TWI675218B - 可抵抗雜波之生理徵象感測器 - Google Patents

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Abstract

一種可抵抗雜波之生理徵象感測器藉由一SIL振盪器產生一振盪訊號，該振盪訊號經由一天線組以一無線訊號之形式發射至一物體，該天線組並接收由該物體反射之一反射訊號，該反射訊號注入鎖定該SIL振盪器，該天線組發射之該無線訊號並傳送至一解調單元進行解調，以得到該生體之生命徵象，其中，天線組之一隔離部可避免由解調單元及其所處環境反射之一雜波訊號傳送至該SIL振盪器，以避免該雜波訊號干擾該物體之生命徵象的偵測。

Description

可抵抗雜波之生理徵象感測器
本發明是關於一種生理徵象感測器，特別是關於一種可抵抗雜波之生理徵象感測器。
非接觸式生理徵象感測器是藉由發射無線訊號至生物體後，生物體反射之反射訊號包含生物體之生理徵象所造成的都普勒成份，而非接觸式生理徵象感測器在接收該反射訊號後產生頻率調制，經過解調後即可感測得生物體之生理徵象。
請參閱台灣專利I493213「動作/擾動訊號偵測系統及方法」為本案發明人先前提出之專利案，其藉由發射器之振盪單元及收發單元發射偵測訊號至受測者，受測者反射一反射偵測訊號至收發單元及振盪單元，使振盪單元進入自我注入鎖定狀態，同時振盪單元及收發單元也發射一注入鎖定訊號至接收器之接收單元及解調單元，解調單元對該注入鎖定訊號解調後即可得到生物體的生命徵象。由於發射器中僅具有收發單元及振盪單元使得發射器的體積能夠較小，但由於自我注入鎖定雷達的靈敏度極高，若接收器與發射器之間有相對移動時，其相對移動所造成的都普勒效應也會注入振盪單元中導致嚴重的干擾，使得該生理徵象偵測系統難以應用於穿戴型裝置上。
本發明的主要目的在於藉由天線組之隔離部讓解調單元及環境反射之雜波無法干擾SIL振盪器的振盪頻率，以避免解調單元及環境與天線組之間的相對移動讓生理徵象無法辨識。
本發明之一種可抵抗雜波之生理徵象感測器包含一SIL振盪器(Self-injection-locked oscillator)、一天線組及一解調單元，該SIL振盪器用以產生一振盪訊號，該天線組電性連接該SIL振盪器，該天線組接收該振盪訊號並將一無線訊號發射至一生物體，該生物體反射一反射訊號，該天線組接收該反射訊號並傳送至該SIL振盪器，使該SIL振盪器處於一自我注入鎖定狀態(Self-injection-locked state)，該解調單元接收該天線組發射之該無線訊號，且該解調單元及該解調單元所處之一環境反射一雜波訊號，該解調單元對該無線訊號解調以得到一生理訊號，其中該天線組具有一隔離部，該隔離部用以避免反射之該雜波訊號傳送至該SIL振盪器。
本發明藉由該天線組之該隔離部讓該解調單元及該環境反射之該雜波訊號無法影響SIL振盪器的振盪頻率，而避免該解調單元及該環境與該天線組之間的相對移動影響生理徵象的感測，使得該可抵抗雜波之生理徵象感測器可設置於可攜式裝置上。
請參閱第1圖，其為本發明之一第一實施例，該可抵抗雜波之生理徵象感測器100包含一SIL振盪器(Self-injection-locked oscillator)110、一天線組120、一解調單元130及一功率分配器140。
請參閱第1圖，該SIL振盪器110用以產生一振盪訊號So，在本實施例中，該SIL振盪器110為一壓控振盪器，其藉由一輸入電壓(圖未繪出)控制該振盪訊號So的振盪頻率。該功率分配器140電性連接該SIL振盪器110，該功率分配器140用以將該振盪訊號So分為兩路。
請參閱第1圖，該天線組120具有一第一天線123及一第二天線124，該第一天線123及該第二天線124電性連接該功率分配器140，該第一天線123接收其中一路之該振盪訊號So，該第二天線124接收另一路之該振盪訊號So，該第一天線123用以將該振盪訊號So以一第一無線訊號Sw1的形式發射至一生物體O，而該振盪訊號So發射至該生物體O後，該生物體O反射一反射訊號Sr至該第一天線123，而由於該生物體O之生理徵象會對該振盪訊號So產生都普勒效應，使該反射訊號Sr中包含有該生物體O之生理徵象的都普勒成份。該第一天線123接收之該反射訊號Sr傳送並注入該SIL振盪器110，使該SIL振盪器110處於一自我注入鎖定狀態(Self-injection-locked state)，這讓該SIL振盪器110輸出之該振盪訊號So也包含有該生物體O之生理徵象的都普勒成份，其中，該第一天線123可為線性極化或圓極化之天線。
請參閱第1圖，該第二天線124用以將該振盪訊號So以一第二無線訊號Sw2的形式發射至該解調單元130，該解調單元130接收該第二無線訊號Sw2，由於該SIL振盪器110已處在自我注入鎖定狀態下，使得傳送至該第二天線124之該振盪訊號So及其發射之該第二無線訊號Sw2含有該生物體O之生理徵象的都普勒成份，因此，該解調單元130對該第二無線訊號Sw2解調及計算後即可得到該生物體O之一生理訊號，但若該解調單元130及該解調單元所處之一環境與該天線組120之間有相對移動時，該解調單元130及其所處環境會反射含有相對移動之都普勒成份的一雜波訊號Sc。
較佳的，該天線組120具有一隔離部，該隔離部用以避免該解調單元130及環境反射之該雜波訊號Sc傳送至該SIL振盪器110，在本實施例中，該天線組120之該隔離部為該第二天線124，其中，該第二天線124可選自為一右手圓極化陣列天線或一左手圓極化陣列天線。若該第二天線124為該右手圓極化陣列天線時，該功率分配器140傳送至該第二天線124的該振盪訊號So會被該第二天線124極化為右手圓極化(Right-hand circular polarization, RHCP)之該第二無線訊號Sw2，而右手圓極化之該第二無線訊號Sw2在碰觸到該解調單元130後，由該解調單元130及其所處環境反射之該雜波訊號Sc會為極化方向正交的左手圓極化波(Left-hand circular polarization, LHCP)，由於該第二天線124並不會接收極化方向正交之電波，因此，可避免該解調單元130及其所處環境反射之該雜波訊號Sc傳送至該SIL振盪器110而影響其振盪頻率，反之，若該第二天線124為該左手圓極化陣列天線時，則該振盪訊號So會被該第二天線124極化為左手圓極化之該第二無線訊號Sw2，該解調單元130及該環境反射之該雜波訊號Sc則為右手圓極化波，相同地不被該第二天線124接收，而可避免該雜波訊號Sc影響該SIL振盪器110的振盪頻率。
在該解調單元130及其所處之該環境與該天線組120之間有相對移動時，本實施例藉由該第二天線124之極化分集特性讓該第二天線124無法接收由該解調單元130及其所處環境反射之該雜波訊號Sc，可避免該解調單元130及其所處環境反射之該雜波訊號Sc影響該SIL振盪器110的振盪頻率，而達成抵抗雜波之功效。由於該SIL振盪器110、該天線組120及該功率分配器140所構成之佈局面積較小，且該解調單元130及其所處之該環境與該天線組120之間的相對移動不會對該SIL振盪器110的振盪頻率產生干擾，因此，該SIL振盪器110、該天線組120及該功率分配器140可為一可攜式裝置，而可直接地設置於該生物體O上，讓生理徵象之感測更加便利。
請參閱第2圖，其為本發明之一第二實施例，其與第一實施例的差異在於該天線組120僅包含單一個天線121，而該天線組120之該隔離部為一頻率選擇表面122。其中，該天線121電性連接該SIL振盪器110，該天線121用以將該振盪訊號So以一第一無線訊號Sw1的形式發射至該生物體O，並接收由該生物體O反射之該反射訊號Sr，且該反射訊號Sr注入鎖定該SIL振盪器110，相同地，該生物體O反射之該反射訊號Sr包含有該生物體O之生理徵象造成的都普勒成份，使得注入鎖定之該SIL振盪器110輸出的該振盪訊號So亦具有該生物體O之生理徵象的都普勒成份，其中，該天線121可為垂直極化或水平極化之線性極化天線。
請參閱第2圖，該頻率選擇表面122位於該天線121傳送該第一無線訊號Sw1至該解調單元130的路徑上，在該天線121將該振盪訊號So極化為垂直極化或水平極化之該第一無線訊號Sw1並傳送至該解調單元130時，該第一無線訊號Sw1會先經過該頻率選擇表面122而被該頻率選擇表面122轉換為圓極化之一第二無線訊號Sw2，接著再傳送至該生物體O，而該解調單元130及其所處環境反射之圓極化的該雜波訊號Sc則會被該頻率選擇表面122轉換為與該第一無線訊號Sw1正交的線性極化波，相同地，由於該天線121不會接收與其極化方向正交之電波，藉此可避免該解調單元130及其所處環境反射之該雜波訊號Sc傳送至該天線121，並防止該雜波Sc影響該SIL振盪器110的振盪頻率。其中，該頻率選擇表面122為特定形狀之金屬片，因此該頻率選擇表面122能直接印刷於該SIL振盪器110及該天線121所處之印刷電路板上，或是額外地設置於該SIL振盪器110及該天線121所處之印刷電路板外，本發明並不在此限。
請參閱第3圖，其為本發明之一第三實施例，其與第一實施例的差異在於該天線組120之該隔離部為一緩衝器125，且該第二天線124的極化方向並無限制。其中，該第一天線123將該振盪訊號So以一第一無線訊號Sw1的形式發射至該生物體O，該第一天線123接收由該生物體O反射之該反射訊號Sr，且該反射訊號Sr注入鎖定該SIL振盪器110，該緩衝器125電性連接該SIL振盪器110，該第二天線124經由該緩衝器125耦接該SIL振盪器110，該SIL振盪器110產生之該振盪訊號So經由該緩衝器125傳送至該第二天線124，該第二天線124用以將該振盪訊號So以一第二無線訊號Sw2的形式發射至該解調單元130，而該解調單元130及其所處環境反射之該雜波訊號Sc傳送至該第二天線124並被該第二天線124接收，但由於該緩衝器125具有隔離度，因此可避免該第二天線124接收之該雜波訊號Sc傳送至該SIL振盪器110，此外，由於該緩衝器125可提供增益，而能提高輸出之功率並降低雜訊干擾。
請參閱第4圖，其為本發明之一第四實施例，其與第一實施例的差異在於該天線組120之該隔離部為一混頻器126及一本地振盪器127，且該第二天線124的極化方向並無限制。其中，該第一天線123將該振盪訊號So以一第一無線訊號Sw1的形式發射至該生物體O，該第一天線123接收由該生物體O反射之該反射訊號Sr，且該反射訊號Sr注入鎖定該SIL振盪器110。該混頻器126電性連接該SIL振盪器110及該本地振盪器127，該混頻器126接收該SIL振盪器110之該振盪訊號So及該本地振盪器127產生之一本地振盪訊號Sol，該混頻器126用以將該振盪訊號So及該本地振盪訊號Sol混頻為一混頻訊號Sm，該混頻訊號Sm之頻率可為該振盪訊號So與該本地振盪訊號Sol之頻率間的差值或和值，該第二天線124電性連接該混頻器126並接收該混頻訊號Sm，該第二天線124用以將該混頻訊號Sm以一第二無線訊號Sw2的形式發射至該解調單元130，而該解調單元130及其所處環境反射之該雜波訊號Sc傳送至該第二天線124並被該第二天線124接收，但由於反射之該雜波訊號Sc的頻率與該SIL振盪器110的振盪頻率差異較大，而不會對該SIL振盪器110產生頻率調制現象。
請參閱第5圖，其為本發明之一第五實施例，其與第一實施例的差異在於該天線組120之該隔離部為一倍頻器128，且該第二天線124的極化方向並無限制。其中，該第一天線123電性連接該SIL振盪器110，該第一天線123將該振盪訊號So以一第一無線訊號Sw1的形式發射至該生物體O，該第一天線123接收由該生物體O反射之該反射訊號Sr並注入鎖定該SIL振盪器110，該倍頻器128電性連接該SIL振盪器110，該倍頻器128接收該SIL振盪器110之該振盪訊號So，該倍頻器128用以將該振盪訊號So之一頻率提升，該第二天線124經由該倍頻器128耦接該SIL振盪器110，該第二天線124用以將倍頻後之該振盪訊號So以一第二無線訊號Sw2的形式發射至該解調單元130，而該解調單元130及其所處環境反射之該雜波訊號Sc傳送至該第二天線124並被該第二天線124接收，但由於反射之該雜波訊號Sc的頻率與該SIL振盪器110的振盪頻率差異較大，而不會對該SIL振盪器110產生頻率調制現象。
請參閱第6圖，其為本發明之一第六實施例，其與第一實施例的差異在於該天線組120之該隔離部為一除頻器129，且該第二天線124的極化方向並無限制。其中，該第一天線123電性連接該SIL振盪器110，該第一天線123將該振盪訊號So以一第一無線訊號Sw1的形式發射至該生物體O，該第一天線123接收由該生物體O反射之該反射訊號Sr並注入該SIL振盪器110，該除頻器129電性連接該SIL振盪器110，該除頻器129接收該SIL振盪器110之該振盪訊號So，除頻器129用以將該振盪訊號So之一頻率降低，該第二天線124經由該除頻器129耦接該SIL振盪器110，該第二天線124用以將除頻後之該振盪訊號So以一第二無線訊號Sw2的形式發射至該解調單元130，而該解調單元130及其所處環境反射之該雜波訊號Sc傳送至該第二天線124並被該第二天線124接收，但由於反射之該雜波訊號Sc的頻率與該SIL振盪器110的振盪頻率差異較大，而不會對該SIL振盪器110產生頻率調制現象。
請參閱第7及8圖，其為本發明之第一實施例的實驗數據，其中該可抵抗雜波之生理徵象感測器100設置於一人體的胸口，且該人體手持該解調單元130不規律地前後搖晃，其中，該第一天線123指向該人體胸口並發射該第一無線訊號Sw1以偵測人體之生理徵象，該第二天線124指向該解調單元130並發射該第二無線訊號Sw2以藉由該解調單元130對該第二無線訊號Sw2解調，其中，第7圖為該解調單元130解調後的時域訊號S BB(t)，可以看到時域訊號S BB(t)的振盪為規律之起伏，代表該SIL振盪器110的振盪頻率並未受到該解調單元130之移動的影響，請參閱第8圖，其為該解調單元130解調後的頻域訊號，可以明顯地看到人體之呼吸及心跳所造成之頻率調制，可證明本案確實具有抵抗雜波以準確地偵測生物體之生理徵象的功效。
本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
100‧‧‧可抵抗雜波之生理徵象感測器
110‧‧‧SIL振盪器
120‧‧‧天線組
121‧‧‧天線
122‧‧‧頻率選擇表面
123‧‧‧第一天線
124‧‧‧第二天線
125‧‧‧緩衝器
126‧‧‧混頻器
127‧‧‧本地振盪器
128‧‧‧倍頻器
129‧‧‧除頻器
130‧‧‧解調單元
140‧‧‧功率分配器
So‧‧‧振盪訊號
O‧‧‧生物體
Sr‧‧‧反射訊號
Sc‧‧‧雜波訊號
Sol‧‧‧本地振盪訊號
Sm‧‧‧混頻訊號
Sw‧‧‧無線訊號
Sw1‧‧‧第一無線訊號
Sw2‧‧‧第二無線訊號
第1圖：依據本發明之一第一實施例，一種可抵抗雜波之生理徵象感測器的示意圖。 第2圖： 依據本發明之一第二實施例，一種可抵抗雜波之生理徵象感測器的示意圖。 第3圖： 依據本發明之一第三實施例，一種可抵抗雜波之生理徵象感測器的示意圖。 第4圖： 依據本發明之一第四實施例，一種可抵抗雜波之生理徵象感測器的示意圖。 第5圖： 依據本發明之一第五實施例，一種可抵抗雜波之生理徵象感測器的示意圖。 第6圖： 依據本發明之一第六實施例，一種可抵抗雜波之生理徵象感測器的示意圖。 第7圖： 本發明之該第一實施例對一人體之生理徵象進行偵測的實測數據。 第8圖： 本發明之該第一實施例對該人體之生理徵象進行偵測的實測數據。

Claims (10)

  1. 一種可抵抗雜波之生理徵象感測器，其包含：一SIL振盪器(Self-injection-locked oscillator)，用以產生一振盪訊號；一天線組，電性連接該SIL振盪器，該天線組接收該振盪訊號並將一無線訊號發射至一生物體，該生物體反射一反射訊號，該天線組接收該反射訊號並傳送至該SIL振盪器，使該SIL振盪器處於一自我注入鎖定狀態(Self-injection-locked state)；以及一解調單元，接收該天線組發射之該無線訊號，且該解調單元及該解調單元所處之一環境反射一雜波訊號，該解調單元對該無線訊號解調以得到一生理訊號，其中該天線組具有一隔離部，該隔離部用以避免反射之該雜波訊號傳送至該SIL振盪器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可抵抗雜波之生理徵象感測器，其中該天線組具有一天線，該隔離部為一頻率選擇表面，該天線用以發射該無線訊號並接收該反射訊號，該頻率選擇表面位於該天線傳送該振盪訊號至該解調單元的路徑上，該頻率選擇表面用以避免該解調單元及該環境反射之該雜波訊號被該天線接收。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之可抵抗雜波之生理徵象感測器，其中該天線組僅包含單一天線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之可抵抗雜波之生理徵象感測器，其中該天線組具有一第一天線，該隔離部為一第二天線，該第一天線及該第二天線耦接該SIL振盪器，該第一天線將一第一無線訊號發射至該生物體，且該第一天線接收該生物體反射之該反射訊號，其中該第二天線可為一右手圓極化陣列天線或一左手圓極化陣列天線，該第二天線用以將一第二無線訊號發射至該解調單元，並避免接收該解調單元及該環境反射之該雜波訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之可抵抗雜波之生理徵象感測器，其另包含一功率分配器，該功率分配器電性連接該SIL振盪器，該功率分配器用以將該振盪訊號分為兩路，其中一路之該振盪訊號傳送至該第一天線，另一路之該振盪訊號傳送至該第二天線。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之可抵抗雜波之生理徵象感測器，其中該第二天線發射至該解調單元之該第二無線訊號的極化方向與該解調單元及該環境反射之該雜波訊號的極化方向正交。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之可抵抗雜波之生理徵象感測器，其中該天線組具有一第一天線及一第二天線，該隔離部為一緩衝器，該緩衝器及該第一天線電性連接該SIL振盪器，該第一天線將一第一無線訊號發射至該生物體，且該第一天線接收該生物體反射之該反射訊號，該第二天線經由該緩衝器耦接該SIL振盪器，該第二天線用以將一第二無線訊號發射至該解調單元，該緩衝器用以避免該解調單元及該環境反射之該雜波訊號傳送至該SIL振盪器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之可抵抗雜波之生理徵象感測器，其中該天線組具有一第一天線及一第二天線，該隔離部為一混頻器及一本地振盪器，該混頻器電性連接該SIL振盪器及該本地振盪器，該混頻器接收該SIL振盪器之該振盪訊號及該本地振盪器產生之一本地振盪訊號，該混頻器用以將該振盪訊號及該本地振盪訊號混頻為一混頻訊號，該第一天線電性連接該SIL振盪器，該第一天線將一第一無線訊號發射至該生物體，且該第一天線接收該生物體反射之該反射訊號，該第二天線電性連接該混頻器並接收該混頻訊號，該第二天線用以將一第二無線訊號發射至該解調單元。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之可抵抗雜波之生理徵象感測器，其中該天線組具有一第一天線及一第二天線，該隔離部為一倍頻器，該倍頻器及該第一天線電性連接該SIL振盪器，該第一天線將一第一無線訊號發射至該生物體，且該第一天線接收該生物體反射之該反射訊號，該倍頻器用以將該振盪訊號之一頻率提升，該第二天線經由該倍頻器耦接該SIL振盪器，該第二天線用以將一第二無線訊號發射至該解調單元。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之可抵抗雜波之生理徵象感測器，其中該天線組具有一第一天線及一第二天線，該隔離部為一除頻器，該除頻器及該第一天線電性連接該SIL振盪器，該第一天線將一第一無線訊號發射至該生物體，且該第一天線接收該生物體反射之該反射訊號，該除頻器用以將該振盪訊號之一頻率降低，該第二天線經由該除頻器耦接該SIL振盪器，該第二天線用以將一第二無線訊號發射至該解調單元。
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