CN109363674B - 一种生物阻抗测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物阻抗测量系统，模拟前端模块用于将正弦数字码或第二激励电压信号转换为激励电流信号，将激励电流信号加载到待测生物体处，并将激励电流信号流经待测生物体所产生的模拟压降信号转换为数字压降信号；数字算法实现模块用于产生正弦数字码或第二激励电压信号，并将模拟前端模块输出的数字压降信号转换为数字压降信号对应的频率和相位信息；数据传输控制模块，用于将数字算法实现模块输出的数字压降信号对应的频率和相位信息传输至上位机。本发明实施例的生物阻抗测量系统可以满足不同的测量精度，使用者可以根据自己的实际测量需求，选择不同的测量模式，从而得到最有效的测量结果，且可以对人体成分进行分析、人体器官进行建模。

Description

一种生物阻抗测量系统
技术领域
本发明属于生物阻抗技术领域，具体涉及一种生物阻抗测量系统。
背景技术
生物阻抗在一定程度上能反映人体水分、脂肪、蛋白质等成分，能够为减肥、肌肉训练提供科学的依据，在运动医学、康复医学等领域有着重要的作用，同时对各类人群的健康调查，营养状况评价及相关疾病诊断等都有非常广泛的应用空间。生物阻抗测量系统则可以通过测量待测生物体的电学参数，从而实现对人体成分和人体状态的检测。
目前，生物阻抗测量系统可以分为单通道生物阻抗测量系统和多通道生物阻抗测量系统。单通道生物阻抗测量系统可以实现对人体成分的检测，从而实现对人体的健康状态进行实时检测；多通道生物阻抗测量系统可以实现对人体器官的建模，通过对人体器官建模可以对人体发生病变器官的状态进行实时监测，从而可以为治疗方案的调整提供依据。
但是，上述生物阻抗测量系统的测量精度及其测量可靠性不能满足临床测量的需求，且其功耗、体积以及成本都相对较高，不利于生物阻抗测量系统的推广应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种生物阻抗测量系统。
本发明的一个实施例提供了一种生物阻抗测量系统，所述生物阻抗测量系统包括模拟前端模块、数字算法实现模块和数据传输控制模块，其中，
模拟前端模块，用于将正弦数字码或第二激励电压信号转换为激励电流信号，将所述激励电流信号加载到待测生物体处，并将所述激励电流信号流经所述待测生物体所产生的模拟压降信号转换为数字压降信号；
数字算法实现模块，用于产生正弦数字码或第二激励电压信号，并将模拟前端模块输出的数字压降信号转换为所述数字压降信号对应的频率和相位信息；
数据传输控制模块，用于将所述数字算法实现模块输出的所述数字压降信号对应的频率和相位信息传输至上位机。
在本发明的一个实施例中，所述数字算法实现模块包括直接数字频率合成器、数字delta-sigma调制器和伪随机序列产生器，其中，
所述直接数字频率合成器，用于产生并行输出的正弦数字码；
所述数字delta-sigma调制器，用于将并行输出的所述正弦数字码转换为串行输出的所述正弦数字码，并将串行输出的所述正弦数字码对应的第一激励电压信号传输至所述模拟前端模块；
所述伪随机序列产生器，用于产生多频测量模式下的第二激励电压信号，并将所述第二激励电压信号传输至所述模拟前端模块。
在本发明的一个实施例中，所述模拟前端模块包括模拟低通滤波器、howland电流源和模拟delta-sigma调制器，其中，
所述模拟低通滤波器，用于对所述数字delta-sigma调制器输出的所述第一激励电压信号或所述伪随机序列产生器输出的所述第二激励电压信号进行滤波；
所述howland电流源，用于将所述模拟低通滤波器输出的所述第一激励电压信号或所述第二激励电压信号转换为激励电流信号，并将激励电流信号加载到所述待测生物体处；
所述模拟delta-sigma调制器用于将所述模拟压降信号转换为数字压降信号。
在本发明的一个实施例中，所述模拟低通滤波器为LTC1569-7。
在本发明的一个实施例中，所述howland电流源包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器、NMOS管、第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，其中，
所述第一电阻串接于所述第一运算放大器的负输入端与接地端之间，所述第二电阻并接于所述第一运算放大器的负输入端与所述第一运算放大器的输出端之间，所述第三电阻和所述第四电阻依次串接于所述模拟低通滤波器和所述NMOS管的源极之间，所述第三电阻和所述第四电阻连接形成的节点连接至所述第一运算放大器的正输入端，所述第五电阻串接于所述第一运算放大器的输出端和所述NMOS管的源极之间，所述NMOS管的栅极连接至第一偏置电压，所述NMOS管的漏极连接至所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极。
在本发明的一个实施例中，所述NMOS管为BSS84。
在本发明的一个实施例中，所述第一运算放大器为LT1632。
在本发明的一个实施例中，所述数字算法实现模块还包括数字低通滤波器、CIC抽取滤波器和快速傅立叶变化模块，其中，
所述数字低通滤波器，用于对所述模拟delta-sigma调制器输出的所述数字压降信号进行滤波；
所述CIC抽取滤波器(级联积分梳妆滤波器)，用于降低所述数字低通滤波器滤波后的所述数字压降信号传输的速率，并对所述数字低通滤波器滤波后的所述数字压降信号进行滤波。
所述快速傅立叶变化模块，用于对所述CIC抽取滤波器滤波后的所述数字压降信号进行快速傅立叶变化，得到所述数字压降信号对应的频率和相位信息。
在本发明的一个实施例中，所述模拟delta-sigma调制器包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第一积分器、第二积分器、第一D触发器、第二D触发器和仪表放大电路，其中，
所述第六电阻串接于所述仪表放大电路与所述第一积分器的负输入端之间，所述第七电阻串接于所述第一D触发器的QB输入端和所述第一积分器的负输入端之间，所述第八电阻串接于所述第一积分器的输出端与所述第二积分器的负输入端之间，所述第九电阻串接于所述第一D触发器的Q输入端与所述第二积分器的负输入端之间，所述第一电容并接于所述第一积分器的负输入端与所述第一积分器的输出端之间，所述第二电容并接于所述第二积分器的负输入端与所述第二积分器的输出端之间，所述第一积分器的正输入端和所述第二积分器的正输入端均连接至直流第一偏置电压，所述第一D触发器的D输出端连接至所述第二D触发器的Q输入端，所述第一D触发器的CLK输出端和所述第二D触发器的CLK输出端连接至时钟信号，所述第二D触发器的D输出端连接至所述第二积分器的输出端。
在本发明的一个实施例中，所述仪表放大电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器，其中，
所述第十电阻和所述第十五电阻依次串接于所述第二运算放大器的输出端和所述第四运算放大器的输出端之间，所述第十一电阻、所述第十二电阻和所述第十三电阻依次串接于所述第二运算放大器的输出端和所述第三运算放大器的输出端之间，所述第十四电阻和所述第十六电阻依次串接于所述第三运算放大器与第二偏置电压之间，所述第二运算放大器的负输入端连接至所述第十一电阻和所述第十二电阻连接形成的节点处，所述第三运算放大器的负输入端连接至所述第十二电阻和所述第十三电阻连接形成的节点处，所述第三运算放大器的正输入端连接至接地端，所述第四运算放大器的负输入端连接至所述第十电阻和所述第十五电阻连接形成的节点处，所述第四运算放大器的正输入端连接至所述第十四电阻和所述第十六电阻连接形成的节点处，所述第四运算放大器的输出端还连接至所述第六电阻。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明实施例的生物阻抗测量系统可以满足不同的测量精度，使用者可以根据自己的实际测量需求，选择不同的测量模式，从而得到最有效的测量结果，且可以对人体成分进行分析、人体器官进行建模。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种生物阻抗测量系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种生物阻抗测量系统的电路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种howland电流源的电路结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种NMOS管的等效电路的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种模拟delta-sigma调制器的电路结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种仪表放大电路的电路结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种直接数字频率合成器的象限分割示意图；
图8为本发明实施例提供的一种数字低通滤波器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种生物阻抗测量系统结构示意图。本发明实施例提供的生物阻抗测量系统，该生物阻抗测量系统包括：
模拟前端模块1，用于将正弦数字码或第二激励电压信号转换为激励电流信号，将所述激励电流信号加载到待测生物体处，并将所述激励电流信号流经所述待测生物体所产生的模拟压降信号转换为数字压降信号；
数字算法实现模块2，用于产生正弦数字码或第二激励电压信号，并将模拟前端模块输出的数字压降信号转换为所述数字压降信号对应的频率和相位信息；
数据传输控制模块3，用于将数字算法实现模块输出的数字压降信号对应的频率和相位信息传输至上位机。
优选地，数据传输控制模块为FPGA，例如，型号可以为EP3S150F1152I3。
本发明实施例的生物阻抗测量系统可以满足不同的测量精度，使用者可以根据自己的实际测量需求，选择不同的测量模式，从而得到最有效的测量结果，且可以对人体成分进行分析、人体器官进行建模。
请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种生物阻抗测量系统的电路结构示意图。具体地，模拟前端模块包括模拟低通滤波器、howland电流源和模拟delta-sigma调制器；数字算法实现模块包括直接数字频率合成器(DDS，Direct Digital Synthesizer)、数字delta-sigma调制器、伪随机序列产生器(Pseudorandom sequence)和数字低通滤波器、CIC抽取滤波器和快速傅立叶变化模块；其中，直接数字频率合成器的输出端连接至数字delta-sigma调制器的输入端，数字delta-sigma调制器的输出端通过第一开关连接至模拟低通滤波器的输入端，伪随机序列产生器的输出端通过第二开关连接至模拟低通滤波器的输入端，模拟低通滤波器的输出端连接至howland电流源的输入端，howland电流源的输出端连接至待测生物体，模拟delta-sigma调制器的输入端连接至待测生物体，模拟delta-sigma调制器的输出端连接至数字低通滤波器的输入端，数字低通滤波器的输出端连接至CIC抽取滤波器的输入端，CIC抽取滤波器的输出端连接至快速傅立叶变化模块的输入端，快速傅立叶变化模块的输出端连接至数据传输控制模块的输入端，数据传输控制模块的输出端连接至上位机。
优选地，上位机为手机，通过WIFI，本实施例的生物阻抗测量系统便可以将测量结果实时传输至手机上。
具体地，模拟低通滤波器，用于对数字delta-sigma调制器串行输出的第一激励电压信号或伪随机序列产生器输出的第二激励电压信号进行滤波，同时可以降低输出阻抗、提高驱动能力。模拟低通滤波器的输出端连接至howland电流源，从而控制howland电流源产生一个峰值固定的交流信号；
优选地，模拟低通滤波器为LTC1569-7。
具体地，howland电流源，用于将模拟低通滤波器输出的第一激励电压信号或第二激励电压信号转换为激励电流信号，并将激励电流信号加载到待测生物体处；
请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种howland电流源的电路结构示意图。进一步地，howland电流源包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一运算放大器OP1、NMOS管P1、第一电极E1、第二电极E2、第三电极E3和第四电极E4，其中，第一电阻R1串接于第一运算放大器OP1的负输入端Vinn与接地端GND之间，第二电阻R2并接于第一运算放大器OP1的负输入端Vinn与第一运算放大器OP1的输出端之间，第一运算放大器OP1的第一输入端连接至电源端VCC，第一运算放大器OP1的第二输入端连接至接地端GND，第三电阻R3和第四电阻R4依次串接于模拟低通滤波器和NMOS管P1的源极之间，第三电阻R3和所述第四电阻R4连接形成的节点连接至第一运算放大器OP1的正输入端Vinp，第五电阻R5串接于第一运算放大器OP1的输出端和NMOS管P1的源极之间，NMOS管P1的栅极连接至第一偏置电压，NMOS管P1的漏极连接至第一电极E1、第二电极E2、第三电极E3和第四电极E4。
进一步地，通过第一电极E1和第四电极E4将激励电流信号加载到待测生物体上，通过第二电极E2和第三电极E3可以测量激励电流信号流经待测生物体所产生的模拟压降信号；NMOS管P1的栅极连接至第一偏置电压，可以使的NMOS管P1始终工作在饱和区。
优选地，第一运算放大器OP1可以为LT1632。
优选地，NMOS管P1的型号为BSS84。
请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种NMOS管的等效电路的结构示意图。NMOS管的等效电路包括第十电阻R0、等效电阻Rds、第三电容C0、等效电容Cgs、NMOS管P1，其中，第十电阻R0和第三电容C0并接于电源端VCC和NMOS管P1的源极之间，等效电阻Rds和等效电容Cgs串接于NMOS管P1的漏极和NMOS管P1的栅极之间，NMOS管P1的栅极和等效电容Cgs连接所形成的节点还连接至接地端，Zout为等效输出阻抗。howland电流源的输出阻抗为：
Figure BDA0001773051680000091
其中，Zout为等效输出阻抗，R0和C0是howland电流源的输出电阻和电容，即howland电流源的输出阻抗，gm为NMOS管的跨导、Rds为NMOS管的等效电阻、cgs为NMOS管的等效电容。在低频范围内，howland电流源的输出阻抗会得到很大程度上的提升，从而可以增加生物阻抗测量系统的测试精度。
具体地，模拟delta-sigma调制器用于将模拟压降信号转换为数字压降信号。
请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种模拟delta-sigma调制器的电路结构示意图。模拟delta-sigma调制器包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第一电容C1、第二电容C2、第一积分器J1、第二积分器J2、第一D触发器D1和第二D触发器D2，其中，第六电阻R6串接于仪表放大电路与第一积分器J1的负输入端Vinn之间，第七电阻R7串接于第一D触发器D1的QB输入端和第一积分器J1的负输入端Vinn之间，第八电阻R8串接于第一积分器J1的输出端与第二积分器J2的负输入端Vinn之间，第九电阻R9串接于第一D触发器D1的Q输入端与第二积分器J2的负输入端Vinn之间，第一电容C1并接于第一积分器J1的负输入端Vinn与第一积分器J1的输出端之间，第二电容C2并接于第二积分器J2的负输入端Vinn与第二积分器J2的输出端之间，第一积分器J1的正输入端Vinp和第二积分器J2的正输入端Vinp均连接至直流第一偏置电压，第一D触发器D1的D输出端连接至第二D触发器D2的Q输入端，第一D触发器D1的CLK输出端和第二D触发器D2的CLK输出端连接至时钟信号(Clock)，第二D触发器D2的D输出端连接至第二积分器J2的输出端，第一积分器J1的第一输入端和第二积分器J2的第一输入端均连接至电源端VCC，第一积分器J1的第二输入端和第二积分器J2的第二输入端均连接至接地端GND。
请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种仪表放大电路的电路结构示意图。进一步地，仪表放大电路包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第二运算放大器OP2、第三运算放大器OP3和第四运算放大器OP4，其中，第十电阻R10和第十五电阻R15依次串接于第二运算放大器OP2的输出端和第四运算放大器OP4的输出端之间，第十一电阻R11、第十二电阻R12和第十三电阻R13依次串接于第二运算放大器OP2的输出端和第三运算放大器OP3的输出端之间，第十四电阻R14和第十六电阻R16依次串接于第三运算放大器OP3与第二偏置电压之间，第二运算放大器OP2的正输入端Vinp连接至howland电流源的第二电极E2和第三电极E3，第二运算放大器OP2的负输入端Vinn连接至第十一电阻R11和第十二电阻R12连接形成的节点处，第二运算放大器OP2的第一输入端连接至电源端VCC，第二运算放大器OP2的第二输入端连接至接地端GND，所述第三运算放大器OP3的负输入端Vinn连接至第十二电阻R12和第十三电阻R13连接形成的节点处，第三运算放大器OP3的正输入端Vinp连接至接地端GND，所述第四运算放大器OP4的负输入端Vinn连接至第十电阻R10和第十五电阻R15连接形成的节点处，第三运算放大器OP3的第一输入端连接至电源端VCC，第三运算放大器OP3的第二输入端连接至接地端GND，第四运算放大器OP4的正输入端Vinp连接至第十四电阻R14和第十六电阻R16连接形成的节点处，第四运算放大器OP4的第一输入端连接至电源端VCC，第四运算放大器OP4的第二输入端连接至接地端GND，第四运算放大器OP4的输出端还连接至第六电阻R6。
进一步，利用两级积分器和两级D触发器搭建模拟delta-sigma调制器，使模拟delta-sigma调制器将模拟压降信号转换为数字压降信号，第一D触发器D1用于对第二D触发器D2产生的信号进行延迟，将延迟后的信号分别反馈到第一积分器J1和第二积分器J2的负输入端，用于进行下一次做差操作。第二D触发器D2用于比较，以将第一积分器J1和第二积分器J2的模拟压降信号转换为数字压降信号。利用两级积分器与两级触发器搭建的模拟delta-sigma调制器将仪表放大电路输出的模拟信号转换为数字信号，从而提高了生物阻抗测量系统的测量精度，同时降低了生物阻抗测量系统的功耗。利用仪表放大电路对第二电极E2和第三电极E3采集到的模拟压降信号进行放大，并且使其工作在固定的偏压状态下。第一D触发器D1和第二D触发器D2集成于一个FPGA上，FPGA根据上位机发出的命令控制生物阻抗测量系统的工作模式，控制直接数字频率合成器或者伪随机序列产生器产生需要的激励信号。
优选地，第一积分器J1和第二积分器J2的型号可以均为LT1632。
优选地，FPGA为Stratix III系列。
具体地，直接数字频率合成器，用于产生并行输出的正弦数字码；
请参见图7，图7为本发明实施例提供的一种直接数字频率合成器的象限分割示意图。进一步，直接数字频率合成器采用了基于象限分割法、查表法和泰勒展开法，当直接数字频率合成器接收到上位机发送的一个命令，如频率控制字，直接数字频率合成器通过接收该命令，便对应产生并行输出的正弦数字码。直接数字频率合成器可以进行单频测量模式和扫频测量模式，其中，单频模式是产生单一的正弦信号进行测量，扫频测量模式是产生一个频率自动变化的正弦信号，扫频测量模式需要给定生物阻抗测量系统的初始频率、截止频率、步长以及步长跳变时间，FPGA会根据接收到的这些信息，在特定的时间内自动调整直接频率合成器输出的正弦信号的频率。通过上位机发出的命令，控制第一开关的开合，即可控制生物阻抗测量系统是否在单频测量模式或扫频测量模式下进行生物阻抗的测量，当第一开关处于连通状态时，本实施例的生物阻抗测量系统便可以进行单频测量模式或扫频测量模式下对生物阻抗的测量。
具体地，数字delta-sigma调制器，用于将并行输出的正弦数字码转换为串行输出的正弦数字码，并将串行输出的所述正弦数字码对应的第一激励电压信号；数字delta-sigma调制器还用于将量化噪音调制到高频处；
本发明实施例的数字delta-sigma调制器将输出的正弦数字码转换为串行输出的正弦数字码，在数字delta-sigma调制器输出端连接一个模拟低通滤波器，模拟低通滤波器将数字delta-sigma调制器输出的高频噪音进行滤除，从而实现将直接数字频率合成器输出的正弦数字码转换为模拟信号输出，使得整个生物阻抗测量系统的面积、功耗进一步减少。
具体地，伪随机序列产生器，用于产生多频测量模式下的第二激励电压信号，并将第二激励电压信号传输至模拟前端模块。
进一步地，伪随机序列产生器用于产生多频测量模式下的第二激励电压信号，通过上位机发出的命令，控制第二开关的开合，即可控制生物阻抗测量系统是否在多频测量模式下进行生物阻抗的测量，当第二开关处于连通状态时，本实施例的生物阻抗测量系统便可以进行多频测量模式下对生物阻抗的测量。
具体地，数字低通滤波器，用于对模拟delta-sigma调制器输出的数字压降信号进行滤波；
具体地，CIC抽取滤波器，用于降低数字低通滤波器滤波后的数字压降信号传输的速率，并对数字低通滤波器滤波后的数字压降信号进行滤波；
请参见图8，图8为本发明实施例提供的一种数字低通滤波器的结构示意图。进一步，数字低通滤波器为利用多常数乘法运算实现的高阶FIR滤波器。CIC抽取滤波器主要由两个作用，一个是用于降低数字低通滤波器滤波后的数字压降信号传输的速率，另一个作用对数字低通滤波器滤波后的数字压降信号进行滤波。利用多常数乘法结构的高阶FIF滤波器进行滤波，可以降低生物阻抗测量系统的功耗。
具体地，快速傅立叶变化模块，用于对CIC抽取滤波器滤波后的数字压降信号进行快速傅立叶变化，得到数字压降信号对应的频率和相位信息。
具体地，利用快速傅立叶变化模块对CIC抽取滤波器的输出进行快速傅立叶变化，确定数字压降信号对应的相位和频率，从而确定待测生物体阻抗的实部阻值和虚部阻值。快速傅立叶变化模块数字压降信号进行快速傅立叶变化，可以得到相应的频率和相位信息，从而与输入信号进行对比，可以得出待测生物体的阻抗的实部和虚部信息，其中，实部主要是由于电阻所引起的，虚部主要是由电容和电感引起的。
举例说明，采用Stratix III系列的FPGA，1.8V电压进行正常运行；采用HC-05蓝牙模块，实现FPFA与手机之间通过蓝牙模块进行数据传输；采用型号为LTC1569-7的模拟低通滤波器对数字delta-sigma调制器的输出进行滤波，其中，LTC1569-7内部集成一个10阶的低通滤波器；采用型号为LT1632的第一运算放大器搭建howland恒流源，其中，LT1632的增益带宽积为45MHz，同时NMOS管的型号为BSS84，提高恒流源的输出阻抗。利用三个型号为LT6210的运算放大器搭建仪表放大电路，提高生物阻抗测量系统的共模抑制比。采用型号为LT1632的积分器搭建两级模拟delta-sigma调制器，将仪表放大电路输出的模拟电压信号转换为数字输出。
本发明实施例的生物阻抗测量系统可实现多种模式的测量，包括单频测量模式、扫频测量模式以及多频测量模式，从而满足不同的测量精度的要求，多种模式的生物阻抗测量系统可以用于对人体成分进行分析、人体器官进行建模。用户可以根据自己的实际测量需求，通过手机实时选择不同的测量模式，从而得到最有效的测量结果。
本发明实施例的生物阻抗测量系统采用时分复用的方式，实现了激励电路、采集电路与多路电极的复用，从而大大降低系统的功耗与面积。即由于人体阻抗的变化比较缓慢，采用开关切换的方式，在不同的时候将不同的电极连接到电路中，对该电路进行分析，开关切换的速度由FPGA控制，这样便可以实现只采用一路硬件电路实现对多个人体点的检测。
本发明采用时分复用的方式，减少了生物阻抗测量系统内部的相关装置，使得其体积减小，更能满足便携式、低功耗的市场需求，同时降低了制备成本，具有更高的适用性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种生物阻抗测量系统，其特征在于，所述生物阻抗测量系统包括模拟前端模块、数字算法实现模块和数据传输控制模块，其中，
模拟前端模块，用于将正弦数字码或第二激励电压信号转换为激励电流信号，将所述激励电流信号加载到待测生物体处，并将所述激励电流信号流经所述待测生物体所产生的模拟压降信号转换为数字压降信号；
数字算法实现模块，用于产生正弦数字码或第二激励电压信号，并将模拟前端模块输出的数字压降信号转换为所述数字压降信号对应的频率和相位信息；
数据传输控制模块，用于将所述数字算法实现模块输出的所述数字压降信号对应的频率和相位信息传输至上位机；
所述数字算法实现模块包括直接数字频率合成器、数字delta-sigma调制器和伪随机序列产生器，其中，
所述直接数字频率合成器，用于产生并行输出的正弦数字码；
所述数字delta-sigma调制器，用于将并行输出的所述正弦数字码转换为串行输出的所述正弦数字码，并将串行输出的所述正弦数字码对应的第一激励电压信号传输至所述模拟前端模块；
所述伪随机序列产生器，用于产生多频测量模式下的第二激励电压信号，并将所述第二激励电压信号传输至所述模拟前端模块；
所述模拟前端模块包括模拟低通滤波器、howland电流源和模拟delta-sigma调制器，其中，
所述模拟低通滤波器，用于对所述数字delta-sigma调制器输出的所述第一激励电压信号或所述伪随机序列产生器输出的所述第二激励电压信号进行滤波；
所述howland电流源，用于将所述模拟低通滤波器输出的所述第一激励电压信号或所述第二激励电压信号转换为激励电流信号，并将激励电流信号加载到所述待测生物体处；
所述模拟delta-sigma调制器用于将所述模拟压降信号转换为数字压降信号；
所述howland电流源包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第一运算放大器(OP1)、NMOS管(P1)、第一电极(E1)、第二电极(E2)、第三电极(E3)和第四电极(E4)，其中，
所述第一电阻(R1)串接于所述第一运算放大器(OP1)的负输入端(Vinn)与接地端(GND)之间，所述第二电阻(R2)并接于所述第一运算放大器(OP1)的负输入端(Vinn)与所述第一运算放大器(OP1)的输出端之间，所述第三电阻(R3)和所述第四电阻(R4)依次串接于所述模拟低通滤波器和所述NMOS管(P1)的源极之间，所述第三电阻(R3)和所述第四电阻(R4)连接形成的节点连接至所述第一运算放大器(OP1)的正输入端(Vinp)，所述第五电阻(R5)串接于所述第一运算放大器(OP1)的输出端和所述NMOS管(P1)的源极之间，所述NMOS管(P1)的栅极连接至第一偏置电压，所述NMOS管(P1)的漏极连接至所述第一电极(E1)、所述第二电极(E2)、所述第三电极(E3)和所述第四电极(E4)。
2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述模拟低通滤波器为LTC1569-7。
3.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述NMOS管(P1)为BSS84。
4.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述第一运算放大器(OP1)为LT1632。
5.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述数字算法实现模块还包括数字低通滤波器、CIC抽取滤波器和快速傅立叶变化模块，其中，
所述数字低通滤波器，用于对所述模拟delta-sigma调制器输出的所述数字压降信号进行滤波；
所述CIC抽取滤波器，用于降低所述数字低通滤波器滤波后的所述数字压降信号传输的速率，并对所述数字低通滤波器滤波后的所述数字压降信号进行滤波；
所述快速傅立叶变化模块，用于对所述CIC抽取滤波器滤波后的所述数字压降信号进行快速傅立叶变化，得到所述数字压降信号对应的频率和相位信息。
6.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述模拟delta-sigma调制器包括第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一积分器(J1)、第二积分器(J2)、第一D触发器(D1)、第二D触发器(D2)和仪表放大电路，其中，
所述第六电阻(R6)串接于所述仪表放大电路与所述第一积分器(J1)的负输入端(Vinn)之间，所述第七电阻(R7)串接于所述第一D触发器(D1)的QB输入端和所述第一积分器(J1)的负输入端(Vinn)之间，所述第八电阻(R8)串接于所述第一积分器(J1)的输出端与所述第二积分器(J2)的负输入端(Vinn)之间，所述第九电阻(R9)串接于所述第一D触发器(D1)的Q输入端与所述第二积分器(J2)的负输入端(Vinn)之间，所述第一电容(C1)并接于所述第一积分器(J1)的负输入端(Vinn)与所述第一积分器(J1)的输出端之间，所述第二电容(C2)并接于所述第二积分器(J2)的负输入端(Vinn)与所述第二积分器(J2)的输出端之间，所述第一积分器(J1)的正输入端(Vinp)和所述第二积分器(J2)的正输入仪表放大电路端(Vinp)均连接至直流第一偏置电压，所述第一D触发器(D1)的D输出端连接至所述第二D触发器(D2)的Q输入端，所述第一D触发器(D1)的CLK输出端和所述第二D触发器(D2)的CLK输出端连接至时钟信号，所述第二D触发器(D2)的D输出端连接至所述第二积分器(J2)的输出端。
7.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述仪表放大电路包括第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第十四电阻(R14)、第十五电阻(R15)、第十六电阻(R16)、第二运算放大器(OP2)、第三运算放大器(OP3)和第四运算放大器(OP4)，其中，
所述第十电阻(R10)和所述第十五电阻(R15)依次串接于所述第二运算放大器(OP2)的输出端和所述第四运算放大器(OP4)的输出端之间，所述第十一电阻(R11)、所述第十二电阻(R12)和所述第十三电阻(R13)依次串接于所述第二运算放大器(OP2)的输出端和所述第三运算放大器(OP3)的输出端之间，所述第十四电阻(R14)和所述第十六电阻(R16)依次串接于所述第三运算放大器(OP3)与第二偏置电压之间，所述第二运算放大器(OP2)的负输入端(Vinn)连接至所述第十一电阻(R11)和所述第十二电阻(R12)连接形成的节点处，所述第三运算放大器(OP3)的负输入端(Vinn)连接至所述第十二电阻(R12)和所述第十三电阻(R13)连接形成的节点处，所述第三运算放大器(OP3)的正输入端(Vinp)连接至接地端(GND)，所述第四运算放大器(OP4)的负输入端(Vinn)连接至所述第十电阻(R10)和所述第十五电阻(R15)连接形成的节点处，所述第四运算放大器(OP4)的正输入端(Vinp)连接至所述第十四电阻(R14)和所述第十六电阻(R16)连接形成的节点处，所述第四运算放大器(OP4)的输出端还连接至所述第六电阻(R6)。
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