本公開涉及磁機械共振器傳感器，這些傳感器被設(shè)計為監(jiān)測環(huán)境變量、生物變量、和使用這些傳感器的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

磁機械共振器(MMR)使用產(chǎn)生磁場的射頻源進行供電。MMR傳感器以磁致伸縮和磁致彈性耦合的原理為基礎(chǔ)。磁致伸縮涉及在經(jīng)受磁場時改變鐵磁材料的形狀。磁致彈性耦合涉及在經(jīng)受磁場時，材料的應(yīng)力與張力之間的關(guān)系。

通常，MMR傳感器與外部磁場耦合，并接收磁場磁能。MMR傳感器將磁能轉(zhuǎn)化為機械振蕩。當(dāng)撤除磁場后，機械振蕩轉(zhuǎn)化為磁能，并且傳感器將磁場以共振頻率進行輻射。然后檢測器可測量傳感器所輻射的磁能。MMR可用于構(gòu)建無線傳感器，以監(jiān)測環(huán)境變量和生物變量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的一些方面涉及感測裝置，其包括磁偏置層、共振器、間隔件和環(huán)境變化接收器。磁偏置層具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面，并且磁偏置層具有第一磁性材料。共振器具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面。共振器使用第二磁性材料。第二共振器主表面面向第一磁性表面。間隔件設(shè)置在磁偏置層與共振器之間。環(huán)境變化接收器設(shè)置在第一共振器主表面上，并且環(huán)境變化接收器的質(zhì)量響應(yīng)于環(huán)境變化而改變。感測裝置的共振頻率響應(yīng)于環(huán)境變化接收器的質(zhì)量變化而發(fā)生偏移。

在一個示例中，感測裝置包括磁偏置層、共振器、間隔件、環(huán)境變化接收器、和殼體。磁偏置層具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面，并且磁偏置層具有第一磁性材料。共振器具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面。共振器使用第二磁性材料。第二共振器主表面面向第一磁性表面。間隔件設(shè)置在磁偏置層與共振器之間。環(huán)境變化接收器設(shè)置在第一共振器主表面上，并且環(huán)境變化接收器的質(zhì)量響應(yīng)于環(huán)境變化而改變。感測裝置的共振頻率響應(yīng)于環(huán)境變化接收器的質(zhì)量變化而發(fā)生偏移。殼體具有一個或多個開口。磁偏置層、共振器和間隔件設(shè)置在殼體中。

在另一個示例中，感測裝置包括磁偏置層、共振器、環(huán)境變化接收器、和殼體。磁偏置層具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面，并且磁偏置層具有第一磁性材料。共振器具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面。共振器使用第二磁性材料。第二共振器主表面面向第一磁性表面。環(huán)境變化接收器設(shè)置在第一共振器主表面上，并且環(huán)境變化接收器的質(zhì)量響應(yīng)于環(huán)境變化而改變。感測裝置的共振頻率響應(yīng)于環(huán)境變化接收器的質(zhì)量變化而發(fā)生偏移。殼體具有用以支承共振器的支承結(jié)構(gòu)。磁偏置層和共振器設(shè)置在殼體中。

附圖說明

附圖并入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，并且附圖與具體實施方式一起闡明本發(fā)明的優(yōu)點和原理。在附圖中，

圖1A是MMR傳感器的一個實施方案的側(cè)視圖；

圖1B是掀開蓋子后的圖1A所示的MMR傳感器的頂部平面圖；

圖1C是圖1A所示的MMR傳感器的分解圖；

圖1D是示出了環(huán)境改變后圖1A所示的MMR傳感器的示例的側(cè)視圖；

圖1E是掀開蓋子后的圖1D所示的示例的頂部平面圖；

圖2A是傳感器的示意性物理模型；

圖2B示出由于質(zhì)量位置所導(dǎo)致的頻率偏移；

圖2C示出由于質(zhì)量分布所導(dǎo)致的頻率偏移；

圖3A是MMR傳感器的一個實施方案的側(cè)視圖；

圖3B是掀開蓋子后的圖3A所示的MMR傳感器的頂部平面圖；

圖3C是圖3A所示的MMR傳感器的分解圖；

圖3D示出環(huán)境改變后圖3A所示的MMR傳感器的示例的側(cè)視圖；

圖4A至圖4F示出預(yù)定義通道構(gòu)造的一些示例；

圖5A至圖5G示出環(huán)境變化期間和環(huán)境變化之后共振器上的通道構(gòu)造和質(zhì)量分布的一些示例；

圖6A至圖6D示出共振器上預(yù)設(shè)置的環(huán)境變化接收器的一些示例；

圖7A示出MMR傳感器的一個實施方案的剖視圖；

圖7B示出與流體相互作用后的圖7A所示的MMR傳感器的示例的剖視圖；

圖7C示出MMR傳感器的另一個實施方案的剖視圖；

圖7D示出與流體相互作用后的圖7C所示的MMR傳感器的示例的剖視圖；

圖8A至圖8H示出殼體結(jié)構(gòu)不同的MMR傳感器的一些示例；

圖9A示出使用一個或多個MMR傳感器的感測系統(tǒng)的一個實施方案；

圖9B至圖9D示出使用一個或多個設(shè)置在容器中的MMR傳感器的感測系統(tǒng)的另一個實施方案；

圖10示出MMR傳感器的共振信號的示例的曲線圖；

圖11A示出MMR感測系統(tǒng)的一個實施方案的流程圖；并且

圖11B示出用于監(jiān)測消毒流程的有效性的MMR感測系統(tǒng)的一個實施方案的流程圖；

圖12A至圖12D是具有不同構(gòu)造且用于清洗監(jiān)測的MMR傳感器的示例性實施方案的相對于頻率的阻抗曲線圖；

圖13A至圖13D是具有不同構(gòu)造且用于消毒監(jiān)測的MMR傳感器的示例性實施方案的相對于頻率的阻抗曲線圖；

圖14A至圖14B是具有不同構(gòu)造且用于濕度監(jiān)測的MMR傳感器的示例性實施方案的相對于頻率的阻抗曲線圖；并且

圖15示出具有不同構(gòu)造且用于氣體檢測的MMR傳感器的示例性實施方案的相對于頻率的阻抗曲線圖。

具體實施方式

MMR傳感器可用于監(jiān)測環(huán)境變量，包括但不限于，溫度、濕度、是否存在生物物質(zhì)、物理物質(zhì)和/或化學(xué)物質(zhì)、或它們的任意組合。MMR傳感器也可用于監(jiān)測或測量環(huán)境變量經(jīng)過一段時間后的變化狀況。響應(yīng)于環(huán)境變量的更改和/或環(huán)境變量的變化，設(shè)置在環(huán)境中的一個或多個MMR傳感器的磁致彈性帶(即，共振器)通常發(fā)生質(zhì)量和/或彈性模量的改變。質(zhì)量變化可包括共振器材料成分的數(shù)量變化、和/或設(shè)置在共振器上的材料的分布的變化。質(zhì)量變化可以使相應(yīng)MMR傳感器的共振頻率發(fā)生可檢測到的頻率偏移。可使用測量裝置來測量頻率偏移，并且可將測量值用于評估或確定環(huán)境變量的變化。

本公開至少一些方面針對MMR傳感器的設(shè)計和構(gòu)造，這些MMR傳感器響應(yīng)于環(huán)境變化而發(fā)生頻率偏移。在一些實施方案中，MMR傳感器通過以下方式進行構(gòu)建：環(huán)境響應(yīng)性材料被設(shè)計為響應(yīng)于環(huán)境變化而沿著MMR傳感器的磁致彈性帶上的特定路徑或圖案進行分布。特定路徑或圖案經(jīng)選擇，允許MMR傳感器產(chǎn)生比質(zhì)量被均勻分布或不受控分布的頻率偏移放大信號更強的頻率偏移放大信號。在一些其它實施方案中，環(huán)境響應(yīng)性材料預(yù)先設(shè)置在MMR傳感器的磁致彈性帶上，并且環(huán)境響應(yīng)性材料的質(zhì)量或部署響應(yīng)于環(huán)境變化而改變。在一些情況下，環(huán)境響應(yīng)性材料預(yù)先設(shè)置在磁致彈性帶的一個或多個特定部分上，例如，靠近帶的一端。在一些其它情況下，環(huán)境響應(yīng)性材料沿著特定路徑或根據(jù)磁致彈性帶上的特定圖案進行預(yù)先設(shè)置。在一些實施方案中，MMR傳感器經(jīng)構(gòu)建，包括環(huán)境響應(yīng)性材料，該材料將響應(yīng)于環(huán)境變化而膨脹，從而致使共振器的振蕩狀況發(fā)生可檢測到的改變。

本公開的至少一些方面涉及使用MMR傳感器檢測環(huán)境變化的系統(tǒng)和方法。在一些實施方案中，感測系統(tǒng)可包括測量裝置，以監(jiān)測MMR傳感器的頻率偏移。例如，測量裝置可以是包括線圈的門控振蕩器，在共振頻率下，該線圈產(chǎn)生簡短的正弦脈沖，該門控振蕩器通過磁力方式與MMR傳感器耦接，并向傳感器供電。供電脈沖結(jié)束之后，線圈被用作接收器，監(jiān)測MMR傳感器的衰減振蕩。作為另一個示例，測量裝置可利用傳感器的將振蕩磁場部分轉(zhuǎn)化為聲能的機械振動作用。然后麥克風(fēng)檢測到傳感器產(chǎn)生的聲音，給出合適的頻率響應(yīng)。聲學(xué)方法的優(yōu)點在于：在供電的同時可以對傳感器進行測量。

圖1A是MMR傳感器100的一個實施方案的側(cè)視圖。圖1B是掀開蓋子后的MMR傳感器100的頂部平面圖，并且圖1C是MMR傳感器100的分解圖。在所示的實施方案中，傳感器100包括磁偏置層110、間隔件120、共振器130、環(huán)境變化接收器140、和任選殼體150。磁偏置層110、間隔件120、共振器130和環(huán)境變化接收器140容納在殼體150中。

環(huán)境變化接收器140可包含一種或多種環(huán)境感應(yīng)或敏感性材料，該材料的選擇取決于感測需求。環(huán)境響應(yīng)性材料可基于其溶解性、沸點、熔點、氣體或液體吸收能力、促進細菌生長的能力、軟化點或流動性進行選擇，使得該材料響應(yīng)于特定的環(huán)境條件而發(fā)生屬性變化(蒸發(fā)或在傳感器帶上重新分布)。在一些情況下，環(huán)境變化接收器140可包括不止一個部分，其中每個部分可包含類似的或不同的環(huán)境響應(yīng)性材料，并且設(shè)置在不同位置處。

在一些監(jiān)測或測量溫度的實施方案中，環(huán)境變化接收器140可包含可熔性或可流動性材料類型，例如，晶體材料或半晶體材料、熱塑性塑料、聚合物、蠟、有機化合物，諸如水楊酰胺、聚乙烯-共-丙烯酸、蔗糖等。在一些情況下，環(huán)境響應(yīng)性材料基于其對溫度與濕度組合條件、或溫度、濕度與時間的組合條件的反應(yīng)進行選擇。該材料可進行選擇，以滿足具體應(yīng)用。在一些監(jiān)測是否存在化學(xué)物質(zhì)的實施方案中，環(huán)境變化接收器140可包含吸收化學(xué)物質(zhì)或與化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的材料類型。在檢測氣體的示例中，環(huán)境變化接收器140可包含美國伊利諾州德斯普蘭斯的環(huán)球油品有限公司(UOP LLC,Des Plaines,IL)的HiSiv 3000沸石粉(Zeolite HiSiv 3000powder)。

磁偏置層110具有第一磁性表面112和相背對的第二磁性表面114。間隔件120設(shè)置在磁偏置層110與共振器130之間。間隔件120具有第一間隔件表面122和相背對的第二間隔件表面124。第二間隔件表面124與第一磁性表面112相鄰。共振器130具有第一共振器主表面132和相背對的第二共振器主表面134。第二共振器主表面134與第一間隔件表面122相鄰。在一些實施方案中，第一共振器主表面具有預(yù)定義通道160。在一些情況下，預(yù)定義通道160可通過機械方式或化學(xué)方式進行構(gòu)建。環(huán)境變化接收器140靠近預(yù)定義通道160進行設(shè)置。在一些情況下，環(huán)境變化接收器140中的材料將響應(yīng)于環(huán)境變化(諸如熱度、增加的濕度等)而沿著預(yù)定義通道160進行分布。

磁偏置層110和共振器130由磁性材料制成，這些磁性材料也稱作電磁材料或鐵磁材料。例如，磁偏置層110可使用磁體或硬磁金屬或半硬質(zhì)金屬，例如，總部在美國紐約羅契斯特市(Rochester,New York)的阿諾德磁性材料科技公司(Arnold Magnetic Technologies)的磁體。磁偏置層110可由以下任何磁性材料制成：該磁性材料在磁化時具有足夠的剩磁以適當(dāng)?shù)仄霉舱衿?30，并且具有足夠的矯頑磁性以便在正常運行條件下不發(fā)生磁力改變。例如，可商購獲得的磁性材料，諸如美國伊利諾斯州馬倫戈的阿諾德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)的ArnoKrome^TMIII，可用于制造磁偏置層110。磁偏置層110可與共振器130具有類似的尺寸。

共振器130可使用合金材料，這些合金材料具有很高的磁致伸縮耦合系數(shù)和/或很高的磁致彈性耦合系數(shù)。在一些實施方案中，共振器130可使用磁性無定形合金、或磁致伸縮耦合系數(shù)很高和/或磁致彈性耦合系數(shù)很高的晶體材料，例如，美國南卡羅來納州康威的Metglas^TM公司(Metglas^TMof Conway,South Carolina)制造的Metglas^TM2826MB、2605SA1或2605S3A。在一些情況下，共振器130使用磁致伸縮耦合系數(shù)等于或大于10E-5的電磁材料。共振器130可包括一個或多個單獨的共振器零件。共振器130在某頻率下共振，這主要取決于它的長度、磁偏置場的強度、材料密度、以及材料的楊氏模量。盡管共振器130可通過物理方式被設(shè)計為在較大頻率范圍內(nèi)共振，但可能需要的是：將共振器130調(diào)諧到特定頻率。例如，共振器130可被設(shè)計為在約25kHz至45kHz范圍內(nèi)或約45kHz至75kHz范圍內(nèi)的目標(biāo)頻率下發(fā)生共振。在一些實施方案中，共振器130可包括多個共振器零件，其中每個共振器零件被設(shè)計為在類似的或不同的目標(biāo)頻率下發(fā)生共振。在此類實施方案中，每段目標(biāo)頻率可用于對待監(jiān)測的環(huán)境變量進行編碼。例如，目標(biāo)頻率可以由4kHz的間隔隔開，諸如46kHz、50kHz、54kHz、58kHz、62kHz等。由于共振器130的制造工藝和/或材料的差異，例如，所檢測的頻率通常不在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)。例如，對于58kHz的目標(biāo)頻率，所檢測的頻率可以在57kHz至59kHz的范圍內(nèi)。

間隔件120可包含一種或多種介電材料。在一些實施方案中，共振器130與磁偏置層110通過間隔件120隔開，以允許其自由移動。在一些情況下，間隔件120具有合適的厚度，使得間隔件120和磁偏置層110一起可向共振器130提供約5奧斯特至9奧斯特的磁場偏置強度。間隔件120的厚度范圍可以是2.54E-3cm(0.001英寸)至6.35E-1cm(0.25英寸)，例如，1.52E-1cm(0.06英寸)。在一些情況下，間隔件120可主要為空氣。在一些其它情況下，間隔件可包括聚合物膜。間隔件120的其它示例可以是非金屬材料(例如，聚碳酸酯)。在一些構(gòu)造中，間隔件120可以是殼體的整合部分。例如，間隔件120可包括殼體的支承結(jié)構(gòu)，以將共振器130與磁偏置層110隔開。

在一些實施方案中，預(yù)定義通道160可包括一條或多條路徑和/或一種或多種圖案。在一些實現(xiàn)方式中，預(yù)定義通道160可通過機械和/或化學(xué)方式進行構(gòu)建。例如，第一共振器主表面132用激光刻蝕進行處理，以生成預(yù)定義通道160。在另一個示例中，預(yù)定義通道160從第一共振器主表面132凹陷。在一些實施方案中，可使用具有吸收作用或毛細作用的材料(諸如紙或繩)來生成預(yù)定義通道160。在一些實施方案中，將毛細作用材料粘附至第一共振器主表面132的預(yù)定義通道中。在一些示例中，毛細作用材料可按照特定圖案或構(gòu)造進行布置，以允許環(huán)境響應(yīng)性材料的流動或引導(dǎo)環(huán)境響應(yīng)性材料的流動。在一些實施方案中，預(yù)定義通道可以是具有微復(fù)制表面結(jié)構(gòu)或微復(fù)制毛細結(jié)構(gòu)的聚合物膜?？梢杂谜澈蟿⒂米黝A(yù)定義通道的微復(fù)制膜粘附到共振器表面。微復(fù)制膜的一些示例描述于美國專利5,716,681和美國專利5,771,328中，這些專利的全部內(nèi)容均以引用方式并入。微復(fù)制通道的頂點高度可以是，例如，10微米、400微米或更高。

在一些情況下，對第一共振器主表面132進行處理，以生成預(yù)定義通道160，從而產(chǎn)生優(yōu)選的流型。這一點可通過如下方式實現(xiàn)：將共振器的所選區(qū)域進行化學(xué)處理或涂上涂層，或按照特定圖案對共振器進行處理或涂上涂層，用以促進或抑制沿著特定路徑的流動。例如，用與環(huán)境響應(yīng)性材料相容或相互作用的材料給通道或圖案涂上涂層，這將促進沿著這些區(qū)域的流動。作為另一個示例，對于蠟形式的環(huán)境響應(yīng)性材料，可將預(yù)定義通道的表面制成親油性表面，以促進通道中的流動性。在另一個示例中，可使用機械耐用性燒結(jié)涂層(諸如納米二氧化硅)以通過化學(xué)方式創(chuàng)建預(yù)定義通道160。可采用水分散體中的涂層粒子，并隨后通過加熱的應(yīng)用進行燒結(jié)。也可使用酸燒結(jié)法來創(chuàng)建預(yù)定義通道160，如美國專利公開20110033694中所述，該專利的全部內(nèi)容通過引用方式并入本文。

在一些其它情況下，第一共振器主表面132經(jīng)處理以生成預(yù)定義通道160，從而致使環(huán)境響應(yīng)性材料不大可能以某方式進行流動。在這些情況下，相對于環(huán)境響應(yīng)性材料而言，由于進行了不相容涂層處理，可抑制某些處理過的區(qū)域的流動性。例如，第一共振器主表面可圍繞該表面周長進行以下處理或涂上以下涂層：該處理或涂層抑制環(huán)境響應(yīng)性材料朝邊緣流動。在一些實施方案中，對第一共振器主表面進行兩種不同的處理，使得某些區(qū)域的流動性得到促進，而其它區(qū)域則沒有。在一些實施方案中，基于給定傳感器應(yīng)用中對親水性通道、疏水性通道、親油性通道、或疏油性通道的特定需求來選擇化學(xué)處理方式或涂層。例如，對于蠟形式的環(huán)境響應(yīng)性材料，可將該表面制成疏油性表面，以抑制通道中的流動性或周長周圍的流動性。

殼體150可使用剛性材料，為共振器130提供足夠的共振或振動空間。殼體150可以是塑料或任何其它非導(dǎo)電性材料。殼體可包括支承結(jié)構(gòu)或突起，用以例如防止共振器130離開偏置磁體110太遠，或用以減小共振器與殼體之間發(fā)生摩擦或粘性相互作用的可能性。殼體150可密封并固定磁偏置層110、間隔件120、和共振器130。殼體150可通過例如粘合劑、熱封、超聲焊接等進行固定。在一些情況下，間隔件120可以是殼體150的支承結(jié)構(gòu)(例如，突起)，這些結(jié)構(gòu)限定安置多個部件的平面。殼體150可具有開口、出口、開孔、或可透性材料，以允許共振器與外部環(huán)境相互作用。與共振器相互作用的環(huán)境因素包括，例如，空氣、水、蒸汽、液體、氣體、生物物質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)、孢子等。

圖1D是示出環(huán)境改變后的MMR傳感器100的示例的側(cè)視圖；并且圖1E是掀開蓋子后的圖1D所示的示例的頂部平面圖。環(huán)境變化接收器140已經(jīng)響應(yīng)于環(huán)境變量的變化(諸如溫度升高)而改變其形成。如圖所示，環(huán)境變化接收器140沿著預(yù)定義通道160進行分布，該預(yù)定義通道與共振器130的第一共振器主表面132附接。由于環(huán)境變化接收器140在共振器130上的此類部署狀況，共振器130的質(zhì)量發(fā)生改變。

對于MMR傳感器，操作原則在于：將共振頻率變化作為共振器質(zhì)量變化和/或共振器上的質(zhì)量分布變化的結(jié)果，例如，材料粘結(jié)、材料消除、材料流動。通常將磁致彈性薄帶(即，共振器)用于傳感器構(gòu)建。在自由直立帶下縱向模式中的第一階共振頻率f₀為：

其中L為共振器的長度，并且參數(shù)E和ρ分別是傳感器的有效楊氏模量和質(zhì)量密度。

當(dāng)厚度與寬度具有可比性但是仍顯著小于長度時，則視為薄帶處于平面應(yīng)變狀態(tài)。在此情況下，平面應(yīng)變楊氏模量可表述為：

其中v是材料的泊松比。

對于自由直立式細長帶，應(yīng)使用平面應(yīng)力或雙軸模量將天然頻率關(guān)系修改為：

則第一階頻率為：

假設(shè)磁致彈性帶表面上均勻設(shè)置了連續(xù)的固體質(zhì)量，共振頻率的變化可近似為：

其中Δf、ΔE和Δm分別是由于材料部署所導(dǎo)致的共振頻率變化、有效楊氏模量變化、以及共振器質(zhì)量變化。

在物理學(xué)和機械學(xué)上，質(zhì)量分布是固體內(nèi)質(zhì)量的空間分布。當(dāng)質(zhì)量連續(xù)設(shè)置在共振器表面上時，例如，該質(zhì)量作為均勻的薄膜涂層連續(xù)設(shè)置在共振器表面上時，將該質(zhì)量視為磁機械系統(tǒng)中的分布式質(zhì)量。對于質(zhì)量分布均勻的磁致彈性帶的第一階靜態(tài)縱向振動而言，該帶的振動可假設(shè)為：

其中分別地，u(x,t)是位置x處發(fā)生的位移，并且t為時間變量。假設(shè)原始點在帶的長軸中心，l是帶長L的一半，A(t)為假設(shè)在特定時間t時的振幅變量。中心為靜態(tài)節(jié)點，并且兩端的振幅最大。則由質(zhì)量分布均勻所導(dǎo)致的動能T_d為：

其中M_o為帶的初始質(zhì)量：

M₀＝ρsL＝2ρsl (11)

理論上講，將集中質(zhì)量視為質(zhì)點質(zhì)量。圖2A是共振器的示意性物理模型。橫向維度上的寬度和厚度的尺寸比縱向維度上的更小，例如，寬度是長度的1/5。縱向長度為L。長度l是縱向長度L的一半。共振器的中心為振動節(jié)點并且將其假定為縱向軸線上的原始點O。為了說明集中質(zhì)量對傳感器反應(yīng)的影響，假設(shè)集中質(zhì)量M_c定位在傳感器表面上距離原始點O l_c的位置處。

在實際實現(xiàn)方式中，集中質(zhì)量是質(zhì)量的集合或聚合，其中該質(zhì)量的尺寸明顯小于共振器表面。例如，集中質(zhì)量是少量生物細胞，這些細胞與生物檢測系統(tǒng)中的共振器附接。當(dāng)集中質(zhì)量與共振器附接時，獲得以下等式：

其中M_c為環(huán)境響應(yīng)性材料的集中質(zhì)量，并且l_c為集中質(zhì)量在共振器130上的位置。由于集中質(zhì)量沿著縱向軸線設(shè)置在不同位置所導(dǎo)致的頻率偏移在圖2B中示出。頻率偏移隨著位于傳感器端側(cè)處的集中質(zhì)量M_c的頻率偏移而按比例變化。如圖所示，頻率偏移與集中質(zhì)量的位置相關(guān)。集中質(zhì)量的位置(距離中心的距離)隨著共振器的長度而按比例變化，而距離0和1分別表示位于中心處和遠端處的集中質(zhì)量。

如圖2B所示，當(dāng)中心質(zhì)量移動遠離共振器中心時，頻率明顯發(fā)生更大的偏移。盡管滯留節(jié)點處沒有發(fā)生任何移動(或動能為零)，動能在從中心朝共振器端部移動的位置中變得越來越明顯。因此，與共振器附接的給定集中質(zhì)量可以對共振器的頻率響應(yīng)具有更大的影響。

對于分布式質(zhì)量部署，諸如材料從中心開始流動，假設(shè)材料密度在流動期間恒定，有效沉積質(zhì)量為：

其中l(wèi)_t、ρ₂和S₂分別為流動距離、質(zhì)量密度、和流動質(zhì)量的截面積。有效沉積質(zhì)量基于以下假設(shè)進行計算：質(zhì)量沿著縱向方向均勻流動。如果集中質(zhì)量設(shè)置在傳感器中心處，則頻率偏移不明顯。然而，當(dāng)質(zhì)量流動到傳感器的端部時，頻率發(fā)生相對較大的偏移。

M_t-有效的＝0，當(dāng)l_t＝0； (14a)

M_t-有效的-ρ₂s₂l，當(dāng)l_t-1 (14b)

對于分布式質(zhì)量沉積，頻率偏移為：

對于分布式質(zhì)量沉積，由于質(zhì)量流動所導(dǎo)致的頻率偏移在圖2C中示出。流動距離隨著傳感器的長度而按比例變化，而流動距離0表示傳感器中心處的質(zhì)量。當(dāng)質(zhì)量流動至傳感器端部時，流動距離為1。頻率偏移隨著到達傳感器端側(cè)的流動質(zhì)量的頻率偏移而按比例變化。頻率偏移與初始頻率、流動質(zhì)量密度、涂層厚度和流動距離直接相關(guān)。

根據(jù)這些原理，不僅質(zhì)量的增減改變了共振器的共振頻率，而且質(zhì)量分布的變化也改變了頻率。重新分布從共振器中心到端部的質(zhì)量使共振頻率下降；反之，改變從共振器的端部到中心的質(zhì)量使共振頻率增加。

圖3A是MMR傳感器200的一個實施方案的側(cè)視圖。圖3B是掀開蓋子后的MMR傳感器200的頂部平面圖，并且圖3C是MMR傳感器200的分解圖。在所示的實施方案中，傳感器200包括磁偏置層210、間隔件220、共振器230、環(huán)境變化接收器240、和任選殼體250。磁偏置層210、間隔件220、共振器230和環(huán)境變化接收器240容納在殼體250中。磁偏置層210、間隔件220、共振器230和環(huán)境變化接收器240可具有與圖1A-1C所示的相應(yīng)部件相同或類似的組成。

磁偏置層210具有第一磁性表面212和相背對的第二磁性表面214。間隔件220設(shè)置在磁偏置層210與共振器230之間。間隔件220具有第一間隔件表面222和相背對的第二間隔件表面224。第二間隔件表面224與第一磁性表面212相鄰。共振器230具有第一共振器主表面232和相背對的第二共振器主表面234。第二共振器主表面234面向第一磁性表面212。如圖所示，環(huán)境變化接收器240靠近第一共振器主表面的一個邊緣進行設(shè)置。通常，環(huán)境變化接收器240可響應(yīng)于環(huán)境變化(諸如水流或氣流變化)而發(fā)生其體積或部署變化。在一些情況下，第一共振器表面212可具有預(yù)定義通道(附圖未示出)，這允許環(huán)境變化接收器240響應(yīng)于環(huán)境變化而沿著至少部分預(yù)定義通道流動。

圖3D是示出了環(huán)境改變后的MMR傳感器200的示例的側(cè)視圖。環(huán)境變化接收器240響應(yīng)于環(huán)境變量的變化(諸如經(jīng)歷清洗周期)而發(fā)生其體積的縮小。由于共振器230上的環(huán)境變化接收器240的體積減小，共振器230的質(zhì)量發(fā)生改變。

圖4A–4F示出共振器400上的預(yù)定義通道的一些示例。圖4A示出卵形的預(yù)定義通道410A。圖4B示出預(yù)定義通道410B，該通道具有卵形的中心部分430B、和兩個端部420B、以及中心部分430B與端部420B之間的路徑425B。端部420B的寬度與路徑425B的寬度類似。圖4C示出預(yù)定義通道410C，該通道具有卵形的中心部分430C、兩個端部420C、以及中心部分430C與端部420C之間的路徑425C。端部420C為越靠近端部越寬的三角形。

圖4D示出預(yù)定義通道410D，該通道具有兩個端部420D，每個端部均為矩形。圖4E示出預(yù)定義通道410E，該通道具有中心部分430E、兩個端部420E、以及中心部分430E與端部420E之間的路徑425E。端部420E的寬度大于路徑425E的寬度。圖4F示出預(yù)定義通道410F，該通道具有中心部分430F、兩個端部420F、以及中心部分430F與端部420F之間的路徑425F。端部420F為越靠近端部越寬的三角形。

圖5A-5G示出環(huán)境變化期間和環(huán)境變化之后共振器500上的通道構(gòu)造和質(zhì)量分布的一些示例。圖5A示出通道510A，該通道具有中心部分530A、兩個端部520A、以及連接中心部分530A與端部520A的路徑525A。端部520A為大致矩形的。環(huán)境變化接收器540A設(shè)置在兩個端部520A處，并且響應(yīng)于環(huán)境變化而沿著路徑525A朝中心部分530A進行分布。

圖5B示出通道510B，該通道具有中心部分530B、兩個端部520B、以及連接中心部分530B與端部520B的路徑525B。端部520B為大致矩形的。路徑525B越靠近端部520B逐漸變得越寬。環(huán)境變化接收器540B設(shè)置在兩個端部520B處，并且響應(yīng)于環(huán)境變化而沿著路徑525B朝中心部分530B進行分布。圖5C示出通道510C，該通道具有中心部分530C、兩個端部520C、以及連接中心部分530C與端部520C的路徑525C。中心部分530C為大致卵形的。端部520C和路徑525C寬度相同。環(huán)境變化接收器540C設(shè)置在中心部分530C處，并且響應(yīng)于環(huán)境變化而沿著路徑525C朝端部520C進行分布。

圖5D示出通道510D，該通道具有中心部分530D、兩個端部520D、以及連接中心部分530D與端部520D的路徑525D。中心部分530D為大致圓形的。端部520D為大致矩形的。環(huán)境變化接收器540D設(shè)置在中心部分530D處，并且響應(yīng)于環(huán)境變化而沿著路徑525D朝端部520D進行分布。

圖5E示出通道510E，該通道具有中心部分530E、兩個端部520E、以及連接中心部分530E與端部520E的路徑524E。中心部分530E為大致卵形的。端部520E為越靠近邊緣越寬的三角形。環(huán)境變化接收器540E設(shè)置在端部520E處，并且響應(yīng)于環(huán)境變化而沿著路徑524E朝中心部分530E進行分布。

圖5F示出通道510F，該通道具有中心部分530F、兩個端部520F、以及連接中心部分530F與端部520F的路徑525F。中心部分530F為大致卵形的。端部520F為越靠近邊緣越寬的三角形。環(huán)境變化接收器540F設(shè)置在中心部分530F處，并且響應(yīng)于環(huán)境變化而沿著路徑525F朝端部520F進行分布。

圖5G示出通道510G，該通道具有中心部分530G、一個端部520G、一個端部521G、連接中心部分530G與端部520G的親流性路徑525G、以及連接中心部分530G與端部521G的疏流性路徑527G。中心部分530G為大致卵形的。環(huán)境變化接收器540G設(shè)置在中心部分530G處，并且沿著路徑525G朝端部520G而不是沿著路徑527G進行分布。

圖6A-6D示出預(yù)設(shè)置在共振器550上的環(huán)境變化接收器的一些示例，這些環(huán)境變化接收器與流體相互作用時其屬性通常發(fā)生改變。在一些實施方案中，環(huán)境變化接收器的重量響應(yīng)于環(huán)境變化而下降。例如，當(dāng)傳感器設(shè)置在洗滌器中時，至少部分環(huán)境變化接收器被洗掉。在一些其它實施方案中，環(huán)境變化接收器吸收流體，并且其重量響應(yīng)于環(huán)境變化而增加。例如，環(huán)境變化接收器吸收氣體和/或液體，并變得更重。圖6A示出包括兩個接收器元件的環(huán)境變化接收器560A，每個元件均靠近共振器550的邊緣進行設(shè)置。圖6B示出環(huán)境變化接收器560B，該接收器包括一個靠近共振器550的某側(cè)進行設(shè)置的接收器元件。圖6C示出包括兩個接收器配件的環(huán)境變化接收器560C，每個配件均靠近共振器550的邊緣進行設(shè)置。接收器560C的每個配件均包括接收器元件的點狀分布圖案。圖6D示出包括兩個配件的環(huán)境變化接收器560D，每個配件均靠近共振器550的邊緣進行設(shè)置。接收器560D的每個配件均包括接收器元件的線狀分布圖案。

圖7A示出MMR傳感器650A的一個實施方案的剖視圖。在所示的實施方案中，傳感器650A包括磁偏置層660A、間隔件670A、共振器680A、和任選的殼體690A。磁偏置層660A、間隔件670A和共振器680A設(shè)置在殼體690A中。磁偏置層660A、間隔件670A、和共振器680A可具有與圖1A-1C所示的相應(yīng)部件相同或類似的組成。磁偏置層660A具有第一磁性表面662A和相背對的第二磁性表面664A。間隔件670A設(shè)置在磁偏置層660A與共振器680A之間。共振器680A具有第一共振器主表面682A和相背對的第二共振器主表面684A。第二共振器主表面684A面向第一磁性表面662A。在所示的實施方案中，間隔件670A包括環(huán)境變化接收器675A，其被構(gòu)造成在吸收流體時快速膨脹。在一些實施方案中，環(huán)境變化接收器675A可包含多孔材料，諸如天然海綿或合成海綿、吸水性凝膠、或超吸收性聚合物等。海綿可以用纖維素、聚酯或其它聚合物制成。超吸收性聚合物可包括例如聚丙烯酸酯/聚丙烯酰胺共聚物、聚乙烯醇共聚物。圖7B示出與流體相互作用后的MMR傳感器650A的示例的剖視圖。間隔件670A的厚度增加之后，共振器680A衰減，并且其共振頻率發(fā)生偏移或消失。

圖7C示出MMR傳感器650C的另一個實施方案的剖視圖。在所示的實施方案中，傳感器650C包括磁偏置層660C、間隔件670C、共振器680C、和任選的殼體690C。磁偏置層660C、間隔件670C和共振器680C容納在殼體690C中。在此構(gòu)造中，間隔件670C包括兩個配件：間隔件670C的一個配件671C，其設(shè)置在磁偏置層660C與共振器680C之間；和另一配件672C，其設(shè)置在共振器680C與殼體690C之間。磁偏置層660C、間隔件670C、和共振器680C可具有與圖1A-1C所示的相應(yīng)部件相同或類似的組成。磁偏置層660C具有第一磁性表面662C和相背對的第二磁性表面664C。共振器680C具有第一共振器主表面682C和相背對的第二共振器主表面684C。第二共振器主表面684C面向第一磁性表面662C。在所示的實施方案中，間隔件配件672C包括環(huán)境變化接收器675C，其被構(gòu)造成在吸收流體后快速膨脹。在一些實施方案中，環(huán)境變化接收器675C可包含多孔材料等。海綿可以用纖維素、聚酯或其它聚合物制成。超吸收性聚合物可包括例如聚丙烯酸酯/聚丙烯酰胺共聚物，聚乙烯醇共聚物。圖7D示出與流體相互作用后的MMR傳感器650C的示例的剖視圖。間隔件670C的厚度增加之后，共振器680C衰減，并且其共振頻率發(fā)生偏移或消失。

圖8A-8H示出殼體結(jié)構(gòu)不同的MMR傳感器800的一些示例。圖8A是MMR傳感器800的一個實施方案的剖視圖，并且圖8B是掀開蓋子后的圖8A所示的MMR傳感器800的頂視圖。MMR傳感器800包括殼體850、磁偏置層810、間隔件820、共振器830。殼體850包括盒體855和蓋子860。作為圖8G中示出的殼體的示例，蓋子可具有開口862，以允許共振器與環(huán)境因素相互作用。開口862可具有任何形狀，例如，矩形、卵形、圓形、波浪形、不規(guī)則圖形等。

圖8C是MMR傳感器800的一個實施方案的剖視圖，并且圖8D是掀開蓋子后的圖8C中示出的MMR傳感器800的頂視圖。在所示的實施方案中，殼體850包括尖角支承結(jié)構(gòu)843，以支承共振器830；和尖角結(jié)構(gòu)840，以在殼體850與共振器830之間創(chuàng)建間隔，以減小殼體850與共振器830之間的相互作用。蓋子860也可具有尖角結(jié)構(gòu)，以支承或限制共振器830以減少殼體850與共振器830之間的相互作用。殼體850可包括兩個單獨的腔室852和854。磁偏置層810設(shè)置在腔室852中，并且共振器830設(shè)置在腔室854中。在一些情況下，腔室854具有開口，以允許共振器830與環(huán)境因素相互作用。

圖8E是MMR傳感器800的一個實施方案的剖視圖，并且圖8F是掀開蓋子后的圖8E中示出的MMR傳感器800的頂部平面圖。在所示的實施方案中，殼體850包括支承結(jié)構(gòu)844，以支承共振器830。殼體850可包括兩個單獨的腔室852和854。磁偏置層810設(shè)置在腔室852中，并且共振器830設(shè)置在腔室854中。在一些情況下，腔室854具有開口，以允許共振器830與環(huán)境因素相互作用。

在一些實施方案中，如圖8H所示，MMR傳感器800可具有不止一個共振器830和832以及一個磁偏置層810。殼體850可包括兩個單獨的腔室852和854。磁偏置層810和共振器832用間隔件(未示出)設(shè)置在腔室852中，并且共振器830設(shè)置在腔室854中。在一些情況下，腔室854具有開口，以允許共振器830與環(huán)境因素相互作用。在一些情況下，共振器832可作為控制件，該控制件的共振頻率在測量環(huán)境變化的過程中將不發(fā)生改變。

圖9A示出使用一個或多個MMR傳感器的感測系統(tǒng)600的一個實施方案。在所示的實施方案中，感測系統(tǒng)600包括待設(shè)置到環(huán)境620中的MMR傳感器610。環(huán)境620可以是封閉式環(huán)境(例如，洗滌器、消毒器等)或開放式環(huán)境(例如，土壤、水、空氣等)。MMR傳感器610可以是本公開所述的MMR傳感器中的任一者。感測系統(tǒng)600包括閱讀器630。閱讀器630被構(gòu)造成測量MMR傳感器610的頻率特征。在一些情況下，閱讀器630在環(huán)境變量已經(jīng)改變后測量一次MMR傳感器610的頻率特征。閱讀器630或一些其它計算裝置可基于頻率測量值來確定環(huán)境變量是否已經(jīng)變得高于預(yù)定閾值或低于預(yù)定閾值。在一些其它情況下，閱讀器630可以在環(huán)境變量已經(jīng)改變之前測量MMR傳感器的變化前的頻率特征，并且在環(huán)境變量已經(jīng)改變之后測量MMR傳感器的改變后的頻率特征。在此類情況下，閱讀器630或一些其它計算裝置可基于頻率測量值來確定環(huán)境變量是否已經(jīng)變得高于預(yù)定閾值或低于預(yù)定閾值，該頻率測量值基于變化前的頻率特征以及改變后的頻率特征。

在一些實施方案中，閱讀器630包括電磁式勵磁電路，該電路控制、生成并發(fā)起電磁波，以刺激MMR傳感器610。該刺激過程為MMR傳感器610提供轉(zhuǎn)化以及存儲為振蕩運動的電源，其中所存儲的能量在動能與勢能之間循環(huán)變化。當(dāng)撤除刺激之后，MMR傳感器610消耗掉以運動形式存儲的能量、待被閱讀器630檢測到的所輻射的聲能和電磁能。在一些實施方案中，閱讀器630可測量MMR傳感器的一系列頻率特征，以監(jiān)測針對環(huán)境變量的變化。在一些情況下，閱讀器630被構(gòu)造成確定其中共振器響應(yīng)最大時的頻率。

在一些實施方案中，閱讀器630為振蕩器，其可掃描一系列頻率，以及麥克風(fēng)，以在其被供電時通過聲學(xué)方式檢測傳感器的響應(yīng)。當(dāng)供電頻率與共振頻率吻合時，傳感器的響應(yīng)將達到最大，從而允許對任何由于環(huán)境變量變化所導(dǎo)致的共振頻率偏移的測量。

上述任何將頻率變化與MMR傳感器參數(shù)變化關(guān)聯(lián)的等式可重新進行排列，以計算作為頻率變化函數(shù)的傳感器參數(shù)變化值。例如，等式(5)可重新排列為：

在一些實施方案中，閱讀器被設(shè)計為掃描一系列頻率，以在某環(huán)境變化已經(jīng)發(fā)生之前和之后確定MMR傳感器的共振頻率，并由此測量由于傳感器參數(shù)變化所導(dǎo)致的相對頻率偏移。傳感器參數(shù)(例如，質(zhì)量分布變化)繼而與某物理過程中的環(huán)境變化(例如，傳感器上蠟顆粒的(沿著控制通道)熔化和流動)相關(guān)。

閱讀器630可使用許多檢測方法。例如，閱讀器630可包括阻抗分析器。當(dāng)其導(dǎo)磁率在掃頻朝其共振頻率移動的時候增加時，MMR傳感器610的阻抗增加，并且當(dāng)掃頻處于共振頻率時，MMR傳感器的阻抗處于其最大值。作為另一個示例，當(dāng)MMR傳感器的共振移動可檢測為聲波時，例如，范圍在30kHz–100kHz的聲波，閱讀器630可包括頻譜分析器(例如，超聲麥克風(fēng)等)。作為又一個示例，閱讀器630可包括運動檢測裝置，以觀察傳感器的位移。在一些情況下，閱讀器630可測量MMR傳感器的共振信號衰減(衰蕩)至預(yù)定水平的持續(xù)時間(T)，如圖10所示。

圖9B-9D示出使用一個或多個設(shè)置在容器中的MMR傳感器的感測系統(tǒng)600的另一個實施方案。MMR傳感器610B設(shè)置在容器640中，例如，消毒容器中。MMR傳感器610B可以是本公開所述的MMR傳感器中的任一者。作為圖9C中所示出的示例，容器640用于在消毒流程中將一種或多種手術(shù)或醫(yī)療器械9110封閉起來。容器640也可用于容納任何其它在用于醫(yī)療手術(shù)之前待消毒的制品、流體等。用于構(gòu)建消毒容器的材料通常為金屬或金屬合金，然而任何可通過消毒流程的材料可用于構(gòu)建容器640。材料可以是剛性或柔性材料。在一些實施方案中，容器材料是一種這樣的材料：其允許某些頻率上的電磁波至少部分地通過。由導(dǎo)電材料(諸如鋁)制成的容器充當(dāng)電磁波護罩，但是這種防護并不是完善的。在本公開所關(guān)注的多個頻率下，例如，大約50kHz下，容器為鋁制容器(電阻率ρ＝2.6548μΩ·cm，相對磁導(dǎo)率μr＝1.000022)，趨膚深度δ＝366.73μm。穿過容器壁(例如，壁的厚度d＝2mm)的衰減性為e-d/δ＝4.28×10-3。該衰減程度允許足夠的電磁波進行傳輸以刺激MMR傳感器發(fā)生共振。在一些實施方案中，槽位或開孔或其它開口可刺穿容器640的一面或多面?zhèn)缺冢栽试S電磁波進出容器640進行傳輸。容器640可以是任何適合于封閉其內(nèi)容物的形狀和尺寸。在一些實施方案中，如果電磁波由于材料的成分或材料的厚度或其它原因不能透過該材料，槽位、或開孔或其它開口可刺穿容器640的一面或多面?zhèn)缺冢栽试S電磁波進出容器640進行傳輸。容器640可以是任何適合于封閉其內(nèi)容物的形狀和尺寸。

圖9C是處于開放式構(gòu)造中的容器640的視圖，MMR傳感器610B和一些手術(shù)器械9110放置在該容器中。在一些實施方案中，一個或多個MMR傳感器可放置于容器640內(nèi)的任何位置?？蓪⒉恢挂粋€MMR傳感器放置在相同的消毒容器內(nèi)。本文所述的任何MMR傳感器均可設(shè)置在容器640內(nèi)。在使用不止一個MMR傳感器的情況下，這些MMR傳感器可以是相同的或不同的構(gòu)造。

圖9D示出具有一個或多個設(shè)置在環(huán)境620內(nèi)的容器640的感測系統(tǒng)600。每個容器640可具有一個或多個MMR傳感器610B。感測系統(tǒng)600包括閱讀器630，如上所述。作為示例，閱讀器630可以是頻率分析器。

圖11A示出MMR感測系統(tǒng)的一個實施方案的流程圖。首先，將MMR傳感器設(shè)置在環(huán)境中(步驟710)。MMR傳感器可以是本文所述的MMR傳感器中的任一者。接著，MMR閱讀器在環(huán)境變量已經(jīng)改變之后測量MMR傳感器的頻率特征(步驟720)。該系統(tǒng)基于所測量的頻率特征評估針對環(huán)境變量的變化(步驟730)。

圖11B示出用于監(jiān)測消毒流程的有效性的MMR感測系統(tǒng)的一個實施方案的流程圖。一個或多個MMR傳感器設(shè)置在消毒容器內(nèi)(步驟1110)。本文所述的任何MMR傳感器可設(shè)置在消毒容器內(nèi)，并且不止一個MMR傳感器可放置在相同的消毒容器中。在使用不止一個MMR傳感器的情況下，MMR傳感器可以是相同的或不同的構(gòu)造。任選地，閱讀器測量MMR傳感器的共振頻率，并且該測量值可作為基線共振頻率(步驟1120)?？梢栽谙救萜魈幱诜忾]式構(gòu)造或開放式構(gòu)造時執(zhí)行步驟1120。例如，在其中MMR傳感器的基線共振頻率已知的情形下，可忽略步驟1120。然而，進行步驟1120核實了MMR傳感器實際上放置在消毒容器內(nèi)。接著，消毒容器及其內(nèi)容物經(jīng)過消毒流程(步驟1130)。消毒流程之后，閱讀器測量MMR傳感器的共振頻率(步驟1140)?？梢栽谙救萜魈幱诜忾]式構(gòu)造或開放式構(gòu)造時執(zhí)行步驟1140。接著，比較MMR傳感器的基線共振頻率與消毒后的共振頻率(步驟1140)。在一些實施方案中，消毒流程后共振頻率改變超出閾值，這可用于表示消毒流程的有效性。

實施例

實施例1

MMR傳感器組件—圖案化毛細作用繩

參考圖1A以及環(huán)境變化接收器140位置的改變，MMR傳感器100通過以下方式進行組裝。使用物理技術(shù)在共振器130的第一共振器主表面132上創(chuàng)建通道160。使用從美國北卡羅來納州芒特霍利的Excell Mills公司(Excell Mills,Inc.,Mount Holly,NC)獲得的長3.5cm(1.4英寸)且直徑為4.7E-2cm(1.9E-2英寸)的毛細作用繩來創(chuàng)建通道160。以圖4B所述的圖案用美國明尼蘇達州圣保羅的3M公司(3M Company,St Paul,MN)的Scotch467MP粘合劑將毛細作用繩粘附到第一共振器主表面132的長軸上。選擇從美國南卡羅來納州康威的公司(of Conway,South Carolina)獲得的尺寸為3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×3.0E-3mm(1.2E-3英寸)的2826MB磁性合金(2826MB Magnetic Alloy)來制造共振器130。尺寸為3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的間隔件120由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)進行構(gòu)建，該ABS從美國明尼蘇達州伊登普雷利的塑料國際公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)獲得。磁偏置層110容納間隔件120，該磁偏置層以ArnoKromeTM III從美國伊利諾斯州馬倫戈的阿諾德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)商購獲得，尺寸為2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)。封裝磁偏置110、間隔件120和共振器130三層的殼體150由從美國明尼蘇達州伊登普雷利的塑料國際公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)獲得的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)進行構(gòu)建。環(huán)境變化接收器140包含從美國堪薩斯州堪薩斯城的Langley/Empire Candle有限公司(Langley/Empire Candle LLC,Kansas City,KS)獲得的蠟。環(huán)境變化接收器140為固體顆粒形式，質(zhì)量為5.0mg。

比較例1和實施例2

MMR傳感器—圖案化毛細作用繩

實施例1中組裝的MMR傳感器的共振頻率用型號4294A的精密阻抗分析器(model 4294A Precision Impedance Analyzer)裝置進行測量，該裝置具有型號16047的連接器附件，這兩者均從美國加利福尼亞州圣克拉拉的安捷倫公司(Agilent,Santa Clara,CA)獲得。該裝置由安捷倫公司(Agilent)于2013年11月15日進行校準(zhǔn)。構(gòu)建定制的MMR刺激/檢測線圈組件，該組件包括圍繞高介電性聚氯乙烯(PVC)管的漆包線的緊密繞線。該管上構(gòu)建有槽位，以容納MMR傳感器。將100圈#24規(guī)格的漆包線纏繞在直徑2.2cm(7.9E-1英寸)的介電管上，其中繞線長5.7cm(2.2英寸)，所測量的電感值為70.6uH。將線圈與16047連接器附件的HIGH和LOW端口連接，并將MMR傳感器放置到定制的線圈組件中。用掃描范圍在57.3kHz至59.3kHz的2mA振蕩電流來測量MMR傳感器的實際和反應(yīng)性阻抗分量。測量共振頻率(E2)，并將其與基線值(CE1)進行比較。表1提供了經(jīng)受環(huán)境變化時MMR傳感器頻率偏移的概覽。

表1—圖案化毛細作用繩

實施例3

MMR傳感器組件—圖案化毛細作用紙材

參考圖1A以及環(huán)境變化接收器140位置的改變，MMR傳感器100通過以下方式進行組裝。使用物理技術(shù)在共振器130的第一共振器主表面132上創(chuàng)建通道160。使用多張3.7cm(1.5英寸)×3.6E-1至4.1E-1cm(1.4E-1至1.6E-1英寸)×2.0E-2cm(7.9E-3英寸)的從美國明尼蘇達州圣保羅的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)獲得的Nexcare急救Gentile紙帶(Nexcare First Aid Gentile Paper Tape)來創(chuàng)建通道160。以圖4B所述的圖案將毛細作用紙材粘附到第一共振器主表面132的長軸上。選擇從美國南卡羅來納州康威的公司(of Conway,South Carolina)獲得的尺寸為3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×3.0E-3cm(1.2E-3英寸)的Metglas^TM2826MB磁性合金(Metglas^TM2826MB Magnetic Alloy)來制造共振器130。尺寸為3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的間隔件120由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)進行構(gòu)建，該ABS從美國明尼蘇達州伊登普雷利的塑料國際公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)獲得。磁偏置層110容納間隔件120，該磁偏置層以ArnoKrome^TMIII從美國伊利諾斯州馬倫戈的阿諾德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)商購獲得，尺寸為2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)。封裝磁偏置110、間隔件120和共振器130三層的殼體150由從美國明尼蘇達州伊登普雷利的塑料國際公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)獲得的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)進行構(gòu)建。環(huán)境變化接收器140包含從美國堪薩斯州堪薩斯城的Langley/Empire Candle有限公司(Langley/Empire Candle LLC,Kansas City,KS)獲得的蠟。環(huán)境變化接收器140為固體顆粒形式，并且質(zhì)量范圍為3.0-7.0mg。

比較例2-3和實施例4-5

MMR傳感器—圖案化毛細作用紙材

實施例3中組裝的MMR傳感器的共振頻率用型號4294A的精密阻抗分析器(model 4294A Precision Impedance Analyzer)裝置進行測量，該裝置具有型號16047的連接器附件，這兩者均從美國加利福尼亞州圣克拉拉的安捷倫公司(Agilent,Santa Clara,CA)獲得。該裝置由安捷倫公司(Agilent)于2013年11月15日進行校準(zhǔn)。構(gòu)建定制的MMR刺激/檢測線圈組件，該組件包括圍繞高介電性聚氯乙烯(PVC)管的漆包線的緊密繞線。該管上構(gòu)建有槽位，以容納MMR傳感器。將100圈#24規(guī)格的漆包線纏繞在直徑2.2cm(7.9E-1英寸)的介電管上，其中繞線長5.7cm(2.2英寸)，所測量的電感值為70.6uH。將線圈與16047連接器附件的HIGH和LOW端口連接，并將MMR傳感器放置到定制的線圈組件中。用掃描范圍在45kHz至55kHz的2mA振蕩電流來測量MMR傳感器的實際和反應(yīng)性阻抗分量。測量共振頻率(E4和E5)并將其與共振器和粘貼帶的兩個基線值(CE2和CE3)進行比較。表2提供了經(jīng)受環(huán)境變化時MMR傳感器頻率偏移的概覽。

表2—圖案化毛細作用紙材

實施例6

MMR傳感器組件—數(shù)字化清洗

參考圖1A以及環(huán)境變化接收器140位置的改變，MMR傳感器100通過以下方式進行組裝。尺寸為3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×3.0E-3cm(1.2E-3英寸)的共振器130以2826磁性合金(2826Magnetic Alloy)從美國南卡羅來納州康威(Conway,South Carolina)商購獲得。尺寸為3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的間隔件120由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)進行構(gòu)建，該ABS從美國明尼蘇達州伊登普雷利的塑料國際公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)獲得。磁偏置層110容納間隔件120，該磁偏置層以ArnoKromeTM III從美國伊利諾斯州馬倫戈的阿諾德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)商購獲得，尺寸為2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)。封裝磁偏置110、間隔件120和共振器130三層的殼體150由從美國明尼蘇達州伊登普雷利的塑料國際公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)獲得的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)進行構(gòu)建。環(huán)境變化接收器140包含固體形式的質(zhì)量范圍為3.0-32mg的3M土壤(3M Soil)，該土壤從美國明尼蘇達州圣保羅的3M公司(3M Company,Saint Paul,MN)商購獲得。以圖4D所述的圖案將環(huán)境變化接收器140粘附到第一共振器主表面132的長軸上。

比較例4和實施例7-9

MMR傳感器—數(shù)字化清洗

如實施例6所述而組裝的其它MMR傳感器通過以下工具進行測量：模擬器件公司(Analog Devices)的阻抗分析器評估單板AD5933EBZ(impedance analyzer evaluation board AD5933EBZ)，該單板從美國馬薩諸塞州諾伍德的模擬器件公司(Analog Devices,Norwood,MA)獲得；和繞線線圈，用以記錄基線共振頻率。將100圈#24規(guī)格的漆包線纏繞在直徑2.2cm(7.9E-1英寸)的PVC介電管上，其中繞線長4.0cm，所測量的電感值為156.0uH。將多種質(zhì)量的由美國明蘇尼達州圣保羅的3M公司(3M Company,Saint Paul,MN)供應(yīng)的3M土壤(3M Soil)沉積在共振器的端部上并進行干燥(圖8A和圖8B)。用磁力攪拌器將MMR傳感器放到加熱板上的盛有水的燒杯中。從腔室中取出MMR傳感器，并測量MMR傳感器的共振頻率(E10-E12)并將其與基線值(CE4)進行比較。表3列出了基線共振頻率和所測量的共振頻率。共振頻率的成功偏移導(dǎo)致：成功地檢測到器械進行了數(shù)字化清洗。圖12A是在沒有使用3M土壤(3M Soil)的情況下相對于頻率的阻抗基線代表(CE4)。圖12B示出在共振器一端上存在3M土壤(3M Soil)的情況下共振器的相對于頻率響應(yīng)的阻抗(E7)。圖12C示出在共振器兩端均存在3M土壤(3M Soil)的情況下共振器的相對于頻率響應(yīng)的阻抗(E8)。圖12D示出在將3M土壤(3M Soil)完全涂敷到共振器表面的情況下共振器的相對于頻率響應(yīng)的阻抗(E9)。

表3—數(shù)字化清洗

實施例10

MMR傳感器組件—消毒

參考圖1A以及環(huán)境變化接收器140位置的改變，MMR傳感器100通過以下方式進行組裝。使用納米二氧化硅的機械耐用性燒結(jié)涂層將通道160通過化學(xué)方式涂覆到共振器130的第一共振器主表面132上。采用來自水分散體中的納米二氧化硅粒子，并且通過加熱的應(yīng)用進行燒結(jié)。在尺寸為3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×3.0E-3cm(1.2E-3英寸)的共振器130上形成2.7cm(1.1英寸)×3.0E-1cm(1.2E-1英寸)的通道圖案，該共振器以2826磁性合金(2826Magnetic Alloy)從美國南卡羅來納州康威(Conway,South Carolina)商購獲得。以圖4B所述的圖案將該涂層粘附到第一共振器主表面132的長軸上。尺寸為3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的間隔件120由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)進行構(gòu)建，該ABS從美國明尼蘇達州伊登普雷利的塑料國際公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)獲得。磁偏置層110容納間隔件120，該磁偏置層以ArnoKromeTM III從美國伊利諾斯州馬倫戈的阿諾德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)商購獲得，尺寸為2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)。封裝磁偏置110、間隔件120和共振器130三層的殼體150由從美國明尼蘇達州伊登普雷利的塑料國際公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)獲得的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)進行構(gòu)建。環(huán)境變化接收器140包含微珠形式的質(zhì)量范圍為6.0-12mg的聚乙烯-共-丙烯酸(PEAA)，從美國密蘇里州圣路易斯的西格瑪奧德里奇有限公司(Sigma-Aldrich Co.LLC,St.Louis,MO)商購獲得。

比較例5和實施例11-13

MMR傳感器—消毒

實施例10中組裝的MMR傳感器的共振頻率用型號4294A的精密阻抗分析器(model 4294A Precision Impedance Analyzer)裝置進行測量，該裝置具有型號16047的連接器附件，這兩者均從美國加利福尼亞州圣克拉拉的安捷倫公司(Agilent,Santa Clara,CA)獲得。該裝置由安捷倫公司(Agilent)于2013年11月15日進行校準(zhǔn)。構(gòu)建定制的MMR刺激/檢測線圈組件，該組件包括圍繞高介電性聚氯乙烯(PVC)管的漆包線的緊密繞線。該管上構(gòu)建有槽位，以容納MMR傳感器。將100圈#24規(guī)格的漆包線纏繞在直徑2.2cm(7.9E-1英寸)的介電管上，其中繞線長5.7cm(2.2英寸)，所測量的電感值為70.6uH。將線圈與16047連接器附件的HIGH和LOW端口連接，并將MMR傳感器放置到定制的線圈組件中。用掃描范圍在57.3kHz至59.3kHz的2mA振蕩電流來測量MMR傳感器的實際和反應(yīng)性阻抗分量。表4提供了經(jīng)受環(huán)境變化時MMR傳感器頻率偏移的概覽。共振頻率的成功偏移導(dǎo)致：成功地檢測到器械進行了消毒。圖13A是不具有環(huán)境變化接收器的傳感器的相對于頻率的阻抗基線代表(CE5)。圖13B示出在共振器中心處存在PEAA的情況下共振器的相對于頻率響應(yīng)的阻抗(E11)。圖13C和圖13D示出在共振器端部上放置PEAA時共振器的相對于頻率響應(yīng)的阻抗(E12和E13)。

表4—消毒質(zhì)量分布

將MMR傳感器放置到從美國紐約羅契斯特市的潔定集團(Getinge Group,Rochester,NY)獲得的型號666AC1的潔定蒸汽消毒器(Getinge Steam Sterilizer)中，并用內(nèi)部蒸汽循環(huán)五個周期至130℃。測量共振頻率(E14)，并將其與基線值(CE6)進行比較。表5提供了PEAA環(huán)境變化接收器質(zhì)量在消毒前處于中心時MMR傳感器頻率偏移的概況(CE6)以及消毒后共振器的響應(yīng)(E14)。隨著PEAA沿著預(yù)定義路徑從中心流向端部，發(fā)現(xiàn)頻率偏移了1.4kHz。

表5—消毒

實施例15

MMR傳感器—濕度檢測

如實施例10所述而組裝的其它MMR傳感器通過以下工具進行測量：模擬器件公司(Analog Devices)的阻抗分析器評估單板AD5933EBZ(impedance analyzer evaluation board AD5933EBZ)，該單板從美國馬薩諸塞州諾伍德的模擬器件公司(Analog Devices,Norwood,MA)獲得；和繞線線圈，用以記錄基線共振頻率。將100圈#24規(guī)格的漆包線纏繞在直徑2.2cm(7.9E-1英寸)的PVC介電管上，其中繞線長4.0cm(1.6英寸)，所測量的電感值為156.0uH。使用圖7A的雙腔室包裝設(shè)計，其中可拆除塑料蓋中有兩組排氣槽位。將偏置磁體粘合到下腔室的頂部，并將用以指示是否存在某物質(zhì)的2826MB第二共振器進行放置，用以在下腔室中自由振蕩，并且該腔室用永久性膜密封件進行密封。在上腔室中，將可膨脹的3M Scotch-Brite^TMGreener Clean生物降解性膨脹軟海綿(3M Scotch-Brite^TMGreener Clean biodegradable expanding soft sponge)放置到腔室中，并將2826MB共振器放置到海綿頂部。如圖14A中的相對于頻率關(guān)系的阻抗所示，測量基線頻率f_dry。然后用Tuberkulin注射器將0.05ml的水施加到每組排氣孔中。施加0.1ml的水之后，執(zhí)行共振頻率偏移值的第二次測量。圖14A和圖14B中的F_存在表示共振頻率的偏移值。

實施例16

MMR傳感器組件—氣體檢測

能夠檢測天然氣的MMR傳感器根據(jù)圖1A進行組裝，其中改變了環(huán)境變化接收器140的位置。在所示的實施方案中，MMR傳感器包括ArnoKrome^TMIII磁偏置層110(其從美國伊利諾斯州馬倫戈的阿諾德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)獲得)、間隔件120、共振器130、環(huán)境變化接收器140、和任選殼體150。共振器130為德國哈瑙的真空熔煉公司(Vacuumschmelze GMBH,Hanau,Germany)的Vitrovac 4613磁性合金(Vitrovac 4613magnetic alloy)。環(huán)境變化接收器140為美國伊利諾斯州德斯普蘭斯的萬國油品有限公司(UOP LLC,Des Plaines,IL)的HiSiv 3000沸石粉(Zeolite HiSiv 3000powder)，用美國明蘇尼達州圣保羅的3M公司(3M Company,St Paul,MN)的Scotch 467MP粘合劑(Scotch467MP adhesive)將該沸石粉附連到共振器上。以圖4D所述的圖案將環(huán)境變化接收器粘附到第一共振器主表面132的長軸上。磁偏置層110為3.9cm(1.5英寸)×1.2cm(4.7E-1英寸)×6.0E-3cm(2.3E-3英寸)，間隔件120為3.9cm(1.5英寸)×1.2cm(4.7E-1英寸)×2.0E-1cm(7.9E-2英寸)，并且共振器130為4.4cm(1.7英寸)×1.2cm(4.7E-1英寸)×2.5E-3cm(9.8E-4英寸)。

將MMR傳感器放到100圈、5.3cm(2.1英寸)的圓柱形螺線管中，該螺線管由美國馬薩諸塞州諾伍德的模擬器件公司(Analog Devices,Norwood,MA)的阻抗分析器評估單板AD5933EBZ(impedance analyzer evaluation board AD5933EBZ)進行驅(qū)動。共振可被定義為其中阻抗最大時的頻率，或者被定義為其中阻抗相位經(jīng)過零點時的頻率。接著，將MMR傳感器和測量螺線管放置到腔室內(nèi)，天然氣可通過該腔室流動。圖15表示腔室循環(huán)經(jīng)歷多個條件時的相對于頻率的阻抗：(1)對實驗室環(huán)境(大約20℃和30％的相對濕度)開放，(2)封閉在源源不斷的100％天然氣流中，以及(3)再次對實驗室環(huán)境開放。數(shù)據(jù)表明，MMR傳感器可逆地響應(yīng)于天然氣中的浸沒，其中共振頻率偏移50Hz。

實施例17

MMR傳感器組件—消毒(共振器上具有微復(fù)制膜通道)

參考圖1A以及環(huán)境變化接收器140位置的改變，MMR傳感器100通過以下方式進行組裝。在共振器130的第一共振器主表面132上通過以下物理方式創(chuàng)建通道160：粘附一張微復(fù)制膜(在這些實施例中，通道間隔為18微米)，該膜可從3M獲得。在尺寸為3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×3.0E-3cm(1.2E-3英寸)的共振器130上粘附一張2.7cm(1.1英寸)×3.0E-1cm(1.2E-1英寸)的膜，該共振器以2826磁性合金(2826Magnetic Alloy)從美國南卡羅來納州康威(Conway,South Carolina)商購獲得。用VHB^TM粘合劑(3M公司(3M Company))將該膜粘附到第一共振器主表面132的長軸上，其中微復(fù)制通道沿著長軸流動。尺寸為3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的間隔件120由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)進行構(gòu)建，該ABS從美國明尼蘇達州伊登普雷利的塑料國際公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)獲得。磁偏置層110容納間隔件120，該磁偏置層以ArnoKromeTM III從美國伊利諾斯州馬倫戈的阿諾德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)商購獲得，尺寸為2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)。封裝磁偏置110、間隔件120和共振器130三層的殼體150由從美國明尼蘇達州伊登普雷利的塑料國際公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)獲得的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)進行構(gòu)建。環(huán)境變化接收器140包括水楊酰胺片，水楊酰胺片可從多處來源商購獲得，諸如美國密蘇里州圣路易斯的西格瑪奧瑞奇公司(Sigma Aldrich,St.Louis,MO)。涂敷質(zhì)量范圍為6.0-30mg的水楊酰胺。用從3M公司(3M Company)獲得的VHB^TM粘合劑將水楊酰胺粘附到膜上。

該實施例中組裝的MMR傳感器的共振頻率用型號4294A的精密阻抗分析器(model 4294A Precision Impedance Analyzer)裝置進行測量，該裝置具有型號16047的連接器附件，這兩者均從美國加利福尼亞州圣克拉拉的安捷倫公司(Agilent,Santa Clara,CA)獲得。該裝置由安捷倫公司(Agilent)于2013年11月15日進行校準(zhǔn)。構(gòu)建定制的MMR刺激/檢測線圈組件，該組件包括圍繞高介電性聚氯乙烯(PVC)管的漆包線的緊密繞線。該管上構(gòu)建有槽位，以容納MMR傳感器。將100圈#24規(guī)格的漆包線纏繞在直徑2.2cm(7.9E-1英寸)的介電管上，其中繞線長5.7cm(2.2英寸)，所測量的電感值為70.6uH。將線圈與16047連接器附件的HIGH和LOW端口連接，并將MMR傳感器放置到定制的線圈組件中。用2mA振蕩電流來測量MMR傳感器的實際和反應(yīng)性阻抗分量。將MMR傳感器放置到從美國紐約羅契斯特市的潔定集團(Getinge Group,Rochester,NY)獲得的型號666AC1的潔定蒸汽消毒器(Getinge Steam Sterilizer)中，并用內(nèi)部蒸汽循環(huán)五個周期至130℃。表6提供了消毒過程之前和消毒過程之后MMR傳感器頻率偏移以及共振器上微復(fù)制膜通道上的水楊酰胺環(huán)境變化接收器質(zhì)量的概覽。示出了以下構(gòu)造的三個示例：其中，水楊酰胺環(huán)境變化接收器質(zhì)量位于消毒前的膜/共振器兩端處。在水楊酰胺由于消毒期間的環(huán)境變化而朝中心流動之后，發(fā)現(xiàn)頻率偏移了5.397kHz、3.27kHz和6.053kHz。示出了一個這樣的示例：其中水楊酰胺環(huán)境變化接收器的質(zhì)量位于在消毒前的中心處。隨著水楊酰胺沿著預(yù)定義路徑從中心流向端部，發(fā)現(xiàn)頻率偏移了1.131kHz。

表6

示例性實施方案

實施方案A1.一種感測裝置，包括：

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包含第一磁性材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，第一共振器主表面具有預(yù)定義通道，

設(shè)置在磁偏置層與共振器之間的間隔件，以及

靠近預(yù)定義通道進行設(shè)置的環(huán)境變化接收器。

實施方案A2.根據(jù)實施方案A1的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器響應(yīng)于環(huán)境變化沿著至少部分預(yù)定義通道進行分布。

實施方案A3.根據(jù)實施方案A2的感測裝置，其中共振器的共振頻率響應(yīng)于環(huán)境變化接收器沿著至少部分預(yù)定義通道的分布狀況而發(fā)生偏移。

實施方案A4.根據(jù)實施方案A1-A3的感測裝置，其中預(yù)定義通道包括設(shè)置在第一共振器主表面上的薄材料層。

實施方案A5.根據(jù)實施方案A1-A4的感測裝置，其中預(yù)定義通道包括第一共振器主表面上的圖案。

實施方案A6.根據(jù)實施方案A1-A5的感測裝置，其中預(yù)定義通道包括根據(jù)路徑設(shè)置在第一共振器主表面上的薄材料層。

實施方案A7.根據(jù)實施方案A1-A6的感測裝置，其中預(yù)定義通道包括靠近路徑周長而設(shè)置的薄材料層。

實施方案A8.根據(jù)實施方案A4的感測裝置，其中該薄材料層包含至少以下一項：親水性材料、毛細作用材料、疏水性材料、疏油性材料和親油性材料。

實施方案A9.根據(jù)實施方案A4的感測裝置，其中該薄材料層與第二磁性材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

實施方案A10.根據(jù)實施方案A1-A9的感測裝置，其中預(yù)定義通道包括貫穿第一共振器主表面的細長通道。

實施方案A11.根據(jù)實施方案A1-A10的感測裝置，其中預(yù)定義通道包括一個或多個部分。

實施方案A12.根據(jù)實施方案A11的感測裝置，其中一個或多個部分中至少一個部分靠近第一共振器主表面邊緣進行設(shè)置。

實施方案A13.根據(jù)實施方案A1-A12的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器靠近預(yù)定義通道中心進行設(shè)置。

實施方案A14.根據(jù)實施方案A1-A13的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器靠近預(yù)定義通道的端部進行設(shè)置。

實施方案A15.根據(jù)實施方案A1-A14的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器包含對溫度、濕度、液體、氣體、生物物質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)、或它們的組合敏感的材料。

實施方案A16.根據(jù)實施方案A1-A15的感測裝置，還包括：

殼體，其中磁偏置層、共振器和間隔件設(shè)置在殼體中。

實施方案A17.根據(jù)實施方案A16的感測裝置，其中殼體包括一個或多個開口，以允許流體分布到殼體中。

實施方案A18.根據(jù)實施方案A16的感測裝置，其中殼體具有多個腔室。

實施方案A19.根據(jù)實施方案A18的感測裝置，其中磁偏置層和共振器彼此設(shè)置在不同的腔室中。

實施方案A20.根據(jù)實施方案A1-A19的感測裝置，還包括：與磁偏置層相鄰設(shè)置的第二共振器。

實施方案A21.根據(jù)實施方案A18的感測裝置，還包括：第二共振器，其中多個腔室包括第一腔室和不同于第一腔室的第二腔室，其中第二共振器設(shè)置在第二腔室中，并且其中該共振器設(shè)置在第一腔室中。

實施方案A22.一種感測裝置，包括：

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包含第一磁性材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，第一共振器主表面具有預(yù)定義通道，

設(shè)置在磁偏置層與共振器之間的間隔件，

靠近預(yù)定義通道進行設(shè)置的環(huán)境變化接收器，以及

具有一個或多個開口的殼體，含有磁偏置層、共振器和間隔件。

實施方案A23.一種感測裝置，包括：

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包含第一磁性材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，第一共振器主表面具有預(yù)定義通道，

靠近預(yù)定義通道進行設(shè)置的環(huán)境變化接收器，以及

殼體，該殼體含有磁偏置層、共振器和用以支承共振器的支承結(jié)構(gòu)。

實施方案B1.一種感測裝置，包括：

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包括第一電磁材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，

設(shè)置在磁偏置層與共振器之間的間隔件，以及

設(shè)置在第一共振器主表面上的環(huán)境變化接收器，

其中環(huán)境變化接收器的質(zhì)量響應(yīng)于環(huán)境變化而改變，

其中感測裝置的共振頻率響應(yīng)于環(huán)境變化接收器的質(zhì)量變化而發(fā)生偏移。

實施方案B2.根據(jù)實施方案B1的感測裝置，其中第一共振器主表面具有預(yù)定義通道，其中環(huán)境變化接收器設(shè)置在至少部分預(yù)定義通道上。

實施方案B3.根據(jù)實施方案B1-B2的感測裝置，其中預(yù)定義通道包括設(shè)置在第一共振器主表面上的薄材料層。

實施方案B4.根據(jù)實施方案B1-B3的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器包含對溫度、濕度、氣體、或它們的組合敏感的材料。

實施方案B5.根據(jù)實施方案B1-B4的感測裝置，其中至少部分環(huán)境變化接收器靠近第一共振器主表面邊緣進行設(shè)置。

實施方案B6.根據(jù)實施方案B1-B5的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器的質(zhì)量增加。

實施方案B7.根據(jù)實施方案B1-B6的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器的質(zhì)量減小。

實施方案B8.根據(jù)實施方案B1-B7的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器包括多個接收器元件。

實施方案B9.根據(jù)實施方案B8的感測裝置，其中多個接收器元件中的至少部分元件按照某圖案進行設(shè)置。

實施方案B10.根據(jù)實施方案B1-B9的感測裝置，還包括：殼體，其中磁偏置層、共振器和間隔件設(shè)置在殼體中。

實施方案B11.根據(jù)實施方案B10的感測裝置，其中殼體包括一個或多個開口，以允許流體分布到殼體中。

實施方案B12.根據(jù)實施方案B10的感測裝置，其中殼體具有多個腔室。

實施方案B13.根據(jù)實施方案B12的感測裝置，其中磁偏置層和共振器彼此設(shè)置在不同的腔室中。

實施方案B14.根據(jù)實施方案B1-B13的感測裝置，還包括：與磁偏置層相鄰設(shè)置的第二共振器。

實施方案B15.根據(jù)實施方案B12的感測裝置，還包括：第二共振器，其中多個腔室包括第一腔室和不同于第一腔室的第二腔室，其中第二共振器設(shè)置在第二腔室中，并且其中該共振器設(shè)置在第一腔室中。

實施方案B16.一種感測裝置，包括：具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包含第一磁性材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，

設(shè)置在磁偏置層與共振器之間的間隔件，

設(shè)置在第一共振器表面上的環(huán)境變化接收器，以及

具有一個或多個開口的殼體，其中磁偏置層、共振器和間隔件設(shè)置在殼體中。

實施方案B17.根據(jù)實施方案B16的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器的質(zhì)量響應(yīng)于環(huán)境變化而改變，并且其中感測裝置的共振頻率響應(yīng)于環(huán)境變化接收器的質(zhì)量變化而發(fā)生偏移。

實施方案B18.根據(jù)實施方案B16的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器包括多個接收器元件，其中多個接收器元件中至少一個元件靠近共振器的端部進行設(shè)置。

實施方案B19.一種感測裝置，包括：

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包含第一磁性材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，

設(shè)置在第一磁性表面上的環(huán)境變化接收器，以及

包括用以支承共振器的支承結(jié)構(gòu)的殼體，其中磁偏置層和共振器設(shè)置在殼體中。

實施方案B20.根據(jù)實施方案B19的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器包括多個接收器元件，其中多個接收器元件中至少一個元件靠近共振器的端部進行設(shè)置。

實施方案C1.一種用于感測環(huán)境變化的系統(tǒng)，包括：

被構(gòu)造成設(shè)置在環(huán)境中的MMR傳感器，該MMR傳感器包括：

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包括第一電磁材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，

設(shè)置在磁偏置層與共振器之間的間隔件，以及

靠近第一共振器主表面進行設(shè)置的環(huán)境變化接收器，

其中環(huán)境變化接收器響應(yīng)于環(huán)境變量的變化而發(fā)生屬性變化，從而改變MMR傳感器的共振頻率；

閱讀器，該閱讀器被構(gòu)造成在環(huán)境變量改變后測量MMR傳感器的改變后的頻率特征，其中環(huán)境變量的變化值基于改變后的頻率特征進行評估。

實施方案C2.根據(jù)實施方案C1的系統(tǒng)，其中閱讀器還被構(gòu)造成在環(huán)境變量改變前測量MMR傳感器的改變前的頻率特征，并且其中環(huán)境變量的變化值基于改變前的頻率特征以及改變后的頻率特征進行評估。

實施方案C3.根據(jù)實施方案C1-C2的系統(tǒng)，其中閱讀器包括聲學(xué)檢測裝置和掃頻振蕩器中的至少一者。

實施方案C4.根據(jù)實施方案C1-C3的系統(tǒng)，其中第一共振器主表面具有預(yù)定義通道，其中環(huán)境變化接收器在環(huán)境變化之前包含環(huán)境響應(yīng)性材料，并且其中當(dāng)環(huán)境變量改變時，該環(huán)境響應(yīng)性材料沿著至少部分預(yù)定義通道進行分布。

實施方案C5.根據(jù)實施方案C1-C4的系統(tǒng)，其中在環(huán)境變量改變之前，環(huán)境變化接收器設(shè)置在至少部分的第一共振器主表面上，并且其中設(shè)置在第一共振器主表面上的環(huán)境變化接收器的質(zhì)量響應(yīng)于環(huán)境變量的變化而改變。

實施方案C6.根據(jù)實施方案C5的系統(tǒng)，其中環(huán)境變化接收器包括多個接收器元件。

實施方案C7.根據(jù)實施方案C1-C6的系統(tǒng)，其中環(huán)境變量為溫度。

實施方案C8.根據(jù)實施方案C7的系統(tǒng)，其中環(huán)境變化接收器包含可熔性材料。

實施方案C9.根據(jù)實施方案C1-C8的系統(tǒng)，其中環(huán)境因素為濕度。

實施方案C10.根據(jù)實施方案C9的系統(tǒng)，其中環(huán)境變化接收器包含多孔材料。

實施方案C11.一種用于感測環(huán)境變化的系統(tǒng)，包括：

設(shè)置在環(huán)境中的第一MMR傳感器和第二MMR傳感器，第一MMR傳感器和第二MMR傳感器中每者均包括：

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包括第一電磁材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，

設(shè)置在磁偏置層與共振器之間的間隔件，以及

靠近第一共振器主表面進行設(shè)置的環(huán)境變化接收器，

其中環(huán)境變化接收器響應(yīng)于環(huán)境變量的變化而發(fā)生屬性變化，從而改變相應(yīng)的MMR傳感器的共振頻率；

閱讀器，該閱讀器被構(gòu)造成在環(huán)境變量改變后測量MMR傳感器的改變后的頻率特征，其中環(huán)境變量的變化值基于改變后的頻率特征進行評估。

實施方案C12.根據(jù)實施方案C11的系統(tǒng)，其中第一MMR傳感器的共振器的尺寸不同于第二MMR傳感器的共振器。

實施方案C13.根據(jù)實施方案C11-C12的系統(tǒng)，其中第一MMR傳感器和第二MMR傳感器中的每者在其相應(yīng)的第一共振器主表面上均具有預(yù)定義通道。

實施方案C14.一種用于感測環(huán)境變化的系統(tǒng)，包括：

設(shè)置在環(huán)境中的容器，該容器被構(gòu)造成存儲一種或多種制品，

設(shè)置在容器中的MMR傳感器，該MMR傳感器包括：

殼體，

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包括第一電磁材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，

設(shè)置在磁偏置層與共振器之間的間隔件，以及

靠近第一共振器主表面進行設(shè)置的環(huán)境變化接收器，

其中磁偏置層、共振器、間隔件、和環(huán)境變化接收器設(shè)置在殼體中，

其中環(huán)境變化接收器響應(yīng)于環(huán)境變量的變化而發(fā)生屬性變化，從而改變MMR傳感器的共振頻率；

閱讀器，該閱讀器被構(gòu)造成在環(huán)境變量變化后測量第一MMR傳感器和第二MMR傳感器的改變后的頻率特征，其中環(huán)境變量的變化值基于改變后的頻率特征進行評估。

實施方案C15.根據(jù)實施方案C14的系統(tǒng)，其中MMR傳感器還包括：設(shè)置在第一共振器主表面上的預(yù)定義通道。

實施方案C16.根據(jù)實施方案C15的系統(tǒng)，其中環(huán)境變化接收器響應(yīng)于環(huán)境變量的變化沿著至少部分預(yù)定義通道進行分布。

實施方案C17.根據(jù)實施方案C14-C16的系統(tǒng)，其中環(huán)境變化接收器是間隔件的整合部分。

實施方案C18.根據(jù)實施方案C14-C17的系統(tǒng)，其中閱讀器還被構(gòu)造成在環(huán)境變量改變前測量MMR傳感器的改變前的頻率特征，并且其中環(huán)境變量的變化值基于改變前的頻率特征以及改變后的頻率特征進行評估。

實施方案C19.一種用于感測環(huán)境變化的系統(tǒng)，包括：

多個設(shè)置在環(huán)境中的容器，每個容器均被構(gòu)造成存儲一種或多種制品，

多個設(shè)置在多個容器中的MMR傳感器，每個MMR傳感器包括：

殼體，

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包括第一電磁材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，

設(shè)置在磁偏置層與共振器之間的間隔件，以及

靠近第一共振器主表面進行設(shè)置的環(huán)境變化接收器，

其中磁偏置層、共振器、間隔件、和環(huán)境變化接收器設(shè)置在殼體中，

其中環(huán)境變化接收器響應(yīng)于環(huán)境變量的變化而發(fā)生屬性變化，從而改變MMR傳感器的共振頻率；

閱讀器，該閱讀器被構(gòu)造成在環(huán)境變量變化后測量多個傳感器中至少一些傳感器的改變后的頻率特征。

實施方案C20.根據(jù)實施方案C19的系統(tǒng)，其中閱讀器還被構(gòu)造成在環(huán)境變量改變前測量多個MMR傳感器中至少一個傳感器的改變前的頻率特征。

實施方案C21.根據(jù)實施方案C19和C20的系統(tǒng)，其中多個MMR傳感器中每個傳感器還包括：設(shè)置在第一共振器主表面上的預(yù)定義通道。

實施方案C22.根據(jù)實施方案C21的系統(tǒng)，其中環(huán)境變化接收器響應(yīng)于環(huán)境變量的變化沿著至少部分預(yù)定義通道進行分布。

實施方案C23.根據(jù)實施方案C19-C22的系統(tǒng)，其中多個MMR傳感器中至少兩個傳感器的共振器具有不同的尺寸。

實施方案C24.一種用于檢測環(huán)境變化的方法，包括：

將MMR傳感器設(shè)置在環(huán)境中，該MMR傳感器包括：

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包括第一電磁材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，

設(shè)置在磁偏置層與共振器之間的間隔件，以及

靠近第一共振器主表面進行設(shè)置的環(huán)境變化接收器，

其中環(huán)境變化接收器響應(yīng)于環(huán)境變量的變化而發(fā)生屬性變化，從而改變MMR傳感器的共振頻率；

使MMR傳感器受到環(huán)境變量變化的影響；

測量該MMR傳感器的改變后的頻率特征；

基于改變后的頻率特征評估環(huán)境變量的變化值。

實施方案C25.根據(jù)實施方案C24的方法，還包括：

在變化環(huán)境變量之前，測量MMR傳感器的改變前的頻率特征；以及

基于改變前的頻率特征以及改變后的頻率特征評估環(huán)境變量的變化值。

實施方案C26.根據(jù)實施方案C24-C25的方法，其中第一共振器主表面具有預(yù)定義通道，其中環(huán)境變化接收器在環(huán)境變化之前包含環(huán)境響應(yīng)性材料，并且其中當(dāng)環(huán)境變量改變時，該環(huán)境響應(yīng)性材料沿著至少部分預(yù)定義通道進行分布。

實施方案C27.根據(jù)實施方案C24-C26的方法，其中在環(huán)境變量改變之前，環(huán)境變化接收器設(shè)置在至少部分第一共振器主表面上，并且其中設(shè)置在第一共振器主表面上的環(huán)境變化接收器的質(zhì)量響應(yīng)于環(huán)境變量的變化而改變。

實施方案C28.根據(jù)實施方案C27的方法，其中環(huán)境變化接收器包括多個接收器元件。

實施方案C29.根據(jù)實施方案C28的方法，其中多個接收器元件中至少一個元件靠近共振器邊緣進行設(shè)置。

實施方案C30.根據(jù)實施方案C24-C29的方法，其中環(huán)境變化接收器包含可熔性材料。

實施方案C31.根據(jù)實施方案C24-C30的方法，其中環(huán)境變化接收器包含多孔材料。

實施方案D1.一種感測裝置，包括：

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包括第一電磁材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，

間隔件，以及

含有磁偏置層、共振器和間隔件的殼體，

其中該間隔件包括環(huán)境變化接收器，

其中環(huán)境變化接收器的厚度響應(yīng)于環(huán)境變量的變化而快速增加。

實施方案D2.根據(jù)實施方案D1的感測裝置，其中至少部分間隔件設(shè)置在共振器與磁偏置層之間。

實施方案D3.根據(jù)實施方案D1-D2的感測裝置，其中至少部分間隔件設(shè)置在共振器頂部上。

實施方案D4.根據(jù)實施方案D1-D3的感測裝置，其中共振器的共振頻率響應(yīng)于環(huán)境變化接收器的厚度變化而發(fā)生偏移。

實施方案D5.根據(jù)實施方案D1-D4的感測裝置，其中共振器響應(yīng)于環(huán)境變化接收器的厚度變化而衰減。

實施方案D6.根據(jù)實施方案D1-D5的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器包含多孔材料。

實施方案D7.根據(jù)實施方案D1-D6的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器包含吸收性材料。

實施方案D8.根據(jù)實施方案D1-D7的感測裝置，其中環(huán)境變化接收器包括多個接收器元件。

實施方案D9.根據(jù)實施方案D8的感測裝置，其中多個接收器元件中至少一個元件設(shè)置在共振器與磁偏置層之間。

實施方案D10.根據(jù)實施方案D1-D9的感測裝置，還包括：殼體，其中磁偏置層、共振器和間隔件設(shè)置在殼體中。

實施方案D11.根據(jù)實施方案D10的感測裝置，其中殼體包括一個或多個開口，以允許流體分布到殼體中。

實施方案D12.根據(jù)實施方案D10-D11的感測裝置，其中殼體具有多個腔室。

實施方案D13.根據(jù)實施方案D12的感測裝置，其中磁偏置層和共振器彼此設(shè)置在不同的腔室中。

實施方案D14.根據(jù)實施方案D1-D13的感測裝置，還包括：

與磁偏置層相鄰設(shè)置的第二共振器。

實施方案D15.根據(jù)實施方案D12的感測裝置，還包括：第二共振器，其中多個腔室包括第一腔室和不同于第一腔室的第二腔室，其中第二共振器設(shè)置在第二腔室中，并且其中該共振器設(shè)置在第一腔室中。

實施方案D16.一種感測裝置，包括：

具有第一磁性表面和相背對的第二磁性表面的磁偏置層，該磁偏置層包含第一磁性材料，

具有第一共振器主表面和相背對的第二共振器主表面的共振器，該共振器包括第二磁性材料，第二共振器主表面面向第一磁性表面，

設(shè)置在磁偏置層與共振器之間的間隔件，其中該間隔件包括環(huán)境變化接收器，以及

具有一個或多個開口的殼體，其中磁偏置層、共振器和間隔件設(shè)置在殼體中。

其中環(huán)境變化接收器的厚度響應(yīng)于環(huán)境變量的變化而快速增加。

實施方案D17.根據(jù)實施方案D16的感測裝置，其中至少部分間隔件設(shè)置在共振器與磁偏置層之間。

實施方案D18.根據(jù)實施方案D16-D17的感測裝置，其中至少部分該間隔件設(shè)置在共振器頂部上。

實施方案D19.根據(jù)實施方案D16-D18的感測裝置，其中共振器的共振頻率響應(yīng)于環(huán)境變化接收器的厚度變化而發(fā)生偏移。

實施方案D20.根據(jù)實施方案D16-D19的感測裝置，其中共振器響應(yīng)于環(huán)境變化接收器的厚度變化而衰減。

本發(fā)明不應(yīng)被認(rèn)為限于上述特定實施例和實施方案，因為詳細描述此類實施方案以有利于說明本發(fā)明的各個方面。相反，本發(fā)明應(yīng)被理解為涵蓋本發(fā)明的所有方面，包括落在如由所附權(quán)利要求書及其等同物所定義的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍內(nèi)的各種修改、等同過程和替代設(shè)備。