用于人体皮肤阻抗测量激励源设计

《用于人体皮肤阻抗测量激励源设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、用于人体皮肤阻抗测量激励源设计摘要：皮肤阻抗测量中，系统对激励源的质量要求很高。设计了一种基于AD9851和STC89C52的交变电流模式激励源。该激励源输出电流的幅值和频率在一定范围内可调，动态范围大，能用于人体皮肤阻抗的测量。试验表明，此激励源输出信号幅度和频率稳定性好，且输出阻抗高。关键词：压控电流源AD9851皮肤阻抗测量0PA454中图分类号：R318文献标识码：A文章编号：W07-9416(2012)12-0107-03研究表明，人体经络点处皮肤的阻抗低于周围非经络点的阻抗，经络点附近皮肤阻抗的测量对经络可视化研究具有重要意义。人体皮肤阻抗测量系统借助

2、置于体表经络点附近的电极向检测对象送入微小的交变测量电流，检测经络点附近的电压获得测量处的皮肤阻抗值［1］。测量系统中，产生微小电流信号的模块称为激励源，是影响系统性能的关键因素之一。因此系统对激励信号的频谱特性、稳定度等要求较高。为满足皮肤阻抗测量系统对激励源的需求，设计了基于AD9851的电流模式激励源，并对其性能进行了测试［2］。1、多通道皮肤阻抗测量系统硬件模型及测量原理多通道阻抗测量系统硬件模型主要包含五个重要模块:激励源模块，放大模块，求有效值模块，A/D转换模块和PC机数据处理显示模块。激励源产生频率和幅值稳定的正弦电流信号并通过一对电极导入待测部位

3、；放大模块放大测量电极导出的微弱电压信号；求有效值电路求得放大后的正弦电压信号有效值；A/D采集电路把前面转换得到的模拟信号转换位数字信号；PC处理A/D转换得到的数字信号计算并显示出测量部位的电阻值（如图1）。3通道阻抗测量等效电路（如图2）。图中Z0和Z1为激励电极和皮肤间的接触阻抗，Z2-Z5为测量电极和皮肤间的接触阻抗，Z6-Z8分别为对应测量电极间的皮肤阻抗。为了提高系统的测量精度，必须尽量减小电极与皮肤间接触阻抗的影响。采用输入阻抗高达10GQ仪表放大器AD620，测量电极与皮肤间的接触阻抗可忽略不计。交变电流模式的激励源有利于减小测量电极与皮肤间的接

4、触阻抗和电极极化的影响多通道皮肤阻抗测量系统的测量等效电路与上图2类似，如32通道皮肤阻抗测量系统则需要33个测量电极，32个AD620像图2—样依次连接得到32个电压，通过后级数据处理即可得到33个两两相邻电极之间的皮肤阻抗。激励源对阻抗测量系统而言至关重要，为进一步优化提高阻抗测量系统的精度，本文将重点讨论多通道人体皮肤阻抗测量系统中激励源的设计，测量系统的其它部分另文探讨。2、激励源原理及硬件实现皮肤阻抗测量激励源由基于AD9851和STC89C52的正弦信号波形发生单元和电压电流转换单元两大部分组成，总体结构（如图3）。其中波形发生单元又分为基于STC89

5、C52的频率控制显示单元和DDS信号滤波放大单元［3］。2.1键盘和显示模块矩阵键盘采用动态扫描方式工作，单片机P2.0-P2.3输出扫描信号，P2.4-P2.7处于守候状态。为了节约单片机的10资源，LCD1602采用四线驱动方式工作，其高四位数据口D4-D7接片机STC89C52的Pl.0-P1.3，数据命令选择端RS、读写选择端R/W和使能端E分别接Pl.4-P1.6。写数据和命令时，先写高四位再写低四位。2.2信号发生单元直接数字频率合成（DDS），是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。AD9851数字直接频率合成器是高度集成化芯片，采用

6、先进的DDS技术，结合内部高速、高性能D/A转换器，形成全数字编程控制的频率合成功能［4］。AD9851由数据输入寄存器、频率/相位寄存器、具有6倍参考时钟倍乘器的DDS芯片、10位的模/数转换器、内部高速比较器五大部分组成。AD9851采用串行数据和控制字加载方式。2.3滤波和信号放大单元AD9851输出信号中含有高频信号和大量的杂散谱线，为了得到频率单一稳定的正弦波，须滤除AD9851输出信号中无关的高频信号同时去除杂散谱线。因此，低通滤波器的滤波特性的好坏直接影响整个激励源的技术指标。根据AD9851内部原理和奈奎斯特采样定理，AD9851输出的最高频率是D

7、DS的时钟频率的50%,考虑到低通滤波器的设计难度以及对输出信号杂散的抑制，实际频率只迗到DDS时钟频率的40%。AD9851的工作时钟最高为180MHz，此时实际输出的最高频率约为72MHz。设计采用截止频率为70MHz的7阶椭圆滤波器滤除D/A转换输出的正弦波中的高频分量，7阶椭圆滤波器电路（如图4）[5，6]。7阶椭圆滤波器滤除了信号中的高频分量，但信号幅值尚不能满足人体皮肤电阻抗测量系统的要求。采用一阶无源高通滤波器滤除信号中的直流成分。用TI公司的高压运放0PA454组成的同相放大器放大信号，使输出正弦信号的峰峰值在4V-30V范围内可调。2.4电压电流

8、转换单元电