一种超小型体温和生物电阻抗测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医学及可穿戴设备技术领域，具体涉及一种超小型体温和生物电 阻抗测量装置的设计。
【背景技术】
[0002] 可穿戴计算机是一种新概念、超微型、可穿戴的计算机系统，由于可以"穿戴"在人 体上，所以可以实现人机之间自然、方便和直接的交互，使人们能以更自然的方式携带计算 设备和获得计算功能，最终实现人机之间的"最佳结合和协同"。据权威部门预测，可穿戴科 技会是市场上的下一个重头戏，未来三五年市场价值将从今天30~50亿美元发展到约500 亿美元，市场潜力非常巨大（魏保志.热点技术专利预警分析《可穿戴计算设备分册》[M]. 北京：知识产权出版社，2014,1)。市场上已经有一些极具创意和价值的可穿戴健康设备，例 如，ZephyrBioModule健身服。ZephyrBioModule健身服胸部位置有一个圆形的生物学传 感器（BioModule)，这个生物学传感器中有一个能够监测动作和速度的加速度计，能够测量 使用者的心率、呼吸速率和皮肤温度（魏保志.热点技术专利预警分析《可穿戴计算设备分 册》[M] ?北京：知识产权出版社，2014,10-11)。这恰恰说明把各种生理信号采集功能嵌入 到可穿戴设备领域具有极佳的应用前景。
[0003] 体温指机体深部的平均温度，有深部温度（胸腹腔、脏器和脑的温度）及表层温度 (体表温度）之分，它是反映人体健康状况的重要指标之一，其准确性直接影响到疾病的诊 断、治疗和护理。由于深部温度不易测试，临床上通常用腋窝、口腔、直肠等处温度来代表机 体体温。体温的常规测量手段主要为：接触式测量方法和非接触式测量方法。根据这2种 方法，常规的体温计分为：玻璃内汞温度计、温差电偶温度计、热敏电阻温度计以及红外线 体温计。
[0004] 生物电阻抗技术是指利用生物组织及器官的电学特征来提取人体生理信息的无 创检测技术。它是利用置于体表的电极向人类输入微弱的检测电流，然后测量适当部位的 电压变化，从而得到相关组织或器官的电阻抗变化情况，以获取生理及病理信息。这种技 术由于有无创伤、安全、价格低廉、简便等优点，广泛的应用在医学中，主要是包括：电抗血 流图，人体阻抗成像、人体成分测量等方面（dlx.鞍山市知识产权维权援助中心：生物电及 生物电阻抗技术专利情况分析[EB/0L].www.asl2330.gov.cn/fwtx/ShowArticle.asp? ArticleID= 1250,12月4日，2013)。市场上常见的基于生物电阻抗测量开发的设备多应 用在体脂称上面，例如欧姆龙公司的HBF-214脂肪测量仪。
[0005] 然而，传统的生物电阻抗测量仪器因为体积庞大、功耗高，所以无法很好地嵌入到 可穿戴设备当中，这导致了市场上很少有能进行生物电阻抗测量的可穿戴设备，而同时具 有体温测量以及生物电阻抗测量的设备则更少之又少。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了解决现有技术中传统的生物电阻抗测量仪器体积庞大、功耗 高，无法很好地嵌入到可穿戴设备当中的问题，提出了一种超小型体温和生物电阻抗测量 装置。
[0007] 本发明的技术方案为：一种超小型体温和生物电阻抗测量装置，包括FPC连接器 J1、FPC连接器J2、供电电路、四通道桥式体温测量电路、三通道生物电阻抗测量电路、测试 网络电路以及主功能芯片工作电路；FPC连接器J1、供电电路、四通道桥式体温测量电路、 三通道生物电阻抗测量电路、测试网络电路分别与主功能芯片工作电路连接，FPC连接器 J1与供电电路连接，FPC连接器J2与三通道生物电阻抗测量电路连接；
[0008] FPC连接器J1用于把外部电源接入供电电路并传输对外的数字信号；
[0009] 供电电路用于把外部的电源转换成额定电压；
[0010] 测试网络电路用于接受来自主功能芯片工作电路的激励信号，然后输出反馈信号 给主功能芯片工作电路进行采样；
[0011] FPC连接器J2内部与三通道生物电阻抗测量电路中的电流通道和电压通道相连， 用于提供与位于人体的电极片相连的接口；
[0012] 三通道生物电阻抗测量电路用于接收来自主功能芯片工作电路的激励信号，并通 过FPC连接器J2送入人体，然后接收来自人体的反馈信号，并将其送至主功能芯片工作电 路进行后续处理；
[0013] 四通道桥式体温测量电路用于接收来自主功能芯片工作电路的VLD0激励信号， 同时其内部的温度传感器在与人体接触后输出一个反馈信号到主功能芯片工作电路中进 行后续处理；
[0014] 主功能芯片工作电路包括调制电路、解调电路、数字电路、内部两级放大电路以及 ADC;调制电路产生激励信号，为其他电路提供输入信号；解调电路对其他电路的输出信号 进行解调，然后把解调后的信号送至ADC进行模数转换；内部两级放大电路放大四通道桥 式体温测量电路输出的信号，然后送至ADC进行模数转换；ADC采样过后得到的数据通过数 字电路部分传输至FPC连接器J1。
[0015] 优选地，主功能芯片工作电路的主功能芯片采用U1芯片AFE4300。
[0016] 优选地，FPC连接器J2为20pin的0. 5_脚间距的FPC连接器。
[0017] 优选地，FPC连接器J1为20pin的FPC连接器。
[0018] 优选地，供电电路使用U2芯片TLV71333为装置供电。
[0019] 优选地，四通道桥式体温测量电路的每个体温测量通道前端均有一个桥式电阻电 路；每个桥式电阻电路均包括3个1%。精度51K阻值的电阻与一个MF51E型NTC热敏电阻 器；每个桥式电阻电路正负输出端都分别接有1阶的RC滤波电路。
[0020] 优选地，三通道生物电阻抗测量电路的每个生物电阻抗测量通道都包括4路信号 线和4个ESD二极管；4路信号线中2路信号线为电流信号线，另外2路信号线为电压信号 线。
[0021] 本发明的有益效果是：
[0022] (1)本发明尺寸小，大小不超过25mmX25mm。
[0023] (2)本发明测量体温效果好，由于有四通道桥式体温测量电路，所以可以把4个传 感器放置在人体4个不同位置，从而提高体温测量的精度，使用本装置进行体温测量误差 不超过±0. 05 °C。
[0024] (3)本发明测量生物电阻抗的性能优秀，由于有三通道生物电阻抗测量电路，所以 可以对人体3个不同部位进行生物电阻抗的测量，从而得到更加精确的结果，使用本装置 进行生物电阻抗测量误差不超过±2n。
[0025] (4)本发明结构简单，方便使用。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明实施例中测量装置顶层的物理结构示意图。
[0027] 图2为本发明实施例中测量装置底层的物理结构示意图。
[0028] 图3为本发明实施例中测量装置电路结构示意图。
[0029] 图4为本发明实施例中FPC连接器J2结构示意图。
[0030] 图5为本发明实施例中FPC连接器J1结构示意图。
[0031] 图6为本发明实施例中供电电路图。
[0032] 图7为本发明实施例中四通道桥式体温测量电路图。
[0033] 图8为本发明实施例中MF51E型NTC热敏电阻阻值-温度曲线图。
[0034] 图9为本发明实施例中生物电阻抗模型图。
[0035] 图10为本发明实施例中三通道生物电阻抗测量电路图。
[0036] 图11为本发明实施例中测试网络电路图。
[0037] 图12为本发明实施例中主功能芯片工作电路图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
[0039] 本发明提供了一种超小型体温和生物电阻抗测量装置，其物理结构如图1、图2所 示，通过紧凑化设计、使用TI公司的AFE4300芯片和使用MF51E型NTC热敏电阻器，在保证 性能的情况下装置大小为不超过25mmX25mm。其中，区域1为FPC连接器J2,区域2为三 通道生物电阻抗测量电路，