KR100766475B1 - Apparatus for remote vital signal detection and its applications - Google Patents

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KR100766475B1
KR100766475B1 KR1020060019267A KR20060019267A KR100766475B1 KR 100766475 B1 KR100766475 B1 KR 100766475B1 KR 1020060019267 A KR1020060019267 A KR 1020060019267A KR 20060019267 A KR20060019267 A KR 20060019267A KR 100766475 B1 KR100766475 B1 KR 100766475B1
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홍성철
엄준호
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한국과학기술원
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    • A47FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47GHOUSEHOLD OR TABLE EQUIPMENT
    • A47G9/00Bed-covers; Counterpanes; Travelling rugs; Sleeping rugs; Sleeping bags; Pillows
    • A47G9/10Pillows
    • A47G9/1054Pillows for lying face downwards

Abstract

본 발명은 피부표면에서 반사되는 신호와 체내장기에서 반사되는 신호를 서로 합한 후 제곱하는 셀프 믹싱(self mixing) 방법을 이용하여 신체가 임의로 움직이는 경우에도 체내장기의 움직임에 대한 정보를 얻을 수 있는 원격 생체정보 감지장치에 관한 것으로서, 송신 주파수 신호를 증폭시키는 송신증폭단과, 상기 송신증폭단에 의해 증폭된 신호를 신체에 전송하는 송신안테나와, 상기 송신안테나에 의해 신체에 입사된 후 반사되어 오는 피부반사파와 장기반사파를 수신하는 수신안테나와, 상기 수신안테나에 수신된 신호를 증폭시키는 수신증폭단과, 상기 수신증폭단에서 증폭된 피부반사파와 장기반사파를 서로 합한 후 제곱하는 곱하는 주파수 혼합기와, 상기 주파수 혼합기를 통과한 신호를 필터링하는 대역통과필터와, 상기 대역통과필터를 통과한 신호를 통하여 체내장기의 움직임을 알아내는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 얻어지는 체내장기의 움직임을 통해서 생체정보를 얻는 생체정보인식부;를 구비하는 것을 특징으로 한다. The present invention is a remote that can obtain information about the movement of the internal organs even when the body moves arbitrarily by using a self mixing method that sums and squares the signal reflected from the skin surface and the signal reflected from the internal organs A biological information sensing device, comprising: a transmission amplifier stage for amplifying a transmission frequency signal, a transmission antenna for transmitting a signal amplified by the transmission amplifier to the body, and a skin reflection wave reflected after being incident on the body by the transmission antenna And a receiving antenna for receiving the long-term reflection wave, a receiving amplifier for amplifying the signal received by the receiving antenna, a frequency mixer for multiplying the square of the skin reflection wave and the long-term reflection wave amplified by the receiving amplifier and multiplying the multiplier, A band pass filter for filtering the signal that has passed and the band pass filter Characterized in that it comprises a; and the signal processing unit to find out the movement of the body organ through a signal, the biometric information verifying unit for obtaining biometric information through the movement of the body organ is obtained by the signal processing unit.

셀프믹싱, 피부, 장기, 도플러, 주파수 혼합기 Selfmixing, Skin, Organs, Doppler, Frequency Mixer

Description

원격 생체정보 감지장치 및 그 응용장치{Apparatus for remote vital signal detection and its applications}Apparatus for remote vital signal detection and its applications

도 1은 종래의 원격 생체정보 감지장치(100)를 설명하기 위한 도면;1 is a view for explaining a conventional remote biometric information sensing apparatus 100;

도 2는 본 발명에 바람직한 주파수 대역을 설명하기 위한 그래프;2 is a graph for explaining a preferred frequency band of the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 원격 생체정보 감지장치(400)를 설명하기 위한 신체모델;3 is a body model for explaining the remote biometric information sensing apparatus 400 according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 원격 생체정보 감지장치를 설명하기 위한 도면;4 is a view for explaining a remote biometric information sensing apparatus according to the present invention;

도 5는 도 4의 송수신안테나(403)을 통해 송신된 전파가 피부(121)와 체내장기(122)에서 반사되어 다시 송수신안테나(403)로 수신되는 과정을 설명하기 위한 도면;FIG. 5 is a view for explaining a process in which radio waves transmitted through the transmission / reception antenna 403 of FIG. 4 are reflected by the skin 121 and the internal organ 122 and received by the transmission / reception antenna 403 again;

도 6은 도 4의 송수신안테나(403)가 송신용과 수신용으로 분리된 송수신 분리형 원격 생체정보 감지장치를 설명하기 위한 도면;FIG. 6 is a view for explaining a transmission / reception type remote biometric information sensing device in which the transmission / reception antenna 403 of FIG. 4 is separated for transmission and reception;

도 7은 도 6이 적용된 원격 환자상태 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면;FIG. 7 is a view for explaining a remote patient condition monitoring apparatus to which FIG. 6 is applied;

도 8은 도 4가 적용된 원격 음성획득장치를 설명하기 위한 도면;8 is a view for explaining a remote voice acquisition device to which FIG. 4 is applied;

도 9는 도 4가 적용된 보안장치를 설명하기 위한 도면;FIG. 9 is a view for explaining a security device to which FIG. 4 is applied;

도 10은 도 4가 적용된 재난구조용 생명체 감지장치를 설명하기 위한 도면;FIG. 10 is a view for explaining an apparatus for detecting a disaster rescue living body to which FIG. 4 is applied; FIG.

<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명><Description of reference numbers for the main parts of the drawings>

100, 400: 원격 생체정보 감지장치100, 400: remote biometric information detection device

102, 401: 발진기 103, 403a: 송신안테나102, 401: Oscillator 103, 403a: Transmission antenna

104, 403b: 수신안테나 105: 주파수 혼합기104, 403b: receive antenna 105: frequency mixer

106: 저대역통과필터 107, 411: 디지탈 신호처리부106: low pass filter 107, 411: digital signal processing unit

109, 402: 전력증폭기 110, 406: 증폭기109, 402: power amplifiers 110, 406: amplifiers

121: 피부 122: 체내장기121: skin 122: internal organs

125: 신체 403: 송수신안테나125: body 403: transmit and receive antenna

404: 송수신변환기 405: 저잡음증폭기404: transceiver 405: low noise amplifier

407: 로그증폭기 431: 피부반사파407: log amplifier 431: skin reflection wave

432: 장기반사파 601: 송신부432: long-term reflection wave 601: transmitter

602: 수신부 701: 환자602: receiver 701: patient

702: 사람 703: 동물702: Person 703: Animal

800: 벽 900: 매몰지역800: wall 900: buried

본 발명은 원격 생체정보 감지장치에 관한 것으로서, 사람의 무작위적인 움직임에 의해 발생되는 원치않는 신호가 있는 경우에도 체내장기의 미세한 움직임을 포착할 수 있는 원격 생체정보 감지장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a remote biometric information sensing device, and more particularly, to a remote biometric information sensing device capable of capturing fine movements of an organ when there is an unwanted signal generated by random movement of a person.

음파, 전파, 광파와 같은 파(wave)를 움직이는 물체에 입사시켰을때, 움직이는 물체에서 반사되는 파의 주파수와 위상은 물체의 움직임에 따라 변하게 되며, 이는 도플러 효과(doppler effect)로 알려져 있다. When a wave, such as sound waves, radio waves, or light waves, is incident on a moving object, the frequency and phase of the wave reflected from the moving object change according to the movement of the object, which is known as a doppler effect.

일정한 속도 v로 움직이는 물체에 주파수가 fo인 파를 입사 시킨 경우, 물체에서 반사된 파는 주파수가

Figure 112006014624940-pat00001
로 변하게 된다. 여기서 속도 v의 방향은 물체가 실험자와 점점 가까워지는 방향이다. 따라서 도플러 효과를 이용하면 물체의 움직임 여부를 알수 있으며, 호흡 혹은 심박에 의한 미세한 피부의 움직임이나, 혈류와 같은 체내장기의 움직임 역시 도플러 효과를 이용하여 측정할 수 있다.When a wave with frequency fo is incident on an object moving at a constant speed v, the wave reflected from the object
Figure 112006014624940-pat00001
Will change to The direction of velocity v is the direction in which the object is getting closer to the experimenter. Therefore, the Doppler effect can be used to determine whether the object is moving, and the movement of the organs such as minute skin movement or blood flow due to respiration or heart rate can also be measured using the Doppler effect.

도 1은 도플러 효과를 이용하여 사람의 호흡이나 심박을 측정하는 종래의 원격 생체정보 감지장치(100)를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a conventional remote biometric information sensing device 100 for measuring the breathing or heart rate of a person using the Doppler effect.

도 1을 참조하면, 원격 생체정보 감지장치(100)는 발진기(102)에서 출력되는 일정한 주파수신호를 전력증폭기(109)로 증폭하여 송신안테나(103)를 통해 신체(125)에 입사시킨다. 신체(125)에 입사된 전파의 대부분은 피부(121)에서 반사가 일어나며, 일부는 피부 속까지 침투한 후 체내장기(122)에서 반사되어 나온다. 신체(125)에서 반사되어 나오는 신호는 다시 수신안테나(104)를 통해 수신되어 증폭기(110)를 통해 증폭된 후 주파수 혼합기(105)에 의해 발진기(102)의 신호와 곱해지게 된다. 주파수 혼합기(105)의 출력신호는 저대역통과필터(106)와 디지탈 신호 처리부(107)를 통해 처리된다. Referring to FIG. 1, the remote biometric information sensing apparatus 100 amplifies a predetermined frequency signal output from the oscillator 102 by the power amplifier 109 and enters the body 125 through the transmission antenna 103. Most of the radio waves incident on the body 125 are reflected by the skin 121, and some of the radio waves penetrate into the skin and then are reflected by the internal organ 122. The signal reflected from the body 125 is received through the receiving antenna 104 and amplified by the amplifier 110 and then multiplied by the signal of the oscillator 102 by the frequency mixer 105. The output signal of the frequency mixer 105 is processed through the low pass filter 106 and the digital signal processor 107.

호흡이나 심장박동 등 체내장기(122)의 움직임(123)은 피부(121)까지 전달 되며, 따라서 피부(121)의 미세한 움직임(124)을 도플러 편이가 일어난 수신신호의 주파수를 통하여 알아냄으로써 체내장기(122)에 대한 움직임(123)에 대한 정보를 얻을 수 있게 된다. 즉 종래에는 피부(121)의 움직임(124)에 대한 정보를 통하여 호흡 및 심장박동 등 생체정보를 얻었다. The movement 123 of the internal organs 122, such as breathing or heartbeat, is transmitted to the skin 121, and thus the microscopic movement 124 of the skin 121 is detected through the frequency of the received signal where the Doppler shift has occurred. Information about the movement 123 with respect to 122 may be obtained. That is, conventionally, biometric information, such as breathing and heartbeat, was obtained through information on the movement 124 of the skin 121.

시간에 따른 피부(121)와 안테나(103, 104)와의 거리를 d(t)라 하면, d(t)는 수학식 1로 쓸 수 있다.When the distance between the skin 121 and the antennas 103 and 104 according to time is d (t), d (t) may be written as Equation 1.

Figure 112006014624940-pat00002
Figure 112006014624940-pat00002

여기서, λ는 전파의 파장이며 n(t)는 d(t)를 λ 의 길이로 나눌수 있는 최대 정수(integer)이고, small(t)는 d(t)를 λ의 길이로 나누었을때의 나머지 길이로 λ보다 작은 길이를 가진다. Where λ is the wavelength of radio waves and n (t) is the largest integer that d (t) can be divided by the length of λ, and small (t) is the remainder of d (t) divided by the length of λ It has a length smaller than λ.

안테나를 통해 송신된 전파와 수신된 전파를 각각

Figure 112006014624940-pat00003
Figure 112006014624940-pat00004
라 하면
Figure 112006014624940-pat00005
Figure 112006014624940-pat00006
수학식 2로 표현할 수 있다. The radio wave transmitted through the antenna
Figure 112006014624940-pat00003
Wow
Figure 112006014624940-pat00004
If
Figure 112006014624940-pat00005
Wow
Figure 112006014624940-pat00006
It can be expressed by Equation 2.

Figure 112006014624940-pat00007
Figure 112006014624940-pat00007

수신된 전파

Figure 112006014624940-pat00008
를 주파수 혼합기(105)와 저대역통과필터(106)를 통해 저주파로 주파수 하향시키면 수학식 3과 같은 도플러 신호 Doppler(t)를 얻게 된다.Received radio waves
Figure 112006014624940-pat00008
When the frequency is lowered to the low frequency through the frequency mixer 105 and the low pass filter 106, the Doppler signal Doppler (t) as shown in Equation 3 is obtained.

Figure 112006014624940-pat00009
Figure 112006014624940-pat00009

만약 사람의 움직임이 λ보다 작다면, n(t)는 일정한 상수값을 가지므로 수학식 3에 의해 doppler(t)는 small(t)의 정보만을 가지고 있게 된다. 하지만 만약 사람의 움직임이 λ 보다 큰 경우,

Figure 112006014624940-pat00010
항은 알지 못하는 임의의 값이 되므로 doppler(t)를 통해 small(t)의 정보를 얻을 수 없게 된다. If the human motion is smaller than λ, n (t) has a constant value, and according to Equation 3, doppler (t) has only small (t) information. But if a person's movement is greater than λ,
Figure 112006014624940-pat00010
Since the term is an unknown value, the information of small (t) cannot be obtained through doppler (t).

작은 위치 변위인 small(t)에는 호흡 및 심박등에 의한 피부(121)의 움직임 (124)에 대한 정보가 담겨져 있다. 따라서 사람의 움직임이 λ 보다 작은 경우에 doppler(t)를 디지탈 신호처리부(107)를 통해 처리하면 체내장기(122)의 움직임(123)에 대한 정보를 얻을 수 있다. Small (t), which is a small position displacement, contains information about the movement 124 of the skin 121 due to respiration and heart rate. Therefore, when the human motion is smaller than λ, the doppler (t) is processed through the digital signal processor 107 to obtain information about the movement 123 of the internal organ 122.

상술한 바와 같이 종래의 원격 생체정보 감지장치는, 신체(125)가 전파의 파장보다 크게 움직이는 상황에서는 체내장기(122)의 움직임(123)에 대한 정보를 얻지 못하고, 단지 신체(125)가 정지해 있거나 전파의 파장보다 작은 움직임을 가지는 상황에서만 체내장기(122)의 움직임(123)에 대한 정보를 얻을 수 있었다. As described above, the conventional remote biometric information sensing device cannot obtain information on the movement 123 of the internal organ 122 in the situation where the body 125 moves larger than the wavelength of radio waves, and the body 125 stops. Information about the movement 123 of the internal organs 122 could be obtained only in a situation where the movement or the movement is smaller than the wavelength of the radio wave.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 피부표면에서 반사되는 신호와 체내장기에서 반사되는 신호를 서로 합한 후 제곱하는 셀프 믹싱(self mixing) 방법을 이용하여 신체가 임의로 움직이는 경우에도 체내장기의 움직임에 대한 정보를 얻을 수 있는 원격 생체정보 감지장치를 제공하는 데 있다. Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention, even if the body moves arbitrarily by using a self-mixing method that sums and squares the signal reflected from the skin surface and the signal reflected from the internal organs to the movement of the internal organs It is to provide a remote biological information sensing device that can obtain information about.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 원격 생체정보 감지장치는,  Remote biometric information sensing apparatus according to the present invention for achieving the above technical problem,

송신 주파수 신호를 증폭시키는 송신증폭단과, A transmission amplifier stage for amplifying a transmission frequency signal,

상기 송신증폭단에 의해 증폭된 신호를 신체에 전송하는 송신안테나와, A transmission antenna for transmitting a signal amplified by the transmission amplifier to a body;

상기 송신안테나에 의해 신체에 입사된 후 반사되어 오는 피부반사파[SR1(t)]와 장기반사파[SR2(t)]를 수신하는 수신안테나와,A reception antenna for receiving skin reflection waves [S R1 (t)] and long-term reflection waves [S R2 (t)] that are reflected after being incident on the body by the transmitting antenna;

상기 수신안테나에 수신된 신호를 증폭시키는 수신증폭단과, A reception amplifier stage for amplifying a signal received at the reception antenna;

상기 수신증폭단에서 증폭된 피부반사파[SR1(t)]와 장기반사파[SR2(t)]가 더해진 신호[SR(t)]을 제곱하여 출력하는 주파수 혼합기와,A frequency mixer for squaring and outputting a signal [S R (t)] to which the skin reflection wave [S R1 (t)] and the long term reflection wave [S R2 (t)] amplified by the reception amplifier stage are squared and outputted;

상기 주파수 혼합기를 통과한 신호를 필터링하는 대역통과필터와, A bandpass filter for filtering the signal passing through the frequency mixer;

상기 대역통과필터를 통과한 신호를 통하여 체내장기의 움직임을 알아내는 신호처리부와, A signal processor for detecting the movement of the organ through the signal passing through the band pass filter;

상기 신호처리부에서 얻어지는 체내장기의 움직임을 통해서 생체정보를 얻는 생체정보인식부;를 구비하는 것을 특징으로 한다. And a biometric information recognition unit for obtaining biometric information through the movement of the internal organ obtained by the signal processor.

상기 수신증폭단은, 상기 수신안테나에 수신된 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기와, 상기 저잡음 증폭기를 통과한 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 수신증폭단의 증폭기를 통과한 신호를 증폭하는 로그 증폭기를 더 포함하는 것이 바람직하다. Preferably, the reception amplifier stage includes a low noise amplifier for amplifying a signal received by the reception antenna, and an amplifier for amplifying a signal passing through the low noise amplifier. At this time, it is preferable to further include a log amplifier for amplifying the signal passing through the amplifier of the receiving amplifier stage.

상기 대역통과필터로는 저대역통과필터를 사용하는 것이 바람직하다. It is preferable to use a low pass filter as the band pass filter.

상기 송신안테나에서 전송하는 신호는 100MHz~40GHz의 주파수 범위 내에서 특정주파수 또는 일정패턴으로 가변되는 가변주파수를 가지는 것이 바람직하다. The signal transmitted from the transmission antenna preferably has a variable frequency that is varied in a specific frequency or a predetermined pattern within a frequency range of 100 MHz to 40 GHz.

상기 송신안테나와 수신안테나는 일체형으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 송수신변환기를 통하여 그 기능이 절환되는 것이 바람직하다. The transmitting antenna and the receiving antenna may be integrated, and in this case, the function may be switched through a transceiving converter.

상기 신호처리부는 장기와 피부의 시간에 따른 변위차를 알아냄으로써 체내장기의 움직임을 파악하는 것이 바람직하다. The signal processor preferably detects the movement of the organs by finding a displacement difference according to the time of the organ and the skin.

상기 생체정보인식부가 얻는 생체정보는 심박수, 호흡수, 또는 음성신호 등이며, 이 때 상기 음성신호는 기도, 폐, 또는 흉부의 움직임을 감지하여 얻을 수 있다. The biometric information obtained by the biometric information recognition unit may be a heart rate, a respiratory rate, or a voice signal. The voice signal may be obtained by detecting movement of the airways, lungs, or chest.

본 발명에 따른 원격 생체정보 감지장치를 사용하여 환자의 호흡과 맥박을 실시간으로 측정함으로써 환자의 생명을 감지하는 원격 환자상태 모니터링 장치를 구현할 수 있다. By using the remote biometric information sensing device according to the present invention it is possible to implement a remote patient condition monitoring device for detecting the patient's life by measuring the patient's breath and pulse in real time.

본 발명에 따른 원격 생체정보 감지장치를 사용하여 출입하는 생명체의 심박수를 측정함으로써 사람과 다른 동물을 구분하는 보안장치를 구현할 수 있다. By using the remote biometric information sensing device according to the present invention, it is possible to implement a security device that distinguishes a person from another animal by measuring the heart rate of a living organism.

본 발명에 따른 원격 생체정보 감지장치를 사용하여 매몰지역등 사람의 눈으로 생명체를 감지할 수 없는 상황에서 생명체를 감지하는 재난 구조용 생명체 감지장치를 구현할 수 있다. By using the remote biometric information sensing device according to the present invention, it is possible to implement a disaster rescue life sensing device for detecting life in a situation where life cannot be detected by human eyes such as a buried area.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The following examples are only presented to understand the content of the present invention, and those skilled in the art will be capable of many modifications within the technical spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to these examples.

도 2는 본 발명에 바람직한 주파수 대역을 설명하기 위한 그래프로서, 주파수에 따른 피부, 근육, 심장, 체액에 대한 전파의 투과도를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에서 바람직한 100MHz~40GHz의 주파수 영역에서는 수십 mm에서 수백 um의 투과도를 가짐을 알수 있으며, 사용 주파수 대역에서의 전파의 파장은 3m~8mm 정도로 체내 장기의 움직임보다 작다. Figure 2 is a graph for explaining a preferred frequency band in the present invention, showing the transmission of radio waves to the skin, muscle, heart, body fluids according to the frequency. Referring to Figure 2, it can be seen that in the frequency range of 100MHz ~ 40GHz preferred in the present invention has a transmittance of several tens of mm to hundreds of um, the wavelength of radio waves in the frequency band used is less than the movement of the organ in the body about 3m ~ 8mm.

도 3은 본 발명에 따른 원격 생체정보 감지장치를 설명하기 위한 신체모델을 나타낸 도면으로서, 피부(121)와 체내장기(122)를 원통으로 가정하고 이의 단면을 나타낸 것이다. 3 is a view showing a body model for explaining a remote biometric information sensing apparatus according to the present invention, a cross section of assuming the skin 121 and the internal organs 122 as a cylinder.

도 3을 참조하면, 체내장기(122)가 수축과 팽창의 움직임을 가지게 될 때 피부(121)도 수축 및 팽창을 하게 되는데, 체내장기(122)의 반경을 R1이라고 하고, 피부(121)의 반경을 R2라고 하면, R1이 △R1만큼 변하는 경우, 피부(121)의 반경의 변위 △R2 는 수학식 4로 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 3, when the internal organs 122 have movements of contraction and expansion, the skin 121 also contracts and expands. The radius of the internal organs 122 is referred to as R1, and Assuming that the radius is R2, when R1 changes by ΔR1, the displacement ΔR2 of the radius of the skin 121 can be expressed by Equation (4).

Figure 112006014624940-pat00011
Figure 112006014624940-pat00011

따라서, 체내장기(122)의 변위 △R1과 피부(121)의 변위 △R2의 차이인 △R1-△R2는 수학식 5로 나타낼 수 있다.Therefore, DELTA R1-DELTA R2, which is the difference between the displacement DELTA R1 of the internal organ 122 and the displacement DELTA R2 of the skin 121, may be represented by Equation 5.

Figure 112006014624940-pat00012
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여기서, △R1-△R2의 값은 사람이 공간적인 이동을 하여도 변하지 않는 값이다. 또한 △R1-△R2 의 값은 △R1, 즉 장기의 움직임에 비례하는 값이므로 체내장기(122)의 움직임에 대한 정보를 가지고 있다. 따라서 △R1-△R2의 시간적 변화를 획득하면 시간에 따른 체내장기(122)의 움직임에 대한 정보를 얻을 수 있다. Here, the values of ΔR1-ΔR2 are values that do not change even when a person moves spatially. In addition, since the value of ΔR1-ΔR2 is ΔR1, that is, a value proportional to the movement of the organ, it has information about the movement of the internal organ 122. Therefore, by obtaining the temporal change of ΔR1-ΔR2 it is possible to obtain information about the movement of the internal organs 122 over time.

도 4는 본 발명에 따른 원격 생체정보 감지장치(400)를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 발진기(401)에서 발생된 100MHz~40GHz의 고주파 신호는 전력증폭기(402)에 의해 증폭되어 송수신안테나(403)를 통해 신체(125)에 입사되고, 입사된 전파중 일부는 피부(121)에서 반사되어 피부반사파(431)를 이루고, 또 일부는 체내장기(122)에서 반사되어 장기반사파(432)를 이룬다. 4 is a view for explaining a remote biometric information sensing apparatus 400 according to the present invention. Referring to FIG. 4, a high frequency signal of 100 MHz to 40 GHz generated by the oscillator 401 is amplified by the power amplifier 402 to be incident on the body 125 through the transmission / reception antenna 403, and some of the incident radio waves are It is reflected from the skin 121 to form a skin reflection wave 431, and part of it is reflected from the internal organ 122 to form a long-term reflection wave (432).

반사파(431, 432)는 다시 송수신안테나(403)를 통해 수신된다. 송수신안테나(403)는 송수신변환기(404)에 연결되며 송수신변환기(404)를 통하여 그 기능이 절환된다. 수신된 신호는 저잡음증폭기(LNA, 405), 증폭기(AMP, 406), 로그증폭기(log AMP, 407)을 통해 증폭되게 된다. The reflected waves 431 and 432 are received through the transmission and reception antenna 403 again. The transmission / reception antenna 403 is connected to the transmission / reception converter 404 and its function is switched through the transmission / reception converter 404. The received signal is amplified by a low noise amplifier (LNA, 405), an amplifier (AMP, 406), a log amplifier (log AMP, 407).

로그증폭기(407)는 입력(Vin)과 출력(Vout) 관계가 수학식 6과 같은 로그관계를 가지고 있는 증폭기로서, 신호레벨이 작은 신호의 증폭률이 신호레벨이 큰 신호보다 큰 증폭기이다. 따라서 로그증폭기(407)는 신체에 투과되어 반사된 작은 신호에 대해 큰 이득으로 증폭을 할 수 있다.The log amplifier 407 is an amplifier in which the relationship between the input Vin and the output Vout has a logarithmic relationship as shown in Equation 6, wherein the amplification factor of a signal having a small signal level is larger than a signal having a large signal level. Therefore, the log amplifier 407 can amplify with a large gain for the small signal transmitted through the body and reflected.

Figure 112006014624940-pat00013
Figure 112006014624940-pat00013

도 5는 송수신안테나(403)을 통해 송신된 전파가 피부(121)와 체내장기(122)에서 반사되어 다시 송수신안테나(403)로 수신되는 상태를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 시간에 따른 송수신안테나(403)와 피부(121)까지의 거리 D1(t)과 시 간에 따른 송수신안테나(403)와 체내장기(122)까지의 거리 D2(t)의 차 D1(t) - D2(t)는 수학식 7로 나타낼 수 있다. FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which radio waves transmitted through the transmission / reception antenna 403 are reflected by the skin 121 and the internal organ 122 and received by the transmission / reception antenna 403 again. 5, the transmission and reception by time the antenna 403 and the skin transceiver according between the distance D 1 (t) and the time of up to 121, the antenna distance D 2 (t) of up to 403 and the body organ 122 The difference D 1 (t)-D 2 (t) can be represented by Equation 7.

Figure 112006014624940-pat00014
Figure 112006014624940-pat00014

여기서, n(t)는 송수신안테나(403)와 피부(121)까지의 거리를 λ의 길이로 나눌 수 있는 최대 정수이고, s(t)는 λ의 길이로 떨어지지 않는 λ보다 작은 길이를 나타낸다. 그리고, 상수 d는 피부(1021)와 체내장기(122) 사이의 거리이고, △ R1(t)과 △R2(t)는 피부(121)와 체내장기(122)의 시간에 따른 변위이다. Here, n (t) is a maximum integer that can divide the distance between the transmission and reception antenna 403 and the skin 121 by the length of λ, and s (t) represents a length smaller than λ that does not fall into the length of λ. In addition, the constant d is the distance between the skin 1021 and the internal organs 122, and ΔR1 (t) and ΔR2 (t) are the displacements of the skin 121 and the internal organs 122 over time.

송수신안테나(403)에서 송신되는 신호를

Figure 112006014624940-pat00015
Signal transmitted from the transmission and reception antenna 403
Figure 112006014624940-pat00015

라 하면, 피부(121)에서 반사되는 전파 SR1(t)과, 체내장기(122)서 반사되는 전파 SR2(t)는 수학식 8로 나타낼 수 있다. For example, the radio wave S R1 (t) reflected from the skin 121 and the radio wave S R2 (t) reflected from the internal organ 122 may be represented by Equation 8.

Figure 112006014624940-pat00016
Figure 112006014624940-pat00016

여기서, A' 과 A"는 피부(121)와 체내장기(122)에서 반사되는 전파의 진폭을 각각 나타낸다. Here, A 'and A "represent the amplitude of the radio wave reflected from the skin 121 and the internal organ 122, respectively.

다시 도 4를 참조하면, 송수신안테나(403)에 수신되는 신호 SR(t)과, 주파수 혼합기(409)를 통과한 신호 Smixerout(t)와, 저대역통과필터(410)를 통과한 신호 SRAW(t)는 수학식 9로 나타낼 수 있다. Referring back to FIG. 4, the signal S R (t) received by the transmission / reception antenna 403, the signal S mixerout (t) passing through the frequency mixer 409, and the signal passing through the low pass filter 410 are provided. S RAW (t) may be represented by Equation 9.

Figure 112006014624940-pat00017
Figure 112006014624940-pat00017

시간에 따른 장기와 피부의 변위차 vital(t)은 수학식 10으로 나타낼 수 있다. Displacement difference vital (t) of the organs and skin over time can be represented by the equation (10).

Figure 112006014624940-pat00018
Figure 112006014624940-pat00018

수학식 9에 나타낸 SRAW(t)는 수학식 11에서와 같이 vital(t)에 대한 정보을 가진 신호가 된다. S RAW (t) shown in Equation (9) is a signal having information on vital (t) as in Equation (11).

Figure 112006014624940-pat00019
Figure 112006014624940-pat00019

따라서, 디지털 신호처리부(411)에서 SRAW(t)를 통해서 vital(t)에 대한 정보를 얻어낼수 있게 된다. vital(t)는 수학식 5에 나타낸 바와 같은 체내장기(122)의 움직임에 대한 정보를 가지므로 신체의 움직임과는 상관없이 체내장기(122)의 움직임에 대한 정보를 얻어낼 수 있다.Therefore, the digital signal processing unit 411 can obtain information on vital (t) through S RAW (t). Since vital (t) has information about the movement of the internal organs 122 as shown in Equation 5, information about the movement of the internal organs 122 can be obtained regardless of the movement of the body.

도 6은 도 4의 송수신안테나(403)가 송신용과 수신용으로 분리된 송수신 분리형 원격 생체정보 감지장치를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명은 송신신호의 주파수와 수신신호의 주파수를 동기화시킬 필요가 없기 때문에 도 6에 도시된 바와 같이 신체에 전파를 송신하는 송신부(601)와 신체에서 반사되는 신호를 수신하는 수신부(602)로 분리할 수 있다. 이 경우 안테나는 송신안테나(403a)와 수신안테나(403b)로 분리될 것이며, 그로 인해 송수신변환기(404)가 필요없게 된다. FIG. 6 is a diagram for describing a transmission / reception type remote biometric information sensing device in which the transmission / reception antenna 403 of FIG. 4 is separated for transmission and reception. Since the present invention does not need to synchronize the frequency of the transmission signal with the frequency of the reception signal, as shown in FIG. 6, the transmitter 601 transmits radio waves to the body and the receiver 602 receives signals reflected from the body. Can be separated. In this case, the antenna will be separated into a transmit antenna 403a and a receive antenna 403b, thereby eliminating the need for a transmit / receive converter 404.

도 7은 도 6이 적용된 원격 환자상태 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 원격 환자상태 모니터링 장치는 송신부(601)를 통해서 5W 이상의 고출력 고주파 신호를 환자(701) 개개인에게 송출하고, 복수개의 수신부(602)를 통하여 환자(701) 개개인의 생체신호를 감지함으로써, 실시간으로 각 환자(701)의 체내 장기의 움직임을 상술한 실시예를 통해 모니터링함으로써 환자의 상태를 감지한다. FIG. 7 is a view for explaining a remote patient condition monitoring apparatus to which FIG. 6 is applied. The remote patient condition monitoring apparatus according to the present invention transmits a high output high frequency signal of 5W or more to the individual patients 701 through the transmitter 601, and detects the biological signals of the individual patients 701 through the plurality of receivers 602. In addition, the patient's condition is detected by monitoring the movement of the internal organs of each patient 701 in the above-described embodiment in real time.

도 8은 도 4가 적용된 원격 음성획득장치를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 원격 음성획득장치는 높은 이득을 가지고 있는 송수신안테나(403)를 이용하여 원거리에 있는 사람(702)에게 전파를 입사시켜 반사된 신호를 원격 생체정보 감지장치(400)로 수신하여, 말을 할때 발생되는 기도, 폐, 또는 흉부 등의 진동을 감지함으로써 원거리에 있는 사람의 음성을 청취한다. 사람의 가청주파수는 20~20kHz이므로, 디지털 신호처리부(411)에서 가청주파수에 해당하는 신호만을 얻으면 원격으로 사람의 음성신호를 획득할수 있다.FIG. 8 is a diagram for describing a remote voice acquisition apparatus to which FIG. 4 is applied. The remote voice acquisition device according to the present invention receives the reflected signal to the remote biometric information sensing device 400 by injecting a radio wave to a person 702 at a remote location by using a transmission / reception antenna 403 having a high gain, Listen to the voice of a remote person by detecting vibrations in the airways, lungs, or chest that occur when you speak. Since the audible frequency of a person is 20 to 20 kHz, if only the signal corresponding to the audible frequency is obtained by the digital signal processor 411, the human voice signal can be remotely obtained.

도 9는 도 4가 적용된 보안장치를 설명하기 위한 도면이다. 일반적으로 몸집이 작은 동물일수록 맥박수가 빠르다. 예를들어 사람 성인의 분당 맥박수는 60~80 이며, 강아지의 경우 70~120으로 성인보다 빠르다. 따라서, 원격 생체정보 감지장치(400)로 건물내 침입한 생명체의 심박수를 측정하여 성인(702)인지 동물(703)인지를 구분할 수 있다. FIG. 9 is a diagram for describing a security device to which FIG. 4 is applied. In general, the smaller the animal, the faster the pulse rate. For example, human adults have a pulse rate of 60-80 per minute, and puppies 70-120 faster than adults. Therefore, by measuring the heart rate of the living creature invaded in the building by the remote biometric information detection device 400 it can be distinguished whether the adult 702 or the animal 703.

도 10은 도 4가 적용된 재난구조용 생명체 감지장치를 설명하기 위한 도면이다. 전파는 마른 재질의 벽과 같은 물체를 통과할 수 있으므로 사람의 유무를 눈으로 확인 할 수 없는 벽(800)의 뒤나 혹은 매몰지역(900)에 갇혀있는 사람(702)의 존재를 감지할 수 있다. FIG. 10 is a view for explaining an apparatus for detecting a disaster rescue living body to which FIG. 4 is applied. Radio waves may pass through an object such as a dry wall, and thus may detect the presence of a person 702 trapped in a buried area 900 or behind a wall 800 where the presence or absence of a human eye cannot be seen. .

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 신체가 움직이는 경우에도 체내장기의 움직임에 대한 정보를 원격에서 얻을 수 있기 때문에, 사람의 몸에 센서를 부착할 수 없는 화상환자의 심장박동수 측정, 원격음성획득, 보안 시스템, 및 재난시 생존자의 존재확인 등에 매우 유용하다. As described above, according to the present invention, since information on the movement of the organs can be obtained remotely even when the body moves, heart rate measurement, remote voice acquisition, of a patient who cannot attach a sensor to a human body, It is very useful for security systems and for checking the existence of survivors in a disaster.

Claims (13)

송신 주파수 신호를 증폭시키는 송신증폭단;A transmission amplifier stage for amplifying a transmission frequency signal; 상기 송신증폭단에 의해 증폭된 신호를 신체에 전송하는 송신안테나;A transmission antenna for transmitting a signal amplified by the transmission amplifier to a body; 상기 송신안테나에 의해 신체에 입사된 후 반사되어 오는 피부반사파[SR1(t)]와 장기반사파[SR2(t)]를 수신하는 수신안테나;A reception antenna for receiving skin reflection waves [S R1 (t)] and long-term reflection waves [S R2 (t)] that are reflected after being incident on the body by the transmission antenna; 상기 수신안테나에 수신된 신호를 증폭시키는 수신증폭단;A reception amplifier stage for amplifying a signal received at the reception antenna; 상기 수신증폭단에서 증폭된 피부반사파[SR1(t)]와 장기반사파[SR2(t)]가 합쳐진 신호[SR(t)]를 제곱하여 출력하는 주파수 혼합기;A frequency mixer for squaring and outputting the signal [S R (t)] of the skin reflection wave [S R1 (t)] and the long term reflection wave [S R2 (t)] amplified by the reception amplifier; 상기 주파수 혼합기를 통과한 신호를 필터링하는 대역통과필터;A bandpass filter for filtering the signal passing through the frequency mixer; 상기 대역통과필터를 통과한 신호를 통하여 체내장기의 움직임을 알아내는 신호처리부;A signal processing unit for detecting the movement of the organ through the signal passing through the band pass filter; 상기 신호처리부에서 얻어지는 체내장기의 움직임을 통해서 생체정보를 얻는 생체정보인식부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 원격 생체정보 감지장치.And a biometric information recognition unit for obtaining biometric information through the movement of the internal organ obtained by the signal processor. 제1항에 있어서, 상기 수신증폭단이,The method of claim 1, wherein the receiving amplifier stage, 상기 수신안테나에 수신된 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기와, A low noise amplifier for amplifying a signal received at the receiving antenna; 상기 저잡음 증폭기를 통과한 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원격 생체정보 감지장치.And an amplifier for amplifying the signal passing through the low noise amplifier. 제2항에 있어서, 상기 수신증폭단의 증폭기를 통과한 신호를 증폭하는 로그 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 생체정보 감지장치.3. The remote biometric information sensing device of claim 2, further comprising a log amplifier for amplifying a signal passing through the amplifier of the receiving amplifier stage. 제1항에 있어서, 상기 대역통과필터가 저대역통과필터인 것을 특징으로 하는 원격 생체정보 감지장치. The apparatus of claim 1, wherein the band pass filter is a low band pass filter. 제1항에 있어서, 상기 송신안테나에서 전송하는 신호의 주파수가 100MHz~40GHz 인 것을 특징으로 하는 원격 생체정보 감지장치.The apparatus of claim 1, wherein a frequency of a signal transmitted from the transmission antenna is 100 MHz to 40 GHz. 제1항에 있어서, 상기 송신안테나에서 전송하는 신호는 100MHz~40GHz의 주파수 범위 내에서 특정주파수 또는 일정패턴으로 가변되는 가변주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 원격 생체정보 감지장치. The apparatus of claim 1, wherein the signal transmitted from the transmitting antenna has a variable frequency that is varied in a specific frequency or a predetermined pattern within a frequency range of 100 MHz to 40 GHz. 제1항에 있어서, 상기 송신안테나와 수신안테나는 일체형으로 이루어지며, 송수신변환기를 통하여 그 기능이 절환되는 것을 특징으로 하는 원격 생체정보 감지장치.The apparatus of claim 1, wherein the transmitting antenna and the receiving antenna are integrally formed and their functions are switched through a transceiving converter. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부는 장기와 피부의 시간에 따른 변위차를 알아냄으로써 체내장기의 움직임을 파악하는 것을 특징으로 하는 원격 생체정보 감지장치. The apparatus of claim 1, wherein the signal processor detects movement of the internal organs by finding a displacement difference according to time between organs and skin. 제1항에 있어서, 상기 생체정보인식부가 얻는 생체정보는 심박수, 호흡수, 또는 음성신호인 것을 특징으로 하는 원격 생체정보 감지장치. The apparatus of claim 1, wherein the biometric information obtained by the biometric information recognition unit is a heart rate, a respiratory rate, or a voice signal. 제9항에 있어서, 상기 음성신호는 기도, 폐, 또는 흉부의 움직임을 감지하여 얻는 것을 특징으로 하는 원격 생체정보 감지장치. The apparatus of claim 9, wherein the voice signal is obtained by detecting movement of the airways, lungs, or chests. 제1항의 원격 생체정보 감지장치를 사용하여 환자의 호흡과 맥박을 실시간으로 측정함으로써 환자의 생명을 감지하는 원격 환자상태 모니터링 장치.Remote patient status monitoring device for detecting the patient's life by measuring the patient's breath and pulse in real time using the remote biometric information detection device of claim 1. 제1항의 원격 생체정보 감지장치를 사용하여 출입하는 생명체의 심박수를 측정함으로써 성인의 사람과 강아지를 구분하는 보안장치.A security device that distinguishes between an adult person and a dog by measuring the heart rate of the living organism using the remote biometric information detection device of claim 1. 제1항의 원격 생체정보 감지장치를 사용하여 매몰지역등 사람의 눈으로 생명체를 감지할 수 없는 상황에서 생명체를 감지하는 재난 구조용 생명체 감지장치.Disaster rescue life detection device using the remote biometric information detection device of claim 1 to detect life in a situation that can not detect life in human eyes, such as a buried area.
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