[0150]雖然本發(fā)明通過結(jié)合具體實施例被特別地展示及描述，然而本領域的技術(shù)人員應理解的是，在不脫離所附的權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可在其中做各種形式和細節(jié)的變化。本發(fā)明的范圍在所附的權(quán)利要求書中展示，因此落入所述權(quán)利要求的等價的意思與范圍內(nèi)的所有變化都應包含于本發(fā)明的內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.用于確定流體的流量參數(shù)的傳感器，該傳感器包括: 聚合物膜； 從所述聚合物膜延伸出來的長形微結(jié)構(gòu)；和 連接至所述長形微結(jié)構(gòu)的至少一部分的水凝膠， 其中，所述水凝膠與所述長形微結(jié)構(gòu)被設置為相互協(xié)作，以響應流體流動和流體與傳感器的交互而使所述聚合物膜產(chǎn)生位移， 其中，所述傳感器被配置為基于所述聚合物膜的位移來提供指示所述流體的流量參數(shù)的測量值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述水凝膠至少基本上包圍所述長形微結(jié)構(gòu)的所述至少一部分。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器進一步包括多個納米纖維，所述多個納米纖維至少基本上被所述水凝膠所封裝。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于，每個納米纖維具有約500?100nm的直徑。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的傳感器，其特征在于，每個納米纖維包含己內(nèi)酯、或聚偏二氟乙烯、或鋯鈦酸鉛。6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器進一步包括至少一個感應元件，該至少一個感應元件被配置為提供指示所述流體的流量參數(shù)的測量值。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征在于，所述至少一個感應元件包括應變計。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其特征在于，所述應變計包括被設置成至少基本上環(huán)繞所述長形微結(jié)構(gòu)的蛇形形狀。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器，其特征在于，所述蛇形形狀由多個第一元件和多個第二元件所限定，所述多個第一元件從所述長形微結(jié)構(gòu)徑向延伸出來， 其中，所述多個第二元件中的各相應第二元件設置在所述多個第一元件的相鄰第一元件之間。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器，其特征在于，每個第一元件具有比每個第二元件更長的長度。11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的傳感器，其特征在于，每個第一元件具有比每個第二元件更小的寬度。12.根據(jù)權(quán)利要求7~11中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述應變計為單體結(jié)構(gòu)。13.根據(jù)權(quán)利要求7~12中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述應變計包含金屬。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器，其特征在于，所述金屬選自金、鎳、鎳-鉻、鋁或鉑。15.根據(jù)權(quán)利要求1~14中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)是從所述聚合物膜的表面至少基本上垂直延伸出來的。16.根據(jù)權(quán)利要求1~15中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)至少基本上接觸所述聚合物膜。17.根據(jù)權(quán)利要求1~16中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述水凝膠包含透明質(zhì)酸。18.根據(jù)權(quán)利要求1~17中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)包括利用立體光刻技術(shù)形成的長形微結(jié)構(gòu)。19.根據(jù)權(quán)利要求1~18中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)包含聚合物。20.根據(jù)權(quán)利要求1~19中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)具有約6-10的高寬比。21.根據(jù)權(quán)利要求1~20中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)具有約2500?4000 μ m的長度。22.根據(jù)權(quán)利要求1~21中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)具有約250?400 μ m的寬度或直徑。23.根據(jù)權(quán)利要求1~22中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)具有約2?5GPa的楊氏模量。24.根據(jù)權(quán)利要求1~23中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述聚合物膜具有約10?150 μm的厚度。25.根據(jù)權(quán)利要求1~24中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述聚合物膜具有約I?3GPa的楊氏模量。26.根據(jù)權(quán)利要求1~25中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述聚合物膜包含液晶聚合物。27.根據(jù)權(quán)利要求1~26中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器進一步包括與所述聚合物膜連接的載體。28.根據(jù)權(quán)利要求1~27中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述流體為空氣，且所述測量值包括對于I ms 1氣流的約1.2?8mV的電壓變化。29.根據(jù)權(quán)利要求1~28中任一項所述的傳感器，其特征在于，所述流體為水，且所述測量值包括對于I ms 1水流的約0.03?0.12V的電壓變化。30.形成用于確定流體的流量參數(shù)的傳感器的方法，該方法包括: 提供聚合物膜； 形成從所述聚合物膜延伸出來的長形微結(jié)構(gòu)；和 形成與所述長形微結(jié)構(gòu)的至少一部分連接的水凝膠， 其中，所述水凝膠與所述長形微結(jié)構(gòu)被設置為相互協(xié)作，以響應流體流動和流體與傳感器的交互而使所述聚合物膜產(chǎn)生位移，且 其中，所述傳感器被配置為基于所述聚合物膜的位移來提供指示流體的流量參數(shù)的測量值。31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述水凝膠至少基本上包圍所述長形微結(jié)構(gòu)的所述至少一部分。32.根據(jù)權(quán)利要求30或31所述的方法，其特征在于，形成水凝膠包括: 將水凝膠前體溶液滴落涂布于所述長形微結(jié)構(gòu)上，以在所述長形微結(jié)構(gòu)的所述至少一部分上形成凝膠狀物質(zhì)；及 將所述凝膠狀物質(zhì)轉(zhuǎn)化為水凝膠。33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，將所述凝膠狀物質(zhì)轉(zhuǎn)化為水凝膠包括: 對所述凝膠狀物質(zhì)進行光刺激；及 隨后，將所述凝膠狀物質(zhì)潤濕，以形成水凝膠。34.根據(jù)權(quán)利要求30~33中任一項所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括形成多個納米纖維， 其中，形成水凝膠包括:形成至少基本封裝所述多個納米纖維的水凝膠。35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，形成多個納米纖維包括:利用紡絲溶液在所述長形微結(jié)構(gòu)上進行靜電紡絲，且所述紡絲溶液包含組成所述多個納米纖維的物質(zhì)。36.根據(jù)權(quán)利要求34或35所述的方法，其特征在于，所述多個納米纖維形成從所述長形微結(jié)構(gòu)的尖端朝著所述聚合物膜延伸的金字塔形狀。37.根據(jù)權(quán)利要求34~36中任一項所述的方法，其特征在于，每個納米纖維具有約500?100nm的直徑。38.根據(jù)權(quán)利要求34~37中任一項所述的方法，其特征在于，每個納米纖維包含己內(nèi)酯、或聚偏二氟乙烯、或鋯鈦酸鉛。39.根據(jù)權(quán)利要求30~38中任一項所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括形成至少一個用感應元件，該至少一個感應元件被配置為提供指示所述流體的流量參數(shù)的測量值。40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，形成至少一個感應元件包括光刻過程。41.根據(jù)權(quán)利要求39或40所述的方法，其特征在于，所述至少一個感應元件包括應變i+o42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述應變計包括被設置為至少基本上環(huán)繞所述長形微結(jié)構(gòu)的蛇形形狀。43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述蛇形形狀由多個第一元件和多個第二元件所限定，所述多個第一元件從所述長形微結(jié)構(gòu)徑向延伸出來， 其中，所述多個第二元件中的各相應第二元件設置在所述多個第一元件的相鄰第一元件之間。44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，每個第一元件具有比每個第二元件更長的長度。45.根據(jù)權(quán)利要求43或44所述的方法，其特征在于，每個第一元件具有比每個第二元件更小的寬度。46.根據(jù)權(quán)利要求41~45中任一項所述的方法，其特征在于，所述應變計為單體結(jié)構(gòu)。47.根據(jù)權(quán)利要求41~46中任一項所述的方法，其特征在于，所述應變計包含金屬。48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，所述金屬選自金、鎳、鎳-鉻、鋁或鉑。49.根據(jù)權(quán)利要求30~48中任一項所述的方法，其特征在于，形成長形微結(jié)構(gòu)包括:利用立體光刻技術(shù)形成所述長形微結(jié)構(gòu)。50.根據(jù)權(quán)利要求30~49中任一項所述的方法，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)是從所述聚合物膜的表面至少基本上垂直延伸出來的。51.根據(jù)權(quán)利要求30~50中任一項所述的方法，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)至少基本上接觸所述聚合物膜。52.根據(jù)權(quán)利要求30~51中任一項所述的方法，其特征在于，所述水凝膠包含透明質(zhì)酸。53.根據(jù)權(quán)利要求30~52中任一項所述的方法，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)包含聚合物。54.根據(jù)權(quán)利要求30~53中任一項所述的方法，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)具有約6-10的高寬比。55.根據(jù)權(quán)利要求30~54中任一項所述的方法，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)具有約2500?4000 μ m的長度。56.根據(jù)權(quán)利要求30~55中任一項所述的方法，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)具有約250?400 μ m的寬度或直徑。57.根據(jù)權(quán)利要求30~56中任一項所述的方法，其特征在于，所述長形微結(jié)構(gòu)具有約2?5GPa的楊氏模量。58.根據(jù)權(quán)利要求30~57中任一項所述的方法，其特征在于，所述聚合物膜具有約10?150 μ m的厚度。59.根據(jù)權(quán)利要求30~58中任一項所述的方法，其特征在于，所述聚合物膜具有約I?3GPa的楊氏模量。60.根據(jù)權(quán)利要求30~59中任一項所述的方法，其特征在于，所述聚合物膜包含液晶聚合物。61.根據(jù)權(quán)利要求30~60中任一項所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括:將載體連接至所述聚合物膜。62.傳感器的控制方法，該方法包括: 將傳感器定位在流動的流體中，其中，從所述傳感器的聚合物膜延伸出來的長形微結(jié)構(gòu)和與所述長形微結(jié)構(gòu)的至少一部分連接的水凝膠相互協(xié)作，以響應于流動的流體與所述傳感器的交互，使所述聚合物膜產(chǎn)生位移；及 基于所述聚合物膜的位移，提供指示所述流動的流體的流量參數(shù)的測量值。63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，所述測量值包括與所述傳感器相關(guān)的阻力變化。64.根據(jù)權(quán)利要求62或63所述的方法，其特征在于，所述流量參數(shù)包括所述流動的流體的流速。
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種用于檢測流體的流量參數(shù)的傳感器。該傳感器包括聚合物膜、從所述聚合物膜延伸出來的長形微結(jié)構(gòu)及與所述長形微結(jié)構(gòu)的至少一部分結(jié)合的水凝膠，其中，所述水凝膠與所述長形微結(jié)構(gòu)被設置為相互協(xié)作，以響應流體流動和流體與傳感器的交互而使所述聚合物膜產(chǎn)生位移，而且所述傳感器用來基于所述聚合物膜的位移提供指示流體的流量參數(shù)的測量值。根據(jù)本發(fā)明的進一步的實施例，還提供形成該傳感器和控制該傳感器的方法。
【IPC分類】G01N11/10, G01N27/92
【公開號】CN105209900
【申請?zhí)枴緾N201380073884
【發(fā)明人】阿杰-吉里-普拉喀什·蔻塔帕里, 繆建民, 牟森·阿薩德涅-法爾德-扎哈若米, 邁克爾·特里安塔費盧
【申請人】南洋理工大學, 麻省理工學院
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2013年12月31日
【公告號】EP2941638A1, US20150338253, WO2014107139A1