非接触式传感器监测呼吸方案

。即使如此也仍存在限制。虽然CW都普勒（Doppler）雷达对于运动高度敏感，而且能够很容易地检测到像呼吸这一类重复运动的频率，但它只能提供相位资讯，而无法测量绝对距离。无法测量绝对距离意味着基于CW的雷达系统不能分辨诸如手、足等其它身体部份运动和胸部运动。因此，CW系统在分辨实际的胸部运动方面能力较弱，而这是在一整晚提供可靠资料所必需的。

　　我们真正需要的是能够准确测量距离、足以区分浅呼吸和正常呼吸以及能根据胸部运动准确追踪人体呼吸方式的方法（图2）。然而，采用低功耗、低成本解决方案实现这个目标极具挑战性。

　　图2：根据胸部运动可靠地检测呼吸，需要能够测量绝对距离的雷达系统

　　使用UWB脉冲雷达

　　为了寻找解决这些问题的解决方案，Novelda认为，使用雷达原理的电磁感测器应该能够满足所有的技术要求，其它方面的问题也都可以迎刃而解。前面提到CW雷达在测量绝对距离的局限性，在使用UWB脉冲雷达技术时就不存在了，因为UWB可以产生和取样讯号脉冲，实现由发送和接收脉冲之间的时间差所决定的高准确度距离测量。

　　此外，透过使用本质上是一种扩展频谱途径且采用数位讯号处理（DSP）恢复返回的讯号，UWB雷达可以作业于比传统雷达更低得多的功率电平。如此一来即可克服潜在消费者不想在床边放置大功率雷达设备的顾虑——这种技术的功率电平还不到蓝牙耳机功率的千分之一。UWB的扩频特性还意味着它能与其它射频（RF）系统共存，而不会造成干扰或受到干扰。举例来说，CW Doppler雷达作业于较高的功率电平，因而会干扰Wi-Fi和无线电讯号。相反地，虽然UWB雷达虽然作业于较低的功率电平，但DSP技术能可靠地从杂讯中撷取讯号，这方面与ADSL透过普通电话线上实现宽频网际网路连接非常类似。

　　雷达被认为是一种复杂且昂贵的技术，一般运用于高阶市场。当然，这在过去是成立的，因为传统系统是分离式元件搭建的，使用的是高成本的陶瓷基板。然而，在目前的大多数市场（特别是消费市场）中，IC技术的广泛普及已经使得产品能够大量生产，价格也已经普遍被大众接受。当今的高整合度已能用于实现系统级晶片（SoC）解决方案，使得系统在尺寸和功耗方面也获益匪浅（图3）。

　　图3：Novelda的超宽频脉冲雷达晶片整合完整的收发器电路以及所有必要的时序与讯号处理单元

　　因此，最后……

　　无论如何，大多数人越来越关心保健、健身和健康，从今天市场上无处不在的电子产品可见一斑。许多健身追踪器和类似的装置可以测量活动量，例如距离、速度和步数，但用来测量身体反应的能力通常仅限于心率。呼吸率以及呼吸方式是更有用的性能指标，但正如我们看到的那样，其测量条件更加复杂，也更具侵入性。

　　在调查研究可取代以往只限于医疗应用的呼吸监测技术中，Novelda发现UWB脉冲雷达可以同时克服技术上和易用性上的挑战，提供测量和分析呼吸率和呼吸方式的解决方案，整个系统无需与身体接触，也不会被衣服或床被等物体所阻碍。事实上，这种感测技术可以用来实现紧密型的呼吸监测设计，如Novelda的XeThru感测器模组（图4）。

　　图4：超宽频脉冲雷达可实现具有检测能力的紧密型设计，在单一PCB上整合了天线、讯号处理IC以及控制介面等各种元件

　　（参考原文：Tackling respiration monitoring with non-contact sensor technology，by Kjetil Meisal）