用于连接设备以使得能够在设备之间无线交换数据和/或功率的线缆单元

摘要

本发明涉及一种用于连接系统中的设备以使得能够在所述设备之间无线交换数据和/或功率的线缆单元，所述系统尤其是患者监测系统。所提出的线缆单元包括线缆(510)以及被布置在所述线缆的每个端部处的连接器(520、530)，所述连接器包括数据发送单元(522、532)和磁性耦合单元(521、531)，所述数据发送单元用于将数据发送到具有配对连接器的设备和/或从具有配对连接器的设备接收数据，所述磁性耦合单元用于通过使用电感耦合将功率发送到所述系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收功率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于连接系统中的设备以使得能够在所述设备之间无线交换数据和/或功率的线缆单元，所述系统尤其是患者监测系统。

背景技术

一般来说，设备的无线充电或供电是一种方便用户的既定技术。无线供电也能够用于恶劣的环境中，其中，当使用电流触点时，腐蚀或潮湿可能危及功能或安全。有诸如Qi、PMA、Rezense、WiPower的多种用于无线供电的标准，并且市场发展迅速。这些技术主要用于为电池供电的设备(例如，移动电话、平板电脑等)充电。对多个设备的充电是可能的。例如在Qi标准中，具有许多较小线圈的电源板是可用的，但是这些设备需要被精确定位为(在水平面中)彼此邻近。

高端患者监测正在从其在重症监护室(ICU、OR)中的传统应用扩展到诸如普通病房、医院到家庭、相关的初级护理等较低敏锐度环境。现有的高端产品的成功归因于整个产品线上的测量质量、其模块化、整体系统连接性、用户接口及其一致性(向后兼容)。与此同时，价值细分市场正在迅速扩展，以迎合其中低成本是主要考虑因素的新兴国家和较低敏锐度环境。在这些市场中，可能会对模块化、连接性和(有时)测量质量做出妥协。

在生活方式和运动领域中，也越来越多地使用生理测量结果(例如，心率、呼吸速率、SpO2)。

在所述的新的应用空间中，可穿戴(无绳)传感器、小型化和低功率是必要的。所有这些细分的基本要求都是一样的，即，与非妥协的患者电气安全相比有出色的测量质量。患者电气安全严格按照IEC 60601标准进行管理，并且在最差情况下(直接连接到心脏)指示最大泄漏电流为10μA，接地间隔为4kV，每次测量之间的间隔为1.5kV。另外，患者监测器必须能够承受由除颤器引起的高差分电压和来自手术刀的大RF电压。

常规的隔离和保护概念是基于感应功率耦合器(变压器)和光学数据耦合器以用于数据传送，然后在PCB与连接器引脚之间保持足够的爬电和间隙。

US 6819013 B2公开了一种用于患者连接设备的电隔离的组合功率与信号耦合器。插接站和能够与插接站插接的便携式设备均包括功率耦合器和电隔离的数据换能器。各自的功率耦合器包括磁导元件以及印刷电路板，该磁导元件包括中心极和外周极，该印刷电路板具有开口，中心极穿过该开口伸出。印刷电路板包括围绕中心极开口的绕组，该绕组包括插接站中的初级绕组和便携式设备中的次级绕组。当便携式设备与插接站插接时，便携式设备中的磁导元件和插接站中的磁导元件被布置为形成磁回路，并且便携式设备中的数据换能器以及插接站中的数据换能器被布置为交换数据。

US 2013/046197 A1公开了一种包括处理器、电池充电模块、存储设备以及一个或多个端口的插接装置，该插接装置被配置为与患者监测单元耦合。每个患者监测单元能用于监测患者的至少一个生理参数。电池充电模块通过端口向患者监测单元充电。存储设备存储通过端口从患者监测单元接收到的数据。处理器通过端口将更新发送给患者监测单元。端口可以包括接收来自患者监测单元的线缆的插头的插座。插接设备可以包括与对应的患者监测单元相关联的多个分离的插接壳体。这些插接壳体以菊链方式接合在一起。插接设备还可以包括在单个壳体中的多个插接凹槽，其中，每个插接凹槽与对应的患者监测单元相关联。

Mark Cantrell：“Digital Isolator Simplifies USB Isolation in Medicaland Industrial Applications”(Analog Dialogue 43-06，2009年6月，XP055052417，www.analog.com/analogdialogue)公开了利用USB来施加隔离的各种方式，例如，隔离的线缆接口包括支持低速和全速USB>

发明内容

本发明的目的是提供一种用于连接系统中的设备以使得能够在所述设备之间无线交换数据和/或功率的线缆单元，所述线缆单元能够被无缝地集成到设备的系统中，使得在各种场景和环境中的所述系统内的工作流程更容易，并且保证数据和功率的一致性交换。

在本发明的一个方面中，提出了一种用于连接系统中的设备以使得能够在所述设备之间无线交换数据和/或功率的线缆单元，所述系统尤其是患者监测系统，所述线缆单元包括：

-线缆；以及

-连接器，其被布置在所述线缆的每个端部处，所述连接器包括数据发送单元和磁性耦合单元，所述数据发送单元用于将数据发送到具有配对连接器的设备和/或从具有配对连接器的设备接收数据，所述磁性耦合单元用于通过使用电感耦合将功率发送到所述系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收功率。

在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。

无线测量，例如在临床环境中，通常越来越重要。然而，常规的无线数据和电池供电的监测设备在高敏锐度(OR、ICU)环境中不可靠且不安全。另外，无线发送的数据和功率的一致性和完整性也是需要解决的重要问题。另外，可用的无线电频谱容量有限，尤其是在像医院这样的拥挤区域中，线缆杂波仍然是有线传感器的一个重要缺陷。总之，强烈需要一种用于数据和功率的可靠的有线连接技术，这种连接技术普遍适用于所有患者监护环境，并且通常能够用于系统的设备之间的数据和功率的发送。

本发明基于这样的思想：即，提供一种线缆单元(也被称为耦合线缆，其利用非接触式和无绳连接器方法(例如通过使用RF发送)以用于感应式功率发送和数据发送。该线缆单元形成用于(双向)数据和功率信号的保护管道，对磁功率和数据的信号衰减很小，并且提供对外部和内部的串扰和干扰的屏蔽。

所提出的线缆单元的益处在于它保持了系统的其他设备也使用的连接技术，以使得能够使用相同的数据链路和相同的供电对系统内的所有设备和模块进行灵活且任意的耦合。通常，线缆单元不是依赖于无线电标准的。它能够用于BT、BT-LE、Wi-Fi、Ant等。能够为任何需要的频带优化带宽，例如，430MHz、2.4GHz和/或5GHz的应用。有保证的功率传输和高度完整的数据链路提供一致的测量功能。另外，通过屏蔽和发送功率减小来实现RF频谱的占用减少(在使用RF数据发送的情况下，如在实施例中所提出的)，这是如医院和家庭等拥挤区中的重要特征。又另外，能够进行有线应用与无线应用之间的无缝转换，即，只有在真正需要时才使用有线单元，并且能够在整个架构上使用相同的有线单元。不提供电流触点，使得线缆单元由此易于清洁且易于更换。还可以提供额外的电流隔离。

所提出的方法的优点是非接触式功率传输避免了对电流触点的需要并且提供了隐式电流隔离。另外，由于通过磁性耦合与系统的其他设备共同接口连接，因此能够安装简单的工作流程，即，所有设备优选使用相同(机械和电气)接口。

在实施例中，所述线缆单元还包括：第二连接器(或者甚至更多的连接器)，其被布置在所述线缆的至少一个端部处，用于同时向两个设备发送数据和/或从两个设备接收数据，并且/或者用于同时向两个设备发送功率和/从两个设备接收功率。这允许连接两个或更多个这样的线缆单元并且使用这样的线缆单元来形成菊链或星形配置。因此，数据和/或功率的同时双向交换是可能的。

双向功率传输可以通过两个完全成熟的单向磁性供电通道来实现，例如，在Qi标准或PowerMat标准中对其进行标准化。这需要四个线圈(两个发送线圈和两个接收线圈)。在另一实施例中，可以使用被复用到两个线圈的两组单向磁性供电通道。又另外，可以使用一组双向磁性供电通道(两个发送/接收线圈)。

可以(在两个连接器中)存在有源部件，以将磁(Qi)功率信号转换为清洁/稳定的直流电或正弦交流电，然后再通过线缆发送该直流电或正弦交流电。这限制了由于功率信号进入无线电通道所引起的串扰和干扰。所述部件的位置优选位于(一个或多个)连接器中，但是所述部件也能够被分布在线缆单元(的部分)上，例如在被集成在线缆套管中的柔性箔片上。

在另一实施例中，所述线缆单元还包括：密封壳体，其被布置在所述线缆的每个端部处，被布置在所述线缆的各自的端部处的一个或多个所述连接器被布置在所述密封壳体中。密封壳体(例如，线缆每个端部处的密封盒)是鲁棒的，受到良好保护并且流体密封，并且优选没有边缘和凹槽。线缆单元因此易于清洁且易于更换。所述密封壳体优选被配置为允许将所述线缆单元堆叠到具有配对连接器的其他设备。

另外，可以使用容易的卡入机构或滑入机构和/或磁性固件将连接器对准并固定在用于功率传输的最优位置和/或改进无线数据发送性能。

所述线缆单元可以是纯无源的，即，它只是通过连接线圈来转发接收到的数据和功率。替代地，可以提供用于对接收到的数据进行数据处理、阻抗匹配、转换和/或存储的电子电路，例如，使得能够进行例如基带或光学数据发送的转换器，可以被添加到连接器或线缆本身的RF放大器和RF转发器。

在另一实施例中，所述线缆单元还包括：检测单元，其用于检测所述磁性耦合单元与另一设备的磁性耦合单元之间的磁性耦合的强度，以及控制单元，其用于在检测到的磁性耦合高于第一阈值并且/或者检测到的磁性耦合的增加高于第二阈值的情况下将所述数据发送单元切换到低功率模式中并且/或者启用所述磁性耦合单元，并且在检测到的磁性耦合低于第三阈值并且/或者检测到的磁性耦合的降低高于第四阈值的情况下将所述数据发送单元切换到高功率模式中并且/或者禁用所述磁性耦合单元。

本实施例基于这样的思想：利用能够以两种模式(即，近场模式和远场模式)操作的连接器技术。当线缆单元的连接器被机械连接到另一设备的配对连接器时，使用近场模式，在所述近场模式中，无线电(即，数据发送单元)切换到低功率模式，启用磁功率传输，并且将RF辐射和磁场与测量电子器件和外界相屏蔽。当不连接时，使用远场模式，在所述远场模式中，无线电切换到高功率模式以启用短程无线电通信并禁用磁功率传输。为了控制两种模式之间的切换，在检测器与潜在的配对连接器之间检测到磁性耦合和/或其增加或降低。然后使用针对磁性耦合和/或其增加/减低的预定阈值来决定不同模式之间的切换。

在另一实施例中，所述线缆单元还包括接近度检测器和控制单元，所述接近度检测器用于检测所述线缆单元到另一设备的接近度，所述控制单元用于在检测到设备接近所述线缆单元的情况下将所述数据发送单元切换到低功率模式中并且/或者启用所述磁性耦合单元，并且在检测到没有设备接近所述线缆单元的情况下将所述数据发送单元切换到高功率模式中并且/或者禁用所述磁性耦合单元。接近度检测器可以使用预定的距离阈值，所述距离阈值可以例如取决于设备和线缆单元的设计以及特定的应用。通常，可以使用用于检测线缆单元到另一设备的接近度的直接或间接手段。

能够被检测为“接近”的、线缆单元与另一设备之间的实际距离取决于例如磁性设计；一个标准可以是磁性耦合大于90％或者优选大于95％，或者最终大于99％。在示例性设计中，使用0.5mm+100μm(由于2*0.25mm的塑料壳体)的磁性距离。然而，取决于特定设计和/或应用，可以使用其他距离来代替。

在另一实施例中，所述数据发送单元被配置用于通过使用RF发送、光学发送、电容耦合或近场通信来发送数据。

优选地，所述连接器还包括载体，其中，所述数据发送单元包括RF天线和RF电路，所述RF电线被布置在所述载体中或上，所述RF电路用于驱动所述RF天线并且/或者获得由所述RF天线接收的RF信号。RF天线的各种设计通常是可能的。优选的天线设计包括RF天线被成形为条形、环形、平面倒F型或平面折叠偶极子的形式。另外，RF天线优选被布置为旋转对称，这避免了在连接它们时连接器相对于配对连接器的预定旋转定位。在示例性的实现方式中，可以使用四分之一波长的平面倒F型天线。

在另一实施例中，所述磁性耦合单元包括通量集中器和一个或多个线圈，所述通量集中器用于聚集磁通量，所述一个或多个线圈被布置在所述通量集中器的部分周围。因此，像变压器那样的电感耦合优选用于功率发送。

优选地，所述磁性耦合单元包括：

-环形通量集中器，其至少部分具有U形横截面，形成在所述U形的支腿之间的凹部，

-第一线圈，其被布置在所述通量集中器的凹部内，以及

-第二线圈，其被布置在所述凹部的外部，所述第一线圈被布置在所述凹部中，

其中，所述密封壳体被布置为允许所述电池模块堆叠到具有配对连接器的其他设备上，使得所述连接器的所述第一线圈与被堆叠到所述连接器上的连接器的第二线圈一起形成用于两者之间的感应式功率发送的第一变压器，并且/或者所述连接器的所述第二线圈与被堆叠到所述连接器上的第三连接器的第一线圈一起形成用于两者之间的感应功率传输的第二变压器。

该实施例基于这样的思想：提供模块化方法，使得多个设备和线缆单元能够被堆叠在彼此之上。通量集中器(例如，在变压器中使用的芯)、线圈以及尤其是壳体被配置为使得连接器中的两个或更多个能够被容易地堆叠在一起以实现期望的无线耦合，从而用于执行被堆叠在一起的连接器之间的无绳功率传输(并且任选地还有无线数据传输)。

当被堆叠时，上部线圈(即，第一线圈)和下部线圈(即，第二线圈)都被堆叠的连接器的通量集中器的部分的相同磁性材料包围，即，两个通量集中器的这些部分是封闭的磁性回路。这使得两个线圈被紧密地磁性耦合。根据实施例，可以在壳体中形成凸起，该凸起适配到堆叠的连接器的凹部中，这使得连接器能容易地堆叠。

对于通量集中器以及连接器的线圈通常有两种可能的布置。在一种布置中，线圈在竖直方向上被布置为在彼此之上，并且在另一布置中，线圈在横向方向上一个相对于另一个进行布置。通过构成所提出的能堆叠的连接器的这两种布置的基础的共同方法所实现的主要优点是灵活性和没有电流触点，由此提供了足够的可靠性并且使得易于清洁以及具有这样的连接器的设备之间的电隔离成为可能。

壳体可以被配置为圆形对称的盘大小的塑料密封盒。由此，圆形对称几何结构包括多边形(三角形、正方形等)，并且最终为圆形形状的盘。通量集中器可以是由高磁导率材料制成的倒U形通量集中器。优选地，通量集中器对于RF具有低的磁导率，或者可以用导电材料包覆壁以屏蔽和引导RF场。可以提供功率控制器件以与线圈交换能量。可以提供RF天线和无线电器件以实现无绳数据发送。

所述线缆优选包括在所述连接器的所述磁性耦合单元之间的一对绞合线和/或所述连接器的所述数据发送单元之间的同轴线缆或平衡发送线路。

附图说明

参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。在下图中：

图1示出了包括多个设备的已知系统的示意图，

图2示出了根据本发明的包括多个设备的系统的第一实施例的示意图，

图3示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器的第一实施例，

图4示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器的第二实施例，

图5示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器的第三实施例，

图6示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器的第四实施例，

图7示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器的第五实施例，

图8示出了根据本发明的系统的第二实施例的示意图，

图9示出了根据本发明的系统的第三实施例的示意图，

图10A和图10B分别示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器的第六实施例的截面图和俯视图，

图10C示意性地示出了用于根据本发明的系统中的处于连接状态的连接器的第六实施例，该连接器被连接到配对连接器，

图11示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器的第七实施例，

图12A和图12B分别示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器的第八实施例的截面图和俯视图，

图13A和图13B分别示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器的第九实施例的截面图和俯视图，

图14A和图14B分别示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器的第十实施例的截面图和俯视图，

图15示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器的第十一实施例，

图16示意性地示出了具有模式之间的自动切换的连接器的布局，

图17A、图17B、图17C和图17D分别示意性地示出了用于根据本发明的系统中的可堆叠连接器的第一实施例的截面图、俯视图以及第一透视图和第二透视图，

图18A、图18B和图18C分别示意性地示出了根据第一实施例的两个连接器的堆叠的截面图以及第一透视图和第二透视图，

图19示意性地示出了根据第一实施例的三个连接器的堆叠，

图20A、图20B和图20C示意性地示出菊链形式的若干设备的布置，每个设备包括根据本发明的连接器中的一个或多个，

图21A和图21B分别示意性地示出了用于根据本发明的系统中的可堆叠连接器的第二实施例的截面图和俯视图，

图22A和图22B分别示意性地示出了用于根据本发明的系统中的可堆叠连接器的第三实施例的截面图和俯视图，

图23A、图23B和图23C分别示意性地示出了用于根据本发明的系统中的可堆叠连接器的第四实施例的截面图、俯视图和简化截面图，

图24示意性地示出了用于根据本发明的系统中的可堆叠连接器的第五实施例，

图25A和图25B分别示意性地示出了用于根据本发明的系统中的可堆叠连接器的第六实施例的截面图和俯视图，

图26A和图26B分别示意性地显示了用于根据本发明的系统中的具有横向几何结构的连接器的实施例的截面图和俯视图，

图27A和图27B分别示意性地示出了使用如图26A和图26B所示的连接器的菊链的截面图和俯视图，

图28A和图28B分别示意性地示出了使用如图26A和图26B所示的连接器的身体穿戴式传感器布置的截面图和俯视图，

图29示意性地示出了使用如图26A和图26B所示的连接器将不同模块和单元耦合到患者监测器，

图30示出了根据本发明的系统的第四实施例的示意图，该系统包括电池模块，

图31示出了根据本发明的线缆单元的总体布局，

图32图示了线缆单元在高敏锐度环境中的使用，

图33图示了线缆单元在较低敏锐度环境中的使用，

图34示出了根据本发明的系统的第五实施例的示意图，该系统包括存储模块，

图35示出了根据本发明的电池模块的实施例的示意图，

图36示出了根据本发明的线缆单元的实施例的示意图，并且

图37示出了根据本发明的设备的另一实施例的示意图，该设备应用配对方法。

具体实施方式

图1示出了包括多个设备2、3、4、5的已知系统1的示意图，所述多个设备2、3、4、5被配置为在它们之间发送功率和数据。常规地，使用模块化方法，根据该模块化方法，测量模块3、4(表示一种类型的设备)经由昂贵的镀金主板连接器(即，经由电流连接)8被连接到中央处理单元2(表示另一类型的设备)，例如患者监测器的主板上的中央处理器。另外，主板上的隔离的测量模块5(表示另一类型的设备)可以以相同的方式被连接到主处理单元2。

一些测量可以被直接实施在主板本身上。测量是例如通过使用用于数据发送的光耦合器6和用于功率发送的变压器7来彼此隔离的。所有金属部件共用相同的(受保护的)接地连接；测量本身与地相隔离。每个测量模块3、4、5可以通常经由线缆被连接到被放置在患者的身体上的一个或多个传感器(未示出)，例如，脉搏血氧饱和度传感器、加速度计、ECG电极。

在这样的系统中，电气隔离涉及很大一部分(至少30％)的测量成本。另外，主板连接器昂贵且机械复杂，并且清洁是一个挑战。降低成本是价值细分和较低敏锐度环境的强烈要求。模块化是高端市场的强烈要求，在较低敏锐度和价值细分市场则要求略低一些。可穿戴式(无绳)传感器和低功率对于低敏锐度护理环境非常重要。另外，在公司产品范围内调准测量概念可以降低成本，并为所有市场细分保持相同的质量。

因此，强烈需要低成本、低功率、灵活且模块化的架构，其普遍适用于所有患者监测环境，或者更一般地适用于包括多个(不同的和/或相同的)设备的所有系统，其中需要在上述约束中的一些或全部的情况下发送功率和/或数据。

图2示出了根据本发明的包括多个设备20、30、40、50的系统10的第一实施例的示意图。根据该实施例，设备30、40、50(例如，表示测量模块30、40、50)均以无线方式被连接到中央处理单元20，例如，患者监测器。例如在患者监测系统中的测量模块通过个体磁性耦合功率传输和近场非接触式数据传输被连接到中央处理单元20(由此也可以存在仅提供用于磁性耦合功率传输或近场非接触式数据传输的设备)。这种灵活的架构符合以下生理测量应用：位于主板上(即，处于中央处理单元10中)的测量模块、模块化的“插入式”测量模块、位于被连接到中央处理单元10的移动测量服务器中的测量模块以及无绳测量模块。通常，这样的测量模块彼此电绝缘。测量模块也可以被组合在一个单个机械外壳中，并且它们可以经由它们自己的线圈被完全电绝缘。

磁功率耦合可以例如被集成在(主板)PCB的轨道中或被实施为用于连接两个设备的连接器的两个不同部分中的每个中的磁性线圈。

两个设备之间的非接触式数据传输优选经由近场通信手段来实现，例如，蓝牙4.0(低能量)、Wi-Fi、ZigBee、电容(例如经由磁性耦合的寄生电容)或光学方式，其中，无线电传输是优选选项。优选地，使用(例如标准化的)无线电协议来符合所提及的全部四个应用，例如，BLE，其已经被集成在许多现成的商品(COTS)部件中。基本上，在辐射场被限制在一定体积内(例如在监测器的壳体内部)的情况下，能够使用任何未监管的无线电协议。

通常，能够以无绳方式发送数据和功率的每个设备包括：壳体；磁性耦合单元，其被布置在所述壳体内，用于通过使用电感耦合将功率发送到系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收功率；以及数据发送单元，其被布置用于尤其通过使用RF发送、光学发送、电容耦合或近场通信将数据发送到系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收数据。

测量模块30、40均包括壳体31、41、磁性耦合单元32、42以及数据发送单元33、43。另外，它们中的每个均包括患者侧连接单元(PSC)34、44，所述PSC 34、44用于(通常以电流方式)将各自的测量模块30、40连接到传感器或电极(未示出)，以便从传感器或电极接收数据信号和/或将控制信号发送到传感器或电极。任选地，可以提供用于模拟处理和/或数字处理的另外的器件，并且测量模块能够包含小的能量缓冲器(例如，电池或超级电容器)以桥接有线-无线场景之间的转换时间以及在电池更换期间的桥接转换时间。

隔离的测量模块50(即，被集成在患者监测设备的主板上的测量模块)包括壳体51、磁性耦合单元52以及数据发送单元53。另外，隔离的测量模块50还包括患者侧连接单元(PSC)54。

中央处理单元20包括壳体21、若干磁性耦合单元22、22a、22c以及若干数据发送单元23、23a、23b，它们也可以被组合成单个数据发送单元，其中，磁性耦合单元和数据耦合单元形成用于将一个(外部)设备连接到中央处理单元20的连接模块。另外，中央处理单元20包括供电端子24，该供电端子24包括用于将中央处理单元20耦合到外部电源60的隔离屏障。此外，中央处理单元20通常包含功率和电压生成、控制、输入/输出、显示以及对来自测量和警报生成的数据进行中央处理所需的全部硬件。

在系统10的两个设备之间发送数据和功率的能力通过方框61、62、63来指示。应当注意，系统10还可以包括这样的设备：其没有被配置用于发送和接收数据和功率的设备，但是被配置为仅发送数据和/或功率，或者被配置为仅接收数据和/或功率。

在图3中的俯视图中示意性地示出了用于在包括这样的连接器的单独的设备之间无线发送数据和/或功率的连接器100、110的第一实施例。这些连接器100(例如，中央处理单元的连接器)和110(例如，测量模块的连接器)表示低成本的解决方案并且能够在板上实施。PCB 102、112的轨道可以被用作在水平方向和/或垂直方向上分开的变压器绕组(即，线圈)101(例如表示初级线圈)、111(例如表示次级线圈)。磁性耦合可以通过添加通量集中器103而被增强，通量集中器103例如为具有两个支脚(各自承载线圈101、111中的一个)的铁磁芯以及连接两个支脚以形成环的两个轭架(其不必一定是圆形的，而是也可以具有其他形状，例如，矩形、椭圆形等)。RF天线104、114也被集成在PCB 102、112上，连接器100、110之间的间隙105提供隔离屏障。主板处理器106可以被提供在中央处理单元中，并且测量单元116可以被提供在测量模块上。

图4示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器120、130的第二实施例的截面图，该连接器120、130在中央处理单元的主板上提供隔离的测量。线圈101、111位于各自的PCB 102、112的不同表面上并且经由通量集中器103被磁性耦合。

显然，这种方法的许多变化是可行的。图5示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器140、150的第三实施例的截面图。在该实施例中，在线圈101与线圈111之间的高度水平上，在垂直方向上提供了第三中间层107，该第三中间层107被布置在PCB 102内。第三中间层107接地以减少线圈101、111之间的杂散电容耦合。出于EMC的原因，可以添加另外的层，例如，另一接地层108，如图6所示，图6描绘了用于根据本发明的系统中的连接器160、170的第四实施例。

图7示意性地示出了用于根据本发明的系统中的连接器180、190的第五实施例的截面图。在该实施例中，测量PCB 112位于主板PCB 102的顶部，其间具有绝缘箔109，并且经由通量集中器103进行磁性耦合。

在上述实施例中的一个的又一变型中，次级线圈可以被集成在芯片上或被集成在包括测量的电子电路的ASIC的封装中。

优选地，中央处理单元上的主微处理器控制或驱动变压器的初级线圈。次级线圈的AC电压被整流和稳定以供应到测量模块。这种方法可以使用Qi标准(或其他标准)的无线充电，并且通常能够使部件的布置和构造符合这些标准中的一个或多个的要求(例如，线圈应当靠近表面)。

为了数据通信，中央处理单元可以包括近场无线电堆叠，通过经由蓝牙低能量、ZigBee或以任何其他合适的方式与隔离的测量进行通信。在辐射仅限于有限的房屋的情况下，每一个非标准的协议都是允许的。

RF发送可以经由单独的天线，经由电容耦合垫或者甚至经由变压器线圈的寄生电容来实现。所述寄生电容应当保持非常小以符合IEC 60601-2-49标准隔离要求，但是该限制是例如在2.4GHz或更高频率的UHF无线电频带的发送中可实现的。

图8示出了根据本发明的包括多个设备20、30、40的系统11的第二实施例的示意图。在该实施例中，一个或多个测量模块30、40例如被适配在测量架20'中并且通过磁性连接器25、35(对于模块30)和26、46(对于模块40)被耦合到中央处理单元20，所述磁连接器包括紧靠模块30、40的次级线圈111和RF天线114的中央处理单元20的初级线圈101。为了数据发送，可以在中央处理单元20中提供RF天线104，并且可以在测量模块30、50中提供对应的RF天线114(例如，在近场模式中用于桥接小距离的天线，例如，BT、ZigBee等)。

由于没有引脚，清洁很容易。因此，这些连接器25、35、26、46取代了如图1所示的常规使用的昂贵且笨重的可清洁电流连接器。另外，PSC单元34、44可以被提供用于连接到各自的传感器，例如，温度传感器或SpO2传感器。

该系统还可以包括被耦合到中央处理单元20的用户接口70，所述用户接口70例如包括一个或多个显示器、按钮、开关等。另外，电网功率变压器71可以被提供用于连接到电网电源60。

测量可以位于靠近患者的可拆卸小盒(未示出)(也被称为测量服务器)内部，该测量服务器经由包括本文公开的连接器的线缆或经由无线链路被连接到患者监测器，使得该测量服务器能够以混合模式(即，以有线方式或无线方式)操作。在这样的测量服务器内，每一个测量的电池在正常使用期间将被充电。每当需要移动患者时，到患者监测器的链路可能会丢失一定量的时间；尽管如此，个体测量将继续进行测量、记录和处理所有生命体征。因此，不会丢失关于患者健康状况的重要数据。再次，在患者监测器附近，数据可能会与中央服务器再次同步。

如图9所示，示出了根据本发明的系统12的另一实施例，通过将额外的可再充电电池37、47放入测量模块30、40中，所述测量模块的自主操作是可能的。当被重新适配到测量架中时，电池经由磁性耦合器进行充电。电池管理在测量模块处，并且可以(任选地，但不是优选地)根据Qi标准来进行无线充电。

数据传输优选符合现有的连接标准。例如，当使用蓝牙LE 4.0无线电时，患者监测器将直接适用于康体佳健康联盟(Continua Health Alliance)，康体佳健康联盟是一个非营利性开放式行业组织，其中健康护理和科技公司共同合作以提高个人健康护理质量。康体佳健康联盟致力于建立一个可互操作的个人连接健康解决方案系统，并将这些解决方案扩展到家庭，促进个体独立性，为真正个性化的健康和保健管理提供机会。这些目标得到本发明的支持。

图10至图15示出了根据本发明的连接器的另外的实施例。

图10A和图10B示意性地示出了用于根据本发明的系统中的处于未连接状态的连接器200的第六实施例的截面图(图10A)和俯视图(图10B)。连接器200包括PCB 202，所述PCB 202包括作为被集成在轨道290中的数据发送单元的部分的四分之一波长平面倒F型天线(PIFA)204。RF天线204由RF信号线205和地平面206形成。磁场由围绕C形(也被称为U形)通量集中器203缠绕的线圈201a、201b生成，所述通量集中器203由对于感兴趣频率具有高磁导率的材料制成。可以添加额外的导电片材料(作为覆盖物)以通过涡流来缩短电子器件中剩余的杂散场。芯203的额外包层可以帮助屏蔽作为短程无线电场209的RF信号。当没有其他连接器被附接时(即，处于未连接状态)，RF天线204以远场模式操作，其中，其方向性如图10A所示指向外界。

功率单元207被耦合到线圈201，以用于向线圈201供电和/或从线圈201接收功率。RF单元208被耦合到RF天线204，以用于向RF天线204供应数据和/或从RF天线204接收数据。

在连接状态下，如图10C所示，示出了连接器200被耦合到配对连接器210，C形通量集中器203、213和天线204、214两者的极几乎完全对准，使得RF和磁场与外界最优地耦合和屏蔽。

连接引发了两个效应：

i)首先，磁性耦合急剧增加，例如从k＝0.5到k＞0.95，可以直接(例如经由感应电压)或间接(例如使用接近度检测)来检测。经由轮询机制，经由改变的线圈阻抗、谐振频率或感应电压，该磁性供电电子器件(例如，Qi、PowerMat或定制的)识别出该效应。在未连接状态下，磁性供电被禁止，因此不会对无线电通道或测量产生干扰。在连接状态下，通量被很好地限制在通量集中器203、213中，其也防止干扰。断开连接可以通过轮询相反的效应来检测(通过简单地关闭线圈并观察所产生的效应)。

ii)其次，由于两个天线204、214之间的距离非常短，因此接收到的RF信号的幅度和SNR显著增加。无线电发射机现在能够通过降低其输出功率而顺利地切换到近场模式，同时保持一致的数据通信。因此，附近的辐射RF功率显著降低，这有助于释放无线电频谱。此外，由于高效的RF耦合，无线电的功耗降低。

应当注意，近场模式中的RF耦合更多归因于电容耦合而非远场EM波，其中距离是波长的部分。经由轮询机制定期验证这两种效应，或通过额外的接近度检测(光学，磁性)或通过简单的机械开关或簧片开关来触发这两种效应。

为了避免杂散通量，在不存在反芯的情况下，线圈最好不要被充分地(连续地)供电。然而，轮询机制可以每秒钟在短时间(例如，10毫秒)内发电以测量磁性耦合。

在决定开始额定功率传输之前，经由磁性耦合(例如以Qi标准实施)或光学耦合的RF通信和/或数据传输用于更新和协商ID、所需功率、信号质量、充电状态等。

以下将更加详细地描述实际连接/断开过程如何触发患者网络中的关联以及如何实施安全性。

电流隔离由PCB层材料和C芯保证。替代地，能够添加PCB 202、212顶部的附加隔离层和C芯203、213的极尖。PCB的未占用区可以用于测量电子器件和PSC。铁氧体磁芯能够是良好的导体，但是也有高电阻(复合)铁氧体可用。

替代的天线配置是可能的，例如如图11所示的环形天线224，图11描绘了用于根据本发明的系统中的连接器220的第七实施例的俯视图。

在图10和图11所示的实施例中，连接器200、210、220的机械对准限于天线和C芯对准的两个旋转取向。在身体穿戴式测量和菊链配置中使用线缆时，这是一个严重的缺陷。该问题通过如图12A和图12B所示的旋转对称连接器230来解决，图12A和图12B示出了用于根据本发明的系统中的连接器230的第八实施例的截面图(图12A)和俯视图(图12B)。

E芯231(即，具有形成E的横截面的芯)的内支腿232承载用于磁性供电的线圈绕组201。RF天线204被布置在PCB 201中的内支腿232与外支腿233之间(实际上如图12B所示的单环)。支腿232、233通过轭架236连接。芯231的内壁或外壁也可以用导电材料包覆以进一步减少干扰。当连接两个这样的连接器时，两半形成一个罐形芯，在这里磁场和无线电信号很好地耦合和屏蔽。另外，可以提供测量单元234和PCS单元235。

替代地，RF天线204位于磁芯231的外部，即，围绕外支腿233，这可以有助于RF信号与磁信号之间更少的串扰和干扰。这在图13A和图13B中图示出，图13A和图13B示出了用于根据本发明的系统中的连接器240的第九实施例。

图14A和图14B示出了用于根据本发明的系统中的连接器250的第十实施例的截面图(图14A)和俯视图(图14B)，该连接器包括旋转对称C芯251，形成具有由两个由轭架254连接的支腿252、253形成的C形横截面的环。由线圈201生成的磁通量由箭头255指示。RF天线204被布置在C芯251的内支腿252之间。

图15示出了用于根据本发明的系统中的连接器260的第十一实施例的截面图，其类似于图14中所示的第十实施例，但是其中RF天线204被布置为围绕C芯251的外支腿252。

图10至图15所示的连接器提供的优点是它们是旋转对称的，而且在连接状态下，连接器与其配对连接器之间有一个非常小的间隙。

图16示意性地描绘了用于在包括这样的连接器的单独的设备之间无线发送数据和/或功率的连接器270(例如，图10至图15所示的连接器)的布局。连接器270包括数据发送单元271(例如包括RF天线204)，该数据发送单元271被布置用于优选通过使用RF发送将数据发送到系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收数据。连接器还包括磁性耦合单元272(例如包括线圈201和芯203)，所述磁性耦合单元272用于通过使用电感耦合将功率发送到系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收功率。检测单元273(例如包括功率单元207)被提供用于检测磁性耦合单元272与配对连接器的磁性耦合单元之间的磁性耦合的强度。如果检测到的磁性耦合高于第一阈值并且/或者检测到的磁性耦合的增加高于第二阈值，则控制单元274将数据发送单元201切换到低功率模式中并且/或者启用磁性耦合单元272。另外，如果检测到的磁性耦合低于第三阈值并且/或者检测到的磁性耦合的降低高于第四阈值，则控制单元274将数据发送单元271切换到高功率模式中并且/或者禁用磁性耦合单元272。阈值可以是预定的，例如，根据模拟或根据测量来导出。该实施例使得能够自动设置连接器的正确模式，其尤其使功耗、串扰和RF带宽的使用最小化。

应当注意，图16中公开的检测单元273和控制单元274通常可以用在本文公开的所有其他连接器中。

图17至图28示出了根据本发明的可堆叠连接器的多个实施例，用于解释这种可堆叠连接器的细节。

图17A、图17B、图17C和图17D示意性地示出了用于根据本发明的系统中的单个可堆叠连接器300的第一实施例，其中，图17A示出了截面图，图17B示出了俯视图，图17C示出第一透视图，并且图17D示出第二透视图。图18A、图18B和图18C示意性地示出了两个如图17A-17D所示类型的彼此堆叠的可堆叠连接器300、300a，其中，图18A示出了截面图，图18B示出了第一透视图，并且图18C示出了第二透视图。连接器300包括壳体301和被布置在壳体301内的磁性耦合单元302，所述磁性耦合单元302用于通过使用电感耦合将功率发送到系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收功率。所述磁性耦合单元302包括通量集中器303(优选为旋转对称的，例如为环形的，并且由高磁导材料制成)，其至少部分具有U形(或C形)横截面，形成在所述U形的支腿之间的凹部304。第一线圈305被布置在通量集中器303的凹部304内。第二线圈306被布置为与第一线圈305相对并且在其中被布置有第一线圈305的凹部304外部。通量集中器303可以是以下的不同可能形式之一：例如，环形形式、圆形对称形式、正方形形式、三角形形式、矩形形式等。

另外，被布置在通量集中器内部的环形RF天线307(作为数据发送单元的部分)、RF单元308(包括无线电电子器件)、功率单元309(例如，磁功率电子器件)和测量单元310可以被提供在PCB 312中或上。在第二连接器300a中，提供了电池311来代替测量单元310。另外，PSC单元313可以被提供在连接器中，如图18C所示，用于与传感器耦合。壳体的外表面优选完全被绝缘材料(例如，塑料材料)覆盖，用于电流隔离、防水密封和机械稳定性。

壳体301被布置为允许两个或更多个这样的连接器300、300a彼此堆叠，例如，如图18A-18C所示，使得连接器300的第二线圈306和堆叠在连接器300上的第二连接器300a的第一线圈305a(或者相反，取决于连接器300、300a彼此堆叠的顺序)一起形成用于两者之间的感应式功率发送的第一变压器。

形成在连接器的顶表面上的圆形凸起314、314a适配到下一连接器的底部上的圆形凹部304、304a中。因此，连接器300的上部线圈306连同连接器300a的下部线圈305a被通量集中器303、303a的高磁导材料包围。结果，所述线圈现在被紧密耦合，这实现了高效的功率传输。箭头315示出了如所指示的那样当所述线圈被致动时的磁通量线。以这种方式，杂散通量被最小化，避免了来自测量和无线电信号的串扰/对测量和无线电信号的串扰。如果需要的话，能够添加导电片材料以使任何剩余的通量部件短路。

包括测量单元、电池、线缆连接器(PSC单元)的连接器300、300a的所有部件优选被适配到表示壳体的圆形密封盒301、301a中。由于旋转对称设计，堆叠时不需要两个连接器在径向方向上的特定定位，但是以这种方式，连接器能够被容易地堆叠在彼此之上。除了圆形形状以外，其他形状也是可能的，例如，具有减小的旋转角、正方形形状，具有在四个方向上延伸的形状等。

优选地，倒U形芯的极尖并不覆盖有(厚)塑料，这是因为这会对效率产生负面效应并引入杂散磁通。通过减小塑料厚度到例如十分之几毫米能够保证隔离。替代地，也能够保证电流隔离，这是因为(复合材料)铁氧体材料可以具有高的固有电阻率，并且能够线圈和磁芯能够从内部进行隔离。

优选地，在检测到线圈与RF之间的大的耦合之前不开始磁功率的传输，如以上关于图10至图16所解释的。在图18A-18C所示的范例中，只使用下部线圈305a和上部线圈306，其他线圈完全不被致动。

出于高效的功率传输和高无线电SNR的原因，耦合区应当足够大。因此，优选地，线圈305、306、305a、305b和RF天线307、307a位于各自的连接器300、300a的外部区上。

用于将一个或多个传感器连接到包括测量单元310的连接器300的PSC单元313优选位于连接器300的侧面上，以便具有完全的堆叠自由度。但是在被限制为始终使包括测量单元310的连接器300在堆叠的顶部上时，PSC单元313也可以位于例如连接器300的上部上。

图19示出了彼此堆叠的三个连接器300、300a、300b，其中，连接器300、300b是相同的，并且如图17A-17D所示进行配置，并且每个都包括测量单元310、310a，而连接器300a如图18A-18C所示进行配置，并且包括电池311。测量单元310、310b因此由连接器300a的相同电池311馈电(因此，电池311也可以位于不同位置处，例如在底部或顶部位置处)。在这种情况下，连接器300a的两个线圈305a，306a都被用于向测量单元310、310b供应能量。该方案的许多变化是可能的，例如，经由一个线圈从一个连接器接收功率，同时经由另一线圈向另一连接器供电。

本发明适用于实际上包括例如如图2所示的系统(例如，患者监测系统)中使用的任何类型的设备中的堆叠的连接器的任何组合。因此，一个或多个测量模块、电池单元、线缆单元以及处理单元可以被容易地耦合以用于功率和/或数据的无绳传输。它甚至使得能够将设备彼此链接。菊链例如通过经由一个单个连接或线缆(包括根据本发明的连接器)将设备(例如，测量模块)连接到患者监测器、供电设备或集线器而在身体穿戴式感测方面是有价值的，避免了线缆混乱。这个概念在图20A、图20B和图20C中图示出，这些图示出了菊链形式的若干设备的布置，每个设备包括根据本发明的连接器中的一个或多个。

图20A示出了串联耦合并且耦合到(例如如图2所示的类型的)中央处理单元20的(例如如图2所示的类型的)三个测量模块30、40、80的串联耦合。图20B示出了如图17A-17D所示的类型的三个连接器381、352、361的堆叠320的截面图，其中，连接器381是测量模块80的部分，连接器351是第一线缆单元350的部分，并且连接器361是第二线缆单元360的部分。第一线缆单元350在其每个端部处包括连接器351、352并且将测量模块80与具有相同类型的连接器341的测量模块40连接。第二线缆单元360在其每个端部处包括连接器361、362并且将测量模块80与具有相同类型的连接器321的中央处理单元20连接。第三线缆单元370在其每个端部处包括连接器371、372并且将测量模块40与具有相同类型的连接器331的测量模块30连接。

因此，在该范例中，测量模块80被连接到两个线缆单元350、360。因此，线缆单元360能够将用于三个测量模块30、40、80的复合体的功率和数据传送到中央处理单元20和/或从中央处理单元20传送所述功率和数据。数据和功率可以在堆叠的连接器之间进行中继、传输和/或交换。功率传输可以通过使用额外的整流器和发射电子器件(例如，DC/AC转换)或通过简单地在线圈之间共享交流电流来执行，这在硬件方面是最高效的选项。

应当注意，例如连接器321和362的或连接器341、351和372的图20A所示的其他连接器堆叠布置与图20B所示的堆叠320的布置相似或相同。

根据相同的原理，如图20C所示，星形配置是可能的，代替图20A所示的串联配置。

应当注意，经由相同线缆的组合的功率和数据传送是优选的，但是替代地，短程无线电线缆与本地电池的任何组合也是可行的。

图21至图23示出了与图17A-17D中所示的连接器几何结构相比具有替代连接器几何结构的可堆叠连接器的另外的实施例。图21A示出了圆形连接器390的截面图，其中通量生成器303外部的区被测量电子器件310和/或电池占据。图21B示出了所述连接器390的俯视图。图22A示出了矩形连接器391的截面图，并且图22B示出了矩形连接器391的俯视图。图23A、图23B和图23C以截面图(图23A)、俯视图(图23B)和简化截面图(图23C)示出了智能卡尺寸的连接器392，该连接器能够被夹在患者监测器槽27的壁之间。中央处理单元20和连接器392经由耦合单元321、393进行耦合。

在实施例中，根据本发明的连接器的上表面和/或下表面是完全平坦的。这使得例如清洁更为容易。在图24和图25中示出了连接器400、410的对应实施例。还可能存在具有其他对准结构或特征的另外的实施例，以确保当被堆叠在一起时不同连接器的通量集中器之间的精确定位和紧密对准(优选＜1mm)。例如，在特定应用中，通量集中器(具有高μ，包括壳体的塑料绝缘体)之间的间隙(具有低μ)应当＜0.5mm+/－0.1mm。与极的几何结构相比，横向位移应当较小(例如＜0.5mm)。

图24示出了具有壳体407、407a的连接器400(包括测量模块310)、400a(包括电池311)的截面图，所述壳体407、407a具有平坦的主表面408、409、408a、409a，使用具有H形横截面的通量集中器401、401a。每个通量集中器401、401a包括第一(下部)凹部402、402a和第二(上部)凹部403、403a，第一(下部)线圈305、305a被布置在第一(下部)凹部402、402a中，第二(上部)线圈306、306a被布置在第二(上部)凹部403、403a中。连接器400a的下部线圈305a和连接器300的上部线圈306连同通量集中器401a的下部和通量集中器401的上部一起形成变压器，如箭头404所指示的。

图25A示出了具有平坦表面的连接器410(包括测量单元310)的截面图。图25B示出了连接器的俯视图。连接器410包括两个通量集中器411、421，每个通量集中器具有U形横截面并且各自形成凹部412和422，其中，每个凹部被形成在各自的U的两个邻近的支腿414、415与424、425之间，即，在各自的外环414、424与各自的内环415、425(在该实施例中是中心指)之间。第一线圈417被布置在第一通量集中器411的凹部412内，并且第二线圈427被布置在第二通量集中器421的凹部422内。

两个通量集中器411、421也可以被视为共同的H形通量集中器，其中H形通量集中器421的两个支腿414、415、424、425被布置为彼此邻近或者一体形成，并且其中H形的支腿之间的横向接头被分成两个接头元件419、429，所述两个接头元件419、429具有被布置它们之间并垂直于H形的支腿414、415、424、425的屏蔽418。

堆叠的概念也能够被转换为横向几何结构。这有益于减少建造高度。图26A示出了具有横向几何结构的连接器430的实施例的截面图，并且图26B示出了连接器430的俯视图。连接器430在其左侧和右侧分别包括被布置在各自的通量集中器432、442的凹部437、447中的线圈431、441(每个都具有U形横截面，如图25A所示的通量集中器411、421)。在通量集中器432、442周围布置有环形RF天线433、443。另外，提供了两个功率单元434、444、两个RF单元435、445、两个PSC单元436、446以及测量单元310。通量集中器432、442因此被布置为相对于彼此横向移位，使得第一通量集中器432和第二通量集中器442被布置在相对的区并且与壳体的相同表面邻近。壳体439优选是平坦的或具有平坦的表面。

图27A和图27B示出了通过使用包括图26A和26B所示的连接器430c、430d的线缆单元450在测量模块30、40之间形成的菊链440，每个测量模块30、40包括如图26A和图26B所示的连接器430a、430b。图27A示出了菊链的截面图，图27B示出了俯视图。这样的线缆单元450可以包括两个或更多个这样的连接器，优选地每个端部一个，但是任选地在端部之间有额外的连接器。

图28A和图28B以截面图(图28A)和俯视图(图28B)示意性地示出了身体穿戴式传感器布置460。身体穿戴式传感器布置460包括承载线缆单元451的可堆叠支撑层461，与图27A和图27B所示的线缆单元450相似或相同，包括连接器452、453，如同连接器430c、430d或仅具有如图28A所示的单个耦合单元。在所述线缆单元上可以布置一个或多个测量模块30和/或电池模块90(包括电池)，每个测量模块包括连接器430a、430b。

测量模块30、40、80、电池模块90以及线缆单元450也能够使用与图29中示意性示出的相同的横向几何结构概念被连接到例如患者监测器或中央处理单元20。另外，如本发明所提出的，垂直堆叠与横向连接的任何组合通常都可以与连接器一起使用。例如，测量模块可以具有垂直堆叠器件和横向堆叠器件两者。

下面将更加详细地描述包括根据本发明的连接器的电池模块。

如上所述，插入式测量模块经由所提出的连接器使用磁性供电和RF数据通信被耦合到中央处理单元。另外，经由其RF通道，电池(或任何其他能量存储元件)可以形成网络(例如，患者网络)的部分，并且可以以相同的方式被耦合到其他设备(例如，测量模块和中央处理单元)。这在图30中示意性地图示出，图30示出了根据本发明的包括测量模块30、中央处理单元20和电池模块90的系统13的另一实施例的示意图。

在无线测量场景中，双向电池模块90可以被卡扣到测量模块30上，以经由所提出的连接器以磁性方式供应能量。任选地，测量模块30本身可以包括用于临时桥接有线场景与无线场景之间的转换时间的小型缓冲电池37(或任何其他能量存储元件)。

电池模块90优选包括电池91(也被称为电池单元)和耦合单元92，所述耦合单元92用于在电池模块与其他设备之间的磁功率发送，例如，当电池模块90被耦合到中央处理单元20时加载电池，并且当电池模块被耦合到测量模块30时加载测量模块30的电池37。任选地，用于数据发送的器件也可以被提供在电池模块90中。

在图35中示出了电池模块90'的更加详细的示意图，所述电池模块90'用于在系统的所述电池模块与另一设备之间无线交换数据和功率，所述系统尤其是患者监测系统，所述电池模块90'被耦合到所述另一系统。所述电池模块90'包括密封壳体93、用于存储电能的电池单元91、用于存储数据的数据存储单元94以及连接器95。连接器包括数据发送单元96和磁性耦合单元92，所述数据发送单元96用于将数据发送到所述系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收数据，所述磁性耦合单元92用于通过使用电感耦合将功率发送到所述系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收功率。

任选地，第二连接器97被提供用于同时向系统的两个其他设备发送数据和/或从系统的两个其他设备接收数据，并且/或者用于同时向系统的两个其他设备发送功率和/或从系统的两个其他设备接收功率。

连接器及其元件可以如以上关于其他设备和其他实施例所解释的那样进行配置。这尤其适用于磁性耦合单元92和数据发送单元96，其可以如本文所公开的那样进行配置，例如，如图10至图15或图17至图28中的任一幅所示。

电池91可以例如是可充电电池、一次性电池或超级电容器，并且可以被适配到光滑的密封塑料盒中，以良好地防止机械损伤和液体。它能够例如经由一个易于使用的卡扣或滑入机构以物理方式被附接到(即，紧密接触)具有所提出的连接器的另一设备(例如，测量模块、线缆单元或患者监测器)。可以使用永磁体或对准结构来对准和固定其位置以获得最优功率和无线电传输。当电池91为空时，电池模块90能够(任选地经由线缆)被附接到具有兼容连接器的系统中的任何设备，并且能够对例如患者监测器、集线器或专用电池充电器进行充电。优选地，在整个架构中使用相同的电感/数据连接器拓扑结构将所有元件彼此耦合。这使得能够在任何地方给电池充电，为电池管理提供了巨大的改进。

可充电电池寿命几乎总是被制造商和测试者定义为完全充电-放电循环的次数。除了循环之外，锂离子电池的退化速率强烈依赖于温度；如果在较高温度下储存或使用，例如，当应用于人体时，则锂离子电池的退化速度要快得多。

因此，通过使用电压和/或(一个或多个)电流传感器(通常由图35中的传感器单元98表示)，可以根据温度传感器、绝对时间以及充电和放电曲线来持续地确定电池的健康和充电状况。基于这些信息和历史数据，可以执行自我诊断，在患者网络中传达自我诊断，以指示需要重新充电、更换或出现任何故障状况。历史数据可以被存储在本地(例如在电池模块中)以及在网络中共享。为此，许多场景都是可能的。

电池模块90'还可以包括处理单元99，所述处理单元99用于对接收到的数据进行数据处理、测定时间、自我诊断以及安全性。当被应用于测量模块30时，所述处理单元还可以被配置为计算预期的操作时间。

又另外，如图16所图示的，电池模块90'可以包括检测单元273和控制单元274，所述检测单元273用于检测磁性耦合单元与另一设备的磁性耦合单元之间的磁性耦合的强度，所述控制单元274用于在检测到的磁性耦合高于第一阈值并且/或者检测到的磁性耦合的增加高于第二阈值时将所述数据发送单元切换到低功率模式中并且/或者启用所述磁性耦合单元，并且用于在检测到的磁性耦合低于第三阈值并且/或者检测到的磁性耦合的降低高于第四阈值时将所述数据发送单元切换到高功率模式中并且/或者禁用所述磁性耦合单元。

无线功率传输的主要标准是Qi标准和Power Matters技术(PowerMat)标准。它们的主要应用是无线充电领域。Qi还包括针对设备的基本定位和识别机制、低功率待机模式和功率控制。

使用簧片触点和永磁体的额外的通-断开关(例如作为点击固定机构的部分而存在)可以用作安全性和电池泄漏防止的附加层，但是也可以存在其他手段来堆叠检测(例如光学器件、电容器件或超声器件)。

锂离子和锂聚合物电池因其每单位质量的高能量密度和在消费领域中的大规模使用而备受青睐。它们具有适当的电子器件来观察其充电状况并防止过热。而且，Qi标准已经具有一些适当的基本器件来识别有效载荷。这些可以根据本发明来进行使用。这些基本的保护和监测器件可以根据本发明通过组合磁性耦合与RF耦合作为通信器件、本地智能安全监测以及通过连接到患者网络而被集成到完整架构中。例如，缺少有效的标识符和/或存在本地故障状况可以是放弃或不开始磁功率传输的原因。

电量状态可以被用于确定电池能够在多长时间内应用于特定的测量。这能够被示出在例如患者监测显示器上。任选地，当被附接到测量模块时，电池本身上的视觉指示器或听觉指示器可以指示例如在更换或充电应当发生之前什么时候可用的测量时间少于1小时。

如上所述将电池集成在医学环境中对于安全性、使用情况和工作流程具有重大影响。制约因素包括绝对的安全性、可能的形状、重量和体积小、护士易于更换/可插拔性、易于清洁、容量大以及在穿着期间的荷电率。电池模块可以是封闭的盒子，完全无线连接以进行充电和提供能量两者。所提出的架构提供易于清洁的机械连接。此外，在测量设备保持就位时，它们能够在几秒钟内进行更换。

下面将更加详细地描述包括根据本发明的用于连接网络/系统的其他设备的连接器的线缆单元。

在图31中示出了线缆单元500的总体布局。线缆单元500包括线缆510和在线缆510的每个端部处的连接器520、530。每个连接器520、530包括磁性耦合单元521、531和数据发送单元522、532。线缆510包括连接磁性耦合单元521、531的第一线对511(例如，绞合线)和连接数据发送单元522、532的第二线对512(例如，绞合线)。

图32图示了线缆单元500在高敏锐度环境中的使用，在该范例中用于连接测量模块30和中央处理单元20。这样的线缆单元500可以用于OR(手术室)或ICU(重症监护室)环境，以保证数据完整性和功率一致性以供测量。两个线对511、512优选如导管技术中所使用的那样薄且有柔性。可以添加附加的导电屏蔽或铁氧体共模线圈以用于额外的鲁棒性和性能。这种方法由于其低RF衰减和屏蔽性质而保证了针对无线电信号的足够高的信噪比。由于用于非接触式供电的频率与无线电(2.4GHz)之间的比值较大，因此内部串扰是可控的。

为了实施这个线缆单元500的主要功能以形成用于无线电信号和功率信号的受保护的管道，许多选项是可能的。

一种选项是包括两个线对的完全无源线缆单元(如图31、图32所示)。基本上，能够在线缆单元上在两个方向上传输RF数据和功率。可以使用用于功率的绞合线和用于RF数据的同轴的或平衡的发送线路。额外地，可以将无源部件添加到连接器以进一步改进RF发送，例如通过滤波和阻抗匹配，以通过例如通量集中器或无源识别(光学标签)来改进(功率)传输。

任选地，功率和无线电信号可以被组合在一个单个线对(或同轴线缆)中。仅将完全无源线缆的一个连接器附接到例如测量模块将既不会增加磁性耦合，也不会增加RF耦合。两个连接被实现直到启动配对。

另一选项是有源线缆。存在有源部件(在一个或两个连接器中)，以将磁功率信号在通过线缆发送之前转换为纯化/稳定的直流电或正弦交流电。这限制了由于功率信号进入无线电通道所引起的串扰和干扰。所述部件的最符合逻辑的位置在(一个或多个)连接器中，但是它们也能够被分布在线缆单元(的部分)上，例如在被集成在线缆套管中的柔性箔片上。

数据无线电信号可以被放大，重新调制(应答器)，缓冲或(有源)阻抗转换以匹配RF线缆性质。替代地，转换到另一频带或基带可以甚至更大程度地增强信号的完整性，例如通过转换为例如USB、RS232或TCP/IP的串行总线的格式。功率的部分被用于对所述有源部件供电。

每个连接器可以被布置为节点并且自身作为节点并且是患者网络的部分，包括唯一标识符、用于配对的无线电和网络堆叠以及磁性供电。可以添加额外的无线电来中继无线电信号(例如以菊链的形式)或实施用于患者网络管理的单独的通道。有源线缆可能只在一个方向上传送数据或功率；因此，每根线缆可能需要更多的线对，或者可能需要更多的线缆来进行双向传送。

根据另一选项，可以提供RF信号到光学域的转换，其提供数据完整性的最终水平，并且潜在地也允许更细的线缆。

显然，线缆单元可以仅包括功率通道或数据通道。

识别标签(RFID)或无线电单元可以被添加到线缆单元或连接器以用于识别和数据管理。

优选地，从用户角度来看，线缆单元应当能够在两个方向上传送RF数据和功率。这可能需要使用更多的线对，例如在应用有源部件的情况下。

图33图示了线缆单元500在较低敏锐度环境中的使用，在该范例中，仅在需要改进RF性能(例如，在拥挤区中)或者用于供电或充电的原因(即，节省电池容量以供移动使用)时才连接测量模块30(或电池模块90)和中央处理单元20。测量模块可以以链的形式连接在一起以避免线缆混乱。

在图36中示意性地示出了用于连接系统中的设备以使得能够在所述设备之间无线交换数据和/或功率的线缆单元500'的更加详细的示意图，所述系统尤其是患者监测系统。如以上所解释的，线缆单元500'包括线缆510和被布置在所述线缆的每个端部处的连接器520、530。所述连接器中的每个包括数据发送单元522、532以及磁性耦合单元521、531，所述数据发送单元522、532用于将数据发送到具有配对连接器的设备和/或从具有配对连接器的设备接收数据，所述磁性耦合单元521、531用于通过使用电感耦合将功率发送到系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收功率。

线缆单元500'还包括被布置在线缆510的每个端部的(密封的)壳体523、533，其中被布置在线缆的各自的端部的一个或多个连接器520、530被布置在该壳体523、533中。密封壳体优选如本文所公开的那样在其他设备的背景下进行配置以允许将线缆单元500'堆叠到具有配对连接器的其他设备。

连接器及其元件可以如以上关于其他设备和其他实施例所解释的那样进行配置。这特别适用于磁性耦合单元521、531和数据发送单元522、532，它们可以如本文所公开的那样进行配置，例如，如图10至图15或图17至图28中的任一幅所示。

线缆单元500'还可以包括电子电路501，所述电子电路501用于对接收到的数据进行数据处理、转换和/或存储。

另外，如图16所图示的，线缆单元500'，尤其是每个连接器520、530可以包括检测单元524、534以及控制单元525、535，所述检测单元524、534用于检测(各自的连接器的)磁性耦合单元与另一设备的磁性耦合单元之间的磁性耦合的强度，所述控制单元525、535用于在检测到的磁性耦合高于第一阈值并且/或者检测到的磁性耦合的增加高于第二阈值的情况下将(各自的连接器的)数据发送单元切换到低功率模式中并且/或者启用(各自的连接器的)磁性耦合单元，并且在检测到的磁性耦合低于第三阈值并且/或者检测到的磁性耦合的降低高于第四阈值的情况下将(各自的连接器的)数据发送单元切换到高功率模式中并且/或者禁用(各自的连接器的)磁性耦合单元。

作为替代选项，线缆单元500'，尤其是每个连接器520、530可以包括接近度检测器526、536以及控制单元527、537，所述接近度检测器526、536用于检测另一设备的线缆单元的接近度(即，用于检测在它们之间是否只存在小的气隙)，所述控制单元527、537用于在检测到设备接近线缆单元的情况下将(各自的连接器的)各自的数据发送单元522、532切换到低功率模式中并且/或者启用(各自的连接器的)磁性耦合单元，并且在检测到没有设备接近线缆单元的情况下将(各自的连接器的)数据发送单元切换到高功率模式中并且/或者禁用(各自的连接器的)磁性耦合单元。这样的接近度检测器和控制单元也可以用在连接器的其他实施例中以及本文中公开的其他设备中。

可以使用各种接近度检测方法，例如，接收信号强度指示(RSSI)方法，例如，标准蓝牙、低功耗蓝牙(BTLE)和Wi-Fi。接近度检测方法的其他范例包括诸如超宽带(UWB)的差分方法、使用例如红外(IR)波长超声的光学方法和NFC。诸如IRDA、UWB和NFC的接近度检测方法通常使用标准数据传送机制和专有数据传送机制两者。在范例中，当两个设备例如在彼此的0.5mm+/－0.1mm的范围内时，会发生接近度检测，由此可以使用其他距离。

通常，可以使用直接或间接的手段来检测设备与另一设备的接近度。能够被检测为“接近”的两个设备之间的实际距离取决于例如磁性设计；一个标准可以是磁性耦合大于90％或者优选大于95％，或者最终大于99％。在示例性设计中，使用了0.5mm+100μm(由于2*0.25mm的塑料壳体)的磁性距离，这可以被理解为“非常接近”。然而，取决于特定设计和/或应用，可以使用其他距离来代替。

最后，在每个壳体523、533内，可以布置第二连接器540、550，所述第二连接器540、550用于同时向两个设备发送数据和/或从两个设备接收数据，并且/或者用于同时向两个设备发送功率和/或从两个设备接收功率。所述第二连接器540、550通常以与第一连接器520、530相同的方式进行配置。

所提出的线缆单元可以用于将测量模块与监测设备相互连接。如图20A和图20C所示的菊链以及星形配置是可能的。线缆单元可以横向地或垂直地耦合在彼此之上或在其间具有第三部件。替代地，分布线缆单元可以具有多个分支来以物理方式连接部件。

下面将解释本发明所提出的设备的配对。

配对的第一选项是手动执行配对，例如，在将测量模块附接到人的身体期间。通过使设备物理地紧密靠近另一设备，交换标识符，这实际上意味着所述设备被添加到设备的网络中，例如，被添加到患者网络中。在第一次附接测量模块期间以及对于移动患者，这很容易实现。

连接顺序一般不重要；每一个网络成员都能够以特定标准(如蓝牙LE)经由主设备传达和更新网络状态。设备上的视觉信息或听觉信息可以指示其连接状态。它可以例如指示哪些设备被配对到患者网络中，并且可以指示到医院网络的RF连接的丢失或到例如移动患者的患者监测器的RF连接的丢失。在这种情况下，患者网络需要(自动或手动地)重新连接到另一无线电链路。

当满足两个条件时，开始机制启动：

1、磁性耦合的水平增加，这能够从次级线圈中的感应电压以及初级线圈中的电流或组件的谐振频率中检测到。当这个条件满足时，RF无线电(能够经由主设备)开始彼此通信。

2、当接收到的RF信号的强度也高于预定水平时，开始相关联。替代地，能够包括偏离发送器天线阻抗(电压驻波比VSWR、反射波)作为附加核查，指示发送的信号的RF吸收。

重复该机制切换患者网络的成员资格，即，主设备知道特定患者的网络中的所有设备；它在加入与离开之间切换。可以通过视觉致动器、触觉致动器或听觉致动器(例如，LED、显示器、蜂鸣器、寻呼机、振动器等)显示网络成员资格。额外地，机械开关或键盘代码可以用于强制离开网络。

患者可以具有包括患者网络功能的贴片作为附加的识别和定位手段，以强制将测量(或传感器)附接在正确患者上的正确位置上。

配对的第二选项是通过使用如图31所示的线缆单元500将固定的(例如，OR或ICU)患者连接到患者网络。通过在短时间内将线缆单元连接在测量模块与监测设备之间，磁性耦合和RF幅度将增加到一定水平以上，这将触发配对机制。

配对的第三选项是使用非接触式存储模块，其可以用作中间存储容器以在患者网络中的部件之间传输标识符。这在图34中图示出，图34示出了根据本发明的包括存储模块95的系统14的第五实施例的示意图。通过使非接触式存储模块95紧密靠近具有配对连接器的另一部件20或30，标识符互换并用于更新患者网络。可以使用额外的机械按钮或接近度检测器来触发交换。优选地，只能存储和传输一个标识符以避免无歧义性。

非接触式存储模块95能够像测量模块一样具有铅笔、智能卡或小盒的物理尺寸和形状。与包括根据本发明的连接器的其他设备一样，除了存储元件98以外，它还包括磁性耦合单元96和数据发送单元97(例如，无线电硬件)以耦合到具有配对连接器的其他设备。

配对的第四选项是使用额外的触发手段。可以添加按钮或接近度检测器(例如使用光学技术、磁性技术、超声技术)作为启动配对过程的条件。额外的触发手段作为鲁棒性附加层是有益的，以省略用于检测耦合的水平的部件(例如，不需要RF或磁性耦合测量)。另外，在铅笔型设备的情况下，RF天线和线圈可以位于尖端中；最大耦合可以低于用于触发相关联过程的预定阈值。

在图37中示出了用于在系统的设备与另一设备之间无线发送数据和/或功率的设备600的更加详细的示意图，所述系统尤其是患者监测系统。所述设备600被配置为应用上述用于配对的方法并且包括用于存储设备的唯一标识符的识别单元601以及连接器602。所述连接器602包括数据发送单元603、磁性耦合单元604以及检测单元605，所述数据发送单元603被布置用于将数据发送到系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收数据，所述磁性耦合单元604用于通过使用电感耦合将功率发送到系统的具有配对连接器的另一设备和/或从所述另一设备接收功率，所述检测单元605用于检测磁性耦合单元与另一设备的配对连接器的磁性耦合单元之间的磁性耦合的强度，并用于检测由数据发送单元从另一设备的数据发送单元接收到的数据的强度。

设备600还包括控制单元606，所述控制单元606用于在a)检测到的接收到的数据的强度高于数据强度阈值并且/或者检测到的接收到的数据的强度的增加高于数据强度增加阈值以及b)检测到的磁性耦合高于磁性耦合阈值并且/或者检测到的磁性耦合的增加高于磁性耦合增加阈值的情况下控制数据发送单元603将设备的唯一标识符发送到另一设备和/或接收另一设备的唯一标识符。

设备600还可以包括用于存储由数据发送单元接收到的其他设备的唯一标识符的存储单元607。

控制单元606可以被配置为在a)检测到的接收到的数据的强度高于数据强度阈值并且/或者检测到的接收到的数据的强度的增加高于数据强度增加阈值以及b)检测到的磁性耦合高于磁性耦合阈值并且/或者检测到的磁性耦合的增加高于磁性耦合增加阈值的情况下控制数据发送单元额外地发送被存储在存储单元中的其他设备的唯一标识符和/或接收其他设备的唯一标识符。

检测单元605可以被配置为检测用于检测磁性耦合的强度的阻抗、谐振频率和/或感应电压，并且/或者检测数据发送单元的天线的信号强度和/或天线阻抗，以用于检测接收到的数据的强度。磁性耦合的强度通常被称为磁性耦合因子k(0＜＝k＜＝1)。

在部件已经连接的情况下，这从功率和强RF信号的可用性可以清楚得知。通过使用轮询机制来核查磁性耦合的增加(以及任选的用于数据发送的RF信号)，可以检测新部件的附接。断开部件的检测可以通过相反的过程来执行：轮询机制通过使用例如阻抗、谐振频率和/或感应电压(以及任选的RF信号)来测量磁性耦合的强度的降低。任选地，可以额外地测量RF信号强度。

通常，唯一标识符的第一发送被解读为将设备与系统耦合的请求，并且唯一标识符的第二发送被解读为将设备从系统解耦的请求。

该设备还可以包括指示器608，尤其是视觉指示器、触觉指示器或听觉指示器，所述指示器608用于指示设备与系统的耦合的耦合状态。

又另外，该设备可以包括用户接口609，所述用户接口609用于使得用户能够发起唯一标识符的发送或对请求消息的耦合或解耦。

又另外，该设备可以包括接近度检测器610，所述接近度检测器610用于检测设备与其他设备的接近度，其中，如果额外地检测到设备与其他设备接近，则所述控制单元控制数据发送单元将设备的唯一标识符发送到另一设备和/或接收另一设备的唯一标识符。接近度检测器可以如以上关于其他实施例所解释的那样进行配置。

连接器602及其元件可以如以上关于其他设备和其他实施例所解释的那样进行配置。这特别适用于磁性耦合单元604和数据发送单元603，所述数据发送单元603可以如本文所公开的那样进行配置，如图10至图15或图17至图28中的任一幅所示。

最后，设备600还可以包括用于生成和/或接收数据的数据单元611，和/或用于供应和/或消耗功率的功率单元612。

本发明的一个主要优点是提供了通常可以服务于所有患者监测应用的通用方法，这是实现降低成本的关键因素。另外的优点是模块化并且直接符合现有的无线测量连接标准。

本发明的应用并不限于患者监测，而是能够扩展为被连接到例如汽车生产或牲畜繁殖(与多头奶牛连接的中央挤奶机)中的共同实体的相互隔离的模块(传感器、致动器)。另外，本发明并不限于明确公开的天线或线圈的类型、形式和数量，这些仅被理解为范例。所公开的实施例中使用的部件也可以被配置为符合Qi标准或其他无线功率标准，并且如果从技术视角看可能的话，根据本发明，符合Qi标准的标准部件也可以用于单个部件。另外，设备可以包括用于垂直堆叠和水平堆叠的器件，并且包括用于在各自的方向上耦合的对应的耦合器件，即，设备可以包括例如如图25A和图26A所示的连接器的组合。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。