CN106667480A - 一种用于穿戴式生理信号检测设备进行性能检验的人体模型 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于穿戴式生理信号检测设备进行性能检验的人体模型，包括人体结构模型、信号传输装置、测试信号发生装置以及交互与控制装置；信号传输装置包括包裹于人体结构模型表面的表面结构层、阻抗调节电路和与表面结构层紧密贴合的金属电极；表面结构层具有导电能力；测试信号发生装置的信号输出端与信号传输装置的信号输入端相连，测试信号发生装置包括波形发生器和功率放大器；交互装置的信号输出端与测试信号发生装置的信号输入端相连，并设有用于交互的人机界面。以人体比例模型作为载体，模拟产生人体表面各类生理电信号，从而作为可穿戴生物电信号采集设备的测试载体，结构简单，便于操作。

Description

一种用于穿戴式生理信号检测设备进行性能检验的人体模型
技术领域
本发明属于信号发生器装置领域，涉及一种人体生物电信号发生装置，尤其涉及一种用于穿戴式生理信号检测设备进行性能检验的人体模型。
背景技术
随着生活水平的提高，人们对身体健康的意识也在逐渐的增强，生物电信号作为人体各种生理参数的重要指标，一直在人们生活中扮演重要角色。生理参数的分析及利用从对病人的监护已经转移到了日常的保健和对疾病的预防，生理参数检测仪的使用要走入日常生活，最大的问题是使用者大多数是非专业的用户，而现在大多数生理参数检测仪的操作复杂，数据繁琐，并不能直观的表现出被测者的身体状况和情绪。同时繁多的传感元件和复杂的电路导致传统生理参数检测仪体积庞大不方便携带。因此该技术才没有被大多数普通家庭所认可和使用。
目前，市场上有各种各样的穿戴式生理参数检测产品，如人体生理检测服装，运动手表，又如公告号为CN204671133U的中国专利文献公开的儿童穿戴式生理参数检测仪，等等。由于人体生物电信号的复杂性和多变性，对各种监测设备的校准和维护时，就需要一台可以替代人体生物电信号的发生装置。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于穿戴式生理信号检测设备进行性能检验的人体模型，可实时有效地产生一系列模拟人体生物电信号。
本发明的技术方案如下：
一种用于穿戴式生理信号检测设备进行性能检验的人体模型，包括人体结构模型、信号传输装置、测试信号发生装置以及交互装置；所述的信号传输装置，包括包裹于人体结构模型表面的表面结构层、阻抗调节电路和位于人体结构模型与表面结构层之间且与表面结构层紧密贴合的金属电极；所述的表面结构层具有导电能力；
所述的测试信号发生装置的信号输出端与信号传输装置的信号输入端相连；所述的测试信号发生装置包括波形发生器和功率放大器；所述波形发生器的输出端连接功率放大器的输入端；所述的波形发生器包括数模转换器(DAC)和信号缓冲器；所述数模转换器的信号输出端连接信号缓冲器的信号输入端；所述功放电路功率放大倍数可调；
所述的交互装置包括处理器，输入输出单元，显示单元，存储单元和通信单元；所述的处理器分别与所述的存储单元和通信单元进行双向数据传输；所述的输入单元和输出单元向处理器输入控制指令；所述的显示单元接收并显示从处理器发出的数据；所述交互装置的信号输出端通过导线与所述测试信号发生装置的信号输入端相连，所述的交互装置设有用于交互的人机界面。
在上述技术方案中，所述的结构模型在各个关节处可以多向自由活动，内部可以放置导线。表面结构层可以拆卸，且与人体皮肤相似，具有高阻抗、柔软等特性。表面结构层套在人体模型上，与模型上的金属电极贴合，当金属电极产生电信号时，表面结构层就可以模拟出人体生物电信号。人体的电阻抗会随着体表的电信号频率上升而下降，交互装置可以根据信号频率来控制阻抗。
由交互装置发出指令，测试信号发生装置根据交互装置的特定指令产生特定的信号。阻抗调节电路根据交互装置相应的设置，用多路选择器调节模拟开关，在电路并联的情况下调整并联电路数量和阻抗与容抗值，产生一定的阻抗。由测试信号发生装置产生的测试信号经过阻抗调节电路，由导线传输到对应电极。电极上产生的电位差传导至表面结构层，类似于人体皮肤的表面结构层产生模拟生物电信号。
所述功率放大器的电路拓扑结构可以为甲类，乙类，甲乙类以及D类功放电路，优选的，选择D类功放电路。
作为优选，所述的阻抗调节电路位于人体结构模型内部，其信号输出端通过导线与所述的金属电极相连，信号输入端与所述测试信号发生装置的信号输出端相连。
所述的阻抗调节电路包括多路选择器、定值电阻、电容和可调电阻，所述的多路选择器、定值电阻和电容串联后再与可调电阻并联。
作为优选，所述的金属电极包括心电电极与肌电电极，心电电极按照标准心电12导联位置设置于人体比例模型上，肌电电极设置于人体比例模型肌肉中心位置。电极成对出现，用来传输电位差信号。
作为优选，所述的人体结构模型包括上身结构模型与下身结构模型，人体结构模型采用高分子材料按照人体比例制作。人体结构模型在模拟人体关节位置可以各向活动。上下身结构模型均含有一整套装置，故上下身模型可以分开使用，方便测试。
作为优选，所述的表面结构层采用弱导电性的柔性高分子材料制成。表面结构层模拟人体皮肤的特性，将电极上的电位差传导至结构层表面。
作为优选，所述的金属电极为氯化银电极。氯化银电极失调电压小，交流阻抗小，有一定的直流电流耐受度。
作为优选，所述的阻抗调节电路和交互装置都可以设置在测试信号发生装置内，结合成一个整体，从而减小模型内部的使用空间。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明以人体比例模型作为载体，模拟产生人体表面各类生理电信号，从而作为可穿戴生物电信号采集设备的测试载体。该装置结构简单，便于操作。
附图说明
图1为本发明用于穿戴式生理信号检测设备进行性能检验的上身人体模型装置整体结构示意图；
图2为本发明用于穿戴式生理信号检测设备进行性能检验的下身人体模型装置整体结构示意图；
图3为本发明可拆卸的表面结构层；
图4为本发明整体电路结构图；
图5是本发明交互装置的内部结构示意图；
图6是本发明测试信号发生装置的内部结构示意图；
图7是本发明信号传输装置的内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种用于穿戴式生理信号检测设备进行性能检验的人体模型作进一步详细说明。
如图1～2所示，发明装置整体包括上身结构模型101和下身结构模型102。人体结构模型的各个部位有裸露的电极，电极包括心电电极201与肌电电极200，心电电极201按照标准心电12导联位置设置于人体结构模型上，肌电电极200设置于人体结构模型的肌肉中心位置。
上身结构模型101套有上身表面结构层301，下身结构模型102套有下身表面结构层302。阻抗调节电路500分别位于上身结构模型101和下身结构模型102内部，其信号输出端通过导线与肌电电极200或者心电电极201相连，信号输入端与测试信号发生装置400的信号输出端相连。交互装置600的信号输出端通过导线与测试信号发生装置400的信号输入端相连，同时，交互装置600的信号输出端和阻抗调节电路500相连。阻抗调节电路500受交互装置600的控制实现阻抗可调。交互装置600设有用于人机交互的界面。电信号通过导线从测试信号发生装置400传输到阻抗调节电路500，再传输到肌电电极200或者心电电极201上，最后传输到上身表面结构层301或者下身表面结构层302。导线均放置在人体结构模型内部。
如图3所示，表面结构层用来模拟人体皮肤，可以从人体结构模型上拆卸下来。为方便拆卸，在表面结构层上设置了拉链311。表面结构层与人体结构模型紧密贴合，当人体结构模型的金属电极发出电信号，与之紧密贴合的表面层301或302能够模拟人体皮肤，以适当的阻抗来传导电信号。
如图4所示，发明装置的总体电路结构图主要包括交互装置600的电路部分、测试信号发生装置400的电路部分以及信号传输装置700的电路部分。
如图5所示，交互装置600设有用于人机交互的界面，包括处理器，输入单元、输出单元、存储单元和通信单元。处理器分别与存储单元和通信单元进行双向数据传输；输入单元和输出单元向处理器输入控制指令；显示单元接收并显示从处理器发出的数据；交互与控制装置的信号输出端通过导线与测试信号发生装置的信号输入端相连，交互装置设有用于交互的人机界面。
如图6所示，测试信号发生装置400包括波形发生器401和功率放大器402。所述功率放大器402的电路拓扑结构为D类功放，波形发生器的输出端连接功率放大器的输入端；波形发生器包括数模转换器(DAC)和信号缓冲器；数模转换器的信号输出端连接信号缓冲器的信号输入端；功率放大器的功率放大倍数可调。
如图7所示，信号传输装置700包括阻抗调节电路500、电极202、和表面结构层303。阻抗调节电路500包括定值电阻、可调电阻、电容和多路选择器，多路选择器、定值电阻和电容串联后再与可调电阻并联。阻抗调节电路500的信号输出端连接电极，同时电极与表面结构层接触。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于穿戴式生理信号检测设备进行性能检验的人体模型，其特征在于：包括人体结构模型、信号传输装置、测试信号发生装置以及交互装置；
所述的信号传输装置包括包裹于人体结构模型表面的具有导电能力的表面结构层、阻抗调节电路和位于人体结构模型与表面结构层之间且与表面结构层紧密贴合的金属电极；
所述的测试信号发生装置的信号输出端与信号传输装置的信号输入端相连，所述的测试信号发生装置包括波形发生器和功率放大器；所述波形发生器的输出端连接功率放大器的输入端；所述的波形发生器包括数模转换器和信号缓冲器；所述数模转换器的信号输出端连接信号缓冲器的信号输入端；
所述交互装置设有用于人机交互的界面，包括处理器、输入单元、输出单元、存储单元以及通信单元；所述的处理器分别与所述的存储单元和通信单元进行双向数据传输；所述的输入单元和输出单元向处理器输入控制指令；所述的显示单元接收并显示从处理器发出的数据；所述交互装置的信号输出端通过导线与所述测试信号发生装置的信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的人体模型，其特征在于：所述的阻抗调节电路位于人体结构模型内部，其信号输出端与所述的金属电极相连，信号输入端与所述测试信号发生装置的信号输出端相连。
3.根据权利要求1或2所述的人体模型，其特征在于：所述的阻抗调节电路包括多路选择器、定值电阻、电容和可调电阻，所述的多路选择器、定值电阻和电容串联后再与可调电阻并联。
4.根据权利要求1所述的人体模型，其特征在于：所述的金属电极包括心电电极与肌电电极，所述的心电电极按照标准心电12导联位置设置于人体结构模型上，所述的肌电电极设置于人体结构模型肌肉中心位置。
5.根据权利要求1所述的人体模型，其特征在于：所述的人体结构模型包括上身结构模型与下身结构模型，人体结构模型采用高分子材料按照人体比例制作。
6.根据权利要求1所述的人体模型，其特征在于：所述的表面结构层采用导电高分子材料制成。
7.根据权利要求1所述的人体模型，其特征在于：所述的金属电极为氯化银电极。
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