带有背光电池电量耗尽监测的便携式测试仪表的制作方法

1.本技术大致涉及测试仪表领域，且更具体地说，涉及用于定期监测受试者的便携式测试仪表以及用于监测便携式测试仪表中使用的电池耗尽的相关方法。


背景技术：

2.手持装置（诸如便携式测试仪表）通常需要显示器来向仪表的用户传达测试测量的结果。为了在弱光状况下的可读性，这种显示器可以包括背光。紧凑、重量轻、且寿命长而不需要频繁更换电池的便携式测试仪表是合期望的。
3.一些技术，诸如薄膜晶体管（tft）显示器技术，提供了用户期望的增强的彩色图形。然而，如果没有背光，这些显示器可能完全不可读，并且因此不适合在不更换电池的情况下操作数周或数月的便携式测试仪表中使用，因为不能为了省电而禁用背光。因此，这种需要持续背光照明的显示器通常不会被用于或考虑用于这种便携式测试仪表。
4.另外，测试仪表中常用的显示器是无源液晶显示器（lcd），即使没有有源背光，无源液晶显示器也仍然清晰可见。因此，用于便携式测试仪表的现有架构没有解决具有tft显示屏幕的便携式测试仪表所遇到的真正问题，这需要增强对背光子系统的监测和管理，以防止测试仪表的不可预测的功率损失。
5.此外，常用的电池耗尽检测算法可能只查看启动前的电池电压。在这种情况下，不考虑电池的内阻、离子迁移率和温度影响。然而，这种简单的测试只适用于经受相对较小且稳定的电流损耗的电池。
附图说明
6.为了理解本发明特征的方式，可以参考某些实施例进行详细描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应当注意，附图仅图示了某些实施例，并且因此不应被认为是对其范围的限制，因为所公开的主题的范围也涵盖其他实施例。附图不一定按比例绘制，重点通常放在说明某些实施例的特征上。在附图中，在各个视图中，相同的数字用于指示相同的部分。
7.图1a描绘了根据本文阐述的方面的部分剖开的便携式测试仪表的面向后面的图；图1b描绘了根据本文阐述的方面的便携式测试仪表的面向正面的视图；图2a是在图1a的便携式测试仪表中使用和供电的控制器的框图；图2b是电路板的平面图，包括图1a和2a的便携式测试仪表的电气部件；图3描绘了连接在图1a的便携式测试仪表内的背光电池和主电池的示意图；图4描绘了根据本文阐述的方面的用于测试仪表中的具有电池监测电路的背光驱动电路；图5a-5b描绘了根据本文阐述的方面，打算用作用于测试仪表的背光电池的电池的电压恢复特性；以及图6描绘了根据本文阐述的方面的用于监测背光电池的状况的方法，诸如具有图
5a-5b中描绘的用于便携式测试仪表的特性的那些。
具体实施方式
8.下面的详细描述应当参考附图来阅读，其中不同附图中的类似元素具有相同的编号。不一定按比例绘制的附图描绘了选定的实施例，并且不旨在限制本发明的范围。详细描述通过示例而非限制的方式说明了本发明的原理。该描述将清楚地使本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且描述了本发明的几个实施例、修改、变型、替代方案和用途，包括目前被认为是实施本发明的最佳模式。
9.如本文所使用的，用于任何数值或范围的术语“大约”或“近似”指示合适的尺寸公差，其允许部分或部件的集合用于其如本文所述的预期目的。此外，如本文所用，术语“患者”、“宿主”、“用户”和“受试者”指任何人类或动物受试者，并且不旨在将系统或方法限制于人类使用，尽管在人类患者中使用受试者技术代表了优选实施例。
10.本公开部分涉及便携式测试仪表，诸如用于定期地测量受试者血糖水平的测试仪表。这些测试仪表中的某些配备有主电池或一次电池，其为测试仪表的内置控制器和显示器以及任何测量子系统（诸如用于血糖监测的电化学测试电路）供电。对于那些配备tft或类似形式显示器的便携式测试仪表，存在为显示器的背光供电的进一步需要。因此，测试仪表可以进一步包括专用背光电池，并且允许增强的电池监测，以便于在背光电池耗尽之前更换背光电池。更具体地，主电池可以用于给控制器、显示器逻辑和测试仪表的任何测量子系统供电，而专用背光电池可以仅用于给背光供电。这种配置允许在便携式测试仪表中使用tft显示器，尽管存在tft显示器需要背光才可见的问题。在一个实施例中，由于使用常规的硬币电池作为专用背光电池，因此便携式测试仪表的占地空间减少，因为通常将不可用于背光的硬币电池以本文所述的非常规方式操作。
11.另外，硬币电池（诸如cr2032锂电池）已常用于便携式测试仪表，但不适合与诸如背光的高功率汲取部件一起使用。但是本文描述的技术使得能够使用这些常见电池，因为这些技术利用了便携式测试仪表的特定使用模式，诸如定期用于测量糖尿病患者血糖的那些。
12.总的来说且根据实施例，提供了一种便携式测试仪表。便携式测试仪表包括用于监测背光电池的装置，诸如电池监测电路。该测试仪表包括固持控制器的外壳，该控制器用于例如定期地测量受试者的血糖水平。测试仪表还包括显示器，诸如具有背光的tft显示器和用于监测专用背光电池的电路。使用监测电路，测量仪表的关闭时间，并将其与背光电池的预定恢复时间进行比较。如果仪表的关闭时间大于背光电池的预定恢复时间，则在激励背光之后的预定时间处测量背光电池的电压，并将其与超过背光电池的阈值电压的第一预定电压进行比较。如果测量的电压小于第一预定电压，则将测量的电压与在第一预定电压和阈值电压之间的第二预定电压进行比较。如果测量的电压小于第二预定电压，则显示电池耗尽警告。
13.在另一个实施例中，本文公开了一种用于监测用于便携式测试仪表的背光电池的状况的方法。测试仪表包括仪表外壳，该仪表外壳固持数个部件，包括控制器，并且在仪表外壳上提供显示器。显示器包括tft屏幕和背光。背光由背光电池供电。根据该方法，测量仪表的关闭时间，并将其与背光电池的预定恢复时间进行比较。如果仪表的关闭时间大于背
光电池的预定恢复时间，则在激励背光之后的预定时间处测量背光电池的电压，并将其与超过背光电池的阈值电压的第一预定电压进行比较。如果测量的电压小于第一预定电压，则将测量的电压与在第一预定电压和阈值电压之间的第二预定电压进行比较。如果测量的电压小于第二预定电压，则显示电池耗尽警告。
14.上述实施例意图仅是示例。从下面的讨论中很容易看出，其他合适的实施例也在所公开主题的预期范围内。
15.现在将描述具体的工作示例。首先，参照图1-6，将讨论便携式测试仪表和电池监测技术。
16.图1a描绘了便携式测试仪表10的面向后面的视图，其由仪表外壳11限定，该仪表外壳11具有被配置成且尺寸被设置成固持多个部件的内部。这些部件包括控制器38（见图2a）、主电池50和背光电池52。如图1b所示，根据该实施例的显示器14包括薄膜晶体管（tft）屏幕以及背光，该背光设置在类似的便携式测试仪表10’的面向前面的一侧上。在一个操作示例中，主电池50为控制器38以及tft显示器逻辑供电。同时，背光电池52仅给显示器背光供电。
17.取决于配置，背光可以是发光二极管（led）或led阵列，其中阵列可以包括1至50个led。在其他实施例中，背光可以是荧光装置、电致发光装置、有机发光二极管（oled）或可以设置在图1a和1b的测试仪表10、10’的外壳11内的任何其他光源。
18.图1b图示了糖尿病管理系统，其包括便携式测试仪表10’和呈葡萄糖测试条62形式的生物传感器。尽管便携式测试仪表10、10’具有不同的物理外观，但是它们大致以相同的方式操作。注意，仪表（仪表单元）可以被称为分析物测量和管理单元、葡萄糖仪表、仪表和分析物测量装置（未示出）。在实施例中，仪表单元可以与胰岛素输送装置、附加分析物测试装置和药物输送装置相结合。仪表单元可以经由电缆或合适的无线技术（诸如，例如gsm、cdma、蓝牙、无线网络等）连接到远程计算机或远程服务器。这种管理系统在2014年4月29日授权的且题为“分析物测量技术和系统”的美国专利号8,709,232b2中有更详细的描述，其全部内容通过引用结合于此。
19.返回参考图1b，血糖仪或仪表单元10’由外壳11限定，外壳11具有设置在外壳11的面对表面上的多个用户界面按钮（16、18和20）。除了被配置成接收生物传感器（测试条62）的测试条端口开口22之外，还提供显示器14。用户界面按钮（16、18和20）可以被配置成允许数据输入、菜单导航和命令执行。用户界面按钮18可以呈双向拨动开关的形式。用户界面按钮的数量和取向可以呈现各种配置，其中所示的三（3）个界面按钮是示例。数据可以包括代表分析物浓度的值和/或与个人日常生活方式相关的信息。与日常生活方式相关的信息可包括食物摄入、药物使用、健康检查的发生以及个人的一般健康状况和运动水平。便携式测试仪表10、10’的电子部件可以设置在电路板34上，如图2b所示，电路板34设置在仪表外壳11、11’的内部内。
20.图2a描绘了便携式测试仪表的部分框图，其示出了连接到电源220的控制器38。控制器38包括中央处理器（cpu）212、随机存取存储器（ram）214、模数转换器（adc）216和通用输入/输出（gpio）218。adc 216连接到背光电池监测电路，并且可用于测量其电压。gpio 218可以与显示器通信以打开背光60（见图3），或者可以与电池监测电路通信（见图4）。
21.图2b（以简化示意图）图示了设置在电路板34的顶表面上的电子部件，电路板34设
置在图1a的测试仪表10的内部内。这些电子部件包括测试条端口连接器22、运算放大器电路35、控制器38、显示器连接器14a、非易失性存储器40、时钟42和第一无线模块46。在电路板34的底表面上，电子部件可以包括电池连接器（未示出）和数据端口13。控制器38可以电连接到测试条端口连接器22、运算放大器电路35、第一无线模块46、显示器14、非易失性存储器40、时钟42、至少一个电池、数据端口13和用户界面按钮16、18、20。
22.运算放大器电路35可以包括两个或更多运算放大器，其被配置成提供恒电位仪功能和电流测量功能的一部分。恒电位仪功能可以指在与测试仪表结合使用的测试条的至少两个电极之间施加测试电压。电流函数可以指由所施加的测试电压产生的测试电流的测量。电流测量可以用电流-电压转换器来执行。控制器38可以呈混合信号微处理器（msp）的形式，诸如，例如德州仪器msp 430。ti-msp 430可以被配置成还执行恒电位仪功能和电流测量功能的一部分。另外，控制器38还可以包括易失性和非易失性存储器。在另一个实施例中，许多电子部件可以以专用集成电路（asic）的形式与控制器集成。
23.测试条端口连接器22可以被配置成形成到测试条（诸如测试条62）的电连接。显示器连接器14a可以被配置成附接到显示器14。显示器14可以呈液晶显示器的形式，用于报告测得的葡萄糖水平，并且便于使用界面按钮16、18、20输入生活方式相关信息。更具体地，且根据该实施例，显示器14包括背光。数据端口13可以接受附接到连接引线（未示出）的合适连接器，从而允许测试仪表10链接到外部装置，诸如个人计算机。数据端口13可以是允许数据传输的任何端口，诸如，例如串行、usb或并行端口。时钟42可以被配置成保持与用户所处的地理区域相关的当前时间，并且还用于测量时间，且如稍后更详细描述的。测试仪表可以被配置成电连接到电源，诸如，例如至少一个内置电池，如根据图3所描绘的。
24.图3示意性地描绘了用于图1的测试仪表10的功率配置的进一步细节。在该配置中，控制器38连接到主电池50，用于向控制器38供应功率。背光电池52用于经由背光驱动电路54为显示器14的背光60供电。
25.图4描绘了如与电池监测电路420一起使用的根据实施例的背光驱动电路410。示例性背光驱动电路410采用以恒流配置操作的开关模式升压调节器。驱动电路410通过led_a和led_k输出到led背光。led电流由电阻器r32控制。在这种情况下，参考电压（例如500 mv）可以保持在u10上的引脚fb处，提供近似10 ma的led驱动电流。电池监测电路420通过模数转换器（adc）测量电压vbat2。例如，为了便于背光电池测量，控制器可以将信号en_vbat2_meas拉至低电位，从而导通mosfet q4。这允许来自bt2的电压到达由r34/r38产生的分压器。这两个电阻器的比值将bt2电压除以1.7的系数，然后再将该电压馈送到adc。分压器确保bt2电压不会使adc输入饱和。
26.图5a-5b描绘了根据本文阐述的方面的锂硬币背光电池的电化学电压恢复特性。例如，如果背光电池被加载到0.8 v，当移除负载时，图5a显示电压在近似60秒后开始恢复到2 v以上。然而，恢复到例如3 v的标称电池电压的99%可能花费近似3小时，如图5b所示。
27.例如，可以选择特定的电池型号在便携式测试仪表中用作背光电池。这种电池可以通过工厂测试来表征，以确定电池在被汲取一段时间（便携式测试仪表的典型使用时间）之后恢复到电化学平衡将要花费的时间。在便携式葡萄糖测试仪表的情况下，通常每天使用3-4次，每次大约2-5分钟，电池循环的特征可以是全汲取5分钟，并确定恢复所需的时间。
28.值得注意的是，显示图5a-5b的特性的锂硬币电池对于为持续操作并在相对长时
间段内操作的装置的背光电池供电并不理想。然而，因为在测试过程期间，诸如葡萄糖仪表的测试仪表通常仅在相对短的时间段内每天使用几次，所以通过采用如本文所述的监测技术，可以将锂硬币电池用作这种仪表中的背光电池。这些监测技术使得能够检测耗尽的电池，以便及时更换。
29.除了恢复时间特性之外，当电池存储在其正常操作范围之外的温度时，其可能表现出电压降低。在这种情况下，其中电池远低于标称操作温度，本文描述的技术可以通过抑制这种循环期间的电池耗尽消息来说明温度超出操作范围。
30.图6描绘了当使用具有类似于图5a和5b的特性的特性的背光电池时，用于监测图1a或1b的便携式测试仪表10、10’的背光电池52的状况的方法600。如上所述，诸如血糖仪的测试仪表包括基于膳食和其他事件（锻炼、睡眠等）在24小时时段的过程内进行的定期测量。因此，在给定的24小时时段内，测试仪表将不会一直通电，在该时段内可以多次获得葡萄糖测量结果，在给定的24小时时段内，测量可能经常花费不到一分钟。出于本发明和确定背光电池耗尽的目的，已经确定测试仪表的关闭时间是可以用于确定背光电池是否耗尽的重要因素。在描述方法600时，将仅出于说明的目的给出具体的工作示例。
31.在一个实施例中，方法600在框610处测量仪表的关闭时间，并将所测量的仪表的关闭时间与背光电池的预定恢复时间进行比较。例如，控制器38可以将背光使用记录存储到非易失性存储器。在这里将参考图6遵循的用于说明目的的特定工作示例中，记录可以指示背光最后一次被激励是在第x天下午1：08。然后，当仪表下一次被打开时，仪表可以从控制器的机载时钟获得当前系统时间。在具体的工作示例中，当前系统时间可以是第x天下午5：28。然后，控制器可以从当前系统时间减去先前激励时间，以确定关闭时间，在该特定的工作示例中，关闭时间将是4小时20分钟。
32.为了精确计量测试仪表的内置电池是否耗尽，当电池已经被允许从定期循环中恢复时，测量最为精确。在这种情况下，方法600在框620处确定仪表的关闭时间是否大于背光电池的预定恢复时间。在特定的工作示例中，锂硬币电池可能需要4小时的时间来恢复，并且因此，在该特定示例中，控制器可以将实际关闭时间与4小时恢复时间进行比较，并且前进到框620的“是”分支。相反，如果电池还没有被允许充分恢复整整四个小时，则方法600在框620处前进到框690，并且将不显示警告消息。在这种情况下，仪表可以进行主仪表例程，并允许执行测试，诸如血糖测试。
33.在其他示例中，电池可能需要从10分钟到12小时的任何时间来进行恢复。可以表征在特定测试仪表中使用的特定电池型号的恢复时间，并且因此可以预定用于恢复时间的适当值。如参照图5a-5b所述，电池恢复时间的表征可以通过使用n个电池复制品的受控测试以及使用电压表测量电池的内部电压来进行。
34.继续，方法600在框630处开启（激励）测试仪表的背光，并且在激励背光之后的预定时间处测量背光电池的电压。可以选择预定时间以允许背光在进行测量之前完全激励。在具体的工作示例中，电池监测电路410可以在预定时间之后读取电压，并且控制器可以将电压存储在非易失性存储器中。预定时间可以通过受控测试来选择，在受控测试中，在受控环境中使用高速电压测试器来监测背光操作的前几秒期间的背光电池电压，以确定电压降到稳定必须经过多长时间。
35.接下来，方法600在框640处将测量的电压与超过背光电池的阈值电压的第一预定
电压进行比较。第一预定电压可以被选择为足够高的电压，使得几乎不存在或不存在背光电池接近耗尽的可能性。相反，阈值电压可以被选择为激励背光所需的最小可能电压。在一个具体示例中，阈值电压可以是0.8 v，并且第一预定电压可以是2.5 v（新电池的电压）。
36.方法600在框650处确定所测量的电压是否小于第一预定电压。在所测量的电压大于或等于第一预定电压的情况下，方法600前进到框690，并且不显示警告，因为背光电池没有接近于被耗尽。在一个示例中，第一预定电压可以被设置成等于新安装的电池的全电压。
37.如果方法600在框650处确定测量的电压小于第一阈值电压，则方法600继续到框660，并将测量的电压与第二预定电压进行比较，第二预定电压在第一预定电压和阈值电压之间。第二预定电压可以通过测试仪表和电池的n个复制品的受控测试来选择（例如，n=100）。第二预定电压代表电池足够接近耗尽而需要用户干预的电压。例如，第二预定电压可以通过受控测试来确定，直到在电池完全耗尽之前可以进行特定的少量典型仪表测试，诸如一次到五次之间的测试。在一个示例中，第二预定电压可以在1.0 v和1.2 v之间。
38.方法600在框670处确定测量的电压是否小于第二预定电压。如果测量的电压不小于第二预定电压，则该方法进行到框690，并且不显示警告。
39.相反，如果测量的电压小于第二预定电压，则该方法进行到框690，并且电池耗尽警告或消息显示在仪表上。在一个示例中，电池耗尽消息可以作为低电池图标持续显示在仪表上。在另一个示例中，在允许执行测试之前，仪表可能需要确认电池耗尽警告。在另一个示例中，电池耗尽警告可以指示仪表的剩余测试周期数。在又一示例中，电池耗尽警告可以基于剩余的典型测试可以被执行的次数来升级或重复。
40.在另一个实施例中，该方法可以在第二预定时间处测量背光电池的第二电压。例如，第二测量电压可以在第一测量电压之后的1到1000秒之间获得。第二测量电压可用于确定自激励背光以来的预定时间期间发生的电池电压降。随着背光电池的耗尽，在每个使用周期，该电压降将变得更大。在使用低容量电池为背光供电的示例中，这种电池可能仅能够在需要关闭以进行恢复循环之前为背光供电特定的持续时间。因此，如果背光已经被供电长于特定时间间隔而不被允许恢复，则仪表可以确定电池只是暂时耗尽，而不是永久耗尽。同样，这种电池的可接受的接通时间可以通过用电池受控测试n个复制品仪表来表征，并且。
41.值得注意的是，上文关于框610至框680描述的方法600通常发生在仪表用户用仪表进行测试之前。因此，用户可能接收到背光电池警告，并可以在那时决定放弃进行测试，诸如自我监测血糖测试，并立即更换背光电池。在另一个示例中，用户可以选择首先进行测试，并且然后随后更换背光电池。在又一个实施例中，基于背光已经被激励之后电池的电压水平，控制器可以估计在电池将完全不能点亮屏幕之前可能剩余的典型测试循环的数量，并且提供指示在电池完全耗尽之前有多少剩余测试是可能的警告。
42.在另一个实施例中，除了上述电池耗尽检查之外，或者代替上述电池耗尽检查，可以采用所谓的气体计量技术，其中通过测量从当系统中安装新电池时开始使用仪表的每个历史时间间隔内的电压和电流来跟踪电池在其寿命期间使用的累积能量。单独使用这种技术可能容易出错，因为测试仪表中可能安装了部分充电的电池。然而，结合上述其他监测，这种技术可以消除假阳性或假阴性。例如，如果安装了已知的新电池（例如，具有特定识别码以指示制造商的智能电池），则仪表可以使用累积的使用数据来覆盖电池耗尽警告。
43.虽然已经依照特定的变型和说明性附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员将认识到，本发明不限于所描述的变型或附图。另外，当上述方法和步骤指示以特定顺序发生的特定事件时，本领域普通技术人员将认识到，可以修改特定步骤的顺序，并且这种修改符合本发明的变型。另外，当可能时，某些步骤可以在并行过程中同时执行，也可以如上所述顺序执行。因此，就本发明的变型而言，这些变型在本公开的精神之内或者等同于权利要求中发现的发明，本专利的意图是也将覆盖这些变型。
44.就权利要求引用多个元素叙述短语“至少一个”来说，这旨在意味着列出的元素中的至少一个或多个，并且不限于每个元素中的至少一个。例如，“元素a、元素b和元素c中的至少一者”旨在指示单独的元素a，或者单独的元素b，或者单独的元素c，或者它们的任何组合。“元素a、元素b和元素c中的至少一者”不旨在限于元素a、元素b和元素c中的至少一者。
45.该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元素，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等同结构元素，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。
46.本文使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例，且不是旨在进行限制。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指示。将进一步理解，术语“包括（comprise）”（以及任何形式的包括，例如“包括（comprises）”和“包括（comprising）”）、“具有”（以及任何形式的具有，例如“具有（has）”和“具有（having）”）、“包含”（以及任何形式的包含，例如“包含（includes）”和“包含（including）”）和“含有”（以及任何形式的含有，诸如“含有（contains）”和“含有（containing）”）是开放式链接动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个步骤或元素的方法或装置拥有那些一个或多个步骤或元素，但不限于仅拥有那些一个或多个步骤或元素。同样，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征的方法的步骤或装置的元素拥有那些一个或多个特征，但不限于仅拥有那些一个或多个特征。此外，以某种方式配置的装置或结构至少以该方式配置，但是也可以以未列出的方式配置。
47.以下权利要求中的所有装置或步骤加上功能元素的对应结构、材料、动作和等同物，如果有的话，旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元素来执行功能的任何结构、材料或动作。这里阐述的描述是为了说明和描述的目的而给出的，但并不旨在穷举或限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择和描述该实施例是为了最好地解释本文阐述的一个或多个方面的原理和实际应用，并且使得本领域的其他普通技术人员能够理解本文针对具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例描述的一个或多个方面。