一种交流阻抗测量电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种交流阻抗测量电路，包括正弦电流发生器、以及整流滤波电路，其中正弦电流发生器产生正弦激励电流用于施加在待测人体两端，而整流滤波电路则从上述待测人体两端获取正弦电压信号，正弦电压信号输送给整流滤波电路进行整流，并整流直流信号，所述直流信号包含了待测人体的阻抗信息。本发明专利技术设计的交流阻抗测量电路及方法，可以通过单一频率准确测量阻容网络的阻抗绝对值和相位值，且具有更简化的电路和更低的成本，能够快速、准确地为人们提供测试结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于阻抗测量领域，特别是一种适用于人体交流阻抗测量的方法。
技术介绍
近年随着人们生活水平的提高，对自身的健康状况日益关注。例如，人们除了关注自己的体重之外，还进一步开始关注人体脂肪的含量，从而可以更加准确的把握自身的胖瘦程度。技术上测量脂肪含量有多种方法，例如经典的水下称重法，CT扫描法，以及人体阻抗测量法。人体阻抗测量的方法的基本原理是人体脂肪含水极小，因此相对于人体其他组织其阻抗很高；通过测量人体阻抗可以大致判断人体脂肪和非脂肪组织的比例，从而推算脂肪含量。人体阻抗测量大致分为直流阻抗测量和交流阻抗测量。直流阻抗测量通过在人体两个不同点输入直流电流，测量两点之间的电压来获得该两点之间的阻抗，优点是测量电路简单，缺点是测量结果包含了人体皮肤的阻抗；而在直流情况下，人体皮肤阻抗的值很大，且容易受皮肤自身状况和测量电极和皮肤接触状况影响，因此总的人体阻抗测量结果的准确度较差。交流阻抗测量将直流阻抗测量中的直流激励电流改为交流激励电流，从而使得人体皮肤阻抗的大幅度下降，成为总阻抗中可以忽略的部分，因此具有更高的准确度；但其缺点是电路较为复杂。此外，更准确分析显示，人体是一个阻容网络，因此交流阻抗测量能够分析阻容网络和直流测量不能。为了更加精确地分析人体的组成成分，仅仅测量人体阻抗的绝对值是不够的，还必须分析人体阻抗的相位特征，从而判断人体阻容网络的构成。例如可以通过多个频率的测量解析出阻容网络电阻和电容的值。但人体阻容网络的电阻和电容本身是一个和频率相关的量，因此多个频率的测量办法解析出的电阻和电容值是不准确的。采用单一频率进行阻容测量，有I/Q解调技术，例如TI的AFE4300人体阻抗测量芯片采用I/Q解调技术来实现单一频率下阻容网络的实时测量，可以得到阻容网络的绝对值和相位信息。但I/Q调制方法需要两套整流电路同时工作，电路上实现的代价较大，不利于降低电路复杂性和成本。在实时性要求不高的场合采用I/Q模式测量阻容网络不是经济的做法。如专利申请201210215174.0所描述的一种人体阻抗测量方法、装置及设备，该方法包括：获得第一非固定电极对在人体的躯干的第一测量部位获得的第一测量电流值和电压值以及在躯干的第二测量部位获得的第二测量电流值和电压值；获得第二非固定电极对在躯干的第三测量部位获得的第三测量电流值和电压值以及在躯干的第四测量部位获得的第四测量电流值和电压值；其中，第一、二、三、四测量电流值均等于一电流值；根据第一、二、三、四测量电压值及电流值，获得第一、第二测量部位之间的第一阻抗值、第一、三测量部位之间的第二阻抗值、第二、四测量部位之间的第三阻抗值和第三、四测量部位之间的第四阻抗值。本专利技术的方案可以提高人体阻抗的测量准确度，但是仍然存在电路实现复杂、成本高的缺陷，不利于降低电路复杂性和成本。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种交流阻抗测量电路及方法，该电路及方法可以通过单一频率测量阻容网络的阻抗绝对值和相位值，且具有更简化的电路和更低的成本。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。一种交流阻抗测量电路，包括正弦电流发生器、以及整流滤波电路，其中正弦电流发生器产生正弦激励电流用于施加在待测人体两端，而整流滤波电路则从上述待测人体两端获取正弦电压信号，正弦电压信号输送给整流滤波电路进行整流，并整流直流信号，所述直流信号包含了待测人体的阻抗信息。其中所述整流滤波电路具有两种模式：全波整流模式以及MIX模式。正弦电流发生器设置于待测阻容网络(一般为人体)两端，而整流滤波电路也接于阻容网络两端，从阻容网络两端读取正弦电压信号并整流为直流信号，直流信号从接于整流滤波电路的电容C20两端RCF0和RCF1输出。直流信号送入ADC进行模拟数字转换就可以得到阻容网络对应的电压值并换算出阻抗。进一步，正弦电流发生器包括直接数字合成器DDS1、数字模拟转换器DAC1、低通滤波器LPF1；直接数字合成器后接有数字模拟转换器DAC1，数字模拟转换器DAC1后又接有低通滤波器LPF1，直接数字合成器DDS1产生的正弦数字激励送入数字模拟转换器DAC1，然后转换成模拟信号送入低通滤波器LPF1输出正弦电压信号SINO，通过高通滤波器接到运算放大器OPA1的负输入端SINI；运算放大器OPA1的正输入端接共模电压VCM；待测阻容网络分别通过开关SW13接在SINI和运算放大器OPA1的输出端。所述高通滤波器由R10和C10串联于一起构成。控制信号可以控制SW13的断开或闭合，当上述某开关闭合时，则表示测试对应该支路的阻抗。在运算放大器OPA1的作用下，SINI和VCM电压近似相等，但SINO的正弦电压信号转换为正弦电流信号流经阻容网络，并在其两端产生电压信号VSP0和VSN0；阻容网络可以是校准电阻，也可以是待测的人体组织。通过两个已知阻值的校准电阻实现阻容网络，可以获得该阻抗测试电路的阻抗Z-电压Vrms的线性转换方程的斜率K以及失调Vos。所述整流滤波电路包括有单端转差分电路、运算放大器、差分运算电路及低通滤波器，其中，阻容网络的两端电压信号VSP0和VSN0送入整流滤波电路后，首先进入单端转差分电路转换为差分信号VSP1和VSN1输出，VSP1和VSN1通过2选1开关SW20、SW21送入由运算放大器OPA2以及差分运算电路整流后，送入低通滤波器滤波，在低通滤波器的电容C20两端RCF1、RCF0得到阻容网络阻抗Z对应的直流电压Vrms。进一步，2选1开关SW20的输入分别接VSP1和VSN1，输出接VINP；差分运算电路是由电阻R20-R23构成，电阻R20的一端接VINP，其另一端接电阻R22的一端，并接至运算放大器OPA2的正输入端；电阻R22的另一端接运算放大器负输出端；2选1开关SW21的输入分别接VSP1和VSN1，输出接VINN；电阻R21的一端接VINN，其另一端接电阻R23的一端，并接至运算放大器OPA2的负输入端；电阻R23的另一端接运算放大器正输出端；2选1开关SW20以及SW21连接于时序发生器，受时序发生器产生的开关信号SWP、SWN控制，但SWP和SWN固定为反相关系，因此仅仅通过SWP就可以理解系统的工作原理。时序产生器通过输入VSP0、VSN0相对关系(全波整流)，以及SINO和SINI的相对关系(MIX整流)产生数字控制信号SWP和SWN。当SWP为高电平时，SW20选择VSP1接VIN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流阻抗测量电路，包括正弦电流发生器、以及整流滤波电路，其中正弦电流发生器产生正弦激励电流用于施加在待测人体两端，而整流滤波电路则从上述待测人体两端获取正弦电压信号，正弦电压信号输送给整流滤波电路进行整流，并整流直流信号，所述直流信号包含了待测人体的阻抗信息。

【技术特征摘要】
1.一种交流阻抗测量电路，包括正弦电流发生器、以及整流滤波电路，其中正弦电流发生器产生正弦激励电流用于施加在待测人体两端，而整流滤波电路则从上述待测人体两端获取正弦电压信号，正弦电压信号输送给整流滤波电路进行整流，并整流直流信号，所述直流信号包含了待测人体的阻抗信息。
2.如权利要求1所述的交流阻抗测量电路，其特征在于其中所述整流滤波电路具有两种模式：全波整流模式以及MIX模式。
3.如权利要求1所述的交流阻抗测量电路，其特征在于正弦电流发生器包括直接数字合成器DDS1、数字模拟转换器DAC1、低通滤波器LPF1；直接数字合成器后接有数字模拟转换器DAC1，数字模拟转换器DAC1后又接有低通滤波器LPF1，直接数字合成器DDS1产生的正弦数字激励送入数字模拟转换器DAC1，然后转换成模拟信号送入低通滤波器LPF1输出正弦电压信号SINO，通过高通滤波器接到运算放大器OPA1的负输入端SINI；运算放大器OPA1的正输入端接共模电压VCM；待测阻容网络分别通过开关SW13接在SINI和运算放大器OPA1的输出端。
4.如权利要求3所述的交流阻抗测量电路，其特征在于所述高通滤波器由R10和C10串联于一起构成。
5.如权利要求1所述的交流阻抗测量电路，其特征在于所述整流滤波电路包括有单端转差分电路、运算放大器、差分运算电路及低通滤波器，其中，阻容网络的两端电压信号VSP0和VSN0送入整流滤波电路后，首先进入单端转差分电路转换为差分信号VSP1和VSN1输出，VSP1和VSN1通过2选1开关SW20、SW21送入由运算放大器OPA2以及差分运算电路整流后，送入低通滤波器滤波，在低通滤波器的电容C20两端RCF1、RCF0得到阻容网络阻抗Z对应的直流电压Vrms。
6.如权利要求5所述的交流阻抗测量电路，其特征在于2选1开关SW20的输入分别接VSP1和VSN1，输出接VINP；差分运算电路是由电阻R20-R23构成，电阻R20...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓，万巍，
申请(专利权)人：芯海科技深圳股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44