一種人體電生理參數測定裝置的製作方法

2023-06-14 14:29:56 1

本實用新型涉及一種人體參數測量裝置，尤其是涉及一種人體電生理參數測定裝置。

背景技術：

人體電生理模型的分析和參數測定可以為健康狀況的評估甚至疾病診斷提供重要的信息。人體電生理模型是不均勻的電阻和電容分布式參數模型，目前人體電生理參數的測定幾乎全部是通過外加不同形式的電信號對人體電阻或阻抗進行測定，但測定方法缺乏對人體電生理模型的研究和分析，存在很大的盲目性，電阻或阻抗測量結果受人體電容的影響而不夠準確。也有極個別對人體電容的測定，其實只是測定人體觸摸到電路板上某個金屬區域時引起對地電容的變化，並不是對真正的人體電容的測定。總之，現有技術對人體電生理模型參數的測定，一方面不夠全面，忽略了人體的等效電容，另一方面在電阻的測量中因缺乏對電生理模型的認識忽略電容影響而使得測量結果不準確。

技術實現要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種高準確度的人體電生理參數測定裝置。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種人體電生理參數測定裝置，包括四個金屬電極板和主控制器，所述的主控制器包括MCU控制核心、USB接口、電源轉換電路和四路電極測控迴路，所述的電源轉換電路分別與USB接口、MCU控制核心和電極測控迴路連接，所述的電極測控迴路與金屬電極板一一對應連接，並分別與MCU控制核心連接，所述的MCU控制核心與USB接口連接。

所述的電極測控迴路包括ADC信號調理支路、DAC驅動器支路、數字電位器支路、高電阻支路和接地支路，所述的ADC信號調理支路將金屬電極板與MCU控制核心連接，所述的DAC驅動器支路、數字電位器支路、高電阻支路和接地支路分別通過多路開關連接至金屬電極板，分別用於令金屬電極板連接設定電壓、令金屬電極板變阻接地、高阻接地和直接接地。

所述的高電阻支路的阻值大於10MΩ。

所述的ADC信號調理支路包括信號調理晶片和ADC晶片，所述的信號調理晶片分別與金屬電極板和ADC晶片的輸入端連接，所述的ADC晶片的輸出端與MCU控制核心連接。

所述的DAC驅動器支路包括DAC晶片和驅動器，所述的驅動器分別與DAC晶片的輸出端和多路開關連接，所述的DAC晶片的輸入端與MCU控制核心連接。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：

(1)裝置使用USB接口供電和向外傳輸數據，內部帶有電源轉換電路，用於給電極測控迴路和MCU控制核心供電，結構簡單，不需使用其它電源；USB提供的電壓安全可靠。

(2)通過MCU控制核心和四個電極測控迴路實現對四個金屬電極板的單獨控制和測量，對人體電生理參數的測定更為全面。

(3)電極測控迴路包括五個支路，其中四個支路通過多路選擇開關與MCU控制核心連接，使金屬電極板具有四種不同的電路連接狀態，用於四次阻容單元參數測定中所起的不同作用；另一個支路保持接通，使MCU控制核心持續獲得電極板的電壓。

(4)數字電位器支路使金屬電極板能變阻接地，目的是為了在每次測定過程中調整加在人體的電壓，使其保持一個相對比較固定的值，即各阻容單元參數測定保持在同等條件下，提高整體測定結果的可靠性。

附圖說明

圖1為人體電生理模型及其與本實施例金屬電極板連接關係示意圖；

圖2為本實施例測定裝置的結構示意圖；

圖3為本實施例主控制器的結構示意圖；

附圖標記：

1為MCU控制核心；2為USB接口；3為電源轉換電路；4為電極測控迴路；41為ADC信號調理支路；42為DAC驅動器支路；43為數字電位器支路；44為高電阻支路；45為接地支路；46為多路開關；51、52、53、54分別為金屬電極板。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護範圍不限於下述的實施例。

實施例1

本實施例通過四肢測定超低安全直流電壓下人體電生理模型中的等效電阻和電容。通過四肢測定時，人體電生理模型等效為如圖1所示的五個阻容單元，其中Rs1和Rs2為等效串聯電阻，Rp為等效並聯電阻，C為等效電容。四個與四肢對應的阻容單元被對應連接金屬電極板51、52、53、54。

本實施例的人體電生理參數測定裝置，由四塊金屬電極板51、52、53、54和主控制器組成。如圖3所示，金屬電極板通過導線接入主控制器中的電極測控迴路4。

如圖2所示，主控制器由USB接口2、電源轉換電路3、四個電極測控迴路4、以及MCU控制核心1組成，如圖2所示。主控制器中的MCU控制核心1與USB接口2連接。

四塊金屬電極板4，其中二塊為手電極，檢測時被測對象雙手手心面向電極板平放於電極表面且緊密接觸；另外二塊為腳電極板，被測對象赤腳站立於電極板之上。為防止長期測試過程中反覆接觸汗液而被腐蝕，電極板通常採用不鏽鋼材料製成。

電源轉換電路3將USB接口2提供的5V電源轉換為主控制器其他各部分所需的穩定電壓，如MCU控制核心1所需的3.3V，電極測控迴路4所需的5V和±9V等。

四個電極測控迴路4具有完全相同的結構，以其中一個為例，其內部組成以及與MCU控制核心1的連接關係如圖3所示。電極測控迴路4主要由ADC信號調理支路41、DAC驅動器支路42、數字電位器支路43、高電阻支路44、接地支路45和多路開關46組成，其功能是通過多路選擇器實現電極狀態切換並測量電極電壓信號。多路選擇開關使得電極具有4個可選連接：DAC和驅動器、數字電位器、高阻接地、直接接地，對應於電極的四種狀態：電壓輸出狀態，變阻接地狀態、高阻接地狀態、直接接地狀態。無論電極處於哪種狀態，電極測控迴路4的電壓測量功能始終處於有效狀態。

MCU控制核心1是主控制器的控制核心，控制並實現整個測定過程。以左手電極的測定過程為例，測定時主控制器通過電極測控迴路4控制左手電極為電壓輸出狀態，輸出一個安全直流電壓，通過左手電極加至人體左手，此時左手電極稱為陽極。而右手作為對偶電極稱為陰極，被控制為變阻接地狀態；左腳電極稱為近端被動電極，右腳電極稱為遠端被動電極，均被控制為高阻接地狀態。

陰極被置為變阻接地狀態的目的是為了在每次測定過程中調整加在人體的電壓，使其保持一個相對比較固定的值。

此時人體與外接電阻形成一個電氣網絡，MCU控制核心1同時連續地採集四個電極上的電壓信號波形。由電壓信號波形數據和電極的接地電阻值可以獲得各電極的電流信號波形。

由於電容效應，測試開始後各電極的電流逐漸減小並相對地穩定在一個水平，然後根據電路定律解析以下三個電生理參數：Rs、Rp、C，其中Rs＝Rs1+Rs2。

實施例2

一種人體電生理參數測定裝置，還包括上位機，USB接口2與上位機連接，因此USB接口2既是上位機為主控制器提供電源的接口，也是主控制器與上位機的數據通訊通道，因此整個裝置無須再配置其他外部電源，使用方便。

其餘與實施例1相同。