CN102247146B - 无线感测装置与方法 - Google Patents

Abstract

无线感测装置与方法。该无线感测装置，包括天线、压控振荡器与处理单元。天线接收第一无线信号并据以产生电信号，其中第一无线信号是由待测物反射第二无线信号而产生。压控振荡器耦接天线，在电信号的干扰下产生振荡信号，其中振荡信号随电信号的变动而变化。处理单元耦接压控振荡器，依据振荡信号的变化评估待测物的参数。

Description

无线感测装置与方法

技术领域

本发明涉及一种感测器，且特别涉及一种无线感测装置与方法。

背景技术

近几年，随着物质生活的提升，人们对于健康问题的意识也渐渐地抬头。由于大多数民众对于自己的身体状态或是环境状态经常后知后觉，而忽略身体所发出的警讯。因此为了让一般民众能够就近观察自身的生理状况，坊间也陆续出现各式各样的测量器材。如此一来，一般民众便能够经由各种测量器材来监视自己体内的生理变化，而能够即时查觉自身的健康状况是否已亮起红灯，进而注意自己的体能以及作适当的调整。

有鉴于此，已知生理信号感测电路设计主要可分为两种型式，其一为采用接触式感测的生理信号感测器，另一则是采用非接触式感测的生理信号感测器。采用接触式感测的生理信号感测器大都需要通过接触人体的方式来进行测量。此架构的电路组成简单，但使用上需接触人体，且若需长时间使用时，感测线路会造成使用者感到相当程度的不适。

另外，采用非接触式感测的生理信号感测器多半以多普勒雷达架构为基础。传统多普勒雷达的操作原理为：产生一弦波信号，经过功率分配器后，其中一路连接至天线，将弦波信号辐射至人体胸腔位置，因为胸腔的起伏而使弦波信号频率产生多普勒效应，将反射后的信号与功率分配器输出端的另一路经由混频器及后续处理后，即可得到生理观测情形。但上述生理信号感测器会因为反射波与功率分配器输出弦波的相位差异可能产生相消干涉，因而产生感测零点在某些特定位置无法进行感测，限制实际的应用，且架构较复杂、耗电量较大及成本昂贵，并容易受到感测距离的变化而产生感测结果不一致的情形。

发明内容

本发明提供一种无线感测装置与方法，藉以有效地避免感测零点，并可减少电路元件使用，进而降低制造成本以及功率消耗。

本发明提出一种无线感测装置，包括天线、压控振荡器与处理单元。天线接收第一无线信号并据以产生电信号，其中第一无线信号是由待测物反射第二无线信号而产生。压控振荡器耦接第一天线，在电信号的干扰下产生振荡信号，其中振荡信号随电信号的变动而变化。处理单元耦接压控振荡器，依据振荡信号的变化评估待测物的参数。

本发明提出一种无线感测装置，包括光电转换器、压控振荡器与处理单元。光电转换器接收第一光信号并据以产生电信号，其中第一光信号是由待测物反射第二光信号而产生。压控振荡器耦接光电转换器，在电信号的干扰下产生振荡信号，其中振荡信号随电信号的变动而变化。处理单元耦接压控振荡器，依据振荡信号的变化评估待测物的参数。

本发明提出一种无线感测装置，包括天线与压控振荡器。天线接收第一无线信号并据以产生电信号，其中第一无线信号是由待测物反射第二无线信号而产生。压控振荡器耦接天线，在电信号的干扰下产生振荡信号，其中振荡信号随电信号的变动而变化，且振荡信号用以评估待测物的参数。

本发明提出一种无线感测装置，包括光电转换器与压控振荡器。光电转换器接收第一光信号并据以产生电信号，其中第一光信号是由待测物反射第二光信号而产生。压控振荡器耦接光电转换器，在电信号的干扰下产生振荡信号，其中振荡信号随电信号的变动而变化，且振荡信号用以评估待测物的运动参数。

本发明提出一种无线感测方法，包括下列步骤。通过天线接收第一无线信号并据以产生电信号，其中第一无线信号是由待测物反射第二无线信号而产生。在电信号的干扰下，通过压控振荡器产生振荡信号，其中振荡信号随电信号的变动而变化，且振荡信号用以评估待测物的参数。

本发明提出一种无线感测方法，包括下列步骤。通过光电转换器将所接收的第一光信号转换成电信号，其中第一光信号是由待测物反射第二光信号而产生。在电信号的干扰下，通过压控振荡器产生振荡信号，其中振荡信号随电信号的变动而变化，且振荡信号用以评估待测物的运动参数。

本发明通过天线接收经由待测物反射第二无线信号(或第二光信号)而产生的第一无线信号(或第一光信号)，并据以产生电信号，接着压控振荡器依据电信号而产生振荡信号，并传送至处理单元进行处理，进而获得待测物的参数以进行评估。如此一来，本发明可有效地避免感测零点，并可大幅减少电路元件使用，进而可降低制造成本及功率消耗。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一实施例的无线感测装置的方块图。

图2为图1的无线感测装置的详细电路方块图。

图3为本发明的另一实施例的无线感测装置的方块图。

图4为本发明的又一实施例的无线感测装置的方块图。

【主要元件符号说明】

100、200、300、400：无线感测装置

110、120、210、220、310、320：天线

130、230、330、340、430：压控振荡器

140、240、350、440：处理单元

180、280、380、480：待测物

221、222：放大器

250：解调单元

251：延迟器

252：混频器

260：信号处理单元

261：模拟数字转换器

262：数字信号处理器

263：数字模拟转换器

270：低通滤波器

SRX：第一无线信号

STX：第二无线信号

SV：电信号

SO：振荡信号

SO1：第一振荡信号

SO2：第二振荡信号

SVO：电压信号

SD：数字信号

SDJ：数字调整信号

SJ：调整信号

SL1：第一光信号

SL2：第二光信号

具体实施方式

图1为本发明的一实施例的无线感测装置的方块图。请参照图1，无线感测装置100包括天线110、120、压控振荡器130与处理单元140。天线110(例如接收天线)接收第一无线信号(例如射频调制信号)SRX，并据以产生电信号SV。压控振荡器130耦接天线110，在电信号SV的干扰下产生振荡信号SO，其中振荡信号SO会随电信号SV的变动而变化。在本实施例中，压控振荡器130在电信号SV的干扰下，会启动自我注入锁定(selfinjection lock)作用，以产生振荡信号SO。

处理单元140耦接压控振荡器130，依据振荡信号SO的变化评估上述待测物180的参数。天线120(例如发射天线)耦接压控振荡器130，接收振荡信号SO并据以产生第二无线信号STX至待测物180，使得待测物180会反射第二无线信号STX而产生第一无线信号SRX。在本实施例中，待测物180例如为人体，且待测物180的参数例如为心跳、脉搏、呼吸与动作(例如肢体动作)等相关的参数。另外，第一无线信号SRX的频率不同于第二无线信号STX的频率。

以下，将说明无线感测装置100的运作。首先，天线120发射第二无线信号STX至待测物(人体)180，而待测物180会反射第二无线信号STX而产生第一无线信号SRX至天线110。在本实施例中，由于人体的呼吸及心跳起伏或脉搏及肢体动作等，所以第二无线信号STX与相对运动的呼吸及心跳起伏或脉搏及肢体动作就会产生多普勒效应，因此，通过人体反射第二无线信号STX而产生的第一无线信号SRX具有不同的频率，且第一无线信号SRX的频率也不同于第二无线信号STX的频率。接着，天线110接收第一无线信号SRX并据以产生电信号SV至压控振荡器130，而压控振荡器130会依据电信号SV而产生振荡信号SO至处理单元140，并且振荡信号SO中会具有人体的心跳、呼吸、脉搏或动作等的信息(亦即待测物180的参数)。之后，处理单元140便会对振荡信号SO进行处理而获得人体的心跳、呼吸、脉搏或动作的相关信息，而使用者便上述信息来评估自己现在的身体状况。

如此一来，本实施例的无线感测装置100不需如同已知生理信息感测器需要将反射后的信号与功率分配器输出端的另一路经由混频器及后续处理，因此可以避免测量零点，并可减少电路的使用、降低系统的复杂度以及功率消耗。

图2为图1的无线感测装置100的详细电路方块图。请参照图2，无线感测装置200包括天线210、220、放大器221、222、压控振荡器230与处理单元240。在本实施例中，天线210(例如接收天线)、220(例如发射天线)与压控振荡器230的实施方式可参照图1的天线110、120与压控振荡器130的说明，故在此不再赘述。

放大器(例如低噪声放大器)221耦接于天线210与压控振荡器230之间，用于放大天线210所产生的电信号SV。放大器(例如功率放大器)222耦接于压控振荡器230与天线220之间，用以放大压控振荡器230所产生的振荡信号SO。

处理单元240包括解调单元250与信号处理单元260。解调单元250耦接压控振荡器230，接收振荡信号SO，并将振荡信号SO解调为电压信号SVO。信号处理单元260耦接解调单元250，对电压信号SVO进行处理，以获得处理结果以及调整信号SJ，并将调整信号SJ传送至压控振荡器230，以便调整压控振荡器230产生的振荡信号SO的振荡频率。上述的处理结果即为待测物280的参数(例如人体的心跳、呼吸或脉搏等相关信息)，因此使用者便可根据上述处理结果而得知自己的身体状况。

另外，处理单元240还可包括低通滤波器270，低通滤波器270可耦接于解调单元250与信号处理单元260，以对电压信号SVO进行低通滤波，进而滤除电压信号SVO中的高频噪声。

此外，在本实施例中，解调单元250包括延迟器251与混频器252。延迟器251耦接压控振荡230，用以延迟振荡信号SO。混频器252耦接压控振荡器230与延迟器251，用以将振荡信号SO与延迟后的振荡信号SO进行混频，以进行频率解调，进而产生电压信号SVO。

信号处理单元260包括模拟数字转换器(analog-to-digital converter)261、数字信号处理器262、数字模拟转换器(digital-to-analog converter)263。模拟数字转换器261耦接解调单元250，用以将电压信号SVO进行模拟数字转换，以产生数字信号SD。数字信号处理器262耦接模拟数字转换单元261，用以对数字信号SD进行处理，以产生处理结果(亦即获得待测物280的参数)。另外，数字信号处理器262会控制数字调整信号SDJ，以决定压控振荡器230的输出频率。数字模拟转换器263耦接数字信号处理器262，用以将数字调整信号SDJ进行数字模拟转换，以产生调整信号SJ。之后，调整信号SJ会传送至压控振荡器230，以调整压控振荡器230所产生的振荡信号SO的振荡频率。

在上述无线感测装置100中，天线(发射天线)120耦接压控振荡器130，且压控振荡器130耦接天线(接收天线)110，因此，天线120所产生的第二无线信号STX的频率会随第一无线信号SRX的变动而变化，亦即，第二无线信号STX的频率会一直改变，但本发明不限于此。以下，将另举第二无线信号STX维持固定频率的例子。

图3为本发明的另一实施例的无线感测装置的方块图。请参照图3，无线信号感测装置300包括天线310(例如接收天线)、320(例如发射天线)、压控振荡器330、340与处理单元350。本实施例的天线310、压控振荡器330与处理单元350的实施方式可参照图1的天线110、压控振荡器130与处理单元140的说明，在此不再赘述。

在本实施例中，压控振荡器340可产生第二压控信号SO2。天线320耦接压控振荡器340，接收第二压控信号SO2，并据以产生第二无线信号STX至待测物380，使得待测物380反射第二无线信号STX而产生第一无线信号SRX。由于天线(发射天线)320依据压控振荡器340输出的第二振荡信号SO2来产生第二无线信号STX，而不是依据压控振荡器330输出的第一振荡信号SO1来产生第二无线信号STX，因此，图3的无线感测装置300与图1的无线感测装置100的差别在于，图3的第二无线信号STX可维持固定的频率，而图1的第二无线信号STX的频率为可变动的。但上述仅为第二无线信号STX的差异，但图3的无线感测装置300的实施方式与所达成的功效仍与图1的无线感测装置100相似，故在此不再赘述。

上述图1、图2及图3的实施例是通过发射无线信号至待测物，并接收由待测物所反射的无线信号来感测并评估待测物的参数，但本发明不限于此。以下，另举一实施例来说明。

图4为根据本发明的又一实施例的无线感测装置的方块图。请参照图4，无线感测装置400包括光产生器410、光电转换器420、压控振荡器430与处理单元440。

光源410产生第二光信号SL2至待测物480，而待测物480会反射第二光信号SL2而产生第一光信号SL1。光电转换器420接收第一光信号SL1，并据以产生电信号SV。在另一实施例中，光源410与光电转换器420可以一模块的方式制作，进而减少电路元件使用。

压控振荡器430耦接该光电转换器420，在电信号SV的干扰下产生振荡信号SO，其中振荡信号SO随电信号SV的变动而变化。处理单元440耦接压控振荡器430，依据振荡信号SO的变化评估待测物480的运动参数(如速度、位移与作动频率)。

在本实施例中，第二光信号SL2与待测物480的相对运动也会产生多普勒效应，因此，通过待测物480反射第二光信号SL2而产生的第一光信号SL1具有不同的波长，且第一光信号SL1的波长也会不同于第二光信号SL2的波长。接着，光电转换器420会将接收到的第一光信号SL1转换成电信号SV，并传送至压控振荡器430。之后，压控振荡器430会依据电信号SV而产生振荡信号SO至处理单元440，而此振荡信号SO中会具有待测物480运动的信息。之后，处理单元440便会对振荡信号SO进行处理而获得待测物480运动的相关信息。

如此一来，本实施例的无线感测装置400也可避免测量零点，且可减少电路元件的使用，进而达成减少制造成本以及功率消耗。

综上所述，本发明的无线信号测量装置为非接触式感测装置，利用发射至待测物的第二无线信号(或第二光信号)受到呼吸、心跳、脉搏或动作(例如肢体动作)等扰动产生的多普勒效应，使得待测物反射第二无线信号(或第二光信号)而产生的第一无线信号(或第二光信号)具有对应于呼吸、心跳、脉搏或动作等的频率变化，并利用压控振荡器的自我注入锁定作用，使压控振荡器产生受到多普勒效应的振荡信号。之后，经由处理单元对振荡信号进行处理，进而获得待测物的参数(例如呼吸、心跳、脉搏或动作等相关信息)以进行评估。如此一来，相较于传统感测电路来说，本发明可有效地提高感测灵敏度及感测的正确性、可避免感测零点、减少电路元件使用、进而降低系统复杂度及功率损耗。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (11)

1.一种无线感测装置，包括：

一第一天线，接收一第一无线信号并据以产生一电信号，其中该第一无线信号是由一待测物反射一第二无线信号而产生；

一压控振荡器，耦接该第一天线，在该电信号的干扰下产生一振荡信号，其中该振荡信号随该电信号的变动而变化；以及

一处理单元，耦接该压控振荡器，依据该振荡信号的变化评估该待测物的一参数，

该处理单元包括：

一解调单元，耦接该压控振荡器，接收该振荡信号，并将该振荡信号解调为一电压信号；以及

一信号处理单元，耦接该解调单元，对该电压信号进行处理，以获得一处理结果以及一调整信号，并将该调整信号传送至该压控振荡器。

2.如权利要求1所述的无线感测装置，其中该第一无线信号的频率不同于该第二无线信号的频率。

3.如权利要求1所述的无线感测装置，还包括：

一第二天线，耦接该压控振荡器，接收该振荡信号并据以产生该第二无线信号至该待测物。

4.如权利要求3所述的无线感测装置，还包括：

一放大器，耦接于该压控振荡器与该第二天线之间，用以放大该振荡信号。

5.如权利要求1所述的无线感测装置，还包括：

一第二压控振荡器，用以产生第二振荡信号；以及

一第二天线，耦接该第二压控振荡器，接收该第二振荡信号并据以产生该第二无线信号至该待测物。

6.如权利要求1所述的无线感测装置，其中该待测物的参数为心跳、脉搏、呼吸与动作。

7.如权利要求1所述的无线感测装置，其中该解调单元包括：

一延迟器，耦接该压控振荡器，用以延迟该振荡信号；以及

一混频器，耦接该压控振荡器与该延迟器，用以将该振荡信号与延迟后的该振荡信号进行混频，以产生该电压信号。

8.如权利要求1所述的无线感测装置，其中该信号处理单元包括：

一模拟数字转换器，耦接该解调单元，用以将该电压信号进行模拟数字转换，以产生一数字信号；

一数字信号处理器，耦接该模拟数字转换单元，用以对该数字信号进行处理，以产生该处理结果以及一数字调整信号：

一数字模拟转换器，耦接该数字信号处理器，用以将该数字调整信号进行数字模拟转换，以产生该调整信号。

9.如权利要求1所述的无线感测装置，还包括：

一低通滤波器，耦接于该解调单元与该信号处理单元之间，用以对电压信号进行滤波。

10.如权利要求1所述的无线感测装置，还包括：

一放大器，耦接于该第一天线与该压控振荡器之间，用以放大该电信号。

11.一种无线感测方法，包括：

通过一天线接收一第一无线信号并据以产生一电信号，其中该第一无线信号是由一待测物反射一第二无线信号而产生；以及

在该电信号的干扰下，通过一压控振荡器产生一振荡信号，其中该振荡信号随该电信号的变动而变化，该振荡信号用以评估该待测物的一参数，

其中，评估该待测物的该参数包括：

接收该振荡信号，并将该振荡信号解调为一电压信号；以及

对该电压信号进行处理，以获得一处理结果以及一调整信号，并将该调整信号传送至该压控振荡器。

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