CN113381762A - 一种皮肤电导率测量方法、装置和穿戴设备 - Google Patents

一种皮肤电导率测量方法、装置和穿戴设备 Download PDF

Info

Publication number
CN113381762A
CN113381762A CN202110560284.XA CN202110560284A CN113381762A CN 113381762 A CN113381762 A CN 113381762A CN 202110560284 A CN202110560284 A CN 202110560284A CN 113381762 A CN113381762 A CN 113381762A
Authority
CN
China
Prior art keywords
value
sampling
range
adc chip
gain amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110560284.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113381762B (zh
Inventor
崔振科
姜滨
迟小羽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Goertek Inc
Original Assignee
Goertek Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Goertek Inc filed Critical Goertek Inc
Priority to CN202110560284.XA priority Critical patent/CN113381762B/zh
Publication of CN113381762A publication Critical patent/CN113381762A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113381762B publication Critical patent/CN113381762B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/1205—Multiplexed conversion systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0531—Measuring skin impedance

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

本申请公开了一种皮肤电导率测量方法、装置和穿戴设备。该方法包括：对待测皮肤两端的电压信号Vp和对流经待测皮肤两端的电流信号Ip的转换电压分别通过一可编程增益放大器进行增益值放大后，利用对应的ADC芯片同步采样分别得到第一采样值和第二采样值，如果第一采样值或/和第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，则可通过对应切换可编程增益放大器的量程范围，使得第一采样值和第二采样值均在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，进而可根据电流信号Ip的采样值和电压信号Vp的采样值的比值计算得到皮肤电导率，实现对皮肤电导率全量程测量，且不受ADC芯片采集数据范围及精度的影响。

Description

一种皮肤电导率测量方法、装置和穿戴设备
技术领域
本申请涉及穿戴设备技术领域，具体涉及一种皮肤电导率测量方法、装置和穿戴设备。
背景技术
人体的交感神经系统在受到外部刺激时，会激活人体汗腺神经，诱导汗液分泌。通过外部装置，在皮肤表面放置电极，可以计算皮肤的电导，进而判定人体受到的刺激变化。目前已有穿戴设备，通过测量皮肤电导水平(Skin Conductance Level，SCL)，以及测量皮肤电导响应(Skin conductance Response，SCR)，来观测人体受到压力、焦虑、恐惧、以及体力消耗、注意力变化等相关外部刺激时的人体生理指标。
由于人体体质等因素，人体的皮肤电导变化较大。目前一般通过采集皮肤触点之间的电压电流模拟信号，通过模拟数字转换器(Analog to Digital Converter，ADC)将模拟信号转换为数字信号来计算人体皮肤电导率。由于采集电压区间变化较大，单一ADC芯片不能完全覆盖测量信号的范围，存在部分电导数据量程测量不全面问题。同时若采用测量精度较高的ADC芯片或测量范围较广的ADC芯片来采集电压变化，则设备装置的成本较高。
发明内容
鉴于皮肤电导率测量存在的上述问题，本申请提出了一种皮肤电导率测量方法、装置和穿戴设备，以便能够克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
依据本申请的一个方面，提供了一种皮肤电导率测量方法，所述方法包括：
对待测皮肤两端的电压信号Vp采用第一可编程增益放大器进行增益值放大，利用第一ADC芯片采样所述第一可编程增益放大器输出的电压信号Vout得到第一采样值；
对流经所述待测皮肤两端的电流信号Ip通过一接地电阻R得到的转换电压信号采用第二可编程增益放大器进行增益值放大，利用第二ADC芯片同步采样所述第二可编程增益放大器输出的电压信号Iout得到第二采样值；
如果所述第一采样值或/和所述第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，则对应切换所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的量程范围以调节当前增益值，使得所述第一采样值和所述第二采样值均在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内；
根据所述第一采样值和所述第一可编程增益放大器的当前增益值得到所述电压信号Vp的采样值，根据所述第二采样值和所述第二可编程增益放大器的当前增益值得到所述电流信号Ip的采样值，进而根据所述电流信号Ip的采样值和所述电压信号Vp的采样值的比值计算得到皮肤电导率。
依据本申请的另一个方面，提供了一种皮肤电导率测量装置，包括：
第一触点、第二触点和第三触点；第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器和微处理器MCU，所述微处理器MCU内置有第一ADC芯片和第二ADC芯片；其中：
测量时，所述第一触点和所述第二触点分别接触待测皮肤的一端，在所述第一触点和所述第二触点之间施加测量电压，所述第三触点也与皮肤接触并通过一接地电阻R接地；
所述第一可编程增益放大器，其正、负输入端分别连接所述第一触点和所述第二触点，其输出端连接所述第一ADC芯片，用于对待测皮肤两端的电压信号Vp进行增益值放大后向所述第一ADC芯片输出电压信号Vout；
所述第二可编程增益放大器，其输入端连接所述第三触点和所述接地电阻R的连接端，其输出端连接所述第二ADC芯片，用于对流经所述待测皮肤两端的电流信号Ip通过所述接地电阻R得到的转换电压信号进行增益值放大后向所述第二ADC芯片输出电压信号Iout；
所述微处理器MCU，用于利用所述第一ADC芯片对所述电压信号Vout进行采样得到第一采样值，利用所述第二ADC芯片对所述电压信号Iout进行同步采样得到第二采样值；如果所述第一采样值或/和所述第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，则对应切换所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的量程范围以调节当前增益值，使得所述第一采样值和所述第二采样值均在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内；根据所述第一采样值和所述第一可编程增益放大器的当前增益值得到所述电压信号Vp的采样值，根据所述第二采样值和所述第二可编程增益放大器的当前增益值得到所述电流信号Ip的采样值，进而根据所述电流信号Ip的采样值和所述电压信号Vp的采样值的比值计算得到皮肤电导率。
依据本申请的再一个方面，提供了一种穿戴设备，包括上述的皮肤电导率测量装置，可实现对皮肤电导率全量程测量。
由上述可知，本申请的技术方案，通过切换可编程增益放大器的量程范围动态调节运放增益的方式，实现对皮肤电导率全量程测量。即使使用低精度ADC芯片的情况下，通过将测量范围数据拆分，低精度ADC只需要采集分段中的一段数据，当数据范围大于或小于当前数据段时，通过切换输入ADC芯片的模拟信号的量程范围，进而切换采集数据段，达到全部数据段信号采集的覆盖。本发明方案可以不受ADC芯片采集数据范围及精度影响，减少硬件成本。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本申请一个实施例的一种皮肤电导率测量方法的流程示意图；
图2示出了根据本申请一个实施例的另一种皮肤电导率测量方法的流程示意图；
图3示出了根据本申请一个实施例的一种量程切换过程中丢失数据采样点的示意图；
图4示出了根据本申请一个实施例的一种数据填充方法的流程示意图；
图5示出了本申请一个实施例的一种获取填充数据的示意图；
图6示出了根据本申请一个实施例的一种皮肤电导率测量装置的结构示意图；
图7示出了根据本申请一个实施例的一种穿戴设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本申请一个实施例的一种皮肤电导率测量方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：
步骤S110，对待测皮肤两端的电压信号Vp采用第一可编程增益放大器进行增益值放大，利用第一ADC芯片采样第一可编程增益放大器输出的电压信号Vout得到第一采样值。
本实施例中，使用第一可编程增益放大器对待测皮肤两端的电压信号Vp进行增益值放大，第一可编程增益放大器输出放大后的电压信号Vout，利用第一ADC芯片对电压信号Vout进行采样得到第一采样值。
步骤S120，对流经待测皮肤两端的电流信号Ip通过一接地电阻R得到的转换电压信号，采用第二可编程增益放大器进行增益值放大，利用第二ADC芯片同步采样第二可编程增益放大器输出的电压信号Iout得到第二采样值。
本实施例中，流经待测皮肤两端的电流信号Ip通过一接地电阻R，得到转换电压信号，通过第二可编程增益放大器对转换电压信号进行增益值放大后，第二可编程增益放大器输出放大后的电压信号Iout，利用第二ADC芯片对放大后的电压信号Iout进行同步采样得到第二采样值。
需要说明的是，上述步骤S110和步骤S120是同步进行的，也即第一采样值和第二采样值是同步采样得到的。
步骤S130，如果第一采样值或/和第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，则对应切换第一可编程增益放大器或/和第二可编程增益放大器的量程范围以调节当前增益值，使得第一采样值和第二采样值均在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内。
具体地，对第一采样值和第二采样值分别判断是否在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内；如果第一采样值或/和第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，则对应切换第一可编程增益放大器或/和第二可编程增益放大器的量程范围以调节当前增益值，并利用对应的ADC芯片对电压信号Vout或/和电压信号Iout进行重新采样，直至重新采样值在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内。
本实施例中，在第一采样值不在第一ADC芯片的预设采样有效值范围内的情况下，通过调节第一可编程增益放大器的当前增益值，使采样值在第一ADC芯片的预设采样有效值范围内，或/和第二采样值不在第二ADC芯片的预设采样有效值范围内的情况下，通过调节第二可编程增益放大器的当前增益值，使采样值在第二ADC芯片的预设采样有效值范围内，从而即使使用低精度的ADC芯片采集数据，也可以实现全部数据段信号采集的覆盖，而不受ADC芯片采集数据范围及精度的影响。
步骤S140，根据第一采样值和第一可编程增益放大器的当前增益值得到电压信号Vp的采样值，根据第二采样值和第二可编程增益放大器的当前增益值得到电流信号Ip的采样值，进而根据电流信号Ip的采样值和电压信号Vp的采样值的比值计算得到皮肤电导率。
综上所述，本申请的技术方案，通过对待测皮肤两端的电压信号Vp和流经待测皮肤两端的电流信号Ip的转换电压信号，分别采用第一可编程增益放大器和第一可编程增益放大器进行增益值放大，对增益放大器后的输出电压值利用第一ADC芯片和第二ADC芯片进行同步采样得到的第一采样值和第二采样值，在第一采样值或/和第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内的情况下，通过调节第一可编程增益放大器或/和第二可编程增益放大器的当前增益值，使得第一采样值和第二采样值均在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，从而实现了全部数据段信号采集的覆盖，而不受ADC芯片采集数据范围及精度的影响，减少了硬件成本。
图2示出了根据本申请一个实施例的另一种皮肤电导率测量方法的流程示意图。如图2所示，该方法包括：
步骤S211，对待测皮肤两端的电压信号Vp经第一可编程增益放大器进行增益值放大后输出的电压信号Vout，通过第一ADC芯片采样得到第一采样值。
步骤S221，判断第一采样值是否小于第一ADC芯片的采样范围*第一百分值。
如果第一采样值小于第一ADC芯片的采样范围*第一百分值，则进行步骤S223。如果第一采样值不小于第一ADC芯片的采样范围*第一百分值，则进行步骤S231。
步骤S223，调节第一可编程增益放大器的当前增益值，以将当前增益值增大第一倍数值，并启动重新采样，返回至步骤S221。
步骤S231，判断第一采样值是否大于第一ADC芯片的采样范围*第二百分值。
如果第一采样值大于第一ADC芯片的采样范围*第二百分值，则进行步骤S233。如果第一采样值不大于第一ADC芯片的采样范围*第二百分值，则进行步骤S241。
步骤S233，调节第一可编程增益放大器的当前增益值，以将当前增益值缩小第二倍数值，并启动重新采样，返回至步骤S221。
步骤S241，根据第一采样值和第一可编程增益放大器的当前增益值计算电压信号Vp的采样值。具体地，Vp＝Vout/第一可编程增益放大器的当前增益值。
如图2所示，该方法还包括：
步骤S212，对流经待测皮肤两端的电流信号Ip通过一接地电阻R得到的转换电压信号，经第二可编程增益放大器进行增益值放大后输出的电压信号Iout，通过第二ADC芯片同步采样得到第二采样值。
步骤S222，判断第二采样值是否小于第二ADC芯片的采样范围*第一百分值。
如果第二采样值小于第二ADC芯片的采样范围*第一百分值，则进行步骤S224。如果第二采样值不小于第二ADC芯片的采样范围*第一百分值，则进行步骤S232。
步骤S224，调节第二可编程增益放大器的当前增益值，以将当前增益值增大第一倍数值，并启动重新采样，返回至步骤S222。
步骤S232，判断第二采样值是否大于第二ADC芯片的采样范围*第二百分值。
如果第二采样值大于第二ADC芯片的采样范围*第二百分值，则进行步骤S234。如果第二采样值不大于第二ADC芯片的采样范围*第二百分值，则进行步骤S242。
步骤S234，调节第二可编程增益放大器的当前增益值，以将当前增益值缩小第二倍数值，并启动重新采样，返回至步骤S222。
步骤S242，根据第二采样值和第二可编程增益放大器的当前增益值计算电流信号Ip的采样值。具体地，Ip＝Iout/第二可编程增益放大器的当前增益值/R。
在同步得到电压信号Vp的采样值和电流信号Ip的采样值之后，进行步骤S250。
步骤S250，根据电流信号Ip的采样值和电压信号Vp的采样值的比值Ip/Vp计算得到皮肤电导率。
本实施例中，将第一ADC芯片和第二ADC芯片的预设采样有效值范围均设置为：对应的ADC芯片的采样范围*第一百分值≤对应的ADC芯片的预设采样有效值范围≤对应的ADC芯片的采样范围*第二百分值，其中0＜第一百分值＜第二百分值＜1。
需要说明的是，量程切换范围的选择，覆盖到切换范围边界，同时要保证采样误差，所选取范围要保证量程切换后在2％的采样误差值，不会导致量程反复切换，也可覆盖大范围内的数据采集。
优选地，第一百分值为9.2％，第二百分值为93％，第一倍数值和第二倍数值均为10倍。即第一ADC芯片和第二ADC芯片的预设采样有效值范围设置为：ADC芯片的采样范围*9.2％≤对应的ADC芯片的预设采样有效值范围≤ADC芯片的采样范围*93％。例如，第一/第二ADC芯片的采样范围是1～10v，则该ADC芯片的预设采样有效值范围的下限为1+(10-1)*9.2％＝1.828v，上限为1+(10-1)*93％＝9.37v，即该ADC芯片的预设采样有效值范围为[1.828v，9.37v]。
图3示出了根据本申请一个实施例的一种量程切换过程中丢失数据采样点的示意图。如图3所示，图3中的(1)表示上升过程中的正常采样点，(2)表示上升过程中量程切换时的采样点，(3)表示下降过程中的正常采样点，(4)表示下降过程中量程切换时的采样点。当第一采样值或/和第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内时，需要切换量程范围。
由于人体电导信号采样为连续变化的信号，当采样到不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内的当前时间点数据时，该当前时间点数据是不准确的，也即量程切换前的最后一个数据是无效数据，需要在下次量程切换完成后，采样获取下一个时间点数据，该下一个时间点数据才有效，因此会造成当前时间点数据丢失。如图3中的图(2)和图(4)所示的丢数据点。
针对上述切换量程中数据丢失问题，在本申请的一个实施例中，在计算皮肤电导率时，对第一可编程增益放大器或/和第二可编程增益放大器的切换量程范围之前同步采样得到的最后一个采样值进行丢弃，以保证计算结果的准确性。
需要说明的是，无论是第一可编程增益放大器还是第二可编程增益放大器发生了量程切换，对切换量程范围之前同步采样的电压值和电流值均要丢弃，这样才能够保证切换量程范围之后采样数据的对应性，确保皮肤电导率计算结果的准确性。
针对上述切换量程中数据丢失问题，在本申请的另一个实施例中，还提出了一种数据填充方法，来保证全量程采集电导数据中的连续稳定性和计算结果的准确性。
图4示出了根据本申请一个实施例的一种数据填充方法的流程示意图。在采样数据不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内的情况下，调节第一可编程增益放大器或/和第二可编程增益放大器，并启动定时器，使ADC重新进行采样，然后再次判断采样数据是否在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，直至采样数据位于对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内。如图4所示，该数据填充方法包括：
步骤S410，启动定时器，ADC芯片定时进行采样。
本实施例中，可以将MCU软件定时器的定时周期设定如50ms，启动定时器，控制ADC芯片定时将外部模拟信号转换为数字信号，进行数字采样。每个采样值记录到一个缓冲存储区中，缓冲区可保存例如200ms内的采样数据，即包含当前采样值N前后4个数据。
步骤S420，判断当前采样值N是否位于ADC芯片的预设采样有效值范围内。如果否(不在有效值范围内)，则进入步骤S430；如果是(在有效值范围内)，则进入步骤S460。
具体地，判断当前采样值N是否小于ADC芯片的采样范围*第一百分值，或大于ADC芯片的采样范围*第二百分值，其中0＜第一百分值＜第二百分值＜1。例如，在当前采样值N处在<9.2％采样范围或处在>93％采样范围内时，则判定当前采样值失效，并进入步骤S430。
步骤S430，获取缓冲区中当前采样值N的前一个采样值L1、采样值L1的前一个采样值L2、以及当前采样值N的后一个采样值F。
图5示出了本申请一个实施例的一种获取填充数据的示意图，如图5所示，获取缓冲区中当前时刻t采集的当前采样值N的前一时刻t1的采样值L1，t1时刻的前一时刻t0的采样值L2，以及当前时刻t的下一时刻t2的采样值F。
步骤S440，计算前采样值N的替换值Ni。
利用如下公式计算所述当前采样值N的替换值Ni：
Figure BDA0003078753400000101
其中，t0为采样值L2的采样时间，t1为采样值L1的采样时间，t为当前采样值N的采样时间，t2为采样值F的采样时间。
步骤S450，将计算所得的替换值Ni存入缓冲区中，替换当前采样值N。
这样在计算皮肤电导率时，将使用替换值Ni来计算皮肤电导率。
步骤S460，将缓冲区内的数据输出到上位机进行处理。也即，在判定当前采样值有效时，可以直接将缓冲区内的数据输出到上位机进行数据处理。
采用本实施例的数据填充方法，在发生量程切换之前最后一次采样得到的当前采样值，通过计算当前采样值的替换值来替换当前采样值，以对量程切换过程中出现的无效数据进行数据填充，可以保证计算结果的准确性，并且可以保证全量程采集电导数据过程中数据的连续性和稳定性。
图6示出了根据本申请一个实施例的一种皮肤电导率测量装置的结构示意图。如图6所示，该皮肤电导率测量装置600包括：第一触点611、第二触点612和第三触点613；第一可编程增益放大器621、第二可编程增益放大器622和微处理器MCU 630，微处理器MCU 630内置有第一ADC芯片631和第二ADC芯片632。
测量时，第一触点611和第二触点612分别接触待测皮肤的一端，在第一触点611和第二触点612之间施加测量电压，第三触点613也与皮肤接触并通过一接地电阻R接地。其中，图6中第一触点611和第二触点612之间连接的竖行元件指代皮肤，等效为触点之间皮肤的电阻。
第一可编程增益放大器621，其正、负输入端分别连接第一触点611和第二触点612，其输出端连接第一ADC芯片631，用于对待测皮肤两端的电压信号Vp进行增益值放大后向第一ADC芯片631输出电压信号Vout。
第二可编程增益放大器622，其输入端连接第三触点613和接地电阻R的连接端，其输出端连接第二ADC芯片632，用于对流经待测皮肤两端的电流信号Ip通过接地电阻R得到的转换电压信号进行增益值放大后向第二ADC芯片632输出电压信号Iout。其中，第二可编程增益放大器622输入端输入的是接地电阻R的两端电压。
微处理器MCU 630，用于利用第一ADC芯片631对电压信号Vout进行采样得到第一采样值，利用第二ADC芯片632对电压信号Iout进行同步采样得到第二采样值；如果第一采样值或/和第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，则对应切换第一可编程增益放大器621或/和第二可编程增益放大器622的量程范围以调节当前增益值，使得第一采样值和第二采样值均在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内；根据第一采样值和第一可编程增益放大器621的当前增益值得到电压信号Vp的采样值，根据第二采样值和第二可编程增益放大器622的当前增益值得到电流信号Ip的采样值，进而根据电流信号Ip的采样值和电压信号Vp的采样值的比值计算得到皮肤电导率。
上述中，第一可编程增益放大器621和第二可编程增益放大器622为可编程增益放大器。其可用于调整输入模拟信号增益，使输入模拟信号放大或缩小，达到小信号可分段测量的实现。
由于电流值无法直接通过ADC芯片直接采集到，电流值获取都是通过流经电阻上的电压值计算得出。第二ADC芯片632采集的实际为R电阻两端电压值，从而根据电压值/R电阻值，可计算出流经第一触点611和第二触点612之间的电流值。
在本申请的一个实施例中，对应的ADC芯片的采样范围*第一百分值≤对应的ADC芯片的预设采样有效值范围≤对应的ADC芯片的采样范围*第二百分值，其中0＜第一百分值＜第二百分值＜1；
微处理器MCU 630，具体用于所述第一采样值或/和第二采样值小于对应的ADC芯片的采样范围*第一百分值，则对应切换第一可编程增益放大器或/和第二可编程增益放大器的量程范围以将当前增益值增大第一倍数值；如果第一采样值或/和第二采样值大于对应的ADC芯片的采样范围*第二百分值，则对应切换第一可编程增益放大器或/和第二可编程增益放大器的量程范围以将当前增益值缩小第二倍数值。
上述实施例中，例如第一百分值可以取值为9.2％，第二百分值可以取值为93％，第一倍数值和第二倍数值可以均取值为10倍。
在本申请的一个实施例中，微处理器MCU 630，还具体用于如果第一采样值或/和第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，在计算皮肤电导率时，对第一可编程增益放大器621或/和第二可编程增益放大器622的切换量程范围之前同步采样得到的最后一个采样值进行丢弃。
在本申请的一个实施例中，微处理器MCU 630内对应第一ADC芯片631设置有第一缓存存储区，用于缓存第一采样值，对应第二ADC芯片632设置有第二缓存存储区，用于缓存第二采样值。
微处理器MCU 630还具体用于，如果第一采样值或/和第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，对不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内的当前采样值N，基于当前采样值N的前一个采样值L1、采样值L1的前一个采样值L2、以及当前采样值N的后一个采样值F，利用如下公式计算所述当前采样值N的替换值Ni：
Figure BDA0003078753400000121
其中，t0为采样值L2的采样时间，t1为采样值L1的采样时间，t为当前采样值N的采样时间，t2为采样值F的采样时间。
这样在计算皮肤电导率时，可以使用替换值Ni替换当前采样值N来计算皮肤电导率。
图7示出了根据本申请一个实施例的一种穿戴设备的结构示意图。如图7所示，该穿戴设备700包括上述皮肤电导率测量装置600，可实现对皮肤电导率全量程测量。
综上所述，本申请的技术方案，通过切换可编程增益放大器的量程范围动态调节运放增益的方式，实现对皮肤电导率全量程测量。即使使用低精度ADC芯片的情况下，通过将测量范围数据拆分，低精度ADC只需要采集分段中的一段数据，当数据范围大于或小于当前数据段时，通过切换输入ADC芯片的模拟信号的量程范围，进而切换采集数据段，达到全部数据段信号采集的覆盖。本发明方案可以不受ADC芯片采集数据范围及精度影响，减少硬件成本。
在优选实施例中，在发生量程切换时，通过采用数据填充方法计算出当前采样值的替换值来替换当前采样值，对量程切换过程中的无效数据进行数据填充，可以保证计算结果的准确性，并且可以保证全量程采集电导数据过程中数据的连续性和稳定性。
需要说明的是：
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，在本申请的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本申请的目的，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种皮肤电导率测量方法，其特征在于，所述方法包括：
对待测皮肤两端的电压信号Vp采用第一可编程增益放大器进行增益值放大，利用第一ADC芯片采样所述第一可编程增益放大器输出的电压信号Vout得到第一采样值；
对流经所述待测皮肤两端的电流信号Ip通过一接地电阻R得到的转换电压信号，采用第二可编程增益放大器进行增益值放大，利用第二ADC芯片同步采样所述第二可编程增益放大器输出的电压信号Iout得到第二采样值；
如果所述第一采样值或/和所述第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，则对应切换所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的量程范围以调节当前增益值，使得所述第一采样值和所述第二采样值均在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内；
根据所述第一采样值和所述第一可编程增益放大器的当前增益值得到所述电压信号Vp的采样值，根据所述第二采样值和所述第二可编程增益放大器的当前增益值得到所述电流信号Ip的采样值，进而根据所述电流信号Ip的采样值和所述电压信号Vp的采样值的比值计算得到皮肤电导率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述如果所述第一采样值或/和所述第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，则对应切换所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的量程范围以调节当前增益值，使得所述第一采样值和所述第二采样值均在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，包括：
对所述第一采样值和所述第二采样值分别判断是否在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内；
如果所述第一采样值或/和所述第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，则对应切换所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的量程范围以调节当前增益值，并利用对应的ADC芯片对所述电压信号Vout或/和所述电压信号Iout进行重新采样，直至重新采样值在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对应的ADC芯片的采样范围*第一百分值≤对应的ADC芯片的预设采样有效值范围≤对应的ADC芯片的采样范围*第二百分值，其中0＜所述第一百分值＜所述第二百分值＜1；
所述如果所述第一采样值或/和所述第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，则对应切换所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的量程范围以调节当前增益值，包括：
如果所述第一采样值或/和所述第二采样值小于对应的ADC芯片的采样范围*第一百分值，则对应切换所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的量程范围以将当前增益值增大第一倍数值；
如果所述第一采样值或/和所述第二采样值大于对应的ADC芯片的采样范围*第二百分值，则对应切换所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的量程范围以将当前增益值缩小第二倍数值。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，如果所述第一采样值或/和所述第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，所述方法还包括：
在计算皮肤电导率时，对所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的切换量程范围之前同步采样得到的最后一个采样值进行丢弃。
5.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，如果所述第一采样值或/和所述第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，所述方法还包括：
对不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内的当前采样值N，基于所述当前采样值N的前一个采样值L1、所述采样值L1的前一个采样值L2、以及所述当前采样值N的后一个采样值F，利用如下公式计算所述当前采样值N的替换值Ni：
Figure FDA0003078753390000021
其中，t0为采样值L2的采样时间，t1为采样值L1的采样时间，t为当前采样值N的采样时间，t2为采样值F的采样时间；
在计算皮肤电导率时，使用所述替换值Ni替换所述当前采样值N来计算皮肤电导率。
6.一种皮肤电导率测量装置，其特征在于，包括：第一触点、第二触点和第三触点；第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器和微处理器MCU，所述微处理器MCU内置有第一ADC芯片和第二ADC芯片；其中：
测量时，所述第一触点和所述第二触点分别接触待测皮肤的一端，在所述第一触点和所述第二触点之间施加测量电压，所述第三触点也与皮肤接触并通过一接地电阻R接地；
所述第一可编程增益放大器，其正、负输入端分别连接所述第一触点和所述第二触点，其输出端连接所述第一ADC芯片，用于对待测皮肤两端的电压信号Vp进行增益值放大后，向所述第一ADC芯片输出电压信号Vout；
所述第二可编程增益放大器，其输入端连接所述第三触点和所述接地电阻R的连接端，其输出端连接所述第二ADC芯片，用于对流经所述待测皮肤两端的电流信号Ip通过所述接地电阻R得到的转换电压信号进行增益值放大后，向所述第二ADC芯片输出电压信号Iout；
所述微处理器MCU，用于利用所述第一ADC芯片对所述电压信号Vout进行采样得到第一采样值，利用所述第二ADC芯片对所述电压信号Iout进行同步采样得到第二采样值；如果所述第一采样值或/和所述第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，则对应切换所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的量程范围以调节当前增益值，使得所述第一采样值和所述第二采样值均在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内；根据所述第一采样值和所述第一可编程增益放大器的当前增益值得到所述电压信号Vp的采样值，根据所述第二采样值和所述第二可编程增益放大器的当前增益值得到所述电流信号Ip的采样值，进而根据所述电流信号Ip的采样值和所述电压信号Vp的采样值的比值计算得到皮肤电导率。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，对应的ADC芯片的采样范围*第一百分值≤对应的ADC芯片的预设采样有效值范围≤对应的ADC芯片的采样范围*第二百分值，其中0＜所述第一百分值＜所述第二百分值＜1；
所述微处理器MCU，具体用于如果所述第一采样值或/和所述第二采样值小于对应的ADC芯片的采样范围*第一百分值，则对应切换所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的量程范围以将当前增益值增大第一倍数值；如果所述第一采样值或/和所述第二采样值大于对应的ADC芯片的采样范围*第二百分值，则对应切换所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的量程范围以将当前增益值缩小第二倍数值。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述微处理器MCU，还具体用于如果所述第一采样值或/和所述第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，在计算皮肤电导率时，对所述第一可编程增益放大器或/和所述第二可编程增益放大器的切换量程范围之前同步采样得到的最后一个采样值进行丢弃。
9.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述微处理器MCU内对应所述第一ADC芯片设置有第一缓存存储区，用于缓存所述第一采样值，对应所述第二ADC芯片设置有第二缓存存储区，用于缓存所述第二采样值；
所述微处理器MCU还具体用于如果所述第一采样值或/和所述第二采样值不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内，对不在对应的ADC芯片的预设采样有效值范围内的当前采样值N，基于所述当前采样值N的前一个采样值L1、所述采样值L1的前一个采样值L2、以及所述当前采样值N的后一个采样值F，利用如下公式计算所述当前采样值N的替换值Ni：
Figure FDA0003078753390000041
其中，t0为采样值L2的采样时间，t1为采样值L1的采样时间，t为当前采样值N的采样时间，t2为采样值F的采样时间；
以及在计算皮肤电导率时，使用所述替换值Ni替换所述当前采样值N来计算皮肤电导率。
10.一种穿戴设备，其特征在于，包括权利要求6-9任一项所述的皮肤电导率测量装置，可实现对皮肤电导率全量程测量。
CN202110560284.XA 2021-05-21 2021-05-21 一种皮肤电导率测量方法、装置和穿戴设备 Active CN113381762B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110560284.XA CN113381762B (zh) 2021-05-21 2021-05-21 一种皮肤电导率测量方法、装置和穿戴设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110560284.XA CN113381762B (zh) 2021-05-21 2021-05-21 一种皮肤电导率测量方法、装置和穿戴设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113381762A true CN113381762A (zh) 2021-09-10
CN113381762B CN113381762B (zh) 2022-11-29

Family

ID=77571691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110560284.XA Active CN113381762B (zh) 2021-05-21 2021-05-21 一种皮肤电导率测量方法、装置和穿戴设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113381762B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10118041A (ja) * 1996-10-25 1998-05-12 Poritoronikusu:Kk 皮膚抵抗の計測装置とその方法
US6571124B1 (en) * 1999-06-01 2003-05-27 Hanne Storm Apparatus and method for monitoring skin conductance and method for controlling a warning signal
US20030201824A1 (en) * 2002-04-16 2003-10-30 M.C. Ramesh Method and apparatus for exponential gain variations with a linearly varying input code
CN101194834A (zh) * 2006-12-05 2008-06-11 重庆博恩富克医疗设备有限公司 一种生物电阻抗测量方法及测量装置
CN102353836A (zh) * 2011-07-15 2012-02-15 珠海中慧微电子有限公司 宽范围电能表的电流通道增益动态调整方法
EP2471453A1 (en) * 2010-12-28 2012-07-04 Lotts Co., Ltd. Apparatus for skin care equipped with the measuring function of skin conductivity and method of operating thereof
US20170303814A1 (en) * 2014-09-30 2017-10-26 Koninklijke Philips N.V. Wearable device for skin conductance measurement
CN109310360A (zh) * 2016-05-25 2019-02-05 皇家飞利浦有限公司 皮肤电导的测量

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10118041A (ja) * 1996-10-25 1998-05-12 Poritoronikusu:Kk 皮膚抵抗の計測装置とその方法
US6571124B1 (en) * 1999-06-01 2003-05-27 Hanne Storm Apparatus and method for monitoring skin conductance and method for controlling a warning signal
US20030201824A1 (en) * 2002-04-16 2003-10-30 M.C. Ramesh Method and apparatus for exponential gain variations with a linearly varying input code
CN101194834A (zh) * 2006-12-05 2008-06-11 重庆博恩富克医疗设备有限公司 一种生物电阻抗测量方法及测量装置
EP2471453A1 (en) * 2010-12-28 2012-07-04 Lotts Co., Ltd. Apparatus for skin care equipped with the measuring function of skin conductivity and method of operating thereof
CN102353836A (zh) * 2011-07-15 2012-02-15 珠海中慧微电子有限公司 宽范围电能表的电流通道增益动态调整方法
US20170303814A1 (en) * 2014-09-30 2017-10-26 Koninklijke Philips N.V. Wearable device for skin conductance measurement
CN109310360A (zh) * 2016-05-25 2019-02-05 皇家飞利浦有限公司 皮肤电导的测量

Also Published As

Publication number Publication date
CN113381762B (zh) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10016144B2 (en) Biological signal acquisition device and method for acquiring biological signal
CN109310360B (zh) 皮肤电导的测量
CN110840454B (zh) 一种脑电信号采集装置和方法
CN101199418A (zh) 脑电阻抗检测电路及脑电检测装置
CN105976411A (zh) 一种用于电阻抗断层成像数据采集系统的前置测量模块及标校方法
CN113381762B (zh) 一种皮肤电导率测量方法、装置和穿戴设备
CN202372568U (zh) 一种动态数据采集装置
JP2019030520A (ja) 筋電計測装置、方法及びプログラム
CN113391127A (zh) 一种用于eeg信号采集的接触阻抗检测电路
CN110338782A (zh) 一种超低功耗单导联心电图脱落自动检测电路及方法
CN111789593A (zh) 一种基于生物医学电阻抗成像技术的检测设备及其健康风险评估系统
Kwok et al. Mapping acupuncture points using multi-channel device
CN215768770U (zh) 一种用于eeg信号采集的接触阻抗检测电路
CN221174803U (zh) 一种基于模拟开关的高精密直流电阻测量电路
KR20200128924A (ko) 신호 측정 장치 및 방법
CN209446663U (zh) 一种模拟信号峰值监测装置
RU2143843C1 (ru) Способ экспресс-диагностики физиологического состояния биологического объекта и устройство для его осуществления
Tronstad et al. PC-based instrumentation for electrodermal activity measurement
JP3048377B2 (ja) 穀物の水分測定装置
CN209961843U (zh) 一种测试装置及系统
CN216933232U (zh) 一种心理在线动态监测辅助装置
JP3310479B2 (ja) 穀物の水分測定装置
CN109464144A (zh) 一种手持肌电采集装置
CN220158255U (zh) 基于导电水凝胶的柔性检测装置
WO2014100810A1 (en) Integrators for sensor applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant