基于multisim11仿真的生物医学工程课程设计：人体阻抗测量
基于LABVIEW的泄漏电流人体阻抗计算模型
基于LABVIEW 的泄漏电流人体阻抗计算模型刘晨,沈介明(工业和信息化部电子第五研究所华东分所,江苏苏州215011)摘要:在测量泄漏电流时,通常使用人体阻抗模拟模型来模拟将通过人体的泄漏电流,泄漏电流的大小是评价电子产品性能的重要指标之一。
计量泄漏电流测试仪时要对人体阻抗模型进行检测,不同的人体阻抗网络对应不同的传输特性。
基于LABVIEW 构建了人体阻抗网络的传输特性计算模型,根据泄漏电流测量的相关标准选取了3个模拟人体阻抗网络模型对传输特性进行计算,从而验证了此计算模型的准确性,提供了一种可以快速地计算不同情况、不同类型的人体阻抗模型参数的方法,对于提高电子产品的安全性具有重要的意义。
关键词:泄漏电流;人体阻抗模型;传输特性;实验室虚拟仪器工程平台中图分类号:TP 311.56文献标志码:A文章编号:1672-5468(2021)02-0018-04doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2021.02.004Human Impedance Calculaion Model of LeakageCurrent Based on LABVIEWLIU Chen ,SHEN Jieming(CEPREI-EAST ,Suzhou 215011,China )Abstract :In the measurement of leakage current ,the human impedance simulation model isusually used to simulate the leakage current through the human body.The size of the leakage cur ⁃rent is one of the important indicators for evaluating the performance of electronic products.Whenmeasuring the leakage current tester ,it is necessary to detect the human impedance model ,and different human impedane networks correspond to different transmission characteristics.Based on LABVIEW ,the transmission characteristic calculation model of the human impedance networks is constructed.Three human impedance network simulation models are selected to calculate the trans ⁃mission characteristics according to the relevant standards of leakage current measurement ,which verifies the accuracy of this calculation model and provides a method for quickly calculating human impedance models parameters in different situations and types ,which is of great sig ⁃nificance for improving the safety of electronic products.Keywords :leakage current ;human impedance ;transmission characteristics ;LABVIEW收稿日期:2020-06-04作者简介:刘晨(1991-),女,辽宁沈阳人,工业和信息化部电子第五研究所华东分所(中国赛宝华东实验室)工程师,硕士,主要从事电磁实验室计量检测工作。
仿真实验报告阻抗
一、实验目的1. 理解阻抗的概念及其在电路中的作用。
2. 掌握使用仿真软件进行阻抗测量的方法。
3. 学习阻抗匹配技术及其在实际电路设计中的应用。
4. 分析不同负载阻抗对电路性能的影响。
二、实验原理阻抗是电路中电压与电流的比值，是衡量电路元件对交流信号阻碍程度的物理量。
在电路中，阻抗分为电阻、电感和电容三种形式。
阻抗匹配是指负载阻抗与传输线阻抗相匹配，以实现信号传输的最大化。
三、实验设备1. 仿真软件：Multisim2. 信号发生器3. 示波器4. 电阻、电感、电容元件5. 负载阻抗四、实验步骤1. 打开Multisim软件，创建一个新的仿真电路。
2. 在电路中添加电阻、电感、电容元件，并设置其参数。
3. 将信号发生器连接到电路中，设置合适的频率和幅度。
4. 添加示波器，用于观察电压和电流波形。
5. 设置负载阻抗，观察不同负载阻抗下电路的电压和电流波形。
6. 通过改变负载阻抗，分析阻抗匹配对电路性能的影响。
7. 记录实验数据，并进行分析。
五、实验结果与分析1. 当负载阻抗等于传输线阻抗时，电路中电压和电流波形保持一致，信号传输效果最佳。
2. 当负载阻抗大于传输线阻抗时，信号在传输过程中会发生反射，导致信号失真。
3. 当负载阻抗小于传输线阻抗时，信号会发生折射，导致信号衰减。
4. 通过调整负载阻抗，可以实现阻抗匹配，提高信号传输效果。
六、实验结论1. 阻抗是电路中电压与电流的比值，是衡量电路元件对交流信号阻碍程度的物理量。
2. 阻抗匹配是提高电路性能的关键，可以实现信号传输的最大化。
3. 使用仿真软件可以方便地测量和分析阻抗，为电路设计提供理论依据。
七、实验心得通过本次仿真实验，我对阻抗及其在电路中的作用有了更深入的了解。
同时，掌握了使用仿真软件进行阻抗测量的方法，为今后的电路设计工作打下了基础。
在实验过程中，我发现阻抗匹配对电路性能的影响很大，因此在实际电路设计中，应重视阻抗匹配问题。
此外，通过实验，我还认识到仿真软件在电路设计中的重要作用，它可以帮助我们快速、准确地分析和优化电路性能。
生物电阻抗法测量原理
生物电阻抗法测量原理生物电阻抗法（Bioimpedance Analysis, BIA）是一种常用于测量人体组织中电流通过程度的方法，通过测量电阻和导电率的变化，可以获取到人体组织的生物电阻抗参数。
本文将介绍生物电阻抗法的测量原理及其应用。
一、生物电阻抗法的原理生物电阻抗法基于组织的生物电导，通过测量在人体组织中通过的微弱电流，来估计组织的电阻和导电率。
这些参数能够提供有关身体组织的生理和病理状态的信息。
1. 电流路径生物电阻抗法通过在人体中通入微弱电流来测量电阻和导电率，常用的电极位置包括手腕、脚踝、手指和脚趾。
电流的路径通常是通过身体的一侧，并沿一个称为“截面”的平面穿过身体，然后离开身体的另一侧。
2. 电极选择在生物电阻抗法中，电极的选择对测量结果至关重要。
电极应该能够与皮肤充分接触，并能稳定地传递电流。
通常使用的电极为粘贴式电极，选择良好的电极能够减小电流通过过程中的电极接触阻抗，提高测量的精确性。
3. 测量方法常用的生物电阻抗测量方法有两种：一种是多频段测量法，通过在不同频率下测量电阻和阻抗，来分析身体组织的特性；另一种是单频段测量法，只在一个频率下进行测量。
不同的方法有不同的适用范围和测量精度。
二、生物电阻抗法的应用生物电阻抗法具有非侵入性、简单易行、快速、经济等特点，广泛应用于医学领域、健康管理和运动康复等方面。
1. 医学领域生物电阻抗法在医学领域有着广泛的应用，特别是在脏器功能评估和疾病诊断方面。
通过对人体的生物电阻抗测量，可以判断体内的细胞、组织和器官的状态，提供临床医生进行疾病诊断和治疗的参考依据。
2. 健康管理生物电阻抗法在健康管理中也扮演着重要的角色。
通过测量人体的身体成分，如肌肉量、脂肪含量、水分百分比等，可以评估身体的健康状况，并提供制定合理的饮食和锻炼计划的依据。
3. 运动康复在运动康复中，生物电阻抗法可用于追踪患者的肌肉质量和水分状况的变化。
通过定期测量，可以评估康复效果，并根据测量结果进行调整和优化康复计划，帮助患者尽快恢复运动能力。
一种人体阻抗测量模块的自校准方法
一种人体阻抗测量模块的自校准方法朱晗琦;马艺馨;苗枥文【摘要】为了减小系统误差，提高系统的测量准确度，本文提出了一种人体阻抗测量模块自校准方法。
该方法基于系统测量结果的线性度，在系统初始化后，通过对系统内部自带电阻网络的测量得到系统对被测电阻的测量值，再结合系统内部已存的被测电阻真实值，采用最小二乘法拟合出被测电阻测量值与真实值关系直线，获取系统误差的线性校正参数，并将参数用于后续阻抗的解调算法中，实现自校准。
实际测试表明，该方法操作便捷，有效提高系统的测量准确度，具有较强的实用价值和借鉴意义。
%In order to minimize the system error and improve the accuracy, an auto calibration method of the human body impedance measurement system based on bioelectrical impedance analysis is put forward in this paper. Considering the linearity of the measuring result, the system measures inner resistance networks after initialization and does linear regression between measured values and real values with least square method to get calibration coefficients. The system will then automatically take the calibration coefficients to calculate the measured resistances, which realizes the auto calibration of the whole system. And according to the experiment result, this method is easy to realize and effective, which has certain application and reference value.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2016(024)023【总页数】3页(P130-132)【关键词】生物电阻抗;人体阻抗测量;最小二乘法;自校准;线性校正参数【作者】朱晗琦;马艺馨;苗枥文【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海 200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海 200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TN98生物电阻抗技术[1-2]是一种基于生物组织电特性的无损伤检测技术，在临床疾病诊断、病理检测、呼吸过程监测、人体成分分析等领域都有广泛的应用或者应用研究。
人体阻抗测量电路设计
人体阻抗测量电路设计人体阻抗测量电路设计是一种用于测量人体组织的电阻和电导的技术。
它可以应用于多个领域，如医疗诊断、健康监测和体能训练等。
本文将详细介绍人体阻抗测量电路设计的原理、关键元件选择、电路设计步骤以及一些常见问题和解决方法。
I. 原理人体阻抗测量是通过在人体上施加一个小电流信号，并测量相应的电压来计算得到的。
根据欧姆定律，电流与电阻成反比，因此可以通过测量得到的电流和电压来计算得到组织的阻抗值。
通常情况下，使用交流信号进行测量，因为交流信号可以减少直流信号对人体组织产生的极化效应。
II. 关键元件选择1. 信号发生器：用于产生交流信号，并提供适当的频率范围和幅度调节功能。
2. 电极：用于将信号传输到人体组织，并接收返回的信号。
通常使用可湿润的粘贴式电极或戴在手腕上的传感器。
3. 差动放大器：用于放大电压信号，并消除噪音和干扰。
差动放大器通常具有高共模抑制比和低噪声系数。
4. 滤波器：用于滤除高频噪声和干扰信号。
常见的滤波器包括低通滤波器和带通滤波器。
5. ADC（模数转换器）：用于将模拟电压信号转换为数字信号，以便进行后续的数字处理。
III. 电路设计步骤1. 确定测量范围和精度要求：根据具体应用需求确定阻抗测量的范围和所需精度，以选择合适的元件。
2. 选择合适的信号发生器：根据需要选择合适频率范围、输出幅度可调节、稳定性好的信号发生器。
3. 设计电极：根据测量部位设计合适类型的电极，并考虑到舒适性、稳定性和易于清洁等因素。
4. 设计差动放大器：根据所选差动放大器的特性参数，如增益、输入阻抗、带宽等进行设计。
同时考虑到共模抑制比和噪声系数等因素。
5. 设计滤波器：根据噪声和干扰信号的频谱特性选择合适的滤波器类型和参数。
低通滤波器可以滤除高频噪声，带通滤波器可以选择特定频率范围内的信号。
6. 设计ADC电路：根据所需精度和采样率选择合适的ADC，并考虑到分辨率、采样速率和电源噪声等因素。
人体阻抗模型和阻抗测量的研究的开题报告
人体阻抗模型和阻抗测量的研究的开题报告一、选题背景阻抗测量是一种非侵入性的生物电学技术，可以通过测量电流和电压来判断人体组织的阻抗值，从而获得关于身体内部组织状态的信息。
阻抗测量已广泛应用于医学、运动、心理学等领域，例如心脏健康监测、肌肉功能评估、脑电图采集等。
为了理解和优化阻抗测量的过程，需要建立一个适当的人体阻抗模型，该模型可以模拟人体各种组织类型的阻抗特征，从而使阻抗测量的结果更加准确和可靠。
同时，也需要研究阻抗测量的信号处理和数据分析方法，以提高测量的灵敏度和精度。
二、研究内容本研究的主要内容包括：1.人体阻抗模型的建立：分析人体各种组织类型的电学特性，建立能够准确模拟其阻抗特征的数学模型。
2.阻抗测量技术的研究：探究不同阻抗测量方法的优缺点，研究各种因素对测量结果的影响，包括电极位置、电流频率和强度等，并提出改进方法。
3.阻抗测量信号处理和数据分析方法的研究：研究如何通过阻抗测量得到信号，处理和分析数据，从中提取更加有用和准确的信息。
三、研究意义本研究的意义主要体现在以下几个方面：1.优化阻抗测量技术，提高测量结果的准确性和可靠性，为相关领域的医学研究和应用提供更加可靠的基础数据。
2.建立准确的人体阻抗模型，为生物电学领域的研究提供基础，并有助于理解人体内部组织的电生理特性。
3.研究阻抗测量信号的处理和分析方法，有助于更加深入地分析和理解相关数据，并提取更加有用的信息。
四、拟定研究方案1.收集相关文献和资料，深入了解人体各种组织类型的电学特性。
2.建立适当的数学模型，模拟人体各种组织类型的阻抗特征。
3.探究阻抗测量技术中各种因素的影响，并提出改进方法。
4.研究阻抗测量信号的处理和分析方法，提取有用的信息。
5.编写研究论文，撰写相关学术文章，进行学术交流和讨论。
五、预期成果本研究的预期成果包括：1.建立准确的人体阻抗模型，为生物电学领域的研究提供基础。
2.优化阻抗测量技术，提高测量结果的准确性和可靠性。
基于multisim11仿真的生物医学工程课程设计：人体阻抗测量
课程设计报告————人体阻抗测量引言本课程设计探索了一种适用于家庭的低成本生物电阻抗测量系统。
采用由一对激励电极及一对敏感电极组成的四电极结构, 用文氏电桥振荡器产生50 kH z 的正弦波信号, 经过一定的削减，施加在与人体皮肤接触的激励电极对上,通过测量敏感电极对的电压, 实现人体生物阻抗的检测, 可望有效克服接触电阻抗以及空间电磁波的干扰。
multisim软件仿真结果表明, 这种测量系统在测量结果的线性、稳定性及准确性等方面的性能可满足人体成分测量的要求。
这为人体肥胖程度的家庭检测提供了一种有效的工具。
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
Multisim被美国NI公司收购以后，其性能得到了极大的提升。
最大的改变就是：Multisim 9与LABVIEW 8的完美结合：（1）可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；（2）所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上;(3)所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。
如此，学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。
并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。
极大地提高了学员的学习热情和积极性。
真正的做到了变被动学习为主动学习。
1、人体阻抗模型及其测量的意义：人体的基本构造单位是细胞。
细胞被一层具有特殊结构和功能的半透性膜所包被，称作细胞膜或质膜，它允许某些物质有选择地通过，同时又严格地保持细胞内物质成分的稳定。
基于虚拟仪器的医学传感器实验研究
基于虚拟仪器的医学传感器实验研究作者：何伶俐何汶静杨庆华来源：《中国教育技术装备》2024年第02期*項目来源：四川省2021—2023年高等教育人才培养质量和教学改革项目“政产学研用合作培养创新人才的研究与实践”（项目编号JG2021-1122）；川北医学院2022校级教改项目“医学院校工科专业课程教考分离模式探索”（项目编号22-10-03）。
作者简介：何伶俐，讲师；何汶静、杨庆华，副教授。
DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.02.122摘要为了解决传统医学传感器实验中存在的各种弊端，针对现代传感器实验教学的特点，以ELVIS结合LabVIEW和Multisim构建了虚拟仪器实验平台，并以温度传感器、光敏电阻传感器和超声波测距传感器三个实验为例，介绍虚拟仪器实验平台的应用。
实验证明：虚拟仪器实验平台对传统实验起到很好的补充和完善作用，丰富了教学手段，有效地提高了实验教学质量和效果。
关键词传感器；虚拟实验平台；ELVIS；LabVIEW；Multi-sim中图分类号：G642.423 文献标识码：B文章编号：1671-489X（2024）02-0122-050 引言医学传感器是生物医学工程专业的主干课程之一，主要介绍传感器产生的各种电量和非电量信号的检测、转换和测量，综合性较强。
实验是课程中的一个重要环节，其教学方法对整个课程的教学有着重要影响。
传感器实验主要涉及两方面的内容：一是将传感器转换出来的微弱的电信号做放大及滤波处理；二是通过相应的计算，将放大处理后的电信号换算成对应的物理量[1-2]。
而传统的传感器实验都是按照搭建电路、记录信号的电压或者电流值、换算物理量的步骤进行。
电量和物理量之间的关系需手动计算完成，不能实时显示所测物理量的波形和数值，实验结果展示不够直观形象[3-4]。
随着计算机技术及仿真工具软件的发展，基于虚拟仪器的实验已经成为实验教学的重要模式，对传统的实验教学起到了很好的补充和完善作用，有效地解决了其存在的问题[5-6]。
人体的阻抗实验报告
一、实验目的1. 了解人体阻抗的基本概念和测量方法。
2. 掌握人体阻抗的测量原理和实验操作技能。
3. 分析人体阻抗与人体生理、环境因素的关系。
二、实验原理人体阻抗是指人体对电流的阻碍作用，主要由皮肤阻抗和体内阻抗两部分组成。
皮肤阻抗与接触面积、皮肤湿度、接触压力等因素有关；体内阻抗与电流路径、组织结构等因素有关。
人体阻抗的测量方法有直接测量法和间接测量法。
三、实验器材1. 人体阻抗测量仪2. 电极3. 测量电极线4. 电源5. 导线6. 阻抗分析仪7. 计算器四、实验步骤1. 准备实验器材，连接好电路。
2. 调整人体阻抗测量仪的参数，选择合适的测量频率和电压。
3. 将电极贴在受试者的手腕和脚踝部位，确保电极与皮肤良好接触。
4. 打开电源，开始测量人体阻抗。
5. 记录测量数据，包括频率、电压、电流和阻抗值。
6. 关闭电源，整理实验器材。
五、实验结果与分析1. 实验结果实验过程中，我们选取了多个频率点进行测量，得到人体阻抗与频率的关系曲线，如图1所示。
图1 人体阻抗与频率的关系曲线2. 结果分析（1）从图1可以看出，人体阻抗随频率的增加而减小。
这是因为人体阻抗具有容性特性，在低频段，电容成分起主导作用，导致人体阻抗降低。
（2）在实验过程中，我们发现人体阻抗与接触面积、皮肤湿度等因素有关。
当接触面积增大、皮肤湿度增加时，人体阻抗减小。
（3）实验结果还表明，人体阻抗与电流路径、组织结构等因素有关。
例如，手到手路径的人体阻抗低于手到脚路径。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了人体阻抗的基本概念和测量方法。
2. 了解了人体阻抗与人体生理、环境因素的关系，为相关领域的研究提供了实验依据。
3. 本实验具有一定的实用价值，如用于触电事故的急救、人体生理参数的监测等。
七、注意事项1. 实验过程中，注意电极与皮肤的接触，确保测量准确。
2. 实验结束后，及时关闭电源，整理实验器材。
3. 注意实验安全，避免触电事故的发生。
人体科学研究中的生物阻抗测量技术 .doc
人体科学研究中的生物阻抗测量技术浙江大学信电系xx生物阻抗(Bioimpedance)技术是利用生物组织与器官的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的无损伤检测技术[1]。
对于生物阻抗技术的研究最早始于19世纪末20世纪初，其原理是借助置于体表的电极系统通过向检测对象送入一微小的交直流测量电流或电压，检测相应的电阻抗及其变化的情况，然后根据不同的应用目的，获取相关的生理和病理的信息。
生物阻抗测量技术,具有无创、廉价、安全、无毒无害、操作简单和功能信息丰富等特点，具有广泛的应用前景[2]。
一、生物电阻抗测量与经络研究[3][4]二千多年前，我国的医学典藉内经对经络系统已有详细记载。
近几十年来对于各种经络现象的大量研究也表明，传统经络图所标明的部位的确具有与其它部位不同的特性。
但到现在为止，现代自然科学的方法未能肯定地揭示经络的客观本质。
经络和腧穴作为机体联络、反应、调节的功能单元和体系, 必然有其特定的理化特性及生物学效应,并在机体物质、能量和信息的传递和调控过程中发挥着重要作用。
国内外科学家都为此作出了巨大的努力, 进行了多方面的探索。
其中一些工作试图用人体的被动电性质来研究经络。
20世纪30年代，日本清小芳太郎用测定皮肤电阻的方法发现了经络具有低电阻与高电位的特性，并设计出经穴探测仪。
1950年，日本京都大学生物学教授中谷义雄博士，发现经络有低电阻(良导)性，穴位比周边区域皮肤的电阻值低，且两者阻值相差很多倍。
近年来,利用生物电阻抗技术和生物物理学手段对经络进行的相关研究成为经络研究的重要方向,对经络的实质问题提出了许多假说，促进了祖国医学的研究和发展。
随着微电子和计算机技术的发展，经络电阻抗特性的研究已经初步证实:1) 经络穴位具有低电阻特性穴位上的电阻抗阻值较其周围区域的电阻抗低经络穴位的电阻抗特性与人体的健康状态密切相关:当人体脏腑组织发生病变的时候，可以通过经络的电阻抗特性反映出来。
人体秤阻抗测量方法-概述说明以及解释
人体秤阻抗测量方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述人体秤阻抗测量方法作为一种先进的身体健康监测技术，广泛应用于健身领域、医疗保健等行业。
该方法通过测量人体对电流的导通能力来评估身体的成分分布和健康状况。
相比传统的体重测量方式，人体秤阻抗测量方法更加全面、准确并能提供更多有关身体健康的信息。
阻抗是指在电流通过人体时所遇到的阻碍程度，它与人体的体脂率、肌肉量、水分含量等身体成分相关。
人体秤阻抗测量方法利用了人体内外水分含量不同而导致的电导率差异，通过将微弱的电流注入人体，测量人体对电流的电阻和反应，从而计算出身体成分的各个参数。
在使用人体秤阻抗测量方法时，人们只需将双脚放在测量仪器上，仪器将自动通过电流信号进行测量，整个过程非常简便快捷。
通过这种方法，人们可以获取到身体成分的具体数据，如体脂率、肌肉量、骨骼质量等。
这些数据将帮助人们更好地了解自己的身体状况，进行科学合理的健身计划和饮食管理。
人体秤阻抗测量方法不仅在日常健康管理中有重要应用，而且在医疗领域也起到了重要作用。
例如，该方法可以用于早期肥胖和水肿等疾病的筛查与诊断，帮助医生进行更为准确的治疗。
此外，人体秤阻抗测量方法还可以辅助运动员的训练，帮助他们监控和调整肌肉量的变化，提高竞技表现。
总之，人体秤阻抗测量方法是一种全面、准确且方便的身体健康监测技术。
它不仅广泛应用于健身领域和个人日常健康管理，而且在医疗保健等行业也具有重要的应用价值。
相信随着技术的不断发展和推广应用，人体秤阻抗测量方法将为我们提供更加科学、定量的身体健康信息，助力我们实现健康生活的目标。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面：首先，介绍本文的结构以便读者了解整篇文章的框架和内容安排。
文章结构的明确和清晰有助于读者有一个整体的把握，更好地理解文章的核心内容。
其次，指出文章的主要部分。
可以简要介绍每个章节或部分的主题和内容，以帮助读者预先了解整篇文章的重点内容。
人体电阻测量电路[发明专利]
![人体电阻测量电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8c612e2ec381e53a580216fc700abb68a982ad35.png)
[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公开说明书[11]公开号CN 1528239A [43]公开日2004年9月15日[21]申请号200310111821.4[22]申请日2003.10.15[21]申请号200310111821.4[71]申请人精量电子（深圳）有限公司地址518048广东省深圳市车公庙天安工业区[72]发明人斯蒂夫·帕楚塞利 [74]专利代理机构深圳市中知专利代理有限责任公司代理人张皋翔[51]Int.CI 7A61B 5/05权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页[54]发明名称人体电阻测量电路[57]摘要一种人体电阻测量电路，其特征在于：包括由运算放大器、并接在运算放大器反向输出端的电容和电极、并接在运算放大器同向输出端的电阻和电极构成的自激振荡电路；由NPN晶体管和分别串接在NPN晶体管基极和集电极上的电阻构成波形整形电路；自激振荡电路的运算放大器之输出电压端与波形整形电路的NPN晶体管之基极连接，NPN晶体管集电极并接有信号输出端。
本人体电阻测量电路输出的方波信号输至如微处理器等频率测量电路，即可计算出人体交流电阻的大小，若与其它测量电路和用户资料(如体重、身高、性别等)配合就可以计算出人体脂肪的百分比，并将计算结果显示出来，供用户读取。
200310111821.4权 利 要 求 书第1/1页 1、一种人体电阻测量电路，其特征在于：包括由运算放大器、并接在运算放大器反向输出端的电容和电极、并接在运算放大器同向输出端的电阻和电极构成的自激振荡电路；由NPN晶体管和分别串接在NPN晶体管基极和集电极上的电阻构成波形整形电路；自激振荡电路的运算放大器之输出电压端与波形整形电路的NPN晶体管之基极连接，NPN晶体管集电极并接有信号输出端。
200310111821.4说 明 书第1/3页人体电阻测量电路技术领域本发明涉及的是一种电路，尤其是一种用于人体电阻测量电路。
人体阻抗值测定电路[实用新型专利]
![人体阻抗值测定电路[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/1a2dd992294ac850ad02de80d4d8d15abf23004f.png)
(10)授权公告号(45)授权公告日 (21)申请号 201520035020.2(22)申请日 2015.01.19A61B 5/053(2006.01)(73)专利权人秦皇岛市惠斯安普医学系统有限公司地址066004 河北省秦皇岛市秦皇岛开发区华山中路泾河道3号(72)发明人周捷 侯永捷 李向东 王佳名(74)专利代理机构石家庄众志华清知识产权事务所(特殊普通合伙) 13123代理人王苑祥(54)实用新型名称人体阻抗值测定电路(57)摘要人体阻抗值测定电路，包括控制电路、与控制电路控制端连接的信号发生电路及信号采集电路，关键为：信号采集电路中包括分别放置于左手、右手、左脚、右脚的电极对，与信号发生电路输出端连接的电极选通电路、信号提取放大电路及与信号提取放大电路信号输出端连接的幅值相位检测电路，电极对中的其中一个经参考电阻与信号提取放大电路连接、另一个直接与信号提取放大电路连接，幅值相位检测电路的信号输出端与控制电路的信号输入端连接。
采用八电极法，电极对的设置就可以在不同的激励电极和测量电极之间施加不同频率的电信号，测得的结果精度更高，也可以选择不同部位的电极分别作为激励电极和测量电极，即可得到所需的分段阻抗值和全身阻抗值。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)授权公告号CN 204484111 U (45)授权公告日2015.07.22C N 204484111U1.人体阻抗值测定电路，包括控制电路（1）、与控制电路（1）控制端连接的信号发生电路（2）及信号采集电路（3），其特征在于：所述的信号采集电路（3）中包括分别放置于人体左手部、右手部、左脚部、右脚部的电极对（3-1），与信号发生电路（2）输出端连接的电极选通电路（3-2）、信号提取放大电路（3-3）及与信号提取放大电路（3-3）信号输出端连接的幅值相位检测电路（3-4），电极对（3-1）中的其中一个电极经参考电阻（R）与信号提取放大电路（3-3）的输入端连接、另一个直接与信号提取放大电路（3-3）的输入端连接，幅值相位检测电路（3-4）的信号输出端与控制电路（1）的信号输入端连接。
基于FPGA的人体阻抗测量系统研究与实现
基于FPGA的人体阻抗测量系统研究与实现近年来，随着人们对健康的关注度不断提高，人体阻抗测量技术逐渐受到广泛关注。
基于FPGA的人体阻抗测量系统作为一种新兴的测量技术，具有测量准确度高、实时性好、易于实现等优点，越来越受到研究者的关注。
人体阻抗测量是通过测量人体对电流的阻抗来获取相关的生理信息，如身体组织的成分、心肺功能等。
传统的人体阻抗测量方法使用多电极测量，但复杂的电路结构和低测量准确度限制了其在实际应用中的推广。
而基于FPGA的人体阻抗测量系统则通过将测量电路和信号处理电路集成在一起，实现了简化系统结构和提高测量准确度的目标。
在该系统中，FPGA作为核心处理器，具有高度可编程性和并行计算能力，可以实现快速、准确的数据处理。
同时，FPGA 还具有低功耗、低成本等优点，适合用于嵌入式系统的设计。
因此，基于FPGA的人体阻抗测量系统在医疗监测、健康管理等领域具有广阔的应用前景。
该系统的实现过程主要包括硬件设计和软件编程两个方面。
硬件设计中，需要选择合适的电路连接方式和电极布局，以确保测量结果的准确性和稳定性。
软件编程中，需要编写相应的算法和控制程序，实现数据的采集、处理和显示等功能。
通过实验验证，基于FPGA的人体阻抗测量系统在测量准确度、实时性和稳定性方面均取得了较好的效果。
与传统的人体阻抗测量方法相比，该系统具有更高的测量准确度和实时性，可以满足实际应用中对数据的要求。
总之，基于FPGA的人体阻抗测量系统是一种具有广泛应用前景的新兴技术。
随着技术的不断进步和完善，该系统在医疗监测、健康管理等领域将会发挥重要作用。
同时，对于系统的进一步研究和改进，也将为人体阻抗测量技术的发展提供更多的可能性。
基于multisim11仿真的生物医学工程课程设计：人体阻抗测量
人体阻抗测量引言本课程设计探索了一种人体阻抗测量系统，以及通过此系统分析人体阻抗特性。
本设计采用由一对激励电极及一对敏感电极组成的四电极结构, 用文氏电桥振荡器产生50 kH z 的正弦波信号, 经过一定的削减，施加在与人体皮肤接触的激励电极对上,通过测量敏感电极对的电压, 实现人体生物阻抗的检测, 可望有效克服接触电阻抗以及空间电磁波的干扰。
multisim 软件仿真结果表明, 这种测量系统在测量结果的线性、稳定性及准确性等方面的性能可满足人体成分测量的要求。
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
Multisim 被美国NI公司收购以后，其性能得到了极大的提升。
最大的改变就是：Multisim 9与LABVIEW 8的完美结合：（1）可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；（2）所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上;(3) 所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。
如此，学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。
并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。
极大地提高了学员的学习热情和积极性。
真正的做到了变被动学习为主动学习。
1、人体阻抗模型及其测量的意义：人体的基本构造单位是细胞。
细胞被一层具有特殊结构和功能的半透性膜所包被，称作细胞膜或质膜，它允许某些物质有选择地通过，同时又严格地保持细胞内物质成分的稳定。
实验五_人体阻抗实验
实验五 人体阻抗实验一、实验目的：1. 了解人体阻抗的测量方法。
2. 通过心脏收缩和舒张时其心房、心室的体积变化，可观察到回路中人体阻抗的相应变化，进而了解阻抗测量的实际应用。
二、原理简介：阻抗为测量路径上，对交流电通过时，所产生阻力性和电抗性合成的总抗量。
这其中包含三种成分：电阻、电感、电抗。
所有导电物质。
包括活体组织皆具有阻抗，且其阻抗会随着季节或阻抗内体液的变化而变化。
一般对电阻的定义是电流经过的物质上，所产生对直流电位和交流电位的抵抗量。
所有物质在高于绝对零度的温度下，皆具有电抗的特性。
LR Aρ= 依上式，此电阻值会与电流通过物体的及面积A 成反比，而与电流的路径长度L 成正比，其中ρ是电阻系数。
下图为体阻抗测量的原理框图：图5-1 体阻抗测量原理框图由韦恩电桥振荡器产生的50KHz 交流信号，经由一定电流电路，将信号以表面电极送入体内。
再将向量信号萃取出为单极性信号，其放大倍率为5。
再者，隔离电路将信号和电源做隔离，其方法可采用光学式或变压器式。
经由精密全波整流电路所构成的解调器，将50KHz 的载波信号和身体阻抗的低频信号予以分离，又经一频宽为0.1~10Hz 的带通滤波器，即可提取出因心脏输出而改变的体阻抗信号，再将此微弱信号放大500倍，便可于示波器上显示体阻抗的变化信号。
前置放大器：图5-2 前置放大器前置放大器由OP1仪表放大器所组成，其放大增益设计如下式所示，可以调整Z10补偿电位，来消除输出端的漂移电压，使其归零。
949.41k Av Z Ω=+ 带阻滤波器、隔离电路、带通滤波器略，可以查阅心电实验中所述的相关内容。
韦恩电桥震荡电路：图5-3 韦恩电桥震荡电路由OP6A、Z21、Z22、Z23、Z24、Z25和Z26组成的振荡器，可产生正弦交流波信号，振荡器采用正反馈设计，震荡频率由Z22、Z23、Z24和Z26决定，如下式：o f =而振荡条件由Z21决定，必须满足公式：21252Z Z ≥ 定电流电路：图5-4 定电流电路在OP6B 电路中，因具有负反馈的设计，因此输入端有虚短的现象，所以输出电流只与输入电压有关，即28iL V I Z =，而与负载的大小无关，所以OP6B 、Z27和Z28可视为一定电流电路的组合。
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课程设计报告————人体阻抗测量引言本课程设计探索了一种人体阻抗测量系统，以及通过此系统分析人体阻抗特性。
本设计采用由一对激励电极及一对敏感电极组成的四电极结构, 用文氏电桥振荡器产生50 kH z 的正弦波信号, 经过一定的削减，施加在与人体皮肤接触的激励电极对上,通过测量敏感电极对的电压, 实现人体生物阻抗的检测, 可望有效克服接触电阻抗以及空间电磁波的干扰。
multisim 软件仿真结果表明, 这种测量系统在测量结果的线性、稳定性及准确性等方面的性能可满足人体成分测量的要求。
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
Multisim 被美国NI公司收购以后，其性能得到了极大的提升。
最大的改变就是：Multisim 9与LABVIEW 8的完美结合：（1）可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；（2）所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上;(3) 所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。
如此，学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。
并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。
极大地提高了学员的学习热情和积极性。
真正的做到了变被动学习为主动学习。
1、人体阻抗模型及其测量的意义：人体的基本构造单位是细胞。
细胞被一层具有特殊结构和功能的半透性膜所包被，称作细胞膜或质膜，它允许某些物质有选择地通过，同时又严格地保持细胞内物质成分的稳定。
由于细胞膜的存在，人体组织的阻抗特性可由图1 所示的等效电路表示。
其中Re，Ri和Ci分别为细胞外液电阻，细胞内液电阻和细胞膜电容。
人体阻抗是包括人体皮肤、血液、肌肉、细胞组织及其结合部在内的含有电阻和电容的全阻抗，如图2所示。
皮肤表面0.05~0.2mm厚的角质层电阻值很高。
在干燥和干净的状态下，其电阻率可达105 ~ 106Ω·m。
但因其不是一张完整的薄膜，又很容易受到破坏，故计算人体阻抗时一般不予以考虑。
人体各部分阻抗大小对比如表1所示。
遭受突然的生理刺激时，人体阻抗可能明显降低。
便携式人体健康状况检测仪受到越来越多的重视, 该类仪器中人体成分检测占据极其重要的地位, 例如脂肪、水分检测仪等。
目前存在的测量人体成分的方法主要有生物电阻抗法、水重法、同位素稀释法以及双能量X光吸收法等。
其中，生物电阻抗分析法(BIA ：Bioelectrical impedanceanalysis)具有无创、简便、廉价、可靠的独特优点, 医生和病人都易于接受，并且这种方法测量人体成分的可行性已经得到大量实验结果的验证。
生物阻抗技术的真正优势或诱人之处在于利用生物阻抗所携带的丰富生理和病理信息，进行人体组织与器官的无损伤功能评价。
2、系统结构框图与完整电路图3、各模块实现3.1、文氏电桥振荡器：图3 文氏电桥正弦振荡器根据人体电阻抗谱图, 在特征频率 f c 上, 人体电阻抗的虚部| X | 最大, 人体中的脂肪和非脂肪成分同时得到最大的体现, 因此选 f c 作为测量频率。
通常人体特征频率为50 kH z 。
电路的震荡频率f osc = 1/2лRC，理论与实际有出入，经多次调试，最终选定R=10K Ω、C=205pF，使其输出较为准确的50KHz的正弦波。
电路从起振到稳定输出需要一定时间，所以开始仿真后要经过等待才能看到如下图所示的合格波形：图4 振荡器输出50KHz正弦波3.2、V/I变换电流信号比电压信号抗干扰能力强，所以微弱信号传递时常以电流形式进行。
下图就是我们采用的V/I方案，把电压信号转变成电流信号。
下方的电压跟随器起传导电压、隔离电流的作用；理论上，流经负载Rx的电流为I out = V in*(R32/R30) /（Rs+R0+Rx）；图5 振荡器与V/I变换电路所谓的V/I变换，其实是将输入电压放大一定倍数再加到负载上，从而得到电流的。
只是负载变化对电流的影响相对减小了一些。
图6 V/I电路的输入/输出如上图，人体阻抗一般为500Ω左右，则电路稳定后流经人体的电流不超过500uA。
振荡器产生的信号强度被削减了29%。
图7 V/I电路的幅频特性图图8 V/I电路的相频特性图3．3、2选1开关与差动放大器差分放大器是一种零点漂移很小的直接耦合放大器，常用于直流放大。
它可以是平衡（术语“平衡”意味着差分）输入和输出，也可以是单端（非平衡）输入和输出，常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换，是各种集成电路的一种基本单元。
在实际应用中,温度变化和电源电压不稳等因素对放大作用的影响，等效于每个晶体管的输入端产生了一个漂移电压。
利用差放电路的对称性可以使之互相抵消或予以削弱，使输出端的漂移电压大大减小。
显然，共模增益越小，即电路对称性越好时，这种漂移电压也越小。
而相对于由晶体管构成的差放，由运放构成的差放又具有输入阻抗高、输出阻抗小、使用方便、调试容易等优势。
如下图右边部分所示的由3个运放构成的差动放大器也称仪用放大器。
在R11=R12、R13=R14的情况下，放大倍数为A = Vin*（（R8+R9+R10）/R9）*R13/R11图左下角的R19与晶体管、二极管、VC、继电器构成2选1开关。
mux接到单片机的P3.1引脚。
图7 运放构成的差动放大器（这里放大倍数理论值为7.67，改变R9的值可调节放大倍数）图8 差动放大器输入-输出波形实际放大倍数为5.365/0.696=7.71，与理论值7.67相对误差0.5%图9 差动放大器的幅频特性图与相频特性图3.4、精密整流、滤波单极性的直流输出电压与输入交流信号的幅值呈线性比例关系的整流称为线性整流，又称精密整流。
由于二极管的伏安特性在小信号时处于截止或特性曲线的弯曲部分，一般利用二极管的单向导电性来组成整流电路，在小信号检波时输出端将得不到原信号（或使原信号失真很大）。
如果把二极管置于运算放大器组成的负反馈环路中，就能大大削弱这种影响，提高电路精度。
这种电路可对1mV左右的小信号进行检测，其误差小于0.05%。
右下角的R39和C7并联构成滤波电路。
理论上滤波电容的取值要满足Td=RC>(3~5)T/2式中Td为电容放电时间常数，T为输入交流信号周期。
经多次调试，R38=500KΩ，C7=5uF （或1uF）时能输出较为平稳的直流波形。
图10 精密整流、滤波电路图11 整流效果图12 整流滤波电路的输入/输出输出直流电压0—5V，便于AD采集与MCU处理图13 整流滤波电路的幅频特性与相频特性3.5、数据采集与显示这个模块暂时不能用multisim仿真，只能放一个思路在这里。
主要是因为AD芯片似乎不能正常工作。
网上也找不到multisim里AD转换的仿真例程。
另外，对multisim仿真来说，几毫秒已经是比较漫长的等待，而单片机执行一个完整程序往往需要几毫秒甚至几十毫秒，等multisim仿真出这么长时间内电路的行为，人至少需要等待十几或几十分钟，而且很可能仿真结果没出来而multisim已经因为稳定性问题而出现异常。
Multisim仿真模拟电路比较在行，数字电路则用proteus或quartasii比较靠谱。
图14 AD、MCU与LCD4、联合测试让2选1开关分别接通R0和Rx，测出AD输入端的直流电压强度，计算Rx的阻值。
图15 联合测试电路图接入R0和Rx时，只接入Rx时，因为U0x / Ux = (R0+Rx)*I / Rx*I，所以RX = R0 / (U0x/Ux-1) =1000/(4.982/1.655-1)=497.51Ω与真实值500Ω的相对误差为|497.51—500|/500=0.50%这里要注意多等待一会，让电路达到稳定状态，最好两次测量时等待的时间一样长，这样使测量误差更小。
0.50%的误差说明了测量电路的准确性和可靠性，实际做出来的话，接下来就看AD数据采集的本事了，最后是MCU计算和LCD显示。
有机会一定把实际系统做出来。
5、总结生物医学工程，是一个很宽广的概念，涵盖了太多的领域。
我们学校这个专业，就是用电子技术、计算机技术服务于医学，尤其是医疗器械和信号处理。
归根结底，还是看你的数电、模电、射频、微机、编程知识掌握的是否扎实，是否能灵活运用。
这次课程设计，从资料搜集、方案论证，到每个模块的实现与调试、系统联调，每一步都是历尽艰辛。
50Khz 信号源我们弄了两天多，差动放大器弄了近3天，各种电路和器件的选择、multisim软件本身的使用也让人破费周折，不得不感叹：能力差，真可怕。
连续两周，每天早上7点起、晚上1点睡，终于比较圆满地完成任务。
虽然软件仿真与实际情况有差距，而且multisim 软件本身也不是很稳定（同一个电路仿真的结果不是一定的，甚至有时仿真出错），我们还是通过这次锻炼提高了工程设计能力，尤其对放大器的使用明显有感觉了。
接下来，希望继续进步，提高对滤波器的设计与运用能力。
附录（51单片机控制2选1开关、AD转换和LCD显示的C程序）：编译结果。