CN107403545A - 用于电信号和/或电磁信号的非接触传输的传输路径 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于借助于电耦合和/或电磁耦合,将至少一个电信号和/或电磁信号(36)从数据生成设备(1)的第一设备部(4)向设备(1)的第二设备部(8)非接触传输的传输路径(16),其中第一设备部(4)被设置为在设备(1)的操作期间相对于第二设备部(8)执行移动,其中传输路径(16)包括第一传输单元(18)和第二传输单元(20),其中第一传输单元(18)或第二传输单元(20)可以被布置在第一设备部(4)上,并且另一个传输单元(18、20)在不同情况下可以被布置在第二设备部(8)上,其中第一传输单元(18)具有第一耦合器(22)和具有与第一耦合器(22)不同尺寸的第一辅助耦合器(24),其中第二传输单元(20)具有第二耦合器(30),并且其中对于电耦合和/或电磁耦合,第一耦合器(22)与第二耦合器(30)之间和第一辅助耦合器(24)与第二耦合器(30)之间的耦合强度(K1、K1h)在不同情况下具有不同的函数距离依赖关系。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于借助于电耦合和/或电磁耦合,将至少一个电信号和/或电磁信号从数据生成设备的第一设备部向设备的第二设备部非接触传输的传输路径,其中第一设备部被设置为在设备的操作期间相对于第二设备部执行移动,其中传输路径包括第一传输单元和第二传输单元,并且其中第一传输单元或第二传输单元之一可以被布置在第一设备部上,并且另一个传输单元在不同情况下可以被布置在第二设备部上。本发明还涉及对应装配有传输路径的数据生成设备和用于传输电信号和/或电磁信号的方法。
背景技术
在计算机断层扫描设备(CT)中,永久固定的安装架与相对于安装架旋转的旋转组件(“台架”)之间的数据传输承担重要角色。一方面,所生成的独立图像数据项要从台架传输到安装架,以便能够将它们从安装架转发到中央图像处理设施,并且最终向医疗人员提供足够有意义的整体图像。另一方面,数据(具体为控制数据)在进行的操作期间也频繁地从安装架传输到旋转组件。
在CT中,台架与安装架之间的数据传输经由滑环频繁发生。作为为了台架上的环与安装架上的滑动触点之间的传输而建立的直接物理接触的结果,这些显示出固有摩擦,摩擦在长期操作的过程中可能损害传输的稳定性,并且由此可能必须对其作出补偿。另外,摩擦由于物理接触而增大,使得用于旋转本身的提高能量需求可能出现,这通常不受欢迎。
在成像情况下因更高分辨率产生的不断增加的数据量以及在数据的传输速率方面出现的要求提出了有待解决的问题。一种方法是通过使用基于介质波导管的定向耦合器来提高数据速率。传输在这里实质上借助信号的电磁耦合进入(具体为光学耦合进入)而发生,该信号借助于介质波导管被引导到台架,跨气隙被引导到安装架上的另外介质波导管中。
这里的严重问题是作为台架旋转的结果,在CT的操作期间难以控制安装架到台架的轴向和径向可变偏移。作为该变化偏移的结果,形成定向耦合器的主要组件的两个介质波导管的距离不是恒定的。从两个波导管的各自水平看到,这种的距离变化具有法向和纵向分量,其中纵向分量的变化对耦合强度(即,对所接收的信号强度)具有显著的影响。耦合强度在这里显示两个波导管到彼此的距离与它们各自的几何参数(主要为:耦合长度和横截面)之间的复杂函数相互关系。尚未已知针对该问题的妥善解决方案。
然而,所引证的问题不仅仅限于医学断层扫描设备的范围,而是具有一般相关性,如果在具有在设备的操作期间相对于彼此执行移动的两个设备部的设备中,要从一个设备部向另一个设备部传输数据或者还有能量,并且这将由于相对运动而不可或不可明显地用电缆连接的方式实现。
因此,本发明的目的是提供一种用于具有两个设备部的数据生成设备的传输路径,该两个设备部在设备的操作期间相对于彼此执行运动,在最简单可能结构的情况下,该传输路径应允许设备的第一设备部与第二设备部之间数据和/或能量的最稳定且可靠的可能传输。
发明内容
根据本发明,该目的借助于一种传输路径来实现,该传输路径用于借助于电耦合和/或电磁耦合,将至少一个电信号和/或电磁信号从数据生成设备的第一设备部向设备的第二设备部非接触传输,其中第一设备部被设置为在设备的操作期间相对于第二设备部执行移动,其中传输路径包括第一传输单元和第二传输单元,其中第一传输单元或第二传输单元可以被布置在第一设备部上,并且在每种情况下,另一个传输单元可以被布置在第二设备部上,其中第一传输单元具有第一耦合器和与第一耦合器不同尺寸的第一辅助耦合器,其中第二传输单元具有第二耦合器,并且其中对于电耦合和/或电磁耦合,第一耦合器与第二耦合器之间以及第一辅助耦合器与第二耦合器之间的耦合强度在分别具有不同的函数距离依赖关系。有利且部分本身创新的实施例是从属权利要求和以下描述的主题。
数据生成设备应被视为意指数据的电子生成发生在其中的设备。数据的生成具体借助于设备的环境的物理测量和/或与环境的交互过程而发生。测量或交互在这里优选地经由第一设备部和第二设备部上的另外数据处理而发生。第一设备部关于第二设备部的相对移动应被视为意指:在数据生成设备的操作期间,第二设备部如预期的相对于其环境保持固定,而第一设备部相对于第二设备部移动,由此也以相同方式相对于环境移动。
术语“传输路径”在这里应包含包括至少两个部分的装置,其中,在第一设备部上以及在第二设备部上分别布置有装置的至少一个部分,并且装置被设置为许可经由物理过程从第一设备部向第二设备部传输数据。
电耦合和/或电磁耦合包含实质上基于电和/或电磁过程的每一个耦合(即,具体为电容耦合和光学定向耦合)。为此效果,耦合器是被设置为建立用于信号经由指定类型的耦合传输到另外物理上类似的耦合器的连接的装置,这例如是借助于具有足够小距离的电极之间的电容耦合传输信号的两个空间上分离的电极。在该连接中,耦合强度应被视为具体意指两个耦合器之间的物理交互,该物理交互是耦合强度的基础,该耦合强度进而在借助于所考虑的耦合从起发送器作用的耦合器向起接收器作用的耦合器传输的信号的强度中得以反映。
对于用于至少一个电信号和/或电磁信号的非接触传输的电耦合和/或电磁耦合,因为对于各耦合相关的物理交互过程随着距离增大而变得更弱,所以初始需要足够小的距离。由此,耦合优选地经由第一传输单元与第二传输单元之间的距离尺寸而发生,该距离尺寸比设备的尺寸小若干数量级。然而,在这种距离的范围内,因为第一传输单元与第二传输单元之间距离的微小变化可能作为第一设备部关于第二设备部的相对移动和该相对移动情况下的游隙的结果而容易地出现,所以该变化可导致距离的显著相对变化。
然而,这里,对于各耦合相关的物理交互过程可以具有对距离的函数依赖关系,这不是必然导致耦合强度随着距离减小而单调上升,而是该物理交互过程还可以例如作为影响信号的波分量的相消干涉和这种干涉的非平凡距离依赖关系的结果而具有更复杂的函数依赖关系。
通过将第一辅助耦合器(该第一辅助耦合器的尺寸显著不同于相关长度尺度的框架内的第一耦合器的尺寸)布置在第一传输单元中,现在可以提供与第二耦合器另外的耦合,以便信号的传输。在因第一设备部关于第二设备部的相对移动而产生的距离的预期变化的框架内,该另外耦合可以按照以下这种方式来设计:耦合强度的函数距离依赖关系显著不同于第一耦合器与第二耦合器之间的耦合强度的函数距离依赖关系。具体地,在不同情况下对于这种距离的第一辅助耦合器与第二耦合器之间的耦合具有接近局部最大值的值,对于该距离,第一耦合器与第二耦合器之间的耦合强度在不同情况下具有接近于局部最小值的值。由此,对于其中相消干涉存在于两个耦合中的一个的情况下的距离,相消干涉优选地存在于另一个耦合中。
不管距离的变化且由此波动的耦合强度如何,因此可以使得总是可以使经由第一耦合器或经由第一辅助耦合器到第二耦合器的两个耦合中的至少一个用于信号的传输。
传输在这里具体以以下这种方式发生:第一耦合器和第一辅助耦合器分别作为发送器工作,并且充当接收器的第二辅助耦合器接收两个信号,其中因此彼此分离两个信号,以便另外处理。另一方面,还可以使第二耦合器作为发送器发出信号,并且第一耦合器和第一辅助耦合器接收信号,其中最终输出信号可以在可应用的情况下借助于叠加和噪声抑制来由两个所接收的信号形成。最近提及的变体从技术角度更容易实现。对于多个接收器,仅需要一个发送器。所接收信号的质量通过叠加而提高。
已经证明,如果第一传输单元和第二传输单元被设置为一方面经由第一耦合器与第二耦合器之间的至少一个电容耦合,和/或另一方面经由第一辅助耦合器与第二耦合器之间的至少一个电容耦合,来传输至少一个电信号和/或电磁信号,这是有利的。第一耦合器、第一辅助耦合器以及第二耦合器在这种情况下被具体实施为电极,其中一方面,第一耦合器和第二耦合器形成电容,并且另一方面,第一辅助耦合器和第二耦合器分别形成电容。为此,关于要使用的电势和电极的空间尺寸,因此要设置两个电容中的距离。两个电容的不同函数距离依赖关系优选地经由第一耦合器和第一辅助耦合器的电极的不同几何结构和/或尺寸来实现。
对于电信号和/或电磁信号在发送器与在空间上与发送器分离的接收器(接收器关于发送器执行相对移动)之间的非接触传输,如果相对移动基本上横向于第一耦合器和第一辅助耦合器相对于第二耦合器的间隔方向而发生,则电容耦合是特别有利的。第一耦合器与第二耦合器之间或第一辅助耦合器与第二耦合器之间的距离的微小变化(这在不同情况下可能导致电容耦合强度的变化)可以经由第一电容和第二电容的各不同耦合强度来平衡。具体地,借助于电容中的电容耦合传输的信号的过载在这里可以由剩余的电容来平衡。
第一传输单元和第二传输单元优选地被设置为一方面经由第一耦合器与第二耦合器之间的光学定向耦合,和/或另一方面经由第一辅助耦合器与第二耦合器之间的光学定向耦合,来传输至少一个电信号和/或电磁信号。光学定向耦合在这里应被视为意指以下耦合:在该耦合中,由波导管引导的光信号(该光信号的模式在一些情况下传播到波导管外部)至少在一些部分中“串扰”到与波导管平行的另外波导管,并据此保证也在另外的波导管中传播光信号。
对于电信号和/或电磁信号在发送器与在空间上与发送器分离的接收器(接收器关于发送器执行相对移动)之间的非接触传输,如果相对移动基本上横向于第一耦合器和第一辅助耦合器相对于第二耦合器的距离方向经过,则光学定向耦合是有利的。第一耦合器与第二耦合器之间或第一辅助耦合器与第二耦合器之间的距离的微小变化(在每种情况下,这可能导致光学定向耦合强度的变化)可以经由第一传输单元的两个波导管与和第二传输单元的波导管的各不同耦合强度来平衡。
因此,第一耦合器、第一辅助耦合器以及第二耦合器分别优选地被具体实施为介质波导管,其中第一耦合器和第一辅助耦合器具有显著不同的耦合长度。在光学定向耦合的情况下,这样由此可以以特别简单的方式来实现第一耦合器或第一辅助耦合器分别与第二耦合器之间的耦合的不同函数距离依赖关系,并由此实现具有足以用于传输的耦合强度的、期望的大范围的可能距离的覆盖范围。
在本发明的有利实施例中,第一传输单元具有至少一个另外的辅助耦合器。在具体应用中,距离的变化作为第一设备部关于第二设备部的相对移动的结果而发生在第一传输单元与第二传输单元之间,该变化基本超过关于耦合强度的长度常数。在这种情况下,具体地,出现在相对移动情况下的所有距离值的最佳可能覆盖范围现在可以借助于第一耦合器和辅助耦合器的尺寸的足够变化来实现,其中用于信号传输的所述耦合器中的至少一个具有足够耦合强度。
本发明还指定一种数据生成设备,该数据生成设备包括第一设备部、第二设备部以及之前描述类型的传输路径,其中第一设备部被设置为在设备的操作期间相对于第二设备部执行移动,并且其中传输路径的第一传输单元或第二传输单元被布置在第一设备部上,并且在每种情况下,传输路径的另一个传输单元被布置在第二设备部上。对于传输路径且对于其发展指定的优点可以类似地转移到数据生成设备。
在数据生成设备的一个有利实施例中,第一设备部被设置为在设备的操作期间相对于由第二设备部固定的轴线执行旋转运动。对于作为发生在传输路径的第一传输单元和第二传输单元之间的旋转运动的结果而出现且受该旋转运动限制的距离的变化,所提出的第一传输单元和第二传输单元的实施例和由此提出的类型对于信号的传输是特别有利的。具体地,在信号处理期间还可以将作为旋转运动的结果存在于距离变化中、且由此存在于耦合强度中的周期性考虑在内。如果例如第一传输单元被布置在第二设备部且由此主要用来接收数据,那么如果适用,在测试的帮助下进行的先前校准运行之后,定期发生的距离变化可以用于预期耦合强度的变化且用于根据旋转阶段接收,以选择性地进一步主要使用第一耦合器或主要使用第一辅助耦合器的信号。
这里,第一传输单元和第二传输单元关于轴线相对于彼此在轴向上恰当地布置。如果取决于应用,因不平衡等产生的第一设备部的轴向游隙小于其径向游隙,那么其中电耦合和/或电磁耦合主要发生在轴向上的这种类型的结构是特别有利的。
另一方面,如果第一传输单元和第二传输单元关于轴线相对于彼此在径向上布置,则也可以是有利的。如果取决于应用,作为不平衡等的结果的第一设备部的径向游隙小于其轴向游隙,那么其中电耦合和/或电磁耦合主要发生在径向上的这种类型的结构是特别有利的。
具体情况具体取决于第一设备部内的质量分布、且进一步取决于另外组件的精细结构是否存在于第一设备部内,在另外组件的部分上的旋转期间,另外组件完成关于旋转的第一设备部的相对移动,因此,不平衡可能发生。如果第一设备部内的组件的这种相对移动主要沿轴向发生到后者,则轴向游隙增大。如果质量分布显著背离旋转对称,则第一设备部将总是在其旋转时以相当大的局部径向分量而还经历加速。在第一传输单元和第二传输单元的结构的情况下,优选地将该性质的因素考虑在内。
在本发明的另外有利实施例中,数据生成设备被具体实施为计算机断层扫描设备,其中第一设备部由旋转组件(台架)形成,并且第二设备部由安装架形成。在计算机断层扫描的情况下,具体地,作为X射线暴露的结果在短时间内生成大量图像数据,该数据出于应用目的而要被直接转发到医疗图像处理设施。由于台架的高旋转速度,这里应优选地选择非接触传输。所提出的具有所述传输路径(该传输路径的第一传输单元具有第一耦合器和第一辅助耦合器)的实施例在这里特别适于从台架向安装架传输甚高分辨率的图像数据。
本发明还指定一种用于从数据生成设备的第一设备部向设备的第二设备部传输至少一个电信号和/或电磁信号的方法,其中第一设备部关于第二设备部执行相对运动,并且其中在被布置在第一设备部上的第一耦合器与被布置在第二设备部上的第二耦合器之间以及在被布置在第一设备部上的第一辅助耦合器与第二耦合器之间,分别至少临时地建立电耦合和/或电磁耦合,或者在被布置在第二设备部上的第一耦合器与被布置在第一设备部上的第二耦合器之间以及在被布置在第二设备部上的第一辅助耦合器与第二耦合器之间,分别至少临时地建立电耦合和/或电磁耦合。这里提供电信号和/或电磁信号,该电信号和/或电磁信号经由第一耦合器与第二耦合器之间的耦合在第一信号传输阶段传输,并且经由第一辅助耦合器与第二耦合器之间的耦合在第二信号传输阶段中传输。
第一信号传输阶段在这里由以下阶段形成:在该阶段中,作为第一耦合器与第二耦合器之间的距离的结果,存在对于信号传输足够的耦合强度。第二信号传输阶段在这里由以下阶段形成:在该阶段中,作为第一设备部关于第二设备部的相对移动的结果,第一辅助耦合器与第二耦合器之间的距离现在使得在用于信号传输的两个耦合器之间存在足够的耦合强度。具体地,在第二信号传输阶段中,第一耦合器与第二耦合器之间的距离现在使得在这两个耦合器之间存在对于信号传输的不足耦合强度。
附图说明
下面在附图的基础上更详细地说明本发明的示例性实施例。这里,在不同情况下以示意形式表示:
图1在剖面图中显示了具有用于图像数据的传输的传输路径的计算机断层扫描设备;
图2在轴向截面图中显示了根据图1的计算机断层扫描设备的传输路径;
图3在函数图中显示了在根据图2的传输路径中的耦合强度的距离依赖关系。
对应于彼此的部件和变量在所有附图中被提供有相同的附图标记。
具体实施方式
图1在剖面图中以示意形式显示了数据生成设备1,该数据生成设备被具体实施为CT 2。CT 2包括由台架6形成的第一设备部4和由安装架10形成的第二设备部8。在CT 2的操作期间,台架6关于轴线12执行旋转运动,该轴线12关于安装架10固定。患者躺椅14在这里被设置为使得患者如有可能躺在轴线12上。图1中未更详细显示的、用于医学成像的组件被布置在台架6中。所生成的图像数据现在要经由传输路径16传输到安装架10,数据从安装架被转发到未更详细显示的图像处理单元。安装架10具有传输路径的第一传输单元18,而台架6具有传输路径16的第二传输单元20。
图2在轴向截面图中以示意形式显示了根据图1的传输路径16,该传输路径用于从CT 2中的台架6向安装架10传输图像数据。第一传输单元18具有第一耦合器22和第一辅助耦合器24。第一耦合器22和第一辅助耦合器24分别被具体实施为具有不同耦合长度L1、L1h的介质波导管26、28。第二传输单元20具有第二耦合器30,第二耦合器被具体实施为作为围绕轴线12的轴向环在台架6上运行的介质波导管32。两个介质波导管26与32之间的耦合的强度以及两个介质波导管28与32之间的耦合的强度具有对各介质波导管到彼此的局部距离d1、d1h的强非平凡函数依赖关系。距离d1、d1h在一些情况下作为台架6的旋转、不平衡以及游隙的结果而非常大地变化,因此,由第二介质波导管32分别引导到介质波导管26或介质波导管28中的波34的耦合在其强度上可以强烈变化,其中具体距离依赖关系在这里在不同情况下由更复杂非单调函数来提供。耦合长度L1、L1h现在以以下这种方式来选择:使对于不同距离的各耦合强度在期望距离间隔的框架内最大化,并且对于期望距离间隔中的每一个距离,至少在两个介质波导管26、28中的一个中,可以实现波34的充足耦合进入,其中要传输的图像数据信号36被编码于波34中。
图3中由函数曲线图指示了耦合强度对距离的前面提及的依赖关系。针对距离d绘制分别对于第一耦合器或第一辅助耦合器与第二耦合器之间的耦合的耦合强度K1和K1h。两个耦合强度K1、K1h在这里显示非单调行为。但在期望的距离间隔id(该距离间隔为第一耦合器或第一辅助耦合器分别与第二耦合器之间的距离d1或d1h在CT的操作期间、在不同情况下将在其中变化的范围)中,两个耦合强度K1、K1h中的至少一个位于对于数据传输足够的限值Kcrit以上,而对于彼此隔离的耦合强度K1、K1h将不是这种情况。
虽然已经借助于优选的示例性实施例更仔细地详细图示并描述了本发明,但本发明不受该示例性实施例限制。其他变体可以在不偏离本发明的保护范围的情况下由本领域技术人员导出。
Claims (11)
1.一种用于借助于电耦合和/或电磁耦合将至少一个电信号和/或电磁信号(36)从数据生成设备(1)的第一设备部(4)向所述设备(1)的第二设备部(8)非接触传输的传输路径(16),其中所述第一设备部(4)被设置为在所述设备(1)的操作期间相对于所述第二设备部(8)执行移动,
其中所述传输路径(16)包括第一传输单元(18)和第二传输单元(20),
其中所述第一传输单元(18)或所述第二传输单元(20)能被布置在所述第一设备部(4)上,并且在每种情况下,所述另一个传输单元(18、20)能被布置在所述第二设备部(8)上,
其中所述第一传输单元(18)具有第一耦合器(22)和与所述第一耦合器(22)不同尺寸的第一辅助耦合器(24),
其中所述第二传输单元(20)具有第二耦合器(30),并且
其中用于所述电耦合和/或电磁耦合的、所述第一耦合器(22)与所述第二耦合器(30)之间和所述第一辅助耦合器(24)与所述第二耦合器(30)之间的耦合强度(K1、K1h)分别具有不同的函数距离依赖关系。
2.根据权利要求1所述的传输路径(16),
其中所述第一传输单元(18)和所述第二传输单元(20)被设置为一方面经由所述第一耦合器(22)与所述第二耦合器(30)之间的至少一个电容耦合、和/或另一方面经由所述第一辅助耦合器(24)与所述第二耦合器(30)之间的至少一个电容耦合,来传输所述至少一个电信号和/或电磁信号(36)。
3.根据权利要求1所述的传输路径(16),
其中所述第一传输单元(18)和所述第二传输单元(20)被设置为一方面经由所述第一耦合器(22)与所述第二耦合器(30)之间的光学定向耦合、和/或另一方面经由所述第一辅助耦合器(24)与所述第二耦合器(30)之间的光学定向耦合,来传输所述至少一个电信号和/或电磁信号(36)。
4.根据权利要求3所述的传输路径(16),
其中所述第一耦合器(22)、所述第一辅助耦合器(24)以及所述第二耦合器(30)分别被具体实施为介质波导管(26、28、32),并且
其中所述第一耦合器(22)和所述第一辅助耦合器(24)具有显著不同的耦合长度(L1、L1h)。
5.根据前述权利要求中的一项所述的传输路径(16),
其中所述第一传输单元(18)具有至少一个另外的辅助耦合器。
6.一种数据生成设备(1),包括:
第一设备部(4)和第二设备部(8),其中所述第一设备部(4)被设置为在所述设备(1)的操作期间相对于所述第二设备部(8)执行移动;和
根据前述权利要求中的一项的传输路径(16),其中所述传输路径(16)的所述第一传输单元(18)或所述第二传输单元(20)被布置在所述第一设备部(4)上,并且在每种情况下,所述传输路径(16)的另一个传输单元(18、20)被布置在所述第二设备部(8)上。
7.根据权利要求6所述的数据生成设备(1),
其中所述第一设备部(4)被设置为在所述设备(1)的操作期间关于由所述第二设备部(8)固定的轴线(12)执行旋转运动。
8.根据权利要求7所述的数据生成设备(1),
其中所述第一传输单元(18)和所述第二传输单元(20)相对于所述轴线(12)在轴向上布置到彼此。
9.根据权利要求7所述的数据生成设备(1),
其中所述第一传输单元(18)和所述第二传输单元(20)相对于所述轴线(12)在径向上布置到彼此。
10.根据权利要求7至权利要求9中的一项所述的数据生成设备(1),
所述数据生成设备被具体实施为计算机断层扫描设备(2),
其中所述第一设备部(4)由旋转组件(6)形成,并且所述第二设备部(8)由安装架(10)形成。
11.一种用于从数据生成设备(1)的第一设备部(4)向所述设备(1)的第二设备部(20)传输至少一个电信号和/或电磁信号(36)的方法,
其中所述第一设备部(4)关于所述第二设备部(8)执行相对运动,
其中
在被布置在所述第一设备部(4)上的第一耦合器(22)与被布置在所述第二设备部(8)上的第二耦合器(30)之间、和在被布置在所述第一设备部(4)上的第一辅助耦合器(24)与所述第二耦合器(30)之间,分别至少临时地建立电耦合和/或电磁耦合,或者
在被布置在所述第二设备部(8)上的第一耦合器(22)与被布置在所述第一设备部(4)上的第二耦合器(30)之间、和在被布置在所述第二设备部(8)上的第一辅助耦合器(24)与所述第二耦合器(30)之间,分别至少临时地建立电耦合和/或电磁耦合,并且
其中所述电信号和/或电磁信号(36)经由所述第一耦合器(22)与所述第二耦合器(30)之间的所述耦合在第一信号传输阶段传输,并且经由所述第一辅助耦合器(24)与所述第二耦合器(30)之间的所述耦合在第二信号传输阶段中传输。
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