生物多频电阻抗实验仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种生物多频电阻抗实验仪，包括实验仪主机、激励电极和测量电极，实验仪主机上设置有液晶屏、激励电极端口、测量电极端口、测量开关、频率选择旋钮、功能选择旋钮、示波器信号输出端口和USB信号输出端口；实验仪主机内具有微处理器，信号发生器、电压放大与电流转换、信号控制和幅相检测电路。本实验仪采用微处理器和四个柔性片状电极的多频率的生物电阻抗测量方法，是一种结构简单、低成本的实验仪，能实现对实验动物和人体不同部位的基本电阻抗测量和显示等功能，使学生能更好的掌握电阻抗的测量技术和动物及人体电阻抗特点，适合于生物学、医学、物理学等专业的课程教学实验与测量。

【技术实现步骤摘要】
生物多频电阻抗实验仪
本技术涉及一种生物多频电阻抗实验仪，属于电子技术应用和实验应用的领 域。
技术介绍
长期以来，对生物组织电性质的研究一直是生物医学工程等领域关注的热点。生 物组织的电学性质是人们认识生命物质的一个重要方面。生命物质电阻抗是一个重要的电 参数，许多研究表明，生物组织电特性的频率依赖性很强，生物组织的生理病理特性可以通 过电阻抗来反映。 生物电阻抗技术是利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与物体体生 理、病理状况相关的生物信息的检测技术。其基本测量方式是通过体表电极向检测对象施 加安全的激励电流，并使用体表电极检测相应的电压变化，获取相关信息。该方法具有无 仓IJ、无害、廉价的优点。 对生物组织电特性的研究常采用多频电阻抗法。多频电阻抗法提供了一种相对 比较简便的测量动物和人体成分的方法，将微弱的交流电信号导入动物或人体时，电流总 是会沿着电阻小、传导性能好的方向流去，通常动物和人体内不同部位处所含的水分和脂 肪等的不同，决定了电流通路的导电性不同，其可用阻抗的测定值来表示。大量实验数据表 明，动物和人体的电阻抗特性与组织成分之间存在一定的统计关系。 虽然现在已有了可用于临床的电阻抗测量仪器，但这些设备往往造价高、体积大， 自动化程度也很高，并且常常已完成了复杂的运算或是进行了图像的处理，这样很多学生 并没有亲自动手的机会，也难以很好的理解电阻抗测量所采用的基本方法和基础技术，在 生物学或医学工程的课程实验中，还没有这样的实验仪器，使学生不能很好的理解和掌握 电阻抗测量技术和动物及人体的电阻抗特征。
技术实现思路
针对现有的测量和实验仪器的不足，本技术设计的生物多频电阻抗实验仪， 是一种结构简单、低成本的电阻抗实验仪，能完成对生物电阻抗的基本测量、计算和显示， 是基于生物电阻抗和多频信号原理，同时实验仪采用了四个信号电极，分别为两个电流激 励电极和两个电压测量电极，并都采用自制柔性片状的银电极，银电极是采用四分支叉状 的薄银电极，并有粘性基底，可以很好的与生物体表紧密的接触，这样减少了体表阻抗对整 个测量的影响，提高了测量的精确度。 本技术包括实验仪主机、激励电极和测量电极，实验仪主机上设置有液晶屏、 激励电极端口、测量电极端口、测量开关、频率选择旋钮、功能选择旋钮、示波器信号输出端 口和USB信号输出端口；实验仪主机内具有微处理器，信号发生器、电压放大与电流转换、 信号控制和幅相检测电路；信号发生器和信号控制电路与微处理器相连；测量电极、幅相 检测电路、微处理器依次相连，完成电压信号的检测；信号发生器、低通滤波器、电压放大与 电流转换电路、激励电极依次相连，用于将电流激励信号传输给生物体。 本实验仪采用的微处理器是德州仪器公司新开发的MSP430F479芯片，它是一款 超低功耗的微处理器，它基于真正的正交16位RISCCPU内核，具有16个可单周期全寻址的 16位寄存器，仅27条的精简指令以及7种采用双重取数据技术DDFT的一致性寻址方式。 MSP430F479具有丰富的片上外围模块，片内包括有精密硬件乘法器、具有60KB的FLASH， 2KB的RAM、16位的A/D转换器、高精度比较器等常用资源。 本实验仪系统通过微处理器控制信号发生器产生10个不同频率点的正弦信号， 信号经过电压转电流源转换为500 μ A的恒定电流，并通过电流激励电极进入动物或人体， 由电压测量电极采集通过动物或人体的交流电压信号和一个由参考电阻产生的参考电压， 经放大之后一起送到幅相检测电路。幅相检测电路以直流电压形式输出这两个交变电压的 幅度比和相位差，再经微处理器MSP430F479内置的A/D转换接口进行模数转换后对数据进 行计算和处理，测量结果经驱动后由液晶显示。 本实验仪还包括信号发生器电路和电子开关电路，作为优选，信号发生器电路主 芯片，采用高频精密函数信号发生器MAX038芯片，电子开关采用⑶4051。MAX038能精密地 产生三角波、锯齿波、矩形波和正弦波信号；频率范围从0. 1Hz?20MHz，最高可达40MHz，各 种波形的输出幅度均为2V;占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影 响；采用±5V双电源供电，电源电流为80mA，典型功耗400mW ;内设2. 5V电压基准，利用该 电压设定FADJ、DADJ的电压值，实现频率微调和占空比调节。 实验仪的整个信号的产生和控制是首先由函数发生器MAX038产生信号波、由微 处理器MSP430F479进行波形和频率的选择、由电子开关⑶4051控制信号通断，最后经低通 滤波器、由电压放大器与电压电流转换单元将信号转变为电流信号，并经激励电极输入动 物或人体进行测量。 本实验仪的液晶显示电路作为优选采用的液晶控制芯片为RA8835, RA8835是由 台湾瑞佑公司出品的液晶显示控制器，它控制能力非常灵活，显示速度快，具有较强功能的 I/O缓冲器和较强的管理显示缓冲区的能力，同时指令功能丰富，可以四位数据并行发送， 最大驱动能力可达640*256点阵。 【附图说明】 图1是实验仪主机外观图，其中的1是液晶屏、2是激励电极端口、3是测量电极端 口、4是测量开关、5是频率选择旋钮、6是功能选择旋钮、7是示波器信号输出端口、8是USB 信号输出端口。 图2是电极结构图，其中9是电极引出线，10是片状银电极，11是电极的粘性基 底。 图3是系统电路原理图。 图4是信号发生器电路图。 【具体实施方式】 结合附图，下面具体说明生物多频电阻抗实验仪的工作和电路情况。 本实验仪在使用时，功能选择旋钮具有单一频率点测量、自动10频率逐次测量、 示波器信号输出、USB信号存储的选择功能，而频率选择旋钮在功能选择旋钮选择单一频率 点功能时可自由选择10个频率中的一个进行单一频率的测量，这样结合功能选择旋钮和 频率选择旋钮，可实现对10个频率点的自动测量和对不同频率的手工测量的不同模式的 测量。在实验中，本技术采用电流激励、电压测量的四电极测量法，共设置有1对电流 激励电极和1对电压测量电极，系统由信号发生器生成频率可调的正弦激励信号，经过电 压/电流转换器，通过电流激励电极施加于实验动物或人体，并由电压测量电极取得电压 参数信号。 本实验仪可以通过微处理器去控制电子开关⑶4051自动与10个不同电容值的电 容逐个连接，也可以手动通过频率选择旋钮去与10个不同电容值的电容相连接，从而实现 信号频率范围从 5kHz 到 5MHz，分为 5kHz、25kHz、50kHz、100kHz、250kHz、500kHz、750kHz、 1ΜΗζ、2ΜΗζ、5ΜΗζ共10个频率点之间的相互转换。为了得到更大的驱动能力与滤除高频干 扰，信号波形从MAX038的OUT端输出后，先通过一个低通滤波电路，再进行电压放大。 在使用中，将电流激励电极、电压测量电极分别可置于实验动物或人体的头部、上 肢、下肢、腹部等部位进行测量。测量时，激励电极和测量电极之间的距离为l〇cm到30cm， 通过不同部位的测量，可测量得到实验动物或人体不同部位在不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物多频电阻抗实验仪，包括实验仪主机、激励电极和测量电极，其特征是：实验仪主机上设置有液晶屏、激励电极端口、测量电极端口、测量开关、频率选择旋钮、功能选择旋钮、示波器信号输出端口和USB信号输出端口；实验仪主机内具有微处理器，信号发生器、电压放大与电流转换、信号控制和幅相检测电路；信号发生器和信号控制电路与微处理器相连；测量电极、幅相检测电路、微处理器依次相连，完成电压信号的检测；信号发生器、低通滤波器、电压放大与电流转换电路、激励电极依次相连，用于将电流激励信号传输给生物体。

【技术特征摘要】
1. 一种生物多频电阻抗实验仪，包括实验仪主机、激励电极和测量电极，其特征是：实 验仪主机上设置有液晶屏、激励电极端口、测量电极端口、测量开关、频率选择旋钮、功能选 择旋钮、示波器信号输出端口和USB信号输出端口；实验仪主机内具有微处理器，信号发生 器、电压放大与电流转换、信号控制和幅相检测电路；信号发生器和信号控制电路与微处理 器相连；测量电极、幅相检测电路、微处理器依次相连，完成电压信号的检测；...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪建，曾宪垠，张怀渝，杨文翰，
申请(专利权)人：四川农业大学，汪建，
类型：新型
国别省市：四川;51