CN106796147A - 具有预设置质量的磁机械共振器传感器 - Google Patents

具有预设置质量的磁机械共振器传感器 Download PDF

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Abstract

本公开的一些方面涉及一种感测装置，该感测装置包括磁偏置层、共振器、间隔件和环境变化接收器。环境变化接收器设置在共振器的表面上。环境变化接收器的质量响应于环境变化而变化。感测装置的共振频率响应于环境变化接收器的质量变化而偏移。

Description

具有预设置质量的磁机械共振器传感器
技术领域
本公开涉及磁机械共振器传感器，这些传感器被设计为监测环境变量、生物变量、和使用这些传感器的***。
背景技术
磁机械共振器(MMR)使用产生磁场的射频源进行供电。MMR传感器以磁致伸缩和磁致弹性耦合的原理为基础。磁致伸缩涉及在经受磁场时改变铁磁材料的形状。磁致弹性耦合涉及在经受磁场时，材料的应力与张力之间的关系。
通常，MMR传感器与外部磁场耦合，并接收磁场磁能。MMR传感器将磁能转化为机械振荡。当撤除磁场后，机械振荡转化为磁能，并且传感器将磁场以共振频率进行辐射。然后检测器可测量传感器所辐射的磁能。MMR可用于构建无线传感器，以监测环境变量和生物变量。
发明内容
本公开的一些方面涉及感测装置，其包括磁偏置层、共振器、间隔件和环境变化接收器。磁偏置层具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面，并且磁偏置层具有第一磁性材料。共振器具有第一共振器主表面和相背对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。间隔件设置在磁偏置层与共振器之间。环境变化接收器设置在第一共振器主表面上，并且环境变化接收器的质量响应于环境变化而改变。感测装置的共振频率响应于环境变化接收器的质量变化而发生偏移。
在一个示例中，感测装置包括磁偏置层、共振器、间隔件、环境变化接收器、和壳体。磁偏置层具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面，并且磁偏置层具有第一磁性材料。共振器具有第一共振器主表面和相背对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。间隔件设置在磁偏置层与共振器之间。环境变化接收器设置在第一共振器主表面上，并且环境变化接收器的质量响应于环境变化而改变。感测装置的共振频率响应于环境变化接收器的质量变化而发生偏移。壳体具有一个或多个开口。磁偏置层、共振器和间隔件设置在壳体中。
在另一个示例中，感测装置包括磁偏置层、共振器、环境变化接收器、和壳体。磁偏置层具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面，并且磁偏置层具有第一磁性材料。共振器具有第一共振器主表面和相背对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。环境变化接收器设置在第一共振器主表面上，并且环境变化接收器的质量响应于环境变化而改变。感测装置的共振频率响应于环境变化接收器的质量变化而发生偏移。壳体具有用以支承共振器的支承结构。磁偏置层和共振器设置在壳体中。
附图说明
附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，并且附图与具体实施方式一起阐明本发明的优点和原理。在附图中，
图1A是MMR传感器的一个实施方案的侧视图；
图1B是掀开盖子后的图1A所示的MMR传感器的顶部平面图；
图1C是图1A所示的MMR传感器的分解图；
图1D是示出了环境改变后图1A所示的MMR传感器的示例的侧视图；
图1E是掀开盖子后的图1D所示的示例的顶部平面图；
图2A是传感器的示意性物理模型；
图2B示出由于质量位置所导致的频率偏移；
图2C示出由于质量分布所导致的频率偏移；
图3A是MMR传感器的一个实施方案的侧视图；
图3B是掀开盖子后的图3A所示的MMR传感器的顶部平面图；
图3C是图3A所示的MMR传感器的分解图；
图3D示出环境改变后图3A所示的MMR传感器的示例的侧视图；
图4A至图4F示出预定义通道构造的一些示例；
图5A至图5G示出环境变化期间和环境变化之后共振器上的通道构造和质量分布的一些示例；
图6A至图6D示出共振器上预设置的环境变化接收器的一些示例；
图7A示出MMR传感器的一个实施方案的剖视图；
图7B示出与流体相互作用后的图7A所示的MMR传感器的示例的剖视图；
图7C示出MMR传感器的另一个实施方案的剖视图；
图7D示出与流体相互作用后的图7C所示的MMR传感器的示例的剖视图；
图8A至图8H示出壳体结构不同的MMR传感器的一些示例；
图9A示出使用一个或多个MMR传感器的感测***的一个实施方案；
图9B至图9D示出使用一个或多个设置在容器中的MMR传感器的感测***的另一个实施方案；
图10示出MMR传感器的共振信号的示例的曲线图；
图11A示出MMR感测***的一个实施方案的流程图；并且
图11B示出用于监测消毒流程的有效性的MMR感测***的一个实施方案的流程图；
图12A至图12D是具有不同构造且用于清洗监测的MMR传感器的示例性实施方案的相对于频率的阻抗曲线图；
图13A至图13D是具有不同构造且用于消毒监测的MMR传感器的示例性实施方案的相对于频率的阻抗曲线图；
图14A至图14B是具有不同构造且用于湿度监测的MMR传感器的示例性实施方案的相对于频率的阻抗曲线图；并且
图15示出具有不同构造且用于气体检测的MMR传感器的示例性实施方案的相对于频率的阻抗曲线图。
具体实施方式
MMR传感器可用于监测环境变量，包括但不限于，温度、湿度、是否存在生物物质、物理物质和/或化学物质、或它们的任意组合。MMR传感器也可用于监测或测量环境变量经过一段时间后的变化状况。响应于环境变量的更改和/或环境变量的变化，设置在环境中的一个或多个MMR传感器的磁致弹性带(即，共振器)通常发生质量和/或弹性模量的改变。质量变化可包括共振器材料成分的数量变化、和/或设置在共振器上的材料的分布的变化。质量变化可以使相应MMR传感器的共振频率发生可检测到的频率偏移。可使用测量装置来测量频率偏移，并且可将测量值用于评估或确定环境变量的变化。
本公开至少一些方面针对MMR传感器的设计和构造，这些MMR传感器响应于环境变化而发生频率偏移。在一些实施方案中，MMR传感器通过以下方式进行构建：环境响应性材料被设计为响应于环境变化而沿着MMR传感器的磁致弹性带上的特定路径或图案进行分布。特定路径或图案经选择，允许MMR传感器产生比质量被均匀分布或不受控分布的频率偏移放大信号更强的频率偏移放大信号。在一些其它实施方案中，环境响应性材料预先设置在MMR传感器的磁致弹性带上，并且环境响应性材料的质量或部署响应于环境变化而改变。在一些情况下，环境响应性材料预先设置在磁致弹性带的一个或多个特定部分上，例如，靠近带的一端。在一些其它情况下，环境响应性材料沿着特定路径或根据磁致弹性带上的特定图案进行预先设置。在一些实施方案中，MMR传感器经构建，包括环境响应性材料，该材料将响应于环境变化而膨胀，从而致使共振器的振荡状况发生可检测到的改变。
本公开的至少一些方面涉及使用MMR传感器检测环境变化的***和方法。在一些实施方案中，感测***可包括测量装置，以监测MMR传感器的频率偏移。例如，测量装置可以是包括线圈的门控振荡器，在共振频率下，该线圈产生简短的正弦脉冲，该门控振荡器通过磁力方式与MMR传感器耦接，并向传感器供电。供电脉冲结束之后，线圈被用作接收器，监测MMR传感器的衰减振荡。作为另一个示例，测量装置可利用传感器的将振荡磁场部分转化为声能的机械振动作用。然后麦克风检测到传感器产生的声音，给出合适的频率响应。声学方法的优点在于：在供电的同时可以对传感器进行测量。
图1A是MMR传感器100的一个实施方案的侧视图。图1B是掀开盖子后的MMR传感器100的顶部平面图，并且图1C是MMR传感器100的分解图。在所示的实施方案中，传感器100包括磁偏置层110、间隔件120、共振器130、环境变化接收器140、和任选壳体150。磁偏置层110、间隔件120、共振器130和环境变化接收器140容纳在壳体150中。
环境变化接收器140可包含一种或多种环境感应或敏感性材料，该材料的选择取决于感测需求。环境响应性材料可基于其溶解性、沸点、熔点、气体或液体吸收能力、促进细菌生长的能力、软化点或流动性进行选择，使得该材料响应于特定的环境条件而发生属性变化(蒸发或在传感器带上重新分布)。在一些情况下，环境变化接收器140可包括不止一个部分，其中每个部分可包含类似的或不同的环境响应性材料，并且设置在不同位置处。
在一些监测或测量温度的实施方案中，环境变化接收器140可包含可熔性或可流动性材料类型，例如，晶体材料或半晶体材料、热塑性塑料、聚合物、蜡、有机化合物，诸如水杨酰胺、聚乙烯-共-丙烯酸、蔗糖等。在一些情况下，环境响应性材料基于其对温度与湿度组合条件、或温度、湿度与时间的组合条件的反应进行选择。该材料可进行选择，以满足具体应用。在一些监测是否存在化学物质的实施方案中，环境变化接收器140可包含吸收化学物质或与化学物质发生反应的材料类型。在检测气体的示例中，环境变化接收器140可包含美国伊利诺州德斯普兰斯的环球油品有限公司(UOP LLC,Des Plaines,IL)的HiSiv 3000沸石粉(Zeolite HiSiv 3000powder)。
磁偏置层110具有第一磁性表面112和相背对的第二磁性表面114。间隔件120设置在磁偏置层110与共振器130之间。间隔件120具有第一间隔件表面122和相背对的第二间隔件表面124。第二间隔件表面124与第一磁性表面112相邻。共振器130具有第一共振器主表面132和相背对的第二共振器主表面134。第二共振器主表面134与第一间隔件表面122相邻。在一些实施方案中，第一共振器主表面具有预定义通道160。在一些情况下，预定义通道160可通过机械方式或化学方式进行构建。环境变化接收器140靠近预定义通道160进行设置。在一些情况下，环境变化接收器140中的材料将响应于环境变化(诸如热度、增加的湿度等)而沿着预定义通道160进行分布。
磁偏置层110和共振器130由磁性材料制成，这些磁性材料也称作电磁材料或铁磁材料。例如，磁偏置层110可使用磁体或硬磁金属或半硬质金属，例如，总部在美国纽约罗契斯特市(Rochester,New York)的阿诺德磁性材料科技公司(Arnold MagneticTechnologies)的磁体。磁偏置层110可由以下任何磁性材料制成：该磁性材料在磁化时具有足够的剩磁以适当地偏置共振器130，并且具有足够的矫顽磁性以便在正常运行条件下不发生磁力改变。例如，可商购获得的磁性材料，诸如美国伊利诺斯州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)的ArnoKromeTMIII，可用于制造磁偏置层110。磁偏置层110可与共振器130具有类似的尺寸。
共振器130可使用合金材料，这些合金材料具有很高的磁致伸缩耦合系数和/或很高的磁致弹性耦合系数。在一些实施方案中，共振器130可使用磁性无定形合金、或磁致伸缩耦合系数很高和/或磁致弹性耦合系数很高的晶体材料，例如，美国南卡罗来纳州康威的MetglasTM公司(MetglasTMof Conway,South Carolina)制造的MetglasTM2826MB、2605SA1或2605S3A。在一些情况下，共振器130使用磁致伸缩耦合系数等于或大于10E-5的电磁材料。共振器130可包括一个或多个单独的共振器零件。共振器130在某频率下共振，这主要取决于它的长度、磁偏置场的强度、材料密度、以及材料的杨氏模量。尽管共振器130可通过物理方式被设计为在较大频率范围内共振，但可能需要的是：将共振器130调谐到特定频率。例如，共振器130可被设计为在约25kHz至45kHz范围内或约45kHz至75kHz范围内的目标频率下发生共振。在一些实施方案中，共振器130可包括多个共振器零件，其中每个共振器零件被设计为在类似的或不同的目标频率下发生共振。在此类实施方案中，每段目标频率可用于对待监测的环境变量进行编码。例如，目标频率可以由4kHz的间隔隔开，诸如46kHz、50kHz、54kHz、58kHz、62kHz等。由于共振器130的制造工艺和/或材料的差异，例如，所检测的频率通常不在目标频率范围内。例如，对于58kHz的目标频率，所检测的频率可以在57kHz至59kHz的范围内。
间隔件120可包含一种或多种介电材料。在一些实施方案中，共振器130与磁偏置层110通过间隔件120隔开，以允许其自由移动。在一些情况下，间隔件120具有合适的厚度，使得间隔件120和磁偏置层110一起可向共振器130提供约5奥斯特至9奥斯特的磁场偏置强度。间隔件120的厚度范围可以是2.54E-3cm(0.001英寸)至6.35E-1cm(0.25英寸)，例如，1.52E-1cm(0.06英寸)。在一些情况下，间隔件120可主要为空气。在一些其它情况下，间隔件可包括聚合物膜。间隔件120的其它示例可以是非金属材料(例如，聚碳酸酯)。在一些构造中，间隔件120可以是壳体的整合部分。例如，间隔件120可包括壳体的支承结构，以将共振器130与磁偏置层110隔开。
在一些实施方案中，预定义通道160可包括一条或多条路径和/或一种或多种图案。在一些实现方式中，预定义通道160可通过机械和/或化学方式进行构建。例如，第一共振器主表面132用激光刻蚀进行处理，以生成预定义通道160。在另一个示例中，预定义通道160从第一共振器主表面132凹陷。在一些实施方案中，可使用具有吸收作用或毛细作用的材料(诸如纸或绳)来生成预定义通道160。在一些实施方案中，将毛细作用材料粘附至第一共振器主表面132的预定义通道中。在一些示例中，毛细作用材料可按照特定图案或构造进行布置，以允许环境响应性材料的流动或引导环境响应性材料的流动。在一些实施方案中，预定义通道可以是具有微复制表面结构或微复制毛细结构的聚合物膜。可以用粘合剂将用作预定义通道的微复制膜粘附到共振器表面。微复制膜的一些示例描述于美国专利5,716,681和美国专利5,771,328中，这些专利的全部内容均以引用方式并入。微复制通道的顶点高度可以是，例如，10微米、400微米或更高。
在一些情况下，对第一共振器主表面132进行处理，以生成预定义通道160，从而产生优选的流型。这一点可通过如下方式实现：将共振器的所选区域进行化学处理或涂上涂层，或按照特定图案对共振器进行处理或涂上涂层，用以促进或抑制沿着特定路径的流动。例如，用与环境响应性材料相容或相互作用的材料给通道或图案涂上涂层，这将促进沿着这些区域的流动。作为另一个示例，对于蜡形式的环境响应性材料，可将预定义通道的表面制成亲油性表面，以促进通道中的流动性。在另一个示例中，可使用机械耐用性烧结涂层(诸如纳米二氧化硅)以通过化学方式创建预定义通道160。可采用水分散体中的涂层粒子，并随后通过加热的应用进行烧结。也可使用酸烧结法来创建预定义通道160，如美国专利公开20110033694中所述，该专利的全部内容通过引用方式并入本文。
在一些其它情况下，第一共振器主表面132经处理以生成预定义通道160，从而致使环境响应性材料不大可能以某方式进行流动。在这些情况下，相对于环境响应性材料而言，由于进行了不相容涂层处理，可抑制某些处理过的区域的流动性。例如，第一共振器主表面可围绕该表面周长进行以下处理或涂上以下涂层：该处理或涂层抑制环境响应性材料朝边缘流动。在一些实施方案中，对第一共振器主表面进行两种不同的处理，使得某些区域的流动性得到促进，而其它区域则没有。在一些实施方案中，基于给定传感器应用中对亲水性通道、疏水性通道、亲油性通道、或疏油性通道的特定需求来选择化学处理方式或涂层。例如，对于蜡形式的环境响应性材料，可将该表面制成疏油性表面，以抑制通道中的流动性或周长周围的流动性。
壳体150可使用刚性材料，为共振器130提供足够的共振或振动空间。壳体150可以是塑料或任何其它非导电性材料。壳体可包括支承结构或突起，用以例如防止共振器130离开偏置磁体110太远，或用以减小共振器与壳体之间发生摩擦或粘性相互作用的可能性。壳体150可密封并固定磁偏置层110、间隔件120、和共振器130。壳体150可通过例如粘合剂、热封、超声焊接等进行固定。在一些情况下，间隔件120可以是壳体150的支承结构(例如，突起)，这些结构限定安置多个部件的平面。壳体150可具有开口、出口、开孔、或可透性材料，以允许共振器与外部环境相互作用。与共振器相互作用的环境因素包括，例如，空气、水、蒸汽、液体、气体、生物物质、化学物质、孢子等。
图1D是示出环境改变后的MMR传感器100的示例的侧视图；并且图1E是掀开盖子后的图1D所示的示例的顶部平面图。环境变化接收器140已经响应于环境变量的变化(诸如温度升高)而改变其形成。如图所示，环境变化接收器140沿着预定义通道160进行分布，该预定义通道与共振器130的第一共振器主表面132附接。由于环境变化接收器140在共振器130上的此类部署状况，共振器130的质量发生改变。
对于MMR传感器，操作原则在于：将共振频率变化作为共振器质量变化和/或共振器上的质量分布变化的结果，例如，材料粘结、材料消除、材料流动。通常将磁致弹性薄带(即，共振器)用于传感器构建。在自由直立带下纵向模式中的第一阶共振频率f0为：
其中L为共振器的长度，并且参数E和ρ分别是传感器的有效杨氏模量和质量密度。
当厚度与宽度具有可比性但是仍显著小于长度时，则视为薄带处于平面应变状态。在此情况下，平面应变杨氏模量可表述为：
其中v是材料的泊松比。
对于自由直立式细长带，应使用平面应力或双轴模量将天然频率关系修改为：
则第一阶频率为：
假设磁致弹性带表面上均匀设置了连续的固体质量，共振频率的变化可近似为：
其中Δf、ΔE和Δm分别是由于材料部署所导致的共振频率变化、有效杨氏模量变化、以及共振器质量变化。
在物理学和机械学上，质量分布是固体内质量的空间分布。当质量连续设置在共振器表面上时，例如，该质量作为均匀的薄膜涂层连续设置在共振器表面上时，将该质量视为磁机械***中的分布式质量。对于质量分布均匀的磁致弹性带的第一阶静态纵向振动而言，该带的振动可假设为：
其中分别地，u(x,t)是位置x处发生的位移，并且t为时间变量。假设原始点在带的长轴中心，l是带长L的一半，A(t)为假设在特定时间t时的振幅变量。中心为静态节点，并且两端的振幅最大。则由质量分布均匀所导致的动能Td为：
其中Mo为带的初始质量：
M0＝ρsL＝2ρsl (11)
理论上讲，将集中质量视为质点质量。图2A是共振器的示意性物理模型。横向维度上的宽度和厚度的尺寸比纵向维度上的更小，例如，宽度是长度的1/5。纵向长度为L。长度l是纵向长度L的一半。共振器的中心为振动节点并且将其假定为纵向轴线上的原始点O。为了说明集中质量对传感器反应的影响，假设集中质量Mc定位在传感器表面上距离原始点Olc的位置处。
在实际实现方式中，集中质量是质量的集合或聚合，其中该质量的尺寸明显小于共振器表面。例如，集中质量是少量生物细胞，这些细胞与生物检测***中的共振器附接。当集中质量与共振器附接时，获得以下等式：
其中Mc为环境响应性材料的集中质量，并且lc为集中质量在共振器130上的位置。由于集中质量沿着纵向轴线设置在不同位置所导致的频率偏移在图2B中示出。频率偏移随着位于传感器端侧处的集中质量Mc的频率偏移而按比例变化。如图所示，频率偏移与集中质量的位置相关。集中质量的位置(距离中心的距离)随着共振器的长度而按比例变化，而距离0和1分别表示位于中心处和远端处的集中质量。
如图2B所示，当中心质量移动远离共振器中心时，频率明显发生更大的偏移。尽管滞留节点处没有发生任何移动(或动能为零)，动能在从中心朝共振器端部移动的位置中变得越来越明显。因此，与共振器附接的给定集中质量可以对共振器的频率响应具有更大的影响。
对于分布式质量部署，诸如材料从中心开始流动，假设材料密度在流动期间恒定，有效沉积质量为：
其中lt、ρ2和S2分别为流动距离、质量密度、和流动质量的截面积。有效沉积质量基于以下假设进行计算：质量沿着纵向方向均匀流动。如果集中质量设置在传感器中心处，则频率偏移不明显。然而，当质量流动到传感器的端部时，频率发生相对较大的偏移。
Mt-有效的＝0，当lt＝0； (14a)
Mt-有效的-ρ2s2l，当lt-1 (14b)
对于分布式质量沉积，频率偏移为：
对于分布式质量沉积，由于质量流动所导致的频率偏移在图2C中示出。流动距离随着传感器的长度而按比例变化，而流动距离0表示传感器中心处的质量。当质量流动至传感器端部时，流动距离为1。频率偏移随着到达传感器端侧的流动质量的频率偏移而按比例变化。频率偏移与初始频率、流动质量密度、涂层厚度和流动距离直接相关。
根据这些原理，不仅质量的增减改变了共振器的共振频率，而且质量分布的变化也改变了频率。重新分布从共振器中心到端部的质量使共振频率下降；反之，改变从共振器的端部到中心的质量使共振频率增加。
图3A是MMR传感器200的一个实施方案的侧视图。图3B是掀开盖子后的MMR传感器200的顶部平面图，并且图3C是MMR传感器200的分解图。在所示的实施方案中，传感器200包括磁偏置层210、间隔件220、共振器230、环境变化接收器240、和任选壳体250。磁偏置层210、间隔件220、共振器230和环境变化接收器240容纳在壳体250中。磁偏置层210、间隔件220、共振器230和环境变化接收器240可具有与图1A-1C所示的相应部件相同或类似的组成。
磁偏置层210具有第一磁性表面212和相背对的第二磁性表面214。间隔件220设置在磁偏置层210与共振器230之间。间隔件220具有第一间隔件表面222和相背对的第二间隔件表面224。第二间隔件表面224与第一磁性表面212相邻。共振器230具有第一共振器主表面232和相背对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。如图所示，环境变化接收器240靠近第一共振器主表面的一个边缘进行设置。通常，环境变化接收器240可响应于环境变化(诸如水流或气流变化)而发生其体积或部署变化。在一些情况下，第一共振器表面212可具有预定义通道(附图未示出)，这允许环境变化接收器240响应于环境变化而沿着至少部分预定义通道流动。
图3D是示出了环境改变后的MMR传感器200的示例的侧视图。环境变化接收器240响应于环境变量的变化(诸如经历清洗周期)而发生其体积的缩小。由于共振器230上的环境变化接收器240的体积减小，共振器230的质量发生改变。
图4A–4F示出共振器400上的预定义通道的一些示例。图4A示出卵形的预定义通道410A。图4B示出预定义通道410B，该通道具有卵形的中心部分430B、和两个端部420B、以及中心部分430B与端部420B之间的路径425B。端部420B的宽度与路径425B的宽度类似。图4C示出预定义通道410C，该通道具有卵形的中心部分430C、两个端部420C、以及中心部分430C与端部420C之间的路径425C。端部420C为越靠近端部越宽的三角形。
图4D示出预定义通道410D，该通道具有两个端部420D，每个端部均为矩形。图4E示出预定义通道410E，该通道具有中心部分430E、两个端部420E、以及中心部分430E与端部420E之间的路径425E。端部420E的宽度大于路径425E的宽度。图4F示出预定义通道410F，该通道具有中心部分430F、两个端部420F、以及中心部分430F与端部420F之间的路径425F。端部420F为越靠近端部越宽的三角形。
图5A-5G示出环境变化期间和环境变化之后共振器500上的通道构造和质量分布的一些示例。图5A示出通道510A，该通道具有中心部分530A、两个端部520A、以及连接中心部分530A与端部520A的路径525A。端部520A为大致矩形的。环境变化接收器540A设置在两个端部520A处，并且响应于环境变化而沿着路径525A朝中心部分530A进行分布。
图5B示出通道510B，该通道具有中心部分530B、两个端部520B、以及连接中心部分530B与端部520B的路径525B。端部520B为大致矩形的。路径525B越靠近端部520B逐渐变得越宽。环境变化接收器540B设置在两个端部520B处，并且响应于环境变化而沿着路径525B朝中心部分530B进行分布。图5C示出通道510C，该通道具有中心部分530C、两个端部520C、以及连接中心部分530C与端部520C的路径525C。中心部分530C为大致卵形的。端部520C和路径525C宽度相同。环境变化接收器540C设置在中心部分530C处，并且响应于环境变化而沿着路径525C朝端部520C进行分布。
图5D示出通道510D，该通道具有中心部分530D、两个端部520D、以及连接中心部分530D与端部520D的路径525D。中心部分530D为大致圆形的。端部520D为大致矩形的。环境变化接收器540D设置在中心部分530D处，并且响应于环境变化而沿着路径525D朝端部520D进行分布。
图5E示出通道510E，该通道具有中心部分530E、两个端部520E、以及连接中心部分530E与端部520E的路径524E。中心部分530E为大致卵形的。端部520E为越靠近边缘越宽的三角形。环境变化接收器540E设置在端部520E处，并且响应于环境变化而沿着路径524E朝中心部分530E进行分布。
图5F示出通道510F，该通道具有中心部分530F、两个端部520F、以及连接中心部分530F与端部520F的路径525F。中心部分530F为大致卵形的。端部520F为越靠近边缘越宽的三角形。环境变化接收器540F设置在中心部分530F处，并且响应于环境变化而沿着路径525F朝端部520F进行分布。
图5G示出通道510G，该通道具有中心部分530G、一个端部520G、一个端部521G、连接中心部分530G与端部520G的亲流性路径525G、以及连接中心部分530G与端部521G的疏流性路径527G。中心部分530G为大致卵形的。环境变化接收器540G设置在中心部分530G处，并且沿着路径525G朝端部520G而不是沿着路径527G进行分布。
图6A-6D示出预设置在共振器550上的环境变化接收器的一些示例，这些环境变化接收器与流体相互作用时其属性通常发生改变。在一些实施方案中，环境变化接收器的重量响应于环境变化而下降。例如，当传感器设置在洗涤器中时，至少部分环境变化接收器被洗掉。在一些其它实施方案中，环境变化接收器吸收流体，并且其重量响应于环境变化而增加。例如，环境变化接收器吸收气体和/或液体，并变得更重。图6A示出包括两个接收器元件的环境变化接收器560A，每个元件均靠近共振器550的边缘进行设置。图6B示出环境变化接收器560B，该接收器包括一个靠近共振器550的某侧进行设置的接收器元件。图6C示出包括两个接收器配件的环境变化接收器560C，每个配件均靠近共振器550的边缘进行设置。接收器560C的每个配件均包括接收器元件的点状分布图案。图6D示出包括两个配件的环境变化接收器560D，每个配件均靠近共振器550的边缘进行设置。接收器560D的每个配件均包括接收器元件的线状分布图案。
图7A示出MMR传感器650A的一个实施方案的剖视图。在所示的实施方案中，传感器650A包括磁偏置层660A、间隔件670A、共振器680A、和任选的壳体690A。磁偏置层660A、间隔件670A和共振器680A设置在壳体690A中。磁偏置层660A、间隔件670A、和共振器680A可具有与图1A-1C所示的相应部件相同或类似的组成。磁偏置层660A具有第一磁性表面662A和相背对的第二磁性表面664A。间隔件670A设置在磁偏置层660A与共振器680A之间。共振器680A具有第一共振器主表面682A和相背对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。在所示的实施方案中，间隔件670A包括环境变化接收器675A，其被构造成在吸收流体时快速膨胀。在一些实施方案中，环境变化接收器675A可包含多孔材料，诸如天然海绵或合成海绵、吸水性凝胶、或超吸收性聚合物等。海绵可以用纤维素、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。图7B示出与流体相互作用后的MMR传感器650A的示例的剖视图。间隔件670A的厚度增加之后，共振器680A衰减，并且其共振频率发生偏移或消失。
图7C示出MMR传感器650C的另一个实施方案的剖视图。在所示的实施方案中，传感器650C包括磁偏置层660C、间隔件670C、共振器680C、和任选的壳体690C。磁偏置层660C、间隔件670C和共振器680C容纳在壳体690C中。在此构造中，间隔件670C包括两个配件：间隔件670C的一个配件671C，其设置在磁偏置层660C与共振器680C之间；和另一配件672C，其设置在共振器680C与壳体690C之间。磁偏置层660C、间隔件670C、和共振器680C可具有与图1A-1C所示的相应部件相同或类似的组成。磁偏置层660C具有第一磁性表面662C和相背对的第二磁性表面664C。共振器680C具有第一共振器主表面682C和相背对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。在所示的实施方案中，间隔件配件672C包括环境变化接收器675C，其被构造成在吸收流体后快速膨胀。在一些实施方案中，环境变化接收器675C可包含多孔材料等。海绵可以用纤维素、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。图7D示出与流体相互作用后的MMR传感器650C的示例的剖视图。间隔件670C的厚度增加之后，共振器680C衰减，并且其共振频率发生偏移或消失。
图8A-8H示出壳体结构不同的MMR传感器800的一些示例。图8A是MMR传感器800的一个实施方案的剖视图，并且图8B是掀开盖子后的图8A所示的MMR传感器800的顶视图。MMR传感器800包括壳体850、磁偏置层810、间隔件820、共振器830。壳体850包括盒体855和盖子860。作为图8G中示出的壳体的示例，盖子可具有开口862，以允许共振器与环境因素相互作用。开口862可具有任何形状，例如，矩形、卵形、圆形、波浪形、不规则图形等。
图8C是MMR传感器800的一个实施方案的剖视图，并且图8D是掀开盖子后的图8C中示出的MMR传感器800的顶视图。在所示的实施方案中，壳体850包括尖角支承结构843，以支承共振器830；和尖角结构840，以在壳体850与共振器830之间创建间隔，以减小壳体850与共振器830之间的相互作用。盖子860也可具有尖角结构，以支承或限制共振器830以减少壳体850与共振器830之间的相互作用。壳体850可包括两个单独的腔室852和854。磁偏置层810设置在腔室852中，并且共振器830设置在腔室854中。在一些情况下，腔室854具有开口，以允许共振器830与环境因素相互作用。
图8E是MMR传感器800的一个实施方案的剖视图，并且图8F是掀开盖子后的图8E中示出的MMR传感器800的顶部平面图。在所示的实施方案中，壳体850包括支承结构844，以支承共振器830。壳体850可包括两个单独的腔室852和854。磁偏置层810设置在腔室852中，并且共振器830设置在腔室854中。在一些情况下，腔室854具有开口，以允许共振器830与环境因素相互作用。
在一些实施方案中，如图8H所示，MMR传感器800可具有不止一个共振器830和832以及一个磁偏置层810。壳体850可包括两个单独的腔室852和854。磁偏置层810和共振器832用间隔件(未示出)设置在腔室852中，并且共振器830设置在腔室854中。在一些情况下，腔室854具有开口，以允许共振器830与环境因素相互作用。在一些情况下，共振器832可作为控制件，该控制件的共振频率在测量环境变化的过程中将不发生改变。
图9A示出使用一个或多个MMR传感器的感测***600的一个实施方案。在所示的实施方案中，感测***600包括待设置到环境620中的MMR传感器610。环境620可以是封闭式环境(例如，洗涤器、消毒器等)或开放式环境(例如，土壤、水、空气等)。MMR传感器610可以是本公开所述的MMR传感器中的任一者。感测***600包括阅读器630。阅读器630被构造成测量MMR传感器610的频率特征。在一些情况下，阅读器630在环境变量已经改变后测量一次MMR传感器610的频率特征。阅读器630或一些其它计算装置可基于频率测量值来确定环境变量是否已经变得高于预定阈值或低于预定阈值。在一些其它情况下，阅读器630可以在环境变量已经改变之前测量MMR传感器的变化前的频率特征，并且在环境变量已经改变之后测量MMR传感器的改变后的频率特征。在此类情况下，阅读器630或一些其它计算装置可基于频率测量值来确定环境变量是否已经变得高于预定阈值或低于预定阈值，该频率测量值基于变化前的频率特征以及改变后的频率特征。
在一些实施方案中，阅读器630包括电磁式励磁电路，该电路控制、生成并发起电磁波，以刺激MMR传感器610。该刺激过程为MMR传感器610提供转化以及存储为振荡运动的电源，其中所存储的能量在动能与势能之间循环变化。当撤除刺激之后，MMR传感器610消耗掉以运动形式存储的能量、待被阅读器630检测到的所辐射的声能和电磁能。在一些实施方案中，阅读器630可测量MMR传感器的一系列频率特征，以监测针对环境变量的变化。在一些情况下，阅读器630被构造成确定其中共振器响应最大时的频率。
在一些实施方案中，阅读器630为振荡器，其可扫描一系列频率，以及麦克风，以在其被供电时通过声学方式检测传感器的响应。当供电频率与共振频率吻合时，传感器的响应将达到最大，从而允许对任何由于环境变量变化所导致的共振频率偏移的测量。
上述任何将频率变化与MMR传感器参数变化关联的等式可重新进行排列，以计算作为频率变化函数的传感器参数变化值。例如，等式(5)可重新排列为：
在一些实施方案中，阅读器被设计为扫描一系列频率，以在某环境变化已经发生之前和之后确定MMR传感器的共振频率，并由此测量由于传感器参数变化所导致的相对频率偏移。传感器参数(例如，质量分布变化)继而与某物理过程中的环境变化(例如，传感器上蜡颗粒的(沿着控制通道)熔化和流动)相关。
阅读器630可使用许多检测方法。例如，阅读器630可包括阻抗分析器。当其导磁率在扫频朝其共振频率移动的时候增加时，MMR传感器610的阻抗增加，并且当扫频处于共振频率时，MMR传感器的阻抗处于其最大值。作为另一个示例，当MMR传感器的共振移动可检测为声波时，例如，范围在30kHz–100kHz的声波，阅读器630可包括频谱分析器(例如，超声麦克风等)。作为又一个示例，阅读器630可包括运动检测装置，以观察传感器的位移。在一些情况下，阅读器630可测量MMR传感器的共振信号衰减(衰荡)至预定水平的持续时间(T)，如图10所示。
图9B-9D示出使用一个或多个设置在容器中的MMR传感器的感测***600的另一个实施方案。MMR传感器610B设置在容器640中，例如，消毒容器中。MMR传感器610B可以是本公开所述的MMR传感器中的任一者。作为图9C中所示出的示例，容器640用于在消毒流程中将一种或多种手术或医疗器械9110封闭起来。容器640也可用于容纳任何其它在用于医疗手术之前待消毒的制品、流体等。用于构建消毒容器的材料通常为金属或金属合金，然而任何可通过消毒流程的材料可用于构建容器640。材料可以是刚性或柔性材料。在一些实施方案中，容器材料是一种这样的材料：其允许某些频率上的电磁波至少部分地通过。由导电材料(诸如铝)制成的容器充当电磁波护罩，但是这种防护并不是完善的。在本公开所关注的多个频率下，例如，大约50kHz下，容器为铝制容器(电阻率ρ＝2.6548μΩ·cm，相对磁导率μr＝1.000022)，趋肤深度δ＝366.73μm。穿过容器壁(例如，壁的厚度d＝2mm)的衰减性为e-d/δ＝4.28×10-3。该衰减程度允许足够的电磁波进行传输以刺激MMR传感器发生共振。在一些实施方案中，槽位或开孔或其它开口可刺穿容器640的一面或多面侧壁，以允许电磁波进出容器640进行传输。容器640可以是任何适合于封闭其内容物的形状和尺寸。在一些实施方案中，如果电磁波由于材料的成分或材料的厚度或其它原因不能透过该材料，槽位、或开孔或其它开口可刺穿容器640的一面或多面侧壁，以允许电磁波进出容器640进行传输。容器640可以是任何适合于封闭其内容物的形状和尺寸。
图9C是处于开放式构造中的容器640的视图，MMR传感器610B和一些手术器械9110放置在该容器中。在一些实施方案中，一个或多个MMR传感器可放置于容器640内的任何位置。可将不止一个MMR传感器放置在相同的消毒容器内。本文所述的任何MMR传感器均可设置在容器640内。在使用不止一个MMR传感器的情况下，这些MMR传感器可以是相同的或不同的构造。
图9D示出具有一个或多个设置在环境620内的容器640的感测***600。每个容器640可具有一个或多个MMR传感器610B。感测***600包括阅读器630，如上所述。作为示例，阅读器630可以是频率分析器。
图11A示出MMR感测***的一个实施方案的流程图。首先，将MMR传感器设置在环境中(步骤710)。MMR传感器可以是本文所述的MMR传感器中的任一者。接着，MMR阅读器在环境变量已经改变之后测量MMR传感器的频率特征(步骤720)。该***基于所测量的频率特征评估针对环境变量的变化(步骤730)。
图11B示出用于监测消毒流程的有效性的MMR感测***的一个实施方案的流程图。一个或多个MMR传感器设置在消毒容器内(步骤1110)。本文所述的任何MMR传感器可设置在消毒容器内，并且不止一个MMR传感器可放置在相同的消毒容器中。在使用不止一个MMR传感器的情况下，MMR传感器可以是相同的或不同的构造。任选地，阅读器测量MMR传感器的共振频率，并且该测量值可作为基线共振频率(步骤1120)。可以在消毒容器处于封闭式构造或开放式构造时执行步骤1120。例如，在其中MMR传感器的基线共振频率已知的情形下，可忽略步骤1120。然而，进行步骤1120核实了MMR传感器实际上放置在消毒容器内。接着，消毒容器及其内容物经过消毒流程(步骤1130)。消毒流程之后，阅读器测量MMR传感器的共振频率(步骤1140)。可以在消毒容器处于封闭式构造或开放式构造时执行步骤1140。接着，比较MMR传感器的基线共振频率与消毒后的共振频率(步骤1140)。在一些实施方案中，消毒流程后共振频率改变超出阈值，这可用于表示消毒流程的有效性。
实施例
实施例1
MMR传感器组件—图案化毛细作用绳
参考图1A以及环境变化接收器140位置的改变，MMR传感器100通过以下方式进行组装。使用物理技术在共振器130的第一共振器主表面132上创建通道160。使用从美国北卡罗来纳州芒特霍利的Excell Mills公司(Excell Mills,Inc.,Mount Holly,NC)获得的长3.5cm(1.4英寸)且直径为4.7E-2cm(1.9E-2英寸)的毛细作用绳来创建通道160。以图4B所述的图案用美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St Paul,MN)的Scotch467MP粘合剂将毛细作用绳粘附到第一共振器主表面132的长轴上。选择从美国南卡罗来纳州康威的公司(of Conway,South Carolina)获得的尺寸为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)来制造共振器130。尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的间隔件120由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)进行构建，该ABS从美国明尼苏达州伊登普雷利的塑料国际公司(Plastics International,EdenPrairie,MN)获得。磁偏置层110容纳间隔件120，该磁偏置层以ArnoKromeTM III从美国伊利诺斯州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)商购获得，尺寸为2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)。封装磁偏置110、间隔件120和共振器130三层的壳体150由从美国明尼苏达州伊登普雷利的塑料国际公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)获得的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)进行构建。环境变化接收器140包含从美国堪萨斯州堪萨斯城的Langley/Empire Candle有限公司(Langley/Empire Candle LLC,Kansas City,KS)获得的蜡。环境变化接收器140为固体颗粒形式，质量为5.0mg。
比较例1和实施例2
MMR传感器—图案化毛细作用绳
实施例1中组装的MMR传感器的共振频率用型号4294A的精密阻抗分析器(model4294A Precision Impedance Analyzer)装置进行测量，该装置具有型号16047的连接器附件，这两者均从美国加利福尼亚州圣克拉拉的安捷伦公司(Agilent,Santa Clara,CA)获得。该装置由安捷伦公司(Agilent)于2013年11月15日进行校准。构建定制的MMR刺激/检测线圈组件，该组件包括围绕高介电性聚氯乙烯(PVC)管的漆包线的紧密绕线。该管上构建有槽位，以容纳MMR传感器。将100圈#24规格的漆包线缠绕在直径2.2cm(7.9E-1英寸)的介电管上，其中绕线长5.7cm(2.2英寸)，所测量的电感值为70.6uH。将线圈与16047连接器附件的HIGH和LOW端口连接，并将MMR传感器放置到定制的线圈组件中。用扫描范围在57.3kHz至59.3kHz的2mA振荡电流来测量MMR传感器的实际和反应性阻抗分量。测量共振频率(E2)，并将其与基线值(CE1)进行比较。表1提供了经受环境变化时MMR传感器频率偏移的概览。
表1—图案化毛细作用绳
实施例3
MMR传感器组件—图案化毛细作用纸材
参考图1A以及环境变化接收器140位置的改变，MMR传感器100通过以下方式进行组装。使用物理技术在共振器130的第一共振器主表面132上创建通道160。使用多张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)的从美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)获得的Nexcare急救Gentile纸带(Nexcare First Aid Gentile Paper Tape)来创建通道160。以图4B所述的图案将毛细作用纸材粘附到第一共振器主表面132的长轴上。选择从美国南卡罗来纳州康威的公司(of Conway,South Carolina)获得的尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×3.0E-3cm(1.2E-3英寸)的MetglasTM2826MB磁性合金(MetglasTM2826MBMagnetic Alloy)来制造共振器130。尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的间隔件120由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)进行构建，该ABS从美国明尼苏达州伊登普雷利的塑料国际公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)获得。磁偏置层110容纳间隔件120，该磁偏置层以ArnoKromeTMIII从美国伊利诺斯州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)商购获得，尺寸为2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)。封装磁偏置110、间隔件120和共振器130三层的壳体150由从美国明尼苏达州伊登普雷利的塑料国际公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)获得的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)进行构建。环境变化接收器140包含从美国堪萨斯州堪萨斯城的Langley/Empire Candle有限公司(Langley/Empire Candle LLC,Kansas City,KS)获得的蜡。环境变化接收器140为固体颗粒形式，并且质量范围为3.0-7.0mg。
比较例2-3和实施例4-5
MMR传感器—图案化毛细作用纸材
实施例3中组装的MMR传感器的共振频率用型号4294A的精密阻抗分析器(model4294A Precision Impedance Analyzer)装置进行测量，该装置具有型号16047的连接器附件，这两者均从美国加利福尼亚州圣克拉拉的安捷伦公司(Agilent,Santa Clara,CA)获得。该装置由安捷伦公司(Agilent)于2013年11月15日进行校准。构建定制的MMR刺激/检测线圈组件，该组件包括围绕高介电性聚氯乙烯(PVC)管的漆包线的紧密绕线。该管上构建有槽位，以容纳MMR传感器。将100圈#24规格的漆包线缠绕在直径2.2cm(7.9E-1英寸)的介电管上，其中绕线长5.7cm(2.2英寸)，所测量的电感值为70.6uH。将线圈与16047连接器附件的HIGH和LOW端口连接，并将MMR传感器放置到定制的线圈组件中。用扫描范围在45kHz至55kHz的2mA振荡电流来测量MMR传感器的实际和反应性阻抗分量。测量共振频率(E4和E5)并将其与共振器和粘贴带的两个基线值(CE2和CE3)进行比较。表2提供了经受环境变化时MMR传感器频率偏移的概览。
表2—图案化毛细作用纸材
实施例6
MMR传感器组件—数字化清洗
参考图1A以及环境变化接收器140位置的改变，MMR传感器100通过以下方式进行组装。尺寸为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)从美国南卡罗来纳州康威(Conway,South Carolina)商购获得。尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的间隔件120由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)进行构建，该ABS从美国明尼苏达州伊登普雷利的塑料国际公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)获得。磁偏置层110容纳间隔件120，该磁偏置层以ArnoKromeTM III从美国伊利诺斯州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)商购获得，尺寸为2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)。封装磁偏置110、间隔件120和共振器130三层的壳体150由从美国明尼苏达州伊登普雷利的塑料国际公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)获得的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)进行构建。环境变化接收器140包含固体形式的质量范围为3.0-32mg的3M土壤(3M Soil)，该土壤从美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,Saint Paul,MN)商购获得。以图4D所述的图案将环境变化接收器140粘附到第一共振器主表面132的长轴上。
比较例4和实施例7-9
MMR传感器—数字化清洗
如实施例6所述而组装的其它MMR传感器通过以下工具进行测量：模拟器件公司(Analog Devices)的阻抗分析器评估单板AD5933EBZ(impedance analyzer evaluationboard AD5933EBZ)，该单板从美国马萨诸塞州诺伍德的模拟器件公司(Analog Devices,Norwood,MA)获得；和绕线线圈，用以记录基线共振频率。将100圈#24规格的漆包线缠绕在直径2.2cm(7.9E-1英寸)的PVC介电管上，其中绕线长4.0cm，所测量的电感值为156.0uH。将多种质量的由美国明苏尼达州圣保罗的3M公司(3M Company,Saint Paul,MN)供应的3M土壤(3M Soil)沉积在共振器的端部上并进行干燥(图8A和图8B)。用磁力搅拌器将MMR传感器放到加热板上的盛有水的烧杯中。从腔室中取出MMR传感器，并测量MMR传感器的共振频率(E10-E12)并将其与基线值(CE4)进行比较。表3列出了基线共振频率和所测量的共振频率。共振频率的成功偏移导致：成功地检测到器械进行了数字化清洗。图12A是在没有使用3M土壤(3M Soil)的情况下相对于频率的阻抗基线代表(CE4)。图12B示出在共振器一端上存在3M土壤(3M Soil)的情况下共振器的相对于频率响应的阻抗(E7)。图12C示出在共振器两端均存在3M土壤(3M Soil)的情况下共振器的相对于频率响应的阻抗(E8)。图12D示出在将3M土壤(3M Soil)完全涂敷到共振器表面的情况下共振器的相对于频率响应的阻抗(E9)。
表3—数字化清洗
实施例10
MMR传感器组件—消毒
参考图1A以及环境变化接收器140位置的改变，MMR传感器100通过以下方式进行组装。使用纳米二氧化硅的机械耐用性烧结涂层将通道160通过化学方式涂覆到共振器130的第一共振器主表面132上。采用来自水分散体中的纳米二氧化硅粒子，并且通过加热的应用进行烧结。在尺寸为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)的通道图案，该共振器以2826磁性合金(2826Magnetic Alloy)从美国南卡罗来纳州康威(Conway,South Carolina)商购获得。以图4B所述的图案将该涂层粘附到第一共振器主表面132的长轴上。尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的间隔件120由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)进行构建，该ABS从美国明尼苏达州伊登普雷利的塑料国际公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)获得。磁偏置层110容纳间隔件120，该磁偏置层以ArnoKromeTM III从美国伊利诺斯州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)商购获得，尺寸为2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)。封装磁偏置110、间隔件120和共振器130三层的壳体150由从美国明尼苏达州伊登普雷利的塑料国际公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)获得的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)进行构建。环境变化接收器140包含微珠形式的质量范围为6.0-12mg的聚乙烯-共-丙烯酸(PEAA)，从美国密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇有限公司(Sigma-Aldrich Co.LLC,St.Louis,MO)商购获得。
比较例5和实施例11-13
MMR传感器—消毒
实施例10中组装的MMR传感器的共振频率用型号4294A的精密阻抗分析器(model4294A Precision Impedance Analyzer)装置进行测量，该装置具有型号16047的连接器附件，这两者均从美国加利福尼亚州圣克拉拉的安捷伦公司(Agilent,Santa Clara,CA)获得。该装置由安捷伦公司(Agilent)于2013年11月15日进行校准。构建定制的MMR刺激/检测线圈组件，该组件包括围绕高介电性聚氯乙烯(PVC)管的漆包线的紧密绕线。该管上构建有槽位，以容纳MMR传感器。将100圈#24规格的漆包线缠绕在直径2.2cm(7.9E-1英寸)的介电管上，其中绕线长5.7cm(2.2英寸)，所测量的电感值为70.6uH。将线圈与16047连接器附件的HIGH和LOW端口连接，并将MMR传感器放置到定制的线圈组件中。用扫描范围在57.3kHz至59.3kHz的2mA振荡电流来测量MMR传感器的实际和反应性阻抗分量。表4提供了经受环境变化时MMR传感器频率偏移的概览。共振频率的成功偏移导致：成功地检测到器械进行了消毒。图13A是不具有环境变化接收器的传感器的相对于频率的阻抗基线代表(CE5)。图13B示出在共振器中心处存在PEAA的情况下共振器的相对于频率响应的阻抗(E11)。图13C和图13D示出在共振器端部上放置PEAA时共振器的相对于频率响应的阻抗(E12和E13)。
表4—消毒质量分布
将MMR传感器放置到从美国纽约罗契斯特市的洁定集团(Getinge Group,Rochester,NY)获得的型号666AC1的洁定蒸汽消毒器(Getinge Steam Sterilizer)中，并用内部蒸汽循环五个周期至130℃。测量共振频率(E14)，并将其与基线值(CE6)进行比较。表5提供了PEAA环境变化接收器质量在消毒前处于中心时MMR传感器频率偏移的概况(CE6)以及消毒后共振器的响应(E14)。随着PEAA沿着预定义路径从中心流向端部，发现频率偏移了1.4kHz。
表5—消毒
实施例15
MMR传感器—湿度检测
如实施例10所述而组装的其它MMR传感器通过以下工具进行测量：模拟器件公司(Analog Devices)的阻抗分析器评估单板AD5933EBZ(impedance analyzer evaluationboard AD5933EBZ)，该单板从美国马萨诸塞州诺伍德的模拟器件公司(Analog Devices,Norwood,MA)获得；和绕线线圈，用以记录基线共振频率。将100圈#24规格的漆包线缠绕在直径2.2cm(7.9E-1英寸)的PVC介电管上，其中绕线长4.0cm(1.6英寸)，所测量的电感值为156.0uH。使用图7A的双腔室包装设计，其中可拆除塑料盖中有两组排气槽位。将偏置磁体粘合到下腔室的顶部，并将用以指示是否存在某物质的2826MB第二共振器进行放置，用以在下腔室中自由振荡，并且该腔室用永久性膜密封件进行密封。在上腔室中，将可膨胀的3M Scotch-BriteTMGreener Clean生物降解性膨胀软海绵(3M Scotch-BriteTMGreener Clean biodegradable expanding soft sponge)放置到腔室中，并将2826MB共振器放置到海绵顶部。如图14A中的相对于频率关系的阻抗所示，测量基线频率fdry。然后用Tuberkulin注射器将0.05ml的水施加到每组排气孔中。施加0.1ml的水之后，执行共振频率偏移值的第二次测量。图14A和图14B中的F存在表示共振频率的偏移值。
实施例16
MMR传感器组件—气体检测
能够检测天然气的MMR传感器根据图1A进行组装，其中改变了环境变化接收器140的位置。在所示的实施方案中，MMR传感器包括ArnoKromeTMIII磁偏置层110(其从美国伊利诺斯州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)获得)、间隔件120、共振器130、环境变化接收器140、和任选壳体150。共振器130为德国哈瑙的真空熔炼公司(Vacuumschmelze GMBH,Hanau,Germany)的Vitrovac 4613磁性合金(Vitrovac 4613magnetic alloy)。环境变化接收器140为美国伊利诺斯州德斯普兰斯的万国油品有限公司(UOP LLC,Des Plaines,IL)的HiSiv 3000沸石粉(Zeolite HiSiv3000powder)，用美国明苏尼达州圣保罗的3M公司(3M Company,St Paul,MN)的Scotch467MP粘合剂(Scotch467MP adhesive)将该沸石粉附连到共振器上。以图4D所述的图案将环境变化接收器粘附到第一共振器主表面132的长轴上。磁偏置层110为3.9cm(1.5英寸)×1.2cm(4.7E-1英寸)×6.0E-3cm(2.3E-3英寸)，间隔件120为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为4.4cm(1.7英寸)×1.2cm(4.7E-1英寸)×2.5E-3cm(9.8E-4英寸)。
将MMR传感器放到100圈、5.3cm(2.1英寸)的圆柱形螺线管中，该螺线管由美国马萨诸塞州诺伍德的模拟器件公司(Analog Devices,Norwood,MA)的阻抗分析器评估单板AD5933EBZ(impedance analyzer evaluation board AD5933EBZ)进行驱动。共振可被定义为其中阻抗最大时的频率，或者被定义为其中阻抗相位经过零点时的频率。接着，将MMR传感器和测量螺线管放置到腔室内，天然气可通过该腔室流动。图15表示腔室循环经历多个条件时的相对于频率的阻抗：(1)对实验室环境(大约20℃和30％的相对湿度)开放，(2)封闭在源源不断的100％天然气流中，以及(3)再次对实验室环境开放。数据表明，MMR传感器可逆地响应于天然气中的浸没，其中共振频率偏移50Hz。
实施例17
MMR传感器组件—消毒(共振器上具有微复制膜通道)
参考图1A以及环境变化接收器140位置的改变，MMR传感器100通过以下方式进行组装。在共振器130的第一共振器主表面132上通过以下物理方式创建通道160：粘附一张微复制膜(在这些实施例中，通道间隔为18微米)，该膜可从3M获得。在尺寸为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上粘附一张2.7cm(1.1英寸)×3.0E-1cm(1.2E-1英寸)的膜，该共振器以2826磁性合金(2826Magnetic Alloy)从美国南卡罗来纳州康威(Conway,South Carolina)商购获得。用VHBTM粘合剂(3M公司(3M Company))将该膜粘附到第一共振器主表面132的长轴上，其中微复制通道沿着长轴流动。尺寸为3.7cm(1.5英寸)×6.2E-1cm(2.4E-1英寸)×1.0E-2cm(3.9E-3英寸)的间隔件120由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)进行构建，该ABS从美国明尼苏达州伊登普雷利的塑料国际公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)获得。磁偏置层110容纳间隔件120，该磁偏置层以ArnoKromeTM III从美国伊利诺斯州马伦戈的阿诺德工程公司(The Arnold Engineering Company of Marengo,Illinois)商购获得，尺寸为2.77cm(1.09英寸)×6.0E-1cm(2.4E-1英寸)×6.0E-3cm(2.4E-3英寸)。封装磁偏置110、间隔件120和共振器130三层的壳体150由从美国明尼苏达州伊登普雷利的塑料国际公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)获得的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)进行构建。环境变化接收器140包括水杨酰胺片，水杨酰胺片可从多处来源商购获得，诸如美国密苏里州圣路易斯的西格玛奥瑞奇公司(Sigma Aldrich,St.Louis,MO)。涂敷质量范围为6.0-30mg的水杨酰胺。用从3M公司(3M Company)获得的VHBTM粘合剂将水杨酰胺粘附到膜上。
该实施例中组装的MMR传感器的共振频率用型号4294A的精密阻抗分析器(model4294A Precision Impedance Analyzer)装置进行测量，该装置具有型号16047的连接器附件，这两者均从美国加利福尼亚州圣克拉拉的安捷伦公司(Agilent,Santa Clara,CA)获得。该装置由安捷伦公司(Agilent)于2013年11月15日进行校准。构建定制的MMR刺激/检测线圈组件，该组件包括围绕高介电性聚氯乙烯(PVC)管的漆包线的紧密绕线。该管上构建有槽位，以容纳MMR传感器。将100圈#24规格的漆包线缠绕在直径2.2cm(7.9E-1英寸)的介电管上，其中绕线长5.7cm(2.2英寸)，所测量的电感值为70.6uH。将线圈与16047连接器附件的HIGH和LOW端口连接，并将MMR传感器放置到定制的线圈组件中。用2mA振荡电流来测量MMR传感器的实际和反应性阻抗分量。将MMR传感器放置到从美国纽约罗契斯特市的洁定集团(Getinge Group,Rochester,NY)获得的型号666AC1的洁定蒸汽消毒器(Getinge SteamSterilizer)中，并用内部蒸汽循环五个周期至130℃。表6提供了消毒过程之前和消毒过程之后MMR传感器频率偏移以及共振器上微复制膜通道上的水杨酰胺环境变化接收器质量的概览。示出了以下构造的三个示例：其中，水杨酰胺环境变化接收器质量位于消毒前的膜/共振器两端处。在水杨酰胺由于消毒期间的环境变化而朝中心流动之后，发现频率偏移了5.397kHz、3.27kHz和6.053kHz。示出了一个这样的示例：其中水杨酰胺环境变化接收器的质量位于在消毒前的中心处。随着水杨酰胺沿着预定义路径从中心流向端部，发现频率偏移了1.131kHz。
表6
示例性实施方案
实施方案A1.一种感测装置，包括：
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包含第一磁性材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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预定义通道，
设置在磁偏置层与共振器之间的间隔件，以及
靠近预定义通道进行设置的环境变化接收器。
实施方案A2.根据实施方案A1的感测装置，其中环境变化接收器响应于环境变化沿着至少部分预定义通道进行分布。
实施方案A3.根据实施方案A2的感测装置，其中共振器的共振频率响应于环境变化接收器沿着至少部分预定义通道的分布状况而发生偏移。
实施方案A4.根据实施方案A1-A3的感测装置，其中预定义通道包括设置在第一共振器主表面上的薄材料层。
实施方案A5.根据实施方案A1-A4的感测装置，其中预定义通道包括第一共振器主表面上的图案。
实施方案A6.根据实施方案A1-A5的感测装置，其中预定义通道包括根据路径设置在第一共振器主表面上的薄材料层。
实施方案A7.根据实施方案A1-A6的感测装置，其中预定义通道包括靠近路径周长而设置的薄材料层。
实施方案A8.根据实施方案A4的感测装置，其中该薄材料层包含至少以下一项：亲水性材料、毛细作用材料、疏水性材料、疏油性材料和亲油性材料。
实施方案A9.根据实施方案A4的感测装置，其中该薄材料层与第二磁性材料发生化学反应。
实施方案A10.根据实施方案A1-A9的感测装置，其中预定义通道包括贯穿第一共振器主表面的细长通道。
实施方案A11.根据实施方案A1-A10的感测装置，其中预定义通道包括一个或多个部分。
实施方案A12.根据实施方案A11的感测装置，其中一个或多个部分中至少一个部分靠近第一共振器主表面边缘进行设置。
实施方案A13.根据实施方案A1-A12的感测装置，其中环境变化接收器靠近预定义通道中心进行设置。
实施方案A14.根据实施方案A1-A13的感测装置，其中环境变化接收器靠近预定义通道的端部进行设置。
实施方案A15.根据实施方案A1-A14的感测装置，其中环境变化接收器包含对温度、湿度、液体、气体、生物物质、化学物质、或它们的组合敏感的材料。
实施方案A16.根据实施方案A1-A15的感测装置，还包括：
壳体，其中磁偏置层、共振器和间隔件设置在壳体中。
实施方案A17.根据实施方案A16的感测装置，其中壳体包括一个或多个开口，以允许流体分布到壳体中。
实施方案A18.根据实施方案A16的感测装置，其中壳体具有多个腔室。
实施方案A19.根据实施方案A18的感测装置，其中磁偏置层和共振器彼此设置在不同的腔室中。
实施方案A20.根据实施方案A1-A19的感测装置，还包括：与磁偏置层相邻设置的第二共振器。
实施方案A21.根据实施方案A18的感测装置，还包括：第二共振器，其中多个腔室包括第一腔室和不同于第一腔室的第二腔室，其中第二共振器设置在第二腔室中，并且其中该共振器设置在第一腔室中。
实施方案A22.一种感测装置，包括：
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包含第一磁性材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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预定义通道，
设置在磁偏置层与共振器之间的间隔件，
靠近预定义通道进行设置的环境变化接收器，以及
具有一个或多个开口的壳体，含有磁偏置层、共振器和间隔件。
实施方案A23.一种感测装置，包括：
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包含第一磁性材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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预定义通道，
靠近预定义通道进行设置的环境变化接收器，以及
壳体，该壳体含有磁偏置层、共振器和用以支承共振器的支承结构。
实施方案B1.一种感测装置，包括：
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包括第一电磁材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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，
设置在磁偏置层与共振器之间的间隔件，以及
设置在第一共振器主表面上的环境变化接收器，
其中环境变化接收器的质量响应于环境变化而改变，
其中感测装置的共振频率响应于环境变化接收器的质量变化而发生偏移。
实施方案B2.根据实施方案B1的感测装置，其中第一共振器主表面具有预定义通道，其中环境变化接收器设置在至少部分预定义通道上。
实施方案B3.根据实施方案B1-B2的感测装置，其中预定义通道包括设置在第一共振器主表面上的薄材料层。
实施方案B4.根据实施方案B1-B3的感测装置，其中环境变化接收器包含对温度、湿度、气体、或它们的组合敏感的材料。
实施方案B5.根据实施方案B1-B4的感测装置，其中至少部分环境变化接收器靠近第一共振器主表面边缘进行设置。
实施方案B6.根据实施方案B1-B5的感测装置，其中环境变化接收器的质量增加。
实施方案B7.根据实施方案B1-B6的感测装置，其中环境变化接收器的质量减小。
实施方案B8.根据实施方案B1-B7的感测装置，其中环境变化接收器包括多个接收器元件。
实施方案B9.根据实施方案B8的感测装置，其中多个接收器元件中的至少部分元件按照某图案进行设置。
实施方案B10.根据实施方案B1-B9的感测装置，还包括：壳体，其中磁偏置层、共振器和间隔件设置在壳体中。
实施方案B11.根据实施方案B10的感测装置，其中壳体包括一个或多个开口，以允许流体分布到壳体中。
实施方案B12.根据实施方案B10的感测装置，其中壳体具有多个腔室。
实施方案B13.根据实施方案B12的感测装置，其中磁偏置层和共振器彼此设置在不同的腔室中。
实施方案B14.根据实施方案B1-B13的感测装置，还包括：与磁偏置层相邻设置的第二共振器。
实施方案B15.根据实施方案B12的感测装置，还包括：第二共振器，其中多个腔室包括第一腔室和不同于第一腔室的第二腔室，其中第二共振器设置在第二腔室中，并且其中该共振器设置在第一腔室中。
实施方案B16.一种感测装置，包括：具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包含第一磁性材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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，
设置在磁偏置层与共振器之间的间隔件，
设置在第一共振器表面上的环境变化接收器，以及
具有一个或多个开口的壳体，其中磁偏置层、共振器和间隔件设置在壳体中。
实施方案B17.根据实施方案B16的感测装置，其中环境变化接收器的质量响应于环境变化而改变，并且其中感测装置的共振频率响应于环境变化接收器的质量变化而发生偏移。
实施方案B18.根据实施方案B16的感测装置，其中环境变化接收器包括多个接收器元件，其中多个接收器元件中至少一个元件靠近共振器的端部进行设置。
实施方案B19.一种感测装置，包括：
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包含第一磁性材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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，
设置在第一磁性表面上的环境变化接收器，以及
包括用以支承共振器的支承结构的壳体，其中磁偏置层和共振器设置在壳体中。
实施方案B20.根据实施方案B19的感测装置，其中环境变化接收器包括多个接收器元件，其中多个接收器元件中至少一个元件靠近共振器的端部进行设置。
实施方案C1.一种用于感测环境变化的***，包括：
被构造成设置在环境中的MMR传感器，该MMR传感器包括：
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包括第一电磁材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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，
设置在磁偏置层与共振器之间的间隔件，以及
靠近第一共振器主表面进行设置的环境变化接收器，
其中环境变化接收器响应于环境变量的变化而发生属性变化，从而改变MMR传感器的共振频率；
阅读器，该阅读器被构造成在环境变量改变后测量MMR传感器的改变后的频率特征，其中环境变量的变化值基于改变后的频率特征进行评估。
实施方案C2.根据实施方案C1的***，其中阅读器还被构造成在环境变量改变前测量MMR传感器的改变前的频率特征，并且其中环境变量的变化值基于改变前的频率特征以及改变后的频率特征进行评估。
实施方案C3.根据实施方案C1-C2的***，其中阅读器包括声学检测装置和扫频振荡器中的至少一者。
实施方案C4.根据实施方案C1-C3的***，其中第一共振器主表面具有预定义通道，其中环境变化接收器在环境变化之前包含环境响应性材料，并且其中当环境变量改变时，该环境响应性材料沿着至少部分预定义通道进行分布。
实施方案C5.根据实施方案C1-C4的***，其中在环境变量改变之前，环境变化接收器设置在至少部分的第一共振器主表面上，并且其中设置在第一共振器主表面上的环境变化接收器的质量响应于环境变量的变化而改变。
实施方案C6.根据实施方案C5的***，其中环境变化接收器包括多个接收器元件。
实施方案C7.根据实施方案C1-C6的***，其中环境变量为温度。
实施方案C8.根据实施方案C7的***，其中环境变化接收器包含可熔性材料。
实施方案C9.根据实施方案C1-C8的***，其中环境因素为湿度。
实施方案C10.根据实施方案C9的***，其中环境变化接收器包含多孔材料。
实施方案C11.一种用于感测环境变化的***，包括：
设置在环境中的第一MMR传感器和第二MMR传感器，第一MMR传感器和第二MMR传感器中每者均包括：
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包括第一电磁材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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，
设置在磁偏置层与共振器之间的间隔件，以及
靠近第一共振器主表面进行设置的环境变化接收器，
其中环境变化接收器响应于环境变量的变化而发生属性变化，从而改变相应的MMR传感器的共振频率；
阅读器，该阅读器被构造成在环境变量改变后测量MMR传感器的改变后的频率特征，其中环境变量的变化值基于改变后的频率特征进行评估。
实施方案C12.根据实施方案C11的***，其中第一MMR传感器的共振器的尺寸不同于第二MMR传感器的共振器。
实施方案C13.根据实施方案C11-C12的***，其中第一MMR传感器和第二MMR传感器中的每者在其相应的第一共振器主表面上均具有预定义通道。
实施方案C14.一种用于感测环境变化的***，包括：
设置在环境中的容器，该容器被构造成存储一种或多种制品，
设置在容器中的MMR传感器，该MMR传感器包括：
壳体，
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包括第一电磁材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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，
设置在磁偏置层与共振器之间的间隔件，以及
靠近第一共振器主表面进行设置的环境变化接收器，
其中磁偏置层、共振器、间隔件、和环境变化接收器设置在壳体中，
其中环境变化接收器响应于环境变量的变化而发生属性变化，从而改变MMR传感器的共振频率；
阅读器，该阅读器被构造成在环境变量变化后测量第一MMR传感器和第二MMR传感器的改变后的频率特征，其中环境变量的变化值基于改变后的频率特征进行评估。
实施方案C15.根据实施方案C14的***，其中MMR传感器还包括：设置在第一共振器主表面上的预定义通道。
实施方案C16.根据实施方案C15的***，其中环境变化接收器响应于环境变量的变化沿着至少部分预定义通道进行分布。
实施方案C17.根据实施方案C14-C16的***，其中环境变化接收器是间隔件的整合部分。
实施方案C18.根据实施方案C14-C17的***，其中阅读器还被构造成在环境变量改变前测量MMR传感器的改变前的频率特征，并且其中环境变量的变化值基于改变前的频率特征以及改变后的频率特征进行评估。
实施方案C19.一种用于感测环境变化的***，包括：
多个设置在环境中的容器，每个容器均被构造成存储一种或多种制品，
多个设置在多个容器中的MMR传感器，每个MMR传感器包括：
壳体，
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包括第一电磁材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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，
设置在磁偏置层与共振器之间的间隔件，以及
靠近第一共振器主表面进行设置的环境变化接收器，
其中磁偏置层、共振器、间隔件、和环境变化接收器设置在壳体中，
其中环境变化接收器响应于环境变量的变化而发生属性变化，从而改变MMR传感器的共振频率；
阅读器，该阅读器被构造成在环境变量变化后测量多个传感器中至少一些传感器的改变后的频率特征。
实施方案C20.根据实施方案C19的***，其中阅读器还被构造成在环境变量改变前测量多个MMR传感器中至少一个传感器的改变前的频率特征。
实施方案C21.根据实施方案C19和C20的***，其中多个MMR传感器中每个传感器还包括：设置在第一共振器主表面上的预定义通道。
实施方案C22.根据实施方案C21的***，其中环境变化接收器响应于环境变量的变化沿着至少部分预定义通道进行分布。
实施方案C23.根据实施方案C19-C22的***，其中多个MMR传感器中至少两个传感器的共振器具有不同的尺寸。
实施方案C24.一种用于检测环境变化的方法，包括：
将MMR传感器设置在环境中，该MMR传感器包括：
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包括第一电磁材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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，
设置在磁偏置层与共振器之间的间隔件，以及
靠近第一共振器主表面进行设置的环境变化接收器，
其中环境变化接收器响应于环境变量的变化而发生属性变化，从而改变MMR传感器的共振频率；
使MMR传感器受到环境变量变化的影响；
测量该MMR传感器的改变后的频率特征；
基于改变后的频率特征评估环境变量的变化值。
实施方案C25.根据实施方案C24的方法，还包括：
在变化环境变量之前，测量MMR传感器的改变前的频率特征；以及
基于改变前的频率特征以及改变后的频率特征评估环境变量的变化值。
实施方案C26.根据实施方案C24-C25的方法，其中第一共振器主表面具有预定义通道，其中环境变化接收器在环境变化之前包含环境响应性材料，并且其中当环境变量改变时，该环境响应性材料沿着至少部分预定义通道进行分布。
实施方案C27.根据实施方案C24-C26的方法，其中在环境变量改变之前，环境变化接收器设置在至少部分第一共振器主表面上，并且其中设置在第一共振器主表面上的环境变化接收器的质量响应于环境变量的变化而改变。
实施方案C28.根据实施方案C27的方法，其中环境变化接收器包括多个接收器元件。
实施方案C29.根据实施方案C28的方法，其中多个接收器元件中至少一个元件靠近共振器边缘进行设置。
实施方案C30.根据实施方案C24-C29的方法，其中环境变化接收器包含可熔性材料。
实施方案C31.根据实施方案C24-C30的方法，其中环境变化接收器包含多孔材料。
实施方案D1.一种感测装置，包括：
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包括第一电磁材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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，
间隔件，以及
含有磁偏置层、共振器和间隔件的壳体，
其中该间隔件包括环境变化接收器，
其中环境变化接收器的厚度响应于环境变量的变化而快速增加。
实施方案D2.根据实施方案D1的感测装置，其中至少部分间隔件设置在共振器与磁偏置层之间。
实施方案D3.根据实施方案D1-D2的感测装置，其中至少部分间隔件设置在共振器顶部上。
实施方案D4.根据实施方案D1-D3的感测装置，其中共振器的共振频率响应于环境变化接收器的厚度变化而发生偏移。
实施方案D5.根据实施方案D1-D4的感测装置，其中共振器响应于环境变化接收器的厚度变化而衰减。
实施方案D6.根据实施方案D1-D5的感测装置，其中环境变化接收器包含多孔材料。
实施方案D7.根据实施方案D1-D6的感测装置，其中环境变化接收器包含吸收性材料。
实施方案D8.根据实施方案D1-D7的感测装置，其中环境变化接收器包括多个接收器元件。
实施方案D9.根据实施方案D8的感测装置，其中多个接收器元件中至少一个元件设置在共振器与磁偏置层之间。
实施方案D10.根据实施方案D1-D9的感测装置，还包括：壳体，其中磁偏置层、共振器和间隔件设置在壳体中。
实施方案D11.根据实施方案D10的感测装置，其中壳体包括一个或多个开口，以允许流体分布到壳体中。
实施方案D12.根据实施方案D10-D11的感测装置，其中壳体具有多个腔室。
实施方案D13.根据实施方案D12的感测装置，其中磁偏置层和共振器彼此设置在不同的腔室中。
实施方案D14.根据实施方案D1-D13的感测装置，还包括：
与磁偏置层相邻设置的第二共振器。
实施方案D15.根据实施方案D12的感测装置，还包括：第二共振器，其中多个腔室包括第一腔室和不同于第一腔室的第二腔室，其中第二共振器设置在第二腔室中，并且其中该共振器设置在第一腔室中。
实施方案D16.一种感测装置，包括：
具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面的磁偏置层，该磁偏置层包含第一磁性材料，
具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面的共振器，该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，
设置在磁偏置层与共振器之间的间隔件，其中该间隔件包括环境变化接收器，以及
具有一个或多个开口的壳体，其中磁偏置层、共振器和间隔件设置在壳体中。
其中环境变化接收器的厚度响应于环境变量的变化而快速增加。
实施方案D17.根据实施方案D16的感测装置，其中至少部分间隔件设置在共振器与磁偏置层之间。
实施方案D18.根据实施方案D16-D17的感测装置，其中至少部分该间隔件设置在共振器顶部上。
实施方案D19.根据实施方案D16-D18的感测装置，其中共振器的共振频率响应于环境变化接收器的厚度变化而发生偏移。
实施方案D20.根据实施方案D16-D19的感测装置，其中共振器响应于环境变化接收器的厚度变化而衰减。
本发明不应被认为限于上述特定实施例和实施方案，因为详细描述此类实施方案以有利于说明本发明的各个方面。相反，本发明应被理解为涵盖本发明的所有方面，包括落在如由所附权利要求书及其等同物所定义的本发明的实质和范围内的各种修改、等同过程和替代设备。

Claims (15)

1.一种感测装置，包括：
磁偏置层，所述磁偏置层具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面，所述磁层包括第一电磁材料，
共振器，所述共振器具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面，所述共振器包括第二磁性材料，所述第二共振器主表面面向所述第一磁性表面，
间隔件，所述间隔件设置在所述磁偏置层与所述共振器之间，和
环境变化接收器，所述环境变化接收器设置在所述第一共振器主表面上，
其中所述环境变化接收器的质量响应于环境变化而改变，
其中所述感测装置的共振频率响应于所述环境变化接收器的质量变化而偏移。
2.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述第一共振器主表面具有预定义通道，其中所述环境变化接收器设置在所述预定义通道的至少部分上。
3.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述预定义通道包括设置在所述第一共振器主表面上的薄材料层。
4.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述环境变化接收器包括对温度、湿度、气体、或它们的组合敏感的材料。
5.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述环境变化接收器的至少部分靠近所述第一共振器主表面的边缘设置。
6.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述环境变化接收器的质量增加。
7.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述环境变化接收器的质量减小。
8.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述环境变化接收器包括多个接收器元件。
9.根据权利要求8所述的感测装置，其中所述多个接收器元件的至少部分按图案设置。
10.根据权利要求1所述的感测装置，还包括：
壳体，其中所述磁偏置层、所述共振器和所述间隔件设置在所述壳体中。
11.根据权利要求10所述的感测装置，其中所述壳体包括一个或多个开口，以允许流体分布到所述壳体中。
12.根据权利要求10所述的感测装置，其中所述壳体具有多个腔室。
13.根据权利要求12所述的感测装置，其中所述磁偏置层和所述共振器彼此设置在不同的腔室中。
14.一种感测装置，包括：
磁偏置层，所述磁偏置层具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面，所述磁层包括第一磁性材料，
共振器，所述共振器具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面，所述共振器包括第二磁性材料，所述第二共振器主表面面向所述第一磁性表面，
间隔件，所述间隔件设置在所述磁偏置层与所述共振器之间，
环境变化接收器，所述环境变化接收器设置在所述第一共振器表面上，和
壳体，所述壳体具有一个或多个开口，其中所述磁偏置层、所述共振器和所述间隔件设置在所述壳体中。
15.一种感测装置，包括：
磁偏置层，所述磁偏置层具有第一磁性表面和相背对的第二磁性表面，所述磁层包括第一磁性材料，
共振器，所述共振器具有第一共振器主表面和相背对的第二共振器主表面，所述共振器包括第二磁性材料，所述第二共振器主表面面向所述第一磁性表面，
环境变化接收器，所述环境变化接收器设置在所述第一磁性表面上，和
壳体，所述壳体包括支承结构以支承所述共振器，其中所述磁偏置层和所述共振器设置在所述壳体中。
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