专利名称：用于在测量模块与传输单元之间进行无线数据传输的方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法以及一种根据权利要求4 的前序部分所述的装置。
根据本发明的方法和装置尤其用于在线监测和确定测量参量或生物反应，尤其 是细胞培养的电特性。
背景技术：
通常，为了确定样本的生物特性，以一个或多个预先给定的频率确定该样本的 阻抗。通过许多以不同频率所测量的阻抗，可以推断出样本的生物特性。为了简单并成 本低地设计测量，可以规定将生物样本所位于的测量模块和将测量数据转发给中央数 据处理单元的传输单元实施为分离的单元。为了在传输单元与测量模块之间简单地进行 传输，尤其是可以使用无线数据传输方法-尤其是RFID传输方法。有利地可以规定 将测量模块实现为无源RFID部件，也就是说，通过从传输单元输出的电磁信号来实现对 测量模块的能量供给，其中在测量模块中进行能量中间存储。
现有技术的显著问题在于，利用快速改变的电磁场来实现对生物样本的阻抗的 测量以及对测量数据的传输。出于此原因，可能在接收测量数据期间导致干扰，这些干 扰由于对之前已经测量的测量数据的传输或者通过同时的能量传输而产生。发明内容
本发明具有的任务是，解决所述问题并且提供克服所述问题的方法以及测量装置。
本发明通过具有权利要求1的特征部分的特征的方法以及通过具有权利要求4的 特征部分的特征的装置来解决该问题。
根据本发明的方法和根据本发明的装置的显著优点在于，在通过测量模块检测 测量参量期间，在测量所需的电磁信号与用于数据传输或能量传输的信号之间根本不出 现干扰。因此，测量的准确性以及信噪比(SNR)得到显著改善，其中尤其是在与用于数 据传输的频带相叠合的那些频带及其谐波或者次谐波中的阻抗测量的质量得到特别显著 的改善。因此，本发明阻止了在近场中在用于数据传送和能量传送的天线与测量模块上 的被设置用于确定测量参量的部件之间的干扰。
利用权利要求2的特征，可以做出关于生物样本的性质的特别准确的陈述。
利用权力要求3的特征，保证了特别简单的方法流程，该方法流程具有高的容 错性并且提高了测量过程的稳定性。
具有权利要求5的特征的装置以简单的方式允许在共同的传输单元上集成多个 测量模块。
图1示出根据本发明的包括一个传输单元以及两个测量模块的测量构造。
图2示意性地示出测量模块的构造。
图3示出时序图，该时序图以时间变化曲线示出测量模块中暂时存储的供给电 压以及由传输单元的相应传输天线或测量模块所传送的信号。
图4示意性地示出对电磁波形式的信息和能量的传输。
具体实施方式
图1示出一个传输单元1以及与该传输单元1建立无线电连接的两个测量模块 2。在此，该传输单元1包括多个第一天线8，其中给每个测量模块2都分配有第一天线 8，其中该第一天线8位于该测量模块2的附近范围中。给每个第一天线8都分配有天线 驱动器9，该天线驱动器9使得能够与该天线8进行双向通信。此外，在天线驱动器9处 设有用于位于传输单元1中的多个第一天线8以及分别所属的天线驱动器9的供给线路10 或共同的数据线路10的另一输出端。
在第一天线8上方示出测量模块2，该测量模块2包括第二天线5，该第二天线5 与相应的所分配的第一天线8存在电磁有效连接。第一天线8中的每一个被直接布置在 所分配的第二天线5下方，其中在两个被分配给彼此的天线5、8之间可以存在若干毫米 的间隔。每个测量模块2包括样本容器，可以在该样本容器中装入生物测试材料。传感 器3通常被布置在相应的样本容器的内缘处。
如在图2中示意性示出的那样，每一个测量模块2包括一个或多个用于接收多个 物理测量参量以及将这些物理测量参量转换成电信号的传感器。在这些传感器的后面分 别连接有一个或多个测量放大器4以放大信号幅度或信号变化曲线并且必要时对该信号 幅度或信号变化曲线进行模数转换。此外，在测量模块2内设置有中央数据处理单元7， 该中央数据处理单元7既与传感器3、必要时与测量放大器4连接，也与相应的第二天线 5连接。在该中央数据处理单元7-尤其是微控制器中，整理、存储所确定的并且必要时 经数字化的测量数据，以及必要时执行预备分析。中央数据处理单元7与第二天线5连 接，其中在该中央数据处理单元7与该第二天线5之间中间连接有通信控制单元，该通信 控制单元使得能够在中央数据处理单元7与连接在传输单元1上的计算机节点之间进行通 信。这样的通信控制单元也能作为中央数据处理单元7的集成部件存在。
此外，接收单元6与第二天线5连接，该接收单元6将施加在第二天线5上的信 号的电磁能量进行转化、中间存储并且以施加在该接收单元6的输出端上的电压电平的 形式来提供。该接收单元6与用于电能的缓冲存储器连接，即使在给定时刻没有能量从 传输单元1传输给相应的测量模块2时，所述电能也允许中央数据处理单元7、传感器3 以及测量放大器4继续运行。因此存在如下可能性在从第一天线8到第二天线5不能 进行直接的能量传输时，测量也能继续进行。所存储的能量在接收单元6的输出端以电 压电平的形式被提供，其中所存储的用于电流供给的能量被输出给传感器、测量放大器 以及中央数据处理单元7。用于对中央数据处理单元、测量放大器以及传感器进行电压供 给的线路在图1中没有示出。
在图4中示出传输单元1与测量模块2之间的能量传输和数据传输。电磁能量 Pl被从传输单元1传送给测量模块2。不考虑漏磁损失，从传输单元1所传送的电磁能 量Pl在测量模块中被第二天线5接收，并且所接收的能量在接收模块6与数据处理单元7之间被划分。对所传送能量的存储在与接收单元6连接的存储单元11中进行。该存储 单元11包括电压调节器，该电压调节器使得能够以恒定电压供给测量模块2。数据处理 单元7或连接在数据处理单元7前面的通信控制器从电磁数据信号中确定控制信息，这些 控制信息被设置用于控制测量模块2。借助于该信号，测量模块2或中央数据处理单元7 可以被传输单元1控制。剩余的能量Pl被引导给接收单元6，该接收单元6将以信号形 式存储的能量同样转换成电能并且以施加在该接收单元6的输出端上的电压电平的形式 提供该能量。因此，为了借助于传感器3进行测量以及进行从第二天线5到第一天线8 的数据传送，提供有存储在接收单元6中的那些能量。测量模块2的这样的没有持久能 量源也可行的配置在下文中被称为“无源”。两个通信方中的仅仅一个需要外部的能量 源以维持通信，而相应的另一通信方-即测量模块2-从其通信伙伴的数据信号中取得其 能量°
为了执行根据本发明的方法，采取如下做法传输单元1被设置为活跃的，并 且发送电磁信号到分配给其的测量模块2。在此，电磁信号形式的能量被从传输单元1通 过第一天线8和第二天线5传输给接收单元6，由此施加在接收单元6的输出端上的电压 电平趋向最大值。如果达到该最大值，则存在用于执行测量过程的足够能量。传输单元 1的第一天线8被设置为不活跃的并且借助于两个传感器3对样本阻抗的测量被启动。在 此值得注意的是，所述测量现在可以不再受到从第一天线8所输出的电磁信号的干扰。 因此，由在从传感器3发出的测量信号与从第一天线8发出的数据信号之间的干扰造成的 干扰可以被完全抑制。由此，也最大程度地抑制尤其是影响由传感器3所确定的测量值 的噪声。
根据本发明方法的一个特别的实施方式涉及流程控制。对于执行测量来说重要 的是，在测量过程开始时存在的能量多得使得能够完整地执行该测量。也就是说，否则 在执行测量期间将不再有能量可用，由此已经存储的测量数据可能又会丢失。
图3的上部分图表示出在第一天线8与第二天线5之间所传送的数据信号的时间 变化曲线。图3的下部分图表示出在接收单元6中所存储的电能。在本方法开始时，在 接收单元6中尚未存储能量。在约为200ms的时间范围A内，从传输单元1借助于第一 天线8和第二天线5传送给测量模块2的信号被用于给接收单元6的能量存储器充电。 在数据传输阶段B期间，在测量模块2中存储的能量趋向预先给定的值。也可以在该数 据传输阶段B期间，在测量模块2与传输单元1之间交换数据。在数据传输阶段B结束 时，测量模块2通过其第二天线5发送停止信号S，该停止信号S促使传输单元1的第一 天线8被设置为不活跃。该不活跃设置在测量模块2的发起下进行，该测量模块2用信 号通知传输单元1 与接收单元6连接的存储器单元11被完全充电并且在无干扰测量的 意义上必须停止来自传输单元1的其它信号。传输单元1的第一天线8在预先给定的约 为IOOms的时间段中被设置为不活跃的，其中在该时间期间测量过程在测量模块2中进 行。如在下部分图表中所示出的那样，在后面的数据确定阶段C期间，在接收单元6中 所存储的能量减少。在该预先给定的时间期满之后，传输单元1的第一天线8被重新设 置为活跃的，由此接收单元6在后面的充电阶段D期间被重新再次充电。在充电阶段D 结束之后，可以从测量模块2将数据传输给传输单元1。在此，存储在测量模块2中的能 量保持近似恒定，因为即使在测量模块2中存在电活动，也不断有能量通过第一天线8被输送给测量模块2。在数据传输B结束之后，测量模块2重新给出停止脉冲S并且测量 过程可以被重新执行。通常，这样的过程重复十到二十次，直到所有要确定的数据都已 经借助于传感器3被接收并且传输给传输单元1。
在给每个测量模块2都分配有第一天线8并且给每个第一天线8都分配有自己的 天线驱动器时，得出根据本发明的装置的有利实施方式。在天线驱动器9中的数据流量 减少之后，存在具有小的数据流量的数据线路10以供使用。该数据线路10在必要时可 以与总线互连并且被引导到共同的计算机节点。
权利要求
1.一种用于在具有第一天线(8)的传输单元(1)与尤其是无源的测量模块(2)之间对 数据进行接收和传输的方法，所述测量模块(2)-包括一个或多个用于接收测量参量、尤其是生物参量的传感器(3)，并且将这些测 量参量转换成电信号，其中在必要时在所述传感器后面连接测量放大器(4)，-其中利用位于测量模块(2)处的第二天线(5)，在测量模块(2)与在测量模块(2) 的附近范围内所布置的传输单元(1)之间对数据、尤其是测量数据和控制信号进行双向 传送，-其中利用连接在第二天线(5)后面的接收单元(6)，对施加在第二天线(5)上的电 磁能量进行转化、中间存储并且以施加在接收单元(6)的输出端上的电压电平的形式进 行提供，并且所存储的用于电流供给的能量被输出给传感器(3)、必要时被输出给测量放 大器⑷，以及-其中通过测量模块(2)的被馈送以存储在接收单元(6)中的能量的中央数据处理单 元(7)，至少控制测量模块(2)所包括的用于进一步处理传感器(3)的测量信号并且用于 与传输单元(1)进行通信的部件，其特征在于，-至少在通过测量模块(2)或者通过传感器(3)检测测量参量的时间期间内，将传输 单元(1)的第一天线(8)设置为不活跃的。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，传感器(3)以预先给定数目的频率确定位于 测量模块(2)中的生物样本的阻抗。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，a)为了给接收单元(6)传输能量，将第一天线(8)设置为活跃的，并且在第一天线 (8)与第二天线(5)之间传输电磁能量，以及将所述能量存储在测量模块(2)中，b)在传输预先给定量的电能之后，由测量模块(2)所生成的控制脉冲被传送或传输 给传输单元(1)，由此在预先给定的时间段内第一天线(8)被设置为不活跃的，C)在所述时间段期间对要确定的测量参量进行测量，d)在预先给定的时间段结束之后，将传输单元(1)的天线(8)再次设置为活跃的，e)在测量结束之后，尤其是在预先给定的时间段结束之后，测量数据被以经过编码 的形式从测量模块传送给传输单元(1)，以及f)为了执行一系列必要时对不同测量参量进行的测量，必要时重复进行步骤a)至e) 达到预先给定的次数。
4.一种尤其是用于执行根据权利要求1至3之一的方法的装置，具有传输单元(1)，包括第一天线(8)以及天线驱动器(9)，所述天线驱动器(9)用于控 制第一天线(8)并且借助于第一天线(8)将数据传送给测量模块(2)以及对借助于第一天 线(8)从测量模块接收到的数据进行整理其中尤其是无源的测量模块(2)包括至少以下部件一个或多个传感器(3)，用于尤其是通过确定样本的阻抗来接收尤其是物理测量参量 以及将这些物理测量参量转换成电信号，其中必要时在所述传感器(3)的后面连接有测 量放大器⑷，第二天线(5)，用于在测量模块(2)与在测量模块(2)的附近范围内所布置的传输单元(1)之间对数据进行双向传送，连接在第二天线(5)后面的接收单元(6)，所述接收单元(6)对施加在第二天线(5) 处的信号的电磁能量进行转化、中间存储并且以施加在接收单元(6)的输出端上的电压 电平的形式进行提供，并且所存储的用于电流供给的能量被输出给传感器(3)，必要时被 输出给测量放大器(4)，以及中央数据处理单元(7)，被馈送以接收单元(6)中所存储的能量，以控制测量模块 (2)所包括的所述部件、进一步处理传感器(3)的测量信号以及与传输单元(1)通信， 其特征在于，天线驱动器(9)具有用于在获得从第二天线(5)输出的停止信号时在时间上有限地停 止或电停用第一天线(8)的电路。
5.根据权利要求4的装置，其中传输单元(1)具有多个第一天线(8)和多个测量模块 (2)，其特征在于，a)每个测量模块(2)具有自己的第二天线(5)，并且b)为每个第一天线(8)接通自己的双向天线驱动器(9)。
全文摘要
一种用于在具有第一天线(8)的传输单元(1)与测量模块(2)之间对数据进行接收和传输的方法，所述测量模块(2)-包括用于接收测量参量的传感器(3)，并且将这些测量参量转换成电信号，-其中利用位于测量模块(2)处的第二天线(5)，在测量模块(2)与在测量模块(2)的附近范围内所布置的传输单元(1)之间对数据进行双向传送，-其中利用连接在第二天线(5)后面的接收单元(6)对施加在第二天线(5)上的电磁能量进行转化、中间存储，以及-至少在通过测量模块(2)或者通过传感器(3)检测测量参量的时间期间内将传输单元(1)的第一天线(8)设置为不活跃的。
文档编号H04Q9/00GK102027755SQ200980117134
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月14日 优先权日2008年5月14日
发明者H·克劳亚思, H·布雷克尔, J·维森瓦瑟, R·希尔 申请人:奥地利科技研究所有限责任公司