基于multisim11仿真的生物医学工程课程设计：人体阻抗测量
人体生物电阻抗的检测方法及其应用
人体生物电阻抗的检测方法及其应用
1、引言
在人体成分的研究中，测量人体生物电阻抗值可以得到水分、脂肪等与人体健康状况有关的信息，对人身体状况的监视、疾病的早期诊断有着重要的意义[1]。
人体组织的电阻抗特性比一般物体要复杂得多，最明显的特点是电阻抗的值会随着测量频率的变化而变化。
这是由于人体细胞内液体组织不是简单的表现为电阻的特性，细胞内水分与细胞膜的作用更多是以电容的特性存在。
图1 所示为人体皮肤电阻抗的等效电路模型[2]。
其中R1 为活性皮肤中的离子电阻；R2 是基于角质层中离子迁移率的电阻；CPE 是恒定相位角元件，RPOL、CPOL 为其两个参数，用来描述皮肤角质层中的介电弥散和损耗[3][4]。
图1 人体皮肤的等效电路模型该模型的总的导纳如（1）式所示：（1）其中：
显然，CPE 环节的存在，使得人体的生物电阻抗原则上无法用简单的R、C 元件所组成的集总参数电路模型来描述。
传统的人体生物电阻抗检测采用单频法，即只在一个固定频率下，利用正弦波信号进行测量，一般只测量电阻抗的模，所以实现简单，很适合在便携仪器上推广。
但是，单频法无法将CPE 的影响表现出来，测量结果容易出现较大的误差。
为了能够更准确地得到人体生物电阻抗的信息，需要有一种可同时检测多个频率点电阻抗的方法。
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。
人体生物电阻抗的检测方法及其应用
人体生物电阻抗的检测方法及其应用1、引言在人体成分的研究中，测量人体生物电阻抗值可以得到水分、脂肪等与人体健康状况有关的信息，对人身体状况的监视、疾病的早期诊断有着重要的意义[1]。
人体组织的电阻抗特性比一般物体要复杂得多，最明显的特点是电阻抗的值会随着测量频率的变化而变化。
这是由于人体细胞内液体组织不是简单的表现为电阻的特性，细胞内水分与细胞膜的作用更多是以电容的特性存在。
图1 所示为人体皮肤电阻抗的等效电路模型[2]。
其中R1 为活性皮肤中的离子电阻；R2 是基于角质层中离子迁移率的电阻；CPE 是恒定相位角元件，RPOL、CPOL 为其两个参数，用来描述皮肤角质层中的介电弥散和损耗[3][4]。
图1 人体皮肤的等效电路模型该模型的总的导纳如（1）式所示：（1）其中：显然，CPE 环节的存在，使得人体的生物电阻抗原则上无法用简单的R、C 元件所组成的集总参数电路模型来描述。
传统的人体生物电阻抗检测采用单频法，即只在一个固定频率下，利用正弦波信号进行测量，一般只测量电阻抗的模，所以实现简单，很适合在便携仪器上推广。
但是，单频法无法将CPE 的影响表现出来，测量结果容易出现较大的误差。
为了能够更准确地得到人体生物电阻抗的信息，需要有一种可同时检测多个频率点电阻抗的方法。
脉冲式检测法是近几年发展起来的一种无损检测方法。
利用脉冲信号中所含有的多谐波频率成分，能够比正弦波信号激励提供更多的信息，并拥有更快的响应速度。
本文研制了一种以现场可编程门阵列（FPGA）为核心的脉冲式检测系统，利用该系统，对电阻抗的脉冲式检测方法的可行性进行了分析研究，在此基础上，对人体皮肤水分的脉冲式检测方法进行了实验分析。
2、电阻抗的脉冲式测量原理方波脉冲信号作为电阻抗测量的激励源，波形稳定，易于同数字电路结合实现，且具有较宽的频谱，在防止被测单元极化的同时，能够得到多频率点的信息。
图2 理想方波和实际方波的时域波形图3 理想方波和实际方波的频谱图图2、3 中的细实线为理想方波的时域波形及频谱，图2 中的粗实线、图3 中的虚线分别表示实际方波信号的时域波形及频谱。
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。
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。
(完整word版)multisim 电路仿真 课程设计
4.1 仿真设计1、用网孔法和节点法求解电路。
如图4.1-1所示电路：3Ω（a）用网孔电流法计算电压u的理论值。
（b）利用multisim进行电路仿真，用虚拟仪表验证计算结果。
（c）用节点电位法计算电流i的理论值。
（d）用虚拟仪表验证计算结果。
解：电路图：（a）i1=2 解得 i1=25i2-31-i3=2 i2＝1i3=-3 i3=-3 u=2 v（b）如图所示：（c）列出方程4/3 U1- U2=2 解得 U1＝3 v U2=2 v2A1Ω_+_+u1Ω2V-3A图4.1-1i2U 1- U 2=2 i=1 A结果：计算结果与电路仿真结果一致。
结论分析：理论值与仿真软件的结果一致。
2、叠加定理和齐次定理的验证。
如图4.1-2所示电路：(a)使用叠加定理求解电压u 的理论值；(b)利用multisim 进行电路仿真，验证叠加定理。
(c)如果电路中的电压源扩大为原来的3倍，电流源扩大为原来的2倍，使用齐次定理，计算此时的电压u ；(d)利用multisim 对（c ）进行电路仿真，验证齐次定理。
电路图：（a ） I 1=27 I 2-2 I 1- I 3=03 I 3- I 2-2 I 4=0 解得 U 1=7（V ） I 4=-3 U 1U 1=2（I 1- I 2）如图所示电压源单独作用时根据网孔法列方程得：3 I 1-2 I 2- I 3=4 I 2=-3 U 27 I 3 - I 1=0 解得 U 2=9（V ） U 2=4-2 I 3所以 U= U 1+ U 2=16（V ） （b ）如图所示。
2Ω 1Ω 2Ω 4Ω 2A 3u + 4V - + u-图4.1-2（c）根据齐次定理，U=2U1+3U2=14+27=41 v（d）结果：理论值与仿真电路计算的值一样。
结论分析：齐次定理和叠加定理成立。
三、替代定理的验证。
（a）求R上的电压u和电流I的理论值；（b）利用multisim进行电路仿真，分别用相应的电压源u和电流源I替代电阻R，分别测量替代前后支路1的电流i1和支路的电压u2，验证替代定理。
医用物理学 实验15 人体阻抗的测量 公开课课件
实验目的：
1、了解阻抗的概念及人体阻抗的组成。 2、熟悉人体阻抗的测量方法。 3、理解人体阻抗的频率特性。
▪ 实验器材：
▪ 直流稳定电源、函数信号发生器（交 流电源）、万用电表、毫伏表、30KΩ 电阻、4.7K Ω电阻、电极夹、镊子、 酒精、棉球、导线若干。
▪ 实验原理：
▪ 人体阻抗可分为两部分：
▪ 1、皮肤阻抗
▪ 2、皮下其他组织阻抗
▪ 3、影响人体阻抗的因素：主要有电流形式、 电流频率和皮肤的湿润程度。此外，人体阻 抗还与性别、年龄、皮肤的血液循环状况、 病理过程、神经系统所以Z R U人 UR
手臂阻抗测量电路图
即可算出人体手臂阻抗。
▪ 1、注意安全，正确使用各种仪器，防 止触电事故发生，也防止损坏仪器。
▪ 2、待测手臂部位应该选择没有伤口的 地方。
▪ 3、测量过程中，被测人员不能更换， 电极夹也不能移动，务必保证各次测 量中都测的是同一部位的阻抗。
▪ 阻抗是指在具有电阻、电感和电容的电路里， 对交流电流所起的阻碍作用。用Z表示，单位 为欧姆（ Ω ）。
▪ 生物组织对交流电所表现的电阻抗称为生物 电阻抗，它是评价生物组织电特性的主要指 标之一。
▪ 生物组织的电阻抗与其结构、生理和病理状 态密切相关。
▪ 当电流通过人体时，人体皮肤、血液、肌肉、 骨骼、细胞组织等在电路中对电流的阻碍作 用称为人体阻抗。
▪ （二）毫伏表 ▪ 1、功能：测量交流电压、电平测试、监视输
出。
▪ 2、开机前的准备工作： ▪ （1）将输入测试探头短接。 ▪ （2）将量程开关选最高量程（300V）。 ▪ 3、操作步骤 ▪ （1）打开电源，预热10秒钟。 ▪ （2）将输入测试探头与被测电路并联。 ▪ （3）读数。
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。
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。
基于生物电阻抗的体脂测量方法与系统研究
基于生物电阻抗的体脂测量方法与系统研究1. 引言体脂测量是评估人体健康状况和肥胖程度的重要手段之一。
传统的体脂测量方法如皮褶厚度测量和双能X射线吸收法存在一些局限性，如操作繁琐、时间消耗大、辐射风险等。
而基于生物电阻抗的体脂测量方法由于其非侵入性、简便易行等优势，近年来受到了广泛关注。
本文旨在系统研究基于生物电阻抗的体脂测量方法与系统，为人们提供一种准确、便捷的评估个体肥胖程度和健康风险的手段。
2. 基本原理2.1 生物电阻抗生物电阻抗是指人体组织对交流电流通过时所产生的阻力和反应。
人体组织由多种组分构成，如骨骼肌、皮下脂肪等，其对交流电流具有不同的导电能力。
通过在人体上施加微弱交流电流，并通过测量所产生的电压变化，可以计算出不同组织对电流通过时所产生的阻力值，从而推算出体脂含量。
2.2 电流传输路径电流在人体内传输的路径主要有两条，一条是经过细胞内液体，另一条是经过细胞外液体。
细胞内液体主要是细胞质和细胞核内的液体，其含有较高的电解质浓度；而细胞外液体则包括血浆和间质液等，其含有较低的电解质浓度。
由于电解质浓度的差异，导致了两条传输路径对电流的阻抗不同。
3. 仪器与方法3.1 仪器基于生物电阻抗的体脂测量方法主要依赖于生物阻抗仪。
生物阻抗仪由交流源、测量电极和数据处理系统等组成。
交流源用于产生微弱交流电流，测量电极则与人体接触以采集所产生的电压变化信号。
数据处理系统则对采集到的信号进行处理和计算。
3.2 测量方法基于生物阻抗仪进行体脂测量时，通常需要在人体上放置多个测量电极以覆盖不同部位组织。
常用的测量位置包括手腕、手指、脚踝等。
通过在不同位置施加交流电流，并测量相应的电压变化，可以计算出不同部位的电阻值，从而推算出体脂含量。
4. 影响因素4.1 年龄和性别年龄和性别是影响体脂含量的重要因素。
随着年龄的增长，人体肌肉含量逐渐减少，而脂肪含量逐渐增加。
此外，女性相比男性在同样年龄下一般具有更高的体脂含量。
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。
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。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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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。
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。