CN203591258U - 人体电阻抗测量仪 - Google Patents

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汪建
卢常芳
高志华
杨文翰
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Abstract

本实用新型涉及一种人体电阻抗测量仪，测量仪上设置有五位数显频率表、五位数显幅值表、测量功能开关、测量选择按键、电极信号端口和信号输出端口，测量仪内具有单片机芯片，信号发生器、信号处理、信号控制和幅相检测电路。本测量仪采用单片机芯片和四电极多频率的生物电阻抗测量方法，能实现在实验室中对人体不同部位的电阻抗测量和显示等功能，使学生能更好的掌握电阻抗的测量技术和人体电阻抗特点，适合于生物学、医学、物理学等专业课程的测量与教学实验。

Description

人体电阻抗测量仪
技术领域
本实用新型涉及一种人体电阻抗测量仪，属于电子技术应用和实验应用的领域。
背景技术
人体的各种组成成分维持合理的比例是保持身体健康的重要条件，例如体内脂肪增加到一定量将导致肥胖症等疾病的发生，矿物质的大量流失将导致骨质疏松症，而肾脏功能性减弱将导致体内水分平衡失调、出现水肿等现象。人体的组成成分测量可定量评估人体内各种成分之间的比例关系，是人体健康检查的重要内容之一。
将微弱的交流电信号导入人体时，电流总是会沿着电阻小、传导性能好的方向流去，通常人体内不同部位处所含的水分和脂肪等的不同，决定了电流通路的导电性不同，其可用阻抗的测定值来表示。大量实验数据表明，人体的电阻抗特性与人体成分之间存在一定的统计关系。
生物电阻抗频谱法提供了一种相对比较简便的测量人体成分的方法，它是利用生物组织与器官的不同的电特性及其变化规律来提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技术，具有无创、无害、廉价、操作简单和功能信息丰富的特点，而且还具有测量结果准确、测量可重复性高等优点。
虽然现在已有了可临床的人体电阻抗测量仪器，但价格却很贵，以至不少学生没有这样的动手机会，在生物学或医学工程的实验中，还没有这样的实验仪器，使学生不能很好的理解和掌握电阻抗测量技术和人体电阻抗特征。
实用新型内容
针对现有的测量和实验仪器的不足，本实用新型设计的人体电阻抗测量仪，是基于生物电阻抗和多频信号原理，同时采用了四个信号电极，分别为两个电流激励电极和两个电压测量电极，并都采用了银电极，减少了皮肤阻抗和电极因极化作用而产生的阻抗对整个测量系统的影响，从而提高了测量的准确度与精确度。
测量仪上设置有五位数显频率表、五位数显幅值表、测量功能开关、测量选择按键、电极信号端口和信号输出端口，测量仪内具有单片机芯片，信号发生器、信号处理、信号控制和幅相检测电路。
本测量仪的单片机芯片采用的是高性能8位单片机STC89S52。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，89S52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器ROM，32个双向输入/输出口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89S52还可工作于低功耗模式，可通过软件选择空闲和掉电模式，还可在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能，在掉电模式下，可保存RAM数据。
本测量仪系统是通过单片机控制信号发生器产生8个不同频率点的正弦信号，信号经过电压转电流源转换为500μA的恒定电流，并通过电流激励电极进入人体，由电压测量电极采集通过人体的交流电压信号和一个参考电压，经放大之后一起送到幅度相位检测器。幅度相位检测器单元以直流电压形式输出这两个交变电压的幅度比和相位差，再经A/D转换接口进行模数转换后由单片机STC89S52对数据进行处理和分析，测量结果数码显示或输出。
本测量仪系统的信号发生器电路是系统的主要电路，采用高频精密函数信号发生器MAX038芯片为主进行设计，MAX038能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波和正弦波信号；频率范围从0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V；占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是10％～90％；波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比调节时非线性度低于2％；采用±5V双电源供电，电源电流为80mA，典型功耗400mW；内设2.5V电压基准，可利用该电压设定FADJ、DADJ的电压值，实现频率微调和占空比调节。
测量仪的整个信号的产生和控制是首先由函数发生器MAX038产生信号波、由单片机STC89S52进行波形和频率的选择、由数字控制电子开关CD4051控制信号通断，最后经低通滤波器、由电压放大器与电压电流转换单元将信号转变为电流信号，并经激励电极输入人体进行测量。
附图说明
图1是测量仪外观图，其中的1是测量功能开关、2是五位数显频率表、3是测量选择按键、4是五位数显幅值表、5是电极信号端口、6是信号输出端口。
图2是系统电路原理图。
图3是信号发生器电路图。
具体实施方式
结合附图，下面具体说明人体电阻抗测量仪的工作和电路情况。
本测量仪是通过单片机去控制数字控制电子开关CD4051与8个不同电容值的电容连接，从而实现信号频率范围从5kHz到1MHz，分为5kHz、25kHz、50kHz、100kHz、250kHz、500kHz、800kHz、1000kHz共8个频率点之间的相互转换。为了得到更大的驱动能力与滤除高频干扰，信号波形从MAX038的OUT端输出后，使其通过一个2MHz的LC低通滤波电路，再进行电压放大。
信号发生器电路中MAX038的引脚DADJ接地，引脚A1固定为高电平，从而只能输出占空比固定为50％的正弦波信号。MAX038的输出频率f0由VIN、外接电阻和内部主振荡器引脚COSC的外接电容器CF三者共同确定。
f0＝VIN/RINCF
其中VIN为MAX038内部2.5V的基准电压，RIN为外接可调节电阻。
测量仪在使用时，结合测量功能开关和测量选择按键，可实现对8个频率点的自动测量和对不同频率的手工测量两种模式功能，在使用中，将电流激励电极、电压测量电极分别可置于人体的上肢、下肢、腹部等部位进行测量。测量时，激励电极和测量电极之间的距离为10cm到30cm，通过不同部位的测量，可测量得到人体不同部位在不同频率上的对应的电阻抗，并作图。从而测量完成人体电阻抗的特征值，使学生能掌握和了解人体的电阻抗特征。
本测量仪采用单片机芯片和四电极多频率的生物电阻抗测量方法，能实现在实验室中对人体不同部位的电阻抗测量和显示等功能，使学生能更好的掌握电阻抗的测量技术和人体电阻抗特点，适合于生物学、医学、物理学等专业课程的测量与教学实验。

Claims (3)

1.一种人体电阻抗测量仪，其特征是：测量仪上设置有五位数显频率表（2）、五位数显幅值表（4）、测量功能开关（1）、测量选择按键（3）、电极信号端口（5）和信号输出端口（6），测量仪内具有单片机芯片，信号发生器、信号处理、信号控制和幅相检测电路。
2.根据权利要求1所述的人体电阻抗测量仪，其特征是：其单片机芯片采用的是8位单片机STC89S52。
3.根据权利要求1所述的人体电阻抗测量仪，其特征是：其信号发生器采用的是MAX038芯片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106669026A (zh) * 2017-03-06 2017-05-17 桂林市威诺敦医疗器械有限公司 一种用于定向药透仪的皮肤去极化电路
CN108089060A (zh) * 2018-02-23 2018-05-29 中国人民解放军第四军医大学 无创生物组织介电特性测量装置
CN110353669A (zh) * 2019-06-25 2019-10-22 杭州回车电子科技有限公司 用于头戴式设备的生物电信号复用采集装置

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