呼吸率是一项重要的生命征象，有助于t解一个人的全体健康状况和睡觉质量。呼吸率和呼吸办法也被以为是反映个人根底健康状况的杰出方针。尽管现在商场中的技能都许诺能够精确牢靠地进行监测，但大多数并不抱负——有的不行精确而有必要不断地调整，有的则是用起来并不舒畅。
本文评论用于丈量和剖析呼吸的各种现有办法，以了解它们在满意日常健康照护和健身追寻要求的进程中所存在的局限性。战胜这些应战并不简略，但透过超宽频(UWB)脉冲雷达，能够为比如Novelda公司的XeThru等感测器供给根底，让这些感测器到达2.8m的有用规模，并能“穿透”衣服等障碍物，并且本钱低且易于运用。
用于健康照护的呼吸监测
呼吸率是一个人每分钟呼吸的次数，最好是在歇息的时分进行丈量。呼吸率或许由于发烧、患病或其它身体状况而添加。丈量呼吸率的最常用办法是凭借实体评价办法，即调查人体的胸部，核算一分钟内呼吸的次数。呼吸深度则能够用肺活量计来进行判别，该设备可依据呼出与吸入空气量丈量肺功用。最简略的运用办法是医师用肺活量计来检测气喘等病理状况。呼吸率本身只能供给有限的资讯，但呼吸办法(丈量速率、振幅和其它特征)，则能够供给更多有价值的资讯，然后再用于医疗确诊以及评价睡觉质量。
现在商场上已有的大多数呼吸监测技能是侵入式的，需求将受测者与丈量设备衔接在一起。关于上述的肺活量计来说的确如此，但即便是简略的机电式呼吸率丈量一般也有必要在受测者的胸部绑上一条弹性带。其它声学技能要求将设备衔接到受测者的颈部，而电容技能则要求在床上设备一种专用床垫或在受测者的身体上设备感测元件。这些办法首要用于专业的照护状况，能够供给精确的呼吸办法材料。但是，根本性的应战依然存在，即感测器与身体的实体衔接依然会对受测者形成压力。任何相关的不适又会反过来影响受测者的呼吸，然后或许使测验材料无效。
消费类呼吸监测技能
还在不久前，即便很简略的呼吸测验也得去诊所进行。更精细一点的监测作业是先在诊所或医院做开始的生理确诊，只需确诊的病人才接着进行呼吸测验。智慧型手机和相似的高科技电子产品(包含心率计和血糖仪等设备)的创造，加上人们对本身的健康和美好愈加留意与关怀，使得人们关于远离医疗环境以外其他检测办法的希望进步。因而，商场上充满着林林总总的健康照护和健身监测设备，它们能够帮忙顾客追寻自己的身体活动以及办理个人健康。这些产品运用与医学认证产品相似的技能，并对医疗规划进行更多的改进，因而能够藉由监测睡觉质量和歇息时的呼吸办法，满意供给完好健康评价的趋势要求。
考虑到当时处理方案的局限性，以及了解顾客希望健康与健身产品舒适、安全且易用的需求，明显地，一款真实适宜的呼吸/睡觉监测器有必要契合一些适当严厉的规划要求。它应该能够在远端精确地丈量和记载呼吸，其摆放方位不需求十分苛刻，只需受测者在合理的检测区域内即可(图1)。受测者在此区域内的方向也不影响丈量，即便其间存在一般的障碍物(如隔着羽绒被)，监测器也应该能够牢靠地作业。
图1：儿童呼吸记载比如。从图中能够清楚地看到，远端监测的精确度需求到达仅几毫米(mm)的胸部运动检测
这种技能应该适用于一切年龄层和身形的人们，并且应该对错侵入式的，能够维护受测者的隐私，即一般要将用任何视讯监控办法的监测扫除在外。别的，还应该能够一起监测多人。以感测器技能功能来看，满意这些方针的进一步考虑包含安全运用、低本钱、低功耗以及易于整合进终端设备规划，并且体积要小，并能供给数位介面。
呼吸监测
在现在商场中能够丈量呼吸率的许多产品中，大多数产品选用健身追寻器的办法，即有必要运用内建于腕带或胸带的可穿戴触摸式感测器。但是，睡觉时戴着一个衔接身体的监测设备并不舒畅，并且以电池供电的产品还得定时充电。更先进的睡觉监测器选用非触摸式感测，因而避免了这些问题，可在供给优质睡觉监测的一起也具有更好的舒适性。这些先进的监测器运用比如电容式感测(感测器元件置于床布下)等技能，或从床边监测呼吸运动的接连波(CW)雷达处理方案。尽管这些处理方案不需求直触摸摸身体，但电容处理方案一般需求在身体邻近作业，并且牢靠性也易受温度和湿度改变的影响。CW雷达可在更远的间隔以外作业，但无法区别是呼吸引起的运动仍是其它身体动作。
雷达技能好像对错侵入式体系的抱负挑选，能够完成远间隔监测呼吸，尤其是它的信号能够穿透衣服或床被等材料。即便如此也仍存在约束。尽管CW都普勒(Doppler)雷达关于运动高度灵敏，并且能够很简略地检测到像呼吸这一类重复运动的频率，但它只能供给相位资讯，而无法丈量肯定间隔。无法丈量肯定间隔意味着依据CW的雷达体系不能分辩比如手、足等其它身体部份运动和胸部运动。因而，CW体系在分辩实践的胸部运动方面才能较弱，而这是在一整晚供给牢靠材料所必需的。
咱们真实需求的是能够精确丈量间隔、足以区别浅呼吸和正常呼吸以及能依据胸部运动精确追寻人体呼吸办法的办法(图2)。但是，选用低功耗、低本钱处理方案完成这个方针极具应战性。
图2：依据胸部运动牢靠地检测呼吸，需求能够丈量肯定间隔的雷达体系
运用UWB脉冲雷达
为了寻觅处理这些问题的处理方案，Novelda以为，运用雷达原理的电磁感测器应该能够满意一切的技能要求，其它方面的问题也都能够方便的解决。前面说到CW雷达在丈量肯定间隔的局限性，在运用UWB脉冲雷达技能时就不存在了，由于UWB能够发生和取样信号脉冲，完成由发送和接纳脉冲之间的时间差所决议的高精确度间隔丈量。
此外，透过运用本质上是一种扩展频谱途径且选用数位信号处理(DSP)康复回来的信号，UWB雷达能够作业于比传统雷达更低得多的功率电平。如此一来即可战胜潜在顾客不想在床边放置大功率雷达设备的顾忌——这种技能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)体系共存，而不会形成搅扰或遭到搅扰。举例来说，CW Doppler雷达作业于较高的功率电平，因而会搅扰Wi-Fi和无线电信号。相反地，尽管UWB雷达尽管作业于较低的功率电平，但DSP技能能牢靠地从杂讯中撷取信号，这方面与ADSL透过一般电话线上完成宽频网际网路衔接十分相似。
雷达被以为是一种杂乱且贵重的技能，一般运用于高阶商场。当然，这在曩昔是建立的，由于传统体系是分离式元件建立的，运用的是高本钱的陶瓷基板。但是，在现在的大多数商场(特别是消费商场)中，IC技能的广泛遍及现已使得产品能够大量生产，价格也现已遍及被群众承受。当今的高整合度已能用于完成体系级晶片(SoC)处理方案，使得体系在尺度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好的收发器电路以及一切必要的时序与信号处理单元
因而，最终……
无论如何，大多数人越来越关怀保健、健身和健康，从今天商场上无处不在的电子产品可见一斑。许多健身追寻器和相似的设备能够丈量活动量，例如间隔、速度和步数，但用来丈量身体反响的才能一般仅限于心率。呼吸率以及呼吸办法是更有用的功能方针，但正如咱们看到的那样，其丈量条件愈加杂乱，也更具侵入性。
在调查研究可替代以往只限于医疗运用的呼吸监测技能中，Novelda发现UWB脉冲雷达能够一起战胜技能上和易用性上的应战，供给丈量和剖析呼吸率和呼吸办法的处理方案，整个体系无需与身体触摸，也不会被衣服或床被等物体所阻止。事实上，这种感测技能能够用来完成严密型的呼吸监测规划，如Novelda的XeThru感测器模组(图4)。
图4：超宽频脉冲雷达可完成具有检测才能的严密型规划，在单一PCB上整合了天线、信号处理IC以及操控介面等各种元件
