CN107569229B - 一种生物阻抗测量方法、装置及电子设备 - Google Patents

一种生物阻抗测量方法、装置及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物阻抗测量方法及装置，用于四线制阻抗测量电路，电路包括主电路与电压测量电路，主电路包括互相串联的交流电压源、待测物与电流测量设备；电压测量电路并联在待测物的两端；方法包括获得电流测量设备测得的电流值；获得电压测量电路测得的电压值；根据上述电流值与电压值计算得到未校准的生物阻抗；根据交流电压源的电压值、电流值、预设的生物阻抗预估值计算得到接触阻抗，其中，生物阻抗预估值为设定值；利用接触阻抗对未校准的生物阻抗进行校准，得到校准后的生物阻抗。本发明考虑到接触阻抗对生物阻抗值的影响，根据接触阻抗对生物阻抗进行校准，得到更准确的生物阻抗。本发明还公开了一种包括上述装置的电子设备。

Description

一种生物阻抗测量方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及生物阻抗分析领域，特别是涉及一种生物阻抗测量方法、装置及电子设备。
背景技术
生物阻抗是生物特征分析的重要部分，生物阻抗分析已成为健康领域关注的重点。
目前常用的阻抗分析方法是四线制生物阻抗测量方法，图1所示为四线制生物阻抗测量电路的电路图，其中，限流电阻RLIMIT为定值电阻，用于限制电路中的电流，以免因电流过大而对待测物造成伤害。该方法用交流电压源VAC为电路提供能源，通过电压测量设备VMETER获得待测物ZUNKNOWN两端的电压值，电压测量设备VMETER的两端为仪表放大器，仪表放大器的输入端“虚断”，即输入电流为零，故可以认为电压测量设备测到的电压即为待测物两端的电压，将电压测量设备VMETER测量到的电压值与电流测量设备IMETER测量到的电流值做比值，得到待测物ZUNKNOWN的生物阻抗值。由于该方法在测量时生物阻抗时未考虑接触阻抗RACCESS的影响，其测量结果的稳定性与准确性一直备受质疑。
因此，如何提供一种准确性和稳定性更高的生物阻抗测量方法、装置及电子设备是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物阻抗测量方法及其装置，考虑到接触阻抗对生物阻抗测量的影响，提高生物阻抗测量的准确性和稳定性。本发明的另一目的是提供一种包括上述装置的电子设备。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种生物阻抗测量方法，用于四线制阻抗测量电路，所述四线制阻抗测量电路包括主电路与电压测量电路，所述主电路包括互相串联的交流电压源、待测物与电流测量设备；所述电压测量电路并联在待测物的两端；所述方法包括：
获得所述电流测量设备测量到的所述待测物所在的主电路中的电流值；
获得所述电压测量电路测量到的所述待测物两端的电压值；
根据所述电流值与所述待测物两端的电压值计算得到未校准的生物阻抗；
根据所述交流电压源的电压值、所述电流值、预设的生物阻抗预估值计算得到接触阻抗，其中，所述生物阻抗预估值为设定值；
利用所述接触阻抗对所述未校准的生物阻抗进行校准，得到校准后的生物阻抗。
优选地，所述根据所述交流电压源的电压值、所述电流值、预设的生物阻抗预估值计算得到接触阻抗的过程包括：
将所述交流电压源的电压值、所述电流值、预设的生物阻抗预估值带入接触阻抗计算关系式，得到接触阻抗；
所述接触阻抗计算关系式为：
RACCESS＝(U1/I-Z预设-RLIMIT)/2，其中，RACCESS为所述接触阻抗，U1为所述交流电压源的电压值，I为所述电流值，Z预设为所述生物阻抗预估值，RLIMIT为特定限流电阻的电阻值。
优选地，所述生物阻抗预估值的取值范围为300欧姆至1300欧姆。
优选地，所述根据所述电流值与所述待测物两端的电压值计算得到未校准的生物阻抗的过程具体为：
将所述电流值与所述待测物两端的电压值带入生物阻抗计算关系式，得到未校准的生物阻抗；
所述生物阻抗计算关系式为：
Z未校准＝U/I，其中U为所述电压测量电路测量到的待测物两端电压；I为所述电流值。
优选地，所述利用所述接触阻抗对未校准的生物阻抗值进行校准的具体过程为：
将所述接触阻抗代入系统校准关系式，得到系统校准值；其中，所述系统校准关系式为：
A校准＝RACCESS/1000×0.01，其中，A校准为所述系统校准值；RACCESS为所述接触阻抗；
将所述系统校准值与所述未校准的生物阻抗值代入阻抗校准关系式，得到校准后的生物阻抗值；其中，所述阻抗校准关系式为：
Z校准＝Z未校准/(1+A校准)，其中，Z校准为所述校准后的生物阻抗值，Z未校准为所述未校准的生物阻抗值。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种生物阻抗测量装置，用于四线制阻抗测量电路，所述四线制阻抗测量电路包括主电路与电压测量电路，所述主电路包括互相串联的交流电压源、待测物与电流测量设备；所述电压测量电路并联在待测物的两端；所述装置包括：
电流获取模块，用于获得所述电流测量设备测量到的所述待测物所在的主电路中的电流值；
电压获取模块，用于获得所述电压测量电流测量到的所述待测物两端的电压值；
生物阻抗计算模块，用于根据所述电流值与所述待测物两端的电压值计算得到未校准的生物阻抗；
接触阻抗计算模块，用于根据所述交流电压源的电压值、所述电流值、预设的生物阻抗预估值计算得到接触阻抗，其中，所述生物阻抗预估值为设定值；
生物阻抗校准模块，用于利用所述接触阻抗对所述未校准的生物阻抗进行校准，得到校准后的生物阻抗。
优选地，所述生物阻抗校准模块包括：
校准值获取单元，用于将所述接触阻抗代入系统校准关系式，得到系统校准值；其中，所述系统校准关系式为：
A校准＝RACCESS/1000×0.01，其中，A校准为所述系统校准值；RACCESS为所述接触阻抗；
校准计算单元，用于将所述系统校准值与所述未校准的生物阻抗值代入阻抗校准关系式，得到校准后的生物阻抗值；其中，所述阻抗校准关系式为：
Z校准＝Z未校准/(1+A校准)，其中，Z校准为所述校准后的生物阻抗值，Z未校准为所述未校准的生物阻抗值。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备设有以上任一所述的生物阻抗测量装置。
优选地，所述电子设备为电子秤或者智能手表或者智能手环。
本发明提供了一种用于四线制阻抗测量电路的生物阻抗测量方法，根据交流电压源的电压值、电流测量设备测到的电流，得到接触阻抗，根据接触阻抗对依据电压测量设备测到的电压、电流测量设备测到的电流得到的未校准生物阻抗值进行校准，得到校准后的生物阻抗值。该方法考虑到接触阻抗对生物阻抗值的影响，根据接触阻抗对生物阻抗值进行校准，得到更为准确的生物阻抗值。因此，本发明提供的设备可以提供准确性与稳定性更高的生物阻抗测量。本发明还提供一种基于上述方法的生物阻抗测量装置，具有同样的技术效果，在此不再赘述。本发明还提供了一种包括上述装置的电子设备，也具有上述效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为四线制生物阻抗测量电路的电路图；
图2为本发明提供的一种生物阻抗测量方法的流程图；
图3为本发明提供的生物阻抗测量方法的一种具体实施方式的流程图；
图4为本发明提供的一种生物阻抗测量装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种生物阻抗测量方法及其装置，考虑到接触阻抗对生物阻抗测量的影响，提高生物阻抗测量的准确性和稳定性。本发明的另一核心是提供一种包括上述装置的电子设备。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种生物阻抗测量方法，用于四线制阻抗测量电路，四线制阻抗测量电路包括主电路与电压测量电路，主电路包括互相串联的交流电压源、待测物与电流测量设备；电压测量电路并联在待测物的两端；请结合图2，图2所示为本发明提供的一种生物阻抗测量方法的流程图，该方法包括：
步骤s1：获得电流测量设备测量到的待测物所在的主电路中的电流值；
步骤s2：获得电压测量电路测量到的待测物两端的电压值；
步骤s3：根据电流值与待测物两端的电压值计算得到未校准的生物阻抗；
步骤s4：根据交流电压源的电压值、所述电流值、预设的生物阻抗预估值计算得到接触阻抗，其中，生物阻抗预估值为设定值；
步骤s5：利用接触阻抗对未校准的生物阻抗进行校准，得到校准后的生物阻抗。
可以理解的是，通过上述步骤，根据接触阻抗对生物阻抗值进行校准，可以得到更为准确的生物阻抗值，实现准确性、稳定性更高的生物阻抗测量。
在本发明的一种具体实施方式中，步骤s3的过程具体为：
将交流电压源的电压值、电流值、预设的生物阻抗预估值带入接触阻抗计算关系式，得到接触阻抗；
该接触阻抗计算关系式为：
RACCESS＝(U1/I-Z预设-RLIMIT)/2，其中，RACCESS为接触阻抗，U1为交流电压源的电压值，I为电流值，Z预设为生物阻抗预估值，RLIMIT为特定限流电阻的电阻值。
可以知道，串联电路中的总阻抗值可以通过将交流电压源VAC的电压值与电流测量设备IMETER测到的电流值做比值得到。从总阻抗值中减去待测物ZUNKNOWN的生物阻抗预设值与限流电阻值即可得到两个接触阻抗之和，进而得到接触阻抗。具体可参考下面的关系式：
Z总＝RACCESS+ZUNKNOWN+RACCESS+RLIMIT＝U1/I，其中，U1表示交流电压源VAC的电压值。
对上述关系式进行简单变形即可得到上述接触阻抗计算关系式。
可以理解的是，由于正常情况下的接触阻抗为千欧级，而待测物ZUNKNOWN的生物阻抗值一般在几百欧，相当于若接触阻抗为10时，生物阻抗的值可能为0.5左右，这个值对接触阻抗的值很小，因此待测物ZUNKNOWN对接触阻抗的影响较小。故可以设定一个固定的生物阻抗预设值，完成接触阻抗的计算。
进一步的，生物阻抗预估值的取值范围为300欧姆至1300欧姆。
正常情况下的待测物ZUNKNOWN的阻抗值为800±500欧姆，因此，待测物ZUNKNOWN的生物阻抗预设值在300欧姆至1300欧姆之间时，测量结果相对更准确。需要注意，生物阻抗预设值的取值并不仅限上述范围内，也可以取其他数值进行计算，这并不影响本发明的实现。
在本发明的一种具体实施方式中，请结合图1所示的四线制生物阻抗测量方法的电路图，步骤s3的过程具体为为：
将待测物上的电流值与待测物两端的电压值带入生物阻抗计算关系式，得到未校准的生物阻抗；
该生物阻抗计算关系式为：
Z未校准＝U/I，其中U为电压测量电路测量到的待测物两端电压；I为上述电流值。
请结合图3，图3所示为本发明提供的生物阻抗测量方法的一种具体实施方式的流程图，在本发明的一种具体实施方式中，步骤s5中的利用接触阻抗对未校准的生物阻抗值进行校准的具体过程为：
步骤s51：将接触阻抗代入系统校准关系式，得到系统校准值；其中，系统校准关系式为：
A校准＝RACCESS/1000×0.01，其中，A校准为系统校准值；RACCESS为所述接触阻抗；
步骤s52：将系统校准值与未校准的生物阻抗值代入阻抗校准关系式，得到校准后的生物阻抗值；其中，阻抗校准关系式为：
Z校准＝Z未校准/(1+A校准)，其中，Z校准为校准后的生物阻抗值，Z未校准为未校准的生物阻抗值。
当然，在本发明的其他实施方式中，也可以根据其他的阻抗校准关系式，根据接触阻抗对生物阻抗值进行校准。具体的阻抗校准关系式并不影响本发明实现。
本发明提供的生物阻抗测量方法，考虑到接触阻抗对生物阻抗值的影响，根据接触阻抗对生物阻抗值进行校准，得到更为准确的生物阻抗值。因此，本方法可以提供准确性与稳定性更高的生物阻抗测量。
本发明还提供了一种生物阻抗测量装置，用于四线制阻抗测量电路，四线制阻抗测量电路包括主电路与电压测量电路，主电路包括互相串联的交流电压源、待测物与电流测量设备；电压测量电路并联在待测物的两端；请结合图4，图4所示为本发明提供的一种生物阻抗测量装置的结构示意图，该装置包括：
电流获取模块41，用于获得电流测量设备测量到的待测物所在的主电路中的电流值；
电压获取模块42，用于获得电压测量电流测量到的待测物两端的电压值；
生物阻抗计算模块43，用于根据电流值与待测物两端的电压值计算得到未校准的生物阻抗
接触阻抗计算模块44，用于根据交流电压源的电压值、电流值、预设的生物阻抗预估值计算得到接触阻抗，其中，生物阻抗预估值为设定值
生物阻抗校准模块45，用于利用接触阻抗对未校准的生物阻抗进行校准，得到校准后的生物阻抗。在本发明提供的一种具体实现方式中，生物阻抗校准模块45包括：
校准值获取单元，用于将接触阻抗代入系统校准关系式，得到系统校准值；其中，系统校准关系式为：
A校准＝RACCESS/1000×0.01，其中，A校准为系统校准值；RACCESS为所述接触阻抗；
校准计算单元，用于将系统校准值与未校准的生物阻抗值代入阻抗校准关系式，得到校准后的生物阻抗值；其中，阻抗校准关系式为：
Z校准＝Z未校准/(1+A校准)，其中，Z校准为校准后的生物阻抗值，Z未校准为未校准的生物阻抗值。
本发明提供的生物阻抗测量装置，考虑到接触阻抗对生物阻抗值的影响，根据接触阻抗对生物阻抗值进行校准，得到更为准确的生物阻抗值。因此，本方法可以提供准确性与稳定性更高的生物阻抗测量。
本发明还提供了一种电子设备，该电子设备设有以上所述的生物阻抗测量装置。
作为优选地，电子设备为电子秤或者智能手表或者智能手环。当然，本发明不限定电子设备的具体类型。
以上的几种具体实施方式仅是本发明的优选实施方式，以上几种具体实施例可以任意组合，组合后得到的实施例也在本发明的保护范围之内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种生物阻抗测量方法，用于四线制阻抗测量电路，所述四线制阻抗测量电路包括主电路与电压测量电路，所述主电路包括互相串联的交流电压源、待测物与电流测量设备；所述电压测量电路并联在待测物的两端；其特征在于，所述方法包括：
获得所述电流测量设备测量到的所述待测物所在的主电路中的电流值；
获得所述电压测量电路测量到的所述待测物两端的电压值；
根据所述电流值与所述待测物两端的电压值计算得到未校准的生物阻抗；
根据所述交流电压源的电压值、所述电流值、预设的生物阻抗预估值计算得到接触阻抗，其中，所述生物阻抗预估值为设定值；
利用所述接触阻抗对所述未校准的生物阻抗进行校准，得到校准后的生物阻抗；
其中，所述根据所述交流电压源的电压值、所述电流值、预设的生物阻抗预估值计算得到接触阻抗的过程包括：
将所述交流电压源的电压值、所述电流值、预设的生物阻抗预估值带入接触阻抗计算关系式，得到接触阻抗；
所述接触阻抗计算关系式为：
RACCESS＝(U1/I-Z预设-RLIMIT)/2，其中，RACCESS为所述接触阻抗，U1为所述交流电压源的电压值，I为所述电流值，Z预设为所述生物阻抗预估值，RLIMIT为特定限流电阻的电阻值；
其中，所述利用所述接触阻抗对未校准的生物阻抗值进行校准的具体过程为：
将所述接触阻抗代入系统校准关系式，得到系统校准值；其中，所述系统校准关系式为：
A校准＝RACCESS/1000×0.01，其中，A校准为所述系统校准值；RACCESS为所述接触阻抗；
将所述系统校准值与所述未校准的生物阻抗值代入阻抗校准关系式，得到校准后的生物阻抗值；其中，所述阻抗校准关系式为：
Z校准＝Z未校准/(1+A校准)，其中，Z校准为所述校准后的生物阻抗值，Z未校准为所述未校准的生物阻抗值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物阻抗预估值的取值范围为300欧姆至1300欧姆。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电流值与所述待测物两端的电压值计算得到未校准的生物阻抗的过程具体为：
将所述电流值与所述待测物两端的电压值带入生物阻抗计算关系式，得到未校准的生物阻抗；
所述生物阻抗计算关系式为：
Z未校准＝U/I，其中U为所述电压测量电路测量到的待测物两端电压；I为所述电流值。
4.一种生物阻抗测量装置，用于四线制阻抗测量电路，所述四线制阻抗测量电路包括主电路与电压测量电路，所述主电路包括互相串联的交流电压源、待测物与电流测量设备；所述电压测量电路并联在待测物的两端；其特征在于，所述装置包括：
电流获取模块，用于获得所述电流测量设备测量到的所述待测物所在的主电路中的电流值；
电压获取模块，用于获得所述电压测量电路测量到的所述待测物两端的电压值；
生物阻抗计算模块，用于根据所述电流值与所述待测物两端的电压值计算得到未校准的生物阻抗；
接触阻抗计算模块，用于根据所述交流电压源的电压值、所述电流值、预设的生物阻抗预估值计算得到接触阻抗，其中，所述生物阻抗预估值为设定值；
生物阻抗校准模块，用于利用所述接触阻抗对所述未校准的生物阻抗进行校准，得到校准后的生物阻抗；
其中，所述生物阻抗校准模块包括：
校准值获取单元，用于将所述接触阻抗代入系统校准关系式，得到系统校准值；其中，所述系统校准关系式为：
A校准＝RACCESS/1000×0.01，其中，A校准为所述系统校准值；RACCESS为所述接触阻抗；
校准计算单元，用于将所述系统校准值与所述未校准的生物阻抗值代入阻抗校准关系式，得到校准后的生物阻抗值；其中，所述阻抗校准关系式为：
Z校准＝Z未校准/(1+A校准)，其中，Z校准为所述校准后的生物阻抗值，Z未校准为所述未校准的生物阻抗值。
5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备设有权利要求4所述的生物阻抗测量装置。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为电子秤或者智能手表或者智能手环。
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