СРЕДСТВО ПОДСОЕДИНЕНИЯ ДАТЧИКА Российский патент 2003 года по МПК G01N27/28 G01N27/403 

Область техники
Изобретение относится к размещаемым электрохимическим датчикам такого типа, которые используют для количественного анализа, например уровней глюкозы в крови, измерения рН и т.п. Более конкретно изобретение относится к средствам электрического подсоединения таких датчиков к измерительной аппаратуре.

Предшествующий уровень техники
Патент США 5437999 раскрывает электрохимический датчик такого типа, который во время использования соединен с источником питания. Датчик состоит из двух удаленных печатных плат, причем каждая имеет металлический слой на одной стороне, и расположенных так, что металлические слои обращены друг к другу на некотором удалении друг от друга. Металлические слои вытравливают фотолитографическим способом для получения областей электродов, которые образуют часть элемента. На одном конце конструкции подложки электродов вырезают для получения разделенных в боковом направлении выступающих лепестков с нанесенным металлическим слоем. Незащищенные металлические поверхности лепестков выступают в качестве контактных площадок, причем каждая контактная площадка электрически соединена с соответствующим электродом. Контактные площадки, в свою очередь, зацепляются с зубцами контакта, подсоединенными к источнику питания, и обеспечивают электрическое соединение между датчиком и источником питания.

Конструкция, согласно патенту США 5437999, имеет недостатки, заключающиеся в том, что подложка должна обладать значительной жесткостью для того, чтобы гарантировать удовлетворительный и надежный электрический контакт. Кроме того, пользователь часто остается неуверенным, удовлетворительно ли датчик соединен с источником питания.

В ожидающих решения экспертизы заявках PCT/AU96/00207, PCT/AU96/00365, PCT/AU96/00723 и PCT/AU96/00724 раскрыты различные очень тонкие электрохимические элементы. Каждый элемент определяется двумя обращенными друг к другу и удаленными электродами, которые сформированы в виде тонких металлических покрытий (например, напыленных покрытий), осажденных на тонкую инертную пластиковую пленку (например, из полиэтилентерефталата толщиной 100 мкм). Электроды отделены друг от друга прокладкой толщиной, например, 500 мкм или менее.

Соединительная конструкция, согласно патенту США 5437999, не пригодна для использования с чрезвычайно тонкими устройствами датчиков такого типа, который описан в ожидающих решения экспертизы заявках, ввиду гибкости изолирующих электродных носителей. В целом необходимо, чтобы размещаемый датчик мог бы быть способен просто, быстро, надежно и эффективно подсоединяться к источнику питания в измерительном устройстве неквалифицированными пользователями.

Задача настоящего изобретения заключается в преодолении или улучшении по меньшей мере одного из известных недостатков или в предложении выгодной альтернативы.

Описание изобретения
В соответствии с первым аспектом изобретение предлагает датчик, приспособленный для электрического соединения с источником питания, имеющий первое средство контакта, причем датчик содержит
первую изолирующую подложку с нанесенным первым электродом и вторую изолирующую подложку с нанесенным вторым электродом, причем указанные электроды расположены обращенными друг к другу на удалении друг от друга,
первую вырезанную часть, простирающуюся сквозь указанную первую изолирующую подложку и прокладку для того, чтобы открыть первую контактную область на второй изолирующей подложке, что позволяет первому средству контакта осуществить эффективное электрическое соединение с первой контактной областью, расположенной на второй изолирующей подложке, причем первая контактная область электрически соединена со вторым электродом.

Первая контактная область может находиться на заранее определенной глубине от первой изолирующей подложки.

Согласно второму аспекту, изобретение предлагает датчик в соответствии с первым аспектом, дополнительно содержащий вторую вырезанную часть, простирающуюся сквозь указанную вторую изолирующую подложку и эту или иную прокладку для того, чтобы открыть вторую контактную область на первой изолирующей подложке, что позволяет второй контактной области эффективно контактировать со второй контактной областью, расположенной на первой изолирующей подложке, причем вторая контактная область электрически соединена с первым электродом.

Вторая контактная область может находиться на заранее определенной глубине от второй изолирующей подложки.

Согласно третьему аспекту, изобретение также предлагает воспринимающую систему, содержащую датчик в соответствии с первым или вторым аспектами, при этом воспринимающая система включает в себя первое средство контакта и/или второе средство контакта, приспособленное для осуществления эффективного электрического контакта с первым и вторым средствами контакта соответственно.

Термин "содержащий" используется здесь в охватывающем смысле, т.е. в смысле "включающий в себя" или "содержащий в себе". Термин не предназначен для использования в исключительном смысле ("состоящий из" или "скомпонованный из").

В предпочтительных вариантах осуществления изолирующая подложка изготовлена из гибкого изолирующего вещества. Второй электрод и первая контактная область изготовлены из объединенного слоя металла, осажденного на первую подложку, и, более предпочтительно, осажденного на нее посредством напыления. Подходящие металлы включают в себя, но не ограничиваются ими, палладий, золото, платину, иридий и серебро. Можно также применять углерод. Желательно, чтобы контактор был металлическим контактором, который выполнен упруго смещенным с возможностью проникновения сквозь первую вырезанную часть для осуществления контакта с металлической первой контактной областью на второй подложке. В особо предпочтительных вариантах осуществления контактор приспособлен для зацепления защелкиванием с вырезанной частью, которая простирается через первую изолирующую подложку и прокладку.

С соединителем, согласно настоящему изобретению, слой прокладки обеспечивает чрезвычайную прочность. Жесткий соединитель может поэтому быть изготовлен с использованием гибких материалов. Это позволяет применять широкий диапазон материалов. В соответствии с настоящим изобретением может быть также просто осуществлено слышимое звуковое подтверждение соединения в отличие от соединителя, описанного в патенте США 5437999.

Краткое описание чертежей
Изобретение раскрыто ниже более подробно только посредством примера со ссылками на чертежи.

Фиг. 1 изображает первый вариант осуществления датчика согласно изобретению, вид сверху.

Фиг. 2 изображает с разрывом в увеличенном виде сбоку датчик, изображенный на фиг.1, в сечении по линии 2-2.

Фиг. 3 является схематичным увеличенным видом, изображающим часть датчика, изображенного на фиг.2, находящегося в соединении с контактами.

Фиг. 4 изображает увеличенный вид с торца датчика, изображенного на фиг. 3, в сечении по линии 4-4.

Фиг. 5 изображает второй вариант осуществления датчика согласно изобретению, вид сверху.

Фиг. 6 изображает в увеличенном виде с торца поперечное сечение по линии 6-6 варианта осуществления, изображенного на фиг.5.

Фиг. 7 изображает в увеличенном виде сбоку поперечное сечение по линии 6-6 варианта осуществления, изображенного на фиг.3.

Фиг. 8 изображает третий вариант осуществления датчика согласно изобретению, вид сверху.

Наилучшие варианты осуществления изобретения
На фиг.1-3 изображен первый вариант осуществления электрохимического датчика. Датчик содержит прокладку 4 из полиэфирного пластика размером приблизительно 25х5 мм и толщиной 100 мкм и имеющую круглое отверстие 8 диаметром 3,4 мм. Отверстие 8 определяет цилиндрическую стенку 10 элемента. Лист 1 первой изолирующей подложки из полиэфирного пластика, имеющий первое покрытие 2 из палладия, приклеен к одной стороне прокладки 4. Палладий наносят посредством напыления на лист 1 при давлении 4-5 мБар в атмосфере аргона для получения однородного покрытия толщиной приблизительно 100-1000 ангстрем. Лист 1 приклеен посредством адгезива 3 к прокладке 4 с палладиевым покрытием 2, являющимся соседним прокладке 4, и закрывает одну сторону отверстия 8.

Вторая изолирующая подложка 7 состоит из листа из полиэфирного пластика, имеющего второе нанесенное металлизацией покрытие 6 из палладия, приклеенного посредством контактного адгезива 5 к другой стороне прокладки 4 и закрывающего противоположную сторону отверстия 8. Поэтому имеется определенный элемент, имеющий цилиндрическую боковую стенку 10 и закрытый с одного конца цилиндра первым электродом из металлического палладия 2. Стенка другого конца цилиндра является вторым электродом, изготовленным из палладия 6. В устройстве делается вырез 9 для получения средства для поступления раствора в элемент и для выхода воздуха.

На соседнем конце 20 вырезанное отверстие 21 проходит сквозь первый изолирующий слой 1 и первый металлический слой 2. В данном примере вырез 21 имеет форму овала. Соответствующая вырезанная часть 22 в прокладке 4 совмещена с вырезом 21. На фиг.3 изображен увеличенный вид сбоку сечения датчика 1, вставленного в приемную прорезь, выполненную в блоке 30 измерительной аппаратуры, и к которому прикреплены первый упругий контактор 31 и второй упругий контактор 32. После вставки конца 20 датчика в прорезь контактор 31 проскальзывает по внешней поверхности изолирующего слоя 1 и защелкивается в углубление, образованное отверстиями 21 и 22, для осуществления контакта с частью 23 первой контактной области металлического слоя 6. Первая контактная область 23 является частью того же металлического слоя 6, осажденного на изолирующий слой 7, из которого изготовлен второй электрод, и поэтому находится в электрической связи со второй электродной областью элемента 8. В данном примере контактная область 23, в сущности, определяется диаметром выреза 20 в прокладке 4.

В варианте осуществления, изображенном на фиг.1, вторая круглая вырезанная часть 25, удаленная еще дальше от края 20, чем отверстие 21, проходит через второй изолирующий слой 7 и второй металлический слой 6. Вырезанная часть 26 (см. фиг.2) прокладки 4 соответствует и совпадает с вырезанной частью 25 изолирующего слоя 7. Во время использования датчик (фиг.3) имеет такую конфигурацию, которая позволяет второму подпружиненному контактору 32 проходить через углубление, определенное вырезанными частями 25 и 26, посредством чего упругий контактор 32 входит в контакт и осуществляет электрический контакт с металлическим слоем 2 в точке 27 и посредством этого - с первым электродом 2 элемента 8.

Упругие контакторы 31 и 32 находятся в прорези 30 измерительного устройства и электрически подсоединены к измерительной схеме. При использовании датчик вставляют в прорезь 30, причем вставляют краем 20. Первый упругий контактор 31 проскальзывает по граничной поверхности конца датчика 1 до тех пор, пока он не встретит первое отверстие 21,22, вследствие чего он защелкивается в отверстие и осуществляет электрический контакт с первой контактной областью 23 металлического слоя 6. Если немного дальше вставить датчик 1 в прорезь 30, это вынудит второй контактор 32 защелкнуться во второе отверстие 25,26 и осуществить контакт со второй контактной областью 27 металлического слоя 2.

Прокладка 4 окружает оба отверстия и гарантирует, что несмотря на свойственную гибкость изолирующих слоев и тонкость датчика, электрический контакт может быть осуществлен с необходимой точностью.

Второй вариант осуществления изобретения изображен на фиг.5, 6 и 7, на которых части, соответствующие по функции соответствующим частям вариантов осуществления, изображенным на фиг.1 и 2, обозначены соответствующими числами. Основное различие между вторым вариантом осуществления и первым заключается в том, что во втором варианте осуществления вырезанные части 21,22 вырезаны с одной стороны сбоку датчика 1, в то время как вырезанные части 25,26 вырезают на противоположном краю сбоку датчика 1. В этом случае контакторы 31 и 32 разделены в боковом направлении и защелкиваются, по существу, одновременно в свои соответствующие вырезанные отверстия. Вырезанные отверстия окружены с трех сторон прокладкой 4, четвертая сторона не закрыта с соответствующих краев датчика.

Хотя в варианте осуществления, изображенном на фиг.5, 6 и 7, отверстия находятся на соответствующем расстоянии от края 20, в других вариантах осуществления они могут быть удалены в продольном направлении, как в случае первого раскрытого варианта осуществления. Это гарантирует, что контакт осуществляется только тогда, когда датчик вставляют с правильной ориентацией, и обеспечивается правильная полярность.

Третий вариант осуществления схематично изображен на фиг.8. В этом случае отверстия принимают форму прорезей 21, 25, вытянуты в продольном направлении от края 20. Для предпочтительного варианта прокладка 4 окружает все края отверстий 21 и 25 на фиг.8, а в менее предпочтительном варианте прокладка 4 окружает только три стороны прорезей 21 и 25. В этом случае зацепление защелкиванием не достигается или достигается только в случае, если контакты выступают с противовоположной стороны. Однако преимущество такой области контактной площадки датчика заключается в том, что сохраняется заранее определенное расстояние от противоположной поверхности. Если необходимо, прорези могут отличаться по длине и взаимодействовать с контактами, удаленными в продольном направлении так, что контакт с обоими контактами требует правильно ориентированной вставки в прорезь.

Должно быть понятно, что и материалы конструкции, и размеры даны только в качестве примера, и что в изобретении могут использоваться датчики отличного дизайна и конструкции. Один, два или более двух контактов могут быть снабжены указанными средствами. Изобретение расширено для включения в него источника питания или измерительного устройства, которые подсоединяются к датчику посредством раскрытого средства. Может быть использована любая подходящая форма контактора с датчиками согласно изобретению.

Использование: для электрического подсоединения электрохимических датчиков к измерительной аппаратуре. Сущность: изобретение относится к датчику, приспособленному для электрического соединения с источником питания, имеющим средство (3) электрического контакта. Датчик имеет первую изолирующую подложку (1) с нанесенным первым электродом (2) и вторую изолирующую подложку (7) с нанесенным вторым электродом (6). Электроды обращены друг к другу и находятся на удалении друг от друга с расположенной между ними прокладкой (4). Первая вырезанная часть простирается сквозь первую изолирующую подложку (1) и прокладку (4) для открытия первой контактной области (23) на второй изолирующей подложке (7). Это позволяет электрическому средству (31) контакта осуществлять эффективное электрическое соединение с первым контактом (23), который, в свою очередь, находится в электропроводящем соединении со вторым электродом (6). Аналогичная конструкция контакта может быть осуществлена с противоположной стороны датчика. Технический результат изобретения заключается в обеспечении надежного и эффективного подсоединения измерительной аппаратуры. 2 с. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Датчик, приспособленный для электрического соединения с источником питания, имеющий первое средство контакта, причем датчик содержит первую изолирующую подложку с нанесенным первым электродом и вторую изолирующую подложку с нанесенным вторым электродом, причем указанные электроды расположены обращенными друг к другу на удалении друг от друга, первую вырезанную часть, простирающуюся через указанную первую изолирующую подложку и прокладку, для того, чтобы открыть первую контактную область на второй изолирующей подложке, что позволяет первому средству контакта осуществить эффективное электрическое соединение с первой контактной областью, расположенной на второй изолирующей подложке, причем первая контактная область электрически соединена со вторым электродом, и вторую вырезанную часть, простирающуюся через указанную вторую изолирующую подложку и эту или иную прокладку для того, чтобы открыть вторую контактную область на первой изолирующей подложке, что позволяет второму средству контакта эффективно контактировать со второй контактной областью, расположенной на первой изолирующей подложке, причем вторая контактная область электрически соединена с первым электродом. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что первая контактная область находится на заранее определенной глубине от первой изолирующей подложки. 3. Датчик по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что вторая контактная область находится на заранее определенной глубине от второй изолирующей подложки. 4. Датчик по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждая изолирующая подложка изготовлена из гибкого изолирующего материала. 5. Датчик по п. 4, отличающийся тем, что гибкий изолирующий материал является полиэфирным пластиком. 6. Датчик по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждый электрод и его соответствующая контактная область изготовлены из объединенного слоя металла, осажденного на изолирующую подложку. 7. Датчик по п. 6, отличающийся тем, что металл выбирают из группы, состоящей из палладия, золота, платины, иридия и серебра. 8. Датчик по п. 6 или 7, отличающийся тем, что металл имеет толщину 100-1000 ангстрем. 9. Датчик по любому из пп. 6-8, отличающийся тем, что объединенный слой металла осаждают на изолирующую подложку напылением. 10. Датчик по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что каждый электрод и его соответствующая контактная область изготовлены из углерода. 11. Датчик по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что вырезанные части удалены в боковом направлении относительно продольной оси датчика. 12. Датчик по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что вырезанные части удалены в продольном направлении относительно продольной оси датчика. 13. Датчик по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что вырезанные части удалены в продольном и в боковом направлениях относительно продольной оси датчика. 14. Датчик по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из подложек или прокладка окружают всю периферию вырезанной части. 15. Датчик по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что вырезанные части приспособлены для зацепления защелкиванием с соответствующими средствами контакта. 16. Датчик по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что вырезанная часть вырезана с краю датчика так, что вырезанная часть является открытой по меньшей мере с одного края датчика. 17. Датчик по любому из пп. 1-16, отличающийся тем, что вырезанная часть вытянута относительно второй вырезанной области с возможностью первого зацепления защелкиванием между первым средством контакта и первой контактной областью во время скользящего зацепления датчика с указанными первым и вторым средствами контакта и с последующим скольжением первого средства контакта по первой контактной области до момента второго зацепления защелкиванием между вторым средством контакта и второй контактной областью. 18. Воспринимающая система, содержащая датчик по любому из предшествующих пунктов и включающая в себя первое средство контакта и/или второе средство контакта, выполненное с возможностью эффективного электрического контакта с первой и второй контактными областями соответственно. 19. Воспринимающая система по п. 18, отличающаяся тем, что средства контакта выполнены с возможностью упругого смещения и проникновения сквозь соответствующую вырезанную часть для осуществления контакта с контактной областью. 20. Воспринимающая система по п. 18 или 19, отличающаяся тем, что средства контакта приспособлены для зацепления защелкиванием с соответствующими вырезанными частями.