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人體生物電阻抗的脈沖式檢測方法及其應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2009-03-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


  圖4所示為本文采用的測量原理簡圖。其中虛線框內(nèi)的電路為人體皮膚等效電路模型,Rref是參考電阻。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/195910.htm

  電平轉(zhuǎn)換電路將輸入的信號Uin轉(zhuǎn)換為測量需要的激勵(lì)信號Ui,Uresp為輸出信號。每次測量時(shí)要對Ui和Uresp進(jìn)行一次同步采樣,利用(2)式計(jì)算值:

(2)

  對采樣結(jié)果進(jìn)行FFT后,即可求得由直流量及激勵(lì)信號基頻開始的各次諧波處的Z值,從而繪制出相應(yīng)的譜圖。

  本文利用軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的方法研制了基于FPGA的脈沖式檢測系統(tǒng)[5],利用FPGA豐富的邏輯資源,實(shí)現(xiàn)對輸入信號的控制、激勵(lì)與輸出信號的同步采樣,并且具有一定的可重配置能力。

3、電阻抗譜測量實(shí)驗(yàn)

3.1 Randles單元模型電路

  為了驗(yàn)證脈沖式檢測系統(tǒng)對電阻抗譜圖的測量能力,首先對圖5所示的Randles單元模型電路[6]的電阻抗譜進(jìn)行了測量。其中,R=8.11kΩ,C=2200 pF,參比電阻為Rref=8.08kΩ(全部元件參數(shù)由HP 4282A LCR分析儀實(shí)際測量得到)。


圖5 Randles單元模型示意圖

  設(shè)激勵(lì)信號的頻率為200Hz,由脈沖式檢測系統(tǒng)以4.8MHz的采樣頻率對Randles單元模型電路的激勵(lì)信號及輸出采樣信號進(jìn)行采樣及FFT處理,可得以200Hz為基頻直至4.8MHz間各次倍頻成分的頻譜圖。

  繪出的電阻抗譜圖如圖6所示。圖中實(shí)線部分為根據(jù)R、C及Rref參數(shù)計(jì)算所得的理論譜圖,小圓點(diǎn)部分為用脈沖式檢測系統(tǒng)測得電阻抗譜圖(零頻及1-299奇次倍頻)。由圖6可以看出,測得的Randles模型的電阻抗譜圖與理論譜圖吻合得很好,只有在高頻段有些發(fā)散,這是由于隨著諧波的倍頻數(shù)增加,高頻幅值衰減增加,其所攜帶能量急劇下降,結(jié)果受到擾動的機(jī)率也隨之增大。


圖6 Randles單元模型電阻抗譜圖

  通過上述對Randles模型電阻抗譜的測量可知,脈沖式檢測系統(tǒng)能檢測出RC等效電路模型的電阻抗譜,該系統(tǒng)用于電阻抗譜的測量是有效的。電路中分布電容引起虛阻抗相對較大的變化。

3.2 人體皮膚電阻抗的檢測

  在測量人體皮膚電阻抗譜的實(shí)驗(yàn)中,選擇人的左手中指為測量對象。測量前先用酒精擦拭所測中指的皮膚表面,然后將制作在印刷電路板上的叉指電極放于被測部位,施加一定的壓力,并在整個(gè)測量過程中保持所施加的壓力恒定不變。

  實(shí)驗(yàn)研究中所用的叉指形電極如圖7所示,圖中的尺寸單位為毫米。電極的材料為金,金具有電阻率小、接觸電阻小、性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)。電極采用叉指的排列形式,其細(xì)小的間距可以使被測對象保持在皮膚表面部分。電極上面沒有絕緣層,即電極與被測皮膚表面直接電氣相連,皮膚可以作為一種電解質(zhì)材料以等效電阻抗、而不只是電容的形式連到測量電路里面。將不同頻率的交流電壓施加到電極上,將測得的電流與電壓進(jìn)行比較,就得出皮膚的阻抗。


圖7 叉指型電極

  作為對照,用HP4282A precision LCR meter對人手中指上的被測部位進(jìn)行了測試。其輸出信號電壓為2V,頻率范圍為20Hz~1MHz。通過對測量結(jié)果的計(jì)算,可得到(1)式中的參數(shù)值如表1所示。



關(guān)鍵詞: 電阻抗 脈沖 檢測方法

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