CN107518903A - 电波型生物传感器 - Google Patents

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Abstract

电波型生物传感器。该电波型生物传感器包括电磁波照射单元和反射波接收单元，反射波接收单元接收反射波并取得通过将照射的电磁波信号与接收的反射信号相乘而取得的I信号和通过将I信号延迟预定相位而取得的Q信号。电波型生物传感器还包括：微分计算单元，其对I信号和Q信号进行微分，并计算I信号微分值和Q信号微分值；以及角速度计算单元，其基于I信号和Q信号以及I信号微分值和Q信号微分值，来计算I信号和Q信号的角速度。

Description

电波型生物传感器
技术领域
本发明的一个或更多个实施方式涉及使用多普勒传感器的电波型生物传感器。
背景技术
从现有技术已知这样的技术，即通过使用多普勒传感器利用电磁波照射人体表面并且基于由反射波的I信号和Q信号所配置的坐标平面，来取得包含在反射波中的生物信息的技术。例如，JP-A-2006-055504公开了一种心跳测量装置，该心跳测量装置通过使用电波型多普勒传感器来检测包括来自人体表面的反射波的振幅分量和相位分量的输出信号，并且通过分离由人体的身体运动所产生的振幅分量来仅提取心跳分量。心跳测量装置通过使用振幅和相位转换器对包括由电波多普勒传感器输出的反射波的振幅分量和相位分量的信息在内的输出信号(I信号和Q信号)执行极坐标转换，向心跳提取器输出振幅分量信号和相位分量信号。心跳提取器通过使用独立分量分析方法从振幅分量信号和相位分量信号分离包括在振幅分量输出中的由身体运动所产生的振幅分量，从而仅提取精确的心跳。
此外，JP-A-2010-120493公开了一种防止乘员的生物信号的精度劣化的生物信号感测装置。该生物信号感测装置包括：传感器单元，其通过电波型非调制多普勒传感器感测乘员的移动；生物信号提取单元，其基于传感器单元的输出的相位变化，来提取乘员的生物信号；距离计算单元，其基于传感器单元的输出的相位变化量的积分值，来计算传感器单元与乘员之间的估计距离；以及生物信号输出判定单元，其基于估计的距离来判定生物信号的可靠性，并且在可靠性低的情况下停止生物信号的输出。
传感器单元包括本地振荡器、发射天线、接收天线、分配器或混频器，并且发射信号向驾驶员辐射。从本地振荡器发射具有频率fHz的本地信号T(t)，例如由T(t)＝cos(2πft)表示，并且所发射的电波的一部分被反射并被接收天线接收为接收信号R(t)，该接收信号R(t)由R(t)＝cos(2πft-4πd(t)/λ-4πx(t)/λ)近似(其中，d(x)是在传感器单元与驾驶员之间的距离位移，x(t)是包括驾驶员的心跳或呼吸在内的人体表面的细微的距离位移，λ是本地信号T(t)的波长)。
接收信号R(t)由分配器分配成两个并被输入到两个混频器中。另外，由分配器分配的另外一个本地信号T(t)在只有一个相位被分配器移位了π/4弧度的状态下被分配成两个，并被输入到两个混频器中的每一个中，并且本地信号T(t)和接收信号R(t)彼此混合。通过两个混频器中的乘法运算，输出接近DC区域的基带分量和调制分量，但是借助于输出信号中的每一个通过低通滤波器，在仅包括基带分量的基带接收信号中取得表示如下的实部Bi(t)和虚部Bq(t):
Bi(t)＝1/2cos(4πd(t)/λ+4πx(t)/λ)
Bq(t)＝1/2cos(π/4+4πd(t)/λ+4πx(t)/λ)
这些部分由AD转换器从模拟信号转换为数字信号，并作为由传感器单元输出的检测信号输入到生物信号提取单元。
此外，JP-A-2011-015887公开了一种生物状态获取装置等，其可以以非接触的方式取得生命体的生物信号，并且在不对生物信号执行诸如频率分析的复杂的处理的情况下，可以取得与生物状态相关的信息。该生物状态获取装置包括：IQ信号获取部，其将电磁波发射到生命体的身体表面，对其反射波进行IQ波检测，并且按时间顺序连续地取得从输出I信号和Q信号的IQ波检测器所输出的I信号和Q信号；以及生物状态获取部，其基于由IQ信号获取部取得的信号在IQ平面上的轨迹，来取得生命体的状态。
发明内容
然而，在上述相关技术中，生命体的身体表面的距离、倾斜和反射率随着人体移动而变化，并由此反射波的电波强度发生改变。因此，难以精确地检测由心跳或呼吸引起的身体表面的细微运动。此外，为了检测由心跳或呼吸引起的身体表面的细微运动，即使在使用对I信号/Q信号进行AD转换而取得的信号时，也存在AD转换的分辨率不足的问题。
本发明的一个或更多个实施方式提供了一种电波型生物传感器，其精确地感测在使用多普勒传感器的电波型生物传感器中伴随着诸如心跳的细微运动的生物信息。
根据本发明的一个或更多个实施方式，提供了一种电磁波照射单元，所述电磁波照射单元向生命体的身体表面照射电磁波；反射波接收单元，所述反射波接收单元接收作为由所述电磁波照射单元照射后在所述身体表面上反射的电磁波而得到的反射波，并且取得通过将所照射的电磁波信号与接收到的反射信号相乘而得的I信号和通过将所述I信号延迟预定相位而得的Q信号；微分(differentiation)计算单元，所述微分计算单元对由所述反射波接收单元取得的所述I信号和所述Q信号进行微分，并计算I信号微分(differential)值和Q信号微分值；以及角速度计算单元，所述角速度计算单元基于由所述反射波接收单元取得的所述I信号和所述Q信号以及由所述微分计算单元基于所述I信号和所述Q信号计算出的所述I信号微分值和所述Q信号微分值，来计算所述I信号和所述Q信号的角速度。
据此，可以提供一种电波型生物传感器，其能够精确地感测伴随着诸如心跳的细微运动的生物信息。
在电波式生物传感器，还可以设置生物信息提取单元，所述生物信息提取单元基于由所述角速度计算单元计算出的角速度，来提取所述生命体的生物信息。
据此，可以检测各种生物信息。
根据本发明的一个或更多个实施方式，可以提供一种电波型生物传感器，其精确地感测在使用多普勒传感器的电波型生物传感器中伴随着诸如心跳的细微运动的生物信息。
附图说明
图1是将根据本发明的实施方式的电波型生物传感器安装在车辆的车辆内部的示意图；
图2是本发明的实施方式的电波型生物传感器的框图；
图3是本发明的实施方式的电波型生物传感器中的多普勒传感器的框图；
图4是例示出在本发明的实施方式的电波型生物传感器中的多普勒传感器、低通滤波器和带通滤波器、以及微计算机的关系的示意图；
图5A是例示出由信号获取单元取得的I信号和Q信号的曲线图，
图5B是例示出由信号获取单元取得的I信号微分值和Q信号微分值的曲线图，
图5C是例示出在本发明的实施方式的电波型生物传感器中，与由角速度计算单元计算出的心跳相关的角速度的曲线图；
图6是例示出由本发明的实施方式的电波型生物传感器提取的生物信息的图；
图7是例示出本发明的实施方式的电波型生物传感器的控制的流程图；以及
图8是用于描述在I-Q坐标面上的角速度等的图。
具体实施方式
在本发明的实施方式中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在其它情况下，没有详细描述公知的特征以避免使本发明复杂难懂。
在下文中，将参照附图描述本发明的实施方式。根据本发明实施方式的电波型生物传感器利用多普勒传感器使用电磁波照射人体表面，取得该电磁波的反射波的I信号和Q信号的微分值，并由此取得包括在反射波中的伴随着细微运动的生物信息。
将参照图1至图4来描述本实施方式中的电波型生物传感器100。电波型生物传感器100安装在具有与人体的一部分直接接触或间接接触的表面的设备中，并感测该设备的使用者的生物信息。这里，具有与人体的一部分接触的表面的设备(工具、机械和机器的总称术语)被具体称为例如，人坐于其上的椅子或沙发、人躺于其上的床、安装在医院中的身体检查设备以及安装在车辆或飞机上且人坐于其上的座位。
与人体的一部分接触的表面被称为椅子等中的座位表面或靠背表面、以及床中的床垫上表面。该表面可以直接或间接地与人体的一部分接触，或者可以在人穿衣服时间接地与人体接触。人体的一部分是在椅子等的座位表面上的臀部或大腿，并且被总称为椅子等的靠背中的后背或床等中的后背。在身体检查设备中，人体的一部分可以是人的手臂和腿中的任一个。
在本说明书中，用户的生物信息被称为心跳数(脉率)或脉搏波、或呼吸数或呼吸大小，并且不包括产生不是来自心跳或呼吸的皮肤或肌肉的运动的咳嗽或打喷嚏。心跳或呼吸在生命体的身体表面上产生细微运动，电波型生物传感器100检测伴随着该细微运动的生物信息。
在本实施方式中，将描述如图1所示的电波型生物传感器100安装在车辆内部的情况。电波型生物传感器100安装在驾驶员等坐于其上的座椅ST的靠背部中。由于电波型生物传感器100的目的是感测伴随着心跳或呼吸的皮肤表面的细微运动，所以与电波型生物传感器100通过利用电波照射在前方的手柄WL的方向上具有大的移动的驾驶员的面部等来感测移动的情况相比，更优选将电波型生物传感器100安装在与没有相对大的移动的驾驶员的后背接触的表面的靠背部中的情况。
如图2所示，电波型生物传感器100包括：电磁波照射单元10，其利用电磁波照射生命体的身体表面；反射波接收单元20，其在对随着由电磁波照射单元10照射的电磁波在身体表面上反射而取得的反射波接收并执行波检测或放大之后，取得通过将所照射的电磁波信号与所接收的反射信号相乘而得的I信号和通过将I信号延迟预定相位而得的Q信号；以及控制单元60，其控制电磁波照射单元10。此外，电磁波照射单元10和反射波接收单元20构成多普勒传感器DS。
图3是具体示出多普勒传感器DS的框图。多普勒传感器DS的振荡器13通过控制单元60的控制以预定频率振荡。此外，通常使用频率的微波频带，并且存在不具体限制频率的许多情况，但是在用于取得生物信息的情况下通常使用24GHz。由振荡器13振荡的电磁波被分配器12分配，并且利用来自发射天线11的电磁波中的一个作为具有频率f0(例如，24GHz)的电磁波照射测量目标TG。
频率为f0的电磁波打在有移动的测量目标TG上而被反射，频率变为频率fr，并且接收天线21接收频率变为fr的反射波。此外，测量目标TG在相对于发射天线11的方向和接收天线21的方向具有夹角α的方向上以相对速度v移动。然后，通过式(1)取得反射波频率fr。
fr＝f0±fd…(1)
发射波频率为f0，多普勒频率为fd＝(2f0|v|/c0)·cosα，光速为c0，测量目标的相对移动速度为v，测量目标的移动方向相对于发射波的夹角为α。
由接收天线21接收到的频率fr的反射波被在混频器22中与由分配器12分配的其它电磁波(频率f0)进行乘法运算，并作为包括接近DC区域的基带分量和调制分量的I信号从I信号输出端口IP输出，该I信号输出端口IP是反射波接收单元20的一部分。另外，作为由接收天线21接收到的频率fr的反射波且其相位被偏移了π/2的反射波，在混频器22中与由分配器12分配的其它电磁波(频率f0)进行类似的乘法运算，并作为包括接近DC区域的基带分量和调制分量的Q信号从Q信号输出端口QP输出，该Q信号输出端口QP是反射波接收单元20的一部分。
电波型生物传感器100还包括低通滤波器80、带通滤波器90以及信号获取单元30，从I信号输出端口IP输出的I信号和从Q信号输出端口QP输出的Q信号被反射波接收单元20输入到低通滤波器101和带通滤波器102中，信号获取单元30从低通滤波器80和带通滤波器90中的每一个取得稍后将描述的信号。低通滤波器80是去除高频分量的噪声并且在由I信号输出端口IP和Q信号输出端口QP输出的I信号和Q信号输出中仅允许基带分量通过并输出作为经平滑的I信号和Q信号的(I和Q)信号的任意滤波器。此外，由于电波型生物传感器100的目的是取得诸如心跳或呼吸的生物信息，所以低通滤波器80是允许大约1Hz的心跳或大约0.3Hz的呼吸通过的滤波器，并且例如是去除等于或大于10Hz的心跳或呼吸的滤波器。
带通滤波器90是微分计算单元的实施方式，该微分计算单元用于通过从由I信号输出端口IP和Q信号输出端口QP输出的I信号和Q信号去除DC分量来取得每个信号的微分值(ΔI和ΔQ)。此外，由带通滤波器90取得的微分值(ΔI和ΔQ)是线性近似值，而且微分计算单元不限于带通滤波器90，并且可以是对I信号和Q信号进行微分并计算I信号微分值ΔI和Q信号微分值ΔQ的单元。
信号获取单元30接收由低通滤波器80去除了高频分量的I信号和Q信号以及来自带通滤波器90的作为I信号的微分值的I信号微分值ΔI和作为Q信号的微分值的Q信号微分值ΔQ。另外，从物理构造的视角来看，如图4所示，从多普勒传感器DS的I信号输出端口IP输出的I信号被输入到低通滤波器80中，并且由低通滤波器80去除了高频分量的I信号被输入到作为信号获取单元30的微计算机MC的AD端口的I端口中。另外，从I信号输出端口IP输出的I信号被输入到带通滤波器90中，并且由带通滤波器90去除了DC分量的I信号被输入到作为信号获取单元30的微计算机MC的AD端口的ΔI端口中作为I信号微分值ΔI。
此外，从多普勒传感器DS的Q信号输出端口QP输出的Q信号被输入到低通滤波器80中，并且由低通滤波器80去除了高频分量的Q信号被输入到作为信号获取单元30的微计算机MC的AD端口的Q端口中。此外，从Q信号输出端口QP输出的Q信号被输入到带通滤波器90中，并且由将带通滤波器90去除了DC分量的Q信号被输入到作为信号获取单元30的微计算机MC的AD端口的ΔQ端口中作为Q信号微分值ΔQ。此外，微计算机MC可以包括上述控制单元60、下文将描述的角速度计算单元40、生物信息提取单元50和外部输出单元70。此外，每个AD端口连接到AD转换器，并且每个AD端口是将模拟信号转换成数字信号的端口。
电波型生物传感器100还包括角速度计算单元40，该角速度计算单元40基于由反射波接收单元20取得的I信号和Q信号以及由微分计算单元90基于I信号和Q信号计算出的I信号微分值ΔI和Q信号微分值ΔQ来计算I信号和Q信号的角速度。如下所述，角速度计算单元40基于I信号、Q信号、I信号微分值ΔI和Q信号微分值ΔQ来获取I信号和Q信号的角速度ω。
由多普勒传感器DS的发射天线11发射的频率f0的随时间t的发射波xs(t)由式(2)表示。
xs(t)＝Ascos(ωst)…(2)
发射波振幅为As，发射波角速度为ωs＝2πf0。
此外，由多普勒传感器DS的接收天线21接收到的频率fr的随时间t的反射波xr(t)由式(3)表示。
xr(t)＝Arcos([ωs±ωd]t+φ)…(3)
接收波振幅为Ar，多普勒角速度为ωd＝2πfd，并且依赖于到测量目标的距离的相位为φ。
另外，通过将发射波和反射波输入到混频器22中进行乘法运算的信号由式(4)表示。
xs(t)xr(t)＝AsArcos(ωst)cos([ωs+ωd]t+φ)
＝(AsAr/2){cos(ωdt+φ)+cos([2ωs+ωd]t+φ)}…(4)
在由低通滤波器80去除高频分量的情况下，式(4)中的第二成分的调制分量被去除。然后，由低通滤波器80提取多普勒频率分量之后的I信号I(t)由式(5)表示。
I(t)＝(AsAr/2)cos(ωdt+φ)…(5)
此外，通过从I信号延迟π/2的相位而取得的Q信号Q(t)由式(6)表示。
Q(t)＝(AsAr/2)cos(ωdt+φ-π/2)…(6)
由式(5)表示的I信号和由式(6)表示的Q信号被输入到信号获取单元30中。
另外，由于I信号微分值ΔI是ΔI≈dI/dt，Q信号微分值ΔQ是ΔQ≈dQ/dt，所以当式(5)和式(6)中的每一个对时间t微分时，可以计算I信号微分值ΔI和Q信号微分值ΔQ。
另外，在如图7所示的I-Q坐标平面上的角速度ω是ω＝dθ/dt。
此外，由于当Ioffset能够由电波型生物传感器的安装条件定义的常数表示，并且Qoffset能够由电波型生物传感器的安装条件定义的常数表示时，θ＝arctan(I-Ioffset)/(Q-Qoffset)，因此，角速度ω可以由表达式1表示如下：
(表达式1)
另外，图8中的圆的大小表示在反射波的接收天线21中的接收强度的大小，并且根据作为测量目标TG的生命体的表面的状态(距离、反射面的倾斜、反射率等)而波动。在多普勒传感器DS与生命体的表面之间的距离为d的情况下，距离d的位移量Δd由式(7)表示。
Δd＝λ·Δθ/4π…(7)
λ是发射波的波长(例如，在频率为24GHz的情况下为12.5mm)。
例如，当驾驶员的上半身大幅移动时，存在位移量Δd增大的情况，而且相位θ变得不清楚。此外，由心跳或呼吸产生的生命体的表面的运动和由人的另一大的动作产生的生命体的表面的运动两者都被包括在生命体的表面的运动中，然而仅通过使用由多普勒传感器DS输出的I信号/Q信号难以检测生命体的表面的细微运动。例如，当驾驶员的上半身大幅移动时，反射波的强度大幅波动，从而超过诸如心跳的细微运动，并且无法检测生命体表面的细微运动。
这里，在本发明的实施方式中，因为由人的大的动作而引起的生命体的表面的运动在极短的时间内基本上为零，所以通过考虑I信号微分值ΔI和Q信号微分值ΔQ能够提取由心跳或呼吸引起的生命体的表面的运动。此外，通过计算在I信号和Q信号坐标平面上的角速度ω，可以精确地检测伴随着体表上的细微运动的生物信息(诸如心跳数或呼吸数)，该角速度ω是基于上述表达式1的没有被生命体表面的状态(诸如反射表面的距离或倾斜)的变化干扰到的相位的变化。
图5A是例示出由信号获取单元30取得的I信号和Q信号的曲线图，并且例示出了在通过低通滤波器80时从生命体的表面取得的信号去除高频分量的每个信号的时间序列变化。另外，图5B是例示出由带通滤波器90(微分计算单元)输出的I信号微分值ΔI和Q信号微分值ΔQ的曲线图，并且例示出了仅允许心跳分量的频率通过带通滤波器90的每个信号的时间序列变化。另外，I信号微分值ΔI和Q信号微分值ΔQ的振幅根据θ的位置而波动，但是附图的情况表示在I信号微分值ΔI相对大幅波动的I-Q坐标平面上，θ位于I轴附近的情况。
另外，图5C例示出了基于图5A所例示的I信号和Q信号以及图5B所例示的I信号微分值ΔI和Q信号微分值ΔQ，根据表达式1由角速度计算单元40计算出的与心跳相关的角速度ω的时间序列变化。如图5C所例示出，只有心跳由曲线图的周期性峰值清楚地显示出来。这样，可以提供通过使用电磁波照射人体表面并且通过基于在反射波的I信号和Q信号的坐标平面上的角速度来检测伴随着细微运动的生物信息(诸如心跳数或呼吸数)，来精确地检测细微运动的电波型生物传感器100。
另外，作为本实施方式的变形例，电波型生物传感器100还可以包括生物信息提取单元50，其基于由角速度计算单元40计算出的角速度ω来提取生命体的生物信息。生物信息提取单元50基于要提取的生物信息的特征来提取生物信息。例如，图6是由角速度计算单元40输出的角速度ω所例示的生物信息的曲线图。在图6的情况下，在前一阶段中通过带通滤波器90的频率分量也被允许不仅使心跳分量的频率通过，还使呼吸的频率分量通过。在这种情况下，通过合成呼吸的周期分量和心跳的周期分量两者来取得由角速度计算单元40输出的角速度ω。
这样，在通过合成呼吸的周期分量和心跳的周期分量两者而取得的角速度ω被输入到生物信息提取单元50的情况下，生物信息提取单元50通过比较一般呼吸或心跳的周期，可以从峰值中的每个的高度提取心跳或呼吸的频率或强度。这样，通过用电磁波照射人体表面、通过基于反射波的I信号和Q信号在坐标平面上的角速度取得多个生物信息、并通过基于频率分量提取特定的生物信息(诸如，一般心跳数或呼吸数)，可以同时取得各种生物信息。
此外，电波型生物传感器100还包括外部输出单元70，该外部输出单元70使用由角速度计算单元40计算出的角速度ω所例示的生物信息或由生物信息提取单元50提取到的生物信息，将生物信息输出到外部机构。
图7是例示出电波式生物传感器100的控制的流程图。另外，流程图中的S表示步骤。在S100中，各个AD端口作为电波型生物传感器100的信号获取单元30取得通过低通滤波器80的I信号和Q信号以及通过带通滤波器90的I信号微分值ΔI和Q信号微分值ΔQ。在S102中，角速度计算单元40基于上述表达式1从通过信号获取单元30取得的I信号、Q信号、I信号微分值ΔI和Q信号微分值ΔQ以及由电波型生物传感器100的安装条件限定的偏移值，计算角速度ω。
在S104中，生物信息提取单元50通过信号处理，从由角速度计算单元40计算出的角速度ω提取要提取的生物信息。此外，在S106中，外部输出单元70将提取到的生物信息输出到外部机构。
此外，本发明不限于所示的实施方式，并且可以根据不脱离每个权利要求中描述的内容的范围内的配置来实现。换句话说，在附图中主要具体地关于特定实施方式例示了本发明，并且描述了本发明，但是在不脱离对象的技术构思和范围的情况下，本领域技术人员可以关于上述实施方式在部件数量和其它具体构造上添加各种变形。
虽然已经相对于有限数量的实施方式描述了本发明，但是受益于本公开的本领域技术人员将会理解，可以设计出不偏离如这里所公开的本发明的范围的其它实施方式。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求限定。
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2016年6月21日提交的日本专利申请No.2016-122689的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

Claims (2)

1.一种电波式生物传感器，该电波式生物传感器包括：
电磁波照射单元，所述电磁波照射单元向生命体的身体表面照射电磁波；
反射波接收单元，所述反射波接收单元接收作为由所述电磁波照射单元照射后在所述身体表面上反射的电磁波而得到的反射波，并且取得通过将所照射的电磁波信号与接收到的反射信号相乘而得的I信号和通过将所述I信号延迟预定相位而得的Q信号；
微分计算单元，所述微分计算单元对由所述反射波接收单元取得的所述I信号和所述Q信号进行微分，计算I信号微分值和Q信号微分值；以及
角速度计算单元，所述角速度计算单元基于由所述反射波接收单元取得的所述I信号和所述Q信号以及由所述微分计算单元基于所述I信号和所述Q信号计算出的所述I信号微分值和所述Q信号微分值，计算所述I信号和所述Q信号的角速度。
2.根据权利要求1所述的电波式生物传感器，该电波式生物传感器还包括：
生物信息提取单元，所述生物信息提取单元基于由所述角速度计算单元计算出的角速度，提取所述生命体的生物信息。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110673135A (zh) * 2018-07-03 2020-01-10 松下知识产权经营株式会社 传感器、推定装置、推定方法和程序记录介质
CN112638246A (zh) * 2018-08-27 2021-04-09 株式会社爱考斯研究 血压测定装置、车辆装置和血压测定程序

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7010002B2 (ja) * 2018-01-09 2022-01-26 セイコーエプソン株式会社 脈波解析装置、脈波解析方法およびプログラム
JP2020146235A (ja) * 2019-03-13 2020-09-17 日本電産モビリティ株式会社 生体情報出力装置、生体情報出力方法、生体情報出力プログラムおよび記録媒体
DE102019203688A1 (de) * 2019-03-19 2020-09-24 Brose Fahrzeugteile Se & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg Verfahren zur Detektion eines Lebewesens auf einem Sitz eines Fahrzeugs, Detektionsanordnung und Fahrzeug
DE102019204157A1 (de) * 2019-03-26 2020-10-01 Brose Fahrzeugteile Se & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg Verfahren zur Innenraumüberwachung eines Fahrzeugs, Überwachungsanordnung und Fahrzeug

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006055504A (ja) * 2004-08-23 2006-03-02 Denso Corp 心拍計測装置
CN101324666A (zh) * 2007-06-16 2008-12-17 电子科技大学 隐蔽目标生命迹象探测方法及隐蔽目标探测装置
JP2011050604A (ja) * 2009-09-02 2011-03-17 Sangaku Renkei Kiko Kyushu:Kk 生体情報測定システム
WO2012115220A1 (ja) * 2011-02-25 2012-08-30 株式会社産学連携機構九州 生体情報検出システム
CN102832884A (zh) * 2011-06-16 2012-12-19 株式会社东芝 信号生成电路、雷达装置
JP2013078413A (ja) * 2011-10-03 2013-05-02 Tokyo Metropolitan Univ 身体情報測定装置及び身体情報測定方法
CN103687549A (zh) * 2011-06-01 2014-03-26 有限公司赞荣综研 超声波探测器、生物体信息测定装置以及生物体信息测定方法
CN104434059A (zh) * 2014-10-29 2015-03-25 上海无线电设备研究所 一种利用太赫兹波进行非接触式探测生命体征的探测方法
WO2015140333A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Iee International Electronics & Engineering S.A. Method and system for unattended child detection

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4475029B2 (ja) 2004-06-16 2010-06-09 日本電気株式会社 Ｉｐ電話システム、ｉｐ電話呼制御サーバ及びそれらに用いる緊急呼発信方法並びにそのプログラム
JP2010120493A (ja) 2008-11-19 2010-06-03 Panasonic Corp 生体信号検知装置
JP5409148B2 (ja) 2009-07-10 2014-02-05 三菱電機株式会社 生体状態取得装置、生体状態取得プログラム、生体状態取得装置を備えた機器及び空気調和機
JP2014126523A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Oki Electric Ind Co Ltd 速度算出装置、速度算出方法及びプログラム
CN103340619A (zh) * 2013-06-18 2013-10-09 浙江大学 一种电磁波生理运动成像系统
JP6176336B2 (ja) * 2013-12-13 2017-08-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 便座装置、および便器装置
CN107645922B (zh) * 2015-04-20 2021-11-09 瑞思迈传感器技术有限公司 用传感器进行手势识别

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006055504A (ja) * 2004-08-23 2006-03-02 Denso Corp 心拍計測装置
CN101324666A (zh) * 2007-06-16 2008-12-17 电子科技大学 隐蔽目标生命迹象探测方法及隐蔽目标探测装置
JP2011050604A (ja) * 2009-09-02 2011-03-17 Sangaku Renkei Kiko Kyushu:Kk 生体情報測定システム
WO2012115220A1 (ja) * 2011-02-25 2012-08-30 株式会社産学連携機構九州 生体情報検出システム
CN103687549A (zh) * 2011-06-01 2014-03-26 有限公司赞荣综研 超声波探测器、生物体信息测定装置以及生物体信息测定方法
CN102832884A (zh) * 2011-06-16 2012-12-19 株式会社东芝 信号生成电路、雷达装置
JP2013078413A (ja) * 2011-10-03 2013-05-02 Tokyo Metropolitan Univ 身体情報測定装置及び身体情報測定方法
WO2015140333A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Iee International Electronics & Engineering S.A. Method and system for unattended child detection
CN104434059A (zh) * 2014-10-29 2015-03-25 上海无线电设备研究所 一种利用太赫兹波进行非接触式探测生命体征的探测方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110673135A (zh) * 2018-07-03 2020-01-10 松下知识产权经营株式会社 传感器、推定装置、推定方法和程序记录介质
CN112638246A (zh) * 2018-08-27 2021-04-09 株式会社爱考斯研究 血压测定装置、车辆装置和血压测定程序

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Publication number Publication date
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