人體電阻抗測量儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種人體電阻抗測量儀，測量儀上設置有五位數(shù)顯頻率表、五位數(shù)顯幅值表、測量功能開關、測量選擇按鍵、電極信號端口和信號輸出端口，測量儀內具有單片機芯片，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芯片和四電極多頻率的生物電阻抗測量方法，能實現(xiàn)在實驗室中對人體不同部位的電阻抗測量和顯示等功能，使學生能更好的掌握電阻抗的測量技術和人體電阻抗特點，適合于生物學、醫(yī)學、物理學等專業(yè)課程的測量與教學實驗。
【專利說明】人體電阻抗測量儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種人體電阻抗測量儀，屬于電子技術應用和實驗應用的領域。【背景技術】
[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，例如體內脂肪增加到一定量將導致肥胖癥等疾病的發(fā)生，礦物質的大量流失將導致骨質疏松癥，而腎臟功能性減弱將導致體內水分平衡失調、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各種成分之間的比例關系，是人體健康檢查的重要內容之一。
[0003]將微弱的交流電信號導入人體時，電流總是會沿著電阻小、傳導性能好的方向流去，通常人體內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電性不同，其可用阻抗的測定值來表示。大量實驗數(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)計關系。
[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、病理狀況相關的生物醫(yī)學信息的檢測技術，具有無創(chuàng)、無害、廉價、操作簡單和功能信息豐富的特點，而且還具有測量結果準確、測量可重復性高等優(yōu)點。
[0005]雖然現(xiàn)在已有了可臨床的人體電阻抗測量儀器，但價格卻很貴，以至不少學生沒有這樣的動手機會，在生物學或醫(yī)學工程的實驗中，還沒有這樣的實驗儀器，使學生不能很好的理解和掌握電阻抗測量技術和人體電阻抗特征。
實用新型內容
[0006]針對現(xiàn)有的測量和實驗儀器的不足，本實用新型設計的人體電阻抗測量儀，是基于生物電阻抗和多頻信號原理，同時采用了四個信號電極，分別為兩個電流激勵電極和兩個電壓測量電極，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生的阻抗對整個測量系統(tǒng)的影響，從而提高了測量的準確度與精確度。
[0007]測量儀上設置有五位數(shù)顯頻率表、五位數(shù)顯幅值表、測量功能開關、測量選擇按鍵、電極信號端口和信號輸出端口，測量儀內具有單片機芯片，信號發(fā)生器、信號處理、信號控制和幅相檢測電路。
[0008]本測量儀的單片機芯片采用的是高性能8位單片機STC89S52。它結合了 CMOS的高速和高密度技術及CMOS的低功耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結構和指令系統(tǒng)，屬于89C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，89S52內置8位中央處理單元、256字節(jié)內部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內程序存儲器R0M，32個雙向輸入/輸出口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路。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CPU而RAM定時器、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)是通過單片機控制信號發(fā)生器產生8個不同頻率點的正弦信號，信號經過電壓轉電流源轉換為500 μ A的恒定電流，并通過電流激勵電極進入人體，由電壓測量電極采集通過人體的交流電壓信號和一個參考電壓，經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交變電壓的幅度比和相位差，再經A/D轉換接口進行模數(shù)轉換后由單片機STC89S52對數(shù)據(jù)進行處理和分析，測量結果數(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芯片為主進行設計，ΜΑΧ038能精密地產生三角波、鋸齒波、矩形波和正弦波信號；頻率范圍從0.1Hz~20MHz，最高可達40MHz，各種波形的輸出幅度均為2V ;占空比調節(jié)范圍寬，占空比和頻率均可單獨調節(jié)，二者互不影響，占空比最大調節(jié)范圍是10%~90% ;波形失真小，正弦波失真度小于0.75%,占空比調節(jié)時非線性度低于2%;采用±5V雙電源供電，電源電流為80mA，典型功耗400mW ;內設2.5V電壓基準，可利用該電壓設定FADJ、DADJ的電壓值，實現(xiàn)頻率微調和占空比調節(jié)。
[0011]測量儀的整個信號的產生和控制是首先由函數(shù)發(fā)生器MAX038產生信號波、由單片機STC89S52進行波形和頻率的選擇、由數(shù)字控制電子開關CD4051控制信號通斷，最后經低通濾波器、由電壓放大器與電壓電流轉換單元將信號轉變?yōu)殡娏餍盘枺⒔浖铍姌O輸入人體進行測量。
【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、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。
【具體實施方式】
[0015]結合附圖，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去控制數(shù)字控制電子開關CD4051與8個不同電容值的電容連接，從而實現(xiàn)信號頻率范圍從5kHz到1MHz，分為5kHz、25kHz、50kHz、IOOkHz、250kHz、500kHz,800kHzUOOOkHz共8個頻率點之間的相互轉換。為了得到更大的驅動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2MHz的LC低通濾波電路，再進行電壓放大。
[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內部2.5V的基準電壓，Rin為外接可調節(jié)電阻。
[0020]測量儀在使用時，結合測量功能開關和測量選擇按鍵，可實現(xiàn)對8個頻率點的自動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、腹部等部位進行測量。測量時，激勵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的電阻抗，并作圖。從而測量完成人體電阻抗的特征值，使學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芯片和四電極多頻率的生物電阻抗測量方法，能實現(xiàn)在實驗室中對人體不同部位的電阻抗測量和顯示等功能，使學生能更好的掌握電阻抗的測量技術和人體電阻抗特點，適合于生物學、醫(yī)學、物理學等專業(yè)課程的測量與教學實驗。
【權利要求】
1.一種人體電阻抗測量儀，其特征是:測量儀上設置有五位數(shù)顯頻率表(2)、五位數(shù)顯幅值表(4)、測量功能開關(I)、測量選擇按鍵(3)、電極信號端口(5)和信號輸出端口(6),測量儀內具有單片機芯片，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)權利要求1所述的人體電阻抗測量儀，其特征是:其單片機芯片采用的是8位單片機STC89S52。
3.根據(jù)權利要求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:四川農業(yè)大學, 汪建