Способ и прибор для бесконтактного определения абсолютного положения и устройство, снабженное данным прибором
Изобретение относится к бесконтактному прибору, предназначенному для определения абсолютного положения компонента, выполненного с возможностью задания или оценки количества медицинского препарата, инъецируемого из устройства подачи этого препарата. Согласно изобретению прибор содержит, по меньшей мере, одну полоску отражательных средств, по меньшей мере, одно эмиттерное средство и, по меньшей мере, одно приемное средство. По меньшей мере, одно эмиттерное средство и, по меньшей мере, одно приемное средство выполнены с возможностью электрического взаимодействия с несколькими отражательными средствами, причем указанное взаимодействие может иметь емкостную или индуктивную природу. Описаны также устройство подачи медицинского препарата, снабженное указанным прибором, и способ, реализованный упомянутым прибором. Изобретение обеспечивает однозначное соответствие угла поворота ротора относительно статора получаемым электрическим сигналам даже при углах, больших полного оборота ротора. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к бесконтактному прибору для определения абсолютного положения компонента, выполненного с возможностью установки дозы медицинского препарата (далее - препарата), инъецируемого из устройства подачи препарата, или для определения количества препарата, инъецированного из указанного устройства. Прибор согласно изобретению содержит, по меньшей мере, одну полоску отражательных средств, по меньшей мере, одно излучающее (эмиттерное) средство и, по меньшей мере, одно приемное средство. При этом указанные, по меньшей мере, одно эмиттерное и, по меньшей мере, одно приемное средства выполнены с возможностью электрического (емкостного или индуктивного) взаимодействия с несколькими отражательными средствами. Кроме того, настоящее изобретение относится к устройству подачи препарата (или к шприцу), снабженному указанным прибором.
Уровень техники
В патенте US 4420754 описана система для измерения относительного перемещения между двумя компонентами, такими как шкала и скользящий элемент (ползунок) ручного измерительного инструмента. В системе предусмотрено наличие нескольких групп питающих электродов, размещенных на ползунке, причем в каждой группе на каждый из них от общего генератора сигналов подается один из соответствующих многочисленных выходных сигналов. В результате на всех указанных электродах имеются напряжения, распределенные циклическим образом. Кроме того, ползунок оборудован, по меньшей мере, одним приемным электродом, который подключен к блоку обработки сигналов. Имеется также шкала, снабженная электронным шаблоном, две части которого соединены гальваническим образом. При этом одна из них является детектирующей и расположена у зоны, в которой перемещаются подающие электроды ползунка, а вторая выполняет передающую функцию и расположена у зоны, в которой перемещается приемный электрод ползунка. Перемещение ползунка вдоль шкалы генерирует сигнал от приемного электрода, являющийся производным от сигналов, поступающих от, по меньшей мере, двух соседних питающих электродов, а положение ползунка определяется блоком обработки сигналов, который идентифицирует соотношение амплитуд принятых сигналов.
В патентном документе US 6329813 описан индуктивный датчик абсолютного положения, использующий, по меньшей мере, один генератор магнитного поля. Указанный генератор создает первый переменный магнитный поток в первой зоне потока. Множество витков связи образует первое и второе множества участков таких витков, каждое из которых пространственно разделено по измерительной оси интервалом, который соотносится соответственно с первой и второй длинами волн. Одно из указанных множеств участков индуктивно взаимодействует с первым переменным магнитным потоком, поступающим от передающей обмотки в первую зону потока, генерируя при этом второй переменный магнитный поток с внешней стороны зоны первого потока в другом множестве участков витков связи. Снаружи зоны первого магнитного потока установлен датчик магнитного потока, который реагирует на второй переменный магнитный поток, генерируя зависящий от положения выходной сигнал. Указанный сигнал изменяется на первой или второй длине волны, соответствующей другому множеству участков витков связи, генерирующему второй переменный магнитный поток.
Приборы, предлагаемые в обоих документах, выполнены с возможностью определения линейных перемещений двух объектов относительно друг друга.
Патентный документ US 20040207385 относится к устройству для детектирования углового положения ротора, установленного с возможностью поворота относительно неподвижного статора. На роторе и статоре размещено, по меньшей мере, по одному электроду, причем таким образом, чтобы указанные электроды, по меньшей мере, частично перекрывались, по меньшей мере, в одном угловом положении ротора относительно статора. Данный документ относится также к способу измерения углового положения ротора, несущего, по меньшей мере, один электрод, относительно статора, также несущего, по меньшей мере, один электрод, причем угловое положение детектируют, используя емкостное взаимодействие между электродами ротора и статора.
US 20040207385 относится к определению угловых положений (угла поворота) для двух объектов, в частности для ротора, установленного с возможностью поворота, и неподвижного статора. К недостаткам предложенного прибора относится необходимость дополнительного объема для установки эмиттерного и принимающего электродов. Такое техническое решение неприемлемо для компактных систем.
Кроме того, прибор, предложенный в US 20040207385, не адаптирован для бесконтактного и абсолютного определения положения. Как следует из указанного документа (см. фиг.8 и 9, а также соответствующий им текст в параграфах 0053 и 0054), для проведения абсолютных измерений требуются дополнительные элементы, такие как датчики усилия или резисторы. Таким образом, недостатком предложенного прибора является невозможность проведения абсолютных измерений в бесконтактном варианте процедуры. При осуществлении не только относительных, но и абсолютных измерений требуются контактирующие элементы, такие как датчики усилия или резисторы. Другими словами, недостатком прибора по US 20040207385 является его ограничение только измерениями положения ротора и статора относительно друг друга, причем в контактном варианте измерений.
Следующий его недостаток заключается в том, что ротор (если нужно отследить его положение) имеет возможность повернуться только на один полный оборот. Если повернуть его на больший угол, сигналы, которые можно получить от электродов, больше не обеспечивают однозначное определение углового положения относительно статора. Наконец существенной отрицательной стороной предложенного прибора является тот факт, что емкость, примененная для определения указанного углового положения, является емкостью между, по меньшей мере, одним электродом ротора и, по меньшей мере, одним электродом статора. Чтобы определить эту емкость, к ротору, установленному с возможностью поворота, нужен электрический доступ. Обеспечение такого доступа представляет собой сложный и неочевидный процесс.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка компактного и бесконтактного прибора, предназначенного для определения абсолютного углового положения компонента, задающего дозу и встроенного в устройство подачи препарата, или для определения реальной дозы препарата, поданного из указанного устройства. Количество поданного препарата определяют, исходя из абсолютного углового положения компонента, задающего дозу. Термин "абсолютное угловое положение" означает, что абсолютное положение указанного компонента относительно корпуса устройства подачи препарата известно в любой момент.
Сформулированная выше задача в своем первом аспекте решается посредством разработки бесконтактного прибора в устройстве подачи препарата, который предназначен для определения абсолютного углового положения компонента, установленного с возможностью перемещения (в частности задающего дозу компонента, установленного с возможностью поворота). Данный прибор содержит:
- по меньшей мере, одну полоску отражательных средств,
- по меньшей мере, одно эмиттерное средство, выполненное с возможностью электрического взаимодействия с несколькими отражательными средствами, и
- по меньшей мере, одно приемное средство, выполненное с возможностью электрического взаимодействия с несколькими отражательными средствами.
При этом, по меньшей мере, одна полоска отражательных средств расположена с возможностью перемещения относительно, по меньшей мере, одного эмиттерного средства и, по меньшей мере, одного приемного средства таким образом, что обеспечивается однозначно определяемый электрический параметр, такой как емкость, для каждого из нескольких дискретных положений, по меньшей мере, одной полоски отражательных средств относительно, по меньшей мере, одного эмиттерного средства и, по меньшей мере, одного приемного средства.
Прибор согласно настоящему изобретению может быть использован для определения дозы препарата, инъецируемого из устройства подачи препарата. При этом указанное определение осуществляют посредством оценки углового положения компонента, задающего дозу. В порядке альтернативы или дополнительно к сказанному прибор согласно изобретению можно использовать для определения количества препарата, инъецированного из устройства подачи препарата, оценивая изменение углового положения компонента, задающего дозу, когда указанный компонент поворачивают из положения, задающего дозу, в исходное положение.
Предусмотрена также возможность придания, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одной полоски отражательных средств спиральной, кольцевой или линейной конфигурации. Указанное средство может иметь плавающий электрический потенциал. Это означает, что электрически соединять указанное средство с источником электрического напряжения необязательно. По меньшей мере, одну полоску отражательных средств можно поместить на компоненте устройства подачи препарата (например, на барабане с указателем дозы), установленном с возможностью поворота. Очевидно, что в случае расположения, по меньшей мере, одной полоски отражательных средств вдоль, по существу, спиральной траектории прибор согласно первому аспекту настоящего изобретения будет обладать способностью определять абсолютное положение указанного компонента в пределах угла вращения, превышающего один полный оборот.
В одном из вариантов осуществления изобретения предусмотрено наличие единственной полоски отражательных средств. Такая полоска может содержать последовательность расположенных по спирали электропроводных элементов, размещенную на компоненте устройства подачи препарата, установленного с возможностью поворота. Размерные параметры (например, длина) электропроводных элементов, формирующих указанную полоску, могут плавно изменяться вдоль осевого направления их последовательности.
Во втором варианте осуществления изобретения предусмотрена возможность наличия первой и второй полосок отражательных средств. Указанные полоски можно расположить, по существу, взаимно параллельно. Как и в первом варианте осуществления, каждая из этих полосок может содержать последовательность расположенных по спирали электропроводных элементов, размещенную на компоненте устройства подачи препарата, установленного с возможностью поворота. Периодичность расположения указанных элементов первой и второй полосок характеризуется соответственно первым и вторым периодами, причем предпочтительно сделать эти периоды отличающимися друг от друга.
В отличие от отражательных элементов, которые размещены на поворотной части устройства подачи препарата (например, на барабане с указателем дозы), по меньшей мере, один эмиттер можно поместить на невращающейся части устройства (например, на внутренней поверхности его корпуса). Аналогичным образом на указанной части (это опять-таки может быть внутренняя поверхность корпуса) можно поместить также, по меньшей мере, один приемный элемент.
Каждая из первой и второй полосок отражательных средств может представлять собой, по существу, непрерывную дорожку из электропроводного материала. Ширина указанных дорожек может изменяться по осевому направлению полосок. Так, первая полоска в своей исходной точке может иметь узкую ширину, увеличивающуюся у конечной точки. Вторая полоска, наоборот, в исходной точке может иметь значительную ширину, сужающуюся у конечной точки.
Используя сочетание, по меньшей мере, одного эмиттера и нескольких отражательных средств, можно сформировать конденсатор. Аналогичным образом конденсатор можно сформировать, как сочетание, по меньшей мере, одного приемного элемента и нескольких отражательных средств.
В альтернативном варианте, по меньшей мере, один эмиттер и несколько отражательных средств можно выполнить с возможностью индуктивного взаимодействия между ними. Таким же образом можно выполнить, по меньшей мере, один приемный элемент и несколько отражательных средств. Чтобы обеспечить указанное индуктивное взаимодействие, по меньшей мере, один эмиттер и, по меньшей мере, один приемный элемент можно снабдить обмоткой, выполненной с возможностью генерирования и восприятия магнитного поля соответственно. При этом предусмотрена возможность придать указанным отражательным средствам конфигурацию, которая обеспечивает поддерживание вихревых токов, индуцированных, по меньшей мере, одним эмиттером.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения для каждой полоски предусмотрено наличие двух эмиттерных и одного приемного средств. Все перечисленные средства можно расположить вдоль, по существу, прямой линии, поместив приемное средство между двумя эмиттерными.
Кроме того, прибор может содержать средство обработки данных, которое обрабатывает сигнал или сигналы, поступающие от, по меньшей мере, одного приемного средства, а также средство генерации, генерирующее сигнал или сигналы и подающее его (их) на, по меньшей мере, одно эмиттерное средство. В качестве таких средств обработки и генерации можно использовать устройства обычного и хорошо известного типа.
Во втором своем аспекте настоящее изобретение относится к устройству подачи препарата (например шприцу), снабженному прибором, который выполнен согласно первому аспекту изобретения.
В своем третьем аспекте настоящее изобретение относится к бесконтактному способу определения абсолютного углового положения компонента, установленного с возможностью перемещения в устройстве подачи препарата. Таким компонентом может быть, в частности, компонент, задающий дозу. Данный способ включает следующие операции:
- обеспечение наличия, по меньшей мере, одной полоски отражательных средств,
- подача электрического сигнала на, по меньшей мере, одно эмиттерное средство, осуществляющее электрическое взаимодействие с несколькими отражательными средствами, и
- получение электрического сигнала от, по меньшей мере, одного приемного средства, осуществляющего электрическое взаимодействие, по меньшей мере, с несколькими отражательными средствами.
При этом, по меньшей мере, одна полоска отражательных средств установлена с возможностью перемещения относительно, по меньшей мере, эмиттерного средства и, по меньшей мере, одного приемного средства таким образом, чтобы обеспечить наличие однозначно определяемого электрического параметра, такого как емкость, для каждого из нескольких дискретных положений, по меньшей мере, одной полоски отражательных средств относительно, по меньшей мере, одного эмиттерного средства и, по меньшей мере, одного приемного средства.
Предусмотрена возможность одновременно подавать на первый и второй эмиттеры соответственно первый и второй электрические сигналы, не совпадающие по фазе приблизительно на 180°. Сигналы могут являться переменными сигналами с частотой в интервале 50-150 кГц (например, в интервале 90-110 кГц). Частоты первого и второго сигналов могут быть смещены относительно друг друга на 8-10%.
В своем четвертом аспекте настоящее изобретение относится к бесконтактному прибору, встроенному в устройство подачи препарата и предназначенному для определения абсолютного положения первого компонента, установленного с возможностью перемещения относительно второго компонента. Движение первого компонента ограничено участком между первым и вторым концевыми положениями, а указанный прибор содержит:
- по меньшей мере, одну полоску отражательных средств, связанную с первым компонентом,
- по меньшей мере, одно эмиттерное средство, связанное со вторым компонентом и выполненное с возможностью электрического взаимодействия с несколькими отражательными средствами,
- по меньшей мере, одно приемное средство, связанное со вторым компонентом и выполненное с возможностью электрического взаимодействия с несколькими отражательными средствами.
При этом первый компонент установлен относительно второго компонента таким образом, чтобы обеспечить однозначно определяемый электрический параметр, такой как емкость, для каждого положения первого компонента относительно второго компонента.
Данный прибор, как и прибор согласно первому аспекту, может быть использован для определения дозы препарата, инъецируемого из устройства подачи препарата. При этом указанное определение осуществляют посредством оценки углового положения компонента, задающего дозу. В порядке альтернативы или дополнительно прибор согласно изобретению можно использовать для определения количества препарата, инъецированного из устройства подачи препарата, оценивая изменение углового положения компонента, задающего дозу, когда указанный компонент поворачивают из положения, задающего дозу, в исходное положение.
Предусмотрена также возможность придания, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одной полоски отражательных средств спиральной, кольцевой или линейной конфигурации. Указанное средство может иметь плавающий электрический потенциал. Это означает, что электрически соединять указанное средство с источником электрического напряжения необязательно. По меньшей мере, одну полоску отражательных средств можно поместить на компоненте устройства подачи препарата (например, на барабане с указателем дозы), установленного с возможностью поворота. Очевидно, что в случае расположения, по меньшей мере, одной полоски отражательных средств вдоль, по существу, спиральной траектории прибор согласно данному аспекту настоящего изобретения будет обладать способностью определять абсолютное положение указанного компонента в пределах угла вращения, превышающего один полный оборот.
В одном из вариантов осуществления изобретения в рамках четвертого аспекта предусмотрено наличие единственной полоски отражательных средств. Такая полоска может содержать последовательность расположенных по спирали электропроводных элементов, размещенную на компоненте устройства подачи препарата, установленного с возможностью поворота. Размерные параметры (например, длина) электропроводных элементов, формирующих указанную полоску, могут плавно изменяться вдоль осевого направления их последовательности.
В другом варианте осуществления изобретения в рамках четвертого аспекта предусмотрена возможность наличия первой и второй полосок отражательных средств. Указанные полоски можно расположить, по существу, взаимно параллельно. Как и в первом варианте осуществления, каждая из этих полосок может содержать последовательность расположенных по спирали электропроводных элементов, размещенную на компоненте устройства подачи препарата, установленного с возможностью поворота. При этом периодичность расположения указанных элементов первой и второй полосок характеризуется соответственно первым и вторым периодами, причем предпочтительно сделать эти периоды отличающимися друг от друга.
В отличие от отражательных элементов, которые размещены на поворотной части устройства подачи препарата (например, на барабане с указателем дозы), по меньшей мере, один эмиттер можно поместить на невращающейся части указанного устройства (например, на внутренней поверхности его корпуса). Аналогичным образом на указанной части (например, на внутренней поверхности корпуса) можно поместить также, по меньшей мере, один приемный элемент.
Каждая из первой и второй полосок отражательных средств может представлять собой, по существу, непрерывную дорожку из электропроводного материала. Ширина указанных дорожек может изменяться по осевому направлению полосок. Так, первая полоска в своей исходной точке может иметь узкую ширину, увеличивающуюся у конечной точки. Вторая полоска, наоборот, в исходной точке может иметь значительную ширину, сужающуюся у конечной точки.
Используя сочетание, по меньшей мере, одного эмиттера и нескольких отражательных средств, можно сформировать конденсатор. Аналогичным образом конденсатор можно сформировать как сочетание, по меньшей мере, одного приемного элемента и нескольких отражательных средств.
В альтернативном варианте, по меньшей мере, один эмиттер и несколько отражательных средств можно выполнить с возможностью индуктивного взаимодействия между ними. Таким же образом можно выполнить, по меньшей мере, один приемный элемент и несколько отражательных средств. Чтобы обеспечить указанное индуктивное взаимодействие, по меньшей мере, один эмиттер и, по меньшей мере, один приемный элемент можно снабдить обмоткой, выполненной с возможностью генерирования и восприятия магнитного поля соответственно. При этом предусмотрена возможность придать указанным отражательным средствам конфигурацию, которая обеспечивает поддерживание вихревых токов, индуцированных, по меньшей мере, одним эмиттером.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения для каждой полоски предусмотрено наличие двух эмиттерных и одного приемного средств. Все перечисленные средства можно расположить вдоль, по существу, прямой линии, поместив приемное средство между двумя эмиттерными.
Кроме того, прибор может содержать средство обработки данных, которое обрабатывает сигнал или сигналы, поступающие от, по меньшей мере, одного приемного средства, а также средство генерации, генерирующее сигнал или сигналы и подающее его (их) на, по меньшей мере, одно эмиттерное средство. В качестве таких средств обработки и генерации можно использовать устройства обычного и хорошо известного типа.
В своем пятом аспекте настоящее изобретение относится к бесконтактному способу определения абсолютного положения первого компонента, установленного в устройстве подачи препарата с возможностью перемещения относительно второго компонента. При этом первый компонент ограничен в своем движении участком между первым концевым положением и вторым концевым положением. Данный способ включает в себя следующие операции:
- обеспечение наличия, по меньшей мере, одной полоски отражательных средств, связанной с первым компонентом,
- подача электрического сигнала на, по меньшей мере, одно эмиттерное средство, связанное со вторым компонентом и осуществляющее электрическое взаимодействие с несколькими отражательными средствами,
- получение электрического сигнала от, по меньшей мере, одного приемного средства, связанного со вторым компонентом и осуществляющего электрическое взаимодействие, по меньшей мере, с несколькими отражательными средствами.
При этом первый компонент установлен относительно второго компонента таким образом, чтобы обеспечить наличие однозначно определяемого электрического параметра, такого как емкость, для каждого положения первого компонента относительно второго компонента.
Как и применительно ко второму аспекту изобретения, предусмотрена возможность одновременно подавать на первый и второй эмиттеры соответственно первый и второй электрические сигналы, не совпадающие по фазе приблизительно на 180°. Сигналы могут являться переменными сигналами с частотой в интервале 50-150 кГц (например, в интервале 90-110 кГц). Частоты первого и второго сигналов могут быть смещены относительно друг друга на 8-10%.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, где:
фиг.1 иллюстрирует принцип действия настоящего изобретения,
на фиг.2 представлены две полоски отражательных элементов и связанные с каждой полоской пара эмиттеров и два приемных элемента,
фиг.3 иллюстрирует секцию двух полосок отражательных элементов, а также связанные с каждой полоской пару эмиттеров и два приемных элемента,
фиг.4 иллюстрирует две полоски отражательных элементов с плавно изменяющейся шириной,
фиг.5 иллюстрирует единственную полоску отражательных элементов с плавно изменяющимся периодом,
фиг.6a-d иллюстрирует различные конфигурации системы эмиттер/приемный элемент,
фиг.7 иллюстрирует единственную полоску отражательных элементов с плавно изменяющимся периодом, разделенную на 60 дискретных позиций, каждая из которых соотнесена с заданной емкостью,
фиг.8 иллюстрирует устройство подачи препарата с полосками отражательных элементов, расположенными по окружности барабана с указателем дозы.
Хотя для изобретения приемлемы различные модификации и альтернативные формы, на чертежах и в следующем далее подробном описании, только в качестве примеров, приведены конкретные варианты его осуществления. Однако должно быть понятно, что изобретение не следует ограничивать представленными вариантами, т.к. оно охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, которые попадают в границы идеи и объема изобретения, определенные прилагаемой формулой.
Осуществление изобретения
В своем наиболее общем аспекте настоящее изобретение относится к прибору, предназначенному для бесконтактного определения положения и оценивающему абсолютное угловое положение компонента, задающего дозу и встроенного в устройство подачи препарата. Указанное положение, характеризующее дозу препарата, инъецируемого из устройства подачи препарата, определяют на основе информации, полученной в результате емкостного или индуктивного взаимодействия между эмиттерами и приемными элементами, причем как те, так и другие расположены на невращающемся компоненте устройства подачи препарата (например, на его корпусе). Взаимодействие между эмиттерами и приемными элементами обеспечивается посредством отражательных элементов, установленных на поворотном компоненте устройства (например, на барабане с указателем дозы). Отражательные элементы выполнены в виде одной или нескольких полосок, имеющих спиральную, кольцевую или линейную конфигурацию. Прибор согласно изобретению можно применять как для установки дозы, инъецируемой из устройства подачи препарата, так и для определения количества препарата, реально инъецированного из указанного устройства.
Электрическое взаимодействие между эмиттерами и приемными элементами посредством отражательных элементов можно реализовать в емкостном или индуктивном варианте. В первом случае эмиттеры совместно с приемными и отражательными элементами образуют, по существу, планарные структуры, выполняющие функцию обкладок конденсатора. В случае индуктивной связи эти же элементы функционируют как индукторы (в частности, обмотки), сформированные, например, на гибкой печатной плате.
В общем случае сигналы передаются (посредством отражательных элементов) к приемным элементам от эмиттеров за счет подачи на последние сигнала цифрового генератора тактовых импульсов. Например, на два эмиттера, электрически взаимодействующие с одной и той же полоской отражательных элементов, можно подать указанный сигнал, имеющий частоту около 100 кГц. Однако относительно друг друга эти сигналы должны не совпадать по фазе на 180°.
Чтобы избежать смешивания сигналов двух соседних полосок, сигналы цифрового генератора тактовых импульсов смещены по частоте относительно друг друга на 8-10%. Так, если на эмиттеры, электрически взаимодействующие с первой полоской отражательных элементов, подается сигнал цифрового генератора тактовых импульсов, частота которого составляет 100 кГц, частота такого же сигнала, подающегося на эмиттеры, электрически взаимодействующие со второй полоской отражательных элементов, равна 108-110 кГц.
При перемещении отражательных элементов относительно эмиттеров и приемных элементов приемные элементы, расположенные, например, между двумя эмиттерами, детектируют переменное значение емкости между эмиттерами, отражательными элементами и приемными элементами.
Фиг.1 иллюстрирует общий принцип действия настоящего изобретения. Прибор, изображенный на указанном чертеже, состоит из зафиксированной верхней части и отмеченной стрелками подвижной нижней части. На верхней части по обе стороны от приемного элемента 2 расположены два эмиттера 1, 3. На подвижной части изображен единственный отражательный элемент 4. Как видно из чертежа, эмиттер 1, отражательный элемент 4 и приемный элемент 2 образуют конденсатор, составленный из двух последовательно соединенных конденсаторов. Такой же составной конденсатор образуют эмиттер 3, отражательный элемент 4 и приемный элемент 2. Очевидно, что емкости этих двух конденсаторов зависят от положения отражательного элемента относительно эмиттеров и приемного элемента. На каждый эмиттер поданы несовпадающие по фазе на 180° сигналы цифрового генератора тактовых импульсов, частота которых составляет около 100 кГц. Когда на каждый из эмиттеров 1, 3 подан сигнал цифрового генератора тактовых импульсов, приемный элемент 2 детектирует сигналы, переданные конденсаторами (т.е. сигналы, переданные от каждого из эмиттеров 1, 3 на приемный элемент 2). Детектированные сигналы направляются в блок обработки данных, где согласно хорошо известным методам определяется положение верхней части относительно нижней.
На фиг.2 представлены первая и вторая полоски отражательных элементов. Как видно из указанного чертежа, по сравнению со второй полоской первая полоска имеет более короткий период. После примерно семи периодов вторая полоска, имеющая увеличенный период, фактически возвращается в свое исходное состояние. С каждой полоской связаны пара эмиттеров и один приемный элемент. Поскольку по сравнению со второй полоской первая полоска имеет укороченный период, система эмиттер - приемный элемент - эмиттер, связанная с первой полоской, короче, чем соответствующая система, связанная со второй полоской. В процессе функционирования указанная система, связанная с первой полоской, перемещается вдоль осевого направления этой полоски. Аналогичным образом такая же система, связанная со второй полоской, перемещается вдоль осевого направления второй полоски.
Фиг.3 иллюстрирует перемещение двух полосок отражательных элементов относительно пары эмиттеров (U0, U180) и расположенного между ними приемного элемента. Отражательные элементы помещены на поворотной части устройства подачи препарата (например, на компоненте, задающем дозу), а эмиттеры и приемные элементы - на его невращающейся части (например, на корпусе). По сравнению с нижней полоской длина отражательных элементов верхней полоски немного короче, причем в типичном случае указанная разница составляет примерно 10%. Как показано на фиг.3, вдоль обеих полосок отражательные элементы повторяются. В процессе функционирования система эмиттер - приемный элемент - эмиттер перемещается вдоль осевого направления полосок отражательных элементов, а сигналы, детектированные двумя приемными элементами, постоянно передаются в блок обработки. В представленном варианте осуществления изобретения сигналы от эмиттеров U0 и U180 передаются на приемные элементы посредством емкостной связи.
Сигналы, детектированные приемными элементами, представляют собой взвешенную сумму сигналов, генерированных эмиттерами U0 и U180. В результате, когда отражательный элемент согласован по положению с эмиттером U0 и приемным элементом, в детектированном сигнале доминирует компонент от эмиттера U0. Аналогичным образом, когда отражательный элемент согласован по положению с эмиттером U180 и приемным элементом, в детектированном сигнале доминирует компонент от эмиттера U180. Следовательно, генерированный сигнал сильно зависит от взаимного положения отражательного элемента и системы эмиттер - приемный элемент - эмиттер. Если указанная система перемещается на несколько периодов отражательного элемента, для каждой полоски детектируется периодический сигнал. Такие периодические сигналы (по одному для каждой полоски) представлены на фиг.2. Чтобы избежать смешивания сигналов двух полосок, показанных на фиг.2 и 3, сигналы, поданные на эмиттеры 1, 3, смещены по частоте на 8-10% относительно сигналов, поданных на эмиттеры 1' и 3'.
Фиг.4 иллюстрирует другой вариант осуществления изобретения. В этом варианте полоски R1 и R2 отражательных элементов сформированы в виде непрерывных дорожек, плавно увеличивающихся/уменьшающихся по ширине. На каждый из эмиттеров G1 и G2 подаются сигналы цифрового генератора тактовых импульсов, имеющие частоту около 100 кГц. При перемещении эмиттеров G1, G2 и приемных элементов S1, S4 вдоль осевого направления полосок R1, R2 указанные приемные элементы детектируют соответствующие сигналы. Как и в варианте осуществления, представленном на фиг.3, сигналы цифрового генератора тактовых импульсов передаются от эмиттеров G1, G2 на приемные элементы S1, S4 посредством емкостной связи. Положение элементов G1, G2 и S1, S4 определяется путем сопоставления установленной емкости со значениями из просмотровой таблицы, в которой интервал значений емкости соотнесен с положениями элементов вдоль осевого направления полосок R1 и R2.
На фиг.5 представлен третий вариант осуществления изобретения. В отличие от предыдущих вариантов в данном случае имеется только единственная полоска отражательных элементов, прикрепленная к задающему дозу компоненту (не показан), встроенному в устройство подачи препарата. У данной полоски форма отражательных элементов изменяется вдоль ее осевого направления синусоидальным образом. В добавление к такому изменению формы отражательных элементов их период плавно увеличивается/уменьшается. Предусмотрено наличие комплекта из четырех электродов, прикрепленных к корпусу устройства подачи препарата и детектирующих положение компонента, задающего дозу, относительно указанного корпуса и, тем самым, установленную дозу. Электроды имеют прямоугольную конфигурацию и размещены на небольшом расстоянии друг от друга. Их положение относительно полоски отражательных элементов, т.е. нахождение компонента, задающего дозу, в определенном положении относительно указанного корпуса, идентифицируется посредством использования (альтернативным образом) одного из электродов в качестве эмиттера, а остальных - в качестве единого приемного элемента. Такой вариант проиллюстрирован на фиг.6a-d, где емкость (для данного положения на полоске отражательных элементов) определяется для четырех различающихся между собой конфигураций эмиттер/приемный элемент. Совокупность емкостей для 60 дискретных положений вдоль указанной полоски отражательных элементов проиллюстрирована на фиг.7b.
В конфигурации, представленной на фиг.6а, управление левым электродом производится в режиме эмиттера, а три правых электрода выполняют функцию единого приемного элемента. В этой (первой) конфигурации заданный сигнал передается от эмиттера к приемным элементам за счет емкостного взаимодействия. Указанный сигнал соотносится с данной совокупной емкостью в пространстве между эмиттером и приемным элементом. В конфигурации, представленной на фиг.6b, в качестве эмиттера использован электрод, расположенный вторым слева, а первый, третий и четвертый электроды применены в виде единственного общего приемного элемента. Аналогичным образом в конфигурации, представленной на фиг.6с, в качестве эмиттера использован электрод, расположенный третьим слева, а в виде единственного общего приемного элемента применены первый, второй и четвертый электроды. Наконец в конфигурации, представленной на фиг.6d, в качестве эмиттера использован электрод, расположенный последним, а в виде единственного общего приемного элемента применены первые три электрода. Очевидно, что емкость, сформированная посредством отражательного элемента в пространстве между эмиттером и приемными элементами, зависит от конфигурации системы, т.е. от того, какие именно электроды выполняют функции эмиттера и приемных элементов. Значения суммарной емкости Ctot для различающихся между собой конфигураций проиллюстрированы на соответствующих фиг.6a-d.
На фиг.7а показан рисунок (паттерн) отражательного элемента, содержащий 15 периодов синусоидального профиля. Отношение ширины первого периода к ширине последнего равно 4. Разделив указанные 15 периодов на 60 отрезков, соответствующих относительным положениям, можно определить емкость, связанную с каждым из этих 60 положений (см. фиг.7b). Такое деление на 60 дискретных положений задает угловое разрешение компонента, задающего дозу и встроенного в устройство подачи препарата. Таким образом, указанный компонент может быть установлен в 60 дискретных положений, расположенных от начала до конца полоски. Указанные 60 положений могут занимать более одного полного оборота компонента, задающего дозу, например два, три или даже больше оборотов, причем необязательно, чтобы количество оборотов составляло целое число. Следует отметить, что, в принципе, некоторые значения емкостей, представленных на фиг.7b, могут показаться совпадающими между собой. Однако в данном случае такое совпадение не имеет места - все представленные емкости имеют различающиеся значения.
На фиг.8 показан барабан с указателем дозы, на котором расположена пара полосок отражательных элементов. Как видно из указанного чертежа, полоски размещены взаимно параллельно, причем каждая полоска расположена вокруг барабана, по существу, по спирали.
1. Бесконтактный прибор в устройстве подачи медицинского препарата, предназначенный для определения абсолютного углового положения первого компонента, установленного с возможностью поворота относительно второго компонента, при этом первый компонент ограничен в своем движении участком между первым концевым положением и вторым концевым положением с возможностью установки в положения, занимающие более одного полного оборота указанного компонента, а прибор содержит:
по меньшей мере, одну полоску отражательных средств (4), связанную с первым компонентом,
по меньшей мере, одно эмиттерное средство (1, 3), связанное со вторым компонентом и выполненное с возможностью электрического взаимодействия с несколькими отражательными средствами (4),
по меньшей мере, одно приемное средство (2), связанное со вторым компонентом и выполненное с возможностью электрического взаимодействия с несколькими отражательными средствами,
средство генерации для генерирования сигнала или сигналов и подачи генерируемого сигнала (генерируемых сигналов) на, по меньшей мере, одно эмиттерное средство (1, 3), и
средство обработки для обработки сигнала или сигналов от, по меньшей мере, одного приемного средства (2),
причем, по меньшей мере, одна полоска отражательных средств имеет спиральную или линейную конфигурацию, расположена с возможностью перемещения относительно, по меньшей мере, одного эмиттерного средства (1, 3) и, по меньшей мере, одного приемного средства (2) и выполнена таким образом, что в результате емкостного или индуктивного взаимодействия обеспечивается однозначно определяемый электрический параметр для каждого положения первого компонента относительно второго компонента.
2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что содержит единственную полоску отражательных средств.
3. Прибор по п.2, отличающийся тем, что единственная полоска отражательных средств содержит последовательность расположенных по спирали электропроводных элементов, размещенную на первом компоненте устройства подачи медицинского препарата, а размеры электропроводных элементов, образующих полоску, плавно изменяются вдоль осевого направления указанной последовательности.
4. Прибор по п.1, отличающийся тем, что содержит первую и вторую полоски отражательных средств, расположенные, по существу, взаимно параллельно.
5. Прибор по п.4, отличающийся тем, что каждая из первой и второй полосок отражательных средств содержит последовательность расположенных по спирали электропроводных элементов, размещенную на первом компоненте устройства подачи медицинского препарата, причем электропроводные элементы первой полоски задают первый период, а электропроводные элементы второй полоски задают второй период, который отличается от первого периода.
6. Прибор по п.1, отличающийся тем, что один или более эмиттеров расположен (расположены) на части устройства подачи препарата, выполненной без возможности поворота.
7. Прибор по п.1, отличающийся тем, что один приемный элемент или более расположен (расположены) на установленной с невозможностью поворота части устройства подачи препарата.
8. Прибор по п.4, отличающийся тем, что каждая из первой и второй полосок отражательных средств содержит, по существу, непрерывную дорожку из электропроводного материала, при этом каждая из указанных первой и второй, по существу, непрерывных дорожек из электропроводного материала имеет ширину, которая изменяется вдоль осевого направления полоски.
9. Прибор по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один эмиттер и несколько отражательных средств в сочетании образуют конденсатор.
10. Прибор по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно приемное устройство и несколько отражательных средств в сочетании образуют конденсатор.
11. Прибор по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один эмиттер и несколько отражательных средств выполнены с возможностью индуктивного взаимодействия между собой.
12. Прибор по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один приемный элемент и несколько отражательных средств выполнены с возможностью индуктивного взаимодействия между собой.
13. Прибор по п.11, отличающийся тем, что каждый из, по меньшей мере, одного эмиттера и, по меньшей мере, одного приемного элемента содержит обмотку, выполненную с возможностью генерирования и восприятия магнитного поля соответственно.
14. Прибор по п.11, отличающийся тем, что нескольким отражательным средствам придана конфигурация, обеспечивающая поддерживание вихревых токов, индуцированных эмиттерами.
15. Прибор по п.1, отличающийся тем, что содержит два эмиттерных средства и одно приемное средство для каждой полоски отражательных средств.
16. Прибор по п.15, отличающийся тем, что два эмиттерных средства и одно приемное средство для каждой полоски отражательных средств расположены, по существу, вдоль прямой линии, причем приемное средство расположено между двумя эмиттерными средствами.
17. Устройство подачи препарата, такое как шприц, содержащее прибор, выполненный в соответствии с любым из предыдущих пунктов.
18. Бесконтактный способ определения абсолютного углового положения первого компонента, установленного в устройстве подачи медицинского препарата с возможностью поворота относительно второго компонента, при этом первый компонент ограничен в своем движении участком между первым концевым положением и вторым концевым положением с возможностью установки в положения, занимающие более одного полного оборота указанного компонента, а способ включает операции:
обеспечения наличия, по меньшей мере, одной полоски отражательных средств (4), связанной с первым компонентом; по меньшей мере, одного эмиттерного средства (1, 3), связанного со вторым компонентом и осуществляющего электрическое взаимодействие с несколькими отражательными средствами (4); по меньшей мере, одного приемного средства (2), связанного со вторым компонентом и выполненного с возможностью электрического взаимодействия с несколькими отражательными средствами (4); средства генерации для генерирования сигнала или сигналов и подачи генерируемого сигнала (генерируемых сигналов) на, по меньшей мере, одно эмиттерное средство (1, 3) и средство обработки для обработки сигнала или сигналов от, по меньшей мере, одного приемного средства (2),
подачи средством генерации генерируемого сигнала (генерируемых сигналов) на, по меньшей мере, одно эмиттерное средство (1, 3); и
получения электрического сигнала от, по меньшей мере, одного приемного средства (2) и его обработки средством обработки для определения абсолютного углового положения первого компонента относительно второго компонента,
причем, по меньшей мере, одна полоска отражательных средств имеет спиральную или линейную конфигурацию, расположена с возможностью перемещения относительно, по меньшей мере, одного эмиттерного средства (1, 3) и, по меньшей мере, одного приемного средства (2) и выполнена таким образом, что в результате емкостного или индуктивного взаимодействия обеспечивается однозначно определяемый электрический параметр для каждого положения первого компонента относительно второго компонента.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что на первый эмиттер подают первый электрический сигнал, а на второй эмиттер подают второй электрический сигнал, при этом первый и второй электрические сигналы не совпадают по фазе приблизительно на 180°.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что электрические сигналы, подаваемые на первый и второй эмиттеры, являются переменными сигналами с частотой в интервале 50-150 кГц, например в интервале 90-110 кГц.
21. Способ по п.19 или 20, отличающийся тем, что частота первого электрического сигнала отличается от частоты второго электрического сигнала.
22. Способ по п.21, отличающийся тем, что частота второго электрического сигнала смещена на 8-10% относительно частоты первого электрического сигнала.
