一种新型的基于四电极结构的生物电阻测量方法

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1、Application．Communicationl一种新型的基于四电极结构的生物电阻测量方法ANewHi．ghPrecisionMeasurementofBiologicalImpedance王家海张志征PedroStange(同济大学中德学院西门子实验室，上海200092)摘要：提出了一种成本低而且精度高的人体阻抗测量系统。测量电路采用四电极结构，使每个电极模拟人体皮肤电阻，分别与人体的赤足接触，利用单片机产生50kHz的正弦波信号，经过四电极以及与其接触的人体后形成电压降，再经过信号放大电路处理，最终实现人体阻抗的测量。系统有效降低了产品的成本，克服了接触阻抗

2、以及空间电磁波的干扰，试验结果与理论值证明了测量方法具有高精度、高稳定性和准确性。关键词：生物阻抗测量电路人体成分DOI：10．3969／j．issn．1007—080x．2010．07．013Abstract：Thepurposeofthisstudyistodevelopalow-costandhighaccuracyimpedancemeasurementsystemofthehumanbody．Weconstructthemeasurementcircuitwithfour—electrodestructure；the4electrodescansimula

3、tetheresistanceofhumanskin，whenbarefeethavecontactwiththem．Themicrocontrollergenerates50kHzsinewavesignalsthroughthefourelectrodesandthefinallythecurrentwillgotothehumanbody，thevoltagedropwillbecreatedandthenthroughthesignalamplificationcircuit，wecanultimatelyachievethebodyimpedance．Th

4、ismethodeffectivelyreducesnotonlythecostoftheproduct，butalsotheinterferencefromcontactresistanceandtheelectromagneticwave，thissystemhasbeenusedfortestwithmanorbio-impedancesimulator，theresultsofthismeasurementarecomparedwiththetheoreticalvalue，itdemonstratedthat，itsstabilityandaccuracy

5、areverygood．Keywords：biologicalimpedancemeasuringcircuitbodycomposition0引言手到脚间阻抗谱扫描的方法预测人体水分、蛋白质含随着人们对身体健康的日益重视，家用生物电子量，但上述方法都是测量手到脚间的阻抗，距离远，电秤得到较快发展。其主要的功能之一是对人体成分的磁干扰大，需特殊设备，不适于生物电子秤。以往的生测量。现在基本上采用了生物阻抗测量法来测人体成物电子秤没有很好地处理皮肤电阻，导致测量结果与分，该方法具有无创、简便、廉价等特点，也得到了大量实际值有较大偏差，相关测量电路不能获得更高的测实验数

6、据的验证。许多生物学家建立了各种模型，例量精度，有待改进。本文提出了一种全新的测量方法，如Lukaski⋯等人测量人体手到脚的阻抗，建立了脂基于四电极结构，且能降低皮肤电阻影响，以50kHz肪、水分等成分的预测模型；Lorenzo⋯等人采用人体正弦波为激励测量双足间的人体阻抗，其操作简单。作者简介：王家海1964年生，工学博士，副教授。研究方向为现代集成制造和数字网络化制造。张志征1984年生，硕士研究生。研究方向为数字化制造和嵌入式系统控制。PedroStange1969年生，德国人，物理学博士。主要从事家用电器自动化。2010．7I机电一体化65一种新型的基于四

7、电极结构的生物电阻测量方法1实验原理特征频率为50kHz，当输入频率符合特征频率时，人1．1人体阻抗模型体的非脂肪成分和脂肪成分同时得到了最充分的根据FansanZhu、Edward·F．Leonard和Nathan·体现。W．Levin的模型理论，人体阻抗可以用图1的模型x表示。(Ohm)加电阻图4人体阻抗变化图2测量电路系统总体框图如图5所示。图1人体阻抗模型进一步分析发现，人体阻抗模型可以简化等效于一个RC电路，如图2所示。图中，c代表人体的电容性电阻，代表细胞外组织(extracellular)的电阻，威则代表细胞内组织(intracellular)的图