用于心電信號及人體阻抗檢測的電極與電路復(fù)用結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于心電信號及人體阻抗檢測的電極與電路復(fù)用結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)時的記錄人的心電信號及人體的阻抗信號，對于長期的健康監(jiān)護(hù)或評估運(yùn)動員的訓(xùn)練指標(biāo)均具有實(shí)用意義。目前在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界均已經(jīng)設(shè)計(jì)了多種分別包含心電圖和人體阻抗測試的設(shè)備，這些設(shè)備可以記錄人體的心電圖信息，通過人體的阻抗測試結(jié)果評估人體的脂肪含量。其中心電圖信號通過心電電極，采集人體的心電信號，通過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出采集到的信號。而人體阻抗測試則往往基于四端點(diǎn)阻抗測試方法，通過一對電極向人體輸入高頻的電流信號，另一對電極采集誘發(fā)的高頻電壓信號，并測量采集到電壓信號的幅度計(jì)算出人體阻抗的大小。以上兩類測量，都需要對電極采集到的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0003]傳統(tǒng)的技術(shù)方案，心電圖采集和體阻抗測試所用的電極需要分開設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，單導(dǎo)聯(lián)的心電圖測試一般需要至少三個體表電極，而體阻抗測試由于采用四端點(diǎn)阻抗測試，其電極數(shù)不少于四個。這就導(dǎo)致系統(tǒng)所需電極數(shù)量達(dá)到七個以上，降低系統(tǒng)的集成度。其次，心電圖信號頻率較低，而四端點(diǎn)阻抗測試信號頻率較高的特點(diǎn)，則電路需要不同采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，提高了電路的復(fù)雜度。再次，若電路中采用高采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將導(dǎo)致系統(tǒng)的功耗較大。
[0004]通過弓|入模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)心電測試和人體阻抗測試的電極復(fù)用，同時設(shè)計(jì)基于峰值采樣的阻抗信號檢測電路，實(shí)現(xiàn)用于心電信號及人體阻抗檢測的電極與電路復(fù)用結(jié)構(gòu)。不僅可以解決系統(tǒng)電極數(shù)量較多的問題，而且與傳統(tǒng)的方法相比，避免了電路中高采樣率模數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用，降低了電路的整體工作頻率。可以實(shí)現(xiàn)高集成度和低功耗的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于心電信號及人體阻抗檢測的電極與電路復(fù)用結(jié)構(gòu)，其可減少系統(tǒng)中體表電極的數(shù)量，省去電路中高采樣率模數(shù)轉(zhuǎn)換器。從而提高系統(tǒng)的集成度，降低功耗，延長心電信號及人體阻抗監(jiān)測系統(tǒng)中電池的使用壽命。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于心電信號及人體阻抗檢測的電極與電路復(fù)用結(jié)構(gòu)，包括:
[0007]—第一電極、一第二電極、一第三電極和一第四電極，所述第一電極、第二電極、第三電極和第四電極用于貼合到人體體表；
[0008]一模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，其輸入端與第一電極、第二電極、第三電極和第四電極連接，用于接收各電極的信號；
[0009]—心電信號放大電路，其輸入端與模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接；
[0010]一阻抗信號檢測電路，其輸入端與模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接；
[0011]一交流電流源，其輸出端與模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接；
[0012]一多路復(fù)用器，其輸入端與分別與心電信號放大電路和阻抗信號檢測電路的輸出端連接；
[0013]一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其輸入端與多路復(fù)用器的輸出端連接。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明提供的這種用于心電信號及人體阻抗檢測的電極與電路復(fù)用結(jié)構(gòu)，通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了心電信號電極和人體阻抗測試電極的復(fù)用，可以降低系統(tǒng)所需電極數(shù)；另外，通過引入基于峰值采樣的阻抗信號檢測電路，可以對高頻交流電壓信號的峰值進(jìn)行采樣并輸出直流電平，從而降低了后續(xù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率，并使得復(fù)用低采樣頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換心電信號和體阻抗信號成為可能。本發(fā)明所述的用于心電信號及人體阻抗檢測的電極與電路復(fù)用結(jié)構(gòu)，可使系統(tǒng)復(fù)雜度更低，體積更小，同時降低電路功耗更低，延長設(shè)備的電池使用時間。
【附圖說明】
[0015]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中:
[0016]圖1是四端點(diǎn)阻抗測試法示意圖；
[0017]圖2是檢測心電信號及人體阻抗的電極與電路復(fù)用結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖3是圖2中心電信號放大電路；
[0019]圖4是圖2中阻抗信號檢測電路的輸入及輸出信號圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]請參閱圖1-圖4所示，本發(fā)明提供一種用于心電信號及人體阻抗檢測的電極與電路復(fù)用結(jié)構(gòu)，包括:
[0021]—第一電極1、一第二電極2、一第三電極3和一第四電極4,所述第一電極1、第二電極2、第三電極3和第四電極4用于貼合到人體體表；
[0022]一模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)5，其輸入端與第一電極1、第二電極2、第三電極3和第四電極4連接，用于接收各電極的信號，所述模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)5，當(dāng)采集信號對象為心電信號時，將第一電極1、第二電極2、第三電極3和第四電極4與心電信號放大電路6相連；當(dāng)采集信號為體阻抗信號時，將第一電極1和第二電極2與交流電流源8相連，同時將第三電極3和第四電極4與阻抗信號檢測電路7相連；
[0023]—心電信號放大電路6,其輸入端與模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)5連接；
[0024]一阻抗信號檢測電路7，其輸入端與模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)5連接，所述采用基于峰值采樣的阻抗信號檢測電路7，對第三電極3和第四電極4之間的高頻交流電壓信號的峰值進(jìn)行采樣并輸出直流電平，使低采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以完成對高頻電壓信號幅值轉(zhuǎn)換，從而計(jì)算得出人體的阻抗值，所述采用了基于峰值采樣的阻抗信號檢測電路7降低了模數(shù)轉(zhuǎn)換器10的采樣率，使心電信號和人體阻抗信號可以復(fù)用同一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換；
[0025]一交流電流源8，其輸入端與模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)5連接，所述交流電流源8產(chǎn)生的交流電流信號，其頻率為50kHz，幅度為300微安培。該交流電流信號通過第一電極1和第二電極2耦合到人體，在人體阻抗上產(chǎn)生高頻交流電壓信號，體現(xiàn)為第三電極3和第四電極4之間的交流電壓差；
[0026]一多路復(fù)用器9，其輸入端與分別與心電信號放大電路6和阻抗信號檢測電路7的輸出端連接；
[0027]—模數(shù)轉(zhuǎn)換器10，其輸入端與多路復(fù)用器9的輸出端連接。
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029]測試人體阻抗時，電極與人體組織接觸面上產(chǎn)生的寄生阻抗會降低測試的精度，為此常采用四端點(diǎn)阻抗測試法消除這部分寄生阻抗的影響，如圖1所示。其中，Z1、Z2、Z3、Z4代表四個電極與皮膚的接觸電阻，Zb是待測的人體阻抗。通過第一電極1和第二電極2將交流電流源產(chǎn)生的信號輸入人體組織，同時通過電極3和電極4測試人體組織上產(chǎn)生的交流電勢差。由于Z3、Z4及Zb組成的回路幾乎沒有電流，所以可以忽略Z3、Z4上的壓降，則Vac等于Zb上由交流電流信號產(chǎn)生的電勢差。這樣就消除了 Zl、Z2、Z3、Z4對Zb測試的影響。
[0030]請參閱圖2至圖3所示，本發(fā)明提供了用于心電信號及人體阻抗檢測的電極與電路復(fù)用結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括第一電極1、第二電極2、第三電極3、第四電極4、模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)5、心電信號放大電路6、阻抗信號檢測電路7、交流電流源8、多路復(fù)用器9和模數(shù)轉(zhuǎn)換器10。其中第一電極1、第二電極2、第三電極3及第四電極4貼合到人體體表，并通過導(dǎo)線與模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)5相連。模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)5與心電信號放大電路6、阻抗信號檢測電路7、交流電流源8相連。心電信號放大電路6、阻抗信號檢測電路7通過多路復(fù)用器9，與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10相連。
[0031]第一電極1、第二電極2、第三電極3、