用于分析物传感器的固定操作时间频率扫描的制作方法

1.本公开总体上涉及使用分析物传感器经由光谱技术检测分析物的装置、系统和方法，该分析物传感器包括至少一个发送元件和至少一个接收元件，其中发送元件和接收元件在电磁频谱的无线电频率范围或微波频率范围中操作或在电磁频谱的可见光范围中操作。


背景技术：

2.存在对能够检测和/或测量目标内的分析物的兴趣。一个示例是测量生物组织中的葡萄糖。在测量患者体内的葡萄糖的示例中，当前的分析物测量方法是侵入式的，因为它们对体液(诸如用于手指针刺(fingerstick)或基于实验室的测试的血液)或通常使用侵入式经皮设备从患者抽取的流体执行测量。存在声称能够在生物组织中执行葡萄糖测量的非侵入式方法。然而，非侵入式方法中的许多方法总体上存在以下问题：对感兴趣的分析物(诸如葡萄糖)缺乏特异性；来自温度波动的干扰；来自皮肤化合物(即，汗液)和色素的干扰；以及放置的复杂性(即，驻留在患者身体上的多个位置上的感测设备)。


技术实现要素：

3.本公开总体上涉及使用非光学频率(诸如电磁频谱的无线电频率范围或微波频率范围中的非光学频率)或电磁频谱的可见光范围中的光学频率经由光谱技术检测分析物的装置、系统和方法。本文中描述的分析物传感器包括具有至少一个发送元件和至少一个接收元件的检测器阵列。发送元件和接收元件可以是天线或诸如发光二极管之类的发光元件。在以下描述中，无论发送元件和接收元件是天线还是发光二极管，它们各自都可以被称为检测器元件。
4.发送元件被控制以便实现至少第一频率扫描和第二频率扫描。附加频率扫描可以用类似于第一频率扫描和第二频率扫描的每个频率扫描来实现。第一频率扫描发生在从起始频率到结束频率的第一频率范围上，并且第二频率扫描发生在从起始频率到结束频率的第二频率范围上。在一个实施例中，第一频率范围与第二频率范围至少部分地彼此重叠。在另一实施例中，第一频率范围与第二频率范围彼此相同。第一频率范围与第二频率范围重叠处分别具有第一频率阶跃和第二频率阶跃。在重叠范围中，第一频率阶跃与第二频率阶跃相同。第一频率阶跃和第二频率阶跃中的每个频率阶跃具有相关联的操作时间，并且第一频率范围的第一频率阶跃的操作时间与第二频率范围的第二频率阶跃的操作时间相同。因为第一频率扫描和第二频率扫描中的每一者至少在它们彼此重叠处基本上彼此相同地进行，所以可以在每个频率扫描的结果之间进行更准确的比较。
5.在本文中描述的一个实施例中，传感器系统可以包括具有至少一个发送元件和至少一个接收元件的检测器阵列。该至少一个发送元件被定位且被布置成用于将发送信号发送到目标中，并且该至少一个接收元件被定位且被布置成用于检测由该至少一个发送元件将发送信号发送到目标中而产生的响应。发送电路能电连接到至少一个发送元件，其中，发
送电路被配置成用于生成要由至少一个发送元件发送的发送信号，并且发送信号在电磁频谱的无线电频率范围或可见光范围中。接收电路能电连接到至少一个接收元件，其中接收电路被配置成用于接收由至少一个接收元件检测到的响应。控制系统连接到发送电路并且被配置成用于由至少一个发送元件实现至少第一频率扫描和第二频率扫描。第一频率扫描发生在从起始频率到结束频率的第一频率范围上，第二频率扫描发生在从起始频率到结束频率的第二频率范围上，并且第一频率范围与第二频率范围彼此重叠。第一频率范围与第二频率范围重叠处分别具有第一频率阶跃和第二频率阶跃。第一频率阶跃与第二频率阶跃相同，第一频率阶跃和第二频率阶跃中的频率阶跃中的每个频率阶跃具有相关联的操作时间，并且第一频率阶跃的操作时间与第二频率阶跃的操作时间相同。
6.在本文中描述的另一实施例中，描述了操作传感器系统的方法。传感器系统包括具有至少一个发送元件和至少一个接收元件的检测器阵列，其中该至少一个发送元件被定位且被布置成用于将发送信号发送到目标中，并且该至少一个接收元件被定位且被布置成用于检测由该至少一个发送元件将发送信号发送到目标中而产生的响应。发送电路能电连接到至少一个发送元件，其中该发送电路被配置成用于生成要由至少一个发送元件发送的发送信号，并且发送信号在电磁频谱的无线电频率范围或可见光范围中。此外，接收电路能电连接到至少一个接收元件，其中该接收电路被配置成用于接收由至少一个接收元件检测到的响应。方法包括控制传感器系统通过至少一个发送元件实现至少第一频率扫描和第二频率扫描，其中第一频率扫描发生在从起始频率到结束频率的第一频率范围上，第二频率扫描发生在从起始频率到结束频率的第二频率范围上，并且第一频率范围与第二频率范围彼此重叠。第一频率范围与第二频率范围重叠处分别具有第一频率阶跃和第二频率阶跃。第一频率阶跃与第二频率阶跃相同，第一频率阶跃和第二频率阶跃中的每个频率阶跃具有相关联的操作时间，并且第一频率阶跃的操作时间与第二频率阶跃的操作时间相同。
附图说明
7.图1是根据实施例的具有相对于目标的分析物传感器的分析物传感器系统的示意性描绘。
8.图2a-图2c图示出可以在本文中描述的传感器系统的实施例中使用的天线阵列的不同示例定向。
9.图3a-图3c图示出具有不同几何形状的发送天线和接收天线的不同示例。
10.图4a、图4b、图4c和图4d图示出发送天线和接收天线的端部可以具有的不同形状的附加示例。
11.图5图示出可以使用的天线阵列的另一个示例。
12.图6是具有使用光形式的电磁能量来执行本文中描述的分析物感测的分析物传感器的分析物传感器系统的另一实施例的部分的示意性描绘。
13.图7图示出具有使用光形式的电磁能量来执行本文中描述的分析物感测的分析物传感器的分析物传感器系统的另一实施例。
14.图8描绘了图6的传感器系统的示例操作。
15.图9是根据实施例的用于检测分析物的方法的流程图。
16.图10是根据实施例的响应的分析的流程图。
17.图11描绘了频率扫描的示例。
18.相同的附图标记自始至终表示相同的部件。
具体实施方式
19.以下是使用非光学频率(诸如电磁频谱的无线电频带或微波频带中的非光学频率)或电磁频谱的可见光范围中的光学频率经由光谱技术检测分析物的装置、系统和方法的详细描述。本文中描述的分析物传感器包括具有至少一个发送元件和至少一个接收元件的检测器阵列。发送元件和接收元件可以是天线(图1-图5)或诸如发光二极管(图6-图7)之类的发光元件。在以下描述中，无论发送元件和接收元件是天线还是发光二极管，它们各自都可以被称为检测器元件。
20.以下描述结合图1-图5将首先将分析物传感器系统描述为包括具有两个或更多个天线的检测器阵列。稍后在以下描述中，结合图6-图7，分析物传感器系统被描述为包括包含两个或更多个诸如发光二极管(led)之类的发光设备的检测器阵列。具有两个或更多个led的检测器阵列也可以被描述为led阵列。
21.在一个实施例中，本文中描述的传感器系统可用于检测目标中的至少一种分析物的存在。在另一实施例中，本文中描述的传感器系统可以检测目标中的至少一种分析物的量或浓度。目标可以是包含人们可能会希望检测的感兴趣的分析物中的至少一种分析物的任何目标。目标可以是人类或非人类、动物或非动物、生物或非生物的。例如，目标可以包括但不限于人类组织、动物组织、植物组织、无生命对象、土壤、流体、遗传物质或微生物。目标的非限制性示例包括但不限于流体(例如，血液、间质液、脑脊髓液、淋巴液或尿液)、人类组织、动物组织、植物组织、无生命对象、土壤、遗传物质或微生物。
22.由本文中描述的传感器进行的检测可以是非侵入式的，这意味着传感器保持在目标(诸如人体)外部，并且分析物的检测发生而不需要从目标(诸如人体)移除流体或移除其他。在人体感测中，这种非侵入式感测也可以称为体内感测。在其他实施例中，本文中描述的传感器可以是体外传感器，其中包含分析物的材料已被例如从人体移除。
23.(一种或多种)分析物可以是人们可能会希望检测的任何分析物。分析物可以是人类或非人类、动物或非动物、生物或非生物的。例如，(一种或多种)分析物可以包括但不限于血糖、血液酒精、白细胞或促黄体激素中的一种或多种。(一种或多种)分析物可以包括但不限于化学品、化学品的组合、病毒、细菌等。分析物可以是包括在另一种介质中的化学物质，此类介质的非限制性示例包括包含至少一种分析物的流体(例如，血液、间质液、脑脊髓液、淋巴液或尿液)、人类组织、动物组织、植物组织、无生命对象、土壤、遗传物质或微生物。(一种或多种)分析物还可以是诸如矿物质或污染物之类的非人类、非生物颗粒。
24.(一种或多种)分析物可以包括例如，天然存在的物质、人造物质、代谢物和/或反应产物。作为非限制性示例，至少一种分析物可以包括但不限于胰岛素、羧基凝血酶原(acarboxyprothrombin)；酰基肉碱；腺嘌呤磷酸核糖转移酶；腺苷脱氨酶；白蛋白；甲胎蛋白；氨基酸谱(精氨酸(克雷布斯循环)、组氨酸/尿苷酸、同型半胱氨酸、苯丙氨酸/酪氨酸、色氨酸)；安地诺二酮；安替比林；阿糖尼托对映体；精氨酸酶；苯甲酰爱康宁(可卡因)；生物素酶；生物蝶呤；c-反应蛋白；肉毒碱；促bnp；bnp；肌钙蛋白；肌肽酶；cd4；铜蓝蛋白；鹅去氧胆酸；氯喹；胆固醇；胆碱酯酶；共轭1-β羟基胆酸；皮质醇；肌酸激酶；肌酸激酶mm同工酶；环
孢菌素a；d-青霉胺；去乙基氯喹；脱氢表雄酮硫酸盐；脱氧核糖核酸(乙酰化酶多态性、乙醇脱氢酶、α1-抗胰蛋白酶、囊性纤维化、杜兴/贝克尔肌营养不良、分析物-6-磷酸脱氢酶、血红蛋白a、血红蛋白s、血红蛋白c、血红蛋白d、血红蛋白e、血红蛋白f、d旁遮普邦、β-地中海贫血、乙型肝炎病毒、hcmv、hiv-1、htlv-1、leber遗传性视神经病变、mcad、rna、pku、间日疟原虫、性别差异离子、21-脱氧皮质醇)；去丁基卤代三烯；二氢蝶呤还原酶；白喉/破伤风抗毒素；红细胞精氨酸酶；红细胞原卟啉；酯酶d；脂肪酸/酰基甘氨酸；游离β-人绒毛膜促性腺激素；游离红细胞卟啉；游离甲状腺素(ft4)；游离三碘甲状腺原氨酸(ft3)；富马酸乙酰乙酸酶；半乳糖/半乳糖-1-磷酸；半乳糖-1-磷酸尿苷基转移酶；庆大霉素；分析物-6-磷酸脱氢酶；谷胱甘肽；谷胱甘肽周氧化酶；甘胆酸；糖化血红蛋白；卤代三烯；血红蛋白变体；己糖胺酶a；人红细胞碳酸酐酶i；17-α-羟基孕酮；次黄嘌呤磷酸核糖转移酶；免疫反应性胰蛋白酶；乳酸；铅；脂蛋白((a),b/a-l,β)；溶菌酶；甲氟喹；奈替米星；苯巴比妥；苯妥英钠；植酸酶/三酸；黄体酮；催乳素；脯氨酸；嘌呤核苷磷酸化酶；奎宁；反向三碘甲状腺原氨酸(rt3)；硒；血清胰脂肪酶；剑麻素；生长调节素c；特异性抗体(腺病毒、抗核抗体、抗ζ抗体、虫媒病毒、奥耶斯基氏病病毒、登革热病毒、麦地龙线虫、细粒棘球蚴、溶组织内阿米巴、肠道病毒、十二指肠贾第鞭毛虫、幽门螺杆菌、乙型肝炎病毒、疱疹病毒、hiv-1、ige(特应性疾病)、流感病毒、杜氏利什曼原虫、钩端螺旋体、麻疹/腮腺炎/风疹、麻风分枝杆菌、肺炎支原体、肌红蛋白、扭转锥虫、副流感病毒、恶性疟原虫、脊髓灰质炎病毒、铜绿假单胞菌、呼吸道合胞病毒、立克次体(恙虫病)、曼氏血吸虫、弓形虫、苍白球trepenoma、克氏锥虫/兰格里锥虫、水泡性口炎病毒、班氏乌切氏菌、黄热病病毒)；特异性抗原(乙型肝炎病毒、hiv-1)；琥珀酰丙酮；磺胺多辛；茶碱；促甲状腺激素(tsh)；甲状腺素(t4)；甲状腺素结合球蛋白；微量元素；转铁蛋白；udp-半乳糖-4-差向异构酶；尿素；尿卟啉原i合成酶；维生素a；白细胞；和锌原卟啉。
25.(一种或多种)分析物还可以包括引入目标中的一种或多种化学物质。(一种或多种)分析物可以包括诸如造影剂、放射性同位素或其他化学试剂的标记物。(一种或多种)分析物可以包括基于氟碳化合物的合成血液。(一种或多种)分析物可以包括药物或药物组合物，非限制性实例包括：乙醇；大麻(大麻、四氢大麻酚、大麻)；吸入剂(一氧化二氮、亚硝酸戊酯、亚硝酸丁酯、氯代烃、碳氢化合物)；可卡因(快克可卡因)；兴奋剂(苯丙胺、甲基苯丙胺、利他林、cylert、preludin、didrex、prestate、voranil、sandrex、plegine)；镇静剂(巴比妥类、甲喹酮、镇静剂(诸如valium、librium、miltown、serax、equanil、tranxene))；致幻剂(苯环利定、麦角酸、仙人球毒碱、仙人掌毒碱、裸盖菇素)；麻醉剂(海洛因、可待因、吗啡、鸦片、哌替啶、percocet、percodan、tussionex、fentanyl、darvon、talwin、lomotil)；设计药物(芬太尼、哌替啶、苯丙胺、甲基苯丙胺和苯环定的类似物，例如摇头丸)；合成代谢类固醇；以及尼古丁。(一种或多种)分析物可以包括其他药物或药物组合物。(一种或多种)分析物可以包括神经化学物质或体内生成的其他化学物质，诸如例如，抗坏血酸、尿酸、多巴胺、去甲肾上腺素、3-甲氧基酪胺(3mt)、3，4-二羟基苯乙酸(dopac)、高香草酸(hva)、5-羟基色胺(5ht)和5-羟基吲哚乙酸(fhiaa)。
26.图1-图5和图6-图7中所图示的传感器系统通过使用诸如发送天线或发送led之类的发送元件朝向目标发送(无论是在图1-图5中的电磁频谱的无线电频率范围或微波频率范围内，还是在图6-图7中的电磁频谱的可见光范围内的)电磁信号并将电磁信号发送到目
标中进行操作。由发送信号的发送而产生的返回信号由诸如接收天线或光电检测器之类的接收元件检测。由接收元件检测到的(一个或多个)信号可以被分析，以基于接收到的(一个或多个)信号的强度以及其中分析物吸收发送信号的一个或多个频率处的强度的减少来检测分析物。
27.图1-图5图示出使用两个或更多个天线(包括发送天线和接收天线)的非侵入式分析物传感器系统。发送天线和接收天线可以位于目标附近并且如本文中进一步描述的那样操作以辅助检测目标中的至少一种分析物。发送天线朝向目标发送信号并将信号发送到目标中，该信号具有无线电频率范围或微波频率范围中的至少两个频率。具有至少两个频率的信号可以由单独的信号部分形成，每个信号部分具有离散的频率，这些信号部分在每个频率处在分开的时间单独地发送。在另一实施例中，具有至少两个频率的信号可以是包括多个频率的复信号的一部分，多个频率包括至少两个频率。复信号可以通过将多个信号混合或多路复用在一起来生成，然后发送复信号，由此多个频率同时被发送。用于生成复信号的一种可能的技术包括但不限于使用逆傅里叶变换技术。接收天线检测由发送天线将信号发送到包含至少一种感兴趣的分析物的目标中而产生的响应。
28.发送天线和接收天线彼此解耦合(也可以被称为去谐(detune)等)。解耦合是指有意地制造发送天线和接收天线的配置和/或布置，以优选地在不存在屏蔽的情况下最小化发送天线与接收天线之间的直接通信。可以利用发送天线与接收天线之间的屏蔽。然而，即使没有屏蔽的存在，发送天线和接收天线也会解耦合。
29.使用在电磁频谱的无线电频率范围或微波频率范围中操作的非侵入式光谱传感器检测分析物的示例描述于wo 2019/217461中，其全部内容通过引用并入本文中。由接收天线检测到的(一个或多个)信号可以是包括多个信号分量的复信号，每个信号分量处于不同的频率。在实施例中，可以将检测到的复信号例如通过傅里叶变换分解成处于不同频率中的每个频率的信号分量。在实施例中，只要检测到的信号提供足够的信息来进行分析物检测，就可以对由接收天线检测到的复信号进行整体分析(即，无需对复信号进行解复用)以检测分析物。此外，由接收天线检测到(一个或多个)的信号可以是单独的信号部分，每个信号部分具有离散的频率。
30.现在参考图1，图示出具有非侵入式分析物传感器5的非侵入式分析物传感器系统的实施例。传感器5相对于包含感兴趣的分析物9的目标7被描绘。在该示例中，传感器5被描绘为包括天线阵列，该天线阵列包括发送天线/元件11(下文中“发送天线11”)和接收天线/元件13(下文中“接收天线13”)。传感器5进一步包括发送电路15、接收电路17和控制器19。如下文进一步讨论的，传感器5还可以包括电源，诸如电池(图1中未示出)。在一些实施例中，功率可以从干线功率中提供，例如通过将传感器5经由连接到传感器5的电绳插入墙壁插座中。
31.发送天线11被定位、被布置和被配置成用于将电磁频谱的无线电频率(rf)范围或微波范围中的信号21发送到目标7中。发送天线11可以是电极或任何其他合适的无线电频率(rf)范围或微波范围中的电磁信号的发送器。发送天线11可以具有足以允许进行分析物感测的、相对于目标7的任何布置和定向。在一个非限制性实施例中，发送天线11可以被布置为面向基本上朝向目标7的方向。
32.由发送天线11发送的信号21由能电连接到发送天线11的发送电路15生成。发送电
路15可以具有适合于生成要由发送天线11发送的发送信号的任何配置。用于生成rf范围或微波频率范围中的发送信号的发送电路在本领域中是众所周知的。在一个实施例中，发送电路15可以包括例如到功率源的连接、频率发生器、以及可选的滤波器、放大器或用于生成rf或微波频率电磁信号的电路的任何其他合适的元件。在实施例中，由发送电路15生成的信号可以具有至少两个离散频率(即，多个离散频率)，该至少两个离散频率中的每个离散频率在大约10khz到大约100ghz的范围内。在另一实施例中，至少两个离散频率中的每个离散频率可以在大约300mhz到大约6000mhz的范围内。在实施例中，发送电路15可以被配置成用于扫过大约10khz到大约100ghz的范围内的频率范围，或者在另一实施例中扫过大约300mhz到大约6000mhz的范围。在实施例中，发送电路15可以被配置成用于产生复发送信号，该复信号包括多个信号分量，信号分量中的每个信号分量具有不同的频率。复信号可以通过将多个信号混合或多路复用在一起来生成，然后发送复信号，由此多个频率同时被发送。
33.接收天线13被定位、被布置和被配置成用于检测一个或多个电磁响应信号23，该一个或多个电磁响应信号23由发送天线11将发送信号21发送到目标7中并撞击(impinge)在分析物9上而产生。接收天线13可以是电极或任何其他合适的无线电频率(rf)范围或微波范围中的电磁信号的接收器。在实施例中，接收天线13被配置成用于检测具有至少两个频率的电磁信号，该至少两个频率中的每个频率在约10khz到约100ghz的范围内，或在另一实施例中在大约300mhz到大约6000mhz的范围内。接收天线13可以具有足以允许检测(一个或多个)响应信号23以允许进行分析物感测的、相对于目标7的任何布置和定向。在一个非限制性实施例中，接收天线13可以被布置为面向基本上朝向目标7的方向。
34.接收电路17能电连接到接收天线13并将从接收天线13接收到的响应传送到控制器19。接收电路17可以具有适合于对接收天线13提供接口(interface)以将由接收天线13检测到的电磁能量转换为反映(一个或多个)响应信号23的一个或多个信号的任何配置。接收电路的构造在本领域中是众所周知的。接收电路17可以被配置成用于在向控制器19提供(一个或多个)信号之前例如通过放大(一个或多个)信号、对(一个或多个)信号进行滤波等来调节(一个或多个)信号。因此，接收电路17可以包括滤波器、放大器或用于调节被提供到控制器19的(一个或多个)信号的任何其他合适的组件。在实施例中，接收电路17或控制器19中的至少一者可以被配置成用于将由接收天线13检测到的复信号分解或解复用到组成信号分量中的每个组成信号分量中，该复信号包括各自处于不同频率的多个信号分量。在实施例中，对复信号进行分解可以包括对检测到的复信号应用傅立叶变换。然而，对接收到的复信号进行分解或解复用是可选的。相反，在实施例中，只要检测到的信号提供足够的信息来进行分析物检测，就可以对由接收天线检测到的复信号进行整体分析(即，无需对复信号进行解复用)以检测分析物。
35.控制器19控制传感器5的操作。例如，控制器19可以指示发送电路15生成要由发送天线11发送的发送信号。控制器19进一步接收来自接收电路17的信号。控制器19可以可选地处理来自接收电路17的信号以检测目标7中的(一种或多种)分析物9。在一个实施例中，控制器19可以可选地例如通过一个或多个无线连续(诸如蓝牙)、无线数据连接(诸如4g、5g、lte等)、或wi-fi与至少一个外部设备25(诸如用户设备和/或远程服务器27)通信。如果提供外部设备25和/或远程服务器27，则外部设备25和/或远程服务器27可以处理(或进一
步处理)控制器19从接收电路17接收的信号，例如以检测(一种或多种)分析物9。如果提供外部设备25，则外部设备25可以用于提供传感器5与远程服务器27之间的通信，例如使用有线数据连接或经由外部设备25的无线数据连接或wi-fi来提供到远程服务器27的连接。
36.继续参考图1，传感器5可包括限定内部空间31的传感器外壳29(以虚线示出)。传感器5的组件可以附接至外壳29和/或设置在外壳29内。例如，发送天线11和接收天线13附接到外壳29。在一些实施例中，天线11、13可以完全或部分地位于外壳29的内部空间31内。在一些实施例中，天线11、13可以附接至外壳29但至少部分或全部地位于内部空间31之外。在一些实施例中，发送电路15、接收电路17和控制器19附接至外壳29并且完全布置在传感器外壳29内。
37.接收天线13相对于发送天线11解耦合或去谐，使得发送天线11与接收天线13之间的电磁耦合减少。发送天线11与接收天线13的解耦合增加了由接收天线13检测到的(一个或多个)信号的部分(即，来自目标7的(一个或多个)响应信号)，并且最小化了接收天线13对发送信号21的直接接收。与具有耦合的发送天线和接收天线的天线系统相比，发送天线11和接收天线13的解耦合导致从发送天线11到接收天线13的发送具有输出处减少的前向增益(s
21
)和增加的反射(s
22
)。
38.在实施例中，发送天线11与接收天线13之间的耦合是95％或更小。在另一实施例中，发送天线11与接收天线13之间的耦合是90％或更小。在另一实施例中，发送天线11与接收天线13之间的耦合是85％或更小。在另一实施例中，发送天线11与接收天线13之间的耦合是75％或更小。
39.可以使用用于减少发送天线11与接收天线13之间的耦合的任何技术。例如，发送天线11与接收天线13之间的解耦合可以通过发送天线11与接收天线13之间的一种或多种有意制造的配置和/或布置来实现，该配置和/或布置足以使发送天线11与接收天线13彼此解耦合。
40.例如，在下文进一步描述的一个实施例中，可以通过有意地将发送天线11和接收天线13配置为具有彼此不同的几何形状来实现发送天线11与接收天线13的解耦合。有意不同的几何形状指的是对发送天线11和接收天线13的有意不同的几何配置。有意几何形状差异不同于发送天线与接收天线的几何形状差异，后者可能例如由于制造误差或公差而偶然或无意地发生。
41.实现发送天线11与接收天线13的解耦合的另一种技术是在每个天线11、13之间提供足以使天线11、13解耦合并迫使发送信号21的电磁力线的一部分进入目标7中的适当的间距，由此尽可能地最小化或消除由接收天线13直接从发送天线11直接接收而不进入目标7中的电磁能量。每个天线11、13之间的适当的间距可以基于包括但不限于来自发送天线11的信号的输出功率、天线11、13的大小、发送信号的一个或多个频率以及天线之间任何屏蔽的存在的因素来确定。该技术有助于确保由接收天线13检测到的响应正在测量分析物9，而不仅仅是直接从发送天线11流到接收天线13的发送信号21。在一些实施例中，天线11、13之间的适当的间距可以与天线11、13的几何形状的有意差异一起使用，以实现解耦合。
42.在一个实施例中，由发送天线11发送的发送信号可以具有至少两个不同的频率，例如，上至7到12个不同且离散的频率。在另一实施例中，发送信号可以是一系列离散的、单独的信号，其中每个单独的信号具有单个频率或多个不同的频率。
43.在一个实施例中，发送信号(或发送信号中的每个发送信号)可以在小于、等于或大于大约300ms的发送时间内被发送。在另一实施例中，发送时间可以小于、等于或大于大约200ms。在又另一实施例中，发送时间可以小于、等于或大于大约30ms。发送时间还可以具有以秒(例如，1秒、5秒、10秒或更长)为单位测量的幅度。在实施例中，相同的发送信号可以多次被发送，然后发送时间可以被平均。在另一实施例中，发送信号可以以小于或等于大约50％的占空比(或发送信号中的每个发送信号)被发送。
44.图2a-图2c图示出可以在传感器系统5中使用的天线阵列33的示例以及天线阵列33可以如何被定向。天线阵列33的许多定向是可能的，并且只要传感器5能够执行其感测分析物9的主要功能，任何定向即可以被使用。
45.在图2a中，天线阵列33包括设置在可以基本上是平面的衬底35上的发送天线11和接收天线13。该示例描绘了基本上设置在x-y平面中的阵列33。在该示例中，天线11、13在x轴线方向和y轴线方向上的维度可以被认为是横向维度，而天线11、13在z轴线方向上的维度可以被认为是厚度维度。在该示例中，天线11、13中的每个天线具有(在x轴线方向和/或在y轴线方向上测量的)至少一个横向维度，该横向维度大于(在z轴线方向上的)天线的厚度维度。换句话说，与在x轴线方向和/或在y轴线方向上测量的至少一个其他横向维度相比，发送天线11和接收天线13各自在z轴线方向上相对平坦或具有相对较小的厚度。
46.在使用图2a中的实施例时，传感器和阵列33可以相对于目标7定位，使得目标7在z轴方向上处于阵列33下方，或在z轴方向上处于阵列33上方，由此天线11、13的面中的一个面朝向目标7。替代地，目标7可以在x轴线方向上被定位在阵列33的左侧或右侧，由此天线11、13中的每个天线的端部中的一个端部面向目标7。替代地，目标7可以在y轴线方向上被定位在阵列33的侧面，由此天线11、13中的每个天线的侧面中的一个侧面面向目标7。
47.除了天线阵列33之外，传感器5还可以设置有一个或多个附加天线阵列。例如，图2a还描绘了可选的第二天线阵列33a，其包括设置在可以基本上是平面的衬底35a上的发送天线11和接收天线13。与阵列33一样，阵列33a也可以基本上设置在x-y平面中，其中阵列33、33a在x轴线方向上彼此间距开。
48.在图2b中，天线阵列33被描绘为基本上设置在y-z平面中。在该示例中，天线11、13在y轴线方向和z轴线方向上的维度可以被认为是横向维度，而天线11、13在x轴线方向上的维度可以被认为是厚度维度。在该示例中，天线11、13中的每个天线具有(在y轴线方向和/或在z轴线方向上测量的)至少一个横向维度，该横向维度大于(在x轴线方向上的)天线的厚度维度。换句话说，与在y轴线方向和/或在z轴线方向上测量的至少一个其他横向维度相比，发送天线11和接收天线13各自在x轴线方向上相对平坦或具有相对较小的厚度。
49.在使用图2b中的实施例时，传感器和阵列33可以相对于目标7定位，使得目标7在z轴线方向上处于阵列33下方，或在z轴线方向上处于阵列33上方，由此天线11、13中的每个天线的端部中的一个端部面向目标7。替代地，目标7可以在x轴线方向上被定位在阵列33的前面或后面，由此天线11、13中的每个天线的面中的一个面面向目标7。替代地，目标7可以在y轴线方向上被定位到阵列33的侧面中的一个侧面，由此天线11、13中的每个天线的侧面中的一个侧面面向目标7。
50.在图2c中，天线阵列33被描绘为基本上设置在x-z平面中。在该示例中，天线11、13在x轴线方向和z轴线方向上的维度可以被认为是横向维度，而天线11、13在y轴线方向上的
维度可以被认为是厚度维度。在该示例中，天线11、13中的每个天线具有(在x轴线方向和/或在z轴线方向上测量)的至少一个横向维度，该横向维度大于(在y轴线方向上的)天线的厚度维度。换句话说，与在x轴线方向和/或在z轴线方向上测量的至少一个其他横向维度相比，发送天线11和接收天线13各自在y轴线方向上相对平坦或具有相对较小的厚度。
51.在使用图2c中的实施例时，传感器和阵列33可以相对于目标7定位，使得目标7在z轴线方向上处于阵列33下方，或在z轴线方向上处于阵列33上方，由此天线11、13中的每个天线的端部中的一个端部面向目标7。替代地，目标7可以在x轴线方向上被定位到阵列33的左侧或右侧，由此天线11、13中的每个天线的侧面中的一个侧面面向目标7。替代地，目标7可以在y轴方向上被定位在阵列33的前面或后面，由此天线11、13中的每个天线的面中的一个面面向目标7。
52.图2a-图2c中的阵列33、33a不需要完全被定向在诸如x-y平面、y-z平面或x-z平面之类的平面内。相反，阵列33、33a可以与x-y平面、y-z平面和x-z平面成角度设置。
53.使用天线几何形状的差异对天线进行解耦合
54.如上文所提及的，用于将发送天线11与接收天线13解耦合的一种技术在于有意地将发送天线11和接收天线13配置成具有有意不同的几何形状。有意不同的几何形状是指发送天线和接收天线的有意几何形状配置的差异，并且该差异不同于(例如由于制造误差或公差)可能意外或无意发生的发送天线和接收天线的几何形状的差异。
55.天线11、13的不同几何形状可以以多种不同的方式表现其自身并且可以被描述。例如，在天线11、13中的每个天线的平面图中(诸如图3a-图3c中)，天线11、13的周边边缘形状可以彼此不同。不同的几何形状可以导致天线11、13在平面图中具有不同的表面积。不同的几何形状可以导致天线11、13在平面图中具有不同的纵横比(即，它们在不同维度上的大小的比率；例如，如下文进一步详细讨论的，天线11的长度除以宽度的比率可以与天线13的长度除以宽度的比率不同)。在一些实施例中，不同的几何形状可以导致天线11、13在平面图中具有不同的周边边缘形状、不同的表面积和/或不同的纵横比的任意组合。在一些实施例中，天线11、13可以具有在周边边缘边界内形成的一个或多个孔(参见图2b)，或者在周边边缘中形成的一个或多个凹口(参见图2b)。
56.因此，如本文中所使用，天线11、13的几何图形差异或几何形状差异是指当在平面图中观察各个天线11、13时在图形、长度、宽度、大小、形状、由边界(即，周边边缘)封闭的区域等方面的任何有意差异。
57.天线11、13可以具有任何配置并且可以由允许它们执行如本文中描述的天线11、13的功能的任何合适的材料形成。在一个实施例中，天线11、13可以由材料带形成。材料带可以包括这样的配置，其中当在平面图中观察天线时，带具有大于其厚度维度的至少一个横向维度(换句话说，与至少一个其他横向维度(诸如当在图3a-图3c的平面图中观察天线时的长度或宽度)相比，带相对平坦或具有相对较小的厚度)。材料带可以包括电线。天线11、13可以由任何合适的(一种或多种)导电材料形成，这些材料包括金属和导电非金属材料。可以被使用的金属的示例包括但不限于铜或金。可以被使用的材料的另一示例是掺杂有金属材料以使非金属材料导电的非金属材料。
58.在图2a-图2c中，阵列33、33a中的每一者内的天线11、13具有彼此不同的几何形状。此外，图3a-图3c图示出具有彼此不同的几何形状的天线11、13的附加示例的平面图。图
2a-图2c和图3a-图3c中的示例并不是穷尽的，并且许多不同的配置是可能的。
59.图3a图示出具有有着不同几何形状的两个天线的天线阵列的平面图。在该示例中，天线11、13被图示为基本上线性的带，每个带具有横向长度l
11
、l
13
、横向宽度w
11
、w
13
以及周边边缘e
11
、e
13
。周边边缘e
11
、e
13
围绕天线11、13的整个外周延伸，并在平面图中界定区域。在该示例中，当观察图3a时，横向长度l
11
、l
13
和/或横向宽度w
11
、w
13
大于天线11、13延伸进页面中/从页面延伸的厚度维度。在该示例中，天线11、13在几何形状上彼此不同，因为天线11、13的端部的形状彼此不同。例如，当观察图3a时，天线11的右端42具有与天线13的右端44不同的形状。类似地，天线11的左端46可以具有与右端42类似的形状，但不同于天线13的左端48，该天线13的左端48可以具有与右端44类似的形状。也可能的是，天线11、13的横向长度l
11
、l
13
和/或横向宽度w
11
、w
13
可以彼此不同。
60.图3b图示出与图3a有些类似的具有有着不同几何形状的两个天线的天线阵列的另一个平面图。在该示例中，天线11、13被图示为基本上线性的带，每个带具有横向长度l
11
、l
13
、横向宽度w
11
、w
13
以及周边边缘e
11
、e
13
。周边边缘e
11
、e
13
围绕天线11、13的整个外周延伸，并在平面图中界定区域。在该示例中，当观察图3b时，横向长度l
11
、l
13
和/或横向宽度w
11
、w
13
大于天线11、13延伸进页面中/从页面延伸的厚度维度。在该示例中，天线11、13在几何形状上彼此不同，因为天线11、13的端部的形状彼此不同。例如，当观察图3b时，天线11的右端42具有与天线13的右端44不同的形状。类似地，天线11的左端46可以具有与右端42类似的形状，但不同于天线13的左端48，该天线13的左端48可以具有与右端44类似的形状。此外，天线11、13的横向宽度w
11
、w
13
彼此不同。也可能的是，天线11、13的横向长度l
11
、l
13
可以彼此不同。
61.图3c图示出与图3a和图3b有些类似的具有有着不同几何形状的两个天线的天线阵列的另一个平面图。在该示例中，天线11、13被图示为基本上线性的带，每个带具有横向长度l
11
、l
13
、横向宽度w
11
、w
13
以及周边边缘e
11
、e
13
。周边边缘e
11
、e
13
围绕天线11、13的整个外周延伸，并在平面图中界定区域。在该示例中，当观察图3c时，横向长度l
11
、l
13
和/或横向宽度w
11
、w
13
大于天线11、13延伸进页面中/从页面延伸的厚度维度。在该示例中，天线11、13在几何形状上彼此不同，因为天线11、13的端部的形状彼此不同。例如，当观察图3c时，天线11的右端42具有与天线13的右端44不同的形状。类似地，天线11的左端46可以具有与右端42类似的形状，但不同于天线13的左端48，该天线13的左端48可以具有与右端44类似的形状。此外，天线11、13的横向宽度w
11
、w
13
彼此不同。也可能的是，天线11、13的横向长度l
11
、l
13
可以彼此不同。
62.图4a-图4d是发送天线11和接收天线13的端部可以具有以实现几何形状的差异的不同形状的附加示例的平面图。或天线11、13的端部中的一个端部或天线11、13的端部中的两者可具有图4a-图4d中的形状，这包括在图3a-图3c中的实施例中。图4a将端部描绘为大致矩形。图4b将端部描绘为具有一个圆角，而另一个角保持直角。图4c将整个端部描绘成圆形或向外凸出。图4d将端部描绘为向内凹入。许多其他形状是可能的。
63.图5图示出具有图示为基本上线性带的六个天线的天线阵列的另一平面图。在该示例中，天线在几何形状上彼此不同，因为天线的端部的形状、天线的横向长度和/或横向宽度彼此不同。
64.实现天线解耦合的另一种技术是在每个天线之间使用适当的间距，其中该适当的
间距足以迫使由发送天线发送的(一个或多个)信号中的大部分或全部信号进入目标中，由此最小化由接收天线直接从发送天线直接接收到的电磁能量。适当的间距可以由自身使用来实现天线的解耦合。在另一实施例中，适当的间距可以与天线的几何形状的差异一起使用以实现解耦合。
65.参考图2a，在所指示的位置处，发送天线11与接收天线13之间存在间距d。天线11、13之间的间距d可以在每个天线11、13的整个长度上(例如，在x轴线方向上)恒定，或者天线11、13之间的间距d可以变化。只要间距d足以导致由发送天线11发送的(一个或多个)信号中的大部分或全部信号到达目标并且最小化由接收天线13直接从发送天线11直接接收到的电磁能量，任何间距d即可以被使用，由此使天线11、13彼此解耦合。
66.此外，发送天线11与接收天线13之间优选地存在最大间距和最小间距。最大间距可以由外壳29的最大大小决定。在一个实施例中，最大间距可为大约50mm。在一个实施例中，最小间距可为大约1.0mm至大约5.0mm。
67.图6示意性地描绘了非侵入式分析物传感器50的另一示例，其形成非侵入式分析物传感器系统的另一实施例的一部分。非侵入式分析物传感器50使用处于所选择的电磁频率的光波形式的电磁能量来执行本文中描述的非侵入式分析物感测。传感器50包括外壳52和传感器阵列，传感器阵列包括多个发送元件54，多个发送元件54中的每个发送元件54可以发射光形式的电磁能量。在该示例中，发送元件54被设置在围绕接收元件56的阵列中，接收元件56可以是光电检测器。所图示的示例将阵列描绘为具有围绕接收元件56布置成圆形阵列的总共十二个元件54。然而，可以在阵列中提供更多或更少数量的元件54。此外，阵列可以具有除圆形阵列之外的布置。如果元件54中的一个元件54被控制为用作接收元件，则单独的接收元件56不是必需的，如下文关于可以既起到发射光又起到检测光的作用的led详细描述的那样。
68.图7图示出类似于图6的另一个实施例。在图7中，元件54中的每个元件以一种方式被控制，由此元件54中的任何一个或多个元件54可以发射光(并且由此用作发送元件)以及元件54中的任何一个或多个元件54可以充当光检测器(并且由此用作接收元件)。在图7中，由于元件54可以用作发送元件或接收元件，所以不要求使用如图6中的单独的接收元件56。然而，如果期望，单独的接收元件56可以被包括。所图示的示例将阵列描绘为具有布置成3x4或4x3阵列的总共十二个元件54。然而，可以在阵列中提供更多或更少数量的元件54。此外，阵列可以具有包括以圆形阵列设置的元件54的其他布置。
69.在一个实施例中，图6和图7中的元件54可以是发光二极管(led)并且包括led的阵列可以被称为led阵列。可以选择性地被控制以发射光的led(即，光电发射器)或检测光的led(即，光电检测器)是已知的。参见stojanovic等人，“an optical sensing approach based on light emitting diodes”(“基于发光二极管的光学感测方法”)，《物理学杂志：会议系列》第76期(2007年)；rossiter等人，“a novel tactile sensor using amatrix of leds operating in both photoemitter and photodetector modes”(“使用在光电发射器和光电检测器模式下操作的led矩阵的新型触觉传感器”)，《第四届ieee国际传感器会议论文集》(ieee传感器2005)。还参见美国专利4202000，其全部内容通过引用并入本文中。
70.参考图8，在图6和图7的实施例中，一些或所有元件54可以与外壳52的表面58齐平，使得由每个发送元件54发射的光可以从传感器50被发送并且接收元件56(或充当接收
元件的元件54中的一个元件54)检测返回光。在另一实施例中，发送元件54中的一些或全部可以凹入外壳52内，但是来自每个发送元件54的光被适当地引导到外部并且返回光被适当地引导到接收元件54。在又一实施例中，发送元件54中的一些或全部可以从外壳52的表面58(部分地或完全地)突出。
71.在图6和图7中，当元件54是led时，led可以以led中的任意一个或多个led可以发射光的方式被控制。此外，图6的接收元件56可以充当光检测器，或者图6和图7中的led中的任意一个或多个led可以被控制以充当光检测器。所使用的led优选地准许至少两种不同波长的光被发射。在另一实施例中，至少三种或更多种不同波长的光可以被发射。在一个实施例中，led中的每个led可以发射不同波长的光。在一个实施例中，led中的两个或更多个led可以发射相同波长的光。led可以发射人类可见光频谱中的波长(例如，大约380至大约760nm)，包括但不限于视觉感知为蓝光、红光、绿光、白光、橙光、黄光和其他颜色的波长；以及发射不在人类可见光频谱中的波长，这些波长包括但不限于红外波长。还可以使用可见光频谱和不可见光频谱中的波长的组合。由传感器50发射的光波以与由图1-图5中的传感器5发射的rf波类似的方式起作用，因为两者都是电磁波。例如，参考图8，由元件54发射的光波60穿透到目标中并从目标中的分析物反射以形成返回光波62，该返回光波62例如被接收元件56(或被充当接收元件的led)检测。
72.现在参考图9，描绘了用于检测目标中的至少一种分析物的方法70的一个实施例。图9中的方法可以使用本文中描述的包括传感器5和传感器50的传感器设备的实施例中的任何实施例来实践。为了检测分析物，传感器5、50被放置在相对紧邻近目标的位置。相对紧邻近意味着传感器5、50可以接近但不与目标直接物理接触，或者替代地，传感器5、50可以被放置为与目标直接、紧密物理接触。传感器5、50与目标之间的间距可以取决于许多因素，诸如发送信号的功率。假设传感器5、50相对于目标被恰当地定位，则在框72处，发送信号例如由发送电路15生成。然后，发送信号被提供到发送元件(11或54)，发送元件在框74处朝向目标发送发送信号并将发送信号发送到目标中。在框76处，由发送信号接触(一种或多种)分析物而产生的响应然后由接收天线(13、54或56)检测。接收电路获得从接收元件检测到的响应并将检测到的响应提供到控制器。在框78处，检测到的响应然后可以被分析以检测至少一种分析物。分析可以由控制器19和/或由外部设备25和/或由远程服务器27来执行。
73.参考图10，方法70中的框78处的分析可以采取多种形式。在一个实施例中，在框80处，分析可以简单地检测分析物的存在，即分析物是否存在于目标中。替代地，在框82处，分析可以确定存在的分析物的量。
74.例如，在传感器是传感器5并且信号在无线电频率范围中的情况下，发送信号与分析物之间的相互作用在一些情况下可以增加由接收天线检测到的(一个或多个)信号的强度，并且在其他情况下，可以降低由接收天线检测到的(一个或多个)信号的强度。例如，在一个非限制性实施例中，当分析检测到的响应时，目标中的化合物(包括正在被检测的感兴趣的分析物)可以吸收发送信号中的一些发送信号，其中吸收基于发送信号的频率而变。由接收天线检测到的响应信号可以包括在其中目标中的化合物(诸如分析物)吸收发送信号的频率处的强度的下降。吸收频率对于不同的分析物是特定的。由接收天线检测到的(一个或多个)响应信号可以在与感兴趣的分析物相关联的频率处被分析，以基于与由分析物的吸收相对应的信号强度的下降、基于此类信号强度的下降是否在与由感兴趣的分析物的吸
收相对应的频率处被观察到来检测分析物。关于由分析物引起的(一个或多个)信号强度的增加，类似的技术可以被采用。
75.例如，对分析物存在的检测可以通过标识由接收天线检测到的信号强度在与分析物相关联的已知频率处的改变来实现。该改变可以是信号强度的降低或信号强度的增加，这取决于发送信号如何与分析物相互作用。例如，与分析物相关联的已知频率可以通过测试已知包含分析物的溶液来建立。例如，对分析物的量的确定可以通过标识已知频率处的信号改变的幅度(例如使用其中输入变量是信号改变的幅度且输出变量是分析物的量的函数)来实现。对分析物的量的确定进一步可用于例如基于目标的已知质量或体积来确定浓度。在实施例中，分析物的存在和对分析物的量的确定两者都可以例如通过首先标识检测到的信号的改变以检测分析物的存在并且然后处理(一个或多个)检测到的信号以标识改变的幅度来确定量而被确定。
76.在图1-图8的传感器5、50中的任一者的操作中，一个或多个频率扫描或扫描例程可以被实现。频率扫描可以在一频率范围内的多个离散频率(r个频率目标)处被实现。使用在无线电/微波频率范围中的频率的非侵入式分析物传感器的频率扫描的示例描述于wo 2019/217461中，其全部内容通过引用并入本文中。在传感器50的情况下，频率扫描可以用传感器50在基于led的不同波长的电磁频率范围上的可见光波长范围中的多个离散电磁频率处被实现。响应谱由接收元件56或由用作光电检测器的元件54检测，其中响应谱与特定分析物和分析物浓度相关。
77.图11中图示出频率扫描的示例，其中绘制了频率相对于时间的关系图。扫描发生在从起始频率到结束频率的频率范围上。在一个实施例中，在无线电频率传感器5的情况下，起始频率可以是大约10khz并且结束频率可以是大约100ghz。然而，频率扫描的起始频率可以是大约100ghz并且结束频率可以是大约10khz。在传感器50的情况下，起始频率可以是大约400thz(即，大约380nm)并且结束频率可以是大约790thz(即，大约760nm)。然而，频率扫描的起始频率可以是大约790thz并且结束频率可以是大约400thz。
78.在频率范围内所选择的目标频率处，发送元件以相关联的目标频率发射至少一个发送信号。扫描包括多个频率阶跃1、2
……
、n，多个频率阶跃中的每个频率阶跃限定从一个目标频率到下一个目标频率的频率增量改变(增加或减少)。频率扫描中的频率阶跃可以彼此相同，或者频率阶跃中的某些频率阶跃可以彼此不同。例如，在一个实施例中，每个频率阶跃可以是1hz或1khz或1thz、5hz或5khz或5thz、10hz或10khz或10thz等。在以特定目标频率发射信号结束时，控制器通过以频率阶跃增加或减少频率来发起到下一目标频率的阶跃改变，以在下一目标频率处发送一个或多个信号。
79.每个频率阶跃都具有相关联的操作时间。操作时间是从一个目标频率处的操作完成到下一目标频率处的操作完成(即，一个目标频率处的处理器时钟结束到下一目标频率处的处理器时钟结束)或从一个目标频率处的操作起始到下一目标频率处的操作起始的总时间(处理器时钟时间)。每个操作时间由多个子操作100和相关联的子操作时间组成，这些子操作时间是操作时间块内的操作延迟并且构成操作时间块。子操作100包括在从一个目标频率转变到下一目标频率以及以下一目标频率生成和发送信号时发生的所有操作延迟。例如，子操作时间延迟的示例可以包括但不限于：将数据写入到存储器芯片的时间；从存储器或处理器读取数据/指令的时间；从完成的目标频率阶跃到下一目标频率的时间；生成要
以下一目标频率发送的信号的时间；将信号从信号发生器发送到发送元件的时间；由发送元件以下一目标频率发送信号中的一个或多个信号的时间；等等。每个操作时间块中的子操作时间延迟的数量和次数可以变化。
80.在一个实施例中，频率扫描可以由控制器控制使得跨整个扫描的操作时间块中的所有操作时间块彼此相同。例如，在一个实施例中，整个频率扫描上的每个操作时间块可以是30μs。在另一实施例中，频率扫描可以被控制使得跨整个频率扫描的操作时间块中的至少一些操作时间块彼此不同。例如，在一个实施例中，操作时间中的一个或多个操作时间可以是30μs，操作时间中的一个或多个操作时间可以是25μs，操作时间中的一个或多个操作时间可以是35μs，操作时间中的一个或多个操作时间可以是100ms等。在控制频率扫描时，控制器可以将延迟引入一个或多个操作时间中，以实现期望的操作时间。例如，处于特定目标频率的子操作100中的一个子操作中，处于特定目标频率的信号可以被发送多次而不是被发送单次。在另一实施例中，控制器可以对一个或多个子操作100进行加速或消除，由此对操作时间中的一个或多个操作时间进行加速。例如，处于特定目标频率的子操作100中的一个子操作中，处于特定目标频率的信号可以被发送单次而不是被发送多次。用于实现期望的操作时间的任何(一个或多个)技术可以被实现。
81.然而，在一个实施例中，当多个频率扫描被实现时，优选的是，每个频率扫描中的每个目标频率处的频率阶跃的操作时间块彼此匹配。例如，假设第一频率扫描和第二频率扫描，频率扫描可以被控制以实现以下：表1
82.如表1所指示的，两个频率扫描内的操作时间中的一些操作时间被示出为彼此不同。然而，可以优选的是，频率扫描被控制为使得每个频率扫描中的相同阶跃具有相同的操作时间。例如，目标频率f1处的频率扫描1和频率扫描2中的阶跃1各自具有相同的操作时间；目标频率f2处的频率扫描1和频率扫描2中的阶跃2各自具有相同的操作时间，等等。这种所描述的控制有助于确保两个频率扫描尽可能接近相同被执行，使得在尽可能接近相同的条件下获得从每个频率扫描产生的返回信号，这有助于比较和分析从频率扫描产生的返回信号，使得可以在两个频率扫描之间执行同类比较。尽管表1示出了两次频率扫描，但更多数量的频率扫描可以被执行，并且每个频率扫描可以按照关于频率扫描1和2描述的方式来控制。
83.每个频率扫描不需要涵盖相同的频率范围。例如，一次频率扫描可以具有起始频率fs1和结束频率fe2，而第二次频率扫描可以具有起始频率fs3和结束频率fe4。fs1可以等于、小于或大于fs3，并且fe2可以小于、等于或大于fe4。然而，频率扫描应当具有至少一些彼此重叠的频率范围，其中在重叠范围中，频率扫描如上文和表1中所描述地被控制，使得每个频率扫描中的重叠范围中的频率阶跃相同且重叠范围中的频率阶跃的操作时间彼此相同(即，如上文的表1所指示，在重叠范围中，第一频率扫描的第一频率阶跃的操作时间与第二频率扫描的第二频率阶跃的相对应的操作时间相同)。然而，如上文所解释的，在一个实施例中，在重叠范围中，第一频率范围的第一频率阶跃中的至少一些频率阶跃的操作时间可以不彼此相等，并且第二频率范围的第二频率阶跃中的至少一些频率阶跃的操作时间可以彼此不相等。在另一实施例中，在每个频率扫描的重叠范围中或跨每个频率扫描的整个重叠范围，频率扫描中的一个频率扫描中的频率阶跃的操作时间可以彼此相等，并且另一频率扫描中的频率阶跃的操作时间可以彼此相等。
84.本文中描述的频率扫描可以在相对短的总时间帧内一个接一个地连续发生。在另一实施例中，本文中描述的频率扫描不是连续发生的，而是在相对长的时间段内彼此间隔开。例如，一频率扫描可以发生在某一天，而另一频率扫描可以发生在不同的一天。
85.在另一实施例中，代替实现多个频率扫描，单个频率扫描可以被实现。在单个频率扫描中，操作时间块可以彼此相同或者操作时间块中的一些操作时间块可以彼此不同。
86.在另一实施例中，非侵入式传感器可以包括传感器5、50两者的方面。例如，传感器可以包括本文中描述的两个或更多个天线以及本文中描述的led中的两个或更多个led。天线和led可以一起被使用以检测分析物。在另一实施例中，天线可以用于执行初级检测，而led可以确认由天线执行的初级检测。在另一实施例中，led可以用于执行初级检测，而天线可以确认由led执行的初级检测。在另一实施例中，天线(或led)可以用于校准传感器，而led(或天线)可以执行感测。
87.本说明书中使用的术语旨在描述特定实施例并且不旨在进行限制。除非另外清楚地指示，术语“一”(“a”、“an”)、和“该”(“the”)也包括复数形式。术语“包括”和/或“包括有”当在本说明书中使用时指明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件的存在或添加。
88.本技术中公开的示例在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不是前述描述来指示；并且落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变都旨在被包含在其中。

技术特征：
1.一种传感器系统，包括：检测器阵列，所述检测器阵列具有至少一个发送元件和至少一个接收元件，所述至少一个发送元件被定位且被布置成用于将发送信号发送到目标中，并且所述至少一个接收元件被定位且被布置成用于检测由所述至少一个发送元件将所述发送信号发送到所述目标中而产生的响应；发送电路，所述发送电路能电连接到所述至少一个发送元件，所述发送电路被配置成用于生成要由所述至少一个发送元件发送的所述发送信号，所述发送信号处于电磁频谱的无线电频率或可见光范围中；接收电路，所述接收电路能电连接到所述至少一个接收元件，所述接收电路被配置成用于接收由所述至少一个接收元件检测到的所述响应；以及控制系统，所述控制系统连接到所述发送电路并且被配置成用于通过所述至少一个发送元件实现至少第一频率扫描和第二频率扫描，所述第一频率扫描发生在从起始频率到结束频率的第一频率范围上，所述第二频率扫描发生在从起始频率到结束频率的第二频率范围上，并且所述第一频率范围与所述第二频率范围彼此重叠；所述控制系统被配置成用于在所述第一频率范围与所述第二频率范围重叠处将所述第一频率扫描和所述第二频率扫描实现为彼此尽可能接近相同。2.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述第一频率范围与所述第二频率范围重叠处分别具有第一频率阶跃和第二频率阶跃；所述第一频率阶跃与所述第二频率阶跃相同；所述第一频率阶跃和所述第二频率阶跃中的每个频率阶跃具有相关联的操作时间，并且所述第一频率阶跃的操作时间与所述第二频率阶跃的操作时间基本相同。3.如权利要求2所述的传感器系统，其中，所述第一频率阶跃中的至少一些频率阶跃的操作时间彼此不相等，并且所述第二频率阶跃中的至少一些频率阶跃的操作时间彼此不相等。4.如权利要求2所述的传感器系统，其中，所述第一频率阶跃的操作时间彼此相等，并且所述第二频率阶跃的操作时间彼此相等。5.如权利要求2所述的传感器系统，其中，每个操作时间包括多个子操作。6.如权利要求5所述的传感器系统，其中，所述操作时间中的至少一个操作时间的多个子操作包括由所述至少一个发送元件进行的多次频率的发送。7.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述目标是体液，并且所述传感器系统被配置成用于感测葡萄糖、酒精、白细胞或促黄体激素。8.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述至少一个发送元件和所述至少一个接收元件包括天线，并且所述第一频率范围和所述第二频率范围各自处于所述电磁频谱的无线电频率范围或微波频率范围中。9.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述至少一个发送元件和所述至少一个接收元件包括发光二极管，并且所述第一频率范围和所述第二频率范围各自处于所述电磁频谱的可见光范围中。10.一种操作传感器系统的方法，所述传感器系统包括：检测器阵列，所述检测器阵列具有至少一个发送元件和至少一个接收元件，所述至少一个发送元件被定位且被布置成用于将发送信号发送到目标中，并且所述至少一个接收元件被定位且被布置成用于检测由所
述至少一个发送元件将所述发送信号发送到所述目标中而产生的响应；发送电路，所述发送电路能电连接到所述至少一个发送元件，其中所述发送电路被配置成用于生成要由所述至少一个发送元件发送的所述发送信号，所述发送信号处于电磁频谱的无线电频率或可见光范围中；以及接收电路，所述接收电路能电连接到所述至少一个接收元件，其中所述接收电路被配置成用于接收由所述至少一个接收元件检测到的响应，所述方法包括：控制所述传感器系统通过所述至少一个发送元件实现至少第一频率扫描和第二频率扫描，所述第一频率扫描发生在从起始频率到结束频率的第一频率范围上，所述第二频率扫描发生在从起始频率到结束频率的第二频率范围上，并且所述第一频率范围与所述第二频率范围彼此重叠；以及在所述第一频率范围与所述第二频率范围重叠处将所述第一频率扫描和所述第二频率扫描实现为彼此尽可能接近相同。11.如权利要求10所述的方法，包括实现所述第一频率扫描和所述第二频率扫描，使得所述第一频率范围与所述第二频率范围重叠处分别具有第一频率阶跃和第二频率阶跃；所述第一频率阶跃与所述第二频率阶跃相同；所述第一频率阶跃和所述第二频率阶跃中的每个频率阶跃具有相关联的操作时间，并且所述第一频率阶跃的操作时间与所述第二频率阶跃的操作时间基本相同。12.如权利要求11所述的方法，包括控制所述传感器系统使得所述第一频率阶跃中的至少一些频率阶跃的操作时间彼此不相等，以及所述第二频率阶跃中的至少一些频率阶跃的操作时间彼此不相等。13.如权利要求11所述的方法，包括控制所述传感器系统使得所述第一频率阶跃的操作时间彼此相等，以及所述第二频率阶跃的操作时间彼此相等。14.如权利要求11所述的方法，包括控制所述传感器系统使得每个操作时间包括多个子操作。15.如权利要求14所述的方法，包括控制所述传感器系统使得所述操作时间中的至少一个操作时间的多个子操作包括由所述至少一个发送元件进行的多次频率的发送。16.如权利要求10所述的传感器系统，其中，所述目标是体液，并且所述传感器系统被配置成用于感测葡萄糖、酒精、白细胞或促黄体激素。17.如权利要求10所述的方法，其中，所述至少一个发送元件和所述至少一个接收元件包括天线，并且所述第一频率范围和所述第二频率范围各自处于所述电磁频谱的无线电频率范围或微波频率范围中。18.如权利要求10所述的方法，其中，所述至少一个发送元件和所述至少一个接收元件包括发光二极管，并且所述第一频率范围和所述第二频率范围各自处于所述电磁频谱的可见光范围中。

技术总结
使用非光学频率(诸如电磁频谱的无线电频率范围或微波频率范围中的非光学频率)或电磁频谱的可见光范围中的光学频率经由光谱技术检测分析物的传感器。本文中描述的分析物传感器包括具有至少一个发送元件和至少一个接收元件的检测器阵列。发送元件和接收元件可以是天线或诸如发光二极管之类的发光元件。传感器被控制以实现第一频率扫描和第二频率扫描，并且频率扫描具有至少一个重叠的频率范围，其中操作时间在第一频率扫描与第二频率扫描之间是相同的。是相同的。是相同的。


技术研发人员：P
受保护的技术使用者：知识实验室股份有限公司
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2023/9/23