Результат интеллектуальной деятельности: БЛОК ПИТАНИЯ И СПОСОБ ПИТАНИЯ ПРИВОДИМОГО В ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВОМ УСТРОЙСТВА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к блоку питания и способу подачи в приводимое в действие электричеством устройство электрического питания и/или электрического сигнала посредством соединительных элементов для разъемного подключения специализированных соединительных средств приводимого в действие электричеством устройства, в соответствии с приводимым в действие электричеством устройством и электрической системой, содержащей приводимое в действие электричеством устройство и блок питания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Электрическая система является, например, медицинской системой контроля пациентов, при этом упомянутая система содержит приводимое в действие электричеством устройство, которое является, например, портативным устройством с батарейным питанием для контроля физиологических параметров. Блок питания для подачи в приводимое в действие электричеством устройство электрического питания и/или электрического сигнала посредством соединительных элементов для разъемного подключения специализированных соединительных средств приводимого в действие электричеством устройства является, например, зарядной станцией для зарядки аккумуляторной батареи контрольного устройства.

Устройства контроля физиологических параметров являются устройствами для измерения и визуализации, по меньшей мере, двух физиологических параметров человека. Данные контрольные устройства, в общем, состоят из многочисленных сенсорных элементов для измерения различных физиологических сигналов. В большинстве случаев датчики являются отсоединяемыми и содержат соединительное средство для питания и передачи сигналов, а также в целях связи и идентификации.

В медицинском периферийном оборудовании очистка и дезинфекция являются существенным, все более важным требованием. Ток утечки на пациента и вспомогательный ток системы контроля пациента ограничены законодательными требованиями. Существует множество механических конструкций для обеспечения выполнения требований безопасности пациента в случае случайного контакта с соединительным средством и/или соединительными элементами, являющимися электропроводящими соединителями (охватывающего типа) и/или штырями соединителей (охватываемого типа). Из-за отверстий, гнезд, мест сращивания, вентиляционных каналов и т.п., характерных для упомянутых конструкций, соединительное средство, выполненное по принципу охватываемых и охватывающих соединителей, всегда сложно чистить и дезинфицировать.

Поэтому на электропроводящие контакты, подобные соединительным элементам и/или соединительным средствам, не разрешается постоянно подавать питание, когда пациенты или рядом находящиеся лица могут коснуться данных контактов, например, когда соединительный элемент для рабочей части, находящейся в непосредственном контакте с пациентом, не употребляется. Обычно данное требование выполняется применением соединительных элементов и/или соединительных средств, которые обеспечивают защиту от случайного контакта благодаря подходящей механической конструкции. Для проверки эффективности защиты применяют так называемый «пробник».

Защитные приспособления, основанные на механических конструктивных принципах, всегда имеют один серьезный недостаток в медицинском периферийном оборудовании: они, по существу, не отвечают требованиям к дезинфекции, очистке и защите от попадания жидкостей. Медицинские устройства, которые удобно и эффективно дезинфицировать, обычно имеют гладкую поверхность без каких-либо отверстий, гнезд, мест сращивания, вентиляционных каналов и т.п. Средства для совершенно бесконтактной передачи питания и связи, которые допускают полную герметизацию корпусов, существуют, но в некоторых условиях данные способы имеют недостатки. Упомянутые недостатки, особенно для рабочих частей, находящихся в непосредственном контакте с пациентом, делают необходимым электрические контакты.

С возрастающей потребностью в беспроводных медицинских датчиках появляется необходимость в соединителях, которые допускают: (a) изготовление водонепроницаемых корпусов; (b) получение гладких поверхностей корпусов без отверстий и гнезд; (c) слабые усилия вставки; (d) пропускание относительно высоких токов зарядки аккумуляторных батарей; и (e) отсутствие излучения электромагнитных полей.

В документе EP 1594024 A1 предложен способ, содержащий этап управления переключающими элементами посредством блоков управления для переключения цифрового вывода в период тестирования, чтобы выдавать тестовые сигналы в выходные точки, и этап считывания ответных сигналов на выходах блоков управления через входы выходной схемы, для оценки посредством сравнения с требуемыми значениями. Вывод тестовых сигналов прерывается, и полезные сигналы выдаются сразу после того, как считанные ответные сигналы совпадают с требуемыми значениями.

В документе US 6194869 B1 предложена схема защиты аккумуляторной батареи для внешнего аккумуляторного источника питания, содержащая переключатель для управления подключением выхода аккумуляторной батареи к нагрузке, и датчик для определения сопротивления на выходе нагрузки. Первый компаратор сравнивает найденное определением сопротивление с предварительно заданным максимальным значением. Если найденное определением сопротивление находится в пределах диапазона от минимального до максимального значений, то формируется сигнал управления для допуска подключения выхода аккумуляторной батареи к нагрузке. Если найденное определением сопротивление находится за пределами диапазона, то переключатель отключается, и через нагрузку не может проходить никакой ток.

В документе DE 102005046569 A1 предложено устройство, содержащее переключающее устройство, при этом на основании состояния переключения устройства электрический сигнал пропускается в блок датчика сигнала по проводящему пути электрической схемы. Линия электропитания, проходящая между источником электропитания и потребительской нагрузкой, разрывается или замыкается на основании определения электрического сигнала.

В документе US 2009/0128165 A1 предложено измерительное устройство для измерения емкости конденсатора, содержащее микропроцессор, схему управления, связанную с конденсатором, и схему аналого-цифрового (A/D) преобразования. Схема управления получает сигнал управления из микропроцессора и выдает аналоговый сигнал напряжения конденсатора, и схема управления заряжает/разряжает конденсатор в зависимости от сигнала управления. Схема аналого-цифрового преобразования получает аналоговый сигнал напряжения из схемы управления и выдает цифровой сигнал напряжения. Микропроцессор получает цифровой сигнал напряжения из схемы аналого-цифрового преобразования и вычисляет емкость конденсатора в зависимости от цифрового сигнала напряжения и времени зарядки/разряда.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание блока питания, приводимого в действие электричеством устройства, электрической системы и способа подачи в приводимое в действие электричеством устройство электрического питания и/или электрического сигнала посредством соединительных элементов.

Цель изобретения достигается с помощью признаков по пунктам 1, 7, 11 и 13 формулы изобретения.

Блок питания содержит измерительное устройство для измерения параметра, при этом упомянутый параметр подходит для определения наличия внешней емкости, электрически включенной между одним элементом и другим элементом из соединительных элементов блока питания, на основании упомянутого параметра. В предпочтительном варианте упомянутая внешняя емкость представляет собой заданную характеристическую емкость приводимого в действие электричеством устройства.

При использовании приведенной схемы соединительных элементов и соответствующих соединительных средств требуется, по меньшей мере, один соединительный элемент для определения, закрыты и защищены ли или нет остальные соединительные элементы от непреднамеренного подключения рабочей части, находящейся в непосредственном контакте с пациентом.

Подача в приводимое в действие электричеством устройство электрического питания и/или электрического сигнала осуществляется в зависимости от параметра, при этом упомянутый параметр подходит для определения наличия внешней емкости, электрически включенной между одним соединительным элементом и другим соединительным элементом из соединительных элементов.

При использовании блока питания в соответствии с изобретением можно определять конкретный тип приводимого в действие электричеством устройства и/или отдельное приводимое в действие электричеством устройство по характеристической емкости приводимого в действие электричеством устройства, при этом упомянутая характеристическая емкость является характерной для упомянутого типа и/или упомянутого отдельного приводимого в действие электричеством устройства.

Разные типы приводимых в действие электричеством устройств и/или сами отдельные приводимые в действие электричеством устройства обладают характеристическими емкостями в разных отдельных диапазонах изменения емкостей, например, в суммарном диапазоне изменения емкостей от 100 нФ до 700 нФ семи отдельных диапазонов изменения емкостей с шириной 100 нФ каждого из диапазонов. Например, каждая измеренная емкость в рамках первого отдельного диапазона изменения емкостей, например, от 100 нФ до 200 нФ, будет отнесена к типу приводимого в действие электричеством устройства и/или отдельному приводимому в действие электричеством устройству.

В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения параметр является током, зависящим от времени, и/или напряжением, зависящим от времени, и/или постоянной времени, основанной на упомянутых токе и/или напряжении, зависящих от времени. Измеренный параметр является, в частности, параметром отклика на импульс, образованного устройством формирования импульсов. В предпочтительном варианте импульс является прямоугольным импульсом. Когда параметр является параметром отклика, данный параметр отклика является напряжением отклика и/или током отклика.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения блок питания дополнительно содержит устройство формирования импульсов и контроллерный блок для управления устройством формирования импульсов и измерительным устройством. Параметр является параметром отклика, измеримым как отклик на импульс, поданный на соединительные элементы.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения блок питания дополнительно содержит идентификационное устройство для идентификации электрического соединения блока питания с приводимым в действие электричеством устройством путем анализа измеренного параметра.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения блок питания содержит предохранительное устройство для электрической изоляции, по меньшей мере, одного из соединительных элементов и/или закорачивания по меньшей мере одного из соединительных элементов на землю. В случае незакрытых соединительных элементов предохранительное устройство убеждается, что все соединительные элементы с потенциально опасным напряжением находятся под нулевым потенциалом или отключены.

В предпочтительном варианте блок питания является зарядной станцией для зарядки аккумуляторной батареи приводимого в действие электричеством устройства, являющегося устройством с батарейным питанием.

Настоящее изобретение дополнительно относится к приводимому в действие электричеством устройству для взаимодействия с вышеупомянутым блоком питания. Приводимое в действие электричеством устройство содержит соединительные средства, при этом упомянутое приводимое в действие электричеством устройство обладает характеристической емкостью, измеряемой между двумя из соединительных средств, предназначенных для одного и другого соединительных элементов блока питания.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения приводимое в действие электричеством устройство является устройством контроля физиологических параметров. В медицинском периферийном оборудовании очистка и дезинфекция являются существенным, все более важным требованием. Ток утечки на пациента и вспомогательный ток системы контроля пациента ограничены законодательными требованиями.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения приводимое в действие электричеством устройство является устройством с батарейным питанием.

Настоящее изобретение дополнительно относится к электрической системе, содержащей вышеупомянутый блок питания и вышеупомянутое приводимое в действие электричеством устройство. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения электрическая система является медицинским периферийным оборудованием.

Настоящее изобретение дополнительно относится к способу подачи в приводимое в действие электричеством устройство электрического питания и/или электрического сигнала посредством соединительных элементов для разъемного подключения специализированных соединительных средств приводимого в действие электричеством устройства. Приводимое в действие электричеством устройство получает питание в зависимости от измерения параметра, при этом упомянутый параметр подходит для определения наличия внешней емкости, электрически включенной между одним соединительным элементом и другим соединительным элементом из соединительных элементов.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения параметр является током, зависящим от времени, и/или напряжением, зависящим от времени, и/или постоянной времени, основанной на упомянутых токе и/или напряжении, зависящих от времени.

В частности, соединительные элементы являются соединительными элементами блока питания для подачи в приводимое в действие электричеством устройство электрического питания и/или электрического сигнала.

Вышеупомянутые компоненты, а также заявленные компоненты и компоненты, подлежащие использованию в соответствии с изобретением в описанных вариантах осуществления, не ограничены никакими специальными исключениями в отношении их размеров, формы, выбора материалов и технического принципа, так что критерии выбора, известные в соответствующей области, применимы без ограничений.

Дополнительные детали, признаки, характеристики и преимущества предмета изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения, на фигурах и в нижеследующем описании соответствующих фигур и примеров, которые, в качестве примера, демонстрируют один вариант осуществления в соответствии с изобретением.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах:

фиг.1 - принципиальная схема измерительного устройства блока питания для питания приводимого в действие электричеством устройства в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления;

фиг.2 - диаграмма зависимости прямоугольного импульса напряжения и напряжения отклика конденсатора от времени; и

фиг.3 - диаграмма зависимости соответствующих прямоугольного импульса тока и тока отклика конденсатора от времени.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг.1 изображены, слева блок 10 питания для подачи в приводимое в действие электричеством устройство 12 электрического питания и/или электрического сигнала и справа три разных элемента оборудования, возможно взаимодействующих с блоком питания: сопряженное приводимое в действие электричеством устройство 12, имеющее заданную характеристическую емкость (обозначенную как емкость 14), измеряемую между двумя из соединительных средств, омический путь 16 (в частности, омический путь через часть тела человека) и так называемый пробник 18 (в частности, в соответствии с международным стандартом IEC 60601).

Блок 10 питания и приводимое в действие электричеством устройство 12 являются частями общей электрической системы 20. В предпочтительном варианте приводимое в действие электричеством устройство 12 является устройством или датчиком для контроля физиологических параметров, предпочтительно устройством с батарейным питанием, и блок 10 питания является предпочтительно зарядной станцией для зарядки аккумуляторной батареи устройства с батарейным питанием.

Блок 10 питания подает в приводимое в действие электричеством устройство 12 электрическое питание и/или электрический сигнал посредством соединительных элементов 22, 24, 26, 28 для разъемного подключения специализированных соединительных средств 30, 32 приводимого в действие электричеством устройства 12. Блок 10 питания дополнительно содержит измерительное устройство 34 для измерения параметра, при этом упомянутый параметр подходит для определения наличия внешней емкости, электрически включенной между одним элементом 22 и другим элементом 24 из соединительных элементов 22, …, 28 блока 10 питания, на основании упомянутого параметра.

Блок 10 питания дополнительно содержит устройство 36 формирования импульсов и контроллерный блок 38 для управления устройством 36 формирования импульсов и измерительным устройством 34. В частности, измерительное устройство 34 реализовано внутри контроллерного блока 38 блока 10 питания. Блок 10 питания дополнительно содержит идентификационное устройство (реализованное контроллером 38) для идентификации электрического соединения блока 10 питания с приводимым в действие электричеством устройством 12 посредством анализа измеренного параметра и предохранительное устройство 40 для электрической изоляции, по меньшей мере, одного из соединительных элементов 26, 28 и/или закорачивания, по меньшей мере, одного из соединительных элементов 26, 28 на землю.

Приводимое в действие электричеством устройство 12 содержит идентификационный конденсатор 14 с заданным фиксированным значением, электрически включенный в путь 42 тока между двумя соединительными средствами 30, 32.

По существу, механизм определения основан на положительной идентификации идентификационного (ID) конденсатора 14 с заданным фиксированным значением, расположенного внутри (или каждого) приводимого в действие электричеством устройства 12. Для обеспечения надежного определения необходимо иметь возможность безопасно распознавать состояние наличия приводимого в действие электричеством устройства 12 из других состояний. Система может иметь следующие состояния:

1) Допустимое приводимое в действие электричеством устройство 12 присутствует: питание может подаваться, пока питание не отключится контроллерным блоком 38 по другим причинам;

2) Допустимое приводимое в действие электричеством устройство 12 отсутствует: питание отключено, линии управления отключены;

3) Омический путь 16 между одним и другим соединительными элементами 22, 24: оба соединительных элемента 22, 24 одновременно касаются пациента/медсестры, или соединительные элементы 22, 24 загрязнены проводящим материалом типа водных/физиологических растворов или очистительных средств: питание выключено, линии управления отключены;

4) Омический путь между высокоуровневым зарядным контактом и защитным заземлением из-за того, что пациент или медсестра касается (только) данного соединительного элемента 22, 24, или из-за того, что соединительный элемент 22, 24 и корпус блока 10 питания загрязнены: питание выключено, линии управления отключены.

(Следует отметить, что состояния 3 и 4 могут иметь место одновременно с состоянием 1 или состоянием 2, при этом последний случай не должен приводить к ложноположительному решению для состояния 1.)

На фиг.2 представлена диаграмма прямоугольного импульса 42 напряжения, сформированного устройством 36 формирования импульсов, и ответного напряжения 44 отклика емкости приводимого в действие электричеством устройства 12, измеренного измерительным устройством 34, при этом оба сигнала 42, 44 изображены графиками зависимости от времени t.

На фиг.3 представлена диаграмма соответствующих прямоугольного импульса 46 тока, сформированного устройством 36 формирования импульсов, и ответного тока 48 отклика емкости приводимого в действие электричеством устройства 12, измеренного измерительным устройством 34, при этом оба сигнала 46, 48 изображены графиками зависимости от времени t.

Во время определения приводимое в действие электричеством устройство 12 будет периодически возбуждаться прямоугольным импульсным сигналом 42, 46, сформированным устройством 36 формирования импульсов, как показано на фиг.2. Сигнал возбуждения имеет асимметричное заполнение периода, как показано на фиг.2 и 3. В течение короткого периода емкость или идентификационный (ID) конденсатор 14 заряжается через высокий последовательный импеданс 50 устройства формирования импульсов, тогда как более длительное время разряда (с использованием низкоимпедансного пути 52, 54 разряда) будет препятствовать нарастанию напряжения смещения на идентификационной емкости 14.

Если приводимое в действие электричеством устройство 12 присутствует, то напряжение 44 отклика на одном возбуждаемом соединительном элементе 22 (контакте питания) будет повышаться по, приблизительно, линейному закону, и ток 48 отклика будет оставаться более или менее постоянным во время возбуждения приводимого в действие электричеством устройства 12. В течение каждого импульса возбуждения будут выполняться несколько измерений 56 тока и напряжения, данные которых должны находиться в пределах некоторого диапазона, который следует считать обусловленным реальным идентификационным (ID) конденсатором 14 и, следовательно, подсоединенным приводимым в действие электричеством устройством 12.

Чтобы обеспечить очень надежное и безопасное определение, измеряют ток, протекающий обратно через другой соединительный элемент 24 (низкоуровневый контакт), а также напряжение на одном соединительном элементе 22 (высокоуровневом контакте). Только в том случае, если все из нескольких условий, налагаемых на формы сигналов тока 48 отклика и напряжения 44, удовлетворяются для нескольких последовательных периодов повторения импульсов возбуждения, то приводимое в действие электричеством устройство 12 признается распознанным.

После того как приводимое в действие электричеством устройство 12 определено, линия 58 питания и другие линии 60 управления включаются, пока контролируемое напряжение 44 отклика или контролируемый ток 48 отклика не выходят из установленных им пределов. Вскоре после нарастающего фронта импульса возбуждения в обратном пути измеряется с высоким разрешением ток 48 возбуждения с использованием токочувствительного шунта 62 с высоким импедансом. Если измеренный ток выходит за пределы заданного диапазона, то данное состояние будет соотноситься с пустым установочным местом.

Если никакого приводимого в действие электричеством устройства 12 не присутствует, или если между одним и другим соединительными элементами (контактами) 22, 24 и/или защитным заземлением существует омический путь 16, то данные измерений напряжения и/или тока (напряжения 44 отклика, тока 48 отклика) будут отклоняться от упомянутых ожидаемых форм сигналов при измерении. Данное состояние будет рассматриваться как отсутствие приводимого в действие электричеством устройства 12. После того как питание подано, данный механизм определения больше не работает. Поэтому для определения удаления приводимого в действие электричеством устройства 12 применяют текущий контроль тока 48 отклика. Приводимое в действие электричеством устройство 12 будет рассматриваться как удаленное, как только ток импульса 46 тока и/или ток 48 отклика становятся ниже предварительно установленного минимального порога.

Для повышения безопасности дополнительное аппаратное средство в каждом из силовых переключателей обеспечивает, чтобы питание зарядки было включено, только пока соответствующий сигнал управления из микроконтроллера непрерывно переключается. Питание зарядки выключается (и остается выключенным), если сигнал управления является статическим высоким или статическим низким, чтобы не допускать непроизвольного включения питания, если микроконтроллер продолжает находиться в одном из двух состояний.

В медицинском периферийном оборудовании очистка и дезинфекция являются существенным, все более важным требованием. Ток утечки на пациента и вспомогательный ток системы контроля пациента ограничены законодательными требованиями.

Предложенный способ определения имеет следующие преимущества:

- позволяет определение и классификацию без дополнительных способов измерения или дополнительных контактов;

- применим в связи с линиями питания, например, для зарядки аккумуляторной батареи;

- соответствует медицинским требованиям к току утечки на пациента и вспомогательному току;

- добавляет к датчику лишь минимум дополнительного аппаратного обеспечения и

- обеспечивает небольшой вес и надежность.

В частности, для приводимых в действие электричеством устройств 12, являющихся беспроводными медицинскими устройствами, которые можно устанавливать для зарядки аккумуляторной батареи в блок 10 питания, сформированный в виде зарядной станции, предложенный способ обеспечивает возможность выбора конструкций корпусов, которые являются совершенно гладкими и водонепроницаемыми, без какого-либо дополнительного способа измерения или чувствительных контактов. Совершенно гладкий корпус устройства допускает удобство дезинфекции и очистки. В случае незакрытых контактных штырей, например, по причине съема датчика все доступные касанию контакты соответствуют законодательным требованиям к току утечки и вспомогательным токам.

Специалистами в данной области техники, в процессе практического применения заявленного изобретения, на основании изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения, могут быть разработаны и реализованы другие варианты предложенных вариантов осуществления. В формуле изобретения выражение «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак единственного числа не исключает множества. Очевидное обстоятельство, что некоторые средства упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможности предпочтительного применения комбинации упомянутых средств. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя истолковывать как ограничивающие объем изобретения.