用于定位在预定区域中的一个或更多个移动元素的装置和在该装置中实施的方法
【专利说明】用于定位在预定区域中的一个或更多个移动元素的装置和在该装置中实施的方法
[0001]本发明涉及用于定位在预定区域中的一个或更多个移动元素的装置和方法。特别有用的应用是测量在笼中的几个动物(啮齿动物等)的活动。然而，本发明具有更广的范围，这是因为其能够被应用于各种领域中。特别可以提到的是:
[0002]-.定位人体的部分，例如制造雕塑的手指，使用手指对形状建模，用于计算机应用的人机界面等，
[0003]-.相对于表面定位物体(桌游棋子等)，
[0004]-.图形输入板的界面、控制装置等。
[0005]-.等。
[0006]通常，在动物实验领域，有时需要测量在笼中的几个动物(啮齿动物等)的移动。这些动物可以是小鼠、大鼠等。这些啮齿动物被置于笼中，所述笼连接到用于测量它们移动的装置。这种装置用于例如评估疾病的治疗和监视运动机能。该装置可以在光学领域、机械领域或电学领域内制造。
[0007]在光学领域中，可以使用红外或可见光区域中的任何摄像机来监视每个小鼠的移动。然而，这具有许多缺点，例如难以正确识别多于两个的啮齿动物，或者由于啮齿动物必须是“可见的”而导致的装置的整体尺寸问题等。
[0008]在机械领域，可以使用动态称重技术。缺点在于限于单个啮齿动物的活动的测量，以及来自笼中的物体(木肩、排泄物等)的干扰的极大可能性。还可以使用声脉冲识别技术，但是其具有不能识别啮齿动物和与木肩的存在不相容的缺点。
[0009]在电学领域，最有希望的技术当然是射频。例如，在游戏领域中已知描述了用于定位能够在台面上移动的棋子的游戏台面的文献US5853327。每个棋子包括线圈和应答机，所述应答机用于响应于源自被置于台面中的线圈的激励而发射唯一标识符。该台面包括激励线圈阵列。源自棋子的响应被与激励线圈分离地布置在平台中的绕组获取。由内置电池或由激励信号对棋子供电，在这种情况下，棋子包括连接到并入棋子中的线圈的谐振电容器。这种系统的缺点是一个接一个被激励的激励线圈的复杂寻址(adressage)。
[0010]本发明的一个主题在于通过提出用于利用磁场定位移动元素的装置来克服前述缺点。
[0011]本发明的另一主题在于提出用于非常有效地识别移动元素的装置。
[0012]本发明的另一主题在于提出用于定位移动元素的装置，所述装置是小型的并且能够被用于具有障碍物、例如用于小鼠的笼的环境中。
[0013]利用用于定位在预定区域中的至少一个移动元素的装置实现了前述目标中的至少一个，所述装置包括:
[0014]-移动元素中的至少一个体载模块，该体载模块包括电子电路和用于发射定位信号的至少一个体载线圈，
[0015]-用于该体载模块的供电装置，
[0016]-接收线圈，其分布在预定区域附件的支承物上。
[0017]根据本发明，每个接收线圈具有当移动元素在附近时检测所述定位信号的功能；所述装置还包括:
[0018]-处理单元，其连接到所述接收线圈以通过检测信号水平或通过所述支承物上的信号组合来例如实时地或带有时间延迟地确定移动元素在预定区域中的位置，所述信号以阵列形式的行和列寻址。
[0019]能够通过阵列的行和列来执行读取，所述阵列不一定是标准正交的。线圈的分布不一定是均匀的；可以存在高密度(几个线圈)的区域和低密度的区域。本发明允许定位一个或更多个移动元素。接收线圈还可以不彼此连接并且可以被独立地读取。
[0020]“在附近”是指足以使线圈经由磁场互相作用的距离。本领域技术人员能够通过实验和/或根据所涉及的每个部件的磁特性来确定该距离。
[0021]根据一个实施例的示例，阵列的行和列是独立的并且每行和每列由串联连接的几个接收线圈构成。
[0022]利用根据本发明的装置，精确度特别取决于接收线圈阵列的行和列的数量的以及每个接收线圈的大小。处理单元允许特别是顺序地或者同时地读取所有的行和列以识别已经获取一部分定位信号的那些。最简单的解决方案中的一个在于在已经获取信号的所有行和所有列中寻找最大值，以从其推断每个移动元素的准确位置。然后，每个移动元素的位置可以显示在屏幕上。定位装置的一些参数(精确度、时间分辨率等)可以例如通过计算方法(例如重心计算、三次样条插值)、存储体载模块的之前位置以选择待在下一定位周期中读取的天线等而得以改进。重心的计算在于计算优选已经获取定位信号的线圈组的重心。检测到的不是最大值，而是构成给定区域的组的重心。
[0023]根据本发明，可以恢复(rgcupgrer)行信息和列信息。即处理单元的数字处理，所述数字处理能够允许确定与最大强度的行和最大强度的列的交叉点对应的坐标，该方法是第一方法，可以使用上述更复杂的其他方法。与现有技术的阵列相比，这允许简化接收线圈阵列的设计。
[0024]根据本发明的一个有利特征，供电装置可以包括在每个移动元素中的体载电池。在这种情况下，可充电或不可充电的电池被插入移动元素中或置于其上并且对电子电路供會K。
[0025]根据本发明的一个变型，可以设想供电装置包括被布置在预定区域附近的磁绕组以便通过磁场远程对每个体载模块供电。在这种情况下，供电装置通过磁场远程工作。优点在于由于体载模块不包含电池并且被远程供电，体载模块的使用寿命因此提高，体载线圈例如有利地被用于接收磁能。该能量可以被储存在电容器中以供后续使用。绕组可以是平的，具有允许辐照整个预定区域的直径。
[0026]根据本发明的另一变型，供电装置可以通过接收线圈阵列产生，以便通过磁场远程对每个体载模块供电。接收线圈阵列包括接收定位信号的第一功能和供电的第二功能。优选地，这两个功能相继执行。与通过独立的额外绕组的供电装置相比，这允许节省空间，但是使得供电和检测的管理更加复杂。
[0027]在通过磁场远程供电的情况下，体载模块优选包括具有获取远程供电磁场的功能的供电线圈。该供电线圈和体载线圈能够构成同一线圈。
[0028]根据应用(定位、生理测量等)，体载模块可以包含微控制器、ASIC乃至简单的模拟或数字电路。
[0029]利用这种电子电路，体载模块配备有能够对定位信号的产生提供有效管理的智能装置。体载模块可以根据期望的定位信号的发射类型和频率而被参数化。
[0030]在单个线圈被用在体载模块中的情况下，该线圈允许在涉及远程供电情况时获取磁场并且允许将定位信号发射到接收线圈。为了无论体载线圈的取向如何都维持良好的灵敏度，可以设想体载模块包括例如两个、或几个体载线圈。在使用三个线圈情况下，这三个线圈可以被布置为三面体形并且可以被布置为替代或补充所述体载线圈。体载线圈专有的所有功能或功能中的一些可以被赋予三面体形布置的这三个线圈。这样，无论移动元素在预定区域中是什么路径，其位置都可以被准确和精确地限定。
[0031]根据本发明的一个有利特征，每个体载线圈都可以包括铁氧体芯。该铁氧体芯可以包括具有合适形状(半球形等)的端部以便集中(canaliser)和增大穿过体载线圈或布置为三面体形的线圈的磁通量。
[0032]根据本发明的一个实施例，接收线圈阵列能够包括两个电独立的子阵列，每个子阵列包括几行接收线圈，这两个子阵列被叠置并且是垂直的以便形成行和列，通过在每个子阵列中识别最接近发射定位信号的体载线圈的行或通过由一个或更多个线圈行接收的信号组合来执行定位。在这种布置中，行和列在两个不同的平行平面上。能够特别设想具有在几个平面上的线圈行和/或列，以改进阵列的分离度。
[0033]作为一个非限制性示例，接收线圈阵列能够由在印刷电路上刻蚀的平线圈或在绝缘平面上的任何导体构成。每个线圈的尺寸能够是5_ x5mm。
[0034]根据本发明的另一方面，提出了一种用于定位在预定区域中的至少一个移动元素的方法，该方法包括以下步骤:
[0035]-向移动元素中的至少一个体载模块供电，该体载模块包括电子电路和至少一个体载线圈，
[0036]-通过电子电路生成定位信号并且经由体载线圈发射该定位信号，
[0037]-借助于分布在预定区域附近的支承物上的接收线圈获取定位信号;每个线圈具有当移动元素在附近时获取所述定位信号的功能，
[0038]-通过借助于连接到该支承物的处理单元检测所述支承物上的信号水平来实时地或带有时间延迟地确定移动元素在预定区域中的位置，所述信号水平以阵列形式的行和列寻址。可以使用由一个或更多个线圈阵列接收的信号组合来确定移动元素的位置。
[0039]为了有效控制能耗，能够设置周期性执行的供电；在该供电阶段，能量储存在每个体载模块中以供之后在非供电阶段中使用。通常，在供电阶段对能量储存装置、例如电容器供电，然后中断供电并且生成定位信号，以便确定移动元素的位置。
[0040]有