专利名称：便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种便携式的情绪相关生理参数检测装置，涉及生物医学工程领域中用于对人体生理参数如体温、皮肤电阻、心率的检测装置，也涉及心理测试综合仪器。
背景技术：
情绪与情感在人类生活中起着重要的作用，它是人类自身生活和社会交往不可缺少的重要组成部分，正确理解情绪的作用原理将有利地推动个人健康与社会的和谐发展。情绪是一种主观意识，但情绪状态的变化总会伴随一定的生理变化，从而使我们可以用一套客观的评价标准来研究情绪状态。皮肤温度、皮肤电阻和脉搏都是对情绪变化非常敏感的生理参数。现有的生理参数检测仪大多是针对医学上的应用，一般放置于医院中用于了解患 者的身体状况，一般不测量皮肤电阻生理参数。此外，这些仪器体积庞大，传感器佩戴复杂，不方便携带和使用。本发明针对的应用是情绪相关的研究，可以准确的测量情绪相关生理参数，具有携带佩戴方便，低功耗可以长时间存储，使用方便易操作等特点。适用于情绪分析，心理分析，智力及潜能等方面的研究，也适用于家用和个人用途。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置及检测方法。便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置，包括控制采集系统和上位机分析系统，其中控制采集系统包括电源模块、皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块、采集控制模块、通讯模块；皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块分别与采集控制模块相连，通讯模块连接采集控制系统和上位机分析系统。所述的皮肤温度测量模块电路包括热电偶、热电偶调理芯U11、运放U13A和电阻电容，热电偶的两端接至电极ThermalA和电极ThermalB,电极ThermalA和电极ThermalB的输入信号接至Ull的引脚I和引脚14，U11的引脚4，引脚7和引脚13接至电源的地端，Ull的引脚11和引脚12之间串联一个发光二极管D5和一个电阻R31，引脚11接至6V的电源端并与引脚10之间并联电容C28，Ull的引脚8和9并在一起，并与引脚10之间并联一个电容C26，电阻R33连接Ull的引脚8和运放U13A的引脚3 ；U13A的引脚3与地之间并联电容C27，引脚2通过电阻R32接至引脚1，引脚2通过电阻R30接至电源地端，引脚8接至6V电源，引脚4接至电源的地端，引脚I输出的信号记为temperature信号。所述的皮肤电阻测量模块包括顺次相连的正弦信号发生器、电极、电流-电压转化模块、滤波和放大模块；滤波和放大模块与采集和控制系统相连并构成反馈系统。所述的脉搏测量电路的脉搏波滤波器UlO的引脚5和引脚7分别接至脉搏传感器的电极Pl端和电极P2端，引脚6接至IV电源，引脚4接至3. 3V电源，引脚2串联一个滑动电阻R29接至电源地端，引脚I输出的信号输出至采集控制系统。所述的测量控制模块电路包括晶振电路和处理器芯片，处理器芯片采用TI公司的MSP430F149 ;振荡器Y2接至芯片的引脚8和引脚9，引脚61和引脚62之间通过O欧电阻R13连接，晶振Yl两端分别串联一个电容C13和C12接至电源地端，U6的引脚52和引脚53分别接至晶振的两端;引脚I和引脚64并联接至3. 3V电源，引脚10接至2. 5V电源。所述的电源模块电路的连接器Pl接至4*1. 5V的电池，输出6V电压并联电容C9和C10，接至稳压芯片U4的引脚3和引脚1，引脚2和引脚4并联，输出电压3. 3V ;输出端与电源地端之间并联电容Cll和电源C14，电阻Rll和发光二极管D2串联，他们并联至3. 3V输出端与地端之间；芯片U5为输出负压芯片，引脚3和引脚6接至地端，引脚2和引脚4之间并联电容C16，引脚8串联电阻R34接至3. 3V电源端，引脚5通过电容C19接至地端，弓丨脚5输出的电压即为-3. 3V电压；芯片U9为稳压芯片，输出2. 5V和IV的电压；引脚2和引脚4分别接至3. 3V电源端和地端，之间并联电容C23和电容C24，引脚6与地之间串联电容C25，引脚6输出的电压即为2. 5V，引脚6通过串联电阻R27和滑动电阻R28接至电源地端，电阻R27和滑动电阻R28输出的电压即为IV。所述的通讯模块电路U7为MAX232芯片，引脚I和引脚3之间并联电容Cl7，引脚4和引脚5并联电容C20，引脚16接至3. 3V电源并与引脚2并联电容C18，引脚15接至电源地端并且通过串联电容C22接至3. 3V电源端。引脚6串联电容C21接至电源地端；J3为DB9接口，引脚2接至U7的引脚14，引脚3接至U7的引脚13，引脚5接至电源的地端；P5为输出端口，给蓝牙模块供电；P6为跳线模块，通过连接不同的跳线选择串口或蓝牙通讯。所述的上位机分析系统脉搏波，皮肤电阻，皮肤温度信号的实时显示，在线定时长存储，和数据的回放；皮肤电导基线调整命令的发送。一种便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的方法，步骤如下
O记录被试的年龄、性别和健康状况基本信息；
2)用绷带将脉搏波传感器固定在被试的桡动脉出，将皮肤电阻电极固定在被试食指和中指的第一关节处，用绷带将皮肤温度传感器固定在被试的额头部位；
3)给予被试刺激，或者给予被试一些任务，在这个过程中检测上位机分析系统实时显示并保存被试三个生理参数的响应曲线；
4)对保存的数据进行脉率的计算，波形的微分，求平均值处理。本发明的有益效果是，可以准确的测量情绪相关生理参数，具有携带佩戴方便，低功耗可以长时间存储，使用方便易操作等特点。适用于情绪分析，心理分析，智力及潜能等现场评定。
图I是便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置结构示意 图2是皮肤温度测量模块电路示意 图3是皮肤电阻测量模块示意 图4是脉搏测量模块电路示意 图5是采集控制模块电路示意图；·
图6是电源模块电路示意图；图7是通讯模块电路示意 图8是上位机分析系统界面示意图。
具体实施例方式本发明结构图如图I所示，它包括控制采集系统和上位机分析系统，其中控制采集系统包括电源模块、皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块、采集控制模块、通讯模块；皮肤温度测量模块测量皮肤温度，皮肤电阻测量模块测量皮肤电阻，脉搏测量模块实时测量脉搏信号；皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块分别与采集控制模块相连，通讯模块连接采集控制系统和上位机分析系统；电源模块为皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块、采集控制模块和通讯模块供电。所述的皮肤温度测量模块电路如图2所示，可以准确的测量皮肤温度。电路由热 电偶、一个热电偶调理芯UlI、一个运放U13A和电阻电容等组成。ThermalA和ThermalB接至热电偶的两端，该输入信号接至Ull的引脚I和引脚14，Ull的引脚4，引脚7和引脚13接至电源的地端，Ull的引脚11和引脚12之间串联一个发光二极管D5和一个电阻R31，引脚11接至6V的电源端并与引脚10之间并联电容C28，U11的引脚8和9并在一起，并与引脚10之间并联一个电容C26，电阻R33连接Ull的引脚8和运放U13A的引脚3 ;U13A的引脚3与地之间并联电容C27，引脚2通过电阻R32接至引脚1，同时，通过电阻R30接至电源地端，引脚8接至6V电源，引脚4接至电源的地端，引脚I输出的信号记为temperature信号。所述的皮肤电阻测量模块如图3所示，可以测量皮肤电反应。正弦信号发生器产生频率为75hz，幅值为300mv的正弦波，该正弦信号输出至电极，电极另一端的信号经过电流-电压转化，并经过滤波和放大，送至采集和控制系统。该模块中存在一个反馈的系统，由于皮肤电阻随个体的不同而差异较大，反馈系统可以保证皮肤电阻测量系统的输出在一个合适的范围内。可以适用于不同的被试。所述的脉搏测量电路如图4所示，传感器采用的是偏氟乙烯(PVDF)材料对桡动脉脉搏波进行检测，具有检测灵敏度高，稳定性好的特点。脉搏波滤波器UlO的引脚5和引脚7分别接至脉搏传感器的Pl端和P2端，引脚6接至IV电源，引脚4接至3. 3V电源，引脚2串联一个滑动电路R29接至电源地端，引脚I输出的信号输出至采集控制系统。所述的测量控制模块电路如图5所示，主要由晶振电路，处理器芯片构成，处理芯片采用TI公司的MSP430F149。振荡器Y2接至芯片的引脚8和引脚9，引脚61和引脚62之间通过O欧电阻R13连接，晶振Yl两端分别串联一个电容C13和C12接至电源地端，U6的引脚52和引脚53分别接至晶振的两端。引脚I和引脚64并联接至3. 3V电源，引脚10接至2. 5V电源。所述的电源模块电路如图6所示，连接器Pl接至4*1. 5V的电池，输出6V电压并联电容C9和C10，接至稳压芯片U4的引脚3和引脚1，引脚2和引脚4并联，输出电压3. 3V ；输出端与电源地端之间并联电容Cll和电源C14，电阻Rll和发光二极管D2串联，他们并联至3. 3V输出端与地端之间。芯片U5为输出负压芯片，引脚3和引脚6接至地端，引脚2和引脚4之间并联电容C16，引脚8串联电阻R34接至3. 3V电源端，引脚5通过电容C19接至地端，引脚5输出的电压即为-3. 3V电压。芯片U9为稳压芯片，输出2. 5V和IV的电压。引脚2和引脚4分别接至3. 3V电源端和地端，之间并联电容C23和电容C24，引脚6与地之间串联电容C25，引脚6输出的电压即为2. 5V，引脚6通过串联电阻R27和滑动电阻R28接至电源地端，电阻R27和滑动电阻R28输出的电压即为IV。所述的通讯模块电路如图7所示。U7为MAX232芯片，引脚I和引脚3之间并联电容C17，引脚4和引脚5并联电容C20，引脚16接至3. 3V电源并与引脚2并联电容C18，引脚15接至电源地端并且通过串联电容C22接至3. 3V电源端。引脚6串联电容C21接至电源地端；J3为DB9接口，引脚2接至U7的引脚14，引脚3接至U7的引脚13，引脚5接至电源的地端；P5为输出端口，给蓝牙模块供电；P6为跳线模块，通过连接不同的跳线选择串口或蓝牙通讯。所述的上位机分析系统界面如图8所示，主要包括脉搏波，皮肤电阻，皮肤温度信号的实时显示，在线定时长存储，和数据的回放；皮肤电导基线调整命令的发送。上位机程 序通过蓝牙接收到下位机的数据后，进行实时显示和存储等操作，也可以根据需求对皮肤电导基线进行调整，也可以对历史数据进行回放。本发明可用于实际的情绪相关生理参数的检测，检测过程如下
1)记录被试的年龄、性别和健康状况等基本信息；
2)用绷带将脉搏波传感器固定在被试的桡动脉出，将皮肤电阻电极固定在被试食指和中指的第一关节处，用绷带将皮肤温度传感器固定在被试的额头部位。根据信号的状况进行一些调整；
3)给予被试刺激，或者给予被试一些任务。在这个过程中检测系统实时显示并保存被试三个生理参数的响应曲线。对保存的数据进行脉率的计算，波形的微分，求平均值等处理。供后续分析使用。
权利要求
1.一种便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置，其特征在于，它包括控制采集系统和上位机分析系统，其中控制采集系统包括电源模块、皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块、采集控制模块、通讯模块；皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块分别与采集控制模块相连，通讯模块连接采集控制系统和上位机分析系统。
2.根据权利要求I所述的便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置，其特征在于，所述的皮肤温度测量模块电路包括热电偶、热电偶调理芯U11、运放U13A和电阻电容，热电偶的两端接至电极ThermalA和电极ThermalB,电极ThermalA和电极ThermalB的输入信号接至Ull的引脚I和引脚14，U11的引脚4，引脚7和引脚13接至电源的地端，Ull的引脚11和引脚12之间串联一个发光二极管D5和一个电阻R31，引脚11接至6V的电源端并与引脚10之间并联电容C28，Ull的引脚8和9并在一起，并与引脚10之间并联一个电容C26，电阻R33连接Ull的引脚8和运放U13A的引脚3 ；U13A的引脚3与地之间并联电容C27，引脚2通过电阻R32接至引脚1，引脚2通过电阻R30接至电源地端，引脚8接至6V电源，引脚4接至电源的地端，引脚I输出的信号记为temperature信号。
3.根据权利要求I所述的便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置，其特征在于，所述的皮肤电阻测量模块包括顺次相连的正弦信号发生器、电极、电流-电压转化模块、滤波和放大模块；滤波和放大模块与采集和控制系统相连并构成反馈系统。
4.根据权利要求I所述的便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置，其特征在于，所述的脉搏测量电路的脉搏波滤波器UlO的引脚5和引脚7分别接至脉搏传感器的电极Pl端和电极P2端，引脚6接至IV电源，引脚4接至3. 3V电源，引脚2串联一个滑动电阻R29接至电源地端，引脚I输出的信号输出至采集控制系统。
5.根据权利要求I所述的便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置，其特征在于，所述的测量控制模块电路包括晶振电路和处理器芯片，处理器芯片采用TI公司的MSP430F149 ;振荡器Y2接至芯片的引脚8和引脚9，引脚61和引脚62之间通过O欧电阻R13连接，晶振Yl两端分别串联一个电容C13和C12接至电源地端，U6的引脚52和引脚53分别接至晶振的两端;引脚I和引脚64并联接至3. 3V电源，引脚10接至2. 5V电源。
6.根据权利要求I所述的便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置，其特征在于，所述的电源模块电路的连接器Pl接至4*1.5V的电池，输出6V电压并联电容C9和C10，接至稳压芯片U4的引脚3和引脚1，引脚2和引脚4并联，输出电压3. 3V ;输出端与电源地端之间并联电容Cll和电源C14，电阻Rll和发光二极管D2串联，他们并联至3. 3V输出端与地端之间；芯片U5为输出负压芯片，引脚3和引脚6接至地端，引脚2和引脚4之间并联电容C16，引脚8串联电阻R34接至3. 3V电源端，引脚5通过电容C19接至地端，弓丨脚5输出的电压即为-3. 3V电压；芯片U9为稳压芯片，输出2. 5V和IV的电压；引脚2和引脚4分别接至3. 3V电源端和地端，之间并联电容C23和电容C24，引脚6与地之间串联电容C25，引脚6输出的电压即为2. 5V，引脚6通过串联电阻R27和滑动电阻R28接至电源地端，电阻R27和滑动电阻R28输出的电压即为IV。
7.根据权利要求I所述的便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置，其特征在于，所述的通讯模块电路U7为MAX232芯片，引脚I和引脚3之间并联电容Cl7，引脚4和引脚5并联电容C20，引脚16接至3. 3V电源并与引脚2并联电容C18，引脚15接至电源地端并且通过串联电容C22接至3. 3V电源端，引脚6串联电容C21接至电源地端；J3为DB9接口，引脚2接至U7的引脚14，引脚3接至U7的引脚13，引脚5接至电源的地端；P5为输出端口，给蓝牙模块供电；P6为跳线模块，通过连接不同的跳线选择串口或蓝牙通讯。
8.根据权利要求I所述的便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置，其特征在于，所述的上位机分析系统脉搏波，皮肤电阻，皮肤温度信号的实时显示，在线定时长存储，和数据的回放；皮肤电导基线调整命令的发送。
9.一种如权利要求I所述的装置同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的方法，其特征在于，步骤如下 O记录被试的年龄、性别和健康状况基本信息； 2)用绷带将脉搏波传感器固定在被试的桡动脉出，将皮肤电阻电极固定在被试食指和中指的第一关节处，用绷带将皮肤温度传感器固定在被试的额头部位； 3)给予被试刺激，或者给予被试一些任务，在这个过程中检测上位机分析系统实时显示并保存被试三个生理参数的响应曲线； 4)对保存的数据进行脉率的计算，波形的微分，求平均值处理。
全文摘要
本发明公开了一种便携式同时检测皮肤温度、皮肤电阻和脉搏的装置，包括控制采集系统和上位机分析系统，其中控制采集系统包括电源模块、皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块、采集控制模块、通讯模块；皮肤温度测量模块、皮肤电阻测量模块、脉搏测量模块、显示模块分别与采集控制模块相连，通讯模块连接采集控制系统和上位机分析系统。本发明可以实时、准确的测量和采集情绪相关生理参数，为情绪相关生理参数的分析提供简单，易操作的装置。
文档编号A61B5/053GK102920444SQ20121047521
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者张建明, 周维, 李光 申请人:浙江大学