CN101141026A - 用于医学设备的射频采集系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有至少两个射频采集装置的射频采集系统，射频采集装置分别具有一个包含射频标签采集区域的天线，并且被构建成在采集区域内采集射频标签以及由该射频标签提供的标签信息。本发明的特征在于，将所述射频采集系统构建成借助于一个补偿元件将进行采集的射频采集装置的采集区域在至少一个其他射频采集装置的采集区域中衰减成，使得在至少一个其他射频采集装置的采集区域中的射频标签可以不被进行采集的射频采集装置采集到。所述补偿元件构建成将补偿电流输送到至少一个其他天线中，并因此借助于至少一个其他天线在至少一个其他采集区域中产生一个能衰减或消除采集天线在至少一个其他采集区域中的磁场的磁性反向场。

Description

用于医学设备的射频采集系统和方法

技术领域

本发明涉及一种尤其用于医学设备的射频采集系统，其具有至少两个射频采集装置，所述射频采集装置分别具有一个包含射频标签的采集区域的天线。将所述射频采集装置分别构建成在采集区域内采集所述射频标签以及由该射频标签提供的标签信息。

背景技术

在从现有技术公知的具有多个天线的射频采集系统中，其中将多个天线中的任一个分别分配给至少一个射频采集装置，产生以下问题，彼此相邻天线的采集区域的空间或位置的分离，只有通过设定各不相同的谐振频率以及因此设定各不相同的在载波频率范围中的频率信道才可以。

从DE 20 2005 013 779 U1中已知一种借助于近场天线与脉冲转发器通信的装置，在这种装置上，采集区域的空间或位置的分离以及因此被采集的脉冲转发器与进行采集的天线之间的唯一对应，是通过与进行采集的天线相邻的天线的短路实现的。通过所述相邻近场天线的短路，按照DE 20 2005 013 779 U1的教导根据Biot-Savart感应规则产生一个与借助于进行采集的天线由所述进行采集的射频采集装置产生的场反向的磁场。按照DE 20 2005 013 779 U1的教导，短路导致进行采集的、有源馈电的近场天线的采集区域的空间分界。在该采集区域外的脉冲转发器，可以在没有相邻的无源天线短路的情况下还被供以足够的近场能量用于通信，并因此干扰在设定的采集区域内的通信。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题在于，提供一种能够改善采集天线的采集区域的空间或位置分界的射频采集系统。

该技术问题通过一种本文开头所述形式的尤其用于医学设备的射频采集系统解决，其中将射频采集系统构建成使进行采集的射频采集装置的采集区域，尤其是进行采集的射频采集装置的通过感应而扩展或增强到至少一个其它采集区域中的采集区域，在至少一个其他射频采集装置的采集区域中衰减，使得在至少一个其他射频采集装置的采集区域中的射频标签可以不被进行采集的射频采集装置采集到。

为此可以将所述射频采集系统构建成，使构成进行采集的射频采集装置的采集区域的近磁场在至少一个其他采集装置的采集区域中衰减或消除。由此可以使射频标签有利地不对该近磁场进行调制，并因此也不能被采集到。

在优选的实施形式中，所述射频采集系统具有补偿元件，该补偿元件被构建成借助于至少一个其他天线在至少一个其他采集区域中产生一个反向磁场，该反向磁场能衰减或消除采集天线在至少一个其他采集区域中的磁场。如此可以将采集天线的近磁场有利地主动衰减或消除。由此可以优选使所述射频采集装置以同一个谐振频率工作。磁场的主动消除尤其可以通过借助于所述补偿元件将补偿电流输送到至少一个其他天线中实现。相比于其他天线的被动短路所产生的另一个优点在于，短路是与其他天线欧姆电阻上的损耗联系在一起的，并因此也限制了由此产生的反向磁场，尤其是其场强。可以几乎任意强度地产生主动产生的反向场，该反向场也越过其他天线的天然采集区域。为此使补偿元件优选构建成将补偿电流输送到至少一个其他天线中，并因此借助于该至少一个其他天线在至少一个其他采集区域中产生一个能衰减或消除采集天线在该至少一个其他采集区域中的磁场的反向磁场。

这种补偿元件可以例如被构建成产生具有与通过采集天线降落的电压的电压变化曲线反相的电压变化曲线的反向电压，并且尤其为此具有一个电源。为此所述补偿元件可以有利地具有一个在输入端与采集天线连接以及在输出端与至少一个其他天线连接，并被构建成产生与采集天线的电流反相的补偿电流的放大器。由此可以有利地消除或衰减在至少一个其他天线中产生的互感交流电压。

在有利的实施形式中，所述补偿元件具有一个补偿电感，或者本身是一个补偿电感。更加有利地，所述射频采集系统天线的第一接头借助于所述补偿元件彼此连接。进一步有利地，天线的第二接头分别具有彼此相同的电位，并优选电气地互相连接。如此，可以有利地构成一个具有电感的网络，通过该网络可以将适用于补偿的电流输送到其他天线中。

优选将所述补偿元件构建成使得由采集天线产生的磁通在至少一个其他天线的范围内借助于补偿电流产生一个与所述磁通反向的磁通，并因此衰减或补偿采集天线的磁场。

以此方式，可以有利地借助于至少一个其他天线产生与采集天线产生的采集磁场相反定向、并且可以至少部分地、在局部区域消除或衰减该采集磁场的磁场。通过先前描述的实施形式，可以使位于由所述补偿元件产生的相反定向的磁场区域中的射频标签有利地不被采集到。

在优选的实施形式中，使所述补偿元件构建成，产生一个与在至少一个其他天线中通过互感产生的互感电压相反定向的自感电压，使得自感电压和互感电压至少部分或完全地互相抵消。如此可以有利地消除或衰减采集天线的磁场。

将所述补偿元件、尤其补偿电感优选构建成，使得在补偿电感上降落的电压的电压曲线和在采集天线上降落的电压的电压曲线在数量和相位方面互相一致。如此，有利地使在至少一个其他天线上降落的电压得以抵消。

也可以考虑射频采集装置的另一种实施形式是带有一个具有补偿电容或是电容的补偿元件。如此例如可以有利地补偿电容式地输送到天线中的寄生电压。

本发明还涉及用于减小采集系统中的采集区域的方法，其中使具有主动采集区域的采集天线与具有被动采集区域的至少一个其他天线尤其通过串扰电感地互相耦合，并且同时将主动采集区域扩展到所述被动采集区域。

优选在所述被动采集区域中尤其主动地衰减或消除扩展到被动采集区域中的主动采集区域，使得安置在被动采集区域中的标签，尤其射频标签，可以不被采集天线采集到。

优选将所述主动采集区域通过磁场构成，并且在被动采集区域中被一个与所述磁场相反定向的磁场衰减或消除。进一步优选使所述相反定向的磁场通过为了驱动采集天线而生成的电流产生。

尤其优选可以通过补偿元件将补偿电流输送到其他的天线中，通过该补偿电流可以产生一个对采集天线的近磁场至少部分地予以补偿的磁场。

在所述方法的优选实施形式中，通过所述采集天线、补偿电感以及通过至少一个其他天线构成一个网络，其中将该网络电流通过补偿电感确定为使得由互感产生的互感电压能被抵消。

如此，可以在至少一个其他天线中自感应出一个可以抵消采集天线产生的互感磁场的磁场。

前面描述的射频采集系统或前面描述的方法分别具有也可以主动地驱动其他射频采集装置的优越性，反之在其他射频采集装置的其他天线短路的方法中，不可以主动地驱动其他的射频采集装置。通过所述补偿元件，可以同时驱动射频采集系统的具有彼此相邻的天线以及互相交叠的采集区域的射频采集装置，而不会由于采集区域的交叠导致空间分辨率的丧失。

其他的优越性是在实施中未见开关元件。用于使天线短路的开关元件如继电器或晶体管的应用对于在DE 20 2005 013 779 U1中描述的方案是绝对必需的。开关元件本身，还有控制线路、开关电路和可能的软件明显地提高了系统的复杂性以及系统成本。此处所描述的方案通过将标准组件应用到天线电路上而几乎是成本不变的。

本发明还涉及具有前面所述形式射频采集系统的医学设备。可以尤其有利地在具有至少两个分别用于一个呼吸软管的接头的呼吸装置中，限定软管接头的采集区域。

医学设备可以是呼吸机、麻醉机或呼吸监视器。

可以将所述医学设备构建成采集软管接头区域中的射频标签。以此方式可以有利地保证呼吸软管已连接在医学设备上。更加有利地是可以保证已将正确的软管型号连接到医学设备上。为此在呼吸软管的端部区域可以具有一个射频标签。

射频采集装置和射频标签可以例如在传输代表标签信息的标签信号时，以下述调制方法之一或以下述调制方法的组合工作。

FM(FM＝Frequenzmodulation，频率调制)；

AM(AM＝Amplitudenmodulation，振幅调制)；

FSK(FSK＝Frequency Shift Keying，频移键控)；

ASK(ASK＝Amplitude Shift Keying，振幅移位键控)；

PSK(PSK＝Phase Shift Keying，相移键控)；

用于采集射频标签的优选频率处于100千赫和350千赫之间的范围，尤其为125千赫，处于1兆赫和20兆赫之间的范围，尤其为13.56兆赫。

其它有利的实施方案从描述在从属权利要求中的特征或这些特征的组合得出。

附图说明

以下根据附图和其它实施例对本发明进行描述。

图1表示具有两个射频采集装置和一个补偿元件的射频采集系统的实施例；

图2表示具有三个射频采集装置和三个补偿元件的射频采集系统的实施例。

具体实施方式

图1示意地表示射频采集系统1的一个实施例。所述射频采集系统1包括射频采集装置2和射频采集装置4。所述射频采集装置2具有一个平衡元件3以及一个与平衡元件3连接的天线L₁。将所述平衡元件3在输入端与一个用于产生带射频电流的射频信号的发射器10连接。所述射频采集装置4具有一个平衡元件5和一个用于产生带射频电流的射频信号的发射器12。所述平衡元件5在输出端与天线L₂、在输入端与发射器12连接。

所述射频采集系统1还具有一个补偿元件L₃。将所述补偿元件L₃构建为电感，其中补偿元件L₃的第一接头通过连接节点15尤其在天线L₁的第一端部区域与天线L₁连接。补偿元件L₃的第二接头通过连接节点13尤其在天线L₂的第一端部区域与天线L₂连接。所述天线L₁和L₂分别至少间接地电气互相连接。在该实施例中，使所述天线L₁通过一个连接节点11、一个连接导线7和一个连接节点9与所述天线L₂连接。

以下阐述系统1的作用原理：

将所述发射器10构建成产生射频信号并将该射频信号通过平衡元件3发射到天线L₁。发射到天线L₁的射频信号的射频电流用i₁表示。由此在天线L₁上降落通过感应产生的电压U₁。由天线L₁产生的近磁场构成射频标签的采集区域并且穿过天线L₂的采集区域。天线L₁和L₂因此电感地互相耦合。还示出一个标识磁通阻抗的互感M，所述磁通使天线L₁和天线L₂互相耦合。所述穿过天线L₂耦合的磁场产生一个与互感M成比例的寄生电压U_M。如果将所述射频采集装置2和4分别通过平衡元件3或者5调整到同一个谐振频率，就可以在天线L₂的采集区域中通过寄生电压U_M形成场增强。如此，在天线L₂采集区域中的射频标签可以以更大的量被采集到，因为此时没有天线L₂的存在而分布在天线L₁采集区域的边缘部分的场力线被集中在天线L₂的采集区域中，并且形成局部增强的磁场强度。

所述射频采集装置2构建成尤其借助于解调器采集由发射器10给出的发射功率，并因此采集通过射频标签的负载调制导致的由天线L₁产生的近磁场的变化。借助于天线L₁、通过连接节点15连接的耦合件L₃和通过连接节点13连接的天线L₂、以及通过连接节点9和11和天线L₁连接的连接导线7构成一个网络，在该网络中流动着电流i₃作为发射器10给出的射频信号的一部分。

这样构成的网络电流i₃在天线L₂中尤其通过自感应产生一个与在天线L₂上降落的电压U2同向的主动感应电压U_A。所述电压U₂因此被作为由通过电流i₂产生的自感应电压、通过取决于电流i₁的互感M产生的电压U_M以及通过电流i₃在天线L₂中的感应产生的电压U_A的总和得出。电流i₃在天线L₂中产生一个反向磁场，该反向磁场能消除或衰减天线L₁在天线L₂的采集区域中的近磁场。

按照网络关系：

-U₁+U₃+U₂＝0

如果在天线L₁上降落的电压U₁和在补偿电感L₃上降落的电压U₃分别具有相同的数值，即满足条件U₁＝U₃，那么在天线L₂上降落的电压U₂就刚好被补偿。如果补偿元件L₃的电感量为

$L_3=\sqrt{L_1\×L_2}/M$

补偿元件L₃就满足上述条件。

可以采用耦合系数K代替互感M，其中使 $M=k\sqrt{L_1\×L_2}$ ，则补偿元件L₃如下表示：

$L_3=\sqrt{L_1\×L_2}/k$

图2表示射频采集系统20的实施例。所述射频采集系统20具有射频采集装置22、射频采集装置24和射频采集装置30。所述射频采集装置22具有一个天线23，射频采集装置24具有一个天线25，以及射频采集装置30具有一个天线27。所述射频采集装置22具有一个在输出端与天线23连接的发射器26。

所述射频采集装置24具有一个在输出端与天线25连接的发射器28。所述射频采集装置30具有一个在输出端与天线27连接的发射器32。发射器26，28和32分别被构建成产生射频电流。

将所述天线23，25和27分别构建成，根据流经天线的射频电流产生一个对应构成的具有用于射频标签的采集区域的近磁场。

在例如通过一个环状成型的导线环构成环状天线的情况下，将采集区域至少以环状逐段地相应于环形线圈的形状构成，并至少逐段地将天线包括在内。

示出由天线23产生的近磁场的场力线51。将一个射频标签60安置在天线23的采集区域中。将所述射频标签60构建成用于对近磁场的负载调制。由天线23产生的近磁场通过这样产生的调制经历了对发射器26具有反作用的磁通变化。

将发射器26与一个具有解调器的采集装置33连接。将所述采集装置33构建成采集对由射频标签60产生的近磁场的负载调制，并产生一个与射频标签60代表的标签信息相对应的标签信号。

还示出一个位于天线25的采集区域中的射频标签61。所述射频标签61也位于天线23的采集区域中，从而由天线23产生的近磁场也可以被射频标签61调制。还示出天线25的采集区域的场力线52。

在由发射器26产生流过天线25的射频电流的情况下，采集到射频标签61。所述场力线52也穿过天线23的采集区域，从而安置在天线23的采集区域中的射频标签60可以被天线25一同采集到。将发射器28与一个对应于采集装置33构建的采集装置29连接。

所述射频采集装置22具有用于和补偿元件连接的接头34，该所述补偿元件与发射器26和天线23的第一接头连接。接头34通过一个补偿元件45与一个用于连接射频采集装置24的补偿元件的接头35连接。接头35与天线25的第一接头连接。天线25的第二接头与射频采集装置24的接头39连接，同时将接头39与射频采集系统20的公共电位连接。天线23的第二接头与射频采集装置22的接头43连接。接头43与射频采集系统20的公共电位连接。所述补偿元件45具有一个电感。

以此方式，可以将由发射器26产生的射频电流至少部分地经过接头34、补偿元件45、接头35、穿过天线25和经过接头39、继续经过所述公共电位并经过接头43流动到发射器26。流经补偿元件45和天线25的电流在天线25的采集区域中产生一个能衰减或消除由天线23在天线25的采集区域中产生的近磁场的反向磁场。以此方式，可以使位于天线25的采集区域中的射频标签61不被天线23所产生的近磁场采集到。

如果发射器28是主动的，并且通过天线25发射射频电流，则由天线25产生的近磁场的场力线52穿过天线23的采集区域。以此方式，可以使安置在天线23的采集区域中的射频标签60被天线25的近磁场一同采集到。但是天线23经过接头35和补偿元件45、经过接头34和经过所述公共的电位、经过接头39和43与发射器28连接，从而使由发射器28产生的射频电流流经天线23。以此方式可以在天线23的采集区域中产生一个能衰减或消除天线25在天线23的采集区域中的近磁场的反向磁场。以此方式可以使射频标签60不被天线25一同采集到。

所述射频采集装置30具有一个和天线27的第一接头连接的接头37。天线27的第二接头与一个和射频采集系统20的公共电位连接的接头41连接。接头37借助于一个补偿元件47与接头34连接。接头35借助于一个补偿元件49与接头37连接。

由发射器26产生的射频电流可以至少部分地经过接头34和经过补偿元件47，并继续经过接头37而流经天线27，并在天线27上衰减或消除由天线23产生的近磁场的一部分，其中示例地示出该近磁场的场力线53。

还示出位于天线27的采集区域中的射频标签62。在主动天线25的情况下，由天线25产生的近磁场的场力线55穿过天线27的采集区域。由发射器28产生的射频电流，为了补偿天线25在天线27范围中的近磁场可以经过接头35、补偿元件49和接头37通过天线27发射一个射频电流，并因此衰减或消除天线25在天线27范围中的近磁场。

以前面描述的方式，可以在射频采集系统中将天线作为主动的或被动的天线起作用。也可以考虑一种多个天线或所有天线都是主动的射频采集系统的实施形式。

附图标记清单

1                射频采集系统

2，4             射频采集装置

3，5             平衡元件

10，12           发射器

9，11，13，15    连接节点

20               射频采集系统

22，24，30       射频采集装置

23，25，27       天线

26，28，32       发射器

29，31，33       采集装置

34，35，37       接头

39，41，43       接头

45，47，49       补偿元件

51，52，53，55   场力线

60，61，62       射频标签。

Claims (10)

1.一种具有至少两个射频采集装置(2，4)的射频采集系统(1，20)，所述射频采集装置分别具有一个包含用于射频标签(60，61)的采集区域的天线(L1，L2)，并且构建成采集射频标签(60，61)以及通过该射频标签提供的采集区域中的标签信息，其特征在于，

将所述射频采集系统(1，20)构建成，将一个进行采集的射频采集装置(2，22)的采集区域在至少一个其他的射频采集装置(4，24)的采集区域中衰减成，使得射频标签(61)在所述至少一个其他射频采集装置(4，24)的采集区域中不能被进行采集的射频采集装置(2，22)采集到，其中所述射频采集系统(1，20)具有补偿元件(L3，45，47，49)，该补偿元件与至少一个其他天线(L2，25)连接并被构建成将补偿电流(13)输送到所述至少一个其他天线(L2，25)，并因此借助于该至少一个其他天线(L2，25)在至少一个其他采集区域中产生一个衰减或消除采集天线在至少一个其他采集区域中的磁场(51)的反向磁场。

2.如权利要求1所述的射频采集系统，其特征在于，所述补偿元件(L3，45)具有一个补偿电感，而且射频采集装置(2，4)的天线(L1，L2)的第一接头(13，15)借助于所述补偿元件(L3)彼此连接，所述天线(9，11)的第二接头分别具有相同的电位，以及将补偿元件(L3)构建成，使得由采集天线(L1)产生的磁通在至少一个其他天线(L2)的区域中被一个产生反向磁通的电流衰减或补偿。

3.如上述权利要求中任一项所述的射频采集系统，其特征在于，将所述补偿元件(L3，45，47，49)构建成产生一个与在其他天线中产生的互感电压相反定向的自感电压，使得所述自感电压和互感电压至少部分地互相抵消。

4.如上述权利要求中任一项所述的射频采集系统，其特征在于，将所述补偿元件构建成，使得在补偿元件(L3，45，47，49)上降落的电压的电压变化曲线和在采集天线上降落的电压的电压变化曲线在数量和相位方面彼此一致。

5.如上述权利要求中任一项所述的射频采集系统，其特征在于，所述补偿元件具有补偿电容。

6.如权利要求1所述的射频采集系统，其特征在于，将所述补偿元件(L3，45，47，49)构建成产生一个具有与在采集天线上降落的电压的电压变化曲线反相的电压变化曲线的反向电压。

7.如权利要求6所述的射频采集系统，其特征在于，使所述补偿元件具有一个在输入端与采集天线以及在输出端与至少一个其他天线连接、并被构建成产生一个与采集天线的电流反相的补偿电流的放大器。

8.一种用于减小识别系统中的采集区域的方法，其中具有主动采集区域的采集天线和具有被动采集区域的至少一个其他天线尤其通过串扰电感地互相耦合，从而所述主动采集区域扩展到所述被动采集区域，其特征在于，

扩展到被动采集区域中的主动采集区域在被动采集区域中被主动衰减或消除，使得安置在其他采集区域中的标签可以不被采集天线采集到。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述主动采集区域通过一个磁场构成，并且该主动采集区域在被动采集区域中被一个与所述磁场反向的磁场衰减或消除。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将补偿电流输送到所述其他天线，通过该补偿电流产生一个对采集天线的近磁场至少部分地进行补偿的磁场。

Images