人体通信機器の設計と応用に関する研究

人体通讯装置设计与应用研究

基本信息

批准号：
13J05924
负责人：
村松大陸
金额：
$ 2.11万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は，人体通信機器の装着箇所や周波数帯といった仕様に対して，高性能・低消費電力な機器の設計指針を示すことである．本年度は，①三層構造電磁ファントムおよび送受信治具の開発，②ファントム測定結果と解析結果の比較，を行った．①について，前年度までに明らかにした電磁ファントム各層における電気的特性の誤差許容範囲にもとづき，シリコン樹脂が主材料の三層固体ファントムを開発した．ファントムは皮膚，脂肪，筋肉の三層からなり，炭素粉末等の添加量を調整することで，10～30 MHzにおいて各組織の導電率および比誘電率を再現している．また，測定に用いるバッテリ駆動の小型送受信測定治具を開発した．これらの測定治具は，ネットワークアナライザ等の大型機器を用いる従来の測定に比較し，人体通信を行う際の電磁環境をより忠実に再現した測定に有用である．②について，①で開発したファントムと測定治具および被験者を用いて，手首に装着したウェアラブル送信機と，手で触れる設置型受信機の通信を想定して伝送特性の測定を行った．また，比較のために積層角柱モデルを用いた数値電磁界解析により伝送特性を計算した．送受信機間の距離が10 cmの状態では，ファントム測定値と積層角柱モデル計算値の差は1.0 dBで，ファントム測定値と被験者測定値の差は8.2 dBであった．測定値が解析値より大きいのは受信機に接続されたオシロスコープなど周囲との電磁的な結合が原因であり，ファントムと被験者で8.2 dBの差が生じたのは体幹の有無が原因と考えられる．実際の設計では，受信信号レベルとして数十dB程度のマージンを考慮するため，開発したファントムは機器設計の早い段階において基礎検討を行うには十分有用であるといえる．また，解析や被験者実験との比較から，伝送効率の差違の理由や範囲についてもある程度予想が可能と考えられる．

这项研究的目的是为高性能，低功率消耗设备提供设计指南，以供诸如人体交流设备的位置和频带等规格。今年，我们进行了1）开发三层电磁幻影和传输/接收夹具，以及2）比较幻影测量结果和分析结果。关于①，我们基于硅树脂的主要材料开发了三层固体幻影，基于上一年揭示的每一层电磁幻影的误差耐性范围。幻影由三层皮肤，脂肪和肌肉组成，并通过调节添加的碳粉的量，可以在10-30 MHz下复制每个组织的电导率和介电常数。我们还开发了一个电池供电的小型传输和接收测量夹具，以用于测量。与使用大型设备（例如网络分析仪）相比，这些测量夹具可在进行人体通信时更忠实地复制电磁环境。关于②，使用phantom，测量夹具和在①中开发的受试者，根据以下假设测量了传输特性，即在手腕上附着的可穿戴发射器与手动接触的固定接收器之间的通信。此外，为了进行比较，通过使用层压平方棱镜模型进行数值电磁场分析来计算传输特性。随着收发器在10 cm处的距离，幻影测量和计算出的堆叠等离子模型之间的差异为1.0 dB，幻影测量与受试者测量之间的差异为8.2 dB。测量值大于分析值的原因是由于电磁耦合与周围区域（例如连接到接收器的示波器），并且幻影和受试者之间的8.2 dB差异被认为是由于核心的存在或不存在。在实际设计中，接收到的信号水平被认为是数十dB的边缘，因此开发的幻影对于在设备设计的早期阶段进行基本考虑非常有用。此外，人们认为可以在一定程度上预测分析和与受试者实验比较的传输效率差异的原因和程度。