基于电流耦合型ibc的信息交互建模方法及其装置的制造方法_2

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(a)表示人体手掌的几何模型示意图,(b)表示单位长度的人体手掌几何模型示意图,(c)表示单位长度的五层组织并联电路模型示意图,(d)表示单位纵向阻抗的几何模型示意图;
[0031]图5为本发明实施例肢体接触(握手)模型的纵向阻抗建模过程示意图,其中(a)表示人体-人体握手的几何模型示意图,(b)表示单位长度的人体-人体握手的几何模型示意图,(c)表示单位长度的五层组织串联电路模型示意图,(d)表示单位横向阻抗的几何模型示意图;
[0032]图6位本发明实施例模型验证实验结果。
[0033]附图标记:
[0034]1为发射端模型,包括:11_人体通信发射器模型(电压源及其内阻),12-发射端电极-人体接触阻抗;
[0035]2为多人体介质模型,包括:21_输入阻抗,22-人体A的横向阻抗,23-人体-人体接触(握手)阻抗,24-人体B的横向阻抗,25-介质交叉阻抗,26-输出阻抗;
[0036]3为接收端模型,包括:31_接收端电极-人体接触阻抗,32-人体通信接收器模型;
[0037]231-人体A的手掌部分单位横向阻抗,232-人体B的手掌部分单位横向阻抗,233-人体A、人体B手掌接触部分整体几何模型的单位纵向阻抗。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0039]实施例
[0040]下面以握手为例说明本发明基于电流耦合型IBC的信息交互建模方法的具体实施过程:
[0041]步骤一,建立基于电流耦合型IBC的信息交互总体电路模型;
[0042]在基于电流耦合型IBC的信息交互中,信号通过人体通信发射器、发射电极耦合进人体A,并经由人体A,处于握手状态的两只手、人体B。最终,由人体B端的接收电极、人体通信接收器检测出经由人体传输的信号,进而实现基于肢体接触的信息交互。依据上述信号传输的过程,建立基于肢体接触的信息交互的总体电路模型。该模型主要包括:发射端模型(人体通信发射器模型,发射端电极-人体接触阻抗),多人体介质模型(输入阻抗,横向阻抗,交叉阻抗,人体-人体接触阻抗,输出阻抗),接收端模型(人体通信接收器模型,接收端电极-人体接触阻抗)等。如图1所示,包括如下内容:
[0043]发射端模型1,主要模拟人体通信发射器,包括:人体通信发射器模型11,包括电压源及其内阻,发射端电极-人体接触阻抗12 ;
[0044]多人体介质模型2,主要模拟进行信息交互的两个人体,如人体A和人体B、以及人体-人体接触部分;由于本实施例是以握手为例,因此接触部分为手掌,包括,用于模拟双人体介质通道的整体输入阻抗21,用于模拟人体A的横向阻抗22,用于模拟人体-人体手掌接触部分的阻抗23,用于模拟人体B的横向阻抗24,用于模拟双人体介质通道的整体交叉阻抗25,用于模拟双人体介质通道的整体输出阻抗26 ;
[0045]接收端模型3,主要模拟人体通信接收器,包括:接收端电极-人体接触阻抗31,人体通信接收器模型32,即接收发射器阻抗,其大小视选取的接收发射器而定。
[0046]上述阻抗中除人体-人体接触阻抗之外,均可以在国内外相关论文之中找到计算方法,例如:具有不同传输路径的人体通信模拟方法(Song, Q.Hao, K.Zhang, M.Wang, Y.Chu,and B.Kang, “The Simulat1n Method of the Galvanic Coupling IntrabodyCommunicat1n With Different Signal Transmiss1n Paths,,IEEE Trans.1nstrum.Meas.,vol.60,n0.pp.1257-1266,Apr.2011.)。本实施例中,采用的发射器电压峰-峰值为5V,发射器内阻为50 Ω,接收器阻抗为1M Ω 0
[0047]步骤二,建立人体-人体接触阻抗的电路模型;
[0048]首先,建立人体-人体握手时接触阻抗的几何模型。如图2(a)所示,人的手可分为手掌和手指。通常情况下,两人握手时,主体部分为两只人手的手掌充分接触,如图2(b)所示。同时,两人的手指部分则与对方手背部分轻轻接触,但由于手指与手背部分的接触面积相对较小,可忽略手指接触部分的影响。因此,处于握手状态的两只手可抽象为由两个紧密接触长方体构成的几何模型,其接触面积与手掌相同,如图2(c)所示。在本实施例的人体-人体接触阻抗的几何建模时,将人的手掌抽象为一个多层长方体,其长、宽、高与人手手掌部分的轮廓长、宽、高的近似值相等;同时,将该长方体同样分为皮肤、脂肪、肌肉、骨松质和骨密质五层,试验证明,该种抽象以及分层模型能够获得比较好的效果,当然此处并不限于此种抽象及分层。
[0049]其次,基于上述几何建模,建立人体-人体接触阻抗的电路模型。如图3所示,人体-人体接触的电路模型由若干单位横向阻抗和若干单位纵向阻抗构成的电路网络组成。其中,231为人体A的手掌部分单位横向阻抗,232为人体B的手掌部分单位横向阻抗,233为人体A、人体B手掌接触部分整体几何模型的单位纵向阻抗。所述单位阻抗数目的多少根据人体-人体接触部分的大小确定。
[0050]步骤三,计算人体-人体接触阻抗
[0051]首先,计算人体-人体接触阻抗的电路模型中的单位横向阻抗。根据步骤二的描述,将人的手掌抽象为一个多层长方体,其长、宽、高分别表示为L,M,H,如图4所示,Λ L表示为手掌的单位长度。本实施例中,使用1mm作为单位长度进行求解。试验证明,该单位长度的划分方式能够获得比较好的效果,当然此处并不限于此种方式。由于如图4(a)所示的人体手掌模型由五层组织,即皮肤,脂肪,肌肉,骨松质和骨密质,构成,将单位长度的手掌模型视为五层组织层的并联形式,如图4(b)所示,则横向阻抗可被视为五层组织层对应阻抗的并联电路,如图4(c)所示,其中ΛΖνΛΖρΛΖ^,AZcb, Λ Zb分别为皮肤层阻抗、脂肪层阻抗、肌肉层阻抗、骨松质阻抗、骨密质阻抗。依据手掌的几何参数以及各组织层在各个频率下的电特性参数,如电导率和相对介电常数,通过电路等效计算出单位横向阻抗,如图4 (d)所示,其中,Λ Zc表示单位横向阻抗。
[0052]其次,计算对人体-人体接触阻抗的电路模型中的单位纵向阻抗。如图5所示,当两个手掌处于握手状态时,两者紧密接触。为计算手掌A和手掌B之间的纵向阻抗,按单位长度在垂直方向对处于紧密接触状态的手掌模型进行分割,如图5(b)所示。在垂直方向上的单位长度阻抗可视为手掌接触模型内皮肤、脂肪、肌肉、骨松质和骨密质层所对应的阻抗串联,如图5(c)所示。根据手掌的物理参数以及各组织层在各个频率下的电特性参数,如电导率和相对介电常数,通过电路等效计算出单位纵向阻抗,如图5(d)所示,其中八&表示单位纵向阻抗。
[0053]最后,基于所计算的人体-人体接触阻抗电路模型中的单位横向、纵向阻抗值,依据两个人体手掌的几何参数,计算如图3所示的电路网络的总阻抗值,即为两个人体握手时肢体接触部分的阻抗值。
[0054]步骤四,建立基于电流耦合型IBC的信息交互数学模型。
[0055]将人体-人体接触阻抗的电路模型植入基于电流耦合型IBC的信息交互总体电路模型,形成基于电流耦合型IBC的信息交互完整电路
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