CN105682546A - 振动传感器以及脉搏传感器 - Google Patents

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Abstract

与脉冲波生成部连接的BPF具有将螺旋天线的谐振频率的变动宽度包含在内的频带宽度。因此，即使由于人体接近螺旋天线而螺旋天线的谐振频率发生变动，通过了BPF的多个频率的信号中的某一个或几个也能够通过螺旋天线的频带宽度。

Description

振动传感器以及脉搏传感器
技术领域
本发明涉及一种利用了电波的多普勒效应的振动传感器以及脉搏传感器。
背景技术
以往，为了检测人体的脉搏，需要如光电脉搏传感器、心电计等那样在使传感器与人体接触的状态下进行感测。
如果能够以非接触的方式检测人体的脉搏，则能够期待对于用于健康维护、健康管理的商品、独居老人的看护感测等的应用。
专利文献1：日本专利3057438号公报
发明内容
发明要解决的问题
作为以非接触的方式检测人体的活动状况的方法，存在使用电波的技术。在专利文献1中，公开了一种使用了电波的非接触式心肺功能监视装置的传感器。
专利文献1所公开的传感器被称为多普勒传感器(Dopplersensor)，如其名称那样，是利用多普勒效应来检测对象物的存在等的传感器。
专利文献1所公开的多普勒传感器使用高速傅立叶变换和利用计算机的运算处理，因此装置的规模大并且昂贵。因而，为了将非接触的脉搏传感器应用于廉价的商品，期望进一步地简化、降低价格。
本发明是鉴于所述状况而完成的，目的在于提供一种能够通过极其简单且廉价的电路结构来以非接触的方式检测人体的脉搏等检测对象的低频振动的振动传感器以及脉搏传感器。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的振动传感器具备：信号生成部，其生成包含能够用作电波的频率分量的信号；以及带通滤波器，其具备规定的频带宽度，使信号生成部所生成的信号中的、频率包含在频带宽度内的信号通过。还具备：第一射频(RF)放大器，其对从带通滤波器得到的信号进行放大；以及天线，其将由第一射频放大器放大后的信号作为电波来发射；定向耦合器，其介于第一射频放大器与天线之间。还具备：第一混合器(mixer)，其将从定向耦合器输出的反射波与从带通滤波器或定向耦合器得到的行波(progressivewave)相乘；第二混合器，其将从定向耦合器输出的反射波与从带通滤波器或定向耦合器得到的行波相乘；以及差动放大器，其对第一混合器的输出信号与第二混合器的输出信号进行差动放大。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够通过极其简单且廉价的电路结构来以非接触的方式检测人体的脉搏等检测对象的低频振动的振动传感器以及脉搏传感器。
通过以下的实施方式的说明能够明确上述以外的问题、结构以及效果。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的振动传感器的框图。
图2是本发明的第二实施方式所涉及的振动传感器的框图。
图3是脉冲波生成部的电路例。
图4是脉冲波生成部输出的脉冲的波形图、对脉冲波生成部输出的脉冲进行傅立叶变换所得到的频域中的频谱图、BPF的频率特性图以及表示通过了BPF的谐波分量的频谱图。
图5是表示通过了BPF的谐波分量的频谱图以及表示从定向耦合器输出的反射波的频谱图。
具体实施方式
本发明的实施方式所涉及的振动传感器是使用了电波的多普勒传感器。即，向对象物照射电波，并检测被反射的电波的频率的变化。
但是，在对象物离天线近的情况下，由于对象物的位置、移动而天线的谐振频率容易变动。
本发明的实施方式所涉及的振动传感器使用将该变动的谐振频率的变动范围包含在内的带通滤波器，提取多个频率的电波，来用于低频振动的检测。
[第一实施方式：振动传感器101的整体结构]
图1是本发明的第一实施方式所涉及的振动传感器101的框图。
振动传感器101分为以下所述的两个要素。
第一要素是向对象物发送作为行波的电波并接收从对象物反射的反射波来提取的要素。在该第一要素中，包括脉冲波生成部102、带通滤波器(以下简称为“BPF”)103、第一RF(射频)放大器104、定向耦合器105以及螺旋天线(helicalantenna)106。
第二要素是基于行波和反射波来生成频率差信号、进而提取振动信号的要素。作为该第二要素，包括第二RF放大器108、第三RF放大器109、第一混合器110、第二混合器112、第一低通滤波器(以下简称为“LPF”)114、第二LPF115、差动放大器116以及第三LPF117。
也能够称为信号生成部的脉冲波生成部102生成频率比较低的脉冲信号。由该脉冲波生成部102生成的脉冲信号的频率例如是1MHz。
BPF103从脉冲波生成部102所生成的脉冲信号取出谐波分量。BPF103的中心频率和频带宽度例如是60MHz±3MHz。BPF103例如能够利用将LC谐振电路多级连接而成的电路结构。
第一RF放大器104对通过了BPF103的脉冲信号的谐波分量的信号进行放大。
被第一RF放大器104放大后的脉冲信号的谐波分量的信号被输入到定向耦合器105的输入端子(图1中的“IN”)。然后，该脉冲信号的谐波分量的信号被供给到与定向耦合器105的输出端子(图1中的“OUT”)连接的螺旋天线106。
定向耦合器105是由线圈、电容以及电阻形成的、用于VSWR计(电压驻波比：VoltageStandingWaveRatio)等的公知的电路元件。定向耦合器105能够基于第一传输路径中包含的行波和反射波来分别输出与行波成比例的输出信号以及与反射波成比例的输出信号。
螺旋天线106发出基于脉冲信号的谐波分量的信号的、多个频率的电波。而且，被对象物反射的电波通过螺旋天线106被接收，并在定向耦合器105的内部产生驻波。
与通过螺旋天线106而从输出端子输入的电波的信号(反射波)成比例的信号被输出至定向耦合器105的分离端子(图1中的“分离”)。
与输入到输入端子的脉冲信号的谐波分量的信号(行波)成比例的信号被输出至定向耦合器105的耦合端子(图1中的“耦合”)。
耦合端子经由电阻R107而与接地节点连接。电阻R107的电阻值被设定为与定向耦合器105和螺旋天线106的阻抗相等的电阻值。在许多情况下，定向耦合器105和螺旋天线106的阻抗是50Ω或75Ω。
第二RF放大器108对通过了BPF103的脉冲信号的谐波分量的信号(行波)进行放大。
第三RF放大器109对从定向耦合器105的分离端子输出的、通过螺旋天线106而从输出端子输入的电波的信号(反射波)进行放大。
第二RF放大器108的输出信号被供给到第一混合器110，并且经由反相放大器111被供给到第二混合器112。
第三RF放大器109的输出信号被供给到第二混合器112，并且经由缓冲器(buffer)113被供给到第一混合器110。此外，即使第二RF放大器108的输出信号和第三RF放大器109的输出信号之间相位不同，也能够从第一混合器110和第二混合器112得到期望的信号。因而，也可以使用缓冲器(非反相放大器)来代替反相放大器111。
这样，第一混合器110和第二混合器112分别输出行波与反射波相乘所得到的信号。在此，作为第一混合器110和第二混合器112，例如能够利用双栅极FET等。
第一混合器110的输出信号被供给到第一LPF114。第一LPF114输出从第一混合器110输出的行波与反射波相乘所得到的信号中的、行波与反射波各自的频率之差的信号。
同样，第二混合器112的输出信号被供给到第二LPF115。第二LPF115输出从第二混合器112输出的行波与反射波相乘所得到的信号中的、行波和反射波的频率之差的信号。
第一LPF114的输出信号和第二LPF115的输出信号分别被输入到差动放大器116。由运算放大器构成的差动放大器116输出从第一LPF114的输出信号和第二LPF115的输出信号去除了噪声分量的信号。
差动放大器116的输出信号被供给到第三LPF117。第三LPF117从差动放大器116的输出信号去除频率比较高的交流分量，使表示人体的脉搏的低频信号通过。
[第二实施方式：振动传感器201的整体结构]
图2是本发明的第二实施方式所涉及的振动传感器201的框图。
图2所示的振动传感器201与图1所示的振动传感器101的不同之处在于：第二RF放大器108的输入端子与定向耦合器105的分离端子连接，第三RF放大器109的输入端子与定向耦合器105的耦合端子连接；以及在第二RF放大器108与第二混合器112之间连接有缓冲器202来代替反相放大器111。此外，即使第二RF放大器108的输出信号和第三RF放大器109的输出信号之间相位不同，也能够从第一混合器110和第二混合器112得到期望的信号。因而，也可以使用反相放大器来代替缓冲器202。
即，在本发明的第二实施方式所涉及的振动传感器201中，第二RF放大器108对反射波进行放大，第三RF放大器109对行波进行放大。
[脉冲波生成部102的具体例子]
第一实施方式和第二实施方式所共通的脉冲波生成部102产生如后述的图4A所示那样的脉冲信号。作为产生这种脉冲信号的方法，可考虑许多各种各样的电路、装置，而在图3中表示其一例。
图3A和图3B分别是脉冲波生成部102的电路例。
图3A是微型计算机301的框图。在总线306上连接有CPU302、ROM303、RAM304以及串行接口305。现在，能够容易地获得廉价且易用性良好的单片微型计算机。这样的单片微型计算机通过将程序写入到内置的作为闪存(flash)的ROM303来能够容易地生成如图4A所示那样的脉冲信号。
图3B是使用了晶体振荡器的振荡电路和使用了单稳态多谐振荡器(日语：モノマルチ)的波形整形电路的电路图。
NOT门(非门)311的输入端子与晶体振荡器312的一端、电阻R313的一端以及电容C314的一端连接。
电阻R313的另一端与NOT门311的输出端子连接。
NOT门311的输出端子与电阻R315的一端及单稳态多谐振荡器316的输入端子连接。
电阻R315的另一端与晶体振荡器312的另一端及电容C317的一端连接。
电容C314的另一端及电容C317的另一端分别与接地节点连接。
即，由NOT门311和晶体振荡器312构成的振荡电路所生成的信号被晶体振荡器312控制频率，并通过单稳态多谐振荡器316被波形整形为调整了占空比的脉冲信号。
[振动传感器101的动作]
下面参照图4A、图4B、图4C、图4D、图5A以及图5B来说明振动传感器101的动作。
图4A是脉冲波生成部102输出的脉冲信号的波形图。波形图的横轴是时间，纵轴是电压。如图4A所示，占空比小而接近于脉冲(impulse)的波形包含很多谐波，因此对于本实施方式的振动传感器101而言，这样的波形是理想的。
图4B是对脉冲波生成部102输出的图4A所示的脉冲信号进行傅立叶变换所得到的频域中的频谱图。频谱图的横轴是频率，纵轴是电压。如图4B所示，在脉冲信号中包含有多个频率为基波的频率的整数倍的谐波。
图4C是BPF103的频率特性图，图4C的刻度与图4B一致，因此频率特性图的横轴是频率，纵轴是电压。
图4D是通过了BPF103的信号的频率分布图。图4D的刻度也与图4C一致，因此频率特性图的横轴是频率，纵轴是电压。
如图4C所示，BPF103使脉冲信号所包含的谐波分量中的特定频率的分量通过。于是，如图4D的频率分布图所示，通过了BPF103的脉冲信号的谐波分量是从脉冲信号中去除了包含基波在内的截止频率以下的频率分量等后得到的。
图5A放大示出了图4D的频率分布图的频率轴(横轴)，是表示通过了BPF103的脉冲信号的谐波分量的频谱图。
图5B是表示从定向耦合器105输出的反射波的频谱图。
现在，如图5A所示，设通过了BPF103的脉冲信号的谐波分量是以60MHz为中心的五个信号。五个信号按频率从低到高的顺序依次是f1＝58MHz、f2＝59MHz、f3＝60MHz、f4＝61MHz、f5＝62MHz。这五个信号被第一RF放大器104放大，并经由定向耦合器105而从螺旋天线106作为电波发出。
但是，由于螺旋天线106的频率特性(频带宽度)窄，因此f1～f5的信号中的某一个或两个左右作为电波而从螺旋天线106发射。
然后，从螺旋天线106发出的电波在对象物处反射，通过螺旋天线106而被输入到定向耦合器105。这些反射波的信号例如如图5B所示那样按频率从低到高的顺序依次是f1’＝58.1MHz、f2’＝59.1MHz、f3’＝60.1MHz、f4’＝61.1MHz、f5’＝62.1MHz中的某一个。在该例子中，设由于多普勒效应而反射波的频率从行波偏移了100kHz。
f1～f5与f1’～f5’中的某一个被输入到第一混合器110和第二混合器112来进行相乘。于是，第一混合器110和第二混合器112输出将各自的频率相加所得到的信号以及将各自的频率相减所得到的信号。
例如在反射波为f1’的情况下，将频率相加所得到的信号为f1+f1’、f2+f1’、…f5+f1’。
在反射波为f2’的情况下，将频率相加所得到的信号为f1+f2’、f2+f2’、…f5+f2’。
以下同样地，在反射波为f3’的情况下，…，在反射波为f4’的情况下，…，接着在反射波为f5’的情况下，将频率相加所得到的信号为f1+f5’、f2+f5’、…f5+f5’。
例如在反射波为f1’的情况下，将频率相减所得到的信号为|f1-f1’|、|f2-f1’|、…|f5-f1’|。
在反射波为f2’的情况下，将频率相减所得到的信号为|f1-f2’|、|f2-f2’|、…|f5-f2’|。
以下同样地，在反射波为f3’的情况下，…，在反射波为f4’的情况下，…，接着在反射波为f5’的情况下，将频率相减所得到的信号为|f1-f5’|、|f2-f5’|、…|f5-f5’|。
从第一混合器110和第二混合器112输出的这些信号中的最低频率是|f1-f1’|、|f2-f2’|、|f3-f3’|、|f4-f4’|以及|f5-f5’|。在图5A和图5B的情况下，这些信号的频率全都是100kHz。这些信号仅是由于多普勒效应而频率发生了偏移的分量，全部为相等的频率。
在对象物离天线近的情况下，由于对象物的位置、动作而天线的谐振频率容易变动。于是，即使以单一的频率的信号从天线发出电波，该信号也会发生与天线的谐振频率的不匹配(mismatch)，从而无法正确地接收反射波。
因此，本发明的实施方式所涉及的振动传感器使用将该谐振频率的变动包含在内的带通滤波器，并利用多个频率的电波。由此，即使天线的谐振频率变动，多个频率的信号中的某一个或两个左右也与天线的频带宽度相符，从而能够接收反射波。
如果能够接收反射波，则通过使用混合器取出由于多普勒效应而产生的反射波与行波之间的频率差，能够检测对象物的存在和/或变动状态。
此外，60MHz被认为是最容易与人体的血流匹配的频率。
本发明的第一实施方式所涉及的振动传感器101和第二实施方式所涉及的振动传感器201都使用差动放大器116来去除信号中包含的同相分量的噪声。进一步使信号通过第三LPF117，由此还去除了高频分量的噪声。经过这些噪声去除，本实施方式的振动传感器101和振动传感器201不使用高速傅立叶变换等昂贵的装置而能够根据由于对象物的振动而在电波中产生的微弱的变动来检测出振动。
在以上说明的实施方式中，能够应用以下所述的应用例。
(1)在上述实施方式中，使用了螺旋天线106，但天线的种类并不限于此。只要是偶极天线(dipoleantenna)、接地平面天线(groundplaneantenna)、弯折线天线(meanderlineantenna)等具有开放端的天线即可。另外，即使是不具有开放端的环形天线，虽然增益下降，但是也能够利用。
(2)也可以使用生成白噪声的电路来代替脉冲波生成部102。
(3)本实施方式的振动传感器101和201以非接触的方式检测物体的低频振动。检测对象只要是通过接近天线而能够使天线的分布常数产生变化的物体，则并不限于特定的对象物。因此，也能够用作脉搏传感器。
(4)本实施方式所涉及的振动传感器101和201能够应用于各种应用。例如，能够将脉搏传感器设置于乘用车的驾驶席而期待作为检测驾驶员的瞌睡的防瞌睡装置的应用。另外，也能够通过将脉搏传感器设置于游戏机，来检测游戏者的脉搏，类推兴奋的程度，由此对游戏展开赋予变化。并且，还能够与人感传感器一同使用来实现以下的脉搏检测装置：在房间的一角设置桌子和椅子，当检测出人坐到椅子上时，马上检测脉搏。该脉搏检测装置能够与以往的血压计相比简单地且在短时间内检测出脉搏。
在上述实施方式中，对以下的振动传感器101进行了说明：使用多个频率的信号从天线发出电波(行波)，用定向耦合器105取出从作为对象物的人体反射的电波(反射波)，用混合器取出行波与反射波之间的频率差信号。
与脉冲波生成部102连接的BPF103具有将螺旋天线106的谐振频率的变动宽度包含在内的频带宽度。因此，即使由于对象物接近螺旋天线106而螺旋天线106的谐振频率发生变动，通过了BPF103的多个频率信号中的某一个或几个也能够通过螺旋天线106的频带宽度。通过这样，能够实现使用了频率低的电波的作为多普勒传感器的振动传感器。
本实施方式的振动传感器101和201与以往的多普勒传感器相比，所处理的信号的频率大致低至数十～数百MHz左右。因此，电路元件的价格便宜。另外，由于频率低，因此包括BPF103、定向耦合器105在内，电路的安装容易。除此以外，由于所处理的信号的频率低，因此电力消耗少即可。
并且，本实施方式的振动传感器101与以往的多普勒传感器相比，电路规模极小。
第一RF放大器104、第二RF放大器108、第三RF放大器109、缓冲器113以及反相放大器111分别只要一个晶体管即可。
第一混合器110和第二混合器112也分别只要一个双栅极FET即可。
脉冲波生成部102只要一个廉价的单片微型计算机即可。
与专利文献1所公开的技术不同，本实施方式的振动传感器101和201也不需要傅立叶变换、复杂的数据处理。
这样，能够用合计不满十个的作为有源元件的半导体元件来安装本实施方式的振动传感器101、201。因此，能够廉价地制造，并且还容易量产。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，只要不脱离权利要求书所记载的本发明的宗旨，则包含其它变形例、应用例。
例如，为了容易理解地说明本发明，上述实施方式详细且具体地说明了装置和系统的结构，并不限于一定具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换为其它实施方式的结构，并且还能够对某实施方式的结构追加其它实施方式的结构。另外，还能够对各实施方式的结构的一部分进行其它结构的追加/删除/置换。
另外，例如也可以通过用集成电路进行设计等，来用硬件实现上述各结构、功能、处理部等的一部分或全部。另外，也可以用软件来实现上述各结构、功能等，该软件用于处理器解释并执行实现各个功能的程序。能够将实现各功能的程序、表、文件等信息保存在内存(Memory)、硬盘、SSD(SolidStateDrive，固态硬盘)等易失性或非易失性的存储器、或者IC卡、光盘等记录介质。
另外，示出了认为在说明上需要的控制线、信息线，并不限于在产品上一定示出全部的控制线、信息线。实际上也可以认为将几乎全部的结构相互连接起来。
附图标记说明
101：振动传感器；102：脉冲波生成部；103：BPF；104：第一RF放大器；105：定向耦合器；106：螺旋天线；108：第二RF放大器；109：第三RF放大器；110：第一混合器；111：反相放大器；112：第二混合器；113：缓冲器；114：第一LPF；115：第二LPF；116：差动放大器；117：第三LPF；201：振动传感器；202：缓冲器；301：微型计算机；312：晶体振荡器；316：单稳态多谐振荡器。

Claims (7)

1.一种振动传感器，具备：
信号生成部，其生成包含能够用作电波的频率分量的信号；
带通滤波器，其具备规定的频带宽度，使所述信号生成部所生成的信号中的、频率包含在所述频带宽度内的信号通过；
第一射频放大器，其对从所述带通滤波器得到的信号进行放大；
天线，其将由所述第一射频放大器放大后的信号作为电波来发射；
定向耦合器，其介于所述第一射频放大器与所述天线之间；
第一混合器，其将从所述定向耦合器输出的反射波与从所述带通滤波器或所述定向耦合器得到的行波相乘；
第二混合器，其将从所述定向耦合器输出的反射波与从所述带通滤波器或所述定向耦合器得到的行波相乘；以及
差动放大器，其对所述第一混合器的输出信号与所述第二混合器的输出信号进行差动放大。
2.根据权利要求1所述的振动传感器，其特征在于，
所述带通滤波器的频带宽度将所述天线的谐振频率变动宽度包含在内。
3.根据权利要求1所述的振动传感器，其特征在于，还具备：
第二射频放大器，其对所述反射波或所述行波进行放大；
第三射频放大器，其与所述第二射频放大器成对，对所述行波或所述反射波进行放大；
第一低通滤波器，其从所述第一混合器的输出信号去除不需要的高频分量的信号；
第二低通滤波器，其从所述第二混合器的输出信号去除不需要的高频分量的信号；
第三低通滤波器，其从所述差动放大器的输出信号去除不需要的高频分量的信号。
4.根据权利要求3所述的振动传感器，其特征在于，
所述第二射频放大器对所述带通滤波器的输出信号进行放大，
所述第三射频放大器对所述定向耦合器的输出信号进行放大。
5.根据权利要求3所述的振动传感器，其特征在于，
所述第二射频放大器对从所述定向耦合器的分离端子输出的输出信号进行放大，
所述第三射频放大器对从所述定向耦合器的耦合端子输出的输出信号进行放大。
6.根据权利要求1所述的振动传感器，其特征在于，
所述信号生成部生成脉冲波。
7.一种脉搏传感器，其特征在于，使用根据权利要求1～6中的任一项所述的振动传感器来检测人体的脉搏。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018137251A1 (zh) * 2017-01-26 2018-08-02 悦享趋势科技（北京）有限责任公司 脉搏波传播速度的探测器和探测方法
CN108801446A (zh) * 2017-04-28 2018-11-13 恩智浦有限公司 振动传感器
CN113015950A (zh) * 2018-12-12 2021-06-22 阿尔卑斯阿尔派株式会社 触觉呈现装置、触觉呈现系统、控制方法以及程序

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6522454B2 (ja) * 2015-07-28 2019-05-29 ローム株式会社 センサ情報無線送信装置
WO2019186981A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 つくばテクノロジー株式会社 超音波伝搬映像の画像処理方法
WO2020039533A1 (ja) 2018-08-23 2020-02-27 三菱電機株式会社 生体センサ装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08248124A (ja) * 1995-03-11 1996-09-27 Nec Corp Ｆｍｃｗレーダ装置
JP2004286675A (ja) * 2003-03-24 2004-10-14 Toto Ltd センサ装置
US20050043608A1 (en) * 2003-08-18 2005-02-24 Haj-Yousef Yousri Mohammed Taher Method and apparatus for non-contact monitoring of cellular bioactivity
JP2006055504A (ja) * 2004-08-23 2006-03-02 Denso Corp 心拍計測装置
US20060173363A1 (en) * 2003-04-03 2006-08-03 Felder Robin A System and method for passive monitoring of blood pressure and pulse rate
US20080275337A1 (en) * 2007-05-01 2008-11-06 Helge Fossan Breathing detection apparatus and method
WO2009083017A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Bea Sa Movement detector for detecting the movement of a breathing activity

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3407620B2 (ja) * 1997-10-20 2003-05-19 横河電機株式会社 ホモダイン送受信回路
JP3897353B2 (ja) * 2003-09-26 2007-03-22 Ｔｄｋ株式会社 レーダ装置
KR20070121833A (ko) * 2005-04-22 2007-12-27 유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 인크. 양측파대 신호를 사용한 원격 감지를 위한 시스템 및 방법
JP2006304963A (ja) * 2005-04-27 2006-11-09 Tau Giken:Kk 非接触診断装置
US20080119716A1 (en) * 2006-05-17 2008-05-22 Olga Boric-Lubecke Determining presence and/or physiological motion of one or more subjects with quadrature doppler radar receiver systems
US8814805B2 (en) * 2007-12-07 2014-08-26 University Of Florida Research Foundation, Inc. Complex signal demodulation and angular demodulation for non-contact vital sign detection
JP5935593B2 (ja) * 2012-08-22 2016-06-15 富士通株式会社 心拍推定装置及び方法、並びにプログラム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08248124A (ja) * 1995-03-11 1996-09-27 Nec Corp Ｆｍｃｗレーダ装置
JP2004286675A (ja) * 2003-03-24 2004-10-14 Toto Ltd センサ装置
US20060173363A1 (en) * 2003-04-03 2006-08-03 Felder Robin A System and method for passive monitoring of blood pressure and pulse rate
US20050043608A1 (en) * 2003-08-18 2005-02-24 Haj-Yousef Yousri Mohammed Taher Method and apparatus for non-contact monitoring of cellular bioactivity
JP2006055504A (ja) * 2004-08-23 2006-03-02 Denso Corp 心拍計測装置
US20080275337A1 (en) * 2007-05-01 2008-11-06 Helge Fossan Breathing detection apparatus and method
WO2009083017A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Bea Sa Movement detector for detecting the movement of a breathing activity

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018137251A1 (zh) * 2017-01-26 2018-08-02 悦享趋势科技（北京）有限责任公司 脉搏波传播速度的探测器和探测方法
CN108801446A (zh) * 2017-04-28 2018-11-13 恩智浦有限公司 振动传感器
CN113015950A (zh) * 2018-12-12 2021-06-22 阿尔卑斯阿尔派株式会社 触觉呈现装置、触觉呈现系统、控制方法以及程序

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Publication number Publication date
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