CN105556335A - 用于定位在预定区域中的一个或更多个移动元素的装置和在该装置中实施的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于定位在预定区域中的一个或更多个移动元素的装置，该装置包括：-移动元素上的至少一个体载模块，该体载模块包括电子电路和用于发射定位信号的至少一个体载线圈，-用于该体载模块的供电装置，-接收线圈矩阵，其以行和列分布在预定区域附近的支承物上。根据本发明，接收线圈矩阵的行和列是独立的并且每个行和每个列包括串联连接的几个接收线圈；每个线圈具有当所述移动元素在附近时获取所述定位信号的功能；该装置还包括：-连接到接收线圈矩阵的处理单元，其用于通过检测每行和每列上的信号水平来实时地确定移动元素在预定区域中的位置。

Description

用于定位在预定区域中的一个或更多个移动元素的装置和在该装置中实施的方法

本发明涉及用于定位在预定区域中的一个或更多个移动元素的装置和方法。特别有用的应用是测量在笼中的几个动物(啮齿动物等)的活动。然而，本发明具有更广的范围，这是因为其能够被应用于各种领域中。特别可以提到的是：

-·定位人体的部分，例如制造雕塑的手指，使用手指对形状建模，用于计算机应用的人机界面等，

-·相对于表面定位物体(桌游棋子等)，

-·图形输入板的界面、控制装置等。

-·等。

通常，在动物实验领域，有时需要测量在笼中的几个动物(啮齿动物等)的移动。这些动物可以是小鼠、大鼠等。这些啮齿动物被置于笼中，所述笼连接到用于测量它们移动的装置。这种装置用于例如评估疾病的治疗和监视运动机能。该装置可以在光学领域、机械领域或电学领域内制造。

在光学领域中，可以使用红外或可见光区域中的任何摄像机来监视每个小鼠的移动。然而，这具有许多缺点，例如难以正确识别多于两个的啮齿动物，或者由于啮齿动物必须是“可见的”而导致的装置的整体尺寸问题等。

在机械领域，可以使用动态称重技术。缺点在于限于单个啮齿动物的活动的测量，以及来自笼中的物体(木屑、排泄物等)的干扰的极大可能性。还可以使用声脉冲识别技术，但是其具有不能识别啮齿动物和与木屑的存在不相容的缺点。

在电学领域，最有希望的技术当然是射频。例如，在游戏领域中已知描述了用于定位能够在台面上移动的棋子的游戏台面的文献US5853327。每个棋子包括线圈和应答机，所述应答机用于响应于源自被置于台面中的线圈的激励而发射唯一标识符。该台面包括激励线圈阵列。源自棋子的响应被与激励线圈分离地布置在平台中的绕组获取。由内置电池或由激励信号对棋子供电，在这种情况下，棋子包括连接到并入棋子中的线圈的谐振电容器。这种系统的缺点是一个接一个被激励的激励线圈的复杂寻址(adressage)。

本发明的一个主题在于通过提出用于利用磁场定位移动元素的装置来克服前述缺点。

本发明的另一主题在于提出用于非常有效地识别移动元素的装置。

本发明的另一主题在于提出用于定位移动元素的装置，所述装置是小型的并且能够被用于具有障碍物、例如用于小鼠的笼的环境中。

利用用于定位在预定区域中的至少一个移动元素的装置实现了前述目标中的至少一个，所述装置包括：

-移动元素中的至少一个体载模块，该体载模块包括电子电路和用于发射定位信号的至少一个体载线圈，

-用于该体载模块的供电装置，

-接收线圈，其分布在预定区域附件的支承物上。

根据本发明，每个接收线圈具有当移动元素在附近时检测所述定位信号的功能；所述装置还包括：

-处理单元，其连接到所述接收线圈以通过检测信号水平或通过所述支承物上的信号组合来例如实时地或带有时间延迟地确定移动元素在预定区域中的位置，所述信号以阵列形式的行和列寻址。

能够通过阵列的行和列来执行读取，所述阵列不一定是标准正交的。线圈的分布不一定是均匀的；可以存在高密度(几个线圈)的区域和低密度的区域。本发明允许定位一个或更多个移动元素。接收线圈还可以不彼此连接并且可以被独立地读取。

“在附近”是指足以使线圈经由磁场互相作用的距离。本领域技术人员能够通过实验和/或根据所涉及的每个部件的磁特性来确定该距离。

根据一个实施例的示例，阵列的行和列是独立的并且每行和每列由串联连接的几个接收线圈构成。

利用根据本发明的装置，精确度特别取决于接收线圈阵列的行和列的数量的以及每个接收线圈的大小。处理单元允许特别是顺序地或者同时地读取所有的行和列以识别已经获取一部分定位信号的那些。最简单的解决方案中的一个在于在已经获取信号的所有行和所有列中寻找最大值，以从其推断每个移动元素的准确位置。然后，每个移动元素的位置可以显示在屏幕上。定位装置的一些参数(精确度、时间分辨率等)可以例如通过计算方法(例如重心计算、三次样条插值)、存储体载模块的之前位置以选择待在下一定位周期中读取的天线等而得以改进。重心的计算在于计算优选已经获取定位信号的线圈组的重心。检测到的不是最大值，而是构成给定区域的组的重心。

根据本发明，可以恢复(récupérer)行信息和列信息。即处理单元的数字处理，所述数字处理能够允许确定与最大强度的行和最大强度的列的交叉点对应的坐标，该方法是第一方法，可以使用上述更复杂的其他方法。与现有技术的阵列相比，这允许简化接收线圈阵列的设计。

根据本发明的一个有利特征，供电装置可以包括在每个移动元素中的体载电池。在这种情况下，可充电或不可充电的电池被插入移动元素中或置于其上并且对电子电路供能。

根据本发明的一个变型，可以设想供电装置包括被布置在预定区域附近的磁绕组以便通过磁场远程对每个体载模块供电。在这种情况下，供电装置通过磁场远程工作。优点在于由于体载模块不包含电池并且被远程供电，体载模块的使用寿命因此提高，体载线圈例如有利地被用于接收磁能。该能量可以被储存在电容器中以供后续使用。绕组可以是平的，具有允许辐照整个预定区域的直径。

根据本发明的另一变型，供电装置可以通过接收线圈阵列产生，以便通过磁场远程对每个体载模块供电。接收线圈阵列包括接收定位信号的第一功能和供电的第二功能。优选地，这两个功能相继执行。与通过独立的额外绕组的供电装置相比，这允许节省空间，但是使得供电和检测的管理更加复杂。

在通过磁场远程供电的情况下，体载模块优选包括具有获取远程供电磁场的功能的供电线圈。该供电线圈和体载线圈能够构成同一线圈。

根据应用(定位、生理测量等)，体载模块可以包含微控制器、ASIC乃至简单的模拟或数字电路。

利用这种电子电路，体载模块配备有能够对定位信号的产生提供有效管理的智能装置。体载模块可以根据期望的定位信号的发射类型和频率而被参数化。

在单个线圈被用在体载模块中的情况下，该线圈允许在涉及远程供电情况时获取磁场并且允许将定位信号发射到接收线圈。为了无论体载线圈的取向如何都维持良好的灵敏度，可以设想体载模块包括例如两个、或几个体载线圈。在使用三个线圈情况下，这三个线圈可以被布置为三面体形并且可以被布置为替代或补充所述体载线圈。体载线圈专有的所有功能或功能中的一些可以被赋予三面体形布置的这三个线圈。这样，无论移动元素在预定区域中是什么路径，其位置都可以被准确和精确地限定。

根据本发明的一个有利特征，每个体载线圈都可以包括铁氧体芯。该铁氧体芯可以包括具有合适形状(半球形等)的端部以便集中(canaliser)和增大穿过体载线圈或布置为三面体形的线圈的磁通量。

根据本发明的一个实施例，接收线圈阵列能够包括两个电独立的子阵列，每个子阵列包括几行接收线圈，这两个子阵列被叠置并且是垂直的以便形成行和列，通过在每个子阵列中识别最接近发射定位信号的体载线圈的行或通过由一个或更多个线圈行接收的信号组合来执行定位。在这种布置中，行和列在两个不同的平行平面上。能够特别设想具有在几个平面上的线圈行和/或列，以改进阵列的分离度。

作为一个非限制性示例，接收线圈阵列能够由在印刷电路上刻蚀的平线圈或在绝缘平面上的任何导体构成。每个线圈的尺寸能够是5mmx5mm。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于定位在预定区域中的至少一个移动元素的方法，该方法包括以下步骤：

-向移动元素中的至少一个体载模块供电，该体载模块包括电子电路和至少一个体载线圈，

-通过电子电路生成定位信号并且经由体载线圈发射该定位信号，

-借助于分布在预定区域附近的支承物上的接收线圈获取定位信号；每个线圈具有当移动元素在附近时获取所述定位信号的功能，

-通过借助于连接到该支承物的处理单元检测所述支承物上的信号水平来实时地或带有时间延迟地确定移动元素在预定区域中的位置，所述信号水平以阵列形式的行和列寻址。可以使用由一个或更多个线圈阵列接收的信号组合来确定移动元素的位置。

为了有效控制能耗，能够设置周期性执行的供电；在该供电阶段，能量储存在每个体载模块中以供之后在非供电阶段中使用。通常，在供电阶段对能量储存装置、例如电容器供电，然后中断供电并且生成定位信号，以便确定移动元素的位置。

有利地，对于每个体载模块，定位信号能够在不同的时间生成，以便执行使用时分多址(TDMA)的多路复用，以将体载模块彼此区分。定位信号能够是脉冲形式，其会被接收线圈阵列获取。在该实施例中，能够设置能够是供电阶段的结束的同步信号，或者例如由供电绕组或由接收线圈阵列发射的任何其他同步信号。基于该同步信号，每个体载模块能够包括允许在预定时间发射定位信号的计数器，该定位信号对于每个体载模块是不同的。因此，一旦接收，处理单元就能够容易地将每个定位信号与其所源自的体载模块相关联。为此，只需例如测量同步信号和定位信号的接收之间的时间长度。

根据另一实施例，通过生成具有对于每个体载模块来说不同的预定频率的信号来生成定位信号，以便执行使用频分多址(FDMA)的多路复用，以使体载模块彼此区分。体载模块每个能够同时发射频率类型的定位信号。这些频率信号能够几乎同时被接收线圈阵列获取。在该实施例中，一旦接收，处理单元被配置为识别每个定位信号的频率；每个频率允许识别相应的体载模块。还可以设想如此描述的两个实施例的结合。实际上，体载模块能够在不同时刻发射频率信号形式的定位信号。

根据一个有利实施例，每个定位信号能够包含唯一标识符。对定位信号进行编码以简化定位信号和相应体载模块之间的对应性确实是一个问题。

电子电路和体载线圈能够构成RLC电路，所述RLC电路在生成定位信号时振荡。振荡能够甚至是高度阻尼的。特别地，除了前述之外，为了在定位信号中产生过电压并且由此使其更容易被检测到，经过体载线圈的电流被突然中断，以便生成定位信号。涉及经过线圈的电流的突变，优选在电流处于其最高值的时候。特别地，产生了不连续性，引发较高的过电压，其将能够被接收线圈阵列有效获取。

根据审阅绝非限制性的实施例的详细描述以及附图，本发明的其他优点和特征将变得明显，在这些附图中：

图1是根据本发明的装置的示意图，其中手在电视屏幕、电话屏幕等前方移动，

图2是根据本发明的用于测量小鼠活动的装置的示意图，

图3是连接到用于生成定位信号的电子电路的体载线圈的简化电子电路图，

图4是能够被并入体载线圈中以改进其性能的三个铁氧体芯的示意图，

图5和6是布置为三面体形以改进与用于远程供电和特别是三维定位的装置的耦合的体载线圈的示意图，

图7是连接到体载线圈的电子电路的简化的内部电子电路图，

图8是表示由体载模块发射的定位信号的曲线，该信号是阻尼振荡信号的形式，

图9是表示由体载模块发射的定位信号的曲线，该信号是高阻尼振荡信号的形式，

图10是表示由体载模块发射的定位信号的曲线，该信号是包括能够被检测到的明显过电压的脉冲的形式，

图11是图示了根据本发明的用于生成脉冲的过程的示意图，

图12是根据本发明的、在体载模块内部的电子电路的简化示意图，

图13是图示了根据本发明的、线圈以阵列中的行和列布置的简化示意图，

图14是通过模拟获得的曲线，所述曲线图示了在二十个天线的行的端子处产生的(有效的)反电动势，所述行在距发射线圈的移动平面1cm的距离处，

图15是图示了根据本发明的装置的工作原理的示意图，

图16是图示了通过使用时分多址(TDMA)的多路复用进行识别的方法的示意图，和

图17是图示了通过使用频分多址(FDMA)的多路复用进行识别的方法的示意图。

本发明能够有利地被应用于许多领域。下文中，将仅描述两个实施例；从本说明书能够容易地设想或者推断其他实施例。

第一实施例将描述根据本发明的装置在用于产生交互式3D屏幕的显示器的领域中的应用。

第二实施例将描述用于测量几个动物、特别是在笼子中的几只小鼠的活动的装置。本发明能够非常明显地以相同的方式应用于除了小鼠之外的其他动物。

为了说明第一实施例，图1示出了图示屏幕1、特别是触摸屏的非常简化的图。该屏幕被称为是3D交互式的，这是由于其能够接收来自位于距屏幕一段距离处的手7的指令。该屏幕1包括后面板2，其包括硬件和软件装置、特别是用于数据处理和显示的处理单元。优选由透明玻璃制成的前面板3被布置在屏幕1前方。该面板还用于保护屏幕的内部部件。根据本发明，接收线圈阵列4和供电绕组5被插在后面板2和前面板3之间。绕组5能够外部上或如图1所示的位于内部上。能够设想其他形式的供电装置。该供电绕组5的目的在于通过磁场远程地对布置在手7的手指上的体载模块8-12供电。手指能够被称为移动元素。每个体载模块8、…、12包括智能装置，允许其发射用于被接收线圈阵列4获取的定位信号。所述定位信号被设计为使得在由处理单元的处理之后，能够确定每个体载模块的位置。能够根据体载模块所处的、每个手指的端部的位置来生成动作。引申为，一个或更多个体载模块的移动能够被完全监视以便识别被用作命令的手势。在从手势中推断出命令之前，这些手势首先被处理单元解析。

在图1中的示例中，接收线圈阵列被夹在供电装置5和前面板3之间。能够设想其他布置，只要供电装置能够适当地对体载模块8到12供电并且接收线圈阵列能够接收由体载模块发射的定位信号即可。供电装置5能够被夹在阵列4和前面板3之间。

在图1中，附图标记6表示预定区域，即在其中体载模块能够被检测到的空间。该预定区域6由布置在阵列4中的接收线圈的物理特征限定。预定区域6表示这些接收线圈的影响区域。供电装置5还必须被适当地确定尺寸以对位于预定区域中的体载模块供电。

实际中，体载模块能够被并入由用户7穿戴的手套中。这些体载模块还能够是被设计为握在用户7的手指端部的电子装置。

图1中的图不是按比例的。屏幕1能够是计算机屏幕、电视、便携式电话、“智能电话”、或任何其他显示装置或更简单地为具有或不具有连接到处理单元的触点的输入装置(不具有显示器)。

现在将描述一个实施例，其利用根据本发明的装置允许测量例如为欧洲标准类型II类型(267x207x140mm)的笼中的几只小鼠的移动。

该装置用于评估疾病治疗和用于监视运动机能。该研究优先领域的合理之处在于需要改进特别是在评估药理学、基因或细胞治疗方法的背景下的临床试验的定量监视。

图2示出了具有总体附图标记13的这种测量装置，其连接到计算机14。后者能够包括处理单元，该处理单元具有已知为特别用于与测量装置13通信的合适硬件和软件装置。处理单元能够包括安装在主板上的微处理器、随机访问存储器、供电装置、硬盘、常规输入装置和连接到测量装置13的扩展板。软件装置能够被开发用于控制测量装置13和处理源自该测量装置13的数据，以便在显示屏幕上显示小鼠的进展。

微处理器特别允许实施根据本发明的方法的步骤。

根据本发明的测量装置13允许实时地定位例如在267mmx207mm的区域上的八只小鼠S1到S8，所述区域对应于欧洲标准类型II的笼15的底部。小鼠能够在该笼15中自由移动。

体载模块MS1到MS8分别被植入每个小鼠S1到S8中并且定期地发射允许其被接收线圈阵列4定位的电磁信号。该阵列虽然可以与图1中描述的阵列在物理和几何特征上不同，但是其能够以与图1中描述的阵列相同的原理运行。接收线圈阵列4被布置在笼15之下并且与笼15的底部具有基本相同的尺寸。在这种情况下，阵列4是平的、矩形的，并且被定位为与笼15的底部平行。

体载模块MS1到MS8不具有电池。它们由布置在接收线圈阵列4之下的绕组5远程供电。然而，能够设想其他布置，例如在笼15之上。由于空间的原因，接收线圈阵列4和绕组5能够在箱(未示出)中彼此一体地布置，整体上构成能够容纳笼15的支承物。笼15能够被布置使得其能够被移除。由此能够在同一个支承物上使用不同的笼。

测量装置13在连接到计算机14的情况下工作，待定位的小鼠的位置在所述计算机上实时显示和记录。能够在计算机14中设置扩展板以经由有线16或无线线路向接收线圈阵列4提供数据和与其交换数据。扩展板还能够被设置在计算机14中以控制经由线路17对绕组5的供电。

定位的空间精度为5mm并且时间分辨率为1秒。定位的精度依赖于充当接收天线的接收线圈的几何形状。

接收线圈阵列4和绕组5能够与允许在测量装置13和计算机14之间中继信号的其他部件一起被布置在壳体中。测量装置的尺寸为使得这些测量装置能够被用在小鼠的笼架中。

利用该测量装置，绕组5对体载模块MS1到MS8远程供电，体载模块继而生成并且发射由接收线圈阵列4获取的定位信号。后者被设计为能够确定每个体载模块的位置。为此，计算机14被用于控制测量装置和处理源自接收线圈阵列的数据。由此能够实时监视每个小鼠的移动。

除了前述内容之外，图3示出了图示体载模块MS1、…、MS8的图。每个体载模块包括体载线圈18和电子电路19。后者具有电子部件和微控制器，允许定期地或不定期地在预定时间生成定位信号。

更确切地说，体载模块的远程供电装置通过体载线圈18和绕组5之间的电感耦合进行。绕组5是被置于笼15附近的线圈，并且在整个检测区域中发射磁场，以便不管体载模块在笼中的位置和取向如何都对它们供电。

该可变磁场在体载模块内部的体载线圈的端子处感应出电压并且用于对电子电路19供电。

有利地，铁氧体芯能够被用于体载线圈18中以提升远程供电的性能。铁氧体芯的几何形状可以允许使系统对体载模块的取向不那么敏感。因此，如图4的A中示出的具有“半球形”端部的铁氧体芯允许集中由远程供电绕组5发射的磁场的一部分，即使在铁氧体芯的轴线与发射远程供电装置场的绕组5的轴线正交时也是如此。

通常，在使用期间，可能的是，用于发射定位信号的体载线圈没有有效地取向。这能够特别在其轴线不允许与接收线圈阵列耦合时发生。在这种情况下，所接收的定位信号过于微弱而不能被用于定位体载模块。用于纠正该状态的解决方案中的一个在于例如在每个体载模块中使用取向不同的几个发射线圈。图5中的图示出了布置为三面体形的、发射定位信号的线圈的这种拓扑结构。实际上，使用三个线圈而不是仅一个线圈。这三个线圈被布置在三条正交轴线上并且发射同一个定位信号。

能够设想其他配置。因此，无论体载模块相对于阵列的取向如何，接收天线总是接收源自体载模块的、具有足够高水平的一个或更多个信号。

还能够设想利用由一个或更多个发射线圈发射的定位信号以除了确定体载模块的位置之外还确定其取向(绕X、Y和Z轴转动)乃至方向(通过结合几个发射模块或使用几个发射线圈)。

总之，能够设想使发射线圈和接收线圈的取向多重化，例如以改进体载模块的定位和远程供电。

除了发射线圈的允许优化定位的这些几何布置之外，能够设想优化这些不同线圈的使用。例如，根据给定发射器的空间位置，比起同一体载模块的其他发射线圈，能够更多地使用该发射器的、几何学上被最佳布置在用于定位的给定平面中的一个或更多个发射线圈。如果体载模块例如借助于由接收线圈阵列发射的磁场而被供电，则该原理还能够被实施用于体载模块的远程供电。

图5中的线圈是包括铁氧体芯的细长线圈。这些线圈的形状是细长圆柱，沿着旋转轴的高度大于圆柱的直径。

图6示出了图5中示出的线圈形状的另一示例。所述线圈是平的圆柱，其具有小于圆柱直径的高度。

由体载线圈接收的能量允许对每个体载模块的电子电路供电，以便通过使经过如图7所示的线圈LR的电流突变而生成脉冲。线圈LR能够与用于接收能量的线圈相同。图7示出了简化的电子电路图，其中LR和C1被并联布置。具有更大电容的第二电容器C2连接到C1的一端。能够是MOSFET晶体管的开关M被布置在C1的另一端和C2的另一端之间。

体载模块的供电电压V_SUP被用于经由充电电阻器R_chargeC2对电容器C2充电。

为了生成有利地为磁场的定位信号，可以设想随时间变化的电流流过包括一匝或更多匝的线圈LR。用于生成允许定位的信号的两种方法是电容器C1和线圈LR的谐振/振荡和经过线圈LR的电流的突变。通常能够如下地产生定位信号：

●可以使一个或更多个电压充电的电容器放电到一个或更多个线圈中，

●可以在经过一个或更多个线圈的电流中产生突变。

图8到10示出了表示用于由体载模块生成的定位信号的三种解决方案的三条曲线。

●解决方案1：原理是以微阻尼的伪振荡模式使电容器放电到线圈中。图8是表示在接收线圈阵列中感应出的电压的变化的曲线。

●解决方案2：原理是以高阻尼的伪振荡模式使电容器放电到线圈中。图9是表示在接收线圈阵列中感应出的电压的变化的曲线。

该第二解决方案允许在接收线圈阵列中生成与解决方案1的脉冲相比具有更长持续时间并且具有更大振幅的脉冲。

●解决方案3：原理是通过使电感器中的电流快速变化而显著提高在接收线圈阵列中感应出的电压。为此目的，电流流过电感器并且该电流突然变化。这种电流突然变化引起由电感器生成的磁通量的突然变化。由体载模块发射的磁通量的快速变化导致接收线圈阵列中的高感应电压，这是由于在接收线圈的端子处的感应电压随着经过它们的磁通量的变化而增大。图10是表示在接收线圈阵列中感应出的电压的分布的曲线。

所生成的感应电压高于在相似条件下于前述两种解决方案中生成的感应电压。

能够设想允许当经过发射定位信号的电感器的电流达到其最大值时使该电流发生突变的系统。因此，在接收天线的端子处产生的电压将是最大值。这种对最大值的谋求能够例如通过计算、通过检测最大电流或通过其他手段进行。

例如，图11中的图示描述了用于生成定位信号的电子电路的一个实施例，所述定位信号有利地是如在第三解决方案中描述的脉冲。图11是图7中已经示出的电子部件的更简化的表示。

电感器LR和电容器C1并联。C2是初始被充电到U0的高值电容器并且M是例如以晶体管或其他装置构造的可控开关。生成定位信号的步骤能够如下。

在第一阶段，能量被储存在电容器C2中：

阶段1：能量被储存在C2中

●M是断开的

●V_C1＝0V

●没有电流经过LR或C1

●V_C2＝U₀

在第二阶段，能量被转移到线圈LR：

阶段2：能量被转移到LR

●M是闭合的

●V_C1＝U₀

●利用电流对LR充电

在第三阶段，产生过电压：

●阶段3：流经LR的电流ichargeL突变

●M是断开的

●电流ichargeL由于M的突然断开而发生的大变化导致由电感器LR生成的磁通量的突然变化并且因此导致接收线圈端子处的高感应电压。

因此，定位信号能够是通过使回路LR和C1谐振或者通过实施上述突然变化使其更特征化而衰减的谐振信号。

可以通过修改部件(LR、C1、C2、M等)的布置和数量以及部件的选择(具有低串联电阻的LR等)而产生其他拓扑结构，以优化由接收线圈阵列接收的定位信号。

通常，能够使用一个或更多个接收天线来定位体载模块。这些天线能够(通过并排布置)例如形成天线阵列以定位发射模块。每个天线都有利地是线圈，使得获得如例如图1和2所示的接收线圈阵列4。

能够设想除了天线阵列之外的拓扑结构。天线布置的型式不必是规律的。例如，能够设想将接收天线仅布置在期望检测到体载模块位置的特定位置处。最典型的情况会是接收天线的阵列形式的规律布置。接收天线阵列不必是平的并且不必是单个的。可以设想q个阵列或子阵列(q是大于或等于1的整数)，被正交地布置或非正交地布置，以便计算一个或更多个体载模块在空间中的位置(空间定位)。

为了简化测量电子装置，可以减少待测量的信道(天线输出)的数量。这能够通过有线地串联接收天线或使天线组来实现。这些串联天线能够然后被布置成天线行和列以便能够确定体载模块的位置(见图13)。

然后根据在信号被接收所处的接收行和列上接收的水平来计算体载模块的位置。

接收天线能够在柔性或刚性印刷电路上形成并且能够存在于几层印刷电路上，以便具有例如更多匝或更高密度的接收天线。接收天线还能够是螺线管类型的线圈，以提高所接收的信号的水平。

总之，能够设想在所有类型的柔性或刚性、不透明或透明的支承体上生产(印刷、沉积等)接收天线。例如，可以将透明天线阵列布置在期望确定一个或更多个体载模块的位置的表面(玻璃板、计算机屏幕等)之上。天线阵列能够例如由氧化铟锡制成，氧化铟锡是也被用于触摸屏的透明导体。

图12示出了体载模块的电子电路的一个实施例的示例。存在五个主要功能：

功能1：用于接收远程供电和发射定位信号的电子路。在最简单的配置中，该级能够包括调谐并联电路LC，其首先用于从远程供电装置接收能量(将以磁场形式发射的能量转化为能够被用于对体载模块的元件供电的电流)，其次用于发射定位信号(发射将被获取用于定位体载模块的磁场)。

功能2：用于储存用于定位的能量的电路：该级储存从远程供电接收的、将用于产生定位信号的一部分能量。在最简单的配置中，该级能够包括电容器。在远程供电阶段期间，该电容器积累能量。该远程供电阶段之后是等待阶段，在此期间电容器储存能量。最后，在定位阶段期间，该电容器中积累的能量被传输到发射定位信号的级以产生定位信号。

功能3：定序器供电电路：该级储存从远程供电接收的一部分能量以对体载模块的定序器F5供电。定序器是指被用于触发定位信号的整个电路。

功能4：同步电路：同步电路允许检测远程供电阶段的开始和结束，使得模块能够在期望的时间发射定位信号，即在远程供电阶段已经结束时。(在TDMA方法被用于将体载模块彼此识别出时，该级是特别有用的。)

功能5：定序器电路：定序器是被用于触发定位信号的整个电路。基于同步信号，定序器允许在期望的时间触发定位信号的发射。当TDMA方法被用于将体载模块彼此识别出时，在远程供电阶段之后每个体载模块在不同的时间发射其定位信号。

对于图13中示出的示例，接收天线是刻蚀在印刷电路上的线圈，并且允许具有5mm的精度。该解决方案的优点在于除了容易实施之外，与使用“常规”线圈相比不那么昂贵。接收线圈以行和列布置。设置了两个叠置层。在上面的第一层包括串联的几行平线圈。还存在处于第一层之下的第二层，其包括串联的几行平线圈。第一层的行与第二层的行垂直，由此构成能够以行和列寻址的阵列。体载模块的位置由已经检测到最高水平的定位信号的行和列的交叉点指示。

行的端部包括用于将信号传输到计算机14中的处理单元的连接器。

图14示出了模拟曲线，该模拟曲线表示对于在距接收行1cm的高度处的平面上移动的发射线圈，二十个天线的行中感应出的反电动势(有效电压)。发射线圈为具有一匝的体载线圈，其在1kHz频率下具有1mAeff的激励电流，和1cm的直径。

现在将描述根据本发明的装置的功能模式的示例。

通用原理在于定位相对于接收线圈阵列移动的一个或更多个元素(体载模块)，反之亦然。

根据本发明的定位装置由以下构成：

·不同的发射模块(＝体载模块)：S1、S2、S3、…、Sn(n为大于或等于1的整数)

·包括1到p个天线的阵列(p为大于或等于1的整数)

·发射模块的供电模块，其能够是：

‐待定位的发射模块的远程供电装置(远程供电装置)

‐待定位的发射模块中的体载供电装置(例如电池)

图15示出了本发明中使用的方法的基本原理。提供了n个发射模块，它们继而向接收模块(接收线圈阵列)发射定位信号。

图16示出了根据本发明的方法的第一实施例。供电阶段之后，每个模块在发射其定位信号之前等待给定的时间长度。发射模块因此发射时间上分离的响应。能够设想在这种情况下，无论定位信号是周期性或伪周期性信号，定位信号都具有相同频谱。换言之，应用TDMA(“时分多址”)类型的识别：每个模块在分配给其的时间中发射其定位信号。因此，如果笼包含8个小鼠，那么一个接一个地接收8个响应。知道与每个体载模块相关联的响应延迟，就可以识别体载模块(时隙方法)。

图17示出了根据本发明的方法的第二实施例。在该实施例中，供电阶段能够与定位阶段重叠。在这种情况下应用FDMA(“频分多址”)类型的识别：所有体载模块同时但以不同的频率发射其定位信号。知道与每个发射模块(体载模块)相关联的频率，就可以独立地识别每个体载模块。这是频隙方法。工作周期能够非常短，但是这需要处理单元水平的大量资源以用于区分不同频率。

除了前述内容之外，标识符能够与每个体载模块相关联。为了被识别，每个小鼠发送唯一代码。为此目的，能够使用以上两种方法。然而，与前述两种解决方案相比，所发送的信号包括额外的识别信息(每个小鼠的唯一代码)。

因此，本发明能够被用于例如定位啮齿动物、定位人的手指(包括几个发射模块的手套，每个手指一个)、相对于表面定位物体(桌游棋子等)、定位图形输入板上的物体(例如在触针的端部处具有发射模块)，等。

当然，本发明不限于刚才已经描述的示例，并且在不超出本发明的范围的情况下能够进行许多调整。

Claims (14)

1.一种用于定位预定区域中的至少一个移动元素的方法，该方法包括以下步骤：

-向所述移动元素中的至少一个体载模块供电，该体载模块包括电子电路和至少一个体载线圈，

-由所述电子电路生成定位信号并且经由所述体载线圈发射该定位信号，

-借助于分布在所述预定区域附近的支承物上的接收线圈获取定位信号；每个接收线圈具有当所述移动元素在附近时获取所述定位信号的功能，

-通过借助于连接到所述支承物的处理单元检测所述支承物上的信号水平来确定所述移动元素在所述预定区域中的位置，所述信号水平以阵列形式的行和列寻址，

其特征在于，所述电子电路和所述体载线圈构成RLC电路，所述RLC电路在通过突然中断经过所述体载线圈的电流生成所述定位信号时振荡。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，周期性地进行供电；在供电阶段，能量被储存在每个体载模块中以供之后在非供电阶段中使用。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于每个体载模块在不同时刻执行定位信号的生成，以便执行使用时分多址(TDMA)的多路复用来将所述体载模块彼此区分。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过生成具有对每个体载模块来说不同的预定频率的信号来执行定位信号的生成，以便执行使用频分多址(FDMA)的多路复用来将所述体载模块彼此区分。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每个定位信号包含唯一标识符。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在电流处于其最高值时执行所述突然中断。

7.一种用于定位预定区域中的至少一个移动元素的装置，所述装置包括：

-所述移动元素中的至少一个体载模块，该体载模块包括电子电路和用于发射定位信号的至少一个体载线圈，

-用于所述体载模块的供电装置，

-分布在所述预定区域附近的支承物上的接收线圈，

其特征在于，每个接收线圈具有当所述移动元素在附近时检测所述定位信号的功能；该装置还包括：

-连接到所述接收线圈的处理单元，其通过检测所述支承物上的信号水平来确定所述移动元素在所述预定区域中的位置，所述信号以阵列形式的行和列寻址，

其特征在于，所述电子电路和所述体载线圈构成RLC振荡电路，所述电子电路被配置为突然中断经过所述体载线圈的电流以便生成所述定位信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述供电装置包括被布置在所述预定区域附近的磁绕组，以便通过磁场远程地对每个体载模块供电。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述供电装置包括所述阵列，以便通过磁场远程地对每个体载模块供电。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述体载模块包括具有获取远程供电磁场功能的供电线圈。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述体载线圈和所述供电线圈构成同一个线圈。

12.根据权利要求7到11中任一项所述的装置，其特征在于，所述体载模块包括布置为三面体形的至少三个体载线圈。

13.根据权利要求7到12中任一项所述的装置，其特征在于，每个体载线圈包括铁氧体芯。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述铁氧体芯包括半球形端部。