TWI422837B - Impedance analyzer, impedance readout device - Google Patents

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TWI422837B
TWI422837B TW101100312A TW101100312A TWI422837B TW I422837 B TWI422837 B TW I422837B TW 101100312 A TW101100312 A TW 101100312A TW 101100312 A TW101100312 A TW 101100312A TW I422837 B TWI422837 B TW I422837B
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Tak-Shing Ching
Tai Ping Sun
Chia Ming Liu
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Univ Nat Chi Nan
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    • G—PHYSICS
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Description

阻抗分析儀、阻抗讀出裝置
本發明是有關於一種阻抗分析儀，特別是指一種用於量測生物體的阻抗值的阻抗分析儀。
習知如型號為WK6420C的市售阻抗分析儀並無定電流的保護機制，若用於量測生物體(例如人體)的一阻抗值時，有可能使通過該生物體的一電流過大而對該生物體造成傷害。
因此，本發明之第一目的，即在提供一種可解決上述問題的阻抗分析儀。
於是，本發明阻抗分析儀，適用於量測一生物體的一第一部位及一第二部位之間的一阻抗值，該阻抗分析儀包含一阻抗讀出裝置及一阻抗運算單元。
該阻抗讀出裝置包括一控制電壓產生單元及一電壓量測單元。
該控制電壓產生單元用以輸出具有一預設振幅值的控制電壓。
該電壓量測單元電連接該控制電壓產生單元以接收該控制電壓，且根據該控制電壓產生一振幅值正比於該控制電壓的該預設振幅值的輸出電流，該輸出電流從該生物體的該第一部位傳遞到該第二部位來產生一相關於該阻抗值的量測電壓，且該量測電壓的一振幅值是正比於該第一及 第二部位所分別產生的一第一及第二電壓的一差值。
該阻抗運算單元用以儲存一等同該輸出電流的該振幅值的預設電流值，並電連接於該電壓量測單元以接收該量測電壓，且根據該量測電壓的該振幅值與該預設電流值進行運算，以產生該第一、第二部位間的該阻抗值。
而本發明之第二目的，即在提供一種適用於一阻抗分析儀，而可解決上述問題的阻抗讀出裝置。
於是，本發明阻抗讀出裝置，適用於讀出相關於一生物體的一第一部位及一第二部位之間的一阻抗值的一量測電壓。
該阻抗讀出裝置包括一控制電壓產生單元及一電壓量測單元。
該控制電壓產生單元用以輸出具有一預設振幅值的控制電壓。
該電壓量測單元電連接該控制電壓產生單元以接收該控制電壓，且根據該控制電壓產生一振幅值正比於該控制電壓的該預設振幅值的輸出電流，該輸出電流從該生物體的該第一部位傳遞到該第二部位來產生該相關於該阻抗值的量測電壓，且該量測電壓的一振幅值是正比於該第一及第二部位所分別產生的一第一及第二電壓的一差值。
本發明之功效在於：該控制電壓的振幅值為預設的定值，且該輸出電流的該振幅值正比於該控制電壓的預設振幅值，所以該輸出電流的振幅值也是不隨該阻抗值而改變的定值，而可避免該生物體的該阻抗值越小而導致流經該 生物體的電流越大的問題。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖1，本發明阻抗分析儀適用於量測一生物體B的一第一部位B1及一第二部位B2之間的一阻抗值。該阻抗分析儀之較佳實施例包含一阻抗讀出裝置ZDET及一阻抗運算單元ZC。
該阻抗讀出裝置ZDET包括一控制電壓產生單元SG及一電壓量測單元VDET。
參閱圖2，該控制電壓產生單元SG用以輸出具有一預設振幅值的控制電壓，並包括一振盪電路1及一放大電路2。該振盪電路1用以提供一振盪訊號。該放大電路2電連接該振盪電路1，用以接收該振盪訊號，並放大該振盪訊號以得到該控制電壓。
在該較佳實施例中，該振盪電路1所產生的該振盪訊號的振幅為±1V(即振幅值為固定的2V)，振盪頻率的範圍為0.1~20MHz，且該振盪頻率可經由一可變電阻RV調整。
該放大電路2具有一第一運算放大器OP1、一第一電阻R1及一第二電阻R2。該第一運算放大器OP1具有一反相輸入端(inverting input)、一接地的非反相輸入端(non-inverting input)及一用以輸出該控制電壓的輸出端。
該第一電阻R1具有一電連接該振盪電路1以接收該振盪訊號的第一端，及一電連接該第一運算放大器OP1的該反相輸入端的第二端。該第二電阻R2具有一電連接該第一電阻R1的該第二端的第一端，及一電連接該第一運算放大器OP1的該輸出端的第二端。該控制電壓的振幅值Vin =|-Vosc ×R2 /R1 |，參數Vosc 、R1 、R2 分別依序是該振盪訊號的振幅值、該第一電阻R1的阻值及該第二電阻R2的阻值。
回歸參閱圖1，該電壓量測單元VDET電連接該控制電壓產生單元SG以接收該控制電壓，且根據該控制電壓產生一振幅值正比於該控制電壓的該預設振幅值的輸出電流，該輸出電流從該生物體B的該第一部位B1傳遞到該第二部位B2來產生一相關於該阻抗值的量測電壓，且該量測電壓的一振幅值是正比於該第一及第二部位B1、B2所分別產生的一第一及第二電壓的一差值△V=V2 -V1 ，參數V1 、V2 分別是該第一及第二電壓的振幅值。
該電壓量測單元VDET包括一壓控電流產生器3、二個電壓隨偶器(buffer)4、4’及一差動放大器5。
參閱圖3，該壓控電流產生器3用以接收該控制電壓，且根據該控制電壓產生該輸出電流。
該壓控電流產生器3具有一第二運算放大器OP2及一第三電阻R3。
該第二運算放大器OP2具有一用以接觸該生物體B的該第一部位B1的反相輸入端、一接地的非反相輸入端，及一用以接觸該生物體B的該第二部位B2的輸出端。
該第三電阻R3具有一接收該控制電壓的第一端，及一電連接該第二運算放大器OP2的該反相輸入端的第二端，且根據該控制電壓產生該輸出電流。
該輸出電流值i=Vin /R3 ，參數Vin 、R3 分別是該控制電壓的振幅值及該第三電阻R3的阻值，且該輸出電流還經由該第三電阻R3的該第二端流至該生物體B的該第一部位B1，再經由該第二部位B2流出並到達該第二運算放大器OP2的該輸出端。
此外，基於上述的電路設計使該輸出電流值i=Vin /R3 ，且該控制電壓的振幅值Vin 是被預先設定的，所以該輸出電流值i也就因此而被預先設定為定值。
該二個電壓隨偶器4、4’電連接該壓控電流產生器3，以分別讀取並輸出該第一及第二電壓。
該等電壓隨偶器4、4’分別具有一第三運算放大器OP3及一第四運算放大器OP4。
該第三運算放大器OP3具有一電連接該第三電阻R3的該第二端的非反相輸入端、一反相輸入端，及一與該反相輸入端電連接且用以輸出該第一電壓的輸出端。
該第四運算放大器OP4具有一電連接該第二運算放大器OP2的該輸出端的非反相輸入端、一反相輸入端，及一與該反相輸入端電連接且用以輸出該第二電壓的輸出端。
該差動放大器5電連接該等電壓隨偶器4、4’以接收該第一及第二電壓，並輸出該正比於該第一及第二電壓的差值的量測電壓。
該差動放大器5具有一第五運算放大器OP5、一第四電阻R4、一第五電阻R5、一第六電阻R6及一第七電阻R7。
該第五運算放大器OP5具有一非反相輸入端、一反相輸入端及一輸出端。
該第四電阻R4具有一用以接收該第三運算放大器OP3所輸出的該第一電壓的第一端，及一電連接於該第五運算放大器OP5的該非反相輸入端的第二端。
該第五電阻R5具有一用以接收該第四運算放大器OP4所輸出的該第二電壓的第一端，及一電連接於該第五運算放大器OP5的該反相輸入端的第二端。
該第六電阻R6具有一電連接該第四電阻R4的該第二端的第一端，及一接地的第二端。
該第七電阻R7具有一電連接該第五電阻R5的該第二端的第一端，及一輸出該量測電壓的第二端。
在該較佳實施例中，該差動放大器5的增益Gain=R7 /R5 =R6 /R4 =2，該量測電壓的振幅值Vo =(V2 -V1 )/Gain=△V/2，參數R4 ~R7 依序是該第四至第七電阻R4~R7的阻值。
回歸參閱圖1，由於流經該生物體B的該第一及第二部位B1、B2的該輸出電流值是被預先設定的，所以該阻抗運算單元ZC就可以預先儲存一等同該輸出電流的振幅值的預設電流值Iin =Vin /R3 ，並電連接於該電壓量測單元VDET的該差動放大器5以接收該量測電壓，且根據該量測電壓的 該振幅值與該預設電流值進行運算，以產生該第一、第二部位間B1、B2的該阻抗值Z=△V/Iin =2×Vo /Iin 。
綜上所述，由於用以流經該生物體B的該輸出電流的振幅值正比於該控制電壓的該預設振幅值，所以該輸出電流的振幅值就不會隨著該生物體B的阻抗值而改變，而可以控制該輸出電流的振幅值位於對該生物體B而言是安全的範圍內，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
B‧‧‧生物體
B1‧‧‧第一部位
B2‧‧‧第二部位
ZDET‧‧‧阻抗讀出裝置
VDET‧‧‧電壓量測單元
SG‧‧‧控制電壓產生單元
ZC‧‧‧阻抗運算單元
1‧‧‧振盪電路
2‧‧‧放大電路
3‧‧‧壓控電流產生器
4、4’‧‧‧電壓隨偶器
5‧‧‧差動放大器
RV‧‧‧可變電阻
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
R5‧‧‧第五電阻
R6‧‧‧第六電阻
R7‧‧‧第七電阻
OP1‧‧‧第一運算放大器
OP2‧‧‧第二運算放大器
OP3‧‧‧第三運算放大器
OP4‧‧‧第四運算放大器
OP5‧‧‧第五運算放大器
圖1是一方塊圖，說明本發明阻抗分析儀的較佳實施例；圖2是一示意圖，說明該較佳實施例的一控制電壓產生單元；及圖3是一電路圖，說明該較佳實施例的一壓控電流產生器、二個電壓隨偶器及一差動放大器。
B‧‧‧生物體
B1‧‧‧第一部位
B2‧‧‧第二部位
ZDET‧‧‧阻抗讀出裝置
VDET‧‧‧電壓量測單元
SG‧‧‧控制電壓產生單元
ZC‧‧‧阻抗運算單元
1‧‧‧振盪電路
2‧‧‧放大電路
3‧‧‧壓控電流產生器
4、4’‧‧‧電壓隨偶器
5‧‧‧差動放大器

Claims (14)

  1. 一種阻抗分析儀，適用於量測一生物體的一第一部位及一第二部位之間的一阻抗值，該阻抗分析儀包含：一阻抗讀出裝置，包括：一控制電壓產生單元，用以輸出具有一預設振幅值的控制電壓；及一電壓量測單元，電連接該控制電壓產生單元以接收該控制電壓，且根據該控制電壓產生一振幅值正比於該控制電壓的該預設振幅值的輸出電流，該輸出電流從該生物體的該第一部位傳遞到該第二部位來產生一相關於該阻抗值的量測電壓，且該量測電壓的一振幅值是正比於該第一及第二部位所分別產生的一第一及第二電壓的一差值；及一阻抗運算單元，用以儲存一等同該輸出電流的該振幅值的預設電流值，並電連接於該電壓量測單元以接收該量測電壓，且根據該量測電壓的該振幅值與該預設電流值進行運算，以產生該第一、第二部位間的該阻抗值。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之阻抗分析儀，其中，該電壓量測單元包括：一壓控電流產生器，用以接收該控制電壓，且根據該控制電壓產生該輸出電流；二個電壓隨偶器，電連接該壓控電流產生器，以分 別讀取並輸出該第一及第二電壓；及一差動放大器，電連接該等電壓隨偶器以接收該第一及第二電壓，並輸出該正比於該第一及第二電壓的差值的量測電壓。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之阻抗分析儀，其中，該控制電壓產生單元具有：一振盪電路，用以產生一振盪訊號；及一放大電路，電連接該振盪電路，用以接收該振盪訊號，並放大該振盪訊號以得到該控制電壓。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之阻抗分析儀，其中，該放大電路具有：一第一運算放大器，具有一反相輸入端、一接地的非反相輸入端，及一用以輸出該控制電壓的輸出端；一第一電阻，具有一電連接該振盪電路以接收該振盪訊號的第一端，及一電連接該第一運算放大器的該反相輸入端的第二端；及一第二電阻，具有一電連接該第一電阻的該第二端的第一端，及一電連接該第一運算放大器的該輸出端的第二端。
  5. 根據申請專利範圍第2項所述之阻抗分析儀，其中，該壓控電流產生器具有：一第二運算放大器，具有一用以接觸該生物體的該第一部位的反相輸入端、一接地的非反相輸入端，及一用以接觸該生物體的該第二部位的輸出端；及 一第三電阻，具有一接收該控制電壓的第一端，及一電連接該第二運算放大器的該反相輸入端的第二端，且根據該控制電壓產生該輸出電流。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之阻抗分析儀，其中，該二電壓隨偶器分別具有：一第三運算放大器，具有一電連接該第三電阻的該第二端的非反相輸入端、一反相輸入端，及一與該反相輸入端電連接且用以輸出該第一電壓的輸出端；及一第四運算放大器，具有一電連接該第二運算放大器的該輸出端的非反相輸入端、一反相輸入端，及一與該反相輸入端電連接且用以輸出該第二電壓的一輸出端。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之阻抗分析儀，其中，該差動放大器具有：一第五運算放大器，具有一非反相輸入端、一反相輸入端及一輸出端；一第四電阻，具有一用以接收該第三運算放大器所輸出的該第一電壓的第一端，及一電連接於該第五運算放大器的該非反相輸入端的第二端；一第五電阻，具有一用以接收該第四運算放大器所輸出的該第二電壓的第一端，及一電連接於該第五運算放大器的該反相輸入端的第二端；一第六電阻，具有一電連接該第四電阻的該第二端的第一端，及一接地的第二端；及 一第七電阻，具有一電連接該第五電阻的該第二端的第一端，及一輸出該量測電壓的第二端。
  8. 一種阻抗讀出裝置，適用於讀出相關於一生物體的一第一部位及一第二部位之間的一阻抗值的量測電壓，包括：一控制電壓產生單元，用以輸出具有一預設振幅值的控制電壓；及一電壓量測單元，電連接該控制電壓產生單元以接收該控制電壓，且根據該控制電壓產生一振幅值正比於該控制電壓的該預設振幅值的輸出電流，該輸出電流從該生物體的該第一部位傳遞到該第二部位來產生一相關於該阻抗值的量測電壓，且該量測電壓的一振幅值是正比於該第一及第二部位所分別產生的一第一及第二電壓的一差值。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述之阻抗讀出裝置，其中，該電壓量測單元包括：一壓控電流產生器，用以接收該控制電壓，且根據該控制電壓產生該輸出電流；二個電壓隨偶器，電連接該壓控電流產生器，以分別讀取並輸出該第一及第二電壓；及一差動放大器，電連接該等電壓隨偶器以接收該第一及第二電壓，並輸出該正比於該第一及第二電壓的差值的量測電壓。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之阻抗讀出裝置，其中， 該控制電壓產生單元具有：一振盪電路，用以產生一振盪訊號；及一放大電路，電連接該振盪電路，用以接收該振盪訊號，並放大該振盪訊號以得到該控制電壓。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述之阻抗讀出裝置，其中，該放大電路具有：一第一運算放大器，具有一反相輸入端、一接地的非反相輸入端，及一用以輸出該控制電壓的輸出端；一第一電阻，具有一電連接該振盪電路以接收該振盪訊號的第一端，及一電連接該第一運算放大器的該反相輸入端的第二端；及一第二電阻，具有一電連接該第一電阻的該第二端的第一端，及一電連接該第一運算放大器的該輸出端的第二端。
  12. 根據申請專利範圍第9項所述之阻抗讀出裝置，其中，該壓控電流產生器具有：一第二運算放大器，具有一用以接觸該生物體的該第一部位的反相輸入端、一接地的非反相輸入端，及一用以接觸該生物體的該第二部位的輸出端；及一第三電阻，具有一接收該控制電壓的第一端，及一電連接該第二運算放大器的該反相輸入端的第二端，且根據該控制電壓產生該輸出電流。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述之阻抗讀出裝置，其中，該二電壓隨偶器分別具有： 一第三運算放大器，具有一電連接該第三電阻的該第二端的非反相輸入端、一反相輸入端，及一與該反相輸入端電連接且用以輸出該第一電壓的輸出端；及一第四運算放大器，具有一電連接該第二運算放大器的該輸出端的非反相輸入端、一反相輸入端，及一與該反相輸入端電連接且用以輸出該第二電壓的一輸出端。
  14. 根據申請專利範圍第13項所述之阻抗讀出裝置，其中，該差動放大器具有：一第五運算放大器，具有一非反相輸入端、一反相輸入端及一輸出端；一第四電阻，具有一用以接收該第三運算放大器所輸出的該第一電壓的第一端，及一電連接於該第五運算放大器的該非反相輸入端的第二端；一第五電阻，具有一用以接收該第四運算放大器所輸出的該第二電壓的第一端，及一電連接於該第五運算放大器的該反相輸入端的第二端；一第六電阻，具有一電連接該第四電阻的該第二端的第一端，及一接地的第二端；及一第七電阻，具有一電連接該第五電阻的該第二端的第一端，及一輸出該量測電壓的第二端。
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