TW201143312A - Wireless detection apparatus and method - Google Patents

Description

201143312 P52990024TW 34314twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 且特別是有關於一種無 本發明是有關於一種感測器 線感測裝置與方法。 【先前技術】 近幾年，隨著物質生活的提升，人們對於健康問題的 • 意識也漸漸地抬頭。由於大多數民眾對於自己的身體狀態 或是環境狀態經常後知後覺，而忽略身體所發出的警訊。 因此為了讓一般民眾能夠就近觀察自身的生理狀況，坊間 也陸續出現各式各樣的量測器材。如此一來，一般民眾便 能夠經由各種量測器材來監視自己體内的生理變^能 夠即時查覺自身的健康狀況是否已亮起紅燈，進而注意自 己的體能以及作適當的調整。 有鑑於此，習知生理訊號感測電路設計主要可分為兩 φ 種型式，其一為採用接觸式感測之生理訊號感測器，另一 則是採用非接觸式感測之生理訊號感測器。採用接觸式感 測之生理訊號感測器大都需要透過接觸人體的方式來進行 畺測。此架構的電路組成簡單，但使用上需接觸人體，且 若需長時間使用時，感測線路會造成使用者感到相當程度 的不適。 另外，採用非接觸式感測之生理訊號感測器多半以都 卜勒雷達架構為基礎。傳統都卜勒雷達之操作原理為：產 生一弦波訊號，經過功率分配器後，其中一路連接至天線， 201143312 P52990024TW 34314twf.doc/n 將弦波訊號輻射至人體胸腔位置，因為胸腔的起伏而使弦 波訊號頻率產生都卜勒效應，將反射後的訊號與功率分配 器輸出端之另一路經由混波器及後續處理後，即可得到生 理觀測情形。但上述生理訊號感測器會因為反射波與功率 分配器輸出弦波之相位差異可能產生相消干涉，因而產生 感測零點在某些特定位置無法進行感測，限制實際的應 用，且架構較複雜、耗電量較大及成本昂貴，並容易受到 感測距離的變化而產生感測結果不一致的情形。 【發明内容】 本發明提供一種無線感測裝置與方法，藉以有效地避 免感測零點，並可減少電路元件使用，進而降低製造成本 以及功率消耗。 本發明提出一種無線感測裝置，包括天線、壓控振盪 益與處理單元。天線接收第一無線訊號並據以產生電訊 號’其中第一無線訊號是由待測物反射第二無線訊號而產 生。壓控振盪器耦接第一天線，在電訊號的干擾下產生振 盘訊號’其中振盪訊號隨電訊號的變動而變化。處理單元 輕接壓控振盪器’依據振盪訊號的變化評估待測物的參數。 本發明提出一種無線感測裝置，包括光電轉換器、壓 控振盈器與處理單元。光電轉換器接收第一光訊號並據以 產生電訊號，其中第一光訊號是由待測物反射第二光訊號 而產生。麗控振盪器耦接光電轉換器，在電訊號的干擾下 產生振盈訊號’其中振盪訊號隨電訊號的變動而變化。處 201143312 P52990024TW 34314ΐχν£άο〇/η 理單疋輕接壓控振盪器，依據振盛訊號的變化評估物 的參數。 。。本發明提出-種無線感測裝置，包括天線與壓控㈣ 器。天線接收第一無線訊號並據以產生電訊號，其中第一 無線訊號是由待測物反射第二無線訊號而產生。壓控振盈 器墟天線，在電訊號的干擾下產生振烫訊號，^雜 訊號隨電訊號的變動而變化，且振舰號用以評估待測物 的參數。 本發明提出一種無線感測裝置，包括光電轉換器斑壓 控振盪器。光電轉換器接收第—光訊號並據以產丄電訊 號，其中第—光訊號是由制物反射第二光訊號而產生。 壓控振盪器耦接光電轉換器，在電訊號的干擾下產生振盪 Λ號其中振盈成號隨電訊號的變動而變化，且振i 用以評估待測物的運動參數。 。儿 本發明提出一種無線感測方法，包括下列步驟。透過 天線接收第一無線訊號並據以產生電訊號，其中第一無線 • ㉟號是由待測物反射第二無線訊號而產生。在電訊號的干 擾下透過壓控振ill產生振i訊號，其中振i訊號隨電 訊號的變動而變化，且振盪訊號用以評估待測物的參數。 本發明提出一種無線感測方法，包括下列步驟。透過 光電轉換器將所接收的第一光訊號轉換成電訊號，其中第 -光訊號是由制物反射第二光喊喊生。在電訊號的 干擾下透過壓控振盪盗產生振盡訊號，其中振盪訊號隨 電訊號的變動而變化，且振盪訊號用以評估待測物的運動 201143312 P52990024TW 34314twf.doc/n 參數。 本發明藉由天線接收經由待測物反射第二無線訊號 (或第二光訊號）而產生的第一無線訊號（或第一光訊 號），並據以產生電訊號，接著壓控振盪器依據電訊號而 產生振盪訊號，並傳送至處理單元進行處理，進而獲得待 測物的參數以進行評估。如此一來，本發明可有效地避免 感測零點，並可大幅減少電路元件使用，進而可降低製造 成本及功率消耗。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 ^圖1為本發明之一實施例之無線感測裝置的方塊圖。 明參照圖1 ’無線感測裝置10〇包括天線11()、12〇、壓控 振盈器130與處理單元14〇。天線11〇 (例如接收天線）接 收第一無線訊號（例如射頻調變訊號）SRX，並據以產生 電訊號SV。壓控振盤器130麵接天線11〇，在電訊號sv 的干擾下產生振堡訊號SO，其中振盪訊號SO會隨電訊號 SVn的變動而變化。在本實施例中’壓控振盪器130在電 訊號SV的干擾下，會啟動自我注入鎖定（self injecti〇n lock)作用，以產生振盪訊號SO。 w處理單元14〇耦接壓控振盪器13〇，依據振盪訊號s〇 的艾化孑估上述待測物180的參數。天線120 (例如發射 天線）輕接壓控振盈器】3〇，接收振盪訊號s〇並據以產 201143312 P52990024TW 34314twf.doc/n 生第二無線訊號STX至待測物180，使得待測物18〇會反 射第二無線訊號STX而產生第一無線訊號srx。在本實 施例中，待測物180例如為人體，且待測物18〇的參數例 如為心跳、脈搏、呼吸與動作（例如肢體動作）等相關的 參數。另外，第一無線訊號SRX的頻率不同於第二無線气 號STX的頻率。 以下，將說明無線感測裝置1〇〇的運作。首先，天線 120發射第二無線訊號STX至待測物（人體）18〇,而待 測物180會反射第二無線訊號STX而產生第一無線訊號 SRX至天線110。在本實施例中，由於人體的呼吸及心跳 起伏或脈搏及肢體動作等，所以第二無線訊號STX與相對 運動的呼吸及心跳起伏或脈搏及肢體動作就會產生都卜勒 效應，因此，藉由人體反射第二無線訊號STX而產生之第 一無線訊號SRX具有不同的頻率，且第一無線訊號咖 的頻率也不同於第二無線訊號STX的頻率。接著，天線 110接收第一揲線訊號SRX並據以產生電訊號至麗控 • 振盪器I30，而壓控振盪器130會依據電訊號sv而產生 振盪訊號SO至處理單元140,並且振盪訊號s〇中會具有 人體之心跳、呼吸、脈搏或動作等的資訊（亦即待測^⑽ 的參數）。之後，處理單元M0便會對振盈訊號s〇進行 處理而獲得人體之心跳、呼吸、脈搏或動作的相關資訊， 而使用者便上述資訊來評估自己現在的身體狀況。、 如此一來，本實施例的無線感測裝置1〇〇不需如同習 头生理資訊感測器需要將反射後的訊號與功率分配器輪出 201143312 P52990024TW 34314twf. doc/n 端之另一路經由混波器及後續處理，因此可以避免量測零 點，並可減少電路的使用、降低系統的複雜度以及功率消 耗。 圖2為圖1之無線感測裝置1〇〇的詳細電路方塊圖。 請參照圖2 ’無線感測裝置200包括天線21〇、220、放大 器221、222、壓控振盪器230與處理單元240。在本實施 例中，天線210 (例如接收天線）、22〇 (例如發射天線） 與壓控振盪器230的實施方式可參照圖j之天線11〇、12〇 與壓控振盡器130的說明，故在此不再贅述。 放大器（例如低雜訊放大器）221耦接於天線210與 壓控振盪器230之間，用於放大天線21〇所產生的電訊號 sv。放大器（例如功率放大器）222耦接於壓控振盪器23〇 與天線220之間，用以放大壓控振盪器23〇所產生的振盪 訊號SO。 處理單元240包括解調單元250與訊號處理單元 260。解調單元250搞接壓控振盪器230，接收振盈訊號 SO，並將振盪訊號SO解調為電壓訊號SV0。訊號處理單 元260耦接解調單元250，對電壓訊號SV0進行處理，以 獲得處理結果以及調整訊號SJ ’並將調整訊號SJ傳送至 壓控振盪器230，以便調整壓控振盪器230產生之振盪訊 號SO的振盪頻率。上述的處理結果即為待測物的參 數（例如人體的心跳、呼吸或脈搏等相關資訊），因此使 用者便可根據上述處理結果而得知自己的身體狀況。 另外，處理單元240還可包括低通濾波器270，低通 201143312 P52990024TW 34314twf.doc/n 遽波器270可搞接於解調單元250與訊號處理單元26〇， 以對電壓訊號svo進行低通濾波，進而濾除電壓訊號sv〇 中的高頻雜訊。 此外，在本實施例中，解調單元25〇包括延遲器251 與混波器252。延遲器251耦接壓控振盪230,用以延遲振 盪訊號SO。混波器252耦接壓控振盪器230與延遲器 251，用以將振盪訊號s〇與延遲後的振盪訊號s〇進行混 波，以進行頻率解調，進而產生電壓訊號sv〇。 訊號處理單元260包括類比數位轉換器 (analog-to-digital converter) 261、數位訊號處理器 262°、 數位類比轉換器（digital-to-analog converter) 263。類比數 位轉換器261耦接解調單元25〇，用以將電壓訊號sv〇進 行類比數位轉換，以產生數位訊號SD。數位訊號處理器 262耦接類比數位轉換單元261，用以對數位訊號sd進行 處理以產生處理結果（亦即獲得待測物280的參數）。 另外數位汛號處理器262會控制數位調整訊號SDJ，以 •'夫疋壓控振盡器230的輸出頻率。數位類比轉換器轉 接數位訊號處理器262，用以將數位調整信號腿進行數 位類比，換’以產生調整訊號SJ。之後，調整訊號SJ會 傳送至壓控振盈器23〇，以調整壓控振盪器23〇所產生之 振盪訊號SO的振盪頻率。 f上述無線感測裝置100中，天線（發射天線）120 輕接壓控振MU 130，且壓純盪器13G减天線（接收 天線）11〇，因此，天線120所產生的第二無線訊號STx 201143312 P52990024TW 34314twf.doc/n 的頻率會隨第一無線訊號SRX的變動而變化，亦即，第二 無線訊號STX的頻率會一直改變，但本發明不限於此。以 下’將另舉第二無線訊號STX維持固定頻率的例子。 圖3為本發明之另一實施例之無線感測裝置的方塊 圖。請參照圖3，無線訊號感測裝置300包括天線31〇 (例 如接收天線）、320 (例如發射天線）、壓控振盪器33〇、 340與處理單元350。本實施例之天線31〇、壓控振盪器33〇 與處理單元350的實施方式可參照圖丨之天線11〇、壓控 振盪器130與處理單元140的說明，在此不再贅述。 在本實施例中’壓控振盪器340可產生第二壓控訊號 S02。天線320福接塵控振盡器340，接收第二壓控訊號 S02，並據以產生第二無線訊號STX至待測物38〇，使得 待測物380反射第二無線訊號STX而產生第一無線訊號 SRX。由於天線（發射天線）320依據壓控振盪器34〇輸 出的第二振盪訊號S02來產生第二無線訊號STX，而不是 依據壓控振盪器330輸出的第一振盪訊號s〇1來產生第二 無線訊號STX，因此，圖3之無線感測裝置3〇〇與圖1之 無線感測裝置100的差別在於，圖3之第二無線訊號STX 可維持固定的頻率’而圖1之第二無線訊號STX的頻率為 可變動的。但上述僅為第二無線訊號STX的差異，但圖3 之無線感測裝置300的貫施方式與所達成的功效仍與圖1 之無線感測裝置100相似，故在此不再贅述。 上述圖1、圖2及圖3的實施例是藉由發射無線訊號 至待測物，並接收由待測物所反射的無線訊號來感測並評 201143312 P52990024TW 34314twf.doc/n 估待測物的參數’但本發明不限於此。以下，另舉一實施 例來說明。 圖4為根據本發明之又一實施例之無線感測裝置的方 塊圖。請參照圖4,無線感測裝置400包括光產生器41〇、 光電轉換器420、壓控振盪器430與處理單元440。 光源410產生第二光訊號SL2至待測物48〇，而待測 物480會反射第二光訊號SL2而產生第一光訊號SL1。光. 鲁電轉換器420接收第一光訊號SL1，並據以產.生電訊號. sv。在另一實施例中’光源410與光電轉換器42〇可以一 模組的方式製作，進而減少電路元件使用。 壓控振盪器430耦接該光電轉換器420,在電訊號3¥ 的干擾下產生振盪訊號SO，其中振盪訊號s〇隨電訊號 SV的變動而變化。處理單元440耦接壓控振盪器43〇，依 據振盪:訊號SO的變化評估待測物480的運動參數（如速 度、位移與作動頻率）。 在本實施例中’第二光訊號SL2與待測物480的相對 # 運動也會產生都卜勒效應’因此，藉由待測物480反射第 一光訊號SL2而產生之第一光訊號SL1具有不同的波長， 且弟一光訊號SL1的波長也會不同於第二光訊號sl2的波 長。接著，光電轉換器420會將接收到的第一光訊號SL1 轉換成電訊號SV，並傳送至壓控振盈器430。之後，壓控 振盪器430會依據電訊號SV而產生振盪訊號s〇至處理 單元440，而此振盪訊號SO中會具有待測物48〇運動的 資訊。之後，處理單元440便會對振盪訊號s〇進行處理 11 201143312 ^3/yyuuz^ fW 34314twf.doc/n 而獲得待測物480運動的相關資訊。 如此一來，本實施例的無線感測裝 測零點，且可減少電路元件的使 ^ ί避免里 本以及功率；肖耗。 相達成減少製造成 ，上=述，本發明的無線訊號量測裝置為非接觸式感 發射至待測物之第二無線訊號(或第二光訊 心跳、脈搏或動作(例如肢體動作）等擾 ί ==二Γ待測物反朴_ 參 Ϊ 線訊號（或第二光訊號）具 有子應於呼吸、心跳、脈搏或動作等之頻率變化， 壓控振盪器的自我注入鎖定作用“ _, ^ 呀〜丨，使壓控振盪器產生受到 應的振盪《。之後，經由處理單元對缝訊號 進订處理，進而獲得待測物的參數（例如呼吸、心跳、脈 搏或動作等相關資訊）以進行評估。如此—來，相較於傳 統感測電路総，本發明可#效地提高❹擅敏度及感測 的正確H、可避免感測零點、減少電路元件使肖、進而降 低系統複雜度及功率損耗。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，故本 發明之保護範圍當視後附之宁請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明之一實施例之無線感測裝置的方塊圖。 12 201143312 0；ζννυυ24Τλν 34314twf.doc/n 圖2為圖1之無線感測裝置的詳細電路方塊圖。 圖3為本發明之另一實施例之無線感測裝置的方塊 圖。 圖4為本發明之又一實施例之無線感測裝置的方塊 圖。 【主要元件符號說明】 100、200、300、400 :無線感測裝置 110、120、210、220、310、320 :天線 130、230、330、340、430 :壓控振盪器 140、240、350、440 :處理單元 180、280、380、480 :待測物 221、222 :放大器 250 :解調單元 251 :延遲器 252 :混波器 260 :訊號處理單元 261:類比數位轉換器 262 :數位訊號處理器 263 :數位類比轉換器 270 :低通濾波器 SRX :第一無線訊號 STX :第二無線訊號 SV :電訊號 13 201143312 iW 34314twf.doc/n so :振盪訊號 501 :第一振盪訊號 502 :第二振盪訊號 SV0 :電壓訊號 SD :數位訊號 SDJ :數位調整訊號 SJ :調整訊號 SL1 :第一光訊號 SL2 :第二光訊號

Claims (1)

1. 201143312 F^yyuu24TW 34314twf.doc/n 七、申請專利範圍： 1·一種無線感測裝置，包括： 一第一天線，接收一第一無線訊號並據 號’其中該第-無線訊號是由—待測物 :電訊 號而產生； 弟一無線訊 天線，在該電訊號的干擾 訊號隨該電訊號的變動而 一壓控振盪器’耦接該第一

   下產生一振盪訊號，其中該振盪 變化；以及 依據該振盪訊號的 一處理單元，耦接該壓控振盪器 變化評估該待測物的一參數。 —2.如申請專利範圍第i項所述之無線感囉置， 該第-無線訊號的頻率不同於該第二無線訊號的頻率二 3.如申請專利範圍第丨項所述之訊號感測裝置，更包 一第二天線，耦接該壓控振盪器，接收該振盪訊號並 據以產生該第二無線信號至該待測物。 4·如申請專利範圍第3項所述之訊號感測裝置，更包 括： 一放大器，耦接於該壓控振盪器與該第二天線之間， 用以放大該振盈訊號。 5.如申請專利範圍第丨項所述之訊號感測裝置，更包 括： 一第二壓控振盪器，用以產生第二振盪訊號；以及 一第二天線’耦接該第二壓控振盪器，接收該第二振 15 201143312 rj^yyvuzH TW 34314twf.doc/n 盪訊號並據以產生該第二無線訊號至該待測物。 6. 如申請專利範圍第1項所述之訊號感測裝置，其中 該待測物的參數為心跳、脈搏、呼吸與動作。 7. 如申請專利範圍第丨項所述之訊號感測裝置， 理單元包括： Λ 、一解調單元，耦接該壓控振盪器，接收該振盪訊號， 並將該振盪訊號解調為—電壓訊號；以及 一訊號處理單元，耦接該解調單元，對該電壓訊號 行處理’以獲得-處理結果以及—調整訊號，並將該調、 訊號傳送至該壓控振盪器。 8. 如申請專利範圍第7項所述之訊號感測裝置，Α 該解調單元包括： 一延遲器，耦接該壓控振盪器，用以延遲該 號；以及 且5tL 一混波态，耦接該壓控振盪器與該延遲器，用以 振盡訊號與延遲後的該錄魏進行混波， = 9.如申請專利範圍第7項所述之訊號感測裴置，复 該訊號處理單元包括： ’、 以將該電壓 一類比數位轉換器，耦接該解調單元，用 訊號進行類比數位轉換，以產生一數位訊號； 一數位訊號處理器，耦接該類比數位轉換單元，用r 對該數位訊號進行處理，以產生該處理結果以及 整訊號： 位5周 201143312 FD/yyuu24TW 34314twf.doc/n 一數位類比轉換器’耦接該數位訊號處理器，用以將 該數位調整信號進行數位類比轉換，以產生該調整訊號。 10. 如申請專利範圍第7項所述之訊號感測裝置，更包 括： 一低通濾波器’耦接於該解調單元與該訊號處理單元 之間，用以對電壓訊號進行濾波。 11. 如申請專利範圍第丨項所述之訊號感測裝置，更包 括：

   一放大器，_接於該第一天線與該壓控震盡器之間， 用以放大該電訊號。 ° 12. 一種無線感測裝置，包括： -光電轉換n m光訊號並據以產生一電訊 號，其中該第—光訊號是由—待測物反射—第二光訊號而 產生； :麵縫器，祕絲㈣鋪，在該電訊號的干 二L生―錄訊號’其中該缝訊號_電訊號的變動 而變化；以及 變化二壓控㈣器，依據難盪訊號的 文化5子估該待測物的一運動參數。 包括I:3.如申料魏㈣丨2摘述之鱗翻裝置，更 二=第該待測物。 。王…、冰蛾州裝置，包括： 其中該第—無線訊號並據以產生-電訊號， 。…，.、線訊號是由一待測物反射—第二無線訊號而 17 201143312 r rw 34314twf.doc/n 產生；以及 一壓控振盪器，耦接該天線，在該電訊號的干擾下產 生一振盪訊號，其中該振盪訊號隨該電訊號的變動而變 化，該振盪訊號用以評估該待測物的一參數。 15·—種無線感測裝置，包括： 一光電轉換器，接收一第一光訊號並據以產生一電訊 旒，其中該第一光訊號是由一待測物反射一第二光訊號而 產生；以及 一壓控振盪器’耦接該光電轉換器，在該電訊號的干 | 擾下產生一振盪訊號’其中該振盪訊號隨該電訊號的變動 而變化，該振盪訊號用以評估該待測物的一運動參數。 16. —種無線感測方法，包括： 〇透過一天線接收一第一無線訊號並據以產生一電訊 唬，其中該第一無線訊號是由一待測物反射一第二無線訊 綠而產生；以及 士。在該電訊號的干擾下，透過一壓控振盪器產生一振盪 =銳，其中該振盪訊號隨該電訊號的變動而變化，該振盪 釩號用以評估該待測物的一參數；） · 17. —種無線感測方法，包括： 〜透。過一光電轉換器將所接收的一第一光訊號轉換成 電訊號’其中該第—光訊號是由一待測物反射一第二光 af^虎而產生；以及 在該電訊號的干擾下’透過一壓控振盈器產生一振盪 該㈣訊號隨該電訊號的變動而變化，該振盪 吼說用以評估該待測物的一運動參數。 18