通信工程毕业论文传感器信号人体通信技术论文.docx

传感器信号人体通信技术论文摘要:传感器信号人体通信机理研究是通过生理传感器作为被测人体的生理信息采集节点,以人体体表作为传感器输出信号的传输媒质,进行人体信息监测的一种新型的技术手段及方法。通过对人体信道特性、信号耦合方法的深入研究,设计了合理的传感器信号处理链路、信号调制方法,并通过试验验证了传感器信号人体通信的可行性。关键词:人体通信;传感器;信号链 0引言以传感器获取人体的生理信息正被广泛地应用于健康监测、医疗诊断、健身娱乐、单兵作战等领域。目前,研究的热点之一是将人体本身作为生理信息的传输媒质来实现生理传感器输出信号的传输。要完成生理信息的实时监测,实现从信号采集、数据传输到信息识别与提取的整个信号回路的闭合,就需要通过传感器技术、信号处理技术、微功耗技术、通信技术作为其技术支撑与保障。如何将这些技术有机地结合起来,应用于人体通信传感器信号的采集、传输与识别,实现生理信号的实时监测正是本文的主要研究内容。通过建立以生理传感器为测试节点,以人体本身作为各点信号与接收机之间的传输媒质,建立起基于人体通信的人体信息的实时监测系统。影响传感器信号人体通信的主要参数包括信号耦合方式、信号电压、信号电流、载波频率、编码方式、传输速率等参数特征。下文将对这些因素对传感器信号人体通信的影响进行详细研究和分析。 1通信信道特性 ,当在人体加载电场时,电磁场在人体内部有一定的趋肤深度,人体组织可看作电导率很小的介质,其趋肤深度为[1-2]:δ=2σ槡εμ(1)式中:σ是电导率,ε是相对介电常数,μ是磁导率,由于人体组织是非磁性材料,因此这里的磁导率为真空磁导率1。当σ/ωε1时,人体组织可看作电导率很大的介质,其趋肤深度为:δ=ε槡πμσf(2)式中:f是外加电磁场频率。为了减小传感器信号通过人体进行信号传输时对人体内部组织的影响,应有效利用趋肤效应,使传感器信号沿人体体表进行传输。 ,需要考虑其所能承受的安全电流等相关特性。外露于电、磁时变效应的安全限制,基于建立的健康效应的电磁场(EMF)参见国际委员会的电离辐射防护(ICNIRP)。如图1所示,根据频率的领域,物理量用来指定外露在EMF的基本限制如下:频率范围1Hz~10MHz的电流密度(J);指定频率范围100kHz~10GHz的能量吸收率(SAR);频率范围10~300GHz的功率密度(S)。在设计基于人体通信的生理传感器时,考虑到其低发射功率、低能耗、长期使用的要求。选择了1kHz~10MHz作为信号的传输频段,并根据该频段对电流密度的要求,结合表1将传感器输出信号的电流控制在如表所示的频率范围与之对应的电流范围以内。 2传感器信号人体耦合方法及对比基于本文第一部分对以人体作为通信信道的信道特性的分析后,要想稳定可靠地完成传感器信号在人体信道中的传输,需要选择合理的信号耦合方式。同无线通信通过空气进行数据传输不同,人体通信信道是电磁特性复杂的人体组织结构。如何采取有效方式将信号耦合,进人体信道并实现信号在人体信道中的高效传输是实现人体通信最为关键的问题。目前主要认为人体通信系统通过三种方式将信号耦合到人体信道:电流耦合、电容耦合、天线耦合[3-4]。电流耦合将人体当作导体,需