專利名稱：雷達非接觸式生命參數(shù)探測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于以診斷為目的的測量或記錄方法或儀器技術領域，具體涉及到雷達非接觸式生命參數(shù)探測裝置。
背景技術：
專利申請?zhí)枮?8100975、發(fā)明名稱為《便攜式生理監(jiān)視器》的中國專利，包括安裝在同一個平面里的呈三角形結構排列的多功能電極，通過監(jiān)視器來處理多功能電極檢測的心動電流圖，聲音，溫度和電導率信息，并且在可見的顯示器上定時地顯示模擬波形，一個或多個心跳率數(shù)字、溫度數(shù)字和呼吸率數(shù)字。醫(yī)務人員實時地獲得病人的維持生命所必需的標記。該專利為手提式，需要在受測者身上接多功能電極，屬于接觸式監(jiān)測儀器，無法探測在建筑倒塌的廢墟下或障礙物后的是否有活人，也不能對病人實行遠距離監(jiān)護。
專利申請?zhí)枮?5191869.9、發(fā)明名稱為《探測活物體的方法和裝置》的中國專利，是用于感測活人體的方法和裝置，采用電磁信號和一個用于該電磁信號的接收機。生命機能的檢測可以允許發(fā)現(xiàn)被埋的人，并且監(jiān)測者可以將活人與死人區(qū)分開，也適用于監(jiān)視建筑物內的人或者用于感測病人的生命機能，用于電磁信號的接收機具有一個從電磁信號中提取活生物體的頻率成分特征的機構。該專利采用發(fā)射裝置與接收裝置分離，電磁波信號頻率固定，不便于使用。
專利申請?zhí)枮?0226272.X、發(fā)明名稱為《雷達手電筒》的中國專利，是一種手電筒式雷達，在手電筒外殼的前端設有一個發(fā)射與接收天線，在手電筒外殼內設有一個微波發(fā)射電路和接收識別電路，微波發(fā)射電路由微波振蕩器構成，發(fā)射與接收天線作為振蕩電感接在微波振蕩器中，接收識別電路至少由選頻放大器、電壓比較器、單穩(wěn)延時電路、驅動電路、報警執(zhí)行電路依次連接構成。它利用雷達探測的原理、并通過被探物與手電筒之間的相對移動準確地找到目標。該專利用于目標尋找，但無法探知目標的性質，即是靜止目標還是有微動的目標，也沒有監(jiān)測到目標的微動信息，不具備穿透障礙物的能力。

發(fā)明內容
本實用新型所要解決的技術問題以及解決其技術問題采用的技術方案是它包括前置放大級，輸入端接雷達的掃頻信號輸出端。解調電路，輸入端接前置放大級的輸出端。低通濾波器，輸入端接解調電路的輸出端。高通濾波器，輸入端接低通濾波器的輸出端。前置電路，輸入端接雷達的點頻信號輸出端。放大電路，輸入端接前置電路的輸出端。轉換電路，輸入端接放大電路、高通濾波器的輸出端以及將接計算的PC數(shù)字輸入端。緩沖級，輸入端接轉換電路的輸出端。低通濾波器組選擇電路，輸入端接緩沖級的輸出端。另一個高通濾波器，輸入端接低通濾波器組選擇電路的輸出端。射隨器，輸入端接另一個高通濾波器的輸出端。另一個前置放大級，輸入端接射隨器的輸出端。功率放大級，輸入端接另一個前置放大級的輸出端。揚聲器，輸入端接功率放大級的輸出端。另一個低通濾波器，輸入端接射隨器的輸出端?？勺冊鲆娣糯箅娐罚斎攵私恿硪粋€低通濾波器的輸出端。工頻陷波器電路，輸入端接可變增益放大電路的輸出端。復位電路，輸入端接工頻陷波器電路的輸出端、輸出端接射隨器。光電耦合電路，輸入端接工頻陷波器電路的輸出端，輸出呼吸信號。它還包括第三個高通濾波器，輸入端接射隨器的輸出端。另一個可變增益放大電路，輸入端接第三個高通濾波器的輸出端。另一個工頻陷波器電路，輸入端接另一個可變增益放大電路的輸出端。另一個光電耦合電路，輸入端接另一個工頻陷波器電路的輸出端，輸出心跳體動信號。
本實用新型與《便攜式生理監(jiān)視器》、《探測活物體的方法和裝置》、《雷達手電筒》的中國專利相比，本實用新型對非接觸式雷達輸出的掃頻和點頻兩種雷達回波信號進行處理，將雷達回波信號中調制的活的人體的呼吸和心跳體動等微弱信號提取出來，并進行分離和放大，這些提取的生命信號波形真實地反映了活人的相應生命特征，輸入計算機進行數(shù)據(jù)處理。它具有探測準確、探測速度快、使用方便等優(yōu)點?？捎糜趯ふ覐U墟下或障礙物后的活人、非接觸監(jiān)護、被測人不知情的非接觸監(jiān)測等場合。


圖1是本實用新型電氣原理方框圖。
圖2是本實用新型的掃頻/點頻信號處理的電子線路原理圖。
圖3是本實用新型的低通濾波器組和監(jiān)聽以及自動復位的電子線路原理圖。
圖4是本實用新型的呼吸和心動體動信號分離輸出的電子線路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步詳細說明，但本實用新型不限于這些實施例。
圖1是本實用新型電氣原理方框圖，參見圖1。
在圖2中，本實用新型的掃頻信號處理電路由前置放大級、解調電路、低通濾波器、高通濾波器依次連接構成。
本實施例的前置放大級由集成電路U101～集成電路U104、二極管D101～二極管D102、R101～R112、C101連接構成，集成電路U101～集成電路U104的型號為THS4001。集成電路U101的正向輸入端接二極管D101的正極、二極管D102的負極、R101和R102的一端，二極管D101的負極、二極管D102的正極、以及R102的另一端接地，R101的另一端接C101的一端，C101的另一端接雷達掃頻信號輸出端，集成電路U101的反相輸入端通過R103接輸出端。集成電路U102的反相輸入端通過R106接輸出端以及通過R104接集成電路U101的輸出端、正向輸入端通過R105接地。集成電路U103與外圍件R107～R109、集成電路U104外圍件R110～R112的連接關系同集成電路U102與圍件的聯(lián)接關系相同。
本實施例的解調電路由集成電路U105、二極管D103、二極管D104、R113～R115連接構成，集成電路U105的型號為THS4001。集成電路U105的反相輸入端接二極管D103的正極和R115的一端以及通過R113接集成電路U104的輸出端、正相輸入端通過R114接地、輸出端接二極管D103的負極和二極管D104的正極，二極管D104的負極接R115的另一端和低通濾波器。
本實施例的低通濾波器由R116、R117、C102、C103連接構成。R116的一端接解調電路二極管D104的負極、另一端接R117和C102的一端，R117的另一端接C103的一端和高通濾波器，C102和C103的另一端接地。
本實施例的高通濾波器由R118、R119、C104連接構成。R118和C104的一端接低通濾波器R117的一端，R119的一端接C104的另一端和轉換電路，R118和R119的另一端接地。
掃頻輸入信號來自雷達的掃頻信號輸出端，其波形為調幅波信號，其載波為被測物體的距離信息，調制信號包含人體的呼吸、心動體動及干擾信號。雷達的掃頻信號經(jīng)前置放大級C101耦合，R101、二極管D101、二極管D102限幅保護電路送入由集成電路U101構成的前置級射隨器電路，并經(jīng)集成電路U102、集成電路U103、集成電路U104構成的三級反相放大器后，送入解調器電路，解調出人體呼吸信號、心動體動信號及干擾信號。為防止解調輸出信號中直流分量及較高頻率的干擾信號耦合到后級電路，解調輸出信號經(jīng)低通濾波器和高通濾波器濾波后輸出。
本實用新型的點頻信號處理電路由前置電路、放大電路依次聯(lián)接構成。
本實施例的前置電路由集成電路U106A、二極管D105、二極管D106、R120、R121連接構成，集成電路U106A的型號為TLE2074。集成電路U106A的正相輸入端接二極管D105的正極和二極管D106的負極并通過R120接雷達點頻信號輸出端、反相輸入端通過R121接輸出端和放大電路，二極管D105的負極和二極管D106的正極接地。
本實施例的放大電路由集成電路U106B、集成電路U106C、R122～R130、C105、C106連接構成，集成電路U106B、集成電路U106C的型號為TLE2074。集成電路U106B的反相輸入端接R124和C105的一端并通過R122接前置電路的集成電路U106A的輸出端、正相輸入端通過R123接地、輸出端接R124和C105的另一端以及R125的一端并通過R126接集成電路U106C的正相輸入端，R123和R125的另一端接地，集成電路U106C的反相輸入端通過R127接地并通過R128接輸出端和R129的一端以及C106的一端，R129的另一端接地，C106的另一端通過R130接地并接轉換電路。
來自雷達的點頻信號，頻率為0.03Hz～45Hz范圍的呼吸信號、心動體動信號以及干擾信號，點頻信號經(jīng)R120、二極管D105、二極管D106構成的限幅保護電路送入集成電路U106A構成的射隨器電路，再經(jīng)放大電路以獲得足夠強度信號。C106為隔直電容，避免本電路產(chǎn)生的失調電壓使后級電路飽和產(chǎn)生信號失真甚至無法工作。
本實用新型的轉換電路由集成電路U107、繼電器U108、三極管T101、二極管D107、二極管D108、R131～R134、C107～C109連接構成，集成電路U107的型號為4N32是光電耦合器，繼電器U108的型號為SRS-12VDC。集成電路U107的發(fā)光二極管正極通過R131接PC機數(shù)字輸入接口、負極接地，集成電路U107的三極管基極接C107的一端并通過R133接地、集電極接二極管D107的正極并通過R132接12v電源正極，C107的另一端接地，二極管D107的負極通過R134接三極管T101的基極和C108的一端，C108的另一端接地，三極管T101的集電極接二極管D108的正極和C109的一端以及繼電器U108的2腳，繼電器U108的1腳接放大電路C106的另一端、3腳接4腳并接緩沖級、5腳接二極管D108的負極和C109的另一端、6腳接高通濾波器的R119的一端。PC機的A/D接口板給本電路送入0/1二進制信號，經(jīng)R131、集成電路U107接口電路實現(xiàn)數(shù)字地與模擬地的隔離，經(jīng)二極管D107、R134、C108、三極管T101控制繼電器U108的選通，達到控制目的。當PC機發(fā)出0信號時，繼電器U108處于常開，電路狀態(tài)為掃頻狀態(tài)；當PC機發(fā)出1信號時，繼電器U108處于常閉，電路狀態(tài)為點頻狀態(tài)。來自雷達的掃頻/點頻信號，由開關電路進行選通之后輸出。
在圖3中，本實用新型的低通濾波器組和監(jiān)聽以及自動復位電路是由緩沖級、低通濾波器組、高通濾波器、復位電路、射隨器、前置放大級、功率放大級、揚聲器連接構成，其中前置放大級、功率放大級、揚聲器連接成監(jiān)聽電路。
本實施例的緩沖級是由集成電路U106D、二極管D201、二極管D202、R201～R203連接構成，集成電路U106D的型號為TLE2074。集成電路U106D的正相輸入端接二極管D201的正極和二極管D202的負極并通過R201接轉換電路繼電器U108的4腳、反相輸入端通過R202接地并通過R203接輸出端和低通濾波器組，二極管D201的負極和二極管D202的正極接地。
本實施例的低通濾波器組是由集成電路U201A～集成電路U201D、集成電路U202A～集成電路U202D、集成電路U203A、集成電路U203B、R204～R233、C201～C220、選擇開關SW201連接構成，集成電路U201A～集成電路U201D、集成電路U202A～集成電路U202D、集成電路U203A、集成電路U203B的型號為TLE2074。集成電路U201A、集成電路U201B、R204～R209、C201～C204連接成四階切比雪夫1dB低通濾波器，集成電路U201C、集成電路U201D、R210～R215、C205～C208連接成四階切比雪夫1dB低通濾波器，集成電路U202A、集成電路U202B、R216～R221、C209～C212連接成四階切比雪夫1dB低通濾波器，集成電路U202C、集成電路U202D、R222～R227、C213～C216連接成四階切比雪夫1dB低通濾波器，集成電路U203A、集成電路U203B、R228～R233、C217～C220連接成四階切比雪夫1dB低通濾波器。集成電路U201B、集成電路U201D、集成電路U202B、集成電路U202D、集成電路U203B的輸出端分別接選擇關SW201的5個觸點，選擇關SW201的開關接高通濾波器。低通濾波器組完成對經(jīng)過緩沖級預處理過的雷達掃頻或點頻信號經(jīng)過由五路四階切比雪夫1dB低通濾波器的低通濾波，濾除與人的生理信號無關的高頻雜波，選擇開關SW201采用機械轉換開關，依據(jù)需要進行濾波器手動切換，輸出信號到高通濾波器。
本實施例的高通濾波器由R301、R302、C301連接構成。C301的一端接低通濾波器組選擇關SW201的開關、另一端接射隨器并通過R301接R302的一端和射隨器，R302的另一端接地。高通濾波器濾除前級信號中與人的生理信號無關的直流成分，防止后級電路因阻塞而不能正常工作。
本實施例的射隨器是由集成電路U301A、R303、R304連接構成，集成電路U301A的型號為TLE2074。集成電路U301A的正相輸入端接高通濾波器R302的一端、反相輸入端通過R303接輸出端和R304的一端以及前置放大級并接呼吸和心動及體動信號分離輸出電路，R304的另一端接地。射隨器將濾波后信號輸出。
本實施例的前置放大級由集成電路U301B、R322～R325、選擇開關SW301連接構成，集成電路U301B的型號為TLE2074。集成電路U301B的正相輸入端通過R322接選擇開關SW301的觸點并通過R324接輸出端、反相輸入端通過R323接地、輸出端通過R235接地和R324的另一端并接功率放大級，選擇開關SW301的開關接射隨器集成電路U301A的輸出端。
本實施例的功率放大級由三極管T307、三極管T308、二極管D309、二極管D310、R326～R330、C303連接構成。二極管D309的負極接二極管D310的正極和C303的一端并通過R326接地，C303的另一端接前置放大級集成電路U301B的輸出端，二極管D309的正極接三極管T307的基極并通過R327接三極管T307的集電極以及12v電源正極，二極管D310的負極接三極管T308的基極并通過R329接三極管T308的集電極以及12v電源負極，三極管T307的發(fā)射極通過R328、R330接三極管T308的發(fā)射極。
本實施例的揚聲器的一端接功率放大級的R328與R330之間、另一端接地。
由前置放大級、功率放大級、揚聲器連接成監(jiān)聽電路，對經(jīng)過預處理、低通和高通濾波后的信號，包括有人的呼吸、心跳體動生理信息進行監(jiān)聽。
本實施例的復位電路由集成電路U301C、集成電路U301D、三極管T301～三極管T306、二極管D301～二極管D308、R305～R321、C302連接構成。三極管T301和三極管T302的發(fā)射極分別接R301的兩端、集電極接地、基極通過R305接三極管T304的集電極和二極管D301的正極并通過R306接12v電源負極，二極管D301的負極通過R307接三極管T303的基極和R308的一端，R308的另一端接地，三極管T303的集電極接12v電源正極、發(fā)射極接二極管D308的正極并將接計算機無效信號指示輸出端，二極管D308的負極通過R309接地。三極管T304的基極接R314的一端并通過R313接12v電源正極和發(fā)射極、集電極接R310和C302的一端。三極管T305的基極接R312的一端并通過R311接二極管D302的負極和二極管D303的負極以及C302的一端、集電極接二極管D303的正極和R314的另一端以及R315的一端，二極管D302的正極和R310的另一端以及R312的另一端接地，三極管T306的基極接二極管D304的正極并通過R317接二極管D305的正極、集電極通過R315接地、發(fā)射極接12v電源正極，二極管D304的負極通過R316接12v電源正極，二極管D305的負極接二極管D306和二極管D307的正極，二極管D306的負極接集成電路U301C的輸出端，二極管D307的負極接集成電路U301D的輸出端，集成電路U301C的正相輸入端通過R318接12v電源正極并通過R319接地，集成電路U301D的反相輸入端通過R320接12v電源負極并通過R321接地，集成電路U301C的反相輸入端和集成電路U301D的正相輸入端接工頻陷波器電路。復位電路完成對無效信號產(chǎn)生時電路的復位，并具有延遲恢復功能，同時給PC機一個無效信號指示電平，復位信號取自呼吸信號通道的光電耦合電路的前級。
在圖4中，本實用新型的呼吸和心動體動信號分離輸出電路由低通濾波器、高通濾波器、兩個可變增益放大電路、兩個工頻陷波器電路、兩個光電耦合電路連接成，其中低通濾波器、可變增益放大電路、工頻陷波器電路、光電耦合電路連接成呼吸信號分離輸出電路，高通濾波器、另一個可變增益放大電路、另一個工頻陷波器電路、另一個光電耦合電路連接成心動體動信號分離輸出電路本實施例的低通濾波器是由集成電路U401A、集成電路U401B、R400～R409、C400～C403連接成四階切比雪夫1dB低通濾波器，集成電路U401A、集成電路U401B的型號為TLE2074。
本實施例的可變增益放大電路由集成電路U402A、二極管D400、二極管D401、R410～R416、C404～C406、選擇開關SW400連接構成，集成電路U402A的型號為TLE2074。集成電路U402A的正相輸入端接二極管D400的正極和二極管D401的負極以及R411的一端并通過R410接C404的一端、反相輸入端接C405的一端和選擇開關SW400的開關以及通過R412接地、輸出端接C405的另一端和C406的一端以及R413～R416的一端，C404的另一端接低通濾波器的集成電路U401B的輸出端，二極管D400的正極、二極管D401的負極、R411和R411的另一端接地，R413～R416的另一端分別接選擇開關SW400的4個觸點，C406的另一端接工頻陷波器電路。
本實施例的工頻陷波器電路由集成電路U402B、集成電路U403A、R417～R424、電位器RT400、電位器RT401、C407、C408連接構成，集成電路U402B、集成電路U403A的型號為TLE2074。集成電路U402B的正相輸入端接地、反相輸入端接R421和C407的一端、輸出端接R421的另一端和C408的一端并通過R422接集成電路U403A的正相輸入端和R419的一端，C407的另一端接R420的一端、電位器RT400的一端和可調端以及C408的另一端，電位器RT400的另一端通過R418接R417的一端和R419的另一端以及可變增益放大電路C406的另一端，R420的另一端接電位器RT401的一端，電位器RT401的另一端和可調端以及R417的另一端接地。集成電路U403A的反相輸入端通過R423接地并通過R424接輸出端和光電耦合電路以及復位電路的集成電路U301C的反相輸入端。
本實施例的光電耦合電路由集成電路U403B、集成電路U404A、集成電路U405A、集成電路U405B、R425～R434、電位器RT402、C409、C410連接構成，集成電路U403B、集成電路U404A的型號為TLE2074，集成電路U405A、集成電路U405B的型號為TLP521/2，是光電耦合器。集成電路U403B的正相輸入端接集成電路U405A的三極管集電極以及通過R426接12v電源正極并通過R425接工頻陷波器電路的集成電路U403A的輸出端、反相輸入端通過R427接地、輸出端接集成電路U405B的二極管負極，集成電路U405A的三極管發(fā)射極接12v電源負極，集成電路U405A的二極管正極通過R428接地、負極接集成電路U405B的二極管正極，集成電路U405B三極管的集電極接集成電路U404A的正相輸入端、R431和R432的一端、并通過R429和電位器RT402接9v電源正極，集成電路U405B三極管的發(fā)射極接9v電源負極，集成電路U404A的反相輸入端通過R430接地，集成電路U404A的輸出端接R431和C409的一端、通過R433接地、并通過R434將與計算機連接，C409的另一端接R432的另一端，C410接R434的另一端與地之間。
由以上低通濾波器、可變增益放大電路、工頻陷波器電路、光電耦合電路連成的呼吸信號分離輸出電路，對經(jīng)射隨器輸出的電信號經(jīng)低通濾波后分離出0.03～0.6Hz人的呼吸信號，對呼吸信號進行增益放大、經(jīng)工頻陷波器電路濾除50Hz工頻干擾信號，最后通過光電耦合電路實現(xiàn)模擬地和數(shù)字地的隔離，向計算機輸出呼吸信號。此外，工頻陷波器電路還向復位電路提供復位控制信號。
本實施例的高通濾波器是由集成電路U401C、集成電路U401D、R450～R459、C450～C453連接成四階切比雪夫1dB高通濾波器，集成電路U401C、集成電路U401D的型號為TLE2074。本實施例的另一個可變增益放大電路由集成電路U402C、二極管D450、二極管D451、R460～R466、C454～C456、選擇開關SW450連接構成，集成電路U402C的型號為TLE2074，其連接關系與前一個可變增益放大電路完全相同。本實施例的另一個工頻陷波器電路由集成電路U402D、集成電路U403C、R467～R474、電位器RT450、電位器RT451、C457、C458連接構成，集成電路U402D、集成電路U403C的型號為TLE2074，其連接關系與前一個工頻陷波器電路完全相同。本實施例的另一個光電耦合電路由集成電路U403D、集成電路U404D、集成電路U406A、集成電路U406B、R475～R484、電位器RT452、C459、C460連接構成，集成電路U403D、集成電路U404D的型號為TLE2074，集成電路U406A、集成電路U406B的型號為TLP521/2，是光電耦合器，其連接關系與前一個光電耦合電路完全相同。
由以上高通濾波器、可變增益放大電路、工頻陷波器電路、光電耦合電路連成的電路，對經(jīng)射隨器輸出的電信號經(jīng)低通濾波后分離出0.7～45Hz人的心跳體動信號，對心跳體動信號進行增益放大、經(jīng)工頻陷波器電路限制工頻，最后通過光電耦合電路實現(xiàn)模擬地和數(shù)字地的隔離，向計算機輸出心跳體動信號。
權利要求1.一種雷達非接觸式生命參數(shù)探測裝置，其特征在于它包括前置放大級，輸入端接雷達的掃頻信號輸出端；解調電路，輸入端接前置放大級的輸出端；低通濾波器，輸入端接解調電路的輸出端；高通濾波器，輸入端接低通濾波器的輸出端；前置電路，輸入端接雷達的點頻信號輸出端；放大電路，輸入端接前置電路的輸出端；轉換電路，輸入端接放大電路、高通濾波器的輸出端以及將接計算的PC數(shù)字輸入端；緩沖級，輸入端接轉換電路的輸出端；低通濾波器組選擇電路，輸入端接緩沖級的輸出端；另一個高通濾波器，輸入端接低通濾波器組選擇電路的輸出端；射隨器，輸入端接另一個高通濾波器的輸出端；另一個前置放大級，輸入端接射隨器的輸出端；功率放大級，輸入端接另一個前置放大級的輸出端；揚聲器，輸入端接功率放大級的輸出端；另一個低通濾波器，輸入端接射隨器的輸出端；可變增益放大電路，輸入端接另一個低通濾波器的輸出端；工頻陷波器電路，輸入端接可變增益放大電路的輸出端；復位電路，輸入端接工頻陷波器電路的輸出端、輸出端接射隨器；光電耦合電路，輸入端接工頻陷波器電路的輸出端，輸出呼吸信號；它還包括第三個高通濾波器，輸入端接射隨器的輸出端；另一個可變增益放大電路，輸入端接第三個高通濾波器的輸出端；另一個工頻陷波器電路，輸入端接另一個可變增益放大電路的輸出端；另一個光電耦合電路，輸入端接另一個工頻陷波器電路的輸出端，輸出心跳體動信號。
專利摘要一種雷達非接觸式生命參數(shù)探測裝置，由兩個前置放大級、解調電路、兩個低通濾波器、三個高通濾波器、前置電路、放大電路、轉換電路、緩沖級、低通濾波器組選擇電路、射隨器、功率放大級、揚聲器、復位電路、兩個可變增益放大電路、兩個工頻陷波器電路、兩個光電耦合電路連接構成。它對雷達輸出的掃頻和點頻信號進行處理，將活的人體的呼吸和心跳體動信號提取出，分離放大輸出?？捎糜趯ふ覐U墟下或障礙物后的活人、非接觸監(jiān)護等。
文檔編號G01S7/02GK2529267SQ0222462
公開日2003年1月1日 申請日期2002年3月15日 優(yōu)先權日2002年3月15日
發(fā)明者王健琪, 王海濱, 荊西京, 楊波, 董秀珍, 楊國勝, 朱新亞 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學