JP6706555B2 - Data transceiver - Google Patents
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Description
本発明は、データ送受信装置に係り、電力供給源に接続した体外の装置(体外機)とセンサに接続した体内の装置(体内機)とが、電力の送受信とセンサ出力の送受信を行うデータ送受信装置に関する。 The present invention relates to a data transmission/reception device, in which a device (external unit) outside the body connected to a power supply source and a device (internal unit) inside the body connected to a sensor perform transmission/reception of electric power and transmission/reception of sensor output. Regarding the device.
従来から、電力供給源が人間の体外にあり、人間の体外の一次コイルに接続し、二次コイルが人間の体内にあり、二次コイルに一次コイルから電力を送信し、人間の体内にある医療装置に電力を供給するエネルギーの伝達システムが知られている(例えば特許文献1参照)。 Traditionally, the power supply source is outside the human body, connected to the primary coil outside the human body, the secondary coil is inside the human body, the secondary coil sends power from the primary coil, inside the human body An energy transmission system for supplying electric power to a medical device is known (see, for example, Patent Document 1).
上記伝達システムでは、電力が体外の一次コイルから体内の二次コイルに交流磁場の形態で伝送されることが記載されている。従って、係る装置では、体内に電池等の電力供給源を配置することなく、体外の電力供給源からの電力で体内の医療装置を動作させることができる。 The above-mentioned transmission system describes that power is transmitted from an external primary coil to an internal secondary coil in the form of an alternating magnetic field. Therefore, in such a device, the medical device inside the body can be operated by the electric power from the power supply source outside the body without disposing the power supply source such as the battery inside the body.
ところで、人間の体内にセンサを配置し、そこから生体情報を取得したい場合がある。係る場合に、上記の電力の伝達システムによれば、体外の電力供給源からの電力の供給で生体センサに電源を供給し、生体センサを動作させることは可能である。 By the way, there are cases where a sensor is placed inside the human body and biometric information is to be acquired from the sensor. In such a case, according to the power transmission system described above, it is possible to operate the biosensor by supplying power to the biosensor with the power supplied from the power supply source outside the body.
しかしながら、センサが取得した生体情報を体外の表示装置に送るには、別途のデータ送受信装置が必要であるか、或いは上記の送受信装置を利用するとしても、電力の送受信とセンサ出力の送受信の2つの動作制御を行う必要があり、煩雑な制御システムが必要となる。 However, in order to send the biometric information acquired by the sensor to the display device outside the body, a separate data transmission/reception device is required, or even if the above transmission/reception device is used, there are two types of power transmission/reception and sensor output transmission/reception. It is necessary to perform one operation control and a complicated control system is required.
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、小型コンパクト化した簡易なシステムで、体外から体内に電力を供給しつつ、体内から体外にセンサ出力を送信できるデータ送受信装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a data transmission/reception device capable of transmitting a sensor output from the inside of the body to the outside of the body while supplying electric power from the outside to the inside of the body with a simple system that is small and compact. With the goal.
本発明のデータ送受信装置は、電力供給源と、電力供給源によって供給された電力を送信する電力送信回路と、電力送信回路から送信された電力を受信する電力受信回路と、電力受信回路で受信した電力で駆動されるセンサと、センサの出力を送信する信号送信回路と、信号送信回路から送信されたセンサの出力を受信する信号受信回路を備え、前記電力受信回路は、時定数の小さい第1の整流回路と、時定数の大きい第2の整流回路を含み、前記電力の送信と前記センサの出力の送信は同じ伝送路で行うことを特徴とする。 A data transmitter/receiver of the present invention includes a power supply source, a power transmission circuit that transmits the power supplied by the power supply source, a power reception circuit that receives the power transmitted from the power transmission circuit, and a power reception circuit that receives the power. A sensor driven by the electric power, a signal transmission circuit for transmitting the output of the sensor, and a signal reception circuit for receiving the output of the sensor transmitted from the signal transmission circuit, wherein the power reception circuit has a small time constant. The first rectifier circuit and the second rectifier circuit having a large time constant are included, and the power transmission and the sensor output transmission are performed in the same transmission path.
本発明によれば、体外機と体内機のそれぞれの回路に決められた動作をさせることにより、体外機が体内機に電力を供給しつつ、体内機が取得したセンサ情報を体外機に送信することができる。すなわち、体外機と体内機における電力の送受信とセンサ出力の送受信を1つの伝送路で切り換えて使用することができる。 According to the present invention, by causing the external unit and the internal unit to perform predetermined operations, the external unit supplies power to the internal unit while transmitting the sensor information acquired by the internal unit to the external unit. be able to. That is, the transmission and reception of electric power and the transmission and reception of the sensor output between the extracorporeal unit and the internal unit can be switched and used in one transmission path.
従って、体内機の電源が常に充電されている状態を維持する必要がなくなり、体内機の小型化、生体情報を検出するセンサの長寿命化等が可能となる。そして、体外機は体内機の動作状態を検出する必要がなく、小型コンパクト化した簡易なシステムで、体内の生体情報の検出が可能となる。 Therefore, it is not necessary to keep the power source of the internal unit constantly charged, and it is possible to reduce the size of the internal unit and extend the life of the sensor for detecting biometric information. The extracorporeal unit does not need to detect the operating state of the internal unit, and can detect biometric information inside the body with a simple and compact system.
以下、本発明の実施形態について、図1乃至図4を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4. In the drawings, the same or corresponding members or elements will be designated by the same reference numerals.
図1は本発明の一実施例のデータ送受信装置の概念を示し、図2はその回路例を示す。電力供給源11は例えば直流電源であり、制御装置21,24とセンサ16を動作させる電力を供給する。電力送信回路12は電力供給源11によって供給された直流電力を無線伝送に適した周波数(例えば85kHz等)の交流電力に変換して送出する回路である。
FIG. 1 shows the concept of a data transmitting/receiving apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an example of its circuit. The
この変換はマイクロコンピューター等の制御装置21によって行われる。そして、半導体スイッチ等のスイッチ22を送信(Out)側に制御装置21により切換ることで、人間の体外に配置された送受波器13から人間の体内に配置された送受波器14に電力が無線伝送される。送受波器13,14としては、磁界結合では近接して配置された一対のコイル、電界結合では近接して配置された一対の金属板が用いられる。
This conversion is performed by the
電力受信回路15は電力送信回路12から送信された交流電力を受信して、整流して直流電力に変換して保持する回路である。送受波器14で受信した交流電力はスイッチ23が受信(In)側に制御装置24で切換られている場合、時定数の小さい第1の整流回路25と、時定数の大きい第2の整流回路26に入る。
The
整流回路25は時定数が小さい(キャパシターの容量が小さい)ため、整流後の出力は受信交流波形の半波波形が得られる。これにより、制御装置24の給電波形検出端子では、給電波形「有り」を検出できる。図4に示すように、体外の電力送信回路12からは所定時間(Ta)の交流電力送信と、その後の所定時間(Tb)の電力送信停止が繰りかえされる。「所定時間(Tb)の電力送信停止」では、給電波形検出端子において「給電波形無し」が検出される。後述するように、この時間(Tb)に、センサ出力信号の送信が行なわれる。
Since the
整流回路26は時定数が大きい(キャパシターの容量が大きい)ため、直流に近い整流波形が得られ、直流電力が蓄積される。整流後の直流電力はDC/DCコンバーター27により、制御装置24の電源電圧Vccおよび生体センサ16の動作電圧に昇圧される。図示の例では、DC/DCコンバーター27は一段であるが、制御装置24の電源電圧Vccと生体センサ16の動作電圧が異なる場合には、DC/DCコンバーターを複数段設けるようにしてもよい。
Since the
整流回路26に、大容量のキャパシターを配置することで、大きな直流電力が保持され、電力送信回路12からの「所定時間送信停止(給電波形無し)」区間でも、安定した直流電力の供給が制御装置24と生体センサ16に対して可能である。これにより、生体センサ16が駆動され、生体情報を取得して出力する。そして、生体センサ16の出力を送信する制御装置24における信号送信回路17の動作が可能となる。
By arranging a large-capacity capacitor in the
信号送信回路17は供給された直流電力を無線伝送に適した周波数(例えば85kHz等)の交流電力に変換して送出する回路である。そして、生体センサ16の出力はこの交流電力に例えば振幅変調を施すことで重畳される。信号送信回路17の信号送信期間は電力送信回路12の交流電力送信停止期間である。この期間は制御装置21がスイッチ22を受信(In)側に切換え、制御装置21は信号受信回路18として動作する。
The
センサ16はその電源が供給されている限り、検出した生体情報を出力する。しかし、信号送信回路17の信号送信期間は上述したように、電力送信回路12の交流電力送信停止期間(スイッチ22が受信(In)側)である。このため、制御装置24には、電力送信回路12の交流電力送信期間(図4における時間(Ta))と送信停止期間(図4における時間(Tb))の合計期間のセンサ出力を蓄積する記憶回路を備え、その合計期間のセンサ出力を信号送信回路17の信号送信回路出力期間(図4における時間(Tb))に圧縮して送信する。
The
実際のところ、人の体形(太っている、痩せている)によって同じ時間Taであっても、給電できるエネルギー量が変わってくるため、体内機は整流回路26の電圧値をみて、時間Tbを決めてセンサ出力の信号を送信することになる。例えば、時間Tbが短い時には、給電量が少ないと判断して体外機は、時間Taを長くするなど、人の体形に合わせて、時間TaおよびTbの時間を制御することができる。信号送信にあたっては、時間Ta+Tb間のセンサ出力を次の時間Tbに全て送信する必要は必ずしもなく、体内機に蓄積されたデータを順次時間Tb間にて送信しても良い。
As a matter of fact, the amount of energy that can be supplied changes depending on the body shape of the person (thick or thin) even if the time Ta is the same. Therefore, the internal unit checks the voltage value of the
センサ出力の信号送信期間(電力送信回路12の電力送信停止期間)には、制御装置24によりスイッチ23が送信(Out)側に切換られる。この期間は電力送信回路12の電力送信停止期間であるので、制御装置24は前述したように、時定数の小さい整流回路25の「給電波形無し」が検出されることから、センサ出力の信号送出へのスイッチ23のOut側への切換が可能である。
During the signal output period of the sensor output (power transmission stop period of the power transmission circuit 12), the
これにより、信号送信回路17から送出されたセンサ出力信号は、送受波器14,13間で無線伝送され、スイッチ22が受信(In)側に設定されているため、信号受信回路18で受信される。すなわち、制御装置21の記憶回路に、電力送信回路12の交流電力送信期間と送信停止期間の合計期間のセンサ出力が、電力送信停止期間に圧縮された振幅変調信号として受信される。
As a result, the sensor output signal transmitted from the
この信号を制御装置21に設けた復調回路により復調すると、電力送信回路12の交流電力送信期間と送信停止期間の合計期間(Ta+Tb)のセンサ出力が得られる。そして、信号表示装置28に過去の信号に加えて表示することで、連続したセンサ出力情報が表示される。
When this signal is demodulated by the demodulation circuit provided in the
従って、このデータ送受信装置によれば、体外に電力供給源11および電力送信回路12と信号受信回路18を備えた制御装置21と、体内に時定数が小大2つの整流回路を有する電力受信回路15と信号送信回路17を備えた制御装置24と生体センサ16を配置し、電力の送信とセンサ16の出力の送信は同じ伝送路(スイッチ22,23および送受波器13,14)を使用することで、ハードウェアの構成を簡素なものとすることができる。
Therefore, according to this data transmission/reception device, the
図3はこのデータ送受信装置の動作のフローチャートを示し、図4はそのタイムチャートを示す。体外機は、スイッチ22を送信(Out)側に切換、電力送信回路12より所定時間(Ta)電力を送信する。そして、所定時間(Ta)が経過すると、スイッチ22を受信(In)側に切換、所定時間(Tb)電力の送信を停止する。
FIG. 3 shows a flowchart of the operation of this data transmitting/receiving apparatus, and FIG. 4 shows its time chart. The extracorporeal unit switches the
この期間は、スイッチ22を受信(In)側に切換るので、この時間にセンサ出力信号が来れば、信号受信回路18で受信する。そして、所定時間(Tb)が経過すると、スイッチ22を送信(Out)側に切換える。体外機はこの動作を繰り返す。ここで、所定時間(Ta)および所定時間(Tb)は一例として数秒である。
During this period, the
体内機は電池等の電源を有さず、使用する電力はすべて体外機から送信された電力に依存する。このため、このデータ送受信装置を暫く使用していない場合は、整流回路26のキャパシターの充電電圧はゼロであり、体内機Vcc(電源電圧)はゼロである。
The internal unit does not have a power source such as a battery, and all the electric power used depends on the electric power transmitted from the external unit. Therefore, when the data transmitting/receiving device is not used for a while, the charging voltage of the capacitor of the rectifying
図4に示すように、体外機からの電力送信が時刻T1で始まると、体内機Vcc(電源電圧)は徐々に上昇する。体内機Vcc(電源電圧)が制御装置24およびセンサ16の動作電圧に満たないと、これらは動作しない。時刻T2において、制御装置24およびセンサ16の動作電圧に到達すると、これらは動作を開始する。
As shown in FIG. 4, when power transmission from the external unit starts at time T1, the internal unit Vcc (power supply voltage) gradually rises. If the internal unit Vcc (power supply voltage) does not reach the operating voltage of the
従って、時刻T2から始まる所定時間(Tb)において、スイッチ22が受信(In)側に切換られ、電力送信回路12よりの電力送信が停止する。すると、小さな時定数の整流回路25において、「給電波形無し」が検出される。この検出により、スイッチ23が受信(In)側から送信(Out)側に所定時間(Tb)切換られる。そして、所定時間(Tb)が経過するとスイッチ23が受信(In)側に切換られる。
Therefore, at a predetermined time (Tb) starting from time T2, the
これにより、センサ16の出力は、制御装置24の信号送信回路17により無線伝送に好適な周波数の交流波形に振幅変調で重畳して、スイッチ23、送受波器14,13、スイッチ22を経由して、制御装置21の信号受信回路18に入力される。そして、そこで信号復調され、センサ16の出力波形が信号表示装置28で表示される。
As a result, the output of the
所定時間(Tb)が経過すると、スイッチ22は送信(Out)側に切換られ、スイッチ23は受信(In)側に切換られるので、電力送信回路12から交流電力が送信され、信号送信回路17からのセンサ出力の送信は停止される。センサ16の出力は制御装置24の記憶回路に蓄積され、圧縮されて、次の所定時間(Ta)にまとめて送信される。
When the predetermined time (Tb) has elapsed, the
図示しないが、このデータ送受信装置の動作終了は、電力送信回路12からの電力の送信を停止することにより行える。電力の送信停止により制御装置24およびセンサ16は動作不能となり、データ送受信装置の動作が終了する。次回の使用にあたり、スイッチ22は送信(Out)側に、スイッチ23は受信(In)側に初期設定する。
Although not shown, the operation of the data transmission/reception device can be terminated by stopping the transmission of power from the
なお、図4に示す実施例では、所定時間(Ta)と所定時間(Tb)を同一に記載しているが、センサおよび伝送路の状態等に基づき、適宜変更が可能である。 In addition, in the embodiment shown in FIG. 4, the predetermined time (Ta) and the predetermined time (Tb) are described as the same, but they can be appropriately changed based on the state of the sensor and the transmission path.
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。 Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiment and may be implemented in various different forms within the scope of the technical idea thereof.
本発明は、体外の装置(体外機)と体内の装置(体内機)とで、データ送受信を行う装置に好適に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for a device that transmits and receives data between an external device (external device) and an internal device (internal device).
Claims (5)
前記電力供給源によって供給された電力を送信する電力送信回路と、
前記電力送信回路から送信された電力を受信する電力受信回路と、
前記電力受信回路で受信した電力で駆動されるセンサと、
前記センサの出力を送信する信号送信回路と、
前記信号送信回路から送信された前記センサの出力を受信する信号受信回路を備え、
前記電力受信回路は、時定数の小さい第1の整流回路と、時定数の大きい第2の整流回路を含み、前記電力の送信と前記センサの出力の送信は同じ伝送路で行うことを特徴とするデータ送受信装置。 A power source,
A power transmission circuit for transmitting the power supplied by the power supply source;
A power receiving circuit for receiving the power transmitted from the power transmitting circuit,
A sensor driven by the power received by the power receiving circuit,
A signal transmission circuit for transmitting the output of the sensor,
A signal receiving circuit for receiving the output of the sensor transmitted from the signal transmitting circuit,
The power receiving circuit includes a first rectifying circuit having a small time constant and a second rectifying circuit having a large time constant, and the power transmission and the sensor output transmission are performed through the same transmission path. Data transmitter and receiver.
前記体内機は、前記第1の整流回路で給電波形の有無を検出し、前記第2の整流回路で前記センサと前記制御装置を駆動可能な直流電力を充電し、
前記給電波形無しが検出された時に、前記体内機のスイッチを前記センサの出力の送信側に切換、所定時間経過後に戻すことを特徴とする請求項2に記載のデータ送受信装置。 The external unit switches its switch to a power transmitting side for a predetermined time, then switches to a signal receiving side for a predetermined time, and repeats the cycle,
The internal unit detects the presence or absence of a power supply waveform in the first rectifier circuit, and charges the sensor and the control device with direct current power that can drive the sensor in the second rectifier circuit,
The data transmitting/receiving apparatus according to claim 2, wherein when the absence of the power supply waveform is detected, the switch of the internal unit is switched to the output side of the output of the sensor and is returned after a predetermined time has elapsed.
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