CN111150406A - 抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置 - Google Patents

抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置，解决了目前没有一种同时具备肌体介入不敏感特性、低误差特性和简便易实现的技术或装置的问题。本发明包括与后端测量系统配合的收发天线、支撑结构和固定结构；本发明通过支撑结构将天线固定在平行于皮肤表面，距离皮肤6‑10mm的位置，有效的避免了MHz信号受到身体皮肤肌肉骨骼血液介入带来的场强和相位扰动，得以实现不同的人穿戴同一套测试系统得到相同的测试结果的稳定性测量目的。

Description

抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置
技术领域
本发明涉及无线信号处理领域，具体涉及抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置。
背景技术
采用LC谐振电路接收处理兆Hz级信号的电路和天线装置广泛用于RFID领域，但均用于实现编码通讯，CN104978597公开了一种RFID电子电路，从耦合天线接收信号并读取发送信号中包含的码值；CN107707272A 公开了一种RFIC电路，包括发射源和接收电路，能够测量幅度和相位；CN10971408A公开了一种RFID信号处理电路，包含信号滤波放大和AD及处理电路，能对调制信号进行解调；US2018/0174010 公开了一种RFID接收电路，也只能进行简单的信号解码，不能进行精密幅度测量。
同时，对肌体动作进行追踪的电磁技术均采用3维天线或者静态磁场技术，Proc.ACM interact mob wearable ubiquitous technol vol.3 no.4 article 150 Dec2019，该专利技术采用3维正交线圈，KHz工作频率或者静态磁场，对作用范围内的被追踪天线进行测量，最新的单维线圈动作测量技术，也采用的KHz电磁波工作频率和多层线圈紧贴皮肤进行位置测量。KHz的电磁波谐振单元，需要上百圈的多匝线圈，该线圈体积较大，成本较高，不适宜用在穿戴式电子设备中。
其中专利号为CN107741196B，名称为：一种人体姿态获得方法及系统，采用了单层天线MHz工作频率的追踪技术，可以实现对肌体动作的精密追踪，但当不同的人穿戴同样的设备进行追踪时，由于肌体的肌肉骨骼血液等引入的对电磁场的扰动，对系统会带来一定的干扰降低了系统的测量精度。
综上所述，目前没有一种同时具备肌体介入不敏感特性、低误差特性和简便易实现的技术或装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有技术实现困难和生产成本高昂的问题，本发明提供了解决上述问题的抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置。
本发明通过下述技术方案实现：
抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置，包括与后端测量系统配合的收发天线、支撑结构和固定结构；
所述收发天线为工作频段在MHz级的平面线圈形式天线；
所述支撑结构上端支持所述收发天线，所述支撑结构下端通过固定结构限位在生物肌体上。
进一步地，所述支撑结构形状可以是方形或者圆形，甚至平面上的类似环状的异形，所述支撑结构支持收发天线的底面，所述收发天线的底面距离生物肌体6-10mm，所述支撑结构使用聚乙烯或其他绝缘低介电常数的材料。
进一步地，所述固定结构为适配生物肌体空间形状的固定装置，所述固定结构固定支撑结构的顶端面距离生物肌体6-10mm，所述固定结构使用聚乙烯或其他绝缘低介电常数的材料，所述固定结构实现与手套，指套，绷带，紧身衣等穿戴部分的固定连接，连接具体形式可以随被连接结构的变化有所改变，但实现的功能不变。
进一步地，所述收发天线工作频率在5-30MHz之间的某些适当频率，所述收发天线采用的电磁波信号作为身体密切配合进行位置追踪的电磁波媒介，所述收发天线工作频率受法定电磁兼容标准限制。所述收发天线使用印制电路环，多圈漆包线或者其他易于形成等效线圈的形式，通过与一个谐振电容并联，形成对工作频段设定带宽内信号的最高接收效率，构成天线电路，并经过同轴线缆或并联双线实现与模拟电路的信号交换，所述收发天线的载体为单层平面电路板的形式，单层平面电路板可以制成柔性板，与异性结构贴合，所述收发天线的线圈匝数低于10圈，一般为2-4圈的极少圈数。
进一步地，所述天线电路包括发射电路，所述收发天线配合后端测量系统的设置连接在发射电路上作为发射天线。
进一步地，所述天线电路包括接收电路，所述收发天线配合后端测量系统的设置连接在接收电路上作为接收天线。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明采用采用MHz级工作频率，避免使用昂贵复杂的绕线天线，仅2-4圈的印制天线线圈即可完成信号传输；
本发明通过支撑结构将天线固定在平行于皮肤表面，距离皮肤6-10mm的位置，有效的避免了MHz信号受到身体皮肤肌肉骨骼血液介入带来的场强和相位扰动，得以实现不同的人穿戴同一套测试系统得到相同的测试结果的稳定性测量目的；
本发明将KHz系统的肌体介入不敏感和低误差特性与MHz系统的简便易实现性结合起来，有利于市场化和佩戴人操作。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的爆炸图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1、收发天线；2、支撑结构；3、固定结构；4、生物肌体。
具体实施方式
在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置，如图1、2所示，包括与后端测量系统配合的收发天线1、支撑结构2和固定结构3；
所述收发天线1为工作频段在MHz级的平面线圈形式天线；
所述支撑结构2上端支持所述收发天线1，所述支撑结构2下端通过固定结构3限位在生物肌体4上。
进一步地，所述支撑结构2形状可以是方形或者圆形，甚至平面上的类似环状的异形，所述支撑结构2支持收发天线1的底面，所述收发天线1的底面距离生物肌体4的距离是6-10mm，所述支撑结构2使用聚乙烯或其他绝缘低介电常数的材料。
进一步地，所述固定结构3为适配生物肌体4空间形状的固定装置，所述固定结构3固定支撑结构2的顶端面距离生物肌体4的距离是6-10mm，所述固定结构3使用聚乙烯或其他绝缘低介电常数的材料，所述固定结构3实现与手套，指套，绷带，紧身衣等穿戴部分的固定连接，连接具体形式可以随被连接结构的变化有所改变，但实现的功能不变。
进一步地，所述收发天线1工作频率在5-30MHz之间的某些适当频率，所述收发天线1采用的电磁波信号作为身体密切配合进行位置追踪的电磁波媒介，所述收发天线1工作频率受法定电磁兼容标准限制。所述收发天线1使用印制电路环，多圈漆包线或者其他易于形成等效线圈的形式，通过与一个谐振电容并联，形成对工作频段设定带宽内信号的最高接收效率，构成天线电路，并经过同轴线缆或并联双线实现与模拟电路的信号交换，所述收发天线1的载体为单层平面电路板的形式，单层平面电路板可以制成柔性板，与异性结构贴合，所述收发天线1的线圈匝数低于10圈，一般为2-4圈的极少圈数。
进一步地，所述天线电路包括发射电路，所述收发天线1配合后端测量系统的设置连接在发射电路上作为发射天线。
进一步地，所述天线电路包括接收电路，所述收发天线1配合后端测量系统的设置连接在接收电路上作为接收天线。
实施例：实验测试条件：
发射和接收平面天线固定，间隔12CM，接收天线下方为手臂，通过不同厚度的支撑结构与手臂相连接，发射端信号频率10MHz，15MHz，20MHz三种模式，发射信号幅度0dBm,在接收天线端测量人体介入与不介入的信号幅度变化；
测试条件 平面天线与皮肤间隔1mm时有无手臂的信号幅度变化 平面天线与皮肤间隔4mm时有无手臂的信号幅度变化 平面天线与皮肤间隔6mm时有无手臂的信号幅度变化 平面天线与皮肤间隔7mm时有无手臂的信号幅度变化 平面天线与皮肤间隔10mm时有无手臂的信号幅度变化 平面天线与皮肤间隔15mm时有无手臂的信号幅度变化
10MHz >0.8dB >0.7dB <0.1dB <0.1dB <0.1dB <0.1dB
15MHz >1.05dB >1dB <0.1dB <0.1dB <0.1dB <0.1dB
20MHz >1.5dB >1.9dB <0.1dB <0.1dB <0.1dB <0.1dB
电磁理论和实验都证明，距离增加后影响变得更小，从工程实践上考虑，支撑结构太高会带来稳定性，美观等诸多问题，所以我们选择6-10mm作为一个合理的天线结构支撑厚度。
如上表显示，通过设定平面天线与人体皮肤之间的距离，有效的解决了身体皮肤肌肉带来的信号附加传导机制对天线信号接收的影响，使得不同次穿戴不同人穿戴的测量结果只与发射与接收天线之间的相对位置有关。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置，其特征在于，包括与后端测量系统配合的收发天线(1)、支撑结构(2)和固定结构(3)；
所述收发天线(1)为工作频段在MHz级的平面线圈形式天线；
所述支撑结构(2)上端支持所述收发天线(1)，所述支撑结构(2)下端通过固定结构(3)限位在生物肌体(4)上。
2.根据权利要求1所述的抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置，其特征在于，所述支撑结构(2)支持收发天线(1)的底面，所述收发天线(1)的底面距离生物肌体(4)6-10mm，所述支撑结构(2)使用聚乙烯或其他绝缘低介电常数的材料。
3.根据权利要求1所述的抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置，其特征在于，所述固定结构(3)为适配生物肌体(4)空间形状的固定装置，所述固定结构(3)固定支撑结构(2)的顶端面距离生物肌体(4)的距离为6-10mm，所述固定结构(3)使用聚乙烯或其他绝缘低介电常数的材料。
4.根据权利要求1所述的抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置，其特征在于，所述收发天线(1)为使用印制电路环或多圈漆包线形成等效线圈的平面线圈形式天线，所述收发天线(1)工作频率在5-30MHz之间，所述收发天线(1)的载体为柔性板或平面电路板。
5.根据权利要求1所述的抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置，其特征在于，所述收发天线(1)与一个谐振电容并联构成天线电路，所述天线电路通过同轴线缆或并联双线实现与模拟电路的信号交换。
6.根据权利要求5所述的抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置，其特征在于，所述天线电路包括发射电路，所述收发天线(1)配合后端测量系统的设置连接在发射电路上作为发射天线。
7.根据权利要求5所述的抗生物肌体干扰的电磁波位置测量传感器装置，其特征在于，所述天线电路包括接收电路，所述收发天线(1)配合后端测量系统的设置连接在接收电路上作为接收天线。
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