| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Ринок технологій / Актуальні винаходи і моделі / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2097085
Мікрохвильові Детектор ЖИТТЯ
Ім'я заявника: Фісун Олег Іванович; Хаблов Дмитро Владиленович; Осипов Віктор Ростиславович
Ім'я винахідника: Фісун Олег Іванович; Хаблов Дмитро Владиленович; Осипов Віктор Ростиславович
Ім'я патентовласника: Фісун Олег Іванович; Хаблов Дмитро Владиленович; Осипов Віктор Ростиславович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1994.04.18
Винахід відноситься до пошуково-рятувальній службі і може бути використано для активного зондування завалів з гірських порід, будівельних матеріалів, снігу і об'єктивного визначення наявності в них людини з ознаками життя.
Суть винаходу: детектор життя забезпечений електрично керованим перемикачем 13, блоком 12 автоматичної компенсації, модулятором 10, модулирующим генератором 14, блоком 17 базових детекторів, фазовращателем 16 на 90 o, двома синхронними детекторами 18, 19, двома смуговими фільтрами 21 і 20, блоком 22 квадратурной обробки сигналів, інтегратором 23 і лічильником 24, а підсилювач потужності виконаний зі змінним коефіцієнтом посилення.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до пошуково-рятувальній службі і може бути використано для активного зондування завалів з метою об'єктивного визначення наявності в них людини з ознаками життя і оцінки його стану по частотах дихання і пульсу.
Відомий детектор життя, який використовує принцип дії радіохвильового інтерферометра з використанням каналу компенсації, що містить генератор СВЧ, два спрямованих відгалужувачі, підсилювач потужності, циркулятор, пов'язану з ним антену, акумулятор, першим входом з'єднаний з другим виходом циркулятора, послідовно з'єднані аттенюатор, входом з'єднаний з виходом одного з спрямованих відгалужувачі, і фазообертач, виходом з'єднаний з другим входом суматора, підсилювач СВЧ, амплітудний детектор і індикатор. Недоліком використання даного детектора для цілей визначення місця розташування живих людей в завалах є мала точність через низьку чутливість до сигналу дихання і серцебиття при підвищеному рівні шумів.
Технічним результатом винаходу є підвищення точності виявлення людини за рахунок того, що відомий детектор забезпечений модулятором, входом з'єднаний з виходом суматора, а виходом з входом підсилювача НВЧ; модулирующим генератором; електрично керованим перемикачем, вхід якого підключений до виходу підсилювача НВЧ, керуючий вхід до виходу модулирующего генератора, а перший вихід підключений до входу амплітудного детектора; блоком автоматичної компенсації, перший вхід якого підключений до виходу амплітудного детектора, другий вхід до виходу модулирующего генератора, перший і другий виходи з'єднані, відповідно, з керуючими входами аттенюатора і фазовращателя, третій вихід блоку автоматичної компенсації з керуючим входом модулятора, а четвертий вихід підключений до входу індикатора; блоком фазових детекторів, гетеродинний вхід якого з'єднаний з відгалужується виходом другого спрямованого відгалужувачі, підключеного входом до виходу генератора СВЧ, а другим відгалужується до входу першого спрямованого відгалужувачі; фазовращателем на 90 o, вхід якого з'єднаний з другим виходом електрично керованого перемикача і першим входом блоку фазових детекторів, другий вхід якого з'єднаний з виходом фазовращателя на 90 o; двома синхронними детекторами, входи яких підключені до відповідних виходів блоку фазових детекторів, а синхронизирующие входи з'єднані з виходом модулюючого генератора; двома смуговими фільтрами, входи яких з'єднані з виходами відповідних синхронних детекторів; блоком квадратурної обробки, входи якого підключені до виходів відповідних смугових фільтрів; інтегратором і лічильником, входами підключеними до виходу блоку квадратурної обробки сигналів, а виходами відповідно до другого і третього входів індикатора; четвертий вихід блоку автоматичної компенсації з'єднаний з другими входами лічильника і інтегратора, а підсилювач потужності виконаний зі змінним коефіцієнтом посилення і підключений входом до другого відгалужується виходу першого спрямованого відгалужувачі, а виходом до входу циркулятора.
А та за рахунок того, що блок автоматичної компенсації виконаний у вигляді двухпорогового компаратора і модуля автоматичного регулювання посилення, входи яких об'єднані і є першим входом блоку автоматичної компенсації; вентиля, один вхід якого з'єднаний з виходом двухпорогового компаратора, а другий вхід є другим входом блоку автоматичної компенсації; лічильника, вхід якого з'єднаний з виходом вентиля і з'єднаних входами з виходами лічильника двох цифроаналогових перетворювачів, а виходи останніх, модуля автоматичного регулювання посилення і двухпорогового компаратора є відповідно першим, другим, третім і четвертим виходами автоматичної компенсації.
 Фіг. 1 зображена структурна схема мікрохвильового детектора життя |
 Фіг. 2 структурна схема блоку автоматичної компенсації |
 Фіг. 3, a і e ступінчасті пилкоподібні напруги, що формуються на виходах цифроаналогових перетворювачів |
 Фіг. 4 рішення ланки фільтра |
Детектор містить генератор 1 СВЧ; два спрямованих відгалужувачі 2 і 3; підсилювач 4 потужності, виконаний зі змінним коефіцієнтом; циркулятор 5, з'єднаний з антеною 6. відгалужується вихід ответвителя 3 з'єднаний з блоком фазових детекторів, а відгалужується вихід ответвителя 2 через електрично керований атенюатор 7; електрично керований фазообертач 8 з'єднаний зі входом суматора 9, вхід якого з'єднаний з виходом циркулятора, а вихід зі входом модулятора 10, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача 11 СВЧ. Блок 12 автоматичної компенсації з'єднаний з керуючим входом аттенюатора 7, керуючим входом фазовращателя 8 і входом модулятора 10. Електрично керований перемикач 13 (ключ) входом з'єднаний з виходом підсилювача 11 СВЧ. Модулирующий генератор 14, амплітудний детектор 15, фазообертач 16 на 90 o. Блок 17 фазових детекторів входом з'єднаний з виходом ключа 13. Блок 17 з'єднаний з синхронними детекторами 18, 19, які через смугові фільтри 20, 21 з'єднані з відповідними входами блоку 22 квадратурной обробки сигналів, який через інтегратор 23 і лічильник 24 з'єднаний з входами індикатора 25 . Блок 12 автоматичної компенсації містить двухпорогового компаратор 26, вхід якого з'єднаний з першим входом блоку 12 і з модулем автоматичного регулювання посилення 27, вихід якого є першим виходом блоку 12. вихід компаратора 26 з'єднаний з входом вентиля 28, який через лічильник 29 з'єднаний з входами цифроаналогових перетворювачі 30, 31, виходи яких є виходами блоку 12.
Детектор брехні працює наступним чином
Генератор 1 СВЧ генерує радіохвилі НВЧ діапазону, які через ответвители 2, 3, підсилювач 4, циркулятор 5 і антену 6 прямують у бік завалу, де можливо знаходиться людина. Приймається антеною відбитий сигнал складається з немодулированной складової, що утворюється за рахунок відображення від завалу, і модульованої, що утворюється за рахунок відображення від живої людини. Причому ця модуляція виникає через переміщень органів тіла людини при його диханні і серцевої діяльності. Немодульованою складова сигналу через циркулятор і суматор 9 надходить на вхід модулятора 10, де компенсується за фазою і амплітудою до сигналу від генератора 1 через ответвитель 3, через атенюатор 7, фазообертач 8 і суматор 9 при відповідній настройці аттенюатора 7 і фазовращателя 8. сюди ж надходить модульована складова, яка посилюється в підсилювачі 11 і комутується між першим і другим виходом ключа 13 з частотою F, що задається генератором 14. Блок 12 автоматичної компенсації, призначений для забезпечення номінального рівня сигналу, працює таким чином. Якщо в результаті змінивши напрямок антени або при включенні приладу немодульований сигнал, що надходить з ключа 13 через детектор 15 на перший вхід блоку 12, перевищує верхній поріг компаратора 26, то з його виходу на вентиль 28 надходить відкриває напругу, в результаті чого імпульси від генератора 14 проходять на вхід лічильника 29. Одночасно з виходу модуля АРУ на модулятор 10 надходить напруга, що обмежує амплітуду сигналу і перешкоджає таким чином насиченню підсилювача 11. Оскільки виконавчі виходи лічильника 29 з'єднані з відповідними по розряду входами ЦАП 30 і ЦАП 31, на їх виходах формуються ступінчасті пилковидні напруги (фіг. 3, а і б), що подаються, відповідно, на керуючі входи аттенюатора 7 і фазовращателя 8. Таким чином відбувається перебір значень амплітуди і фази компенсуючого сигналу в встановлених межах і з дискретністю, яка встановлюється розрядністю лічильника. У якийсь довільний момент амплітуда сигналу (фіг. 3, е) знижується нижче нижнього порога компаратора 26 і на його виході виробляється напруга, що замикає вентиль 28. Лічильник 29 запам'ятовує поточний стан і на виходах ЦАП 30 і ЦАП 31 зберігаються напруги, відповідні фазі і амплітуді сигналу компенсації, які привели до номінальної амплітуді сигналу. Одночасно з модуля АРУ 27 на модулятор надходить напруга, що забезпечує максимальний коефіцієнт посилення сигналу, а з виходу компаратора 26 напруга, відповідне готовності приладу до роботи і приводить в початковий стан лічильник 24 і інтегратор 23.
Таким чином, детектор набуває здатності працювати з постійною максимальною чутливістю незалежно від навантаження антени і зміни антени на виносну. Такий стан зберігається до тих пір, поки, в результаті яких-небудь переміщень антени, або її заміни, сигнал з виходу детектора 15 не перевищить верхній поріг компаратора 26.
Сигнал з виходу ключа 13 можна представити у вигляді
Перші два члена другого сомножителя формули (1) взаємно компенсують один одного в результаті роботи блоку 12 до величини, що не приводить до насичення підсилювача 11. Після поділу сигналу S (t) навпіл, затримки однієї половини сигналу по фазі на 90 o в фазовращателе 16, балансного фазового детектування в блоці 17 з сигналом гетеродина від ответвителя 3 обох сигналів, їх синхронного детектування з сигналом управління ключем від генератора 14, проходження через фільтри 20 і 21, зведенні в квадрат і підсумовуванні в блоці 22, результуючий сигнал буде мати вигляд:
де 
результуюча постійна складова фази сигналу, відбитого від людини з урахуванням фази сигналу гетеродина,
d (t) функція модуляції електромагнітної хвилі, відбитої від людського тіла при його життєдіяльності, що включає амплітудну і фазову модуляцію.
З цієї формули випливає, що амплітуда результуючого сигналу не залежить від фази , А отже, і від відстані між антеною і людиною.
Сигнал r (t) з виходу блоку 22 надходить на індикатор 25 через інтегратор 23 і лічильник 24, що дозволяє оцінювати амплітуду сигналу, накопиченого за певний період часу і частоту дихання людини. Факт виявлення людини фіксується по перевищенню сигналу з виходу інтегратора заздалегідь встановленого порога, відповідного шумів приладу або за допомогою зовнішнього пристрою (мікропроцесора або аналізатора спектра), що підключається до виходів блоків фільтрів 20, 21. У цьому випадку є можливість дослідження спектру сигналу дихання і пульсу для цілей і діагностики.
Особливість сигналу і умови експлуатації детектора призводять до специфічних вимог схемотехнічного рішення смугових фільтрів 20, 21. Ці фільтри вирішують задачу відсікання постійної складової сигналу d (t) (нижня межа частоти зрізу 0,05 0,015 Гц) і підвищення відносини сигнал / шум за рахунок обмеження частотної смуги сигналу зверху (верхня частота зрізу в межах 1 4 Гц).
При цьому повинна забезпечуватися температурна і тимчасова стабільність його параметрів, мінімальний час встановлення сигналу на його виході, бесколебательная реакція на імпульсний вплив. На фіг.
4 представлено схематичне рішення ланки фільтра на основі операційного підсилювача DA, резисторів R1-R7, точних високостабільних конденсаторів малої ємності C1 і C2.
Співвідношення між елементами необхідно вибирати виходячи з передавальної функції:
K (p) = (1 + K) рt / [(1 + pT) (1 + KpT)]
де T постійна часу фільтра, що визначає нижню граничну частоту ланки;
K коефіцієнт, що визначає верхню граничну частоту ланки;
p оператор Лапласа.
Перевагою приладу є незалежність чутливості від положення антени щодо завалу, його складу і структури, і від відстані до людини. Додатковою перевагою є можливість застосування інших спеціалізованих антен, наприклад, у вигляді зонда для введення через невеликі отвори в приховані порожнини. Використання підсилювача потужності з регульованим коефіцієнтом посилення дозволяє розширити функціональні можливості детектора для застосування в якості засобу безконтактної медичної діагностики дихання і пульсу як у відкритому просторі, так і через діелектричні перепони з мінімальним рівнем впливу НВЧ випромінювання.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Мікрохвильовий детектор життя, що містить генератор СВЧ, два спрямованих відгалужувачі, підсилювач потужності, циркулятор, пов'язану з ним антену, акумулятор, першим входом з'єднаний з другим виходом циркулятора, послідовно з'єднані аттенюатор, входом з'єднаний з виходом одного з спрямованих відгалужувачі, і фазообертач, виходом з'єднаний з другим входом суматора, підсилювач СВЧ, амплітудний детектор і індикатор, що відрізняється тим, що він забезпечений модулятором, входом з'єднаний з виходом суматора, а виходом з входом підсилювача НВЧ, модулирующим генератором, електрично керованим перемикачем, вхід якого підключений до виходу підсилювача НВЧ, керуючий вхід до виходу модулирующего генератора, а перший вихід до входу амплітудного детектора, блоком автоматичної компенсації, перший вхід якого підключений до виходу амплітудного детектора, другий вхід - до виходу модулюючого генератора, перший і другий виходи з'єднані відповідно з керуючими входами аттенюатора і фазовращателя, третій вихід блоку автоматичної компенсації з керуючим входом модулятора, а четвертий вихід підключений до входу індикатора, блоком фазових детекторів, гетероідний вхід якого з'єднаний з відгалужується виходом другого спрямованого відгалужувачі, підключеного входом до виходу генератора СВЧ, а другим відгалужується виходом до входу першого спрямованого відгалужувачі, фазовращателем на 90 o, вхід якого з'єднаний з другим виходом електрично керованого перемикача і першим входом блоку фазових детекторів, другий вхід якого з'єднаний з виходом фазовращателя на 90 o, двома синхронними детекторами, входи яких підключені до відповідних виходів блоку фазових детекторів, а синхронизирующие входи з'єднані з виходом модулюючого генератора, двома смуговими фільтрами, входи яких з'єднані з виходами відповідних синхронних детекторів, блоком квадратурної обробки сигналів, входи якого підключені до виходів відповідних смугових фільтрів, інтегратором і лічильником, входами підключеними до виходу блоку квадратурної обробки сигналів, а виходами відповідно до другого і третього входів індикатора, четвертий вихід блоку автоматичної компенсації з'єднаний з другими входами лічильника і інтегратора, а підсилювач потужності виконаний зі змінним коефіцієнтом посилення і підключений входом до другого відгалужується виходу першого спрямованого відгалужувачі, а виходом до входу циркулятора.
Детектор по п.1, що відрізняється тим, що блок автоматичної компенсації виконаний у вигляді двухпорогового компаратора і модуля автоматичного регулювання посилення, входи яких об'єднані і є першим входом блоку автоматичної компенсації, вентиля, один вхід якого з'єднаний з виходом двухпорогового компаратора, а другий вхід є другим входом блоку автоматичної компенсації, лічильника, вхід якого з'єднаний з виходом вентиля, і з'єднаних входами з виходом лічильника двох цифроаналогових перетворювачів, а виходи останніх, модуля автоматичного регулювання посилення і двухпорогового компаратора є відповідно першим, другим, третім і четвертим виходами блоку автоматичної компенсації.
Версія для друку
Дата публікації 23.11.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.