DE112019003630T5

DE112019003630T5 - Biosensoreinrichtung

Info

Publication number: DE112019003630T5
Application number: DE112019003630.0T
Authority: DE
Inventors: Saki Wada; Kengo Nishimoto; Yasuhiro Nishioka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2039-08-08
Also published as: CN112566546B; JP6808105B2; JPWO2020039941A1; US11950885B2; CN112566546A; DE112019003630B4; WO2020039533A1; WO2020039941A1; US20210259562A1

Abstract

Bereitgestellt ist eine Biosensoreinrichtung, aufweisend: eine Signalgenerierungseinheit (11) zum Generieren eines kontinuierlichen Wellensignals; eine Antenne (1) zum Emittieren des kontinuierlichen Wellensignals als eine Funkwelle; eine variable Anpassungsschaltung (21) zum Durchführen von Impedanzanpassung zwischen der Signalgenerierungseinheit (11) und der Antenne (1); eine Erfassungsschaltung (31) zum Ausgeben eines Erfassungssignals auf Grundlage des durch die Signalgenerierungseinheit (11) generierten kontinuierlichen Wellensignals und eines reflektierten Signals einer auf die Antenne (1) einfallenden Funkwelle; und eine Steuereinheit (41) zum Steuern eines Elementwertes der variablen Anpassungsschaltung (21) aus dem Erfassungssignal in einem vorherbestimmten Zeitraum entsprechend einem Zyklus oder mehr Zeit, in welchem Herzschlag- und Atmungswellenformen auf Grundlage des Erfassungssignals gemessen werden können.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Biosensoreinrichtung zum kontaktlosen Erwerben von Herzschlag- und Atmungswellenformen mittels einer Funkwelle.
HINTERGRUND ZUM STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren, mit einem Fortschreiten einer alternden Gesellschaft mit weniger Kindern, nehmen Verkehrsunfälle, die durch plötzliche körperliche Veränderungen oder altersbedingte körperliche Veränderungen verursacht werden, zu. Hinzu kommt, dass bei einem Rückgang der Erwerbsbevölkerung eine Belastung pro Fahrer im Transportgewerbe zu hoch ist, was zu häufigen Unfällen aufgrund von Übermüdung oder schläfrigem Fahren führt. Vor diesem Hintergrund wurde aktiv Forschung an einer Technologie zum Ermitteln eines physischen Zustands und Gesundheitszustands aus biologischen Informationen wie Herzschlag- und Atmungswellenformen durchgeführt, und es wurde die Entwicklung einer Biosensoreinrichtung erwartet, die in der Lage ist, Herzschlag- und Atmungswellenformen stabil zu erwerben. Darüber hinaus, wie bei einer fahrzeuginternen Einrichtung, ist eine Einrichtung wünschenswert, die mit einem Insassen keinen Kontakt hat und einem Insassen keine Einschränkungen auferlegt, und daher ist eine Biosensoreinrichtung, die eine Funkwelle nutzt, vielversprechend.
Ein Doppler-Sensor wird im Allgemeinen als ein Sensor eingesetzt, der eine Funkwelle nutzt, aber es wird eine Hochfrequenzwelle genutzt, und daher ist es schwierig, Herzschlag- und Atmungswellenformen aufgrund eines großen Einflusses der Reflexion von einer äußeren Umgebung und externem Rauschen genau zu erwerben.
Für die Verwendung als eine fahrzeuginterne Einrichtung ist eine Miniaturisierung erforderlich, aber wenn eine kleine Antenne eingesetzt wird, die kleiner ist als eine Wellenlänge, ändert sich eine Resonanzfrequenz der Antenne aufgrund eines Einflusses eines menschlichen Körpers, und die Sensorempfindlichkeit verschlechtert sich. Daher ist es schwierig, Herzschlag- und Atmungswellenformen genau zu erwerben.
Um ein solches Problem zu lösen, offenbart Patentliteratur 1 einen Sensor zur Reduzierung einer Änderung der Empfindlichkeit durch Verwendung von Eingangssignalen mit einer Vielzahl von Frequenzen, auch wenn sich eine Resonanzfrequenz aufgrund eines Einflusses eines menschlichen Körpers ändert.
LISTE ZITIERTER SCHRIFTEN
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: JP 2015-056740 A
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Da eine Herzschlagsensoreinrichtung der Patentliteratur 1 Eingangswellen mit einer Vielzahl von Frequenzen nutzt, haben lokale Wellen an einem Mischer in einer Quadratur-Erfassungsschaltung einer Einrichtungskomponente ebenfalls eine Vielzahl von Frequenzen. Daher wird aufgrund der Nichtlinearität des Mischers eine große Anzahl von Intermodulations-(IM)-Komponenten generiert, und es ist schwierig, Herzschlag- und Atmungswellenformen mit hoher Genauigkeit zu messen und zu erfassen. Um eine Vielzahl von Frequenzen nutzen zu können, ist es zudem notwendig, eine Konfiguration einer Übertragungsschaltung mit einer Signalgenerierungseinheit und einem Bandpassfilter zu verkomplizieren, was zu einem Problem führt, dass die Kosten steigen.
Die vorliegende Erfindung wurde realisiert, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Biosensoreinrichtung zu erhalten, die an eine Änderung der Installationsumgebung angepasst ist und eine hohe Erfassungsgenauigkeit und eine einfache Konfiguration aufweist, durch adaptives Steuern einer Eingangsimpedanz einer Biosensorantenne, die sich in Abhängigkeit von einer Installationsumgebungsbedingung, wie beispielsweise einem menschlichen Körper, ändert, und automatisches Durchführen von Anpassung der Eingangsimpedanz.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Biosensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Signalgenerierungseinheit zum Generieren eines kontinuierlichen Wellensignals; eine Antenne zum Emittieren des kontinuierlichen Wellensignals als eine Funkwelle; eine variable Anpassungsschaltung zum Durchführen von Impedanzanpassung zwischen der Signalgenerierungseinheit und der Antenne; eine Erfassungsschaltung zum Ausgeben eines Erfassungssignals auf Grundlage des kontinuierlichen Wellensignals und eines reflektierten Signals einer auf die Antenne einfallenden Funkwelle; und eine Steuereinheit zum Steuern eines Elementwertes der variablen Anpassungsschaltung aus dem Erfassungssignal in einem vorherbestimmten Zeitraum entsprechend einem Zyklus oder mehr Zeit, in welchem Herzschlag- und Atmungswellenformen auf Grundlage des Erfassungssignals gemessen werden können.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kann eine Biosensoreinrichtung realisieren, die an eine Änderung der Installationsumgebung angepasst ist und eine hohe Erfassungsgenauigkeit und eine einfache Konfiguration aufweist, durch adaptives Steuern einer Eingangsimpedanz einer Biosensorantenne, die sich in Abhängigkeit von einer Installationsumgebungsbedingung, wie beispielsweise einem menschlichen Körper, ändert, und automatisches Durchführen von Anpassung der Eingangsimpedanz.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm, darstellend eine Biosensoreinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Beispiel eines Konfigurationsdiagramms einer variablen Anpassungsschaltung 21 gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist ein Beispiel eines Konfigurationsdiagramms einer Quadratur-Erfassungsschaltung 31 gemäß der ersten Ausführungsform.
4 ist ein Beispiel eines Hardware-Konfigurationsdiagramms einer Steuereinheit 41 gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern des Betriebs der Steuereinheit 41.
6 ist ein Beispiel von Herzschlag- und Atmungswellenformen, die unter Verwendung der Biosensoreinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform gemessen wurden.
7 ist ein Beispiel von Herzschlag- und Atmungswellenformen, die unter Verwendung einer herkömmlichen Biosensoreinrichtung gemessen wurden.
8 ist ein Beispiel für die variable Anpassungsschaltung 21 in einem Fall, in dem ein erstes variable Kapazitätselement 222 und ein zweites variable Kapazitätselement 223 durch Kondensatorelemente in der in 2 dargestellten variablen Anpassungsschaltung 21 ersetzt sind.
9 ist ein Beispiel für die variable Anpassungsschaltung 21 in einem Fall, in dem ein drittes variable Kapazitätselement 221 durch ein Kondensatorelement in der in 2 dargestellten variablen Anpassungsschaltung 21 ersetzt ist.
10 ist ein Beispiel für die variable Anpassungsschaltung 21 in einem Fall, in dem ein Induktorelement aus der in 2 dargestellten variablen Anpassungsschaltung 21 entfernt ist.
11 ist ein Beispiel für die variable Anpassungsschaltung 21 in einem Fall, in dem ein Induktorelement aus der in 8 dargestellten variablen Anpassungsschaltung 21 entfernt ist.
12 ist ein Beispiel für die variable Anpassungsschaltung 21 in einem Fall, in dem ein Induktorelement aus der in 9 dargestellten variablen Anpassungsschaltung 21 entfernt ist.
13 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Biosensoreinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
14 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Biosensoreinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
15 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Biosensoreinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
16 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Biosensoreinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
17 ist ein Beispiel für eine Hardwarekonfiguration gemäß einer sechsten Ausführungsform, in einem Fall, in dem die in 4 dargestellte Hardwarekonfiguration einen Umwandlungskoeffizienten enthält.
18 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Steuereinheit 41 gemäß der sechsten Ausführungsform erläutert.
19 ist ein Beispiel für die variable Anpassungsschaltung 21 in einem Fall, in dem eine Antenne 1 mit einer Antennenimpedanz von Za mit der in 10 dargestellten variablen Anpassungsschaltung 21 verbunden ist.
20 ist ein Beispiel für eine Ersatzschaltung der in 19 dargestellten variablen Anpassungsschaltung 21.
21 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern des Betriebs einer Steuereinheit 41 gemäß einer siebten Ausführungsform.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend, um die vorliegende Erfindung detaillierter zu erläutern, werden Ausführungsformen zum Durchführen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Biosensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In 1 umfasst die Biosensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Antenne 1, eine Signalgenerierungseinheit 11, eine variable Anpassungsschaltung 21, eine Quadratur-Erfassungsschaltung 31, eine Steuereinheit 41 und Verteilungsschaltungen 51 und 52.
Die Antenne 1 ist eine Kleinantenne, die kleiner ist als eine Wellenlänge und eine Schleifenantenne oder eine Dipolantenne sein kann. Die Installationsposition der Antenne 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform nicht eingeschränkt, und durch Installieren der Antenne 1 in der Nähe des Herzens eines Messungssubjekts ist es beispielsweise möglich, eine Erfassungsgenauigkeit von Herzschlag- und Atmungswellenformen zu verbessern.
Die Signalgenerierungseinheit 11 ist ein Signalgenerator zum Generieren einer kontinuierlichen Welle einer Frequenz und weist einen Ausgangsanschluss 1101 auf.
Die variable Anpassungsschaltung 21 weist zwei Anschlüsse 2101 und 2102 auf, passt eine mit dem Anschluss 2102 verbundene Lastimpedanz (zweite und dritte Anschlüsse, die mit der Antenne 1 verbunden sind) an eine Impedanz einer mit dem Anschluss 2101 (erster Anschluss) verbundenen Schaltung an und kann ihre Durchlass- und Reflexionseigenschaften ändern.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform ein Fall beschrieben ist, in dem die variable Anpassungsschaltung 21 drei Elemente variabler Kapazität und einen Induktor enthält. Ein Beispiel für die variable Anpassungsschaltung 21 ist in 2 dargestellt.
In 2 stellt die Bezugsziffer 221 ein drittes variable Kapazitätselement dar, die Bezugsziffer 222 stellt ein erstes variable Kapazitätselement dar, die Bezugsziffer 223 stellt ein zweites variable Kapazitätselement dar, und die Bezugsziffer 23 stellt einen Induktor dar. Es ist zu beachten, dass das variable Kapazitätselement eine Diode variabler Kapazität sein kann.
Das dritte variable Kapazitätselement 221 weist Anschlüsse 2211 und 2212 auf, das erste variable Kapazitätselement 222 weist Anschlüsse 2221 und 2222 auf, das zweite variable Kapazitätselement 223 weist Anschlüsse 2231 und 2232 auf, und das Induktorelement 23 weist Anschlüsse 2301 und 2302 auf. Es ist zu beachten, dass der Anschluss 2212 mit Masse verbunden ist.
Der Anschluss 2211 des dritten variablen Kapazitätselements 221 und der Anschluss 2221 des ersten variablen Kapazitätselements 222 sind miteinander verbunden, der Anschluss 2212 des dritten variablen Kapazitätselements 221 und der Anschluss 2231 des zweiten variablen Kapazitätselements 223 sind miteinander verbunden, der Anschluss 2222 des ersten variablen Kapazitätselements 222 und der Anschluss 2301 des Induktorelements 23 sind miteinander verbunden, der Anschluss 2232 des zweiten variablen Kapazitätselements 223 und der Anschluss 2302 des Induktorelements 23 sind miteinander verbunden.
Als nächstes wird der Betrieb der variablen Anpassungsschaltung 21 beschrieben.
Die variable Anpassungsschaltung 21 steuert Werte des dritten variablen Kapazitätselements 221, des ersten variablen Kapazitätselements 222 und des zweiten variablen Kapazitätselements 223 in Übereinstimmung mit einem von der Steuereinheit 41 übertragenen Steuersignal.
Die Quadratur-Erfassungsschaltung 31 weist zwei Eingangsanschlüsse (erster Eingangsanschluss 3101 und zweiter Eingangsanschluss 3102) und zwei Ausgangsanschlüsse (erster Ausgangsanschluss 3103 und zweiter Ausgangsanschluss 3104) auf, unterzieht ein in den zweiten Eingangsanschluss 3102 eingegebenes Signal einer Quadratur-Erfassung mittels eines in den ersten Eingangsanschluss 3101 eingegebenen lokalen Signals, gibt ein In-Phase-Signal (I) von dem Ausgangsanschluss 3103 aus, und gibt ein Quadratur-(Q)-Signal, aufweisend eine von dem I-Signal um 90 Grad abweichenden Phase, an den Ausgangsanschluss 3104 aus. Ein Beispiel für die Quadratur-Erfassungsschaltung 31 ist in 3 dargestellt.
In 3 stellt die Bezugsziffer 321 eine erste Verteilungsschaltung dar, die Bezugsziffer 322 stellt eine zweite Verteilungsschaltung, die Bezugsziffer 331 stellt einen ersten Mischer dar, die Bezugsziffer 332 stellt einen zweiten Mischer dar und die Bezugsziffer 34 stellt einen 90-Grad-Phasenschieber (zum Verschieben der Phase eines Eingangssignals um 90 Grad) dar.
Die Verteilungsschaltung 321 ist eine Hochfrequenzschaltung, aufweisend drei Anschlüsse 3101, 3211 und 3212, teilt ein in den Anschluss 3101 eingegebenes Signal in zwei Signale und gibt die Signale an die Anschlüsse 3211 und 3212 als Erfassungssignale aus. Da die Anschlüsse 3211 und 3212 voneinander isoliert sind, wird, wenn ein Signal in den Anschluss 3211 eingegeben wird, kein Signal von dem Anschluss 3212 ausgegeben, und das Signal wird nur von dem Anschluss 3101 ausgegeben.
In ähnlicher Weise ist die Verteilungsschaltung 322 eine Hochfrequenzschaltung, aufweisend drei Anschlüsse 3102, 3221 und 3222, teilt ein in den Anschluss 3102 eingegebenes Signal in zwei Signale und gibt die Signale an die Anschlüsse 3221 und 3222 aus. Da die Anschlüsse 3221 und 3222 voneinander isoliert sind, wird, wenn ein Signal in den Anschluss 3221 eingegeben wird, kein Signal an den Anschluss 3222 ausgegeben, und das Signal wird nur aus dem Anschluss 3102 ausgegeben.
In den Verteilungsschaltungen 321 und 322 müssen Ausgangsanschlüsse nur voneinander isoliert sein, und daher kann ein Verteiler vom Wilkinson-Typ oder ein Richtungskoppler mit einem Isolationsanschluss, der mit einem Abschlusswiderstand verbunden ist, verwendet werden.
Der erste Mischer 331 hat drei Anschlüsse 3311, 3312 und 3313, multipliziert Signale, die von den Eingangsanschlüssen 3311 und 3312 eingegeben werden, miteinander und gibt das resultierende Signal von dem Ausgangsanschluss 3313 aus.
In ähnlicher Weise hat der zweite Mischer 332 drei Anschlüsse 3321 bis 3323, multipliziert Signale, die von den Eingangsanschlüssen 3321 und 3322 eingegeben werden, miteinander und gibt das resultierende Signal von dem Ausgangsanschluss 3323 aus.
Der 90-Grad-Phasenschieber 34 hat zwei Anschlüsse 3401 und 3402 und gibt ein Signal, das erhalten wird durch Verschieben der Phase eines von dem Eingangsanschluss 3401 eingegebenen Signals um 90 Grad, von dem Ausgangsanschluss 3402 aus.
Wie oben beschrieben, wird ein Signal, das von dem Anschluss 3313 des ersten Mischers 331 ausgegeben wird, und ein Signal, das von dem Anschluss 3323 des zweiten Mischers 332 ausgegeben wird, als ein I-Signal beziehungsweise als ein Q-Signal ausgegeben.
Der Anschluss 3211 der ersten Verteilungsschaltung 321 und der Anschluss 3311 des ersten Mischers 331 sind miteinander verbunden, und der Anschluss 3221 der zweiten Verteilungsschaltung 322 und der Anschluss 3312 des ersten Mischers 331 sind miteinander verbunden.
Der Anschluss 3212 der ersten Verteilungsschaltung 321 und der Anschluss 3401 des 90-Grad-Phasenschiebers 34 sind miteinander verbunden, der Anschluss 3222 der zweiten Verteilungsschaltung 322 und der Anschluss 3321 des zweiten Mischers sind miteinander verbunden, und der Anschluss 3402 des 90-Grad-Phasenschiebers 34 und der Anschluss 3322 des zweiten Mischers sind miteinander verbunden.
Dabei können Tiefpassfilter (LPF) jeweils zwischen dem Anschluss 3313 des ersten Mischers 331 und der Steuereinheit 41 und zwischen dem Anschluss 3323 des zweiten Mischers und der Steuereinheit 41 installiert sein.
Als nächstes wird der Betrieb der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Signal, das als ein lokales Signal von dem Anschluss 3101 der ersten Verteilungsschaltung 321 eingegeben wird, in zwei Signale für die Anschlüsse 3211 und 3212 geteilt. Ein Signal, das als ein Signal einer von einem menschlichen Körper reflektierten Welle eingegeben wird, wird von dem Anschluss 3102 der zweiten Verteilungsschaltung 322 in zwei Signale für die Anschlüsse 3221 und 3222 geteilt.
Ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 3211 der ersten Verteilungsschaltung 321 ausgegeben wird, wird in den Eingangsanschluss 3311 des ersten Mischers 331 eingegeben, und ein Signa, das von dem Anschluss 3221 der zweiten Verteilungsschaltung 322 ausgegeben wird, wird in den Eingangsanschluss 3312 des ersten Mischers 331 eingegeben.
Das in den Eingangsanschluss 3311 eingegebene Signal und das in den Eingangsanschluss 3312 eingegebene Signal werden durch den ersten Mischer 331 miteinander multipliziert und von dem Ausgangsanschluss 3313 ausgegeben.
Ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 3212 der ersten Verteilungsschaltung 321 ausgegeben wird, wird in den Eingangsanschluss 3401 des 90-Grad-Phasenschiebers 34 eingegeben.
Der 90-Grad-Phasenschieber 34 gibt ein Signal mit einer 90-Grad-Phasenverschiebung an die Ausgangsanschluss 3402 aus. Das Ausgangssignal wird in die Eingangsanschluss 3322 des zweiten Mischers 332 eingegeben.
Ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 3222 der zweiten Verteilungsschaltung 322 ausgegeben wird, wird von dem Anschluss 3321 des zweiten Mischers 332 in den Mischer 332 eingegeben.
Der Mischer 332 multipliziert die an den Eingangsanschlüssen 3321 und 3322 eingegebenen Signale miteinander und gibt das resultierende Signal an den Ausgangsanschluss 3323 aus.
Wie oben beschrieben, wird ein reflektiertes Signal, das von einem menschlichen Körper kommt, wobei das Signal in den Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben wird, Quadraturerfassung unterzogen mittels eines lokalen Signals, das in den Anschluss 3101 eingegeben wird, und von den Anschlüssen 3103 und 3104 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 als ein I-Signal und ein Q-Signal ausgegeben wird, aufweisend Phasen, sich jeweils um 90 Grad voneinander unterscheiden. Das I-Signal und das Q-Signal werden als Information, beispielsweise als Amplitude, in die Steuereinheit 41 eingegeben.
Die Steuereinheit 41 empfängt zwei Wellen des I-Signals und des Q-Signals, die von der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 ausgegeben werden, als Eingaben, und zeichnet Werte des I-Signals und des Q-Signals auf.
Außerdem berechnet die Steuereinheit 41 einen Durchschnittswert von jedem der I-Signale und der Q-Signale, die während einer vorherbestimmten festen Minutenzeit (T) eingegeben werden, und gibt ein Steuersignal an die variable Anpassungsschaltung 21 in einer solchen Weise aus, dass ein absoluter Wert eines Zeitdurchschnittswertes von jedem der I-Signale und der Q-Signale gleich ist wie oder kleiner ist als ein kleiner bestimmter Schwellenwert.
Die Zeit (T) benötigt mindestens eine Zykluszeit, in der Herzschlag und Atmungswellenformen gemessen werden können. Es ist zu beachten, dass die Herzschlag- und Atmungswellenformen stark schwanken, abhängig zum Beispiel von Geschlecht, Alter und mentalen Zustand eines der Messung zu unterziehenden menschlichen Körpers, und es daher wünschenswert ist, möglichst große numerische Werte zu nutzen.
4 zeigt ein Blockdiagramm, das schematisch ein bestimmtes Beispiel einer Hardwarekonfiguration der Steuereinheit 41 darstellt.
Wie in 4 dargestellt, weist die Steuereinheit 41 auf: einen Analog-Digital-Wandler 420 zum Umwandeln eines I-Signals und eines Q-Signals, die analoge Signale sind, die von der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 ausgegeben werden, in digitale Signale; eine Speichereinrichtung 412 zum Speichern von Werten des I-Signals und des Q-Signals; einen Prozessor 411 zum Steuern der variablen Anpassungsschaltung aus dem I-Signal und dem Q-Signal; und einen Digital-Analog-Wandler 430 zum Umwandeln digitaler Daten in ein analoges Signal.
Die Speichereinrichtung 412 ist ein allgemeiner Begriff für einen Speicher wie einen Nur-Lese-Speicher (ROM) oder einen Direktzugriffsspeicher (RAM), und eine externe Speichereinrichtung wie eine Festplatte, ein Programm und Daten in der Speichereinrichtung 412 werden von dem Prozessor 411 gelesen und geschrieben, und die Speichereinrichtung 412 wird auch als ein Speicherziel für temporäre Daten genutzt. Die Speichereinrichtung 412 wird auch zum Lesen und Schreiben des I-Signals und des Q-Signals genutzt, die von der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 an die Steuereinheit 41 ausgegeben werden. Weiterhin ist in der Speichereinrichtung 412 ein Programm (Steuerprogramm) zum Durchführen von Anpassung der variablen Anpassungsschaltung 21 gespeichert.
Der Analog-Digital-Wandler 420 wandelt ein von der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 ausgegebenes analoges Signal in digitale Daten um, die von dem Prozessor 411 gesteuert werden können.
Der Digital-Analog-Wandler 430 wandelt digitale Daten, die aus der arithmetischen Operation des Prozessors 411 resultieren, in ein analoges Signal um, das von der variablen Anpassungsschaltung 21 empfangen werden kann.
Es ist zu beachten, dass der Analog-Digital-Wandler 420 und der Digital-Analog-Wandler 430 Hardware zum Durchführen von dedizierter Verarbeitung oder ein Programm zum Durchführen von dedizierter Verarbeitung nutzen können.
Die Funktionsweise eines von dem Prozessor 411 ausgeführten Steuerprogramms wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 ist ein Beispiel für einen Verarbeitungsablauf eines Anpassungsprogramms, das durch die Steuereinheit 41 betrieben wird.
Wenn das Steuerprogramm ein I-Signal und ein Q-Signal empfängt, die von der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 ausgegeben werden, wandelt der Analog-Digital-Wandler 420 das I-Signal und das Q-Signal in digitale Signale um (S101).
Anschließend speichert das Steuerprogramm die in digitale Signale umgewandelten Werte des I-Signals und des Q-Signals in der Speichereinrichtung 412 (S102).
Das Steuerprogramm bestimmt, ob eine voreingestellte Zeit (T) abgelaufen ist (S103). Als ein Ergebnis, falls die Zeit (T) noch nicht abgelaufen ist (S103: NEIN), kehrt das Steuerprogramm zu dem Prozess von S101 zurück. Falls die Zeit (T) abgelaufen ist (S103: JA), berechnet das Steuerprogramm einen Durchschnittswert von jedem der I-Signale und Q-Signale, die in der Speichereinrichtung 412 gespeichert sind, während eines Zeitraums von der um die Zeit (T) zurückgehenden Zeit bis zur aktuellen Zeit (S104).
Als nächstes vergleicht das Steuerprogramm den Durchschnittswert mit einem voreingestellten Schwellenwert (S105). Falls der Durchschnittswert kleiner ist als der Schwellenwert (S105: JA), kehrt das Steuerprogramm zu dem Prozess von S101 zurück. Wenn der Durchschnittswert gleich ist wie oder größer ist als der Schwellenwert (S105: NEIN), berechnet das Steuerprogramm einen Anpassungswert in einer solchen Weise, dass eine mit den Anschluss 2102 der variablen Anpassungsschaltung 21 verbundene Lastimpedanz an eine Impedanz einer mit dem Anschluss 2101 verbundenen Schaltung angepasst wird (S106).
Dann gibt das Steuerprogramm letztendlich den Anpassungswert an die variable Anpassungsschaltung 21 aus (S107).
Danach wiederholt das Steuerprogramm den Prozess von S101 jedes Mal, wenn das Steuerprogramm das I-Signal und das Q-Signal, die von der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 ausgegeben werden, erneut empfängt.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform als ein Verfahren zur Bildung eines Zeitdurchschnittswerts eine bestimmte Messungszeit auf T Sekunden eingestellt wird und der Gesamtzeitdurchschnittswert von jedem der I-Signale und der Q-Signale gebildet wird. Alternativ können die T Sekunden weiter in kleinere Abschnitte unterteilt werden, und die Wellenformen können zwischen den Abschnitten gewichtet und gemittelt werden.
Wenn beispielsweise ein Zeitdurchschnitt bis zu S Sekunden (S ≤ T) in T Sekunden durch A(S) dargestellt ist, wird A(S) in einem Zeitraum von T - u ≤ S ≤ T (u ≤ T) gemittelt, und es wird bestimmt, ob ein absoluter Wert eines Zeitdurchschnittswertes von jedem der I-Signale und der Q-Signale gleich ist wie oder kleiner ist als ein ausreichend kleiner bestimmter Schwellenwert. Der Schwellenwert wird durch einen Einfluss von Rauschen in der Umgebung bestimmt, in der die eigentliche Messung durchgeführt wird. Zum Beispiel können einige numerische Werte von Umgebungsrauschen gemessen werden, und ein Maximalwert davon kann genutzt werden, oder ein richtiger Wert kann aus einem ermittelten Standardabweichungswert oder einem Maximalwert und einem Durchschnittswert oder einem häufigsten Wert entsprechend bestimmt werden. Der Schwellenwert kann auch ohne Festsetzung in einer solchen Weise erneut eingestellt werden, dass der Schwellenwert situationsabhängig verändert werden kann, zum Beispiel durch Messung von Rauschen in regelmäßigen Intervallen.
Dadurch wird eine Schwankung von A(S) in Bezug auf S reduziert und somit ein Fehler bei der Durchschnittswertbildung verringert.
Um einen Anpassungswert in einer solchen Weise zu berechnen, dass eine mit dem Anschluss 2102 der variablen Anpassungsschaltung 21 verbundene Lastimpedanz an eine Impedanz einer mit dem Anschluss 2101 verbundenen Schaltung angepasst wird, kann das folgende Verfahren in Betracht gezogen werden.
Zunächst kann ein Verfahren zum Durchführen einer Berechnung aus Werten eines I-Signals und eines Q-Signals, die in die Steuereinheit 41 eingegeben werden, und Werten der Elemente variabler Kapazität 221 bis 223 der variablen Anpassungsschaltung 21 in einer solchen Weise, dass eine Z-Charakteristik-Impedanz (Zo) der variablen Anpassungsschaltung 2150 Ω beträgt, und Anpassen von Kapazitäten der Elemente variabler Kapazität 221 bis 223 in einer solchen Weise, dass ein absoluter Wert eines Zeitdurchschnittswerts von jedem der I-Signale und der Q-Signale unter einen Schwellenwert fällt, in Betracht gezogen werden.
Zusätzlich kann ein Kapazitätswert von jedem der Elemente variabler Kapazität 221 bis 223 angepasst werden, durch Wobbeln der Werte der Elemente variabler Kapazität 221 bis 223 in einer solchen Weise, dass der absolute Wert eines Zeitdurchschnittswertes von jedem von den I-Signalen und den Q-Signalen unter den Schwellenwert fällt.
Zum Beispiel ist ein Wert des ersten variablen Kapazitätselements 222 durch C1 dargestellt, und ein Wert des zweiten variablen Kapazitätselements 223 durch C2 dargestellt. Dann, wenn die Kapazitätswerte von C1 und C2 a1 ≤ C1 ≤ a2 bzw. b1 ≤ C2 ≤ b2 erfüllen, wird zunächst der Wert von C1 auf a1 festgelegt, der Wert von C2 wird allmählich zwischen b1 und b2 geändert, und es wird bestimmt, ob ein Gesamtzeitdurchschnittswert von jedem der I-Signale und der Q-Signale unter den Schwellenwert in der variablen Anpassungsschaltung in einem Zustand fällt, in dem die Werte von C1 und C2 kombiniert sind.
Wenn der Gesamtzeitdurchschnittswert nicht unter den Schwellenwert fällt, obwohl alle Werte zwischen b1 und b2 als C2 verwendet werden, wird der Wert von C1 geändert, der Wert von C2 wird wieder von b1 auf b2 geändert, und es wird bestimmt, ob ein Gesamtzeitdurchschnittswert von jedem der I-Signale und der Q-Signale unter den Schwellenwert in der variablen Anpassungsschaltung in einem Zustand fällt, in dem die Werte von C1 und C2 kombiniert sind.
Darüber hinaus kann ein Verfahren des Vorbereitens einer Tabelle in Betracht gezogen werden, in der richtige Werte als Kapazitätswerte gespeichert sind, die von C1 und C2 im Voraus gebildet werden können aus Werten der I-Signale und der Q-Signale, die von der Steuereinheit 41 empfangen werden, und dem Durchschnittswert von jedem der Werte der I-Signale und der Q-Signale.
Wenn die Steuereinheit 41 Werte des I-Signals und des Q-Signals empfängt, bezieht diese sich auf diese Tabelle und kann einen Wert eines variablen Elements der variablen Anpassungsschaltung 21 in einer kurzen Zeit in einer solchen Weise anpassen, dass ein absoluter Wert eines Zeitdurchschnittswerts von jedem der I-Signale und der Q-Signale unter den Schwellenwert fällt, mittels der Kapazitätswerte, auf die C1 und C2 eingestellt werden sollten, wie in der Tabelle angegeben.
Die Verteilungsschaltung 51 eine Hochfrequenzschaltung mit drei Anschlüssen 5101 bis 5103, und wenn ein Signal in den Anschluss 5101 eingegeben wird, teilt die Verteilungsschaltung 51 das Signal in zwei Signale und gibt sie Signale an die Anschlüsse 5102 und 5103 aus.
Da die Anschlüsse 5102 und 5103 voneinander isoliert sind, wird bei der Eingabe eines Signals in den Anschluss 5102 kein Signal an den Anschluss 5103 ausgegeben, und das Signal wird nur von dem Anschluss 5101 ausgegeben.
Ähnlich wie die Verteilungsschaltung 51 ist auch die Verteilungsschaltung 52 eine Hochfrequenzschaltung mit drei Anschlüssen 5201 bis 5203, und wenn ein Signal in den Anschluss 5203 eingegeben wird, teilt die Verteilungsschaltung 51 das Signal in zwei Signale und gibt die Signale an die Anschlüsse 5202 und 5201 aus.
Da die Anschlüsse 5202 und 5201 voneinander isoliert sind, wird bei der Eingabe eines Signals in den Anschluss 5201 kein Signal an den Anschluss 5202 ausgegeben, und das Signal wird nur von dem Anschluss 5203 ausgegeben.
Es ist zu beachten, dass in den Verteilungsschaltungen 51 und 52 die Ausgangsanschlüsse voneinander isoliert sein müssen, und daher ein Verteiler vom Wilkinson-Typ oder ein Richtungskoppler mit einem Isolationsanschluss, der mit einem Abschlusswiderstand verbunden ist, verwendet werden kann.
Der Ausgangsanschluss 1101 der Signalgenerierungseinheit 11 und der Anschluss 5101 der ersten Verteilungsschaltung 51 sind miteinander verbunden, der Anschluss 5102 der ersten Verteilungsschaltung 51 und der Anschluss 5201 der zweiten Verteilungsschaltung 52 sind miteinander verbunden, der Anschluss 5103 der ersten Verteilungsschaltung 51 und der Anschluss 3101 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 sind miteinander verbunden, der Anschluss 5202 der zweiten Verteilungsschaltung 52 und der Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 sind miteinander verbunden, der Anschluss 5203 der zweiten Verteilungsschaltung 52 und der Anschluss 2101 der variablen Anpassungsschaltung 21 sind miteinander verbunden, und der Anschluss 2102 der variablen Anpassungsschaltung und der Antenne 1 sind miteinander verbunden.
Als nächstes wird die allgemeine Funktionsweise der Biosensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird ein Signal einer Frequenz, das von dem Ausgangsanschluss 1101 der Signalgenerierungseinheit 11 ausgegeben wird, in den Anschluss 5101 der ersten Verteilungsschaltung 51 eingegeben und in zwei Signale für die Anschlüsse 5102 und 5103 geteilt.
Hier ist ein Pfad a, den ein Signal durchläuft, definiert als ein Pfad von Anschluss 5102→Anschluss 5201→Verteilungsschaltung 52→Anschluss 5203→Anschluss 2101→variable Anpassungsschaltung 21→Anschluss 2102. Ein Pfad b, den ein Signal durchläuft, ist definiert als ein Pfad von Anschluss 2102→variable Anpassungsschaltung 21→Anschluss 2101→Anschluss 5203→Verteilungsschaltung 52→Anschluss 5202→Anschluss 3102.
Ein Signal, das von dem Anschluss 5102 der ersten Verteilungsschaltung 51 ausgegeben wird, wird über den Pfad a in die Antenne 1 eingegeben, und ein Signal, das von dem Anschluss 5103 der ersten Verteilungsschaltung 51 ausgegeben wird, wird als ein lokales Signal von dem Anschluss 3101 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 in die Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben.
Ein Signal, das den Pfad a durchläuft, wird als eine Funkwelle von der Antenne 1 emittiert, und ein Signal einer reflektierten Welle, die von einem menschlichen Körper reflektiert wird, wird in die Antenne 1 eingegeben und von dem Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 über den Pfad b in die Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben.
Das reflektierte Signal, das von einem menschlichen Körper kommt, wobei das Signal in den Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben wird, wird Quadraturerfassung unterzogen mittels eines lokalen Signals, das in den Anschluss 3101 eingegeben wird und von den Anschlüssen 3103 und 3104 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 als ein I-Signal und ein Q-Signal ausgegeben wird, aufweisend Phasen, die sich jeweils um 90 Grad voneinander unterscheiden.
Das I-Signal und das Q-Signal werden in die Steuereinheit 41 eingegeben.
Die Steuereinheit 41 misst zwei Wellen des eingegebenen I-Signals und Q-Signals für einen bestimmten Zeitraum und berechnet einen Zeitdurchschnitt von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen. Es wird bestimmt, ob ein absoluter Wert des Zeitdurchschnittswertes von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen gleich ist wie oder kleiner ist als ein ausreichend kleiner bestimmter Schwellenwert.
Wenn der absolute Wert des Zeitdurchschnittswerts von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen größer ist als der Schwellenwert, überträgt die Steuereinheit 41 ein Steuersignal an die variable Anpassungsschaltung 21 und passt die Durchlass- und Reflexionscharakteristiken der variablen Anpassungsschaltung 21 in einer solchen Weise an, dass der absolute Wert des Zeitdurchschnitts von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen gleich ist wie oder kleiner ist als der Schwellenwert.
Wie oben beschrieben, da der absolute Wert des Zeitdurchschnittswerts von jedem der I-Signale und der Q-Signale, die bestimmt sind durch Unterziehen eines Signals einer von der Antenne emittierten Funkwelle und eines Signals einer von einem menschlichen Körper reflektierten Welle einer Quadratur-Erfassung, hinreichend klein ist und gegen 0 geht, kann ein Fehlanpassungsverlust der Impedanz der Antenne reduziert werden und die Sensorempfindlichkeit kann verbessert werden.
Zudem ist es durch Veranlassen, dass die Steuereinheit 41 die ganze Zeit arbeitet, während die Biosensoreinrichtung arbeitet, möglich, die Messung mit hoher Erfassungsempfindlichkeit für einen Herzschlag die ganze Zeit durchzuführen, selbst wenn sich eine äußere Installationsumgebung, wie beispielsweise ein menschlicher Körper, ändert.
6 zeigt Wellenformen in einem Fall, in dem Herzschlag- und Atmungswellenformen eines Messungssubjekts, an dem eine Messung tatsächlich durchgeführt wurde, mit der in der vorliegenden Ausführungsform genutzten Biosensoreinrichtung erworben werden.
Zum Vergleich zeigt 7 die Wellenformen in einem Fall, in dem Herzschlag- und Atmungswellenformen mittels einer Biosensoreinrichtung erworben wurden, die keine variable Anpassungsschaltung enthält und deren Antennenimpedanz im freien Raum angepasst ist. In beiden Figuren sind die Ergebnisse unter Verwendung eines fotoelektrischen Kontakt-Pulswellenmessers als korrekte Herzschlag- und Atmungswellenformen (Referenzwellenformen) des Messungssubjekts in Wellenlinien dargestellt.
Sowohl in 6 als auch in 7 werden die Amplituden des erhaltenen I-Signals und Q-Signals berechnet, und ein Verschiebungsbetrag von einem Maximalwert von jeder der Amplituden wird aufgetragen.
6 zeigt Herzschlag- und Atmungswellenformen, die unter Verwendung der Biosensoreinrichtung mit der oben beschriebenen Konfiguration erhalten wurden, und es kann bestätigt werden, dass die Positionen der Spitzen davon mit denen der Referenzwellenformen übereinstimmen. Dagegen zeigt 7 Herzschlag- und Atmungswellenformen, die mittels einer Biosensoreinrichtung erhalten wurden, die keine variable Anpassungsschaltung enthält, und es kann bestätigt werden, dass die Herzschlag- und Atmungswellenformen von 7 eine kleinere Amplitude als diejenigen von 6 haben und sich in einer anderen Weise verhalten wie die Referenz.
Wenn Spitzen der Herzschlagwellenform genau erfasst werden, kann ein Schwankungswert eines Herzschlagintervalls eines Messungssubjekts genau gemessen werden, was, zum Beispiel bei der Ermittlung des physischen Zustands und des Gesundheitszustands, weithin angewandt werden kann.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Fall beschrieben wurde, in dem die Steuereinheit 41 eine Bestimmung in Abhängigkeit davon durchführt, ob die voreingestellte Zeit (T) abgelaufen ist, und wenn die Zeit (T) abgelaufen ist, wird ein Durchschnittswert von jedem der I-Signale und der Q-Signale, die in der Speichereinrichtung 412 gespeichert sind, während eines Zeitraums von der um die Zeit (T) zurückgehenden Zeit bis zur aktuellen Zeit berechnet. Die Steuereinheit 41 kann jedoch die Anzahl der Male des Empfangens der Werte des I-Signals und des Q-Signals voreinstellen, ohne zu bestimmen, ob die Zeit (T) abgelaufen ist, und wenn die Steuereinheit 41 die Werte von jedem von dem I-Signal und dem Q-Signal durch die Anzahl der Male empfangen hat, kann ein Durchschnittswert aus den Werten von jedem von dem I-Signal und des Q-Signal für die voreingestellte Anzahl von Malen berechnet werden.
Außerdem kann das Ergebnis, ob oder ob nicht der berechnete Durchschnittswert von jedem von den I-Signalen und den Q-Signalen den Schwellenwert überschritten hat, jedes Mal gespeichert werden, und die Zeit (T) oder die Anzahl der Male kann in Abhängigkeit von dem Ergebnis geändert werden. Wenn der Durchschnittswert von jedem von den I-Signalen und den Q-Signalen den Schwellenwert zum Beispiel drei Mal hintereinander nicht überschritten hat, kann die Zeit (T) oder die Anzahl der Male erhöht werden. Umgekehrt kann die Zeit (T) oder die Anzahl der Male verringert werden, wenn der Durchschnittswert von jedem von den I-Signalen und den Q-Signalen den Schwellenwert zum Beispiel dreimal hintereinander überschritten hat. Auf diese Weise kann durch Erhöhen oder Verringern der Zeit (T) oder der Anzahl der Male der Betrieb der Steuereinheit effizient durchgeführt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem die variable Anpassungsschaltung 21 drei variable Kapazitätselemente und einen Induktor umfasst, wie in 2 dargestellt, aber die Konfiguration der variablen Anpassungsschaltung 21 ist darauf nicht beschränkt.
Die variable Anpassungsschaltung 21 kann eine Konfiguration wie in 8, 9, 10, 11 oder 12 dargestellt haben.
Die in 8 dargestellte variable Anpassungsschaltung 21 wird beispielsweise erhalten durch Ersetzen des ersten variablen Kapazitätselements 222 und des zweiten variablen Kapazitätselements 223 der in 2 dargestellten variablen Anpassungsschaltung 21 durch Kondensatorelemente 222A und 223A, jeweils aufweisend bestimmte feste Werte. Die in 9 dargestellte variable Anpassungsschaltung 21 wird erhalten durch Ersetzen des dritten variablen Kapazitätselements 221 von 2 durch ein Kondensatorelement 221A, aufweisend einen bestimmten festen Wert.
Die in 10 dargestellte variable Anpassungsschaltung 21 wird erhalten durch Entfernen des Induktorelements 23 aus der in 2 dargestellten variablen Anpassungsschaltung 21. Die in 11 dargestellte variable Anpassungsschaltung 21 wird erhalten durch Entfernen des Induktorelements 23 aus der in 9 dargestellten variablen Anpassungsschaltung 21. Die in 12 dargestellte variable Anpassungsschaltung 21 wird erhalten durch Entfernen des Induktorelements 23 aus der in 10 dargestellten variablen Anpassungsschaltung 21.
Außerdem kann in 8, 9, 10, 11 und 12 das dritte variable Kapazitätselement 221 oder das Kondensatorelement 221A, aufweisend einen bestimmten festen Wert, offen sein. Das erste variable Kapazitätselement 222 oder das Kondensatorelement 222A, aufweisend einen bestimmten festen Wert, und das zweite variable Kapazitätselement 223 oder das Kondensatorelement 223A, aufweisend einen bestimmten festen Wert, können kurzgeschlossen sein. Es wird jedoch angenommen, dass das zweite variable Kapazitätselement und das zweite variable Kapazitätselement den gleichen Wert und Zustand haben.
Wie oben beschrieben, kann durch Bildung der Biosensoreinrichtung unter Verwendung der Antenne 1, der Signalgenerierungseinheit 11, der variablen Anpassungsschaltung 21, der Quadratur-Erfassungsschaltung 31, der Steuereinheit 41 und der Verteilungsschaltungen 51 und 52, und Steuern der variablen Anpassungsschaltung 21 durch die Steuereinheit 41 in einer solchen Weise, dass ein absoluter Wert eines Zeitdurchschnittswertes von jedem von den I-Signalen und den Q-Signalen gleich ist wie oder kleiner ist als ein bestimmter Schwellenwert, eine Biosensoreinrichtung erhalten werden, die an eine Änderung der äußeren Installationsumgebung angepasst ist und eine hohe Erfassungsgenauigkeit sowie eine einfache Konfiguration aufweist.
Zweite Ausführungsform.
Obwohl die Biosensoreinrichtung unter Verwendung des Verteilers in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Fall der Verwendung eines Richtkopplers anstelle des Verteilers beschrieben.
13 ist ein Konfigurationsdiagramm der Biosensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In 13 stellt die Bezugsziffer 61 einen Richtungskoppler dar. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem der Richtungskoppler 61 vier Anschlüsse 6101 bis 6104 aufweist.
In 13 bezeichnen die gleichen Bezugsziffern wie in 1 die gleichen oder entsprechende Teile.
Wenn ein Signal in den Anschluss 6101 eingegeben wird, teilt der Richtungskoppler 61 das Signal in zwei Signale und gibt die Signale an die Anschlüsse 6103 und 6104 aus. Wenn ein Signal in den Anschluss 6103 eingegeben wird, teilt der Richtungskoppler 61 das Signal in zwei Signale und gibt die Signale an die Anschlüsse 6101 und 6102 aus. Die Anschlüsse 6101 und 6102 sind voneinander isoliert, und die Anschlüsse 6103 und 6104 sind voneinander isoliert.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 13 dargestellt, sind der Ausgangsanschluss 1101 der Signalgenerierungseinheit 11 und der Anschluss 6101 des Richtkopplers 61 miteinander verbunden, der Anschluss 6102 des Richtkopplers 61 und der Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 sind miteinander verbunden, der Anschluss 6103 des Richtkopplers und der Anschluss 2101 der variablen Anpassungsschaltung 21 sind miteinander verbunden, und der Anschluss 6104 des Richtkopplers und der Anschluss 3101 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 sind miteinander verbunden.
Die Funktionsweise in der vorliegenden Ausführungsform wird erläutert.
Ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 1101 der Signalgenerierungseinheit 11 ausgegeben wird, wird in den Anschluss 6101 des Richtkopplers 61 eingegeben, und das Signal wird in zwei Signale für die Anschlüsse 6103 und 6104 geteilt.
Ein Signal, das von dem Anschluss 6104 des Richtkopplers 61 ausgegeben wird, wird als ein lokales Signal in den Anschluss 3101 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben. Ein Signal, das von dem Anschluss 6103 des Richtkopplers 61 ausgegeben wird, wird von dem Anschluss 2101 in die variable Anpassungsschaltung 21 eingegeben, von dem Anschluss 2102 an die Antenne 1 ausgegeben und von der Antenne 1 als eine Funkwelle emittiert.
Das von der Antenne 1 emittierte Signal wird von einem menschlichen Körper reflektiert und als ein reflektiertes Signal in der Antenne 1 eingegeben. Das reflektierte Signal wird in den Anschluss 2102 der variablen Anpassungsschaltung 21 eingegeben, von dem Anschluss 2101 ausgegeben und in den Anschluss 6103 des Richtkopplers 61 eingegeben.
Ein Teil des reflektierten Signals, das in den Anschluss 6103 eingegeben wird, wird von dem Anschluss 6102 ausgegeben und in den Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben.
Ähnlich wie bei dem Fall in der ersten Ausführungsform wird ein von einem menschlichen Körper kommendes reflektiertes Signal, wobei das Signal in den Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben wird, Quadratur-Erfassung unterzogen mittels eines lokalen Signals, das in den Anschluss 3101 eingegeben wird und von den Anschlüssen 3103 und 3104 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 als ein I-Signal und ein Q-Signal ausgegeben wird, aufweisend Phasen, die sich jeweils um 90 Grad voneinander unterscheiden. Das I-Signal und das Q-Signal werden in die Steuereinheit 41 eingegeben.
Die Steuereinheit 41 misst zwei Wellen des eingegebenen I-Signals und Q-Signals für einen bestimmten Zeitraum und berechnet einen Zeitdurchschnitt von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen. Es wird bestimmt, ob ein absoluter Wert des Zeitdurchschnittswertes von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen gleich ist wie oder kleiner ist als ein ausreichend kleiner bestimmter Schwellenwert.
Wenn der absolute Wert des Zeitdurchschnittswerts von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen größer ist als der Schwellenwert, überträgt die Steuereinheit 41 ein Steuersignal an die variable Anpassungsschaltung 21 und passt die Durchlass- und Reflexionscharakteristiken der variablen Anpassungsschaltung 21 in einer solchen Weise an, dass der absolute Wert des Zeitdurchschnitts von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen gleich ist wie oder kleiner ist als der Schwellenwert.
Wie oben beschrieben, kann in der vorliegenden Ausführungsform durch Bildung der Biosensoreinrichtung durch Verwendung der Antenne 1, der Signalgenerierungseinheit 11, der variablen Anpassungsschaltung 21, der Quadratur-Erfassungsschaltung 31, der Steuereinheit 41 und des Richtkoppler 61, und Steuern der variablen Anpassungsschaltung 21 durch die Steuereinheit 41 in einer solchen Weise, dass ein absoluter Wert eines Zeitdurchschnittswertes von jedem von den I-Signalen und den Q-Signalen gleich ist wie oder kleiner ist als ein bestimmter Schwellenwert, eine Biosensoreinrichtung erhalten werden, die an eine Änderung der äußeren Installationsumgebung angepasst ist und eine hohe Erfassungsgenauigkeit sowie eine einfachere Konfiguration aufweist.
Dritte Ausführungsform.
Obwohl die Biosensoreinrichtung unter Verwendung der Quadratur-Erfassungsschaltung in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Fall der Verwendung eines Mischers anstelle der Quadratur-Erfassungsschaltung beschrieben.
14 ist ein Konfigurationsdiagramm der Biosensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In 14 stellt die Bezugsziffer 71 einen Mischer dar. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem der Mischer 71 drei Anschlüsse 7101 bis 7103 aufweist. Es ist zu beachten, dass die Bezugsziffern 7101 und 7102 Eingangsanschlüsse darstellen und die Bezugsziffer 7103 einen Ausgangsanschluss darstellt.
Der Mischer 71 multipliziert die von den Eingangsanschlüssen 7101 und 7102 eingegebenen Signale miteinander und gibt das resultierende Signal von dem Ausgangsanschluss 7103 aus.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 14 dargestellt, ist der Mischer 71 mit den drei Anschlüssen 7101 bis 7103 zwischen dem Anschluss 5103 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung 51 und dem Anschluss 5202 der zweiten Zwei-Verteilungsschaltung 52 installiert.
In 14 bezeichnen die gleichen Bezugsziffern wie in 1 die gleichen oder entsprechende Teile.
In der vorliegenden Ausführungsform sind der Anschluss 5103 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung 51 und der Anschluss 7101 des Mischers 71 miteinander verbunden, und der Anschluss 5202 der zweiten Verteilungsschaltung 52 und der Anschluss 7102 des Mischers 71 sind miteinander verbunden. Zu diesem Zeitpunkt kann ein LPF zwischen dem Mischer 71 und dem Anschluss 7103 installiert werden.
Die Funktionsweise in der vorliegenden Ausführungsform wird erläutert.
Ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 1101 der Signalgenerierungseinheit 11 ausgegeben wird, wird in den Anschluss 5101 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung 51 eingegeben, und das Signal wird in zwei Signale für die Anschlüsse 5102 und 5103 geteilt.
Ein Pfad a, den ein Signal durchläuft, ist hier definiert als ein Pfad von Anschluss 5102→Anschluss 5201→Zweifach-Verteilungsschaltung 51→Anschluss 5203→Anschluss 2101→variable Anpassungsschaltung 21→Anschluss 2101. Ein Pfad b, den ein Signal durchläuft, ist definiert als ein Pfad von Anschluss 2101→variable Anpassungsschaltung 21→Anschluss 2101→Anschluss 5203→Zweifach-Verteilungsschaltung 52→Anschluss 5202→Anschluss 7102.
Ein Signal, das von dem Anschluss 5102 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung 51 ausgegeben wird, durchläuft den Pfad a und wird in die Antenne 1 eingegeben.
Ein Signal, das von dem Anschluss 5103 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung 51 ausgegeben wird, wird von dem Anschluss 7101 des Mischers 71 als ein lokales Signal in den Mischer 71 eingegeben.
Ein Signal, das den Pfad a durchläuft, wird als eine Funkwelle von der Antenne 1 emittiert. Dann kehrt ein Signal einer von einem menschlichen Körper reflektierten Welle dieses Mal als ein Eingang zu der Antenne 1 zurück, durchläuft den Pfad b und wird von dem Anschluss 7102 des Mischers 71 in den Mischer 71 eingegeben.
Ein lokales Signal, das von dem Anschluss 7101 des Mischers 71 eingegeben wird, und ein von einem menschlichen Körper kommendes reflektiertes Signal, wobei das reflektierte Signal von dem Anschluss 7102 eingegeben wird, werden durch den Mischer 71 miteinander multipliziert und von dem Anschluss 7103 des Mischers 71 als ein I-Signal ausgegeben. Das I-Signal wird in die Steuereinheit 41 eingegeben.
Die Steuereinheit 41 misst das eingegebene I-Signal für einen bestimmen Zeitraum und berechnet einen Zeitdurchschnitt der I-Signale. Es wird bestimmt, ob ein absoluter Wert des Zeitdurchschnittswertes von jedem von den I-Signalen gleich ist wie oder kleiner ist als ein ausreichend kleiner bestimmter Schwellenwert. Wenn der absolute Wert des Zeitdurchschnittswerts von jedem von den I-Signalen größer ist als der Schwellenwert, überträgt die Steuereinheit 41 ein Steuersignal an die variable Anpassungsschaltung 21 und passt die Durchlass- und Reflexionscharakteristiken der variablen Anpassungsschaltung 21 in einer solchen Weise an, dass der absolute Wert des Zeitdurchschnittswerts von jedem von den I-Signalen gleich ist wie oder kleiner ist als der Schwellenwert.
Wie oben beschrieben, kann in der vorliegenden Ausführungsform durch Bildung der Biosensoreinrichtung unter Verwendung der Antenne 1, der Signalgenerierungseinheit 11, der variablen Anpassungsschaltung 21, der Steuereinheit 41, der zwei Zweifach-Verteilungsschaltungen 51 und 52 und des Mischers 71, und Steuern der variablen Anpassungsschaltung 21 durch die Steuereinheit 41 in einer solchen Weise, dass der absolute Wert des Zeitdurchschnittswertes der I-Signale gleich ist wie oder kleiner ist als ein bestimmter Schwellenwert, eine Biosensoreinrichtung erhalten werden, die an eine Änderung der äußeren Installationsumgebung angepasst ist und eine einfachere Konfiguration aufweist.
Vierte Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, bei dem zusätzlich eine Phasenverschiebungsschaltung hinzugefügt ist.
15 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Biosensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In 15 stellt die Bezugsziffer 81 eine Phasenverschiebungsschaltung dar. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem die Phasenverschiebungsschaltung 81 zwei Anschlüsse 8101 bis 8102 aufweist. Es ist zu beachten, dass die Bezugsziffer 8101 einen Eingangsanschluss darstellt und die Bezugsziffer 8102 einen Ausgangsanschluss darstellt.
Die Phasenverschiebungsschaltung 81 hat eine Funktion des Änderns der Phase eines von dem Eingangsanschluss 8101 eingegebenen lokalen Signals. Das lokale Signal, dessen Phase durch die Phasenverschiebungsschaltung 81 geändert wurde, wird von dem Anschluss 8102 ausgegeben.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 15 dargestellt, sind der Anschluss 5103 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung und der Anschluss 8101 der Phasenverschiebungsschaltung 81 miteinander verbunden, und der Anschluss 8102 der Phasenverschiebungsschaltung 81 und der Anschluss 3101 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 sind miteinander verbunden.
In 15 bezeichnen die gleichen Bezugsziffern wie in 1 die gleichen oder entsprechende Teile.
Die Funktionsweise in der vorliegenden Ausführungsform wird erläutert.
Ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 1101 der Signalgenerierungseinheit 11 ausgegeben wird, wird in den Anschluss 5101 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung 51 eingegeben, und für die Anschlüsse 5102 und 5103 in zwei Signale geteilt.
Ein Pfad a, den ein Signal durchläuft, ist hier definiert als ein Pfad von Anschluss 5102→Anschluss 5201→Zweifach-Verteilungsschaltung 51→Anschluss 5203→Anschluss 2101→variable Anpassungsschaltung 21→Anschluss 2101. Ein Pfad b, den ein Signal durchläuft, ist definiert als ein Pfad von Anschluss 2101→variable Anpassungsschaltung 21→Anschluss 2101→Anschluss 5203→Zweifach-Verteilungsschaltung 52→Anschluss 5202→Anschluss 3102.
Ein Signal, das von dem Anschluss 5102 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung 51 ausgegeben wird, wird über den Pfad a in die Antenne 1 eingegeben, ein Signal, das von dem Anschluss 5103 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung 51 ausgegeben wird, wird als ein lokales Signal von dem Anschluss 8101 der Phasenverschiebungsschaltung 81 in die Phasenverschiebungsschaltung 81 eingegeben, von dem Anschluss 8102 ausgegeben und von dem Anschluss 3101 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 in die Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben.
Ein Signal, das den Pfad a durchläuft, wird als eine Funkwelle von der Antenne 1 emittiert, und ein Signal einer reflektierten Welle, die von einem menschlichen Körper reflektiert wird, wird in die Antenne 1 eingegeben und von dem Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 über den Pfad b in die Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben.
Das reflektierte Signal, das von einem menschlichen Körper kommt, wobei das Signal in den Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben wird, wird Quadraturerfassung unterzogen mittels eines lokalen Signals, das in den Anschluss 3101 eingegeben wird und von den Anschlüssen 3103 und 3104 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 als ein I-Signal und ein Q-Signal ausgegeben wird, aufweisend Phasen, die sich jeweils um 90 Grad voneinander unterscheiden. Das I-Signal und das Q-Signal werden in die Steuereinheit 41 eingegeben.
Die Steuereinheit 41 misst zwei Wellen des eingegebenen I-Signals und Q-Signals für einen bestimmten Zeitraum und berechnet einen Zeitdurchschnitt von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen. Es wird bestimmt, ob ein absoluter Wert des Zeitdurchschnittswertes von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen gleich ist wie oder kleiner ist als ein ausreichend kleiner bestimmter Schwellenwert. Wenn der absolute Wert des Zeitdurchschnittswerts von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen größer ist als der Schwellenwert, überträgt die Steuereinheit 41 ein Steuersignal an die variable Anpassungsschaltung 21 und passt die Durchlass- und Reflexionscharakteristiken der variablen Anpassungsschaltung 21 in einer solchen Weise an, dass der absolute Wert des Zeitdurchschnitts von jedem von den I-Signalen und Q-Signalen gleich ist wie oder kleiner ist als der Schwellenwert.
Außerdem passt die Steuereinheit 41 den Betrag der Phasenverschiebung der Phasenverschiebungsschaltung 81 in einer solchen Weise an, dass eine Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der I-Signale innerhalb eines bestimmten Zeitraums ein Maximum ist.
Auf diese Weise kann durch Anpassen des Betrags der Phasenverschiebung der Phasenverschiebungsschaltung 81 in einer solchen Weise, dass eine Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der I-Signale innerhalb eines bestimmten Zeitraums ein Maximum ist, die Amplitude einer Herzschlagwellenform maximiert und ein SN-Verhältnis verbessert werden.
Wie oben beschrieben, kann in der vorliegenden Ausführungsform durch Bildung der Biosensoreinrichtung unter Verwendung der Antenne 1, der Signalgenerierungseinheit 11, der variablen Anpassungsschaltung 21, der Quadratur-Erfassungsschaltung 31, der Steuereinheit 41, der zwei Zweifach-Verteilungsschaltungen 51 und 52 und der Phasenverschiebungsschaltung 81, und Anpassen des Betrages der Phasenverschiebung der Phasenverschiebungsschaltung 81 durch die Steuereinheit 41 in einer solchen Weise, dass eine Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der I-Signale innerhalb eines bestimmten Zeitraums ein Maximum ist, eine Biosensoreinrichtung erhalten werden, aufweisend eine maximierte Amplitude einer Herzschlagwellenform, ein verbessertes SN-Verhältnis, hohe Erfassungsgenauigkeit und eine einfache Konfiguration.
Fünfte Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, bei dem zusätzlich eine Verstärkungsschaltung hinzugefügt ist.
16 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Biosensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In 16 stellt die Bezugsziffer 91 eine Verstärkungsschaltung dar. Die in der vorliegenden Ausführungsform genutzte Verstärkungsschaltung 91 hat zwei Anschlüsse 9101 und 9102, verstärkt ein in den Anschluss 9101 eingegebenes Signal und gibt das verstärkte Signal aus dem Anschluss 9102 aus.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 16 dargestellt, sind der Anschluss 5202 der zweiten Zweifach-Verteilungsschaltung 52 und der Anschluss 9101 der Verstärkungsschaltung 91 miteinander verbunden, und der Anschluss 9102 der Verstärkungsschaltung 91 und der Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 sind miteinander verbunden.
Es ist zu beachten, dass in 16 die gleichen Bezugsziffern wie in 1 die gleichen oder entsprechende Teile bezeichnen.
Die Funktionsweise in der vorliegenden Ausführungsform wird erläutert.
Ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 1101 der Signalgenerierungseinheit 11 ausgegeben wird, wird in den Anschluss 5101 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung 51 eingegeben, und das Signal wird in zwei Signale für die zwei Anschlüsse 5102 und 5103 geteilt.
Ein Pfad a, den ein Signal durchläuft, ist hier definiert als ein Pfad von Anschluss 5102→Anschluss 5201→Zweifach-Verteilungsschaltung 52→Anschluss 5203→Anschluss 2101→variable Anpassungsschaltung 21→Anschluss 2102. Ein Pfad b, den ein Signal durchläuft, ist definiert als ein Pfad von Anschluss 2102→variable Anpassungsschaltung 21→Anschluss 2101→Anschluss 5203→Zweifach-Verteilungsschaltung 52→Anschluss 5202→Anschluss 9101.
Ein Signal, das von dem Anschluss 5102 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung 51 ausgegeben wird, wird über den Pfad a in die Antenne 1 eingegeben, und ein Signal, das von dem Anschluss 5103 der ersten Zweifach-Verteilungsschaltung 51 ausgegeben wird, wird als ein lokales Signal von dem Anschluss 3101 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 in die Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben.
Ein Signal, das den Pfad a durchläuft, wird als eine Funkwelle von der Antenne 1 emittiert, und ein Signal einer reflektierten Welle, die von einem menschlichen Körper reflektiert wird, wird in die Antenne 1 eingegeben und von dem Eingangsanschluss 9101 der Verstärkungsschaltung 91 über den Pfad b in die Verstärkungsschaltung 91 eingegeben, und ein verstärktes Signal wird von dem Ausgangsanschluss 9102 ausgegeben und von dem Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 in die Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben.
Das reflektierte Signal, das von einem menschlichen Körper kommt, wobei das Signal in den Anschluss 3102 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 eingegeben wird und durch die Verstärkungsschaltung 91 verstärkt wird, wird Quadratur-Erfassung unterzogen mittels eines lokalen Signals, das in den Anschluss 3101 eingegeben wird und von den Anschlüssen 3103 und 3104 der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 als ein I-Signal und ein Q-Signal ausgegeben wird, aufweisend Phasen, die sich jeweils um 90 Grad voneinander unterscheiden. Das I-Signal und das Q-Signal werden in die Steuereinheit 41 eingegeben.
Auf diese Weise kann durch Verstärken eines Signals einer reflektierten Welle, die von einem menschlichen Körper kommt, durch die Verstärkungsschaltung 91 ein SN-Verhältnis verbessert werden.
Wie oben beschrieben, kann in der fünften Ausführungsform durch Bildung der Biosensoreinrichtung unter Verwendung der Antenne 1, der Signalgenerierungseinheit 11, der variablen Anpassungsschaltung 21, der Quadratur-Erfassungsschaltung 31, der Steuereinheit 41, der zwei Zweifach-Verteilungsschaltungen 51 und 52 und der Verstärkungsschaltung 91, und Verstärken eines Signals einer reflektierten Welle, die von einem menschlichen Körper kommt, durch die Verstärkungsschaltung 91 eine Biosensoreinrichtung erhalten werden, aufweisend ein verbessertes SN-Verhältnis, hohe Erfassungsgenauigkeit und eine einfache Konfiguration.
Sechste Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem die Steuereinheit 41 einen Umwandlungskoeffizienten in der ersten Ausführungsform enthält.
17 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Hardwarekonfiguration der Steuereinheit 41 darstellt und einen Fall zeigt, in dem die Speichereinrichtung 412 von 4 in der ersten Ausführungsform einen Umwandlungskoeffizienten 4121 enthält.
Der Umwandlungskoeffizient 4121 ist ein im Voraus in der Speichereinrichtung 412 gespeicherter Koeffizient und hat Amplituden- und Phaseninformationen in Abhängigkeit von der Schaltungskonfiguration von 1. Zusätzlich wandelt der Umwandlungskoeffizient 4121 einen Zeitdurchschnittswert von jedem von den I-Signalen und den Q-Signalen in einen Reflexionskoeffizienten Γm der Antenne um, betrachtet vom Anschluss 2101 der variablen Anpassungsschaltung 21. Der Umwandlungskoeffizient kann zum Beispiel im Voraus bestimmt und in der Speichereinrichtung 412 gespeichert sein, bevor die Biosensoreinrichtung versendet wird.
Wenn die Schaltungskonfiguration von 1 geändert wird, ist es notwendig, den Umwandlungskoeffizienten 4121 neu einzustellen. Wenn zum Beispiel die variable Anpassungsschaltung 21 und die Verteilungsschaltung 52 mit einem Koaxialkabel miteinander verbunden sind und sich die Kabellänge ändert, wird der Umwandlungskoeffizient 4121 neu eingestellt.
Es wird ein Verfahren zum Bestimmen des Umwandlungskoeffizienten 4121 beschrieben. Der Umwandlungskoeffizient 4121 wird nicht in einer Umgebung bestimmt, in der die Antenne 1 in der Nähe des Herzens oder dergleichen installiert ist, sondern in einer Umgebung, in der sich um die Antenne 1 nichts bewegt und somit das I-Signal und das Q-Signal kaum mit der Zeit schwanken.
Unter Verwendung der Schaltungskonfiguration von 1 wird der Reflexionskoeffizient Γm der Antenne, betrachtet von dem Anschluss 2101 der variablen Anpassungsschaltung 21, wobei der Reflexionskoeffizient Γm der Antenne durch Ändern des eingestellten Wertes der variablen Anpassungsschaltung 21 erhalten wird, mit einem Vektornetzwerkanalysator (VNA) oder dergleichen gemessen, ein I-Signal und ein Q-Signal bei dem gleichen eingestellten Wert in einer ähnlichen Weise gemessen, und miteinander korrespondierende Werte werden aufgezeichnet.
Wenn hier Spannungen, die dem I-Signal und dem Q-Signal entsprechen, durch VI bzw. VQ dargestellt sind, und ein Herzschlag-Wellenformsignal Vr Vr = VI -jVQ erfüllt, kann der Umwandlungskoeffizient 4121 aus Formel (1) berechnet werden. $A e^{j θ} = \frac{Γ_{m}}{V_{r}}$
Für das Herzschlag-Wellenformsignal Vr, das dem Reflexionskoeffizienten Γm entspricht, wird zum Beispiel ein Wert, der durch Berechnen eines Amplitudenterms und eines Phasenterms aus Formel (1) unter Verwendung von zwei Punkten, bei denen VSWR etwa 2 bis 5 beträgt und die so weit wie möglich voneinander entfernt sind, und durch Mittelung des Amplitudenterms und des Phasenterms erhalten wird, als der Umwandlungskoeffizient 4121 genutzt. Wenn VSWR zu groß ist, weicht die Verteilungsschaltung 52 von der idealen Charakteristik ab, und ein Fehler ist groß. Wenn VSWR klein ist, sind die Messfehler von VI, VQ und S11 groß. Daher ist ein für die Berechnung genutzter VSWR-Wert von etwa 2 bis 5 wünschenswert.
Der Umwandlungskoeffizient 4121 kann für jeden eingestellten Wert der variablen Anpassungsschaltung 21 unter Verwendung des Herzschlag-Wellenformsignals Vr, das dem Reflexionskoeffizienten Γm entspricht, berechnet werden, oder kann durch Berechnen eines Amplitudenterms und eines Phasenterms für jeden eingestellten Wert der variablen Anpassungsschaltung 21 unter Verwendung des Herzschlag-Wellenformsignals Vr, das dem Reflexionskoeffizienten Γm entspricht, und durch Mittelung der Werte für alle Punkte bestimmt werden.
Die Speichereinrichtung 412 enthält den aus Formel (1) im Voraus bestimmten Umwandlungskoeffizienten 4121. Daher kann selbst in einer Umgebung, in der nur die Konfiguration von 1 und keine andere spezielle Messungseinrichtung vorhanden ist, durch Multiplizieren des I-Signals und des Q-Signals, die Erfassungssignale einer Herzschlagwellenform sind, mit dem Umwandlungskoeffizienten 4121 (= Ae^jθ), der Reflexionskoeffizient Γm der Antenne, betrachtet von dem entsprechenden Anschluss 2101 der variablen Anpassungsschaltung 21, bestimmt werden.
Die Funktionsweise eines durch den Prozessor 411 in 17 ausgeführten Steuerprogramms wird unter Bezugnahme auf 18 beschrieben.
18 ist ein Beispiel für einen Verarbeitungsablauf eines Anpassungsprogramms, das durch die Steuereinheit 41 betrieben wird.
Wenn das Steuerprogramm ein I-Signal und ein Q-Signal empfängt, die von der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 ausgegeben werden, wandelt der Analog-Digital-Wandler 420 das I-Signal und das Q-Signal in digitale Signale um (S101).
Als nächstes speichert das Steuerprogramm Werte des I-Signals und des Q-Signals, die in digitale Signale umgewandelt wurden, in der Speichereinrichtung 412 (S102).
Das Steuerprogramm bestimmt, ob eine voreingestellte Zeit (T) abgelaufen ist (S103).
Als ein Ergebnis, falls die Zeit (T) noch nicht abgelaufen ist (S103: NEIN), kehrt das Steuerprogramm zu dem Prozess von S101 zurück. Falls die Zeit (T) abgelaufen ist (S103: JA), berechnet das Steuerprogramm einen Durchschnittswert von jedem der I-Signale und Q-Signale, die in der Speichereinrichtung 412 gespeichert sind, während eines Zeitraums von der um die Zeit (T) zurückgehenden Zeit bis zur aktuellen Zeit (S104).
Als nächstes vergleicht das Steuerprogramm diesen Durchschnittswert mit einem voreingestellten Schwellenwert (S105). Falls der Durchschnittswert kleiner ist als der Schwellenwert (S105: JA), kehrt das Steuerprogramm zu dem Prozess von S101 zurück. Falls der Durchschnittswert gleich ist wie oder größer ist als der Schwellenwert (S105: NEIN), berechnet das Steuerprogramm den Reflexionskoeffizienten Γm der Antenne 1, betrachtet von dem Anschluss 2101 der variablen Anpassungsschaltung 21, durch Multiplizieren des in der Speichereinrichtung 412 gespeicherten I-Signals und Q-Signals mit dem Umwandlungskoeffizienten 4121 (= Ae^jθ) (S1061). Unter Verwendung des berechneten Reflexionskoeffizienten Γm wird ein Anpassungswert für die Anpassungsschaltungseinheit 21 in einer solchen Weise berechnet, dass eine Impedanz auf der Seite der Antenne 1, betrachtet von dem Anschluss 2101 der variablen Anpassungsschaltung 21, eine Impedanz (50Ω) einer mit dem Anschluss 2101 verbundenen Schaltung ist (S106).
Dann gibt das Steuerprogramm letztendlich den Anpassungswert an die variable Anpassungsschaltung 21 aus (S107).
Durch die Einführung des Umwandlungskoeffizienten 4121 kann auch in einer Umgebung, die nur die Konfiguration von 1 und keine weitere spezielle Messeinrichtung aufweist, der Reflexionskoeffizient Γm der Antenne, betrachtet von dem Anschluss 2101 der variablen Anpassungsschaltung 21, aus einem Erfassungssignal der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 bestimmt werden. Daher kann ein Anpassungswert für die variable Anpassungsschaltung 21 genau eingestellt werden, und es kann eine Biosensoreinrichtung mit hoher Erfassungsgenauigkeit und einer einfachen Konfiguration erhalten werden.
Siebte Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall, in dem die Steuereinheit 41 die variable Anpassungsschaltung 21 anpasst, anhand eines Beispiels der variablen Anpassungsschaltung 21 in der sechsten Ausführungsform beschrieben.
19 zeigt eine Konfiguration der in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen variablen Anpassungsschaltung 21, und 20 zeigt eine Ersatzschaltung von 19.
21 stellt ein Beispiel für einen in der vorliegenden Ausführungsform erläuterten Steuerungsablauf dar.
19 zeigt eine Konfiguration, bei der die Anschlüsse 2222 und 2232 der zweiten und dritten variablen Elemente mit dem Anschluss 2102 der Antenne 1 in 10 der ersten Ausführungsform verbunden sind. Die mit dem Anschluss 2102 verbundene Antenne 1 ist als eine Lastimpedanz Za der Antenne 1 dargestellt.
20 zeigt eine Ersatzschaltung von 19. Wenn die in 19 dargestellte Schaltung, wie in 20 dargestellt, gebildet wird, existiert tatsächlich ein parasitärer Widerstand in jedem von den ersten, zweiten und dritten variablen Kapazitätselementen 222, 223 und 221. Daher ist es notwendig, den parasitären Widerstand zu berücksichtigen, wenn die Werte der ersten, zweiten und dritten variablen Kapazitätselementen 222, 223 und 221 genau berechnet werden. Hier wird davon ausgegangen, dass der parasitäre Widerstand mit jedem der ersten, zweiten und dritten Elemente variabler Kapazität 222, 223 und 221 in Reihe verbunden ist.
Die Bezugsziffer 224 stellt einen dritten parasitären Widerstand dar, der mit dem dritten variable Kapazitätselement 221 verbunden ist, die Bezugsziffer 225 stellt einen ersten parasitären Widerstand dar, der mit dem ersten variable Kapazitätselement 222 verbunden ist, und die Bezugsziffer 226 stellt einen zweiten parasitären Widerstand dar, der mit dem zweiten variable Kapazitätselement 223 verbunden ist.
Der dritte parasitäre Widerstand 224 hat Anschlüsse 2241 und 2242, der erste parasitäre Widerstand 225 hat Anschlüsse 2251 und 2252 und der zweite parasitäre Widerstand 226 hat Anschlüsse 2261 und 2262. Es ist zu beachten, dass der Anschluss 2242 mit Masse verbunden ist.
Der Anschluss 2241 des dritten parasitären Widerstands 224 und der Anschluss 2212 des dritten variablen Kapazitätselements 221 sind miteinander verbunden, der Anschluss 2242 des dritten parasitären Widerstands 224 und der Anschluss 2231 des zweiten variablen Kapazitätselements 223 sind miteinander verbunden, der Anschluss 2251 des ersten parasitären Widerstands 225 und der Anschluss 2222 des ersten variablen Kapazitätselements 222 sind miteinander verbunden, der Anschluss 2261 des zweiten parasitären Widerstands 226 und der Anschluss 2232 des zweiten variablen Kapazitätselements 223 sind miteinander verbunden, und der Anschluss 2252 des ersten parasitären Widerstands 225 und der Anschluss 2262 des zweiten parasitären Widerstands 226 sind mit dem Anschluss 2102 der Antenne 1 verbunden. Es ist zu beachten, dass ein variabler Kapazitätswert von jedem von dem ersten variablen Kapazitätselement 222 und dem zweiten variablen Kapazitätselement 223 durch C1 dargestellt ist, ein variabler Kapazitätswert des dritten variablen Kapazitätselements 221 durch C2 dargestellt ist, ein Widerstandswert von jedem von dem ersten parasitären Widerstand 225 und dem zweiten parasitären Widerstand 226 durch R1 dargestellt ist, und ein Widerstandswert des dritten parasitären Widerstands 224 durch R2 dargestellt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Funktionsweise eines Steuerprogramms, das von dem Prozessor 411 von 17 ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf 21 beschrieben.
Wenn das Steuerprogramm ein I-Signal und ein Q-Signal empfängt, die von der Quadratur-Erfassungsschaltung 31 ausgegeben werden, wandelt der Analog-Digital-Wandler 420 das I-Signal und das Q-Signal in digitale Signale um (S101).
Als nächstes speichert das Steuerprogramm Werte des I-Signals und des Q-Signals, die in digitale Signale umgewandelt wurden, in der Speichereinrichtung 412 (S102).
Das Steuerprogramm bestimmt, ob eine voreingestellte Zeit (T) abgelaufen ist (S103).
Als ein Ergebnis, falls die Zeit (T) noch nicht abgelaufen ist (S103: NEIN), kehrt das Steuerprogramm zu dem Prozess von S101 zurück. Falls die Zeit (T) abgelaufen ist (S103: JA), berechnet das Steuerprogramm einen Durchschnittswert von jedem der I-Signale und Q-Signale, die in der Speichereinrichtung 412 gespeichert sind, während eines Zeitraums von der um die Zeit (T) zurückgehenden Zeit bis zur aktuellen Zeit (S104).
Als nächstes vergleicht das Steuerprogramm den Durchschnittswert mit einem voreingestellten Schwellenwert (S105). Falls der Durchschnittswert kleiner ist als der Schwellenwert (S105: JA), kehrt das Steuerprogramm zu dem Prozess von S101 zurück. Falls der Durchschnittswert gleich ist wie oder größer ist als der Schwellenwert (S105: NEIN), berechnet das Steuerprogramm einen Anpassungswert für die variable Anpassungsschaltungseinheit 21 (S1061 bis S1063). Dann gibt das Steuerprogramm letztendlich den Anpassungswert an die variable Anpassungsschaltung 21 aus (S107).
Die Berechnung eines Anpassungswerts für die variable Anpassungsschaltungseinheit 21 des Steuerprogramms (S1061 bis S1063) wird konkret unter Bezugnahme auf 20 beschrieben, die eine Ersatzschaltung von 19 ist.
Zunächst wird die Berechnung in einem Unterprogramm S1061 des Steuerprogramms beschrieben.
Wenn die Zeitdurchschnittswerte der I-Signale und der Q-Signale, die in der Speichereinrichtung 412 gespeichert sind, durch VI bzw. VQ dargestellt sind und ein Herzschlag-Wellenformsignal Vr Vr = VI - jVQ erfüllt, wird durch Multiplizieren des Herzschlag-Wellenformsignals Vr mit dem Umwandlungskoeffizienten 4121 (= Ae^jθ) der Reflexionskoeffizient Γm der Antenne 1, betrachtet von einer Referenzebene t1 der variablen Anpassungsschaltung 21, berechnet. $Γ_{m} = A e^{j θ} \cdot V_{r}$
Nachfolgend wird die Berechnung in einem Unterprogramm S1062 beschrieben.
Eine Impedanz Z = R +jX der Antenne 1, betrachtet von der Bezugsebene t1 der variablen Anpassungsschaltung 21, wird aus dem in S1061 berechneten Reflexionskoeffizienten Γm berechnet, und eine Impedanz Za = Ra +jXa der mit dem Anschluss 2102 verbundenen Antenne wird unter Verwendung der Impedanz Z, einer aktuellen Schaltungskonstante der variablen Anpassungsschaltung 21 und einer Frequenz ω eines durch die Signalgenerierungseinheit 11 generierten Signals berechnet.
Die konkrete Berechnung in S1062 erfolgt durch Lösen von Simultangleichungen für die Impedanz der Antenne 1 betrachtet von der in 20 dargestellten Bezugsebene t1 und einer Bezugsebene t2.
Ein Realteil und ein Imaginärteil der Impedanz Za = Ra +jXa der Antenne 1 sind durch die Formeln (3) beziehungsweise (4) gegeben. $R_{a} = \frac{R (1 + ω^{2} C_{2}^{2} R_{2}^{2} + 2 ω C_{2} X) + ω^{2} C_{2}^{2} R_{2} (R^{2} - X^{2})}{{(1 + ω C_{2} X)}^{2} + ω^{2} C_{2}^{2} {(R_{2} + R)}^{2}} - 2 R_{1}$
$X_{a} = \frac{X (1 + ω^{2} C_{2}^{2} R_{2}^{2} + 2 ω C_{2} R_{2}) - ω C_{2} (R^{2} - X^{2})}{{(1 + ω C_{2} X)}^{2} + ω^{2} C_{2}^{2} {(R_{2} + R)}^{2}} + \frac{2}{ω C_{1}}$
Nachfolgend wird die Berechnung in einem Unterprogramm S1063 beschrieben.
Kapazitätswerte der variablen Anpassungsschaltung 21 sind berechnet ist aus der Impedanz Za der Antenne 1, die in dem Unterprogramm S1062 bestimmt ist, und einer Bedingung, dass der Reflexionskoeffizient Γm der Antenne 1 betrachtet von der Bezugsebene t1 Null ist (Z = R0 = 50 Ω), und die Formeln (5) und (6) stellen die entsprechenden Kapazitätswerte dar. $C_{1} = \frac{2}{ω {X_{a} - \frac{ω C_{2} R_{0}^{2}}{1 + ω^{2} C_{2} {(R_{0} - R_{2})}^{2}}}}$
$C_{2} = \frac{1}{ω} \sqrt{\frac{R_{0} - (2 R_{1} + R_{a})}{(R_{2} - R_{0}) {(R_{2} - R_{0}) (R_{a} + 2 R_{1}) - R_{2} R_{0}}}}$
Γm kann durch Anpassen der variablen Kapazitätswerte C1 und C2 unter Verwendung der Formeln (5) und (6) reduziert werden.
Dann gibt das Steuerprogramm letztendlich den Anpassungswert an die variable Anpassungsschaltung 21 aus (S107).
Wenn das variable Element beispielsweise eine Diode variabler Kapazität ist, kann die Steuereinheit 41 für den Anpassungswert eine Tabelle der Diode variabler Kapazität und der Werte der angelegten Spannung enthalten, die den Kapazitätswerten der Diode variabler Kapazität entsprechen, und aus dem berechneten Kapazitätswert einen Wert der angelegten Spannung angeben, der der Anpassungswert ist für die variable Anpassungsschaltung 21 in Übereinstimmung mit den Informationen der Tabelle.
Durch die Berechnung des Anpassungswerts für die variable Anpassungsschaltungseinheit 21 (S1061 bis S1063) kann der Anpassungswert für die variable Anpassungsschaltung 21 genau eingestellt werden, und es kann eine Biosensoreinrichtung mit hoher Erfassungsgenauigkeit und einer einfachen Konfiguration erhalten werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass in der vorliegenden Erfindung eine freie Kombination der Ausführungsformen, Modifikationen an irgendeinem Bestandteil in jeder der Ausführungsformen oder das Weglassen irgendeines Bestandteils in jeder der Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der Erfindung möglich sind.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Eine Biosensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Signalgenerierungseinheit zum Generieren eines kontinuierlichen Wellensignals; eine Antenne zum Emittieren des kontinuierlichen Wellensignals als eine Funkwelle; eine variable Anpassungsschaltung zum Durchführen von Impedanzanpassung zwischen der Signalgenerierungseinheit und der Antenne; eine Erfassungsschaltung zum Ausgeben eines Erfassungssignals auf Grundlage des kontinuierlichen Wellensignals und eines reflektierten Signals einer auf die Antenne einfallenden Funkwelle; eine Steuereinheit zum Steuern eines Elementwertes der variablen Anpassungsschaltung aus dem Erfassungssignal in einem vorherbestimmten Zeitraum entsprechend einem Zyklus oder mehr Zeit, in welchem Herzschlag- und Atmungswellenformen auf Grundlage des Erfassungssignals gemessen werden können, kann eine Eingangsimpedanz einer Biosensorantenne, die sich in Abhängigkeit von einer äußeren Installationsbedingung, wie zum Beispiel einem menschlichen Körper, ändert, adaptiv steuern und ist für eine Biosensoreinrichtung zum kontaktfreien Erwerben von Herzschlag- und Atmungswellenformen mittels einer Funkwelle geeignet.
Bezugszeichenliste

1:: Antenne,
11:: Signalgenerierungseinheit,
21:: Variable Anpassungsschaltung,
23:: Induktorelement,
31:: Quadratur-Erfassungsschaltung,
34:: 90-Grad-Phasenschieber,
41:: Steuereinheit,
51:: Verteilungsschaltung,
52:: Verteilungsschaltung,
61:: Richtkoppler,
71:: Mischer,
81:: Phasenverschiebungsschaltung,
91:: Verstärkungsschaltung,
221:: Drittes variables Kapazitätselement,
221A:: Kondensatorelement mit bestimmten festen Wert,
222:: Erstes variables Kapazitätselement,
222A:: Kondensatorelement mit bestimmten festen Wert,
223:: Zweites variables Kapazitätselement,
223A:: Kondensatorelement mit bestimmten festen Wert,
224:: Dritter parasitärer Widerstand,
225:: Erster parasitärer Widerstand,
226:: Zweiter parasitärer Widerstand,
321:: Erste Verteilungsschaltung,
322:: Zweite Verteilungsschaltung,
331:: Erster Mischer,
332:: Zweiter Mischer,
411:: Prozessor,
412:: Speichereinrichtung,
420:: Analog-Digital-Wandler,
430:: Digital-Analog-Wandler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015056740 A [0006]

Claims

Biosensoreinrichtung, umfassend: eine Signalgenerierungseinheit zum Generieren eines kontinuierlichen Wellensignals; eine Antenne zum Emittieren des kontinuierlichen Wellensignals als eine Funkwelle; eine variable Anpassungsschaltung zum Durchführen von Impedanzanpassung zwischen der Signalgenerierungseinheit und der Antenne; eine Erfassungsschaltung zum Ausgeben eines Erfassungssignals auf Grundlage des kontinuierlichen Wellensignals und eines reflektierten Signals einer auf die Antenne einfallenden Funkwelle; und eine Steuereinheit zum Steuern eines Elementwertes der variablen Anpassungsschaltung aus dem Erfassungssignal in einem vorherbestimmten Zeitraum entsprechend einem Zyklus oder mehr Zeit, in welchem Herzschlag- und Atmungswellenformen auf Grundlage des Erfassungssignals gemessen werden können.
Biosensoreinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungsschaltung einen ersten Mischer zum Multiplizieren des kontinuierlichen Wellensignals mit dem reflektierten Signal enthält.
Biosensoreinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungsschaltung aufweist: einen ersten Mischer zum Multiplizieren des kontinuierlichen Wellensignals mit dem reflektierten Signal; einen Phasenschieber zum Wandeln einer Phase des kontinuierlichen Wellensignals um 90 Grad; und einen zweiten Mischer zum Multiplizieren einer Ausgabe des Phasenschiebers mit dem reflektierten Signal.
Biosensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die variable Anpassungsschaltung aufweist: einen ersten Anschluss, der mit der Signalgenerierungseinheit verbunden ist; zweite und dritte Anschlüsse, die mit der Antenne verbunden sind; einen vierten Anschluss, der mit Masse verbunden ist; ein erstes Kapazitätselement, das zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss verbunden ist; ein zweites Kapazitätselement, das zwischen dem dritten Anschluss und dem vierten Anschluss verbunden ist; und ein drittes Kapazitätselement, das zwischen dem ersten Anschluss und dem vierten Anschluss verbunden ist, und eine Kapazität von zumindest einem von dem ersten Kapazitätselement, dem zweiten Kapazitätselement und dem dritten Kapazitätselement variabel ist.
Biosensoreinrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend ein Induktorelement, das zwischen dem zweiten Anschluss und dem vierten Anschluss verbunden ist.
Biosensoreinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit einen Komplexe-Zahl-Umwandlungskoeffizienten, aufweisend Vorab-Amplituden-und-Phaseninformationen, enthält, das Erfassungssignal ein I-Signal, das von dem ersten Mischer der Erfassungsschaltung ausgegeben wird, und ein Q-Signal, das von dem zweiten Mischer ausgegeben wird, enthält, und wenn Zeit-Durchschnittswerte der jeweiligen zwei Signale von I und Q in dem Erfassungssignal in einem vorherbestimmten Zeitraum entsprechend einem Zyklus oder mehr Zeit, in welchem Herzschlag- und Atmungswellenformen gemessen werden können, durch VI und VQ dargestellt sind, ein Herzschlag-Wellenformsignal Vr durch Vr = VI - jVQ dargestellt ist, und wenn ein Reflexionskoeffizient der variablen Anpassungsschaltung und der Antenne durch Γm dargestellt ist, der Umwandlungskoeffizient berechnet ist durch Γm/Vr, erhalten durch Dividieren des Reflexionskoeffizienten Γm durch das Herzschlag-Wellenformsignal Vr.
Biosensoreinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit einen Schaltung-Konstantwert der variablen Anpassungsschaltung anpasst unter Verwendung einer Lastimpedanz der Antenne, um den Reflexionskoeffizienten der variablen Anpassungsschaltung und der Antenne zu reduzieren, die Lastimpedanz der Antenne berechnet ist unter Verwendung des Reflexionskoeffizienten Γm der variablen Anpassungsschaltung und der Antenne, wobei der Reflexionskoeffizient Γm bestimmt ist durch Multiplizieren des Umwandlungskoeffizienten, gegeben als eine komplexe Zahl, mit einem Zeitdurchschnittswert der Erfassungssignale in einem vorherbestimmten Zeitraum entsprechend einem Zyklus oder mehr Zeit, in welchem Herzschlag- und Atmungswellenformen gemessen werden können; und einer Schaltungskonstante der variablen Anpassungsschaltung.
Biosensoreinrichtung nach Anspruch 6, wobei die variable Anpassungsschaltung aufweist: einen ersten Anschluss, der mit der Signalgenerierungseinheit verbunden ist; zweite und dritte Anschlüsse, die mit der Antenne verbunden sind; einen vierten Anschluss, der mit Masse verbunden ist; ein erstes Element variabler Kapazität, das zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss verbunden ist; ein zweites Element variabler Kapazität, das zwischen dem dritten Anschluss und dem vierten Anschluss verbunden ist; und ein drittes Element variabler Kapazität, das zwischen dem ersten Anschluss und dem vierten Anschluss verbunden ist, wobei die Steuereinheit eine Lastimpedanz Za der Antenne berechnet unter Verwendung des Reflexionskoeffizienten Γm der variablen Anpassungsschaltung und der Antenne, wobei der Reflexionskoeffizient Γm bestimmt ist durch Multiplizieren des Umwandlungskoeffizienten mit einem Zeitdurchschnittswert des Erfassungssignals in einem vorherbestimmten Zeitraum entsprechend einem Zyklus oder mehr Zeit, in welchem Herzschlag- und Atmungswellenformen auf Grundlage des Erfassungssignals gemessen werden können; und einer Schaltungskonstante der variablen Anpassungsschaltung, und die Steuereinheit, unter Verwendung einer Bedingung, dass der Reflexionskoeffizient Γm, enthaltend Impedanzen der variablen Anpassungsschaltung und der Antenne, an der Lastimpedanz Za der Antenne Null (50Ω) ist, einen Anpassungswert für die variable Anpassungsschaltung einstellt, um die folgenden Formeln zu erfüllen, $C_{1} = \frac{2}{ω {X_{a} - \frac{ω C_{2} R_{0}^{2}}{1 + ω^{2} C_{2} {(R_{0} - R_{2})}^{2}}}}$
$C_{2} = \frac{1}{ω} \sqrt{\frac{R_{0} - (2 R_{1} + R_{a})}{(R_{2} - R_{0}) {(R_{2} - R_{0}) (R_{a} + 2 R_{1}) - R_{2} R_{0}}}}$
in welchen ein Kapazitätswert von jedem von dem ersten Element variabler Kapazität und dem zweiten Element variabler Kapazität durch C1 dargestellt ist, ein Wert eines Reihenwiderstands, der auf jedem von dem ersten Element-variabler-Kapazität und dem zweiten Element-variabler-Kapazität parasitär ist, durch R1 dargestellt ist, ein Kapazitätswert des dritten Elements-variabler-Kapazität durch C2 dargestellt ist, ein Wert eines Reihenwiderstands, der auf dem dritten Element variabler Kapazität parasitär ist, durch R2 dargestellt ist, und eine Frequenz eines Signals, das durch die Signalgenerierungseinheit zum Generieren des kontinuierlichen Wellensignals generiert ist, durch ω dargestellt ist.