电极状态检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及物理测量技术领域，特别涉及一种电极状态检测系统。


背景技术：

2.随着科技的进步，越来越多新的治疗设备应用到脑卒中的康复治疗中，肌电生物反馈仪就是应用较为广泛的一种。在使用肌电生物反馈仪的过程中，需要使用电极采集人体肌电信息和进行微弱电流刺激，电极与人体皮肤(或称为负载)的接触状态会直接影响治疗效果。在治疗过程中，如果电极脱落，会影响采集数据的准确性，影响刺激信号的治疗效果。所以，一种安全有效可靠的检测电极与皮肤接触状态的系统就尤为重要。
3.目前，常见的检测电极脱落的方法是通过操作者用眼观察电极与人体皮肤的接触状态，由于操作者用眼观察的人为误差，而导致的无法及时准确的反应电极与人体皮肤的接触状态，进而影响了治疗效果。针对上述问题，目前也提出了一些用于检测电极与人体皮肤的接触状态的装置，其具体操作过程为：在直流激励源的条件下，测量人体皮肤的阻抗值，之后，再通过判断人体皮肤的阻抗值的大小来确定粘贴在人体皮肤上电极是否脱落。
4.然而，由于人体的皮肤呈现容性阻抗，而根据电容的通交流、阻直流的特性可知，现有的采用直流激励源的检测装置不能泄放电荷，因此，其只能检测到人体皮肤中的阻性阻抗，而其无法检测到人体皮肤中的容性阻抗，进而降低了检测装置的检测精度，影响了测量速度和精度。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种电极状态检测系统，以解决现有技术中由于无法准确检测出负载的阻抗值，从而导致操作者未能及时发现电极与负载的脱落状态，进而影响治疗效果的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电极脱落状态检测系统，包括电极，并通过所述电极与负载连接，以用于检测所述电极与负载的连接状态；并且，所述电极状态检测系统还包括：阻抗检测装置、处理器和指示装置；其中，
7.所述阻抗检测装置，与所述电极连接，用于通过所述电极将所述阻抗检测装置产生的交流激励信号传输至所述负载，且获得所述负载对所述交流激励信号所产生的响应，并输出将所述响应进行数字化转换后的阻抗信号；
8.所述处理器，与所述阻抗检测装置连接，用于根据所述阻抗信号，计算所述阻抗信号对应的负载阻抗值，并根据所述负载阻抗值判断所述电极与所述负载的连接状态；
9.指示装置，与所述处理器连接，用于根据所述处理器的判断结果触发相应的指示操作，以实时反馈所述电极与负载的连接状态。
10.进一步的，所述阻抗检测装置包括：激励信号输出单元，负载响应输入单元和阻抗检测芯片，其中，所述阻抗检测芯片设有输入引脚和输出引脚；
11.所述激励信号输出单元，分别与所述电极和所述阻抗检测芯片的输出引脚连接，
用于通过所述电极将所述阻抗检测芯片产生的交流激励信号传输至所述负载；
12.所述负载响应输入单元，分别与所述电极和所述阻抗检测芯片的输入引脚连接，并用于接收所述电极发送的所述负载对所述交流激励信号所产生的电压降，且将所述电压降转换为电流信号后发送至所述阻抗检测芯片；
13.所述阻抗检测芯片，用于对接收到的所述电流信号进行数字化转换，并将转换后所得到的阻抗信号发送至所述处理器。
14.进一步的，所述激励信号输出单元包括第三电容(c3)、第四电阻(r4)、第六电阻(r6)和第四运算放大器(u4)；其中，所述第三电容(c3)的一端与所述阻抗检测芯片的输出引脚连接，另一端与所述第四运算放大器(u4)的同相输入端、所述第四电阻(r4)的一端以及所述第六电阻(r6)的一端连接，所述第四运算放大器(u4)的反相输入端和其输出端短接后，连接所述电极，所述第四电阻(r4)的另一端与芯片工作电压连接，且所述第六电阻(r6)的另一端与参考地端连接。
15.进一步的，所述负载响应输入单元包括第一至第三电阻(r1～r3)、反馈电阻(rfb)和第三运算放大器(u3)；其中，所述第一电阻(r1)的一端与所述第二电阻(r2)的一端以及所述第三运算放大器(u3)的同相输入端连接，所述第一电阻(r1)的另一端与所述芯片工作电压连接，且所述第二电阻(r2) 的另一端与所述参考地端连接，所述反馈电阻(rfb)的一端与所述电极以及所述第三运算放大器(u3)的反相输入端连接，所述反馈电阻(rfb)的另一端与所述第三运算放大器(u3)的输出端以及所述第三电阻(r3)的一端连接，所述第三电阻(r3)的另一端与所述阻抗检测芯片的输入引脚连接。
16.进一步的，所述阻抗检测芯片为ad5933芯片、ad5934芯片以及ad5940 芯片中的至少一种。
17.进一步的，所述阻抗检测芯片由dds信号发生器、数模转换器、可编程增益放大器、数字信号处理器以及低通滤波器组成。
18.进一步的，所述交流激励信号的范围可以为50hz～90hz。
19.进一步的，所述处理器采用具有i2c接口和i/o接口的stm32单片机或8051 单片机。
20.进一步的，所述处理器的内部还可以设置有晶振电路和复位电路。
21.进一步的，所述指示装置包括蜂鸣器和指示灯；其中，
22.所述蜂鸣器用于在所述处理器判断出所述负载的阻抗值大于阻抗阈值时发出警报，以提醒操作者所述电极与负载当前处于脱落状态；
23.所述指示灯用于在所述处理器判断出所述负载的阻抗值小于所述阻抗阈值时点亮，以提醒操作者所述电极与负载当前处于连接状态。
24.与现有技术相比，本实用新型至少具有如下技术效果：
25.在本实用新型提供了一种电极状态检测系统，针对现有技术中，采用直流激励源的检测装置是不能泄放电荷的，因此，其只能检测到负载中的阻性阻抗，而其无法检测到负载中的容性阻抗，进而降低了检测装置的检测精度不高的问题，本实用新型提供的电极状态检测系统，通过巧妙的将电极的状态检测与负载阻抗检测相结合，并使用可以产生对负载中的阻性阻抗和容性阻抗均进行测量的交流激励信号的阻抗检测装置，作为负载阻抗的检测回路，从而使负载的阻抗值检测结果更为准确，从而提高了测量速度和测量精度；并
且，通过使用指示装置使电极和负载的连接状态可以直观的表现出来，进而避免了由于操作者的疏忽，导致未能及时发现电极与负载的脱落状态而影响治疗效果的问题。
附图说明
26.图1为本实用新型一实施例中提供的电极状态检测系统的结构示意图；
27.图2为图1所示的电极状态检测系统对应的功能模块结构示意图；
28.图3为本实用新型一实施例中提供的负载阻抗等效模型的结构示意图；
29.图4为本实用新型一实施例中提供的电极状态检测系统的电路结构示意图。
具体实施方式
30.承如背景技术所述，目前，常见的检测电极脱落的方法是通过操作者用眼观察电极与人体皮肤(负载)的接触状态，由于操作者用眼观察的人为误差，而导致的无法及时准确的反应电极与人体皮肤的接触状态，进而影响了治疗效果。针对上述问题，目前也提出了一些用于检测电极与人体皮肤的接触状态的装置，其具体操作过程为：在直流激励源的条件下，测量人体皮肤的阻抗值，之后，再通过判断人体皮肤的阻抗值的大小来确定粘贴在人体皮肤上电极是否脱落。
31.然而，由于人体的皮肤呈现容性阻抗，而根据电容的通交流，阻直流的特性可知，现有的采用直流激励源的检测装置是不能泄放电荷的，因此，其只能检测到人体皮肤中的阻性阻抗，而其无法检测到人体皮肤中的容性阻抗，进而降低了检测装置的检测精度，影响了测量速度和精度。
32.为此，本实用新型提供了一种电极状态检测系统，以解决现有技术中由于无法准确检测出负载的阻抗值，从而导致操作者未能及时发现电极与负载的脱落状态，进而影响治疗效果的技术问题。
33.以下将对本实用新型的一种电极状态检测系统作进一步的详细描述。下面将参照附图1至附图4对本实用新型进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。
34.参考图1和图2，图1为本实用新型一实施例中提供的电极状态检测系统的结构示意图，图2为图1所示的电极状态检测系统对应的功能模块结构示意图。如图1所示，所述电极状态检测系统包括：电极10、阻抗检测装置20、处理器 30和指示装置40。如图2所示，所述阻抗检测装置20可以包括：激励信号输出单元，负载响应输入单元和阻抗检测芯片，所述阻抗检测芯片可以设有输入引脚和输出引脚。具体的，如图2所示，所述阻抗检测芯片可以包括：dds信号发生器、数模转换器、可编程增益放大器、数字信号处理器以及低通滤波器。所述处理器30包括i2c接口、i/o接口、晶振电路和复位电路。而所述指示装置40可以包括蜂鸣器和指示灯。
35.其中，所述交流激励信号的范围可以为50hz～90hz。
36.由于本实用新型提供的电极状态检测系统是用于检测电极与负载的连接状态的，因此，电极10的一端是与阻抗检测装置20连接，其另一端应与负载连接。而又由于在实际应
用中，负载不是单纯的电阻，而是等效为如图3所示的一个电阻和电容并联的结构，因此，基于负载的阻抗特性和为了便于准确的检测出负载的阻抗信息，本实用新型提供了一种将可以产生交流激励信号的阻抗检测装置20，作为负载阻抗的检测回路，从而使负载的阻抗值检测结果更为准确，进而提高测量速度和测量精度。
37.具体的，所述阻抗检测装置20，与所述电极10连接，用于通过所述电极 10将阻抗检测装置20内部所述dds信号发生器所产生的交流激励信号传输至所述负载，且获得所述负载对所述交流激励信号所产生的响应，并输出将所述响应进行数字化转换后的阻抗信号。
38.所述处理器30，与所述阻抗检测装置20连接，用于根据所述阻抗信号，计算所述阻抗信号对应的负载阻抗值，并根据所述负载阻抗值判断所述电极10与所述负载的连接状态。
39.所述指示装置40，与所述处理器30连接，用于根据所述处理器30的判断结果触发相应的指示操作，以实时反馈所述电极10与负载的连接状态。
40.进一步的，所述激励信号输出单元，分别与所述电极10和所述阻抗检测芯片23的输出引脚连接，用于通过所述电极10将所述阻抗检测芯片产生的交流激励信号传输至所述负载。
41.所述负载响应输入单元，分别与所述电极10和所述阻抗检测芯片的输入引脚连接，并用于接收所述电极10发送的所述负载对所述交流激励信号所产生的电压降，且将所述电压降转换为电流信号后发送至所述阻抗检测芯片。
42.所述阻抗检测芯片，用于对接收到的所述电流信号进行数字化转换，并将转换后所得到的阻抗信号发送至所述处理器30。
43.其中，所述阻抗检测芯片可以为ad5933芯片、ad5934芯片以及ad5940 芯片中的至少一种。所述处理器30可以为具有i2c接口和i/o接口的stm32 单片机或8051单片机。示例性的，本实用新型提供的电极状态检测系统采用的 ad5933芯片作为阻抗检测芯片，并采用stm32单片机为处理器30。
44.为了便于理解，本实用新型通过元器件电路连接的方式来解释电极状态检测系统具体是如何工作的。
45.参见图4，图4为本实用新型一实施例中提供的电极状态检测系统的电路示意图。如图4所示，所述阻抗检测装置20对应的电路图包括所述激励信号输出单元对应的电路图、所述负载响应输入单元对应的电路图和阻抗检测芯片u1。
46.其中，所述激励信号输出单元可以包括第三电容c3、第四电阻r4、第六电阻r6和第四运算放大器u4；其中，所述第三电容c3的一端与所述阻抗检测芯片u1的输出引脚vout连接，另一端与所述第四运算放大器u4的同相输入端 (+)、所述第四电阻r4的一端以及所述第六电阻r6的一端连接，所述第四运算放大器u4的反相输入端(-)和其输出端短接后，连接所述电极10，所述第四电阻r4的另一端与芯片工作电压vcc连接，且所述第六电阻r6的另一端与参考地端gnd连接。
47.所述负载响应输入单元包括第一至第三电阻r1、r2、r3、反馈电阻rfb和第三运算放大器u3；其中，所述第一电阻r1的一端与所述第二电阻r2的一端以及所述第三运算放大器u3的同相输入端(+)连接，所述第一电阻r1的另一端与所述芯片工作电压vcc连接，且所
述第二电阻r2的另一端与所述参考地端gnd连接，所述反馈电阻rfb的一端与所述电极10以及所述第三运算放大器u3的反相输入端(-)连接，所述反馈电阻rfb的另一端与所述第三运算放大器u3的输出端以及所述第三电阻r3的一端连接，所述第三电阻r3的另一端与所述阻抗检测芯片u1的输入引脚vin连接。
48.其中，所述第四运算放大器u4与第四电阻r4、第六电阻r6形成一个电压跟随器，由于电压跟随器对前级电路相当于开路，而其输出电压又不受后级阻抗影响，故可以使输出与负载阻抗形成隔离，将负载对于输入端的影响隔离掉。
49.并且，所述第三运算放大器u3与被测阻抗及反馈电阻rfb形成同相放大器，在已知反馈电阻rfb的情况下，根据伏安法侧电阻阻值的原理可知，只要求出第三运算放大器u3的输出端电压和反相输入端电压就能得到被测阻抗的阻值大小。
50.并且，由图4可知，所述被测阻抗即为人体皮肤作为负载的模型，所述阻抗检测芯片u1的avdd1输出端和dvdd输出端还连接有由电容c1和电容 c2组成的输入滤波电容。
51.进一步的，所述处理器30由stm32单片机u5、连接在其引脚5和引脚6 之间的晶振电路以及连接在其引脚4上的复位电路组成。
52.进一步的，在所述处理器30的stm32单片机u5的引脚16上连接有所述指示装置40的指示灯电路，以及在stm32单片机u5的引脚17上连接有所述指示装置40的蜂鸣器电路。
53.其中，所述蜂鸣器电路用于在所述处理器30判断出所述负载的阻抗值大于阻抗阈值时发出警报，以提醒操作者所述电极与负载当前处于脱落状态。所述指示灯电路用于在所述处理器30判断出所述负载的阻抗值小于所述阻抗阈值时点亮，以提醒操作者所述电极10与负载当前处于连接状态。
54.在本实施例中，电极10可以包括第一电极(未图示)和第二电极(未图示)，所述第一电极和第二电极均粘贴在负载上，以和所述阻抗检测装置20形成测试回路。当阻抗检测装置20通过dds信号发生器产生的交流激励信号通过激励信号输出单元和第一电极传递到负载，之后，负载由于收到交流激励信号的激励而产生电压降，并将所述电压降通过第二电极传输到阻抗检测装置20的负载响应输入单元；所述负载响应输入单元将所述电压降转换为电流信号之后，传输到阻抗检测芯片u1，阻抗检测芯片u1接收到该信号之后可以通过其数模转换器对其进行数字化处理，从而得到所述负载模型对应的阻抗信息，并将该阻抗信息通过i2c接口发送给所述处理器30，处理器30接收到该阻抗信息之后，可以根据如下公式计算该阻抗信息对应的阻抗值。
[0055][0056]
其中，而r为阻抗检测芯片u1的实值寄存器和虚值寄存器的值，增益系数＝(1r1)/幅度，而r1为第一电阻r1的阻值。
[0057]
之后，处理器30判断所述计算出的负载的阻抗值与预设阻抗阈值的关系，若判断结果为所述负载的阻抗值大于阻抗阈值，则所述处理器30控制所述指示装置40中的蜂鸣器发出警报，以提醒操作者所述电极与负载当前处于脱落状态；若判断结果为所述负载的阻抗值小于所述阻抗阈值，则所述处理器30控制所述指示装置40中的指示灯点亮，以提醒操作者所述电极与负载当前处于连接状态。
[0058]
由于负载表面多为角质层，而角质层的电阻率约为几百千欧，并且，因为 ad5933
的测量范围为1k～100m，因此，在本实施例中，可以将阻抗阈值设置为1mω，即，当所述负载的阻抗值大于1mω时，蜂鸣器发出警报，当所述负载的阻抗值大于1k且小于1mω时，指示灯点亮。
[0059]
综上所述，在本实用新型提供了一种电极状态检测系统，针对现有技术中，采用直流激励源的检测装置是不能泄放电荷的，因此，其只能检测到负载中的阻性阻抗，而其无法检测到负载中的容性阻抗，进而降低了检测装置的检测精度不高的问题，本实用新型提供的电极状态检测系统，通过巧妙的将电极的状态检测与负载阻抗检测相结合，并使用可以产生对负载中的阻性阻抗和容性阻抗均进行测量的交流激励信号的阻抗检测装置，作为负载阻抗的检测回路，从而使负载的阻抗值检测结果更为准确，从而提高了测量速度和测量精度；并且，通过使用指示装置使电极和负载的连接状态可以直观的表现出来，进而避免了由于操作者的疏忽，导致未能及时发现电极与负载的脱落状态而影响治疗效果的问题。
[0060]
此外，本实用新型的实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信，
[0061]
存储器，用于存放计算机程序；
[0062]
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现本实用新型实施例提供的电极脱落状态检测系统。
[0063]
另外，处理器执行存储器上所存放的程序而实现的一种电极脱落状态检测系统的其他实现方式，与前述方法实施例部分所提及的实现方式相同，这里也不再赘述。
[0064]
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(peripheralcomponent interconnect，pci)总线或扩展工业标准结构(extended industrystandardarchitecture，eisa)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0065]
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
[0066]
存储器可以包括随机存取存储器(randomaccess memory，ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory，nvm)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
[0067]
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit， cpu)、网络处理器(network processor，np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignal processing，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit， asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
[0068]
在本实用新型提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的电极脱落状态检测系统。
[0069]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本实用新型实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储
介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid statedisk(ssd))等。
[0070]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0071]
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备以及计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0072]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。