用于多个远程传感器的感测设备和方法技术

一种传感器设备至少包括在轴杆(例如，导丝或导管)的端部处的两个传感器。一个传感器使用在第一频率范围和第一电压范围内的信号，而另一个传感器使用在与第一频率范围不同的第二频率范围和与第一电压范围不同的第二电压范围内的信号。基于频率分析使第一传感器短路，从而防止第一传感器暴露于与第二传感器相关联的信号。这使得能够由沿着轴杆的相同共享电线对驱动两个传感器并自动选择合适的传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多个远程传感器的感测设备和方法
本专利技术涉及在诸如导管之类的轴杆的远端处结合感测功能的设备。
技术介绍
微创手术方法要求在导丝和导管的末端处实施用于成像或用于生理参数监测的传感器。然而，这些仪器的尺寸非常有限，因此在集成所要求的感测功能方面提出了重要的挑战。能够将微机电系统(MEMS)传感器与ASIC技术集成在一起，并且在很小的面积内实现先进的成像功能和/或感测功能。体内传感器与体外传感器系统之间的互连也必须进行优化，这基本上意味着必须将系统电线的数量减到最少。由于可用于布线的空间有限，因此低电线数很重要。例如，冠状动脉导丝的典型外径为360μm。低电线数也很重要，因为这会简化系统电线与传感器管芯的焊接或其他接合。一种已知的传感器解决方案是用于医学导丝的电容式压力传感器。压力感测导丝被称为压力丝。电容式压力感测设备与其读出电路整体集成。图1示出了这种装置，其包括在轴杆12的一(近)端处的传感器控制系统10和在另一(远)端处的压力传感器14。电线对16沿着轴杆延伸。该解决方案仅使用两个电接口信号。一个电接口信号是在这对电线中的一根电线上的接地信号，而另一个电接口信号承载传感器直流电源电压(例如，2.5V)并且还承载调频电流作为传感器信号。该调频由传感器控制系统10来读取。基于两个信号的连接方案非常重要，因为它简化了系统电线与小型传感器管芯的焊接和接合。信号经由两条导电带从轴杆(例如，导管)的远端传输到轴杆(例如，导管)的近端。已经提出将压力传感器和流量传感器集成在单个导丝中。已知的流量传感器基于多普勒超声，并且使用常规的超声换能器元件，该常规的超声换能器元件被置于在导丝中向前看。优选地，该解决方案应当使用两根电线，如图2所示。这两根电线16并联连接到压力传感器14和流量传感器15。流量传感器15是高压传感器，而压力传感器是低压传感器。这意味着它们不能轻易地由相同的电源驱动，而是需要在高压传感器与低压传感器之间进行选择的切换解决方案，但在理想情况下不需要额外电线。这具有挑战性，因为如果不能充分保护免受高压传感器信号的影响，低压传感器就会损坏。当使用双极性脉冲来激励高压传感器(如在超声换能器传感器的情况下)时，这会变得更具挑战性。举例来说，可以在低压读出电路中集成高压晶体管开关。当施加高压信号时，开关断开以将低压传感器与信号电线16所承载的电压相隔离。然而，这样的开关将仅针对一种信号极性来保护低压读出电路。对于相反的信号极性，寄生PN结可能开始导通，因此隔离功能将会失效。仍然需要解决方案来使得高压传感器和低压传感器能够由一对共用电线来供电，同时保护低压传感器免受高压传感器的高压的影响。特别地，这种保护应当无需任何额外控制电线即可实现。ArjanKolling等人的文章“Two-LeadMultiplexSystemforSensorArrayApplications”(《传感器和致动器》，第17卷，第3-4期，1989年5月17日，第623-628页(XP026575381))公开了一种双电线传感器多路复用方法，其中，传感器芯片顺序连接到共享引线对。传感器芯片都是相同的。
技术实现思路
本专利技术由权利要求来限定。基于根据本专利技术的一个方面的示例，提供了一种传感器设备，包括：轴杆；电线对，其沿着所述轴杆延伸；感测头，其在所述轴杆的远端处，所述感测头被连接到所述电线对，其中，所述感测头包括：第一传感器，其与由所述电线对承载的在第一频率范围和第一电压范围内的信号相关联；第二传感器，其与由所述电线对承载的在不同于所述第一频率范围的第二频率范围和不同于所述第一电压范围的第二电压范围内的信号相关联；以及短路电路，其包括短路开关和用于控制所述短路开关的切换的频率相关的滤波器电路，其中，所述短路电路适于：当在所述电线对上存在在所述第二频率范围内的信号时，通过闭合所述短路开关来至少基于频率使所述第一传感器短路，从而防止所述第一传感器暴露于与所述第二传感器相关联的信号。该设备使得能够由共享的连接电线对驱动两个使用不同电压和频率的传感器并自动选择合适的传感器。特别地，使第一传感器短路以保护其免受使用第二传感器得到的信号的影响。本专利技术基于以下构思：基于与两个传感器相关联的信号的不同的频率和/或电压幅值特性来实施该短路功能，使得例如当存在仅是第二传感器的特性的信号时，使第一传感器短路。这种短路提供保护功能，因为它会迫使在短路的传感器两端的电压差为零。注意，传感器可以与特定频率或电压范围的信号“相关联”，这是因为感测功能会生成这样的信号，或者因为被提供给传感器的传感器驱动信号具有这些特性，或者上述两种原因都有。例如通过使用电流驱动和电压感测或电压驱动和电流感测，可以同时驱动和读出一个激活的传感器。对于压力传感器，电源电压例如提供对传感器的驱动，并且感测基于电流。相反，驱动和感测可以是时间顺序的。流量传感器可以例如基于脉冲波多普勒超声原理。本专利技术可以应用于任何传感器类型，只要通过在两根电线中的一根或两根电线上得到的信号的频率和/或电压幅值特征能够区分这两种(或更多种)传感器类型即可。第一传感器的短路不会使信号电线短路，而会使针对第一传感器的输入短路。例如，电阻器可以与两条信号电线之间的短路开关串联。短路电路包括短路开关和用于控制短路开关的切换的频率相关的滤波器电路。当存在具有第二传感器独有的频率分量的大幅值信号时，将使第一传感器短路。因此，切换可以基于电压幅值以及频率。第二频率范围例如高于第一频率范围。在这种情况下，第二传感器是高频传感器，其中，在这两根电线中的至少一根电线上以大幅值的高频信号刺激第二传感器的使用。如果仅使用频率分离，则第一频率范围可以包括直流，并且可以包括在直流之上的窄频带，或者可以包括更宽的频带，只要该频带的顶部低于第二传感器的频率范围即可。无论哪个传感器处于有效状态，都可能存在(第一传感器所需的)直流分量。在这种情况下，仅当检测到具有足够幅值的高频信号时，开关才会开始导通。注意，替代方案是检测与第一传感器相关联的信号的直流特性。如果对于第二传感器不存在这样的直流分量，则可以将不存在直流分量用作切换短路的条件。所述短路电路例如包括短路开关和高通滤波器电路，所述高通滤波器电路用于在存在在所述第二频率范围内的信号时闭合所述短路开关。高通滤波器寻找第二传感器的信号特性。高通滤波器电路可以使用低通滤波器和比较器或者低通滤波器和晶体管来形成。所述第二电压范围例如高于所述第一电压范围。因此，第一传感器可能需要保护以免受作为第二传感器的操作的特性的第二范围内的电压的影响。所述第一传感器例如包括压力传感器。它可以包括基于直流驱动的电容式传感器，通过调制传感器电流来提供对压力值的编码。实际上，第一传感器通常可以将输出信号提供为在电线对上的调制电流。即使调制电流不是直流信号，其幅值也可能不足以触发频率相关的控制。因此，切换基于频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器设备，包括：/n轴杆(12)；/n电线对(16)，其沿着所述轴杆延伸；/n感测头(14、15)，其在所述轴杆的远端处，所述感测头被连接到所述电线对，其中，所述感测头包括：/n第一传感器(14)，其与由所述电线对承载的在第一频率范围和第一电压范围内的信号相关联；/n第二传感器(15)，其与由所述电线对承载的在不同于所述第一频率范围的第二频率范围和不同于所述第一电压范围的第二电压范围内的信号相关联；以及/n短路电路(32、34、36)，其包括短路开关(32)和用于控制所述短路开关(32)的切换的频率相关的滤波器电路(34)，其中，所述短路电路适于：当在所述电线对上存在在所述第二频率范围内的信号时，通过闭合所述短路开关来至少基于频率使所述第一传感器短路，从而防止所述第一传感器(14)暴露于与所述第二传感器(15)相关联的信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171115 EP 17201782.41.一种传感器设备，包括：
轴杆(12)；
电线对(16)，其沿着所述轴杆延伸；
感测头(14、15)，其在所述轴杆的远端处，所述感测头被连接到所述电线对，其中，所述感测头包括：
第一传感器(14)，其与由所述电线对承载的在第一频率范围和第一电压范围内的信号相关联；
第二传感器(15)，其与由所述电线对承载的在不同于所述第一频率范围的第二频率范围和不同于所述第一电压范围的第二电压范围内的信号相关联；以及
短路电路(32、34、36)，其包括短路开关(32)和用于控制所述短路开关(32)的切换的频率相关的滤波器电路(34)，其中，所述短路电路适于：当在所述电线对上存在在所述第二频率范围内的信号时，通过闭合所述短路开关来至少基于频率使所述第一传感器短路，从而防止所述第一传感器(14)暴露于与所述第二传感器(15)相关联的信号。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二频率范围高于所述第一频率范围。


3.根据权利要求1至2中的任一项所述的设备，其中，所述短路电路包括短路开关(32)和高通滤波器电路(34)，所述高通滤波器电路用于在存在在所述第二频率范围内的信号时闭合所述短路开关。


4.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，其中，所述第二电压范围高于所述第一电压范围。


5.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备，其中，所述第一传感器(14)包括压力传感器。


6.根据权利要求1至5中的任一项所述的设备，其中，所述第二传感器(15)包括流量传感器。


7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述流量传感器包括超声传感器。


8.根据权利要求1至7中的任一项所述的设备，其中，所述第一传感器(14)适于将输出信号提供为在所述电线...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·范伦斯，A·穆奈姆，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL