KR20220053571A - 측정 객체를 모니터링하기 위한 광학 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20220053571A
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패트릭 바이머
패트릭 스트롬스텐
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오딘웰 에이비
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Abstract

측정 객체를 모니터링하기 위한 방법 및 장치. 패시브 유닛은 측정 객체로부터 적어도 하나의 외부 측정 영향에 의해 변조된 방사된 광을 방사하는 광원을 갖는다. 액티브 유닛은 광 링크를 통해 방사되고 변조된 광을 수신하는 광 검출기를 갖는다. 또한, 광 에너지, 소리 에너지, 전자기 에너지 등과 같은 에너지를 방출하는 전송기 유닛이 있다. 방출된 에너지는 에너지 서명으로 코딩되어 에너지 링크를 통해 패시브 유닛으로 전송된다. 패시브 유닛은 에너지 서명을 디코딩하고 에너지 서명에 따라 방사되고 변조된 광을 조정하는 수신기 유닛에 의해 방출된 에너지를 수신한다. 수신된 에너지는 또한 광원을 구동하는 데 사용된다. 프로세서 유닛은 오류원으로부터 신호를 구별하기 위해 신호를 디코딩할 수 있다.

Description

측정 객체를 모니터링하기 위한 광학 방법 및 장치
본 발명은 측정 장치의 적어도 일부를 위한 광학 장치를 이용하는 측정 기술에 관한 것이다.
측정 객체의 속성 측정은 많은 기술 분야에서 필요하다. 이러한 속성은 전기 측정 방법으로 측정될 수 있다.
많은 기술 분야에서, 전기 측정 방법의 사용은 예를 들어, 전기적 또는 자기적 장애가 큰 영역이나 높은 습기 또는 고온 영역에서 어려울 수 있다.
광 측정 기술은 이러한 어려운 영역에서 사용될 수 있다. 광 측정 방법이 유용한 측정 영역의 예는 다음과 같다.
1) 전기적 상호 작용이 바람직하지 않은 의료 기기;
2) 온도, 습기, 부하, 화재 경보, 연기와 같은 건물 및 인프라구조의 모니터링;
3) 선박, 석유 화학 산업, 화재 위험에 대한 수요가 높은 원자력 발전소와 같은 위험 영역;
4) 작은 컴포넌트가 유용한 이동 전화;
5) 의류 및 바디 웨어;
6) 고온 및 습기 측정;
종래의 광 측정 장치는 예를 들어 배터리 또는 라인 전압에 의해 제공되는 전력에 의해 구동되는 광원을 포함할 수 있다. 광은 광섬유를 통해 광 센서로 전송된다. 광 센서로부터의 광은, 예를 들어 반사되거나 흡수되어, 위에서 언급된 것과 동일한 광섬유일 수 있는 광섬유를 통해 검출기로 전송되는 광 신호를 생성하는 것과 같이, 측정 객체의 영향을 받을 수 있다. 검출기는 광 신호를 컴퓨터에 의해 처리되는 전기 신호로 변환한다. 광섬유는 길기 때문에, 전기 장치가 측정 객체에서 멀리 떨어져 위치될 수 있다. 예를 들어, 공개 특허 제WO2013/147670A1호를 참조한다.
다른 광 측정 장치가 특허 출원 제WO2020/027716호에 공지되어 있으며, 이는 광원을 갖는 액티브 유닛, 파장 스펙트럼을 갖는 방출 광, 및 광 검출기를 포함하는 측정 객체를 모니터링하기 위한 장치를 개시하고 있다. 광 링크는 방출된 광을 하나 이상의 패시브 유닛으로 전달한다. 각각의 패시브 유닛은 센서와 방출된 광을 센서로 전환시키기 위한 선택기를 포함한다. 센서는 선택기에 의해 전환된 방출된 광에 의해 직접 또는 간접적으로 영향을 받는 발광 재료를 포함한다. 센서는 광 링크를 통해 검출기로 전달되는 변조된 신호를 생성하기 위해 측정 객체에 의한 외부 영향에 민감한다. 발광 재료는 광원에서 방출된 광에 의해 직접 조사되는 형광 재료일 수 있다.
그러나, 기존에 알려진 장치에서 측정된 광 신호는 매우 작을 수 있고, 주변으로부터 미광 형태의 "잡음"에 빠질 수 있다. 또한, 광섬유 또는 광을 전도하는 다른 수단은 측정된 광 신호와 동일한 스펙트럼에서 광을 유발하는 결함을 포함할 수 있다. 측정된 광 신호는 경우에 따라 다른 광의 1:10000 미만일 수 있다.
따라서, 측정된 광 신호를 다른 광으로부터의 교란 잡음 및 간섭과 같은 오류원으로부터 분리할 수 있는 장치가 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 단독으로 또는 임의의 조합으로 상기 식별 및 하기에 언급된 하나 이상의 또는 기타 결점 및 단점을 완화, 경감 또는 제거하는 것이다.
일 측면에서, 적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 장치가 제공되며, 적어도 하나의 광 검출기를 갖는 적어도 하나의 액티브 유닛; 적어도 하나의 광 링크; 상기 측정 객체로부터 발산되는 적어도 하나의 외부 측정 영향에 의해 변조되는, 방사된 광을 방사하는 적어도 하나의 광원을 갖는 적어도 하나의 패시브 유닛을 포함하고, 상기 광 검출기는 상기 광 링크를 통해 상기 방사되고 변조된 광을 수신하며, 적어도 하나의 에너지 링크; 상기 패시브 유닛의 적어도 하나의 수신기 유닛; 상기 에너지 링크를 통해 상기 패시브 유닛의 수신기 유닛으로 적어도 하나의 에너지량을 전송하기 위한 적어도 하나의 에너지원; 및 상기 수신기 유닛에 의해 수신되는 에너지량에 의존하여 상기 방사되고 변조된 광을 조정하기 위한 적어도 하나의 광 조정기를 더 포함한다. 에너지 링크는 상기 광 링크와 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 상기 에너지량에 영향을 미치는 적어도 하나의 에너지 서명을 더 포함하며, 상기 에너지 서명은 상기 수신기 유닛에 의해 수신되는 에너지 서명에 의존하여 상기 방사되고 변조된 광을 조정하기 위한 광 조정기를 제어하기 위한 에너지량과 함께 상기 수신기 유닛 및 상기 광 조정기로 전송된다. 상기 에너지 서명은 적어도 하나의 정보 데이터에 의해 제어되고, 상기 광 조정기는 상기 정보 데이터에 따라 제어된다.
다른 실시예에서, 상기 에너지원은 광, 광자, 전기장, 자기장, 전자기장, 얽힘(entanglement), 소립자, 전자, 원자, 분자, 전하, 파장 스펙트럼, 압력파, 공유파, 방사, 온도, 압력, 기계적 에너지, 진동, 중력 중 적어도 하나일 수 있다.
추가 실시예에서, 적어도 하나의 조정기 메모리는 상기 수신기 유닛과 상기 광 조정기 사이에 배치된다.
또 다른 실시예에서, 상기 수신기 유닛에 의해 수신되는 에너지량의 적어도 일부는 상기 광원이 광을 방사하게 하기 위해 상기 광원으로 전송된다.
또 다른 실시예에서, 상기 광원은 상기 광원이 광을 방사하게 하기 위해 상기 광 링크를 통해 또는 상기 에너지 링크를 통해 에너지를 수신할 수 있다.
추가 측면에서, 적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 방법이 제공되며, 전송기 유닛에 의해 적어도 하나의 에너지량을 방출하는 단계; 적어도 하나의 에너지 링크에 의해 상기 에너지량을 전송하는 단계; 패시브 유닛의 수신기 유닛에 의해 상기 에너지량을 수신하는 단계; 광을 방사하기 위한 적어도 하나의 광원으로 상기 에너지량의 적어도 일부를 전달하는 단계; 방사되고 변조된 광을 생성하기 위해 상기 측정 객체로부터의 외부 영향에 의해 상기 광원 또는 방사된 광을 변조하는 단계; 검출기 정보를 제공하기 위해 적어도 하나의 검출기로 상기 방사되고 변조된 광을 전송하는 단계; 방사되고 변조되며 조정된 광을 생성하기 위해, 에너지 서명에 의해 상기 광원으로부터의 방사되고 변조된 광 정보를 조정하기 위해 상기 전송기 유닛으로부터 상기 광원으로 상기 에너지 서명을 전송하는 단계; 및 잡음과 같은 오류원으로부터 상기 검출기에 의해 수신되는 방사되고 변조되며 조정된 광을 구별하기 위해 프로세서 유닛으로 상기 검출기 정보를 전도하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방사되고 변조되며 조정된 광은 광 링크를 통해 상기 검출기로 전송될 수 있다. 상기 광 링크는 상기 에너지 링크와 동일할 수 있다.
추가 실시예에서, 상기 에너지 서명은 어드레스 신호에 대응하도록 프로그램된 미리 결정된 패시브 유닛의 선택을 위한 어드레스 신호를 포함할 수 있다. 상기 에너지 서명은 1000 kHz 미만과 같은 저주파에서 상기 에너지량의 맥동일 수 있다.
본 발명의 추가 목적, 특징 및 이점은 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 블록도이다.
도 2a는 실시예의 도 1과 유사한 블록도이다.
도 2b는 제1 구성의 스플리터를 도시한 도 1의 실시예의 일부의 블록도이다.
도 2c는 제2 구성의 스플리터를 도시한 도 2a와 유사한 블록도이다.
도 2d는 제3 구성의 스플리터를 도시한 도 2b와 유사한 블록도이다.
도 2e는 경로 및 서브 경로를 도시한 도 1의 실시예의 일부의 블록도이다.
도 2f는 채널을 도시한 도 1의 실시예의 일부의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예의 블록도이다.
이하, 본 발명의 여러 실시예가 설명될 것이다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 수행하고 최상의 모드를 개시할 수 있도록 목적을 설명하기 위해 기술된다. 그러나, 이러한 실시예는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 또한, 특정 기능 조합이 보여지고 설명된다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서 상이한 특징의 다른 조합이 가능하다.
도 1은 블록 스키마에서 본 발명의 장치의 제1 실시예를 도시한다.
제1 실시예는 적어도 하나의 광 측정 정보가 광섬유와 같은 적어도 하나의 광 링크의 적어도 하나의 광원으로부터 적어도 하나의 광 검출기로 전송되는 광 측정 장치에 관한 것이다. 광 링크는 또한 예를 들어 광 측정 장치에서 형광 재료의 활성화를 위해 광 에너지를 전송할 수 있다.
광 측정 정보가 매우 약할 수 있으므로, 예를 들어 교차 결합, 즉 광섬유의 반사, 산란 및 흡수; 광섬유의 형광, 미광 등으로부터 발생하는 오류원 소스를 가능한 한 최대한 줄이는 것이 중요하다. 이러한 오류원은 장치의 기하의 주의 깊은 구성, 광섬유의 차폐 및 적절한 재료의 선택에 의해 감소될 수 있다.
그러나, 이러한 측정은 특히 광 측정 정보가 약한 경우 광 측정 정보의 강력한 검출에 충분하지 않을 수 있다. 실시예에 따른 장치는 약한 광 측정 정보에 에너지 서명을 제공함으로써 광 측정 정보가 장치의 잡음 플로어(floor)에 가깝더라도 검출될 수 있도록 추가적인 조치를 제공하는 것을 목표로 한다. 처리 유닛은 잡음과 같은 오류원으로부터 광 측정 정보를 구별하기 위해 이러한 에너지 서명을 사용할 수 있다. 다른 이점은 에너지 서명이 광 측정 정보의 기원을 정의할 수 있다는 것이다.
장치(101)는 적어도 하나의 처리 유닛(102), 적어도 하나의 액티브 유닛(115), 적어도 하나의 전송기 유닛(111), 적어도 하나의 링크(119, 120) 및 적어도 하나의 패시브 유닛(125)을 포함한다. 장치는 적어도 하나의 외부 측정 영향(139, 140)을 통해 적어도 하나의 측정 객체(137)의 적어도 하나의 측정 속성(138)을 측정하고자 한다. 액티브 유닛(115)은 액티브 유닛의 그룹(114)으로 배치될 수 있다. 전송기 유닛(111)은 전송기 유닛의 그룹(110)으로 배치될 수 있다. 링크(119, 120)는 링크의 그룹(118)으로 배치될 수 있다. 패시브 유닛(125)은 패시브 유닛의 그룹(133)으로 배치될 수 있다.
패시브 유닛은 외부 영향(139)에 의해 변조된 광을 방사하는 적어도 하나의 광원(132)을 포함한다. 방사된 광은 광 경로(135)를 통해 광 조정기(moderator)(126)로 전송된다. 광 조정기(126)는 수신기 유닛(128)으로부터 조정기 영향(129)을 수신한다. 수신기 유닛(128)은 전송기 유닛(111)으로부터 조정기 정보를 수신한다. 광 조정기(126)는 변조 전 또는 후에 수신기 유닛(128)으로부터의 조정기 영향에 따라 광원(132)으로부터 변조된 광에 영향을 미친다.
패시브 유닛(125)에서, 라인(131)에 의해 수신기 유닛(128)에 연결되고 라인(130)을 통해 광 조정기(126)와 연결된 조정기 메모리 유닛(127)이 배치될 수 있다.
패시브 유닛(125)은 광원 및 광원에 의해 방사된 광을 변조하고 조정하기 위한 수단을 포함한다. 그러나, 패시브 유닛은 배터리와 같은 광원을 구동하기 위한 에너지원을 포함하지 않는다. 광원을 구동하기 위한 에너지는 전송기 유닛으로부터 패시브 유닛에 의해 수신된다.
전송기 유닛은 두 가지 목적을 수행하는 에너지 정보를 방출한다.
1) 에너지 정보는 측정에 사용될 광을 생성하도록 광원을 구동하기 위해 패시브 유닛으로 전송되어야 한다. 이는 패시브 유닛이 광원을 구동하기 위한 배터리 또는 기타 내부 소스를 포함하지 않기 때문이다. 전송된 에너지는 예를 들어 UV 광; NIR 광; 소리; 자기장; 전기장; 전자기 에너지 등일 수 있다.
2) 전송기 유닛은 외부 영향에 의해 변조된 후 방사된 광 에너지를 잡음과 같은 오류원과 구별하는 데 사용되는 에너지 서명을 방출한다. 변조된 광은 에너지 서명에 의해 더욱 조정된다. 에너지 서명은 NIR 광 또는 UV 광의 맥동일 수 있다. 다르게는, 에너지 서명은 방사되고 변조된 광을 조정하는 특정 주파수에 의한 소리일 수 있다. 추가 대안은 아래를 참조한다. 프로세서는 이러한 에너지 서명을 식별하고 방사된 광을 잡음 및 기타 오류원으로부터 분리하는 데 사용할 수 있다. 또한, 에너지 서명은 특정 패시브 유닛 또는 패시브 유닛 그룹의 식별을 위한 "어드레스"를 제공하는 데 사용될 수 있다.
실시예에서, 방출된 에너지는 에너지 서명에 의해 코딩될 수 있고 에너지 링크를 통해 패시브 유닛으로 전송될 수 있다. 패시브 유닛은 에너지 서명을 디코딩하고 에너지 서명에 따라 방사되고 변조된 광을 조정하는 수신기 유닛에 의해 방출된 에너지를 수신한다. 프로세서는 오류원으로부터 신호를 구별하기 위해 검출기 신호를 디코딩할 수 있다.
에너지 서명은 에너지 주파수에 비해 낮은 주파수일 수 있다. 낮은 주파수는 1000 MHz 미만, 예를 들어, 1000 MHz 아래의 주파수를 갖는 맥동을 의미한다. 시스템이 1000 kHz 미만과 같이 기계적인 경우 주파수는 훨씬 낮을 수 있다.
본 명세서에서, "패시브 유닛"은 광원 및 광원에 의해 방사되는 광을 변조하고 조정하는 수단을 포함하는 장치를 의미한다. 패시브 유닛은 배터리와 같은 광원을 구동하기 위한 에너지원을 포함하지 않는다. 광원을 구동하기 위한 에너지는 패시브 유닛에 수신된다. 패시브 유닛은 에너지를 일시적으로 저장하기 위한 저장 부재를 포함할 수 있다. 저장 부재는 전기 에너지의 저장을 위한 커패시터일 수 있다. 저장 부재는 기계적 에너지를 일시적으로 저장하기 위해 기계적일 수 있다.
본 명세서에서, "변조"는 바로 그 광원 또는 광원에 의해 방사되는 광을 외부 영향에 따라 변조하기 위해 측정 객체 속성에 기초한 외부 영향이 광원에 작용하는 것을 의미한다. 측정될 측정 객체 속성은 변조된 광으로부터 파생될 수 있다. 외부 영향은 영향을 포함하지 않는 임의의 영향일 수 있다. 광원은 임의의 파장의 광을 "방사"한다.
예로서, 외부 측정 속성은 사람의 피부의 상처에 바르는 드레싱의 물, 삼출액 또는 혈액과 같은 액체에 의한 가시광선의 흡광도일 수 있다. 광원으로부터의 가시광선은 흡수 물질을 통과하고 흡수 물질에 의해 감쇠된다. 감쇠 정도는 가시광선의 변조를 의미한다. 외부 측정 속성은 광섬유의 프리즘 또는 원뿔 외부에 있는 물질의 굴절률일 수 있다. 원뿔 외부의 물질이 공기이면, 광의 전반사가 있고 물질이 물이면, 전반사가 멈춘다.
본 명세서에서 "조정"은 조정기가 바로 그 광원(변조 전) 및/또는 광원으로부터 변조된 광에 영향을 미치는 것을 의미한다. 변조되고 조정된 광은 장치에 의해 도출될 수 있는 에너지 서명을 가질 수 있다. 각각의 패시브 유닛에는 여러 조정기가 있을 수 있다.
예로서, 소리는 전송기 유닛에 의해 방출되고 소리굽쇠에 의해 수신된다. 소리굽쇠는 방사된 광의 광로에 배치된 거울이나 프리즘에 연결되어 소리의 주파수에 따라 진폭이 변하도록 방사된 광선을 이동시킨다. 에너지 서명은 소리의 주파수일 수 있다.
본 명세서에서, "모니터링"은 적어도 하나의 외부 객체의 적어도 하나의 외부 객체 속성으로부터 적어도 하나의 외부 영향에 기초하여 적어도 하나의 측정 정보를 검출하는 것과 같이, 작동 및 성능을 위해 장치를 개관하는 것을 의미한다. 모니터링은 또한 분해능을 증가시키고 그리고/또는 측정 정확도를 증가시키기 위해 사용되는 측정을 포함할 수 있다. 모니터링은 또한 장치 또는 패시브 유닛의 작동 가능성에 대한 개요를 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "에너지 경로" 및 "광 경로"는 종종 유닛 내부의 한 고정점에서 다른 고정점으로 에너지 또는 광 에너지를 전달하는 부재를 의미한다. 경로는 유리 실린더, 전도체 또는 금속 막대 등과 같은 물리적 엔티티일 수 있지만, 공기, 가스, 진공 또는 이와 유사한 것일 수도 있다. 광 경로는 도면에서 굵은 선으로 표시된다. 에너지 경로(광 경로일 수 있음)는 이중선으로 표시된다.
본 명세서에서, "에너지 링크" 및 "광 링크"는 종종 서로에 대해 이동 가능한 둘 또는 여러 유닛 사이에 하나의 고정되지 않은 지점에서 다른 고정되지 않은 지점으로 에너지 또는 광 에너지를 전송하는 장치를 의미한다. 광 링크의 예는 광섬유이다. 에너지 링크의 예는 전도체, 소리 가이드이다. 둘 다의 다른 예로는 공기, 가스, 진공 등이 있다.
본 명세서에서, "에너지"는 광 에너지, 자기장 에너지, 전기장 에너지, 소리 에너지, 전자기 에너지(광 제외)와 같은 모든 유형의 에너지를 의미한다.
본 명세서에서, "광(optical)"은 IR-광, NIR-광, 가시광 및 UV-광을 포함하는 1 mm 내지 1 nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 의미한다.
본 명세서에서, "액티브 유닛"은 패시브 유닛의 광원에 의해 방사되는 광을 수신할 수 있는 장치를 의미한다.
본 명세서에서 "전송기 유닛"은 광원을 활성화하고 다른 목적을 위해 패시브 유닛에 에너지를 "방출"할 수 있는 장치를 의미한다.
본 명세서에서, "프로세서 유닛"은 액티브 유닛 및/또는 전송기 유닛을 제어할 수 있고 액티브 유닛으로부터 정보를 수신할 수 있는 장치를 의미한다. 프로세서 유닛은 프로세서, 메모리 및 프로세서 유닛 작동에 필요한 기타 로직을 포함한다.
액티브 유닛, 전송기 유닛 및 프로세서 유닛은 단일 엔티티로 배치될 수 있다. 다르게는, 프로세서 유닛은 액티브 유닛 및 전송기 유닛에 무선으로 연결되도록 배치될 수 있다.
패시브 유닛은 수행하도록 "프로그래밍된" 것과 "프로그램"이 주기 동안 변경되지 않는 것 외에는 아무 것도 하지 않는다는 의미에서 패시브일 수 있다. "프로그램"은 패시브 유닛의 물리적 레이아웃일 수 있다. 프로그램은 메모리 유닛에 포함될 수 있고, 기계적 제어기 또는 점탄성 제어기 또는 제어기 또는 로직이 점탄성 속성에 의해 물리적으로 제어되는 로직일 수 있는 제어기에 의해 수행될 수 있다. 제어기가 전기적이거나 전자적인 경우, 에너지 링크나 광 링크 또는 둘 다를 통해 전송된 에너지에 의해 전원이 공급될 수 있다.
패시브 유닛은 사람의 피부 상처에 배치된 드레싱 내부와 같은 특정 위치에 위치될 수 있다. 패시브 유닛은 드레싱이 상처에 적용될 때부터 드레싱이 제거될 때까지일 수 있는 전체 측정 주기 동안 그대로 유지될 것이다. 패시브 유닛은 패시브 유닛에 전송된 특정 질문에 응답하는 것 외에는 아무 것도 하지 않는다. 패시브 유닛은 패시브 유닛을 변경할 필요가 없기 때문에 작동 중에 그리고 측정 주기 동안 물리적으로 액세스할 필요가 없다.
주기는 측정을 생성하는 데 필요한 가능한 가장 작은 이벤트 체인이다. 주기는 일련의 이벤트가 수행되는 특정 시간 동안 작동한다. 주기 시간이 끝나면, 측정이 발생했을 수 있다. 이러한 주기는 하나의 동일한 측정 객체에서 측정하는 경우에도 동시에 발생할 수 있다.
단일 패시브 유닛이 있을 수 있다. 다르게는, 복수의 패시브 유닛이 있다. 이러한 패시브 유닛은 특정 기준에 기초하여 패시브 유닛(133)의 그룹으로 배치될 수 있다. 패시브 유닛의 그룹은 하나 또는 여러 개의 패시브 유닛, 가능하면 0개의 패시브 유닛을 포함할 수 있다.
패시브 유닛(125)은 적어도 하나의 링크를 통해 정보 또는 데이터 또는 에너지를 수신한다. 원칙적으로 광 링크(119) 및 에너지 링크(120)라고 하는 각각의 패시브 유닛에 대한 두 개의 링크가 있다. 그러나, 링크의 그룹(118)과 같이 하나의 링크만 있거나 또는 두 개 이상의 링크가 있을 수 있다. 각각의 링크는 광섬유 번들과 같은 링크 번들로 구성될 수 있다. 하나의 링크만 있는 경우, 링크는 공기, 가스 또는 진공, 또는 광섬유일 수 있다.
변조된 정보는 광원(132)으로부터의 방사된 광일 수 있으며, 이는 측정될 측정 객체 속성에 의해 변조된다. 이 경우, 변조되고, 또한 조정된, 방사된 광은 패시브 유닛(125)에서 광 링크(119)를 통해 액티브 유닛(115)으로 전송된다. 액티브 유닛(115)은 방사된 광을 검출하고 방사된 광을 프로세서(105)로 전도되는 전기 정보로 변환하도록 배치된 광 검출기(116)를 포함한다. 광 링크(119)는 적어도 하나의 광섬유일 수 있지만 다르게는 또는 추가적으로 가시광선과 같은 방사된 광의 파장에서 광을 전송할 수 있는 다른 수단일 수 있다. 그러한 다른 수단은 공기, 진공 또는 가스로 채워진 실린더일 수 있다.
도 1의 실시예에서, 패시브 유닛의 수신기 유닛(128)에 연결된 적어도 하나의 에너지 링크(120)가 있다. 에너지 링크(120)는 전송기 유닛(111)으로부터 패시브 유닛으로 에너지를 전송할 수 있다. 에너지는 소리 에너지, 자기 에너지, 전기 에너지, 전자기 에너지 또는 광 에너지일 수 있다. 전송기 유닛(111)에 의해 전송되는 (임의의 종류의) 에너지는 방향성 또는 전방향성일 수 있다. 에너지원이 전방향성인 경우, 에너지는 모든 방향으로 방사된다. 에너지가 방향성인 경우, 에너지는 하나 또는 여러 패시브 유닛으로 전도되거나 집중된다. 하나보다 많은 전송기 유닛(111)이 있을 수 있고 전송기 유닛의 그룹(110)이 있을 수 있다.
광 에너지의 경우, 광 전송기(112)로부터 수신기 유닛(128)으로 광 에너지를 전달하기 위해 사용될 수 있는 광 링크(119)가 이미 존재한다. 이 경우, 별도의 에너지 링크(120)가 불필요할 수 있다. 다른 실시예에서, 에너지 링크(120)는 광 링크(119)와 분리된 광 링크(광 섬유 또는 전방향성 링크)이다.
도 1의 실시예에서, 전송기 유닛(111)은 광 전송기(112) 및 비광 전송기(113)를 포함한다. 전송기 유닛(111)은 적어도 하나의 광 전송기(112) 또는 적어도 하나의 비-광 전송기(113)를 포함할 수 있다. 한편, 전송기 유닛(111)은 적어도 하나의 광 전송기(112) 및 적어도 하나의 비-광 전송기(113)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광 전송기(112)는 액티브 유닛(115)에 배치된 멀티플렉서(117)를 통해 에너지 링크(120) 또는 다르게는 또는 추가적으로 광 링크(119)를 통해 광 에너지를 전송할 수 있다. 비-광 전송기(113)는 에너지 링크(120)를 통해 에너지만을 전송할 수 있다.
광 전송기(112)는 액티브 유닛(115)의 멀티플렉서(117)로 전송되는 광 에너지를 생성하도록 배치될 수 있다. 멀티플렉서(117)는 광 에너지를 광 링크(119) 및 추가로 패시브 유닛(125)으로 지향시킨다. 패시브 유닛은 광 에너지를 수신하고 광 에너지를 수신기 유닛(128)에 전송하며 더 나아가 광 에너지 경로(143)를 통해 광원(132)으로 전송하는 광 에너지 경로(134)를 포함한다. 광원은 방사된 광을 생성하기 위해 광 에너지를 사용할 수 있다.
프로세서(105)는 적어도 하나의 에너지 서명(104)의 형태로 정보 데이터(103)를 생성하도록 배치된다. 에너지 서명(104)은 (전기) 에너지원(141)에 의해 구동되는 (전기) 에너지 조정기(142)를 제어한다. (전기) 에너지 조정기는 (전기) 에너지량(109)을 전송기 유닛(111)으로 전달하며, 이는 (전기) 에너지량을 에너지 링크를 통해 패시브 유닛(125)으로 전송될 (다른 종류, 예를 들어 소리의) 에너지로 변환한다.
이제, 장치의 작동이 설명될 수 있다.
광원(132)은 외부 측정 영향(139), 예를 들어 흡광도 또는 굴절률에 의해 변조된 광을 방사한다. 외부 영향은 또한 화살표(140)로 도시된 바와 같이 조정기 유닛(136)에 가해질 수 있으며, 예를 들어 측정 객체의 온도가 광 조정기로 전도될 수 있다.
광 경로(135)의 변조된 광은 광 조정기(126)에 의해 조정되고 광 링크(119)에 의해 광 검출기(116) 및 추가로 프로세서(105)로 전송된다. 전송기 유닛(111)은 에너지 링크(120)를 통해 수신기 유닛(128)으로 에너지량을 전송한다. 전송기 유닛(111)이 35 kHz의 에너지 서명을 갖는 소리 전송기인 경우, 수신기 유닛(128)은 35 kHz로 튜닝된 소리굽쇠일 수 있다. 다른 주파수가 사용될 수 있다.
프로세서(105)는 수신된 방사된 광을 분석할 수 있다. 방사된 광이 특정 에너지 서명을 갖는 경우, 프로세서(105)는 방사된 에너지를 대응하는 특정 패시브 유닛과 연관시킬 수 있다. 프로세서(105)는 에너지 서명, 패시브 유닛 정보 및 추가 정보를 저장할 수 있는 메모리 유닛(106)을 더 포함한다. 프로세서는 적어도 하나의 결과 속성(108)을 생성하는 적어도 하나의 측정 결과 유닛(107)과 통신한다.
도 3은 전송기 유닛(302)이 소리 에너지를 전송하는 실시예를 도시한다. 에너지 서명은 35 kHz와 같이 20 kHz 이상의 초음파 영역에서의 소리 주파수일 수 있다. 확성기(324)는 주파수 35 kHz의 전압을 동일한 주파수의 음파로 변환한다. 음파는 음파를 자유 공기(전방향성)일 수 있는 에너지 링크(322)쪽으로 지향시키는 혼(horn) 구성을 형성할 수 있는 소리 경로(323)에서 공기에 결합된다.
음파는 깔때기일 수 있는 다른 소리 경로(321)에 의해 수신되며, 이는 음파를 패시브 유닛(304)의 수신기 유닛(314)을 향해 지향시킨다. 수신기 유닛(314)은 소리 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 지지 부재(320)에 부착된 스프링 부재(319)를 포함할 수 있다. 소정의 질량을 갖는 바디 부재(317)는 부착물(318)을 통해 스프링 부재의 타측 단부에 부착된다. 바디 부재(317)의 타측 단부는 다른 부착 부재(316)를 통해 거울(315)에 연결된다. 스프링 부재(319) 및 바디 부재(317)는 에너지 서명(35 kHz)의 주파수로 동조될 수 있는 공진 주파수를 갖는 소리굽쇠와 같은 공진 회로를 형성한다. 공진 주파수의 음파가 소리 경로(321)에 의해 수신되는 경우, 바디 부재가 공진하여 동일한 주파수로 거울을 이동시키거나 비튼다.
광원(313)은 렌즈(312)에 의해 거울(315)에 집속되는 변조광(310)을 방사한다. 거울(315)에 의해 반사된 변조광은 다른 렌즈(311)에 의해 광 경로(309)로 집속된다. 거울이 정지 위치에 있는 경우, 거울로부터의 광선은 광 경로(309)와 정렬된다. 거울이 진동하는 경우, 광선은 광 경로(309)와 관련하여 이동되고 거울이 정지 위치에 있는 경우에만 광 경로에 도달한다. 따라서, 광 경로(309)에 의해 수신되는 방사된 광은 거울의 (2배) 주파수에 의해 조정된다. 광 경로(309)에서 변조되고 조정된 광은 링크의 그룹(303)의 광섬유일 수 있는 광 링크(308)에 의해 광 경로(307)로 전송되고, 추가로 액티브 유닛(301)에 배치된 렌즈(306)를 통해 검출기(305)로 전송된다.
바디 부재(317)는 진동 에너지의 일부를 광원(313)을 구동하기 위해 사용되는 전기 에너지로 변환하는 장치를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 코일 부재가 바디 부재와 연결되어 배치될 수 있으며, 이는 영구 자성 물질로 만들어질 수 있다. 자성 물질의 진동은 전기 코일 부재에 전류를 생성하고, 이는 전도체(326)를 통해 광원(313)으로 전송된다. 광원(313)은 방사된 광을 생성하기 위해 전기 에너지를 사용한다.
광원(313)에 의해 방사된 광은 외부 객체(325)로부터의 외부 영향(327), 예를 들어 흡광도에 의해 변조될 수 있다. 외부 객체는 또한 외부 영향(328)을 통한 거울(315), 외부 영향(329)을 통한 바디 부재(317), 외부 영향(330)을 통한 스프링 부재(319), 외부 영향(330)을 통한 지지 부재(320), 외부 영향을 통한 전체 수신기 유닛(314) 및 외부 영향(333)을 통한 전체 패시브 유닛(304)과 같은 패시브 유닛의 다른 부재에 대한 외부 영향을 유발할 수 있다. 외부 영향의 예는 거울, 바디 부재 또는 스프링 부재와 같은 이동 부재에 대한 온도 및 점도이다.
소리 에너지는 도 4에 도시된 자기 에너지와 같은 다른 유형의 에너지로 대체될 수 있다. 자기 에너지는 자기 에너지 전송기(413)에 의해 진동하도록 만들어지고 다양한 자기장은 예를 들어 1 Hz ~ 300 kHz의 주파수를 갖는 전송기에 의해 전송된다. 이 경우, 바디 부재(444)는 강자성 물질 또는 영구자석일 수 있다. 전송기 유닛(411)의 자기 에너지 전송기(413)는 강자성 물질일 수 있는 에너지 경로(414)를 통해 45 kHz와 같은 특정 주파수에서 자기 에너지를 전송하도록 배치된다. 자기 에너지는 에어 갭 또는 에어 공간일 수 있는 링크의 그룹(421)의 에너지 링크(424)를 통해 추가로 전송된다. 마지막으로, 자기 에너지는 강자성 물질일 수 있는 에너지 경로(425)에 의해 전송된다. 패시브 유닛(471)의 수신기 유닛(472)에서, 자기 에너지는 영구 자석일 수 있는 바디 부재(444)에 영향을 미친다. 바디 부재(444)는 부착 부재(445)를 통해 스프링 부재(446)에 의해 지지된다. 스프링은 지지 부재(447)에 부착된다. 스프링(446) 및 바디 부재(444)는 예를 들어 45 kHz와 같은 특정 공진 주파수를 갖는 기계 시스템을 형성한다.
바디 부재(444)는 부착 부재(443)를 통해 광원(441)에 영향을 미친다. 부착 부재는 광원이 비틀리거나 진동하게 한다. 광원은 외부 객체(451)로부터의 외부 영향(452)에 의해 영향을 받고 외부 영향에 의해 변조된 광을 방사하는 광 방사 부재(461)를 포함한다. 광 방사 부재로부터 방사된 광은 화살표(463)로 나타낸 바와 같이 광원의 비틀린 움직임에 따라 렌즈(462)에 의해 제1 광 수신기 부재(464) 또는 제2 광 수신기 부재(467)로 집속된다. 제1 및 제2 광 수신 부재(464 또는 467)에 의해 수신되는 임의의 방사된 광은 결합기 부재(466)에 의해 결합되고 광 경로(437), 더 나아가 궁극적으로는 광 검출기(402)로 전송된다. 중간 위치(465) 또는 휴지(rest) 위치에서, 제1 또는 제2 광 수신 부재(464, 467)에 의해 수신되는 광은 없다. 따라서, 바디 부재(444)가 에너지 서명을 수신하지 않으면, 어떠한 광 정보도 광원에 의해 광 경로(437)로 전송될 수 없다. 광 수신 부재(464, 467)는 미리 결정된 주파수의 에너지 서명을 수신할 때만 작동을 가능하게 하는 온/오프 스위치로 작성한다. 바디 부재(444)가 45 kHz의 주파수로 진동하면, 광 수신기 부재(464, 467)는 90 kHz의 주파수로 조정된 방사된 광을 함께 수신할 것이다. 이러한 특징은 임의의 다른 실시예에 의해 사용될 수 있다.
바디 부재(444)는 광원(441)에 직접 부착되어 바디 부재가 광원(441)을 직접 비틀거나 진동시키거나 이동시킨다. 광원은 진동을 전류로 변환하는 장치, 예를 들어 압전 물질을 포함할 수 있으며, 여기서 전류는 광원(441)을 구동한다. 다르게는, 광원(441)은 압전 물질과 같이 물질에 힘이 가해질 때 광을 방출하는 물질로 만들어질 수 있다.
여전히 다르게는 또는 추가적으로, 광원(441)은 광 에너지 링크(423) 및 광 에너지 경로(442)를 통해 전송기 유닛(411)에 배치된 광 전송기(412)로부터 광 에너지를 수신할 수 있다. 광 전송기(412)는 광원(441)에 있는 적어도 하나의 전류 생성기에 대해 작용하고 광원의 전계발광 물질을 구동하는 전류를 생성하는 NIR 광을 생성할 수 있다. 다르게는, 또는 추가적으로, 광 전송기(412)는 광원(441)의 형광 물질에 작용하는 UV 광을 생성할 수 있다.
광원(441)은 외부 객체(451)로부터의 외부 영향(452)에 의해 변조된 광을 방사한다. 방사된 광은 렌즈(462)에 의해 광 경로(437) 상에 집속된다. 광원은 바디 부재(444)에 의해 진동되기 때문에, 광 경로(437)에 의해 수신되는 방사된 광은 바디 부재(444)의 진동 주파수에 의해 조정된다. 광원(441)으로부터 방사되고 변조되며 조정된 광은 광 경로(437)에 의해 광 링크(422)로, 그리고 추가로 광 경로(404)를 통해 액티브 유닛(401)의 광 검출기(402)로 광을 집속하는 렌즈(403)로 전송된다.
조정 유닛은 또한 외부 영향, 예를 들어 온도 또는 점도에 의해 영향을 받을 수 있다.
도 5는 전송기 유닛(506)의 전송기(508)가 예를 들어 55 kHz의 주파수를 갖는 전기장 에너지를 생성하는 장치의 다른 실시예를 도시한다. 이것은 예를 들어 55 kHz의 주파수로 반복되는 음의 전압이 뒤따르는 전송기에 의해 양의 전압을 공급함으로써 수행될 수 있다. 전기장 에너지는 에너지 필드 경로(509), 예를 들어 전기 전도체에 의해 공기일 수 있는 링크의 그룹(511)의 에너지 필드 링크(513), 추가로 패시브 유닛(514)의 다른 에너지 필드 경로(518)로 전송된다.
에너지 필드 경로(518)는 전기장 에너지를 에너지 수신기(520)의 코일 또는 인덕터로 전송하며, 이는 전류를 생성하고, 이는 전도체를 통해 광원(519)으로 전도된다. 전류는 전계발광 물질에 작용함으로써 방사된 광을 생성한다. 방사된 광은 전기장 에너지의 주파수로 조정된다. 또한, 방사된 광은 측정 객체(522)로부터 외부 영향(521)에 노출되어 외부 영향(521)이 방사된 광을 변조한다. 방사, 변조 및 조정된 광은 광 경로(516)에 의해 광 링크(512)로 전송되고, 추가로 광 경로(510), 멀티플렉서(505), 광 경로(504) 및 렌즈(503)를 통해 액티브 유닛(501)의 광 검출기(502)로 전송된다. 본 실시예에서, 방사된 광은 먼저 에너지 서명에 의해 조정된 다음 외부 영향에 의해 조정된다. 이러한 특징은 다른 모든 실시예에서 사용될 수 있다.
광원(519)은 전송기 유닛(506)의 광 전송기(507)로부터 광 에너지를 추가로 수신할 수 있다. 광 에너지는 NIR 광 또는 UV 광과 같은 임의의 광일 수 있다. 광 에너지는 광 에너지 경로(527)를 통해 액티브 유닛의 멀티플렉서(505)로 전송된다. 멀티플렉서(505)는 광 에너지 경로(510)에 광 에너지를 추가하고, 이에 따라 광 에너지는 광 링크(512)를 통해 패시브 유닛(514)의 광 에너지 경로(515)로 전송된다. 광 에너지는 광 에너지 경로(515)를 통해 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있고, 전기발광 물질을 구동하는 광원(519)으로 전송된다. 다르게는, 광 에너지는 형광에 의해 방사된 광을 직접 생성하는 데 사용된다.
에너지 전송기(508)는 전기장 에너지를 생성하도록 배치된다. 다르게는 또는 추가적으로, 에너지 전송기(508)는 전자기 에너지를 생성할 수 있고, 이 경우 에너지 수신기(520)는 전자기 에너지의 주파수에 동조된 인덕터/커패시터 유닛일 수 있다. 전자기 에너지는 약 1000 미터 내지 1 mm의 파장을 갖는 전자기 에너지와 같이 인덕터/커패시터 유닛에 의해 수신될 수 있는 임의의 주파수를 가질 수 있다.
도 6은 전송기 유닛(606)의 전자기 에너지 전송기(608)가 예를 들어 850 MHz의 주파수를 갖는 전자기 방사의 형태로 에너지를 방출하도록 배치되는 추가 실시예를 도시한다. 방출된 전자기 에너지는 예를 들어 25 kHz의 주파수로 펄스화된다. 전자기 에너지는 안테나(609)의 형태로 에너지 경로로 전송된다. 전자기 에너지를 적어도 하나의 패시브 유닛(643)으로 지향시키는 디렉터(director) 장치(631)가 있을 수 있다. 안테나는 공기일 수 있는 에너지 링크(613)를 통해 전자기 에너지를 에너지 경로(633)로 전송하며, 이는 전자기 에너지를 수신하도록 지향된 다른 안테나일 수 있다. 전자기 에너지는 전자기 에너지의 주파수에 동조되는 인덕터/커패시터를 포함하는 수신기 유닛(632)으로 추가로 전송된다. 따라서, 맥동 전류가 인덕터/커패시터에서 생성되며, 이는 도체(628)에 의해 조정기 유닛(634)에 배치된 미세전자기계 시스템(microelectromechanical system, MEMS)(626)으로 전도된다.
MEMS(626)는 방사된 광 수신기 부재(624)를 지지하는 지지 부재(629)에 부착된다. MEMS(626)는 화살표(630)에 의해 도시된 바와 같이 지지 부재(629) 및 수신기 부재(624)를 전후로 이동시키도록 배치된다.
전송기 유닛(606)은 프로세서 유닛(도시되지 않음)의 제어 하에 UV 광, 예를 들어 4개, 즉 300-350 nm, 350-400 nm, 400-450 nm 및 450-500 nm의 파장 스펙트럼과 같은 적어도 하나를 방출하는 UV 광원(607)을 더 포함한다. 예를 들어, 제2 스펙트럼에서, 파장 365 nm에서 UV 광을 방출하는 제1 UV LED 및 385 nm의 파장에서 UV 광을 방출하는 제2 UV LED가 있을 수 있다. UV 광은 광 경로(627)를 통해 액티브 유닛(601)의 멀티플렉서(605)로 전송된다. 멀티플렉서(605)는 UV 광을 광 에너지 경로(610)를 통해 링크의 그룹(611)의 광섬유일 수 있는 광 링크(612)로 전송한다. 광섬유의 타측 단부는 광 에너지 경로(621)를 통해 패시브 유닛(643)에 부착된다. UV 광은 스플리터/결합기(622), 추가로 광 에너지 경로(619) 및 광원(635)에 대한 다른 광 에너지 경로(620)로 추가로 전송된다.
광원(635)은 선택기(636), 형광 물질(637) 및 흡수 부재(638)와 함께 배치될 수 있다. 선택기는 방출된 UV 광의 파장에 따라 광을 굴절시키는 프리즘일 수 있다. UV 광은 광원에 배치된 형광 물질(637) 및 다른 기준 형광 물질(639)에 영향을 미친다. 프리즘의 각도 위치는 미리 조정되어 언급된 스펙트럼 중 하나의 광만이 형광 물질(637 및 639)에 도달하기 위해 굴절될 수 있다. 따라서, UV LED(385)로부터의 광(350 nm)은 형광 물질(637)에 도달할 것이고 UV LED로부터의 광(365 nm)은 기준 형광 물질(639)에 도달할 것이다. 350 - 400 nm 밖의 다른 파장을 갖는 UV 광은 프리즘에 의해 굴절되어 UV 광이 두 형광 물질(637 및 639)에 도달하지 못한다. 다른 패시브 유닛은 다른 UV 파장 스펙트럼에 반응한다.
기준 형광 물질(639)로부터 방사된 광은 광 경로(644)로 전송된다. 렌즈(648)는 광 경로(644)의 단부를 수신기 부재(624)의 약간 왼쪽에 있는 지지 부재(629)에 집속시킨다. 형광 물질(637)로부터 방사된 광은 흡수 부재(638)를 통해 광 경로(625)로 전송된다. 렌즈(647)는 광 경로(625)의 단부를 수신기 부재(624)의 약간 오른쪽에 있는 지지 부재(629)에 집속시킨다. 흡수 물질(638)은 외부 측정 객체(642)로부터 외부 영향(641)을 통해 형광 물질(637)에 의해 방사된 광을 감쇠시킨다.
작동은 다음과 같다. 수신기 유닛(632)이 인덕터/커패시터를 통해 전자기 에너지를 수신하는 경우, 지지 부재(629)를 앞뒤로 이동시키기 위해 명령을 MEMS(626)에게 전송한다. 지지 부재가 왼쪽 위치에 있는 경우, 기준 형광 물질(639)로부터의 정보가 수신기 부재(624)로 전송되고 지지 부재가 오른쪽 위치에 있는 경우, 흡수성 형광 물질로부터의 정보가 수신기 부재(624)로 전송된다. 수신기 부재(624)에 의해 수신된 정보는 광 경로(623)에 의해 추가로 스플리터/결합기(622)로, 그리고 추가로 광 경로(621), 광 경로(615), 광 경로(614), 광 링크(612), 광 경로(610), 멀티플렉서(605), 광 경로(604) 및 렌즈(603)를 통해 광 검출기(602)로 전송된다. 검출기에 의해 수신된 정보는 외부 영향의 영향을 받지 않고 기준 형광 물질(639)에서 발산되는 제1 부분과 외부 영향의 흡광도에 의해 영향을 받는 제2 부분을 포함한다. 또한, 전체 광원에 영향을 미치는 다른 외부 영향(640), 예를 들어 온도가 있을 수 있다.
다른 실시예에서, 기준 형광 물질(639)은 생략되고 스플리터(651)가 광 경로를 통해 다른 스플리터(652)에 연결되며, 외부 영향(641)에 의해 영향을 받지 않는 형광 물질(637)로부터 방사된 광은 광 경로(644)로 전송되어 참조로서 기능한다.
도 7은 도 6에 따른 실시예와 유사한 추가 실시예를 도시하고 동일한 컴포넌트는 도 6에서와 동일한 참조 번호를 받았지만 100이 증가되었다. 전송기 유닛(706)의 전송기(708)는 안테나(709) 및 디렉터 장치(731)를 통해 에너지 링크(713)로 그리고 에너지 경로(733)를 통해 수신기 유닛(732)으로 전자기 에너지를 전송한다. 수신기 유닛(732)은 인덕터/커패시터 어레이를 포함하는 탱크 회로일 수 있다. 인덕터/커패시터의 전압은 전도체(745)를 통해 조정기 유닛(734)의 광 조정기(729)로 전도된다. 광원 유닛(735)은 전도체(752)를 통해 수신기 유닛(732)으로부터 그리고/또는 광 경로(627), 멀티플렉서(705), 광 경로(710), 광 링크(712), 광 경로(714), 광 경로(715), 광 경로(721), 스플리터/결합기(722), 광 경로(719), 광 경로(720) 및 필터일 수 있는 컴포넌트(736)를 통해 광 전송기(707)로부터 광 에너지를 수신하는 광원(737)을 포함한다. 외부 객체(742)는 앞서 설명한 바와 같이 외부 객체 영향(740, 741, 746, 747)을 가한다. 변조된 광은 외부 영향(747)에 의해 변조될 수 있는 흡수 컴포넌트(738)를 거쳐 광 조정기(729)까지 전달된다. 광 조정기(729)는 편광 필터와 결합된 플로팅 크리스탈(floating crystal)일 수 있다. 여러 개의 광 스플리터가 있을 수 있다. 따라서, 각각의 패시브 유닛(743)은 여러 개의 광 조정기(729) 및 여러 개의 수신기 유닛(732)을 가질 수 있다. 소리 에너지 수신기 유닛 및 전자기 에너지 수신기 유닛이 있을 수 있다. 또한, 전송기 유닛은 여러 광 전송기, 예를 들어 NIR 광 전송기 및 UV 광 전송기를 포함할 수 있다. 이러한 컴포넌트는 스플리터/결합기로 상호 연결된다.
광 경로(704) 및 렌즈(703)를 통해 멀티플렉서(705)로부터 광을 수신하는 광 검출기(702)를 포함하는 액티브 유닛(701)이 있다. 광 조정기(729)에 의해 생성된 광은 광 경로(723) 및 스플리터/결합기(722) 추가로 광 경로(721), 광 경로(715), 광 경로(714), 링크의 그룹(711)의 광 링크(712) 및 광 경로(71)를 통해 멀티플렉서(705)로 전달된다.
광원을 구동하기 위한 에너지는 볼 베어링, 전기 모터, 석유 엔진, 교통, 제트 모터, 기계, 사람의 소리, 팔의 움직임 등의 진동 및 소리와 같은 환경의 에너지원에 의해서도 획득될 수 있다. 이러한 자연의 소스는 광원을 구동하는 데 사용될 수 있다. 이러한 에너지원은 전송기 유닛에 의해 생성된 에너지에 대한 보완으로서 사용될 수 있으며 에너지 링크 또는 광 링크를 통해 패시브 유닛으로 전도된다.
링크에는 에너지 링크와 광 링크의 두 가지 유형이 있고, 둘 다 한 방향 또는 양방향으로 에너지를 전송하며, 여기서 에너지 링크는 모든 방식으로 광 링크의 가능성을 확장한다.
서브 링크에는 에너지 서브 링크와 광 서브 링크의 두 가지 유형이 있으며, 여기서 서브 링크는 링크의 핵심 요소이다.
경로에는 한 방향 또는 양방향으로 에너지를 전송하는 에너지 경로와 광 경로의 두 가지 유형이 있다.
에너지 스플리터와 광 스플리터의 두 가지 유형의 스플리터가 있으며, 여기서 상기 스플리터는 결합기로도 사용될 수 있다. 광 스플리터는 도면에서 원으로 지시된다. 에너지 스플리터는 도면에서 사각형으로 지시된다. 서브링크 스플리터는 도면에서 채워진 원으로 지시된다. 광 스플리터는 광 경로/링크의 인입되는 광 에너지를 적어도 하나의 다른 광 경로/링크로 전송할 수 있는 광 컴포넌트이다. 광 스플리터는 또한 적어도 하나의 광 링크/경로의 인입되는 광 에너지를 다른 광 링크/경로로 전송하는 광 결합기로 작동할 수 있다. 광 스플리터/결합기는 거울, 프리즘, 필터 등과 같은 다양한 광학 컴포넌트로 구현될 수 있는 광학 컴포넌트이다.
경로, 링크 및 서브 링크의 각각의 요소는 에너지를 전달할 수 있다. 선택적으로, 요소는 하나 또는 여러 개의 채널을 가질 수 있으며, 여기서 각각의 채널은 일반적으로 한 채널이 다른 채널에 영향을 미치지 않도록 에너지의 일부를 전달한다. 그러나, 선택적으로 요소의 한 채널로부터의 에너지의 일부는 임의의 방향으로, 또한 새로운 방향으로, 다른 채널로 전달된다.
하나 또는 여러 스플리터가 일부 유닛에 대한 인터페이스로 존재할 수 있다. 요소 경로, 링크 및 서브 링크는 스플리터에 연결될 수 있다.
여러 채널을 갖는 경로, 링크 및 서브 링크와 같은 적어도 두 개의 연결 요소를 갖는 스플리터에서, 채널의 일부는 또한 스플리터의 다른 채널에 개별적으로 연결될 수 있으며, 여기서 한 가지 방식은 요소 1로부터의 채널 1을 요소 2의 채널 1에, 그리고 요소 1의 채널 2로부터 요소 2의 채널 2로 연결하는 것이다. 도 2f는 상단에 3개의 광 경로(또는 링크)(262, 263, 264)로부터/3개의 광 경로(또는 링크)(262, 263, 264)로 에너지를 전달하는 광 스플리터(261)를 도시한다. 도 2f는 하단에 각각 3개의 채널의 3개의 광 경로(265, 266, 267)로부터/각각 3개의 채널의 3개의 광 경로(265, 266, 267)로 에너지를 전달하는 광 스플리터(277)를 도시한다. 광 경로(265)는 광 경로(267)의 3개의 채널(271, 272, 273)과 상호 연결된 3개의 채널(268, 269, 270)을 포함하며, 이는 차례로 광 경로(266)의 3개의 채널(274, 275, 276)과 상호 연결된다.
링크와 서브 링크는 각각 두 개의 단부를 가지며, 여기서 적어도 하나의 단부는 스플리터에 연결된다. 도 2a는 여러 개의 광 스플리터(121), 에너지 스플리터(123), 광 경로(122), 에너지 경로(124), 광 링크(119) 및 에너지 링크(120)를 갖는 장치의 예를 도시한다. 광 스플리터는 원으로 지시되고 에너지 스플리터는 사각형으로 지시된다.
링크가 별도의 유닛에 배치된 두 개의 스플리터 사이에 연결되는 경우, 유닛 중 하나 및/또는 추가 유닛 사이에 연결된 링크가 추가로 있을 수 있다.
또한, 채널의 스플리터에 들어가는 에너지의 일부는 에너지가 발생한 동일한 채널 및 동일한 링크에서 다시 반사될 수 있다.
도 2b에서, 광 경로(201)는 두 개의 광 스플리터(204, 205) 사이에 연결된다. 또한, 광 경로(202)는 제1 액티브 유닛(115)에 배치된 광 스플리터(205)와 제2 액티브 유닛(115)에 배치된 다른 스플리터(206) 사이에 연결된다. 또한, 광 경로(203)는 제2 액티브 유닛(115)에 배치된 스플리터(206)와 제3 액티브 유닛에 배치된 다른 스플리터(207) 사이에 연결된다(직렬 구성).
도 2c에서, 광 경로(211)는 2개의 광 스플리터(214, 215) 사이에 연결된다. 또한, 광 경로(212)는 광 스플리터(214)와 제2 액티브 유닛에 배치된 다른 스플리터(216) 사이에 연결된다. 또한, 광 경로(213)는 광 스플리터(214)와 제3 액티브 유닛에 배치된 다른 스플리터(217) 사이에 연결된다(별(star) 구성).
도 2d에서, 광 경로(221)는 두 개의 광 스플리터(224, 225) 사이에 연결된다. 또한, 광 경로(222)는 광 스플리터(224)와 제2 액티브 유닛(115)에 배치된 다른 스플리터(226) 사이에 연결된다. 또한, 광 경로(223)는 제2 액티브 유닛에 배치된 스플리터(226)와 제3 액티브 유닛에 배치된 다른 스플리터(227) 사이에 연결된다(별 및 직렬 구성).
두 개의 단부를 갖는 서브 링크는 다른 서브 링크 단부에 연결되고 그리고/또는 스플리터에 연결된 하나의 단부를 가질 수 있다.
여러 서브 링크 단부가 한 지점에서 연결되고 채널을 갖는 경우, 선택적으로 서브 링크의 채널은 한 지점에서 스플리터의 경우와 유사하게 연결될 수 있다.
각각 별도의 스플리터에 연결된 두 개의 단부를 갖는 링크는 하나 또는 여러 개의 서브 링크를 포함하는 것을 특징으로 하며, 여기서 두 개의 스플리터를 연결하는 서브 링크의 적어도 하나의 경로가 존재한다. 도 2e는 에너지 링크(252), 예를 들어 두 개의 스플리터(251, 253) 사이에 배치된 광 링크가 서브 링크 스플리터(259) 사이에 연결된 여러 개의 서브 링크(254)로 구성될 수 있음을 도시한다. 또한, 여러 개의 서브 링크(255, 256)는 서브 링크 스플리터(259)로부터 분할될 수 있고 스플리터(257 및 258) 사이에 배치된다.
장치는 적어도 하나의 광 링크를 가질 수 있고 적어도 하나의 "링크의 그룹"을 가질 수 있으며, 여기서 링크의 그룹은 하나 또는 여러 개의 링크를 포함한다.
링크의 그룹에서, 적어도 하나의 에너지 링크 또는 적어도 하나의 광 링크 또는 둘 다 존재한다.
광 링크는 UV 광, 가시 광선 및 NIR 광과 같이 양방향으로 광을 전달할 수 있다.
광 링크 길이는 매우 짧거나 매우 길 수 있다. 예를 들어, 3 밀리미터에서 100 미터 사이(최대 100 km)이다. 광 링크 또는 서브 링크는 스프링 또는 나선형으로 코일링된 광섬유일 수 있으며, 공칭 길이의 10%에서 2000%까지 조정할 수 있다. 코일형 광섬유는 평평할 수 있다. 광 링크가 많은 채널을 갖는 경우, 이것은 많은 섬유를 갖는 번들일 수 있다.
광 링크의 다른 예는 유체 또는 가스로 채워진 볼륨이다. 일반적인 볼륨은 튜브일 수 있다. 가스 압력은 일반적인 1 bar이며, 10^-12 bar 내지 500 bar 범위로 제한된다.
광 링크의 또 다른 예는 광이 통과할 때 편광을 보존하는 설계 및/또는 광이 통과할 때 편광에 영향을 주는 설계, 및/또는 광이 통과할 때 다른 광학 모드에 영향을 주는 설계, 및/또는 굴절률이 파장에 따라 다른 설계이다.
광 링크는 경계 없이 공기, 가스 또는 진공을 통과하는 광선일 수도 있다. 광 링크는 고압, 진동, 전자기 방사 및/또는 에너지 입자를 견디도록 구성될 수 있다.
에너지 링크는 모든 종류의 에너지에 대한 광 링크의 가능성을 확장한다.
에너지의 예는 광학, 소리, 전자기 에너지, 자기장, 전기장, 진동 에너지, 음향 에너지, 온도 에너지, 압력파 에너지, 입자 에너지, 하전 입자 에너지, 전자 에너지, 화학 에너지, 기계적 구조 에너지이다.
에너지 링크의 다른 예는, 번들의 광섬유, 전도체, 마이크로파 공동(cavity), 공동, 광선(optical ray), 광선(ray), 유체가 포함된 튜브, 튜브, 물질 요소, 공기, 진공, 신경, 체액, 수정 물질, 모든 액체, 고체 물질, 모든 유형의 도체, 진공 등이다.
에너지 링크는 매우 짧거나 매우 길 수 있다. 예를 들어, 3 밀리미터에서 100 미터 사이(최대 100 km)이다. 또 다른 예는 링크가 신체 내부의 마이크로 로봇에 배치되거나, 또는 하나 또는 여러 전자 마이크로 칩 내부에 배치되는 경우이며, 길이가 범위 0.1 mm 내지 10 mm에서 더 짧을 수 있다.
에너지 링크는 전자기 에너지, 자기 에너지, 전기장 에너지, 소리, 진동 에너지, 압력파 에너지, 음향 에너지, 입자 에너지, 하전 입자 에너지, 전자 에너지, 빛 에너지, 광자 에너지, 화학 에너지, 기계적 구조 에너지와 같이 양 방향으로 모든 종류의 에너지를 전송한다.
다른 예로는 에너지가 음향인 경우이며, 여기서 대부분의 에너지는 고체, 액체 또는 기체와 같은 물질로 채워진 매체를 통해 압력 및/또는 전단파로서 전달된다. 가스가 사용되는 경우, 가스 압력은 일반적으로 1 bar이며 10^-4bar 내지 500 bar 범위로 제한된다.
각각의 에너지 링크 또는 각각의 에너지 경로를 통과하는 에너지는 주파수 도메인 또는 시간 도메인에서 조정될 수 있다. 예를 들어, 광 에너지는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10개의 상이한 파장 스펙트럼으로 제공될 수 있고 그리고/또는 예를 들어 25, 35, 45 또는 55 KHz의 저주파에 의해 펄스화될 수 있다.
서브 링크 및/또는 경로에서, 서브 링크 및/또는 경로의 에너지는 링크에 대해 위에서 설명한 것과 동일한 방식으로 전송될 수 있지만, 때로는 장치의 링크의 최단 길이보다 훨씬 짧은 길이에 걸쳐서 전송된다.
위의 모든 예와 특징 및 컴포넌트는 원하는 방식으로 결합될 수 있다.
일 실시예는 하나의 동일한 인클로저에 배치된 하나의 프로세서 유닛, 하나의 액티브 유닛 및 하나의 전송기 유닛을 포함한다. 전송기 유닛은 광섬유인 광 링크를 통해 300-350 nm, 350-400 nm, 400-450 nm 및 450-500 nm의 파장 스펙트럼에서 UV 광을 스플리터를 통해 각각의 패시브 유닛으로 전송한다. 또한, 전송기 유닛은 공기인 에너지 링크를 통해 35 kHz의 주파수의 음파를 전송한다. 각각 300-350 nm, 350-400 nm, 400-450 nm 및 450-500 nm의 파장 스펙트럼으로 동조된 광원을 포함하는 4개의 패시브 유닛이 있다. 패시브 유닛은 또한 35 kHz로 동조된 기계적 수신기 유닛을 포함한다. 광원은 전송기 유닛으로부터 UV 광을 수신하고 형광에 의해 광을 방사하며, 이 광은 외부 측정 영향에 의해 변조되고 거울을 통해 35 kHz의 음파 주파수에 의해 조정된다(도 3). 방사된 광은 위에서 언급된 것과 같은 광섬유를 통해 광 검출기로 전송되며, 이는 광 에너지 정보를 전기 정보로 변환하여 프로세서 유닛에게 공급된다. 프로세서 유닛은 전송기 유닛에 의해 활성화되고 광섬유에 장착되어야 하는 4개의 파장 스펙트럼, 예를 들어 파장 스펙트럼 번호 2,350-400 nm 중 어느 하나를 선택한다. 선택은 프리즘이나 필터와 같은 광학 컴포넌트에 의해 만들어질 수 있다. 소리 전송기는 항상 35 kHz에서 소리 에너지를 전송한다. 따라서, 패시브 유닛 번호 2는 패시브 유닛이 형광을 통해 가시광선을 생성하기 위해 광원으로 전달하는 UV 광을 수신한다. 가시광선은 검출기 더 나아가 방사된 광의 변조를 읽는 컴퓨터로 전송된다. 방사된 광이 35 kHz로 조정되기 때문에, 프로세서 유닛은 검출기로부터의 합성 에너지 정보를 처리하고 방사된 광 정보를 잡음 및 기타 오류원과 구별할 수 있다. 소리에 의한 조정은 구별을 위해서만 사용되며 어드레스 지정에는 사용되지 않는다. 다른 패시브 유닛은 동일한 방식으로, 순차적으로 또는 동시에 활성화될 수 있다.
다른 실시예는 UV 광 전송기가 NIR 광 전송기로 대체된다는 점을 제외하고는 동일한 컴포넌트를 포함한다. NIR 광은 형광 물질을 활성화할 수 없기 때문에, 광원은 대신 NIR 광에 의해 구동되는 전류 생성기에 의해 생성된 전류에 의해 활성화되는 LED와 같은 전계발광 물질을 포함한다. NIR 광의 주파수는 850 nm와 같이 단 하나이다. 소리 생성기는 20 kHz, 25 kHz, 30 kHz 및 35 kHz의 소리 주파수를 방출하도록 배치된다. 패시브 유닛은 각각 20 kHz, 25 kHz, 30 kHz 및 35 kHz로 동조된 기계적 수신기 유닛을 갖는다. 각각의 광 조정기는 휴지 위치에서 방사된 광을 광 경로(437) 밖으로 전환시키도록 배치된다(도 4의 465 참조). 따라서, 휴지 위치에서, 각각의 패시브 유닛은 방사된 광을 전달시키지 않다. 광원이 진동을 발생시키는 경우, 방사된 광은 진동의 주파수로 광 경로(437)에 전달된다. 프로세서 유닛은 전송기 유닛이 NIR 광을 지속적으로 방출하도록 명령하도록 배치되어, 각각의 패시브 유닛이 NIR 광을 수신하고 각각의 광원을 활성화할 수 있다. 프로세서 유닛은 소리 전송기 유닛에 선택된 소리 주파수 중 하나, 예를 들어 번호 2, 25 kHz를 방출하도록 명령한다. 25 kHz의 동조된 주파수를 갖는 대응하는 패시브 유닛 번호 2의 기계적 수신기 유닛이 진동하기 시작한다. NIR 광에 의해 활성화되는 광원은 25 kHz 주파수로 방사되고 변조된 광을 검출기 및 더 나아가 프로세서 유닛으로 전달할 것이다. 프로세서 유닛은 유용한 정보를 잡음 및 기타 방해로부터 구별할 수 있다. 다른 패시브 유닛은 동일한 방식으로, 순차적으로 또는 동시에 활성화될 수 있다.
패시브 유닛의 NIR 광 에너지 수신기는 NIR 광을 전류로 변환할 수 있다. 전류는 전류가 전계발광 물질(electroluminescent material, LED)을 활성화할 수 있을 때까지 시간 지연이 발생할 수 있도록 커패시터를 충전할 수 있다. 시간 지연은 커패시터의 크기에 따라 달라지며 대응하는 패시브 유닛의 식별을 위해 프로세서 유닛에 의해 사용할 수 있다. 이러한 특징은 설명된 실시예 중 어느 하나에 의해 사용될 수 있다.
추가 실시예에서, NIR 광은 저주파수, 예를 들어 40 kHz 또는 400 kHz 또는 400 MHz로 펄스화된다. 이 경우, NIR 광의 맥동이 에너지 서명을 형성할 것이기 때문에 전송기 유닛은 소리 에너지를 전송할 필요가 없다. 동일한 맥동 원리가 다른 에너지원 중 어느 하나 및 설명된 실시예 중 어느 하나에 대해 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 소리 생성기는 없고 300-350 nm, 350-400 nm, 400-450 nm 및 450-500 nm와 같은 4개의 상이한 파장 스펙트럼에서 광을 방출하는 UV 광원만 있다. 프로세서 유닛은 UV 광원이 예를 들어 20 kHz의 주파수로 맥동하도록 한다. 따라서, 대응하는 패시브 유닛은 UV 광의 맥동 주파수에 의해 조정되는 광을 방사할 것이다. 이러한 특징은 설명된 실시예 중 어느 하나에 의해 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제1 및 제4 실시예의 조합이 사용되어 16개의 패시브 유닛이 선택적으로 어드레싱될 수 있다. 방사된 광은 두 개의 주파수에 의해 조정되므로, 프로세서 유닛이 잡음과 정보를 더 쉽게 구별할 수 있다. 이러한 특징은 설명된 실시예 중 어느 하나에 의해 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 4개(또는 복수개)의 전송 주파수를 갖는 마이크로파 전송기 형태의 제3 에너지 전송기가 배치된다. 에너지 수신기는 4개의 전송 주파수 각각에 동조된 인덕터/커패시터 회로를 갖는다. 또한, 4개의 주파수를 갖는 소리 전송기와 4개의 파장 스펙트럼을 갖는 UV 광원이 있다. 따라서, 64개의 상이한 패시브 유닛이 별도로 어드레싱될 수 있다. 추가 에너지 전송기가 사용될 수 있다. 이러한 특징은 설명된 실시예 중 어느 하나에 의해 사용될 수 있다.
NIR 광 전송기가 사용되는 경우, NIR 광을 태양 전지와 같은 전기 에너지로 변환하는 패시브 유닛의 변환기가 있다. 태양 전지는 임계 전압이 도달될 때까지 태양 전지에 의해 천천히 충전되는 커패시터에 연결될 수 있으며, 이 때 커패시터에 저장된 전체 에너지는 방전되고 결과적으로 짧은 지속 기간 동안 높은 강도의 플래시가 발생한다. 이러한 특징은 설명된 실시예 중 어느 하나에 의해 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상처에 배치된 드레싱에 16개의 패시브 유닛이 배치된다. 각각의 패시브 유닛은 광섬유의 원뿔 외부의 매체가 약 1의 굴절률(공기)을 갖는 경우 광이 반사되고 광섬유 외부의 매체가 위의 1.3의 굴절률(물, 혈액, 삼출물 등)을 갖는 경우 반사되지 않도록 원뿔로 끝나는 광섬유를 포함한다. 원뿔은 형광 물질을 포함하는 광원에 연결된다. 이 배치는 광 링크(422, 423)가 자유 공기인 도 4에 따른 실시예와 거의 같다. 패시브 유닛(442)의 광 에너지 경로를 향해 반사기를 통해 NIR 광을 전송하는 광 에너지 전송기(412)가 있다. 또한, 2 kHz 증분으로 20 kHz와 50 kHz 사이의 16가지 상이한 주파수에서 에너지 링크(424)를 통해 소리를 전송하는 소리 에너지 전송기(413)가 있다. 자유 공기인 광 링크(422)를 통해 방사되고 변조되며 조정된 광학 정보를 수신하는 검출기(402)를 포함하는 액티브 유닛(401)이 있다. 전송기 유닛(411) 및 액티브 유닛(401)은 단일 인클로저에 배치된다. 인클로저는 드레싱 근처로 이동되고 드레싱을 향해 지향되어, NIR 광이 드레싱에 충돌하고 각각의 패시브 유닛의 광원(441)이 광을 방사할 수 있도록 드레싱에서 모든 16개의 패시브 유닛을 활성화할 수 있다. 소리 에너지 전송기는 각각의 주파수에 대해 0.3초 동안 20 kHz와 50 kHz 사이의 에너지 서명 주파수에서 소리 에너지를 방출하도록 활성화된다. 대응하는 공진 주파수를 갖는 패시브 유닛이 에너지 서명 주파수를 수신하는 경우, 광원(441)은 진동을 시작할 것이고 방사된 광은 수신기 부재(464, 467)로 전달될 것이며 방사되고 변조되며 조정된 광은 광 경로(437) 및 광 링크(422)(자유 공기)를 통해 검출기(402)로 전송될 것이다. 한 번에 하나의 패시브 유닛만이 방사된 광을 전송할 것이다. 패시브 유닛 주변 환경이 공기인 경우, 검출기는 방사된 광을 수신할 것이고 패시브 유닛 주변 환경이 물, 혈액 또는 삼출물인 경우, 검출기는 방사된 광을 수신하지 않을 것이다. 따라서, 검출기가 16개 미만의 방사된 광을 수신하면, 드레싱은 부분적으로 물 등에 젖어 교체되어야 할 수 있다. 이러한 특징은 설명된 실시예 중 어느 하나에 의해 사용될 수 있다.
이전 단락에서 설명된 것과 거의 유사한 또 다른 실시예에서, 광 전송기(412)는 NIR 광 대신 UV 광을 전송한다. UV 광은 드레싱을 향하고 드레싱을 스캔하도록 배치되어 한 번에 하나의 패시브 유닛만이 활성화될 수 있다. 소리 전송기(413)는 광원(441)의 진동의 활성화를 위해 25 kHz의 단일 에너지 서명 주파수를 전송한다. 이러한 특징은 설명된 실시예 중 어느 하나에 의해 사용될 수 있다.
또한, 이진 정보는 2개의 주파수를 사용하여 전송될 수 있으며, 여기서 20 kHz는 "0"을 나타내고, 40 kHz는 "1"을 나타낸다. 시간 시퀀스에서, 각각의 주파수는 짧은 기간 동안 전송되어 이진 메시지가 전송될 수 있다. 또한, 오류 정정 및/또는 어드레싱을 위한 코딩 기술이 사용될 수 있다.
검출기는 256 * 256 검출기 픽셀의 어레이, 예를 들어 CCD 또는 유사한 2차원 수신기일 수 있다. 다르게는, 1차원 CCS 수신기는 객체 위로 이동되는 1 * 256 검출기 픽셀 어레이와 함께 사용될 수 있다. 기준 포인트는 참조 목적으로 사용될 수 있다. 광 링크/경로의 상이한 채널은 개별 픽셀 또는 픽셀 그룹을 향할 수 있다.
광 스플리터가 광 경로에 연결된 유닛에 대한 인터페이스로서 배치되는 경우, 스플리터는 각각의 채널에 대해 작은 표면을 포함할 수 있으며, 여기서 이러한 표면의 광은 선택적으로 광학 요소를 통과하는 CCD 검출기의 픽셀로 추가로 전달되거나 또는 하나 또는 여러 개의 상기 표면 요소를 모니터링하는 스캐너에 의해 스캔될 수 있다.
광원에서 방사된 광을 반환하기 위해 별도의 광 링크를 사용하고 UV 광이 사용되어야 하는 경우 다른 광 링크를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이는 UV 광이 광섬유의 소량의 형광 물질을 활성화할 수 있어서, 광원과 동일한 파장 스펙트럼의 광을 방출하여 잡음 레벨을 증가시킬 수 있기 때문이다. NIR 광은 형광을 발생하지 않으며 UV 광만큼 많은 잡음을 발생하지 않는다.
유닛, 즉 프로세서 유닛, 액티브 유닛, 전송기 유닛, 광 링크, 에너지 링크, 패시브 유닛, 측정 객체 각각은 공간 볼륨에 배치된다. 유닛은 서로 가깝게 배치되거나 거리를 두고 분리될 수 있다. 실시예에서, 유닛, 즉 프로세서 유닛, 액티브 유닛 및 전송기 유닛은 서로 비교적 가깝게 배치된다. 임의의 두 개의 요소 사이의 거리의 예는 장치에 있는 링크의 최대 길이까지 3 mm 사이이다.
공간 볼륨의 각각은 환경에 배치되며 모든 종류의 환경 속성으로 설명될 수 있다. 예로는 압력, 온도, 점도, 가스 농도, 액체 농도, 원자 농도, 원자 구조, 기계적 데이터, 자기장, 전기장, 방사, 파동, 하전 입자 등이 있다. 기타 환경 속성은 언급된 환경 속성 및 기타 환경 속성에서 파생될 수 있다. 많은 환경 속성이 존재하며 각각의 속성에 대한 제한은 범위 내에서 제한된다.
실시예에 따른 장치는 상이한 속성을 측정하는데 사용될 수 있다. 몇 가지 속성이 아래에 언급되어 있다. 속성을 측정하는 방법이 명확하지 않은 경우, 그러한 방법도 설명된다.
예를 들어, 기계적, 유체, 가스, 진공, 전자기, 음향, 화학적, 및 물리적 상태를 설명하는 기타 양과 같은 임의 종류의 상호 작용으로 인해 발생되는, 서로 다른 방향으로 취해진 두 개의 개별 볼륨 사이의 절대 값 또는 상대 값으로서의 압력;
기계적 구조에서 광 흡수 또는 차폐를 사용하여 측정된 임의 종류의 상호 작용에 의해 발생되는 객체에 작용하는, 두 개의 개별 볼륨 사이의 절대 값 또는 상대 값으로서의 힘;
임의 종류의 상호 작용으로 인해 발생되는 객체에 작용하는, 두 개의 개별 볼륨 사이의 절대 값 또는 상대 값으로서의 토크;
기준 질량 및 힘 측정을 사용하여 측정된, 객체의 가속도;
측정된 가속도를 적분하여 측정된, 객체의 속도;
객체의 압력;
기계적 구조에서 광 흡수 또는 차폐를 사용하거나, 또는 측정된 속도를 적분하여 측정된 객체의 변위;
기계적 구조에서 광 흡수 또는 차폐를 사용하여 측정되고 다른 방향으로 배향된 작은 구조에서 힘 측정을 사용하여 측정된, 객체의 내부 응력;
볼륨 또는 인터페이스에서 측정된 굴절률;
광 전송;
광 흡광도;
광 반사;
작은 광 전송 공동을 서로 다른 방향으로 배치하여 측정되고 그들 각각의 광 전송을 측정하는, 광 에너지 수송에서 메인 에너지 방향을 평가하는, 방향 파동 벡터(Direction Wave Vector);
볼륨에 가까운 전하가 측정됨;
볼륨에 가깝거나 볼륨을 통과하는 전기장이 측정됨;
옴 법칙을 사용하여 측정되고 전기장을 측정하는, 볼륨에 가깝거나 볼륨을 통과하는 전류가 측정됨;
측정된 볼륨에 가깝거나 그 볼륨을 통과하는 자기장;
측정된 볼륩에 가깝거나 그 볼륨을 통과하는 자속 밀도;
하전 입자 생성기(1108)를 변조하는 정보 경로(107a''')에서 측정된 물질 자체를 이동함으로써 측정된, 측정된 볼륨에 가깝거나 그 볼륨의 저항률;
방사된 형광 파장 스펙트럼에 대한 반응성 퀀칭(reactive quenching)을 가짐으로써 측정된, 측정된 볼륨에 가까거나 또는 그 볼륨의 농도 ― 반응성은 종에 결합하고, 또한 하나 또는 파장 스펙트럼의 순도에서 광 흡수에 의해 측정됨 ―;
화학 화합물의 반응 속도.
제1 실시예에서, 유체 충전 레벨 검출 및 선택적인 혈액 검출은 인체 외부의 상처 위에 놓인 드레싱에서 수행된다. 상처 드레싱이 일부 관련 볼륨에서 상대적인 최대 흡수를 얼마나 흡수했는지 그리고 경고 또는 경보 레벨을 초과하는 혈액 부분이 관련 볼륨에 있는지를 검출하는 옵션으로서 측정하는 것이 바람직하며, 여기서 유체 정보는 경고 정보로서 사용자에게 전달되고, 혈액 검출은 경고 또는 경보 정보로서 사용자에게 전송된다.
제2 실시예에서, 투석 시스템의 정맥 바늘로부터 혈액 누출을 모니터링하는 것이 바람직하다. 동맥/정맥 누관에 동맥 및 정맥 바늘이 삽입된다. 정맥 바늘이 우연히 빠지면, 발견되지 않으면 큰 출혈이 발생할 수 있다.
제1 실시예의 연장에 기초한 제3 실시예에서, 또한, 드레싱에서 측정할 때 다른 지시자가 관심이기 때문에 온도, 포도당, 케톤, 단백질, 박테리아, 염증과 같은 다른 속성이 측정될 수 있다.
제4 실시예에서, 인간과 동물 모두의 건강 상태를 측정하는 경우, 특허 건강 상태의 드래프트 지시를 갖는 건강 속성을 측정하는 것이 바람직하며, 여기서 패시브 유닛은, 이동 전화에서의, 의류에서의, 공공 환경에서의, 운동 기구에서의, 차량에서의 상처 드레싱과 같은 다양한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 포도당, 케톤, 단백질, 박테리아, 염증과 같은 속성이 측정될 수 있다.
제5 실시예에서, 건강 상태 장치는 피부 주변을 측정하며, 여기서 대부분의 측정은, 옵션 정보가 피부 아래의 볼륨으로부터 피부 위의 센서로 전달됨에 따라, 상단 피부 표면 위 및 아래, 전형적으로 +/- 15 mm에서 행해진다. 여기서, 바늘이 사용될 수 있으며, 특히 미세 바늘이 사용될 수 있다. 또한, 온도, 포도당, 케톤, 단백질, 박테리아, 염증과 같은 속성이 측정될 수 있다.
제6 실시예에서, 건강 상태 장치는 신체 내부에서 측정을 수행하며, 여기서 일부 측정은 또한 신체 바로 외부에 배치될 수도 있다. 일반적으로 측정된 속성은 움직임, 온도, 맥박, 혈압, 물질, 신경, 혈액 종류, 단백질, 세포, 박테리아, 바이러스, 진동이다.
제7 실시예에서, 시스템 상태는 전력 생산 시설, 전기 장치, 점화 시스템, 전자 장치, 생산 공장, 기어 박스, 모든 종류의 베어링, 베어링이 있는 모든 종류의 시스템과 같은 많은 종류의 전력 시스템, 또한 케이블 및 튜브와 같은 많은 전력 전송 경로에서 측정되며, 여기서 에너지는 전기, 원자력, 증기, 화학 물질, 배터리와 같은 다양한 방식으로 존재한다. 예로서, 이하의 속성은 온도, 기계적 스트레스, 습도, 전기장, 자기장, 속도, 온도를 측정하는 것에 관심이 있으며, 여기서 측정은 위험 및 고온 볼륨에서 전기적 간섭 없이 수행될 수 있다.
제8 실시예에서, 시스템 상태는 건물, 인프라구조, 생물학적 시스템, 수중 시스템, 정보 시스템과 같은 환경에서 측정된다. 예로서, 제7 실시예에서 언급된것과 동일한 속성이 또한 여기에서도 측정 관심사이다.
제9 실시예에서, 시스템 상태는 트럭, 자동차, 오토바이, 자전거, 비행기, 기차, 트램, 로켓, 군용 비행 로봇, 총알과 같이, 질량이 10 g을 초과하는 모든 종류의 이동 장치에서 측정된다. 예로서,, 제6 실시예에서 언급된 것과 동일한 속성이 여기에서도 측정 관심사이다.
제10 실시예에서, 시스템 상태는 이동 전화, 스마트폰, 랩탑과 같은 무선 통신 시스템이 구비된 환경과 상호 작용하는 모든 종류의 이동 가능 장치에서 측정된다. 예로서, 제6 실시예에서 언급된 것과 동일한 속성이 여기에서도 측정 관심사이다.
제11 실시예에서, 시스템 상태는 예를 들어 화재 및 폭발 위험이 존재하는 모든 종류의 잠재적 위험 볼륨에서 측정된다. 예로서, 제6 실시예에서 언급된 것과 동일한 속성이 여기에서도 측정 관심사이다.
제12 실시예에서, 뇌, 심장, 폐, 간과 같은 인간의 중요한 기관에서의 측정. 예로서, 제4 실시예에서 언급된 것과 동일한 속성이 여기에서도 측정 관심사이다.
제13 실시예에서, 제7 실시예에서와 같이, 그러나 베어링 또는 베어링이 존재하는 시스템에서만으로 제한된다.
제14 실시예에서, 제7 실시예에서와 같이, 그러나 기어 박스에서의 사용만으로 제한된다.
제15 실시예에서, 제7 실시예에서와 같이, 그러나 점화 시스템에서의 사용만으로 제한된다.
청구항에서, 용어 "포함한다/포함하는"은 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 더욱이, 개별적으로 나열되었지만, 복수의 수단, 요소 또는 방법 단계는 예를 들어 단일 유닛에 의해 구현될 수 있다. 또한, 개별적인 특징이 상이한 청구항 또는 실시예에 포함될 수 있지만, 이들은 아마도 유리하게 결합될 수 있으며, 상이한 청구항에 포함된다고 해서 특징의 조합이 실현 가능하지 않고 그리고/또는 유리하다는 것을 의미하지는 않는다. 또한, 단수 참조는 복수를 배제하지 않는다. 용어 "하나(a)", "하나(an)", "제1", "제2" 등은 복수를 배제하지 않는다. 청구 범위의 참조 부호는 단지 예를 명확히하는 것으로서 제공되며 어떤식으로든 청구항의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명이 특정 실시예를 참조하여 위에서 설명되었지만, 여기에서 설명된 특정 형태로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해서만 제한되고 상기에 명시된 것 이외의 다른 실시예는 이러한 첨부된 청구항의 범위 내에서 동등하게 가능하다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 장치로서,
    적어도 하나의 광 검출기를 갖는 적어도 하나의 액티브 유닛;
    적어도 하나의 광 링크;
    상기 측정 객체로부터 발산되는 적어도 하나의 외부 측정 영향에 의해 변조되는 방사된 광을 방사하는 적어도 하나의 광원을 갖는 적어도 하나의 패시브 유닛 ― 상기 광 검출기는 상기 광 링크를 통해 상기 방사되고 변조된 광을 수신함 ―;
    적어도 하나의 에너지 링크;
    상기 패시브 유닛의 적어도 하나의 수신기 유닛;
    상기 에너지 링크를 통해 상기 패시브 유닛의 수신기 유닛으로 적어도 하나의 에너지량을 전송하기 위한 적어도 하나의 에너지원; 및
    상기 수신기 유닛에 의해 수신되는 에너지량에 의존하여 상기 방사되고 변조된 광을 조정하기 위한 적어도 하나의 광 조정기(moderator)
    를 포함하는 적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 링크는 상기 광 링크와 동일한,
    적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에너지량에 영향을 미치는 적어도 하나의 에너지 서명
    을 더 포함하며,
    상기 에너지 서명은 상기 수신기 유닛에 의해 수신되는 에너지 서명에 의존하여 상기 방사되고 변조된 광을 조정하기 위한 광 조정기를 제어하기 위한 에너지량과 함께 상기 수신기 유닛 및 상기 광 조정기로 전송되는,
    적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 서명은 적어도 하나의 정보 데이터에 의해 제어되고, 상기 광 조정기는 상기 정보 데이터에 따라 제어되는,
    적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지원은 광, 광자, 전기장, 자기장, 전자기장, 얽힘(entanglement), 소립자, 전자, 원자, 분자, 전하, 파장 스펙트럼, 압력파, 공유파, 방사, 온도, 압력, 기계적 에너지, 진동, 중력 중 적어도 하나인,
    적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 조정기 메모리는 상기 수신기 유닛과 상기 광 조정기 사이에 배치되는,
    적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신기 유닛에 의해 수신되는 에너지량의 적어도 일부는 상기 광원이 광을 방사하게 하기 위해 상기 광원으로 전송되는,
    적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 광원이 광을 방사하게 하기 위해 상기 광 링크를 통해 또는 상기 에너지 링크를 통해 에너지를 수신하는,
    적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 장치.
  9. 적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 방법으로서,
    전송기 유닛에 의해 적어도 하나의 에너지량을 방출하는 단계;
    적어도 하나의 에너지 링크에 의해 상기 에너지량을 전송하는 단계;
    패시브 유닛의 수신기 유닛에 의해 상기 에너지량을 수신하는 단계;
    광을 방사하기 위한 적어도 하나의 광원으로 상기 에너지량의 적어도 일부를 전달하는 단계;
    방사되고 변조된 광을 생성하기 위해 상기 측정 객체로부터의 외부 영향에 의해 상기 광원 또는 방사된 광을 변조하는 단계;
    검출기 정보를 제공하기 위한 적어도 하나의 검출기로 상기 방사되고 변조된 광을 전송하는 단계;
    방사되고 변조되며 조정된 광을 생성하기 위해, 상기 에너지 서명에 의해 상기 광원으로부터의 방사되고 변조된 광 정보를 조정하기 위해 상기 전송기 유닛으로부터 상기 광원으로 상기 에너지 서명을 전송하는 단계; 및
    잡음과 같은 오류원으로부터 상기 검출기에 의해 수신되는 방사되고 변조되며 조정된 광을 구별하기 위한 프로세서 유닛으로 상기 검출기 정보를 전도하는 단계
    를 포함하는 적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방사되고 변조되며 조정된 광은 광 링크를 통해 상기 검출기로 전송되는,
    적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광 링크는 상기 에너지 링크와 동일한,
    적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 에너지 서명은 어드레스 신호에 대응하도록 프로그램된 미리 결정된 패시브 유닛의 선택을 위한 어드레스 신호를 포함하는,
    적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 서명은 1000 kHz 미만과 같은 저주파에서 상기 에너지량의 맥동인,
    적어도 하나의 측정 객체를 모니터링하기 위한 방법.
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