JP4814014B2 - Electric field detecting device, receiving device and filter amplifier - Google Patents

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Description

本発明は、主として、人体に誘起させた交流電界を用いて通信を行う通信システムに関するものである。   The present invention mainly relates to a communication system that performs communication using an alternating electric field induced in a human body.

人体に誘起させた交流電界を用いて通信を行う通信システムとしては、送信機において、送信情報で変調した電位信号を容量結合などにより人体に印加することにより、人体周りに交流電界を誘起させると共に、受信機において、人体が誘起した交流電界を検出し、検出した交流電界から受信情報を復調するシステムが知られている(たとえば、特許文献1、2、3)。   As a communication system that performs communication using an AC electric field induced in the human body, an AC electric field is induced around the human body by applying a potential signal modulated by transmission information to the human body by capacitive coupling in a transmitter. A system is known in which a receiver detects an alternating electric field induced by a human body and demodulates received information from the detected alternating electric field (for example, Patent Documents 1, 2, and 3).

ここで、これらのシステムでは、受信機における交流電界の検出は、人体近傍に配置した電極を介して人体周りの電界を電気光学結晶に結合し、電界強度を電気光学結晶の偏光特性の変化として検出(特許文献1、特許文献2)したり、人体近傍に配置した電極に人体周りの電界下に配置した電極にゲートを接続したFETを設け、当該FETの出力から電界強度を検出(特許文献3)することにより行われている。
特開2001-298425号公報 特開2001-352298号公報 特開2004-282733号公報
Here, in these systems, the AC electric field in the receiver is detected by coupling the electric field around the human body to the electro-optic crystal via an electrode arranged in the vicinity of the human body, and converting the electric field strength as a change in the polarization characteristics of the electro-optic crystal. Detection (Patent Document 1 and Patent Document 2), or an FET disposed near the human body is provided with an FET having a gate connected to an electrode disposed under an electric field around the human body, and the electric field strength is detected from the output of the FET (Patent Document) 3) It is done by doing.
JP 2001-298425 A JP 2001-352298 A JP 2004-282733 A

前記電気光学結晶を電界強度の検出に用いる技術によれば、電気光学結晶の他に電気光学結晶の偏光特性を測定するためのレーザ装置などが必要となるため、受信機が複雑、高コストになる。
一方、人体近傍に配置した電極に人体周りの電界下に配置した電極にゲートを接続したFETを設ける技術によれば、ゲート電圧がFETのグランドから浮遊し、その動作範囲が保証されないために、安定した通信動作は望めない。
また、一般環境では各種電気製品の発生する環境電界によるノイズが比較的大きいために、人体に誘起した電界を検出する前記各技術によれば、安定した通信を行えない場合が生じえる。
そこで、本出願人は、先に行った特許出願(特願2005-32527)において、図6に示すような電界検出部を備えた受信装置を提案した。
図示するように、この電界検出部は、導電体である受信電極60とコイルセンサ61とより構成される。なお、図6aは上方より見た電界検出部の構成を模式的に表し、図6bは測方より見た電界検出部の構成を模式的に表している。また、図6cは、図6aの断面線A-Aによるコイルセンサの断面を表している。
According to the technique using the electro-optic crystal for the detection of the electric field strength, a laser device for measuring the polarization characteristics of the electro-optic crystal is required in addition to the electro-optic crystal, so that the receiver is complicated and expensive. Become.
On the other hand, according to the technique of providing a FET connected to a gate to an electrode arranged under an electric field around the human body on an electrode arranged in the vicinity of the human body, the gate voltage floats from the ground of the FET, and its operating range is not guaranteed, Stable communication operation cannot be expected.
Moreover, since noise due to an environmental electric field generated by various electric products is relatively large in a general environment, according to each of the techniques for detecting an electric field induced in a human body, stable communication may not be performed.
In view of this, the present applicant has proposed a receiving apparatus including an electric field detection unit as shown in FIG.
As shown in the figure, the electric field detection unit includes a receiving electrode 60 and a coil sensor 61 which are conductors. 6A schematically illustrates the configuration of the electric field detection unit as viewed from above, and FIG. 6B schematically illustrates the configuration of the electric field detection unit as viewed from measurement. FIG. 6c shows a cross section of the coil sensor along the cross sectional line AA of FIG. 6a.

図示するように、コイルセンサ61は、フェライト製のコア611を有するコイル612と、コアの上部に固定した銅性のセンサ電極613と、センサ電極を封止した周囲空間よりも透磁率の大きな封止体614を有している。また、センサ電極は導線を介して受信電極に接続されている。   As shown in the figure, the coil sensor 61 includes a coil 612 having a ferrite core 611, a copper sensor electrode 613 fixed to the top of the core, and a seal having a larger magnetic permeability than the surrounding space in which the sensor electrode is sealed. A stop 614 is provided. Further, the sensor electrode is connected to the receiving electrode via a conducting wire.

そして、このような構成において、人体が受信電極に接近すると、人体周りに誘起された電界が、受信電極60からコイルセンサ61のセンサ電極613に結合され、センサ電極613やコイルセンサ61のコア611に交流電圧が発生し、この交流電圧によりコイル612の中央孔中に、人体周りの電界の強さに応じた磁束が発生する。そして、この磁束の変化に応じてコイル612に誘起電圧が生じる。   In such a configuration, when the human body approaches the receiving electrode, the electric field induced around the human body is coupled from the receiving electrode 60 to the sensor electrode 613 of the coil sensor 61, and the sensor electrode 613 and the core 611 of the coil sensor 61 are combined. An AC voltage is generated at the center, and a magnetic flux corresponding to the strength of the electric field around the human body is generated in the central hole of the coil 612 by the AC voltage. An induced voltage is generated in the coil 612 according to the change in the magnetic flux.

したがって、このような電界検出部を用い、人体に誘起した交流電界を、コイル61出力に表れる交流電圧信号として検出することができる。
しかし、このような電界検出部の構成によれば、その用途によっては、必ずしも当該用途に充分なSN比や利得を得られない場合があった。
そこで、本発明は、コイルのコア上にセンサ電極を備えた素子を用いて、より良好なSN比や、より大きな利得をもって、電界を検出することを課題とする。
Therefore, the AC electric field induced in the human body can be detected as an AC voltage signal appearing at the output of the coil 61 using such an electric field detector.
However, according to such a configuration of the electric field detection unit, a sufficient SN ratio or gain may not always be obtained depending on the application.
Therefore, an object of the present invention is to detect an electric field with a better signal-to-noise ratio and a larger gain by using an element including a sensor electrode on the core of a coil.

前記課題達成のために、本発明は、交流電界を誘起する媒体が近接または接触される受信電極と、多段接続された複数のフィルタアンプとを備えた電界検出装置を提供する。ここで、前記各フィルタアンプは、磁性体コアと、前記磁性体コアに巻き回されたコイルと、前記磁性体コアに密着させて配置したセンサ電極とを有するコイルセンサと、前記コイルの誘起電圧を増幅した交流電圧信号を出力する増幅回路とを備えたものであり、前記多段接続された複数のフィルタアンプのうちの1段目のフィルタアンプのセンサ電極には、前記受信電極に誘起された交流電圧信号が印加され、2段目以降の各段のフィルタアンプのセンサ電極には、前段のフィルタアンプの増幅回路が出力する交流電圧信号が印加される。   In order to achieve the above object, the present invention provides an electric field detection device including a receiving electrode to which a medium for inducing an alternating electric field is brought close to or in contact with, and a plurality of filter amplifiers connected in multiple stages. Each filter amplifier includes a coil sensor having a magnetic core, a coil wound around the magnetic core, and a sensor electrode disposed in close contact with the magnetic core, and an induced voltage of the coil And an amplifier circuit that outputs an AC voltage signal obtained by amplifying the signal, and the sensor electrode of the first-stage filter amplifier among the plurality of filter amplifiers connected in multiple stages is induced by the reception electrode. An AC voltage signal is applied, and an AC voltage signal output from the amplifier circuit of the preceding filter amplifier is applied to the sensor electrodes of the filter amplifiers in the second and subsequent stages.

このような電界検出装置によれば、フィルタアンプの持つ増幅機能の複数回の適用によって、より大きな利得をもって、交流電界を検出することができるようになる。また、検出のターゲットとする交流電界の周波数帯域が既知である場合には、コイルセンサの共振周波数を適当に設定することにより、コイルセンサが持つ共振周波数によって定まる周波数帯域のバンドパス機能(ターゲットとする周波数帯域に対する同調機能)を複数回適用し、より良いSN比をもって、電界を検出することができるようになる。   According to such an electric field detection device, the AC electric field can be detected with a larger gain by applying the amplification function of the filter amplifier a plurality of times. In addition, when the frequency band of the AC electric field to be detected is known, the band pass function (target and target) of the frequency band determined by the resonance frequency of the coil sensor is set by appropriately setting the resonance frequency of the coil sensor. The tuning function for the frequency band to be applied) is applied a plurality of times, and the electric field can be detected with a better SN ratio.

なお、このようなコイルセンサの共振周波数は、コイルセンサに、前記コイルと共に共振回路を形成するコンデンサを設け、当該コンデンサのキャパシタンスを利用して設定することが好ましい。
また、前記課題達成のために、本発明は、交流電界を誘起する媒体が近接または接触される受信電極と、受信電極に接続した周波数フィルタと、フィルタアンプとを備えた電界検出装置を提供する。ここで、前記フィルタアンプは、磁性体コアと、前記磁性体コアに巻き回されたコイルと、前記磁性体コアに密着させて配置したセンサ電極とを有するコイルセンサと、前記コイルの誘起電圧を増幅した交流電圧信号を出力する増幅回路とを備えており、前記フィルタアンプのセンサ電極には、前記周波数フィルタの出力が印加され、前記周波数フィルタは、前記受信電極に誘起される交流電圧信号中の所要周波数帯域以外の所定の周波数帯域の成分を減衰させて出力する。
Note that the resonance frequency of such a coil sensor is preferably set by providing a capacitor that forms a resonance circuit with the coil in the coil sensor and using the capacitance of the capacitor.
In order to achieve the above object, the present invention provides an electric field detection device including a receiving electrode that is in contact with or in contact with a medium that induces an alternating electric field, a frequency filter connected to the receiving electrode, and a filter amplifier. . Here, the filter amplifier includes a coil sensor having a magnetic core, a coil wound around the magnetic core, and a sensor electrode disposed in close contact with the magnetic core, and an induced voltage of the coil. An amplifier circuit that outputs an amplified AC voltage signal, and the output of the frequency filter is applied to a sensor electrode of the filter amplifier, and the frequency filter is included in an AC voltage signal induced on the receiving electrode. The component of a predetermined frequency band other than the required frequency band is attenuated and output.

このような電界検出装置によれば、環境電界ノイズ成分を抑制することにより、電界検出のSN比を向上することができる。
なお、このような電界検出装置においても、前記コイルセンサに、前述のように前記コイルと共に共振回路を形成するコンデンサを備えてよい。
また、このような周波数フィルタは、上述した多段接続したフィルタアンプを備える電界検出装置にも適用することができる。すなわち、たとえば、電界検出装置の、受信電極と前記1段目のフィルタアンプの前記センサ電極との間に、このような周波数フィルタを設けたり、各フィルタアンプの入力段に、このような周波数フィルタを設けるなどしてよい。
According to such an electric field detection device, the SN ratio of electric field detection can be improved by suppressing the environmental electric field noise component.
Also in such an electric field detection device, the coil sensor may be provided with a capacitor that forms a resonance circuit together with the coil as described above.
Such a frequency filter can also be applied to an electric field detection device including the above-described filter amplifiers connected in multiple stages. That is, for example, such a frequency filter is provided between the reception electrode of the electric field detection device and the sensor electrode of the first-stage filter amplifier, or such a frequency filter is provided at the input stage of each filter amplifier. May be provided.

なお、このような共振回路をコイルセンサに形成した電界検出装置を用いて、伝送媒体を介して信号を送受する通信システムに用いられる受信装置を構成することができる。ただし、前記伝送媒体は、所定の搬送波で変調した変調信号によって駆動された交流電界を、当該伝送媒体の周辺に誘起するものである。そして、当該受信装置において、当該電界検出装置の前記受信電極は、前記伝送媒体が近接または接触されるものであり、前記共振回路の共振周波数は前記搬送波の周波数と等しく設定する。   Note that a receiving device used in a communication system that transmits and receives signals via a transmission medium can be configured using an electric field detection device in which such a resonance circuit is formed in a coil sensor. However, the transmission medium induces an alternating electric field driven by a modulation signal modulated with a predetermined carrier wave around the transmission medium. In the reception device, the reception electrode of the electric field detection device is one in which the transmission medium is in proximity or contact, and the resonance frequency of the resonance circuit is set equal to the frequency of the carrier wave.

また、このような受信装置において、前記伝送媒体は、人体または生物体であってよい。
ところで、以上で示したような、磁性体コアと、前記磁性体コアに巻き回されたコイルと、前記磁性体コアに密着させて配置した、前記入力電圧信号が印加されるセンサ電極と、前記コイルと共に共振回路を形成するコンデンサとを有するコイルセンサと、前記コイルの誘起電圧を増幅し前記出力交流電圧信号として出力する増幅回路とを有するフィルタアンプは、単体で、入力交流電圧信号の所定の周波数帯域成分を抽出して増幅し、出力交流電圧信号として出力するフィルタアンプとして使用することもできる。
In such a receiving apparatus, the transmission medium may be a human body or a living body.
By the way, as shown above, a magnetic core, a coil wound around the magnetic core, a sensor electrode to which the input voltage signal is applied, disposed in close contact with the magnetic core, A filter amplifier having a coil sensor having a capacitor that forms a resonance circuit together with a coil, and an amplifier circuit that amplifies an induced voltage of the coil and outputs the amplified voltage as the output AC voltage signal is a single unit, and a predetermined input AC voltage signal It can also be used as a filter amplifier that extracts and amplifies the frequency band component and outputs it as an output AC voltage signal.

以上のように、本発明によれば、コイルのコア上にセンサ電極を備えた素子を用いて、より良好なSN比や、より大きな利得をもって、電界を検出することができる。   As described above, according to the present invention, an electric field can be detected with a better signal-to-noise ratio and a larger gain by using an element having a sensor electrode on the core of the coil.

以下、本発明の通信システムの一実施形態について人体通信への適用を例にとり説明する。
まず、第1の実施形態について説明する。
図1aに、本実施形態に係る通信システムの機能構成を示す。
図示するように、通信システムは、人体3を介して通信を行う送信機1と受信機2とを含んで構成される。
また、送信機1は、受信機2に送信する情報である通信情報を生成する送信側データ処理部11、通信情報を変調し送信信号として出力する変調器12、送信信号を人体3に印加し人体周りに交流電界を誘起する送信電極13とを有する。そして、受信機2は、通信時に、人体周りに誘起された交流電界下におかれる受信電極21、受信電極21に作用する電界の電界強度変化を検出し受信信号として出力する信号受信部22、受信信号を検波、復調し通信情報を出力する復調部23、復調部23から出力される通信情報を処理する受信側データ処理部24とを有する。
Hereinafter, an embodiment of a communication system according to the present invention will be described taking application to human body communication as an example.
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1a shows a functional configuration of the communication system according to the present embodiment.
As shown in the figure, the communication system includes a transmitter 1 and a receiver 2 that communicate via a human body 3.
In addition, the transmitter 1 is a transmission-side data processing unit 11 that generates communication information that is information to be transmitted to the receiver 2, a modulator 12 that modulates the communication information and outputs it as a transmission signal, and applies the transmission signal to the human body 3. And a transmission electrode 13 for inducing an alternating electric field around the human body. The receiver 2 receives a reception electrode 21 placed under an alternating electric field induced around the human body during communication, a signal reception unit 22 that detects a change in electric field strength of the electric field acting on the reception electrode 21 and outputs the received signal as a reception signal. A demodulator 23 that detects and demodulates a received signal and outputs communication information, and a reception-side data processor 24 that processes communication information output from the demodulator 23.

ここで、送信機1は、カード状の装置であり、送信機1をポケットに入れて携帯したり、送信機1を鞄にいれて携帯したときに、送信電極13と人体3とが容量結合するように構成されている。
次に、受信機2は、図1bに外観を示すように、受信電極21を収容したパネル部201と、信号受信部22と復調部23と受信側データ処理部24を収容した受信機本体部202とを有する。そして、受信電極21は、図1cのパネル部201の上面図と図1dのパネル部201の断面図に示すように、人体手をその上に近接させることができるように、パネル部201の表側に非導電性のカバー203で覆われた形態で設けられている。そして、このような構造によって、送信機1を携帯した人体3の手がパネル部201上にかざされたり人体手がパネル部201に接触したときに、受信電極21に人体周りの交流電界が作用するようになっている。
Here, the transmitter 1 is a card-like device, and the transmitter electrode 13 and the human body 3 are capacitively coupled when the transmitter 1 is carried in a pocket or when the transmitter 1 is carried in a bag. Is configured to do.
Next, as shown in FIG. 1 b, the receiver 2 includes a panel unit 201 that houses the receiving electrode 21, a receiver main body that houses the signal receiving unit 22, the demodulating unit 23, and the receiving-side data processing unit 24. 202. The reception electrode 21 is arranged on the front side of the panel unit 201 so that a human hand can be brought close to the reception electrode 21 as shown in a top view of the panel unit 201 in FIG. 1c and a cross-sectional view of the panel unit 201 in FIG. Are provided in a form covered with a non-conductive cover 203. With such a structure, when the hand of the human body 3 carrying the transmitter 1 is held over the panel unit 201 or the human hand touches the panel unit 201, an AC electric field around the human body acts on the receiving electrode 21. It is supposed to be.

次に、受信機2の信号受信部22の構成を図2aに示す。
図示するように信号受信部22は、入力を受信電極21に接続した周波数フィルタ221と、多段接続された二つのフィルタアンプ222とを有している。そして、多段接続された二つのフィルタアンプ222のうちの一段目のフィルタアンプ222の入力は、周波数フィルタ221の出力に接続し、一段目のフィルタアンプ222の出力が二段目のフィルタアンプ222の入力となり、二段目のフィルタアンプ222の出力が信号受信部22の出力となる。
Next, the configuration of the signal receiving unit 22 of the receiver 2 is shown in FIG.
As shown in the figure, the signal receiving unit 22 includes a frequency filter 221 having an input connected to the receiving electrode 21 and two filter amplifiers 222 connected in multiple stages. The input of the first-stage filter amplifier 222 of the two filter amplifiers 222 connected in multiple stages is connected to the output of the frequency filter 221, and the output of the first-stage filter amplifier 222 is connected to the output of the second-stage filter amplifier 222. The output of the second stage filter amplifier 222 becomes the output of the signal receiving unit 22.

そして、各フィルタアンプ222は、コイルセンサ2221と、コイルセンサ2221の出力を入力とする増幅回路2222とより構成され、フィルタアンプ222の入力がコイルセンサ2221の入力となり、増幅回路2222の出力がフィルタアンプ222の出力となる。   Each filter amplifier 222 includes a coil sensor 2221 and an amplifier circuit 2222 that receives the output of the coil sensor 2221. The input of the filter amplifier 222 becomes the input of the coil sensor 2221, and the output of the amplifier circuit 2222 is a filter. This is the output of the amplifier 222.

次に、図3に、周波数フィルタ221、コイルセンサ2221、増幅回路2222の構成例を示す。
まず、図3aに示すように、周波数フィルタ221は、コンデンサ301と抵抗302とより構成されたCRフィルタであり、ハイパスフィルタとして機能する。また、その入力は導電線を介して受信電極21に接続される。
次に、図3bに示すように、コイルセンサ2221は、フェライト製のコア311を有するコイル312と、コア311の上面に固定した銅性のセンサ電極313と、センサ電極313をコア311の上面上に封止する周囲空間よりも透磁率の大きな封止体314と、コイルセンサ2221の共振周波数を設定するための可変コンデンサ315を有している。なお、封止体314としては、磁性粉末を混合したエポキシ樹脂などを用いることができる。また、センサ電極313は、コア311にその一部または全部をコア311に埋め込んだ形態で配置するようにしてもよい。
Next, FIG. 3 illustrates a configuration example of the frequency filter 221, the coil sensor 2221, and the amplifier circuit 2222.
First, as shown in FIG. 3a, the frequency filter 221 is a CR filter composed of a capacitor 301 and a resistor 302, and functions as a high-pass filter. The input is connected to the receiving electrode 21 through a conductive wire.
Next, as shown in FIG. 3 b, the coil sensor 2221 includes a coil 312 having a ferrite core 311, a copper sensor electrode 313 fixed to the top surface of the core 311, and the sensor electrode 313 on the top surface of the core 311. A sealing body 314 having a larger magnetic permeability than the surrounding space to be sealed and a variable capacitor 315 for setting the resonance frequency of the coil sensor 2221 are provided. Note that as the sealing body 314, an epoxy resin mixed with magnetic powder or the like can be used. Further, the sensor electrode 313 may be arranged in a form in which part or all of the sensor electrode 313 is embedded in the core 311.

ここで、1段目のフィルタアンプ222のセンサ電極313は導電線を介して周波数フィルタ221の出力に接続されおり、2段目のフィルタアンプのセンサ電極313は導電線を介して1段目のフィルタアンプ222の増幅回路2222の出力に接続されている。そして、コイル312に生じた誘起電圧を出力する。
なお、図3b1は上方より見たコイルセンサ2221の構成を模式的に表し、図3b2は測方より見たコイルセンサ2221の構成を模式的に表している。
次に、図3cに示すように、増幅回路2222は、コイルセンサ2221のコイル312の出力する誘起電圧をゲート電圧とするFET323と、電源321によってゲート電圧に応じた大きさで流れることになるFET323のソース-ドレイン電流を電圧に変換するための抵抗322と、直流カット用のコンデンサ324を備えている。そして、抵抗322によって変換した電圧が増幅回路2222の出力となる。
Here, the sensor electrode 313 of the first-stage filter amplifier 222 is connected to the output of the frequency filter 221 via a conductive line, and the sensor electrode 313 of the second-stage filter amplifier 222 is connected to the first-stage filter amplifier 222 via a conductive line. The output of the amplifier circuit 2222 of the filter amplifier 222 is connected. Then, the induced voltage generated in the coil 312 is output.
3b1 schematically illustrates the configuration of the coil sensor 2221 viewed from above, and FIG. 3b2 schematically illustrates the configuration of the coil sensor 2221 viewed from the measurement.
Next, as shown in FIG. 3 c, the amplifier circuit 2222 includes an FET 323 that uses the induced voltage output from the coil 312 of the coil sensor 2221 as a gate voltage, and an FET 323 that flows at a magnitude corresponding to the gate voltage by the power supply 321. A resistor 322 for converting the source-drain current into a voltage and a DC cut capacitor 324. Then, the voltage converted by the resistor 322 becomes the output of the amplifier circuit 2222.

ここで、コイルセンサ2221の共振周波数は、可変コンデンサ315を用いて、送信機1の変調器12における送信信号の変調に用いる搬送波の周波数に設定される。すなわち、たとえば、変調器12が1MHzの搬送波によるAM変調を行うものであれば、コイルセンサ2221の共振周波数を1MHzに設定する。また、周波数フィルタ221の周波数特性は、送信機1から変調されて送信される送信信号の周波数帯域より低周波数の環境電界によるノイズ成分を減衰させるものとする。すなわち、変調器12が1MHzの搬送波によるAM変調を行うものであって、送信信号の帯域幅が高々数百KHzであり、数十から数百KHzのノイズ成分が主たるノイズ成分として環境電界によって誘起されるような場合には、周波数フィルタ221を、たとえば、400KHzをカットオフ周波数として有するハイパスフィルタとする。   Here, the resonance frequency of the coil sensor 2221 is set to the frequency of the carrier wave used for modulation of the transmission signal in the modulator 12 of the transmitter 1 using the variable capacitor 315. That is, for example, if the modulator 12 performs AM modulation using a 1 MHz carrier wave, the resonance frequency of the coil sensor 2221 is set to 1 MHz. The frequency characteristic of the frequency filter 221 attenuates a noise component due to an environmental electric field having a frequency lower than the frequency band of a transmission signal modulated and transmitted from the transmitter 1. That is, the modulator 12 performs AM modulation with a carrier of 1 MHz, and the transmission signal has a bandwidth of several hundred KHz at most, and a noise component of several tens to several hundred KHz is induced by an environmental electric field as a main noise component. In such a case, the frequency filter 221 is, for example, a high-pass filter having 400 kHz as a cutoff frequency.

さて、このような信号受信部22の構成において、人体に誘起された交流電界が受信電極21に作用されると、この交流電界によって受信電極21に誘起された交流電圧信号が導電線を介して周波数フィルタ221に入力する。そして、周波数フィルタ221に入力した交流電圧信号は、低周波数成分が減衰された後、多段接続された2つのフィルタアンプ222のうちの一段目のフィルタアンプ222のコイルセンサ2221のセンサ電極313に出力される。   In such a configuration of the signal receiving unit 22, when an AC electric field induced in the human body is applied to the receiving electrode 21, an AC voltage signal induced in the receiving electrode 21 by the AC electric field is transmitted through the conductive wire. Input to the frequency filter 221. The AC voltage signal input to the frequency filter 221 is output to the sensor electrode 313 of the coil sensor 2221 of the first-stage filter amplifier 222 of the two filter amplifiers 222 connected in multiple stages after the low frequency component is attenuated. Is done.

次に、この周波数フィルタ221より出力された交流電圧信号によって、一段目のフィルタアンプ222のコイルセンサ2221のセンサ電極313やコア311に交流電流が発生し、この交流電流によりコイル312の中央孔中に、人体周りの交流電界に追従する磁束変化が発生する。そして、この磁束変化に応じてコイル312に交流の誘起電圧が生じ、この交流の誘起電圧を一段目フィルタアンプの増幅回路2222によって増幅した交流電圧信号が、二段目のフィルタアンプ222に出力される。そして、さらに、この1段目のフィルタアンプ222により出力された交流電圧信号によって、二段目のフィルタアンプ222のセンサ電極313やコア311に交流電流が発生し、この交流電流によりコイル312の中央孔中に、一段目フィルタアンプ222から出力された交流電圧信号に追従する磁束変化が発生する。そして、この磁束の変化に応じてコイル312に交流の誘起電圧が生じ、このコイル312に誘起電圧を二段目フィルタアンプの増幅回路2222によって増幅した交流電圧信号が受信信号として復調器23に出力される。   Next, an alternating current is generated in the sensor electrode 313 and the core 311 of the coil sensor 2221 of the first-stage filter amplifier 222 by the alternating voltage signal output from the frequency filter 221, and this alternating current causes a current in the central hole of the coil 312. In addition, a magnetic flux change that follows an alternating electric field around the human body occurs. An alternating induced voltage is generated in the coil 312 in response to the magnetic flux change, and an alternating voltage signal obtained by amplifying the alternating induced voltage by the amplifier circuit 2222 of the first-stage filter amplifier is output to the second-stage filter amplifier 222. The Further, an alternating current is generated in the sensor electrode 313 and the core 311 of the second stage filter amplifier 222 by the alternating voltage signal output from the first stage filter amplifier 222, and the center of the coil 312 is generated by this alternating current. A magnetic flux change that follows the AC voltage signal output from the first-stage filter amplifier 222 is generated in the hole. An alternating induced voltage is generated in the coil 312 in accordance with the change in the magnetic flux, and an alternating voltage signal obtained by amplifying the induced voltage in the coil 312 by the amplification circuit 2222 of the second-stage filter amplifier is output to the demodulator 23 as a received signal. Is done.

さて、ここで、信号受信部22の周波数フィルタ221は、前述のように低周波数の環境電界によるノイズ成分を減衰させるために設けたものである。
ここで、図4に、周波数フィルタ221を設けた効果を示すために行った実験結果を示す。
この実験では、図4a1、a2に示すように、送信機1から1MHzの送信信号を、人体3を模した伝送媒体40の一端に印加すると共に、伝送媒体に信号生成装置41から環境電界によるノイズを模擬する300KHzの信号を伝送媒体に印加し、伝送媒体50の他端において、受信電極21で伝送媒体50周りに発生する電界を検出するようにした。そして、図4a1に示すように受信電極21を直接フィルタアンプに接続した場合のフィルタアンプ222の出力OUTrefと、図4a2に示すように受信電極21を周波数フィルタ221を介してフィルタアンプ222に接続した場合のフィルタアンプ222の出力OUTを観察し、図4b1の受信電極21を直接フィルタアンプに接続した場合の出力OUTrefの信号波形と、図4b2の受信電極21を周波数フィルタ221を介してフィルタアンプ222に接続した場合の出力OUTの信号波形を得た。
Now, the frequency filter 221 of the signal receiving unit 22 is provided for attenuating the noise component due to the low-frequency environmental electric field as described above.
Here, FIG. 4 shows the result of an experiment conducted to show the effect of providing the frequency filter 221.
In this experiment, as shown in FIGS. 4a1 and a2, a 1 MHz transmission signal is applied from the transmitter 1 to one end of a transmission medium 40 simulating a human body 3, and noise due to an environmental electric field is applied to the transmission medium from a signal generator 41. Is applied to the transmission medium, and the electric field generated around the transmission medium 50 is detected by the receiving electrode 21 at the other end of the transmission medium 50. 4a1, the output OUTref of the filter amplifier 222 when the receiving electrode 21 is directly connected to the filter amplifier, and the receiving electrode 21 is connected to the filter amplifier 222 via the frequency filter 221 as shown in FIG. 4a2. In this case, the output OUT of the filter amplifier 222 is observed, the signal waveform of the output OUTref when the reception electrode 21 of FIG. 4b1 is directly connected to the filter amplifier, and the reception electrode 21 of FIG. The signal waveform of the output OUT when connected to is obtained.

この結果、両信号波形より理解されるように、周波数フィルタ221によって、環境電界によるノイズを模擬する300KHzの信号成分が効果的に抑制されていることが確認された。
なお、このような周波数フィルタ221としては、送信信号の周波数帯域を透過するバンドパスフィルタや、送信信号の周波数帯域より高周波数のノイズ成分を除去するローパスフィルタを用いるようにしてもよい。
次に、信号受信部22におけるフィルタアンプ222の多段接続は、各フィルタアンプ222が持つ、コイルセンサ2221の共振周波数によって定まる周波数帯域のバンドパス機能(搬送波に対する同調機能)と、信号増幅機能とを重ねて利用することにより、受信信号のSN比と利得を向上するために行ったものである。
As a result, as understood from both signal waveforms, it was confirmed that the frequency filter 221 effectively suppressed the 300 kHz signal component that simulates the noise due to the environmental electric field.
Note that, as such a frequency filter 221, a band-pass filter that transmits the frequency band of the transmission signal or a low-pass filter that removes a noise component having a frequency higher than the frequency band of the transmission signal may be used.
Next, the multistage connection of the filter amplifiers 222 in the signal receiving unit 22 includes a band-pass function (a tuning function for a carrier wave) of a frequency band determined by the resonance frequency of the coil sensor 2221 and a signal amplification function that each filter amplifier 222 has. This is performed in order to improve the SN ratio and gain of the received signal by overlapping use.

ここで、図5に、フィルタアンプ222の多段接続の効果を示すために行った実験結果を示す。
この実験では、図5aに示すように、送信機1から1MHzの送信信号を、人体3を模した伝送媒体50の一端に印加し、伝送媒体50の他端において、受信電極21で伝送媒体50周りに発生する電界を検出するようにした。そして、1段目のフィルタアンプ222の出力OUTrefと、2段目のフィルタアンプ222の出力OUTを観察し、図5b1の1段目のフィルタアンプ222の出力OUTrefの信号波形と、図5b2の2段目のフィルタアンプ222の出力OUTの信号波形を得た。この結果、両信号波形の振幅の比より理解されるように、フィルタアンプ222の多段接続により、受信信号の大きな利得が実現されることが確認された。また、多段接続による、利得の増大に伴う、ノイズ成分の顕在化は認められず、このことより、多段接続によりSN比が向上していることが推認された。
Here, FIG. 5 shows the results of an experiment conducted to show the effect of the multistage connection of the filter amplifier 222.
In this experiment, as shown in FIG. 5 a, a transmission signal of 1 MHz is applied from the transmitter 1 to one end of a transmission medium 50 simulating a human body 3, and the transmission medium 50 is received by the receiving electrode 21 at the other end of the transmission medium 50. The electric field generated around was detected. Then, the output OUTref of the first-stage filter amplifier 222 and the output OUT of the second-stage filter amplifier 222 are observed, the signal waveform of the output OUTref of the first-stage filter amplifier 222 in FIG. 5b1, and 2 in FIG. 5b2. A signal waveform of the output OUT of the filter amplifier 222 at the stage was obtained. As a result, as understood from the ratio of the amplitudes of both signal waveforms, it was confirmed that a large gain of the received signal was realized by the multistage connection of the filter amplifier 222. Moreover, the manifestation of the noise component accompanying the increase in gain due to the multistage connection was not recognized, and from this, it was confirmed that the SN ratio was improved by the multistage connection.

以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、受信機2における信号受信部22は、図2aに示した構成に代えて、他の構成によって実施することもできる。すなわち、図2bに示すように、フィルタアンプ223を、周波数フィルタ221とコイルセンサ2221と増幅回路2222とを当該順序で接続して構成すると共に、このようなフィルタアンプ223を二つ多段接続して信号受信部22を構成するようにしてもよい。また、図2cに示すように、周波数フィルタ221と、周波数フィルタ221の後段に設けた、多段接続した3以上のフィルタアンプ222とより信号受信部22を構成するようにしてもよい。または、周波数フィルタ221とコイルセンサ2221と増幅回路2222とを当該順序で接続して構成したフィルタアンプ223を3以上多段接続して信号受信部22を構成するようにしてもよい。
The embodiment of the present invention has been described above.
By the way, the signal receiving unit 22 in the receiver 2 can be implemented by another configuration instead of the configuration shown in FIG. That is, as shown in FIG. 2b, the filter amplifier 223 is configured by connecting the frequency filter 221, the coil sensor 2221, and the amplifier circuit 2222 in this order, and two such filter amplifiers 223 are connected in multiple stages. The signal receiving unit 22 may be configured. Further, as shown in FIG. 2c, the signal receiving unit 22 may be configured by the frequency filter 221 and three or more filter amplifiers 222 provided in the subsequent stage of the frequency filter 221 and connected in multiple stages. Alternatively, the signal receiving unit 22 may be configured by connecting three or more filter amplifiers 223 configured by connecting the frequency filter 221, the coil sensor 2221, and the amplifier circuit 2222 in this order.

なお、以上の実施形態で示したフィルタアンプ222は、単体で、周波数について選択的に交流電気信号を増幅する電気回路として使用することができる。   The filter amplifier 222 shown in the above embodiment can be used alone as an electric circuit that selectively amplifies an AC electric signal with respect to frequency.

本発明の実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the communication system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る信号受信部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the signal receiving part which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る信号受信部の各部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of each part of the signal receiving part which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る周波数フィルタの作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the frequency filter which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るフィルタアンプの多段接続の作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the multistage connection of the filter amplifier which concerns on embodiment of this invention. 本出願人の先行特許出願に係る通信部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the communication part which concerns on the prior patent application of this applicant.

符号の説明Explanation of symbols

1…送信機、2…受信機、3…人体、11…送信側データ処理部、12…変調器、13…送信電極、21…受信電極、22…信号受信部、23…復調部、24…受信側データ処理部、201…パネル部、202…受信機本体部、221…周波数フィルタ、222…フィルタアンプ、301…コンデンサ、302…抵抗、311…コア、312…コイル、313…センサ電極、314…封止体、315…可変コンデンサ、321…電源、322…抵抗、323…FET、324…コンデンサ、2221…コイルセンサ、2222…増幅回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmitter, 2 ... Receiver, 3 ... Human body, 11 ... Transmission side data processing part, 12 ... Modulator, 13 ... Transmission electrode, 21 ... Reception electrode, 22 ... Signal reception part, 23 ... Demodulation part, 24 ... Reception side data processing unit, 201 ... panel unit, 202 ... receiver body unit, 221 ... frequency filter, 222 ... filter amplifier, 301 ... capacitor, 302 ... resistor, 311 ... core, 312 ... coil, 313 ... sensor electrode, 314 ... Sealed body, 315... Variable capacitor, 321... Power source, 322... Resistor, 323... FET, 324 .. Capacitor, 2221.

Claims (6)

交流電界を誘起する媒体が近接または接触される受信電極と、
多段接続された複数のフィルタアンプとを有し、
前記各フィルタアンプは、
磁性体コアと、前記磁性体コアに巻き回されたコイルと、前記磁性体コアに密着させて配置したセンサ電極とを有するコイルセンサと、
前記コイルの誘起電圧を増幅した交流電圧信号を出力する増幅回路とを有し、
前記多段接続された複数のフィルタアンプのうちの1段目のフィルタアンプのセンサ電極には、前記受信電極に誘起された交流電圧信号が印加され、2段目以降の各段のフィルタアンプのセンサ電極には、前段のフィルタアンプの増幅回路が出力する交流電圧信号が印加されていることを特徴とする電界検出装置。
A receiving electrode that is in close proximity to or in contact with a medium that induces an alternating electric field;
A plurality of filter amplifiers connected in multiple stages,
Each filter amplifier is
A coil sensor having a magnetic core, a coil wound around the magnetic core, and a sensor electrode disposed in close contact with the magnetic core;
An amplification circuit that outputs an alternating voltage signal obtained by amplifying the induced voltage of the coil;
The AC voltage signal induced in the receiving electrode is applied to the sensor electrode of the first-stage filter amplifier among the plurality of filter amplifiers connected in multiple stages, and the sensors of the filter amplifiers in the second and subsequent stages are applied. An electric field detection device characterized in that an AC voltage signal output from an amplification circuit of a filter amplifier in the previous stage is applied to the electrode.
請求項1記載の電界検出装置であって、
前記受信電極に誘起される交流電圧信号中の所要周波数帯域以外の所定の周波数帯域の成分を減衰させる周波数フィルタを有し、
前記1段目のフィルタアンプの前記センサ電極には、前記受信電極に誘起された交流電圧信号が、前記周波数フィルタにおける前記減衰が施された後に印加されることを特徴とする電界検出装置。
The electric field detection device according to claim 1,
A frequency filter for attenuating a component in a predetermined frequency band other than a required frequency band in the AC voltage signal induced in the receiving electrode;
The electric field detection device according to claim 1, wherein an AC voltage signal induced in the reception electrode is applied to the sensor electrode of the first-stage filter amplifier after the attenuation in the frequency filter.
請求項1記載の電界検出装置であって、
前記各フィルタアンプは、各々周波数フィルタを有し、
前記1段目のフィルタアンプの周波数フィルタは、前記受信電極に誘起される交流電圧信号中の所要周波数帯域以外の所定の周波数帯域の成分を減衰し、前記1段目のフィルタアンプの前記センサ電極には、前記受信電極に誘起された交流電圧信号が、前記1段目のフィルタアンプの周波数フィルタにおける前記減衰が施された後に印加され、
2段目以降の各段のフィルタアンプの周波数フィルタは、前段のフィルタアンプの増幅回路が出力する交流電圧信号中の前記所定の周波数帯域の成分を減衰し、当該段のフィルタアンプの前記センサ電極には、前段のフィルタアンプの増幅回路が出力する交流電圧信号が、当該段のフィルタアンプの周波数フィルタにおける前記減衰が施された後に印加されることを特徴とする電界検出装置。
The electric field detection device according to claim 1,
Each filter amplifier has a frequency filter,
The frequency filter of the first-stage filter amplifier attenuates a component in a predetermined frequency band other than a required frequency band in the AC voltage signal induced in the reception electrode, and the sensor electrode of the first-stage filter amplifier The AC voltage signal induced in the receiving electrode is applied after the attenuation in the frequency filter of the first-stage filter amplifier,
The frequency filters of the filter amplifiers of the second and subsequent stages attenuate the component of the predetermined frequency band in the AC voltage signal output from the amplifier circuit of the filter amplifier of the previous stage, and the sensor electrode of the filter amplifier of the corresponding stage In the electric field detection device, the AC voltage signal output from the amplifier circuit of the preceding stage filter amplifier is applied after the attenuation in the frequency filter of the preceding stage filter amplifier.
請求項1、2または3記載の電界検出装置であって、The electric field detection device according to claim 1, 2, or 3,
前記コイルセンサは、前記コイルと共に共振回路を形成するコンデンサを有することを特徴とする電界検出装置。The coil sensor includes a capacitor that forms a resonance circuit together with the coil.
伝送媒体を介して信号を送受する通信システムに用いられる受信装置であって、A receiving device used in a communication system for transmitting and receiving signals via a transmission medium,
請求項4記載の電界検出装置を有し、The electric field detection device according to claim 4,
前記伝送媒体は、所定の搬送波で変調した変調信号によって駆動された交流電界を、当該伝送媒体の周辺に誘起し、The transmission medium induces an alternating electric field driven by a modulation signal modulated by a predetermined carrier wave around the transmission medium,
当該電界検出装置の前記受信電極には、前記伝送媒体が近接または接触され、The transmission medium is in proximity to or in contact with the reception electrode of the electric field detection device,
前記共振回路の共振周波数は前記搬送波の周波数と等しく設定されることを特徴とする受信装置。The receiving apparatus according to claim 1, wherein a resonance frequency of the resonance circuit is set equal to a frequency of the carrier wave.
請求項5記載の受信装置であって、The receiving device according to claim 5,
前記伝送媒体は、人体または生物体であることを特徴とする受信装置。The transmission device is a human body or a living body.
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