基于谐振的人体阻抗测量电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及人体阻抗测量，具体涉及一种基于谐振的人体阻抗测量电路。
【背景技术】
[0002]人体电阻抗不是单纯的电阻，而是拥有电阻与电抗组合的物理参数，也是可以反映人体状态或组成成分的参数。由于人体组织细胞包括细胞内液、细胞外液和细胞膜，常用RC(电阻电抗)三元素生物电阻抗模型来表示人体。经过实践，通过对人体进行阻抗测量可以了解人体组织的生理状态和病理状态，在一定程度上实现诊断分析的作用。因此，生物电阻抗的测量和分析具有十分重要的实用价值。
[0003]目前，人体阻抗的测量方式包括单频测量法、多频测量法和多段测量法等。单频测量法是指给人体固定频率的激励电压，系统采集电压及人体电流波形，进行时域相关分析，从而解出人体阻抗，此方法对信号采集及处理系统要求较高，缺乏相位检测，同时成本较高。多频测量法是指给人体可变频率的激励电压，系统采集不同频率电压及人体电流波形，进行时域和频域相关分析，从而解出人体阻抗，此方法比单频测量法对信号处理系统要求更高，能够检测相位信息及阻抗曲线，但成本更高。多段测量法是指对人体不同位置的电阻进行测量，比如上肢和下肢，从而得出不同分段的人体阻抗。
[0004]然而，上述人体阻抗测量方式比较复杂，包含冗余的采样操作和处理电路，对处理器的性能要求较高，因此导致测量成本偏高。
【实用新型内容】
[0005]为了解决现有技术中的上述问题，S卩，为了简化现有人体阻抗测量的方式以及优化冗余的采样和处理电路，本实用新型提供了一种基于谐振的人体阻抗测量电路。该电路包括彼此并联的第一电阻装置、第二电阻装置和电容装置，其特征在于，所述人体阻抗测量电路还包括与所述第一电阻装置串联的第一施密特反相器以及与所述电容装置串联的第二施密特反相器。
[0006]在上述基于谐振的人体阻抗测量电路的优选实施方式中，所述电容装置包括彼此并联的多个电容。
[0007]在上述基于谐振的人体阻抗测量电路的优选实施方式中，所述电容装置还包括与所述多个电容中的至少一个电容串联的双向模拟开关。
[0008]在上述基于谐振的人体阻抗测量电路的优选实施方式中，所述人体阻抗测量电路还包括与所述电容装置相连的单片机，所述单片机用于控制与所述至少一个电容串联的双向模拟开关的通断，以改变所述电容装置的电容值。
[0009]在上述基于谐振的人体阻抗测量电路的优选实施方式中，所述第二电阻装置是人体RC三元素的电阻抗模型，在测量人体阻抗时，被测量的人体部分连接在所述第二电阻装置的位置。
[0010]在上述基于谐振的人体阻抗测量电路的优选实施方式中，所述第一电阻装置是补偿电阻，用于提高人体阻抗测量的精度。
[0011]本领域技术人员容易理解的是，本实用新型利用施密特反相器作为谐振核心器件，把人体RC三元素的生物电阻抗模型接入该反相器，配合切换不同的定值电容产生不同频率的谐振效应，进而通过单片机进行频率测量，得出不同定值电容条件下的电路谐振频率参数。通过此参数解算微分方程组，从而得出人体的RC三元素生物电阻抗模型中的R1，Cl，R2参数，即人体的电阻和电抗参数。本实用新型的成本与现有人体纯阻性检测系统相近，但却可以检测人体阻抗的虚部，反映更为精准的人体生理信息，与传统的人体电阻抗检测电路相比有明显的成本优势。
【附图说明】
[0012]图1是人体RC三元素的电阻抗模型。
[0013]图2是根据本实用新型的谐振电路。
[0014]图3是根据本实用新型的人体阻抗测量电路。
[0015]图4是根据本实用新型的与人体RC三元素电阻抗模型相结合的谐振电路。
[0016]图5是根据本实用新型的人体阻抗测量电路的计算参考图。
【具体实施方式】
[0017]下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。
[0018]图1是人体RC三元素的生物电阻抗模型。如图1所示，Rl, Cl和R2代表人体RC三元素，即细胞内液、细胞外液和细胞膜。图2是根据本实用新型的谐振电路。该电路是利用经典的两极施密特非门组成的谐振电路。在该电路中，ROl和COl为谐振电路的主要参数器件，Rbc是用于提高测量精度的补偿电阻。
[0019]更具体地，本实用新型的基于谐振的人体阻抗测量电路，包括彼此并联的第一电阻装置Rbc、第二电阻装置ROl和电容装置。所述人体阻抗测量电路还包括与第一电阻装置Rbc串联的第一施密特反相器5以及与电容装置串联的第二施密特反相器6。第二电阻装置ROl的上端连接在第一施密特反相器5与第二施密特反相器6之间，其下端连接在第一电阻装置Rbc与电容装置之间。
[0020]接着参阅图3，该图示出了根据本实用新型的人体阻抗测量电路的优选实施方式。如图3所示，电容装置被扩展为可控的电容阵列，由MCU(单片机)控制双向模拟开关进行电容容值切换。具体而言，电容装置包括彼此并联的多个电容C01、C02、C03、C04和C05。此夕卜，电容装置还包括与所述多个电容中的至少一个(优选是每个)串联的双向模拟开关S1、S2、S3和S4。应当指出的是，图3中仅示出了与电容C02、C03、C04和C05——对应地设置的双向模拟开关S1、S2、S3和S4，但是，这并不是限制性的，也可以包括与电容CO I对应的一个开关。并且，这些开关可以采取任何适当的形式，而不仅限于双向模拟开关。此外，如图3所示，本实用新型的人体阻抗测量电路还包括与电容装置相连的单片机，所述单片机用于控制与所述电容串联的每个双向模拟开关的通断，以改变所述电容装置的电容值。
[0021]再者，如图4和图5所示，在本实用新型的测量过程中，第二电阻装置ROl被替换为待测量的人体肢体的两端，即，用图1的人体RC三元素电阻抗模型替换图2或图3的ROlo实际测量时，待测人体肢体接入人体电极Hl和H2两端，关闭所有模拟开关，MCU频率计量可测得谐振频率Π，此时切换模拟开关，接通不同的电容，测得不同的谐振频率f2、
f3、f4、......fn。根据每一频率，可列出一组微分方程等式，设电压为Ua、Ub、Uc和Ud，设电流为Ia、Ib和Ic，指定状态，Uc = Vcc, Ud = 0，且电路中Ia = Ib+Ic。固定某一电容值，可获得一微分方程组。然后，切换模拟开关，可得出不同固定电容值的微分方程组。另外，在定值电容中，设置一差异电容，即与人体RC三元素生物电阻抗模型中的电容差距较大的电容(容值较大)，切换此大电容谐振时，可近似消除生物电阻抗模型中RU Cl的影响，列出无R1、C1参与的微分方程组，解出人体纯电阻R1，便于后续微分方程解算。最后，解算上述多个微分方程组，即可得出人体RC三元素生物电阻抗模型的R1，Cl和R2的值。
[0022]至此，已经结合附图描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些【具体实施方式】。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于谐振的人体阻抗测量电路，包括彼此并联的第一电阻装置、第二电阻装置和电容装置， 其特征在于，所述人体阻抗测量电路还包括与所述第一电阻装置串联的第一施密特反相器以及与所述电容装置串联的第二施密特反相器。2.根据权利要求1所述的基于谐振的人体阻抗测量电路，其特征在于，所述电容装置包括彼此并联的多个电容。3.根据权利要求2所述的基于谐振的人体阻抗测量电路，其特征在于，所述电容装置还包括与所述多个电容中的至少一个电容串联的双向模拟开关。4.根据权利要求3所述的基于谐振的人体阻抗测量电路，其特征在于，所述人体阻抗测量电路还包括与所述电容装置相连的单片机，所述单片机用于控制与所述至少一个电容串联的双向模拟开关的通断，以改变所述电容装置的电容值。5.根据权利要求4所述的基于谐振的人体阻抗测量电路，其特征在于，所述第二电阻装置是人体RC三元素的电阻抗模型，在测量人体阻抗时，被测量的人体部分连接在所述第二电阻装置的位置。6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于谐振的人体阻抗测量电路，其特征在于，所述第一电阻装置是补偿电阻，用于提高人体阻抗测量的精度。
【专利摘要】本实用新型涉及人体阻抗检测，具体提供一种基于谐振的人体阻抗测量电路，旨在简化现有人体阻抗测量的电路结构。本实用新型的电路包括彼此并联的第一电阻装置、第二电阻装置和电容装置，其特征在于，所述人体阻抗测量电路还包括与所述第一电阻装置串联的第一施密特反相器以及与所述电容装置串联的第二施密特反相器。由于具有上述结构，本实用新型的人体阻抗测量电路能够简化人体阻抗的测量方式，优化冗余的采样和处理电路，降低处理器的性能要求，从而进一步降低测量成本。
【IPC分类】A61B5/053
【公开号】CN204813875
【申请号】CN201520620564
【发明人】韩超
【申请人】天津航旭科技发展有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月17日