多普勒监护仪的研制

　　0　引　　言

　　随着人们物质生活水平的提高,一些疾病如肥胖症、冠心病、糖尿病、血脂异常等富贵病常有发生,据研究表明这些疾病是引发心肌梗塞的最危险因素[1],研究表明这些心源性病人往往是在运动或沐浴时[2]发病,引起昏迷休克,此时不能及时被人发现,后果将不堪设想。多普勒监护仪就是基于多普勒效应研制的对心源性病人发生休克一定时间内没有恢复而附近没人时发出警报呼救的装置。

　　1　工作原理

　　监护仪检测的核心内容是:被监护的人或物活动时是安全的,不活动时是危险的。因此,监护仪需要捕捉的是人或物是否有活动的信息,提取的信号没有量化的要求,比较单一。

　　1.1　多普勒效应

　　多普勒效应[3]最初是在音频范围内发现的:当声源与接收物体之间存在着相对运动,则接收频率就不同于声源发出的频率。当波源产生的电磁波信号发射到空间,产生一个立体空间电磁波防护区,当人或其他物体在该防护区移动时,反射回来的信号与原信号之间将产生频率差,此差称为多普勒频率,用fd表示,研究表明当电磁波的波长λ一定,此

　　频率与电磁波散射范围的接收物体移动速度v成正比关系,正负值取决于接收物体移动的方向。其关系为:

　　式中:α为波传播方向和物体移动方向的夹角。利用这一点可以检测电磁波散射区域内物体的活动情况。

　　1.2　监护仪工作机理

　　监视仪需要得到的信息仅仅是人或物是否处于运动状态,也就是动与不动的单一状态的判断,不要求测出运动物、事物的移动速度和方向,也不需要知道他们距离监视仪的远近。因此不需要知道多普勒频率fd的具体数值。

　　选择微波为载体。微波抗噪声和干扰能力强,直线传播,遇到各种障碍物易于反射,传输性能好,受烟雾、火焰、灰尘、强光等影响很小。数毫瓦的微波功率足可以使微波传输距离达十数米,这样微弱的电磁辐射对人和物体不会造成任何伤害[5]。

　　工作原理如图1所示,微波发射电路产生一个频率固定的连续振荡信号,该信号通过接在电路中的天线向周围的空间发送出去。由于墙和器具有着漫反射(散射)的作用,其中一部分电磁波的能量返回到监视仪上,被接收部分获得。由于被监护者在电磁波覆盖的范围内活动,与监护仪存在着相对运动,反射回来的信号中包含了多普勒频率信息,其频率为f0+fd。混合的发射信号和接收信号经过放大后,在相位检波器输出端取出其差额电压,此电压与差额频率即多普勒频率对应。在检波器中,由于非线性作用,还会产生多种和差组合频率,用低通滤波器取出所需的多普勒频率信号,经过低频放大后转换成一直流电压。该电压的存在就代表被监护者在运动,为零时即证明被监护者停止了活动。为了防止报警器的误触发,加设延时环节也就是当被监护者停止活动一固定时间(可预设)以后,才发出报警信号。