KR101409844B1 - Telemetry apparatus, system, and method for animal experiment - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 자기장을 이용하여 무선 전력을 전달하여 실험용 동물에 장착된 센서를 동작시키고, 센서에 의해 검출된 신호를 자기장 통신을 통해 데이터 분석 시스템으로 전달한다. 본 발명에 따른 실험용 동물로부터 생체 신호를 획득하는 장치는, 송수신 안테나; 외부의 무선 전력전송 장치로부터 상기 송수신 안테나를 통해 전달되는 전력을 변환하는 전력 제어부; 상기 전력 제어부로부터 공급되는 전력을 이용하여 동작하며 실험용 동물의 생체 신호를 감지하는 센서; 상기 센서와 연결되어 있으며, 상기 센서에 의해 감지된 상기 생체 신호를 처리하는 신호 처리부; 및 상기 송수신 안테나를 이용하여 외부 장치와 통신을 수행하는 무선 통신부를 포함한다.In the present invention, wireless power is transmitted using a magnetic field to operate a sensor mounted on a laboratory animal, and a signal detected by a sensor is transmitted to a data analysis system through magnetic field communication. An apparatus for acquiring a biological signal from a laboratory animal according to the present invention includes: a transmission / reception antenna; A power controller for converting power transmitted from an external wireless power transmission apparatus through the transmission / reception antenna; A sensor that operates using power supplied from the power controller and detects a biological signal of a laboratory animal; A signal processing unit connected to the sensor and processing the bio-signal detected by the sensor; And a wireless communication unit for communicating with an external device using the transmission / reception antenna.

Description

실험용 동물의 생체 신호 획득 장치, 시스템 및 방법{Telemetry apparatus, system, and method for animal experiment} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an apparatus, system, and method for acquiring biological signals of a laboratory animal,

본 발명은 실험용 동물의 생체 신호 획득 장치, 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 자기장 통신 및 무선 전력전송을 이용하여 실험용 동물로부터 생체 신호를 획득하는 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus, system and method for acquiring a bio-signal of a laboratory animal, and more particularly, to an apparatus, system and method for acquiring a bio-signal from a laboratory animal using magnetic field communication and wireless power transmission.

무선으로 에너지를 전달하는 무선 전력 전송 기술로서 자기유도 현상을 이용한 무선 전력전송 시스템이 사용되고 있다. A wireless power transmission system using magnetic induction phenomenon is being used as a wireless power transmission technology for transferring energy wirelessly.

예컨대, 전동칫솔 또는 무선 면도기 등이 전자기 유도의 원리로 충전되며, 최근에는 전자기 유도를 이용하여 휴대전화나 PDA, MP3 플레이어, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대기기를 충전할 수 있는 무선충전제품들이 출시되고 있다. For example, an electric toothbrush or a wireless shaver is charged with the principle of electromagnetic induction, and recently, wireless charging products capable of charging a portable device such as a mobile phone, a PDA, an MP3 player, and a notebook computer by using electromagnetic induction have been introduced .

그러나, 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도하는 자기유도 방식은 코일 사이의 거리 및 상대적 위치에 매우 민감하여 두 코일 사이의 거리가 약간 떨어지거나 틀어져도 전송 효율이 급속히 떨어진다. 이에 따라 이러한 자기유도 방식의 무선 전력전송 시스템은 수 cm 이하의 근거리에서만 사용할 수 있다는 약점이 있다.However, the magnetic induction method of inducing a current from one coil to another through a magnetic field is very sensitive to the distance between the coils and the relative position thereof, so that the transmission efficiency is rapidly deteriorated even if the distance between the two coils is slightly decreased or turned. Accordingly, such a magnetic induction type wireless power transmission system has a weak point that it can be used only at a short distance of a few cm or less.

한편, 미국특허 7,741,735호에서는 공진장의 감쇄파 결합에 기반을 둔 비방사형 에너지 전달 방식을 개시하고 있다. 이는 두 개의 동일한 주파수를 갖는 공진체가 주위의 다른 비공진체와는 영향을 미치지 않지만 서로 커플링하려는 경향을 가지는 점을 이용한 것으로 기존의 전자기 유도에 비하여 먼 거리까지 에너지를 전달할 수 있는 기술로서 소개되고 있다. On the other hand, U.S. Patent No. 7,741,735 discloses a non-radiation energy transfer method based on attenuation wave coupling of a resonance field. This is because the resonator with two identical frequencies has a tendency to be coupled to each other without affecting other surrounding non-resonators, and this technique has been introduced as a technology capable of transmitting energy to a far distance as compared with the conventional electromagnetic induction .

한편, 여러 학문 분야에서 이용되는 동물 실험에서 동물의 생체 신호를 획득하는 장치 및 방법이 이용되고 있다. 동물의 생체 신호를 획득하기 위해서는 동물의 신체에 생체 신호를 측정하기 위한 장치를 장착하고 이러한 장치로부터 생체 신호를 전달받아 사용한다.On the other hand, apparatuses and methods for acquiring biological signals of animals in animal experiments used in various academic fields are being used. In order to acquire an animal's bio-signal, an apparatus for measuring a bio-signal is attached to an animal's body and a bio-signal is received from the apparatus.

이러한 동물실험에 있어서, 동물의 신체에 장착되는 장치는 측정 및 신호 전달을 위해 일반적으로 RF 무선 통신을 이용한다. In these animal experiments, devices mounted on the animal's body typically use RF wireless communications for measurement and signaling.

그러나, RF 무선 통신의 전력 효율이 충분히 높지 않아 전체적인 시스템의 전력 소모를 증대시킬 뿐만 아니라 데이터 송신율도 저하될 수 있다. 이에 따라 동물 신체에 장착되는 장치에 배터리를 부착하여야 할 뿐만 아니라, 부착된 배터리를 자주 교체하여야 한다. However, the power efficiency of the RF wireless communication is not sufficiently high, so that not only the power consumption of the whole system is increased but also the data transmission rate may be lowered. In addition to attaching the battery to the device attached to the animal body, the attached battery should be replaced frequently.

따라서, 이러한 장치는 장시간의 실험에 부적합하고, 특히 동물의 신체 내부에 삽입되는 장치의 경우 배터리의 교체가 용이하지 않아 더욱 큰 어려움이 있다.Therefore, such an apparatus is unsuitable for long-time experiments, and in particular, in the case of a device inserted into the body of an animal, replacement of the battery is difficult, which is more difficult.

본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 자기장 통신 및 무선 전력전송을 이용하여 실험용 동물로부터 생체 신호를 획득하는 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus, system, and method for acquiring a biological signal from a laboratory animal using magnetic field communication and wireless power transmission.

이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 자기장을 이용하여 무선 전력을 전달하여 실험용 동물에 장착된 센서를 동작시키고, 센서에 의해 검출된 신호를 자기장 통신을 통해 데이터 분석 시스템으로 전달한다.In order to solve such a problem, the present invention transmits a wireless power using a magnetic field to operate a sensor mounted on a laboratory animal, and transmits a signal detected by the sensor to a data analysis system through magnetic field communication.

본 발명의 일면에 따른 실험용 동물로부터 생체 신호를 획득하는 장치는, 송수신 안테나; 외부의 무선 전력전송 장치로부터 상기 송수신 안테나를 통해 전달되는 전력을 변환하는 전력 제어부; 상기 전력 제어부로부터 공급되는 전력을 이용하여 동작하며 실험용 동물의 생체 신호를 감지하는 센서; 상기 센서와 연결되어 있으며, 상기 센서에 의해 감지된 상기 생체 신호를 처리하는 신호 처리부; 및 상기 송수신 안테나를 이용하여 외부 장치와 통신을 수행하는 무선 통신부를 포함한다.An apparatus for acquiring a biological signal from a laboratory animal according to an embodiment of the present invention includes: a transmitting / receiving antenna; A power controller for converting power transmitted from an external wireless power transmission apparatus through the transmission / reception antenna; A sensor that operates using power supplied from the power controller and detects a biological signal of a laboratory animal; A signal processing unit connected to the sensor and processing the bio-signal detected by the sensor; And a wireless communication unit for communicating with an external device using the transmission / reception antenna.

여기에서, 상기 무선 통신부는 상기 무선 전력전송 장치와 자기장 통신하는 제1 통신부; 및 외부의 무선 데이터 수신 및 분석 시스템과 무선 통신하는 제2 통신부를 포함할 수 있으며, 상기 실험용 동물의 생체 신호 획득 장치는 상기 생체 신호를 얻기 위하여 상기 실험용 동물에게 자극을 가하는 자극 발생기를 더 포함할 수도 있다.Here, the wireless communication unit may include a first communication unit for performing magnetic field communication with the wireless power transmission device; And a second communication unit for wirelessly communicating with an external wireless data receiving and analyzing system, wherein the bio-signal acquisition apparatus of the laboratory animal further includes a stimulus generator for stimulating the laboratory animal to obtain the bio-signal It is possible.

본 발명의 다른 면에 따른 실험용 동물의 생체 신호 획득 방법은, 외부의 무선 전력전송 장치로부터 무선 전력을 수신하는 단계; 수신된 상기 무선 전력을 이용하여 실험용 동물의 생체 신호를 감지하는 센서를 작동시키는 단계; 상기 센서에 의해 실험용 동물의 생체 신호를 검출하는 단계; 검출된 상기 생체 신호를 처리하는 단계; 및 상기 생체 신호를 전송하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a bio-signal acquisition method for a laboratory animal, comprising: receiving wireless power from an external wireless power transmission device; Operating a sensor for sensing a biological signal of a laboratory animal using the received wireless power; Detecting a biological signal of a laboratory animal by the sensor; Processing the detected bio-signal; And transmitting the bio-signal.

여기에서, 상기 생체 신호는 상기 센서 외부의 무선 데이터 수신 및 분석 시스템으로 자기장 통신 또는 초고주파 무선 주파수 인식을 통해 전송되는 것이 바람직하다.Here, the bio-signal may be transmitted to the wireless data receiving and analyzing system outside the sensor through magnetic field communication or microwave radio frequency identification.

본 발명의 또 다른 면에 따르면 실험용 동물의 생체 신호 획득 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 자기장을 이용하여 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력전송 장치; 상기 무선 전력 전송 장치로부터 수신되는 전력을 이용하여 동작하며 실험용 동물의 생체 신호를 감지하는 센서를 포함하는 실험용 동물의 생체 신호 획득 장치; 및 상기 생체 신호 획득 장치로부터 감지된 상기 생체 신호를 무선으로 전송받는 무선 데이터 수신 및 분석 시스템을 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a bio-signal acquisition system for a laboratory animal, the system comprising: a wireless power transmission device for wirelessly transmitting power using a magnetic field; A bio-signal acquiring device for a laboratory animal, which uses a power received from the wireless power transmission device and senses a bio-signal of a laboratory animal; And a wireless data receiving and analyzing system for wirelessly transmitting the bio-signal detected by the bio-signal obtaining apparatus.

여기에서, 상기 무선 전력전송 장치는 상기 생체 신호 획득 장치가 장착된 실험용 동물을 넣어두는 우리에 내장될 수 있다.Here, the wireless power transmission apparatus may be embedded in a living body in which a laboratory animal equipped with the bio-signal acquisition apparatus is inserted.

본 발명의 실험용 동물의 생체 신호 획득 장치는 외부의 무선 전력공급 장치로부터 자기장을 이용하여 센서 동작 및 통신에 필요한 전력을 수신하므로 별도의 배터리가 없이 동작할 수 있다. 이에 따라 배터리의 잦은 교체에 따른 불편함 없이 장기간에 걸친 실험에 사용할 수 있고, 실험용 동물 신체 내에 생체 신호 획득 장치를 삽입하는 경우에 특히 유리하다. The bio-signal acquisition device of the laboratory animal of the present invention can operate without a separate battery because it receives electric power required for sensor operation and communication by using a magnetic field from an external wireless power supply device. Accordingly, it can be used for a long-term experiment without inconveniencing frequent replacement of the battery, and is particularly advantageous when a bio-signal acquisition device is inserted into the body of a laboratory animal.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템에서 사용되는 자기장 통신(MFAN: Magnetic Field Area Network)의 물리계층 구조를 나타낸다.
도 3은 MFAN의 매체접근제어계층의 슈퍼 프레임 구조를 나타낸다.
도 4는 MFAN 코디네이터의 상태도이다.
도 5는 MFAN 노드의 상태도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템의 무선 전력전송 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템의 생체 정보 획득 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템의 무선 데이터 수신 및 분석 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템에서 실험용 동물의 생체 신호 획득 방법을 나타내는 흐름도이다.
1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a wireless power transmission-based bio-signal acquisition system according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates a physical layer structure of a magnetic field area network (MFAN) used in a wireless power transmission based bio signal acquisition system according to an embodiment of the present invention.
3 shows a superframe structure of the medium access control layer of the MFAN.
4 is a state diagram of the MFAN coordinator.
5 is a state diagram of the MFAN node.
6 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless power transmission apparatus in a wireless power transmission based bio-signal acquisition system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a biometric information acquisition device of a wireless power transmission-based biometric signal acquisition system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless data receiving and analyzing system of a wireless power transmission based bio-signal acquisition system according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a bio-signal acquisition method for a laboratory animal in a wireless power transmission-based bio-signal acquisition system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템 및 이의 생체 신호 획득 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a wireless power transmission based bio-signal acquisition system and a bio-signal acquisition method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a wireless power transmission-based bio-signal acquisition system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실험용 동물의 생체 신호 획득 시스템은, 실험용 동물에 장착된 생체 신호 획득 장치(200)와, 생체 신호 획득 장치(200)와 소정의 거리만큼 떨어진 곳에 위치하며 자기장을 이용하여 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력전송 장치(100)를 포함하여 구성된다. 1, the bio-signal acquisition system for an experimental animal according to an embodiment of the present invention includes a bio-signal acquisition device 200 mounted on a laboratory animal, And a wireless power transmission apparatus 100 for transmitting power wirelessly using a magnetic field.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 실험용 동물의 생체 신호 획득 시스템은 획득된 생체 신호를 분석하기 위한 무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300)을 포함하는데, 무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300)은 생체 신호 획득 장치(200)로부터 무선으로 생체 신호를 수신한다.The biological signal acquisition system of the laboratory animal according to an embodiment of the present invention includes a wireless data receiving and analyzing system 300 for analyzing the obtained bio signal, And receives bio-signals from the acquiring device 200 wirelessly.

무선 전력전송 장치(100)는 생체 신호 획득 장치(200)로 무선 전력을 송신하며, 또한 생체 신호 획득 장치(200)와 자기장 통신(MFAN: Magnetic Field Area Network)을 이용하여 정보를 교환할 수 있다. 즉, 생체 신호 획득 장치(200)의 식별정보, 종류, 위치, 또는 충전상태를 포함하는 생체 신호 획득 장치(200)의 정보를 수신할 수 있으며, 생체 신호 획득 장치(200)로 무선 전력을 송신할 때에 이러한 정보를 이용할 수 있다.The wireless power transmission apparatus 100 transmits wireless power to the bio-signal acquisition apparatus 200 and can exchange information with the bio-signal acquisition apparatus 200 using a magnetic field area network (MFAN) . That is, it is possible to receive the information of the bio-signal acquisition device 200 including the identification information, type, position, or state of charge of the bio-signal acquisition device 200, and transmit the wireless power to the bio- This information can be used when doing so.

MFAN 기술은 어떤 환경에서든 투과성이 높은 점, 센서 태그가 생체 내에 삽입되었을 경우 통신 거리 손실 보완 및 무선 전력전송 장치가 생체 신호 획득 장치로 무선으로 전력을 전송하는 기술과 연동하여 사용된다.The MFAN technology is used in combination with high permeability in any environment, complementing loss of communication distance when the sensor tag is inserted in the living body, and wireless power transmission device to wirelessly transmit power to the bio-signal acquisition device.

MFAN 시스템은 자기장 영역을 이용한 무선통신 시스템이다. MFAN 시스템은 에너지 전송을 기반으로 무선통신을 하는 방식이기 때문에 데이터 전송과 동시에 전력 전송이 가능하다. The MFAN system is a wireless communication system using a magnetic field region. Since the MFAN system is a wireless communication system based on energy transmission, power transmission is possible simultaneously with data transmission.

본 발명의 실시예에 따른 실험용 동물의 생체 신호 획득 시스템에서, 무선 전력전송 장치(100)는 MFAN의 코디네이터가 되고, 생체 신호 획득 장치(200)는 MFAN의 노드가 된다.In the biological signal acquisition system for laboratory animals according to the embodiment of the present invention, the wireless power transmission apparatus 100 becomes the coordinator of the MFAN, and the bio-signal acquisition apparatus 200 becomes the node of the MFAN.

도 2는 MFAN의 물리계층 구조를 나타낸다. 크게 프리엠블과 헤더, 페이로드로 구성되고 프리엠블에는 웨이크업 신호와 싱크 신호를 포함하며, 헤더에는 데이터 속도와 코딩 방법, 페이로드 길이, 에러 체크 코드를 포함한다. 특히, 웨이크업 신호는 코디네이터가 노드들에게 데이터를 보낼 때만 포함되는데, 노드들은 데이터 통신을 하지 않을 때 슬립(sleep) 상태에 있다가 코디네이터가 데이터를 보내는 시점부터 깨어나 통신을 시작하게 된다.2 shows the physical layer structure of MFAN. The preamble includes a preamble, a header, and a payload. The preamble includes a wakeup signal and a sync signal. The header includes a data rate, a coding method, a payload length, and an error check code. In particular, the wakeup signal is only included when the coordinator sends data to the nodes. The nodes are in a sleep state when they are not in data communication, but wake up from the time the coordinator sends data and start communication.

MFAN 시스템은 물, 흙 주변의 전파에 대한 극한 환경에서도 데이터 통신과 동시에 전력전송이 가능한 통신 방식이므로 실험용 동물의 생체 내부에 장착된 생체 신호 획득 장치(200)에 전력을 전송하고 데이터를 송수신하기에 적합한 통신 및 전력전송 시스템이다. Since the MFAN system is a communication system capable of transmitting power simultaneously with data communication even in an extreme environment with respect to water and soil, it transmits power to the bio-signal acquisition apparatus 200 mounted in the living body of the laboratory animal and transmits and receives data Suitable communication and power transmission systems.

도 3은 MFAN의 매체접근제어계층의 슈퍼 프레임 구조를 나타낸다. 3 shows a superframe structure of the medium access control layer of the MFAN.

하나의 슈퍼 프레임은 요청구간과 응답구간, 자발구간으로 나누어지며 요청구간에서 코디네이터가 노드에게 요청 패킷을 전송하면 해당 노드는 응답구간에 요청된 데이터를 코디네이터에게 보낸다. 자발구간에서는 코디네이터의 요청 없이 노드가 임의로 데이터를 보낼 수 있는 구간이다. 자발구간에서는 랜덤하게 데이터를 보낼 수 있다. 전력전송을 할 경우, 하나의 슈퍼프레임에서 코디네이터가 전력전송 요청 패킷을 보내면 전력전송이 필요한 노드는 이 때, 전송전력 응답 패킷을 코디네이터에게 보낸다. 그러면 코디네이터는 응답받은 정보를 기반으로 전력전송 스케쥴을 하고 그 결과를 다음 슈퍼 프레임에서 요청 패킷을 통해서 전력전송 스케쥴링 정보를 노드에게 보낸 후, 응답구간에 각 노드들에게 전력을 전송한다.One superframe is divided into a request section, a response section and a spontaneous section. When a coordinator transmits a request packet to a node in a request section, the corresponding node sends the requested data to the coordinator in a response section. In the spontaneous section, the node can send data at random without the request of the coordinator. In the spontaneous section, data can be sent at random. In the case of power transmission, when a coordinator sends a power transmission request packet in one super frame, a node requiring power transmission sends a transmission power response packet to the coordinator at this time. Then, the coordinator schedules the power transmission based on the received information and sends the result to the node through the request packet in the next superframe, and then transmits power to each node in the response period.

도 4는 MFAN 코디네이터의 상태도이고, 도 5는 MFAN 노드의 상태도이다. 4 is a state diagram of the MFAN coordinator, and Fig. 5 is a state diagram of the MFAN node.

도 4에 나타난 바와 같이, 코디네이터는 전원을 켠 후, 대기와 패킷분석, 패킷생성, 파워 전송의 상태를 오가며 데이터 전송과 무선전력전송을 수행한다. 노드는 전원을 켠 후, 도 5에 나타난 바와 같이, 수면, 활성, 대기, 패킷분석, 패킷생성, 파워차단, 파워전송, 수면 패킷분석, 수면 패킷생성의 상태를 오가며 데이터를 전송과 무선전력수신을 수행한다. As shown in FIG. 4, the coordinator performs data transmission and wireless power transmission between the standby state and packet analysis, packet generation, and power transmission state after turning on the power. After the power is turned on, the node transmits and receives data through the state of sleep, active, standby, packet analysis, packet generation, power interruption, power transmission, sleep packet analysis and sleep packet generation, .

무선 전력 전송은 근거리 자기장 내에서 송수신 코일 간의 주파수가 공진할 때 감쇄파 결합에 의하여 에너지가 전달되는 현상을 이용한 기술이다. 수십 cm에서 수 m까지 무선으로 전력을 전송할 수 있는 자기공진 기술은 송수신 코일의 방향성 자유도가 매우 높아서 근거리 장 이내에서는 위치에 관계없이 전력을 송수신할 수 있다. 또한 같은 주파수를 갖는 물질에만 전력을 전송하므로 충전시스템 및 충전기기 사이에 위치한 다른 기기들에 의한 영향이 거의 없다. 공진 주파수가 일치하는 전자기기에 동시에 전력을 전송할 수 있는 특징이 있어 자기유도 방식과는 달리 한 개의 송신 코일을 사용하여 다수의 충전기기에 전력을 전송할 수 있다.The wireless power transmission is a technology that uses energy that is transmitted by the attenuation wave coupling when the frequency between the transmitting and receiving coils resonates within the near field. Self-resonance technology that can transmit power wirelessly from several tens of centimeters to several meters can transmit / receive power regardless of its position within a short distance because the directional freedom of the transmitting and receiving coils is very high. Also, since power is transmitted only to materials having the same frequency, there is little influence by other devices located between the charging system and the charging device. Unlike the magnetic induction type, the power can be transmitted to a plurality of chargers by using one transmission coil because the power can be transmitted to the electronic devices having the same resonance frequency at the same time.

실험용 동물의 생체 내에 삽입되는 생체 신호 획득 장치(200)에 배터리를 이용하여 전력을 공급하는 것은 생체 신호 획득 장치(200)의 크기를 증가시키고, 배터리를 교환하기 어렵다는 문제점이 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 실험용 동물의 생체 신호 획득 시스템에서는 상술한 자기공진 방식 무선 전력전송을 이용하여 무선 전력전송 장치(100)로부터 생체 신호 획득 장치(200)로 전력을 공급하여 무전지 생체 신호 획득 장치(200)를 구현할 수 있다. There is a problem in that supplying power to the bio-signal acquiring device 200 inserted in the living body of the laboratory animal using the battery increases the size of the bio-signal acquisition device 200 and makes it difficult to replace the battery. In the bio-signal acquisition system of the experimental animal according to the example, power is supplied from the wireless power transmission apparatus 100 to the bio-signal acquisition apparatus 200 using the self-resonance method wireless power transmission described above, ) Can be implemented.

무선 전력전송 장치(100)는 고정형 또는 이동형으로 구현될 수 있으며, 실험용 동물의 우리 등에 내장되도록 할 수도 있다. The wireless power transmission apparatus 100 may be implemented as a fixed or mobile type, and may be embedded in us or the like of a laboratory animal.

생체 신호 획득 장치(200)는 실험용 동물의 생체 외부에 부착되거나 생체의 내부에 삽입될 수 있다.The bio-signal acquisition device 200 may be attached to the outside of the living body of a laboratory animal or may be inserted into a living body.

한편, 도 1에 도시되지는 않았지만, 무선전력의 전달 거리를 연장하기 위해서나 그 밖의 목적을 위해서 중계기를 사용할 수도 있다, 중계기는 데이터와 전력을 모두 중계하는 통신 및 전력 중계기로 구성되거나, 통상, 무선전력의 전달 범위에 비하여 통신 가능 범위가 넓은 점을 감안하여 전력만을 중계하도록 할 수도 있다. Although not shown in FIG. 1, a repeater may be used for extending the transmission distance of wireless power or for other purposes. The repeater may be comprised of a communication and power repeater that relays both data and power, It is possible to relay only the power in consideration of the wide communication range compared to the power transmission range.

무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300)은 생체 신호 획득 장치(200)에 의해 획득된 생체 신호를 무선으로 수신하여 이를 필요에 따른 방법으로 분석한다. 무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300)과 생체 신호 획득 장치(200) 사이의 통신 방법은 특별한 제한이 없으며, 분석 내용 및 방법 또한 수신한 생체 신호의 특성이나 수신한 생체 신호의 분석 용도에 의존하는 것으로 본 발명에 따른 특별한 제한은 없다.The wireless data receiving and analyzing system 300 wirelessly receives the bio-signal obtained by the bio-signal obtaining apparatus 200 and analyzes it by a method as needed. There is no particular limitation on the communication method between the wireless data receiving and analyzing system 300 and the biological signal acquiring apparatus 200. The analytical contents and methods also depend on the characteristics of the received biological signal and the analysis purpose of the received biological signal There is no particular limitation according to the present invention.

한편, 도 1에는 하나의 실험용 동물에 장착된 하나의 생체 신호 획득 장치(200)만을 도시하였지만, 하나의 실험용 동물에 두 개 이상의 생체 신호 획득 장치(200)가 장착되거나, 생체 신호 획득 장치(200)가 장착된 둘 이상의 실험용 동물이 본 발명의 실시예에 따른 실험용 동물의 생체 신호 획득 시스템 내에 포함될 수 있다. 즉, 하나의 무선 전력전송 장치(100)를 이용하여 다수의 생체 신호 획득 장치(200)에 무선 전력을 전송할 수 있으며, 무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300) 역시 다수의 생체 신호 획득 장치(200)와 무선 통신하여 데이터를 수신하고 처리할 수 있음은 물론이다.1 shows only one bio-signal acquisition device 200 mounted on one laboratory animal, however, two or more bio-signal acquisition devices 200 may be mounted on one laboratory animal, or the bio-signal acquisition device 200 ) May be included in the bio-signal acquisition system of the laboratory animal according to the embodiment of the present invention. That is, wireless power can be transmitted to a plurality of bio-signal acquisition apparatuses 200 using one wireless power transmission apparatus 100, and the wireless data reception and analysis system 300 can also transmit a plurality of bio- So that data can be received and processed.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템의 무선 전력전송 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless power transmission apparatus in a wireless power transmission based bio-signal acquisition system according to an embodiment of the present invention.

도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 장치(100)는, 생체 신호 획득 장치(200)로 무선 전력을 송신하고 생체 신호 획득 장치(200)와 데이터를 송수신하는 무선 전력전송 및 데이터 송수신 안테나(110), 외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받아 생체 신호 획득 장치(200)에 공급하기 위한 AC 전력으로 최적화하는 무선 전력 최적화 기능 블럭(130), 무선 전력전송 장치(100)로부터 생체 신호 획득 장치(200)로 전력을 송신하고 무선 전력전송 장치(100)와 생체 신호 획득 장치(200) 사이에서 데이터를 송수신하기 위하여 주파수 매칭하는 매칭 네트워크(140), 생체 신호 획득 장치(200)로부터 수신한 신호를 증폭하는 RF 파워 앰프(120), 생체 신호 획득 장치(200)와의 데이터 연동을 위한 상호 데이터 연동 소프트웨어(160) 및 데이터 처리를 위한 데이터 프로세서(150)를 포함한다.6, a wireless power transmission apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a wireless power transmission apparatus 100 that transmits wireless power to a living body signal acquisition apparatus 200 and wireless power transmission / A wireless power optimization function block 130 that optimizes the AC power to be supplied to the bio-signal acquisition device 200 by receiving power from an external power supply source, a wireless power transmission device 100, A matching network 140 for transmitting power to the bio-signal acquisition apparatus 200 and performing frequency matching for transmitting and receiving data between the wireless power transmission apparatus 100 and the bio-signal acquisition apparatus 200, a bio- An RF power amplifier 120 for amplifying a signal received from the biological signal acquiring device 200, a mutual data interlocking software 160 for interlocking data with the biological signal acquiring device 200, And a data processor 150.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템의 생체 정보 획득 장치(200)의 구성을 나타내는 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus 200 for acquiring biological information of a wireless power transmission-based biological signal acquisition system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 실험용 동물의 생체 정보 획득 장치(200)는, 무선 전력전송 장치(100)로부터 무선 전력을 수신하고, 무선 전력전송 장치(100) 및 무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300)과 데이터를 송수신하기 위한 RF 송수신기(260), 수신된 전력을 센서(240)에 이용하기 적합하도록 변환하는 전원 제어 모듈(210), 전원 제어 모듈(210)로부터 전달된 전력에 의해 작동되어 실험용 동물의 생체 정보를 획득하는 센서(270) 및 센서 인터페이스(230), 센서(270)에 의해 획득된 아날로그 신호를 처리하는 아날로그 제어 블록(280), 아날로그 통신을 위한 아날로그 통신 인터페이스(240) 및 데이터 통신을 위한 통신 모뎀 인터페이스(290), 및 생체 정보 획득 장치(200)의 구성요소들을 제어하고 신호를 처리하는 프로세서(250)를 포함한다.The biological animal information acquiring apparatus 200 of the laboratory animal according to the embodiment of the present invention receives radio power from the radio power transmission apparatus 100 and transmits the radio power transmission apparatus 100 and the radio data reception and analysis system 300, An RF transceiver 260 for transmitting and receiving data, a power control module 210 for converting the received power to be suitable for use in the sensor 240, and a power control module 210, An analog control block 280 for processing the analog signals acquired by the sensor 270, an analog communication interface 240 for analog communication, and a data communication And a processor 250 for controlling components of the bio-information obtaining apparatus 200 and processing signals.

본 발명의 실시예에 따른 실험용 동물의 생체 정보 획득 장치(200)는 무선 전력전송 장치(100)로부터 전력을 수신하여 수신된 전력을 이용하여 센서(270)를 작동시키고 신호를 처리하여 송신하므로, 센서(270)를 포함하는 기타 모듈에 전원을 공급하기 위한 별도의 배터리를 필요로 하지 않는다.The biological information acquisition device 200 for a laboratory animal according to an embodiment of the present invention receives power from the wireless power transmission device 100, operates the sensor 270 using the received power, processes and transmits the signal, A separate battery for supplying power to other modules including the sensor 270 is not required.

실험용 동물의 생체 정보 획득 장치(200)에서 사용되는 센서(270)의 종류에는 특별한 제한이 없으며, 필요에 따라서는 생체 신호를 얻기 위해 자극을 주기 위한 구성요소를 더 포함할 수도 있다. There is no particular limitation on the type of the sensor 270 used in the bio-information acquiring device 200 of the laboratory animal, and the bio-information acquiring device 200 may further include a component for providing a stimulus for obtaining a bio-signal, if necessary.

한편, 실험용 동물의 신체에 장착하기 편리하도록 하기 위하여 생체 정보 획득 장치(200)의 각 구성요소를 단일의 칩으로 구성할 수 있으며, 태그가 생체 내에서 실험용 동물에게 손상을 주지 않으면서 안정적으로 데이터를 전송하기 위한 생체 적합성 재질을 이용한 패키징 기술을 사용하는 것이 바람직하다. Meanwhile, in order to make it easy to attach to the body of a laboratory animal, each component of the bio-information acquiring device 200 can be constituted by a single chip, and the tag can be stably stored in the living body without damaging the laboratory animal in vivo It is preferable to use a packaging technique using a biocompatible material to transmit the biocompatible material.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템의 무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300)의 구성을 나타내는 블록도이다.FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless data receiving and analyzing system 300 of a wireless power transmission-based bio-signal acquisition system according to an embodiment of the present invention.

도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300)은 생체 정보 획득 장치(200)로부터 데이터를 수신하는 데이터 수신 모듈(310), 수신된 데이터를 처리하는 데이터 처리 모듈(320), 데이터를 분석하는 분석 모듈(330) 및 모니터링 시스템(340)을 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 8, the wireless data receiving and analyzing system 300 according to the embodiment of the present invention includes a data receiving module 310 for receiving data from the biometric information obtaining apparatus 200, data for processing the received data A processing module 320, an analysis module 330 for analyzing the data, and a monitoring system 340.

앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300)은 본 발명의 실시예에 따른 생체 정보 획득 장치(200)로부터 데이터를 무선 수신하는 것 외에는 통상적으로 사용되는 무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300)과 유사하므로 자세한 설명은 생략한다. As described above, the wireless data receiving and analyzing system 300 according to the embodiment of the present invention may be configured to receive data from a biometric information obtaining apparatus 200 according to an embodiment of the present invention, The data receiving and analyzing system 300 is similar to that of FIG.

한편, 생체 정보 획득 장치(200)와 무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300) 사이의 무선 통신을 위해서는 상술한 자기장 통신 방법이 사용될 수도 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, UHF RFID 기술과 같은 다른 무선 통신 방법이 사용될 수도 있다. Meanwhile, although the magnetic field communication method described above may be used for wireless communication between the biometric information obtaining apparatus 200 and the wireless data receiving and analyzing system 300, the present invention is not limited thereto. For example, Method may be used.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 기반 생체 신호 획득 시스템에서 실험용 동물의 생체 신호 획득 방법을 나타내는 흐름도이다. 9 is a flowchart illustrating a bio-signal acquisition method for a laboratory animal in a wireless power transmission-based bio-signal acquisition system according to an embodiment of the present invention.

도 9에 나타난 바와 같이, 생체 정보 획득 장치(200)가 무선 전력을 수신하면(S310), 이에 따라 생체 정보 획득 장치(200)의 센서(270)가 작동을 시작한다(S320). 달리 말하자면, 생체 정보 획득 장치(200)를 통해 생체 정보를 획득하기 위해서는 먼저, 무선 전력전송 장치(100)에서 생체 정보 획득 장치(200)로 전력을 전송한다.9, when the biometric information obtaining apparatus 200 receives wireless power (S310), the sensor 270 of the biometric information obtaining apparatus 200 starts to operate (S320). In other words, in order to acquire biometric information through the biometric information acquisition apparatus 200, the wireless power transmission apparatus 100 first transmits power to the biometric information acquisition apparatus 200.

센서가 작동을 시작하면, 해당되는 생체 신호를 검출하고(S330), 검출된 생체 신호는 필요에 따라 적절한 신호 처리를 거쳐(S340), 무선 데이터 수신 및 분석 시스템(300)으로 전송된다(S350).When the sensor starts to operate, the corresponding living body signal is detected (S330), and the detected living body signal is transmitted to the wireless data receiving and analyzing system 300 (S350) through appropriate signal processing as necessary (S340) .

이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다. While the invention has been described in terms of the preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims are intended to embrace all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.

Claims (7)

송수신 안테나;
외부의 무선 전력전송 장치로부터 상기 송수신 안테나를 통해 전달되는 전력을 변환하는 전력 제어부;
상기 전력 제어부로부터 전력이 공급되면 동작하며 실험용 동물의 생체 신호를 감지하는 센서;
상기 센서와 연결되어 있으며, 상기 센서에 의해 감지된 상기 생체 신호를 처리하는 신호 처리부; 및
상기 송수신 안테나를 이용하여 외부 장치와 통신을 수행하는 무선 통신부를 포함하되,
상기 무선 통신부는 식별정보, 종류정보, 위치정보 및 충전상태정보 중 적어도 하나의 정보를 자기장 통신을 이용하여 상기 무선 전력전송 장치로 전송하고,
상기 송수신 안테나는 상기 무선 전력전송 장치가 상기 무선 통신부로부터 수신한 정보에 기초하여 송신하는 무선 전력을 수신하는 것
인 실험용 동물의 생체 신호 획득 장치.
Transmission and reception antennas;
A power controller for converting power transmitted from an external wireless power transmission apparatus through the transmission / reception antenna;
A sensor that operates when power is supplied from the power control unit and detects a biological signal of a laboratory animal;
A signal processing unit connected to the sensor and processing the bio-signal detected by the sensor; And
And a wireless communication unit for performing communication with an external device using the transmission / reception antenna,
Wherein the wireless communication unit transmits at least one of identification information, type information, position information, and charge status information to the wireless power transmission apparatus using magnetic field communication,
Wherein the transmission / reception antenna is configured to receive wireless power transmitted by the wireless power transmission apparatus based on information received from the wireless communication unit
A biological signal acquisition device for a laboratory animal.
제1항에 있어서, 상기 무선 통신부는,
상기 무선 전력전송 장치와 자기장 통신하는 제1 통신부; 및
외부의 무선 데이터 수신 및 분석 시스템과 무선 통신하는 제2 통신부를 포함하는 실험용 동물의 생체 신호 획득 장치.
The wireless communication system according to claim 1,
A first communication unit for performing magnetic field communication with the wireless power transmission device; And
And a second communication unit for wirelessly communicating with an external wireless data receiving and analyzing system.
제1항에 있어서,
상기 생체 신호를 얻기 위하여 상기 실험용 동물에게 자극을 가하는 자극 발생기를 더 포함하는 실험용 동물의 생체 신호 획득 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a stimulus generator for stimulating the laboratory animal to obtain the biological signal.
생체 신호 획득 장치의 식별정보, 종류정보, 위치정보 및 충전상태정보 중 적어도 하나의 정보를 자기장 통신을 이용하여 외부의 무선 전력전송 장치로 전송하는 단계;
상기 외부의 무선 전력전송 장치가 수신한 정보에 기초하여 송신하는 무선 전력을 수신하는 단계;
상기 무선 전력을 수신하면 수신된 상기 무선 전력을 이용하여 실험용 동물의 생체 신호를 감지하는 센서를 작동시키는 단계;
상기 센서에 의해 실험용 동물의 생체 신호를 검출하는 단계;
검출된 상기 생체 신호를 처리하는 단계; 및
상기 생체 신호를 전송하는 단계를 포함하는 실험용 동물의 생체 신호 획득 방법.
Transmitting at least one of identification information, type information, position information, and charge state information of the bio-signal acquisition apparatus to an external wireless power transmission apparatus using magnetic field communication;
Receiving wireless power to be transmitted based on information received by the external wireless power transmission apparatus;
Receiving a wireless power, activating a sensor for sensing a biological signal of a laboratory animal using the received wireless power;
Detecting a biological signal of a laboratory animal by the sensor;
Processing the detected bio-signal; And
And transmitting the bio-signal.
제4항에 있어서,
상기 생체 신호는 상기 센서 외부의 무선 데이터 수신 및 분석 시스템으로 자기장 통신 또는 초고주파 무선 주파수 인식을 통해 전송되는 실험용 동물의 생체 신호 획득 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the bio-signal is transmitted to a wireless data receiving and analyzing system outside the sensor through magnetic field communication or ultra-high frequency radio frequency recognition.
자기장을 이용하여 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력전송 장치;
상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하면 동작하며 실험용 동물의 생체 신호를 감지하는 센서를 포함하는 실험용 동물의 생체 신호 획득 장치; 및
상기 생체 신호 획득 장치로부터 감지된 상기 생체 신호를 무선으로 전송받는 무선 데이터 수신 및 분석 시스템을 포함하되,
상기 생체 신호 획득 장치는 식별정보, 종류정보, 위치정보 및 충전상태정보 중 적어도 하나의 정보를 자기장 통신을 이용하여 상기 무선 전력전송 장치로 전송하고,
상기 무선 전력전송 장치는 상기 생체 신호 획득 장치로부터 수신한 정보에 기초하여 상기 생체 신호 획득 장치에 무선으로 전력을 송신하는 것
인 실험용 동물의 생체 신호 획득 시스템.
A wireless power transmission device for wirelessly transmitting power using a magnetic field;
A bio-signal acquiring device for a laboratory animal that operates upon receipt of power from the wireless power transmission device and includes a sensor for sensing a bio-signal of a laboratory animal; And
And a wireless data receiving and analyzing system for wirelessly receiving the bio-signal detected by the bio-signal obtaining apparatus,
Wherein the bio-signal acquisition device transmits at least one of identification information, type information, position information, and charge state information to the wireless power transmission device using magnetic field communication,
Wherein the wireless power transmission apparatus wirelessly transmits power to the bio-signal acquisition apparatus based on information received from the bio-signal acquisition apparatus
Biological signal acquisition system for laboratory animals.
제6항에 있어서, 상기 무선 전력전송 장치는,
상기 생체 신호 획득 장치가 장착된 실험용 동물을 넣어두는 우리에 내장된 실험용 동물의 생체 신호 획득 시스템.
7. The wireless power transmission apparatus according to claim 6,
A bio-signal acquisition system for a laboratory animal embedded in the human body in which the bio-signal acquisition device is mounted.
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