CN104321531A - 用于在盘泵中进行电化学检测的***和方法 - Google Patents

用于在盘泵中进行电化学检测的***和方法 Download PDF

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CN104321531A CN201380008640.0A CN201380008640A CN104321531A CN 104321531 A CN104321531 A CN 104321531A CN 201380008640 A CN201380008640 A CN 201380008640A CN 104321531 A CN104321531 A CN 104321531A
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Abstract

一种盘泵***包括具有大体上圆柱形形状的一个泵体，该泵体限定了用于容纳一种流体的一个空腔，该空腔由在两端被多个大体上圆形端壁所闭合的一个侧壁形成，这些端壁中的至少一个端壁是一个被驱动端壁，该被驱动端壁具有一个中心部分和一个***部分，该***部分从该被驱动端壁的该中心部分径向向外延伸。该***包括一个电化学检测***，该电化学检测***包括一个工作电极、一个参比电极、以及一个辅助电极。该电化学检测***起作用来检测在流动穿过泵体的流体中一种目标气体的存在。

Description

用于在盘泵中进行电化学检测的***和方法
发明背景
本发明根据35 USC§119(e)要求洛克(Locke)等人在2012年2月10日提交的题为“用于在盘泵中进行电化学检测的***和方法(Systems and Methods for Electrochemical Detection in a Disc Pump)”的美国临时专利申请序号61/597,470的提交的权益，出于所有目的将该文献通过引用结合在此。
1.发明领域
本发明的说明性实施例总体上涉及一种用于流体的盘泵，并且更确切地说涉及一种泵送空腔是大体上圆柱形状的盘泵，该盘泵具有多个端壁和在这些端壁之间的一个侧壁，其中这些端壁之间布置有一个致动器。本发明的说明性实施例更具体地涉及具有整合的电化学检测***的一种盘泵。
2.相关技术说明
密闭空腔中高幅压力振荡的产生已经在热声学和盘泵型压缩机领域中受到大量关注。非线性声学方面的新近发展已经允许具有比先前认为可能的振幅更高的振幅的压力波的产生。
已知使用声共振来实现从所限定的入口和出口进行流体泵送。这可以使用在一端具有一个声学驱动器的一个圆柱形空腔来实现，该声学驱动器驱动一个声学驻波。在这种圆柱形空腔中，声压波具有有限振幅。变化截面的空腔形状(如锥形、角锥形、以及球形)已被用于实现高幅压力振荡，由此显著提高泵送效果。在这些高幅波中，伴随能量耗散的非线性机制已被抑制。然而，高幅的声共振直到最近仍未被用于其中的径向压力振荡被激发的盘形空腔内。公开为WO 2006/111775的国际专利申请号PCT/GB 2006/001487披露了一种盘泵，该盘泵具有一个纵横比(即空腔的半径与空腔的高度的比率)较高的一个大体上盘形的空腔。
这种盘泵具有一个大体上圆柱形的空腔，该圆柱形的空腔包括在每一端由端壁封闭的一个侧壁。该盘泵还包括一个致动器，该致动器这些驱动端壁中的任一者以便沿大体上垂直于被驱动端壁的表面的一个方向振荡。被驱动端壁的运动的空间特征被描述为与空腔内的流体压力振荡的空间特征相匹配，这是一种在此被描述为模式匹配的状态。当该盘泵是模式匹配的时，致动器对空腔中的流体所做的功在被驱动端壁表面上有利地增加，由此增强该空腔中压力振荡的振幅并且传递较高盘泵效率。一个模式匹配的盘泵的效率取决于被驱动端壁与侧壁之间的界面。希望通过以下方式来维持这种盘泵的效率：建构该界面以使得它不会减小或抑制被驱动端壁的运动，由此减缓空腔内流体压力振荡的振幅方面的任何减小。
上述盘泵的致动器引起被驱动端壁的沿大体上垂直于端壁或大体上平行于圆柱形空腔的纵轴线的一个方向的一种振荡运动(“位移振荡”)，在下文中被称为在该空腔内被驱动端壁的“轴向振荡”。该被驱动端壁的轴向振荡在空腔内产生流体的大体上成比例的“压力振荡”，从而产生接近如国际专利申请号PCT/GB 2006/001487中所描述的第一类的贝塞耳函数(Bessel function)的一种径向压力分布，该申请通过引用结合在此，这些振荡在下文中被称为该空腔内流体压力的“径向振荡”。致动器与侧壁之间的被驱动端壁的一部分提供一个具有泵的侧壁的界面，该界面减小位移振荡的阻尼，从而减缓空腔内压力振荡的任何减小，该部分在下文中被称为一种“隔离物”，如美国专利申请号12/477,594中更确切地描述，该申请通过引用结合在此。隔离物的说明性实施例与被驱动端壁的***部分操作性相关联，以便降低该位移振荡的阻尼。
这类盘泵还要求用于控制穿过该盘泵的流体流动的一个或多个阀、以及更确切地说能够以较高频率操作的阀。常规的阀典型地针对多种应用以小于500 Hz的低频率操作。例如，许多常规压缩机典型地以50 Hz或60 Hz操作。本领域中已知的线性共振压缩机在150 Hz与350 Hz之间操作。然而，许多便携式电子装置(包括医疗装置)需要用于传递正压或提供真空的盘泵，这些盘泵的大小相对较小，并且有利的是这类盘泵在操作中是听不见的，以便提供分立的操作。为了实现这些目标，这类盘泵必须以极高频率操作，从而需要能够在约20 kHz和更高下操作的阀。为了以这些高频率操作，该阀必须对可以被校正以产生穿过该盘泵的流体净流动的一种高频振荡压力作出响应。这种阀在国际专利申请号PCT/GB2009/050614中更确切地进行了描述，该申请通过引用结合在此。
阀可以被布置在一个第一孔口或一个第二孔口或这两个孔口中，以用于控制穿过盘泵的流体的流动。每个阀都包括一个第一板，该第一板具有总体上垂直延伸穿过其中的多个孔口；以及一个第二板，该第二板也具有总体上垂直延伸穿过其中的多个孔口，其中该第二板的孔口大体上偏离该第一板的孔口。该阀进一步包括布置在该第一板和该第二板之间的一个侧壁，其中该侧壁围绕该第一板和该第二板的周界是闭合的，以形成在该第一板与该第二板之间、与该第一板和该第二板的孔口处于流体联通的一个空腔。该阀进一步包括布置于该第一板与第二板之间并且在其之间可移动的一个瓣，其中该瓣具有大体上偏离该第一板的孔口并且与该第二板的孔口大体上对准的多个孔口。这个瓣响应于沿阀上流体差压的方向的变化而在该第一板与该第二板之间被促动。
概述
一种盘泵***包括具有大体上圆柱形形状的一个泵体，该泵体限定了用于容纳一种流体的一个空腔，该空腔由在两端被多个大体上圆形端壁闭合的一个侧壁形成，这些端壁中的至少一个端壁是一个被驱动端壁，该被驱动端壁具有一个中心部分和一个***部分，该***部分从该被驱动端壁的该中心部分径向向外延伸。一个致动器与被驱动端壁的中心部分操作性相关联以引起被驱动端壁的一个振荡运动，从而产生该被驱动端壁沿大体上垂直于其的一个方向的位移振荡，其中在使用中时一个环状波节位于该被驱动端壁的中心与该侧壁之间。一个隔离物与被驱动端壁的***部分操作性地相关联，从而降低该位移振荡的阻尼。该隔离物包括一种柔性印刷电路材料。该***包括一个电化学检测***，该电化学检测***包括一个工作电极、一个参比电极、以及一个辅助电极。该***还包括一个第一孔口，该第一孔口布置在这些端壁的任一者中不同于该环状波节处的任何位置处并且延伸穿过该泵体；和一个第二孔口，该第二孔口布置在该泵体中不同于该第一孔口的位置的任何位置处并且延伸穿过该泵体。一个阀被布置在该第一孔口和该第二孔口的至少一者中。这些位移振荡产生了泵体空腔内的流体的对应压力振荡，从而使得在使用中流体流动穿过该第一和第二孔口，并且该电化学检测***起作用来检测在流动穿过泵体的流体中一种目标气体的存在。
披露了一种用于检测盘泵***中目标气体的存在的方法，该盘泵***具有一个盘泵，该盘泵具有安装在泵体内的一个隔离物上的一个致动器。该隔离物包括一种柔性电路材料并且允许该致动器发生振荡以产生穿过该泵的空腔的空气流动。该方法包括驱动该致动器以引起该致动器的振荡位移运动以便在该空腔内产生流体的径向压力振荡。该方法还包括致使流体流动穿过该空腔并且经过一个电化学检测***，该电化学检测***包括一个参比电极和一个辅助电极。该方法还包括使用该电化学检测***来检测目标气体的存在并且指示该目标气体的存在。
一种盘泵包括具有大体上圆柱形形状的一个泵体，该泵体限定了用于容纳一种流体的一个空腔。该空腔是由在两端被多个大体上圆形端壁所封闭的一个侧壁形成的。这些端壁中的至少一者是一个被驱动端壁，该被驱动端壁具有一个中心部分和一个***部分，该***部分从该被驱动端壁的该中心部分径向向外延伸。该盘泵包括一个致动器，该致动器与被驱动端壁的中心部分操作性相关联以引起被驱动端壁的一个振荡运动，从而产生该被驱动端壁沿大体上垂直于其的一个方向的位移振荡，其中一个环状波节位于该被驱动端壁的中心与该侧壁之间。该盘泵还包括一个隔离物和一个电化学检测***，该隔离物与该被驱动端壁的***部分操作性相关联，以减小这些位移振荡的阻尼。该电化学检测***可操作来检测在流动穿过泵体的流体中一种目标气体的存在。一个第一特征被布置在这些端壁的任一者中不同于该环状波节处的任何位置处并且延伸穿过该泵体，并且一个第二特征被布置在该泵体中不同于该第一孔口的位置的任何位置处并且延伸穿过该泵体。该盘泵进一步包括一个阀，该阀被布置在该第一孔口和该第二孔口中的至少一者中；由此这些位移振荡产生了在该泵体的空腔内的流体的相应压力振荡，从而在该盘泵处于使用中时引起穿过该第一孔口和该第二孔口的流体流动。
通过参考以下附图和详细说明，这些说明性实施例的其他特征和优点将变得清楚。
附图简要说明
图1是一个盘泵的截面侧视图，该盘泵包括联接到该泵的致动器上的一个电化学检测***；
图2是图1的盘泵***的俯视图；
图3A示出了图1的盘泵的致动器的基本弯曲模式下的轴向位移振荡的曲线图；
图3B示出了响应于图3A中所示的弯曲模式的、图1的盘泵的空腔内流体的压力振荡的曲线图；
图4示出了图1的盘泵的截面侧视图，其中阀是由图7A至图7D中所展示的一个单一阀表示的；
图5示出了图7A至图7D的阀的一中心部分的详细截面视图；
图6示出了如图5中所示的图4的盘泵的空腔内的流体的压力振荡的曲线图，以展示在如由虚线所指示的图4的阀上施加的压差；
图7A示出了处于闭合位置的一个阀的说明性实施例的截面视图；
图7B示出了沿图7D中线7B-7B截取的图7A的阀的详细截面视图；
图7C示出图7B的阀的透视图；
图7D示出图7B的阀的俯视图；
图8A示出了处于打开位置的图7B中的阀在流体流过该阀时的截面视图；
图8B示出了图7B中的阀在闭合之前在打开位置与闭合位置之间的过渡状态的截面视图；
图8C示出了处于闭合位置的图7B的阀在流体流动被该阀阻断时的截面视图；
图9A示出了根据一个说明性实施例在图5的阀上施加的振荡差压的压力曲线图；
图9B示出了图5的阀在一个打开位置与一个闭合位置之间的操作周期的流体流动曲线图；
图10A和图10B示出了图4的盘泵的截面视图，包括阀的中心部分的详细视图和对应地施加于空腔内的振荡压力波的正的和负的部分的曲线图；
图11示出了该盘泵的阀的打开和闭合状态，并且图11A和11B分别示出了在该盘泵处于自由流动模式时所得的流动和压力特征；
图12示出了在该盘泵达到停滞情形时该盘泵所提供的最大差压的曲线图；
图13是一个盘泵***的说明性电路的框图，该盘泵***包括一个电化学检测***；并且
图14是一个曲线图，展示了在该电化学检测***的工作电极处测量的、随时间流逝的电流测量值。
说明性实施方式的详细说明
在几个说明性实施例的以下详细说明中，参考形成详细说明的一部分的附图。借助于图示，附图示出本发明可被实践的具体的优选实施例。这些实施例足够详细地被描述以使本领域的普通技术人员能够实践本发明，并且应理解可以采用其他实施例，并且可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下做出逻辑结构、机械、电学以及化学变化。为了避免对于使得本领域的普通技术人员能够实践在此所描述的这些实施例来说所不必要的细节，本说明可能省略了本领域的普通技术人员已知的某些信息。因此，以下详细说明不应被视为限制性的，并且这些说明性实施例的范围仅由所附权利要求书限定。
图1和图2示出了包括一个盘泵10的盘泵***100。在图1的说明性实施例中，盘泵10被安装到一个衬底28、例如印刷电路板上。衬底28又安装到一个歧管(未示出)上并且流体地联接到一个负载38上。盘泵10是可操作来向负载38提供一个正压或负压的，如下文更详细地描述的。盘泵10包括一个致动器40，该致动器由一个隔离物30联接到盘泵10的一个圆柱形壁11上。该隔离物30包括一种柔性材料。在一个实施例中，该柔性材料是围绕致动器40的***形成一个环形隔离物30的一种柔性印刷电路材料。在另一个实施例中，隔离物30可以是延伸跨过了致动器40的表面的较大部分的一个盘形隔离物。
在一个实施例中，隔离物30是由一种柔性印刷电路材料形成，该柔性印刷电路材料包括一个电化学检测***的多个传感器。在这样一个实施例中，该柔性印刷电路材料包括为隔离物30提供一个基础层的一种柔性聚合物薄膜。该聚合物可以一种聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)、或具有类似机械和电学特性的一种材料。该柔性电路材料可以包括由一种结合粘合剂(bondingadhesive)形成的一个或多个层叠层。此外，一种金属箔(如铜箔)可以用于向柔性印刷电路材料提供一个或多个导电层。该导电层可以用于形成电路元件。例如，可以讲电路痕迹蚀刻到该导电层中，并且可以通过滚压(在有或无粘合剂的情况下)或通过电沉积将导电层施加到基础层上。在一个实施例中，隔离物30包括一个电化学检测***的多个传感器元件，例如用于检测在穿过该泵的流体中挥发性有机化合物的存在。隔离物30还可以包括其他电子装置，例如应变仪或射频识别(RFID)标签。
如在此说明的，这些说明性实施例可以涉及使用RFID技术(包括增强型RFID技术)来从减压敷料无线传送并接收感测信息。RFID使用位于一个目标上的一个RFID标签或标记以及激励该RFID标签的并且从该RFID标签读取信号的一个RFID读取器。大多数RFID标签包括用于存储并且处理信息的一个集成电路、一个调制器、以及一个解调器。为了增强该RFID标签，允许发生感测以及可任选的计算功能的一个微控制器(或处理器)以及传感器被并入。RFID标签可以是无源标签、有源RFID标签、以及电池辅助式无源标签。总体上，无源标签不使用电池并且不传送信息，除非它们被RFID读取器激发。有源标签具有一个机载电池并且可以自行地传送(即，不用被RFID读取器所激励)。电池辅助式无源标签典型地具有一个机载小型电池，该小型电池在RFID读取器的存在下被启动。
在一个说明性实施例中，该增强的RFID技术是一种无线识别与感测平台(WISP)装置。类似于RFID标签(或标记)，WISP包括使用一个RFID读取器来供电并且读取WISP装置。该WISP装置收集来自该RFID读取器所发射的无线电信号的功率，并且执行感测功能(并且任选地执行计算功能)。该WISP装置将带有信息的无线电信号传送至RFID读取器。该WISP装置接收来自RFID读取器的电力。该WISP装置具有收集能量的一个标签或天线和一个可以执行多项任务的微控制器(或处理器)，如采样传感器。该WISP装置向RFID读取器报告数据。在一个说明性实施例中，该WISP装置包括具有功率收集电路的一个集成电路、解调器、调制器、微型控制器、传感器，并且可以包括用于存储能量的一个或多个电容器。一种形式的WISP技术已经由英特尔公司西雅图研究中心(Intel Research Seattle)开发(www.seattle.intelresearch.net/wisp/)。
在图1中，盘泵10包括一个盘泵体，该泵体具有大体上椭圆形的形状，该椭圆形形状包括在每一端由端板12、13闭合的一个圆柱形壁11。圆柱形壁11可以被安装到一个衬底28上，该衬底形成了端板13。衬底28可以是一个印刷电路板或另一种适合的材料。盘泵10进一步包括一对盘形内板14、15，这对盘形内板由附着到盘泵体的圆柱形壁11上的一个环形隔离物30支撑于盘泵10内。圆柱形壁11的内表面、端板12、内板14以及环形隔离物30在盘泵10内形成一个空腔16。空腔16的内表面包括一个侧壁18，该侧壁18是在两端由端壁20、22闭合的、圆柱形壁11内表面的一个第一部分，其中端壁20是端板12的内表面并且端壁22包括内板14的内表面和隔离物30的一个第一侧。端壁22因此包括对应于内板14的内表面的一个中心部分以及对应于环形隔离物30的内表面的一个***部分。尽管盘泵10和其部件的形状大体上是椭圆形，但在此所披露的具体实施例是一种圆形、椭圆形形状。
圆柱形壁11和端板12、13可以是包括盘泵体的单个部件或单独的部件，如图1中所示。尽管空腔16的形状大体上为圆形，但空腔16的形状还可能更一般地是椭圆形。限定空腔16的这个端壁20可以是截头圆锥形的。在图1的实施例中，限定了空腔16的内表面的这个端壁20可以包括平行于致动器40的一个总体上平坦的表面，如以下所讨论的。一种包括截头圆锥形表面的盘泵在WO2006/111775公开案中更详细地进行了描述，该公开案通过引用结合在此。盘泵体的端板12、13和圆柱形壁11可以由任何合适的刚性材料(包括但不限于金属、陶瓷、玻璃或塑料(包括但不限于注塑成型塑料))形成。
盘泵10的内板14、15共同形成致动器40，该致动器40与形成空腔16的内表面的端壁22的中心部分操作性地相关联。内板14、15中的一者是由一种压电材料形成，该压电材料可以包括响应于所施加的电信号展现出应变的任何电学活性材料，例如像一种电致伸缩或磁致伸缩材料。例如，在一个优选实施例中，内板15是由响应于所施加的电信号展现出应变的压电材料形成，即活性内板。内板14、15中的另一者优选地具有与该活性内板类似的一个弯曲刚度、并且可以由一种压电材料或一种电学非活性材料(如一种金属或陶瓷)形成。在这个优选实施例中，内板14具有与活性内板15类似的一个弯曲硬度、并且是由一种电学非活性材料(如一种金属或陶瓷)形成，即惰性内板。当活性内板15被电流激发时，活性内板15沿相对于空腔16的纵向轴线的一个径向方向膨胀和收缩，使得内板14、15弯曲，由此引发端壁22在大体上垂直于这些端壁22的方向上的轴向偏转(见图3A)。
在未示出的其他实施例中，隔离物30可以取决于盘泵10的特定设计和定向从顶部表面或底部表面对内板14、15中的任一者进行支撑，不论是活性内板15还是惰性内板14。在另一实施例中，致动器40可由仅与内板14，15中的一者处于力传输关系的装置(例如机械、磁性或静电装置)代替，其中该内板可形成为一个电学非活性或惰性材料层，该层以与上文所描述的相同方式被该装置(未图示)驱动成振荡。
盘泵10进一步包括从空腔16延伸到盘泵10的外部的至少一个孔口，其中该至少一个孔口包括一个阀以控制穿过该孔口的流体的流动。尽管该孔口可以位于空腔16中的任何位置处，在该位置中致动器40产生一个压差，如以下更详细地描述，但图2A至图2B中所示的盘泵10的一个实施例包括大致位于端板12的中心并且延伸穿过该端板12的一个出口孔口27。孔口27包括至少一个端阀29。在一个优选实施例中，孔口27包括端阀29，该端阀29调节沿如由箭头所指示的一个方向的流体的流动，这样使得端阀29充当盘泵10的一个出口阀。对包括端阀29的孔口27的任何提及都是指端阀29外部(即在盘泵10的空腔16的外部)的开口的部分。
盘泵10进一步包括延伸穿过了致动器40的至少一个孔口31。该孔口可以位于致动器40上不在孔口27内同轴的任何位置，如图1和图2所示。然而，图1和图2所示的盘泵10的说明性实施例包括位于内板14、15***附近的多个致动器孔口31。这些致动器孔口31用作空腔16的入口阀。
在此描述的空腔16的尺寸应优选地满足相对于空腔16在侧壁18处的高度(h)与其半径(r)之间的关系来说的某些不等式，该半径(r)是空腔16的纵轴线到侧壁18的距离。这些等式如下：
r/h>1.2；以及
h2/r>4×10-10米。
在一个实施例中，当空腔16内的流体是一种气体时，空腔半径与空腔高度的比(r/h)是在约10与约50之间。在这个实例中，空腔16的体积可以是小于约10 ml。另外，比率h2/r优选地位于约10-6米与约10-7米之间的范围内，在这个范围内工作流体是与液体相对的一种气体。
此外，在此披露的空腔16应优选地满足与空腔半径(r)和工作频率(f)相关的以下不等式，该工作频率是致动器40振动以便产生端壁22的轴向位移的频率。该不等式是如下：
k 0 ( c s ) 2 πf ≤ r ≤ k 0 ( c f ) 2 πf    [等式1]
其中空腔16内工作流体的声速(c)可以是在一个约115 m/s的慢速(cs)与一个等于约1,970 m/s的快速(cf)之间的范围，如以上等式中所表达，并且k0是一个常数(k0＝3.83)。致动器40的振荡运动的频率优选地约等于空腔16中径向压力振荡的最低共振频率，但可以在该值的20％之内。空腔16中径向压力振荡的最低共振频率优选地是大于约500 Hz。
虽然优选的是在此披露的空腔16应分别地满足以上所确定的这些不等式，但空腔16的相对尺寸不应限于具有相同高度和半径的空腔。例如，空腔16可以具有要求产生不同频率响应的不同半径或高度的一个略微不同的形状，这样使得空腔16以一种所希望的方式共振以便产生自盘泵10的最佳输出。
在操作中，盘泵10可以用作邻近于出口阀29的一个正压源以便将负载38加压或者用作邻近于致动器孔口31的一个负压或减压源以便将负载38减压，如箭头所示。例如，该负载可以是一种利用负压进行治疗的组织治疗***。如此处使用的，术语“减压”通常是指小于盘泵10所处的环境压力的一个压力。虽然术语“真空”和“负压”可以用来描述减压，但实际的压力减小可以显著小于正常地与完全真空相关联的压力减小。该压力就其为表压这一意义来说是“负的”，即该压力被减小到环境大气压以下。除非另外指明，否则在此所陈述的压力的值是表压。提及减压的增加典型地是指绝对压力的减小，而减压的减小典型地是指绝对压力的增加。
图3A示出了展示空腔16的被驱动端壁22的轴向振荡的一种可能的位移分布。实心曲线和箭头表示在一个时间点处被驱动端壁22的位移，并且虚短划曲线表示半个周期后被驱动端壁22的位移。如此图和其他图中所示的位移被夸大。因为致动器40在其***是非刚性地安装的、而是由环形隔离物30悬挂，因此致动器40在其基本模式中围绕其质心自由振荡。在这种基本模式中，致动器40的位移振荡的振幅在一个环状位移波节42处大体上是零，该环状位移波节位于被驱动端壁22的中心与侧壁18之间。端壁22上其他点处的位移振荡的振幅大于零，如由竖直箭头所表示。一个中心位移波腹43存在于致动器40的中心附近，并且一个***位移波腹43'存在于致动器40的***附近。中心位移波腹43在半个周期后由虚曲线表示。
图3B示出一种可能的压力振荡分布，其说明因图3A中所示的轴向位移振荡而引起的空腔16内的压力振荡。实曲线和箭头表示在一个时间点处的压力。在此模式和更高阶模式中，压力振荡的振幅具有靠近空腔16的侧壁18的一个***压力波腹45'。压力振荡的振幅在中心压力波腹45与***压力波腹45'之间的环状压力波节44处大体上是零。同时，如由虚线表示的压力振荡的振幅具有一个靠近空腔16的中心的负的中心压力波腹47和一个***压力波腹47’以及相同的环状压力波节44。对于一个圆柱形空腔来说，空腔16中压力振荡的振幅的径向依赖性可以通过一种第一类贝赛尔函数来进行近似。上述压力振荡起因于空腔16中的流体的径向移动并且因此将被称为空腔16内的流体的“径向压力振荡”，以便区别于致动器40的轴向位移振荡。
进一步参见图3A和图3B，可以看出致动器40的轴向位移振荡的振幅的径向依赖性(致动器40的“模式形状”)应近似一种第一类贝塞尔函数，以便更密切地匹配空腔16中所希望的压力振荡的振幅的径向依赖性(压力振荡的“模式形状”)。通过在其***处非刚性地安装该致动器40并且允许其围绕其质心更自由地振动，位移振荡的模式形状大体上匹配空腔16中压力振荡的模式形状，因此实现了模式形状匹配或更简单地说，模态匹配。尽管就这方面而言，模式匹配可能并非总是完美的，但致动器40的轴向位移振荡和空腔16中相应压力振荡在致动器40的整个表面上具有大体上相同的相对相位，其中空腔16中压力振荡的环状压力波节44的径向位置与致动器40的轴向位移振荡的环状位移波节42的径向位置大体上相符。
因为致动器40围绕其质心振动，所以当致动器40以如图3A中所图解的其基本弯曲模式振动时，环状位移波节42的径向位置将必然位于致动器40的半径内。因此，为了确保环状位移波节42与环状压力波节44一致，致动器的半径(ract)应优选地大于环状压力波节44的半径以优化模式匹配。再次假定空腔16中的压力振荡近似一种第一类贝塞尔函数，环状压力波节44的半径将是从端壁22的中心到侧壁18的半径(即，空腔16的半径(“r”))的约0.63，如图1中所示。因此，致动器40的半径(ract)应优选地满足以下不等式：ract≥0.63r。
环形隔离物30可以为一种柔性膜，该柔性膜通过响应于如图3A中***位移波腹43'处的位移所示的致动器40的振动弯曲和拉伸而使致动器40的边缘能够如上文所述更自由地移动。隔离物30通过在盘泵10的致动器40与圆柱形壁11之间提供一种低机械阻抗的支撑而克服侧壁18在致动器40上的潜在阻尼效应，由此减小在致动器40的***位移波腹43'处轴向振荡的阻尼。基本上，隔离物30使从致动器40传递到侧壁18上的能量最小化，其中隔离物30的***边缘大体上保持静止。因此，环状位移波节42将保持大体上与环状压力波节44对准，以便维持盘泵10的模式匹配情形。因此，被驱动端壁22的轴向位移振荡持续有效地产生从中心压力波腹45、47到侧壁18处的***压力波腹45'、47'的在空腔16内的压力的振荡，如图3B中所示。
参见图4，图1的盘泵10被示出为具有阀29，这个阀由图7A至图7D中所示的阀110表示并且具有图5中所示的一个中心部分111。关于图5至图9的以下描述全部都是基于可以被定位于盘泵10的孔口27中的一个单一阀110的功能。图6示出了如图3B中所示的盘泵10内的流体的压力振荡的曲线图。阀110允许流体仅沿如以上所描述的一个方向流动。阀110可以是一个止回阀或允许流体仅沿一个方向流动的任何其他阀。一些阀类型可以通过在一个打开与闭合位置之间转换来调节流体流动。对于以由致动器40产生的高频率操作的这类阀来说，阀29必须具有一个极快的响应时间，这样使得它们能够以比压力变化的时间尺度明显短的一个时间尺度打开和闭合。阀29的一个实施例通过采用一个极轻的瓣阀来实现这一点，该瓣阀具有较低惯性并且因此能够响应于该阀结构上的相对压力的变化快速移动。
参见图7A至图7D和图5，根据一个说明性实施例，阀110是盘泵10的瓣阀。阀110包括一个大体上圆柱形的壁112，该圆柱形壁112是环形的并且在一端由一个固位板114闭合并且在另一端由一个密封板116闭合。壁112的内表面、固位板114、以及密封板116在阀110内形成一个空腔115。阀110进一步包括一个大体上圆形的瓣117，该大体上圆形的瓣被布置在固位板114与密封板116之间、但邻近于密封板116。圆形瓣117在一个替代实施例中可邻近于固位板114布置，如以下将更详细地描述的，并且在这个意义上，瓣117被视为抵靠密封板116或固位板114中的任一者“偏置”。瓣117的***部分被包夹在密封板116与环形壁112之间，这样使得瓣117的运动被限制在大体上垂直于瓣117的表面的平面中。在一个替代实施例中，瓣117在这种平面中的运动还可以由直接附接到密封板116抑或壁112上的瓣117的***部分限制，或由为环形壁112内的一个紧密配合件的瓣117限制。瓣117的其余部分是足够柔性的并且沿大体上垂直于瓣117的表面的一个方向是可移动的，这样使得施加到瓣117的任一表面上的力将在密封板116与固位板114之间促动瓣117。
固位板114和密封板116二者分别具有孔118和120，这些孔118和120延伸穿过每个板。瓣117还具有总体上与固位板114的孔118对准的孔122，以提供流体可以流动穿过其中的一个通道，如图5和图8A中的虚线箭头124所指示。瓣117中的孔122还可以与固位板114中的孔118部分地对准，即仅具有部分重叠。尽管孔118、120、122被示出为具有大体上均匀的大小和形状，但在不限制本发明的范围的情况下它们可以具有不同直径或甚至不同形状。在本发明的一个实施例中，孔118和120在这些板的表面上形成一个交替式图案，如由图7D中的实线圆圈和虚线圆圈分别所示。在其他实施例中，孔118、120、122可以安排成不同图案，而不影响相对于单独的成对孔118、120、122(如由单独组的虚线箭头124所图解)的功能而言阀110的操作。孔118、120、122的图案可以被设计以增加或减少孔的数目，从而根据需要控制穿过阀110的流体的总流动。例如，孔118、120、122的数目可以被增加以减小阀110的流动阻力，从而提高阀110的总流速。
还参见图8A至图8C，阀110的中心部分111展示了当一个力施加到瓣117的任一表面上时瓣117如何在密封板116与固位板114之间被促动。当没有力施加到瓣117的任一表面上以克服瓣117的偏置时，阀110处于“常闭”位置，因为瓣117是邻近于密封板116布置的，其中该瓣的孔122偏离了或未对准该密封板116的孔118。在这一“常闭”位置中，穿过密封板116的流体流动大体上被如图7A和图7B中所示的瓣117的未穿孔部分阻断或覆盖。当压力被施加于瓣117的任一侧时(这克服瓣117的偏置并且促动瓣117离开密封板116朝向固位板114，如图5和图8A中所示)，阀110在一个时间段内(即一个打开时间延迟(To))从常闭位置移动到一个“打开”位置，从而允许流体沿由虚线箭头124所指示的方向流动。当压力改变方向(如图8B中所示)时，瓣117将被反向促动朝向密封板116到常闭位置。当这发生时，流体将沿如由虚线箭头132所指示的相反方向流动持续一个较短时间段(即一个闭合时间延迟(Tc))，直到瓣117将密封板116的孔120密封以大体上阻断穿过密封板116的流体流动，如图8C中所示。在本发明的其他实施例中，瓣117可相对固位板114偏置，其中孔118、122在一个“常开”位置对准。在这一实施例中，相对于瓣117施加正压将是促动瓣117进入一个“闭合”位置所必需的。应注意，如在此使用的关于阀操作的术语“密封”和“阻断”旨在包括以下情况：发生大体上(但不完全)的密封或阻断，这样使得阀的流动阻力在“闭合”位置中比在“打开”位置中大。
阀110的操作是沿阀110上流体的差压(ΔP)的方向的变化的一个函数。在图8B中，该差压已经被指定为一个负值(-ΔP)，如由指向下的箭头所指示。当该差压具有一个负值(-ΔP)时，固位板114的外表面处的流体压力大于密封板116的外表面处的流体压力。这一负差压(-ΔP)驱动瓣117进入如以上所描述的完全闭合位置，其中瓣117被压在密封板116上以阻断密封板116中的孔120，由此大体上防止流体流过阀110。当阀110上的差压逆转变成如由图8A中指向上的箭头所指示的一个正差压(+ΔP)时，瓣117被促动离开密封板116并且朝向固位板114进入打开位置。当该差压具有一个正值(+ΔP)时，密封板116的外表面处的流体压力大于固位板114的外表面处的流体压力。在打开位置中，瓣117的移动使密封板116的孔120解除阻断，这样使得流体能够流动穿过它们并且对应地与瓣117的孔122和固位板114的孔118对准，如由虚线箭头124所指示。
当阀110上的差压从一个正差压(+ΔP)变回如由图8B中指向下的箭头所指示的一个负差压(-ΔP)时，流体开始沿如由虚线箭头132所指示的穿过阀110的相反方向流动，该流动迫使瓣117回到图8C中所示的闭合位置。在图8B中，瓣117与密封板116之间的流体压力小于瓣117与固位板114之间的流体压力。因此，瓣117经历由箭头138所表示的一个净力，该净力使瓣117加速朝向密封板116以闭合阀110。以这种方式，改变差压使阀110基于阀110上差压的方向(即正的或负的)在闭合位置与打开位置之间循环。应理解，当没有差压被施加在阀110上时，瓣117可相对于处于一个打开位置的固位板114偏置，即阀110将随后处于一个“常开”位置。
当阀110上的差压逆转变成如图5和图8A中所示的一个正差压(+ΔP)时，偏置的瓣117相对于固位板114被促动离开密封板116而进入打开位置。在这一位置中，瓣117的移动使密封板116的孔120解除阻断，这样使得流体被允许流动穿过它们并且固位板114的孔118与瓣117的孔122对准，如由虚线箭头124所指示。当差压从正差压(+ΔP)变回负差压(-ΔP)时，流体开始沿相反方向流动穿过阀110(参见图8B)，该流动迫使瓣117回到闭合位置(参见图8C)。因此，因为空腔16中的压力振荡使阀110在常闭位置与打开位置之间循环，所以盘泵10在阀110处于打开位置时的每半个循环中提供减压。
如以上所指示，阀110的操作是沿阀110上流体的差压(ΔP)的方向的变化的一个函数。假定差压(ΔP)在固位板114的整个表面上是大体上均匀的，因为(1)固位板114的直径相对于空腔115中的压力振荡的波长较小，并且(2)阀110位于空腔16的中心附近，其中正的中心压力波腹45的振幅相对恒定，如由图6中所示的正的中心压力波腹45的正的方形部分55和负的中心压力波腹47的负的方形部分65所指示。因此，阀110的中心部分111上的压力中几乎不存在空间变化。
图9进一步图解阀110在其经受随时间在一个正值(+ΔP)与一个负值(-ΔP)之间变化的一个差压时的动态操作。尽管实际上跨越阀110的差压的时间依赖性可以是近似正弦的，但跨越阀110的差压的时间依赖性被近似为如图9A中所示的以正方形波形变化以有助于解释阀的操作。正差压55在正压时间段(tP+)时被施加在阀110上，并且负差压65在方波的负压时间段(tP-)时被施加在阀110上。图9B图解响应于这一随时间变化的压力的瓣117的运动。随着差压(ΔP)从负的65转换成正的55，阀110开始打开并且在一个打开时间延迟(To)内持续打开，直到阀瓣117与固位板114相接，也如以上所描述并且如图9B中的曲线图所示。随着差压(ΔP)随后从正差压55转换回负差压65，阀110开始闭合并且在一个闭合时间延迟(Tc)内持续闭合，也如以上所描述并且如图9B中所示。
固位板114和密封板116应足够坚固以承受其所经历的流体压力振荡而无显著机械变形。固位板114和密封板116可以由任何合适的刚性材料(如玻璃、硅、陶瓷或金属)形成。固位板114和密封板116中的孔118、120可以通过任何合适的方法(包括化学蚀刻、激光机械加工、机械钻孔、粉末喷砂以及冲压)形成。在一个实施例中，固位板114和密封板116是由在100与200微米厚之间的钢板形成，并且其中的孔118、120是通过化学蚀刻形成。瓣117可以由任何轻质材料(如一种金属或聚合物膜)形成。在一个实施例中，当20 kHz或大于20 kHz的流体压力振荡存在于阀110的固位板侧抑或密封板侧上时，瓣117可以由厚度在1微米与20微米之间的一个薄聚合物片材形成。例如，瓣117可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或厚度约3微米的一种液晶聚合物薄膜形成。
现在参见图10A和图10B，示出了盘泵10的一个分解视图，该盘泵使用阀110作为阀29。在这个实施例中，阀29对盘泵10的空腔16与出口孔口27之间的空气流进行门控(图10B)。这些图中的每一者还示出了当致动器40振荡时在空腔16中产生的压力。阀29位于靠近空腔16的中心处，在这里分别为正的和负的中心压力波腹45和47的振幅相对较恒定，如分别为正的和负的方形部分55和65(如上文所述)所示。在这一实施例中，阀29被偏置在如由瓣117所示的闭合位置中并且在瓣117被促动到如由瓣117'所示的打开位置时如上文所描述地进行操作。这些图还示出了中心压力波腹45、47的正的和负的方形部分55、65和它们对阀29的操作以及对应地穿过阀29产生的相应空气流229的同步影响的一个分解视图。
还参见图11、图11A以及图11B的相关部分，阀29的打开状态和闭合状态(图11)和每一者的所得流动特征(图11A)被示出为与空腔16中的压力相关(图11B)。当盘泵10的致动器孔口31和出口孔口27都处于环境压力下并且致动器40开始振动而如上文所述在空腔16内产生压力振荡时，空气开始交替地流过阀29，使得空气从致动器孔口31流到盘泵10的出口孔口27，即盘泵10开始以一种“自由流动”模式操作。在一个实施例中，盘泵10的致动器孔口31可以被供以环境压力下的空气，而盘泵10的出口孔口27气动地联接到一个负载(未示出)上，该负载通过盘泵10的作用而变得被加压。在另一个实施例中，盘泵10的致动器孔口31可以气动联接到一个负载(未示出)上，该负载通过盘泵10的作用变得减压以在该负载(如伤口敷料)中产生一个负压。
更确切参见图10A和图11、图11A以及图11B的相关部分，正的中心压力波腹45的正方形部分55在如以上所描述的盘泵循环的一半期间通过致动器40的振动在空腔16内产生。当盘泵10的致动器孔口31和出口孔口27都在环境压力下时，正的中心波腹45的方形部分55在阀29上产生一个正差压。因此，阀29开始打开而从空腔16中释放空气，从而允许空气流229穿过出口孔口27离开空腔16。当阀29打开时(图11)，盘泵10的出口孔口27处的空气流229取决于端阀29的设计特征而上升到一个最大值(图11A)。打开的阀29允许空气流229离开盘泵空腔16(图11B)。当阀29上的正差压开始减小时，空气流229开始下降直到阀29上的差压达到零。当阀29上的差压降到零以下时，阀29开始闭合，从而允许一些空气回流329穿过阀29，直到阀29完全闭合，以便阻断如图10B中所示的空气流229x。
更确切参见图10B以及图11、图11A和图11B的相关部分，负的中心压力波腹47的正方形部分65在如以上所描述的盘泵循环的第二半期间通过致动器40的振动在空腔16内产生。当盘泵10的这些致动器孔口31和这个出口孔口27都在环境压力下时，负的中心波腹47的方形部分65在阀29上产生一个负差压。因此，阀29开始闭合从而阻断了穿过出口孔口27的空气流229x。当阀29闭合时(图11)，盘泵10的出口孔口27处的空气流除了如以上所描述的少量回流329以外大体上是零(图11A)。空气流进盘泵空腔16中(图11B)而端阀29是闭合的。该循环随后自身重复，如以上关于图10A所描述。因此，随着盘泵10的致动器40在以上关于图10A和图10B所描述的两个半循环期间振动，阀29上的差压致使空气从致动器孔口31流到盘泵10的出口孔口27，如对应地由空气流229所示。
在盘泵10的致动器孔口31保持在环境压力下并且盘泵10的出口孔口27被气动地联接到通过盘泵10的作用而变得加压的一个负载上的一些情况下，盘泵10的出口孔口27处的压力开始增加，直到盘泵10的出口孔口27达到一个最大压力，此时从致动器孔口31到出口孔口27的空气流是可忽略的，即“停滞”情形。图12展示了当盘泵10处于停滞情形时致动器孔口31和出口孔口27处空腔16内和空腔16外的压力。更确切地说，空腔16中的平均压力在入口压力以上约1/2 P(即环境压力以上1P)，并且空腔16的中心处的压力在约环境压力与约环境压力加1 P之间变化。在该停滞情形下，不存在以下时间点：在该时间点时空腔16中的压力振荡在出口阀29上产生一个足够正差压以便显著打开任一阀从而允许任何空气流穿过盘泵10。因此，在前一段落中所描述的情形下，当盘泵10达到停滞情形时，盘泵10的出口压力从自由流动模式中的环境压力提高到约环境压力加1 P的一个压力。
再次参见图1和图2，示出了一个盘泵***100，该盘泵***包括一个电化学检测***的多个传感器元件。该电化学检测***检测在从负载38排出的流体中一种目标气体、例如挥发性有机化合物(“VOC”)的存在。对目标气体的检测出于多个原因是有用的。例如，检测特定VOC可以指示对人体不健康的一种情况，例如空气品质差。作为另一个实例，如果盘泵***100用来将一个是减压伤口敷料的负载38抽空，则对VOC的检测可以指示伤口的情况。在伤口近处，VOC的存在可能指示感染或指示存在着产生该VOC的细菌。在这样一个实施例中，该电化学检测***可以监测流动穿过该泵的气体的电化学特性，以便检测从伤口(即，负载)附近的组织中出来的VOC。在检测VOC的电化学检测***的情况下，VOC特性曲线可以指示与伤口的新陈代谢相关的生化标记。例如，可以检测醇类、醛类、酮类、异氰酸酯类、硫化物类以及烃类等VOC。
在一个实施例中，该电化学检测***包括一个工作电极61、一个对电极或辅助电极63以及一个参比电极66。在操作中，在工作电极61与参比电极66之间施加固定的电势差。电极61、63和66经由导电路径被联接到一个控制器上并且由此联接到电源和存储器(未示出)上，这些导电路径可以埋在形成了隔离物30的该柔性印刷电路材料中。该电源向这些电极供应一个电势并且该控制器和存储器发挥作用来测量这些电极处的电流。这些电流测量值可以被该控制器和存储器储存和分析。当随着时间进行分析时，在工作电极处由电化学反应产生的所测电流将作为尖峰出现，如图所示并且在下文中关于图14所描述的。在一个实施例中，该电源供应电力来驱动在工作电极61的表面处的电化学反应。由工作电极61处的该电化学反应所产生的电流被在辅助电极63处沿相反方向流动的电流平衡掉。施加到工作电极61处的电势是在一个已知电势的背景下测量的，该已知电势进而是从参比电极66获得的。
虽然图1和图2的泵示出了具有附接到致动器40上的电极61、63和66的电化学检测***，但要注意，在一些实施例中，电极61、63、66可以转而是围绕隔离物30间隔开的并且附接至该隔离物上。在另一个实施例中，一个单一的金属氧化物传感器可以替代该工作电极61并且可以包括一个可以用来检测目标气体的存在的化学电容性微传感器。在这样一个实施例中，该电化学检测***可以仅包括该工作电极61并且省略参比电极66和辅助电极63。
在图1和图2的泵中，致动器孔口31和出口孔口27被安排成致使移动穿过泵的流体遵循一条迂回路径，由此引起这些电极的电流式薄层几何对准。在图1的实施例中，进入盘泵10的流体在距离盘泵10的中心某个距离处、例如在与盘泵10的***压力波腹重合的一个位置处流动穿过致动器孔口31。该流体流过了工作电极61、参比电极66和辅助电极63以有助于该电化学检测***的操作。在另一个实施例中，该致动器孔口31具有与中心压力波腹重合的一个位置，并且流体流过这些电极而朝向一个更靠近泵***(即，不与中心压力波腹重合)的出口孔口。
在参比电极66处测量的电流充当一个参考点。在工作电极61的表面处测量到的电流是由目标气体(即，VOC)的氧化产生的、但也可能由经过工作电极61的其他流体的不希望的氧化作用产生。其他噪音源，例如工作电极61材料本身，也可能造成所测电流的变化。可获得多种多样的工作电极用于电化学检测。最常见的工作电极材料利用了碳，例如包括玻璃碳、热解碳和多孔石墨。现在铂、银、镍、汞、金汞齐、以及多种合金等材料也常用作工作电极材料。
最佳的工作电极材料选择是依赖于许多因素，包括可用的施加电势范围、电极在气体氧化中的参与、以及电子转移反应的动力学。其他因素，例如与流体的兼容性和流体的组成，也具有影响。例如，碳糊电极不能用于包含大量有机改性剂的移动相，因为电极将溶解，除非使用聚合物粘合剂。
在一个实施例中，工作电极是适合于检测一定范围的VOC的金属氧化物传感器。该传感器可以是当暴露于预定类型和预定量的目标气体或VOC时改变其电学特性的一种印刷的聚合物材料。该聚合物可以是针对目标气体(例如，特定的VOC)特别订制的、或者可以是一种在存在目标气体时经历其电学特性变化的更一般类型的材料。在这样一个实施例中，可以基于对在该聚合物材料的电学特性方面的特定响应的检测来检测该目标气体。在一个实施例中，工作电极包括一种印刷(例如，丝网印刷)到隔离物30的电触点上的聚合物材料。在这样一个实施例中，工作电极的电学特性的变化可以包括该工作电极的电阻的变化或该工作电极的电容的变化。
参比电极66的作用是建立稳定的电势。这个电极充当了沿着电势轴的一个参考点或基准，通过该参考点或基准来判断工作电极61的氧化或还原能力。
在一个实施例中，该电化学检测***包括三个电极，其中包括一个工作电极61、一个对电极或辅助电极63以及一个参比电极66。电极61、63、66典型地是通过将一种大表面积的贵金属固定到多孔疏水膜上来制作的。
在一个实施例中，这些电极与电解质相接触。为了使一个电化学检测器反复或连续地起作用，将电解质供应到这些电极以允许电流流动。因此在一个实施例中，可以将一个电解质供应流(未示出)供应到围绕盘泵的隔离物30间隔开的这些电极61、63、66。可以通过提供一个带电的路径和沿着该带电的路径跳动到这些电极的喷雾电解质来将该电解质供应流供应到这些电极。太少的电解质可能阻止在工作电极61处发生电解，而导致响应被减小。此外，在一些电化学检测器中，不能监测电流可能造成该***对工作电极61施加可观的电势，这可能毁坏该工作电极61。太多的电解质可能导致可观的背景电流(噪音)从而限制该***的灵敏度并且潜在地损坏该工作电极61。电解质可以是一种有机溶液。工作电极61接触电解质和所监测的空气二者。
在操作中，气体流从负载38进入传感器中。例如，该负载可以是减压伤口敷料。流体穿过工作电极61的多孔膜的背面、在这里被氧化。这个氧化过程是产生了电流的电化学反应，该电流可以被该电化学传感器所测量或以其他方式进行分析。该传感器还维持了在工作电极61、参比电极66和辅助电极63之间的传感器上的电压。在辅助电极63处，发生了相同但相反的反应，这样使得当工作电极61处发生氧化时，辅助电极63经历电流的下降。
如图14所示，电化学反应的发生可能是由于在流过工作电极的流体中出现VOC而导致的。当随着时间来监测电流时，所得的电化学反应可能导致电流尖峰240，这些尖峰指示了VOC的存在。
电流的量值是由在工作电极61处有多少目标气体被氧化所控制的。电化学传感器典型地被设计成使得，气体供应受到限制并且因此来自该传感器的输出与气体的浓度成线性的比例关系。线性输出允许更精确地测量低浓度并且简单得多地进行定标(仅需要基线和一个点)。
扩散控制提供了另一个优点。改变扩散壁垒允许传感器针对特定目标气体浓度范围进行定制。此外，由于扩散壁垒主要是机械的，电化学传感器的标度倾向于随着时间更稳定，并且因此基于电化学传感器的仪器只需要与某些其他检测技术相比少得多的维护。原则上，基于气体路径到传感器中的扩散特性可以计算灵敏度，但测量扩散特性时的实验误差使得计算结果没有用测试气体进行定标那样准确。
横向灵敏度对于需要非常活性的工作电极和高的操作电势进行氧化的气体可能是成问题的。在此类情况下，更容易被氧化的某些气体如醇类和一氧化碳的存在也将产生响应。横向灵敏度可以被消除，但这是通过使用化学滤波器(例如，允许目标气体无阻碍地穿过但与常见干扰物发生反应且将其消除的滤波器)。
虽然电化学传感器提供了许多优点，但它们不适合每一种气体。由于检测机制涉及气体的氧化或还原，因此电化学传感器通常只适合是电化学活性的气体，但如果惰性气体与该传感器中的另一种物种发生相互作用而产生响应，那么能够间接地来以电化学方式检测该气体。
图13是一个框图，展示了图1的盘泵***100的功能性。盘泵***100包括一个盘泵10，该盘泵进而包括一个电化学检测***50。该电化学检测***50可操作来监测在盘泵内一种目标气体如VOC的存在。该电化学检测***50包括多个传感器元件，例如以上描述的这些电极61、63、66。还可以利用其他传感器作为盘泵***100的一部分。盘泵***100包括一个电池60以便为盘泵***100供电。盘泵***100的这些元件是互连的并且通过导线、路径、轨迹、导程以及其他导电元件进行通信。盘泵***100还包括一个控制器或处理器56和一个驱动器58。处理器56被适配成与驱动器58进行通信。驱动器58的功能是接收来自处理器56的一个控制信号62。驱动器58产生一个驱动信号64，该驱动信号64激发第一盘泵10中的致动器40。
如以上所指出，致动器40可以包括一个压电部件，该压电部件在被激发时在盘泵10的空腔内产生流体的径向压力振荡，从而引起流体流动穿过该空腔以便如以上所描述为负载加压或减压。作为使用压电部件来产生径向压力振荡的一个替代方案，致动器40可以被一个静电或电磁驱动机构驱动。
盘泵10的隔离物30是由一种柔性印刷电路材料形成并且包括这些电化学检测传感器元件的至少一部分。电化学检测***50联接至处理器56。由电化学检测***50所收集的数据按时间顺序被储存，这样使得可以在一段时间上对例如特定VOC的浓度进行分析。这样，处理器56可以联接到一个输出端、例如RF收发器70上，以便通过例如将所测数据传送至具有用户界面的一个***来将所测数据传达给用户。替代地，盘泵***100可以包括用于向用户显示所测数据的一个用户界面。
处理器56、驱动器58、以及盘泵***100的其他控制电路可以被称为电子电路。处理器56可以是能够控制盘泵10的功能性的电路或逻辑。处理器56可以用作或包括微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、中央处理单元、数字逻辑或适于控制一个电子装置的其他装置，该电子装置包括一个或多个硬件元件和软件元件；执行软件、指令、程序和应用；转化和处理信号和信息、并且执行其他相关任务。处理器56可以是一个单一芯片或与其他计算或通信元件相集成。在一个实施例中，处理器56可以包括一个存储器或与一个存储器进行通信。该存储器可以是被配置成存储数据以用于随后的检索或稍后的存取的一个硬件元件、装置或记录介质。该存储器可以是处于随机存取存储器、缓存或适于存储数据、指令以及信息的其他小型化的存储介质形式的静态或动态存储器。在一个替代实施例中，该电子电路可以是模拟电路，该模拟电路被配置成用于执行相同的或类似的功能性以用于测量压力并且控制盘泵10的空腔内的这些致动器40的位移，如以上所描述的。
盘泵***100还可以包括RF收发器70，该收发器用于经由RF收发器70所发射并且接收的无线信号72和74来传达与盘泵***100的性能有关的信息和数据，包括(例如)与流动穿过盘泵10的流体的电化学特性曲线(包括一种或多种VOC的测量)、流速、当前的压力测量值、致动器40的实际位移(δy)、以及电池60的当前使用寿命相关的数据。总体上，盘泵***100可以利用一个通信接口，该通信接口包括RF收发器70、红外线或其他有线或无线信号来与一个或多个外部装置进行通信。RF收发器70可以利用蓝牙、WiFi、WiMAX或多种其他通信标准或专有通信***。关于更为具体的使用，RF收发器70可以将这些信号72发送到一个计算装置，该计算装置存储一个压力读数数据库以供医学专业人士参阅。该计算装置可以是可以执行本地处理或另外将信息传达给用于处理信息和数据的一个中央或远程计算机的一个计算机、移动装置、或医疗设备装置。类似地，RF收发器70可以接收信号72以用于基于致动器40的运动来外部调节由盘泵***100在负载38处产生的压力。
驱动器58是激发和控制致动器40的一个电路。例如，驱动器58可以是用于产生作为驱动信号64的一部分的一个具体波形的一个大功率晶体管、放大器、桥和/或过滤器。这种波形可以通过处理器56和驱动器58进行配置以便提供驱动信号64，该驱动信号64使致动器40以频率(f)进行处于一种振荡运动形式的振动，如以上更详细地描述。响应于驱动信号64，致动器40的振荡位移运动在盘泵10的空腔内产生流体的径向压力振荡，从而在负载38处产生压力。
在另一个实施例中，盘泵***100包括用于向用户显示信息的一个用户界面。该用户界面可以包括用于向用户提供信息、数据或信号的一个显示器、音频界面或触觉式界面。例如，一个微型LED屏幕可以显示由盘泵***100施加的压力或者在穿过盘泵10的流体中VOC的浓度。该用户界面还可以包括按钮、调控盘、旋钮或用于调节盘泵的性能并且特别是所产生的减压的其他电学或机械界面。例如，可以通过调节旋钮或作为用户界面的一部分的其他控制元件来增加或减小压力。
根据上述这些实施例，在隔离物30上实施一个电化学检测***50可以采集与穿过盘泵10的流体的组成有关的数据。通过将致动器40安装在由一种柔性电路材料形成的隔离物30上，电化学检测***50可以被直接地制造到隔离物30上并且用于直接地测量(例如)流体中VOC的浓度。该数据可以用来在如果(例如)始终出现在流体中的VOC突然不存在或者如果VOC发生变化而表明穿过泵的流体似乎不再从负载处出现时检测一种泄露。
根据上述内容应清楚，已提供了具有显著优点的一个发明。虽然本发明仅以少量的其形式被示出，但它并非仅限于此，而是可以在不脱离其精神的情况下易于进行各种变化和修改。

Claims (31)

1.一种盘泵***，包括：
具有大体上圆柱形形状的一个泵体，该泵体限定了用于容纳一种流体的一个空腔，该空腔由在两端被多个大体上圆形端壁所闭合的一个侧壁形成，这些端壁中的至少一个端壁是一个被驱动端壁，该被驱动端壁具有一个中心部分和一个***部分，该***部分从该被驱动端壁的该中心部分径向地向外延伸；
一个致动器，该致动器与被驱动端壁的中心部分操作性相关联以引起被驱动端壁的振荡运动，从而产生该被驱动端壁沿大体上垂直于其的一个方向的位移振荡，其中在使用中时一个环状波节位于该被驱动端壁的中心与该侧壁之间；
一个隔离物，该隔离物与该被驱动端壁的该***部分操作性地相关联以便减小这些位移振荡的阻尼，该隔离物包括一种柔性印刷电路材料；
联接到该隔离物中的多个导电路径上的一个电化学检测***，该电化学检测***可操作来检测在流动穿过该泵体的流体中一种目标气体的存在；
一个第一孔口，该第一孔口被布置在这些端壁中的任一者中不同于该环状波节的一个位置处并且延伸穿过该泵体；
一个第二孔口，该第二孔口被布置在该泵体中不同于该第一孔口的位置的任何位置处并且延伸穿过该泵体；以及
一个阀，该阀被布置在该第一孔口和该第二孔口中的至少一者中；其中
这些位移振荡引起了在该泵体的空腔内的流体的相应压力振荡，从而在使用中时引起穿过该第一孔口和该第二孔口的流体流动。
2.如权利要求1所述的盘泵***，其中第一孔口和该第二孔口被安排成致使流体沿着一条迂回路径流动穿过该盘泵。
3.如权利要求2所述的盘泵***，其中：
该电化学检测***包括一个工作电极、一个参比电极、以及一个辅助电极；并且
该迂回路径是邻近于该工作电极、该参比电极、以及该辅助电极布置的，这样使得流动穿过该盘泵***的流体首先流过该工作电极、该参比电极、以及该辅助电极。
4.如权利要求1所述的盘泵***，其中第一孔口是在该被驱动端壁中被布置在与该盘泵***的一个中心压力波腹重合的一个位置处。
5.如权利要求1所述的盘泵***，其中第一孔口是在该被驱动端壁中被布置在与该盘泵***的一个***压力波腹重合的一个位置处。
6.如权利要求1所述的盘泵***，其中该目标气体包括一种挥发性有机化合物。
7.如权利要求1所述的盘泵***，其中该电化学检测***包括一个金属氧化物传感器。
8.如权利要求1所述的盘泵***，其中该电化学检测***包括具有在该目标气体的存在下发生改变的电学性质的一种印刷的聚合物材料。
9.如权利要求1所述的盘泵***，其中该电化学检测***包括被印刷到该隔离物的多个电触点上的一种聚合物材料。
10.如权利要求1所述的盘泵***，其中该电化学检测***包括至少一个电极。
11.如权利要求10所述的盘泵***，其中该至少一个电极被定位在该空腔内、该被驱动端壁的表面上。
12.如权利要求10所述的盘泵***，其中该至少一个电极被定位在该空腔内、该端壁内的该隔离物上。
13.一种用于在盘泵***中检测目标气体的存在的方法，该盘泵***具有一个盘泵，该盘泵具有安装在该盘泵内的一个隔离物上的一个致动器，该致动器包括一种柔性电路材料，其中该隔离物允许该致动器发生振荡以产生穿过该盘泵的空腔的空气流动从而向一个负载供应压力，该方法包括：
驱动该致动器以引起该致动器的振荡位移运动以便在该空腔内产生流体的径向压力振荡；
致使流体流过一个电化学检测***而流动穿过该空腔；
检测该目标气体的存在；并且
指示该目标气体的存在。
14.如权利要求13所述的方法，其中该目标气体包括一种挥发性有机化合物。
15.如权利要求13所述的方法，其中：
该电化学检测***包括一个工作电极、一个参比电极、以及一个辅助电极。
16.如权利要求13所述的方法，其中该电化学检测***包括一个金属氧化物传感器。
17.如权利要求13所述的方法，其中该电化学检测***包括具有在该目标气体的存在下发生改变的电学性质的一种印刷的聚合物材料。
18.如权利要求13所述的方法，其中该电化学检测***包括被印刷到该隔离物的多个电触点上的一种聚合物材料。
19.一种盘泵，包括：
具有大体上圆柱形形状的一个泵体，该泵体限定了用于容纳一种流体的一个空腔，该空腔由在两端被多个大体上圆形端壁所闭合的一个侧壁形成，这些端壁中的至少一个端壁是一个被驱动端壁，该被驱动端壁具有一个中心部分和一个***部分，该***部分从该被驱动端壁的该中心部分径向向外延伸；
一个致动器，该致动器与被驱动端壁的中心部分操作性相关联以引起被驱动端壁的振荡运动，从而产生该被驱动端壁沿大体上垂直于其的一个方向的位移振荡，其中在使用中时一个环状波节位于该被驱动端壁的中心与该侧壁之间；
一个隔离物，该隔离物与被驱动端壁的该***部分操作性地相关联，以便降低这些位移振荡的阻尼；
一个电化学检测***，该电化学检测***可操作来检测在流动穿过该泵体的流体中一种目标气体的存在；
一个第一孔口，该第一孔口被布置在这些端壁中的任一者中不同于该环状波节的一个位置处并且延伸穿过该泵体；
一个第二孔口，该第二孔口被布置在该泵体中不同于该第一孔口的位置的任何位置处并且延伸穿过该泵体；以及
一个阀，该阀被布置在该第一孔口和该第二孔口中的至少一者中；其中
这些位移振荡引起在该泵体的空腔内的流体的相应压力振荡，从而在使用中时引起穿过该第一孔口和该第二孔口的流体流动。
20.如权利要求19所述的盘泵，其中该隔离物包括一种印刷电路材料。
21.如权利要求19所述的盘泵，其中该电化学检测***联接到该隔离物中的多个导电路径上。
22.如权利要求19所述的盘泵，其中第一孔口和该第二孔口被安排成致使流体沿着一条迂回路径流动穿过该泵。
23.如权利要求22所述的盘泵，其中：
该电化学检测***包括一个工作电极、一个参比电极、以及一个辅助电极；并且
该迂回路径是邻近于该工作电极、该参比电极、以及该辅助电极布置的，这样使得流体首先流过该工作电极、该参比电极、以及该辅助电极。
24.如权利要求19所述的盘泵，其中该目标气体包括一种挥发性有机化合物。
25.如权利要求19所述的盘泵，其中该电化学检测***包括一个金属氧化物传感器。
26.如权利要求19所述的盘泵，其中该电化学检测***包括具有在该目标气体的存在下发生改变的电学性质的一种印刷的聚合物材料。
27.如权利要求19所述的盘泵，其中该电化学检测***包括被印刷到该隔离物的多个电触点上的一种聚合物材料。
28.如权利要求19所述的盘泵***，其中该电化学检测***包括至少一个电极。
29.如权利要求28所述的盘泵***，其中该至少一个电极被定位在该空腔内、该被驱动端壁的表面上。
30.如权利要求28所述的盘泵***，其中该至少一个电极被定位在该空腔内、该端壁内的该隔离物上。
31.在此描述的盘泵、***以及方法。
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