生体信号の非接触パターン計測を実現する電磁反射位相検出アレイの確立

实现生物信号非接触模式测量的电磁反射相位检测阵列的建立

基本信息

批准号：
21K18307
负责人：
門内靖明
金额：
$ 16.64万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18307/
关键词：
テラヘルツ波レーダー生体計測アンテナ導波路生体信号

项目摘要

反射位相をパターン計測するための漏れ波構造を試作した。導体板間に構成される導波構造中において実効屈折率分布に基づくレンズを実装し、入力ポートから励振される波動を2次元ビームに変換する構造を実現した。そして、反射波と参照波との非線形検波を行って位相を計測できるようにし、試験物体として配置した振動子の振動位相を読み取れることを原理実証した。しかし取得された信号強度が低いため、今後は適切な漏れ量を達成する導波構造の作製が必要となる。また、並行してパターン計測の高度化に向けて、直線偏波の方向を電子的に制御する方法、ならびにテラヘルツ波と同程度の波長を有する超音波のパルスパワーを増幅する方法を提案・実証した。具体的には、マジックティを介して結合する２台の発振器の結合位相をバラクタダイオードへの印加電圧によって制御することで、マジックティの２つの出力ポートに接続された直交偏波アンテナペアへのパワー分配率を連続的に制御し、直線偏波方向を任意に変えられることを実証した。また、テラヘルツ波と同程度の波長を有する超音波のパルス増幅を可能にする方法についても提案・実証した。音響共振器に対して回転型のシャッターで開口部を開閉して内部に蓄積された音響エネルギーを瞬時開放することで、高い瞬時パワーを放出できることを実証した。その際、導波管フランジのチョーク構造と同様の音響チョーク構造を導入することで、音響共振器のQ値を向上させられることを示した。さらに、テラヘルツ波を水槽内の水に照射する際に光音響効果によって発生される超音波の音圧の定量評価ならびに生体内情報伝送への応用の原理実証を行い、計測プローブおよび情報キャリアとしての有用性を示した。

我们制作了用于反射相位图案测量的漏波结构原型。我们实现了基于导体板之间构建的波导结构中的有效折射率分布的透镜，并实现了将从输入端口激发的波转换为二维光束的结构。然后，他们对反射波和参考波进行非线性检测以测量相位，并演示了可以读取作为测试对象放置的振动器的振动相位的原理。然而，由于获得的信号强度较低，因此未来有必要制造能够实现适当泄漏量的波导结构。与此同时，我们还提出并演示了一种电子控制线偏振波方向的方法以及一种放大波长与太赫兹波相当的超声波脉冲功率的方法，以推进图案测量。具体来说，通过施加到变容二极管的电压来控制通过 MagicT 耦合的两个振荡器的耦合相位，可以控制发送到连接到 MagicT 两个输出端口的正交极化天线对的信号。可连续控制，任意改变线偏振方向。我们还提出并演示了一种能够对波长与太赫兹波相当的超声波进行脉冲放大的方法。我们证明，通过使用旋转快门打开和关闭声学谐振器的开口，可以释放高瞬时功率，从而立即释放内部存储的声能。当时，我们表明通过引入类似于波导法兰扼流结构的声扼流结构可以提高声谐振器的Q值。此外，我们还定量评估了太赫兹波照射到水族箱中的水中时由光声效应产生的超声波的声压，并展示了其在体内信息传输中的应用原理。