专利名称：雷达非接触式生命参数探测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于以诊断为目的的测量或记录方法或仪器技术领域，具体涉及到雷达非接触式生命参数探测装置。
背景技术：
专利申请号为88100975、发明名称为《便携式生理监视器》的中国专利，包括安装在同一个平面里的呈三角形结构排列的多功能电极，通过监视器来处理多功能电极检测的心动电流图，声音，温度和电导率信息，并且在可见的显示器上定时地显示模拟波形，一个或多个心跳率数字、温度数字和呼吸率数字。医务人员实时地获得病人的维持生命所必需的标记。该专利为手提式，需要在受测者身上接多功能电极，属于接触式监测仪器，无法探测在建筑倒塌的废墟下或障碍物后的是否有活人，也不能对病人实行远距离监护。
专利申请号为95191869.9、发明名称为《探测活物体的方法和装置》的中国专利，是用于感测活人体的方法和装置，采用电磁信号和一个用于该电磁信号的接收机。生命机能的检测可以允许发现被埋的人，并且监测者可以将活人与死人区分开，也适用于监视建筑物内的人或者用于感测病人的生命机能，用于电磁信号的接收机具有一个从电磁信号中提取活生物体的频率成分特征的机构。该专利采用发射装置与接收装置分离，电磁波信号频率固定，不便于使用。
专利申请号为00226272.X、发明名称为《雷达手电筒》的中国专利，是一种手电筒式雷达，在手电筒外壳的前端设有一个发射与接收天线，在手电筒外壳内设有一个微波发射电路和接收识别电路，微波发射电路由微波振荡器构成，发射与接收天线作为振荡电感接在微波振荡器中，接收识别电路至少由选频放大器、电压比较器、单稳延时电路、驱动电路、报警执行电路依次连接构成。它利用雷达探测的原理、并通过被探物与手电筒之间的相对移动准确地找到目标。该专利用于目标寻找，但无法探知目标的性质，即是静止目标还是有微动的目标，也没有监测到目标的微动信息，不具备穿透障碍物的能力。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题以及解决其技术问题采用的技术方案是它包括前置放大级，输入端接雷达的扫频信号输出端。解调电路，输入端接前置放大级的输出端。低通滤波器，输入端接解调电路的输出端。高通滤波器，输入端接低通滤波器的输出端。前置电路，输入端接雷达的点频信号输出端。放大电路，输入端接前置电路的输出端。转换电路，输入端接放大电路、高通滤波器的输出端以及将接计算的PC数字输入端。缓冲级，输入端接转换电路的输出端。低通滤波器组选择电路，输入端接缓冲级的输出端。另一个高通滤波器，输入端接低通滤波器组选择电路的输出端。射随器，输入端接另一个高通滤波器的输出端。另一个前置放大级，输入端接射随器的输出端。功率放大级，输入端接另一个前置放大级的输出端。扬声器，输入端接功率放大级的输出端。另一个低通滤波器，输入端接射随器的输出端。可变增益放大电路，输入端接另一个低通滤波器的输出端。工频陷波器电路，输入端接可变增益放大电路的输出端。复位电路，输入端接工频陷波器电路的输出端、输出端接射随器。光电耦合电路，输入端接工频陷波器电路的输出端，输出呼吸信号。它还包括第三个高通滤波器，输入端接射随器的输出端。另一个可变增益放大电路，输入端接第三个高通滤波器的输出端。另一个工频陷波器电路，输入端接另一个可变增益放大电路的输出端。另一个光电耦合电路，输入端接另一个工频陷波器电路的输出端，输出心跳体动信号。
本实用新型与《便携式生理监视器》、《探测活物体的方法和装置》、《雷达手电筒》的中国专利相比，本实用新型对非接触式雷达输出的扫频和点频两种雷达回波信号进行处理，将雷达回波信号中调制的活的人体的呼吸和心跳体动等微弱信号提取出来，并进行分离和放大，这些提取的生命信号波形真实地反映了活人的相应生命特征，输入计算机进行数据处理。它具有探测准确、探测速度快、使用方便等优点。可用于寻找废墟下或障碍物后的活人、非接触监护、被测人不知情的非接触监测等场合。
图1是本实用新型电气原理方框图。
图2是本实用新型的扫频/点频信号处理的电子线路原理图。
图3是本实用新型的低通滤波器组和监听以及自动复位的电子线路原理图。
图4是本实用新型的呼吸和心动体动信号分离输出的电子线路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实施例。
图1是本实用新型电气原理方框图，参见图1。
在图2中，本实用新型的扫频信号处理电路由前置放大级、解调电路、低通滤波器、高通滤波器依次连接构成。
本实施例的前置放大级由集成电路U101～集成电路U104、二极管D101～二极管D102、R101～R112、C101连接构成，集成电路U101～集成电路U104的型号为THS4001。集成电路U101的正向输入端接二极管D101的正极、二极管D102的负极、R101和R102的一端，二极管D101的负极、二极管D102的正极、以及R102的另一端接地，R101的另一端接C101的一端，C101的另一端接雷达扫频信号输出端，集成电路U101的反相输入端通过R103接输出端。集成电路U102的反相输入端通过R106接输出端以及通过R104接集成电路U101的输出端、正向输入端通过R105接地。集成电路U103与外围件R107～R109、集成电路U104外围件R110～R112的连接关系同集成电路U102与围件的联接关系相同。
本实施例的解调电路由集成电路U105、二极管D103、二极管D104、R113～R115连接构成，集成电路U105的型号为THS4001。集成电路U105的反相输入端接二极管D103的正极和R115的一端以及通过R113接集成电路U104的输出端、正相输入端通过R114接地、输出端接二极管D103的负极和二极管D104的正极，二极管D104的负极接R115的另一端和低通滤波器。
本实施例的低通滤波器由R116、R117、C102、C103连接构成。R116的一端接解调电路二极管D104的负极、另一端接R117和C102的一端，R117的另一端接C103的一端和高通滤波器，C102和C103的另一端接地。
本实施例的高通滤波器由R118、R119、C104连接构成。R118和C104的一端接低通滤波器R117的一端，R119的一端接C104的另一端和转换电路，R118和R119的另一端接地。
扫频输入信号来自雷达的扫频信号输出端，其波形为调幅波信号，其载波为被测物体的距离信息，调制信号包含人体的呼吸、心动体动及干扰信号。雷达的扫频信号经前置放大级C101耦合，R101、二极管D101、二极管D102限幅保护电路送入由集成电路U101构成的前置级射随器电路，并经集成电路U102、集成电路U103、集成电路U104构成的三级反相放大器后，送入解调器电路，解调出人体呼吸信号、心动体动信号及干扰信号。为防止解调输出信号中直流分量及较高频率的干扰信号耦合到后级电路，解调输出信号经低通滤波器和高通滤波器滤波后输出。
本实用新型的点频信号处理电路由前置电路、放大电路依次联接构成。
本实施例的前置电路由集成电路U106A、二极管D105、二极管D106、R120、R121连接构成，集成电路U106A的型号为TLE2074。集成电路U106A的正相输入端接二极管D105的正极和二极管D106的负极并通过R120接雷达点频信号输出端、反相输入端通过R121接输出端和放大电路，二极管D105的负极和二极管D106的正极接地。
本实施例的放大电路由集成电路U106B、集成电路U106C、R122～R130、C105、C106连接构成，集成电路U106B、集成电路U106C的型号为TLE2074。集成电路U106B的反相输入端接R124和C105的一端并通过R122接前置电路的集成电路U106A的输出端、正相输入端通过R123接地、输出端接R124和C105的另一端以及R125的一端并通过R126接集成电路U106C的正相输入端，R123和R125的另一端接地，集成电路U106C的反相输入端通过R127接地并通过R128接输出端和R129的一端以及C106的一端，R129的另一端接地，C106的另一端通过R130接地并接转换电路。
来自雷达的点频信号，频率为0.03Hz～45Hz范围的呼吸信号、心动体动信号以及干扰信号，点频信号经R120、二极管D105、二极管D106构成的限幅保护电路送入集成电路U106A构成的射随器电路，再经放大电路以获得足够强度信号。C106为隔直电容，避免本电路产生的失调电压使后级电路饱和产生信号失真甚至无法工作。
本实用新型的转换电路由集成电路U107、继电器U108、三极管T101、二极管D107、二极管D108、R131～R134、C107～C109连接构成，集成电路U107的型号为4N32是光电耦合器，继电器U108的型号为SRS-12VDC。集成电路U107的发光二极管正极通过R131接PC机数字输入接口、负极接地，集成电路U107的三极管基极接C107的一端并通过R133接地、集电极接二极管D107的正极并通过R132接12v电源正极，C107的另一端接地，二极管D107的负极通过R134接三极管T101的基极和C108的一端，C108的另一端接地，三极管T101的集电极接二极管D108的正极和C109的一端以及继电器U108的2脚，继电器U108的1脚接放大电路C106的另一端、3脚接4脚并接缓冲级、5脚接二极管D108的负极和C109的另一端、6脚接高通滤波器的R119的一端。PC机的A/D接口板给本电路送入0/1二进制信号，经R131、集成电路U107接口电路实现数字地与模拟地的隔离，经二极管D107、R134、C108、三极管T101控制继电器U108的选通，达到控制目的。当PC机发出0信号时，继电器U108处于常开，电路状态为扫频状态；当PC机发出1信号时，继电器U108处于常闭，电路状态为点频状态。来自雷达的扫频/点频信号，由开关电路进行选通之后输出。
在图3中，本实用新型的低通滤波器组和监听以及自动复位电路是由缓冲级、低通滤波器组、高通滤波器、复位电路、射随器、前置放大级、功率放大级、扬声器连接构成，其中前置放大级、功率放大级、扬声器连接成监听电路。
本实施例的缓冲级是由集成电路U106D、二极管D201、二极管D202、R201～R203连接构成，集成电路U106D的型号为TLE2074。集成电路U106D的正相输入端接二极管D201的正极和二极管D202的负极并通过R201接转换电路继电器U108的4脚、反相输入端通过R202接地并通过R203接输出端和低通滤波器组，二极管D201的负极和二极管D202的正极接地。
本实施例的低通滤波器组是由集成电路U201A～集成电路U201D、集成电路U202A～集成电路U202D、集成电路U203A、集成电路U203B、R204～R233、C201～C220、选择开关SW201连接构成，集成电路U201A～集成电路U201D、集成电路U202A～集成电路U202D、集成电路U203A、集成电路U203B的型号为TLE2074。集成电路U201A、集成电路U201B、R204～R209、C201～C204连接成四阶切比雪夫1dB低通滤波器，集成电路U201C、集成电路U201D、R210～R215、C205～C208连接成四阶切比雪夫1dB低通滤波器，集成电路U202A、集成电路U202B、R216～R221、C209～C212连接成四阶切比雪夫1dB低通滤波器，集成电路U202C、集成电路U202D、R222～R227、C213～C216连接成四阶切比雪夫1dB低通滤波器，集成电路U203A、集成电路U203B、R228～R233、C217～C220连接成四阶切比雪夫1dB低通滤波器。集成电路U201B、集成电路U201D、集成电路U202B、集成电路U202D、集成电路U203B的输出端分别接选择关SW201的5个触点，选择关SW201的开关接高通滤波器。低通滤波器组完成对经过缓冲级预处理过的雷达扫频或点频信号经过由五路四阶切比雪夫1dB低通滤波器的低通滤波，滤除与人的生理信号无关的高频杂波，选择开关SW201采用机械转换开关，依据需要进行滤波器手动切换，输出信号到高通滤波器。
本实施例的高通滤波器由R301、R302、C301连接构成。C301的一端接低通滤波器组选择关SW201的开关、另一端接射随器并通过R301接R302的一端和射随器，R302的另一端接地。高通滤波器滤除前级信号中与人的生理信号无关的直流成分，防止后级电路因阻塞而不能正常工作。
本实施例的射随器是由集成电路U301A、R303、R304连接构成，集成电路U301A的型号为TLE2074。集成电路U301A的正相输入端接高通滤波器R302的一端、反相输入端通过R303接输出端和R304的一端以及前置放大级并接呼吸和心动及体动信号分离输出电路，R304的另一端接地。射随器将滤波后信号输出。
本实施例的前置放大级由集成电路U301B、R322～R325、选择开关SW301连接构成，集成电路U301B的型号为TLE2074。集成电路U301B的正相输入端通过R322接选择开关SW301的触点并通过R324接输出端、反相输入端通过R323接地、输出端通过R235接地和R324的另一端并接功率放大级，选择开关SW301的开关接射随器集成电路U301A的输出端。
本实施例的功率放大级由三极管T307、三极管T308、二极管D309、二极管D310、R326～R330、C303连接构成。二极管D309的负极接二极管D310的正极和C303的一端并通过R326接地，C303的另一端接前置放大级集成电路U301B的输出端，二极管D309的正极接三极管T307的基极并通过R327接三极管T307的集电极以及12v电源正极，二极管D310的负极接三极管T308的基极并通过R329接三极管T308的集电极以及12v电源负极，三极管T307的发射极通过R328、R330接三极管T308的发射极。
本实施例的扬声器的一端接功率放大级的R328与R330之间、另一端接地。
由前置放大级、功率放大级、扬声器连接成监听电路，对经过预处理、低通和高通滤波后的信号，包括有人的呼吸、心跳体动生理信息进行监听。
本实施例的复位电路由集成电路U301C、集成电路U301D、三极管T301～三极管T306、二极管D301～二极管D308、R305～R321、C302连接构成。三极管T301和三极管T302的发射极分别接R301的两端、集电极接地、基极通过R305接三极管T304的集电极和二极管D301的正极并通过R306接12v电源负极，二极管D301的负极通过R307接三极管T303的基极和R308的一端，R308的另一端接地，三极管T303的集电极接12v电源正极、发射极接二极管D308的正极并将接计算机无效信号指示输出端，二极管D308的负极通过R309接地。三极管T304的基极接R314的一端并通过R313接12v电源正极和发射极、集电极接R310和C302的一端。三极管T305的基极接R312的一端并通过R311接二极管D302的负极和二极管D303的负极以及C302的一端、集电极接二极管D303的正极和R314的另一端以及R315的一端，二极管D302的正极和R310的另一端以及R312的另一端接地，三极管T306的基极接二极管D304的正极并通过R317接二极管D305的正极、集电极通过R315接地、发射极接12v电源正极，二极管D304的负极通过R316接12v电源正极，二极管D305的负极接二极管D306和二极管D307的正极，二极管D306的负极接集成电路U301C的输出端，二极管D307的负极接集成电路U301D的输出端，集成电路U301C的正相输入端通过R318接12v电源正极并通过R319接地，集成电路U301D的反相输入端通过R320接12v电源负极并通过R321接地，集成电路U301C的反相输入端和集成电路U301D的正相输入端接工频陷波器电路。复位电路完成对无效信号产生时电路的复位，并具有延迟恢复功能，同时给PC机一个无效信号指示电平，复位信号取自呼吸信号通道的光电耦合电路的前级。
在图4中，本实用新型的呼吸和心动体动信号分离输出电路由低通滤波器、高通滤波器、两个可变增益放大电路、两个工频陷波器电路、两个光电耦合电路连接成，其中低通滤波器、可变增益放大电路、工频陷波器电路、光电耦合电路连接成呼吸信号分离输出电路，高通滤波器、另一个可变增益放大电路、另一个工频陷波器电路、另一个光电耦合电路连接成心动体动信号分离输出电路本实施例的低通滤波器是由集成电路U401A、集成电路U401B、R400～R409、C400～C403连接成四阶切比雪夫1dB低通滤波器，集成电路U401A、集成电路U401B的型号为TLE2074。
本实施例的可变增益放大电路由集成电路U402A、二极管D400、二极管D401、R410～R416、C404～C406、选择开关SW400连接构成，集成电路U402A的型号为TLE2074。集成电路U402A的正相输入端接二极管D400的正极和二极管D401的负极以及R411的一端并通过R410接C404的一端、反相输入端接C405的一端和选择开关SW400的开关以及通过R412接地、输出端接C405的另一端和C406的一端以及R413～R416的一端，C404的另一端接低通滤波器的集成电路U401B的输出端，二极管D400的正极、二极管D401的负极、R411和R411的另一端接地，R413～R416的另一端分别接选择开关SW400的4个触点，C406的另一端接工频陷波器电路。
本实施例的工频陷波器电路由集成电路U402B、集成电路U403A、R417～R424、电位器RT400、电位器RT401、C407、C408连接构成，集成电路U402B、集成电路U403A的型号为TLE2074。集成电路U402B的正相输入端接地、反相输入端接R421和C407的一端、输出端接R421的另一端和C408的一端并通过R422接集成电路U403A的正相输入端和R419的一端，C407的另一端接R420的一端、电位器RT400的一端和可调端以及C408的另一端，电位器RT400的另一端通过R418接R417的一端和R419的另一端以及可变增益放大电路C406的另一端，R420的另一端接电位器RT401的一端，电位器RT401的另一端和可调端以及R417的另一端接地。集成电路U403A的反相输入端通过R423接地并通过R424接输出端和光电耦合电路以及复位电路的集成电路U301C的反相输入端。
本实施例的光电耦合电路由集成电路U403B、集成电路U404A、集成电路U405A、集成电路U405B、R425～R434、电位器RT402、C409、C410连接构成，集成电路U403B、集成电路U404A的型号为TLE2074，集成电路U405A、集成电路U405B的型号为TLP521/2，是光电耦合器。集成电路U403B的正相输入端接集成电路U405A的三极管集电极以及通过R426接12v电源正极并通过R425接工频陷波器电路的集成电路U403A的输出端、反相输入端通过R427接地、输出端接集成电路U405B的二极管负极，集成电路U405A的三极管发射极接12v电源负极，集成电路U405A的二极管正极通过R428接地、负极接集成电路U405B的二极管正极，集成电路U405B三极管的集电极接集成电路U404A的正相输入端、R431和R432的一端、并通过R429和电位器RT402接9v电源正极，集成电路U405B三极管的发射极接9v电源负极，集成电路U404A的反相输入端通过R430接地，集成电路U404A的输出端接R431和C409的一端、通过R433接地、并通过R434将与计算机连接，C409的另一端接R432的另一端，C410接R434的另一端与地之间。
由以上低通滤波器、可变增益放大电路、工频陷波器电路、光电耦合电路连成的呼吸信号分离输出电路，对经射随器输出的电信号经低通滤波后分离出0.03～0.6Hz人的呼吸信号，对呼吸信号进行增益放大、经工频陷波器电路滤除50Hz工频干扰信号，最后通过光电耦合电路实现模拟地和数字地的隔离，向计算机输出呼吸信号。此外，工频陷波器电路还向复位电路提供复位控制信号。
本实施例的高通滤波器是由集成电路U401C、集成电路U401D、R450～R459、C450～C453连接成四阶切比雪夫1dB高通滤波器，集成电路U401C、集成电路U401D的型号为TLE2074。本实施例的另一个可变增益放大电路由集成电路U402C、二极管D450、二极管D451、R460～R466、C454～C456、选择开关SW450连接构成，集成电路U402C的型号为TLE2074，其连接关系与前一个可变增益放大电路完全相同。本实施例的另一个工频陷波器电路由集成电路U402D、集成电路U403C、R467～R474、电位器RT450、电位器RT451、C457、C458连接构成，集成电路U402D、集成电路U403C的型号为TLE2074，其连接关系与前一个工频陷波器电路完全相同。本实施例的另一个光电耦合电路由集成电路U403D、集成电路U404D、集成电路U406A、集成电路U406B、R475～R484、电位器RT452、C459、C460连接构成，集成电路U403D、集成电路U404D的型号为TLE2074，集成电路U406A、集成电路U406B的型号为TLP521/2，是光电耦合器，其连接关系与前一个光电耦合电路完全相同。
由以上高通滤波器、可变增益放大电路、工频陷波器电路、光电耦合电路连成的电路，对经射随器输出的电信号经低通滤波后分离出0.7～45Hz人的心跳体动信号，对心跳体动信号进行增益放大、经工频陷波器电路限制工频，最后通过光电耦合电路实现模拟地和数字地的隔离，向计算机输出心跳体动信号。
权利要求1.一种雷达非接触式生命参数探测装置，其特征在于它包括前置放大级，输入端接雷达的扫频信号输出端；解调电路，输入端接前置放大级的输出端；低通滤波器，输入端接解调电路的输出端；高通滤波器，输入端接低通滤波器的输出端；前置电路，输入端接雷达的点频信号输出端；放大电路，输入端接前置电路的输出端；转换电路，输入端接放大电路、高通滤波器的输出端以及将接计算的PC数字输入端；缓冲级，输入端接转换电路的输出端；低通滤波器组选择电路，输入端接缓冲级的输出端；另一个高通滤波器，输入端接低通滤波器组选择电路的输出端；射随器，输入端接另一个高通滤波器的输出端；另一个前置放大级，输入端接射随器的输出端；功率放大级，输入端接另一个前置放大级的输出端；扬声器，输入端接功率放大级的输出端；另一个低通滤波器，输入端接射随器的输出端；可变增益放大电路，输入端接另一个低通滤波器的输出端；工频陷波器电路，输入端接可变增益放大电路的输出端；复位电路，输入端接工频陷波器电路的输出端、输出端接射随器；光电耦合电路，输入端接工频陷波器电路的输出端，输出呼吸信号；它还包括第三个高通滤波器，输入端接射随器的输出端；另一个可变增益放大电路，输入端接第三个高通滤波器的输出端；另一个工频陷波器电路，输入端接另一个可变增益放大电路的输出端；另一个光电耦合电路，输入端接另一个工频陷波器电路的输出端，输出心跳体动信号。
专利摘要一种雷达非接触式生命参数探测装置，由两个前置放大级、解调电路、两个低通滤波器、三个高通滤波器、前置电路、放大电路、转换电路、缓冲级、低通滤波器组选择电路、射随器、功率放大级、扬声器、复位电路、两个可变增益放大电路、两个工频陷波器电路、两个光电耦合电路连接构成。它对雷达输出的扫频和点频信号进行处理，将活的人体的呼吸和心跳体动信号提取出，分离放大输出。可用于寻找废墟下或障碍物后的活人、非接触监护等。
文档编号G01S7/02GK2529267SQ0222462
公开日2003年1月1日 申请日期2002年3月15日 优先权日2002年3月15日
发明者王健琪, 王海滨, 荆西京, 杨波, 董秀珍, 杨国胜, 朱新亚 申请人:中国人民解放军第四军医大学