专利名称：适用于便携式仪器的电气绝缘的供电和数据耦合系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于便携式医疗监视仪器的供电和信号耦合器，该便携式医疗监视仪器被设计用于连接到医疗环境中的患者。
背景技术：
电变压器结合磁性材料芯，使用绕组的感应耦合，用于自一个电路向另一个电路传送供电，同时，除了增加或者减小输出AC电压电平以外，还维持两个电路之间的流电(galvanic)绝缘。对于同人接触的供电设备，需要该流电气绝缘，用以提供安全性和避免电击。典型的变压器在绕组和芯之间使用绝缘材料，诸如绕组绝缘体或者塑料绕线管，用以防止它们接触并且保持流电气绝缘。在某些商用设备中，特别是医疗仪器，电击患者或者医疗人员的危险是很大的，以至于需采用额外的步骤，用以在甚至出现例如可能在除纤颤器中出现的高达5kV的大电压时，确保流电隔离并防止电击穿。典型地，非传导材料的绝缘隔层插入在变压器的中间。输入和输出绕组安置在该隔层的相对侧上，并且可能是不需要的，但却不可避免的气隙并入到磁芯中，并因此并入到磁通量路径中。该隔层技术允许将变压器构建为两个可分离的半部分，由此电源和被供电电路可以方便地分离并再次配合到一起。该技术已用于可再充电患者监视仪器，以及可再充电牙刷和剃须刀，其中可替换的技术，诸如暴露的电接触的使用，由于潮湿环境引起的腐蚀、短路和增加的电击危险，是特别不需要的。
在传统的变压器设计中，包含磁通量的透磁芯被设计为在整个芯长度上具有近似相等的截面(与磁通量方向垂直)，用以实现芯材料的最有效的使用。此外，有时气隙被用于增加磁阻，以便于在芯饱和出现之前允许绕组中的较高水平的安匝数，用以减小芯损耗，或者用以使用于诸如例如滤波器(其中失真是受到关注的)的应用中的变压器的B-H曲线线性化。已知隔层技术的变压器继续着利用具有近似恒定截面的芯的传统实践，尽管这不是最优化的设计，其中磁回路包括大的气隙。
已知隔层技术的变压器设备典型地是相对低效率的，显著低于传统的DC-DC转换器中可实现的80％的水平。这浪费了供电，并且导致了过热。浪费的供电在有供电限制的应用中是重要的，诸如标准的计算机端口或者接口，诸如例如USB(通用同步总线)。此外，已知隔层技术的变压器设备的供电密度典型地是相对低的，限制了其针对低功率设备的使用，诸如牙刷和剃须刀(其中再充电功率可以是例如，1至3瓦特)，或者可替换地，该设备牵涉相对大且重的变压器磁部件。这些缺点是由输入和输出绕组之间的差的耦合所引起的。
在许多便携式设备类型的应用中，包括在便携式患者监视系统中，使用了具有隔层绝缘的基于变压器的供电耦合。该便携式患者监视系统还牵涉维持监视仪器和中心位置之间的数据链路，同时便携式设备同患者一起运送。在运送过程中用于监视仪器的供电典型地由监视仪器中的电池提供。本领域的技术人员应理解，电池需要充电，并且该患者的运送占用小量的时间。当前的便携式监视仪器包括位于所有适当的固定位置(诸如，手术室、化验室、病房)中的固定对接站。当患者处于这些位置中的一个位置时，便携式监视仪器插入到该位置处的对接站中。这些对接站连接到该位置处的AC供电，并且向监视仪器中的电池提供充电电流。这允许电池维持它们的电荷。当移动患者时，具有充电电池的监视仪器自对接站移除，并且同患者一起运送，直至另一对接站是可利用的。
当监视仪器对接到无线数据链路时，例如，射频(RF)，链路典型地向中心位置传输来自监视仪器的监视数据。每个监视仪器包括RF收发信机和天线。每个对接站也包括相应的RF收发信机和天线。此外，独立的天线和收发信机遍布于医院中，特别地，其被安置于将要运送患者的位置，例如，走廊等。对接站和独立位置中的每个收发信机通过有线连接而连接到中心位置。在对接站和监视仪器之间使用RF通信进一步提供了电气绝缘。
当患者处于固定位置，并且监视仪器安置在对接站中时，对接站接收来自监视仪器的RF信号，并且经由其有线连接将数据传输到中心位置。当患者处于从一个固定位置到另一固定位置的运送途中时，独立的天线/收发信机位置接收来自监视仪器的RF信号，并且将数据传输到中心位置。这提供了连续监视患者的能力。然而，存在这样的位置，其中来自监视仪器的连续的RF传输可能引起问题，并且必须进行仔细的规划。例如，在手术室中，电烙仪器在外科手术过程中，使用RF能量切割组织并且使血液凝结。该仪器引发不可预知的RF能量数量，并且可能干扰监视仪器的RF链路。然而，在该环境中，最重要的是，不使监视数据丢失或者受损。
根据本发明的原理的系统致力于前面讨论的供电耦合和数据链路问题以及衍生的问题。
发明概述一种电气绝缘组合供电和信号耦合器可用于在医疗环境中可附装于患者的便携式医疗监视设备。一种供电耦合系统在由物理和电气绝缘隔层分开的电源和被供电设备之间传送供电。该系统包括供电耦合器，其包括第一设备中的磁回路的第一部分，该第一部分包括透磁材料的第一芯部分，该第一芯部分具有在绝缘隔层界面处显著大于位于所述第一芯部分上第一绕组中的截面积。磁回路的第一部分在对接模式下适于安置在相邻于第二设备中的磁回路的第二部分，以形成用于在所述第一和第二设备之间传送供电的完整的磁回路。磁回路的第二部分包括第二芯部分，其具有在对接模式下经由完整的磁回路同第一绕组磁耦合的第二绕组，用于供电传送。
在本发明的特征中，第一芯部分包括绝缘隔层界面处的至少一个基本平面的芯部分，用于安置在相邻于绝缘隔层界面处的磁回路的所述第二部分的相应的基本为平面的芯部分，以形成完整的磁回路，且包含磁回路第二部分的设备未包住基本为平面的芯部分的大部分。
附图简述在附图中
图1和2示出了简化的理论上的变压器部件的图示。
图3示出了根据本发明原理的用于在电源和被供电设备之间传送供电的变压器，其包括绝缘隔层，并且包括在该隔层的任一侧上的具有非均匀芯截面的芯组件。
图4是根据本发明的原理的监视系统的框图，其包括中心位置、对接站和便携式监视设备。
图5和6是说明了根据本发明的原理使用可替换的传输介质的布置的监视设备框图，并且说明了用于图4所说明的监视系统的供电和数据传输装置。
发明详述已知系统使用包括具有均匀磁截面积的传统变压器芯的磁组件，在越过包括电源和待供电设备的两个可分离的元件之间的界面传输供电。这可以包括，例如，相互接近放置的两个“C形”芯，以构成C-C变压器，其中该C-C变压器的两个支腿中的两个间隙位于电源和被供电设备之间的界面处，或者可替换地，可以包括传统的“罐形”芯组件的两个半部分，其中该半部分的配合表面位于界面处。在上述任一示例中，界面处的间隙将由塑料或者包括电源和被供电设备的外罩或者外壳的其他材料填充，其在下文中被称为“外壳材料”。
该方法的主要缺陷在于，芯的基本恒定的磁截面积导致了界面处的磁截面积远小于最优化的情况。一个问题是，机械考虑(例如，在便携式仪器中)要求外壳材料或者外罩的厚度大于关于变压器设计的所需间隙厚度。这样，该磁间隙的磁阻大于必要的或者所需的磁阻，并且大于闭合磁路的剩余部分的磁阻，该闭合磁路典型地包括铁氧体或者其他透磁材料。因此，变压器组件具有高于所需要的磁阻，导致相应的磁感应低于所需要的。这引起增加的电流分量流入变压器绕组中，本领域的技术人员将其称为“磁化电流”。该电流未导致有用的供电传送，并且引起驱动变压器的电路中的额外的供电损耗。
而且，大于所需要的间隙引起相应的较大的漏磁通量的量，并且该漏磁通量未在输入和输出变压器绕组之间耦合，而是沿绝缘隔层横向地从一个气隙到达另一气隙。图1和2是简化的理论上的变压器部件的图示。如本领域的技术人员所知的，变压器可被建模为理想变压器，如图1中所示，其具有互感Lm，其理想地具有从初级绕组到次级绕组的100％的耦合；和两个集总电感器LIp和LIs，其分别同初级绕组和次级绕组串联，表示由于通过初级绕组和次级绕组的任一一个而非全部的磁通量引起的漏电感。图2示出了图1模型的简化的变压器的理想图示。具体地，图2示出了图1变压器的1∶1匝数比的模型，其中省略了绝缘，并且初级绕组和次级绕组连接在一起。Llp和Lm形成了AC衰减器，因此在不存在任何负载电流Iload且不存在跨越Lls的压降的情况下，输出电压仍然小于输入电压。
在典型的变压器中，漏电感可以小到磁化电感或者互感Lm的1％。这样，输入电压的衰减仅是0.99。在该变压器中，大的绝缘隔层间隙的使用可以引起重大的问题，这是因为其可能导致Lip和Lm一样大，或者大于Lm，由此输入-输出电压衰减是0.5或更大。而且，当负载电流Iload下降时，存在额外的跨越Lls的压降，并且跨越Llp的压降增加。这还限制了可用的变压器供电输出。此外，Lm中的磁化电流对从输入端到输出端的供电传送没有贡献，而且引起了绕组和驱动电路中的阻性损耗。通过改变绕组匝数不能明显地改善该问题，这是因为这使Llp和Lm一起增加或减少，其不能显著地降低电压衰减和初级-次级绕组耦合中的低效性。
图3示出了用于在电源和被供电设备之间传送供电的变压器，其包括绝缘隔层，并且在该隔层的任一侧上，包括具有非均匀芯截面的芯组件。图3的耦合布置有利地减小了磁化电流(Lm)以及漏电感对磁化电感的比(Llp和Lls对Lm)，并且增加了从输入端到输出端的供电传送。实现方法是，通过增加变压器组件的磁感应，并且改变变压器组件中的磁路设计，用以具有基本非均匀的磁芯截面积。图3布置中的芯截面积是在电源和被供电设备之间的隔层界面附近较大，而在绕组附近较小。
图3的耦合布置有利地呈现出隔层界面处的芯截面积显著大于初级和次级绕组处的芯截面积。这减小了间隙的磁阻(其与间隙的面积成反比并与间隙的长度成比例)。绕组处的较小的面积减小了芯的周长，由此减小了绕组的长度和电阻，其减小了源于绕组中电流的阻性供电损耗。另一优点在于，减小了整体尺寸、重量和芯的体积，并且由此减小了与磁场强度和芯体积成比例的芯供电损耗。如果界面处的磁芯截面积在磁路长度上被保持(如现有领域的布置)，则芯和整体组件在体积和重量上将显著大于图3的芯布置。
已知的平面变压器配置的特征在于，其是平坦和宽的，用以减小高度尺寸，但是这些变压器典型地在磁路长度(通常在磁路中具有小的或者可忽略的气隙)上维持基本均匀的磁截面积。其他已知的系统使用了两个可分离设备之间的变压器耦合界面，这两个可分离设备包括，在一个设备上的凸起部分，其被成形为例如实心或者空心的圆柱体或者平坦的桨状，例如在另一设备中的相应的开口。关于该方法的问题包括，导致了表面是难于接近的，使耦合布置难于维护和清洁；以及，聚积干扰性的外界物质的弱点。而且，凸出同开口的仔细对准是必要的，用以使两个设备配合。此外，已知的封装配置，其牵涉在开口中插入部件(例如，圆柱形或者桨形部件)，减小了散热的能力。插入部件典型地主要由外壳包住，并且由开口壁所围绕。该外罩配置妨碍了热传送，并且导致了插入部件中的热积累和较高的温度。
相反地，图3的系统呈现了两个可分离的设备(例如，便携式设备及其对接站)之间的基本平坦的平面界面。这允许该布置广泛地用于多种系统，包括，例如其中两个配合设备的几何形状使其自身适合于平面配置的应用，诸如电话手机及其支架、小的手持计算机或其他设备和对接站；或者其中一个设备典型地具有大的平面面积的任何其他应用。图3的平面界面耦合的另一优点在于，其与目标主机设备的典型的机械设计需要相一致，并且使任何所需的机械重新配置减到最少。该耦合布置还提供了改善的散热。
在图3的系统中，相比于绕组(111和112)处的截面积，磁路在气隙和绝缘界面处呈现出相对大的截面积。磁通量经由横条105通过相对小的截面积传导以完成磁路。对于20kHz或更高的应用，铁氧体典型地是用于磁芯的优选磁性材料，并且芯尺寸处于高达5至10cm的范围内。然而，本发明的原理同样适用于其它类型和尺寸的透磁芯材料。其他透磁材料包括，例如合成材料；或者铁粉和硅钢叠片，其典型地在较低频率使用，或者用于其中尺寸致使铁氧体过于昂贵或过于易碎或者具有其他限制的情况中。磁芯通常分为分离的片以易于制造，然而，为了防止在分离的板的接合处出现断裂，出于对机械应力的考虑，芯还可以模塑为一片铁氧体。分为分离的片的芯可以在磁性材料部分之间包括挠性含铁材料，用以连接和衬垫它们，以防止由于冲击或者振动引起的断裂。适当的由铁氧体颗粒和聚合物的混合物制成的材料是商业上可用的，其具有例如相对于真空的10至25的磁导率。
图3的布置牵涉便携式设备部分(元件101～105和112～114，其对应于后面讨论的图4～6的芯部分332)，其在当便携式设备被对接进行再充电时与对接设备部分(元件106～111和115、116，其对应于图4～6的芯部分344)相配合，以经由塑料外壳(和气隙)形成变压器耦合的磁回路。该便携式设备部分包括C形芯类型的布置，其由铁氧体板101～104和横条105制成。对接站设备包括相应的配合C形芯，其由铁氧体板106～109和横条110制成。输入AC电压施加到对接站的绕组线圈111，并且自便携式设备绕组线圈112得到变压输出电压。在将便携式设备安置在对接站中之后，便携式设备的铁氧体板101～104分别安置在距离对应的对接站板106～109的十分之一英寸处。该十分之一英寸的空间由便携式设备和对接站的塑料外壳以及气隙填充。透磁垫113和114用于使条105耦合到板101～104，并且为设备提供某种抗震性能。相似地，在横条110和板106～109之间使用了透磁垫115和116。
图4是监视系统的框图，其包括中心位置、对接站和便携式监视设备。图4说明了多个(300A和300B)便携式监视设备310和对接站340，其每一个均联接到中心控制器100和中心电源200。每个监视设备310包括电极324，其计划附装到患者(患者A和患者B)。
每个便携式监视设备310包括RF天线312。RF天线312的双向端子联接到收发信机314的相应端子。收发信机314联接到(未示出)监视设备310中的其他电路(亦未示出)。每个便携式监视设备310还包括电池318。电池318联接到电源316。电源316还完全以已知的方式，联接到(未示出)监视器310中的其他电路。上文讨论的其他电路的设计、操作和互连对于本领域的技术人员是公知的，其同本发明没有密切关系，因此在下文中将不作描述。
在说明的实施例中，光变换器320表示无线双向全双工光变换器。本领域的技术人员应理解，该变换器可以包括用于发射的发光二极管(LED)和用同同步接收光信号的光电晶体管。光变换器320的双向端子联接到收发信机314的对应的端子。收发信机314的数据端子(未示出)连接到监视设备310中的其他电路(亦未示出)。监视设备310还包括分为双级的变压器的次级322，如前面结合图3所描述的。次级322联接到电源316的输入端子。
每个对接站340包括光变换器342，其表示无线双向全双工光变换器。光变换器342对应于监视设备310中的光变换器320，并且被物理布置为使得当监视设备310对接到对接站340中时在对应的光变换器320和342之间可以进行全双工通信。
对接站340还包括分为双级的变压器的初级344。初级344对应于监视设备310中的次级322，并且被布置为使得当监视设备310对接到对接站340中时，形成完整的变压器，并且传送电供电。
在操作中，当监视设备310(图4)对接到对接站340中时，由电源200向初级绕组111(图3)提供交变电流。该交变电流在包括磁回路的芯中感生磁场，该磁回路牵涉对接站和便携式设备的芯部分。由此，在便携式设备310(图4)的次级绕组(112)中感生出次级电流。该次级电流被提供给电源316，用以为便携式设备310供电并再充电电池318。同时，光设备320和340的对准提供了监视设备310和对接站340之间的全双工数据通信。使用这些原理可以实现紧凑有效的配置。
图4还说明了中心控制器100。中心控制器100包括双向数据端子，其联接到局域网(LAN)。该局域网LAN连接到医院中的多种工作站(未示出)，而且，可以包括至广域网(WAN) (诸如例如，互联网)的桥接(亦未示出)。多个对接站340中的光变换器342双向联接到该LAN。尽管光变换器342被说明为经由LAN联接到中心控制器100，但是本领域的技术人员应理解，各自的双向信号线可以直接联接在在多个对接站340的每一个中的光变换器342和中心控制器100上的对应的双向端子之间。这样，这些各自的信号线可用于对接站340和中心控制器100之间的直接通信。
中心控制器100还包括RF天线110。该RF天线110能够以已知的方式，经由无线传输，同监视设备310的各自的RF天线312通信。尽管被说明为单一的天线110，但是本领域的技术人员应理解，遍布于医院的多个天线可以全部连接到中心控制器100。例如，独立收发信机120联接到LAN。独立收发信机120包括RF天线122，其能够同便携式设备310交互数据，如图4中的虚线所说明的。如上文所述，这些独立的收发信机还可以经由各自的直接连接而连接到中心控制器100。该独立的收发信机可以安置在遍布于医院，用于在未对接是和运送中同便携式监视设备310通信。
电源200联接到多个基站340的各自初级344。尽管在图4中示出为分离的元件，但标准配电的AC供电系统可以用于向多个基站340中的多个初级344提供供电。
在操作中，监视设备310操作在两种状态中的一种对接或未对接。在图4上面部分中的监视设备310和对接站340对300A处于未对接状况，而在图4下面部分中的监视设备310和对接站340对300B处于对接状况。通常，当监视设备310对接时，数据通信通过光变换器320、342发生，并且供电通过分为双级的变压器344、322提供给监视设备310。当监视设备310未对接时，数据通信通过RF天线312发生，并且供电由电池318提供。
在300A(未对接)中，光变换器320和收发信机314之间的连接由虚线说明，以表示其当前是不操作的，而天线312和收发信机314之间的连接由实线表示，以表示其正在操作。中心控制器100上的天线110和监视设备310上的天线312之间的“之字“线说明了，在监视设备310和中心控制器100之间维持有RF链路。相似地，分为双级的变压器的次级322和电源316之间的连接由虚线说明，以表示其当前是不操作的，而电池318和电源316之间的连接由具有箭头的实线表示，以表示供电正自电池318传送到电源316。对接站340中的光变换器342和LAN之间的数据连接，以及电源200和分为双级的变压器的初级344之间的供电连接由虚线说明，以说明它们当前是不操作的。
在300B(对接)中，天线312和收发信机314之间的连接由虚线说明，以表示其当前是不操作的，而光变换器320和收发信机314之间的连接由实线表示，以表示其正在操作。在对接站340中的光变换器342和监视设备310中的光变换器320之间的“之字”线说明了，在监视设备310和中心控制器100之间维持有光链路。相似地，分为双级的变压器的次级322和电源316之间的连接由实线说明，以表示其当前正在操作。电池318和电源316之间的连接由具有箭头的实线表示，以表示充电供电正自电源316传送到电池318。LAN和对接站340中的光变换器342之间的连接，以及电源200和分为双级的变压器的初级344之间的连接由实线说明，以表示它们在操作中。在监视设备310的天线312和中心控制器100的天线310之间不存在“之字”线，其表示没有RF通信产生。
本领域的技术人员应理解，中心控制器100将通过LAN、和/或在监视设备310对接时通过至对接站340的各自硬线连接(未示出)、和/或通过至未对接的监视设备310的无线RF链路，同时与许多个监视设备310通信。用于同时进行通信的任何已知技术，诸如时分复用、频分复用、分组通信或者任何这些技术的组合，均可用于提供该同时通信。例如，多种通信协议通常用于多个网络节点之间的网络通信。更具体地，该协议包括，但不限于互联网协议(IP)、通用串行总线(USB)、I.E.E.E.网络协议。任何这些已知的协议可以用于在多个监视设备310和中心控制器100之间经由LAN进行通信。这些相同的协议还可以用于未对接监视设备310和中心控制器100的天线110之间的无线RF通信，以直接方式或者通过经由LAN连接到中心控制器100的独立收发信机120或者通过各自的硬线连接进行。
监视设备310和对接站340中的已知电路检测监视设备310何时对接到对接站340中。在一个实施例中，由于电力供电仅在监视设备310对接到对接站340中时才进行传送，因此对接站340中的该电路可以检测附装于初级344的负载(次级322)，而监视设备310中的对应电路可以检测次级322处的供电的出现。对于另一示例，由于数据仅在监视设备310对接到对接站340中时才经由光变换器对320、342进行交换，因此对接站310中的该电路可以检测来自光变换器320的数据的出现，而对接站340中的对应电路可以检测来自光变换器342的数据的出现。
当对接站340检测到监视设备310对接时，中心控制器100开始通过LAN同对接站340中的光变换器342通信。同时，当监视设备310检测到其已对接时，收发信机314连接到光变换器320，并且开始通过LAN经由光变换器对320、342同中心控制器100的通信。更具体地，监视设备310中的收发信机314产生由LAN使用的网络协议中的数据，即IP分组。然后，该分组数据通过光变换器对320、342传递到LAN。接下来，中心控制器100接收来自LAN的IP分组并提取数据。然后该数据由中心控制器100进行处理。例如，患者监视数据存储在中心位置。同时，来自中心控制器100的用于监视设备310的数据进行分组并且放置在LAN上。监视设备310经由光变换器对342、320接收该分组数据。收发信机314提取数据并且使用由接收数据指明的方式控制监视设备310。例如，可以由中心控制器100设定或改变监视参数。同时，当检测到监视设备310对接到对接站340中时，来自分为双级的变压器的次级322的供电为监视设备310中的电路供电，包括为电池318充电。
当对接站340检测到监视设备310已成为未对接的时，通知中心控制器100，并且其开始通过RF天线110进行通信。同时，当监视设备310检测到其已成为未对接的时，收发信机314连接到RF天线312，并且开始经由RF链路同中心控制器100通信。如上文所述，收发信机314产生选定的网络协议中的数据，即IP分组。该分组数据经由无线RF天线110发射到中心控制器100。中心控制器100接收该IP分组，提取数据并处理该数据，例如，存储患者监视数据。中心控制器100还可以产生用于监视设备310的数据的IP分组。中心控制器100经由无线RF天线110将该分组数据发射到监视设备310的天线312。接下来，监视设备310中的收发信机314接收该IP分组、提取数据并且进行响应，控制监视设备310的操作。
可替换地，独立收发信机120可以经由无线RF信号同监视设备310通信。在该情况中，监视设备310的天线312向独立收发信机120的天线122发射分组患者监视数据，如上文所述。独立收发信机120接收该分组数据并且将其放置在LAN上。中心控制器100接收来自LAN的该IP分组，提取数据并且以所需的方式处理该数据。接下来，中心控制器100将用于监视设备310的分组数据放置在LAN上。独立收发信机120接收该分组数据，并且将其发射到监视设备310的天线312。监视设备310中的收发信机314接收该分组，自接收的分组中提取数据并且进行响应，控制监视设备的操作。此外，在监视设备未对接时，来自电池318的供电为监视设备310中的电路供电。
在图4中所说明的和上文所描述的实施例中，从监视设备310(光)对接时到其(RF)未对接时，传输介质发生变化。然而，本领域的技术人员应理解，在两种模式中可以共享相同的传输介质。图5说明了这样的监视设备310，其具有用于在对接时同中心控制器100通信的可替换的装置。在图5中，监视设备310中的收发信机314联接到RF天线326，其被物理布置为在其对接时与基站340相邻。对接站340包括相应的RF天线346，其被物理布置为在其对接时与监视设备310中的天线326相邻。这些天线326和346可以是小的，并且可被布置为相互接近。监视设备310中的屏蔽层328(其由虚线说明)围绕天线326，并且对接站340中的相应的屏蔽层348围绕天线346。该屏蔽层328和348被物理布置为当监视设备310对接到对接站340中时，其协同用于完整地屏蔽天线326和346，由此它们不会辐射到周围区域中，并且由此周围区域中的RF干扰，诸如由外科设备产生的RF干扰，不会在它们之间的通信中产生干扰。
这样，中心控制器100可以使用公共的RF收发信机用于对接和未对接的监视设备310。当对接时，使用RF天线对326和346，而当未对接时，使用RF天线对110和312。本领域的技术人员应当理解，来自对接站340中的RF天线346的信号电平将强于来自广播天线110的信号电平。本领域的技术人员应当理解，衰减器和/或放大器是必要的，用于使得能够使用具有中心控制器100中的正常动态范围的RF收发信机。
图6说明了另一监视设备310，其具有用于在对接和未对接时同中心控制器100通信的另一可替换的装置。在图6中，监视设备310不包括如图4和图5中的天线312。作为替换，在图6中，嵌入式天线326作为RF天线进行操作，不论是在如图4所示的监视设备310对接时，还是在监视设备310未对接时，如图6中的粗“之字”线所说明的。如图5，当监视设备310对接时，屏蔽层326和346协同以完整地屏蔽天线326和346，使之同周围区域隔离。然而，在图6中，当监视设备310未对接时，屏蔽层328和348部分以及天线326能够向周围区域发射。即，天线326能够向中心位置的天线110或者医院中的多个独立天线中的任何天线发射，如上文所述。而且，对接站340中的天线346能够用作独立天线(诸如图4的122)中的一个，接收来自监视设备310中的天线326的RF信号。因此，即使在未对接时，监视设备310中的天线326也能够同对接站340中的天线346通信。这在图6中由细“之字”线说明。
本领域的技术人员应当理解，通过使用冗余传输介质可以获得额外的可靠性。例如，监视设备310和对接站340可以包括如图4中说明的光变换器320和342，和如图5和图6中说明的RF天线326和346、在操作中，这两种介质同时用于在监视设备310和对接站340之间传输数据。
对接站340中的光变换器342包括具有发光二极管(LED)的形式的光发射器和具有光电晶体管的形式的光接收器。监视设备310中的光变换器320也包括具有LED形式的光发射器和具有光电晶体管的形式的光接收器。这些LED和光电晶体管以已知方式，响应于向其提供的电信号进行操作。当监视设备310对接到对接站340中时，对接站中的LED被物理布置为使得其光发射仅由监视设备310中的光电晶体管接收，而监视设备310中的LED被物理布置为使得其光发射仅由对接站340中的光电晶体管接收。光变换器320、342的使用消除了由于周围的RF场、诸如上文所述在手术室中可能出现的RF场的不利影响。
如参考图4所描述的，LED和光电晶体管可以由小的RF天线替换或增补，其可能具有带状线的形式，以已知的方式屏蔽。RF链路的使用简化了中心位置100中需要的电路，这是因为其仅需要单一的RF收发信机而不是RF收发信机和光收发信机。通过适当的屏蔽，可以将干扰RF信号的不利影响减到最小。
权利要求
1.一种供电耦合系统，用于在由物理和电气绝缘隔层分开的电源和被供电设备之间传送供电，包括供电耦合器，其包括在第一设备中的磁回路的第一部分，该磁回路的第一部分包括透磁材料的第一芯部分，该第一芯部分具有在绝缘隔层界面处显著大于位于所述第一芯部分上第一绕组中的截面积，磁回路的所述第一部分在对接模式下适于安置在相邻于第二设备中的磁回路的第二部分，以形成用于在所述第一和第二设备之间传送供电的完整的磁回路，磁回路的所述第二部分包括第二芯部分，其具有在所述对接模式下经由所述完整的磁回路同所述第一绕组磁耦合的第二绕组，用于所述供电传送。
2.权利要求1的系统，其中所述第一芯部分包括所述绝缘隔层界面处的至少一个基本为平面的芯部分，用于安置在相邻于所述绝缘隔层界面处的磁回路的所述第二部分的相应的基本为平面的芯部分，以形成所述完整的磁回路。
3.权利要求2的系统，其中所述基本为平面的芯部分适于安置在相邻于所述相应的的基本为平面的芯部分，且包含磁回路的所述第二部分的设备未包住所述基本为平面的芯部分的大部分。
4.权利要求1的系统，其中所述磁回路的所述第二部分包括透磁材料的第二芯部分，其在所述绝缘隔层界面处具有显著大于位于所述第二芯部分上的第二绕组中的截面积。
5.权利要求1的系统，其中所述第一和第二设备分别是，(a)便携式设备和(b)用于所述便携式设备的对接站。
6.权利要求1的系统，其中透磁材料的所述第一芯部分包括多个组成芯片，并且包括挠性的含铁材料，其安置在所述芯片之间的至少一个结合处。
7.权利要求1的系统，其中磁回路的所述第一部分和磁回路的所述第二部分之间的物理界面基本上是为平面的。
8.权利要求1的系统，其中在所述绝缘隔层界面处显著大于所述第一绕组中的截面积包括大于至少一倍半(1.5倍)。
9.权利要求1的系统，其中所述透磁材料包括(a)铁氧体材料、(b)合成材料、(c)铁粉、(d)硅钢叠片和(e)不定形磁性材料中的至少一个。
10.权利要求1的系统，其中所述物理和电气绝缘隔层是至少0.01英寸。
11.一种便携式设备，用于在由物理和电气绝缘隔层分开的电源和被供电设备之间传送供电和数据，包括供电耦合器，其包括在第一设备中的磁回路的第一部分，该磁回路的第一部分包括透磁材料的第一芯部分，该第一芯部分具有在绝缘隔层界面处显著大于位于所述第一芯部分上第一绕组中的截面积，磁回路的所述第一部分在对接模式下适于安置在相邻于第二设备中的磁回路的第二部分，以形成用于在所述第一和第二设备之间传送供电的完整的磁回路，磁回路的所述第二部分包括第二芯部分，其具有在所述对接模式下经由所述完整的磁回路同所述第一绕组磁耦合的第二绕组，用于所述供电传送；和电气绝缘的数据变换器，其支持所述第一设备到网络的连接，并且用于在所述对接模式中双向交换数据。
12.权利要求11的便携式设备，其中所述便携式设备包括便携式患者监视设备，并且所述双向交换的数据包括由所述便携式患者监视设备得到的患者监视器参数，以及用于控制所述便携式患者连接设备的功能的信息。
13.权利要求11的便携式设备，其中所述便携式设备的所述网络连接包括(a)互联网协议(IP)相容连接、(b)通用串行总线(USB)相容连接、(c)局域网(LAN)相容连接和(d)I.E.E.E.协议相容连接中的至少一个。
全文摘要
一种电气绝缘组合的供电和信号耦合器可用于在医疗环境中可附装于患者(A、B)的便携式医疗监视设备(310)。供电耦合系统在由物理和电气绝缘隔层分开的电源和被供电设备(310)之间传送供电。该系统包括供电耦合器，其包括在第一设备(310)中的磁回路的第一部分，该磁回路的第一部分包括透磁材料的第一芯部分(322)，该第一芯部分具有在绝缘隔层界面处显著大于位于第一芯部分上第一绕组中的截面积。磁回路的所述第一部分在对接模式(300B)下适于安置在相邻于第二设备中(340)的磁回路的第二部分(344)，以形成用于在所述第一和第二设备之间传送供电的完整的磁回路。磁回路的第二部分包括第二芯部分，其具有在所述对接模式下经由完整磁回路同所述第一绕组磁耦合的第二绕组，用于供电传送。该第一芯部分包括绝缘隔层界面处的至少一个基本为平面的芯部分，用于安置在相邻于绝缘隔层界面处的磁回路的所述第二部分的相应的基本为平面的芯部分，以形成所述完整的磁回路，且包含磁回路的第二部分的设备未包住基本为平面的芯部分的大部分。
文档编号H02J13/00GK1695283SQ03824639
公开日2005年11月9日 申请日期2003年9月6日 优先权日2002年10月24日
发明者约翰·肯尼斯·菲奇, 克利福德·马克·凯利 申请人:德尔格医疗系统有限公司