一种交流阻抗测量电路及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于阻抗测量领域，特别是一种适用于人体交流阻抗测量的方法。
【背景技术】
[0002] 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W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，W及人体阻 抗测量法。
[0003] 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W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。
[0004] 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W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。
[0005] 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W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A阳4300人体阻抗测量忍片采用I/Q解调技术来实现单 一频率下阻容网络的实时测量，可W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。
[0006] 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W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=测量部位获得的第=测量电流值和电压值W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、=、四测量电流值均等于一电流值;根据第一、 二、=、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、=测量 部位之间的第二阻抗值、第二、四测量部位之间的第=阻抗值和第=、四测量部位之间的第 四阻抗值。本发明的方案可W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。
【发明内容】
[0007] 为解决上述问题，本发明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W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。
[0008] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0009] 一种交流阻抗测量电路，包括正弦电流发生器、W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。
[0010] 其中所述整流滤波电路具有两种模式:全波整流模式W及MIX模式。
[0011] 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RCFO和RCFl输出。直流信号送入ADC进行模拟数字转换就可W得 到阻容网络对应的电压值并换算出阻抗。
[0012] 进一步，正弦电流发生器包括直接数字合成器孤S1、数字模拟转换器DAC1、低通滤 波器LPFl;直接数字合成器后接有数字模拟转换器DACl，数字模拟转换器DACl后又接有低 通滤波器LPFl，直接数字合成器DDSl产生的正弦数字激励送入数字模拟转换器DACl，然后 转换成模拟信号送入低通滤波器LPFl输出正弦电压信号SIN0,通过高通滤波器接到运算放 大器OPAl的负输入端SINI;运算放大器OPAl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OPAl的输出端。
[0013] 所述高通滤波器由RlO和ClO串联于一起构成。
[0014] 控制信号可W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OPAl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VSPO和VSNO;阻容网络可 W是校准电阻，也可W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 W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KW及失调Vos。
[0015] 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VSPO和VSNO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VSPl和VSNl输出，VSPl和VSNl通过2选1开关SW20、SW21送入由运算 放大器0PA2W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、R WO得到阻容网络阻抗Z对应的直流电压Vrms。
[0016] 进一步，2选1开关SW20的输入分别接VSP巧日VSNl，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 0PA2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 VSPl和VSNl，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0PA2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SW20W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W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），W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VSPl接VINP，SW21选择VSNl接VI順;当SWP为低电平时，SW20选择VSNl 接VINP，而SW21选择VSPl接VI順。
[0017] 所述时序产生器由两个2选1开关SW22、SW23，W及比较器CMPO组成。2选1开关SW22 输入接VSPO和SINI，输出接比较器CMPO的正输入端;2选1开关SW23输入接VSNO和SIN0,输出 接比较器CMPO的负输入端;比较器CMPO的正输出SWP，负输出端为SWN。整流模式选择信号可 控制SW22、SW23的选择，当选择全波整流模式时，SW22将VSPO接入，SW23将VSNO接入；当选择 MIX整流模式时，SW22将SINI接入，SW23将SINO接入。
[0018] 本发明还提供一种交流阻抗测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
[0019] 101、采用至少两个阻值不同的标准电阻ROW及Rl进行校准，得到不同频率的正弦 激励、不同整流模式下阻抗Z-电压化ms的线性转换方程化ms = K*Z+V0S的斜率KW及失调 Vos的值;定义全波整流模式下转换方程斜率为Kf,失调为Vos, f;MIX模式下转换方程斜率 为Km,失调为Vos，m;
[0020] 102、对于待测阻容网络，采用全波整流模式测量得到电压值Vrms山￥迎3,:=肺：? Z I+Vos,f；
[0021] 103、对于待测阻容网络，采用MIX模式测量得到电压值Vrms，m，Vrms,m=肺m ? |Z| ? COS 目+Vos,m;
[0022] 104、待测阻容网络阻抗绝对值I Z I = (Vrms,f-Vos,f )/肺f，待测阻容网络的相角为0 = -a；TCCOS[(Vrms,m-Vos,m)/(Vrms,f-Vos,f) ?化bf/Kbm)];
[0023] W上步骤102和步骤103可W交换而不影响测量效果。
[0024] 因此，本发明设计的交流阻抗测量电路及方法，可W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。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明所实施的人体阻抗测量电路的电路图。
[0026] 图2是本发明所实施的整流滤波电路的电路图。
[0027] 图3是本发明所实施的时序产生器的电路图。
【具体实施方式】
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0029] 请参照图1、图2、图3所示，参见附图1所示为人体阻抗测量电路的实施例100,其中 正弦电流发生器110产生用于测量的正弦激励电流施加在待测阻容网络(一般为人体）130 两端，而整流滤波电路120从阻容网络130两端读取正弦电压信号并整流为直流信号，从电 容C20两端RCFO和RCFl输出。C20两端的直流信号送入ADC进行模拟数字转换就可W得到阻 容网络130对应的电压值并换算出阻抗。正弦电流发生器110包括直