專利名稱：用于在測(cè)量模塊與傳輸單元之間進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的方法以及一種根據(jù)權(quán)利要求4 的前序部分所述的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置尤其用于在線監(jiān)測(cè)和確定測(cè)量參量或生物反應(yīng)，尤其 是細(xì)胞培養(yǎng)的電特性。
背景技術(shù)：
通常，為了確定樣本的生物特性，以一個(gè)或多個(gè)預(yù)先給定的頻率確定該樣本的 阻抗。通過(guò)許多以不同頻率所測(cè)量的阻抗，可以推斷出樣本的生物特性。為了簡(jiǎn)單并成 本低地設(shè)計(jì)測(cè)量，可以規(guī)定將生物樣本所位于的測(cè)量模塊和將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給中央數(shù) 據(jù)處理單元的傳輸單元實(shí)施為分離的單元。為了在傳輸單元與測(cè)量模塊之間簡(jiǎn)單地進(jìn)行 傳輸，尤其是可以使用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方法-尤其是RFID傳輸方法。有利地可以規(guī)定 將測(cè)量模塊實(shí)現(xiàn)為無(wú)源RFID部件，也就是說(shuō)，通過(guò)從傳輸單元輸出的電磁信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 測(cè)量模塊的能量供給，其中在測(cè)量模塊中進(jìn)行能量中間存儲(chǔ)。
現(xiàn)有技術(shù)的顯著問(wèn)題在于，利用快速改變的電磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生物樣本的阻抗的 測(cè)量以及對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸。出于此原因，可能在接收測(cè)量數(shù)據(jù)期間導(dǎo)致干擾，這些干 擾由于對(duì)之前已經(jīng)測(cè)量的測(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸或者通過(guò)同時(shí)的能量傳輸而產(chǎn)生。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具有的任務(wù)是，解決所述問(wèn)題并且提供克服所述問(wèn)題的方法以及測(cè)量裝置。
本發(fā)明通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征部分的特征的方法以及通過(guò)具有權(quán)利要求4的 特征部分的特征的裝置來(lái)解決該問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置的顯著優(yōu)點(diǎn)在于，在通過(guò)測(cè)量模塊檢測(cè) 測(cè)量參量期間，在測(cè)量所需的電磁信號(hào)與用于數(shù)據(jù)傳輸或能量傳輸?shù)男盘?hào)之間根本不出 現(xiàn)干擾。因此，測(cè)量的準(zhǔn)確性以及信噪比(SNR)得到顯著改善，其中尤其是在與用于數(shù) 據(jù)傳輸?shù)念l帶相疊合的那些頻帶及其諧波或者次諧波中的阻抗測(cè)量的質(zhì)量得到特別顯著 的改善。因此，本發(fā)明阻止了在近場(chǎng)中在用于數(shù)據(jù)傳送和能量傳送的天線與測(cè)量模塊上 的被設(shè)置用于確定測(cè)量參量的部件之間的干擾。
利用權(quán)利要求2的特征，可以做出關(guān)于生物樣本的性質(zhì)的特別準(zhǔn)確的陳述。
利用權(quán)力要求3的特征，保證了特別簡(jiǎn)單的方法流程，該方法流程具有高的容 錯(cuò)性并且提高了測(cè)量過(guò)程的穩(wěn)定性。
具有權(quán)利要求5的特征的裝置以簡(jiǎn)單的方式允許在共同的傳輸單元上集成多個(gè) 測(cè)量模塊。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的包括一個(gè)傳輸單元以及兩個(gè)測(cè)量模塊的測(cè)量構(gòu)造。
圖2示意性地示出測(cè)量模塊的構(gòu)造。
圖3示出時(shí)序圖，該時(shí)序圖以時(shí)間變化曲線示出測(cè)量模塊中暫時(shí)存儲(chǔ)的供給電 壓以及由傳輸單元的相應(yīng)傳輸天線或測(cè)量模塊所傳送的信號(hào)。
圖4示意性地示出對(duì)電磁波形式的信息和能量的傳輸。
具體實(shí)施方式
圖1示出一個(gè)傳輸單元1以及與該傳輸單元1建立無(wú)線電連接的兩個(gè)測(cè)量模塊 2。在此，該傳輸單元1包括多個(gè)第一天線8，其中給每個(gè)測(cè)量模塊2都分配有第一天線 8，其中該第一天線8位于該測(cè)量模塊2的附近范圍中。給每個(gè)第一天線8都分配有天線 驅(qū)動(dòng)器9，該天線驅(qū)動(dòng)器9使得能夠與該天線8進(jìn)行雙向通信。此外，在天線驅(qū)動(dòng)器9處 設(shè)有用于位于傳輸單元1中的多個(gè)第一天線8以及分別所屬的天線驅(qū)動(dòng)器9的供給線路10 或共同的數(shù)據(jù)線路10的另一輸出端。
在第一天線8上方示出測(cè)量模塊2，該測(cè)量模塊2包括第二天線5，該第二天線5 與相應(yīng)的所分配的第一天線8存在電磁有效連接。第一天線8中的每一個(gè)被直接布置在 所分配的第二天線5下方，其中在兩個(gè)被分配給彼此的天線5、8之間可以存在若干毫米 的間隔。每個(gè)測(cè)量模塊2包括樣本容器，可以在該樣本容器中裝入生物測(cè)試材料。傳感 器3通常被布置在相應(yīng)的樣本容器的內(nèi)緣處。
如在圖2中示意性示出的那樣，每一個(gè)測(cè)量模塊2包括一個(gè)或多個(gè)用于接收多個(gè) 物理測(cè)量參量以及將這些物理測(cè)量參量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。在這些傳感器的后面分 別連接有一個(gè)或多個(gè)測(cè)量放大器4以放大信號(hào)幅度或信號(hào)變化曲線并且必要時(shí)對(duì)該信號(hào) 幅度或信號(hào)變化曲線進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。此外，在測(cè)量模塊2內(nèi)設(shè)置有中央數(shù)據(jù)處理單元7， 該中央數(shù)據(jù)處理單元7既與傳感器3、必要時(shí)與測(cè)量放大器4連接，也與相應(yīng)的第二天線 5連接。在該中央數(shù)據(jù)處理單元7-尤其是微控制器中，整理、存儲(chǔ)所確定的并且必要時(shí) 經(jīng)數(shù)字化的測(cè)量數(shù)據(jù)，以及必要時(shí)執(zhí)行預(yù)備分析。中央數(shù)據(jù)處理單元7與第二天線5連 接，其中在該中央數(shù)據(jù)處理單元7與該第二天線5之間中間連接有通信控制單元，該通信 控制單元使得能夠在中央數(shù)據(jù)處理單元7與連接在傳輸單元1上的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通 信。這樣的通信控制單元也能作為中央數(shù)據(jù)處理單元7的集成部件存在。
此外，接收單元6與第二天線5連接，該接收單元6將施加在第二天線5上的信 號(hào)的電磁能量進(jìn)行轉(zhuǎn)化、中間存儲(chǔ)并且以施加在該接收單元6的輸出端上的電壓電平的 形式來(lái)提供。該接收單元6與用于電能的緩沖存儲(chǔ)器連接，即使在給定時(shí)刻沒(méi)有能量從 傳輸單元1傳輸給相應(yīng)的測(cè)量模塊2時(shí)，所述電能也允許中央數(shù)據(jù)處理單元7、傳感器3 以及測(cè)量放大器4繼續(xù)運(yùn)行。因此存在如下可能性在從第一天線8到第二天線5不能 進(jìn)行直接的能量傳輸時(shí)，測(cè)量也能繼續(xù)進(jìn)行。所存儲(chǔ)的能量在接收單元6的輸出端以電 壓電平的形式被提供，其中所存儲(chǔ)的用于電流供給的能量被輸出給傳感器、測(cè)量放大器 以及中央數(shù)據(jù)處理單元7。用于對(duì)中央數(shù)據(jù)處理單元、測(cè)量放大器以及傳感器進(jìn)行電壓供 給的線路在圖1中沒(méi)有示出。
在圖4中示出傳輸單元1與測(cè)量模塊2之間的能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸。電磁能量 Pl被從傳輸單元1傳送給測(cè)量模塊2。不考慮漏磁損失，從傳輸單元1所傳送的電磁能 量Pl在測(cè)量模塊中被第二天線5接收，并且所接收的能量在接收模塊6與數(shù)據(jù)處理單元7之間被劃分。對(duì)所傳送能量的存儲(chǔ)在與接收單元6連接的存儲(chǔ)單元11中進(jìn)行。該存儲(chǔ) 單元11包括電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器使得能夠以恒定電壓供給測(cè)量模塊2。數(shù)據(jù)處理 單元7或連接在數(shù)據(jù)處理單元7前面的通信控制器從電磁數(shù)據(jù)信號(hào)中確定控制信息，這些 控制信息被設(shè)置用于控制測(cè)量模塊2。借助于該信號(hào)，測(cè)量模塊2或中央數(shù)據(jù)處理單元7 可以被傳輸單元1控制。剩余的能量Pl被引導(dǎo)給接收單元6，該接收單元6將以信號(hào)形 式存儲(chǔ)的能量同樣轉(zhuǎn)換成電能并且以施加在該接收單元6的輸出端上的電壓電平的形式 提供該能量。因此，為了借助于傳感器3進(jìn)行測(cè)量以及進(jìn)行從第二天線5到第一天線8 的數(shù)據(jù)傳送，提供有存儲(chǔ)在接收單元6中的那些能量。測(cè)量模塊2的這樣的沒(méi)有持久能 量源也可行的配置在下文中被稱為“無(wú)源”。兩個(gè)通信方中的僅僅一個(gè)需要外部的能量 源以維持通信，而相應(yīng)的另一通信方-即測(cè)量模塊2-從其通信伙伴的數(shù)據(jù)信號(hào)中取得其 能量°
為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，采取如下做法傳輸單元1被設(shè)置為活躍的，并 且發(fā)送電磁信號(hào)到分配給其的測(cè)量模塊2。在此，電磁信號(hào)形式的能量被從傳輸單元1通 過(guò)第一天線8和第二天線5傳輸給接收單元6，由此施加在接收單元6的輸出端上的電壓 電平趨向最大值。如果達(dá)到該最大值，則存在用于執(zhí)行測(cè)量過(guò)程的足夠能量。傳輸單元 1的第一天線8被設(shè)置為不活躍的并且借助于兩個(gè)傳感器3對(duì)樣本阻抗的測(cè)量被啟動(dòng)。在 此值得注意的是，所述測(cè)量現(xiàn)在可以不再受到從第一天線8所輸出的電磁信號(hào)的干擾。 因此，由在從傳感器3發(fā)出的測(cè)量信號(hào)與從第一天線8發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)之間的干擾造成的 干擾可以被完全抑制。由此，也最大程度地抑制尤其是影響由傳感器3所確定的測(cè)量值 的噪聲。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)特別的實(shí)施方式涉及流程控制。對(duì)于執(zhí)行測(cè)量來(lái)說(shuō)重要 的是，在測(cè)量過(guò)程開始時(shí)存在的能量多得使得能夠完整地執(zhí)行該測(cè)量。也就是說(shuō)，否則 在執(zhí)行測(cè)量期間將不再有能量可用，由此已經(jīng)存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)可能又會(huì)丟失。
圖3的上部分圖表示出在第一天線8與第二天線5之間所傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)的時(shí)間 變化曲線。圖3的下部分圖表示出在接收單元6中所存儲(chǔ)的電能。在本方法開始時(shí)，在 接收單元6中尚未存儲(chǔ)能量。在約為200ms的時(shí)間范圍A內(nèi)，從傳輸單元1借助于第一 天線8和第二天線5傳送給測(cè)量模塊2的信號(hào)被用于給接收單元6的能量存儲(chǔ)器充電。 在數(shù)據(jù)傳輸階段B期間，在測(cè)量模塊2中存儲(chǔ)的能量趨向預(yù)先給定的值。也可以在該數(shù) 據(jù)傳輸階段B期間，在測(cè)量模塊2與傳輸單元1之間交換數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸階段B結(jié)束 時(shí)，測(cè)量模塊2通過(guò)其第二天線5發(fā)送停止信號(hào)S，該停止信號(hào)S促使傳輸單元1的第一 天線8被設(shè)置為不活躍。該不活躍設(shè)置在測(cè)量模塊2的發(fā)起下進(jìn)行，該測(cè)量模塊2用信 號(hào)通知傳輸單元1 與接收單元6連接的存儲(chǔ)器單元11被完全充電并且在無(wú)干擾測(cè)量的 意義上必須停止來(lái)自傳輸單元1的其它信號(hào)。傳輸單元1的第一天線8在預(yù)先給定的約 為IOOms的時(shí)間段中被設(shè)置為不活躍的，其中在該時(shí)間期間測(cè)量過(guò)程在測(cè)量模塊2中進(jìn) 行。如在下部分圖表中所示出的那樣，在后面的數(shù)據(jù)確定階段C期間，在接收單元6中 所存儲(chǔ)的能量減少。在該預(yù)先給定的時(shí)間期滿之后，傳輸單元1的第一天線8被重新設(shè) 置為活躍的，由此接收單元6在后面的充電階段D期間被重新再次充電。在充電階段D 結(jié)束之后，可以從測(cè)量模塊2將數(shù)據(jù)傳輸給傳輸單元1。在此，存儲(chǔ)在測(cè)量模塊2中的能 量保持近似恒定，因?yàn)榧词乖跍y(cè)量模塊2中存在電活動(dòng)，也不斷有能量通過(guò)第一天線8被輸送給測(cè)量模塊2。在數(shù)據(jù)傳輸B結(jié)束之后，測(cè)量模塊2重新給出停止脈沖S并且測(cè)量 過(guò)程可以被重新執(zhí)行。通常，這樣的過(guò)程重復(fù)十到二十次，直到所有要確定的數(shù)據(jù)都已 經(jīng)借助于傳感器3被接收并且傳輸給傳輸單元1。
在給每個(gè)測(cè)量模塊2都分配有第一天線8并且給每個(gè)第一天線8都分配有自己的 天線驅(qū)動(dòng)器時(shí)，得出根據(jù)本發(fā)明的裝置的有利實(shí)施方式。在天線驅(qū)動(dòng)器9中的數(shù)據(jù)流量 減少之后，存在具有小的數(shù)據(jù)流量的數(shù)據(jù)線路10以供使用。該數(shù)據(jù)線路10在必要時(shí)可 以與總線互連并且被引導(dǎo)到共同的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用于在具有第一天線(8)的傳輸單元(1)與尤其是無(wú)源的測(cè)量模塊(2)之間對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和傳輸?shù)姆椒?，所述測(cè)量模塊(2)-包括一個(gè)或多個(gè)用于接收測(cè)量參量、尤其是生物參量的傳感器(3)，并且將這些測(cè) 量參量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其中在必要時(shí)在所述傳感器后面連接測(cè)量放大器(4)，-其中利用位于測(cè)量模塊(2)處的第二天線(5)，在測(cè)量模塊(2)與在測(cè)量模塊(2) 的附近范圍內(nèi)所布置的傳輸單元(1)之間對(duì)數(shù)據(jù)、尤其是測(cè)量數(shù)據(jù)和控制信號(hào)進(jìn)行雙向 傳送，-其中利用連接在第二天線(5)后面的接收單元(6)，對(duì)施加在第二天線(5)上的電 磁能量進(jìn)行轉(zhuǎn)化、中間存儲(chǔ)并且以施加在接收單元(6)的輸出端上的電壓電平的形式進(jìn) 行提供，并且所存儲(chǔ)的用于電流供給的能量被輸出給傳感器(3)、必要時(shí)被輸出給測(cè)量放 大器⑷，以及-其中通過(guò)測(cè)量模塊(2)的被饋送以存儲(chǔ)在接收單元(6)中的能量的中央數(shù)據(jù)處理單 元(7)，至少控制測(cè)量模塊(2)所包括的用于進(jìn)一步處理傳感器(3)的測(cè)量信號(hào)并且用于 與傳輸單元(1)進(jìn)行通信的部件，其特征在于，-至少在通過(guò)測(cè)量模塊(2)或者通過(guò)傳感器(3)檢測(cè)測(cè)量參量的時(shí)間期間內(nèi)，將傳輸 單元(1)的第一天線(8)設(shè)置為不活躍的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，傳感器(3)以預(yù)先給定數(shù)目的頻率確定位于 測(cè)量模塊(2)中的生物樣本的阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，a)為了給接收單元(6)傳輸能量，將第一天線(8)設(shè)置為活躍的，并且在第一天線 (8)與第二天線(5)之間傳輸電磁能量，以及將所述能量存儲(chǔ)在測(cè)量模塊(2)中，b)在傳輸預(yù)先給定量的電能之后，由測(cè)量模塊(2)所生成的控制脈沖被傳送或傳輸 給傳輸單元(1)，由此在預(yù)先給定的時(shí)間段內(nèi)第一天線(8)被設(shè)置為不活躍的，C)在所述時(shí)間段期間對(duì)要確定的測(cè)量參量進(jìn)行測(cè)量，d)在預(yù)先給定的時(shí)間段結(jié)束之后，將傳輸單元(1)的天線(8)再次設(shè)置為活躍的，e)在測(cè)量結(jié)束之后，尤其是在預(yù)先給定的時(shí)間段結(jié)束之后，測(cè)量數(shù)據(jù)被以經(jīng)過(guò)編碼 的形式從測(cè)量模塊傳送給傳輸單元(1)，以及f)為了執(zhí)行一系列必要時(shí)對(duì)不同測(cè)量參量進(jìn)行的測(cè)量，必要時(shí)重復(fù)進(jìn)行步驟a)至e) 達(dá)到預(yù)先給定的次數(shù)。
4.一種尤其是用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法的裝置，具有傳輸單元(1)，包括第一天線(8)以及天線驅(qū)動(dòng)器(9)，所述天線驅(qū)動(dòng)器(9)用于控 制第一天線(8)并且借助于第一天線(8)將數(shù)據(jù)傳送給測(cè)量模塊(2)以及對(duì)借助于第一天 線(8)從測(cè)量模塊接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理其中尤其是無(wú)源的測(cè)量模塊(2)包括至少以下部件一個(gè)或多個(gè)傳感器(3)，用于尤其是通過(guò)確定樣本的阻抗來(lái)接收尤其是物理測(cè)量參量 以及將這些物理測(cè)量參量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其中必要時(shí)在所述傳感器(3)的后面連接有測(cè) 量放大器⑷，第二天線(5)，用于在測(cè)量模塊(2)與在測(cè)量模塊(2)的附近范圍內(nèi)所布置的傳輸單元(1)之間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳送，連接在第二天線(5)后面的接收單元(6)，所述接收單元(6)對(duì)施加在第二天線(5) 處的信號(hào)的電磁能量進(jìn)行轉(zhuǎn)化、中間存儲(chǔ)并且以施加在接收單元(6)的輸出端上的電壓 電平的形式進(jìn)行提供，并且所存儲(chǔ)的用于電流供給的能量被輸出給傳感器(3)，必要時(shí)被 輸出給測(cè)量放大器(4)，以及中央數(shù)據(jù)處理單元(7)，被饋送以接收單元(6)中所存儲(chǔ)的能量，以控制測(cè)量模塊 (2)所包括的所述部件、進(jìn)一步處理傳感器(3)的測(cè)量信號(hào)以及與傳輸單元(1)通信， 其特征在于，天線驅(qū)動(dòng)器(9)具有用于在獲得從第二天線(5)輸出的停止信號(hào)時(shí)在時(shí)間上有限地停 止或電停用第一天線(8)的電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中傳輸單元(1)具有多個(gè)第一天線(8)和多個(gè)測(cè)量模塊 (2)，其特征在于，a)每個(gè)測(cè)量模塊(2)具有自己的第二天線(5)，并且b)為每個(gè)第一天線(8)接通自己的雙向天線驅(qū)動(dòng)器(9)。
全文摘要
一種用于在具有第一天線(8)的傳輸單元(1)與測(cè)量模塊(2)之間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和傳輸?shù)姆椒?，所述測(cè)量模塊(2)-包括用于接收測(cè)量參量的傳感器(3)，并且將這些測(cè)量參量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，-其中利用位于測(cè)量模塊(2)處的第二天線(5)，在測(cè)量模塊(2)與在測(cè)量模塊(2)的附近范圍內(nèi)所布置的傳輸單元(1)之間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳送，-其中利用連接在第二天線(5)后面的接收單元(6)對(duì)施加在第二天線(5)上的電磁能量進(jìn)行轉(zhuǎn)化、中間存儲(chǔ)，以及-至少在通過(guò)測(cè)量模塊(2)或者通過(guò)傳感器(3)檢測(cè)測(cè)量參量的時(shí)間期間內(nèi)將傳輸單元(1)的第一天線(8)設(shè)置為不活躍的。
文檔編號(hào)H04Q9/00GK102027755SQ200980117134
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者H·克勞亞思, H·布雷克爾, J·維森瓦瑟, R·希爾 申請(qǐng)人:奧地利科技研究所有限責(zé)任公司