RU2108061C1 - Remote diagnosis device for diagnosing respiration and heart beat processes - Google Patents

Remote diagnosis device for diagnosing respiration and heart beat processes Download PDF

Info

Publication number
RU2108061C1
RU2108061C1 RU92015438A RU92015438A RU2108061C1 RU 2108061 C1 RU2108061 C1 RU 2108061C1 RU 92015438 A RU92015438 A RU 92015438A RU 92015438 A RU92015438 A RU 92015438A RU 2108061 C1 RU2108061 C1 RU 2108061C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
antenna
generator
output
conversion unit
Prior art date
Application number
RU92015438A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU92015438A (en
Inventor
Юрий Николаевич Титов
Original Assignee
Юрий Николаевич Титов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Николаевич Титов filed Critical Юрий Николаевич Титов
Priority to RU92015438A priority Critical patent/RU2108061C1/en
Publication of RU92015438A publication Critical patent/RU92015438A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2108061C1 publication Critical patent/RU2108061C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device operation is based on taking remote measurements and following spectral analysis of small displacements of object body surface under the influence of breathing and heart beat. The device is designed in three versions so that it processes signals reflected from object body and those measured and re-emitted by special autonomous transducers spaced over the object body. Ultrasonic non-modulated signal having wavelength commensurable with displacement amplitude under the influence of breathing and heart beat is used as emitted signal. Relative phase telemetry method is applied and linear (with ambiguity removed) phase unit for measuring the received signal is used instead of synchronous detector in the tract of coherent reception. EFFECT: enhanced accuracy and reliability of measurements. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к областям медицины и ветеринарии, а именно к технике дистанционной диагностики параметров дыхания и сердцебиения, а также к прикладным областям, связанным с контролем состояния человека или животного в ответственных и экстремальных условиях. The invention relates to the fields of medicine and veterinary medicine, in particular to the technique of remote diagnostics of respiration and heartbeat parameters, as well as to applied areas related to monitoring the condition of a person or animal in critical and extreme conditions.

Известно устройство для контроля за движением (заявка Великобритании N 21664773, 1986, кл. A 61 B 8/00). A device for controlling movement is known (UK application N 21664773, 1986, class A 61 B 8/00).

Известное устройство является устройством для дистанционной диагностики, в основном дыхательной функции объекта наблюдения. Устройство построено на принципе доплеровской эхолокации подвижного участка поверхности тела объекта с выделением синхронным детектором сигнала разностной частоты отраженного и излученного сигналов. Целью изобретения является повышение точности и достоверности определения параметров дыхания и сердцебиения за счет обеспечения линейности выходного эффекта измерителя величине смещения поверхности тела под влиянием диагностируемого процесса. The known device is a device for remote diagnostics, mainly respiratory function of the object of observation. The device is based on the principle of Doppler echolocation of a moving portion of an object’s body surface with the synchronous detector detecting the difference frequency signal of the reflected and emitted signals. The aim of the invention is to increase the accuracy and reliability of determining the parameters of respiration and heartbeat by ensuring the linearity of the output effect of the meter to the magnitude of the displacement of the body surface under the influence of the diagnosed process.

Предложенные устройства, как и прибор-прототип, построены на принципе анализа информации, заложенной в принимаемом ультразвуковом сигнале и обусловленной модуляцией этого сигнала на подвижной от дыхания и сердцебиения поверхности тела объекта. Принципиальным является то, что предложенные устройства осуществляют слежение за текущей фазой принимаемого сигнала в широком диапазоне ее отклонений и тем самым обеспечивают измерение с последующим спектральным анализом непосредственно исследуемой функции смещения поверхности тела объекта Δt вместо "свернутой" функции вида cos[γΔ(t)] без потери чувствительности устройства за счет увеличения (для избежания нелинейности) рабочей длины волны λo . Предложено 3 варианта конфигурации устройства, соответствующие используемому методу относительной фазовой дальнометрии.The proposed devices, as well as the prototype device, are based on the principle of analyzing the information embedded in the received ultrasonic signal and due to the modulation of this signal on the surface of the body that is movable from breathing and heartbeat. It is important that the proposed devices monitor the current phase of the received signal in a wide range of its deviations and thereby provide a measurement with subsequent spectral analysis of the directly investigated function of the displacement of the body surface of the object Δt instead of a “convoluted” function of the form cos [γΔ (t)] without loss of sensitivity of the device due to the increase (to avoid non-linearity) of the working wavelength λ o . 3 variants of the device configuration are proposed, corresponding to the used method of relative phase ranging.

Устройство по п. 1 формулы, как и устройство-прототип, работает по сигналу, отраженному от поверхности тела объекта. Состав устройства включает излучающую антенну и принимающую антенну, неподвижные одна относительно другой (установленные в едином корпусе или разнесенные в пространстве), узел когерентного преобразования, узел спектральной обработки и опорный генератор, обеспечивающий формирование излучаемого и опорного сигналов. Узел когерентного преобразования выполнен в виде линейного измерителя фазы (ЛИФ) принимаемого сигнала. The device according to claim 1 of the formula, like the prototype device, works by a signal reflected from the surface of the body of the object. The composition of the device includes a radiating antenna and a receiving antenna, stationary relative to one another (installed in a single housing or spaced in space), a coherent conversion unit, a spectral processing unit, and a reference generator, which ensures the formation of the emitted and reference signals. The coherent conversion unit is made in the form of a linear phase meter (LIF) of the received signal.

Устройство по п. 2 формулы реализует однопросветный вариант измерения смещения поверхности тела. В дополнение к узлам устройства по п. 1 в состав устройства введен автономный генератор, формирующий излучаемый сигнал и связанный с излучающей антенной. Этот генератор и излучающая антенна выполнены в виде автономного конструктивного элемента - датчика. Датчик выполнен в миниатюрном исполнении и размещен на объекте таким образом, что его излучающая антенна, подвержена смещению под влиянием исследуемого(ых) процесса(ов), например, в области солнечного сплетения при одновременной диагностике параметров дыхания и сердцебиения. Прием сигнала, модулированного смещением излучающей антенны, осуществляется неподвижной принимающей антенной с распространением сигнала только в одном направлении. Требуемая когерентность излучаемого и опорного сигналов обеспечивается внутренней стабильностью соответствующих независимых генераторов. The device according to claim 2 of the formula implements a single-lumen variant of measuring the displacement of the body surface. In addition to the nodes of the device according to claim 1, an autonomous generator is introduced into the device, which generates a radiated signal and is associated with a radiating antenna. This generator and radiating antenna are made in the form of an autonomous structural element - a sensor. The sensor is made in a miniature design and placed on the object in such a way that its emitting antenna is susceptible to bias under the influence of the process (s) under study, for example, in the solar plexus, while simultaneously diagnosing respiration and heartbeat parameters. A signal modulated by the offset of the radiating antenna is received by a stationary receiving antenna with signal propagation in only one direction. The required coherence of the emitted and reference signals is ensured by the internal stability of the respective independent generators.

Третий вариант устройства (устройство по п. 3 формулы) в двухпросветной схеме измерения, подобной схеме первого варианта, предусматривает использование для дальнометрии вместо сигнала, отраженного от тела объекта, ответного сигнала, формируемого на подвижном участке поверхности тела объекта специальным датчиком - активным когерентным ультразвуковым приемоответчиком. Когерентность датчика предполагает сохранение в ответном сигнале структуры фазовой модуляции, заложенной во входном сигнале, в общем случае с умножением полной фазы входного сигнала на коэффициент трансформации, равный или отличный от 1. The third version of the device (the device according to claim 3 of the formula) in a two-lumen measurement scheme, similar to the scheme of the first variant, provides for the use of a response signal instead of the signal reflected from the body of the object, generated on the moving part of the body surface of the object with a special sensor - an active coherent ultrasonic transponder . The coherence of the sensor implies the preservation in the response signal of the phase modulation structure embedded in the input signal, in the general case, by multiplying the total phase of the input signal by a transformation coefficient equal to or different from 1.

В состав устройства входят все узлы устройства по п. 1. Вводимый в схему датчик содержит последовательно соединенные антенну приема, когерентный преобразователь (преобразователь частоты или просто усилитель при обеспечении пространственной развязки между антеннами) и антенну излучения. Как и в устройстве по п. 2, датчик размещается на объекте таким образом, что его антенны подвержены смещению под влиянием диагностируемого процесса. The device includes all nodes of the device according to claim 1. The sensor introduced into the circuit contains a serially connected receiving antenna, a coherent converter (a frequency converter, or simply an amplifier while ensuring spatial isolation between the antennas) and a radiation antenna. As in the device according to claim 2, the sensor is placed on the object in such a way that its antennas are biased under the influence of the diagnosed process.

Во всех предложенных устройствах излучающей антенны излучается непрерывный немодулированный сигнал. Длина волны сигнала соизмерима с амплитудой смещения поверхности тела объекта под влиянием исследуемого процесса. In all proposed devices of the radiating antenna, a continuous unmodulated signal is emitted. The wavelength of the signal is comparable with the amplitude of the displacement of the surface of the body of the object under the influence of the investigated process.

ЛИФ в устройствах по п.п. 1-3 охарактеризован на уровне функционального обобщения как устройство, обеспечивающее измерение изменяющейся фазы принимаемого сигнала в широком (более ±2π ) диапазоне отклонений относительно фазы опорного сигнала с линейной зависимостью выходного эффекта от величины отклонения фазы. LIF in devices according to 1-3 is characterized at the level of functional generalization as a device that provides measurement of the changing phase of the received signal in a wide (more than ± 2π) range of deviations relative to the phase of the reference signal with a linear dependence of the output effect on the magnitude of the phase deviation.

ЛИФ может быть построен на различных схемно-технических принципах, например на основе замкнутой следящей системы, на принципе коррекции значений фазы, измеряемых по модулю 2π , при достижении углов, кратных 2π , с использованием схем с фазовой автоподстройкой частоты, на основе цифрового измерителя фазы интегрирующего типа с квадратурными каналами приема. Квадратурные каналы также могут формироваться различными способами, например, с использованием аналоговых квадратурных смесителей, со взятием мгновенных отсчетов принимаемого узкополосного сигнала непосредственно на рабочей частоте устройства и другими. В 4 формулы представлен частный случай аналого-цифрового исполнения ЛИФ устройств по п.п. 1 или 2, или 3 с аналоговым формированием квадратурных сигналов и последующей цифровой оценкой текущей фазы по отсчетам значений квадратурных сигналов. The LIF can be built on various circuit-technical principles, for example, on the basis of a closed-loop tracking system, on the principle of correcting phase values measured modulo 2π, when angles are multiples of 2π, using phase-locked loop, based on a digital phase meter integrating type with quadrature reception channels. Quadrature channels can also be formed in various ways, for example, using analog quadrature mixers, taking instantaneous samples of the received narrow-band signal directly at the operating frequency of the device and others. In 4 formulas presents a special case of analog-to-digital execution of the LIF devices according to paragraphs. 1 or 2, or 3 with analog generation of quadrature signals and subsequent digital estimation of the current phase from the samples of values of quadrature signals.

ЛИФ по п. 4 формулы содержит два квадратурных канала приема сигнала с выхода антенны. Каждый из каналов включает последовательно соединенные смеситель, фильтр, усилитель и схему выборки и хранения. В состав ЛИФ входят также фазовращатель на π/2 опорного сигнала одного из смесителей, мультиплексор выборок квадратурных сигналов обоих каналов, аналого-цифровой преобразователь этих выборок и вычислитль текущего значения фазы принимаемого сигнала. The LIF according to claim 4 of the formula contains two quadrature channels for receiving a signal from the antenna output. Each channel includes a series-connected mixer, filter, amplifier, and a sampling and storage circuit. The LIF also includes a phase shifter for π / 2 of the reference signal of one of the mixers, a multiplexer of samples of quadrature signals of both channels, an analog-to-digital converter of these samples, and a calculator of the current phase value of the received signal.

Технический результат от исполнения изобретения заключается в следующем:
для устройства по п. 1 - обеспечено адекватное представление исследуемой функции Δt на входе узла спектральной обработки. В результате исключается искажение временной и спектральной структур исследуемого процесса, повышается уровень исследуемых составляющих спектра по отношению к уровню флюктуационных шумов и помех от побочных движений, исключается подавление малого сигнала, обусловленного сердцебиением, при совместном наблюдении процессов дыхания и сердцебиения, исключается зависимость в результатах измерений от глубины дыхания и расстояния от прибора до объекта;
для устройств по п.п. 2 и 3 - то же, что для устройства по п. 1; получен энергетический выигрыш в отношении сигнал / шум за счет использования активного излучающего датчика и (для устройства по п. 2) одностороннего распространения сигнала; практически полностью снята помеха в виде отражения от побочных участков тела объекта и окружающих предметов (использование датчиков эквивалентного случаю отражения от "блестящей точки" на теле объекта) при снятии необходимости в формировании узких диаграмм направленности.
The technical result of the invention is as follows:
for the device according to claim 1, an adequate representation of the investigated function Δt at the input of the spectral processing unit is provided. As a result, the distortion of the time and spectral structures of the process under study is excluded, the level of the studied components of the spectrum increases with respect to the level of fluctuation noise and interference from side movements, the suppression of a small signal due to heartbeat is excluded during the joint observation of respiration and heartbeat processes, and the dependence in the measurement results on depth of breath and distance from the device to the object;
for devices according to 2 and 3 - the same as for the device according to claim 1; the energy gain in the signal-to-noise ratio is obtained due to the use of an active emitting sensor and (for the device according to claim 2) one-way signal propagation; the interference in the form of reflection from side sections of the object’s body and surrounding objects (using sensors equivalent to the case of reflection from a “brilliant point” on the object’s body) is almost completely removed when removing the need for the formation of narrow radiation patterns.

Предложенные технические решения имеют одинаковое назначение, направлены на достижение одного и того же технического результата (повышение точности измерений), решаются одним и тем же путем и не могут быть охарактеризованы в одном независимом пункте. Это послужило основанием для их представления как группы изобретений в качестве вариантов выполнения одного устройства. The proposed technical solutions have the same purpose, are aimed at achieving the same technical result (improving the accuracy of measurements), are solved in the same way and cannot be characterized in one independent point. This served as the basis for their presentation as a group of inventions as embodiments of a single device.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства по п. 1; на фиг. 2 - структурная схема устройства по п. 2; на фиг. 3 - структурная схема устройства по п. 3; на фиг. 4 - структурная схема устройства по п. 1 с аналого-цифровым ЛИФ по п. 4 формулы. In FIG. 1 shows a block diagram of a device according to claim 1; in FIG. 2 is a structural diagram of a device according to claim 2; in FIG. 3 is a structural diagram of a device according to claim 3; in FIG. 4 is a block diagram of a device according to claim 1 with an analog-digital LIF according to claim 4 of the formula.

Устройство по п. 1 (фиг. 1) содержит опорный генератор 1, излучающую антенну 2 (излучатель), принимающую антенну 3 (микрофон), линейный измеритель фазы (ЛИФ) 4, узел спектральной обработки 5 и узел вывода 6. Антенны 2 и 3 неподвижны относительно друг друга. The device according to claim 1 (Fig. 1) comprises a reference generator 1, a radiating antenna 2 (emitter), a receiving antenna 3 (microphone), a linear phase meter (LIF) 4, a spectral processing unit 5, and an output unit 6. Antennas 2 and 3 motionless relative to each other.

Устройство работает по сигналу, излучаемому антенной 2 и отражаемому от тела объекта. На излучающую антенну 2 подается непрерывный немодулированный сигнал рабочей частоты от опорного генератора опорного. Этот же сигнал поступает на ЛИФ 4 в качестве опорного. Диаграмма излучения-приема устройства (антенн 2 и 3) направляется на исследуемый объект в область, подверженную смещению под влиянием дыхания и/или сердцебиения, например в область солнечного сплетения. При этом отраженный от объекта сигнал оказывается промодулированным по фазе в соответствии с изменением расстояния от прибора до отражающего участка поверхности тела объекта под воздействием исследуемого процесса. Отраженный сигнал принимается принимающей антенной 3. Выход антенны 3 связан с ЛИФ 4, который обеспечивает измерение с устранением неоднозначности сдвига фазы принимаемого сигнала относительно опорного. Выходной сигнал ЛИФ подается на узел спектральной обработки 5, где производится частотная фильтрация сигнальной (полезной) составляющей на фоне шумов и помех от побочных движений, взаимное частотное разделение сигнальных составляющих, обусловленных дыханием и сердцебиением, их тонкий спектральный анализ, высокочастотная коррекция временных выходных сигналов и пр. Узел вывода 6 обеспечивает оценку числовых параметров исследуемого процесса и отображение выходной информации. Вывод информации может осуществляться на дисплей с отображением временных разверток и спектрограмм процессов дыхания и/или сердцебиения и их параметров, исполнительное устройство, устройство аудио- или визуализации наличия динамической составляющей и выходном сигнале устройства (для устройства, предназначенного для поиска людей в экстремальных ситуациях) и другие приборы в зависимости от конкретного назначения устройства. The device operates on a signal emitted by antenna 2 and reflected from the body of the object. A continuous unmodulated signal of the operating frequency from the reference generator of the reference is supplied to the emitting antenna 2. The same signal is supplied to LIF 4 as a reference. The radiation-reception diagram of the device (antennas 2 and 3) is directed to the studied object in the area prone to displacement under the influence of respiration and / or heartbeat, for example, to the solar plexus. In this case, the signal reflected from the object is phase modulated in accordance with the change in the distance from the device to the reflecting portion of the body surface of the object under the influence of the process under study. The reflected signal is received by the receiving antenna 3. The output of the antenna 3 is connected to the LIF 4, which provides a measurement with eliminating the ambiguity of the phase shift of the received signal relative to the reference. The LIF output signal is fed to the spectral processing unit 5, where the filtering of the signal (useful) component is performed against the background of noise and interference from side movements, the mutual frequency separation of the signal components due to breathing and heartbeat, their thin spectral analysis, high-frequency correction of temporary output signals and etc. The output node 6 provides an assessment of the numerical parameters of the process under study and the display of output information. Information can be displayed on a display showing time scans and spectrograms of the processes of respiration and / or heartbeat and their parameters, an executive device, an audio or visualization device for the presence of a dynamic component and the output signal of the device (for a device designed to search for people in extreme situations) and other devices depending on the specific purpose of the device.

Устройство по п. 2 (фиг. 2) содержит датчик 1, включающий в свой состав генератор 2 сигнала рабочей частоты и излучающую антенну 3, принимающую антенну 4. ЛИФ 5, узел спектральной обработки 6, узел вывода 7 и опорный генератор 8. Датчик 1 выполнен в миниатюрном виде и размещен на теле объекта так, что его антенна 3 подвержена смещению под влиянием дыхания и/или сердцебиения. Устройство работает по сигналу, излучаемому датчиком 1. В датчике от генератора 2 на антенну 3 подается непрерывный немодулированный сигнал. Излучаемый антенной 3 ультразвуковой сигнал промодулирован в соответствии с ее смещениями, в том числе под влиянием дыхания и сердцебиения. Этот сигнал принимается принимающей антенной 4. Выход антенны 4 связан с ЛИФ 5, который обеспечивает линейное измерение сдвига фазы принимаемого сигнала относительно опорного. Опорный сигнал поступает на ЛИФ от опорного генератора. Выход ЛИФ связан с узлом спектральной обработки 6 и далее с узлом вывода 7. Функции узлов 6 и 7 аналогичны функциям рассмотренных узлов 5 и 6 фиг. 1. The device according to claim 2 (Fig. 2) contains a sensor 1, which includes an operating frequency signal generator 2 and a radiating antenna 3, a receiving antenna 4. LIF 5, a spectral processing unit 6, an output unit 7, and a reference generator 8. Sensor 1 made in miniature and placed on the body of the object so that its antenna 3 is subject to displacement under the influence of breathing and / or heartbeat. The device operates according to the signal emitted by the sensor 1. In the sensor from the generator 2, a continuous unmodulated signal is supplied to the antenna 3. The ultrasonic signal emitted by antenna 3 is modulated in accordance with its displacements, including under the influence of respiration and heartbeat. This signal is received by the receiving antenna 4. The output of the antenna 4 is connected to the LIF 5, which provides a linear measurement of the phase shift of the received signal relative to the reference. The reference signal is supplied to the LIF from the reference generator. The LIF output is connected to the spectral processing unit 6 and further to the output node 7. The functions of the nodes 6 and 7 are similar to the functions of the considered nodes 5 and 6 of FIG. one.

Устройство по п. 3 (фиг. 3) содержит опорный генератор 1, излучающую антенну 2, датчик 3, включающий в свой состав антенну приема 4, когерентный преобразователь 5 и антенну излучения 6, принимающую антенну 7. ЛИФ 8, узел спектральной обработки 9 и узел вывода 10. Подобно датчику устройства по п. 2, датчик 3 выполнен в миниатюрном виде и размещен на теле объекта так, что его антенны 4 и 6 подвержены смещению под влиянием исследуемого процесса. The device according to claim 3 (Fig. 3) contains a reference generator 1, a radiating antenna 2, a sensor 3, which includes a receiving antenna 4, a coherent transducer 5, and a radiation antenna 6, a receiving antenna 7. LIF 8, a spectral processing unit 9, and output node 10. Like the sensor of the device according to claim 2, the sensor 3 is made in miniature and placed on the body of the object so that its antennas 4 and 6 are biased under the influence of the process under study.

Устройство работает по сигналу от излучающей антенны 2, когерентно переизлученному датчиком 4. На излучающую антенну 2 непрерывный немодулированный сигнал рабочей частоты излучения подается от опорного генератора 1. От этого же генератора на ЛИФ 8 подается опорный сигнал, когерентный сигналу рабочей частоты. Датчик 3 представляет собой активный когерентный приемоответчик. Его антенна приема принимает сигнал от излучающей антенны 2. Сигнал с выхода антенны 4 усиливается и когерентно преобразуется по частоте с сохранением структуры фазовой модуляции (в частном случае при обеспечении пространственной развязки между антеннами - просто усиливается) в преобразователе когерентном 5 и переизлучается антенной излучения 6. Ответный сигнал датчика 3 на входе принимающих антенны 7 промодулирован по фазе в соответствии со смещениями антенн 4 и 6 датчика 3 под воздействием дыхания и сердцебиения объекта. В ЛИФ 8 обеспечивается линейное измерение сдвига фазы принимаемого сигнала относительно опорного. Выходной сигнал ЛИФ подается на узел спектральной обработки 9, где, как и в схеме фиг. 1, производится частотная фильтрация и анализ компонентов исследуемого процесса. В узле вывода 10 проводится оценка числовых параметров исследуемого процесса и отображения выходной информации. The device operates on a signal from a radiating antenna 2 coherently re-radiated by the sensor 4. A continuous unmodulated signal of the working frequency of the radiation is supplied to the radiating antenna 2 from the reference generator 1. From the same generator, a reference signal coherent to the working frequency signal is supplied to LIF 8. Sensor 3 is an active coherent transponder. Its receiving antenna receives the signal from the radiating antenna 2. The signal from the output of antenna 4 is amplified and coherently converted in frequency with the preservation of the phase modulation structure (in the particular case, while ensuring spatial isolation between the antennas it is simply amplified) in the coherent converter 5 and the radiation antenna 6 is reradiated. The response signal of the sensor 3 at the input of the receiving antenna 7 is phase modulated in accordance with the displacements of the antennas 4 and 6 of the sensor 3 under the influence of respiration and the heartbeat of the object. LIF 8 provides a linear measurement of the phase shift of the received signal relative to the reference. The LIF output signal is supplied to the spectral processing unit 9, where, as in the circuit of FIG. 1, the frequency filtering and analysis of the components of the investigated process. In the output node 10, the numerical parameters of the process under study and the output information display are evaluated.

Аналого-цифровое построение ЛИФ по п. 4 формулы требует использования вычислителя, реализующего расчет текущей фазы сигнала из значений выборок сигналов квадратурных каналов. В схеме устройства по п. 1 с ЛИФ по п. 4 (фиг. 4) указанный вычислитель реализован программным путем в микроЭВМ, позволившей решить ряд других задач устройства в целом. Схема фиг. 4 включает в себя ранее рассмотренные опорный генератор 1, излучающую антенну 2 и принимающую антенну 3. Схема содержит два квадратурных канала приема 4 с и 4s, каждый из которых включает последовательно соединенные смеситель 5, фильтр 6, усилитель 7 и схему выборки и хранения (СВХ) 8. Опорный сигнал на смеситель канала 4s подается через фазовращатель (ФЭВР) 9 на π/2 . Схема содержит также мультиплексор 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11, микроЭВМ 12 и аппаратуру вывода 13. В микроЭВМ 12 реализованы следующие программные блоки: блоки оценки текущей фазы сигнала (блок ОТФС) 14: блок спектральной обработки (блок CO) 15; блок подготовки данных к выводу (блок ПДКВ) 16. The analog-digital construction of the LIF according to claim 4 of the formula requires the use of a calculator that realizes the calculation of the current phase of the signal from the values of the samples of the signals of the quadrature channels. In the device diagram according to claim 1, with the LIF according to claim 4 (Fig. 4), the specified calculator is implemented programmatically in a microcomputer, which made it possible to solve a number of other tasks of the device as a whole. The circuit of FIG. 4 includes the previously described reference oscillator 1, a radiating antenna 2 and a receiving antenna 3. The circuit contains two quadrature reception channels 4 s and 4s, each of which includes a mixer 5, a filter 6, an amplifier 7, and a sampling and storage circuit (TSW) ) 8. The reference signal to the channel 4s mixer is supplied through π / 2 through the phase shifter (FEVR) 9. The circuit also contains a multiplexer 10, an analog-to-digital converter (ADC) 11, a microcomputer 12 and output equipment 13. The following program blocks are implemented in the microcomputer 12: blocks for evaluating the current signal phase (OTFS block) 14: spectral processing block (CO block) 15; block preparing data for output (PDKV block) 16.

Блок ПДКВ совместно с аппарурой вывода 13 образует узел вывода 17. Block PDKV together with the equipment output 13 forms a node output 17.

Опорный генератор 1 выполнен в виде единого генератора рабочего сигнала и тактовых импульсных сигналов управления СВХ 8, мультиплексора 10, АЦП 11, микроЭВМ 12 и аппаратуры вывода 13. Объединенные информационные входы смесителей квадратурных каналов и входы этих смесителей по опорным сигналам (для канала 4s), с включением Ф3ВР 9) образуют соответственно информационный и опорный входы ЛИФ, а выход программного блока ОТФС - его выход. The reference generator 1 is made in the form of a single generator of the working signal and clock pulse control signals of the TSW 8, multiplexer 10, ADC 11, microcomputer 12 and output equipment 13. The combined information inputs of the quadrature channel mixers and the inputs of these mixers by reference signals (for channel 4s), with the inclusion of Ф3ВР 9) form respectively the information and reference inputs of the LIF, and the output of the OTFS program block is its output.

Снимаемый принимающей антенной 3 входной информационный сигнал преобразуется смесителями 5 и фильтрами 6 в два низкочастотных сигнала Uc(t) и Us(t) - аналоговых по выходу усилителей 7 и дискретизированных с частотой дискретизации Fg по выходу СВХ 8. При фазовом сдвиге в опорных сигналах смесителей 5, равном π/2 , квадратурные сигналы Uc(t) и Us(t) представляют собой огибающие косинусной и синусной составляющих принимаемого высокочастотного сигнала и адекватно отражают структуру его модуляции. Мультиплексор 10 за один такт дискретизации поочередно коммутирует выборки квадратурных сигналов на групповое АЦП 11, откуда их квантованные значения поступают на программный блок ОТФС 14.The input information signal recorded by the receiving antenna 3 is converted by mixers 5 and filters 6 into two low-frequency signals U c (t) and U s (t) - analogue at the output of amplifiers 7 and discretized with a sampling frequency F g at the output of TSW 8. With a phase shift of the reference signals of the mixers 5, equal to π / 2, the quadrature signals U c (t) and U s (t) are the envelopes of the cosine and sine components of the received high-frequency signal and adequately reflect the structure of its modulation. The multiplexer 10 in one sampling cycle alternately switches the samples of quadrature signals to a group ADC 11, from where their quantized values are sent to the OTFS software block 14.

В блоке ОТФС использован алгоритм оценки фазы интегрирующего типа:

Figure 00000002
,
где
φ(tn) - оценка текущей фазы принимаемого сигнала на момент времени tn = n/ng, в начале цикла измерения φ(to) устанавливается равным 0;
n, k - номер такта дискретизации на цикле измерения;
Δφ(tn) - приращение фазы на n-м такте дискретизации.In the OTFS block, an integrating type phase estimation algorithm is used:
Figure 00000002
,
Where
φ (t n ) - assessment of the current phase of the received signal at time t n = n / n g , at the beginning of the measurement cycle φ (t o ) is set to 0;
n, k is the number of the sampling clock on the measurement cycle;
Δφ (t n ) is the phase increment at the nth sampling cycle.

Величина Δφ(tn) на каждом такте дискретизации рассчитывается по следующей формуле:

Figure 00000003

где
Uc,s(tn) - значения косинусной и синусной выборок сигналов на входе блока ОТФС на n-м такте дискретизации,
Δ Uc,s(tn)= Uc,s(tn)-Uc,s(tn-i) - приращения соответствующих выборок на n-м такте дискретизации.The value Δφ (t n ) at each sampling cycle is calculated by the following formula:
Figure 00000003

Where
U c, s (t n ) are the values of the cosine and sine samples of the signals at the input of the OTFS block at the nth sampling cycle,
Δ U c, s (t n ) = U c, s (t n ) -U c, s (t ni ) are the increments of the corresponding samples at the nth sampling cycle.

Выходная информация ЛИФ в виде оценки текущей фазы сигнала поступает в программный блок спектральной обработки 15. Функции блока CO 15 и узла вывода 17 рассмотрены ранее при описании соответствующих узлов схемы фиг. 1. The output of the LIF in the form of an estimate of the current phase of the signal enters the spectral processing software block 15. The functions of the CO 15 block and the output node 17 are discussed earlier in the description of the corresponding nodes of the circuit of FIG. one.

Включение ЛИФ по п. 4 в схемы устройств по п.п. 2 и 3 полностью идентично приведенному на фиг. 4.2 The inclusion of the LIF according to claim 4 in the device circuit according to claims 2 and 3 are completely identical to those shown in FIG. 4.2

Claims (4)

1. Ультразвуковое устройство дистанционной диагностики, использующее для излучения ультразвуковой непрерывный немодулированный сигнал, содержащее опорный генератор, излучающую антенну, принимающую антенну, узел когерентного преобразования и узел спектральной обработки, при этом информационный вход узла когерентного преобразования связан с принимающей антенной, его вход по опорному сигналу - с опорным генератором, его выход - с узлом спектральной обработки, излучающая антенна подключена к опорному генератору, а излучающая и принимающая антенны неподвижны одна относительно другой, отличающееся тем, что узел когерентного преобразования выполнен в виде линейного измерителя фазы. 1. An ultrasonic remote diagnostic device that uses an ultrasonic continuous unmodulated signal for radiation, comprising a reference generator, a radiating antenna, a receiving antenna, a coherent conversion unit and a spectral processing unit, while the information input of the coherent conversion unit is connected to the receiving antenna, its input via the reference signal - with a reference generator, its output is with a spectral processing unit, the radiating antenna is connected to the reference generator, and the radiating and receiving the antenna are stationary relative to one another, characterized in that the coherent conversion node is made in the form of a linear phase meter. 2. Ультразвуковое устройство дистанционной диагностики, использующее для излучения ультразвуковой непрерывной немодулированный сигнал, содержащее опорный генератор, излучающую антенну, принимающую антенну, узел когерентного преобразования и узел спектральной обработки, при этом информационный вход узла когерентного преобразования связан с принимающей антенной, его вход по опорному сигналу - с опорным генератором, его выход - с узлом спектральной обработки, отличающееся тем, что в него введен генератор, связанный с излучающей антенной, генератор и излучающая антенна выполнены в виде автономного конструктивного элемента - датчика, размещаемого на объекте так, что излучающая антенна подвержена смещению под влиянием исследуемого процесса, а узел когерентного преобразования выполнен в виде линейного измерителя фазы. 2. An ultrasonic remote diagnostic device that uses an unmodulated signal to emit an ultrasonic continuous signal, comprising a reference generator, a radiating antenna, a receiving antenna, a coherent conversion unit and a spectral processing unit, while the information input of the coherent conversion unit is connected to the receiving antenna, its input via the reference signal - with a reference generator, its output - with a spectral processing unit, characterized in that a generator connected to a radiating antenna is introduced into it , the generator and the radiating antenna are made in the form of an autonomous structural element - a sensor placed on the object so that the radiating antenna is biased under the influence of the process under study, and the coherent conversion unit is made in the form of a linear phase meter. 3. Ультразвуковое устройство дистанционной диагностики, использующее для излучения ультразвуковой непрерывный немодулированный сигнал, содержащее опорный генератор, излучающую антенну, принимающую антенну, узел когерентного преобразования и узел спектральной обработки, при этом информационный вход узла когерентного преобразования связан с принимающей антенной, его вход по опорному сигналу - с опорным генератором, его выход - с узлом спектральной обработки, излучающая антенна подключена к опорному генератору, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные антенна приема, когерентный преобразователь и антенна излучения, последние выполнены в виде автономного конструктивного элемента - датчика, размещаемого на объекте так, что антенны приема и излучения подвержены смещению под влиянием исследуемого процесса, а узел когерентного преобразования выполнен в виде линейного измерителя фазы. 3. An ultrasonic remote diagnostics device that uses an ultrasonic continuous unmodulated signal for radiation, comprising a reference generator, a radiating antenna, a receiving antenna, a coherent conversion unit and a spectral processing unit, while the information input of the coherent conversion unit is connected to the receiving antenna, its input via the reference signal - with a reference generator, its output is with a spectral processing unit, the radiating antenna is connected to a reference generator, characterized in that in it is connected in series with a receiving antenna, a coherent converter and a radiation antenna, the latter are made in the form of an autonomous structural element - a sensor placed on the object so that the receiving and radiation antennas are biased under the influence of the process under study, and the coherent conversion unit is made in the form of a linear phase meter . 4. Устройство по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что линейный измеритель фазы содержит два квадратурных канала приема и подключенные к их выходам последовательно соединенные мультиплексор выборок сигналов, аналого-цифровой преобразователь этих выборок и реализованный в микроЭВМ блок оценки текущей фазы сигнала, выход которого является выходом линейного измерителя фазы, при этом каждый из квадратурных каналов состоит из последовательно соединенных смесителя, фильтра, усилителя и схемы выборки и хранения, информационные входы смесителей квадратурных каналов и входы смесителей квадратурных каналов по опорным сигналам, причем для одного из них с включением фазовращателя на π/2 попарно объединены, образуя соответственно информационный и опорный входы линейного измерителя фазы, опорный генератор выполнен в виде единого генератора опорного сигнала и тактовых импульсных сигналов управления и связан по сигналам управления со схемами выборки и хранения, мультиплексором, аналого-цифровым преобразователем и микроЭВМ. 4. The device according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the linear phase meter contains two quadrature reception channels and connected to their outputs are series-connected multiplexer of signal samples, an analog-to-digital converter of these samples and a current estimation unit implemented in the microcomputer the phase of the signal, the output of which is the output of a linear phase meter, with each of the quadrature channels consisting of a series-connected mixer, filter, amplifier and a sampling and storage circuit, information inputs of the mixer quadrature channels and inputs of quadrature channel mixers according to the reference signals, and for one of them with the phase shifter turned on π / 2 are paired, forming respectively the information and reference inputs of a linear phase meter, the reference generator is made in the form of a single generator of the reference signal and clock pulsed signals control and is connected by control signals to the sampling and storage circuits, multiplexer, analog-to-digital converter and microcomputer.
RU92015438A 1992-12-30 1992-12-30 Remote diagnosis device for diagnosing respiration and heart beat processes RU2108061C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92015438A RU2108061C1 (en) 1992-12-30 1992-12-30 Remote diagnosis device for diagnosing respiration and heart beat processes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92015438A RU2108061C1 (en) 1992-12-30 1992-12-30 Remote diagnosis device for diagnosing respiration and heart beat processes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU92015438A RU92015438A (en) 1995-04-20
RU2108061C1 true RU2108061C1 (en) 1998-04-10

Family

ID=20134780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU92015438A RU2108061C1 (en) 1992-12-30 1992-12-30 Remote diagnosis device for diagnosing respiration and heart beat processes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2108061C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2496410C1 (en) * 2012-04-20 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Device for distance registration of processes of patient's heart beats and respiration
RU2648602C2 (en) * 2013-02-28 2018-03-26 Конинклейке Филипс Н.В. Device and method for detection of subjects on basis of vital signs

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2496410C1 (en) * 2012-04-20 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Device for distance registration of processes of patient's heart beats and respiration
RU2648602C2 (en) * 2013-02-28 2018-03-26 Конинклейке Филипс Н.В. Device and method for detection of subjects on basis of vital signs

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. A review on recent progress of portable short-range noncontact microwave radar systems
US7753849B2 (en) Doppler radar cardiopulmonary sensor and signal processing system and method for use therewith
Nosrati et al. High-accuracy heart rate variability monitoring using Doppler radar based on Gaussian pulse train modeling and FTPR algorithm
Li et al. Robust overnight monitoring of human vital signs by a non-contact respiration and heartbeat detector
JP3877783B2 (en) A method for finding the position of a living organism and a microwave probe using the
Girbau et al. Remote sensing of vital signs using a Doppler radar and diversity to overcome null detection
Bakhtiari et al. A real-time heart rate analysis for a remote millimeter wave IQ sensor
US9993175B2 (en) Pulsed ultra-wideband sensor and the method thereof
Will et al. Local pulse wave detection using continuous wave radar systems
Gao et al. Radius correction technique for Doppler radar noncontact periodic displacement measurement
RU2313108C2 (en) Mode of detection living objects and an arrangement for its execution
US20080275337A1 (en) Breathing detection apparatus and method
Prat et al. Collimated beam FMCW radar for vital sign patient monitoring
Rice et al. A wireless multifunctional radar-based displacement sensor for structural health monitoring
JP2019525195A (en) Method for processing signals originating from coherent riders and associated rider systems
Ambrosanio et al. A multi-channel ultrasound system for non-contact heart rate monitoring
CN113608206B (en) Method and apparatus for detecting movement of a subject
Park et al. Center tracking quadrature demodulation for a Doppler radar motion detector
Michler et al. Micrometer sensing with microwaves: Precise radar systems for innovative measurement applications
Das et al. Antenna evaluation of a non-contact vital signs sensor for continuous heart and respiration rate monitoring
Michler et al. Pulse wave velocity detection using a 24 GHz six-port based Doppler radar
Vinci et al. 24 GHz six-port medical radar for contactless respiration detection and heartbeat monitoring
RU2108061C1 (en) Remote diagnosis device for diagnosing respiration and heart beat processes
Kontou et al. Heartbeat and respiration detection using a low complexity cw radar system
Hati et al. $ W $-band vibrometer for noncontact thermoacoustic imaging