RU2787461C9 - Device and method for inductive reading for non-invasive measurement of mechanical activity of patient’s heart and lungs - Google Patents

Device and method for inductive reading for non-invasive measurement of mechanical activity of patient’s heart and lungs Download PDF

Info

Publication number
RU2787461C9
RU2787461C9 RU2021109168A RU2021109168A RU2787461C9 RU 2787461 C9 RU2787461 C9 RU 2787461C9 RU 2021109168 A RU2021109168 A RU 2021109168A RU 2021109168 A RU2021109168 A RU 2021109168A RU 2787461 C9 RU2787461 C9 RU 2787461C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
loop
conductive lines
loop part
resonator circuit
current
Prior art date
Application number
RU2021109168A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021109168A (en
RU2787461C2 (en
Inventor
Ваутер Герман ПЕТЕРС
Якобус Йозефус ЛЕЙССЕН
Герардус Йоханнес Николас ДОДЕМАН
Рик БЕЗЕМЕР
Марк Петер Паул КЛЕЙНЕН
Ронни Хубертус Йоханнес ГРОСФЕЛЬД
Original Assignee
Конинклейке Филипс Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Конинклейке Филипс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Н.В.
Publication of RU2021109168A publication Critical patent/RU2021109168A/en
Publication of RU2787461C2 publication Critical patent/RU2787461C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2787461C9 publication Critical patent/RU2787461C9/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: group of inventions relates to medicine, namely to non-invasive study of such physiological characteristics as patient’s heart and lungs dynamics. A method for inductive reading for non-invasive measurement of mechanical activity of heart and lungs is implemented using an inductive reading device. The device contains a resonator circuit formed by the first loop part connected to a capacitor, the second loop part, current-conductive lines, and an active buffer component. The first and the second loop parts are formed by current-conductive lines and spaced from each other in a radial direction along sections of current-conductive lines. The active buffer component electrically connects an output of the resonator circuit to the second loop part and provides amplification of current voltage. An output signal of the active buffer component excites alternating current in the second loop part. The first and the second loop parts are located so that an average radial distance between current-conductive lines is not less than a distance between the second loop part and an area in contact with patient’s tissue.
EFFECT: reduction in sensitivity to motion artefacts and, respectively, sensitivity of a device to movement without an additional complicated circuit and a low catching force.
14 cl, 5 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к устройству индуктивного считывания для связывания электромагнитных сигналов, передаваемых в среду и из нее.The invention relates to an inductive sensing device for coupling electromagnetic signals transmitted to and from a medium.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Индуктивное считывание может быть использовано как средство для неинвазивного исследования свойств тела.Inductive reading can be used as a means to non-invasively examine the properties of the body.

Например, в источнике US 2016223483 раскрывается спектрографический анализ материалов с использованием индуктивных многочастотных датчиков, в источнике EP1901651 раскрывается способ и устройство индуктивного измерения сопротивления тела. В одной предпочтительной области применения индуктивное считывание может быть использовано как средство для неинвазивного исследования физиологических характеристик, в частности, динамики сердца и легких.For example, US 2016223483 discloses spectrographic analysis of materials using inductive multi-frequency sensors, EP1901651 discloses a method and apparatus for inductive measurement of body resistance. In one preferred application, inductive reading can be used as a means for non-invasively investigating physiological characteristics, in particular heart and lung dynamics.

Индуктивное считывание основано на магнитной индукции и имеет ряд преимуществ по сравнению с кондуктивным и емкостным считыванием.Inductive sensing is based on magnetic induction and has several advantages over conductive and capacitive sensing.

Преимущество по сравнению с кондуктивным считыванием, таким как измерения биоимпеданса, заключается в отсутствии потребности в адгезивных электродах; считывание может быть осуществлено без контакта и/или посредством непроводящего материала, такого как текстиль и пластик. Кроме того, сигналы индуктивного считывания значительно менее подвержены искажению артефактами движения.The advantage over conductive readings such as bioimpedance measurements is that there is no need for adhesive electrodes; reading can be done without contact and/or through non-conductive material such as textiles and plastics. In addition, inductive-sensing signals are significantly less susceptible to motion artifact distortion.

Преимущество по сравнению с емкостным считыванием заключается в том, что индуктивное считывание основано на магнитных полях, а не на электрических полях, и в результате оно более чувствительно к изменениям при большей глубине проникновения внутрь тела, в отличие от изменений, которые происходят только на уровне кожи. Это обусловлено тем, что магнитные поля проникают в тело глубже, чем электрические поля, и поэтому магнитные поля могут быть использованы для измерения изменений свойств внутри тела на большей глубине, тогда как электрические поля, главным образом, полезны только для измерения эффектов на поверхности кожи, таких как изменения свойств кожи (например, проницаемости) или движения кожи (близости кожи).The advantage over capacitive sensing is that inductive sensing is based on magnetic fields rather than electric fields, and as a result is more sensitive to changes at greater depths of penetration into the body, as opposed to changes that occur only at skin level. . This is because magnetic fields penetrate deeper into the body than electric fields, and therefore magnetic fields can be used to measure changes in properties inside the body at greater depths, while electric fields are mainly useful only for measuring effects on the skin surface, such as changes in skin properties (eg permeability) or skin movement (skin proximity).

Индуктивные датчики на основе катушек функционируют путем установления индуктивной связи с электромагнитными сигналами (т.е. электромагнитными волнами или колебаниями), при этом распространение сигналов через катушку приводит к изменению тока, проходящего через катушку, которое может быть измерено и использовано для определения свойств распространяющегося сигнала (включая, например, частотный спектр, амплитуду и фазовое изображение).Coil-based inductive sensors function by establishing an inductive coupling with electromagnetic signals (i.e. electromagnetic waves or oscillations), with the propagation of signals through the coil resulting in a change in the current passing through the coil, which can be measured and used to determine the properties of the propagating signal (including, for example, frequency spectrum, amplitude, and phase image).

Электромагнитный сигнал возбуждения может быть передан в тело, подлежащее исследованию. Электромагнитный сигнал возбуждения вызывает магнитную индукцию в теле, т.е. генерирование вихревых токов в ткани тела вследствие приложения внешнего магнитного поля. Эти вихревые токи в свою очередь генерируют электромагнитные сигналы, распространяющиеся из тела, которые взаимодействуют с приложенными полями таким образом, что обеспечивается возможность их считывания катушкой.An electromagnetic excitation signal may be transmitted to the body to be examined. The electromagnetic excitation signal causes magnetic induction in the body, i.e. generation of eddy currents in body tissue due to the application of an external magnetic field. These eddy currents in turn generate electromagnetic signals propagating from the body, which interact with the applied fields in such a way that they can be read by the coil.

Движения ткани в теле могут проявляться в виде изменений в объемах локальных областей ткани и в виде изменений проводящих или диэлектрических свойств ткани. Данные изменения затем вызывают амплитудные и/или фазовые модуляции электромагнитного сигнала, излучаемого из тела в ответ на электромагнитную стимуляцию. Путем мониторинга данных изменений может быть обнаружено и отслежено движение и изменение размеров элементов внутри тела, а также отслежены изменения свойств проводимости и диэлектрических свойств. Например, сердечные сокращения проявляются главным образом в виде движения крови, а дыхание проявляется главным образом в виде изменений проводимости легкого.Movements of tissue in the body can manifest themselves as changes in the volumes of local areas of the tissue and as changes in the conductive or dielectric properties of the tissue. These changes then cause amplitude and/or phase modulations of the electromagnetic signal emitted from the body in response to electromagnetic stimulation. By monitoring these changes, the movement and size changes of elements within the body can be detected and tracked, as well as changes in conduction and dielectric properties can be tracked. For example, heart contractions manifest themselves mainly as the movement of blood, and breathing manifests itself mainly as changes in the conduction of the lung.

Полученные сигналы могут быть считаны количественно путем измерения частоты колебаний или резонанса передающей катушки.The received signals can be read quantitatively by measuring the oscillation frequency or resonance of the transmitting coil.

Существует два основных известных подхода к считыванию вторичных магнитных сигналов, полученных от стимулируемого образца. Первый основан на использовании схемы резонатора и соединенной катушки и считывании полученных сигналов на основе изменения в резонансной частоте схемы. Второй состоит в считывании полученных сигналов как небольших напряжений, индуцируемых в специализированной приемной катушке.There are two main known approaches to reading secondary magnetic signals received from a stimulated sample. The first is based on using a resonator circuit and a coupled coil and reading the received signals based on the change in the resonant frequency of the circuit. The second is to read the received signals as small voltages induced in a specialized receiving coil.

Все известные индуктивные датчики на основе резонатора используют одну петлю как для создания первичного магнитного поля, так и для наведения вторичного магнитного поля. В отличие от этого известные устройства, которые работают путем считывания сигналов как индуцируемых напряжений, используют отдельную передающую катушку(и) и приемную катушку(и); известные устройства, использующие специализированную передающую и приемную катушки, не работают путем считывания изменений резонансной частоты.All known resonator-based inductive sensors use a single loop for both primary magnetic field generation and secondary magnetic field induction. In contrast, prior art devices that operate by reading signals as induced voltages use separate transmit coil(s) and receive coil(s); prior art devices using dedicated transmit and receive coils do not operate by reading changes in resonant frequency.

Было обнаружено, что индуктивные датчики, которые используют одну петлю как для генерирования, так и для обнаружения магнитных полей имеют проблему, заключающуюся в том, что обнаруженные сигналы очень чувствительны к артефактам движения (искажениям данных, которые возникают при перемещении датчика относительно тела, которое исследуется). Следует понимать, что это возникает по нижеперечисленным причинам. Сила генерируемых вторичных вихревых токов уменьшается с расстоянием от петли, генерирующей сигнал. По этой причине, вихревые токи, индуцируемые на поверхности исследуемого тела, являются более сильными, чем вихревые токи, индуцируемые в целевой более глубокой ткани. Токи, генерируемые на поверхности, в целом не полезны для большинства считывающих применений, полезны только более глубокие токи. Кроме того, поверхностные вихревые токи, естественно, находятся очень близко к проводу резонирующей петли и, следовательно, сильно влияют на обнаруживаемый сигнал. В результате небольшие изменения в расстоянии между петлей и исследуемой тканью могут приводить к артефактам сигнала, которые имеют значительно большую величину, чем желаемые сигналы более глубокой ткани, например сердечные или связанные с дыханием сигналы.It has been found that inductive sensors that use a single loop to both generate and detect magnetic fields have the problem that the detected signals are very sensitive to motion artifacts (data distortions that occur when the sensor is moved relative to the body being examined). ). It should be understood that this occurs for the following reasons. The strength of the generated secondary eddy currents decreases with distance from the loop generating the signal. For this reason, the eddy currents induced on the surface of the body being examined are stronger than the eddy currents induced in the target deeper tissue. Surface generated currents are generally not useful for most sensing applications, only deeper currents are useful. In addition, surface eddy currents are naturally very close to the resonant loop wire and therefore have a strong effect on the detected signal. As a result, small changes in the distance between the loop and the tissue of interest can lead to signal artifacts that are significantly larger than desired deeper tissue signals, such as cardiac or respiratory signals.

Индуктивные датчики, основанные на отдельных передающих и приемных катушках, имеют другую проблему, заключающуюся в том, что обнаруживаемые напряжения в приемной петле чрезвычайно малы и, кроме того, в значительной степени зависят от прямой магнитной связи с передающей катушкой. Необходимо использовать сложные компенсирующие схемы, например, синхронизирующие усилители и сильно экранированные мультиплексоры, для извлечения очень слабо считываемых сигналов. Это увеличивает сложность, стоимость и форм-фактор таких устройств, а их дополнительная сложность повышает вероятность отказа.Inductive sensors based on separate transmitter and receiver coils have another problem in that the detectable voltages in the receiver loop are extremely small and furthermore rely heavily on direct magnetic coupling to the transmitter coil. Complex compensating circuits, such as locking amplifiers and heavily shielded multiplexers, must be used to extract very poorly readable signals. This increases the complexity, cost, and form factor of such devices, and their added complexity increases the likelihood of failure.

Необходим усовершенствованный датчик, основанный на индукции, который обеспечивает возможность преодоления проблемы артефактов движения, возникающих в однокатушечных устройствах, без дополнительной усложненной схемы и низкой силы улавливания известных двухкатушечных исполнений.What is needed is an improved inductive-based sensor that is able to overcome the problem of motion artifacts that occur in single coil devices without the added complexity and low sensing force of prior art dual coil designs.

WO2018/127488 A1 раскрывает устройство магнитно-индуктивного считывания, содержащее петлевую антенну (10) для индуктивной связи с электромагнитными (ЭМ) сигналами, излучаемыми из среды в ответ на стимуляцию среды электромагнитного возбуждения.WO2018/127488 A1 discloses a magnetic inductive sensing device comprising a loop antenna (10) for inductively coupling electromagnetic (EM) signals emitted from a medium in response to stimulation of an electromagnetic excitation medium.

WO2008015598 А2 раскрывает датчмк для обнаружения прохождения пульсовой волны из артериальной системы субъекта. Датчик выполнен с возможностью размещения в считывающем положении на внешней части тела объекта.WO2008015598 A2 discloses a sensor for detecting the passage of a pulse wave from the arterial system of a subject. The sensor is configured to be placed in a reading position on the outer part of the object's body.

KR20160034882 раскрывает устройство считывания биомагнитного сигнала: биомагнитный датчик для измерения биомагнитного сигнала; и инструментальный усилитель для удаления сигнала шума и усиления биомагнитного сигнала, воспринимаемого биомагнитным датчиком. Биомагнитгый сигнал и усилитель объединены в виде системы на микросхеме (SOC).KR20160034882 discloses a biomagnetic signal reader: a biomagnetic sensor for measuring a biomagnetic signal; and an instrumentation amplifier for removing the noise signal and amplifying the biomagnetic signal sensed by the biomagnetic sensor. The biomagnetic signal and amplifier are combined as a system on a chip (SOC).

SHAO QI и др.: «Анализ эффективности и оптимизация беспроводной системы передачи энергии для свободно движущихся биомедецинских имплантов» раскрывает модель эффективности, основанную на модели ипенданса катушки и модели схемы принимающих схем. В соответствии с проектными ограничениями были определены опитмальные проектные параметры для худшего случая. Результаты показывают, что комбинация двцхслойной принимающей катущки и полумостового выпрямителя имеет больше преимуществ по размеру, эффективности и безопасности, что является предпочтительным в принимающем блоке.SHAO QI et al.: "Efficiency Analysis and Optimization of a Wireless Power Transfer System for Freely Moving Biomedical Implants" discloses an efficiency model based on a coil impedance model and a receiving circuit circuit model. In accordance with the design constraints, the optimal design parameters for the worst case were determined. The results show that the combination of a dual-layer take-up coil and a half-bridge rectifier has more advantages in terms of size, efficiency, and safety, which is preferred in the take-up unit.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Настоящее изобретение определено в пунктах формулы изобретения.The present invention is defined in the claims.

В соответствии с примером, соответствующем одному аспекту изобретения, предложено устройство индуктивного считывания для индуктивного связывания электромагнитных сигналов, передаваемых в среду и из нее, содержащее:In accordance with an example corresponding to one aspect of the invention, an inductive sensing device for inductively coupling electromagnetic signals transmitted to and from a medium is provided, comprising:

первую петлевую часть, соединенную с конденсатором для образования схемы резонатора;a first loop portion connected to the capacitor to form a resonator circuit;

вторую петлевую часть;the second loop part;

соответствующие токопроводящие линии, образующие первую и вторую петлевые части, разнесенные друг от друга в радиальном направлении по меньшей мере вдоль участков токопроводящих линий; иrespective conductive lines forming the first and second loop portions spaced apart from each other in the radial direction at least along sections of the conductive lines; And

выход схемы резонатора электрически соединен со второй петлевой частью посредством активного буферного компонента, причем активный буферный компонент выполнен с возможностью реализации усиления напряжения по току, а выходной сигнал активного буферного компонента выполнен с возможностью возбуждения переменного тока во второй петлевой части.the output of the resonator circuit is electrically connected to the second loop part by means of an active buffer component, wherein the active buffer component is configured to realize voltage over current amplification, and the output signal of the active buffer component is configured to drive an alternating current in the second loop part.

Таким образом, изобретение основано на использовании слабо связанной двухпетлевой конструкции, содержащей первую петлю, которая является частью схемы резонатора и, главным образом, может быть использована для считывания сигналов, и вторую петлю, которая не является напрямую частью схемы резонатора, которая активно возбуждается, и может быть использована в качестве основного источника генерируемых сигналов, причем обе петли слабо связаны посредством активного буферного компонента.The invention is thus based on the use of a loosely coupled two-loop design comprising a first loop which is part of the resonator circuit and can mainly be used for signal sensing, and a second loop which is not directly part of the resonator circuit that is actively driven, and can be used as the main source of generated signals, with both loops loosely coupled via an active buffer component.

Связь обеспечивает синхронную работу двух петель: с токами одинаковой частоты и синфазно друг с другом. Это обеспечивает гарантию совместной работы, при которой одна петля не вызывает шума в сигналах другой петли. Однако, в то же время буферизация обеспечивает частичную электрическую изоляцию двух петель. В частности, изоляция является односторонней: первая петля изолирована от флуктуаций тока во второй петле. Таким образом, магнитные поля, обнаруживаемые во второй (возбуждаемой) петле, не влияют на частоту резонатора; а только магнитные поля, обнаруживаемые в первой (резонаторной) петле, влияют на частоту резонатора.Communication provides synchronous operation of two loops: with currents of the same frequency and in phase with each other. This provides a cooperative guarantee that one loop does not introduce noise into the signals of the other loop. However, at the same time, buffering provides partial electrical isolation of the two loops. In particular, the isolation is one-sided: the first loop is isolated from current fluctuations in the second loop. Thus, the magnetic fields found in the second (excited) loop do not affect the resonator frequency; and only the magnetic fields found in the first (resonator) loop affect the frequency of the resonator.

В результате, выходной сигнал схемы резонатора может быть использован как выходной сигнал считывания для устройства (например, для получения физиологических измерений), на который не влияют флуктуации во второй петле. Это устраняет вышеупомянутые проблемы двухпетлевых конфигураций, в которых возбуждающая петля создает помехи при считывании сигналов в резонирующей петле.As a result, the output of the resonator circuit can be used as a readout output for a device (eg, for taking physiological measurements) that is not affected by fluctuations in the second loop. This eliminates the aforementioned problems of two-loop configurations in which the driver loop interferes with the signal readout in the resonant loop.

Кроме того, усиление, обеспечиваемое буферным компонентом, обеспечивает гарантию того, что токи во второй петлевой части будут сильнее, чем токи в первой петлевой части. Это означает, что вторая петлевая часть является доминирующим источником передаваемых магнитных сигналов (магнитных полей, направленных в ткань), а также основным источником возбуждения вторичных вихревых токов, индуцируемых на поверхности ткани.In addition, the amplification provided by the buffer component ensures that the currents in the second loop portion are stronger than the currents in the first loop portion. This means that the second loop part is the dominant source of transmitted magnetic signals (magnetic fields directed into the tissue), as well as the main source of excitation of secondary eddy currents induced on the tissue surface.

Как отмечалось выше, поверхностные вихревые токи, главным образом, вызывают артефакты движения из-за их неизбежной близости к проводящей линии (проводу) петли, которая их стимулирует. Однако поскольку в настоящей конструкции первая и вторая петлевые части по меньшей мере частично разнесены в радиальном направлении, преобладающие поверхностные поля в радиальном направлении всегда находятся ближе всего ко второй петле и, следовательно, в значительной степени влияют только на вторую петлю. Однако из-за буферизации этой (второй) петли от основной резонирующей петли (первой петли) любые флуктуации во второй петле не влияют на частоту в схеме резонатора. Следовательно, выходной сигнал схемы резонатора гораздо меньше подвержен воздействию вторичных поверхностных вихревых токов, чем в известных устройствах.As noted above, surface eddy currents mainly cause motion artifacts due to their inevitable proximity to the conductive line (wire) of the loop that stimulates them. However, since the first and second loop portions are at least partially radially spaced apart in the present design, the dominant surface fields in the radial direction are always closest to the second loop and therefore only significantly affect the second loop. However, due to the buffering of this (second) loop from the main resonant loop (first loop), any fluctuations in the second loop do not affect the frequency in the resonator circuit. Therefore, the output signal of the resonator circuit is much less affected by secondary surface eddy currents than in known devices.

Флуктуации во второй петле, кроме того, быстро преодолеваются активным возбуждением, которое обеспечивает сильное воздействие, подавляющее любые поверхностные артефакты.Fluctuations in the second loop are also quickly overcome by active excitation, which provides a strong effect that suppresses any surface artifacts.

По меньшей мере частичное разнесение в радиальном направлении (т.е., разнесение по меньшей мере вдоль участков петель) также минимизирует прямую связь между двумя петлями (прямая связь возникает только тогда, когда проводящая линия одной петли полностью перекрывается или накладывается на линию второй петли). Это исключает проблему сигнала считывания, когда он подавлен прямой связью от второй петли (или наоборот). Тем самым повышается чувствительность и качество сигнала.At least partial spacing in the radial direction (i.e., spacing at least along portions of the loops) also minimizes direct coupling between the two loops (direct coupling occurs only when the conductive line of one loop completely overlaps or overlaps the line of the second loop) . This eliminates the problem of the read signal when it is suppressed by the feedforward from the second loop (or vice versa). This improves the sensitivity and quality of the signal.

В целом, преимущества устройства по настоящему изобретению можно резюмировать следующим образом:In general, the advantages of the device of the present invention can be summarized as follows:

усиление, обеспечиваемое буферным элементом, означает, что вторая петля является доминирующим источником поверхностных вихревых токов;the amplification provided by the buffer element means that the second loop is the dominant source of surface eddy currents;

расстояние между двумя петлями означает, что эти доминирующие поверхностные вихревые токи в значительной степени влияют только на вторую петлю;the distance between the two loops means that these dominant surface eddy currents only significantly affect the second loop;

буферизация между двумя петлями означает, что влияние поверхностных вихревых токов на вторую петлю по существу изолировано от влияния на частоту резонатора (выходной сигнал которого обеспечивает сигнал измерения);buffering between the two loops means that the effect of surface eddy currents on the second loop is essentially isolated from the effect on the frequency of the resonator (whose output provides the measurement signal);

однако слабая связь посредством буферного элемента обеспечивает гарантию того, что две петли работают синхронно, что исключает проблему, связанную с известными двухпетлевыми решениями, когда может быть обнаружен только очень слабый сигнал измерения (поверх сильного фонового сигнала) благодаря отраженным от цели сигналам, улавливаемым только одной из петель. Вместо этого синхронность означает, что отраженные от цели сигналы принимаются всей системой обоих петель. В частности, сигнал может быть измерен как изменение частоты и/или амплитуды всей объединенной системы двух синхронных петель. Таким образом, исключается необходимость в сложной компенсирующей электроннной части, такой как синхронизирующие усилители или экранированные мультиплексоры.however, the loose coupling via the buffer element ensures that the two loops operate in synchrony, which eliminates the problem associated with known two-loop solutions where only a very weak measurement signal (on top of a strong background signal) can be detected due to target returns picked up by only one from loops. Instead, synchronism means that the signals reflected from the target are received by the entire system of both loops. In particular, the signal can be measured as the change in frequency and/or amplitude of the entire combined system of two synchronous loops. This eliminates the need for complex compensating electronics such as locking amplifiers or shielded multiplexers.

Таким образом, новая конструкция буферной связи, обеспеченная настоящим изобретением, значительно снижает эффекты поверхностных артефактов и, следовательно, чувствительность устройства к перемещению, в то же время исключая различные трудности, связанные с известными двухпетлевыми конструкциями.Thus, the new buffer link design provided by the present invention greatly reduces the effects of surface artifacts and hence the sensitivity of the device to movement, while at the same time avoiding various difficulties associated with prior art two-loop designs.

Частота в управляемой петле определяется выходным сигналом усилителя (активного буферного компонента), в то время как по меньшей мере в некоторых примерах резонирующая петля может эффективно работать как генератор колебаний, работающий автономно, при этом его частота определяется наводкой магнитных полей в резонирующей петле.The frequency in the controlled loop is determined by the output signal of the amplifier (active buffer component), while in at least some examples the resonating loop can effectively work as an oscillator operating independently, while its frequency is determined by the induction of magnetic fields in the resonating loop.

Устройство для считывания находит предпочтительное применение для считывания электромагнитных сигналов, излучаемых из среды в ответ на передачу в среду сигналов электромагнитного возбуждения. Сигналы возбуждения генерируются комбинацией первой и второй петлевых частей, причем вторая петлевая часть обеспечивает основной источник. Резонанс первой петли предпочтительно возбуждается посредством магнитной связи со второй петлей, при этом вторая петля активно возбуждается (активным буферным компонентом).The reader finds a preferred use for reading electromagnetic signals emitted from the medium in response to the transmission of electromagnetic excitation signals to the medium. The drive signals are generated by a combination of the first and second loop portions, with the second loop portion providing the primary source. The resonance of the first loop is preferably excited by magnetic coupling with the second loop, the second loop being actively driven (by the active buffer component).

При удерживании антенны вблизи среды, например тела, сигналы индуктивно вводятся в среду, а индуцированные электромагнитные ответные сигналы (обычно одновременно) возвращаются обратно в резонаторную (первую) петлю. Эта взаимная связь вызывает изменения электрических характеристик тока в первой петле, которые могут быть обнаружены для установления свойств стимулируемой среды.By holding the antenna close to the medium, such as a body, the signals are inductively introduced into the medium, and the induced electromagnetic response signals (usually simultaneously) return back to the resonator (first) loop. This mutual connection causes changes in the electrical characteristics of the current in the first loop, which can be detected to establish the properties of the stimulated medium.

Следовательно, первая петля может эффективно действовать как считывающая петля. Вторая петля может эффективно действовать как возбуждающая (или передающая) петля.Therefore, the first loop can effectively act as a reading loop. The second loop can effectively act as an excitatory (or transmitting) loop.

Во избежание сомнений, «радиально разнесенные» означает разнесенные или пространственно разделенные или пространственно смещенные в направлении, параллельном плоскости, образуемой соответствующей петлей. Следовательно, по меньшей мере участки токопроводящих линий, образующих каждую из первой и второй петлевых частей, могут быть разнесены или отделены в направлении, параллельном плоскости, образуемой либо первой, либо второй петлей. Петли в этом случае не полностью радиально перекрываются или накладываются друг на друга. В этом случае имеется ненулевое среднее радиальное расстояние между токопроводящими линиями двух петель. Токопроводящие линии двух петель смещены в радиальном направлении друг относительно друга или по меньшей мере частично смещены в радиальном направлении.For the avoidance of doubt, "radially spaced" means spaced apart or spatially separated or spatially offset in a direction parallel to the plane defined by the corresponding loop. Therefore, at least portions of the conductive lines forming each of the first and second loop portions can be spaced apart or separated in a direction parallel to the plane defined by either the first or second loop. The loops in this case do not completely overlap radially or overlap each other. In this case, there is a non-zero average radial distance between the conductive lines of the two loops. The conductive lines of the two loops are radially displaced relative to each other or at least partially displaced in the radial direction.

В некоторых примерах, например, первая петлевая часть может иметь меньший радиус, чем вторая, и может быть вставлена во вторую (или наоборот) в радиальном направлении.In some examples, for example, the first loop portion may have a smaller radius than the second and may be inserted into the second (or vice versa) in the radial direction.

В других примерах петли могут быть полностью отделены друг от друга в радиальном направлении совсем без перекрытия проводов.In other examples, the loops can be completely separated from each other in the radial direction without any overlap of wires.

В дополнительных примерах петли могут частично перекрываться, при этом токопроводящие линии двух петель пересекаются в одной или более точках, но при этом отсутствует точное или полное перекрытие токопроводящих проводов петель в радиальном направлении, т.е. петли радиально смещены от друг друга. Например, соответствующие внутренние области, образуемые каждой из первой и второй петлевых частей, могут частично перекрываться, так что токопроводящие линии первой и второй петлевых частей пересекаются в двух или более точках.In additional examples, the loops may partially overlap, with the conductive lines of the two loops intersecting at one or more points, but there is no exact or complete overlap of the conductive wires of the loops in the radial direction, i. loops are radially offset from each other. For example, respective interior regions defined by each of the first and second loop portions may partially overlap such that the conductive lines of the first and second loop portions intersect at two or more points.

Такая кострукция имеет дополнительные преимущества, заключающиеся в том, что разрывная прямая связь между петлями может быть минимизирована в тех случаях, когда проводящая линия одной петли проходит вблизи центральной точки или участка внутренней области, охваченной другой петлей. Это означает, что коэффициент усиления буферного усилителя может быть увеличен без риска, например, появления неконтролируемой или неуправляемой амплитуды усилителя из-за прямой связи петель. Данный увеличенный коэффициент усиления предпочтителен для максимизации тока во второй (передающей) петлевой части по сравнению с первой (считывающей) петлевой частью (так что вторая петля доминирует с точки зрения передаваемых сигналов).Such a design has the additional advantage that discontinuous direct coupling between loops can be minimized in cases where the conductive line of one loop passes near the center point or portion of the interior region covered by the other loop. This means that the gain of the buffer amplifier can be increased without the risk of, for example, uncontrolled or uncontrolled amplifier amplitude due to feed-forward loops. This increased gain is advantageous for maximizing the current in the second (transmitting) loop portion over the first (reading) loop portion (so that the second loop dominates in terms of transmitted signals).

Каждая петлевая часть может быть (полностью) замкнутой петлевой частью, т.е. каждая петлевая часть образует или определяет соответствующую замкнутую петлевую часть. Эти соответствующие замкнутые петли являются отдельными. Каждая петля образована по меньшей мере одной токопроводящей линией, которая образует петлю.Each loop part can be a (completely) closed loop part, i. e. each loop part forms or defines a corresponding closed loop part. These corresponding closed loops are separate. Each loop is formed by at least one conductive line that forms a loop.

Буферные компоненты представляют собой хорошо известный класс электрических компонентов, и специалисту известны средства для реализации такого компонента. Буферные компоненты иначе известны в данной области как буферные усилители или просто буферы. Например, в данном случае используется буфер, выполненный с возможностью реализации усиления напряжения по току. В целом, буферный компонент представляет собой электрический компонент, который обеспечивает преобразование электрического импеданса от одной схемы (или части схемы) к другой с целью предотвращения воздействия на источник сигнала любых токов (или напряжений для буфера тока), которые может произвести нагрузка. Сигнал «буферизируется» от токов нагрузки. Существуют два основных типа буфера: буфер напряжения и буфер тока.Buffer components are a well-known class of electrical components, and the skilled person knows the means to implement such a component. Buffer components are otherwise known in the art as buffer amplifiers or simply buffers. For example, in this case, a buffer is used that is configured to implement voltage over current amplification. In general, a buffer component is an electrical component that provides for the conversion of electrical impedance from one circuit (or part of a circuit) to another in order to prevent the signal source from being subjected to any currents (or voltages for the current buffer) that the load may produce. The signal is "buffered" from the load currents. There are two main types of buffer: voltage buffer and current buffer.

Первая петлевая часть предпочтительно расположена с возможностью магнитного взаимодействия со второй петлевой частью (т. е. выполнена так, чтобы иметь магнитную связь со второй петлевой частью), так что при использовании возбуждение тока во второй петлевой части посредством активного буферного компонента магнитно индуцирует синхронный ток в первой петлевой части.The first loop part is preferably arranged to magnetically interact with the second loop part (i.e., configured to be magnetically coupled to the second loop part) such that, in use, excitation of current in the second loop part by the active buffer component magnetically induces a synchronous current in the first loop part.

«Синхронный» означает синхронный с током второй петлевой части, например, в первой и второй петле генерируются колебания токов общей частоты. Токи двух петель могут быть синфазными друг с другом или иметь фиксированное отставание по фазе или смещение фазы (т.е. частоты зафиксированы)."Synchronous" means synchronous with the current of the second loop part, for example, current oscillations of common frequency are generated in the first and second loop. The currents of the two loops can be in-phase with each other or have a fixed phase lag or phase offset (i.e. the frequencies are fixed).

Преимущество данной конструкции состоит в том, что генерация колебанией первой петли (схемы резонатора) не требует специальной схемы компенсации затухания (например, активного генератора колебаний), чтобы поддерживать или инициировать генерацию колебаний резонатора. Вместо этого резонатор генерирует колебания благодаря наличию магнитной связи со второй петлей, которая возбуждается активным буферным компонентом. В результате снижается энергопотребление и стоимость устройства, например, за счет уменьшения количества компонентов.The advantage of this design is that the oscillation of the first loop (resonator circuit) does not require a special attenuation compensation circuit (eg, an active oscillator) to maintain or initiate the oscillation of the resonator. Instead, the resonator oscillates due to the presence of a magnetic connection with the second loop, which is excited by the active buffer component. As a result, the power consumption and the cost of the device are reduced, for example, by reducing the number of components.

Кроме того, это обеспечивает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что синхронизация между первой и второй петлями устанавливается сразу же, как только устройство начинает работать (в противоположность короткой задержке, которая в противном случае возникла бы, поскольку синхронизация стабилизируется посредством слабой буферной связи).In addition, this provides the additional benefit that synchronization between the first and second loops is established as soon as the device starts to operate (as opposed to the short delay that would otherwise occur as the synchronization is stabilized by a weak buffer link).

Кроме того, отсутствие активного возбуждающего компонента для петли резонатора минимизирует чувствительность устройства к электрическим полям, в то время как чувствительность к магнитному полю сохраняется. Это обусловлено тем, что активный возбуждающий компонент, такой как возбуждающий генератор колебаний или другой элемент компенсации затухания, обычно привносит в резонатор паразитные емкости. Такие паразитные емкости чувствительны к электрическим полям, возникающим из-за емкостной связи с любыми ближайшими объектами, например в данном случае с поверхностью кожи. Следовательно, отсутствие возбуждающего компонента для петли резонатора (первой петлевой части) значительно снижает разрывную емкостную связь с поверхностью исследуемого тела.In addition, the absence of an active drive component for the resonator loop minimizes the sensitivity of the device to electric fields while maintaining sensitivity to a magnetic field. This is because an active drive component, such as a drive oscillator or other damping compensation element, typically introduces parasitic capacitances into the resonator. Such parasitic capacitances are sensitive to electric fields due to capacitive coupling with any nearby objects, for example, in this case, the surface of the skin. Consequently, the absence of an exciting component for the resonator loop (the first loop part) significantly reduces the discontinuous capacitive coupling with the surface of the body under study.

Каждая петлевая часть может быть образована петлей с одним витком.Each loop part can be formed by a loop with one turn.

Сохранение небольшого количества обмоток предпочтительно минимизирует емкостные эффекты между проводами, образующими каждую из петель. Однако одна обмотка не является существенной, и в других примерах одна или обе петлевые части могут содержать несколько обмоток.Keeping the windings small preferably minimizes capacitive effects between the wires forming each of the loops. However, one winding is not essential, and in other examples, one or both of the loop portions may comprise multiple windings.

Каждая петлевая часть может быть образована замкнутой петлей, например замкнутой петлей с одним витком. Петля может быть петлей проводящей линии, например, проводом.Each loop portion may be formed by a closed loop, such as a closed loop with one turn. The loop may be a loop of a conducting line, such as a wire.

Активный буферный элемент может быть выполнен с возможностью возбуждения второй петли на частоте, которая соответствует резонансной частоте схемы резонатора. Активный буферный компонент не устанавливает активно частоту, на которой генерируются колебания второй петли, а вместо этого выполнен для усиления принятого выходного сигнала первой (резонаторной) петлевой части, причем этот усиленный сигнал предоставляется в качестве возбуждающего сигнала для первой (передающей) петлевой части.The active buffer element may be configured to drive the second loop at a frequency that matches the resonant frequency of the resonator circuit. The active buffer component does not actively set the frequency at which the second loop is oscillated, but is instead configured to amplify the received output of the first (resonator) loop portion, this amplified signal being provided as the drive signal for the first (transmit) loop portion.

Следует отметить, что после первого приведения в действие устройства считывания в петле резонатора (первой петлевой части) нет никаких колебаний тока. Однако в первой петлевой части всегда будут присутствовать небольшие флуктуации шума. Электрическая конфигурация обеспечивает гарантию того, что при приведении в действие усилителя усиление этих колебаний быстро приведет к инициированию колебаний в двух петлевых частях. В частности, амплитуда будет быстро увеличиваться до тех пор, пока коэффициент усиления петли не достигнет 1. Кроме того, конструкция слабой связи между катушками приводит к стабилизации системы в состоянии синхронных токов в обоих петлях и с нулевой или фиксированной задержкой по фазе. Режим (частота, амплитуда), в котором система начинает генерировать колебания, будет таким, при котором удовлетворяется критерий устойчивости Баркгаузена.It should be noted that after the first actuation of the reader in the resonator loop (the first loop part) there is no current fluctuation. However, small noise fluctuations will always be present in the first loop part. The electrical configuration ensures that, when the amplifier is driven, amplification of these oscillations will quickly result in the initiation of oscillations in the two loop portions. In particular, the amplitude will rapidly increase until the loop gain reaches 1. In addition, the loose-coupling design between the coils results in the system stabilizing in a state of synchronous currents in both loops and with zero or fixed phase delay. The regime (frequency, amplitude) in which the system begins to generate oscillations will be the one in which the Barkhausen stability criterion is satisfied.

В соответствии с одним или более вариантами осуществления устройство индуктивного считывания может дополнительно содержать регулируемый или настраиваемый элемент фазовой задержки, присоединенный между активным буферным компонентом и второй петлевой частью. Регулируемый элемент фазовой задержки применяет регулируемую (например, настраиваемую пользователем или автоматически регулируемую) фазовую задержку к выходному сигналу активного буферного компонента перед подачей выходного сигнала на вторую петлевую часть.According to one or more embodiments, the inductive sensing device may further comprise an adjustable or adjustable phase delay element coupled between the active buffer component and the second loop portion. The adjustable phase delay element applies an adjustable (eg, user-adjustable or auto-adjustable) phase delay to the output signal of the active buffer component before the output signal is applied to the second loop portion.

Это может, например, допускать любые задержки фаз, например индуцированные активным буферным компонентом или подключением ко второй петлевой части, которые должны быть компенсированы. В частности, элемент фазовой задержки может быть выполнен с возможностью применения фазовой задержки, так что выходной сигнал, подаваемый на вторую петлевую часть, синфазен с колебаниями (т.е. током) первой петлевой части (или с фиксированным фазовым сдвигом 2π или кратным ему). Это предпочтительно, поскольку для того, чтобы колебания в обоих петлях начинались и продолжались стабильно и синхронно друг с другом, должен соблюдаться критерий Баркгаузена. Это предпочтительно требует, чтобы колебания (т.е. токи) первой и второй петлевых частей были синфазными (или разделены фиксированной фазовой задержкой, кратной 2π). Элемент фазовой задержки может динамически регулироваться (например, контроллером или процессором), чтобы поддерживать такой нулевой или постоянный сдвиг фаз.This may, for example, allow any phase delays, such as those induced by an active buffer component or connection to the second loop part, to be compensated. In particular, the phase delay element may be configured to apply a phase delay such that the output signal applied to the second loop portion is in phase with the oscillation (i.e. current) of the first loop portion (or with a fixed phase shift of 2π or a multiple thereof) . This is advantageous because in order for the oscillations in both loops to start and continue stably and in synchrony with each other, the Barkhausen criterion must be met. This preferably requires that the oscillations (ie currents) of the first and second loop portions be in phase (or separated by a fixed phase delay multiple of 2π). The phase delay element may be dynamically adjusted (eg, by a controller or processor) to maintain this zero or constant phase shift.

Выход схемы резонатора может быть также соединен с разъемом вывода сигнала для соединения со средством обработки сигналов.The output of the resonator circuit may also be connected to a signal output connector for connection to a signal processing means.

Разъем вывода может быть клеммным зажимом или точкой соединения для выполнения соединения со средством обработки сигналов. Средство обработки сигналов может быть внешним по отношению к предоставленному устройству считывания или может быть частью устройства.The output connector can be a terminal block or connection point for making a connection to a signal processing facility. The signal processing means may be external to the provided reader or may be part of the device.

Только выходной сигнал петли резонатора используется для обработки сигналов, для анализа сигналов, полученных от стимулируемого тела.Only the resonator loop output is used for signal processing, to analyze the signals received from the stimulated body.

Устройство индуктивного считывания в некоторых вариантах осуществления может содержать схему компенсации затухания, электрически связанную со схемой резонатора, выполненную с возможностью активной компенсации затухания тока в схеме резонатора.The inductive sensing device, in some embodiments, may comprise a damping compensation circuit electrically coupled to the resonator circuit, configured to actively compensate for current decay in the resonator circuit.

Как отмечалось выше, схема резонатора предпочтительно возбуждается за счет магнитной связи со второй петлей, причем вторая петля активно возбуждается активным буферным компонентом. Однако в случаях, когда связь недостаточно сильная, чтобы это обеспечить, может быть предусмотрен отдельный компонент для компенсации затухания в схеме резонатора, для гарантии того, что схема резонатора продолжает или начинает генерировать колебания.As noted above, the resonator circuit is preferably driven by magnetic coupling to the second loop, the second loop being actively driven by the active buffer component. However, in cases where the coupling is not strong enough to ensure this, a separate attenuation compensation component in the resonator circuit can be provided to ensure that the resonator circuit continues or begins to oscillate.

Схема компенсации затухания предпочтительно выполнена с возможностью подачи активного тока возбуждения в первую петлевую часть. В примерах активный ток возбуждения может быть обеспечен на частоте, соответствующей (собственной) резонансной частоте схемы резонатора.The damping compensation circuit is preferably configured to supply an active drive current to the first loop portion. In the examples, active drive current may be provided at a frequency corresponding to the (natural) resonant frequency of the resonator circuit.

Схема компенсации затухания может, например, содержать активный генератор колебаний.The damping compensation circuit may, for example, comprise an active oscillator.

Как отмечалось выше, расстояние между первой петлевой частью и второй петлевой частью обеспечивает гарантию того, что преобладающие поверхностные вихревые токи, генерируемые второй петлей, оставляют первую петлю относительно не затронутой. Расстояние между токопроводящими линиями двух петель относительно расстояния между петлями и исследуемой поверхностью тела является существенным фактором в данном эффекте.As noted above, the distance between the first loop portion and the second loop portion ensures that the prevailing surface eddy currents generated by the second loop leave the first loop relatively unaffected. The distance between the conductive lines of the two loops relative to the distance between the loops and the body surface being examined is a significant factor in this effect.

Соответственно, в предпочтительных вариантах осуществления индуктивное устройство может содержать опорную конструкцию, имеющую область, контактирующую с тканью, для наложения на произвольную поверхность ткани, причем первая и вторая петлевые части установлены на опорной конструкции и ориентированы для вывода и приема магнитных сигналов в направлении упомянутой области контакта, и расположены так, что среднее расстояние между соответствующими токопроводящими линиями, каждая из которых образует первую и вторую петлевые части, равно расстояния между второй петлевой частью и областью контакта или больше расстояния между второй петлевой частью и областью контакта.Accordingly, in preferred embodiments, the inductive device may comprise a support structure having a tissue contact area for application to an arbitrary tissue surface, wherein the first and second loop portions are mounted on the support structure and oriented to output and receive magnetic signals in the direction of said contact area. , and arranged so that the average distance between the respective conductive lines, each of which forms the first and second loop parts, is equal to the distance between the second loop part and the contact area or greater than the distance between the second loop part and the contact area.

Среднее расстояние может относиться к среднему арифметическому расстоянию.The average distance may refer to the arithmetic average distance.

Среднее расстояние, например, может быть определено суммированием и усреднением радиального расстояния между токопроводящими линиями двух петель по всей периферии двух петель. Это может включать в себя объединение радиального расстояния вокруг токопроводящих линий и деление, например, на длину окружности одной из петель.The average distance, for example, can be determined by summing and averaging the radial distance between the conductive lines of the two loops over the entire periphery of the two loops. This may include combining the radial distance around the conductive lines and dividing by, for example, the circumference of one of the loops.

Например, первая и вторая петли могут быть ориентированы к области контакта.For example, the first and second loops may be oriented toward the contact area.

Таким образом, данный вариант осуществления предусматривает отделение в радиальном направлении двух петель (в частности, между токопроводящими линиями двух петель) по сравнению с отделением по меньшей мере второй петли от исследуемой поверхности ткани при использовании.Thus, this embodiment provides for the separation in the radial direction of the two loops (in particular, between the conductive lines of the two loops) as compared to the separation of at least the second loop from the tissue surface being examined in use.

За счет размещения провода первой (резонирующей) петли на достаточно большом расстоянии от провода второй (активно управляемой) петли (по меньщей мере на расстоянии, равном расстоянию до поверхности ткани или большем), улавливание нежелательных поверхностных полей с поверхности (создаваемых доминирующей первой петлей) резонирующей петлей уменьшается. Следовательно, чувствительность датчика к движению, которая в основном представляет собой чувствительность к изменениям нежелательных вторичных магнитных полей, исходящих от поверхности ткани, дополнительно снижается.By placing the wire of the first (resonating) loop at a sufficiently large distance from the wire of the second (actively controlled) loop (at least at a distance equal to the distance to the tissue surface or more), capturing unwanted surface fields from the surface (created by the dominant first loop) of the resonating loop decreases. Therefore, the motion sensitivity of the sensor, which is basically the sensitivity to changes in unwanted secondary magnetic fields emanating from the tissue surface, is further reduced.

При определении среднего расстояния между линиями петли учитывается тот факт, что линии могут быть не идеально концентрическими или совмещенными. Следовательно, расстояние между линиями может варьироваться в разных точках по периферии соответствующей петли. Средний интервал представляет собой важное измерение.When determining the average distance between loop lines, the fact that the lines may not be perfectly concentric or aligned is taken into account. Therefore, the distance between the lines may vary at different points along the periphery of the corresponding loop. The average interval is an important measurement.

Как отмечалось выше, устройство может также содержать средство обработки сигналов, выход схемы резонатора, соединенный со средством обработки сигналов, и средство обработки сигналов выполнено с возможностью определения измерения одного или более физиологических параметров на основе выходного сигнала.As noted above, the device may also include signal processing means, an output of the resonator circuit connected to the signal processing means, and the signal processing means configured to determine a measurement of one or more physiological parameters based on the output signal.

В частности, средство обработки сигналов предпочтительно выполнено с возможностью анализа (резонансной) частоты схемы резонатора и определения измерения физиологического параметра на основе указанной частоты.In particular, the signal processing means is preferably configured to analyze the (resonant) frequency of the resonator circuit and determine the measurement of a physiological parameter based on said frequency.

В качестве альтернативы средство обработки сигналов может быть выполнено с возможностью анализа амплитуды колебаний схемы резонатора (первой петлевой части) и определения измерения физиологического параметра на основе указанной амплитуды.Alternatively, the signal processing means may be configured to analyze the oscillation amplitude of the resonator circuit (the first loop portion) and determine a physiological parameter measurement based on said amplitude.

Согласно одному или более вариантам осуществления конденсатор схемы резонатора может иметь регулируемую емкость. Это повышает гибкость устройства, поскольку резонансную частоту схемы резонатора можно настраивать, регулировать или конфигурировать в соответствии с различными конкретными применениями.According to one or more embodiments, the resonator circuit capacitor may have an adjustable capacitance. This increases the flexibility of the device because the resonant frequency of the resonator circuit can be tuned, adjusted, or configured to suit various specific applications.

Согласно одному или более предпочтительным вариантам осуществления устройство может содержать дополнительный конденсатор, соединенный со второй петлевой частью.According to one or more preferred embodiments, the device may include an additional capacitor connected to the second loop portion.

Это обеспечивает дополнительное преимущество, состоящее в пониженном тепловыделении в активном буферном компоненте. В частности, при изменении направления тока на обратное во второй петлевой части энергия магнитного поля второй петлевой части временно сохраняется в конденсаторе во время каждого цикла колебаний. Это уменьшает тепловыделение в усилителе напряжения.This provides the additional benefit of reduced heat generation in the active buffer component. In particular, when the direction of the current is reversed in the second loop part, the magnetic field energy of the second loop part is temporarily stored in the capacitor during each oscillation cycle. This reduces heat dissipation in the voltage amplifier.

Дополнительный конденсатор может быть предпочтительно выполнен с емкостью такой величины, чтобы задавать частоту колебаний второй петлевой части, которая соответствует собственной частоте колебаний первой петлевой части.The additional capacitor can preferably be made with a capacitance of such a value as to set the oscillation frequency of the second loop part, which corresponds to the natural frequency of the first loop part.

Путем подбора емкости конденсатора для второй петли (например, посредством управления микропроцессором) таким образом, чтобы вторая петля работала на частоте собственных колебаний первой петлевой части или близкой к ней, тепловыделение в усилителе напряжения сводится к минимуму. Это особенно предпочтительно в тех областях применения, где важным является низкое энергопотребление (например, для носимых индуктивных датчиков с ограниченной емкостью батареи.By selecting the capacitance for the second loop (for example, by microprocessor control) so that the second loop operates at or near the natural frequency of the first loop portion, heat dissipation in the voltage amplifier is minimized. This is particularly advantageous in applications where low power consumption is important (e.g. wearable inductive sensors with limited battery capacity).

При отсутствии конденсатора усилитель должен был бы в каждом цикле оказывать возбуждающее воздействие для преобразования принимаемой частоты от первой петли в резонансную частоту второй петли (т.е. преодолевать несоответствие между ними). Это бы приводило к выделению тепла и потреблению энергии.In the absence of a capacitor, the amplifier would have to actuate each cycle to convert the received frequency from the first loop to the resonant frequency of the second loop (i.e. overcome the mismatch between them). This would lead to heat generation and energy consumption.

Частота собственных колебаний означает частоту собственного электрического резонанса. Вторая петля при отсутствии конденсатора обычно имеет очень высокую собственную частоту. Путем добавления конденсатора настройки радиальная частота может быть уменьшена, в частности, на величину ω0 = (LC)-1/2, где L - индуктивность петли, а C - общая емкость петли и добавленного конденсатора настройки. Она может быть уменьшена таким образом, что собственная частота второй петли приближается к собственной частоте первой петли. Тем самым уменьшается требуемая работа усилителя и соответственно снижается энергопотребление.The natural frequency means the frequency of natural electrical resonance. The second loop, in the absence of a capacitor, usually has a very high natural frequency. By adding a tuning capacitor, the radial frequency can be reduced, in particular by the amount ω0 = (LC) -1/2 where L is the loop inductance and C is the total capacitance of the loop and the added tuning capacitor. It can be reduced in such a way that the natural frequency of the second loop approaches the natural frequency of the first loop. This reduces the required work of the amplifier and consequently reduces power consumption.

Дополнительный конденсатор для второй петлевой части может иметь регулируемую емкость.The additional capacitor for the second loop part may have an adjustable capacitance.

Это повышает гибкость устройства, поскольку вторая петля может быть выполнена, например, так, чтобы соответствовать различным возможным резонансным частотам схемы резонатора.This increases the flexibility of the device, since the second loop can be configured, for example, to match the different possible resonant frequencies of the resonator circuit.

Емкость конденсатора можно динамически регулировать (например, с помощью процессора или контроллера), чтобы поддерживать рабочую частоту второй петлевой части по существу в соответствии с частотой первой петлевой части.The capacitance of the capacitor may be dynamically adjusted (eg, by a processor or controller) to maintain the operating frequency of the second loop portion substantially in accordance with the frequency of the first loop portion.

Устройство может быть выполнено так, что первая и вторая петлевые части занимают общую плоскость. Это предпочтительно, поскольку такая компоновка минимизирует форм-фактор.The device can be made so that the first and second loop parts occupy a common plane. This is preferred as this layout minimizes the form factor.

Например, устройство может содержать опорную часть или опорную конструкцию, на которой установлены первая и вторая петлевые части. Тогда опорная часть может иметь первую и вторую петлевые части, расположенные в одной плоскости.For example, the device may include a support portion or a support structure on which the first and second hinge portions are mounted. Then the support part may have the first and second loop parts located in the same plane.

Кроме того, первая и вторая петлевые части могут быть вставлены друг в друга (т.е. одна петля располагается внутри другой). Это, естественно, требует, чтобы одна петля имела меньший радиус, чем другая. Предпочтительно вторая петлевая часть вставлена внутрь первой. Следовательно, первая и вторая петли образуют конструкцию вложенных петель. Например, каждая из двух петель может образовывать (ограничивать) внутреннюю область, при этом внутренняя область одной петли полностью содержмтся в пределах внутренней области другой петли. Например, одна петля может иметь меньший радиус и иметь внутреннюю область, которая полностью перекрывается внутренней областью другой петли (большего радиуса).In addition, the first and second loop parts can be inserted into each other (ie, one loop is located inside the other). This naturally requires one loop to have a smaller radius than the other. Preferably the second loop part is inserted inside the first. Therefore, the first and second loops form a nested loop construction. For example, each of the two loops may define (enclose) an interior region, with the interior of one loop being entirely contained within the interior of the other loop. For example, one loop may have a smaller radius and have an interior that completely overlaps the interior of another loop (larger radius).

Вложенная конструкция, подобная этой, предпочтительно экономит пространство. В этом случае радиальное расстояние между соответствующими токопроводящими линиями двух петель может быть обеспечено несоответствием радиусов двух петель.A nested design like this preferably saves space. In this case, the radial distance between the respective conductive lines of the two loops can be ensured by the mismatch of the radii of the two loops.

Согласно одному или более примерам соответствующие внутренние области, образуемые каждой из первой и второй петлевых частей, могут быть выполнены с возможностью частичного перекрытия, так что токопроводящие линии первой и второй петлевых частей пересекаются в двух или более точках. В этом случае петли могут частично перекрываться и частично не перекрываться.According to one or more examples, respective interior regions defined by each of the first and second loop portions may be partially overlapped such that the conductive lines of the first and second loop portions intersect at two or more points. In this case, the loops may partially overlap and partially not overlap.

Примеры в соответствии с дополнительным аспектом изобретения предусматривают способ индуктивного считывания, включающий передачу электромагнитных сигналов в среду, при этом способ использует петлевую конструкцию, содержащую:Examples in accordance with a further aspect of the invention provide an inductive sensing method comprising transmitting electromagnetic signals to a medium, the method using a loop structure comprising:

первую петлевую часть, соединенную с конденсатором для образования схемы резонатора, иa first loop portion connected to the capacitor to form a resonator circuit, and

вторую петлевую часть,second loop part

соответствующие токопроводящие линии, образующие первую и вторую петлевые части, разнесенные друг от друга в радиальном направлении, иrespective conductive lines forming the first and second loop portions spaced from each other in the radial direction, and

выход схемы резонатора, электрически соединенный со второй петлевой частью посредством активного буферного компонента, выполненного с возможностью реализации усиления напряжения по току, причем an output of the resonator circuit electrically connected to the second loop part by means of an active buffer component configured to implement voltage over current amplification, wherein

способ включает возбуждение переменного тока во второй петлевой части посредством выходного сигнала активного буферного компонента.the method includes driving an alternating current in the second loop part by means of an output signal of the active buffer component.

Дополнительные варианты осуществления, описанные выше в отношении аспекта устройства данного изобретения, могут быть применены с равным преимуществом к описанному выше аспекту способа изобретения.The additional embodiments described above with respect to the apparatus aspect of the present invention may be applied with equal advantage to the method aspect of the invention described above.

В соответствии с одним набором предпочтительных вариантов осуществления способ включает удерживание упомянутой петлевой конструкции относительно поверхности исследуемой среды таким образом, что расстояние от второй петлевой части до поверхности среды равно минимальному расстоянию между токопроводящими линиями первой и второй петлевых частей или меньше его.In accordance with one set of preferred embodiments, the method includes holding said loop structure relative to the surface of the medium under test in such a way that the distance from the second loop part to the surface of the medium is equal to or less than the minimum distance between the conductive lines of the first and second loop parts.

Тем самым это обеспечивает предпочтительную относительно разнесенную конструкцию, описанную выше, в которой минимальное расстояние между петлевыми частями и исследуемой поверхностью меньше или равно расстоянию между токопроводящими линиями самих петель. Причем расстояние между токопроводящими линиями может быть образовано опорной конструкцией, на которой установлены петли, или может быть образовано конфигурацией, при которой пользователь держит устройство.This thus provides the preferred relatively spaced arrangement described above, in which the minimum distance between the loop portions and the surface to be examined is less than or equal to the distance between the conductive lines of the loops themselves. Moreover, the distance between the conductive lines may be formed by the support structure on which the hinges are installed, or may be formed by the configuration in which the user holds the device.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и объяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.These and other aspects of the invention will be apparent and explained with reference to the embodiments described below.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Для лучшего понимания изобретения и более ясного представления о том, как оно может быть реализовано на практике, теперь будет сделана ссылка только в качестве примера на прилагаемые чертежи, на которых:For a better understanding of the invention and a clearer idea of how it can be put into practice, reference will now be made, by way of example only, to the accompanying drawings, in which:

На ФИГ. 1 показано примерное устройство индуктивного считывания в соответствии с одним или более вариантами осуществления;FIG. 1 shows an exemplary inductive sensing device in accordance with one or more embodiments;

На ФИГ. 2 более подробно показана схема конструкции примерного устройства считывания по ФИГ. 1;FIG. 2 shows in more detail a construction diagram of the exemplary reader of FIG. 1;

На ФИГ. 3 схематически изображена примерная опорная конструкция, вмещающая примерное устройство для считывания в соответствии с одним или более вариантами осуществления;FIG. 3 schematically depicts an exemplary support structure housing an exemplary reader in accordance with one or more embodiments;

На ФИГ. 4 показаны вырианты различных конструкций для примерного устройства считывания в соответствии с различными возможными примерными вариантами осуществления; иFIG. 4 shows various designs for an exemplary reader in accordance with various possible exemplary embodiments; And

На ФИГ. 5 показан еще один пример конструкции примерного устройства считывания, в котором первая и вторая петлевые части частично перекрываются.FIG. 5 shows yet another exemplary reader design in which the first and second loop portions partially overlap.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Изобретение будет описано со ссылкой на фигуры чертежей.The invention will be described with reference to the drawings.

Следует понимать, что хотя подробное описание и конкретные примеры показывают примерные варианты осуществления устройств, систем и способов, они представлены только для целей иллюстрации и не предназначены для ограничения объема изобретения. Эти и другие особенности, аспекты и преимущества устройств, систем и способов по настоящему изобретению станут более понятными из приведенного ниже описания, прилагаемой формулы изобретения и сопроводительных чертежей. Следует понимать, что чертежи являются схематичными и выполнены не в масштабе. Также следует понимать, что одни и те же ссылочные позиции используются на всех чертежах для обозначения одинаковых или подобных частей.It should be understood that while the detailed description and specific examples show exemplary embodiments of devices, systems, and methods, they are provided for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention. These and other features, aspects, and advantages of the devices, systems, and methods of the present invention will become more apparent from the description below, the appended claims, and the accompanying drawings. It should be understood that the drawings are schematic and not to scale. It is also to be understood that the same reference numerals are used throughout the drawings to refer to the same or like parts.

Изобретение предусматривает устройство индуктивного считывания, содержащее первую и вторую петли, причем первая петля соединена с конденсатором для образования схемы резонатора, а схема резонатора и вторая петля связаны посредством активного буферного компонента. Активный буферный компонент обеспечивает усиление напряжения по току, а выходной сигнал буферного компонента управляет током во второй петле. Токопроводящие линии, образующие каждую из первой и второй петлевых частей, разнесены в радиальном направлении.The invention provides an inductive sensing device comprising first and second loops, wherein the first loop is connected to a capacitor to form a resonator circuit, and the resonator circuit and the second loop are coupled via an active buffer component. The active buffer component provides voltage over current amplification, and the output of the buffer component controls the current in the second loop. The conductive lines forming each of the first and second loop portions are spaced apart in the radial direction.

В предпочтительных примерах вторая петлевая часть имеет меньший радиус, чем первая, и вставлена внутрь первой.In preferred examples, the second loop portion has a smaller radius than the first and is inserted inside the first.

Последние инновации в области индуктивного считывания сделали возможным простое бесконтактное измерение механической активности внутренних анатомических структур, таких как сердце и легкие. Такие датчики могут быть предпочтительно реализованы в носимых мониторах пациента, при бесконтактном мониторинге пациента, а также для быстрых выборочных измерений.Recent innovations in inductive sensing have made it possible to easily and non-contactly measure the mechanical activity of internal anatomical structures such as the heart and lungs. Such sensors can be preferably implemented in wearable patient monitors, non-contact patient monitoring, and also for quick selective measurements.

Принцип работы индуктивного считывания основан на законе Фарадея. Колебательное первичное магнитное поле создается генерирующей петлей, и оно индуцирует, согласно закону индукции Фарадея, вихревые токи в исследуемой ткани. Вихревые токи создают вторичное магнитное поле, которое обнаруживается улавливающей петлей. Например, дыхание, сокращение сердца и расширение аорты или других артерий изменяют геометрию исследуемых проводящих структур, это также изменяет вихревые токи и, следовательно, вторичное магнитное поле. Следовательно, это может быть обнаружено в сигнале, который воспринимается улавливающей петлей.The working principle of inductive reading is based on Faraday's law. An oscillatory primary magnetic field is generated by the generating loop, and it induces, according to Faraday's law of induction, eddy currents in the tissue under study. The eddy currents create a secondary magnetic field, which is detected by the trapping loop. For example, respiration, contraction of the heart and expansion of the aorta or other arteries change the geometry of the conductive structures under study, this also changes the eddy currents and, consequently, the secondary magnetic field. Therefore, this can be detected in the signal that is received by the trapping loop.

Недавние разработки, например, значительно повысили мощность сигнала за счет сдвига рабочей частоты в новый диапазон 50 - 500 МГц и за счет усовершенствованной защиты электронной части от электрических помех. Авторы изобретения обнаружили, что индуктивные датчики, которые работают с одной петлей в качестве части резонатора, обеспечивают самое высокое соотношение сигнал/шум.Recent developments, for example, have significantly improved signal strength by shifting the operating frequency to the new 50 - 500 MHz range and by improving the protection of electronics from electrical noise. The inventors have found that inductive sensors that operate with a single loop as part of the resonator provide the highest signal to noise ratio.

Как отмечалось выше, недостатком известных однопетлевых датчиков является их очень высокая чувствительность к артефактам движения, вызванным доминирующими поверхностными вихревыми токами. Устройство индуктивного считывания по настоящему изобретению по существу устраняет эту проблему.As noted above, a disadvantage of known single-loop sensors is their very high sensitivity to motion artifacts caused by dominant surface eddy currents. The inductive sensing device of the present invention substantially eliminates this problem.

В целом, преимущества устройства по настоящему изобретению можно резюмировать следующим образом:In general, the advantages of the device of the present invention can be summarized as follows:

усиление, обеспечиваемое буферным элементом, означает, что вторая петля является доминирующим источником поверхностных вихревых токов;the amplification provided by the buffer element means that the second loop is the dominant source of surface eddy currents;

расстояние между двумя петлями означает, что эти доминирующие поверхностные вихревые токи в значительной степени влияют только на вторую петлю;the distance between the two loops means that these dominant surface eddy currents only significantly affect the second loop;

буферизация между двумя петлями означает, что влияние поверхностных вихревых токов во второй петле изолировано от воздействия на частоту резонатора (выход которого обеспечивает сигнал измерения);buffering between the two loops means that the effect of surface eddy currents in the second loop is isolated from the effect on the frequency of the resonator (whose output provides the measurement signal);

однако слабая связь посредством буферного элемента обеспечивает гарантию того, что две петли работают синхронно, что предотвращает взаимодействие между двумя петлями; в частности, исключается подавление частоты резонатора сдвинутыми по фазе магнитными сигналами, поступающими от доминирующей второй петли.however, loose coupling by the buffer element ensures that the two loops operate in sync, which prevents interaction between the two loops; in particular, suppression of the resonator frequency by phase-shifted magnetic signals coming from the dominant second loop is eliminated.

На ФИГ. 1 показано примерное устройство 12 индуктивного считывания в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения, при этом устройство предназначено для индуктивного связывания электромагнитных сигналов, передаваемых в среду и из нее.FIG. 1 shows an exemplary inductive sensing device 12 in accordance with one or more embodiments of the present invention, wherein the device is for inductively coupling electromagnetic signals transmitted to and from a medium.

Устройство 12 индуктивного считывания содержит первую петлевую часть 16 и вторую петлевую часть 24. Первая петлевая часть соединена с конденсатором 18 для образования схемы 20 резонатора. Резонансная частота схемы резонатора определяется (по меньшей мере частично) емкостью схемы резонатора.The inductive sensing device 12 includes a first loop portion 16 and a second loop portion 24. The first loop portion is connected to a capacitor 18 to form a resonator circuit 20. The resonant frequency of the resonator circuit is determined (at least in part) by the capacitance of the resonator circuit.

Каждая из первой и второй петлевых частей образована замкнутой петлей с одним витком токопроводящей линии, например, провода.Each of the first and second loop parts is formed by a closed loop with one turn of a conductive line, for example, a wire.

Соответствующие токопроводящие линии первой 16 и второй 24 петлевых частей разнесены друг от друга в радиальном направлении. В примере на ФИГ. 1 радиальное расстояние обеспечено за счет того, что вторая петлевая часть имеет меньший радиус, чем первая петлевая часть, и вставлена внутрь первой, т.е. расположена внутри первой. Например, соответствующая внутренняя область второй петлевой части 24 полностью содержится в пределах внутренней области первой петлевой части 16 большего радиуса. Однако данное конкретное расположение несущественно (как будет описано ниже). В данном примере эти два элемента занимают общую плоскость, но это также несущественно, и в альтернативном варианте они могут быть, например, смещены в осевом направлении друг от друга.Corresponding conductive lines of the first 16 and second 24 loop parts are spaced from each other in the radial direction. In the example of FIG. 1, the radial distance is ensured by the fact that the second loop part has a smaller radius than the first loop part and is inserted inside the first, i.e. located inside the first. For example, the corresponding inner region of the second loop portion 24 is entirely contained within the inner region of the first loop portion 16 of greater radius. However, this particular location is not essential (as will be described below). In this example, these two elements occupy a common plane, but this is also not essential, and in the alternative, they can be, for example, axially offset from each other.

Выход схемы 20 резонатора электрически соединен со второй петлевой частью 24 посредством активного буферного компонента 28. Буферный компонент обеспечивает функцию буферизации, которая реализует одностороннюю электрическую изоляцию схемы резонатора от второй части схемы, так что схема 20 резонатора изолирована от электрических колебаний во второй петлевой части 24.The output of the resonator circuit 20 is electrically coupled to the second loop portion 24 via an active buffer component 28. The buffer component provides a buffering function that implements one-way electrical isolation of the resonator circuit from the second circuit portion so that the resonator circuit 20 is isolated from electrical fluctuations in the second loop portion 24.

Активный буферный компонент 28 также выполнен с возможностью реализации усиления напряжения по току, а выходной сигнал активного буферного компонента выполнен с возможностью возбуждения переменного тока во второй петлевой части 24.The active buffer component 28 is also configured to implement voltage over current amplification, and the output signal of the active buffer component is configured to excite an alternating current in the second loop portion 24.

Как отмечалось ранее, буферные компоненты представляют собой хорошо известный класс электрических компонентов, и специалисту будут известны средства для реализации такого компонента. Буферные компоненты иначе известны в данной области как буферные усилители или просто буферы. Например, в данном случае используется буфер, выполненный с возможностью реализации усиления напряжения по току. В целом буферный компонент представляет собой электрический компонент, который обеспечивает преобразование электрического импеданса от одной схемы (или части схемы) к другой с целью предотвращения воздействия на источник сигнала любых токов (или напряжений для буфера тока), которую может произвести нагрузка. Сигнал "буферизируется" от токов нагрузки. Существуют два основных типа буфера: буфер напряжения и буфер тока.As noted earlier, buffer components are a well-known class of electrical components, and the skilled person will know the means to implement such a component. Buffer components are otherwise known in the art as buffer amplifiers or simply buffers. For example, in this case, a buffer is used that is configured to implement voltage over current amplification. In general, a buffer component is an electrical component that converts electrical impedance from one circuit (or part of a circuit) to another in order to prevent the signal source from being subjected to any currents (or voltages for the current buffer) that the load may produce. The signal is "buffered" from the load currents. There are two main types of buffer: voltage buffer and current buffer.

В данном случае первая петлевая часть 24 буферизована от флуктуаций тока во второй петлевой части. Следовательно, в этом случае вторая петлевая часть может пониматься как «нагрузка».In this case, the first loop portion 24 is buffered against current fluctuations in the second loop portion. Therefore, in this case, the second loop part can be understood as "load".

Активный буферный компонент 28 может содержать буфер напряжения, подключенный к усилителю напряжения по току, чтобы тем самым реализовать функции буферизации и усиления. Усилитель напряжения по току предпочтителен, поскольку способствует созданию тока, необходимого для генерации колебаний во второй петлевой части (передающей петле).The active buffer component 28 may include a voltage buffer connected to a voltage-to-current amplifier to thereby implement buffering and amplification functions. A voltage-over-current amplifier is preferred as it assists in generating the current required to generate the oscillations in the second loop portion (the transmission loop).

В некоторых примерах активный буферный компонент 28 может содержать операционный усилитель, соединенный с усилителем напряжения по току.In some examples, the active buffer component 28 may include an operational amplifier coupled to a voltage-to-current amplifier.

В показанном примере первая петлевая часть и охватывающая схема резонатора дополнительно снабжены электромагнитным экранирующим элементом 34, выполненным с возможностью экранирования первой петлевой части и конденсатора 18 от электрических полей. Экранирующий элемент может быть, например, экранирующей пластиной или корпусом. Он может быть выполнен из металла. Он может разграничивать одну или более прорезей или отверстий в корпусе элемента для предотвращения образования вихревых токов в экранирующем элементе и, следовательно, магнитных полей, создающих помехи. Однако экранирующий элемент не обязателен и не связан с функционированием устройства считывания.In the example shown, the first loop portion and the resonator female circuit are further provided with an electromagnetic shielding element 34 configured to shield the first loop portion and the capacitor 18 from electric fields. The shielding element can be, for example, a shielding plate or a housing. It may be made of metal. It may delimit one or more slots or holes in the element body to prevent eddy currents in the shield element and hence interfering magnetic fields. However, the shielding element is not required and is not related to the operation of the reader.

Экранирующий элемент 34 в некоторых случаях заземлен, как показано на ФИГ. 1, в то время как схема 20 резонатора не заземлена. Экран 34 и первая петлевая часть 16 разделены изолирующей разделительной средой, например, слоем диэлектрика.The shield element 34 is in some cases grounded, as shown in FIG. 1 while the resonator circuit 20 is not grounded. The shield 34 and the first loop portion 16 are separated by an insulating separating medium, such as a dielectric layer.

Выход активного буферного компонента 28 дополнительно соединен с разъемом 30 вывода сигналов для подключения к средству обработки сигналов. В некоторых случаях индуктивное устройство 12 может содержать средство обработки сигналов для анализа частоты схемы резонатора, и на основе этого выполнения измерения одного или более физиологических параметров.The output of the active buffer component 28 is further connected to the signal output connector 30 for connection to the signal processing means. In some cases, the inductive device 12 may include signal processing means for analyzing the frequency of the resonator circuit and, based on this, measuring one or more physiological parameters.

При использовании выходные сигналы резонатора 20 на указанном разъеме 30 вывода сигналов могут анализироваться средством обработки сигналов (содержащим, например, управляющую и считывающую электронные части). Информация об исследуемом теле, например, информация о сердце и/или дыхании, будет присутствовать в частоте колебаний резонатора, которая может быть измерена средством обработки сигналов. В частности, информация, касающаяся исследуемой среды, может обнаруживаться в виде изменений частоты схемы резонатора.In use, the output signals of the resonator 20 at said signal output connector 30 can be analyzed by a signal processing means (comprising, for example, control and readout electronics). Information about the body being examined, such as heart and/or respiration information, will be present in the frequency of the resonator, which can be measured by the signal processing means. In particular, information concerning the investigated medium can be detected in the form of changes in the frequency of the resonator circuit.

Сердечный пульс, например, может быть виден в виде небольших, но четко обнаруживаемых изменений частоты схемы 20 резонатора, а дыхание может обнаруживаться в виде более крупных, медленных изменений частоты схемы 20 резонатора.A heart pulse, for example, may be seen as small but clearly detectable changes in the frequency of the resonator circuit 20, and respiration may be detected as larger, slower changes in the frequency of the resonator circuit 20.

В примере по ФИГ. 1 устройство сконфигурировано так, что первая и вторая 24 петлевые части занимают общую плоскость, а также так, что вторая петлевая часть 24 меньше, чем первая петлевая часть, и вставлена в нее. Это обеспечивает компактное размещение в пространстве.In the example of FIG. 1, the device is configured such that the first and second loop portions 24 occupy a common plane and also such that the second loop portion 24 is smaller than and inserted into the first loop portion. This provides a compact placement in space.

На ФИГ. 2 более подробно показана схема примерного устройства индуктивного считывания, показанного на ФИГ. 1.FIG. 2 is a schematic diagram of the exemplary inductive sensing device shown in FIG. 1.

Показан активный буферный элемент 28. Усиление напряжения по току обеспечивается в сочетании с буферизацией между схемой 20 резонатора и второй петлевой частью 24.An active buffer element 28 is shown. The voltage over current amplification is provided in conjunction with buffering between the resonator circuit 20 and the second loop portion 24.

Как обсуждалось в предыдущем разделе, в предпочтительном варианте осуществления первая 16 и вторая 24 петлевые части расположены с возможностью магнитного взаимодействия (т. е. первая петля расположена так, что имеет магнитную связь со второй петлей), так что при использовании возбуждение тока во второй петлевой части активным буферным компонентом 28 магнитно индуцирует синхронный ток в первой петлевой части. Такое магнитное взаимодействие может быть достигнуто за счет широкого диапазона различных относительных пространственных расположений петель. В примерах на ФИГ. 1 и 2 петли расположены в плоскости и вложены одна в другую. Однако, как более подробно обсуждается ниже, магнитная связь также может быть достигнута в примерах, в которых петли расположены рядом, т.е. бок о бок друг к другу.As discussed in the previous section, in the preferred embodiment, the first 16 and second 24 loop portions are magnetically interoperable (i.e., the first loop is positioned to be magnetically coupled to the second loop), such that when used, excitation of current in the second loop part by the active buffer component 28 magnetically induces a synchronous current in the first loop part. Such magnetic interaction can be achieved through a wide range of different relative spatial arrangements of the loops. In the examples in FIG. 1 and 2 loops are located in the plane and nested one into the other. However, as discussed in more detail below, magnetic coupling can also be achieved in examples where the loops are adjacent, i.e. side by side to each other.

Такая конструкция обеспечивает дополнительные преимущества, заключающиеся в том, что она не требует наличия компенсатора затухания (например, активного генератора колебаний), связанного со схемой 20 резонатора для инициирования и/или поддержания колебаний резонатора. Вместо этого колебания в резонаторе происходят благодаря магнитной связи со второй петлей, которая приводится в действие активным буферным элементом 28.This design provides the additional advantage that it does not require a damping compensator (eg, an active oscillator) associated with the resonator circuit 20 to initiate and/or maintain the oscillation of the resonator. Instead, the resonator oscillates due to magnetic coupling to the second loop, which is driven by an active buffer element 28.

Преимущества необязательного отсутствия специализированого компенсатора затухания включают, во-первых, то, что для схемы резонатора не требуется специализированный возбуждающий генератор колебаний, что обеспечивает экономию энергии и сокращение затрат за счет сокращения количества деталей. Кроме того, синхронизация между первой 16 и второй 24 петлями устанавливается сразу, как только в резонаторе возникают колебания, а не с небольшой задержкой, поскольку синхронизация стабилизируется посредством буферной связи петель. Кроме того, чувствительность к электрическому полю минимизируется, в то время как чувствительность к магнитным полям сохраняется.The advantages of optionally not having a dedicated damping compensator include, firstly, that the resonator circuit does not require a dedicated excitation oscillator, which saves energy and costs by reducing the number of parts. In addition, the timing between the first 16 and second 24 loops is established as soon as the resonator oscillates, rather than after a slight delay, since the timing is stabilized by loop buffering. Moreover, sensitivity to electric field is minimized while sensitivity to magnetic fields is maintained.

Это обусловлено тем, что активный возбуждающий компонент, такой как возбуждающий генератор колебаний или другой элемент компенсации затухания, обычно вносит в резонатор паразитные емкости. Такие паразитные емкости чувствительны к электрическим полям, возникающим из-за емкостной связи с любыми ближайшими объектами, например, в данном случае с поверхностью исследуемого тела. Следовательно, отсутствие возбуждающего компонента для схемы резонатора (первой петлевой части) значительно снижает разрывную емкостную связь с поверхностью исследуемого тела.This is because an active drive component, such as a drive oscillator or other damping compensation element, typically introduces parasitic capacitances into the resonator. Such parasitic capacitances are sensitive to electric fields due to capacitive coupling with any nearby objects, for example, in this case with the surface of the body under study. Consequently, the absence of an exciting component for the resonator circuit (the first loop part) significantly reduces the discontinuous capacitive coupling with the surface of the body under study.

Электрические поля не полезны для индуктивного считывания и вносят шум в считываемый сигнал.Electric fields are not useful for inductive reading and introduce noise into the read signal.

Применение магнитной обратной связи для начала генерации колебаний использовалось в предыдущих неродственных областях, например, с так называемыми генераторами Армстронга. Однако этот принцип никогда не применялся в контексте устройства индуктивного считывания, как в вариантах осуществления настоящего изобретения. В частности, для известных генераторов Армстронга чувствительность к индуктивной и емкостной связи с внешними телами считается вредной, и схема выполнена с возможностью минимизации такой связи. В отличие от этого, для вариантов осуществления по настоящему изобретению задачей устройства является магнитная связь с внешними телами.The use of magnetic feedback to initiate oscillation generation has been used in previous unrelated fields, such as with so-called Armstrong oscillators. However, this principle has never been applied in the context of an inductive sensing device as in the embodiments of the present invention. In particular, for known Armstrong generators, sensitivity to inductive and capacitive coupling with external bodies is considered detrimental, and the circuit is designed to minimize such coupling. In contrast, for the embodiments of the present invention, the objective of the device is to magnetically couple to external bodies.

Следовательно, в вариантах осуществления по настоящему изобретению в некоторых примерах могут с успехом использоваться относительно большие, необязательно электрически экранированные петли с одной обмоткой. В отличие от этого, известные генераторы Армстронга обычно содержат небольшие катушки с множеством обмоток.Therefore, in embodiments of the present invention, relatively large, optionally electrically shielded, single winding loops can be used with advantage in some examples. In contrast, known Armstrong generators usually contain small coils with many windings.

Например, для индуктивных датчиков согласно вариантам осуществления настоящего изобретения (например, для целей мониторинга показателей жизнедеятельности) типичные диаметры петель могут составлять от 1 см до 5 см. Обычно петли могут иметь диаметр более 1 см. Петли предпочтительно имеют только одну обмотку. Петли диаметром более 1 см и с одной обмоткой не будут предпочтительными для использования в генераторах Армстронга, поскольку это сделало бы электронные части слишком громоздкими, а также привело бы к усилению связи с внешними телами, что для генераторов Армстронга нежелательно.For example, for inductive sensors according to embodiments of the present invention (e.g., for vital sign monitoring purposes), typical loop diameters can be from 1 cm to 5 cm. Typically, the loops can have a diameter of more than 1 cm. The loops preferably have only one winding. Loops larger than 1 cm in diameter and with one winding would not be preferred for use in Armstrong generators, as this would make the electronic parts too bulky and would also lead to increased coupling to external bodies, which is undesirable for Armstrong generators.

Описанное магнитное взаимодействие не является существенным для изобретения. Преимущества изобретательского замысла не связаны неразрывно с такой особенностью. В качестве альтернативы вместо этого может быть предоставлена специализированная схема компенсации затухания, например, с целью инициирования или поддержания колебаний в схеме 20 резонатора. Генератор колебаний может быть предусмотрен, например, для инициирования и/или поддержания колебаний схемы резонатора.The described magnetic interaction is not essential to the invention. The benefits of inventive design are not inextricably linked to such a feature. Alternatively, a dedicated damping compensation circuit may instead be provided, for example, for the purpose of initiating or sustaining oscillations in the resonator circuit 20. An oscillator may be provided, for example, to initiate and/or maintain oscillations of the resonator circuit.

На ФИГ. 2 схематически изображена такая необязательная схема 32 компенсации затухания, электрически связанная со схемой 20 резонатора, выполненная с возможностью активной компенсации затухания тока в цепи резонатора. Схема компенсации затухания может в примерах содержать схему генератора колебаний.FIG. 2 schematically depicts such an optional attenuation compensation circuit 32 electrically coupled to the resonator circuit 20, configured to actively compensate for current attenuation in the resonator circuit. The damping compensation circuit may, in the examples, comprise an oscillator circuit.

Если, например, прямая магнитная связь между второй (возбуждаемой) петлей 24 и первой (резонаторной) петлей 16 слишком слаба или слишком нестабильна для того, чтобы в схеме 20 резонатора возникли колебания только посредством этой связи, тогда схему можно сделать более надежной за счет обеспечения специализированной схемы 32 компенсации затухания, электрически связанной со схемой резонатора. Устройство в этом случае больше не зависит от прямой магнитной связи между второй петлей 24 и первой петлей 16.If, for example, the direct magnetic coupling between the second (driven) loop 24 and the first (resonator) loop 16 is too weak or too unstable for the resonator circuit 20 to oscillate through this coupling alone, then the circuit can be made more reliable by providing a dedicated attenuation compensation circuit 32 electrically coupled to the resonator circuit. The device in this case no longer depends on a direct magnetic connection between the second loop 24 and the first loop 16.

В соответствии с одним набором предпочтительных вариантов осуществления, схема примерного устройства индуктивного считывания может дополнительно включать регулируемый или настраиваемый элемент задержки фазы, соединенный между активным буферным компонентом 28 и второй петлевой частью 24. Регулируемый элемент задержки фазы применяет регулируемую (например, настраиваемую пользователем) задержку фазы для вывода сигнала активного буферного компонента 28 перед подачей вывода на вторую петлевую часть.In accordance with one set of preferred embodiments, the exemplary inductive sensing device circuitry may further include an adjustable or configurable phase delay element coupled between the active buffer component 28 and the second loop portion 24. The adjustable phase delay element applies an adjustable (e.g., user configurable) phase delay. to output a signal of the active buffer component 28 before supplying the output to the second loop portion.

Это может, например, обеспечивать возможность любых фазовых задержек, например индуцированных активным буферным компонентом 28 или подключением ко второй петле, которые должны быть компенсированы. В частности, элемент фазовой задержки может быть выполнен с возможностью применения задержки фазы, так что выходной сигнал, подаваемый на вторую петлевую часть, синфазен с колебаниями (т.е. током) первой петлевой части (или с фиксированным фазовым сдвигом 2π или кратном ему). Это предпочтительно, поскольку для того, чтобы колебания в обоих петлях начинались и продолжались стабильно и синхронно друг с другом, должен соблюдаться критерий Баркгаузена. Это предпочтительно требует, чтобы колебания (т.е. токи) первой и второй петлевых частей были синфазными (или были разделены фиксированной задержкой фазы, кратной 2π).This may, for example, allow any phase delays, such as those induced by the active buffer component 28 or connection to the second loop, to be compensated for. In particular, the phase delay element can be configured to apply a phase delay such that the output signal applied to the second loop part is in-phase with the fluctuations (i.e. current) of the first loop part (or with a fixed phase shift of 2π or a multiple of it) . This is advantageous because in order for the oscillations in both loops to start and continue stably and in synchrony with each other, the Barkhausen criterion must be met. This preferably requires that the oscillations (ie currents) of the first and second loop portions be in phase (or separated by a fixed phase delay multiple of 2π).

При использовании первая 16 и вторая 24 петлевые части устройства 12 удерживаются вблизи интересующего тела или среды, и вторая петлевая часть возбуждается активным буферным компонентом, который в предпочтительных примерах затем инициирует колебания схемы 20 резонатора посредством магнитной связи. Как вторая петлевая часть, так и первая петлевая часть схемы резонатора генерируют сигналы возбуждения, которые направляются в исследуемую ткань. Как отмечалось выше, вторая петлевая часть 24 обеспечивает доминирующий источник передаваемых или стимулирующих сигналов за счет более высокой амплитуды тока в этой петле благодаря усилению, обеспечиваемому активным буферным компонентом 28.In use, the first 16 and second 24 loop portions of device 12 are held near the body or medium of interest, and the second loop portion is energized by an active buffer component which, in preferred examples, then magnetically couples the resonator circuit 20 to oscillate. Both the second loop part and the first loop part of the resonator circuit generate excitation signals that are directed to the tissue under study. As noted above, the second loop portion 24 provides a dominant source of transmit or stimulus signals due to the higher current amplitude in this loop due to the amplification provided by the active buffer component 28.

Сигналы от обеих петель входят в исследуемую ткань. Вторая петлевая часть доминирует над вихревыми токами, наведенными в исследуемой ткани. Наведенные вихревые токи создают вторичные магнитные поля. Эти вторичные поля обнаруживаются как второй петлевой частью 24, так и схемой 20 резонатора. Однако сила наводки намного выше в схеме 20 резонатора за счет эффекта резонанса (который эффективно усиливает индуцированные сигналы индуктивности в первой петле 16 данной схемы). Хотя сила наводки в первой петле выше, чувствительность к артефактам движения (т.е. движениям петли относительно поверхности) намного выше во второй петле из-за большой радиальной близости второй петли к доминирующим сигналам поверхностных вихревых токов.Signals from both loops enter the tissue under study. The second loop part dominates the eddy currents induced in the tissue under study. The induced eddy currents create secondary magnetic fields. These secondary fields are detected both by the second loop part 24 and by the resonator circuit 20. However, the pickup strength is much higher in the resonator circuit 20 due to the resonance effect (which effectively amplifies the induced inductance signals in the first loop 16 of this circuit). Although the pickup strength is higher in the first loop, the sensitivity to motion artifacts (i.e. movements of the loop relative to the surface) is much higher in the second loop due to the second loop's great radial proximity to the dominant surface eddy current signals.

Кроме того, для измерения сигналов используются только сигналы, считываемые в первой петлевой части (схеме резонатора), которые подаются на разъем 30 вывода конструкции. В частности, сигналы, считываемые в схеме резонатора, вызывают изменения частоты колебаний резонатора, которые могут быть счтитаны электронной частью обработки сигналов. Сигналы, считываемые в первой петлевой части, предохраняются от воздействия на частоту первой петлевой части буферного компонента 28. Кроме того, любые изменения, индуцированные в токе второй петли 24 активно подавляются усилением, прикладываемым усиливающим буферным компонентом, который поддерживает стабильную частоту тока во второй петле. Следовательно, сигналы, считываемые во второй петле, фактически не учитываются или отбрасываются, и не используются для измерения.In addition, only the signals sensed in the first loop portion (resonator circuit) are used to measure the signals, which are applied to the structure output connector 30 . In particular, the signals read in the resonator circuit cause changes in the oscillation frequency of the resonator, which can be read by the signal processing electronics. The signals read in the first loop portion are prevented from affecting the frequency of the first loop portion of the buffer component 28. In addition, any changes induced in the current of the second loop 24 are actively suppressed by the gain applied by the amplifying buffer component, which maintains a stable current frequency in the second loop. Therefore, the signals read in the second loop are not actually taken into account or discarded and are not used for measurement.

В соответствии с предпочтительными примерами, устройство 22 индуктивного считывания может быть использовано для определения физиологических параметров и свойств, например движения воздуха, жидкости и/или тканей в теле пациента. Система может быть успешно применена, в частности, например, для определения дыхательных движений.According to preferred examples, inductive sensing device 22 can be used to determine physiological parameters and properties, such as the movement of air, fluid and/or tissues in a patient's body. The system can be successfully used, in particular, for example, to determine respiratory movements.

В данных примерах устройство устройство позволяет обнаруживать движения воздуха, жидкости и/или тканей (например, вызванные дыханием или биением сердца) путем измерения модуляций отраженной индуктивности сигнала, вызванного этими движениями.In these examples, the device is capable of detecting air, fluid, and/or tissue movements (eg, caused by breathing or heartbeat) by measuring the modulation of the reflected signal inductance caused by these movements.

В соответствии с одним или более вариантами осуществления устройство может содержать опорную конструкцию для установки компонентов в особенно предпочтительном расположении.In accordance with one or more embodiments, the device may include a support structure for mounting components in a particularly preferred location.

На ФИГ. 3 показан пример устройства 12 индуктивного считывания, содержащего опорную конструкцию в виде корпуса 48, внутри которого установлены первая и вторая петлевые части (и конструкция связанной схемы по ФИГ. 1 и 2). Корпус 48 имеет первую 16 и вторую 24 петлевые части, установленные в определенной пространственной конфигурации относительно области 52 корпуса, контактирующей с тканью. Область, контактирующая с тканью, образована подошвой или основанием корпуса и содержит внешнюю контактную поверхность для прикладывания к произвольной поверхности ткани 54 (или другой, например, неорганической поверхности тела). Петли показаны только схематично, а конструкция схемы не показана.FIG. 3 shows an example of an inductive sensing device 12 comprising a support structure in the form of a housing 48 within which the first and second loop portions are mounted (and the associated circuit design of FIGS. 1 and 2). The body 48 has first 16 and second 24 loop portions installed in a certain spatial configuration relative to the area 52 of the body in contact with the tissue. The tissue contact area is formed by the sole or base of the housing and includes an outer contact surface for application to an arbitrary tissue surface 54 (or other, for example, inorganic, body surface). Loops are shown only schematically, and circuit design is not shown.

Первая 16 и вторая 24 петлевые части установлены внутри корпуса 48 и ориентированы лицом к области 52, контактирующей с тканью, для вывода и приема магнитных сигналов в направлении указанной области контакта. Радиальное расстояние 42 между токопроводящими линиями, образующими первую 16 и вторую 24 петли, равно расстоянию 44 или больше, чем расстояние 44 между второй и первой петлями и областью, контактирующей с тканью.The first 16 and second 24 loop parts are installed inside the housing 48 and are oriented towards the area 52 in contact with the fabric, for the output and reception of magnetic signals in the direction of the specified area of contact. The radial distance 42 between the conductive lines forming the first 16 and second 24 loops is equal to or greater than the distance 44 between the second and first loops and the area in contact with the tissue.

Как отмечалось выше, в соответствии с любым вариантом осуществления настоящего изобретения устройство 12 индуктивного считывания может также содержать средство обработки сигналов, выполненное с возможностью приема в качестве входного сигнала выходного сигнала схемы 20 резонатора. Средство обработки сигналов может быть выполнено с возможностью получения одного или более физиологических параметров на основе считанных характеристик сигнала, полученного на выходе схемы резонатора. Это может, например, включать один или более показателей жизненно важных функций, таких как, например, частота сердечных сокращений, частота пульса, дыхательный объем, частота дыхания, систолический объем, вариации систолического объема, минутный сердечный выброс или модуляции высоты/давления/диаметра аортального или артериального пульса.As noted above, in accordance with any embodiment of the present invention, inductive sensing device 12 may also include signal processing means configured to receive as input the output of resonator circuit 20. The signal processing means may be configured to derive one or more physiological parameters based on read characteristics of the signal obtained at the output of the resonator circuit. This may, for example, include one or more vital signs such as, for example, heart rate, pulse rate, tidal volume, respiratory rate, systolic volume, systolic volume variation, cardiac output, or aortic height/pressure/diameter modulation. or arterial pulse.

Устройство может представлять собой устройство индуктивного считывания физиологических параметров для считывания одного или более физиологических параметров тела субъекта. Физиологические параметры могут включать, например, один или более показателей жизнедеятельности, указанных выше.The device may be an inductive physiological readout device for reading one or more physiological parameters of the subject's body. Physiological parameters may include, for example, one or more of the vital signs listed above.

Средство обработки сигналов предпочтительно выполнено с возможностью определения измерения одного или более физиологических параметров на основе обнаруженных изменений частоты колебаний схемы резонатора.The signal processing means is preferably configured to determine a measurement of one or more physiological parameters based on detected changes in the oscillation frequency of the resonator circuit.

Конкретное средство, используемое для реализации обработки сигналов, не является существенным для изобретения. В качестве примера средство обработки сигналов может содержать, например, анализатор базового сигнала схемы автоматической фазовой подстройки частоты (ФАПЧ). В качестве альтернативы или дополнительно может использоваться любое другое средство обработки сигналов, что очевидно для специалиста.The particular means used to implement the signal processing is not essential to the invention. By way of example, the signal processing means may comprise, for example, an automatic phase-locked loop (PLL) base signal analyzer. Alternatively, or in addition, any other signal processing means may be used, as will be apparent to those skilled in the art.

В соответствии с одним или более примерами устройство 12 для считывания может также содержать дополнительный конденсатор, соединенный со второй петлевой частью 24. Это обеспечивает преимущество с точки зрения снижения тепловыделения активного буферного компонента 28. В частности, при изменении направления тока на обратное во второй петле 24, энергия магнитного поля второй петли временно сохраняется в конденсаторе в течение каждого цикла колебаний. Это уменьшает тепловыделение в усилителе напряжения.In accordance with one or more examples, the reader 12 may also include an additional capacitor connected to the second loop portion 24. This provides an advantage in terms of reducing the heat generation of the active buffer component 28. In particular, when the current is reversed in the second loop 24 , the energy of the magnetic field of the second loop is temporarily stored in the capacitor during each oscillation cycle. This reduces heat dissipation in the voltage amplifier.

Например, емкость конденсатора для второй петли 24 может быть выбрана или сконфигурирована, например, микропроцессором, так что вторая петля работает на частоте колебаний первой петлевой части 16 или близкой к ней. В этом случае, тепловыделение на активном буферном компоненте 28 сводится к минимуму. Это особенно предпочтительно, например, в применениях, где важно низкое энергопотребление (например, в случае носимых датчиков с ограниченной емкостью батареи).For example, the capacitance of the capacitor for the second loop 24 may be selected or configured, for example, by a microprocessor, such that the second loop operates at or near the frequency of the first loop portion 16. In this case, heat generation on the active buffer component 28 is minimized. This is particularly advantageous, for example, in applications where low power consumption is important (eg in the case of wearable sensors with limited battery capacity).

В некоторых примерах конденсатор для второй петлевой части может быть регулируемым или настраиваемым конденсатором, имеющим регулируемую или управляемую емкость. Емкость конденсатора можно динамически регулировать (например, с помощью микропроцессора), так что рабочая частота второй петлевой части по существу совпадает с рабочей частотой первой петлевой части.In some examples, the capacitor for the second loop portion may be an adjustable or adjustable capacitor having an adjustable or controllable capacitance. The capacitance of the capacitor can be dynamically adjusted (eg by a microprocessor) so that the operating frequency of the second loop portion is substantially the same as the operating frequency of the first loop portion.

В отсутствие конденсатора активный буферный компонент мог бы потребоваться на каждом цикле, чтобы оказывать воздействие, например, для компенсации несоответствия между двумя частотами петель. Это бы привело к выделению тепла и потреблению энергии.In the absence of a capacitor, an active buffer component might be required on each cycle to act, for example, to compensate for a mismatch between two loop frequencies. This would lead to heat generation and energy consumption.

Регулируемый конденсатор, например, динамически регулируемый конденсатор на второй петлевой части, позволяет собственной частоте второй петли приближаться к собственной частоте первой петли. Тем самым сокращается требуемая работа активного буферного усилителя и соответственно снижается энергопотребление.A variable capacitor, such as a dynamically variable capacitor on the second loop portion, allows the natural frequency of the second loop to approach the natural frequency of the first loop. This reduces the required operation of the active buffer amplifier and thus reduces power consumption.

Взаимное расположение первой 16 и второй 24 петлевых частей не является критическим для изобретения. Однако провода первой и второй петель должны быть разнесены в радиальном направлении (т.е. не соприкасаться). Как обсуждалось, чтобы минимальное расстояние между проводамидолжно быть предпочтительно больше, чем расстояние до исследуемой поверхности тела. Это может быть обеспечено с помощью соответствующего корпуса или опорной конструкции, как описано выше.The relative position of the first 16 and second 24 loop parts is not critical to the invention. However, the wires of the first and second loops must be spaced apart in the radial direction (i.e. not touching). As discussed, the minimum distance between wires should preferably be greater than the distance to the body surface being examined. This can be provided with an appropriate housing or support structure as described above.

В различных примерах вторая петля 24 может находиться, например, снаружи первой петли 16 или внутри первой петли. Ряд возможных конструкций, например, проиллюстрирован на ФИГ. 4 (а) - (h). Другой вариант (не показан) состоит в размещении первой петлевой части 16 петли внутри второй петлевой части 24.In various examples, the second loop 24 may be, for example, outside the first loop 16 or inside the first loop. A number of possible designs are, for example, illustrated in FIG. 4(a)-(h). Another option (not shown) is to place the first loop part 16 of the loop inside the second loop part 24.

На ФИГ. 4 (a) - (d) показаны различные конструкции, каждая из которых имеет схему 32 компенсации затухания, соединенную со схемой резонатора, образованной первой петлевой частью 16. На ФИГ. 4 (a) - (d) показаны различные варианты, в которых вторая петлевая часть 24 находится либо снаружи, либо внутри первой петлевой части 16, и при этом вторая петлевая часть 24 либо содержит, либо не содержит специализированный дополнительный конденсатор. В случае, если предусмотрен дополнительный конденсатор, он показан электрически связанным с управляющей электронной частью 62 для конфигурирования конденсатора. В этом случае конденсатор имеет емкость, регулируемую, например, при помощи микропроцессора, включенного в управляющую электронную часть. Управляющая электронная часть 62 также содержит средство обработки сигналов для анализа выходного сигнала схемы резонатора, образованного первой петлевой частью 16, при этом выход активного буферного элемента соединен с управляющими электронными частями для этой цели.FIG. 4(a)-(d) show various designs, each having an attenuation compensation circuit 32 connected to a resonator circuit formed by the first loop portion 16. In FIG. 4(a)-(d) show various embodiments in which the second loop portion 24 is either outside or inside the first loop portion 16, and the second loop portion 24 either contains or does not contain a dedicated additional capacitor. In case an additional capacitor is provided, it is shown electrically connected to the control electronics 62 for configuring the capacitor. In this case, the capacitor has a capacitance controlled, for example, by a microprocessor included in the control electronics. The control electronics 62 also includes signal processing means for analyzing the output of the resonator circuit formed by the first loop portion 16, the output of the active buffer element being connected to the control electronics for this purpose.

Следует отметить, что схема 32 компенсации затуханий обозначена символом «-R», поскольку этот компонент может пониматься в общих чертах как обеспечивающий эффективное отрицательное сопротивление для компенсации потерь в резонаторе. Как отмечалось выше, в примерах этому может способствовать, например, активный возбуждающий генератор колебаний.It should be noted that the attenuation compensation circuit 32 is designated "-R" because this component can be understood in general terms as providing an effective negative resistance to compensate for losses in the resonator. As noted above, in the examples this can be facilitated, for example, by an active excitation oscillator.

ФИГ. 4 (e) - (h) иллюстрируют те же варианты расположения петель и наличие или отсутствие дополнительного конденсатора, что и на ФИГ. 4 (a) - (d), но только без схемы компенсации затуханий, связанной со схемой резонатора, образованной первой петлевой частью 16.FIG. 4(e)-(h) illustrate the same loop arrangements and the presence or absence of an additional capacitor as in FIG. 4(a)-(d), but only without the attenuation compensation circuit associated with the resonator circuit formed by the first loop portion 16.

В соответствии с дополнительным предпочтительным набором примеров первая 16 и вторая 24 петлевые части могут иметь соответствующие внутренние области, которые частично перекрываются, так что их соответствующие токопроводящие линии пересекаются в двух или более точках. Таким образом, две петли радиально смещены друг от друга. Пример такого расположения схематически показан на ФИГ. 5.According to a further preferred set of examples, the first 16 and second 24 loop portions may have respective interior regions that partially overlap such that their respective conductive lines intersect at two or more points. Thus, the two loops are radially offset from each other. An example of such an arrangement is shown schematically in FIG. 5.

Можно видеть, что хотя в данном примере две петли частично перекрываются, нет точного или полного перекрытия токопроводящих проводов петель в радиальном направлении, т.е. петли разнесены друг от друга в радиальном направлении. Петли частично перекрываются и частично не перекрываются. Следовательно, соответствующие токопроводящие линии первой 16 и второй 24 петлевых частей не разнесены друг от друга в радиальном направлении по всей периферии каждой петлевой части, а только через определенные участки, при этом соответствующие токопроводящие линии пересекаются в двух точках.It can be seen that although in this example the two loops partially overlap, there is no exact or complete overlap of the conductive wires of the loops in the radial direction, i. the loops are spaced apart from each other in the radial direction. The loops partially overlap and partially do not overlap. Therefore, the respective conductive lines of the first 16 and the second 24 loop portions are not radially spaced from each other along the entire periphery of each loop portion, but only through certain sections, while the respective conductive lines intersect at two points.

В проиллюстрированной конструкции токопроводящая линия каждой из петель 16, 24 проходит вблизи центральной точки или участка внутренней области, охватываемой другой петлей. Это дает дополнительные преимущества в том, что можно минимизировать разрывное прямое соединение между петлями. Это означает, что коэффициент усиления буферного усилителя может быть увеличен без риска возникновения, например, неконтролируемой или неуправляемой амплитуды усилителя, обусловленной прямой связью. Этот увеличенный коэффициент усиления предпочтителен для максимизации тока во второй (передающей) петлевой части по сравнению с первой (считывающей) петлевой частью (так что вторая петля доминирует с точки зрения передаваемых сигналов).In the illustrated construction, the conductive line of each of the loops 16, 24 extends near a central point or portion of the interior area covered by the other loop. This has the additional advantage that a discontinuous direct connection between loops can be minimized. This means that the gain of the buffer amplifier can be increased without the risk of, for example, uncontrolled or uncontrolled amplifier amplitude due to feed-forward. This increased gain is advantageous for maximizing the current in the second (transmitting) loop portion over the first (reading) loop portion (so that the second loop dominates in terms of transmitted signals).

В данном примере радиальное расстояние между соответствующими токопроводящими линиями, образующими первую и вторую петлевые части, является неравномерным, т.е. радиальное расстояние меняется в разных точках вокруг петель.In this example, the radial distance between the respective conductive lines forming the first and second loop portions is non-uniform, i.e. the radial distance changes at different points around the loops.

В соответствии с одним или более примерами может быть предусмотрен контроллер для управления или координации функциональных возможностей устройства индуктивного считывания. Например, он может быть выполнен с возможностью выполнения программы управления для работы устройства считывания, в некоторых случаях с возможностью реагирования на вводимые управляющие команды, полученные от пользователя или оператора. Для этой цели могут быть предусмотрены средства пользовательского интерфейса, такие как интерфейс управления, например, панель управления, сенсорный экран или программное средство.According to one or more examples, a controller may be provided to control or coordinate the functionality of the inductive sensing device. For example, it may be configured to execute a control program to operate the reader, in some cases responsive to input control commands received from a user or operator. A user interface means, such as a control interface such as a control panel, a touch screen, or a software tool, may be provided for this purpose.

Контроллер может быть реализован множеством способов с программным и/или аппаратным обеспечением для выполнения различных требуемых функций. Процессор является одним из примеров контроллера, который использует один или более микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с использованием программного обеспечения (например, микрокода) для выполнения требуемых функций. Однако контроллер может быть реализован с использованием процессора или без него, а также может быть реализован как комбинация специализированного оборудования для выполнения некоторых функций и процессора (например, одного или более запрограммированных микропроцессоров и связанных схем) для выполнения других функций.The controller may be implemented in a variety of ways in software and/or hardware to perform various desired functions. A processor is one example of a controller that uses one or more microprocessors that can be programmed using software (eg, microcode) to perform the required functions. However, the controller may be implemented with or without a processor, and may also be implemented as a combination of specialized hardware to perform some functions and a processor (eg, one or more programmed microprocessors and associated circuitry) to perform other functions.

Примеры компонентов контроллера, которые могут использоваться в различных вариантах осуществления настоящего раскрытия, включают, но не ограничиваются ими, обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).Examples of controller components that may be used in various embodiments of the present disclosure include, but are not limited to, conventional microprocessors, application specific integrated circuits (ASICs), and field programmable gate arrays (FPGAs).

В различных реализациях процессор или контроллер могут быть связаны с одним или более носителями данных, такими как энергозависимая и энергонезависимая компьютерная память, например, RAM, PROM, EPROM и EEPROM. Носители данных могут быть закодированы с помощью одной или более программ, которые при выполнении на одном или более процессорах и/или контроллерах выполняют требуемые функции. Различные носители данных могут быть закреплены в процессоре или контроллере или могут быть переносными, так что одна или более программ, хранящихся на них, могут быть загружены в процессор или контроллер.In various implementations, a processor or controller may be associated with one or more storage media such as volatile and non-volatile computer memory such as RAM, PROM, EPROM, and EEPROM. The storage media may be encoded with one or more programs that, when executed on one or more processors and/or controllers, perform the desired functions. Various storage media may be affixed to the processor or controller, or may be portable such that one or more programs stored thereon may be downloaded to the processor or controller.

Примеры в соответствии с дополнительным аспектом изобретения обеспечивают способ индуктивного считывания, включающий передачу электромагнитных сигналов в среду, при этом способ используюет петлевую конструкцию, содержащую:Examples in accordance with a further aspect of the invention provide an inductive sensing method comprising transmitting electromagnetic signals to a medium, the method using a loop structure comprising:

первую петлевую часть 16, соединенную с конденсатором для образования схемы 20 резонатора, иa first loop portion 16 connected to a capacitor to form a resonator circuit 20, and

вторую петлевую часть 24,the second loop part 24,

соответствующие токопроводящие линии, образующие первую и вторую петлевые части, разнесенные друг от друга в радиальном направлении, иrespective conductive lines forming the first and second loop portions spaced from each other in the radial direction, and

выход схемы резонатора, электрически соединенный со второй петлевой частью посредством активного буферного компонента 28, выполненного с возможностью реализации усиления напряжения по току, причемan output of the resonator circuit electrically connected to the second loop part by means of an active buffer component 28 configured to implement voltage over current amplification, wherein

способ включает возбуждение переменного тока во второй петлевой части посредством выходного сигнала активного буферного компонента.the method includes driving an alternating current in the second loop part by means of an output signal of the active buffer component.

В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления способ может включать удерживание упомянутой петлевой конструкции относительно поверхности исследуемой среды таким образом, что расстояние от второй петлевой части 24 до поверхности среды равно минимальному расстоянию между токопроводящими линиями первой и второй петель или меньше его.In accordance with preferred embodiments, the method may include holding said loop structure relative to the surface of the medium under test in such a way that the distance from the second loop portion 24 to the surface of the medium is equal to or less than the minimum distance between the conductive lines of the first and second loops.

Вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при практическом применении заявленного изобретения на основе изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а грамматическая форма единственного числа не исключает наличия множества. Один процессор или другое устройство может выполнять функции нескольких элементов, указанных в формуле изобретения. Тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимущества. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель, поставляемый вместе с другим оборудованием или как его часть, но также может распространяться в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие объем.Variations of the disclosed embodiments may be understood and implemented by those skilled in the art in the practice of the claimed invention based on a study of the drawings, description and appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the grammatical form of the singular does not exclude the presence of a plurality. One processor or other device can perform the functions of several elements specified in the claims. The fact that certain measures are set forth in mutually distinct dependent claims does not mean that a combination of these measures cannot be used to advantage. The computer program may be stored/distributed on a suitable medium, such as an optical storage medium or solid state media provided with or as part of other equipment, but may also be distributed in other forms, such as over the Internet or other wired or wireless telecommunications systems. No reference positions in the claims are to be construed as limiting the scope.

Claims (26)

1. Устройство (12) индуктивного считывания для неинвазивного измерения механической активности сердца и легких пациента, содержащее:1. An inductive reading device (12) for non-invasive measurement of the mechanical activity of the patient's heart and lungs, comprising: схему (20) резонатора, образованную первой петлевой частью (16), соединенной с конденсатором (18); и вторую петлевую часть (24);a resonator circuit (20) formed by the first loop portion (16) connected to the capacitor (18); and the second loop part (24); соответствующие токопроводящие линии, образующие первую и вторую петлевые части, разнесенные друг от друга в радиальном направлении по меньшей мере вдоль участков токопроводящих линий;respective conductive lines forming the first and second loop portions spaced apart from each other in the radial direction at least along sections of the conductive lines; отличающееся тем, что устройство также содержитcharacterized in that the device also contains активный буферный компонент (28), при помощи которого выход схемы резонатора электрически соединен со второй петлевой частью, причем активный буферный компонент выполнен с возможностью реализации усиления напряжения по току, а выходной сигнал активного буферного компонента выполнен с возможностью возбуждения переменного тока во второй петлевой части,an active buffer component (28) through which the output of the resonator circuit is electrically connected to the second loop part, wherein the active buffer component is configured to implement voltage amplification over current, and the output signal of the active buffer component is configured to excite an alternating current in the second loop part, причем первая и вторая (24) петлевые части расположены так, что среднее радиальное расстояние между токопроводящими линиями, образующими первую и вторую петлевые части, не менее расстояния между второй петлевой частью и областью, контактирующей с тканью.moreover, the first and second (24) loop parts are located so that the average radial distance between the conductive lines forming the first and second loop parts is not less than the distance between the second loop part and the area in contact with the fabric. 2. Устройство (12) по п. 1, в котором каждая петлевая часть (16, 24) образована петлей с одним витком.2. The device (12) according to claim 1, in which each loop part (16, 24) is formed by a loop with one turn. 3. Устройство (12) по п. 1 или 2, в котором выход схемы (20) резонатора дополнительно соединен с разъемом вывода сигналов для соединения со средством обработки сигналов.3. Apparatus (12) according to claim 1 or 2, wherein the output of the resonator circuit (20) is further connected to a signal output connector for connection to the signal processing means. 4. Устройство (12) по любому из пп. 1-3, которое дополнительно содержит схему компенсации затухания, электрически соединенную со схемой (20) резонатора и выполненную с возможностью активной компенсации затухания тока в схеме резонатора.4. Device (12) according to any one of paragraphs. 1-3, which further comprises an attenuation compensation circuit electrically coupled to the resonator circuit (20) and configured to actively compensate for current attenuation in the resonator circuit. 5. Устройство (12) по п. 4, в котором схема компенсации затухания содержит генератор колебаний, выполненный с возможностью обеспечения активного тока возбуждения в первой петлевой части (16).5. Device (12) according to claim 4, wherein the attenuation compensation circuit comprises an oscillator configured to provide an active drive current in the first loop portion (16). 6. Устройство (12) по любому из пп. 1-5, содержащее опорную конструкцию, имеющую область, контактирующую с тканью, для наложения на поверхность ткани пациента,6. Device (12) according to any one of paragraphs. 1-5 comprising a support structure having a tissue contact area for application to a patient's tissue surface, причем первая и вторая (24) петлевые части установлены на опорной конструкции и ориентированы для вывода и приема магнитных сигналов в направлении указанной области контакта.wherein the first and second (24) loop parts are mounted on the support structure and oriented to output and receive magnetic signals in the direction of the specified contact area. 7. Устройство (12) по любому из пп. 1-6, дополнительно содержащее средство обработки сигналов, причем выход схемы (20) резонатора соединен со средством обработки сигналов, выполненным с возможностью7. Device (12) according to any one of paragraphs. 1-6 further comprising signal processing means, wherein the output of the resonator circuit (20) is connected to signal processing means configured to выполнения измерения одного или более физиологических параметров механической активности сердца и легких пациента на основе выходного сигнала.performing a measurement of one or more physiological parameters of mechanical activity of the patient's heart and lungs based on the output signal. 8. Устройство (12) по любому из пп. 1-7, содержащее дополнительный конденсатор, соединенный со второй петлевой частью (24).8. Device (12) according to any one of paragraphs. 1-7, containing an additional capacitor connected to the second loop part (24). 9. Устройство (12) по п. 8, в котором дополнительный конденсатор выполнен с емкостью, имеющей такую величину, чтобы задавать частоту колебаний второй петлевой части, соответствующую собственной частоте колебаний первой петлевой части (16).9. The device (12) according to claim 8, in which the additional capacitor is made with a capacitance having such a value to set the oscillation frequency of the second loop part corresponding to the natural frequency of the first loop part (16). 10. Устройство (12) по п. 8 или 9, в котором дополнительный конденсатор имеет регулируемую емкость.10. Device (12) according to claim 8 or 9, in which the additional capacitor has an adjustable capacitance. 11. Устройство (12) по любому из пп. 1-10, выполненное так, что первая и вторая (24) петлевые части занимают общую плоскость.11. The device (12) according to any one of paragraphs. 1-10, made so that the first and second (24) loop parts occupy a common plane. 12. Устройство (12) по любому из пп. 1-11, в котором одна из первой и второй (24) петлевых частей вставлена одна в другую.12. The device (12) according to any one of paragraphs. 1-11, in which one of the first and second (24) loop parts are inserted one into the other. 13. Устройство по любому из пп. 1-12, в котором соответствующие внутренние области, образованные каждой из первой и второй петлевых частей, частично перекрываются, так что токопроводящие линии первой и второй петлевых частей пересекаются в двух или более точках.13. The device according to any one of paragraphs. 1-12, wherein respective interior regions formed by each of the first and second loop portions partially overlap so that the conductive lines of the first and second loop portions intersect at two or more points. 14. Способ индуктивного считывания для неинвазивного измерения механической активности сердца и легких пациента, включающий передачу электромагнитных сигналов в среду, причем способ использует петлевую конструкцию, содержащую:14. The method of inductive reading for non-invasive measurement of the mechanical activity of the heart and lungs of the patient, including the transmission of electromagnetic signals into the environment, and the method uses a loop structure containing: первую петлевую часть (16), соединенную с конденсатором для образования схемы (20) резонатора, вторую петлевую часть (24),a first loop part (16) connected to a capacitor to form a resonator circuit (20), a second loop part (24), соответствующие токопроводящие линии, образующие первую и вторую петлевые части, разнесенные друг от друга в радиальном направлении вдоль по меньшей мере участков токопроводящих линий,corresponding conductive lines forming the first and second loop parts, spaced apart from each other in the radial direction along at least sections of the conductive lines, выход схемы резонатора, электрически соединенный со второй петлевой частью посредством активного буферного компонента (28), выполненного с возможностью реализации усиления напряжения по току, причемoutput of the resonator circuit, electrically connected to the second loop part by means of an active buffer component (28), configured to implement voltage amplification over current, moreover способ включает возбуждение переменного тока во второй петлевой части посредством выходного сигнала активного буферного компонента,the method includes excitation of alternating current in the second loop part by means of the output signal of the active buffer component, причем расстояние от второй петлевой части (24) до поверхности ткани пациента, подлежащей исследованию, не более расстояния между токопроводящими линиями первой и второй петлевых частей.moreover, the distance from the second loop part (24) to the surface of the patient's tissue to be examined is not more than the distance between the conductive lines of the first and second loop parts.
RU2021109168A 2018-09-04 2019-08-28 Device and method for inductive reading for non-invasive measurement of mechanical activity of patient’s heart and lungs RU2787461C9 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18192484.6 2018-09-04

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2021109168A RU2021109168A (en) 2022-10-05
RU2787461C2 RU2787461C2 (en) 2023-01-09
RU2787461C9 true RU2787461C9 (en) 2023-03-16

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1216635A (en) * 1981-11-02 1987-01-13 Marvin A. Sackner Surface inductive plethysmography
WO2008015598A2 (en) * 2006-08-02 2008-02-07 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Sensor for detecting the passing of a pulse wave from a subject´s arterial system
EP1901651B1 (en) * 2005-05-31 2010-07-14 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Method and apparatus for inductively measuring the bio-impedance of a user's body
KR20160034882A (en) * 2016-03-17 2016-03-30 경북대학교 산학협력단 Bio-magnetic Signal Measurement Apparatus
RU2598462C1 (en) * 2015-05-07 2016-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева" (КГПУ им. В.П. Астафьева) Induction analyser of kinematic parameters of walking
RU2637107C2 (en) * 2015-11-13 2017-11-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский радиологический центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации" (ФГБУ "НМИРЦ" Минздрава России) Method for assessment of humoral homeostasis state in oncological patients
WO2018127488A1 (en) * 2017-01-09 2018-07-12 Koninklijke Philips N.V. Magnetic inductive sensing device and method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1216635A (en) * 1981-11-02 1987-01-13 Marvin A. Sackner Surface inductive plethysmography
EP1901651B1 (en) * 2005-05-31 2010-07-14 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Method and apparatus for inductively measuring the bio-impedance of a user's body
WO2008015598A2 (en) * 2006-08-02 2008-02-07 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Sensor for detecting the passing of a pulse wave from a subject´s arterial system
RU2598462C1 (en) * 2015-05-07 2016-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева" (КГПУ им. В.П. Астафьева) Induction analyser of kinematic parameters of walking
RU2637107C2 (en) * 2015-11-13 2017-11-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский радиологический центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации" (ФГБУ "НМИРЦ" Минздрава России) Method for assessment of humoral homeostasis state in oncological patients
KR20160034882A (en) * 2016-03-17 2016-03-30 경북대학교 산학협력단 Bio-magnetic Signal Measurement Apparatus
WO2018127488A1 (en) * 2017-01-09 2018-07-12 Koninklijke Philips N.V. Magnetic inductive sensing device and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11490827B2 (en) Inductive sensing system for sensing electromagnetic signals from a body
JP6862558B2 (en) Magnetic induction detection device and method
CN110996787B (en) System and method for dynamic focusing on heart and/or lung by frequency tuning and analysis of impedance phase and/or amplitude variation
EP3846687B1 (en) Inductive sensing device and method
EP3806728B1 (en) Device and method for use in inductive sensing
RU2787461C9 (en) Device and method for inductive reading for non-invasive measurement of mechanical activity of patient’s heart and lungs
RU2787461C2 (en) Device and method for inductive reading for non-invasive measurement of mechanical activity of patient's heart and lungs
EP3669774A1 (en) Inductive sensing system and method
RU2795044C2 (en) System of inductive reading of electromagnetic signals from the body
RU2795044C9 (en) System of inductive reading of electromagnetic signals from the body
US20230019460A1 (en) Inductive sensing system and method