CN105796099A - 一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统 - Google Patents

一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医疗诊断、健康监护领域中的生命体征监测系统，具体是一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统。本发明解决了现有生命体征监测系统适用范围受限、无法实现远程监测、监测灵敏度低的问题。一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统，包括生命探测仪、网络通信设备、监控设备；所述生命探测仪包括第一信号发生器、功分器、发射天线、自旋微波探测器、压控移相器、第二信号发生器、偏置器、锁相放大器、数据采集卡；所述监控设备包括单片机、声光报警器、LED显示屏。本发明适用于医疗诊断、健康监护领域。

Description

一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统
技术领域
本发明涉及医疗诊断、健康监护领域中的生命体征监测系统，具体是一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统。
背景技术
在医疗诊断、健康监护领域中，重症病人、老年人、婴儿等特殊病人的生命体征监测具有重要意义。在现有技术条件下，生命体征监测系统主要分为两类：一类是接触式监测系统，另一类是基于红外、视频、静电场、气体成分、超声波、电磁波等探测技术的非接触式监测系统。实践表明，现有生命体征监测系统由于自身结构和原理所限，存在如下问题：其一，接触式监测系统是将检测仪器固定在人体上进行监测，因此其对人体生理活动有一定的影响，由此存在适用范围受限的问题（无法适用于大面积烧伤病人、皮肤敏感病人、传染病病人、婴儿等特殊病人）。此外，接触式监测系统只适合近距离监测，而无法实现远程监测。其二，非接触式监测系统由于其前端探测结构（例如直接变频结构、超外差结构等）所限，普遍存在监测灵敏度低的问题，由此严重影响监测结果的准确性。基于此，有必要发明一种全新的生命体征监测系统，以解决现有生命体征监测系统存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决现有生命体征监测系统适用范围受限、无法实现远程监测、监测灵敏度低的问题，提供了一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统，包括生命探测仪、网络通信设备、监控设备；
所述生命探测仪包括第一信号发生器、功分器、发射天线、自旋微波探测器、压控移相器、第二信号发生器、偏置器、锁相放大器、数据采集卡；
所述监控设备包括单片机、声光报警器、LED显示屏；
其中，第一信号发生器的输出端与功分器的输入端连接；功分器的两个输出端分别与发射天线的输入端和压控移相器的输入端连接；
第二信号发生器的两个输出端分别与压控移相器的输入端和锁相放大器的输入端连接；压控移相器的输出端与自旋微波探测器的输入端连接；自旋微波探测器的输出端与偏置器的输入端连接；偏置器的输出端与锁相放大器的输入端连接；锁相放大器的输出端与数据采集卡的输入端连接；数据采集卡的输出端与网络通信设备的输入端连接；
网络通信设备的输出端与单片机的输入端连接；单片机的输出端分别与声光报警器的输入端和LED显示屏的输入端连接。
具体工作过程如下：第一信号发生器产生频率稳定的连续波信号。该连续波信号进入功分器，并经功分器分为两路：第一路进入发射天线，并经发射天线发射至人体，然后经人体反射产生回波信号。该回波信号被自旋微波探测器接收。第二路进入压控移相器。与此同时，第二信号发生器产生两路锯齿波控制信号：第一路进入锁相放大器。第二路进入压控移相器，并与第二路连续波信号进行干涉后产生差频信号。该差频信号进入自旋微波探测器，并与回波信号进行混频后产生混频信号。该混频信号进入偏置器，并经偏置器进行偏置后进入锁相放大器，然后与第一路锯齿波控制信号进行检波后产生解调信号。该解调信号进入数据采集卡，并经数据采集卡进行处理（包括AD采样、傅里叶变换）后获得生命体征数据（例如人体呼吸、心跳数据）。该生命体征数据经网络通信设备发送至单片机，并经单片机发送至LED显示屏进行显示，由此为医护人员提供参考。当该生命体征数据超过阈值（该阈值预设于单片机中）时，单片机启动声光报警器进行报警提示，由此及时提醒医护人员进行施救。
基于上述过程，与现有生命体征监测系统相比，本发明所述的一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统利用自旋微波探测器探测灵敏度高、输出信号解调要求低、便于集成的优点，实现了雷达式远程生命体征监测，由此其具备了如下优点：其一，与接触式监测系统相比，本发明属于非接触式监测系统，因此其对人体生理活动影响极小，其适用范围不再受限（完全适用于大面积烧伤病人、皮肤敏感病人、传染病病人、婴儿等特殊病人）。此外，本发明不仅适合近距离监测，而且实现了远程监测。其二，与非接触式监测系统相比，本发明采用自旋微波探测器作为前端探测结构，因此其监测灵敏度更高，由此有效提高了监测结果的准确性。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有生命体征监测系统适用范围受限、无法实现远程监测、监测灵敏度低的问题，适用于医疗诊断、健康监护领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的自旋微波探测器的第一种结构示意图。
图3为本发明的自旋微波探测器的第二种结构示意图。
图中：1-第一信号发生器，2-功分器，3-发射天线，4-自旋微波探测器，5-压控移相器，6-第二信号发生器，7-偏置器，8-锁相放大器，9-数据采集卡，10-网络通信设备，11-单片机，12-声光报警器，13-LED显示屏。
具体实施方式
实施例一
一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统，包括生命探测仪、网络通信设备10、监控设备；
所述生命探测仪包括第一信号发生器1、功分器2、发射天线3、自旋微波探测器4、压控移相器5、第二信号发生器6、偏置器7、锁相放大器8、数据采集卡9；
所述监控设备包括单片机11、声光报警器12、LED显示屏13；
其中，第一信号发生器1的输出端与功分器2的输入端连接；功分器2的两个输出端分别与发射天线3的输入端和压控移相器5的输入端连接；
第二信号发生器6的两个输出端分别与压控移相器5的输入端和锁相放大器8的输入端连接；压控移相器5的输出端与自旋微波探测器4的输入端连接；自旋微波探测器4的输出端与偏置器7的输入端连接；偏置器7的输出端与锁相放大器8的输入端连接；锁相放大器8的输出端与数据采集卡9的输入端连接；数据采集卡9的输出端与网络通信设备10的输入端连接；
网络通信设备10的输出端与单片机11的输入端连接；单片机11的输出端分别与声光报警器12的输入端和LED显示屏13的输入端连接。
在本实施例中，如图2所示：所述自旋微波探测器4包括GaAs衬底、坡莫合金层、第一Cr/Cu金属层、第二Cr/Cu金属层、SiO2绝缘层、第三Cr/Cu金属层；其中，坡莫合金层生长于GaAs衬底的上表面中部；第一Cr/Cu金属层的左部生长于GaAs衬底的上表面左部；第一Cr/Cu金属层的右部生长于坡莫合金层的上表面左部；第二Cr/Cu金属层的右部生长于GaAs衬底的上表面右部；第二Cr/Cu金属层的左部生长于坡莫合金层的上表面右部；SiO2绝缘层的中部生长于坡莫合金层的上表面中部；SiO2绝缘层的左部生长于第一Cr/Cu金属层的上表面右部；SiO2绝缘层的右部生长于第二Cr/Cu金属层的上表面左部；第三Cr/Cu金属层生长于SiO2绝缘层的上表面中部。工作时，该自旋微波探测器基于自旋整流效应进行探测。
具体实施时，发射天线3采用常规天线，如喇叭天线或平面天线（例如Vivaldi天线、蝶形天线、印制偶极子天线、螺旋天线等）。锁相放大器8采用双相数字锁相放大器。网络通信设备10采用一对2.4GHz无线射频模块。
实施例二
一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统，包括生命探测仪、网络通信设备10、监控设备；
所述生命探测仪包括第一信号发生器1、功分器2、发射天线3、自旋微波探测器4、压控移相器5、第二信号发生器6、偏置器7、锁相放大器8、数据采集卡9；
所述监控设备包括单片机11、声光报警器12、LED显示屏13；
其中，第一信号发生器1的输出端与功分器2的输入端连接；功分器2的两个输出端分别与发射天线3的输入端和压控移相器5的输入端连接；
第二信号发生器6的两个输出端分别与压控移相器5的输入端和锁相放大器8的输入端连接；压控移相器5的输出端与自旋微波探测器4的输入端连接；自旋微波探测器4的输出端与偏置器7的输入端连接；偏置器7的输出端与锁相放大器8的输入端连接；锁相放大器8的输出端与数据采集卡9的输入端连接；数据采集卡9的输出端与网络通信设备10的输入端连接；
网络通信设备10的输出端与单片机11的输入端连接；单片机11的输出端分别与声光报警器12的输入端和LED显示屏13的输入端连接。
在本实施例中，如图3所示：所述自旋微波探测器4包括第一SiO2衬底、TaN缓冲层、第一CoFeB磁性层、MgO势垒层、第二CoFeB磁性层、Ta覆盖层、第二SiO2衬底；其中，TaN缓冲层生长于第一SiO2衬底的上表面；第一CoFeB磁性层生长于TaN缓冲层的上表面；MgO势垒层生长于第一CoFeB磁性层的上表面；第二CoFeB磁性层生长于MgO势垒层的上表面；Ta覆盖层生长于第二CoFeB磁性层的上表面；第二SiO2衬底生长于Ta覆盖层的上表面。工作时，该自旋微波探测器基于自旋塞贝克效应进行探测。
具体实施时，发射天线3采用常规天线，如喇叭天线或平面天线（例如Vivaldi天线、蝶形天线、印制偶极子天线、螺旋天线等）。锁相放大器8采用双相数字锁相放大器。网络通信设备10采用一对2.4GHz无线射频模块。

Claims (3)

1.一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统，其特征在于：包括生命探测仪、网络通信设备（10）、监控设备；
所述生命探测仪包括第一信号发生器（1）、功分器（2）、发射天线（3）、自旋微波探测器（4）、压控移相器（5）、第二信号发生器（6）、偏置器（7）、锁相放大器（8）、数据采集卡（9）；
所述监控设备包括单片机（11）、声光报警器（12）、LED显示屏（13）；
其中，第一信号发生器（1）的输出端与功分器（2）的输入端连接；功分器（2）的两个输出端分别与发射天线（3）的输入端和压控移相器（5）的输入端连接；
第二信号发生器（6）的两个输出端分别与压控移相器（5）的输入端和锁相放大器（8）的输入端连接；压控移相器（5）的输出端与自旋微波探测器（4）的输入端连接；自旋微波探测器（4）的输出端与偏置器（7）的输入端连接；偏置器（7）的输出端与锁相放大器（8）的输入端连接；锁相放大器（8）的输出端与数据采集卡（9）的输入端连接；数据采集卡（9）的输出端与网络通信设备（10）的输入端连接；
网络通信设备（10）的输出端与单片机（11）的输入端连接；单片机（11）的输出端分别与声光报警器（12）的输入端和LED显示屏（13）的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统，其特征在于：所述自旋微波探测器（4）包括GaAs衬底、坡莫合金层、第一Cr/Cu金属层、第二Cr/Cu金属层、SiO2绝缘层、第三Cr/Cu金属层；其中，坡莫合金层生长于GaAs衬底的上表面中部；第一Cr/Cu金属层的左部生长于GaAs衬底的上表面左部；第一Cr/Cu金属层的右部生长于坡莫合金层的上表面左部；第二Cr/Cu金属层的右部生长于GaAs衬底的上表面右部；第二Cr/Cu金属层的左部生长于坡莫合金层的上表面右部；SiO2绝缘层的中部生长于坡莫合金层的上表面中部；SiO2绝缘层的左部生长于第一Cr/Cu金属层的上表面右部；SiO2绝缘层的右部生长于第二Cr/Cu金属层的上表面左部；第三Cr/Cu金属层生长于SiO2绝缘层的上表面中部。
3.根据权利要求1所述的一种基于自旋微波探测器的雷达式远程生命体征监测系统，其特征在于：所述自旋微波探测器（4）包括第一SiO2衬底、TaN缓冲层、第一CoFeB磁性层、MgO势垒层、第二CoFeB磁性层、Ta覆盖层、第二SiO2衬底；其中，TaN缓冲层生长于第一SiO2衬底的上表面；第一CoFeB磁性层生长于TaN缓冲层的上表面；MgO势垒层生长于第一CoFeB磁性层的上表面；第二CoFeB磁性层生长于MgO势垒层的上表面；Ta覆盖层生长于第二CoFeB磁性层的上表面；第二SiO2衬底生长于Ta覆盖层的上表面。
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