CN106137192A - 一种人体阻抗测量装置及其人体成分分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人体阻抗测量装置及其人体成分分析仪，涉及人体成分检测技术领域，其中的人体阻抗测量装置包括：检测电极单元、测量电路单元、模拟开关单元和信号采集单元；检测电极单元与测量电路单元连接，测量电路单元通过模拟开关单元与信号采集单元连接；检测电极单元与人体接触，用于输出检测电流，测量电路单元中设置有运算放大器，用于对检测电流进行放大处理。本发明的人体阻抗测量装置及其人体成分分析仪，可以采用运算放大器对检测电流进行放大处理，能够放大有效信号，运算放大器拥有高的输入阻抗和低的输出阻抗，并且在进行躯干的阻抗检测时可以克服上肢和下肢的影响，使得测量结果更加准确，可以获得更加准确的生物体成分数据。
Description
技术领域
本发明涉及人体成分检测技术领域，尤其涉及一种人体阻抗测量装置及其人体成分分析仪。
背景技术
人体是由水分、蛋白质、脂肪和矿物质等组成的，这四种物质是组成人体的基本成分，它们之间的平衡对健康非常重要。人体成分分析仪是一种用测量生物电阻抗(BIA)的方法确定人体成分的仪器。它采用微弱的，人体感觉不到的恒定交流电流，通过人体手、足与电极连接，测量人体各组成部分的电阻抗值。人体内脂肪为非导电体，而肌肉水分含量较多，为易导电体，如果脂肪含量多，肌肉少，电流通过时生化电阻值相对较高；反之，生化电阻值相对较低。通过以上信息，根据不同年龄、性别以及不同人群的数字模型可以定量分析人体成分。人体成分分析仪测得的人体成分有：细胞内液、细胞外液、总体水、体脂肪、体蛋白、肌肉、瘦体重及矿物质等8种成份。目前，对人体阻抗测量通常采用生物电阻抗检测方法，生物电阻抗检测方法是一项测量人体在不同的交流频率下显示出的阻抗特性的方法。但是由于人体的接触阻抗的不确定性以及四肢及躯干的阻抗在数值上存在相当大的差异，检测出的阻抗往往很不稳定，其准确性也很低。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种人体阻抗测量装置及其人体成分分析仪。
根据本发明的一方面，提供一种人体阻抗测量装置，包括：检测电极单元、测量电路单元、模拟开关单元和信号采集单元；所述检测电极单元与测量电路单元连接，所述测量电路单元通过模拟开关单元与所述信号采集单元连接；所述检测电极单元与人体接触，用于输出检测电流，所述测量电路单元中设置有运算放大器，用于对所述检测电流进行放大处理。
可选地，测量电路单元包括：第一测量电路；所述第一测量电路包括：第一运算放大器；第一检测电极单元与所述第一运算放大器的正输入端连接，所述第一运算放大器的输出端通过电路与所述模拟开关单元连接，所述第一运算放大器的负输入端与所述电路连接。
可选地，所述第一检测电极单元包括：右手检测电极单元和右脚检测电极单元；第一测量电路的数量为2个，2个所述第一测量电路与所述右手检测电极单元和右脚检测电极单元为一一对应设置。
可选地，所述测量电路单元包括：第二测量电路；所述第二测量电路包括：第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第一模拟开关；第二检测电极单元与所述第二运算放大器的正输入端连接，所述第一电阻与所述第二电阻串联，形成第一子电路，所述第二运算放大器的输出端通过第二子电路与所述模拟开关单元连接；所述第一子电路的一端接地，另一端与第二子电路连接；在所述第一子电路上、并位于所述第一电阻和第二电阻之间引出第一开关支路，在所述第一子电路上、并位于所述第二电阻和第一子电路与第二子路的连接点之间引出第二开关支路；所述第一模拟开关的一端与所述第二运算放大器的负输入端连接，另一端与所述第一开关支路或第二开关支路连接。
可选地，所述第二检测电极单元包括：左手检测电极单元和左脚检测电极单元；第二测量电路的数量为2个，2个所述第二测量电路与所述左手检测电极单元和左脚检测电极单元为一一对应设置。
可选地，所述检测电极单元包括：第一检测电极、第二检测电极；所述第一检测电极和所述第二检测电极都与人体接触，所述第一检测电极输出测量电流，所述第二检测电极采集检测信号并输出所述检测电流。
可选地，包括正弦检测信号发生器模块；所述正弦信号发生器模块产生施加在所述第一检测电极上的正弦波形的测量电流。
可选地，所述测量电流的频率包括：1kHz、5kHz、50kHz、250kHz、500kHz、1000kHz。
根据本方面的另一方面，提供一种人体成分分析仪，包括：如上所述的人体阻抗测量装置。
可选地，所述检测电极单元的数量为4个；其中，2个所述检测电极单元固定在人体成分分析仪的手握柄上，2个所述检测电极单元固定在人体成分分析仪的脚踏板上。
本发明的人体阻抗测量装置及其人体成分分析仪，可以采用运算放大器对检测电流进行放大处理，能够放大有效信号，减少噪声的影响，运算放大器拥有高的输入阻抗和低的输出阻抗，可以克服由于人体与电极片的接触阻抗而产生的影响，使得测量结果更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为根据本发明的人体阻抗测量装置的一个实施例的模块组成示意图；
图2为人体阻抗等效模型的示意图；
图3为根据本发明的人体阻抗测量装置的另一个实施例的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合各个图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。
下文中的“第一”、“第二”等为描述上相区别，并没有其它特殊的含义。
如图1所示，本发明提供一种人体阻抗测量装置，包括：检测电极单元110、测量电路单元111、模拟开关单元112和信号采集单元113。检测电极单元110与测量电路单元111连接，测量电路单元111通过模拟开关单元112与信号采集单元113连接。
检测电极单元110与人体接触，用于输出检测电流，测量电路单元111中设置有运算放大器，用于对检测电流进行放大处理。检测电极单元110可以有多个，可以检测多个部位并输出多个检测电流。测量电路单元111也可以有多个，通过模拟开关单元112的控制可以将一个或多个测量电路单元111放大的检测电流输入信号采集单元113。
上述实施例的人体阻抗测量装置，可以采用运算放大器对检测电流进行放大处理，能够放大有效信号，减少了进行生物电阻抗检测时的干扰噪声影响，增加信号采集的可靠性。
运算放大器是指具有一个信号输出端口(Out)和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元。反馈电阻是指影响将输出端的值经过反馈网络的变换后传递给输入端、从而影响原有网络的性质的电阻。模拟开关是指能使模拟信号通过或阻断的电路。
人体阻抗等效模型如图2所示，双手双脚为四个电压检测的端点。本发明的人体阻抗测量装置采用5段法进行生物电阻抗检测，针对人体的右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢，测量电路单元111选取不同放大倍数的测量电路，能够针对人体不同的肢段进行选择性的检测。
如图3所示，测量电路单元包括：第一测量电路。第一测量电路包括：第一运算放大器UB。第一检测电极单元与第一运算放大器UB的正输入端连接。模拟开关单元包括：第三模拟开关SW3和第四模拟开关SW4。信号采集单元113根据对S+和S-两端的信号进行采集和分析以得出人体的不同肢段的阻抗。第一运算放大器UB的输出端通过电路与第三模拟开关SW3连接，第一运算放大器UB的负输入端与电路连接，即在检测时，第一运算放大器UB的负输入端与第一运算放大器UB的输出端呈直接连接状态。
第一检测电极单元的数量或检测的部位可以根据需求进行设置。例如，第一检测电极单元包括：右手检测电极单元32和右脚检测电极单元34。可以设置2个相同的第一测量电路，2个第一测量电路分别与右手检测电极单元32和右脚检测电极单元34一一对应设置，可以对右手、右脚进行阻抗检测。通过模拟开关SW3、SW4选择合适的正，负极，使2个第一测量电路输送的检测电流通过S+和S-两端，信号采集单元113根据对S+和S-两端的信号进行采集和分析，以得出人体的不同肢段阻抗。
在一个实施例中，测量电路单元包括：第二测量电路。第二测量电路包括：第二运算放大器UA、第一电阻R1、第二电阻R2、第一模拟开关SW1。第二检测电极单元与第二运算放大器UA的正输入端连接，第一电阻R1与第二电阻R2串联，形成第一子电路。第二运算放大器UA的输出端通过第二子电路与模拟开关SW3连接。
第一子电路的一端接地，另一端与第二子电路连接。在第一子电路上、并位于第一电阻R1和第二电阻R2之间引出第一开关支路36。在第一子电路上、并位于第二电阻R2和第一子电路与第二子路的连接点之间引出第二开关支路35。第一模拟开关SW1的一端与第二运算放大器UA的负输入端连接，另一端与第一开关支路36或第二开关支路35连接。当第一模拟开关SW1另一端与第一开关支路36连接，形成差分电路。
第二检测电极单元的数量或检测的部位可以根据需求进行设置。例如，第二检测电极单元包括：左手检测电极单元31和左脚检测电极单元33。可以设置2个相同的第二测量电路，2个第二测量电路分别与左手检测电极单元31和左脚检测电极单元33一一对应设置，可以对左手、左脚进行阻抗检测。例如，左脚检测电极单元33也连接有第二测量电路，第二测量电路包括：运算放大器UC、电阻R3和R4、模拟开关SW2，并且连接方式相同。
2个第二测量电路分别与左手检测电极单元31和左脚检测电极单元33连接，通过模拟开关SW1、SW2选择合适的正，负极，使2个第二测量电路输送的检测电流通过S+和S-两端，信号采集单元113根据对S+和S-两端的信号进行采集和分析以得出人体的不同肢段阻抗。
人体是一个带有电特性的复合体，其易受到外界干扰，因此在对进行检测时需要对信号进行放大以及对干扰进行衰减。但是由于人体的接触阻抗的不确定性以及四肢及躯干的阻抗在数值上存在相当大的差异。人体的躯干阻抗在15－35欧姆之间，四肢的阻抗在150－500欧姆之间。因此，针对人体的右上肢，左上肢，躯干，右下肢，左下肢等，可以选取不同放大倍数的电路进行测量。
运算放大器UA,UB,UC,UD有着极高的输入阻抗和极低的输出阻抗，以及很好的频率特性，因此更好的保证了信号通过模拟开关时的完整性。电阻R2和R4为反馈电阻，其中，R2/R1＝R4/R3＝信号的放大倍数，信号的放大倍数可以根据具体的设计需求进行设置，例如为10等。
当检测四肢阻抗时，模拟开关SW1和SW2的另一端与第二开关支路35连接，使得放大倍数为1。在检测躯干时，模拟开关SW1和SW2的另一端与第一开关支路36连接，形成差分电路，将反馈电阻R2、R4引入到放大电路中，此时电路对信号的放大倍数为10。
上述实施例中人体阻抗测量装置，运算放大器带有极高的输入阻抗和极低的输出阻抗，在进行躯干检测时通过模拟开关选用反馈电阻，形成差分电路，可以对检测信号进行放大，当进行四肢阻抗检测时，对检测信号放大一倍。
检测电极单元包括：第一检测电极、第二检测电极。第一检测电极和第二检测电极都与人体(手、足)接触，第一检测电极输出测量电流，第二检测电极采集检测信号。第一检测电极输出的施加在负载(人体)的驱动电流，具有电流数值恒定的特点，电流的恒定利于消除外部干扰。第二检测电极作为信号采集端，对阻抗信号进行采样、收集，其输入阻抗越大，抗干扰性就越强。
正弦检测信号发生器模块产生施加在第一检测电极上的正弦波形的测量电流，采用恒流源给人体施加大小可控的约100－500μA的短暂交流信号，用于采集人体阻抗。测量电流的频率包括：1kHz、5kHz、50kHz、250kHz、500kHz、1000kHz。采用多频率测量电路，在测量中混合多种频率，能够覆盖人体细胞外成分和细胞内成分测量所需的全部频率，使得测量结果更加准确。使用此人体成分分析仪测出的结果的稳定性、准确性、重复性均远远优于传统产品的结果。
在一个实施例中，本发明提供一种人体成分分析仪，包括：如上的人体阻抗测量装置。检测电极单元的数量为4个；其中，2个检测电极单元固定在人体成分分析仪的手握柄上，2个检测电极单元固定在人体成分分析仪的脚踏板上。
上述实施例提供的人体阻抗测量装置及其人体成分分析仪，可以采用运算放大器对检测电流进行放大处理，能够放大有效信号，减少了生物电阻抗检测时的干扰噪声的影响，使信号采集的可靠性增强，运算放大器由于拥有极高的输入阻抗和极低的输出阻抗，可以克服由于人体与电极片的接触阻抗而产生的影响；同时在进行躯干检测时通过模拟开关选用反馈电阻形成差分电路，可以对检测信号进行放大，克服上肢和下肢的影响，使得测量结果更加准确，可以获得更加准确的生物体成分数据。
可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种人体阻抗测量装置，其特征在于，包括：
检测电极单元、测量电路单元、模拟开关单元和信号采集单元；
所述检测电极单元与所述测量电路单元连接，所述测量电路单元通过模拟开关单元与所述信号采集单元连接；所述检测电极单元与人体接触，用于输出检测电流，所述测量电路单元中设置有运算放大器，用于对所述检测电流进行放大处理。
2.如权利要求2所述的装置，其特征在于：
测量电路单元包括：第一测量电路；所述第一测量电路包括：第一运算放大器；
第一检测电极单元与所述第一运算放大器的正输入端连接，所述第一运算放大器的输出端通过电路与所述模拟开关单元连接，所述第一运算放大器的负输入端与所述电路连接。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述第一检测电极单元包括：右手检测电极单元和右脚检测电极单元；第一测量电路的数量为2个，2个所述第一测量电路与所述右手检测电极单元和右脚检测电极单元为一一对应设置。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：
所述测量电路单元包括：第二测量电路；所述第二测量电路包括：第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第一模拟开关；
第二检测电极单元与所述第二运算放大器的正输入端连接，所述第一电阻与所述第二电阻串联，形成第一子电路，所述第二运算放大器的输出端通过第二子电路与所述模拟开关单元连接；所述第一子电路的一端接地，另一端与第二子电路连接；在所述第一子电路上、并位于所述第一电阻和第二电阻之间引出第一开关支路，在所述第一子电路上、并位于所述第二电阻和第一子电路与第二子路的连接点之间引出第二开关支路；
所述第一模拟开关的一端与所述第二运算放大器的负输入端连接，另一端与所述第一开关支路或第二开关支路连接。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：
所述第二检测电极单元包括：左手检测电极单元和左脚检测电极单元；第二测量电路的数量为2个，2个所述第二测量电路与所述左手检测电极单元和左脚检测电极单元为一一对应设置。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述检测电极单元包括：第一检测电极、第二检测电极；
所述第一检测电极和所述第二检测电极都与人体接触，所述第一检测电极输出测量电流，所述第二检测电极采集检测信号并输出所述检测电流。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，包括：
正弦检测信号发生器模块；所述正弦信号发生器模块产生施加在所述第一检测电极上的正弦波形的测量电流。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，包括：
所述测量电流的频率包括：1kHz、5kHz、50kHz、250kHz、500kHz、1000kHz。
9.一种人体成分分析仪，其特征在于，包括：
如权利要求1至8任一项所述的人体阻抗测量装置。
10.如权利要求9所述的人体成分分析仪，其特征在于：
所述检测电极单元的数量为4个；
其中，2个所述检测电极单元固定在人体成分分析仪的手握柄上，2个所述检测电极单元固定在人体成分分析仪的脚踏板上。
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