CN102203546A - 用于测量流体弯月面的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种布置成用于测量流体弯月面（132）的几何形状的设备（102）。该设备包括流体腔体（104），其存储第一导电流体（128）和第二电绝缘的流体（324）。所述流体是相互不混溶的且在它们之间限定流体弯月面（132）。再者，提供主电润湿电极（118）和辅助电润湿电极（120，122，124，126）以用于控制流体弯月面的几何形状。为此，包括了用于提供所述主电润湿电极和辅助电润湿电极之间的电压的电压源（134），以及用于分别测量所述主电润湿电极和至少两个所述辅助电润湿电极之间电容的测量电路（144）。为此目的，测量电路包括用于解调指示所述电容的信号的多路复用器。本发明还涉及一种用于测量流体弯月面的方法。

Description

用于测量流体弯月面的设备

技术领域

本发明涉及用于测量流体弯月面的几何形状的设备。

本发明还涉及包括这种设备的导管。

本发明还涉及用于测量流体的几何形状的方法。

背景技术

在WO2006/035407A1中公开了一种可控的光学透镜系统。所述系统包括具有容纳第一和第二流体的腔体的透镜，其中流体之间的界面限定透镜表面。该系统还包括：电极装置，其包括第一电极和第二电极用以电气控制透镜表面的形状；反馈控制回路，其用于基于由电容检测装置提供的信号控制电极装置，该电容检测装置用于测量第一和第二电极之间的电容。

WO2006/035407A1中公开的技术不太适合用于生成流体弯月面的特定几何形状，例如斜平弯月面或者对称的凹形或凸形。

发明内容

本发明的目的是提供一种如前言所述的用于更精确地测量流体弯月面的几何形状的设备。此目的是通过依照本发明的设备来实现，该设备包括：流体腔体，包括第一流体和第二流体，所述第一流体是导电的，所述第二流体是电绝缘的，以及所述第一和第二流体是相互不混溶的且在流体弯月面上相互接触；主电润湿电极和辅助电润湿电极，用于控制流体弯月面的几何形状，所述主电润湿电极位于主平面内，所述辅助电润湿电极部分地围绕所述流体腔体且位于辅助平面内；电压源，用于提供所述主电润湿电极和多个辅助电润湿电极之间的电压；测量电路，用于分别测量主电润湿电极和至少两个辅助电润湿电极之间的电容，所述测量电路包括用于解调指示所述电容的信号的多路复用器。

通过提供多个辅助电润湿电极，以及通过测量所述主电润湿电极和至少两个所述辅助电润湿电极之间的电容，流体弯月面的几何形状有利地允许更精确的确定。所述辅助电润湿电极经由流体腔体中包括的导电第一流体而相互电连接。因此，取决于第一流体的特性，在所述辅助电润湿电极之间存在明显的互作用。辅助电极之间的互作用妨碍单个电容的确定。也就是说，由于所述互作用，代表主电润湿电极和辅助电润湿电极之间的电容的信号指示整体特性。为了抵消辅助电润湿电极之间的互作用的后果，依照本发明的设备提供用于解调代表主电润湿电极和每个辅助电润湿电极之间电容的信号的多路复用器。更具体而言，所述信号分解为代表与单独辅助电润湿电极关联的电容的多个分量。因此，主电润湿电极和至少两个辅助电润湿电极之间的电容易于（amenable for）分别测量。也就是说，可得到更多的关于流体弯月面的实际几何形状的信息。结果，依照本发明的设备使得能够更精确地测量流体弯月面的几何形状。

在依照本发明的设备的优选实施例中，所述测量电路布置成用于测量所述主电润湿电极和每个所述辅助电润湿电极之间的电容。这样做的优点在于，更多的关于流体弯月面的几何形状的信息将变得可得到。

在依照本发明的设备的优选实施例中，该设备包括电压控制电路，其用于基于所述测量电路提供的控制信号控制在所述主电润湿电极和每个所述辅助电润湿电极之间提供的电压。此特征的益处在于补偿流体弯月面的实际几何形状和流体弯月面的所需几何形状之间的偏差。所述偏差可能由于下述原因引起：有可能存在制造公差，或者由于例如温度变化引起的流体腔体中包含的流体的原位改性。再者，在第一流体的密度不同于第二流体的密度的情况下，由于流体腔体相对于重力场的取向的变化导致偏差。电压控制电路通过下述操作来实现对前述偏差的补偿：将由测量电路提供的信号与设定点信号比较，该设定点信号代表流体弯月面的所需几何形状；以及随后基于由测量电路提供的信号和设定点信号之间的可能差异，提供主电润湿电极和每个辅助电润湿电极之间的适当电压。

在依照本发明的设备的另一优选实施例中，所述测量电路包括运算放大器，其用于测量所述主电润湿电极和至少两个所述辅助电润湿电极之间的电容。所述运算放大器配置有负反馈回路，所述负反馈回路配置有预定测量电容，其中所述运算放大器布置成用于与所述多路复用器的输入端协作。所涉及实施例的测量电路的优点在于其能够抵消由于可能的寄生电容引起的干扰效应，所述可能的寄生电容妨碍了对主电润湿电极和每个辅助电润湿电极之间的电容的精确测量。

这种寄生电容的潜在来源为同轴测量线缆。所涉及的依照本发明设备的实施例因此对于下面这样的应用会是特别有益的：其中流体腔体、主电润湿电极和辅助电润湿电极的装置定位在远离该测量电路的地方。此处，所述装置和所述测量电路优选地经由同轴线缆相互连接。这种应用的实例是由导管给出，其中所述装置安装在导管的末端内以用于在扫描期间重定向超声和/或激光束。鉴于导管的末端相对较小的尺寸，测量电路无法集成在所述导管的末端内。因此，此实施例的另一优点在于这样的事实：它使得能够在导管中使用该设备。

在此具体实例中，每个辅助电润湿电极伴有至少一个寄生电容。除此之外，寄生电容被互连。也就是说，主电润湿电极和辅助电润湿电极之间的电容经由流体腔体中包含的第一和第二流体而相互互作用。除此之外，由于同轴线缆在使用期间的弯曲运动，寄生电容不是恒定的。

在依照本发明的设备的另一实施例中，所述测量电路包括开关电路，其包括具有预定第一测量电容的第一测量电容器和具有预定第二测量电容的第二测量电容器，其中第一和第二测量电容互不相同，所述开关电路还包括用于以交替方式和相互排斥的方式驱动第一和第二测量电容器的开关，其中所述开关电路布置成用于与所述多路复用器的输入端协作。所涉及实施例的测量电路的优点在于其能够消除由于可能的寄生电容引起的干扰效应，所述可能的寄生电容阻碍了对主电润湿电极和辅助电润湿电极之间的电容的精确测量。

在依照本发明的设备的优选实施例中，所述多路复用器为频域多路复用器且所述电压源布置成用于以特定频率提供电压。频域多路复用器通过采用解调信号来解调代表主电润湿电极和辅助电润湿电极之间的电容的信号，每个解调信号具有与相应辅助电润湿电极被电压源驱动的频率对应的频率分量。

在依照本发明的设备的实用实施例中，所述多路复用器为时域多路复用器。所述时域多路复用器通过采用解调信号来解调代表主电润湿电极和辅助电润湿电极之间的电容的信号，其中每个解调信号为具有低值和高值的方波信号。所述电压源包括电压开关，其用于交替地断开与相应解调值的高值对应的电压。在方波信号达到其低值的情况下，相应电压被相应电压开关断开。当方波信号达到其高值时，相应电压通过附随电压开关而连接。

在依照本发明的设备的另一实用实施例中，所述第一流体提供第一声速且所述第二流体提供第二声速，其中第一和第二声速互不相同。也就是说，穿过第一流体的声速具有第一值且穿过第二流体的声速具有第二值，其中第一和第二值互不相同。结果，通过适当控制流体弯月面的几何形状，流体弯月面能够重定向声音。所涉及的实施例的可能应用为控制超声束的方向。

在依照本发明的设备的另一实用实施例中，所述第一流体具有第一折射率且所述第二流体具有第二折射率，其中第一和第二折射率不同。结果，通过适当控制流体弯月面的几何形状，流体弯月面能够重定向比如激光束的电磁辐射。

本发明的另一目的是提供一种用于测量流体腔体中包含的导电的第一流体和电绝缘的第二流体之间的流体弯月面的几何形状的方法，所述流体相互不混溶，该方法包括下述步骤：提供主电润湿电极和辅助电润湿电极之间的电压，所述主电润湿电极位于主平面内，所述辅助电润湿电极部分地围绕所述流体腔体且位于辅助平面内；以及通过包括多路复用器的测量电路，分别测量所述主电润湿电极和至少两个所述辅助电润湿电极之间的电容。

在依照本发明的方法的优选实施例中，提供用于控制应用到所述辅助电润湿电极的电压的步骤，其中所述电压基于由所述测量电路提供的信号。

本发明的另一目的是提供一种用于实时控制声音和/或电磁辐射的方向的导管。本发明的此目的是通过依照本发明的导管来实现的，所述导管配置有依照本发明的设备。

本发明还涉及如权利要求11至13所限定的依照本发明的设备在导管、光学存储设备和光学照相机中的用途。

附图说明

图1A以截面图示意性描绘包括流体腔体、主电润湿电极和辅助电润湿电极的设备。

图1B示意性示出图1A中描绘的设备的仰视图。

图2示意性展示电润湿透镜连同同轴线缆和测量电路的电气特性的模型，该测量电路应用到依照图1A和图1B的设备。

图3A以截面图示意性描绘包括流体腔体、主电润湿电极和辅助电润湿电极的设备，该设备还包括配置有时域多路复用器的测量电路。

图3B示意性展示图3A中描绘的设备的仰视图。

图4示意性展示电润湿透镜连同同轴线缆和测量电路的电气特性的模型，其中该测量电路应用到图3A和图3B的设备。

图5描绘代表用于测量流体弯月面的几何形状的方法的流程图。

具体实施方式

在图1A、图1B和图2中描绘依照本发明的设备的第一实施例。图1A描绘设备102的截面图和仰视图，而图1B示出所述设备的仰视图。设备102包括流体腔体104，该流体腔体104具有底部106以及含有壁部108、110、112和114的壁，另见图1B。壁部108、110、112和114配置有用于防止短路的绝缘层116，见图1A。在可替换实施例中，流体腔体可具有圆锥形或圆柱形壁，或者任何其它合适的壁。设备102还包括：主电润湿电极118，在此具体实施例中所述主电润湿电极附连到底部106；以及辅助电润湿电极120、122、124和126，见图1B，所述辅助电润湿电极部分地围绕流体腔体104并且分别附连到壁部108、110、112和114。在此具体实例中，主平面119和辅助平面121、123、125和127不吻合。

参考图1A，流体腔体104包括第一流体128和第二流体130，所述第一和第二流体是相互不混溶的并且限定流体弯月面132为流体128和130之间的界面。第一流体128是导电的并且第二流体130是电绝缘的。也就是说，第一流体128具有第一电导率并且第二流体130具有第二电导率，其中第二电导率相比之下明显小于第一电导率。理想地，第二电导率为零（nihil）。优选地，第一流体的密度和第二流体的密度没有明显的相互差异，从而使得设备102对于其相对于重力场的取向变化较不敏感。

在工作期间，电压V₁、V₂、V₃和V₄由电压源134分别以频率f₁、f₂、f₃和f₄提供到相应的辅助电润湿电极120、122、124和126。此处，f₁≠f₂≠f₃≠f₄成立。通过提供所述电压到辅助电润湿电极120、122、124和126，经由控制接触角

₁和 ₂来控制流体弯月面132的几何形状，见图1A。接触角

₁限定为流体弯月面132和壁部108之间的角度，接触角

₂相应地限定为流体弯月面132和壁部112之间的角度，见图1B。在此实施例中，目的是生成倾斜的直流体弯月面，如图1A所示。通过采用电润湿效应来控制接触角。通过测量主电润湿电极116和每个辅助电润湿电极120、122、124和126之间的电容来估算接触角。也就是说，前述电容由覆盖有导电的第一流体128的电润湿电极的区域136和138的尺寸确定，其中覆盖有导电的第一流体128的区域136和138与所述接触角成比例地变化。流体弯月面132和壁部110以及114之间的接触角同等地被控制。

在此具体实例中，设备102安装在导管的末端140内，目的是实时控制由超声换能器144生成的超声束142的方向，如图1A中所描绘。为此目的，第一流体提供第一声速并且第二流体提供第二声速，其中第一声速不同于第二声速。发生在流体弯月面132处的声速的不连续将重定向超声束。因此，通过控制流体弯月面的倾角，超声束142被转向例如人体内部的目标位置。读者参阅WO2006/035407A1以得到更详细信息。设备102不限于应用在导管中；其它有希望的应用为内窥镜、活检针和扫描显微镜。

由于导管末端的尺寸比较小，测量电路144和电压源134无法与导管的末端140集成。因此，测量电路144和电压源134位于远离导管的末端140的地方。测量电路144布置成用于基于信号153分别测量主电润湿电极118和辅助电润湿电极120、122、124和126之间的电容。信号153指示主电润湿电极118和每个辅助电润湿电极120、122、124和126之间的电容，所述电容分别用C₁、C₂、C₃和C₄表示，见图1A和图1B。因此在此具体实例中，每个辅助电润湿电极120、122、124和126被测量电路144考虑到。测量电路144和电压源134通过同轴线缆146、148、150、151和152物理连接到电润湿透镜102。尽管所述同轴线缆被屏蔽使得同轴线缆之间不存在相互耦合，但是同轴线缆146、148、150、151和152引入明显的寄生电容器，其具有寄生电容C_P1、C_P2、C_P3、C_P4和C_P5。由于同轴线缆146、148、150、151和152在使用期间弯曲运动的原因，寄生电容不是恒定的。注意，线缆146、148、150和151可以由常见电绝缘线缆来实施，在所述线缆之间会形成线缆寄生电容。

图2说明设备102的电气特性的模型。此外，图2更详细描绘应用在图1A和1B的设备中的测量电路144。出于分别测量电容C₁、C₂、C₃和C₄的目的，测量电路202包括配置有负反馈回路206的运算放大器204，该反馈回路配置有具有测量电容C_meas的测量电容器208。运算放大器的正输入端V₊接地。由于负反馈回路206的原因，运算放大器204的负输入端V_-处于虚地，即V_-=V₊成立。后者意味着V_-=0[V]。尽管电流将流过寄生电容C_{P1 、}C_P2、C_P3、C_P4，电容C₁、C₂、C₃和C₄两端的电压分别等于V₁、V₂、V₃和V₄。流过C₁、C₂、C₃和C₄的电流将不流过C_p5，这是因为此电容连接到运算放大器的负输入端V_-，该负输入端处于虚地。因此表征信号210的电压V_meas从下述方程得出，其中该信号210代表主电润湿电极118和辅助电润湿电极120、122、124和126之间的电容：

[1]，

其中ω对应于拉普拉斯变量的虚部且j表示虚数单位。再者，V_meas为采用本身已知的电压计在电容C_meas两端测量的电压。

测量电路202还包括多路复用器212，在此具体实例中该多路复用器采用频域多路复用。可替换地，可以利用时域多路复用。运算放大器204与多路复用器212的输入端211协作。多路复用器212将代表电容C₁、C₂、C₃和C₄的信号210复制为多个信号214、216、218和220，所述多个信号分别代表所述电容。复制的数目对应于辅助电润湿电极的数目。在复制后，利用分别具有频率f₁、f₂、f₃和f₄的解调信号来解调信号214、216、218和220。解调信号的频率等于辅助电润湿电极120、122、124和126（见图1B）由电压源134驱动的频率。解调信号可以是正弦的。可替换地，解调信号可以由方波或者任何其它合适波形来体现。频率f₁、f₂、f₃和f₄为使得在解调之后，信号214、216、218和220的仅仅一个频率分量（见图2）被解调为DC，即0[Hz]，而经解调的信号222、224、226和228中存在的可能的其它频率分量充分远离0[Hz]，例如至少为100[Hz]。

在工作期间，经解调的信号222、224、226和228分别经过低通滤波器230、232、234和236被滤波，所述滤波器具有这样的截至频率：使得经解调的信号的DC分量不受影响而更高频的成份被有效地衰减。经低通滤波的信号238、240、242和244按照下述关系由电压V_meas,1、V_meas,2、V_meas,3和V_meas,4表征，所述电压分别与电容C₁、C₂、C₃和C₄有关：

[2]，

其中。因此，主电润湿电极118和辅助电润湿电极120、122、124和126之间的每个电容C_k可以依照下述关系确定：

[3]，

其中

。应强调，依照本发明的第一实施例不必局限于数目为4的辅助电润湿电极，即系数k允许取任何正整数，只要所述整数不小于2。

参考图1A和1B，描绘了电压控制电路154。电压控制电路154布置成用于下述目的：基于由测量电路144提供的控制信号156，控制分别提供到辅助电润湿电极120、122、124和126的电压V₁、V₂、V₃和V₄，使得流体弯月面132的实际几何形状与流体弯月面132的期望几何形状一致。对于流体弯月面132的几何形状，期望几何形状由接触角设定点

表示。在此具体实施例中，

为四维向量，其包括流体弯月面132分别和壁部108、110、112和114之间的每个接触角

₁、

₂、

₃（未示出）和

₄（未示出）的参考。接触角设定点

通过转换表158的方式转换为电容设定点。电容设定点

为电容C₁、C₂、C₃和C₄的四维参考向量，即主电润湿电极和辅助电润湿电极120、122、124和126之间的电容。转换表158可以例如通过实验获得。在四维求和点160，电容设定点

与测量电容

比较，其中

为包括由测量电路144确定的电容C₁、C₂、C₃和C₄的向量。响应于

和

之间的差异∆，即，控制器162提供四维电压控制信号164到电压源134。电压控制信号164也被提供到测量电路144，从而使得所述测量电路能够依照方程[3]进行计算。接着，电压源134分别提供前述电压V₁、V₂、V₃和V₄到辅助电润湿电极120、122、124和126。注意，纯粹是出于此特定实施例的目的，电压控制电路154专用于控制数目为4个的电压。也就是说，前述电压控制电路控制的电压的数目不受限制，只要所述数目至少为2。

在图3A、图3B和图4中描绘本发明的第二实施例。图3A描绘设备302的截面图而图3B展示所述设备302的仰视图。设备302包括流体腔体304，该流体腔体304具有顶部306和壁，所述壁具有壁部308、310、312和314，见图3B。壁部308、310、312和314配置有用于防止短路的绝缘层316，见图3A。在可替换实施例中，流体腔体304可具有圆锥形或圆柱形壁，或者任何其它合适的壁。设备302包括附连到顶部306的接地的主电润湿电极318。在此具体实例中，设备302包括两个辅助电润湿电极320和322，所述辅助电润湿电极部分地围绕流体腔体304并且分别附连到壁部308和312。

如图3A所示，流体腔体304包括第一流体324和第二流体326，所述第一和第二流体是相互不混溶的且在流体弯月面328上相互接触。第一流体324是导电的且第二流体326是电绝缘的。也就是说，第一流体324具有第一电导率且第二流体326具有第二电导率，其中第二电导率相比之下明显小于第一电导率。理想地，第二电导率为零。

在使用期间，电压V₁和V₂由电压源330应用到辅助电润湿电极320和322。通过提供所述电压到辅助电润湿电极320和322，经由控制接触角 ₁和

₂控制流体弯月面328的几何形状。接触角

₁限定为流体弯月面328和壁部308之间的角度，接触角

₂因此限定为流体弯月面328和壁部312之间的角度。此实例中目的是生成流体弯月面328的面向上的几何形状，也就是说，从流体腔体304底部看到的几何形状。通过采用电润湿效应控制所述接触角。通过测量主电润湿电极318和每个辅助电润湿电极320和322之间的电容来估算接触角

₁和

₂。也就是说，前述电容由电润湿电极的覆盖有导电的第一流体324的区域332和334的尺寸确定，其中覆盖有导电的第一流体324的区域332和334随着接触角

₁和

₂成比例地变化。电压V₁和V₂分别通过第一电压开关331和第二电压开关333而交替地断开。在时间段t₁期间，电压V₁被连接而电压V₂被断开。在时间段t₂期间，电压V₂被连接而电压V₁不连接。因此，每次驱动辅助电润湿电极320和322之一，即时间段t₁和t₂连续重复。

在此实施例中，设备302安装在光学存储驱动器中以用于实时控制由激光器340生成的激光束338的方向的目的，见图3A。为此目的，第一流体324具有第一折射率且第二流体326具有第二折射率，其中第一和第二折射率互不相同。在流体弯月面328出现的折射率的不连续将重定向由激光器340提供的激光束338。因此，通过控制接触角 ₁和

₂，将激光束338聚焦到例如光学存储盘上的目标位置。

测量电路342和电压源330位于远离电润湿透镜302的地方，如图3A和3B所描绘。测量电路342布置成用于分别测量主电润湿电极318和辅助电润湿电极320和322之间的电容，该电容分别用C₁和C₂表示。测量电路342和电压源330优选地通过同轴线缆344、346和348物理连接到设备302。尽管同轴线缆344、346和348被屏蔽使得同轴线缆之间不形成相互耦合，但是所述同轴线缆引入具有电容C_P1、C_P2和C_P3的明显寄生电容器。由于同轴线缆344、346和348在使用期间的弯曲运动，所述寄生电容不是恒定的。

图4描绘设备302的电气特性的模型。此外，图4更详细描绘应用在图3A和3B的设备中的测量电路342。出于分别测量电容C₁和C₂的目的，测量电路402包括开关电路404。开关电路404包括具有已知电容C_meas的第一测量电容器406和具有已知电容的第二测量电容器408，其中

。开关电路404还包括电容开关410，其用于以交替且相互排斥的方式驱动第一和第二测量电容器406和408。通过第一电压开关407和第二电压开关409，电压V₁和V₂分别被交替地断开。

在时间段t₁期间的情况为V₂不被连接。在时间段t₁的第一部分期间，电容开关410启用第一测量电容器406，在时间段t₁的第二部分期间，电容开关410启用第二测量电容器408。因此在时间段t₁的第一部分期间，电压

由下述方程给出，所述电压表征在时间段t₁的第一部分期间的信号412，所述信号412代表电容C₁和C₂：

[4]，

其中C_R2表示由于C_P2和C₂引起的结果电容，该结果电容依照下述方程限定：

[5]。

类似地，对于启用第二测量电容器408的情形，得到电压

的下述表述，所述电压表征在时间段t₁的第二部分期间的信号412：

[6]。

考虑方程[4]和[6]，假设结果容量C_R2在时间段t₁期间保持恒定。时间段t₁与典型地1kHz至1MHz的样本频率关联，该样本频率为明显大于流体腔体304中包含的第一和第二流体324和326的带宽的频率。因此，后一种假设是合理的，并且因此不降低与电容C₁和C₂的测量关联的精确度。将方程[4]和[6]组合，得到两个线性方程的系统。后一种系统含有两个未知量，即电容C₁和寄生电容C_p3。所述线性方程系统可以求解得到未知电容C₁，该解由下述方程给出：

[7]。

在时间段t₂的第一部分期间，电容开关410启用第一测量电容器406，在时间段t₂的第二部分期间，电容开关410启用第二测量电容器408。在时间段t₂期间的情况为V₁断开。因此在时间段t₂的第一部分期间，电压

由下述方程给出，所述电压表征在时间段t₂的第一部分期间的信号412：

[8]，

其中C_R1表示由于C_P1和C₁引起的结果电容，该结果电容依照下述方程限定：

[9]。

类似地，对于启用第二测量电容器408的情形，得到电压

的下述表达，所述电压表征在时间段t₂的第二部分期间的信号412：

[10]。

考虑方程[8]和[10]，假设结果容量C_R1在时间段t₂期间保持恒定。与时间段t₂相似，时间段t₁与典型地1kHz至1MHz的样本频率关联，该样本频率为明显大于流体腔体304中包含的第一和第二流体324和326的带宽的频率。因此，后一种假设是合理的，并且因此不降低与电容C₁和C₂的测量关联的精确度。将方程[8]和[10]组合，得到两个线性方程的系统，所述系统含有两个未知量，即电容C₂和寄生电容C_p3。后一种线性方程系统可以求解得到未知电容C₂，该解由下述方程给出：

[11]。

测量电路402还包括采用时域多路复用的多路复用器414。开关电路404与多路复用器414的输入端413协作。多路复用器414将代表电容C₁和C₂的信号412复制为多个信号416、418，所述多个信号分别表示电容C₁和C₂。复制的数目对应于辅助电润湿电极的数目。在复制之后，通过滤波器420和422由解调信号分别解调所述信号416和418。滤波器420和422由解调信号驱动，在此具体情形中该解调信号为方波信号。此处考虑方波信号，这种信号可以达到两个值，即低值和高水平。在此具体实例中，低值设置为等于零。驱动滤波器420的第一方波信号在时间段t₁期间达到其高值，而驱动滤波器422的第二方波信号在时间段t₂期间达到其高值。因此，当电压V₁被连接时第一方波信号达到其高值，而当V₂被连接时第二方波信号达到其高值。结果，经解调信号424和426可以分别只与电容C₁和C₂有关。

注意，开关电路404不必包括一对测量电容器，也就是说，具有已知的互不相同的电阻的一对测量电阻器或者具有已知的互不相同的电感的一对测量电感器也是可行的。更一般地，线性电子测量元件将是可行的。此处线性电子测量元件限定为无源电子元件，即满足电流和电压之间、电流和电压的时间微分之间或者电流的时间微分和电压之间的线性关系的电子元件。结果，方程[4]直至方程[11]且包括方程[11]将不同。

参考图3A和3B，描绘了电压控制电路350。电压控制电路350布置成用于下述目的：基于由测量电路342提供的控制信号343，分别控制提供到辅助电润湿电极318和320的电压V₁和V₂，使得流体弯月面328的实际几何形状与流体弯月面328的期望几何形状一致，见图3A。

对于流体弯月面328的几何形状，期望几何形状由接触角设定点

表示，其中在此特定实施例的情况下

为二维向量，其包括流体弯月面328分别和壁部308和312之间的每个接触角

₁和

₂的参考。接触角设定点

通过转换表352转换为电容设定点

。在此特定实例中，电容设定点

为二维向量，其包括电容C₁和C₄的参考，即主电润湿电极318和辅助电润湿电极320和322之间的电容。转换表352可以例如通过实验获得。在二维求和点354，电容设定点

与测量电容

比较，其中为包括由测量电路342确定的电容C₁和C₂的二维向量。响应于

和

之间的差异∆，即

，控制器356提供二维电压控制信号358到电压源330。接着，电压源330分别提供前述电压V₁和V₂到辅助电润湿电极320和322。电压控制信号358还被提供到测量电路342，从而使得所述测量电路能够依照方程[7]和[11]进行计算。

图5通过流程图示意性描绘依照本发明的方法的实施例。该方法设置成用于测量流体腔体中包含的导电的第一流体和电绝缘的第二流体之间流体弯月面的几何形状，其中所述流体是相互不混溶的。

该方法包括步骤502：提供主电润湿电极和辅助电润湿电极之间的电压，该主电润湿电极位于主平面内，该辅助电润湿电极部分地围绕流体腔体且位于辅助平面内，该辅助平面不是主平面。该方法还包括步骤504：通过包括多路复用器的测量电路，分别测量所述主电润湿电极和至少两个所述辅助电润湿电极之间的电容。该方法包括步骤506：基于由测量电路提供的信号，控制在所述辅助电润湿电极之间提供的电压。

尽管本发明已经在附图和前述描述中予以详细说明和描述，但是所述说明和描述被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。比如，依照本发明的设备和方法对辅助电润湿电极的数目没有限制，只要该数目不小于2。再者，第一流体的声速以及第一流体的折射率可以分别不同于第二流体的声速和第二流体的折射率。除此之外，可以连同时域多路复用来采用包括配置有负反馈回路的运算放大器的测量，该负反馈回路配置有测量电容，其中该运算放大器布置成与多路复用器的输入端协作。注意，本发明的设备以及所有其部件可以通过应用本身已知的工艺和材料来制成。在权利要求书和说明书中，词语“包括”不排除其它元件，且不定冠词“一”不排除多个。权利要求中的任何附图标记不应解读为限制范围。另外注意，权利要求书中限定的特征的所有可能组合属于本发明的一部分。

Claims (15)

1. 一种用于测量流体弯月面（132，328）的几何形状的设备（102，302），包括：

- 流体腔体（104，304），包括第一流体（128，324）和第二流体（130，326），所述第一流体是导电的，所述第二流体是电绝缘的，以及所述第一和第二流体是相互不混溶的且在流体弯月面（132，328）上相互接触，

- 主电润湿电极（118，318）和辅助电润湿电极（120，122，124，126），用于控制流体弯月面的几何形状，所述主电润湿电极位于主平面（319）内，所述辅助电润湿电极部分地围绕所述流体腔体且位于相应辅助平面（121，123，125，127）内，

- 电压源（134，33），用于提供所述主电润湿电极和多个辅助电润湿电极之间的电压，

- 测量电路（144，342），用于分别测量主电润湿电极和至少两个相应辅助电润湿电极（320，322）之间的电容，所述测量电路包括用于解调指示所述相应电容的信号（210，412）的多路复用器（212，414）。

2. 根据权利要求1的设备，其中所述测量电路布置成用于测量所述主电润湿电极和每个所述辅助电润湿电极（120，122，124，12）之间的电容。

3. 根据权利要求1的设备，包括电压控制电路（154，350），用于基于所述测量电路提供的控制信号（156，343）控制在所述主电润湿电极和每个所述辅助电润湿电极之间提供的电压。

4. 根据权利要求1的设备，其中所述测量电路包括运算放大器（204），用于测量所述主电润湿电极和至少两个所述相应辅助电润湿电极之间的电容，其中所述运算放大器配置有负反馈回路（206），所述负反馈回路配置有具有预定测量电容的测量电容器（208），其中所述运算放大器布置成用于与所述多路复用器的输入端（211）协作。

5. 根据权利要求1的设备，其中所述测量电路包括开关电路（404），用于测量所述主电润湿电极和至少两个所述相应辅助电润湿电极之间的电容，其中所述开关电路包括具有预定第一测量电容的第一测量电容器（406）和具有预定第二测量电容的第二测量电容器（408），其中第一和第二测量电容互不相同，所述开关电路还包括用于以交替方式驱动第一和第二测量电容器的电容开关（410），其中所述开关电路布置成用于与所述多路复用器的输入端（413）协作。

6. 根据权利要求1的设备，其中所述多路复用器为时域多路复用器（414），其中所述时域多路复用器采用解调信号，每个解调信号为具有低值和高值的方波信号，其中所述电压源包括电压开关（331，333，407，409），用于交替地断开与相应解调值的高值对应的电压。

7. 根据权利要求1的设备，其中所述多路复用器为频域多路复用器（212），其中所述电压源布置成用于以特定频率提供电压以及其中所述频域多路复用器采用解调信号，每个解调信号具有与相应的特定频率对应的频率分量。

8. 根据权利要求1的设备，其中所述第一流体具有第一折射率且所述第二流体具有第二折射率，其中第一和第二折射率互不相同。

9. 根据权利要求1的设备，其中所述第一流体提供第一声速且所述第二流体提供第二声速，其中第一和第二声速互不相同。

10. 一种导管（140），包括根据权利要求1的设备。

11. 根据权利要求1的设备在用于超声应用的导管中的用途。

12. 根据权利要求1的设备在光学存储驱动器中的用途。

13. 根据权利要求1的设备在光学照相机中的用途。

14. 一种用于测量流体腔体（104，304）中包括的导电的第一流体（128，324）和电绝缘的第二流体（130，326）之间的流体弯月面（132，328）的几何形状的方法，所述流体是相互不混溶的，该方法包括下述步骤（502，504）：

- 提供主电润湿电极（118，318）和辅助电润湿电极（120，122，124，126）之间的电压，所述主电润湿电极位于主平面（119，319）内，所述辅助电润湿电极部分地围绕所述流体腔体且位于辅助平面（121，123，125，127）内，以及

- 通过包括多路复用器（212，414）的测量电路（144，342），分别测量所述主电润湿电极和至少两个所述辅助电润湿电极（320，322）之间的电容。

15. 根据权利要求14的方法，包括步骤（506）：基于由所述测量电路提供的信号，控制被提供给所述辅助电润湿电极的电压。

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