多模式声波传感器.pdf

描述一种多模式传感系统，其可以从包含用于监视化学物质的多个传感元件的声波传感器配置。多个传感元件可以设置在由所述声波传感器的多个壁形成的空腔内，以致于每个传感元件涂敷不同的传感膜。多模式传感系统还包括与所述多个传感元件关联的多个振荡器，其中每个传感元件通常位于具有相同振荡器的反馈环中，以此提供多模式声波传感器，多模式声波传感器提供用于检测和解除吸附化学物质的多模式频率输出。

1、  一种多模式传感系统，包括：
声波传感器，包括用于监视化学物质的多个传感元件，其中所述多个传感元件设置在由所述声波传感器的多个壁形成的空腔内，其中所述多个传感元件的每个传感元件涂敷不同的传感膜；和
与所述多个传感元件关联的多个振荡器，其中所述多个传感元件的每个传感元件位于具有所述多个振荡器中的一个振荡器的反馈环中，以此提供多模式声波传感器，该多模式声波传感器提供它的多模式频率输出，其中所述多模式频率输出之间的计算出的差值被用来通过去除由于环境变化而不是所述被监视的化学物质引起的响应以促进传感准确度的增加。

2、  根据权利要求1的系统，其中所述多个传感元件的每个传感元件包括石英晶体。

3、  根据权利要求1的系统，其中所述多模式频率输出至少包括下列类型数据之一：弯板模式(FMP)数据、声板模式数据和水平剪切声板模式(SH-APM)数据。

4、  根据权利要求3的系统，其中所述多模式频率输出至少还包括下列类型数据之一：振幅板模式(APM)数据、厚度剪切模式(TSM)数据、表面声波模式(SAW)、和体声波模式(BAW)数据。

5、  根据权利要求4的系统，其中所述多模式频率输出至少还包括下列类型数据之一：扭转模式数据、洛夫波数据、渗漏表面声波模式(LSAW)数据、伪表面声波模式(PSAW)数据、和至少一个多模式声波振动振幅。

6、  根据权利要求5的系统，其中所述多模式频率输出至少还包括下列类型数据之一：横向模式数据、掠面模式数据、表面横向模式数据、谐波模式数据、和倍频模式数据。

7、  根据权利要求5的系统，其中所述至少一个多模式声波振动振幅由所述多个振荡器控制。

8、  根据权利要求7的系统，其中所述至少一个多模式声波振动振幅由所述多个振荡器控制以便产生用来从其键合的表面摇落分析物的振动。

9、  根据权利要求1的系统，所述声波传感器包括SAW传感器。

10、  根据权利要求9的系统，其中所述SAW传感器包括湿度传感器，其提供摇落冷凝在所述SAW传感器上的任何水滴的多个模式，由此允许所述SAW传感器快速地从水饱和中恢复。

11、  根据权利要求1的系统，其中所述多模式声波传感器产生打破分析物和所述多个传感元件之间键合连接的振动。

12、  根据权利要求1的系统，其中所述多个传感元件的所述传感元件包括从至少包括下列金属之一：Al、Pt、Au、Rh、Ir、Cu、Ti、W、Cr、和Ni的组中选择的电极材料。

13、  根据权利要求1的系统，其中所述多个传感元件的所述传感元件包括从至少包括下列合金之一：TiN、CoSi2、和WC的组中选择的电极材料。

14、  根据权利要求1的系统，其中所述多个传感元件的所述传感元件包括从至少包括下列金属-非金属化合物之一：NiCr和CuAl的组中选择的电极材料。

15、  一种双模传感系统，包括：
声波传感器，包括用于监视化学物质的两个传感元件，其中每个传感元件设置在由所述声波传感器的多个壁形成的空腔内的各自的通道内，使得每一个所述传感元件涂敷不同的传感膜；和
与所述传感元件相关联的两个相同的振荡器，其中每个所述传感元件位于具有所述两个相同振荡器的每一个的反馈环中，以此提供双模声波传感器，该双模声波传感器提供它的双模频率输出，其中所述双模频率输出之间的计算出的差值被用来通过去除由于环境变化而不是所述被监视的化学物质引起的响应以促进传感准确度的增加。

16、  根据权利要求15的系统，其中每个传感元件包括石英晶体。

17、  根据权利要求15的系统，其中所述双模声波传感器产生打破分析物和所述多个传感元件之间键合连接的振动。

18、  根据权利要求15的系统，其中所述传感元件包括从至少包括下列材料之一：α石英、铌酸锂(LiNbO3)、和钽酸锂(LiTaO3)、Li2B4O7、ALPO4、GaPO4、硅酸镓镧(La3Ga5SiOl4)、ZnO、和包括Al、Ga或In的外延生长氮化物的组中选择的压电材料。

19、  一种多模式传感系统，包括：
表面声波(SAW)传感器，包括用于监视化学物质的多个石英晶体传感元件，其中所述多个石英晶体传感元件设置在由所述声波传感器的多个壁形成的空腔内，其中所述多个石英晶体传感元件的每个石英晶体传感元件涂敷不同的传感膜；和
与所述多个石英晶体传感元件相关联的多个振荡器，其中所述多个石英晶体传感元件的每个石英晶体传感元件位于具有所述多个振荡器中的一个振荡器的反馈环中，以此提供多模式SAW传感器，多模式SAW传感器提供它的多模式频率输出，其中所述多模式频率输出之间的计算出的差值被用来通过去除由于环境变化而不是所述被监视的化学物质引起的响应以促进传感准确度的增加。

20、  根据权利要求19的系统，其中所述多模式SAW传感器包括湿度传感器，其提供摇落冷凝在所述多模式SAW传感器上的任何水滴的多个模式，由此允许所述多模式SAW传感器快速地从水饱和中恢复；和
其中所述多模式SAW传感器产生打破分析物和所述多个石英晶体传感元件之间键合连接的振动。

多模式声波传感器
技术领域
实施例通常涉及传感系统和方法。实施例还涉及声波传感器，诸如，例如，表面声波(SAW)和体声波(BAW)装置和传感器。
背景技术
声波传感器应用在许多传感应用中，诸如，例如、温度、压力、和/或气体传感装置和系统。声波传感器的例子包括能被用来检测物质诸如化学和生物材料的存在的例如声波传感器的装置。由于对于表面负荷的高灵敏度和产生自它们的固有高Q因子的低噪声，用作传感器的声波(SAW/SBW)装置能提供高灵敏度的检测机制。
表面声波装置典型地使用光刻技术由放置在压电材料上的梳妆交叉指式的转换器制成。表面声波装置可能具有延迟线或谐振器配置。表面声波化学的和/或生物的传感器的选择性通常由置于压电材料上的选择性涂层确定。被测量物质到选择性涂层的吸收和/或吸附能引起SAW/SBW装置上的质量负荷效应、弹性效应、和/或粘弹效应。由于物质的吸收和/或吸附引起的声学性质的变换能解释为对延迟线表面声波装置的延迟时间漂移或对谐振器(BAW/SAW)声波装置的频率偏移。
声波传感设备经常依赖于石英晶体谐振器元件的使用，例如适于与电子振荡器一起使用的类型。在典型的气体传感应用中，在选择性薄膜涂层(即，施加到晶体的一个表面的)中气体分子的吸收能增加晶体的质量，同时降低晶体的谐振频率。厚度剪切模式(TSM)晶体单元，例如AT切单元，的频率与晶体片的厚度成反比。例如，典型的5MHz的3次谐波片是在1百万原子层厚度的量级。分析物的吸收等于石英的一个原子层的质量，其改变频率大约1ppm。
厚度剪切模式谐振器因此被广泛地称为石英晶体微量天平。计算已经确定基频模式的灵敏度比3次谐波的灵敏度大约要灵敏9倍。例如，5MHz的AT切TSM晶体坯大约厚为0.33mm(基频)。例如，电极的厚度在大约0.2-0.5μm的范围内。由于涂层的频率变化典型地为：ΔF＝-2.3×10⁶F²(ΔM/A)，其中值ΔF表示由于涂层导致的频率变化(Hz)，F表示石英片的频率(Hz)，ΔM表示沉积的涂层的质量(g)，且值A表示涂敷的面积(cm²)。
涂敷声学传感器，例如石英晶体谐振器、表面声波和石英晶体微量天平装置，的选择性吸附薄膜由于它们的高灵敏度、选择性和强度对化学的/生物的检测应用具有吸引力。被执行的检测机制依赖于被涂敷压电晶体暴露于气体时物理化学性质和电学性质的变化。测量结果通常被获得作为环线振荡器电路的输出频率，该电路利用被涂敷晶体作为反馈元件。
当传感器暴露于分析物时，薄膜吸附该分析物，且相应的频率偏移被测量作为物理化学变化和电学变化的结果。对涂层性能有贡献的因素包括涂层密度、涂层模量(coating modulus)、基片润湿、涂层形态、电导率、电容和介电常数。涂层材料选择，涂层结构和涂敷技术影响传感器的响应。
取决于涂层材料和基片的属性，用于薄膜沉积的常用技术大范围地改变。这些技术的例子包括CVD、PVD、和对于大多数无机和复合材料的溶胶-凝胶。对于聚合材料，从挥发性溶剂中的聚合物溶液的自我装配浸渍法、铸造法、喷射涂敷、和/或旋转涂敷经常是优选的。基于这些常用技术的配置通常确定了声波传感器的性能。涂敷方法对传感器的重复性也是重要的。因为它们的较短的寿命，这些传感器比基于金属氧化物的传感器更经常地替换。当传感器被替换时，它们丢失了它们对先前获得的气味的记忆。换而言之，这些装置的响应曲线改变了，且替换的传感器必须被重新训练和/或重新校准。
由于实际的原因，沸石被广泛地用作物理吸附涂层材料。沸石是碱金属或碱土族元素(例如Li、Na、K、Mg、Ca、Ba)的具有基于AlO₄和SO₄四面体的大范围3维网络的框架的结晶铝硅酸盐。这些四面体组合成二级多面体构件块，例如立方体，八面体和六边形的棱镜。最后的沸石结构由二级块(secondary block)组合成的规则的3维结晶框架组成。每个铝原子有(-1)电荷并且这导致了网络中的阴离子电荷。
阳离子对平衡电荷和占据非框架位置是必要的。典型地框架由互连的笼(cage)和/或沟道(channel)的规则结构组成。这些基本上“空的”笼和沟道的系统对好的吸附剂提供必要的高的存储容量。沸石吸附剂的特征在于它们均匀的晶粒间孔的尺寸。均匀尺寸的孔能够以尺寸为基础进行分子识别(例如，空间分离)。比能扩散进晶体的最大尺寸还大的分子被排除了。
吸附能力和选择性能够被使用的阳离子类型和离子交换的范围重要地影响。这个类型的改变在优化用于气体分离的沸石中是重要的。均匀的空隙结构，灵活的孔径尺寸改变，优异的热稳定性和水热稳定性，在低的分压下高的吸附容量，和合适的成本使得沸石在很多分离应用中广泛地使用。例如，涂敷在石英晶体微量天平化学传感器上的选择吸附薄膜能被用来选择性地检测CO。该薄涂层包括固态的无孔无机基质和包含在无机基质内的多孔沸石晶体，沸石晶体的孔选择性地吸附具有比预先选定大小更小的尺寸的化学个体。
从溶胶-凝胶衍生的玻璃，聚合物和粘土的组选择该基质。改变沸石晶体的孔以便为Lewis或Bronsted酸性或碱性并能通过金属离子的存在提供沸石内绑扎。该膜可以从氧化铝、硼硅酸铝、钛、水解的二乙氧基二苯基硅烷，或包含沸石晶体的硅烷橡胶基质中进行配置。无机基质的厚度通常约0.001-10μm且沸石晶体的孔的直径近似为0.25-1.2nm。该涂层为从无定形SiO₂基质突出的沸石晶体的单层。
聚合物可被定义为由大量被称为单体的重复单元组成的化合物。这些单体通过共价键连接在一起形成长链。聚合度被定义为链中重复单元的数量。聚合物的性质依赖于聚合物链的总尺寸和保持聚合物在一起的分子间力和分子内力。通常，感兴趣的聚合物性质能被表征为扩散/渗透性质或机械性质。当物质进入聚合物膜的扩散引起简单的质量负荷效应时，扩散/渗透性质的测量是直截了当的。用作传感器涂层的聚合物是丁基橡胶，纤维素聚合物，聚硅氧烷，聚苯胺和聚乙烯等等。
聚合物，特别是橡胶状的无定形聚合物，作为化学灵敏传感器涂层具有几个固有的优点。它们可以通过溶剂浇注或喷射涂敷来沉积为具有相当均匀厚度的薄的、粘附的、连续的膜。它们是非挥发性的并具有同质的成分，并且通过单体与合成工艺的明智选择，它们的化学和物理性质可以在一定程度上被改变。玻璃转化温度Tg，是聚合物从玻璃态变为橡胶状的温度。在Tg以上，渗透率完全由扩散力控制且快速并可逆地进行吸附。橡胶状无定形聚合物的另一个优点是在渗透浓度的较大范围上它们的吸附等温线经常是线性的。
通常，涂敷的吸附薄膜必须是均匀的、粘附的、薄的，当与它的工作介质接触时是化学和物理稳定的。膜厚度的均匀性不是决定性的，但在很多情况下，即当使用渗透率来识别分析物时，是重要的。声波传感器的选择性受涂层结构影响。通过改变形成传感膜的材料的比例可以获得不同的膜结构和因此不同的响应属性。
为了构成具有希望响应属性的传感膜，由于亲和力，分析物分子和传感膜材料可以在溶液中混合，其为了产生最适合的构造。相互作用力由传感膜与分析物之间的亲和力选择。这可以容易地得出具有希望响应属性的传感器。在气体传感器的情况下，为了获得相同的结果，应该在充满相同气体的手套箱内制造吸附薄膜。其他方法包括分子拓印(即，使用分子拓印聚合物形成具体的吸附点)和主客相互作用(即，主分子，例如环糊精，与客分子之间的结构相互作用的结果)。
当在传感器暴露于分析物之后进行解除吸附该分析物，由此增加了响应时间并冒着在传感器最初暴露于寻求被传感器检测的物质之后丧失功能性的风险的时候，涂敷有亲和/吸附型传感材料的声波传感器因此可能有问题。因此需要改进声波传感器，其能够克服这些问题，并且特别地，其不会导致响应时间增加和在传感器最初暴露于寻求被传感器检测的物质之后功能性的丧失。相信在这里披露的传感器能克服这些问题。
发明内容
本发明的下述概要提供来促进对只有本发明才有的一些创新特征的理解且并不旨在全面的描述。通过对整个说明书，权利要求，附图和摘要作为整体来看，能获得对本发明各个方面的全面评价。
因此，提供改进的传感器方法和系统是本发明的一个方面。
提供改进的声波传感器方法和系统是本发明的另一个方面。
提供改进的多模式表面声波(SAW)或体声波(SBW)传感系统是本发明的又一个另外的方面。
双模表面声波(SAW)传感系统也是本发明的一个方面。
如这里所描述的，可以获得本发明上面提到的方面和其他目的和优点。在这里描述多模式传感系统，其可以从包含用于监视化学物质的多个传感元件的声波传感器进行配置。该多个传感元件可以设置在由所述声波传感器的多个壁形成的空腔内，以致于所述多个传感元件的每个传感元件涂敷不同的传感膜。多模式传感系统还包括与所述多个传感元件关联的多个振荡器，其中所述多个传感元件的每个传感元件通常位于具有所述多个振荡器的一个振荡器的反馈环中，以此提供多模式声波传感器，多模式声波传感器提供它的多模式频率输出，其中所述多模式频率输出之间的计算出的差值被用来通过去除由于环境变化而不是所述被监视的化学物质引起的响应以促进传感准确度的增加。
每个传感元件包括石英晶体。多模式频率输出包括一个或多个下述类型的数据：弯板模式(FMP)数据、声板模式数据、水平剪切声板模式(SH-APM)数据、振幅板模式(APM)数据、厚度剪切模式(TSM)数据、表面声波模式(SAW)、体声波模式(BAW)数据、扭转模式数据、洛夫波数据、渗漏表面声波模式(LSAW)数据、伪表面声波模式(PSAW)数据、横向模式数据、掠面模式数据、表面横向模式数据、谐波模式数据、和倍频(overtone)模式数据。
附图说明
附图连同本发明的详细描述进一步说明了本发明，用来解释本发明的原理，附图中遍及全部单独的视图相同的附图标记参考相同的或功能相似的部件，并且该视图组合到说明书中并成为说明书的一部分。
图1说明了根据本发明的优选实施例能够执行的多模式声波传感器系统的框图；
图2说明了根据本发明的可替换实施例能够执行的多模式声波传感器系统的框图；
图3说明了描述根据本发明的优选或可替换优选实施例，能够用来在亲和/吸附型传感器中解除吸附的变化模式的图表；
图4说明了描述根据本发明的优选实施例能够执行的逻辑操作步骤的操作高级流程图。
具体实施方式
在这些非限制示例中讨论的具体值和结构能够改变并仅仅被引用来说明本发明的至少一个实施例并且非旨在限制该发明的范围。
在声波设备中存在很多模式的振动。声波设备被典型地设计以便于仅仅一个模式的振动被优化，同时其他模式被抑制。然而，那些“不希望的”模式能被用来在亲和/吸附型传感器中解除吸附。这些模式包括，例如弯板模式(FMP)、声板模式、水平剪切声板模式(SH-APM)、振幅板模式(APM)、厚度剪切模式(TSM)、表面声波模式(SAW)、体声波模式(BAW)、扭转模式、洛夫波、渗漏表面声波模式(LSAW)、伪表面声波模式(PSAW)、横向模式、掠面模式、表面横向模式、谐波模式、和倍频模式。因此，根据在这里披露的实施例，多个振动模式可被利用来产生多模式声波装置。
图1说明了在其中能够执行本发明实施例的声波传感器系统100的框图。系统100能被执行作为传感器阵列，诸如，例如，位于检测单元102内的多个石英晶体108、110、112、114、和116。每个石英晶体能被设置在振荡器的反馈路径内。例如，石英晶体108能被设置在振荡器电路109的反馈路径内，同时石英晶体110通常被设置在振荡器电路111的反馈路径内。相似地，石英晶体112能被设置在振荡器电路113的反馈路径内，同时石英晶体113通常被设置在振荡器电路115的反馈路径内。最后，石英晶体116通常被设置在振荡器电路117的反馈路径内。振荡器电路109、111、113、115及117与频率计数器104通讯，其在处理器106的指令下依次进行。实际中，气流或其他化学流能够通过入口120进入检测单元102并经由排孔122排出。
就对于例如在图1中描述的系统100的传感器阵列的涂层选择而言，执行最小数量的传感器/涂层以为了适当地表示数据。因此，表现出相似或多余响应的涂层应该被去除。当从一组涂层中被选择时，涂层应当基于例如灵敏度，稳定性或成本的考虑。
通过利用选择性吸附材料可以提高化学气体传感器的选择性。通过利用选择性渗透过滤器可以获得一些提高。然而，冲突在使用传感器之前不是经常能知道的。另外，要求同时监视多个分析物的应用要求多个传感器。在这种情况下，可以利用每个传感器都承载着对感兴趣分析物具有不同程度选择性的涂层的传感器阵列。
就图形识别分析而言，涂层能够根据它对一组分析物的响应进行分类。阵列中的每个传感器能被设计具有不同的涂层，其中每个涂层被选择来对一组分析物的成员进行不同的响应。响应的组合应产生对每个分析的唯一指纹。已经开发了许多方法用以从化学传感器阵列和相应分析物的同一性建立响应图形之间的相关性。阵列的效率依赖于涂层响应的唯一性。
图2说明了能够根据本发明的可替换实施例执行的多模式声波传感器系统200的框图。系统200能被执行作为由第一通道202和第二通道204组成的两通道SAW传感器。第一通道202由传感涂层203组成，同时第二通道204包括传感涂层205。通道202和204的每一个都包括石英晶体传感元件。第二通道204包括石英晶体结构，其与第一通道202包含的结构是相同的，除了传感涂层203和205。两个通道202和204可放置在两个相同的振荡器206和208的反馈路径中，并且电路的输出210是由此生成的两个频率的差值。使用这一安排，通过去除由于环境中的变化而不是被监视的化学物质的变化引起的响应，SAW传感器系统200能增加传感准确度。
选择性吸附涂层材料能被用于不同的气体检测应用。这种涂层材料的示例包括NO₂、SO₂、CO₂、H₂S、NH₃、HCL、水蒸气和碳氢化合物。由于吸附物质和固体之间的分子相互作用发生吸附作用。当发生包括氢键结合和共价键和离子键构造的强相互作用时，发生化学吸附作用。化学吸附甚至可以发生在非常低的浓度，并且化学吸附物质经常“不可逆的”束缚到表面上，即在周围的温度条件下它们不容易解除吸附。然而，根据本发明的另一个实施例，SAW传感器系统200能被执行作为SAW/BAW湿度/露点传感器。同时湿度传感器趋向于在传感材料表面冷凝。多模式的使用因此能摇落水滴且传感器能快速地从水饱和中恢复。
频率能以比其他量更高的准确度进行测量。例如由系统200提供的双模激发能提供高级的传感因为两个模式占据相同的石英体积。在多模式激发中，多个被激发的模式占据压电材料的相同体积。利用共享共同的压电装置的多个振荡器电路，多个模式能同时被激发。然而，在这个设计中，其他模式被设计为在传感器暴露于分析物之后被激发。
压电基片材料为α石英、铌酸锂(LiNbO3)、和钽酸锂(LiTaO3)与Li2B407、ALPO4、GaPO4、硅酸镓镧(La3Ga5SiO14)、ZnO、和外延生长(Al，Ga，In)氮化物。压电装置的电极材料被分成三组：金属(例如Al、Pt、Au、Rh、Ir、Cu、Ti、W、Cr，Ni)、合金(例如NiCr、CuAl)和金属-非金属化合物(例如陶瓷电极：TiN、CoSi2、WC)。
选择性吸附涂层材料已经被用于不同的气体/化学/生物化学材料检测。由于吸附物质和固体之间的分子相互作用发生吸附作用。当发生包括氢键结合和共价键和离子键构造的强相互作用时，发生化学吸附作用。化学吸附甚至可以发生在非常低的浓度，并且化学吸附物质经常“不可逆的”束缚到表面上。换而言之，在周围的温度条件下它们不容易解除吸附解除吸附。
物理吸附表示弱相互作用，典型地范德瓦尔力(van der waalsforce)。普通的吸附材料包括，例如活性炭、二氧化硅和二氧化铝凝胶、沸石、多孔聚合物(例如，Tenax、XAD、红硅藻土)。吸附剂趋于具有大表面积(例如，200～1000m²/g)的多孔固体。通过使用具有大于希望分析物的动态直径的可控孔尺寸的尺寸特殊材料来获得高的鉴别度。从孔彻底排除了所有更大的物质；显著地小于被选分析物的分子，虽然能适应这些孔，但由于尺寸不匹配具有更小的相互作用力。
声波装置的振动能用来打破分析物和传感材料之间的键合(即，连接)。各种声波模式可以在压电设备中传播，这包括了体波和表面波。对于大多数声波装置，经常选择基片材料和晶体取向以便于仅仅一个模式能够被激发。然而，其他模式也能被激发。振动的频率和振幅能够被选择以便于它们最适于打破传感材料和分析物之间的键合。
图3说明了描述根据本发明的优选或可替换实施例，能被用于在亲和/吸附型传感器中解除吸附的变化模式300的图。例如，在图3中描述的厚度包括基频302、3倍频304和5倍频306。图3中还随同扩展306和长度-宽度弯曲308一起描述了表面剪切304。图3说明了这样的事实：在声波装置中可以存在很多振动模式，且声波和/或BAW装置被典型地设计以便于仅仅一个振动模式被优化，同时其他模式被抑制。根据在这里描述的实施例，这种“不希望的”模式，能被用于亲和/吸附型传感器中的解除吸附。这些模式包括，例如弯板模式(FPM)(例如，参见长度-宽度弯曲308)、水平剪切声板模式(SH-APM)(例如，参见表面剪切304)、和厚度剪切模式(TSM)(例如，参见基频302、3倍频304和5倍频306)。当然应这样理解，这些模式仅仅是能够根据优选的或可替换实施例被利用的许多其他类型的模式中的一些，且仅仅在这里参考用于说明的目的。
图4说明了描述根据本发明优选实施例被执行的逻辑操作步骤的操作高级流程图400。如在块402所指出的，SAW或BAW传感器装置被暴露于如在这里所描述的不同模态的测量。此后，在块404所描述的，可以获得这种模态信息。接下来，如在块406所说明的，使用一个或多个其他模式激发SAW或BAW装置。然后，如在块408所说明的，被测对象能从传感器表面分开。最后，如在决410所描述的，传感器准备下一个检测。
在这里所陈述的实施例和示例被给出来最好地解释了本发明和它的实际应用并且由此使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本领域技术人员将承认，已经给出前面的说明和示例仅仅为了说明和举例的目的。其他变化和改变对本领域技术人员而言将是明显的，并且覆盖这些变化和改变也是所附权利要求的目的。
所陈述的说明并不旨在穷举或限制发明的范围。按照上面的教导不偏离下列权利要求的范围，很多变化和改变是可能的。预料本发明的使用能包括具有不同特征的元件。其旨在由所附权利要求所定义的本发明的范围对所有方面的等同物给出全面的认识。