ОСНОВАННЫЙ НА БЛИЖНЕЙ БЕСКОНТАКТНОЙ СВЯЗИ (NFS) ДАТЧИК УРОВНЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ИНСУЛИНОВОЙ РУЧКИ
FILLING LEVEL SENSOR OF INSULIN PEN, BASED ON NEAR-CONTACT COMMUNICATION (NFS)

Изобретение относится к устройству для определения емкости между двумя электродами в соответствии с ограничительной частью независимого п. 1, а также к способу определения емкости в соответствии с ограничительной частью независимого п. 12. Из уровня техники известно большое количество устройств для введения жидкостей. Такого рода устройства используют большей частью в сфере введения медикаментов людям или животным. В частности, предпочтительной областью использования соответствующих изобретению устройств является введение инсулина диабетикам или случаи использования, при которых дозировка медикаментов, гормонов, биопрепаратов и т.п. является важным фактором.
Получившие название «инсулиновых ручек» устройства, предназначенные для введения инсулина в форме жидкости диабетикам известны из уровня техники. С помощью таких устройств инсулин может несложно и надежным образом вводиться в виде жидкости в необходимых количествах соответствующему пациенту, и пациент может самостоятельно управлять процессом введения. В основном устройства введения содержат соответственно ампулу с соответствующим газообразным или жидким медикаментом, в данном случае инсулином. Эти ампулы часто называют картриджами. Картриджи вкладывают в устройство введения, причем механизм для инъекций забирает медикамент из соответствующего картриджа и выдает его пациенту.
Механизм для инъекций оснащен, кроме того, дозирующим механизмом, который выдает пациенту определенное количество соответствующего медикамента. При этом существует проблема, в соответствии с которой дозирование иногда функционирует некорректно, если в соответствующем картридже или ампуле не находится достаточного количества медикамента. Хотя в большинстве случаев присутствующих на рынке изделий соответствующий уровень заполнения картриджа или ампулы можно визуально считать через смотровое стекло, это позволяет осуществлять лишь приблизительное определение остаточного содержимого инсулина или остаточного содержимого жидкости в картридже или в ампуле. Считывание через смотровое стекло дает в большинстве случае лишь весьма грубый результат измерения. Слабовидящие пациенты могут определить остаточное содержимое инсулина или остаточное содержимое жидкости лишь с трудом или вообще не могут надежно определить его. Следующая проблема, возникающая при многих использованиях, заключается в запоминании последнего уровня заполнения или введенного количества последней инъекции. Это относится не только к забывчивым людям и может привести к недостаточной дозировке или передозировке.
Для оказания помощи при возникновении первой проблемы из уровня техники известен принцип емкостного измерения уровня заполнения. С этой целью на самой ампуле или самом картридже или на внутренней стороне нижней части ручки в области ампулы расположены, по меньшей мере, два электрода. Нанесение электродов может производиться посредством, например, газообразного напыления или наклеивания, причем в случае наклеивания или газообразного напыления на внутренней стороне части ручки вложенная в ручку ампула должна плотно прилегать к внутренней стороне части ручки. Вследствие существенно различных диэлектрических свойств жидкостей, в частности инсулина, и диэлектрических свойств окружающих жидкость неметаллических материалов, измеренная на обоих электродах емкость Cm зависит от уровня заполнения ампулы. Во взаимосвязи с настоящим изобретением ампулу или картридж называют емкостью с жидкостью.
На фиг. 1-3 более подробно изображен лежащий в основе принцип определения остаточного количества L жидкости в емкости 1 с жидкостью. Фиг. 1 показывает на виде сбоку емкость 1 с жидкостью в виде ампулы, на наружную стенку которой наклеены или газообразно напылены металлические электроды 4, 5. Фиг. 2 показывает на виде сверху емкость 1 с жидкостью. Металлические электроды 4, 5 расположены на разделенных по периметру участках внешней оболочки цилиндрической емкости 1 и не соприкасаются друг с другом. Фиг. 3 показывает взаимосвязь измеренной между металлическими электродами емкости в зависимости от уровня заполнения емкости 1 с жидкостью при различных уровнях заполнения и при различных размерах электродов 4, 5. На основании измерения емкости между обоими электродами 4, 5 емкости 1 с жидкостью можно без затруднений сделать заключение об уровне L заполнения емкости 1 с жидкостью, например с медикаментом, поскольку диэлектрическая проницаемость жидкости 14 в достаточной мере отличается от диэлектрической проницаемости воздуха или введенного вместо жидкости 14 в емкость 1 с жидкостью флюида. В настоящем случае соотношение обоих диэлектрических проницаемостей составляет около 1:80.
В случае изображенного на фиг. 1-3 метода емкостного определения уровня заполнения проблематичным является то, что такая форма исполнения для определения емкости нуждается соответственно в источнике переменного напряжения, что ведет к проблемам, в частности, при конструктивных элементах, которые применительно с обладающим функцией NFC (ближняя бесконтактная связь) мобильным телефоном или другим оснащенным NFC-интерфейсом устройством передачи данных должны эксплуатироваться полностью пассивно. В частности, крайне необходимым является встраивание батареи для выработки переменного напряжения для определения емкости.
Таким образом, задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего возможность измерения емкости одного конденсатора в одном, в частности NFC-совместимом, пассивном конструктивном элементе без необходимости в отдельном питании напряжением.
Изобретение решает эту задачу устройством названного выше типа с помощью отличительных признаков пункта 1 формулы изобретения. В соответствии с изобретением устройство для определения емкости между двумя электродами содержит:
- подключенную за электродами измерительную схему для определения емкости между обоими электродами,
- подключенный за измерительным устройством блок связи, а также
- подключенную к блоку связи первую антенну с имеющей форму катушки конструкцией с, по меньшей мере, одной обмоткой, причем блок связи выполнен для передачи поступающих к нему измерительных величин на внешний блок передачи данных, предусмотрены:
- одна вторая антенна с конструкцией в форме катушки с, по меньшей мере, одной обмоткой, подключенной к измерительной схеме, причем присоединения второй антенны прямо или косвенно подключены к электродам, так что при возбуждении антенны электромагнитным переменным полем на электродах присутствует переменное напряжение,
- причем измерительная схема выполнена для прямого или косвенного измерения приложенного к электродам переменного напряжения или протекающего через электроды переменного тока и
- выход измерительной схемы непосредственно или косвенно подведен к блоку связи.
При одном соответствующем изобретению устройстве имеется то преимущество, что измерение емкости возможно без использования отдельного генератора переменного напряжения и без батареи или аккумулятора и соответствующее изобретению устройство работает полностью пассивно. Это имеет также то преимущество, что практически не возникает нагрев жидкости в ампуле, который может быть измерен, что может быть критичным для многих чувствительных к температуре жидкостей.
Особо несложное измерение емкости предусматривает, что одно из соответствующих присоединений второй антенны соединено соответственно с одним из обоих электродов, а измерительная схема выполнена для определения амплитуды напряжения между обоими электродами и удерживает на своем выходе измерительную величину, соответствующую этой амплитуде.
Для определения измерительных величин и емкостей независимо от соответствующей позиции и ориентации блока связи предпочтительно предусмотрено, что третья антенна с конструкцией в форме катушки и с, по меньшей мере, одной обмоткой, охватывающей ту же площадь, что и вторая антенна, и, в частности, имеющей то же число витков, что и первая антенна, содержит опорный конденсатор с заданной емкостью, причем присоединения третьей антенны непосредственно или косвенно подключены к электродам опорного конденсатора, так что при возбуждении третьей антенны электромагнитным переменным полем к электродам опорного конденсатора приложено переменное напряжение, вторая измерительная схема для непосредственного или косвенного измерения приложенного к опорному конденсатору переменного напряжения или протекающего через опорный конденсатор переменного тока и одно включенное перед блоком связи устройство измерения емкости и/или определения измерительной величины, которое определяет соотношение определенных измерительной схемой измерительных величин, в частности, подвергает воздействию калибровочной функции и/или преобразует в выведенный из емкости измерительный сигнал, причем блок связи выполнен для передачи этого соотношения в качестве соответствующей измерительной величины для количества жидкости, оставшейся в емкости для жидкости.
Одно особенно простое измерение опорной емкости предусматривает, что соответственно одно из присоединений третьей антенны соединено соответственно с одним из обоих электродов опорного конденсатора и что предусмотрена вторая измерительная схема, которая выполнена для измерения амплитуды напряжения между присоединениями опорного конденсатора и включена за опорным конденсатором, причем блок связи содержит один следующий вход, который соединен с входом второй измерительной схемы.
Простым в исполнении, прочным и обеспечивающим надежное определение усовершенствованием изобретения предусмотрено, что вторая антенна и третья антенна, при необходимости также антенны, охватывают ту же площадь.
Одно предпочтительное усовершенствование изобретения можно использовать для определения содержимого жидкости в резервуаре для жидкости. При этом предусмотрена емкость для жидкости, в частности, на внутренней и наружной поверхностях которой оба электрода расположены напротив друг друга и без соприкосновения, причем, предпочтительно, емкость между обоими электродами зависит от количества жидкости, находящейся в емкости для жидкости, выданная измерительной схемой измерительная величина соответствует количеству жидкости, находящейся в емкости для жидкости.
Для введения жидкости живому существу может быть предусмотрено, что емкость для жидкости находится в соединении по флюиду с подлежащим введению средством, которое выполнено, предпочтительно, для введения этой жидкости живому существу путем инъекции.
Для точного дозирования подлежащей введению жидкости может быть предусмотрено, что средство введения управляется блоком управления, к которому подводится измерительная величина для уровня заполнения емкости для жидкости, причем блок управления активирует средство введения до тех пор, пока уровень заполнения емкости для жидкости не уменьшится до заранее заданного количества.
Далее, изобретение относится к конструкции с соответствующим изобретению устройством, а также блоком передачи данных, причем блок передачи данных выполнен для выдачи электромагнитных волн на первую антенну, вторую антенну и по мере необходимости на третью антенну. Предпочтительно, блок передачи данных реализован в качестве мобильного телефона. С помощью такой конструкции можно определять емкость, предпочтительно, и без расположенного в устройстве источника энергии.
С целью предпочтительной регистрации обработки измеренных данных может быть предусмотрено, что блок передачи данных содержит приемный блок для примера выдаваемых устройством измерительных величин, а также запоминающее устройство для запоминания этих измерительных величин.
Для управления выдачей жидкости может быть предусмотрено, что блок передачи данных содержит дополнительное устройство управления, которое через заданные интервалы времени принимает измерительную величину для уровня заполнения емкости с жидкостью, которое определяет разность между уровнем заполнения и записанным в свое запоминающее устройство уровнем заполнения и выдает сигнал, если эта разность превышает заданную пороговую величину.
Далее, изобретение относится к способу определения емкости между двумя электродами с одной первой антенной для передачи данных и второй, имеющей форму катушки антенной с, по меньшей, мере, одной обмоткой, которая непосредственно или косвенно подключена к обоим электродам, так что при возбуждении антенны электромагнитным переменным полем на электродах присутствует переменное напряжение. В соответствии с изобретением предусмотрено, что вторую антенну возбуждают через блок передачи данных электромагнитным переменным полем, тем самым, на электродах присутствует переменное напряжение, и с помощью переменного напряжения определяют емкость между обоими электродами, а емкость или выведенная из нее величина передается через первую антенну на блок передачи данных.
В случае соответствующего изобретению способа существует то преимущество, что измерение емкости можно проводить без отдельного генератора переменного напряжения или без батареи или аккумулятора и соответствующее изобретению устройство работает полностью пассивно. Это имеет также то преимущество, что практически не происходит ощутимого нагрева жидкости в ампуле, что может быть критичным для многих растворов для инъекций, чувствительных к температуре.
Для определения измерительных величин и емкостей независимо от соответствующих позиции и ориентации блока связи предусмотрена, предпочтительно, третья антенна, которая охватывает, в частности, ту же площадь, что и вторая антенна, а также опорный конденсатор с заданной емкостью, причем присоединения третьей антенны непосредственно или косвенно подключены к электродам опорного конденсатора, так что при возбуждении третьей антенны электромагнитным переменным полем на электродах опорного конденсатора присутствует переменное напряжение, причем третья антенна через устройство передачи данных совместно со второй антенной возбуждается электромагнитным переменным полем, в результате чего к опорному конденсатору приложено переменное напряжение, и что с помощью переменного напряжения определяют емкость опорного конденсатора и соотношение между емкостями обоих электродов и опорного конденсатора передают на устройство передачи данных.
Одно предпочтительное усовершенствование изобретения может использоваться для определения содержимого жидкости в емкости для жидкости. При этом предусмотрена емкость для жидкости, на, в частности, внутренней или наружной поверхности которой оба электрода расположены напротив друг друга без взаимного соприкосновения, отличающаяся тем, что емкость между обоими электродами или соотношение между емкостями между обоими электродами и опорным конденсатором рассматривают как меру для уровня заполнения и, в частности, пересчитывают в уровень заполнения в соответствии с калибровочной таблицей.
С целью обеспечения опроса и контроля отдельных дозирований может быть предусмотрено, что уровень заполнения емкости с жидкостью передают на блок передачи данных и что подлежащий передаче уровень заполнения запоминается в блоке передачи данных или в следующем, соединенном с ним блоке передачи данных и может вновь вызываться в более поздний момент времени.
Для конкретного дозирования подлежащей введению жидкости может быть предусмотрено, что уровень заполнения емкости для жидкости передают на блок передачи данных, что емкость для жидкости в завершение опорожняют, причем уровень заполнения емкости с жидкостью определяют непрерывно, в частности, через заданные интервалы времени, и передают на блок передачи данных, что определяют разность между уровнем заполнения перед началом процесса опорожнения и переданным последним уровнем заполнения в блок передачи данных
Фиг. 1 показывает на виде сбоку одно первое изображение емкости с жидкостью. Фиг. 2 показывает на виде сверху изображенную на фиг. 1 емкость для жидкости. Фиг. 3 показывает взаимосвязь между емкостью между обоими электродами и уровнем заполнения емкости для жидкости при различных размерах электродов. Один пример исполнения изобретения поясняется более подробно на изображенных фигурах. Фиг. 4 показывает в сечении соответствующее изобретению устройство в форме инсулиновой ручки. Фиг. 5 схематически показывает электрическую коммутацию отдельных, необходимых для определения емкости компонентов.
На фиг. 4 более подробно изображена одна предпочтительная форма изобретения для определения емкости. Изображенное на фиг. 4 устройство содержит цилиндрический корпус 11, в который введена также имеющая цилиндрическую форму емкость 1 с жидкостью (фиг. 1, 2). Емкость 1 с жидкостью можно извлекать из корпуса 11 и заменять однотипной емкостью 1 с жидкостью. На наружной оболочке емкости 1 для жидкости расположены электроды 4, 5, которые проходят вдоль емкости 1 с жидкостью. В этом предпочтительном примере исполнения оба электрода 4, 5 расположены в окружном направлении на расстоянии друг от друга (фиг. 2) и простираются на протяжении всей длины емкости 1 для жидкости. Емкость 1 для жидкости содержит, далее, одну концевую стенку 12, которая расположена на одной стороне цилиндрической емкости 1 для жидкости. На противолежащей концевой стороне торцевой стороне цилиндрической емкости 1 для жидкости выполнена выемка 13. Внутри емкости 1 для жидкости находится подлежащая введению жидкость 14. Эта жидкость 14 может вытекать и/или выводиться через выемку 13 из емкости 1 для жидкости. За счет перемещения концевой стенки 12 относительно оболочки цилиндрической емкости 1 для жидкости жидкость 14 выдавливается из емкости 1 для жидкости и происходит уменьшение заполненного жидкостью 14 объема емкости 1 для жидкости.
Изображенное на фиг. 4 устройство оснащено средством 3 введения или отдающим устройством, с помощью которого жидкость 14 может вводиться из емкости 1 для жидкости пациенту. В качестве средства 3 введения служит, в частности, игла для инъекций. В этой предпочтительной форме исполнения изобретения средство 3 введения содержит устройство 31 подачи, которое вдавливает расположенную по нормали к направлению оси цилиндрической емкости 1 для жидкости внутрь емкости 1 для жидкости и, тем самым, транспортирует жидкость 14 на этом противолежащем концевой стенке 12 конце через выемку 13 к инъекционной части 32 средства 3 введения. Инъекционная часть 32 и емкость 1 с жидкостью соединены друг с другом по флюиду. Средство 3 введения содержит, далее, привод 33 для устройства 31 подачи, который прижимает устройство 31 подачи к концевой стенке 12 емкости 1 с жидкостью и, таким образом, вводит находящуюся в емкости 1 для жидкости жидкость 14 в соответствующего пациента.
о
о
о
Область между концевой стенкой 12 и расположенной напротив концевой стенки выемкой 13 полностью заполнена жидкостью 14, остальная область емкости 1 с жидкостью является порожней и в настоящем случае заполнена воздухом. За счет опорожнения емкости 1 с жидкостью жидкость 14, которая имеет диэлектрическую проницаемость между 40 e и 80 e, постепенно замещается воздухом, который имеет диэлектрическую проницаемость e. За счет этого снижения диэлектрической проницаемости промежуточного пространства между электродами 4, 5 уменьшается также емкость между электродами 4, 5 на оболочке емкости 1 для жидкости. Обусловленное опорожнением уменьшение емкости между обоими электродами 4, 5 изображено более подробно на фиг. 3.
Изображенная форма исполнения позволяет определять уровень заполнения посредством емкостного измерения. Принципиально изобретение не ограничено, однако, изображенным здесь измерением уровня заполнения и может использоваться в целом также для изменения каждой любой емкости или каждой измерительной величины, изменение которой выражается в изменении емкости. Таким образом, нет необходимости в использовании изобретения для определения уровня заполнения. Более того, изобретение обеспечивает возможность каждого любого определения емкости. В последующем показано определение емкости, которая возникает без дополнительного источника переменного напряжения и без батареи или аккумулятора.
В настоящем примере исполнения изобретения емкость между обоими электродами 4, 5 определяют с помощью схемы, изображенной на фиг. 5. Схема содержит антенну 8, соединенную с блоком 7 связи. В случае антенны 8 речь идет о катушечной антенне, которую используют, например, при технологии NFC (ближняя бесконтактная связь). Антенна 8 служит, с одной стороны, для обеспечения связи между блоком 7 связи и устройством 40 передачи данных, например мобильным телефоном, и, с другой стороны, антенна 8 также обеспечивает передачу энергии, необходимой для измерения и связи, от устройства 40 передачи данных на соответствующее изобретению устройство для определения емкости.
Блок 7 связи может содержать в одной особой форме исполнения небольшое буферное запоминающее устройство для промежуточного запоминания того количества электрической энергии, которое необходимо для работы блока 7 связи в процессе измерения и связи с устройством 40 передачи данных. Буферное запоминающее устройство не нуждается, однако, в столь больших размерах, чтобы его содержимое энергии было достаточно для выработки сигнала переменного напряжения для определения емкости между обоими электродами 4, 5.
В основном измерение емкости между обоими электродами, а также емкости опорного конденсатора 11a можно производить непосредственно, конкретная, необходимая для измерения энергия может предоставляться в распоряжение непосредственно от устройства передачи данных.
Изображенная в данном случае в этом примере предпочтительная форма исполнения изобретения содержит одну вторую антенну 9, а также одну третью антенну 10. Оба присоединения второй антенны 9 подключены к обоим электродам 4, 5. Между обоими электродами 4, 5 приложено напряжение, амплитуда которого зависит соответственно от емкости соответствующего конденсатора. Присоединения третьей антенны 10 подключены соответственно к одному из электродов опорного конденсатора 11a. В настоящем случае вторая антенна 9 и третья антенна 10 содержат одинаковое число витков обмотки. Это, однако, не является обязательно необходимым. Альтернативно например, за счет различного выбора числа витков обмоток можно было бы сознательно выработать калибровочный офсет, что в случае необходимости облегчает определение параметров.
Введенная от внешнего устройства 40 передачи данных электрическая энергия поля, а также частота выработанного внешним устройством 40 передачи данных поля являются различными в зависимости от типа внешнего устройства 40 передачи данных. Во избежание возникновения различных измерительных величин, которые обусловлены типом внешнего устройства 40 передачи данных, предусмотрена третья антенна 10, которая охватывает ту же площадь, что и вторая антенна 9. Оба присоединения третьей антенны 10 подключены к обоим электродам опорного конденсатора 11a. За счет сравнения напряжения, приложенного между обоими электродами 4, 5, с напряжением, приложенным к опорному конденсатору 11a, можно получить измерительную величину для емкости, независимую от соответствующего внешнего устройства 40 передачи данных. Вторая и третья антенны 9, 10 охватывают одну и ту же площадь. Развернутое изображение на фиг. 4 и 5 служит исключительно для простоты и наглядности изображения. Поскольку вторая и третья антенны 9, 10 охватывают одинаковую площадь, также и соответствующая относительная позиция между внешним устройством 40 передачи данных и антеннами 9, 10 не оказывает никакого влияния на соотношение между напряжением на выходе опорного конденсатора 11a и напряжением между обоими электродами 4, 5.
Существенное преимущество изобретения заключается в том, что для определения емкости между обоими электродами 4, 5, а также по мере необходимости емкости опорного конденсатора 11a не требуется никакого дополнительного генератора напряжения и никакого дополнительного аккумулятора, а необходимая для определения соответствующей емкости энергия может быть выделена непосредственно из выработанного устройством 40 передачи данных электромагнитного поля.
Изображенная в этом примере предпочтительная форма исполнения изобретения содержит две измерительные схемы 6, 16, подключенные к блоку 7 связи и передающие на блок 7 связи все измеренные ими величины. В настоящем случае обе измерительные схемы 6, 16 содержат соответственно один выпрямитель, одну включенную за выпрямителем сглаживающую схему и включенную за сглаживающей схемой схему ADC (аналого-цифровой преобразователь). Результат соответствующей схемы аналого-цифрового преобразователя подводят к блоку 7 связи.
m
Предусмотрен блок 15 определения емкости и измерительной величины, который соответственно определяет соотношение между напряжением на выходе опорного конденсатора 11a и напряжением между обоими электродами 4, 5, хранит этот результат на своем выходе и передает его далее на блок 7 связи. При необходимости может быть произведен пересчет этого соотношения в емкость или выведенные из нее измерительные величины, причем соответствующее соотношение сравнивают с эталонными условиями при заранее заданных величинах емкости, определенных путем калибровки. Так, например, определенную величину C в соответствии с изображенной на фиг. 3 диаграммой можно пересчитать в соответствующее количество L уровня заполнения жидкости 14 в емкости 1 для жидкости. Блок 7 связи передает это соотношение или соответствующую пересчитанную величину измерения для запроса на внешнее устройство 40 передачи данных.
В настоящем примере исполнения блок 15 определения емкости и измерительной величины, измерительные схемы 6, 16 и опорный конденсатор 11a расположены в составе одного общего чипа 17. В одном альтернативном усовершенствовании изобретения также и блок 7 связи может быть дополнительно размещен в чипе.
Средство 3 введения в случае настоящего примера исполнения изобретения управляется неизображенным блоком управления, к которому подведена присутствующая на входе блока 15 сравнения измерительная величина для уровня заполнения емкости 1 для жидкости. Блок управления активирует средство 3 ввода до тех пор, пока уровень заполнения емкости с жидкостью не уменьшится на заранее заданное количество. При необходимости может выдаваться сообщение об ошибке, которое показывает, что соответствующая емкость 1 для жидкости пуста и не было произведено введение подлежащего введению количества жидкости.
С целью определения, какое количество жидкости было введено одновременно, соответственно перед и после введения определяют уровень L заполнения, как это описано выше. Таким образом, в распоряжении имеется первый уровень L1 заполнения перед введением, а также второй уровень L2 заполнения после введения. После формирования разности DL между первым и вторым уровнями заполнения определяют то количество жидкости, которое было соответственно введено.
Во время введения жидкости с целью дозирования соответствующей жидкости первый уровень L заполнения перед введением может быть записан в память при постоянном определении второго уровня заполнения. Если разность DL между первым и вторым уровнями заполнения достигает порогового значения, процесс введения прерывается. С этой целью производят деактивацию соответствующего средства 3 введения, например деактивируют привод 33 для подающего элемента 31, и подающий элемент 31 останавливается. Дальнейшее введение или выдача жидкости 14 более не производится.