人體電阻抗測量儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種人體電阻抗測量儀，測量儀上設(shè)置有五位數(shù)顯頻率表、五位數(shù)顯幅值表、測量功能開關(guān)、測量選擇按鍵、電極信號端口和信號輸出端口，測量儀內(nèi)具有單片機(jī)芯片，信號發(fā)生器、信號處理、信號控制和幅相檢測電路。本測量儀采用單片機(jī)芯片和四電極多頻率的生物電阻抗測量方法，能實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中對人體不同部位的電阻抗測量和顯示等功能，使學(xué)生能更好的掌握電阻抗的測量技術(shù)和人體電阻抗特點(diǎn)，適合于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、物理學(xué)等專業(yè)課程的測量與教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
【專利說明】人體電阻抗測量儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種人體電阻抗測量儀，屬于電子技術(shù)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]人體的各種組成成分維持合理的比例是保持身體健康的重要條件，例如體內(nèi)脂肪增加到一定量將導(dǎo)致肥胖癥等疾病的發(fā)生，礦物質(zhì)的大量流失將導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥，而腎臟功能性減弱將導(dǎo)致體內(nèi)水分平衡失調(diào)、出現(xiàn)水腫等現(xiàn)象。人體的組成成分測量可定量評估人體內(nèi)各種成分之間的比例關(guān)系，是人體健康檢查的重要內(nèi)容之一。
[0003]將微弱的交流電信號導(dǎo)入人體時(shí)，電流總是會(huì)沿著電阻小、傳導(dǎo)性能好的方向流去，通常人體內(nèi)不同部位處所含的水分和脂肪等的不同，決定了電流通路的導(dǎo)電性不同，其可用阻抗的測定值來表示。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，人體的電阻抗特性與人體成分之間存在一定的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。
[0004]生物電阻抗頻譜法提供了一種相對比較簡便的測量人體成分的方法，它是利用生物組織與器官的不同的電特性及其變化規(guī)律來提取與人體生理、病理狀況相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)信息的檢測技術(shù)，具有無創(chuàng)、無害、廉價(jià)、操作簡單和功能信息豐富的特點(diǎn)，而且還具有測量結(jié)果準(zhǔn)確、測量可重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]雖然現(xiàn)在已有了可臨床的人體電阻抗測量儀器，但價(jià)格卻很貴，以至不少學(xué)生沒有這樣的動(dòng)手機(jī)會(huì)，在生物學(xué)或醫(yī)學(xué)工程的實(shí)驗(yàn)中，還沒有這樣的實(shí)驗(yàn)儀器，使學(xué)生不能很好的理解和掌握電阻抗測量技術(shù)和人體電阻抗特征。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]針對現(xiàn)有的測量和實(shí)驗(yàn)儀器的不足，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的人體電阻抗測量儀，是基于生物電阻抗和多頻信號原理，同時(shí)采用了四個(gè)信號電極，分別為兩個(gè)電流激勵(lì)電極和兩個(gè)電壓測量電極，并都采用了銀電極，減少了皮膚阻抗和電極因極化作用而產(chǎn)生的阻抗對整個(gè)測量系統(tǒng)的影響，從而提高了測量的準(zhǔn)確度與精確度。
[0007]測量儀上設(shè)置有五位數(shù)顯頻率表、五位數(shù)顯幅值表、測量功能開關(guān)、測量選擇按鍵、電極信號端口和信號輸出端口，測量儀內(nèi)具有單片機(jī)芯片，信號發(fā)生器、信號處理、信號控制和幅相檢測電路。
[0008]本測量儀的單片機(jī)芯片采用的是高性能8位單片機(jī)STC89S52。它結(jié)合了 CMOS的高速和高密度技術(shù)及CMOS的低功耗特征，它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于89C51增強(qiáng)型單片機(jī)版本，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多的功能，89S52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內(nèi)程序存儲器R0M，32個(gè)雙向輸入/輸出口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。此外，89S52還可工作于低功耗模式，可通過軟件選擇空閑和掉電模式，還可在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能，在掉電模式下，可保存RAM數(shù)據(jù)。[0009]本測量儀系統(tǒng)是通過單片機(jī)控制信號發(fā)生器產(chǎn)生8個(gè)不同頻率點(diǎn)的正弦信號，信號經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)電流源轉(zhuǎn)換為500 μ A的恒定電流，并通過電流激勵(lì)電極進(jìn)入人體，由電壓測量電極采集通過人體的交流電壓信號和一個(gè)參考電壓，經(jīng)放大之后一起送到幅度相位檢測器。幅度相位檢測器單元以直流電壓形式輸出這兩個(gè)交變電壓的幅度比和相位差，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)STC89S52對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，測量結(jié)果數(shù)碼顯示或輸出。
[0010]本測量儀系統(tǒng)的信號發(fā)生器電路是系統(tǒng)的主要電路，采用高頻精密函數(shù)信號發(fā)生器ΜΑΧ038芯片為主進(jìn)行設(shè)計(jì)，ΜΑΧ038能精密地產(chǎn)生三角波、鋸齒波、矩形波和正弦波信號；頻率范圍從0.1Hz~20MHz，最高可達(dá)40MHz，各種波形的輸出幅度均為2V ;占空比調(diào)節(jié)范圍寬，占空比和頻率均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，二者互不影響，占空比最大調(diào)節(jié)范圍是10%~90% ;波形失真小，正弦波失真度小于0.75%,占空比調(diào)節(jié)時(shí)非線性度低于2%;采用±5V雙電源供電，電源電流為80mA，典型功耗400mW ;內(nèi)設(shè)2.5V電壓基準(zhǔn)，可利用該電壓設(shè)定FADJ、DADJ的電壓值，實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。
[0011]測量儀的整個(gè)信號的產(chǎn)生和控制是首先由函數(shù)發(fā)生器MAX038產(chǎn)生信號波、由單片機(jī)STC89S52進(jìn)行波形和頻率的選擇、由數(shù)字控制電子開關(guān)CD4051控制信號通斷，最后經(jīng)低通濾波器、由電壓放大器與電壓電流轉(zhuǎn)換單元將信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?，并?jīng)激勵(lì)電極輸入人體進(jìn)行測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是測量儀外觀圖，其中的I是測量功能開關(guān)、2是五位數(shù)顯頻率表、3是測量選擇按鍵、4是五位數(shù)顯幅值表、5是電極信號端口、6是信號輸出端口。
[0013]圖2是系統(tǒng)電路原理圖。
[0014]圖3是信號發(fā)生器電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]結(jié)合附圖，下面具體說明人體電阻抗測量儀的工作和電路情況。
[0016]本測量儀是通過單片機(jī)去控制數(shù)字控制電子開關(guān)CD4051與8個(gè)不同電容值的電容連接，從而實(shí)現(xiàn)信號頻率范圍從5kHz到1MHz，分為5kHz、25kHz、50kHz、IOOkHz、250kHz、500kHz,800kHzUOOOkHz共8個(gè)頻率點(diǎn)之間的相互轉(zhuǎn)換。為了得到更大的驅(qū)動(dòng)能力與濾除高頻干擾，信號波形從MAX038的OUT端輸出后，使其通過一個(gè)2MHz的LC低通濾波電路，再進(jìn)行電壓放大。
[0017]信號發(fā)生器電路中MAX038的引腳DADJ接地，引腳Al固定為高電平，從而只能輸出占空比固定為50%的正弦波信號。MAX038的輸出頻率fQ由Vin、外接電阻和內(nèi)部主振蕩器引腳COSC的外接電容器Cf三者共同確定。
[0018]f0 = Vin/RinCf
[0019]其中Vin為MAX038內(nèi)部2.5V的基準(zhǔn)電壓，Rin為外接可調(diào)節(jié)電阻。
[0020]測量儀在使用時(shí)，結(jié)合測量功能開關(guān)和測量選擇按鍵，可實(shí)現(xiàn)對8個(gè)頻率點(diǎn)的自動(dòng)測量和對不同頻率的手工測量兩種模式功能，在使用中，將電流激勵(lì)電極、電壓測量電極分別可置于人體的上肢、下肢、腹部等部位進(jìn)行測量。測量時(shí)，激勵(lì)電極和測量電極之間的距離為IOcm到30cm，通過不同部位的測量，可測量得到人體不同部位在不同頻率上的對應(yīng)的電阻抗，并作圖。從而測量完成人體電阻抗的特征值，使學(xué)生能掌握和了解人體的電阻抗特征。
[0021]本測量儀采用單片機(jī)芯片和四電極多頻率的生物電阻抗測量方法，能實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中對人體不同部位的電阻抗測量和顯示等功能，使學(xué)生能更好的掌握電阻抗的測量技術(shù)和人體電阻抗特點(diǎn)，適合于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、物理學(xué)等專業(yè)課程的測量與教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種人體電阻抗測量儀，其特征是:測量儀上設(shè)置有五位數(shù)顯頻率表(2)、五位數(shù)顯幅值表(4)、測量功能開關(guān)(I)、測量選擇按鍵(3)、電極信號端口(5)和信號輸出端口(6),測量儀內(nèi)具有單片機(jī)芯片，信號發(fā)生器、信號處理、信號控制和幅相檢測電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體電阻抗測量儀，其特征是:其單片機(jī)芯片采用的是8位單片機(jī)STC89S52。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體電阻抗測量儀，其特征是:其信號發(fā)生器采用的是MAX038 芯片。
【文檔編號】A61B5/053GK203591258SQ201320765150
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】汪建, 盧常芳, 高志華, 楊文翰 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 汪建