KR100576660B1 - 센서 및 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 접촉 수단(3)을 구비한 전원에 전기적 접속하도록 구성된 센서에 관한 것이다. 센서는 팔라듐 금속의 제1 전극(2)을 구비한 제1 절연 기층(1) 및 팔라듐 금속의 제2 전극(6)을 구비한 제2 절연 기층(7)을 포함한다. 전극들은 서로에 대하여 이격된 관계로 대면하게 배치되며, 그 사이에 스페이서를 끼운다. 제1 절개부는 접촉 영역(23)을 제2 절연 기층(7) 상에 노출시키기 위해 제1 절연 기층(1)과 스페이서(4)를 통해 연장된다. 이것은 전기적 접촉 수단(31)이 제1 접촉부(23)와 전기적 접속되도록 하며, 이는 다시 팔라듐 금속의 제2 전극(6)과 전기적으로 도전성 있게 접속되도록 한다. 유사한 접촉 장치가 센서의 대향 측면 상에 배치될 수도 있다.

센서, 접촉 수단, 전극, 절연 기층, 절개부, 스페이서

Description

센서 및 감지 시스템{SENSOR AND SENSING SYSTEM}

도1은 본 발명에 의한 센서의 제1 실시예의 평면도이다.

도2는 도1의 센서의 일부의 측면을 선 2-2를 따라 도시한 단면도이다.

도3은 도2의 센서의 일부를 접촉부와 결합하여 도시한 개략적인 확대도이다.

도4는 도3의 센서의 단부면을 선 4-4를 따라 도시한 단면도이다.

도5는 본 발명의 제2 실시예의 평면도이다.

도6은 도5의 실시예의 단면을 선 6-6을 따라 도시한 단부면도이다.

도7은 도5의 실시예의 단면을 선 7-7을 따라 도시한 측면도이다.

도8은 본 발명의 제3 실시예의 평면도이다.

본 발명은, 예를 들어, 혈액 내의 포도당 수치의 정량 분석, pH 측정 등에 사용되는 형태의 일회용 전기 화학적 센서에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 측정 장치에 이러한 센서를 전기적 접속하기 위한 수단에 관한 것이다.

미국 특허 제5,437,999호는 사용시 전원에 전기적으로 접속되는 형태의 전기 화학적 센서를 개시하고 있다. 이 센서는 일 측면에 금속층을 각각 구비하여 이 금속층들이 서로에 대하여 이격된 관계로 대면하도록 이격되어 배치된 2개의 인쇄 회로 기판으로 구성된다. 금속층은 셀의 부분을 형성하는 전극 영역을 한정하도록 사진 석판술적으로 처리된다. 이 조립체의 일 단부에서 전극 기층은 금속층을 지지하는 측방향으로 이격된 돌출 탭을 제공하도록 절개된다. 탭의 노출된 금속 면은 접촉 패드로서 작용하며, 각각의 접촉 패드는 대응하는 전극에 전기적으로 접속된다. 또한, 접촉 패드는 전원에 접속된 접촉 날과 맞물려서 센서와 전원 사이에 전기적 접속을 제공한다.

미국 특허 제5,437,999호는 안정적이고 신뢰성 있는 전기적 접촉을 보장하기 위해 기층이 상당한 강성을 필요로 한다는 단점이 있다. 더욱이, 종종 사용자는 센서가 전원에 안정적으로 접속되었는지에 대해 확실히 알 수 없다.

공동 출원 중인 PCT/AU96/00207호, PCT/AU96/00365호, PCT/AU96/00723호 및 PCT/AU96/00724호에는 상당히 얇은 여러 가지의 전기 화학적 셀이 개시되어 있다. 각각의 셀은 얇은 비활성 플라스틱 필름(예를 들어, 100 미크론 두께의 PET) 상에 용착된 얇은 금속 코팅부[예를 들어, 스퍼터 코팅부(sputter coatings)]로서 형성되는 대면하게 이격된 전극들 사이에 한정된다. 이 전극들은, 예를 들어, 500 ㎛ 이하 두께의 스페이서에 의해 서로로부터 분리된다.

미국 특허 제5,437,999호는 절연성 전극 캐리어의 가요성의 관점에서 본 출원인의 공동 출원에서 논의된 형태의 극도로 얇은 센서 장치에 사용하기에는 적당하지 않다. 일반적으로, 일회용 센서는 비숙련된 사용자에 의해 측정 장치 내의 전원에 단순하고 신속하고 신뢰성 있으며 효율적으로 접속할 수 있는 것이 바람직 하다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 적어도 하나의 단점을 극복하거나 개선하기 위한 것이며, 또는 유용한 대안을 제공하기 위한 것이다.

제1 태양에 의하면, 본 발명은 제1 접촉 수단을 구비한 전원과 전기적 접속하도록 구성된 센서에 있어서, 제1 전극을 구비한 제1 절연 기층 및 제2 전극을 구비한 제2 절연 기층과, 제1 접촉 수단을 제2 절연 기층 상에 배치된 제1 접촉 영역과 전기적으로 접속시키기 위하여 제2 절연 기층 상의 제1 접촉 영역을 노출시키도록 상기 제1 절연 기층과 스페이서를 통해 연장하는 제1 절개부를 포함하며, 상기 전극들은 서로에 대하여 이격된 관계로 대면하게 배치되며, 제1 접촉 영역은 제2 전극과 전기적으로 도전성 있게 접속되는 것을 특징으로 하는 센서를 제공한다.

제1 접촉 영역은 제1 절연 기층으로부터 소정의 깊이에서 유지될 수도 있다.

제2 태양에 의하면, 본 발명은 제2 접촉 수단을 제1 절연 기층 상에 배치된 제2 접촉 영역과 전기적으로 접속시키기 위하여 제1 절연 기층 상의 제2 접촉 영역을 노출시키도록 상기 제2 절연 기층과 스페이서를 통해 연장하는 제2 절개부를 더 포함하고, 상기 제2 접촉 영역은 제1 전극과 전기적으로 도전성 있게 접속되는 것을 특징으로 하는 제1 태양에 의한 센서를 제공한다.

제2 접촉 영역은 제2 절연 기층으로부터 소정의 깊이에서 유지될 수도 있다.

제3 태양에 의하면, 본 발명은 제1 및 제2 태양에 센서와, 제1 접촉 영역 및 제2 접촉 영역과 각각 전기적 접촉하도록 구성된 제1 접촉 수단 및/또는 제2 접촉 수단을 구비한 감지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템을 제공한다.

본 명세서에서 사용된 "포함한다" 라는 용어는 포괄적인 의미, 즉 "구비한다" 또는 "내포한다" 라는 의미로 사용된다. 이 용어는 배타적인 의미("이루어지다" 또는 "구성되다")로서 의도된 것은 아니다.

양호한 실시예에서, 절연 기층은 가요성의 절연 재료로 제조된다. 제2 전극 및 제1 접촉 영역은 제1 절연 기층 상에 용착된 금속의 일체화된 층으로부터 형성되며, 보다 양호하게는 스퍼터 코팅에 의해 기층 상에 용착된다. 적당한 금속은 팔라듐, 금, 플라티늄, 이리듐 및 은을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 탄소가 사용될 수도 있다. 양호하게는 접촉자는 제2 기층 상의 금속의 제1 접촉 영역과 접촉하기 위해 제1 절개부를 통해 연장되도록 탄성적으로 편의된 금속 접촉자이다. 보다 양호한 실시예에서, 접촉자는 제1 절연 기층과 스페이서를 통해 연장되는 절개부와 맞부딪쳐 결합하도록 구성된다.

본 발명에 의한 커넥터에서, 스페이서 층은 추가의 강성을 제공한다. 따라서, 가요성 재료를 사용하여 견고한 커넥터가 형성될 수 있다. 이것은 더 넓은 범위의 재료를 이용할 수 있게 한다. 미국 특허 제5,437,999호에 개시된 커넥터와는 달리, 본 발명에 의하면 접속의 가청(可聽)적인 확인이 간단히 제공될 수도 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 설명하기로 한다.

도1 내지 도3을 참조하면, 전기 화학적 센서의 제1 실시예가 도시되어 있다. 센서는 3.4 mm 직경의 셀(8)을 구비한 약 25 mm × 5 mm 및 100 미크론 두께의 폴 리에스테르 스페이서(4, spacer)를 포함한다. 셀(8)은 원통형의 셀 벽(10)을 한정한다. 팔라듐(palladium) 금속의 제1 전극(2)을 구비한 폴리에스테르 시트인 제1 절연 기층(1)이 스페이서(4)의 일 측면에 부착된다. 팔라듐은 약 100 내지 1000 옹스트롬의 균일한 코팅 두께를 제공하기 위해 아르곤 가스의 4 내지 5 밀리바 기압에서 제1 절연 기층(1) 상에 스퍼터 코팅(sputter coating)된다. 제1 절연 기층(1)은 접착제(3)에 의해 스페이서(4)에 인접한 팔라듐 금속의 제1 전극(2)과 함께 스페이서(4)에 부착되어 셀(8)의 일 측면을 덮는다.

제2 절연 기층(7)은 접촉 접착제(5)에 의해 스페이서(4)의 다른 측면에 부착된 팔라듐 금속의 제2 전극(6)을 구비하며 셀(8)의 대향 측면을 덮는 폴리에스테르 시트로 구성된다. 이에 의해, 원통형 측벽(10)을 구비하고 팔라듐 금속의 제1 전극(2)에 의해 하나의 원통형 단부에서 밀폐된 셀이 한정된다. 다른 원통형 단부 벽은 팔라듐 금속의 제2 전극(6)이다. 조립체는 용액이 셀로 들어가고 공기가 셀로부터 배출되는 것을 허용하는 노치(9)를 갖는다.

제1 절개 구멍(21)은 일 단부(20)에 인접하게 제1 절연 기층(1) 및 팔라듐 금속의 제1 전극(2)을 관통한다. 본 발명의 예에서, 제1 절개 구멍(21)은 타원형이다. 스페이서(4) 내의 대응하는 제1 절개부(22)는 제1 절개 구멍(21)과 정렬된다. 도3은 측정 장치의 부분(30) 내에 형성되고 제1 탄성 접촉자(31) 및 제2 탄성 접촉자(32)가 장착되는 수용 슬롯 내로 삽입된 센서의 측단면도를 도시한다. 센서 단부(20)의 슬롯 내로의 삽입시, 제1 탄성 접촉자(31)는 제1 절연 기층(1)의 외면상을 타고 이동하여 팔라듐 금속의 제2 전극(6)의 제1 접촉 영역(23)에 맞물리기 위해 구멍(21, 22)에 의해 형성된 막힌 공간 내에 맞부딪친다. 제1 접촉 영역(23)은 제2 전극이 형성되어 셀(8)의 제2 전극 영역과 전기적으로 도전성 있게 연결하도록 하는 제2 절연 기층(7) 상에 용착된 동일한 금속층의 부분이다. 접촉 영역(23)은 본 예에서 스페이서(4)의 절개부(20)의 직경에 의해 효율적으로 한정된다.

도1에 도시된 실시예에서, 제1 절개 구멍(21)보다 에지(20)로부터 더 이격된 제2 절개 구멍(25)은 제2 절연 기층(7) 및 팔라듐 금속의 제2 전극(6)을 통해 연장된다. 스페이서(4)의 제2 절개부(26, 도2 참조)는 제2 절연 기층(7)의 제2 절개 구멍(25)에 대응하며 이에 정렬된다. 도3을 다시 참조하면, 사용시 센서는 절개부(25, 26)에 의해 한정된 벽을 통해 연장되며, 이에 의해 제2 탄성 접촉자(32)는 도면 부호 (27)에서 팔라듐 금속의 제1 전극(2)과 맞물려 전기적 접촉을 하게 된다.

탄성 접촉자(31, 32)는 측정 장치의 슬롯(30) 내에 배열되어 측정 회로 내에 전기적으로 접속된다. 사용시, 센서는 에지(20)를 선두로 슬롯(30) 내에 삽입된다. 제1 탄성 접촉자(31)는 제1 구멍(21, 22)과 부딪칠 때까지 센서의 단부 가장자리를 타고 이동하며, 그 결과 개구에 맞부딪쳐 결합하여 제1 접촉 영역(23)과 전기적 접촉하게 된다. 센서를 슬롯(30) 내로 약간 더 삽입하면, 제2 탄성 접촉자(32)는 제2 절개부(25, 26)에 맞부딪쳐 결합하여 팔라듐 금속의 제1 전극(2)의 제2 접촉 영역(27)과 접촉하게 된다.

스페이서(4)는 모든 구멍을 둘러싸며, 절연층의 본질적인 가요성 및 센서의 얇은 두께에도 불구하고, 전기적 접촉이 신뢰성 있고 정밀하게 이루어질 수 있게 한다.

본 발명의 제2 실시예는 도5 내지 도7에 도시되어 있으며, 도1 및 도2의 실시예의 대응 부분과 동일하게 기능하는 대응 부분은 동일한 도면 부호로 나타내었다. 제2 실시예와 제1 실시예의 주요한 차이점은 제2 실시예에서 절개부(21, 22)가 센서의 일 측면 에지로부터 절개되는 한편 절개부(25, 26)가 센서의 대향 측면 에지로부터 절개된다는 것이다. 이 경우에, 탄성 접촉자(31, 32)는 측방향으로 이격되어 있으며, 그 각각의 절개 구멍 내로 거의 동시에 맞부딪친다. 절개 구멍들은 스페이서(4)에 의해 3개의 측면 상에 둘러싸여지며, 제4 측면이 센서의 각각의 에지에 노출된다.

도5 내지 도7에 도시된 실시예에서는 개구들이 단부(20)로부터 대응하는 거리에 있지만, 다른 실시예에서는 개구들이 전술한 제1 실시예에의 경우와 같이 길이 방향으로 이격될 수 있다. 이것은 센서가 정확한 위치에 삽입될 때만 접촉이 되도록 하는 것을 보장하며 또한 정확한 극성을 보장한다.

제3 실시예는 도8에 개략적으로 도시되어 있다. 이 경우에, 개구는 에지(20)로부터 길이 방향으로 연장된 슬롯(21, 25)의 형태를 취한다. 양호하게는, 스페이서(4)는 도8의 개구(21, 25)의 모든 에지의 둘레에 연장되지만, 보다 덜 양호한 실시예에서 스페이서(4)는 슬롯(21, 25)의 3개의 측면 상에서 연장되기만 하며, 이 경우에 맞부딪치는 결합이 이루어지지 않거나 접촉부가 대향 방향으로부터 연장될 때에만 맞부딪치는 결합이 이루어진다. 그러나, 센서의 접촉 패드 영역이 대향면으로부터 소정의 크기인 이점은 유지된다. 원한다면, 슬롯은 모든 접촉부와의 접촉이 센서의 정확한 위치의 삽입을 필요로 하도록 길이를 상이하게 하여 길이 방 향으로 이격된 접촉부와 협동할 수 있다.

구성 재료와 크기 모두는 단순히 예로서 제공된 것이고, 여러 가지의 설계 또는 구성의 센서도 본 발명을 이용할 수 있음이 이해될 것이다. 하나 또는 둘 이상의 2개의 접촉부가 도시된 수단에 의해 제공될 수도 있다. 본 발명은 전술한 수단에 의해 센서에 접속될 때 전원 또는 측정 장치를 포함하도록 확장된다. 임의의 적당한 형태의 접촉자가 본 발명에 의한 센서에 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 센서에 의하여 측정 장치 내의 전원에 단순하고 신속하고 신뢰성 있으며 효율적으로 접속이 가능하다.

Claims (24)

1. 접촉자를 구비한 전원과 전기 접속하도록 구성된 센서이며,

   제1 전극을 구비한 제1 절연 기층 및 제2 전극을 구비한 제2 절연 기층과,

   제1 및 제2 절연 기층 사이에 위치되고 셀의 벽을 한정하는 구멍을 갖는 스페이서와,

   접촉자를 제2 절연 기층 상에 배치된 제1 접촉 영역과 전기적으로 접속시키기 위하여 제2 절연 기층 상의 제1 접촉 영역을 노출시키도록 상기 제1 절연 기층과 스페이서를 통해 연장하는 제1 절개부를 포함하고,"

   상기 전극들은 서로에 대하여 이격된 관계로 대면하게 배치되고, 상기 셀은 상기 제1 및 제2 전극에 의하여 한쪽 단부가 폐쇄되고, 상기 제1 접촉 영역은 제2 전극과 전기적으로 도전성 있게 접속되는 것을 특징으로 하는 센서.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 제1 접촉 영역은 탄소로 형성되는 것을 특징으로 하는 센서.
4. 제1항에 있어서 각각의 절연 기층은 가요성 절연 재료로 이루어지는 것을 특 징으로 하는 센서.
5. 제4항에 있어서, 가요성 절연 재료는 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 센서.
6. 제1항에 있어서, 각각의 전극과 그것의 접촉 영역은 절연 기층 상에 적층된 금속 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 센서.
7. 제6항에 있어서, 금속은 팔라디움, 금, 백금, 이리듐 및 은으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 센서.
8. 제6항에 있어서 금속은 10 내지 1000 나노미터 두께인 것을 특징으로 하는 센서.
9. 제6 항에 있어서, 금속의 층은 스퍼터 코팅에 의하여 기층 상에 적층되는 것을 특징으로 하는 센서.
10. 제1항에 있어서 각각의 전극과 제1 접촉 영역은 탄소로 형성되는 것을 특징으로 하는 센서.
11. 제1항에 있어서, 제2 절개부는 상기 제2 절연 기층과 스페이서를 통해 연장하여 제1 절연 기층 상에 제2 접촉 영역을 노출시키고, 제1 및 제2 절개부는 센서의 길이 방향 축에 대하여 측방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 센서.
12. 제1항에 있어서, 제2 절개부는 상기 제2 절연 기층과 스페이서를 통해 연장하여 제1 절연 기층 상에 제2 접촉 영역을 노출시키고, 제1 및 제2 절개부는 센서의 길이 방향 축에 대하여 길이 방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 센서.
13. 제1항에 있어서, 제2 절개부는 상기 제2 절연 기층과 스페이서를 통해 연장하여 제1 절연 기층 상에 제2 접촉 영역을 노출시키고, 제1 및 제2 절개부는 센서의 길이 방향 축에 대하여 측방향 및 길이 방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 센서.
14. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 기층 또는 스페이서는 절개부의 전체 외주 주변에서 연장하는 것을 특징으로 하는 센서.
15. 제1항에 있어서, 절개부는 접촉자와 클릭 결합되는 것을 특징으로 하는 센서.
16. 제1항에 있어서, 절개부는 센서의 모서리로부터 절단되어 센서의 적어도 하 나의 모서리에서 개방되는 것을 특징으로 하는 센서.
17. 제1항에 따른 센서를 포함하고, 제1 접촉 영역과 전기적으로 접속되는 제1 접촉자를 포함하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
18. 제17항에 있어서, 제2 접촉 영역과 전기적으로 접속되는 제2 접촉자를 더 포함하고, 제2 절개부가 제1 절연 기층 상에 제2 접촉 영역을 노출시키도록 상기 제2 절연 기층과 스페이서를 통해 연장하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
19. 제17항에 있어서, 제1 접촉자는 탄성적으로 편의되어 제1 절개부를 통해 연장함으로써 제1 접촉 영역과 접촉하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
20. 제17항에 있어서, 제1 접촉자는 제1 절개부와 클릭 결합되는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
21. 제18항에 있어서, 제2 접촉자는 탄성적으로 편의되어 제2 절개부를 통해 연장함으로써 제2 접촉 영역과 접촉하는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
22. 제18항에 있어서, 제2 접촉자는 제2 절개부와 클릭 결합되는 것을 특징으로 하는 감지 시스템.
23. 접촉자를 구비한 전원과 전기 접속하도록 구성된 센서이며,

    제1 전극을 구비한 제1 절연 기층 및 제2 전극을 구비한 제2 절연 기층과,

    접촉자를 제2 절연 기층 상에 배치된 제1 접촉 영역과 전기적으로 접속시키기 위하여 제2 절연 기층 상의 제1 접촉 영역을 노출시키도록 상기 제1 절연 기층과 스페이서를 통해 연장하는 제1 절개부와,

    상기 제2 절연 기층과 스페이서를 통해 연장하여 제1 절연 기층 상에 제2 접촉 영역을 노출시키는 제2 절개부를 포함하고,

    상기 전극들은 서로에 대하여 이격된 관계로 대면하게 배치되고, 상기 제1 접촉 영역은 제2 전극과 전기적으로 도전성 있게 접속되고, 제1 및 제2 절개부는 센서의 길이 방향 축에 대하여 길이 방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 센서.
24. 접촉자를 구비한 전원과 전기 접속하도록 구성된 센서이며,

    제1 전극을 구비한 제1 절연 기층 및 제2 전극을 구비한 제2 절연 기층과,

    접촉자를 제2 절연 기층 상에 배치된 제1 접촉 영역과 전기적으로 접속시키기 위하여 제2 절연 기층 상의 제1 접촉 영역을 노출시키도록 상기 제1 절연 기층과 스페이서를 통해 연장하는 제1 절개부와,

    상기 제2 절연 기층과 스페이서를 통해 연장하여 제1 절연 기층 상에 제2 접촉 영역을 노출시키는 제2 절개부를 포함하고,

    상기 전극들은 서로에 대하여 이격된 관계로 대면하게 배치되고, 상기 제1 접촉 영역은 제2 전극과 전기적으로 도전성 있게 접속되고, 제1 및 제2 절개부는 센서의 길이 방향 축에 대하여 측방향 및 길이 방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 센서.

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