背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及感測裝置，以及更具體來說涉及多變量感測裝置。

射頻標(biāo)識(rfid)標(biāo)簽廣泛用于對象(例如動物、衣服等)的自動識別以及容器的監(jiān)測和檢測(例如對容器的內(nèi)容的未經(jīng)授權(quán)訪問)。一般來說，rfid讀取器用來從rfid標(biāo)簽得到數(shù)字數(shù)據(jù)以供這種自動識別。數(shù)字數(shù)據(jù)可包含例如標(biāo)簽的數(shù)字標(biāo)識或者rfid標(biāo)簽的存儲器芯片中寫入和/或存儲的任何其他信息。rfid標(biāo)簽在不同時間以傳送功率的不同的相對級來傳送電磁信號。由rfid讀取器所接收的信號結(jié)合來自rfid標(biāo)簽的傳送相對功率級的所接收信號用來定位rfid標(biāo)簽，并且從rfid標(biāo)簽(例如從rfid標(biāo)簽的存儲器芯片或者背反射器結(jié)構(gòu))讀取數(shù)字標(biāo)識信息。

此外，基于射頻的傳感器用于感測樣本中的物理、化學(xué)和生物組分。此外，基于射頻的傳感器是成本有效的，并且易于結(jié)合在組件或系統(tǒng)中以用于測量組件或系統(tǒng)的物理、化學(xué)或生物組分。通常，來自基于射頻的傳感器的模擬或傳感器數(shù)據(jù)使用阻抗讀取器來讀取。此外，傳感器數(shù)據(jù)借助于拾波線圈(其是基于射頻的傳感器的主要部分)來讀取。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

按照本說明書的方面，提供一種用于感測設(shè)置在容器中的過程流體的一個或多個參數(shù)的多變量感測裝置。多變量感測裝置包含基于射頻的傳感器，其配置成感測表示過程流體的物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)、生物參數(shù)或者其組合。基于射頻的傳感器包含傳感器襯底、設(shè)置在傳感器襯底的至少一部分上的射頻線圈以及配置成在物理上耦合到容器的支承結(jié)構(gòu)。此外，支承結(jié)構(gòu)配置成將基于射頻的傳感器定位成操作接近容器的內(nèi)部。

按照本說明書的另一方面，提供一種具有多變量感測裝置、傳感器讀取器和拾波線圈的多變量感測系統(tǒng)。多變量感測裝置配置用于感測設(shè)置在容器中的過程流體的一個或多個參數(shù)。多變量感測裝置包含基于射頻的傳感器，其配置成感測表示過程流體的物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)、生物參數(shù)或者其組合。此外，基于射頻的傳感器包含傳感器襯底、設(shè)置在傳感器襯底的至少一部分上的射頻線圈以及配置成在物理上耦合到容器的支承結(jié)構(gòu)。此外，支承結(jié)構(gòu)配置成將基于射頻的傳感器定位成操作接近容器的內(nèi)部。傳感器讀取器配置成向基于射頻的傳感器傳送詢問射頻信號，并且從基于射頻的傳感器接收響應(yīng)信號。此外，拾波線圈在操作上耦合到基于射頻的傳感器和傳感器讀取器。而且，拾波線圈配置成從基于射頻的傳感器接收響應(yīng)信號，并且向傳感器讀取器傳送響應(yīng)信號。

按照本說明書的又一方面，提供一種設(shè)置在容器中的過程流體的多變量感測的方法。該方法包含將基于射頻的傳感器在操作上耦合到支承結(jié)構(gòu)，以形成多變量感測裝置。此外，基于射頻的傳感器包含傳感器襯底以及設(shè)置在傳感器襯底的至少一部分上的射頻線圈。該方法還包含將多變量感測裝置在操作上耦合到容器，提供操作上耦合到基于射頻的傳感器的傳感器讀取器，并且提供設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)外部的拾波線圈，以及將拾波線圈在操作上耦合到基于射頻的傳感器。此外，該方法包含從容器感測一個或多個參數(shù)，使用拾波線圈向傳感器讀取器傳送與一個或多個測量有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且確定與設(shè)置在容器中的過程流體關(guān)聯(lián)的一個或多個參數(shù)。

附圖說明

在參照附圖閱讀下面詳細描述時，將變得更好地理解本發(fā)明的這些及其他特征、方面和優(yōu)點，附圖中，相似字符在附圖中通篇表示相似部件，附圖包括：

圖1是按照本說明書的方面的具有設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)中的基于射頻的傳感器的多變量感測裝置的截面圖；

圖2是按照本說明書的方面的具有設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)中的基于射頻的傳感器的多變量感測裝置的截面圖，其中支承結(jié)構(gòu)包含機械擋塊（stopper）；

圖3是按照本說明書的方面的設(shè)置在容器上的多變量感測裝置的頂視圖；

圖4是按照本說明書的方面的采用具有多個基于射頻的傳感器和存儲器芯片的多變量感測裝置的多變量感測系統(tǒng)的示意表示；

圖5是按照本說明書的方面的在操作上耦合到具有過程流體的容器的示范多變量感測裝置的示意表示，其中多變量感測裝置包含具有感測線圈、傳感器襯底和保護層的基于射頻的傳感器；

圖6是按照本說明書的方面的在操作上耦合到具有過程流體的容器的示范多變量感測裝置的示意表示，其中多變量感測裝置包含具有感測線圈和傳感器襯底的基于射頻的傳感器，并且其中傳感器襯底配置成與設(shè)置在容器中的過程流體物理接觸；

圖7是按照本說明書的方面的多變量感測裝置的使用方法的示范流程圖；

圖8是按照本說明書的方面的基于射頻的傳感器的測量模擬響應(yīng)的實部和虛部的圖形表示；

圖9-10是按照本說明書的方面的使用具有不同厚度值的保護層的個別基于射頻的諧振傳感器在寬動態(tài)范圍內(nèi)水溶液的電導(dǎo)率的測量的圖形表示；

圖11是按照本說明書的方面的作為保護層的不同厚度值的函數(shù)的基于射頻的傳感器的靈敏度的圖形表示；以及

圖12-13是按照本說明書的方面的使用具有個別基于射頻的傳感器的傳感器襯底的不同厚度值的個別基于射頻的傳感器在寬動態(tài)范圍內(nèi)水溶液的電導(dǎo)率的測量的圖形表示。

具體實施方式

本說明書的實施例涉及采用一個或多個基于射頻的傳感器的一次性（disposable）多變量感測裝置。在某些實施例中，多變量感測裝置的一個或多個基于射頻的傳感器可用來感測容器、例如生物過程中使用的容器內(nèi)部的一個或多個參數(shù)。此外，基于射頻的傳感器可配置成測量容器內(nèi)部的多個參數(shù)，由此通過使基于射頻的傳感器能夠感測多于一個參數(shù)將多變量性質(zhì)歸因于多變量感測裝置。這類參數(shù)的非限制性示例可包含電導(dǎo)率、ph水平、溫度、血液相關(guān)測量、離子測量、非離子測量、非導(dǎo)電率測量、電磁輻射水平測量、壓力、蒸汽濃度、生物材料濃度、多相組成或者它們的任何組合。此外，在一個實施例中，一次性多變量感測裝置可用于監(jiān)測和控制在線制造。

在一些實施例中，一次性多變量感測裝置實際上可以是至少部分一次性的。在一些其他實施例中，一次性多變量感測裝置可包含可以是單次使用組件的一個或多個組件。具體來說，一個或多個單次使用組件在使用一次之后可以不是可使用的。此外，多變量感測裝置的組件的一些或全部實際上可以是一次性的。如本文所使用的，術(shù)語“單次使用組件”表示在操作之后可重新調(diào)節(jié)以供再使用的組件。如本文所使用的，術(shù)語“一次性組件”表示可在使用之后被處置的組件?？勺⒁猓g(shù)語“多變量感測裝置”和“一次性多變量感測裝置”可在本申請中通篇可互換地使用。

在某些實施例中，本說明書的多變量感測裝置包含基于射頻的傳感器，其配置成感測設(shè)置在容器中的過程流體的物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)、生物參數(shù)或者其組合。基于射頻的傳感器包含傳感器襯底以及設(shè)置在傳感器襯底的至少一部分上的射頻線圈。此外，基于射頻的傳感器可設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)(其配置成在物理上耦合到容器)中。此外，支承結(jié)構(gòu)配置成將傳感器定位成操作接近容器的內(nèi)部，以便使基于射頻的傳感器能夠感測設(shè)置在容器中的內(nèi)容的一個或多個參數(shù)。多變量感測裝置還可包含存儲器芯片，其在操作上耦合到基于射頻的傳感器和容器的至少一個。

在某些實施例中，多變量感測裝置的基于射頻的傳感器可配置成感測設(shè)置在容器中的過程流體中的一個或多個參數(shù)、例如設(shè)置在容器中的流體的一個或多個參數(shù)。為了感測一個或多個參數(shù)，基于射頻的傳感器可配置成從傳感器讀取器接收詢問信號。此外，基于射頻的傳感器配置成向傳感器讀取器傳送響應(yīng)信號。信號可由基于射頻的傳感器使用與傳感器讀取器的有線通信或無線通信來接收和/或傳送。此外，詢問信號可配置成激活基于射頻的傳感器，以發(fā)送容器或者設(shè)置在容器中的組分的一個或多個參數(shù)。

使用響應(yīng)信號的模擬部分所測量的傳感器參數(shù)的非限制性示例可包含阻抗譜、阻抗譜的實部、阻抗譜的虛部、阻抗譜的實部和虛部、阻抗的實部的最大數(shù)的頻率(fp)、阻抗的實部的幅值(zp)、阻抗的虛部的諧振頻率(f1)及其幅值(z1)、阻抗的虛部的反諧振頻率(f2)及其幅值(z2)或其組合。此外，也可測量的模擬信號的其他參數(shù)可包含質(zhì)量因數(shù)、零交叉諧振頻率等。在一個實施例中，個別參數(shù)(例如fp、zp)可用于定量測量。此外，個別測量參數(shù)的組合可使用眾所周知的多變量技術(shù)(例如主成分分析、偏最小二乘、支持向量機以及許多其他)來處理。

在一個示例中，一次性多變量感測裝置的基于射頻的傳感器可以是一次性的。在這個示例中，在操作之后，基于射頻的傳感器可從多變量感測裝置的其余可再使用部分中去除。此外，基于射頻的傳感器可由另一個基于射頻的傳感器來取代。在其中多變量感測裝置的整體結(jié)構(gòu)是一次性的另一個示例中，整個多變量感測裝置可由另一個多變量感測裝置來取代，以使容器準(zhǔn)備用于下一個操作。

此外，在一些實施例中，容器可配置成容納溶液、又稱作“過程流體”或“生物處理流體”。溶液可設(shè)置在容器中，以供存儲、處理、傳遞或者其組合。此外，容器中的溶液可以是液體、氣體、固體或者液體和固體的組合。例如，溶液可以是血液、水、導(dǎo)電流體、非導(dǎo)電流體、油、燃料、生物緩沖液或者其組合。備選地，溶液可包含有毒工業(yè)材料、化學(xué)戰(zhàn)劑、氣體、蒸汽、炸藥、呼出氣中的疾病標(biāo)記、水中的生物病原、病毒、細菌和其他病原。在某些實施例中，容器可以是一次性或者可再使用的。在這些實施例的一些中，容器可以是一次性生物過程組件，以及多變量感測裝置可配置成在一次性生物過程組件中的操作之前、期間或之后、例如在生物制藥制造期間感測設(shè)置在一次性過程組件中的溶液的一個或多個參數(shù)。

在其中容器是一次性容器的實施例中，多變量感測裝置可永久地固定到容器。而在其中容器是可再使用容器的實施例中，多變量感測裝置可以可拆卸地耦合到容器，使得多變量感測裝置可根據(jù)期望與容器多次耦合和分離。在某些實施例中，一次性過程組件可以是過濾器、連接器、閥等。此外，容器可以是生物過程、化學(xué)過程、化學(xué)反應(yīng)、生物交互等中使用的器皿。此外，容器可以是存儲容器、過程容器或液罐。而且，容器可具有穩(wěn)態(tài)流體。備選地，在中斷或沒有中斷流體流的情況下，容器可配置成從一個端口接收流動流體，并且從另一個端口提供流動流體的出口?？勺⒁?，在一些實施例中，基于射頻的傳感器可設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)中，使得基于射頻的傳感器形成與相鄰設(shè)置到基于射頻的傳感器的支承結(jié)構(gòu)的部分的氣密密封。氣密密封可配置成防止容器的任何過程流體泄漏到多變量感測裝置中。此外，可注意，多變量感測裝置可在耦合到容器之前消毒。

在一個實施例中，基于射頻的傳感器可設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)中，使得基于射頻的傳感器的傳感器襯底朝與容器物理接觸的支承結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置。在這個實施例中，基于射頻的傳感器的傳感器襯底可暴露于設(shè)置在容器中的過程流體。在具體實施例中，基于射頻的傳感器可設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)中，使得容器中的內(nèi)容可與傳感器襯底直接物理接觸。此外，傳感器襯底的厚度值可根據(jù)所感測參數(shù)中的靈敏度的期望值來改變，同時管理多變量感測裝置的物理完整性。在一個示例中，傳感器襯底的厚度可在從大約100納米至大約10厘米的范圍中。在這些實施例的一部分中，傳感器襯底可由介電材料制成。

備選地，在另一個實施例中，基于射頻的傳感器可設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)中，使得射頻線圈朝與容器物理接觸的支承結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置。在這個實施例中，射頻線圈可暴露于設(shè)置在容器中的過程流體。此外，在這個實施例中，保護層可設(shè)置在射頻線圈上，以防止射頻線圈與過程流體之間的直接交互。

可注意，支承結(jié)構(gòu)中的基于射頻的傳感器的取向可基于需要測量的參數(shù)的類型來決定。在非限制性示例中，可通過將支承結(jié)構(gòu)設(shè)置在容器中，使得射頻線圈定向到物理耦合到傳感器的支承結(jié)構(gòu)的所述側(cè)來測量設(shè)置在容器中的液體樣本的電導(dǎo)率或溫度。在另一個示例中，可通過使傳感器襯底與過程流體直接物理接觸來測量過程流體的壓力。

此外，通常除了傳感器線圈或射頻線圈之外，拾波線圈還耦合到基于射頻的傳感器，以便與傳感器讀取器進行通信。在本說明書的實施例中，拾波線圈沒有形成基于射頻的傳感器的部分。具體來說，在某些實施例中，拾波線圈可以是獨立于多變量感測裝置的實體。此外，在某些其他實施例中，拾波線圈可以是獨立于傳感器讀取器的實體。備選地，拾波線圈可以是傳感器讀取器的一部分。有利地，從基于射頻的傳感器的結(jié)構(gòu)中沒有拾波線圈引起多變量感測裝置的設(shè)計的簡化。此外，從多變量感測裝置的結(jié)構(gòu)中沒有拾波線圈降低多變量感測裝置的成本。此外，當(dāng)拾波線圈用作與基于射頻的傳感器分開的實體或者用作傳感器讀取器的一部分時，單個拾波線圈可用來從一個或多個多變量感測裝置的一個或者甚至多于一個基于射頻的傳感器來獲取信號。相應(yīng)地，單個拾波線圈可與一個或多個基于射頻的傳感器和/或多變量感測裝置關(guān)聯(lián)，由此降低系統(tǒng)的總體成本。此外，在從基于射頻的傳感器中沒有拾波線圈的物理存在的情況下，原本與拾波線圈關(guān)聯(lián)的電容和電感不影響基于射頻的傳感器?？勺⒁猓安ň€圈要求諸如拾波線圈電阻、拾波線圈電容、拾波線圈電感等的校準(zhǔn)參數(shù)的附加集合(例如對拾波線圈金屬和介電組件的溫度影響)。此外，傳感器和拾波線圈暴露于生物過程應(yīng)用中所需的諸如溫度、壓力等的感興趣環(huán)境增加這類校準(zhǔn)中的復(fù)雜度。有利地，從基于射頻的傳感器中沒有拾波線圈簡化傳感器設(shè)計，并且還消除對于考慮拾波線圈的基于射頻的傳感器的校準(zhǔn)的需要。此外，在其中拾波線圈是個別的獨立實體的實施例中，拾波線圈可無線耦合到基于射頻的傳感器。另外，拾波線圈可按照無線或有線方式耦合到傳感器讀取器。在其中拾波線圈是傳感器讀取器的一部分的實施例中，拾波線圈可設(shè)置在傳感器讀取器的殼體中。

在某些實施例中，多變量感測組合件包含多變量感測裝置和拾波線圈。此外，可通過按照所確定的相對物理配置設(shè)置多變量感測裝置和拾波線圈來形成多變量感測組合件。可注意，所確定的相對物理配置可包含多變量感測裝置與拾波線圈之間的恒定物理距離。在一些實施例中，拾波線圈可設(shè)置在離多變量感測裝置的所確定的距離處，以便與多變量感測裝置操作關(guān)聯(lián)。此外，在這些實施例的一些中，拾波線圈可使用電纜在物理上耦合到傳感器讀取器。而在一些其他實施例中，拾波線圈可無線耦合到傳感器讀取器。在這些實施例中，拾波線圈與傳感器讀取器之間的無線耦合可通過電感耦合、電容耦合等提供。

此外，在一些實施例中，傳感器讀取器可連線到多變量感測裝置，在這些情況下，傳感器讀取器與基于射頻的傳感器之間的有線通信可通過經(jīng)由電纜將基于射頻的傳感器連接到傳感器讀取器來執(zhí)行。備選地，傳感器讀取器與基于射頻的傳感器之間的有線通信可通過到基于射頻的傳感器的直接電連接來執(zhí)行，而無需電纜?？勺⒁猓@種直接連接可在傳感器讀取器的大小大致為傳感器的大小時實現(xiàn)。在一些其他實施例中，傳感器讀取器可與傳感器讀取器無線通信。在這些實施例中，拾波線圈可按照有線或無線方式耦合到傳感器讀取器和基于射頻的傳感器。

在某些實施例中，傳感器讀取器可包含讀取響應(yīng)信號的模擬部分的網(wǎng)絡(luò)分析器或阻抗分析器以及從基于射頻的傳感器來讀取響應(yīng)信號的數(shù)字部分的讀取器/寫入器?？勺⒁?，來自基于射頻的傳感器的響應(yīng)信號的模擬和數(shù)字部分可按照若干方式來讀取。在一個實施例中，響應(yīng)信號的模擬和數(shù)字部分可采用一次性多變量感測裝置的基于射頻的傳感器(又稱作“集成基于射頻的傳感器”)在對應(yīng)容器(例如但不限于一次性生物過程組件)的安裝和操作期間按照依次方式來讀取。此外，在另一個實施例中，基于射頻的傳感器的響應(yīng)信號的數(shù)字部分可采用集成基于射頻的傳感器在一次性生物過程組件的安裝之前和/或期間來讀取，以及基于射頻的傳感器的響應(yīng)信號的模擬部分可在一次性生物過程組件的操作期間來讀取。此外，在一個實施例中，在一次性生物過程組件的操作期間集成基于射頻的傳感器的響應(yīng)信號的模擬部分的操作頻率范圍可處于使用基于射頻的傳感器來讀取存儲器芯片可期望的頻率范圍之內(nèi)。但是，如果在這個實施例中，在一次性生物過程組件的操作期間響應(yīng)信號的模擬部分的操作頻率范圍超出使用基于射頻的傳感器來讀取存儲器芯片的頻率范圍，則存儲器芯片在一次性生物過程組件的操作期間可以是不可讀的。

在又一個實施例中，響應(yīng)信號的數(shù)字部分可采用一次性多變量感測裝置(其在操作上耦合到一次性生物過程組件)的基于射頻的傳感器在一次性生物過程組件的安裝之前和期間以及在一次性生物過程組件的操作之后來讀取。此外，響應(yīng)信號的模擬部分可使用集成基于射頻的傳感器在一次性生物過程組件的操作期間來讀取。在另一個實施例中，響應(yīng)信號的數(shù)字部分可采用多變量感測裝置在一次性生物過程組件的安裝之前和期間以及采用多變量感測裝置的集成基于射頻的傳感器在一次性生物過程組件的操作之后被讀取。此外，在這個實施例中，響應(yīng)信號的模擬部分可采用集成基于射頻的傳感器在一次性生物過程組件的操作期間來讀取。

在某些實施例中，多變量感測裝置的基于射頻的傳感器可具有至少兩個諧振。此外，至少兩個諧振的一個諧振可以以從存儲器芯片讀取信息以及將信息寫入存儲器芯片的能力用來讀取傳感器響應(yīng)信號的數(shù)字部分。而傳感器的至少兩個諧振的另一個諧振可以以定量測量過程流體的環(huán)境參數(shù)的能力用來讀取傳感器響應(yīng)信號的模擬部分。

在一個實施例中，可在將基于射頻的傳感器設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)中之前校準(zhǔn)基于射頻的傳感器。具體來說，可在容器中的操作開始之前校準(zhǔn)基于射頻的傳感器。此外，可在容器中的操作完成之后重新校準(zhǔn)基于射頻的傳感器。具體來說，基于射頻的傳感器可在操作之后從支承結(jié)構(gòu)移除，經(jīng)過重新校準(zhǔn)，并且然后重新安裝到支承結(jié)構(gòu)中。相應(yīng)地，取決于應(yīng)用，基于射頻的傳感器和支承結(jié)構(gòu)可永久地附連或者可拆卸地附連到支承結(jié)構(gòu)，使得基于射頻的傳感器可與支承結(jié)構(gòu)分離和附連若干次。例如，在要求基于射頻的傳感器操作后的重新校準(zhǔn)的應(yīng)用中，基于射頻的傳感器可以可拆卸地附連到支承結(jié)構(gòu)。而在單次使用應(yīng)用中，基于射頻的傳感器可永久地固定到支承結(jié)構(gòu)。此外，在單次使用應(yīng)用中，多變量感測裝置可永久地固定到容器。在其中傳感器可拆卸地附連到容器的實施例中，有可能將基于射頻的傳感器從支承結(jié)構(gòu)移除，或者移除基于射頻的傳感器并且隨后在使用、校準(zhǔn)和/或驗證之后將基于射頻的傳感器重新固定到支承結(jié)構(gòu)中。例如，在操作后，基于射頻的傳感器可從支承結(jié)構(gòu)移除以供校準(zhǔn)，并且然后設(shè)置回支承結(jié)構(gòu)中以供在容器中的進一步操作。

圖1圖示本說明書的多變量感測裝置100的示范實施例。此外，多變量感測裝置100包含支承結(jié)構(gòu)102、基于射頻的傳感器104和存儲器芯片106。支承結(jié)構(gòu)102具有第一端107和第二端109。此外，基于射頻的傳感器104包含傳感器襯底110和射頻線圈112。在所圖示的實施例中，支承結(jié)構(gòu)102的第一端107配置成接納基于射頻傳的傳感器104。

此外，支承結(jié)構(gòu)102的第一端107或第二端109可配置成耦合到容器(圖1中未示出)、例如生物過程組件，以用于測量容器中存在的過程流體的一個或多個參數(shù)。因此，在當(dāng)前考慮的配置中，如果支承結(jié)構(gòu)102的第一端107耦合到容器，則基于射頻的傳感器104的傳感器襯底110的至少一部分可設(shè)置成緊鄰容器并且因而緊鄰過程流體。而如果支承結(jié)構(gòu)102的第二端109耦合到容器，則基于射頻的傳感器104的射頻線圈112可設(shè)置成緊鄰容器中存在的過程流體。在這個實施例中，保護層(圖1中未示出)可設(shè)置在基于射頻的傳感器104的至少一部分上，使得保護層設(shè)置在過程流體與射頻線圈112之間，以保護射頻線圈112免受由與過程流體的物理接觸不利影響。作為示例，在其中過程流體是導(dǎo)電液體的情況下，射頻線圈上的保護層的存在可防止射頻線圈112的部分因過程流體的存在而電氣短接。例如，保護層可用于例如但不限于ph感測、葡萄糖感測、二氧化碳感測、氧感測、壓力感測、溫度感測和伽馬輻射感測的應(yīng)用。但是，在其中基于射頻的傳感器104被設(shè)置，使得傳感器襯底110而不是射頻線圈112與容器中的內(nèi)容直接物理接觸的實施例中，它可以不被要求以采用基于射頻的傳感器104上的保護層。在一些實施例中，保護層可包含例如但不限于sio2、si3n4、sic、al2o3、聚對二甲苯基、聚對二甲苯基d、聚對二甲苯基n、聚對二甲苯基c或者其組合。

在某些實施例中，基于射頻的傳感器104配置成感測包含物理條件（condition）、生物條件或化學(xué)條件的一個或多個條件。多變量感測裝置100配置成為容器內(nèi)部的一個或多個期望參數(shù)提供定量響應(yīng)。例如，多變量感測裝置100可用來監(jiān)測感興趣環(huán)境參數(shù)的幅值，例如但不限于導(dǎo)電率測量、ph水平、溫度、血液相關(guān)測量、離子測量、非離子測量、非導(dǎo)電率測量、電磁輻射水平測量、壓力、蒸汽濃度、生物材料濃度以及可從典型流體(溶液或氣體)所獲取的其他類型的測量。在一個示例中，多變量感測裝置100可與一次性生物過程組件結(jié)合用來在操作期間或之后監(jiān)測組件內(nèi)部的參數(shù)。

在某些實施例中，支承結(jié)構(gòu)102可包含圓形截面或者任何其他幾何或非幾何形狀截面。此外，支承結(jié)構(gòu)102可以是或者可以不是閉合結(jié)構(gòu)。作為示例，支承結(jié)構(gòu)102可采取套筒、管殼、護套的形式或者配置成接納基于射頻的傳感器104并且至少在容器的操作期間將基于射頻的傳感器104保持到位的任何其他形式。此外，支承結(jié)構(gòu)102可配置成從第一端107或者從第二端109接納基于射頻的傳感器104。

此外，在某些實施例中，支承結(jié)構(gòu)102可以可拆卸地或者暫時耦合到容器?？刹鹦兜伛詈现С薪Y(jié)構(gòu)102的一個示例可需要在容器的對應(yīng)配置（provision）中簡單地滑動支承結(jié)構(gòu)102的一部分。在這些實施例中，支承結(jié)構(gòu)102可在期望時從容器移除。在一個示例中，支承結(jié)構(gòu)102可例如在容器中的過程的完成之后與容器分離。此外，支承結(jié)構(gòu)102可對另一個過程重新插入到相同或不同容器?？蛇x地，在多變量感測裝置100的再使用的情況下，多變量感測裝置100可在將支承結(jié)構(gòu)102重新插入到相同或不同容器之前消毒。此外，為了防止樣本從一個過程到另一個過程的污染和/或不合需要的遺留（carryover），在過程結(jié)束時或者每當(dāng)支承結(jié)構(gòu)102與容器分離時，基于射頻的傳感器104可由另一個基于射頻的傳感器來取代。在一些其他實施例中，支承結(jié)構(gòu)102可使用例如但不限于超聲焊接、介電焊接(又稱作高頻(hf)焊接或射頻(rf)焊接)、激光焊接、熱板焊接、熱刀焊接、感應(yīng)/脈沖、嵌件模塑、模內(nèi)裝飾以及其他標(biāo)準(zhǔn)類型的材料焊接和接合方法的技術(shù)永久地固定到容器。

在一些實施例中，基于射頻的傳感器104可使用化學(xué)方式、機械方式或者這兩種方式來耦合到支承結(jié)構(gòu)102的一部分。作為示例，基于射頻的傳感器104可使用機械保持器116(例如但不限于夾具、環(huán)、閂鎖、緊固件、插銷或者其組合)來保持或耦合到支承結(jié)構(gòu)104。備選地，基于射頻的傳感器104可使用粘合劑(例如但不限于環(huán)氧樹脂基粘合劑)來保持或耦合。

在一些實施例中，基于射頻的傳感器104實際上可以是一次性的。在一個實施例中，基于射頻的傳感器104可以是射頻標(biāo)識(rfid)標(biāo)簽。此外，rfid標(biāo)簽實際上可以是一次性的。在某些實施例中，基于射頻的傳感器104配置成基于射頻信號生成的代碼進行操作。此外，基于射頻的傳感器104可配置成以從大約0.01mhz至大約3000mhz的范圍中的射頻進行諧振。此外，基于射頻的傳感器104可配置成在從大約0.01mhz至大約3000mhz的范圍的射頻與傳感器讀取器(圖1中未示出)進行通信。

在某些實施例中，市場銷售的rfid標(biāo)簽可用來形成基于射頻的傳感器104。這些市場銷售的rfid標(biāo)簽可工作在從大約125khz至大約2.4ghz的范圍的不同頻率。從不同供應(yīng)商和經(jīng)銷商(例如texasinstruments、tagsys、digikey、fujitsu、amtel、hitachi等)可得到的適當(dāng)rfid標(biāo)簽可用來制作基于射頻的傳感器104。此外，適當(dāng)rfid標(biāo)簽可配置成工作在無源、半無源或有源模式中?？勺⒁?，不要求無源rfid標(biāo)簽耦合到功率源(例如電池)以進行操作，而半無源和有源rfid標(biāo)簽依靠使用板載功率源進行其操作。此外，通常，rfid標(biāo)簽具有數(shù)字id，以及rfid標(biāo)簽的對應(yīng)天線電路的頻率響應(yīng)可作為具有阻抗的實部和虛部的阻抗來測量。此外，感測或保護層可施加到rfid標(biāo)簽上，以及阻抗可作為所得到的傳感器附近的環(huán)境的函數(shù)來測量。如標(biāo)題為“chemicalandbiologicalsensors,systemsandmethodsbasedonradiofrequencyidentification”的美國專利申請序號11/259710和美國專利申請序號11/259711中所述來制作這種傳感器。而且，rfid標(biāo)簽可以是轉(zhuǎn)發(fā)器。此外，rfid標(biāo)簽可以是另一種類型的轉(zhuǎn)發(fā)器，其響應(yīng)于預(yù)定義的接收信號而傳送預(yù)定消息。這種rfid標(biāo)簽可包含但不限于2005年10月26日提交的標(biāo)題為“modifiedrftagsandtheirapplicationsformultiplexeddetection”的美國專利申請序號11/259710以及2005年10月26日提交的標(biāo)題為“multivariatemethodsofchemicalandbiologicaldetectionusingradio-frequencyidentificationtags”的美國專利申請序號11/259711中公開的一個或多個rfid標(biāo)簽，通過引用將其結(jié)合于此。在一個實施例中，rfid標(biāo)簽可具有對關(guān)聯(lián)rfid標(biāo)簽的存儲器芯片的模擬輸入。在一個實施例中，單獨化學(xué)、生物或物理傳感器可連接到rfid標(biāo)簽的存儲器芯片的模擬輸入。在另一個實施例中，至少一個化學(xué)、生物或物理傳感器是rfid標(biāo)簽的存儲器芯片的組成部分，其中rfid標(biāo)簽的傳感器部分在存儲器芯片本身的制作過程期間來制作。rfid標(biāo)簽的存儲器芯片使用已知集成電路制作過程和有機電子制作過程來制作。

在其中基于射頻的傳感器104是一次性的實施例中，基于射頻的傳感器104和/或支承結(jié)構(gòu)102可形成給定容器的可分離部分。此外，基于射頻的傳感器104和/或支承結(jié)構(gòu)102可根據(jù)其中使用它們的應(yīng)用和環(huán)境來處置或者再使用。此外，支承結(jié)構(gòu)102可由例如但不限于塑料、聚合物、金屬、金屬合成物、陶瓷或者其組合的材料來制成。支承結(jié)構(gòu)102主要可由具有適當(dāng)機械強度的材料來制成，其中支承結(jié)構(gòu)102的材料沒有不利地影響詢問或傳感器信號或者與其交互。

在一個實施例中，基于射頻的傳感器104在藥物處理所要求的范圍(25kgy至50kgy)是伽馬輻射可消毒的。具體來說，基于射頻的傳感器能夠甚至在暴露于伽馬輻射之后也感測參數(shù)。在一個示例實施例中，rfid標(biāo)簽本身能夠耐受伽馬輻射，而沒有對作為基于射頻的傳感器的rfid標(biāo)簽的功能實質(zhì)損壞?？勺⒁猓Ｒ?guī)rfid標(biāo)簽可能不耐受伽馬輻射。也就是說，在暴露于伽馬輻射時，這些常規(guī)rfid標(biāo)簽中的存儲信息可完全或部分丟失，或者不合需要地修改到存儲信息可能不再是被監(jiān)測參數(shù)的真實表示的程度。因此，這類常規(guī)rfid標(biāo)簽難以用于要求伽馬消毒的設(shè)定中。在某些實施例中，基于射頻的傳感器可制作成伽馬輻射可消毒的，如標(biāo)題為“rfidbasedmethodsandsystemsforuseinmanufacturingandmonitoringapplications”的美國專利發(fā)表號2009/0256679以及標(biāo)題為“methodsandsystemsforsensinguponradiationexposure”的美國專利發(fā)表號2011/0012736中公開，并且完整地結(jié)合到本文中。

在一些其他實施例中，保護層可以沒有被基于射頻的傳感器采用。此外，為了增強沒有采用保護層的基于射頻的傳感器的靈敏度，可調(diào)整其他結(jié)構(gòu)元件和參數(shù)，以增強基于射頻的傳感器的靈敏度。在示例實施例中，可調(diào)整基于射頻的傳感器的傳感器襯底的厚度，以增強基于射頻的傳感器的靈敏度。例如，采用諧振傳感器在每厘米大約10至200毫西門子的范圍中的導(dǎo)電率測量的靈敏度對于從大約5微米至600微米的范圍中的保護層的厚度值以及直徑為大約15毫米并且具有大約70-150毫米的電極寬度以及大約70-150毫米的電極匝之間的間距并且連接到具有大約24皮法電容值的存儲器芯片的感測線圈隨著保護層的厚度的增加而增加。而且，采用具有類似感測線圈的諧振傳感器的壓力測量的靈敏度隨著金屬或者金屬化膜與傳感器線圈之間的間隙的減少而增加。

在某些實施例中，可在將基于射頻的傳感器104設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)102中之后校準(zhǔn)基于射頻的傳感器104。在一個示例中，基于射頻的傳感器104可預(yù)先安裝在支承結(jié)構(gòu)中，并且在設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)102中之后經(jīng)過校準(zhǔn)。在某些其他實施例中，可在將基于射頻的傳感器104設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)102中之前預(yù)先校準(zhǔn)基于射頻的傳感器104。此外，在這些實施例的一些中，基于射頻的傳感器104適合從支承結(jié)構(gòu)102移除以供附加重新校準(zhǔn)或驗證?；谏漕l的傳感器104可在容器中的操作期間或之后經(jīng)過重新校準(zhǔn)。在一個實施例中，重新校準(zhǔn)后，基于射頻的傳感器104可安裝回在支承結(jié)構(gòu)102中供監(jiān)測過程。但是，在其中多變量感測裝置100用于單次使用組件的另一個實施例中，可能不預(yù)期重新安裝基于射頻的傳感器104。

此外，存儲器芯片106可與基于射頻的傳感器104操作關(guān)聯(lián)。在一些實施例中，存儲器芯片106可設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)102中、支承結(jié)構(gòu)102上或者容器上。此外，存儲器芯片106可用于存儲信息。作為示例，存儲器芯片106可用來存儲數(shù)字信息(其能夠由傳感器讀取器來讀取)。此外，存儲器芯片106中存儲的信息可表示基于射頻的傳感器104和容器的一個或多個。例如，存儲器芯片106中存儲的信息可用來識別容器。在一個實施例中，存儲器芯片106可通過從讀/寫單元所傳送的詢問信號來激活。在一些實施例中，存儲器芯片106可在容器的整個操作中是可讀的。而在一些其他實施例中，存儲器芯片106僅在容器的操作的一部分期間是可讀的。在一個示例中，存儲器芯片106可在容器的操作的開始是可讀的，而在以后可以不是可讀的。在其中存儲器芯片106設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)102中的這些實施例的一些中，存儲器芯片可在操作上耦合到基于射頻的傳感器104。作為示例，存儲器芯片106可在操作上耦合到基于射頻的傳感器104，以便向基于射頻的傳感器104提供校準(zhǔn)因數(shù)，以促進基于射頻的傳感器106的校準(zhǔn)。在一個示例中，存儲器芯片106可形成基于射頻的傳感器104的組成部分。在其中存儲器芯片106設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)102上或容器上的實施例中，存儲器芯片106可以或者可以不在操作上耦合到基于射頻的傳感器104。作為示例，存儲器芯片106可耦合到容器，并且可用來識別容器。在所圖示的實施例中，存儲器芯片106設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)102上。此外，存儲器芯片106可以或者可以不在操作上耦合到基于射頻的傳感器104。

圖2圖示本說明書的另一個示范多變量感測裝置200。在所圖示的實施例中，多變量感測裝置200包含支承結(jié)構(gòu)202、基于射頻的傳感器204和存儲器芯片206。在所圖示的實施例中，存儲器芯片206是基于射頻的傳感器204的主要部分。

此外，支承結(jié)構(gòu)202包含主體208和凸出部210。主體208包含第一端207和第二端209。此外，主體208配置成在第一端207處接納和保持基于射頻的傳感器204。具體來說，基于射頻的傳感器204的至少一部分耦合到支承結(jié)構(gòu)202的主體208的第一端207。此外，凸出部210配置成充當(dāng)機械擋塊，以便將容器中的支承結(jié)構(gòu)202的主體208的一部分的進入（entry）限制到期望長度。另外，凸出部210還可配置成促進容器與多變量感測裝置200之間的物理耦合。作為示例，凸出部210可螺桿安裝或者化學(xué)接合到容器的一部分，以提供支承結(jié)構(gòu)202與容器之間的物理耦合。而且，雖然圖示為具有空心的圓盤，但是還設(shè)想凸出部的其他實施例。作為示例，凸出部210可采取多個不連續(xù)條的形式等。

在一些實施例中，支承結(jié)構(gòu)202的主體208可劃分為部分212和214。此外，更靠近主體208的第一端207的主體208的部分212的截面面積(其中第一端207配置成設(shè)置在容器中)可保持為比靠近主體208的第二端209的主體208的部分214的截面要小，以限制可設(shè)置在容器中的支承結(jié)構(gòu)202的主體208的長度量。相應(yīng)地，在一些實施例中，支承結(jié)構(gòu)202的主體208可具有均勻截面，但是在一些其他實施例中，主體208的截面可在主體208中從一個位置到另一個位置改變。主體208的截面的截面變化可根據(jù)形狀和大小中的一個或兩者。

在某些實施例中，凸出部210可配置成定義可設(shè)置在容器(圖2中未示出)中的支承結(jié)構(gòu)202的主體208的長度量。在一些實施例中，凸出部210在主體208上的位置可以是可調(diào)的。作為示例，多個凹口可作為配置來設(shè)置在主體208上，以便將凸出部210設(shè)置在離主體208的第一端207的期望距離216處。凸出部210與支承202的主體208的第一端207之間的距離216可根據(jù)其中采用基于頻率的傳感器204的容器的大小和類型來改變。

圖3是容器304中采用的示范多變量感測裝置302的示意表示300。在一個或多個非限制性示例中，容器304可以是一次性容器、一次性生物過程組件、生物反應(yīng)器、不銹鋼容器、塑料容器、聚合材料容器或者預(yù)消毒聚合材料容器。此外，容器304可具有不同大小和形狀，例如微流道、皮氏培養(yǎng)皿、手套箱、護罩或塑料袋。容器304可以有或者可以沒有預(yù)定形狀。

在一些其他實施例中，容器304可包含一次性生物過程組件、不銹鋼容器、塑料容器、聚合材料容器、色譜裝置、過濾裝置、具有任何關(guān)聯(lián)傳輸導(dǎo)管（transferconduit）的色譜裝置、具有任何關(guān)聯(lián)傳輸導(dǎo)管的過濾裝置、離心裝置、具有任何關(guān)聯(lián)傳輸導(dǎo)管的離心裝置、預(yù)先消毒聚合材料容器或者本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何類型的容器。此外，一次性生物過程組件的非限制性示例包含一次性存儲袋、一次性容器、產(chǎn)品傳輸線、過濾器、連接器、閥、泵、生物反應(yīng)器、分離柱、混合器或者離心系統(tǒng)。此外，一次性生物過程組件可包含一個或多個端口，以用于在操作上耦合多變量感測裝置。

在一個實施例中，容器304可由材料例如但不限于多層膜來制成：乙烯醋酸乙烯酯(eva)、低或極低密度聚乙烯(ldpe或vldpe)、乙基-乙烯基-乙醇(evoh)、聚丙烯(pp)、聚乙烯、低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、彈性材料，其全部是本領(lǐng)域眾所周知的。rfid標(biāo)簽通常包括前天線和具有塑料墊板(例如聚酯、聚酰胺等)的微芯片或者其組合。此外，容器304也可以是包含流體、例如液體或氣體的器皿，其中器皿能夠具有輸入和輸出。此外，容器304可具有液流或者沒有液流。此外，容器304可以是袋或管或者管道或軟管。

在一些實施例中，容器304可部分填充有過程流體，其中溶液可以是液體、流體或氣體、固體、漿料或者液體和固體的組合。例如，溶液可以是水、生物緩沖液、血液或氣體。此外，容器304可具有用于插入多變量感測裝置302的端口305。另外，雖然未圖示，但是設(shè)想用于耦合多個多變量感測裝置的多個端口。

在所圖示的實施例中，多變量感測裝置302包含設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)308中的基于射頻的傳感器306。此外，多變量感測裝置302還包含存儲器芯片310。在所圖示的實施例中，存儲器芯片310設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)308外部以及容器304上。相應(yīng)地，圖3的所圖示的實施例的存儲器芯片310可用來提供容器304的標(biāo)識細節(jié)。但是，在其中存儲器芯片310設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)308中的實施例中，存儲器芯片310可配置成還提供基于射頻的傳感器306的校準(zhǔn)參數(shù)。此外，多變量感測裝置302包含采取凸出部312的形式的機械擋塊，以定義設(shè)置在容器304中的支承結(jié)構(gòu)308的一部分。

圖4是采用操作上耦合到容器404的多變量感測裝置402的多變量感測系統(tǒng)400的示意表示。此外，多變量感測系統(tǒng)400還采用與多變量感測裝置402操作關(guān)聯(lián)的傳感器讀取器406。在所圖示的實施例中，傳感器讀取器406包含讀取器電路系統(tǒng)408、在操作上耦合到讀取器電路系統(tǒng)408的拾波線圈410以及殼體412。在所圖示的實施例中，讀取器電路系統(tǒng)408和拾波線圈410的至少一部分設(shè)置在殼體412中，以便向傳感器讀取器406提供機械完整性和結(jié)構(gòu)。此外，拾波線圈410可設(shè)置在與讀取器電路系統(tǒng)408相同的殼體412中，并且電耦合到讀取器電路系統(tǒng)408。相應(yīng)地，在這些實施例中，拾波線圈410是傳感器讀取器的組成部分。

此外，多變量感測裝置402包含基于射頻的傳感器414，其在操作上耦合到容器404，以感測設(shè)置在容器404中的樣本的一個或多個參數(shù)。此外，基于射頻的傳感器414設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)405中。拾波線圈410是傳感器讀取器406的組成部分，并且配置成將詢問信號從讀取器電路408轉(zhuǎn)發(fā)給基于射頻的傳感器414。此外，拾波線圈410配置成從基于射頻的傳感器414接收響應(yīng)信號，并且向讀取器電路系統(tǒng)408傳送響應(yīng)信號。相應(yīng)地，傳感器讀取器406塑造成具有作為傳感器讀取器406的組件中的一個的拾波線圈410。拾波線圈410沒有形成基于射頻的傳感器414的組成部分。相應(yīng)地，與拾波線圈410關(guān)聯(lián)的電容和電感不存在于基于射頻的傳感器414中，由此增強傳感器響應(yīng)。

雖然未圖示，但是在一些實施例中，兩個或更多傳感器讀取器、例如傳感器讀取器406可用來感測容器404的一個或多個參數(shù)。在這些實施例的一些中，每個傳感器讀取器406可具有對應(yīng)拾波線圈410。在一個實施例中，拾波線圈410實際上可以是非一次性的。例如，拾波線圈410可由優(yōu)選地為了(組裝多變量感測裝置組合件的)效率和/或經(jīng)濟目的可再使用的金屬或者金屬材料來制成。拾波線圈410可被制作或者現(xiàn)貨購買。在其中制作拾波線圈410的實施例中，拾波線圈410可采用諸如光刻、掩蔽、以環(huán)形形成金屬線或者集成電路制造加工的標(biāo)準(zhǔn)制作技術(shù)來制作。例如，可使用敷銅箔層壓板的光刻蝕刻或者在模板上盤繞銅線來制作拾波線圈。

此外，拾波線圈410可電耦合到讀取器電路系統(tǒng)408和/或殼體412。拾波線圈410可電耦合以從傳感器讀取器406的一個或多個組件(例如但不限于讀取器電路系統(tǒng)、電連接器或者它們兩者)來接收連續(xù)或間斷電功率供應(yīng)。例如，電連接器可包含標(biāo)準(zhǔn)電子連接器、例如鍍金引腳。此外，拾波線圈410可按照若干不同方式耦合到讀取器電路系統(tǒng)408和/或殼體。例如，拾波線圈可使用粘合劑或者通過與殼體一起模塑拾波線圈或者通過使用螺桿將拾波線圈緊固到讀取器電路系統(tǒng)408和/或殼體412來附連到讀取器電路系統(tǒng)408和/或殼體412。備選地，支架可提供在讀取器電路系統(tǒng)408和/或殼體412中，使得拾波線圈410能夠擱置于殼體412的保持器上。

在操作中，由一個或多個基于射頻的傳感器414的天線所傳送的信號可由傳感器讀取器406的拾波線圈410來拾波?；谏漕l的傳感器414和拾波線圈410操作接近地放置。在一個示例中，基于射頻的傳感器414和拾波線圈410可經(jīng)由電感耦合或物理電連接來耦合。在其中拾波線圈410是獨立元件或者拾波線圈410是傳感器讀取器406的組成部分的實施例中，拾波線圈410可使用有線或無線連接在操作上耦合到基于射頻的傳感器414。

可注意，在圖4的所圖示的實施例中，基于射頻的傳感器414可包含個別存儲器芯片(未示出)或者由兩個或更多基于射頻的傳感器414所共享的一個或多個存儲器芯片。在具體示例中，單個存儲器芯片可由多個基于射頻的傳感器414來共享。在這個具體示例中，在其中存儲器芯片配置成用于在一個或多個基于射頻的傳感器414的校準(zhǔn)期間提供校準(zhǔn)參數(shù)的情況下，單個存儲器芯片可設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)405中。此外，在其中存儲器芯片用來提供容器的標(biāo)識參數(shù)、例如標(biāo)識代碼的情況下，單個存儲器芯片可設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)405、例如容器404外部。

此外，雖然未圖示，但是可注意，在一些實施例中，拾波線圈、例如拾波線圈410可設(shè)置在傳感器讀取器的殼體412外部。此外，拾波線圈410可設(shè)置在殼體412外部的某個位置處，使得拾波線圈410在操作上耦合到多變量感測裝置402的基于射頻的傳感器414以及傳感器讀取器406。

圖5和圖6圖示本說明書的多變量感測裝置的備選實施例。圖5描繪多變量感測裝置500的設(shè)計，其中多變量感測裝置500的基于射頻的傳感器502設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)504中，使得基于射頻的傳感器502的感測區(qū)暴露于設(shè)置在容器512中的過程流體508。感測區(qū)包含線圈匝506。此外，可使用保護層514(其可設(shè)置在感測區(qū)的至少一部分上)來防止感測區(qū)與過程流體508直接物理接觸。在某些實施例中，保護層514可以是阻擋層、半滲透層或滲透選擇性層。這個保護層514可用來防止基于射頻的傳感器502的組件、例如形成感測區(qū)的感測線圈開始直接物理接觸容器中的溶液。而且，保護層514防止容器中的溶液被任何可瀝濾或者可提取材料(其可存在于基于射頻的傳感器502中)所污染。

備選地，圖6描繪多變量感測裝置600的設(shè)計，其中多變量感測裝置600的基于射頻的傳感器602設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)604中，使得基于射頻的傳感器602經(jīng)過傳感器襯底612與設(shè)置在生物容器610中的過程流體608進行交互?；谏漕l的傳感器602包含具有線圈匝606的感測區(qū)。具體來說，在圖6的所圖示的實施例中，基于射頻的傳感器602設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)604中，使得當(dāng)支承結(jié)構(gòu)604在操作上耦合到生物容器610時，基于射頻的傳感器602的傳感器襯底612可暴露于過程流體608。因此，基于射頻的傳感器602的感測區(qū)在生物容器的操作之前、期間或之后的任何時間可以沒有與過程流體608直接物理接觸。此外，基于射頻的傳感器602的傳感器襯底612可適合于暴露于過程流體608。在一些實施例中，傳感器襯底612可由不易受與過程流體608的化學(xué)交互的聚合材料來制成。

此外，在某些實施例中，感測層614可設(shè)置在傳感器襯底612的至少一部分上，使得在操作中，感測層614設(shè)置在傳感器襯底612的部分與過程流體608之間?？勺⒁?，感測層614可以是可選層。用于感測層的材料的非限制性示例可包含諸如高氟化離子交換樹脂（nafion）的磺化聚合物、諸如硅酮膠的粘合聚合物、諸如溶膠-凝膠膜的無機膜、諸如碳黑聚異丁烯膜的合成膜、諸如碳納米管-高氟化離子交換樹脂膜、金納米粒子聚合物膜、金屬納米粒子聚合物膜、沸石、金屬有機框架、籠狀化合物、包合物、包含化合物、靜電紡聚合物納米纖維、靜電紡無機納米纖維、靜電紡合成納米纖維的納米合成膜以及任何其他傳感器材料或者其組合。

又參照圖5，在某些實施例中，在其中存在對于范圍從0.5納米至1000微米的范圍的保護層厚度的需要時執(zhí)行導(dǎo)電率測量、溫度測量、介電性質(zhì)測量等的情況下，圖5的配置(其中保護層514被基于射頻的傳感器502所采用)可以是期望的。備選地，對于溶液導(dǎo)電率、壓力和其他測量，可使用圖6的配置，其中傳感器襯底612可暴露于過程流體。在這個實施例中，基于射頻的傳感器602的傳感器襯底612可配置成充當(dāng)基于射頻的傳感器602的保護層。用于傳感器襯底的材料的非限制性示例可包含玻璃、硅、氮化硅、碳化硅、氮化鎵、氧化鋁、氧化鋯或者其組合。

圖7圖示將多變量感測裝置用于測量設(shè)置在容器中的內(nèi)容的一個或多個參數(shù)的示范方法700。在步驟702處，可提供具有第一端和第二端的支承結(jié)構(gòu)，其中支承結(jié)構(gòu)的第一端配置成耦合到容器。在步驟704處，一個或多個基于射頻的傳感器設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)中，以形成多變量感測裝置。此外，設(shè)置基于射頻的傳感器的步驟可包含下列步驟：將基于射頻的傳感器接合或定位在支承結(jié)構(gòu)中，使得基于射頻的傳感器保持在其相應(yīng)位置。在一個示例中，一個或多個基于射頻的傳感器可設(shè)置在配置成接納和保持基于射頻的傳感器的支承結(jié)構(gòu)的插槽中。在另一個示例中，一個或多個基于射頻的傳感器可在化學(xué)接合到支承結(jié)構(gòu)的壁。

一個或多個基于射頻的傳感器可以或者可以不經(jīng)過預(yù)先校準(zhǔn)。在其中基于射頻的傳感器沒有預(yù)先校準(zhǔn)的實施例中，在步驟706處，可校準(zhǔn)設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)中的基于射頻的傳感器。在一個實施例中，用于校準(zhǔn)基于射頻的傳感器的校準(zhǔn)參數(shù)可由設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)中的一個或多個存儲器芯片來提供。

在步驟708處，具有支承結(jié)構(gòu)和基于射頻的傳感器的多變量感測裝置可在操作上耦合到容器。具體來說，多變量感測裝置的支承結(jié)構(gòu)可耦合到容器中的相應(yīng)端口。此外，支承結(jié)構(gòu)可以可拆卸或永久地耦合到容器?？勺⒁猓O(shè)置在支承結(jié)構(gòu)中的基于射頻的傳感器可在將支承結(jié)構(gòu)耦合到容器之前或之后被校準(zhǔn)。在一個實施例中，支承結(jié)構(gòu)可通過將支承結(jié)構(gòu)的至少一部分設(shè)置成更靠近容器的第一端來耦合到容器。此外，在一個實施例中，一個或多個凸出部可用來將支承結(jié)構(gòu)相對于容器保持到位。

可選地，在步驟710處，如果存儲器芯片不是基于射頻的傳感器的組成部分，則存儲器芯片可在操作上耦合到一個或多個基于射頻的傳感器、支承結(jié)構(gòu)、容器或者其組合。此外，在步驟712處，多變量感測裝置和/或容器可被消毒。例如，容器連同感測裝置一起可暴露于伽馬輻射以進行消毒。

在步驟714處，在容器中執(zhí)行操作。例如，在生物過程組件的情況下，執(zhí)行生物處理。在步驟715處，在容器中的操作之前、期間和/或之后，多變量感測裝置可用來感測容器和/或設(shè)置在容器中的過程流體的一個或多個參數(shù)?？蓽y量的參數(shù)可包含物理(溫度、壓力、電導(dǎo)率)、化學(xué)和/或生物參數(shù)。

此外，步驟716-720圖示在執(zhí)行容器中的操作之后要求重新校準(zhǔn)或驗證基于射頻的傳感器時可執(zhí)行的可選步驟。在步驟716處，具有支承結(jié)構(gòu)和基于射頻的傳感器的多變量感測裝置可從容器移除。隨后在框718處，重新校準(zhǔn)傳感器。隨后并且可選地，多變量感測裝置重新安裝在容器中(步驟720)供進一步使用。

在某些實施例中，本說明書的多變量感測裝置的基于射頻的傳感器可配置成監(jiān)測一個或多個阻抗譜、阻抗譜的實部、阻抗譜的虛部、阻抗譜的實部和虛部、復(fù)阻抗的實部的最大數(shù)的頻率(fp)、復(fù)阻抗的實部的幅值(zp)、復(fù)阻抗的虛部的諧振頻率(f1)及其幅值(z1)以及復(fù)阻抗的虛部的反諧振頻率(f2)及其幅值(z2)。另外，還可測量模擬信號的其他參數(shù)，例如質(zhì)量因數(shù)、零交叉諧振頻率等。在美國專利no.7911345(標(biāo)題為“methodsandsystemsforcalibrationofrfidsensors”)和美國專利no.8542023(標(biāo)題為“highlyselectivechemicalandbiologicalsensors”)中提供這類參數(shù)的細節(jié)，通過引用將其結(jié)合于此。個別測量參數(shù)能夠使用眾所周知的多變元技術(shù)(例如主成分分析、偏最小二乘、支持向量機以及許多其他)按照其組合進一步處理。此外，個別參數(shù)(例如fp、zp)能夠用于定量測量。此外，這些參數(shù)可使用基于射頻的傳感器的響應(yīng)信號的模擬部分來測量。傳感器電路的組件的組合引起生成由諸如fp、zp、f1、f2、fz、z1、z2的諧振電路參數(shù)以及從諧振傳感器同時產(chǎn)生的其他一些參數(shù)所形成的阻抗響應(yīng)。

圖8圖示在三個不同狀態(tài)的單個傳感器的阻抗的實部和虛部的示例。三個不同狀態(tài)的非限制性示例可包含保護層、傳感器襯底或者它們兩者的三個不同值。如由曲線802、804和806所圖示，阻抗值的實部包含參數(shù)fp808和zp810。參數(shù)fp808表示阻抗的實部的最大數(shù)的頻率，以及zp810表示阻抗的實部的幅值。類似地，如由曲線812、814和816所圖示，阻抗的虛部包含f1818和f2820。參數(shù)f1818表示阻抗的虛部的諧振頻率，以及參數(shù)f2820表示阻抗的虛部的反諧振頻率。參數(shù)f1818和f2820與等效電路的不同組件相關(guān)。傳感器參數(shù)的附加非限制性示例包含能夠從rfid傳感器的等效電路的響應(yīng)來提取的參數(shù)，例如諧振的質(zhì)量因數(shù)、rfid傳感器的諧振電路響應(yīng)的阻抗的幅值和相位角以及本領(lǐng)域的已知的其他參數(shù)。f1818與f2820之間的差與峰值寬度相關(guān)。在這個示例中，由于f1818和f2820與等效電路的不同組件相關(guān)，所以f181838和f2820沒有相互關(guān)連。此外可注意，峰值對稱性可受到阻抗的變化影響。可使用阻抗譜來測量的其他參數(shù)可包含諧振的質(zhì)量因數(shù)、阻抗的幅值和相位角、在復(fù)阻抗的虛部的諧振頻率(f1)818的信號幅值(z1)822、在復(fù)阻抗的虛部的反諧振頻率(f2)820的信號幅值(z2)824以及零電抗頻率(fz，阻抗的虛部為零的頻率)。在標(biāo)題為“methodsandsystemsforcalibrationofrfidsensors”的美國專利申請序號12/118950中描述多變量響應(yīng)參數(shù)，通過引用將其結(jié)合到本文中。

示例1

使用個別的基于射頻的傳感器在寬動態(tài)范圍內(nèi)測量水溶液的導(dǎo)電率。此外，基于射頻的傳感器采取設(shè)置在介電襯底上的金屬線圈形式來制成。對于在寬范圍內(nèi)的導(dǎo)電率的測量，基于射頻的傳感器涂敷有聚對二甲苯基聚合物的對應(yīng)層。具體來說，保護層的三個不同厚度使用三個基于射頻的傳感器來評估。聚對二甲苯基聚合物的三個不同厚度值是10微米、15微米和25微米。此外，基于射頻的傳感器的保護層與設(shè)置在容器(基于射頻的傳感器與其在操作上耦合)中的過程流體直接物理接觸。此外，三個不同的基于射頻的傳感器的傳感器讀出采用定位在離基于射頻的傳感器的恒定距離處的拾波線圈來執(zhí)行。三個基于射頻的傳感器的響應(yīng)作為fp和zp響應(yīng)來獲取。三個基于射頻的傳感器的響應(yīng)fp和zp分別如由等式(1)和(2)所表示來歸一化。

fp(歸一化)=(fp–fp⁰)/fp⁰等式(1)

zp(歸一化)=(zp–zp⁰)/zp⁰等式(2)

其中，fp和zp是在任何導(dǎo)電率的水中測量的傳感器響應(yīng)，以及fp⁰和zp⁰是在最小導(dǎo)電率的水中測量的傳感器響應(yīng)。

圖9-10描繪使用具有以不同厚度值的對應(yīng)保護層(如圖5所描繪)的三個基于射頻的傳感器在寬動態(tài)范圍內(nèi)測量水溶液的導(dǎo)電率的結(jié)果。圖9描繪對三個基于射頻的傳感器的溶液導(dǎo)電率的歸一化fp響應(yīng)。具體來說，圖表902表示具有以厚度為大約10微米的保護層的基于射頻的傳感器的歸一化fp響應(yīng)。類似地，圖表904和906表示具有擁有厚度為大約15微米和25微米的保護層的基于射頻的傳感器的歸一化fp響應(yīng)。此外，x軸908表示水的電導(dǎo)率，以及y軸910表示歸一化fp值。圖10描繪對3個基于射頻的傳感器的溶液導(dǎo)電率的歸一化zp響應(yīng)。此外，圖表1002、1004和1006表示具有以厚度值為大約10微米、15微米和25微米的保護層的基于射頻的傳感器的歸一化zp響應(yīng)。此外，x軸1008表示水的電導(dǎo)率，以及y軸1010表示歸一化zp值。

通過不同方法已知溶液的電導(dǎo)率測量。例如，具有兩個裸電極的傳感器在過去用于測量低導(dǎo)電率的溶液。但是，僅使用兩個裸電極沒有提供導(dǎo)電率測量的期望寬動態(tài)范圍。因此，導(dǎo)電率的寬范圍的測量通常采用使用四個裸電極所構(gòu)建的傳感器來實現(xiàn)。具體來說，構(gòu)建具有四個裸電極的傳感器，其中監(jiān)測跨兩個內(nèi)電極的電壓降，同時對兩個外電極施加交流。但是，裸電極已知為受到高導(dǎo)電率溶液所影響，如果裸電極暴露較長時間段(例如數(shù)小時或數(shù)天)的話，由此因裸電極的沉積物或腐蝕而引起傳感器漂移。為了解決裸電極的不穩(wěn)定性的這個問題，引入電感環(huán)形傳感器。這些傳感器由采用介電材料保護免受溶液影響的兩個環(huán)形線圈來制成。在這些傳感器中，一個線圈用來產(chǎn)生到溶液中的電場。此外，所生成離子電流由第二線圈來監(jiān)測。采用環(huán)形線圈的傳感器的關(guān)鍵優(yōu)點是增強傳感器穩(wěn)定性，因為不存在與溶液相接觸的裸電極。但是，電感環(huán)形傳感器的局限性是它們僅測量高溶液導(dǎo)電率的能力。具有保護層的基于射頻的傳感器配置成克服其他已知導(dǎo)電率傳感器的局限性的至少一些或全部，并且在寬范圍內(nèi)測量溶液導(dǎo)電率，而無需裸電極與過程流體之間的直接物理接觸。

示例2

水溶液的導(dǎo)電率使用單獨的基于射頻的諧振傳感器(各具有保護層(如圖5所描繪)，其具有與其他基于射頻的傳感器的保護層不同的厚度值)在寬動態(tài)范圍內(nèi)進一步測量。此外，如示例1所述的基于射頻的傳感器用于比較?；谏漕l的傳感器的靈敏度作為zp響應(yīng)來測量。而且，在高導(dǎo)電率的范圍(大約50–200ms/cm)中比較靈敏度。

比較研究相對于個別基于射頻的傳感器的靈敏度(y軸1104)對基于射頻的傳感器(其具有從大約10微米至85微米的范圍的不同厚度值(x軸1102)的保護層)來執(zhí)行。此外，圖11描繪作為如示例1所定義的zp的歸一化值中的傳感器信號所表示并且作為溶液導(dǎo)電率（ms/cm）的每單位的百萬分之一(ppm)值所獲取的個別基于射頻的傳感器的不同靈敏度值(1106)?？勺⒁?，在得出保護層的厚度值與導(dǎo)電率之間的關(guān)系的同時考慮靈敏度值的絕對值。作為示例，y軸1104上表示為-200和+200的靈敏度值被認為是200，以用于研究保護層的厚度對導(dǎo)體的靈敏度的影響。比較研究表明，在所測試溶液導(dǎo)電率范圍內(nèi)具有其靈敏度的最大絕對值的最靈敏的基于射頻的傳感器是具有保護層的厚度的最大值的傳感器。

示例3

水溶液的導(dǎo)電率使用個別基于射頻的傳感器在寬動態(tài)范圍內(nèi)進一步測量，每個基于射頻的傳感器具有傳感器襯底。此外，基于射頻的傳感器在操作上耦合到過程流體或者水溶液，使得相應(yīng)傳感器襯底與過程流體直接物理接觸(如圖6所描繪)。此外，不同的基于射頻的傳感器具有以不同厚度值的傳感器襯底?；谏漕l的傳感器包含沉積在150微米和300微米厚的氧化鋁(al2o3)襯底上的金屬線圈?；谏漕l的傳感器的響應(yīng)fp和zp如示例1所述地那樣歸一化。

圖12-13描繪使用具有以不同厚度的介電層(其還用作傳感器襯底)所保護的個別基于射頻的傳感器在寬動態(tài)范圍內(nèi)測量水溶液的溶液導(dǎo)電率(x軸1202)的結(jié)果。具體來說，圖12描繪對溶液導(dǎo)電率的歸一化fp響應(yīng)(y軸1304)，以及圖13描繪相對于溶液導(dǎo)電率的歸一化zp(y軸1302)響應(yīng)。圖12中，圖表1206和1208表示具有襯底的基于射頻的傳感器的fp響應(yīng)，襯底分別具有大約150微米和300微米的厚度值。此外，圖13中，圖表1304和1306表示具有襯底的基于射頻的傳感器的zp響應(yīng)，襯底分別具有大約150微米和300微米的厚度值。

有利地，多變量感測裝置和多變量感測裝置組合件可易于用于新的和現(xiàn)有系統(tǒng)中。此外，當(dāng)前配置使基于射頻的傳感器能夠易于在操作上耦合到容器。另外，兩個或更多這類基于射頻的傳感器可使用單個拾波線圈來讀取。此外，從基于射頻的傳感器的結(jié)構(gòu)中沒有拾波線圈引起多變量感測裝置的設(shè)計的簡化。此外，從多變量感測裝置的結(jié)構(gòu)中沒有拾波線圈降低多變量感測裝置的成本。

雖然本文僅圖示和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會想到多種修改和變更。因此要理解，所附權(quán)利要求書體育涵蓋如落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)的所有這類修改和變更。