KR101692783B1 - 임피던스 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피검체에 인가하는 전기 신호에 따라 피검체 상에 나타나는 전기적 변화를 2개의 센싱 전극으로 검출하여 2개의 센싱 전극 사이에 대응되는 피검체 부위의 임피던스를 획득하는 임피던스 측정장치에 관한 것으로서, 2개의 센싱 전극으로 검출되는 검출 신호를 각각 증폭한 후 차동 연산하여 임피던스 획득을 위한 신호를 생성하는 검출부에 대해 센싱 전극 간의 불평형에 의하여 유입되는 동상 잡음을 줄이도록 증폭기의 증폭도를 조절하는 교정 과정 수행한다.

Description

임피던스 측정장치{IMPEDANCE MEASURING APPARATUS}
본 발명은 피검체에 인가하는 전기 신호에 따라 피검체 상에 나타나는 전기적 변화를 2개의 센싱 전극으로 검출하여 2개의 센싱 전극 사이에 대응되는 피검체 부위의 임피던스를 획득하는 임피던스 측정장치에 관한 것이다.
피검체의 부위별 임피던스를 측정하기 위해서는 측정 부위를 지나는 경로 로 전기 신호를 인가하여 측정 부위 상에 나타나는 전기적 변화를 검출하여야 한다.
예를 들면, 피검체는 인체, 생체 조직, 세포, 단백질, 전기단층촬영 부위 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 피검체에서 임피던스를 측정하려는 부위를 통과하는 전류를 흘려주고, 측정하려는 부위에서 발생하는 전위차를 계측하며, 이에 그 부위의 임피던스를 얻을 수 있다.
또한, 피검체에 인가하는 전기 신호를 주파수 스위핑(sweeping)한 전기 신호로 함으로써 인가한 주파수에 따라 나타나는 양단 전위차 변화 및 위상 변화를 검출하여서, 임피던스에 대한 더욱 정확한 정보를 얻을 수 있다. 등록특허 제10-1114671호에서 개시한 바와 같이 상이한 주파수를 가진 복수의 전기 신호를 중첩의 원리를 이용하여 동시에 인가하고, 검출되는 전기 신호를 주파수 성분별로 분리하여 임피던스를 산출할 수도 있다.
그런데, 예를 들어 생체 임피던스를 측정하는 경우 한쌍의 센싱 전극을 피검체에 접촉 또는 부착하고 한쌍의 센싱 전극에서 검출되는 신호를 각각 증폭한 후 차동연산하여 임피던스를 획득하게 되는데, 이때 센싱 전극과 피검체 사이의 접촉 임피던스 및 센싱 전극의 검출 신호를 임피던스 획득을 위한 소자에 전달하는 경로 상의 임피던스가 각 센싱 전극 별로 상이하게 되는 임피던스 불평형이 발생할 수 있다. 이러한 임피던스 불평형은 피검체의 움직임에 따라 수시로 변동되기도 하며, 센싱 전극을 피검체에 부착하기 위해 사용하는 부착제의 경화 정도에 따라서도 수시로 변동된다.
이와 같이 임피던스 불평형이 발생하면, 획득하는 임피던스 값이 부정확해지고, 더욱이, 각 센싱 전극을 통해 유입되는 잡음이 차동 연산에 의해 제거되지 아니하고 큰 값으로 잔류하게 되어서 임피던스의 값이 더욱 부정확해진다.
한편, 각 센싱 전극에 대해 피검체와의 접촉 임피던스를 측정하여서 불평형을 교정할 수도 있으나, 이러한 교정 작업은 매우 번거롭고, 부정확하며, 인체에 관련된 신체 부위별 임피던스, 생체조직의 임피던스 등을 측정할 시에는 접촉 임피던스가 인체의 움직임에 따라 수시로 변동하므로, 교정하기 더욱 어렵다.
KR 10-1114671 B1 2012.02.02.
이에, 본 발명은 피검체의 임피던스를 측정함에 있어서 한쌍의 센싱 전극 간에 발생하는 임피던스 불평형 문제를 해소하기 위한 발명으로서, 피검체의 임피던스를 획득하기에 앞서서 센싱 전극 간의 임피던스 불평형을 신속하고 간편하게 해소하여 피검체의 임피던스를 정확하게 획득하는 임피던스 측정장치를 제공하는 데 그 목적을 둔다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 피검체(1)에 상호 이격되게 접촉시킨 2개의 구동 전극(11) 사이에 임피던스 측정을 위한 구동 신호를 인가하는 신호 인가부(20); 피검체(1)에 상호 이격되게 접촉시킨 2개의 센싱 전극(12)에서 구동 신호의 인가에 의해 검출되는 신호를 각각 증폭기로 증폭한 후 차동 연산기로 차동 연산하는 검출부(30); 검출부(30)의 출력 신호에 근거하여 2개의 센싱 전극(12) 사이에 대응되는 피검체(1)의 임피던스를 산출하는 임피던스 획득부(40); 를 포함하는 임피던스 측정장치에 있어서, 검출부(30)의 출력 신호에 섞인 동상 잡음의 파워를 추출하여 동상 잡음의 파워가 작아지도록 검출부(30)의 증폭기 증폭도를 조절한 이후 조절한 증폭도를 적용하여 얻는 검출부(30)의 출력 신호에 근거하여 임피던스를 획득하게 하는 연산부; 를 더욱 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 신호 인가부(20)는 2개의 센싱 전극(12)에서 동상 잡음으로 검출되는 동상 신호와, 임피던스 측정을 위한 구동 신호를 순차적으로 구동 전극(11)에 인가하고, 상기 연산부는 동상 신호를 인가할 시에 검출부(30)의 출력 신호에서 동상 신호 성분의 파워를 추출하여 동상 신호 성분의 파워가 작아지도록 검출부(30)의 증폭기 증폭도를 조절하고, 이어서 구동 신호를 인가할 시에 검출부(30)의 출력 신호에 근거하여 임피던스를 획득하게 함을 특징으로 한다.
상기 신호 인가부(20)는 임피던스 측정을 위한 구동 신호와, 2개의 센싱 전극(12)에서 동상 잡음으로 검출되며 구동 신호와 구분되는 동상 신호를 동시에 구동 전극(11)에 인가하고, 상기 연산부는 검출부(30)의 출력 신호에서 동상 신호 성분의 파워를 추출하여 동상 신호 성분의 파워가 작아지도록 검출부(30)의 증폭기 증폭도를 조절하고, 이후에 검출부(30)의 출력 신호로 검출되는 구동 신호에 근거하여 임피던스를 획득하게 함을 특징으로 한다.
상기 동상 잡음은 상용 전기 주파수 성분임을 특징으로 한다.
상기 검출부(30)는 2개 센싱 전극(12)의 검출 신호를 불평등하게 각각 증폭기로 증폭한 후 차동 연산기로 차동 연산하여 얻는 신호를 출력하는 2개조 검출부(30-1, 30-2)로 구성되되, 2개조 검출부(30-1, 30-2)에서 상대적으로 크게 증폭하는 검출 신호를 상이하게 하며, 상기 연산부는 2개조 검출부(30-1, 30-2)의 출력 신호를 동상잡음 파워가 동일하게 되도록 정규화하는 파워 정규화부(63)와, 정규화된 신호를 합성하여 동상잡음이 억제된 신호를 출력하는 동상잡음 억제부(64)를 구비하고, 증폭기 증폭도를 조절할 시에 동상잡음 억제부(64)의 출력 신호에 잔류하는 동상잡음 파워가 작아지도록 2개조 검출부(30-1, 30-2)의 각 증폭기 증폭도를 조절하되, 임피던스를 획득할 시에는 조절한 증폭도와 증폭도를 조절할 시의 얻은 정규화 조건을 적용한 상태에서 동상잡음 억제부(64)로 출력되는 신호에 근거하여 임피던스를 획득하게 함을 특징으로 한다.
상기 동상잡음 억제부(64)는 차동 연산하는 감산기 및 합산하는 가산기 중에 어느 하나로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 검출부(30)는 각각 센싱 전극(12)에 연결되는 2개조 검출부(30-1, 30-2)로 구비되며, 상기 연산부는 증폭기 증폭도를 조절할 시에 2개조 검출부(30-1, 30-2)를 번갈아가며 선택하고, 선택한 검출부의 증폭기 증폭도를 선택하지 아니한 검출부보다 출력 신호의 동상 잡음이 작아지게 될 때까지 조절하며, 이후, 임피던스를 획득할 시에는 2개조 검출부 중에 동상 잡음이 상대적으로 작게 나타났던 검출부를 채택하여 채택한 검출부의 출력 신호에 근거하여 임피던스를 획득하게 함을 특징으로 한다.
상기한 구성적 특징을 갖는 본 발명은 상용 전기 주파수 성분처럼 피검체에 나타나는 동상 잡음 또는 인위적으로 피검체에 인가한 동상 신호에 의해 센싱 전극으로 유입되는 동상 잡음을 최소화하도록 검출부의 증폭기 증폭도를 조절하는 교정 동작을 수행함으로써, 센싱 전극 간의 임피던스 불평형을 해소할 수 있으며, 이에, 교정 동작 이후 피검체의 임피던스를 정확하게 얻을 수 있으며, 센싱 전극으로 유입되어 검출되는 동상 신호를 이용하여 교정 동작을 수행함으로서, 교정 동작을 신속 정확하게 수행할 수 있고 센싱 전극 간의 임피던스 불평형 정도가 수시로 변동되더라도 피검체의 임피던스를 정확하게 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 개략 블록구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 세부 블록구성도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 세부 블록구성도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 세부 블록구성도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 세부 블록구성도.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 세부 블록구성도.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 세부 블록구성도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 주파수 스위핑(sweeping)한 신호를 피검체에 인가하여 임피던스 정보를 얻는 기술에 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 사용하는 용어에 있어서, '피검체'는 도 1에 도시한 바와 같이 인체일 수 있고, 또한 생체 조직, 세포, 단백질, 전기단층촬영 부위, 액체 등으로도 이루어질 수 있는 것으로서, 부위별 임피던스 측정 대상이면 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 개략 블록구성도이고, 도 2는 세부 블록구성도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 임피던스 측정장치는 전극(10), 신호 인가부(20), 검출부(30), 연산부(50) 및 임피던스 획득부(40)를 포함하여 구성된다.
전극(10)은 복수개로 마련하여 피검체(1)에 상호 이격되게 접촉시키는 것으로서, 신호 인가부(20)에 연결하는 2개의 구동 전극(11)과 검출부(30)에 연결하는 2개의 센싱 전극(12)을 포함하며, 동일한 전극을 구동 전극(11)과 센싱 전극(12)으로 사용할 수도 있다.
여기서, 2개의 구동 전극(11)과 2개의 센싱 전극(12)을 피검체(1)에 접촉시킬 때에는 2개의 구동 전극(11) 사이에 인가한 신호의 영향이 2개의 센싱 전극(12)에서 검출되어서, 피검체(1)의 부위 중에 2개의 센싱 전극(12)이 접촉된 부위 사이의 구간에 대한 특성을 2개의 센싱 전극(12)에서 검출되는 신호로 얻을 수 있게 하여야 한다. 예를 들면, 2개의 구동 전극(11) 사이에 구동 신호인 전류를 흘려주었을 때에 2개의 센싱 전극(12)은 전류가 흐르는 경로 상에 간격을 두고 피검체(1)에 접촉되어야 하며, 이에, 흐르는 전류에 의해 나타나는 2개 센싱 전극(12)에서의 전위로부터 전압강하에 의한 전위차를 측정하여서, 2개의 센싱 전극(12)이 접촉된 부위 사이의 임피던스를 얻을 수 있게 하는 것이다.
상기 신호 인가부(20)는 임피던스 측정을 위한 구동 신호를 2개의 구동 전극(11) 사이에 인가하기 위한 구성요소이며, 본 발명의 제1 실시예에 따르면 구동 신호를 생성하는 구동신호 발생기(21)와 더불어 2개의 센싱 전극(12)에서 신호 파형의 위상(位相)이 동일한 동상 잡음으로 검출되는 동상 신호를 생성하는 동상신호 발생기(22)를 더욱 구비하고, 구동 신호 및 동상 신호를 스위치(23)에 의해 선택적으로 2개의 구동 전극(11)에 인가한다.
본 발명의 제1 실시예에서 상기 스위치(23)는 동상 신호 및 구동 신호를 순차적으로 구동 전극(11)에 인가한다. 즉, 구동 신호를 피검체(1)에 인가하기에 앞서서 동상 신호를 먼저 인가함으로써, 후술하는 바와 같이 동상 신호에 근거하여 검출부(30)를 교정한다.
여기서, 상기 동상 신호는 특정 주파수 성분을 갖는 신호이거나 아니면 특정 패턴을 갖는 신호를 채용할 수 있다. 그리고, 동상신호 발생기(22)는 구동 전극(11)과 접지(GND) 사이에 동상 신호를 인가하게 되며, 여기서 접지(GND)는 예를 들면 본 발명이 웨어러블 제품으로 제작되는 경우 피검체(1) 주변의 에어(air)가 되며, 통상적으로 캐패시턴스 성분이 있는 팬텀 그라운드(PHANTOM GND)가 된다. 동상 신호를 인가할 시에는 2개의 구동 전극(11) 중에 어느 하나에만 인가하도록 구성하여도 된다.
상기 검출부(30)는 2개의 센싱 전극(12)에 각각 하나씩 연결되어 센싱 전극(12)에서 검출되는 신호를 증폭하는 2개의 증폭기(G11, G12)와, 2개의 증폭기(G11, G12)로 증폭된 신호를 차동 증폭하여 출력하는 차동 연산기(G1)로 구성된다. 즉, 상기 검출부(30)는 2개의 센싱 전극(12)이 접촉된 피검체(1) 상의 부위에서 검출되는 전기적 신호의 차이를 신호 증폭한 후 차동 연산하여 출력하여 얻는다. 여기서, 2개의 증폭기(G11, G12)는 연산부(50)에 의해 조절되어 가변할 수 있도록 구성된다.
상기 연산부(50)는 상기 신호 인가부(20)에서 동상 신호를 구동 전극(11)에 인가할 시에 가동하며, 상기 검출부(30)에서 출력되는 신호, 즉, 차동 연산기(G1)의 출력 신호에서 동상 신호에 대응되는 동상 잡음의 파워를 추출하는 동상잡음 파워추출부(52)와, 동상잡음 파워추출부(52)에 의해 추출되는 동상 잡음 파워가 작아지도록 검출부(30)의 증폭기(G11, G12) 증폭도를 조절하는 게인조절부(51)로 구성된다.
상기 동상잡음 파워추출부(52)는 신호 인가부(20)에서 인가하는 동상 신호가 특정 주파수 성분(예를 들면 상용 주파수 60Hz 성분)을 갖는 신호로 된 경우 검출부(30)의 출력 신호에서 해당 주파수 성분을 추출하도록 구성하고, 인가하는 동상 신호가 특정 패턴을 갖는 신호로 된 경우 인가하는 동상 신호와 검출부(30)의 출력 신호 간의 상관분석(correlation analysis) 기법으로 동상 잡음의 파워를 얻도록 구성한다.
실질적으로, 차동 연산기(G1)의 출력신호에 섞인 동상 잡음의 파워가 최소화되는 조건은 차동 연산기(G1)에 입력되는 신호에 섞인 동상 잡음의 파워의 차이가 최소화되는 것이므로, 상기 연산부(50)는 2개의 센싱 전극(12)에서 각각 검출되는 신호에 섞인 동상 잡음을 동일하게 되도록 증폭기(G11, G12)를 조절한다.
또한, 증폭기(G11, G12)의 증폭도를 변경하더라도 구동 신호의 인가에 따라 2개의 센싱 전극(12)으로 검출되는 신호의 차이를 검출부(30)의 출력 신호에 정확하게 반영되게 하기 위해서, 2개의 증폭기(G11, G12) 중에 어느 하나의 증폭도를 높이되 다른 하나의 증폭도는 낮추는 방식으로 증폭도를 변경한다. 예를 들면, 어느 한쪽의 증폭도를 높이고 다른 하나의 증폭도를 낮춘 상황에서 동상잡음의 파워가 증가하게 되면, 각 증폭기에 대해 증폭도의 변경 방향을 반대로 하여서, 동상잡음의 파워를 작아지게 하는 증폭도를 추적한다.
증폭기(G11, G12)의 증폭도 조절 동작은 동상 신호를 구동 전극(11)에 인가하는 동안 지속하여도 되지만, 미리 설정된 수렴 조건에 도달할 시에 멈추어도 된다. 여기서, 상기 미리 설정한 수렴 조건은 동상 잡음 파워가 미리 설정된 값 이하로 낮아지는 조건, 또는 증폭도를 조절하더라도 동상잡음 파워가 작아지는 비율 또는 정도가 완만하여 미리 설정된 비율 또는 정도보다 낮은 값의 비율 또는 정도로 작아지는 조건으로 할 수 있다.
2개의 센싱 전극(12)은 피검체(1)와의 접촉 상태에 따라 접촉 저항의 차이가 발생할 수 있고, 검출부(30)에 연결하기 위해 사용하는 전선의 임피던스도 차이가 날 수 있다. 이러한 센싱 전극(12) 간의 임피던스 불평형이 발생한 상태에서 2개의 센싱 전극(12)에서 검출되는 신호를 차동 연상하여 임피던스를 획득하더라도 2개의 센싱 전극(12)으로 유입되는 동상 잡음(여기서는 신호 인가부에서 인가하는 동상 신호에 의하지 아니한 잡음)이 검출부(30)에 의해 제거되지 아니하고 검출부(30)의 출력 신호에 잔류하게 되며, 2개의 센싱 전극(12)이 접촉된 피검체 상에서 피검체의 임피던스 영향을 반영하는 전기적 신호가 불평등하게 검출부(30)에 전달된 상태에서 차동 연산하여 임피던스를 획득하게 되므로, 정확한 임피던스를 얻을 수 없게 된다.
이에, 본 발명에서는 임피던스를 측정하기에 앞서서, 2개의 센싱 전극(12) 간에 임피던스 불평형이 발생하더라도 검출부(30)의 각 증폭기(G11, G12) 증폭도를 조절하는 교정(calibration) 과정을 수행하여 불평형 문제를 해소한다. 그리고, 교정된 검출부(30)를 이용하여 임피던스를 획득함으로써 정확한 임피던스를 얻는다. 물론, 구동 신호가 구동 전극(11)에 인가될 때에 검출부(30)의 출력 신호는 교정된 상태를 적용하여 얻는 신호이다.
상기 임피던스 획득부(40)는 구동 전극(11)에 구동 신호를 인가할 시에 검출부(30)의 출력 신호에 근거하여 2개의 센싱 전극(12) 사이에 대응되는 피검체 부위의 임피던스를 산출한다.
예를 들면, 구동 신호는 주파수를 스위핑(sweeping)하며 인가하는 신호를 사용하고, 주파수 스위핑에 따라 검출부(30)의 출력 신호 파워 변동 및 위상 변동을 추출하여서, 2개의 센싱 전극(12) 사이에 대응되는 피검체 부위의 임피던스 특성을 획득할 수 있으며, 이러한 임피던스 특성의 획득 기술은 공지된 기술인 바, 상세한 설명을 생략한다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 신호 인가부(20)에는 동상신호 발생기(22)를 구비하지 아니하고, 대신에, 피검체(1) 상에 나타나는 상용 주파수 성분(한국의 경우 60Hz 성분)을 동상 잡음으로 하여서 검출부(30)의 증폭도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 인체에 접촉시킨 센싱 전극(12)에는 주변 전기전자제품에서 사용되는 상용 주파수 전기에 의해서 상용 주파수 성분이 인체에서 검출될 수 있으므로, 별도의 동상 신호를 피검체에 인가하지 아니하고, 센싱 전극(12)에서 검출되는 상용 주파수의 동상 잡음을 이용하는 것이다. 이 경우, 스위치(23)는 임피던스를 획득할 시에만 구동 신호를 구동 전극(11)에 인가하도록 스위칭동작한다. 하지만, 피검체에서 상용 주파수 성분이 매우 미약하게 검출되거나 아니면 검출되지 아니할 때에도 검출부(30)를 교정할 수 있도록 상기한 동상신호 발생기(22)를 구비하는 것이 좋다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 세부 블록구성도이다.
본 발명의 제2 실시예에 대해서는 본 발명의 제1 실시예와 차이 나는 구성요소인 2개조 검출부(30-1, 30-2)와 연산부(60)만 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에서는 검출부(30)를 제1 검출부(30-1)와 제2 검출부(30-2)로 이루지는 2개조 검출부(30-1, 30-2)로 구성하되, 제1 검출부(30-1)와 제2 검출부(30-2)의 내부에서 차동 연산기로 차동 연산하기에 앞서 2개 센싱 전극(12)의 검출 신호를 각각 증폭기로 증폭할 시에 불평등하게 증폭하여, 어느 하나의 센싱 전극 검출 신호는 다른 하나의 센싱 전극 검출 신호보다 상대적으로 큰 증폭도로 증폭하게 한다.
또한, 제1 검출부(30-1)에서 상대적으로 큰 증폭도로 검출하는 센싱 전극의 검출 신호가 제2 검출부(30-2)에서 상대적으로 큰 증폭도로 검출하는 센싱 전극의 검출 신호와 상이하게 한다. 즉, 제1 검출부(30-1) 및 제2 검출부(30-2)는 서로 다른 검출 신호를 각각 상대적으로 큰 증폭도로 증폭하여 인위적으로 검출 신호 크기를 불평등하게 만든다.
이와 같이 제1 검출부(30-1)와 제2 검출부(30-2)가 상호 반대되게 불평등한 증폭 과정을 거친 후 차동 연산함에 있어서, 불평등하게 증폭하는 증폭도를 적절한 값으로 조절한다면, 후술하는 파워 정규화부(63) 및 동상잡금 억제부(64)에 의해 동상잡음을 억제한 신호를 획득할 수 있다.
여기서, 증폭도의 적절한 값이라 함은 다음과 같이 양자 검출부(30-1, 30-2)에서 신호를 출력되게 하는 값이 된다. 즉, 2개 센싱 전극(12) 사이의 임피던스 불평형에 의해 양자 검출 신호에 섞인 동상잡음 파워가 차이 나는 상황에서, 어느 하나의 검출부에서는 상대적으로 큰 동상잡음을 상대적으로 작은 동상잡음보다 더욱 크게 증폭하여 동상잡음 차이를 더욱 크게 한 후 차동 연산하지만, 다른 하나의 검출부에서는 상대적으로 작은 동상잡음을 상대적으로 큰 동상잡음보다 크게 되도록 증폭한 후 차동 연산하게 할 수 있다.
이와 같이 증폭도를 조절하면, 양자 검출 신호에 섞인 동상잡음 파워 차이가 변동하더라도, 양자 검출부의 출력 신호에 섞인 동상잡음 간의 위상 관계는 변동하지 않게 된다.
부연 설명하면, 양자 검출부(30-1, 30-2)에 각각 구비되는 차동 증폭기(G1, G2)의 입력단 극성 중에 상대적으로 크게 증폭한 검출 신호가 입력되는 입력단 극성을 동일하게 한 경우, 양자 검출부(30-1, 30-2)의 출력신호에 섞여있는 동상잡음은 위상(位相)이 같게 되고, 상대적으로 크게 증폭한 검출 신호가 입력되는 입력단 극성을 양자 검출부(30-1, 30-2)의 차동 증폭기(G1, G2)에서 서로 반대 극성으로 한 경우 양자 검출부(30-1, 30-2)의 출력신호에 섞여있는 동상잡음은 위상(位相)이 다르게 된다.
도 3에 도시한 실시예를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 검출부(30-1)에서는, 어느 하나의 센싱 전극 검출신호가 증폭기 G11에 의해 하이 게인(high gain)으로 증폭된 후 차동 연산기 G1의 (+)입력단에 입력되고, 다른 하나의 센싱 전극 검출신호가 증폭기 G12에 의해 로우 게인(low gain)으로 증폭된 후 차동 연산기 G1의 (-)입력단에 입력된다.
반대로, 제2 검출부(30-2)에서는, 어느 하나의 센싱 전극 검출신호가 증폭기 G22에 의해 로우 게인(low gain)으로 증폭된 후 차동 연산기 G2의 (-)입력단에 입력되고, 다른 하나의 센싱 전극 검출신호가 증폭기 G21에 의해 하이 게인(high gain)으로 증폭된 후 차동 연산기 G2의 (+)입력단에 입력된다.
즉, 제1 검출부(30-1)에서 하이 게인(high gain)으로 증폭되는 검출 신호와 제2 검출부(30-2)에서 하이 게인(high gain)으로 증폭되는 검출 신호가 서로 상이하고, 제1 검출부(30-1)의 차동 연산기(G1)에서 하이 게인(high gain)으로 증폭된 검출 신호가 입력되는 극성과 제2 검출부(30-2)의 차동 연산기(G2)에서 하이 게인(high gain)으로 증폭된 검출 신호가 입력되는 극성이 서로 동일하다.
여기서, 로우 게인(low gain)은 예를 들면 센싱 전극(12)에서 검출되는 미약한 신호를 신호처리를 위해 충분한 파워로 증폭할 정도로만 정할 수 있고, 하이 게인(high gain)은 로우 게인(low gain)보다 큰 값으로 하되, 양측 전극 간의 임피던스 불평형에 의해서 양측 검출 신호에 섞인 동상잡음 중에 상대적으로 작은 동상잡음을 상대적으로 큰 동상잡음보다 크게 할 정도의 증폭 값으로 하면 된다.
이에, 제1 검출부(30-1)의 차동 연산기(G1)의 출력 신호에 섞인 동상잡음과 제2 검출부(30-2)의 차동 연산기(G2)의 출력 신호에 섞인 동상잡음은 상호 위상이 같게 된다.
도 3을 참조하면, 상기 연산부(60)는 게인조절부(61), 동상잡음 파워추출부(62), 파워 정규화부(63) 및 동상잡음 억제부(64)를 포함하여 구성된다.
먼저, 파워 정규화부(63)는 동상 잡음 위상이 같게 된 제1 검출부(30-1)와 츨력 신호와 제2 검출부(30-2)의 출력 신호를 동상 잡음 파워가 동일하게 되도록 정규화한다.
구체적인 실시예에 따르면, 상기 파워 정규화부(63)는 제1 검출부(30-1)의 출력 신호에 섞인 동상잡음 파워와 제2 검출부(30-2)의 출력 신호에 섞인 동상잡음 파워를 추출하여 양자 출력 신호에 섞인 동상잡음의 파워 비율을 획득하기 위한 2개의 서브 동상잡음 파워추출부(63a)와, 제1 검출부(30-1)의 출력 신호와 제2 검출부(30-2)의 출력 신호 중에 어느 한쪽의 출력 신호를 동상잡음 파워의 비율에 따라 증폭하여 양자 출력 신호를 동일한 파워의 동상잡음이 섞인 신호로 되게 하는 정규화부(63b)로 구성된다.
도 3을 참조하면, 제1 검출부(30-1)의 출력신호에 섞인 동상잡음 파워를 제2 검출부(30-2)의 출력신호에 섞인 동상잡음 파워로 나눈 비율을 산출하고, 이 비율을 제2 검출부(30-2)의 출력신호에 곱셈한다.
이 경우, 후술하는 바와 같이 제2 검출부(30-2)의 출력 신호를 정규화하여 제1 검출부(30-1)의 출력 신호에서 차감하므로, 제2 검출부(30-2)에서 상대적으로 크게 증폭하는 증폭기(G21)의 증폭도는 제1 검출부(30-1)에서 상대적으로 크게 증폭하는 증폭기(G11)의 증폭도보다 상대적으로 낮은 값을 갖게 하여도 좋다.
상기 동상잡음 억제부(64)는 파워 정규화부(63)에 의해 정규화된 양자 신호를 합성하여 동상잡음이 제거된 신호를 출력한다.
도 3에 도시한 실시예에 따르면, 제1 검출부(30-1)의 출력 신호에 섞인 동상잡음과 제2 검출부(30-2)에 섞인 동상잡음의 위상이 동일하게 하므로, 상기 동상잡음 억제부(64)는 정규화된 양자 신호를 차동 연산하는 감산기로 구성하여서, 차동 연산에 의해 동일 위상의 동상잡음이 제거되고 동일 위상이 아닌 신호의 차이가 나타나는 신호를 출력한다. 이에, 상기 동상잡음 억제부(64)의 출력 신호는 2개 센싱 전극(12)에서 개별적으로 검출한 신호 사이의 차이에 대응되는 신호가 되되, 유입된 동상잡음은 억제한 신호가 된다.
한편, 회로적으로 살펴보면, 파워 정규화부(63) 및 동상잡음 억제부(64)는 디지털 신호처리 영역에서 생체신호를 획득하는 것으로 볼 수 있다. 그리고, 제1 검출부(30-1) 및 제2 검출부(30-2)는 2개 센싱 전극(12)의 검출 신호를 아날로그 신호처리한 후 디지털 신호로 변환하여서, 후단에서 디지털 신호처리할 수 있게 하는 것으로 볼 수 있다. 여기서, 디지털 신호로의 변환은 제1 검출부(30-1) 및 제2 검출부(30-2)에 구비되는 차동 연산기를 구성할 시에 A/D변환하는 기능를 부가하여 회로구성함으로써 가능하다.
그런데, 상기 제1 검출부(30-1) 및 제2 검출부(30-2)에 구비되는 증폭기의 증폭도를 2개 센싱 전극(12) 간에 발생할 수 있는 임피던스 불평형의 크기에 맞게 적절한 값으로 고정할 수 있지만, 인체의 움직임에 의한 임피던스 불평형이 심하게 되어서 특정 범위로 제한되지 아니할 수 있다. 또한, 증폭도를 더욱 적절한 값으로 조절하는 것이 좋다.
이에, 본 발명의 실시예에 따르면, 게인조절부(61) 및 동상잡음 파워추출부(62)를 구비한다.
상기 동상잡음 파워추출부(62)는 동상잡음 억제부(64)에서 출력되는 신호에 잔류하는 동상잡음의 파워를 추출한다.
상기 게인조절부(61)는 상기 동상잡음 파워추출부(62)에서 추출한 동상잡음의 파워가 작아지도록 제1 검출부(30-1) 및 제2 검출부(30-2)의 증폭기 증폭도를 조절한다.
예를 들어, 제1 검출부(30-1)의 출력 신호 및 제2 검출부(30-2)의 출력 신호에 섞인 동상잡음의 위상이 동일하지 아니하게 되면, 동상잡음 파워를 정규화한 후 차동 연산하더라도 동상잡음이 제거되지 아니하고 큰 파워로 잔류하며, 이 경우에 게인조절부(61)에 의해 증폭기 증폭도가 조절되어서 위상이 동일하게 될 것이다. 다른 예를 들면, 제1 검출부(30-1) 및 제2 검출부(30-2) 중에 어느 한쪽의 출력 신호에 섞인 동상잡음의 파워가 매우 미약하게 되는 경우, 파워 측정과정에서의 오차에 의해 파워 정규화가 충분하게 이루어지지 아니할 수 있으며, 이 경우도 파워 정규화한 후 차동 연산하여 동상잡음을 억제한 신호를 얻을 수 있도록 증폭기 증폭도를 조절하게 될 것이다.
제1 검출부(30-1) 및 제2 검출부(30-2)의 증폭기 증폭도를 조절할 시에는, 상술한 바와 같이 불평형 증폭 조건을 유지하여야 한다. 또한, 증폭도를 임의의 양으로 조절하면서 잔류 동상잡음의 파워를 확인하는 과정을 반복하여, 잔류 동상잡음 파워가 제거될 때까지 증폭도를 변경하는 추적 방식을 채용할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따르면 2개조 검출부(30-1, 30-2)에서 각각 2개 센싱 전극(12)의 검출 신호를 불평등하게 증폭기로 증폭한 후 차동 연산기로 차동 연산하여 얻는 신호를 출력하되, 2개조 검출부(30-1, 30-2)에서 불평등 증폭에 의해 상대적으로 크게 증폭하는 검출 신호를 상이하게 하고, 상기 연산부는 2개조 검출부(30-1, 30-2)의 출력 신호를 동상잡음 파워가 동일하게 되도록 정규화하는 파워 정규화부(63)와, 정규화된 신호를 합성하여 동상잡음이 억제된 신호를 출력하는 동상잡음 억제부(64)를 구비한다.
그리고, 동상 신호를 구동 전극(11)에 인가하는 동안 동상잡음 억제부(64)의 출력 신호에 잔류하는 동상잡음 파워가 작아지도록 2개조 검출부(30-1, 30-2)의 각 증폭기 증폭도를 조절하게 동작한다. 동상 신호의 인가가 멈추면, 멈춘 시점의 증폭기 증폭도를 그대로 유지하고, 이 시점의 파워 정규화부(63) 정규화 조건도 유지한다. 여기서, 도 3에 도시한 실시예에 따르면, 상기 정규화 조건은 동상 신호의 인가를 멈추는 시점에서 제1 검출부(30-1)의 출력신호에 섞인 동상잡음 파워를 제2 검출부(30-2)의 출력신호에 섞인 동상잡음 파워로 나눈 비율이 된다. 물론, 동상잡음 억제부(64)의 출력 신호에 잔류하는 동상잡음 파워가 수렴 조건에 도달할 시에는 그 도달 시점에서 얻은 증폭기의 증폭도 및 파워 정규화부(63)의 정규화 조건을 유지한다.
이어서, 구동 신호를 구동 전극(11)에 인가할 시에는 유지한 증폭기의 증폭도 및 파워 정규화부(63)의 정규화 조건을 그대로 적용한 상태에서 동상잡음 억제부(64)로 출력되는 신호를 임피던스 획득부(40)에 전달하며, 이에, 센싱 전극(12) 간의 임피던스 불평형이 해소된 상태에서 얻는 신호에 근거하여 생체 임피던스를 얻게 된다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 세부 블록구성도이다.
도 4에 도시한 제3 실시예에 따르면, 제1 검출부(30-1), 제2 검출부(30-2) 및 동상잡음 억제부(64)는 도 3을 참조하여 설명한 제2 실시예와 상이하게 구성된다.
먼저, 제1 검출부(30-1) 및 제2 검출부(30-2)를 살펴보면, 제1 검출부(30-1)에서 상대적으로 크게 증폭한 검출 신호가 입력되는 차동 연산기의 입력단 극성과 제2 검출부(30-2)에서 상대적으로 크게 증폭한 검출 신호가 입력되는 차동 연산기의 입력단 극성이 서로 반대되는 극성으로 된다.
구체적으로 설명하면, 제1 검출부(30-1)에서 2개 센싱 전극(12)의 검출 신호 중에 상대적으로 크게 증폭하는 검출 신호와 제2 검출부(30-2)에서 2개 센싱 전극(12)의 검출 신호 중에 상대적으로 크게 증폭하는 검출 신호가 상이한 것은 제2 실시예와 마찬가지이지만, 제1 검출부(30-1)에서 상대적으로 크게 증폭한 검출 신호가 차동 연산을 위해 입력되는 차동 연산기(G1)의 입력단 극성과 제2 검출부(30-2)에서 상대적으로 크게 증폭한 검출 신호가 차동 연산을 위해 입력되는 차동 연산기(G2)의 입력단 극성이 반대극성인 점에서 제2 실시예와 차이 난다.
이에 따라, 제1 검출부(30-1)의 출력 신호에 섞인 동상잡음과 제2 검출부(30-2)의 출력 신호에 섞인 동상잡음의 위상이 반대가 되므로, 상기 동상잡음 억제부(64)는 양자 출력 신호의 정규화 신호를 합산하여 동상잡음을 억제하는 합산기로 구성된다.
즉, 제2 및 제3 실시예에 따르면, 2개 센싱 전극(12)의 검출 신호를 신호처리함에 있어서, 제1 검출부(30-1)에서 상대적으로 크게 증폭하는 검출 신호와 제2 검출부(30-2)에서 상대적으로 크게 증폭하는 검출 신호가 서로 다르게 한다는 조건을 만족한다면, 제1 검출부(30-1) 및 제2 검출부(30-2)의 구성방식에 따라 제1 검출부(30-1)의 출력 신호에 섞인 동상잡음과 제2 검출부(30-2)의 출력 신호에 섞인 동상잡음의 위상이 바뀔 수 있으나, 그 위상에 맞게 상기 동상잡음 억제부(64)를 구성함으로써 동상잡음을 억제한 생체신호를 얻을 수 있다.
한편, 제1 검출부(30-1) 및 제2 검출부(30-2)에서 각각 불평등하게 증폭한 후 차동연산할 시에 불평등한 증폭도의 차이에 따라서도 제1 검출부(30-1)의 출력 신호에 섞인 동상잡음과 제2 검출부(30-2)의 출력 신호에 섞인 동상잡음의 위상이 동일하게 될 수도 있고 아니면 반대(180°위상차)가 될 수도 있다.
이에, 상기 동상잡음 억제부(64)를 합산기로의 동작과 차동 연산기(감산기)로의 동작이 모두 가능하게 구성하고, 어느 한 동작으로 동작할 시에 얻는 동상잡음이 잔류하는 경우 동작 전환하게 하여도 된다. 여기서, 동작 전환은 합산기로 동작시킨 상태에서 동상잡음이 잔류한 경우 차동 연산기의 동작으로 전환하고, 차동 연산기로 동작시킨 상태에서 동상잡음이 잔류한 경우 합산기의 동작으로 전환하는 것이다.
상술한 바와 같이 2개 센싱 전극(12) 간에 임피던스 불평형이 발생하더라도, 2개 센싱 전극(12)으로부터 전달받는 검출 신호를 2개조 검출부(30-1, 30-2)에서 각각 불평등하게 증폭한 후 차동연산하여 얻는 신호로부터 동상잡음을 억제한 신호를 얻을 수 있다. 또한, 2개조 검출부(30-1, 30-2)에 구비되는 증폭기의 증폭도를 조절하여 동상잡음을 억제할 수 있으므로, 2개 센싱 전극(12) 간의 임피던스 차이가 시시각각 변동하더라도 신속하게 동상잡음을 억제한 신호를 얻을 수 있으며, 인체가 움직이는 상황에서도 동상잡음을 억제한 신호를 얻을 수 있다. 따라서, 생체 임피던스를 획득하기에 생체 임피던스를 획득하기 위한 검출부 및 연산부에 대해 센싱 전극 간의 임피던스 불평형 해소를 위한 교정을 신속하게 수행할 수 있고, 생체 임피던스도 정확한 값으로 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 세부 블록구성도이다.
본 발명의 제4 실시예에 대해서는 도 2를 참조한 제1 실시예와 차이 나는 구성요소인 2개조 검출부(30-1, 30-2)와 연산부(70)만 설명한다.
본 발명의 제4 실시예에서도 검출부(30-1, 30-2)를 2개조로 구비하여 상호 병렬 연결하지만 제2,3 실시예에 적용한 극성 연결 방식을 적용하지 아니하여도 되며, 단지, 각각 2개의 센싱 전극(12)에서 검출되는 신호를 증폭기로 증폭한 후 차동 연산기로 차동 연산한 신호를 독립적으로 출력하게 한다.
연산부(70)는 게인조절부(71)와 동상잡음 파워추출부(72)를 구비하되, 동상잡음 파워추출부(72)의 경우 2개조 검출부(30-1, 30-2)의 출력 신호에 대해 동상 잡음 파워를 각각 추출하도록 구비하며, 이에 더하여, 2개조 검출부(30-1, 30-2)의 출력 신호 중에 적합한 출력 신호를 선택하여 선택한 출력 신호를 임피던스 획득부(40)에 전달되게 하는 스위치부(73)를 구비한다.
이와 같이 구성되는 연산부(70)는 신호 인가부(20)에서 동상 신호를 구동 전극(11)에 인가하는 동안 2개조 검출부(30-1, 30-2)를 번갈아가며 선택(실질적으로는 출련 신호를 선택)하고, 선택한 검출부에 대해서는 선택하지 아니한 검출부의 출력 신호에 섞인 동상 잡음의 파워보다 상대적으로 작은 동상 잡음 파워가 출력 신호에서 검출될 때까지 증폭기 증폭도를 조절한다. 즉, 매순간 선택되는 검출부는 직전에 선택된 다른 검출부를 기준으로 삼아서 그 기준보다 동상 잡음이 억제된 출력 신호를 생성 출력하도록 증폭기의 증폭도가 조절된다.
이후, 신호 인가부(20)에서 동상 신호의 인가를 멈추고 구동 신호를 구동 전극(11)에 인가하면, 2개조 검출부 중에 동상 신호의 인가를 멈추는 시점에서 동상 잡음이 상대적으로 작게 나타났던 검출부를 채택하여서, 채택한 검출부의 출력 신호를 임피던스 획득부(40)에 전달되도록 스위치부(73)를 동작시킨다.
한편, 2개조 검출부(30-1, 30-2)를 번갈아가며 선택하여 선택한 검출부의 증폭기 증폭도를 조절할 시에, 직전에 선택하여 증폭도를 조절한 다른 검출부의 증폭기 증폭도를 현재 선택한 검출부의 증폭기 증폭도로 초기화한 이후 증폭도를 조절하기 시작함으로써, 현재 선택한 검출부의 증폭기 증폭도의 조절 시간을 줄이면서, 더욱 정확하게 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 세부 블록구성도이다.
본 발명의 제5 실시예에 대한 설명은 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시예와의 차이 나는 구성요소인 전극(10) 및 전극 연결을 위한 멀티플렉서(10')만 설명한다.
전극(10)은 복수개 구비되며 각각의 전극(10)은 멀티플렉서(10')에 의해 선택적으로 신호 인가부(20) 및 검출부(30)에 연결된다. 즉, 멀티플렉서(10')는 복수의 전극(10) 중에 2개의 전극을 구동 전극으로 선택하여 신호 인가부(20)에 연결함으로써 연결된 전극에 동상 신호 및 구동 신호를 순차적으로 인가할 수 있고, 복수의 전극(10) 중에 2개의 전극을 센싱 전극으로 선택하여 검출부(30)에 연결함으로써 연결된 전극으로 검출되는 신호를 검출부(30)에 전달되게 할 수 있다.
이에, 복수의 전극(10)을 피검체(1) 상에 서로 이격시켜 접촉시킨 상태에서, 피검체(1)의 각 부위에 대해 연관된 전극을 구동 전극으로 선택 사용하고 해당되는 부위에 대응되게 접촉시킨 전극을 센싱 전극으로 선택 사용하게 함으로써, 피검체(1)의 여러 부위에 대해 순차적으로 임피던스를 측정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 임피던스 측정장치의 세부 블록구성도이다.
본 발명의 제6 실시예에 대해서는 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시예와 차이 나는 구성요소인 신호 인가부(20)와 연산부(50)만 설명한다.
신호 인가부(20)는 구동신호 발생기(21)에서 생성되는 구동 신호에 동상신호 발생기(22)에서 생성되는 동상 신호를 실어서 구동 신호와 동상 신호를 동시에 구동전극(11)에 인가하는 신호 합성기(24)를 구비하고, 제1 실시예에서 사용하였던 스위치(23)는 구비하지 아니한다.
여기서 동상 신호는 구동 신호와 구분되어 구동 신호와 혼합되더라도 혼합된 신호에서 그 파워를 추출할 수 있는 신호로 한다. 예를 들면, 구동 신호가 주파수 스위핑하여 넓은 대역의 주파수를 갖게 한 경우 동상 신호로 사용할 특정 주파수를 제외하고 주파수 스위핑한 신호로 하며, 이에, 연산부(50)의 동상잡음 파워추출부(52)에서 특정 주파수 성분의 파워를 추출할 수 있게 한다. 다른 예를 들면, 구동 신호와 구분되는 다른 패턴의 신호를 동상 신호로 사용함으로써 연산부(50)의 동상잡음 파워추출부(52)에서 상관분석에 의해 동상 신호 성분의 파워를 추출할 수 있게 한다.
이에, 센싱 전극(12)에서 검출되는 신호는 인가한 구동 신호에 대응되는 신호와 인가한 동상 신호에 대응되는 동상 잡음이 혼합된 신호가 되어 검출부(30)에 전달된다.
그리고, 연산부(50)의 동상잡음 파워추출부(52)는 검출부(30)의 출력 신호에서 구동 신호와 구분되는 동상 신호 성분의 파워를 추출할 수 있다.
그리고, 연산부(50)의 동작은 다음과 같이 이루어지도록 구성된다.
검출부(30)의 출력 신호에 근거하여 임피던스 획득부(40)로 임피던스를 획득하기에 앞서서, 연산부(50)는 동상잡음 파워추출부(52) 및 게인조절부(51)를 가동시켜 검출부(30)의 출력 신호에서 동상 신호 성분의 파워를 추출하여 동상 신호 성분의 파워가 작아지도록 검출부(30)의 증폭기 증폭도를 조절하는 교정 시간을 갖는다.
교정 시간 이후에는 임피던스 획득부(40)가 검출부(30)의 출력 신호를 전달받아 임피던스를 획득한다. 물론, 동상 신호와 구분되는 구동 신호 성분에 근거하여 임피던스를 획득한다.
다른 동작 방식으로서, 교정 시간을 별도의 한정된 시간으로 정하지 아니할 수도 있다.
구체적으로 설명하면, 검출부(30)의 출력 신호에 섞인 동상 신호 성분의 파워가 미리 설정된 수렴 조건에 도달할 때까지 증폭기 증폭도를 조절하고, 이후 수렴 조건에 도달한 시점에 얻는 검출부(30)의 출력 신호를 이용하여 임피던스를 획득하는 것이다. 아니면, 임피던스를 연속 획득하는 중에 증폭기 증폭도를 조절하여, 동상 신호 성분의 파워가 미리 설정된 수렴 조건을 만족한 시점에서 획득하는 임피던스를 선택하는 것이다.
여기서, 수렴 조건은 동상 신호 성분의 파워가 미리 설정된 파워값 미만으로 낮아지는 조건, 또는 동상 신호 성분의 파워 변화가 미리 설정된 값 이내의 값으로 지속되는 조건으로 할 수 있다.
어느 동작 방식으로 동작하도록 연산부(50)를 구성하더라도, 임피던스를 획득하려는 시점에서 얻는 검출부(30)의 출력 신호는 교정에 의해 동상 신호 성분이 충분하게 제거된 상태의 신호이므로, 센싱 전극(12)과 피검체(1)의 접촉 임피던스 불평형 및 센싱 전극(12)과 검출부(30) 사이의 경로 임피던스 불평형을 해소한 상태에서 피검체(1)의 임피던스를 정확하게 획득할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2,3 실시예에서 보여준 2개조 검출부(30-1, 30-2)와 연산부(60)를 사용한 임피던스 측정장치 또는 제4 실시예에서 보여준 2개조 검출부(30-1, 30-2)와 연산부(70)를 사용한 임피던스 측정장치에서도 제5 실시예에서 보여준 멀티플렉서(10') 또는 제6 실시예에서 보여준 신호 인가부(20) 및 연산부(20)의 동작 방식을 적용할 수 있음은 본 발명의 실시예 설명을 이해한다면 자명한 것이므로, 이에 대한 실시예 설명은 생략한다.
또한, 본 발명은 동상 신호를 구동 전극(11)에 인가하는 동안 센싱 전극(12) 별도 발생하는 임피던스 불평형을 해소하여 동상 잡음을 제거한 신호, 즉, 피검체(1)에서 발생하는 신호를 얻을 수 있으므로, 피검체(1)에서 발생하는 신호를 측정하기 위한 장치로도 사용될 수 있다. 즉, 피검체(1)가 인체인 경우에 생체신호를 계측하기 위한 장치로 활용되도록 하기 위해서, 임피던스 측정모드 및 생체신호 계측모드로 구분되는 기능키를 장착하고, 기능키에 따라 임피던스 측정모드에서는 상기한 바와 같이 동상 신호의 파워에 따라 증폭도 조절 또는 정규화 조건 조절을 수행한 후 구동 신호를 인가하여 임피던스를 획득하고, 생체신호 계측모드에서는 동상 신호의 파워에 따라 증폭도 조절 또는 정규화 조건 조절을 수행한 후 얻는 신호를 생체신호로 취급하도록 구성한다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
1 : 피검체
10 : 전극
11 : 구동 전극 12 : 센싱 전극
10' : 멀티플렉서(multiplexer)
20 : 신호 인가부
21 : 구동신호 발생기 22 : 동상신호 발생기 23 : 스위치
24 : 신호 합성기
30 : 검출부
40 : 임피던스 획득부
50 : 연산부
51 : 게인조절부 52 : 동상잡음 파워추출부
60 : 연산부
61 : 게인조절부 62 : 동상잡음 파워추출부
63 : 파워 정규화부 63a : 서브 동상잡음 파워추출부
63b : 정규화부 64 : 동상잡음 억제부
70 : 연산부
71 : 게인조절부 72 : 동상잡음 파워추출부
73 : 스위치부

Claims (7)

  1. 피검체(1)에 상호 이격되게 접촉시킨 2개의 구동 전극(11) 사이에 임피던스 측정을 위한 구동 신호를 인가하는 신호 인가부(20);
    피검체(1)에 상호 이격되게 접촉시킨 2개의 센싱 전극(12)에서 구동 신호의 인가에 의해 검출되는 신호를 각각 증폭기로 증폭한 후 차동 연산기로 차동 연산하는 검출부(30);
    검출부(30)의 출력 신호에 근거하여 2개의 센싱 전극(12) 사이에 대응되는 피검체(1)의 임피던스를 산출하는 임피던스 획득부(40);
    를 포함하는 임피던스 측정장치에 있어서,
    검출부(30)의 증폭기 증폭도 조절을 위한 연산부를 더욱 포함하여 구성되며,
    상기 신호 인가부(20)는 2개의 센싱 전극(12)에서 동상 잡음으로 검출되는 동상 신호와, 임피던스 측정을 위한 구동 신호를 구동 전극(11)에 인가하고,
    상기 연산부는 동상 신호의 인가에 따라 검출부(30)의 출력 신호에 섞인 동상 잡음의 파워를 추출하여 동상 잡음의 파워가 작아지도록 검출부(30)의 증폭기 증폭도를 조절한 이후 조절한 증폭도를 적용한 상태에서 구동 신호의 인가에 따라 얻는 검출부(30)의 출력 신호에 근거하여 임피던스를 획득하게 함을 특징으로 하는 임피던스 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 인가부(20)는 동상 신호와 구동 신호를 순차적으로 구동 전극(11)에 인가하고,
    상기 연산부는 동상 신호를 인가할 시에 검출부(30)의 출력 신호에서 동상 신호 성분의 파워를 추출하여 동상 신호 성분의 파워가 작아지도록 검출부(30)의 증폭기 증폭도를 조절하고, 이어서 구동 신호를 인가할 시에 검출부(30)의 출력 신호에 근거하여 임피던스를 획득하게 함을 특징으로 하는 임피던스 측정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 인가부(20)는 구동 신호와 구동 신호와 구분되는 동상 신호를 동시에 구동 전극(11)에 인가하고,
    상기 연산부는 검출부(30)의 출력 신호에서 동상 신호 성분의 파워를 추출하여 동상 신호 성분의 파워가 작아지도록 검출부(30)의 증폭기 증폭도를 조절하고, 이후에 검출부(30)의 출력 신호로 검출되는 구동 신호에 근거하여 임피던스를 획득하게 함을 특징으로 하는 임피던스 측정장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항 내지 제 3항 중에 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 검출부(30)는 2개 센싱 전극(12)의 검출 신호를 불평등하게 각각 증폭기로 증폭한 후 차동 연산기로 차동 연산하여 얻는 신호를 출력하는 2개조 검출부(30-1, 30-2)로 구성되되, 2개조 검출부(30-1, 30-2)에서 상대적으로 크게 증폭하는 검출 신호를 상이하게 하며,
    상기 연산부는 2개조 검출부(30-1, 30-2)의 출력 신호를 동상잡음 파워가 동일하게 되도록 정규화하는 파워 정규화부(63)와, 정규화된 신호를 합성하여 동상잡음이 억제된 신호를 출력하는 동상잡음 억제부(64)를 구비하고,
    증폭기 증폭도를 조절할 시에 동상잡음 억제부(64)의 출력 신호에 잔류하는 동상잡음 파워가 작아지도록 2개조 검출부(30-1, 30-2)의 각 증폭기 증폭도를 조절하되,
    임피던스를 획득할 시에는 조절한 증폭도와 증폭도를 조절할 시의 얻은 정규화 조건을 적용한 상태에서 동상잡음 억제부(64)로 출력되는 신호에 근거하여 임피던스를 획득하게 함을 특징으로 하는 임피던스 측정장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 동상잡음 억제부(64)는 차동 연산하는 감산기 및 합산하는 가산기 중에 어느 하나로 구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중에 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 검출부(30)는 각각 센싱 전극(12)에 연결되는 2개조 검출부(30-1, 30-2)로 구비되며,
    상기 연산부는 증폭기 증폭도를 조절할 시에 2개조 검출부(30-1, 30-2)를 번갈아가며 선택하고, 선택한 검출부의 증폭기 증폭도를 선택하지 아니한 검출부보다 출력 신호의 동상 잡음이 작아지게 될 때까지 조절하며, 이후, 임피던스를 획득할 시에는 2개조 검출부 중에 동상 잡음이 상대적으로 작게 나타났던 검출부를 채택하여 채택한 검출부의 출력 신호에 근거하여 임피던스를 획득하게 함을 특징으로 하는 임피던스 측정장치.
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