm。稱(chēng)量出購(gòu)自Asbury Carbon的2.4克A99導(dǎo)電性石墨化碳填料(44微米直徑)，并加入到燒杯中。使攪拌器將干粉末混入溶液中。用抹刀手動(dòng)混合可有助于將任何殘余的粉末推入溶液中。從熱/攪拌板移除燒杯并將燒杯置于超聲浴中并超聲處理5分鐘以更好地分散填料。超聲處理后，將燒杯放回?zé)?攪拌板上。將熱/攪拌板的溫度設(shè)為200℃并且將攪拌器設(shè)為400rpm。將購(gòu)自Sigma Aldrich的8g PAA(450K MW)稱(chēng)量入稱(chēng)量舟皿中。PAA需要緩慢加入以防止在溶液中結(jié)塊。每次抹刀加入之后，允許表面上的聚合物粉末進(jìn)入溶液中足夠的時(shí)間，然后加入下一抹刀。一旦聚合物充分分散到溶液中，就加入JKEM熱電偶以監(jiān)測(cè)溫度從而確保其保持在50-60℃之間并使體系溶解并持續(xù)三小時(shí)并直至用石蠟?zāi)じ采w。關(guān)閉熱并使熱板冷卻30分鐘?；旌现?，用一次性吸移管除去任何表面氣泡。將所得的溶液倒入150×20mm培養(yǎng)皿中并使其干燥過(guò)夜。聚合物體系還可摻入到具有導(dǎo)電導(dǎo)線(xiàn)的模具中。在空氣干燥后，使用剃刀刀片刮培養(yǎng)皿邊緣周?chē)⑿⌒牡匾瞥苑乐箯?fù)合材料的塑性應(yīng)變。置于兩個(gè)有機(jī)硅片之間并在130℃下固化1小時(shí)。應(yīng)當(dāng)理解，另選的固化時(shí)間和溫度可用于實(shí)現(xiàn)PAA上的羧酸基團(tuán)之間自交聯(lián)以形成酸酐。在分離有機(jī)硅片之前，移除并使其冷卻至室溫。

材料制備：

為了使聚合物溶于含水溶液中，將熱加入到體系中。將聚合物溶于獨(dú)立的燒杯中并且稍后混合以確保聚合物體系之間的相分離不在干燥過(guò)程中出現(xiàn)。盡管氫鍵合容易在PAA的羧酸與POVH或甘油的醇之間進(jìn)行，但高于62℃時(shí)自由體積效應(yīng)占主導(dǎo)地位。為規(guī)避這一點(diǎn)，使對(duì)應(yīng)的聚合物溶液冷卻至室溫，同時(shí)在其對(duì)應(yīng)的燒杯中混合。一旦在室溫下，就將PAA緩慢加入到交聯(lián)體系(PVOH或甘油)中，并使其混合兩小時(shí)，以確保兩個(gè)體系充分分散用于氫鍵合。進(jìn)行較長(zhǎng)的混合以從體系中移除水來(lái)增加粘度從而防止填料在干燥過(guò)程中沉降。實(shí)際上，相分離由ATR光譜以及pH感測(cè)數(shù)據(jù)的異常來(lái)識(shí)別。將機(jī)械攪拌器用于最終步驟中以避免在聚合物體系中形成氣泡。

pH傳感器交聯(lián)通過(guò)使用Thermo Nicolet Nexus 670FTIR的酯形成的ATR光譜和數(shù)天暴露于含水體系中以證明體系不溶解來(lái)驗(yàn)證。為從傳感器獲得動(dòng)態(tài)電阻數(shù)據(jù)并防止電解，功率源供應(yīng)1.0伏并且所得的電流通過(guò)2831E測(cè)量(數(shù)據(jù)記錄萬(wàn)用表)來(lái)測(cè)量。最初，使用鱷魚(yú)夾來(lái)附接到感測(cè)材料。使用歐姆定律將測(cè)量的電流轉(zhuǎn)換成電阻。稍后進(jìn)行改進(jìn)，其中將銅線(xiàn)固化成感測(cè)材料以改進(jìn)測(cè)量和可擴(kuò)展性。還記錄傳感器的重量以根據(jù)pH持續(xù)跟蹤變化。測(cè)試pH傳感器在溶液中時(shí)的動(dòng)態(tài)讀數(shù)。在pH為3和10時(shí)，在PAA/PVOH型式的相應(yīng)電阻變化的情況下，在2分鐘左右達(dá)到溶脹平臺(tái)。在pH為3和10時(shí)，在PAA/甘油型式的相應(yīng)電阻變化的情況下，在1分30秒左右達(dá)到溶脹平臺(tái)。因?yàn)镻AA可能容易根據(jù)pH和時(shí)間去質(zhì)子化和質(zhì)子化，所以使用具有主要PAA/PVOH體系的單個(gè)傳感器進(jìn)行概念驗(yàn)證滯后回路測(cè)試。在初始侵害在pH 4下開(kāi)始之前，記錄傳感器的重量。一小時(shí)后續(xù)侵害并且對(duì)于pH為5、5.5、6、7和9記錄由于去質(zhì)子化的重量變化。在理想的體系中，相同pH侵害的逆轉(zhuǎn)可導(dǎo)致新體積縮回到相應(yīng)的體積。然而，體積收縮經(jīng)歷滯后，這是由于質(zhì)子化時(shí)間常數(shù)、pH值與pKa值的距離、由于一些斷裂的酸酐和PAA/PVOH酯鍵的應(yīng)變網(wǎng)絡(luò)的不可逆變化形成滯后。該滯后可與侵害時(shí)間和環(huán)境pH相關(guān)并最終與電阻值相關(guān)。一旦pH下降至聚合物的pKa，則質(zhì)子化將達(dá)到平臺(tái)。

如下通過(guò)用環(huán)境敏感性聚合物取代彈性聚合物形成對(duì)機(jī)械應(yīng)變敏感的聚合物體系：在燒杯中將8克有機(jī)硅RTV橡膠與8克導(dǎo)電填料混合以獲得50/50比率的聚合物。將該混合物通過(guò)塑料的20mL注射器擠出。將這些條擠出到有機(jī)硅表面上以便易于取下。在一些實(shí)施方案中，將有機(jī)硅的附加層擠出到有機(jī)硅導(dǎo)電填料層上并使其固化。允許所述室溫硫化進(jìn)行24小時(shí)。將應(yīng)變傳感器條取下，并且測(cè)試其動(dòng)態(tài)導(dǎo)電性和機(jī)械性能(楊氏模量、彈性區(qū)域、屈服點(diǎn))。將Instron設(shè)為以1mm/sec恒定地伸長(zhǎng)，直到斷裂為止。與2831E Measurement(數(shù)據(jù)記錄萬(wàn)用表)和附接到樣本的小鱷魚(yú)夾并聯(lián)地測(cè)量電阻。用Instron軟件計(jì)算所述楊氏模量。在不使用鱷魚(yú)夾的情況下進(jìn)行輔助測(cè)試，其中因斷裂導(dǎo)致的150％伸長(zhǎng)應(yīng)變的最終應(yīng)變發(fā)生在應(yīng)變傳感器的中部。

示例性標(biāo)簽體系展示傳感器元件和通信元件的結(jié)合。傳感器元件還可形成為用于需要用于所述環(huán)境變化的電切換傳感器的任何體系中的獨(dú)立裝置。

通過(guò)定制聚合物體系的粘度使得填料由于重力沉降以在基體中產(chǎn)生預(yù)定的非導(dǎo)電至導(dǎo)電的連續(xù)統(tǒng)一體來(lái)形成對(duì)定向應(yīng)變敏感的聚合物體系。在該填料加載含量連續(xù)統(tǒng)一體的情況下，定向應(yīng)變可利用在系統(tǒng)朝向?qū)щ妭?cè)彎曲時(shí)電阻下降或在其朝向非導(dǎo)電側(cè)彎曲時(shí)電阻上升來(lái)識(shí)別。聚合物體系的性質(zhì)可以為熱固性的、熱塑性的或彈性體的。合適的聚合物家族為舉例來(lái)說(shuō)酯、酰胺、聚氨酯、有機(jī)硅、環(huán)氧樹(shù)脂、醚、乙烯和乙烯基。導(dǎo)電填料可以是金屬或非金屬的。在本文情況下，模型體系被設(shè)計(jì)成具有非金屬的導(dǎo)電石墨化碳填料和由聚(乙烯醇)和聚(丙烯酸)構(gòu)成的聚合物基體。

PAA/PVOH/填料定向應(yīng)變傳感器復(fù)合材料：

用40mL的去離子水填充兩個(gè)150mL Pyrex玻璃燒杯。加入磁力攪拌棒并將燒杯放到熱/攪拌板上。將攪拌器設(shè)為400rpm。稱(chēng)量出購(gòu)自Asbury Carbon的1.2克A99導(dǎo)電性石墨化碳填料(44微米直徑)，并加入到每個(gè)燒杯中。使攪拌器將干粉末混入溶液中。用抹刀手動(dòng)混合可有助于將任何殘余的粉末推入溶液中。從熱/攪拌板移除燒杯并將燒杯置于超聲浴中并超聲處理5分鐘以更好地分散填料。超聲處理后，將燒杯放回?zé)?攪拌板上。將聚乙烯醇(PVOH)和聚(丙烯酸)(PAA)熱/攪拌板的溫度設(shè)為200℃，其中攪拌器設(shè)為400rpm。將購(gòu)自Sigma Aldrich的4g PVOH(89-98K MW，99％水解)和4g PAA(450K MW)稱(chēng)量到稱(chēng)量舟皿中。可將PVOH一次性全部加入到燒杯中。PAA需要緩慢加入以防止在溶液中結(jié)塊。每次抹刀加入之后，允許表面上的聚合物粉末進(jìn)入溶液中足夠的時(shí)間，然后加入下一抹刀。一旦聚合物充分分散到溶液中，則加入JKEM熱電偶以監(jiān)測(cè)溫度，從而確保它們保持在70-80℃之間。體系用石蠟?zāi)じ采w并使其溶解并持續(xù)三小時(shí)。三小時(shí)之后，關(guān)閉熱并且在仍然攪拌的同時(shí)使體系冷卻30分鐘。當(dāng)溫度下降低于30℃時(shí)，將PVOH和PAA溶液混合到500mL燒杯中。使用置頂式機(jī)械攪拌器來(lái)處理較高粘度并防止氣泡形成。在室溫下將兩種溶液在70轉(zhuǎn)速下混合至少兩小時(shí)以充分混合但維持低粘度的水含量以使得填料能夠沉降成連續(xù)統(tǒng)一體?；旌现?，用一次性吸移管除去任何表面氣泡。將所得的溶液倒入150×20mm培養(yǎng)皿中并使其干燥過(guò)夜。在空氣干燥后，使用剃刀刀片刮培養(yǎng)皿邊緣或干燥表面的周?chē)⑿⌒牡匾瞥苑乐咕酆衔矬w系的塑性應(yīng)變。置于兩個(gè)有機(jī)硅片之間并在130℃下固化1小時(shí)。應(yīng)當(dāng)理解，另選的固化時(shí)間和溫度可用于實(shí)現(xiàn)PAA上的羧酸基團(tuán)和PVOH上的醇基團(tuán)之間的酯化。在分離有機(jī)硅片之前，移除并使其冷卻至室溫。

將材料條帶切割成1cm乘4cm的條帶并在端部用鱷魚(yú)夾夾緊。將fluke萬(wàn)用表用于獲取電阻變化。平衡電阻為約490歐姆。在傳感器朝向?qū)щ妭?cè)彎曲時(shí)，電阻由于導(dǎo)電填料的壓縮而下降至336歐姆。在傳感器朝向非導(dǎo)電側(cè)彎曲時(shí)，電阻由于導(dǎo)電填料路徑的滑動(dòng)和分離而增加至618歐姆。在釋放應(yīng)變后，傳感器返回至其約490歐姆的平衡電阻。

如圖1所示，傳感器元件1000包括聚合物基體100和嵌入所述基體中的導(dǎo)電填料元件200。如圖2所示，傳感器元件1000包括聚合物基體100、導(dǎo)電填料200和未填充基體300的層。

在一個(gè)方面，傳感器系統(tǒng)包括標(biāo)簽。標(biāo)簽可包括印刷在基板上的導(dǎo)電油墨和非導(dǎo)電油墨的一個(gè)或多個(gè)層。示例性基板材料包括聚合物膜、紙材、高介電常數(shù)的介電材料和FR-4材料。多層結(jié)構(gòu)還可包括非導(dǎo)電材料的局部層，所述局部層隔開(kāi)導(dǎo)電層的至少一部分。示例性導(dǎo)電層包括銅墨和銀墨。標(biāo)簽包括至少一個(gè)傳感器、射頻芯片和被設(shè)置為卡、硬幣、或嵌體上的電路的第一天線(xiàn)。芯片可為有源或無(wú)源的。示例性芯片/第一天線(xiàn)組合包括以下型號(hào)：RI-I03-112A-03(13.56MHz)和RI-INL-R9QM(134.2kHz)、或型號(hào)TRF7970A，它們各自購(gòu)自Texas Instruments(Dallas，TX)。天線(xiàn)可呈線(xiàn)圈或偶極的物理形式，或?yàn)榕c標(biāo)簽的其余部分電連通的產(chǎn)品或包裝件的導(dǎo)電組件。

所需的用于傳感器的功率源可由RFID電路的收獲能量提供，因?yàn)樗璧碾娏髟谖卜秶鷥?nèi)。隨后可利用諸如供傳感器使用的電容器之類(lèi)的元件來(lái)存儲(chǔ)所收獲的功率。

標(biāo)簽可被構(gòu)造成使得傳感器的輸出改變存儲(chǔ)在標(biāo)簽的芯片的存儲(chǔ)器中的詞的一個(gè)或多個(gè)位的值。在一個(gè)實(shí)施方案中，任何非零傳感器輸出均可從一至零或從零至一改變指定的位的值。作為另外一種選擇，標(biāo)簽的電路可提供將傳感器輸出與之比較的偏壓。在該實(shí)施方案中，僅高于偏壓閾值的傳感器輸出、或介于下閾值組和上閾值組之間的傳感器輸出可改變所述位的值。

標(biāo)簽可包括多于單個(gè)的傳感器。在多傳感器標(biāo)簽的一種構(gòu)型中，每個(gè)傳感器的輸出可用來(lái)改變其自己的相應(yīng)位的值。在一種可供選擇的構(gòu)型中，當(dāng)為標(biāo)簽供電時(shí)該組傳感器可被輪詢(xún)，使得標(biāo)簽的存儲(chǔ)器的單一特定的位根據(jù)每個(gè)被輪詢(xún)傳感器的輸出而階躍式地經(jīng)過(guò)一系列值。如前所述，標(biāo)簽可被設(shè)計(jì)成使得任何非零傳感器輸出均將改變相關(guān)聯(lián)的位的值，或使得僅高于下閾值或介于上閾值和下閾值之間的值將改變相應(yīng)的位值。

可使用射頻協(xié)議諸如Near Field Communications(NFC)協(xié)議來(lái)讀取標(biāo)簽。當(dāng)標(biāo)簽被詢(xún)問(wèn)或讀取時(shí)，為標(biāo)簽電路供電，傳感器輸出改變標(biāo)簽的存儲(chǔ)器。標(biāo)簽的存儲(chǔ)器隨后由詢(xún)問(wèn)器讀取。其采集指示標(biāo)簽環(huán)境的被感測(cè)狀態(tài)的存儲(chǔ)器詞的數(shù)字值。標(biāo)簽的相關(guān)通信頻率范圍可為HF、UHF或其它適當(dāng)?shù)剡x定的頻率范圍，所述范圍根據(jù)預(yù)期的環(huán)境和標(biāo)簽的用途由對(duì)標(biāo)簽的具體要求來(lái)確定。

傳感器系統(tǒng)還可包括詢(xún)問(wèn)器。詢(xún)問(wèn)器包括電源和第二天線(xiàn)，所述第二天線(xiàn)適于產(chǎn)生包括第一天線(xiàn)的諧振頻率的電磁輻射；和接收器，所述接收器適于檢測(cè)電磁輻射并解調(diào)所檢測(cè)到的輻射，從而從所檢測(cè)到的輻射提取嵌入數(shù)據(jù)。購(gòu)自GAO RFID(Toronto Canada)的型號(hào)為223012的Bluetooth^TMRFID閱讀器舉例說(shuō)明了一種形式的詢(xún)問(wèn)器。型號(hào)為223012的詢(xún)問(wèn)器能夠詢(xún)問(wèn)射頻標(biāo)簽并確定標(biāo)簽的存儲(chǔ)器的狀態(tài)，并且因此提取相關(guān)于標(biāo)簽環(huán)境的一個(gè)或多個(gè)傳感器的輸出相關(guān)聯(lián)的信息。所述223012還包括輔助網(wǎng)絡(luò)通信鏈路，所述鏈路利用用于將從標(biāo)簽提取的信息傳送至輔助裝置或輔助詢(xún)問(wèn)器諸如Bluetooth^TM啟用的計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)的Bluetooth^TM通信協(xié)議。所述輔助詢(xún)問(wèn)器還可分析關(guān)于標(biāo)簽的狀態(tài)和/或標(biāo)簽環(huán)境的信息并且提供與特定標(biāo)簽和/或標(biāo)簽環(huán)境狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的輸出。詢(xún)問(wèn)器還可包括顯示元件，諸如用于顯示與所分析的標(biāo)簽信息相關(guān)聯(lián)的輸出的LCD或LED屏。詢(xún)問(wèn)器還可包括用于探知與詢(xún)問(wèn)器的環(huán)境相關(guān)聯(lián)的信息的一個(gè)或多個(gè)傳感器。傳感器可包括：溫度傳感器、濕度傳感器、加速度傳感器。詢(xún)問(wèn)器還可包括一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)，所述照相機(jī)使得能夠捕獲與產(chǎn)品、標(biāo)簽或環(huán)境相關(guān)聯(lián)的圖像。詢(xún)問(wèn)器可包括全球定位能力，使得詢(xún)問(wèn)器能夠探知并共享關(guān)于詢(xún)問(wèn)器的地理位置的信息。

在一個(gè)方面，智能手機(jī)可用作僅有的詢(xún)問(wèn)器。在該方面，智能手機(jī)可詢(xún)問(wèn)標(biāo)簽，從而從標(biāo)簽的存儲(chǔ)器探知所述信息。詢(xún)問(wèn)器可分析或換句話(huà)講解釋所述信息并且可產(chǎn)生輸出。所述輸出可經(jīng)由聽(tīng)覺(jué)輸出、視覺(jué)輸出、觸覺(jué)輸出或它們的組合提供給系統(tǒng)的使用者。在產(chǎn)生所述輸出的過(guò)程中，除了標(biāo)簽信息以外，詢(xún)問(wèn)器還可利用源自智能手機(jī)的傳感器或系統(tǒng)的輸入，包括購(gòu)自網(wǎng)絡(luò)資源諸如云計(jì)算資源的信息和分析。被適宜地配置成用作系統(tǒng)詢(xún)問(wèn)器的示例性智能手機(jī)包括：Acer^TM E320Liquid Express、Blackberry^TM Bold^TM 970，購(gòu)自Research In Motion；Casio IT-800；Google Nexus 7^TM，購(gòu)自Google，Inc.Mountain View Ca.；HTC Desire C^TM，購(gòu)自HTC；LG Optimus Elite；Motorola Droid^TM Razr^TM，購(gòu)自Motorola；Nokia 700；Panasonic BizPad^TM；和Samsung Galaxy S Advance^TM。

在一個(gè)方面，傳感器系統(tǒng)可包括產(chǎn)品。術(shù)語(yǔ)“一種或多種產(chǎn)品”最廣義地使用，并且是指任何產(chǎn)品、產(chǎn)品組、服務(wù)、通信、娛樂(lè)、環(huán)境、組織、系統(tǒng)、工具等等。例如，產(chǎn)品組的一個(gè)示例為個(gè)人產(chǎn)品和家用產(chǎn)品，諸如由個(gè)人、家庭或家用使用的產(chǎn)品。個(gè)人產(chǎn)品和家用產(chǎn)品組內(nèi)的產(chǎn)品類(lèi)別的代表性且非限制性列表的示例包括止汗劑、嬰兒護(hù)理品、古龍香水、商業(yè)產(chǎn)品(包括定向于消費(fèi)者的消費(fèi)品的批發(fā)的工業(yè)和商業(yè)市場(chǎng)模擬物)、化妝品、除臭劑、盤(pán)碟護(hù)理品、女性防護(hù)品、毛發(fā)護(hù)理品、毛發(fā)著色劑、保健品、家用清潔劑、衣物洗滌劑、口腔護(hù)理品、紙制品、個(gè)人清潔劑、一次性吸收制品、寵物健康和營(yíng)養(yǎng)品、處方藥品、名牌芳香劑、護(hù)膚品、食品、小吃和飲料、特殊織物護(hù)理品、剃刮和其它毛發(fā)生長(zhǎng)管理產(chǎn)品、小器具、裝置和電池、服務(wù)諸如理發(fā)、美容、礦泉療法、內(nèi)科、牙科、眼科服務(wù)、娛樂(lè)地點(diǎn)諸如劇院、體育館、以及娛樂(lè)服務(wù)諸如電影或影視劇、戲劇和運(yùn)動(dòng)事件。多種產(chǎn)品形式可落入這些產(chǎn)品類(lèi)別中的每個(gè)內(nèi)。

示例性產(chǎn)品形式和品牌描述于The Procter&Gamble Company的網(wǎng)站www.pg.com、以及其上可見(jiàn)的鏈接網(wǎng)址。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明還可以想到為產(chǎn)品類(lèi)別的一部分但不是上文所列那些的消費(fèi)品，并且本發(fā)明還涵蓋不是上文指定網(wǎng)站上公開(kāi)的那些的可供選擇的產(chǎn)品形式和品牌。

其它產(chǎn)品組包括但不限于：運(yùn)動(dòng)器材、娛樂(lè)類(lèi)(書(shū)籍、電影、音樂(lè)等)、視覺(jué)類(lèi)、以及家用醫(yī)療和急救用品，等等。

標(biāo)簽可附接到產(chǎn)品的封裝，諸如液體產(chǎn)品或顆粒狀產(chǎn)品的初級(jí)封裝。標(biāo)簽可浸入到封裝的液體或顆粒狀產(chǎn)品中或浮置在所述產(chǎn)品的表面上。標(biāo)簽可結(jié)合在產(chǎn)品內(nèi)，諸如結(jié)合在一次性吸收制品內(nèi)，諸如結(jié)合在尿布內(nèi)，目的是檢測(cè)對(duì)尿布的吸收芯的侵害。標(biāo)簽可設(shè)置在產(chǎn)品自身的表面上，諸如設(shè)置在電池的表面上，目的是感測(cè)關(guān)于電池中可用的剩余電力的信息。

據(jù)信使標(biāo)簽的天線(xiàn)適形于產(chǎn)品外表面的形狀產(chǎn)生如下系統(tǒng)，其中詢(xún)問(wèn)器和標(biāo)簽之間的連通可為全向的或可按詢(xún)問(wèn)器和標(biāo)簽之間的多種角度實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)通信設(shè)備被用在電磁導(dǎo)電體上時(shí)，出現(xiàn)了與創(chuàng)制用于各種產(chǎn)品的通信設(shè)備相關(guān)聯(lián)的這些問(wèn)題之一。自由空間的無(wú)線(xiàn)電波的傳播原理在高度導(dǎo)電的導(dǎo)電體附近不適用。另外，當(dāng)天線(xiàn)靠近金屬放置時(shí)，天線(xiàn)性能被嚴(yán)重劣化。因此，只是將RFID標(biāo)簽放置在電池上或放置在帶有導(dǎo)電體的物體上可能不能實(shí)現(xiàn)所期望的效應(yīng)，例如功率獲取和/或數(shù)據(jù)傳送。值得注意的是，該問(wèn)題不限于可再充電/一次性電池。例如，一罐剃刮凝膠、泡沫等、或包括金屬化膜的包裝件可由于容器的導(dǎo)電性而經(jīng)歷相同的問(wèn)題。一般來(lái)講，緊靠金屬體的RFID標(biāo)簽使閱讀器和標(biāo)簽之間的信號(hào)耦合減少10倍。

一種防止這種起因于金屬與天線(xiàn)的鄰近性的效應(yīng)的方法是防止電磁場(chǎng)進(jìn)入所述金屬。例如，通過(guò)在天線(xiàn)和金屬表面之間放置具有合適的電磁特性和尺寸的材料來(lái)隔開(kāi)它們，這樣可使產(chǎn)品的金屬體/導(dǎo)電體周?chē)碾姶艌?chǎng)轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向器材料的特性取決于所用的確切金屬和RFID頻率。磁轉(zhuǎn)向器有效地隔離標(biāo)簽與所述罐。也可利用這些材料之間的空氣填充的間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)有效隔離。

在一個(gè)方面，一種確定產(chǎn)品信息的方法包括以下步驟：提供包括如上所述標(biāo)簽的產(chǎn)品。標(biāo)簽包括至少一個(gè)傳感器，所述傳感器適于提供模擬傳感器的環(huán)境變化的輸出。傳感器具有至少一個(gè)輸出端子。標(biāo)簽也包括射頻芯片和第一天線(xiàn)，所述射頻芯片包括存儲(chǔ)器元件、一個(gè)或多個(gè)輸入端子和一個(gè)或多個(gè)輸出端子，一個(gè)或多個(gè)輸入端子設(shè)置成與傳感器的輸出端子電連通，并且所述第一天線(xiàn)設(shè)置成與芯片的輸出端子電連通。

該方法也可包括提供詢(xún)問(wèn)器，所述詢(xún)問(wèn)器適于檢測(cè)與標(biāo)簽的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的輻射。詢(xún)問(wèn)器可為耦合有如上所述Bluetooth^TM能力的RF或NFC協(xié)議閱讀器、或智能手機(jī)或包括RF或NFC能力的閱讀器的其它計(jì)算設(shè)備。

在一個(gè)方面，該方法可最小化以提供包括標(biāo)簽的產(chǎn)品，并且提供與市場(chǎng)上可得的或消費(fèi)者所擁有的裝置相容的軟件。消費(fèi)者可選擇利用如下應(yīng)用軟件，所述軟件將使得他們的裝置能夠用作所述詢(xún)問(wèn)器。

詢(xún)問(wèn)器可通過(guò)利用RF通信協(xié)議諸如NFC協(xié)議來(lái)確定標(biāo)簽的當(dāng)前狀態(tài)。詢(xún)問(wèn)器可使用為所述目的而編寫(xiě)的軟件應(yīng)用程序來(lái)解釋從標(biāo)簽接收的數(shù)據(jù)。

在一個(gè)方面，詢(xún)問(wèn)器可包含輔助網(wǎng)絡(luò)通信模塊從而提供用以通過(guò)蜂窩電話(huà)或其它網(wǎng)絡(luò)(包括局域網(wǎng)或wifi網(wǎng))發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的裝置和能力。在這一方面，詢(xún)問(wèn)器可傳送從標(biāo)簽接收的數(shù)據(jù)和/或?qū)υ醋詷?biāo)簽的數(shù)據(jù)的分析。詢(xún)問(wèn)器的軟件應(yīng)用程序可分析得自標(biāo)簽的數(shù)據(jù)以確定是否需要補(bǔ)給與標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品，或根據(jù)經(jīng)由一系列對(duì)標(biāo)簽的詢(xún)問(wèn)建立的產(chǎn)品使用歷史來(lái)預(yù)測(cè)何時(shí)將需要進(jìn)行此類(lèi)補(bǔ)給。在該方面，該應(yīng)用可用來(lái)完成經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買(mǎi)更多的產(chǎn)品。該應(yīng)用還可用來(lái)向使用者提供相關(guān)的產(chǎn)品以便購(gòu)買(mǎi)，或提供不直接與該產(chǎn)品相關(guān)的其它產(chǎn)品。

在一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)標(biāo)簽可細(xì)分成各部分。一部分可包含天線(xiàn)和芯片，其它部分可包含傳感器。可設(shè)置標(biāo)簽的兩個(gè)部分，其中傳感器暴露于吸收制品的功能環(huán)境，并且天線(xiàn)和芯片部分從對(duì)制品的功能環(huán)境的暴露移除。天線(xiàn)和芯片部分可制成可移除的并且因此也可重復(fù)使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，諸如購(gòu)自APLIX Inc.(Charlotte，NC)的導(dǎo)電鉤-環(huán)緊固件可用于形成制品的功能環(huán)境和制品的外部之間的界面。能夠?qū)щ姷闹破?、傳感器和可移除?biāo)簽之間的附接機(jī)構(gòu)可以為鉤和環(huán)、壓縮(例如彈性帶、松緊帶)、粘附(例如粘合帶)、磁性、或它們的組合。在該實(shí)施方案中，傳感器可被制造成與導(dǎo)電鉤-環(huán)墊電接觸的組件，所述導(dǎo)電鉤-環(huán)墊繼而設(shè)置在制品的外表面上，同時(shí)傳感器可設(shè)置在功能環(huán)境中的制品內(nèi)。配合墊可作為天線(xiàn)和芯片組件的組件部分結(jié)合并且兩個(gè)相應(yīng)組件可使用配對(duì)的鉤-環(huán)墊聯(lián)合以用于所述標(biāo)簽的操作性使用。以這種方式，可使得更昂貴的天線(xiàn)和芯片組件重復(fù)使用從而減少與使用具有多個(gè)相應(yīng)的一次性制品的系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的總體成本。可使用諸如購(gòu)自MG Chemicals(Surrey,B.C.，Canada)的導(dǎo)電粘合劑以將標(biāo)簽的相應(yīng)部分的電導(dǎo)線(xiàn)固定到其相應(yīng)的鉤-環(huán)緊固件墊來(lái)形成相應(yīng)的組件。

本文所公開(kāi)的量綱和值不應(yīng)當(dāng)被理解為嚴(yán)格限于所引用的精確值。相反，除非另外指明，否則每個(gè)這樣的量綱旨在表示所述值以及圍繞該值功能上等同的范圍。例如，公開(kāi)為“40mm”的量綱旨在表示“約40mm”。

除非明確地排除或以其它方式限制，否則本文所引用的每篇文獻(xiàn)，包括該申請(qǐng)要求其優(yōu)先權(quán)或權(quán)益的任何交叉引用或相關(guān)的專(zhuān)利或申請(qǐng)和任何專(zhuān)利申請(qǐng)或?qū)＠?，均全文以引用的方式并入本文。任何文獻(xiàn)的引用不是對(duì)其相對(duì)于任何本發(fā)明所公開(kāi)的或本文受權(quán)利要求書(shū)保護(hù)的現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可，或不是對(duì)其單獨(dú)地或以與任何其它參考文獻(xiàn)或多個(gè)參考文獻(xiàn)的組合提出、建議或公開(kāi)了此類(lèi)發(fā)明的認(rèn)可。此外，如果此文獻(xiàn)中術(shù)語(yǔ)的任何含義或定義與以引用方式并入本文的文獻(xiàn)中相同術(shù)語(yǔ)的任何含義或定義相沖突，將以此文獻(xiàn)中賦予該術(shù)語(yǔ)的含義或定義為準(zhǔn)。

雖然已經(jīng)舉例說(shuō)明和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可作出多個(gè)其它改變和變型。因此，本文旨在于所附權(quán)利要求中涵蓋屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些改變和變型。