TW568771B - Bioelectrical impedance measuring apparatus constructed by one-chip integrated circuit - Google Patents

Description

568771 A7 B7 五、發明説明纟) 發明領域： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種根據生物電阻抗方法之測量裝置， 尤指一種使用積體電路做成之裝置的電路造形，能測量生 物電阻抗。 習知技術之敘述： 習知已建議及提出一種裝置，其估計與身體構成有關 之因數，根據生物電阻抗方法。例如已使用一體脂計（body f a t m e t e r )，其藉著施加電流經過測試對象之身體的端部 份，並測量施加電流部份之間的電壓値，而測量測試對象 之活體的生物電阻抗値，且從測量値以及包括身高、體重 、性別的一組身體資料估計體脂率。由包括作爲控制及處 理單元（CPU)之微電腦、操作放大器等等的許多零件組成此 體脂計的內部電路。 使用於上述體脂計中之微電腦只有一般微電腦之功能 ，例如控制及處理功能，輸入/輸出埠等等，讓其它的零件 擺設於微電腦之外，經由各別的埠與其連接並控制。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在習知技術之體脂計中，一交流電產生部份，用於產 生欲被施加至活體之交流電並將其輸出；一差分放大器，用 於放大從活體輸出之類比信號；一 A / D轉換器，用於將來自 差分放大器之類比信號轉換成數位信號，係完全由擺設於 微電腦外的許多零件組成。由於此，必須使用充分的人力 將這些零件安裝至電路板上。此外，體脂計之基底必然會 不利地增加尺寸，於是引起負效果，無法使體脂計本身之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）_ 4 568771 A7 B7 五、發明説明$ ) 尺寸減小。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外，由於得自活體之類比信號被輸入至差分放大器 及A/D轉換器，且被差分放大器及A/D轉換器處理並輸出， 差分放大器及A/D轉換器係經由基體上之電線圖案連接， 信號容易受到進入通過電線圖案之雜訊干擾，導致測量生 物電阻抗之錯誤。 另外，體脂計常被使用於非常濕的氣氛中，例如浴室 或洗手間，且有時電路板會吸收濕氣，導致介電常數的改 變，其亦會引起測量生物電阻抗之錯誤。因此，藉著採取 對策，如使用具有較佳的抗濕特性之基體以解決濕度之問 題，可保持測量生物電阻抗之準確度。 此外，不利地特別是在需要增加測量電極之數目以增 加欲被測量的場地之數目之體脂計，或需要改變施加至活 體之交流電流以許多頻率測量生物電阻抗之體脂計，電路 造形之尺寸需要更複雜且大，使得很難將體脂計之尺寸減 小0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 有鑑於上述問題及目的，做成本發明，提供一種低價 高準確度之生物電阻抗測量裝置，其具有較少數目的電路 零件，以減小製造過程之數目，藉以減小其成本，且提供 使用該裝置之體脂計。 發明節要： 依據本發明的一個觀點，根據生物電阻抗方法用於測 量測試對象之生物電阻抗之生物電阻抗測量裝置，包含：一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 5 - 568771 A7 B7 五、發明説明$ ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 輸入裝置，一交流信號產生裝置，一開關’ 一放大器’一 類比-數位轉換器，一控制及處理裝置，一儲存單元，一輸 出裝置，及一振盪器，其中： 該輸入裝置輸入測試對象之個人身體資料； 該交流信號產生裝置產生欲被施加至活體之交流信號； 該開關彼此切換對於測量活體的電壓之電極的連接與 對於參考阻抗的連接； 該放大器放大測量的交流電壓信號； 該類比-數位轉換器將代表放大的交流電壓信號之類比 値轉換成數位値； 該控制及處理裝置，根據輸入的個人身體資料及測量 的生物電阻抗値，估計關於測試對象之身體構成的因數， 並控制各裝置； 該儲存單元儲存輸入的個人身體資料、關於測試對象 之身體構成的估計因數等等； 該輸出裝置輸出用於指出一組關於身體構成的估計因 數之信號；且 經濟部智慧財產局a(工消費合作社印製 該振盪器產生一時鐘信號以致動控制及處理裝置； 其中該裝置具有一微電腦，包括該交流信號產生裝置 、該開關、該放大器、該類比-數位轉換器、該控制及處理 裝置、該儲存單元、該輸出裝置、及該振盪器，集積成晶 片上之電路。 依據本發明之生物電阻抗測量裝置中使用的微電腦進 一步包括一除法器及一頻率切換裝置，其中： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）· 568771 A7 ___B7 五、發明説明4 ) 該除法器產生多頻率之交流信號；且 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該頻率切換裝置選擇性地輸出由該除法器產生的多頻 率之交流信號； 其中該裝置均被集積進入該晶片上之該電路。 依據本發明之生物電阻抗測量裝置中使用的微電腦包 括一開關及另一開關，其中： 該開關被連接至許多電源電極，用於測量置於該微電 腦之外的生物電阻抗，並切換來自該交流電源之交流信號 ，以輸出信號；且 該另一開關被連接至許多電壓偵測電極，置於該微電 腦之外，並切換欲被測量的交流電壓； 其中該開關均被集積進入該晶片上之該電路。 依據本發明之生物電阻抗測量裝置中使用的微電腦包 括一固定電壓產生裝置、一低電壓偵測裝置、一固定電壓 供給裝置、一感測器輸入切換裝置、一放大器、一轉換器 ，其中： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該固定電壓產生裝置被連接至置於該微電腦之外的電 源，並產生一固定電壓； 該低電壓偵測裝置決定是否置於該微電腦之外的該電 源之電壓的位準是在特定位準之上； 該固定電壓供給裝置供給固定電壓至置於微電腦之外 的感測器； 該感測器輸入切換裝置切換來自置於微電腦之外的感 測器之信號； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公釐） 568771 A7 B7 五、發明説明$ ) 該放大器放大來自該感測器輸入切換裝置之信號；且 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 該轉換器將代表該放大的輸出信號至類比値轉換成數 位値； 其中全部該裝置被集積進入該晶片上之該電路。 此外，該交流信號產生裝置包含一儲存單元、一輸出 裝置及一轉換器，其中： 該儲存單元儲存一正弦波電壓値； 該輸出裝置，對於時鐘信號之各輸入，根據儲存於該 儲存單元中之該正弦波電壓値，輸出一電壓信號；且 該轉換器將電壓信號轉換成電流信號。 此外，該類比-數位轉換器包含一計算機，其於取樣周 期計算各時鐘信號之數位値，並測量交流電壓波形以計算 交流電壓有效値。 此外，該交流信號產生裝置包含一低通濾波器及一電 壓-電流轉換器，其中： 該低通濾波器將從該除法器輸出的交流方形波電壓移 除高頻分量，以將它轉換成正弦波電壓；且 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該電壓-電流轉換器將該正弦波電壓轉換成欲被施加至 活體的該交流信號。 此外，該類比-數位轉換器包含一整流器、一濾波電路 及一計算機，其中： 該整流器整流由該放大器放大的交流電壓信號； 該濾波電路使該整流後的交流電壓信號成爲有效値；且 該計算機於取樣期間計算來自做成各時鐘之有效値的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-8 - 568771 A7 _____ _B7_ 五、發明説明$ ) 號之數位値。 參見附圖，將詳細敘述本發明之較佳實施例。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ®形之簡要敘述：

圖1是一方塊圖，指出依據本發明之實施例的體脂率測 量裝置之內部造形； I 圖2 ( a )與2 ( b )爲方塊圖，指出依據本發明之實施例的 交流電源之造形； 圖3(a)與3(b)爲方塊圖，指出依據本發明之實施例的 A/D轉換器之造形； 圖4是一方塊圖，指出依據本發明之另一實施例的體脂 率測量裝置之內部造形；及 圖5是一方塊圖，指出依據本發明之另一實施例的體脂 率測量裝置之內部形成。 主要元件對照 1 單晶片微電腦 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 控制及處理單元 3 振盪器 4 除法器 5 交流電源 6 差分放大器 · 7 A / D轉換器 8 切換裝置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ g 568771 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、 發明説明f ) 9 輸出終 七山 m 10 輸入終 端 11 儲存單 元 12 身體重 量 値 輸 入 終 端 13 鍵開關 14 個性化 鍵 開 關 1 5A 電源電 極 1 5B 電源電 極 1 6A 電壓測 量 電 極 16B 電壓測 量 電 極 17 參考阻 抗 18 顯示單 元 19 身體重 量 値 輸 入 裝 置 20 電源 21 單晶片 微 電 腦 22 切換裝 置 23 交流電 源 輸 出 切 換 裝 置 24 偵測的 電 壓 源 切 換 裝 置 31 單晶片 微 電 腦 32 D/A轉換器 33 感測器 輸 入 切 換 裝 置 34 差分放 大 器 3 5 D / A轉換器 36 固定電 壓 裝 置 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）· _ 568771 A7 ^_ 發明説明$ ) 感測器供給電壓控制終端 低電壓偵測單元 身體重量測量感測器 脈衝測量感測器 濾波電路 V · I轉換器 正弦波資料記憶體 D / A轉換器 V - I轉換器 整流器 濾波器 A / D轉換器 加法之儲存單元 A/D轉換器 用於計算交流電流有效値之儲存單元 較佳實施例之詳細敘述： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五， 37 38 39 40 51 52 53 54 55 71 72 73 74 75 76 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 依據本發明之生物電阻抗測量裝置使用一微電腦’使 幾乎測量生物電阻抗所需之全部功能集積進入一晶片上之 電路（以下稱爲單晶片微電腦）。 此外，依據本發明之生物電阻抗測量裝置使用單晶片 微電腦，以提供幾乎測量許多頻率所需或使用許多電極所 需之全部功能。 此外，依據本發明之生物電阻抗測量裝置使用單晶片 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_巧, 568771 A7 _____B7 五、發明説明0 ) 微電腦，以提供幾乎測量生物電阻抗以外的其它參數之測 量所需的全部功能，使用與其連接的外部感測器。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 參見附圖，將敘述本發明之第一實施例。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1是一方塊圖，指出依據本發明之第一實施例之體脂 率測量裝置的內部電路之電氣連接，其根據生物電阻抗來 測量測試對象之體脂率。在積體電路的單晶片微電腦1內包 括：一控制及處理單元2，作爲控制機構以及處理機構，用 於執行各別元件之控制及處理操作；一振盪器3，作爲振盪 機構，用於產生一時鐘信號，使用於驅動控制及處理單元 2 ; —除法器4，作爲一除法機構，用於除從振盪器3輸出的 時鐘信號之頻率；一交流電源5，作爲交流信號產生機構， 用於從除後的頻率信號產生交流電流，並輸出交流電流以 施加至活體；一差分放大器6，作爲放大機構，用於藉著來 自該交流電源5之交流電流或在參考阻抗1 7中產生的電壓信 號，放大在活體中之阻抗中所產生的電壓信號；一 A / D轉換 器7，作爲類比對數位轉換機構，用於將代表來自差分放大 器6之信號的類比値轉換成數位値；一切換裝置8，作爲切換 機構，用於在控制及處理單元2之控制下切換電路，使得生 物電阻抗中所產生的信號與參考阻抗1 7中所產生的信號可 被輸入至差分放大器6 ; —輸出終端9，提供作爲輸出機構， 用於根據在控制及處理單元2中計算的生物電阻抗値，輸出 結果至外側；一輸入終端1 0，包含許多埠，提供於與擺設於 單晶片微電腦1之外的開關群連接，該開關群作爲輸入機構 ’用於設定開始測量或設定個人身體資料；一儲存單元1 1， 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21GX297公楚)~7l?. ' 568771 A 7 B7 五、發明説明¢0 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 作爲儲存機構，用於儲存阻抗値、輸入的個人身體資料及 計算的生物電阻抗値；及一身體重量値輸入終端1 2，其用於 輸入測試對象之身體重量値。 在單晶片微電腦1之外側擺設；一開關群，包括鍵開關 1 3 ’其用於設定個人身體資料，例如測試對象之高度、姓 別及年齡，及一個性化鍵開關1 4，其用於在開始測量生物 電阻抗時，從儲存單元1 1叫出各測試對象之設定個人身體 資料；一對電源電極15A與15B，連接至交流電源5，且被帶 入與測試對象之皮膚接觸，以施加電流至活體；一對電壓測 量電極1 6A與1 6B，連接至切換裝置8，用於測量各別位置 之間的電壓；參考阻抗1 7，用於更精確地測量生物電阻抗値 ;顯示單元1 8，用於指出設定之內容或測量之結果，根據來 自輸出終端9之信號；身體重量値輸入裝置19，連接至身體 重量値輸入終端1 2，用於輸入測試對象之身體重量値；及一 電源20，連接至單晶片微電腦1，用於施加電流以驅動整個 電路。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依據本體脂率測量裝置之測量程序，現在將敘述內部 電路之操作。 測試對象之人被要求事先設定個人身體資料，藉著使 用鍵開關1 3。於開始測量時，測試對象選定個人數字，其 被指定給他（她）之個人資料，藉著個性化鍵開關1 4，且將 腳之腳指放置成與電源電極15A，15B接觸，且他（她）的膝 分別與各電壓測量電極16A，16B接觸。 響應來自個性化鍵開關1 4之輸入，控制及處理單元2命 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 568771 A7 B7 五、發明説明〇 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 令除法器4產生所要的頻率信號，使用來自振盪器3之時鐘 信號，且亦命令交流電源5產生交流固定電流，以施加至活 體。所產生的交流固定電流經由電源電極1 5A與1 5B被施加 至測試對象之身體。 控制及處理單元2具有事先測量的參考阻抗1 7，在這裡 啓動切換裝置8以完成電壓測量電極16A與16B之電路，測 量活體中之生物電阻抗値。由於使用此參考阻抗之生物電 阻抗測量方法已被揭示於本案申請人所申請之日本專利公 開第H6 - 277 1 9 1號中，這裡將省略其詳細敘述。所測量的生 物電阻抗信號被差分放大器6放大。代表此放大的生物電阻 抗信號之類比値被A/D轉換器7轉換成數位値，被輸入至控 制及處理單元2。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 控制及處理單元2，根據由個性化鍵開關1 4選定之個人 數字，讀出儲存於儲存單元1 1中之個人身體資料，從由A/D 轉換器7輸出的生物電阻抗之數位信號，身體資料及經由連 接至身體重量値輸入終端12之身體重量値輸入裝置19輸入 的測試對象之身體重量値，計算測試對象之體脂率，並送 出輸出信號至輸出終端9，指出結果。身體重量値輸入裝置 1 9可以是一身體重量感測器，其實際地測量測試對象之身 體重量，或者是裝置做成一數値經由鍵操作被輸入。來自 輸出終端9之輸出信號被傳送至顯示單元1 8以指出結果。 現在將敘述交流電源5之造形，應瞭解這些敘述只是簡 述。 圖2(a)是交流電源5與周邊裝置之內部造形的方塊圖， 氏張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_彳4 - 568771 A7 B7 五、發明説明纟2 ) 這裡將說明產生50kHz之正弦波交流電。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 晶體振盪器是用於振盪器3，在某些MHz輸出一方形波 振盪信號。在此實施例中，3 . 2MHz之時鐘方形波振盪信號 ，藉著使用1 / 64的除率之除法器4，被形成50KHz之方形波 交流電壓。交流電源5之濾波電路5 1爲低通濾波器，其消除 高頻分量，以將方形波電壓轉換成正弦波電壓。由於此電 路中所使用的電容器最好具有大容量，它可被擺設於單晶 片微電腦1之外。 50kHz之交流正弦波電壓在V-I轉換器52中從交流電壓 被轉換成交流電流，以產生固定電流正弦波。 另一種方式，交流電源5可做成如圖2 ( b )所示沒有濾波 電路。在此情形中，50kHz之交流正弦波的波形沿著時間軸 被除以然後，且各除法部份之電壓値資料被儲存於正弦波 資料記億體53。根據此儲存於正弦波資料記億體中之電壓 資料，D/A轉換器54每次當來自除法器4之時鐘信號被輸入 時輸出一信號。使得輸出的波形可以是一適當的正弦波， 於是產生50kHz之正弦波交流電壓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 0kHz之交流的正弦波電壓在V-I轉換器55中，從交流 電壓被轉換成交流電流，以產生欲被施加至活體之交流電 流。藉著利用此造形以產生固定電流正弦波，不再需要濾 波電路所需之具有大容量的電容器，於是可便利單晶片微 電腦之集積。 雖然除法器4被擺設於振盪器3與交流電源5之間，應瞭 解在正弦波資料記憶體能儲存大量的電壓値資料之造形中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）· 15 _ 568771 A7 B7 五、發明説明b ) 可不用除法器4,使得來自振盪器3之時鐘信號可直接被用 於處理。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後將敘述A/D轉換器7之某些舉例造形，但敘述只是 簡述。 圖3(a)是一方塊圖，指出A/D轉換器7之內部零件及與 其連接的周邊裝置。來自差分放大器之交流電壓信號在整 流器7 1中被半波或全波整流。整流後的交流電壓信號在濾 波電路72中被做成一有效値；在由控制及處理單元2所控制 之A/D轉換部份73中，於取樣期間對於各時鐘，此値被A/D 轉換；測量的値被儲存於儲存單元1 1中；然後控制及處理單 元2將儲存的値相加以決定其平均値。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在圖3(b)所示之A/D轉換器7中，於取樣期間對於各時 鐘，來自差分放大器6之交流電壓信號被A/D轉換以決定一 轉換値。亦即，由控制及處理單元2控制之A/D轉換部份75 ，處理各時鐘之輸入的交流電壓信號，以決定在此時之交 流電壓値，且決定的値被儲存於儲存76中，以計算交流有 效値。根據儲存的電壓値，預估交流電壓波形以決定最大 電壓値，並計算交流電壓有效値。這裡所使用的A/D轉換 部份75比圖3( a)所使用之A/D轉換部份73更快。 作爲本發明之第二實施例，將敘述圖4所示之生物電阻 抗測氧裝置。此裝置在單晶片微電腦2 1內，除了第一實施 例所不之許多區塊之外，進一步包含：除法器4，修改成爲 單晶片微電腦2 1內之除法機構，根據許多除率，用於輸出 許多頻率，使得從交流電源5輸出之交流的頻率可被適當地 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 568771 A7 B7 五、發明説明彳4 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 改變；切換裝置22，作爲擺設於該除法器4與交流電源5之間 的切換機構；交流電源輸出切換裝置2 3，作爲一切換機構， 用於切換輸出的交流信號，且與許多電源電極15A至15D連 接；及偵測的電壓源切換裝置24，作爲一切換機構，用於彼 此切換交流電壓與參考阻抗，且與許多電壓偵測電極1 6 A至 1 6D連接；使得在使用許多電極的地方及許多頻率，可測量 生物電阻抗。 從振盪器3輸出的脈衝信號被送至除法器4，以產生一 脈衝信號，其是許多頻率。所產生的多頻率脈衝信號被送 至由控制及處理單元2控制之切換裝置22，使得輸出信號之 頻率可被改變。來自切換裝置22之輸出信號，被上述圖 2 ( a )或圖2 ( b )中所示之交流電源5，從方形交流信號轉換成 欲施加至活體之固定電流正弦波，且被輸入至交流電源輸 出切換裝置23。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 交流電源輸出切換裝置23與四個電源電極15A至15D連 接。此四個電源電極1 5A至1 5D分別被帶入例如與人體之四 肢的手腳接觸。類似地，偵測的電壓源切換裝置24連接四 個電壓偵測電極1 6A至1 6D，其亦被帶入分別與雙手及雙腳 接觸。於是，使用許多電極之造形允許生物電阻抗被測量 ，例如於雙手之間，雙腳之間，及手腳之間，藉以得到各 別區域之體脂率。 此外，切換裝置22可改變輸出信號之頻率，以允許在 許多頻率測量生物電阻抗。因而允許估計與身體構成有關 之因數，例如各別區域之細胞內水（I CW )、細胞外水（ECW ) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-17 - 568771 A7 B7 五、發明説明彳5 ) 、細胞內水對細胞外水之比、總體水（TBW )、體脂重量及無 脂重量。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 作爲本發明之第三實施例，現在將敘述圖5所示之生物 電阻抗測量裝置。圖5是生物電阻抗測量裝置之方塊圖，在 單晶片微電腦3 1外側，除了第一實施例所述之許多區塊之 外，進一步包含：感測器39，用於測量身體重量；及另一感 測器40，用於測量脈衝，該感測器均被提供作爲外部感測 器；使得連同生物電阻抗，可同時測量身體重量與脈衝。 經濟部智慧財產苟員工消費合作社印製 此裝置在單晶片微電腦3 1內，除了第一實施例所示之 許多區塊之外，進一步包含：D/A轉換器32，用於經由暫存 器41供給類比電壓至外部感測器；感測器輸入切換裝置33， 由控制及處理單元2控制，用於切換來自外部感測器之輸入 ;差分放大器34，作爲放大機構，用於放大從外部感測器輸 出之信號；A/D轉換器35，作爲轉換機構，用於將代表從差 分放大器34輸出之感測器輸出信號之類比値轉換成數位値； 固定電壓輸出裝置36，連接至電源20，且作爲固定電壓產 生機構，用於輸出固定電壓；感測器供給電壓控制器37，作 用爲固定電壓供給機構，用於將來自固定電壓輸出裝置36 之輸出電壓供給至各感測器；及低電壓偵測裝置38，作爲低 電壓偵測機構，用於決定是否來自固定電壓輸出裝置36之 輸出電壓不低於電壓之預定位準；其中該裝置進一步包含一 感測器39，作爲外部感測器，用於測量身體重量，及另一 感測器40，用於測量脈衝。 在此造形之生物電阻抗測量裝置中，在與測試對象測 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~^ 568771 A7 __B7__ 五、發明説明（16 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 量生物電阻抗同時，身體重量測量感測器39被供給來自感 測器供給電壓控制終端3 7之固定電壓輸出裝置3 6所產生的 固定電壓。 身體重量測量感測器3 9輸出對應測試對象之重量的電 壓信號。此輸出的電壓信號經由欲被放大之感測器輸入切 換裝置33被輸入至差分放大器34，且放大的電壓信號被A/D 轉換器35從類比信號轉換成數位信號，以決定身體重量。 在此時，差分放大器34內的操作放大器具有偏移電壓，因 而即使來自橋電路之輸出爲零，差分放大器34之輸出並不 一定顯示零，由於此偏移電壓。欲處理此問題，提供D/A 轉換器32，使得用於自動地調整差分放大器34內的操作放 大器中之偏移電壓的類比信號，可經由暫存器41被輸出至 身體重量測量感測器之橋電路。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 當已完成身體重量之測量時，脈衝測量感測器40被啓 動，因此感測器輸入切換裝置3 3亦被連接至脈衝測量感測 器40。這裡，與身體重量之測量類似，與活體之脈衝有關 的輸出信號，經由差分放大器34與A/D轉換器35，被輸入 至控制及處理單元2，以計算測試對象之脈衝的數目。 上述造形允許與活體之其它因數有關的測量，以及依 據本發明欲在單晶片微電腦上被執行之生物電阻抗之測量 〇 雖然參見根據測量的生物電阻抗値，用於主要估計並 指出體脂率之裝置已敘述本發明之實施例，應瞭解由於依 據本發明之生物電阻抗測量裝置已使用具有積體電路之形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 19 - 568771 Α7 Β7 五、發明説明彳7 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 式的單晶片微電腦，具有測量生物電阻抗所需的許多功能 ’所以其應用並不限於這些實施例，裝置亦可用於估計身 體構成之其它因數，包括總體水及肌肉重量，根據測量的 生物電阻抗値。 此外，雖然已參見使用交流電流作爲來自交流電源5之 輸出信號的造形來敘述本實施例，交流電源5之造形並不限 於此，交流電壓可被用來測量生物電阻抗。應注意使用交 流電壓來測量之造形，已揭示於由本申請人所申請之日本 專利公開第Η 1 1 - 1 1 3 8 7 3號。 由於本發明之生物電阻抗測量裝置包含單晶片微電腦 ，內部具有測量生物電阻抗所需的許多功能集積於其中， 所以零件之數目可變少，以減少管理成本及零件故障之數 目，且進一步可減少欲被焊接至基體的銷之數目，以減少 焊接時之故障的數目，以及將電路零件安裝至基體所需的 時間。 經濟部智慧財產局Μ工消費合作社印製 此外，由於可減小基體之面積，可減小視濕度而定可 能在基體中被吸收的水成份，且由於可減少在電路板上用 於連接零件之接線圖案的數目，能以最少的干擾精確地測 量生物電阻抗。 另外，由於生物電阻抗測量裝置本身之尺寸可減小， 裝置可應用於特定位置之測量。 再者，即使是在測量電極之數目需要增加以增加欲被 測量之位置的數目之情形，或著需要改變欲被施加至身體 之交流電流，以在許多頻率測量生物電阻抗，或著是在需 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）~^2〇 - 568771 A7 __ B7 五、發明説明纟8 ) 要連接外部感測器，以同時測量生物電阻抗以及與測試對 象之身體構成有關的其它參數，依據本發明之使用單晶片 微電腦的生物電阻抗測量裝置，包括集積於其中之全部需 要的電路零件，將消除電路之規格的增加。 另外，可消除需要大容量之濾波電路，以便利單晶片 - 微電腦之集積，當此一造形被使用作爲交流電源，用於產 生欲被施加至活體之交流電流，其包含儲存機構，用於儲 存正弦波電壓値，及輸出機構，響應時鐘信號之各輸入， 根據儲存於儲存機構中正弦波電壓値，用於輸出一電壓信 號，其中由用於將電壓信號轉換成電流信號之轉換機構產 生交流電流。 再者，在使用此一造形作爲A / D轉換器之情形，其中 於取樣期間對於各時鐘計算數位値，以估計交流電壓波形 ，於是計算交流電壓有效値，其因此允許以簡化的電路造 形，使類比値被轉換成數位値。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）· 21 -

Claims (1)

1. 568771

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 第901 01 808號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國90年8月修正 1 . 一種生物電阻抗測量裝置，根據生物電阻抗方法， 用於測量測試對象之生物電阻抗，包含： 一輸入裝置（1 3，1 4 )，其輸入測試對象之個人身體資 料， 至少一對電源電極（1 5 A ，1 5B )，用於施加電流至活體 至少一對電壓測量電極（1 6A ，1 6B )，用於測量活體之 電壓， 一顯示單元（1 8 )，用於指出測量之結果，及 一單晶片微電腦（1 )，包括交流信號產生裝置（5 )，放 大器（6 ) ’類比-數位轉換器（7 )，控制及處理裝置（2 )，儲 存單元（1 1 )，輸出終端（9 )及振盪器（3 )，其中： 該交流信號產生裝置（5)產生欲經過該電源電極（15A， 1 5B )被施加至活體之交流信號； 該放大器（6 )將測量的交流電壓信號放大； 該類比-數位轉換器（7 )將代表放大的交流電壓信號之 類比値轉換成數位値； 該控制及處理裝置（2 )估計與測試對象之身體構成有關 之因數，根據輸入的個人身體資料及測量的生物電阻抗値 ，並控制各裝置； 該儲存單元（1 1 )儲存輸入的個人身體資料、與測試對 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 568771 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 象之身體構成有關的估計因數等等； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該輸出終端（9 )輸出一信號，用於指出一組關於身體構 成之估計資料；且 該振盪器（3 )產生一時鐘信號以啓動控制及處理裝置。 2 ·如申請專利範圍第1項之生物電阻抗測量裝置，進 一步包含一身體重量値輸入裝置（19)，用於輸入測試對象 之身體重量値。 3 ·如申請專利範圍第1項之生物電阻抗測量裝置，其 中該單晶片微電腦（21)進一步包含一除法器（4)及一頻率切 換裝置（22)，其中： 該除法器（4 )產生多頻率之交流信號；且 該頻率切換裝置（22 )選擇性地輸出由該除法器（4 )產生 的多頻率之交流信號； 其中兩個該裝置均亦集積於該單晶片的該電路上。 4 .如申請專利範圍第1項之生物電阻抗測量裝置，其 中該單晶片微電腦（2 1 )進一步包含一開關（23 )及另一開關 (24)，其中： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該開關（23)被連接至許多電源電極（15A，15B，15C， 1 5D )，用於測量置於該單晶片微電腦（2 1 )之外的生物電阻 抗，並切換來自該交流電源（5 )之交流信號以輸出信號；且 該另一開關（24 )被連接至置於該單晶片微電腦（2 1 )之 /外的許多電壓偵測電極（15A，16B，16C，16D)，並切換欲 被測量的交流電壓； 其中該開關（23，24)均亦集積於該單晶片的該電路上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-2 - 568771 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 .如申請專利範圍第丨項之生物電阻抗測量裝置，其 中該單晶片微電腦（31)進一步包含一固定電壓產生裝置 (3 6 )，一低電壓偵測裝置（3 8 )，一固定電壓供給裝置（3 7 ) ，一感測器輸入切換裝置（3 3 )、一放大器（3 4 )、一轉換器 (35 )，其中： 該固定電壓產生裝置（36)被連接至置於該微電腦之外 的電源，並產生一固定電壓； 該低電壓偵測裝置（38 )，決定置於單晶片微電腦之外 的該電源之電壓的位準是否是在特定位準之上； 該固定電壓供給裝置（37 )供給固定電壓至置於單晶片 微電腦之外的感測器； 該感測器輸入切換裝置（3 3 )切換來自置於微電腦之外 的感測器之信號； 該放大器（3 4 )將來自該感測器輸入切換裝置之輸出信 號放大；且 該轉換器（3 5 )將代表該放大的輸出信號之類比値轉換 成數位値； 經濟部智t財產局員工消費合作社印製 其中全部該裝置均亦集積於該單晶片的該電路上。 6 .如申請專利範圍第1項之生物電阻抗測量裝置，其 中該交流信號產生裝置（5)包含儲存單元（53)，輸出裝置 (54)及轉換器（55)，其中： 該儲存單元（5 3 )儲存一正弦波電壓値； 該輸出裝置（54 )根據儲存於該儲存單元中之該正弦波 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-3 - 568771 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 電壓値’對於時鐘信號之各輸入，輸出一電壓信號；且 該轉換器（5 5 )將該電壓信號轉換成電流信號。 ^ 7 ·如申請專利範圍第1項之生物電阻抗測量裝置，其 請 先 閎 讀 背 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 中該類比-數位轉換器（7 )包含一計算器（7 5 )，其於取樣期 間對於各時鐘信號計算一數位値，並測量交流電壓波形以 計算父流電壓有效値。 8 ·如申請專利範圍第1項之生物電阻抗測量裝置，其 中該交流信號產生裝置（5 )包含低通濾波器（5 1 )及電壓-電 流轉換器（5 2 )，其中： 該低通濾波器（5 1 )從自該除法器（4 )輸出的交流方形波 電壓移除高頻分量，以將它轉換成正弦波電壓；且 該電壓-電流轉換器（52 )將該正弦波電壓轉換成欲被施 加至活體之該交流信號。 9 .如申請專利範圍第1，2，3，4，5，6或8項之生物 電阻抗測量裝置，其中該類比-數位轉換器（7 )包含整流器 (71)，濾波電路（72)及計算器（73)，其中： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該整流器（7 1 )整流由該放大器放大的交流電壓信號； 該濾波電路（72 )使該整流後的交流電壓信號成爲一有 效値；且 該計算器（73)於取樣期間對於各時鐘，從做成有效値 之該ig號計算一數位値。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠）-4 -