基于电阻抗原理的人体成分分析仪系统研究与设计

发布时间：2017-10-02 12:24

  本文关键词：基于电阻抗原理的人体成分分析仪系统研究与设计

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【摘要】：生物电阻抗技术是通过一定的手段提取生物体的电阻抗信息来反映生物体生理、病理相关的生物医学信息的检测技术。而人体成分分析就是生物电阻抗技术的一个重要应用分支,它通过检测人体的阻抗信息来得到人体各个成分的参数。人体成分分析更是以其快速、简洁、准确、无创、安全、成本低和适用人群广等优点,近几十年来不管是在学术和商业上,都得到大力的发展。本文针对人体成分分析,对人体成分分析仪的整个电路系统进行了设计和研究,其主要工作和内容如下:①确立了本文所设计的人体成分分析仪的分析方法,从电阻抗原理出发,说明了其分析方法的理论基础。确定了人体成分分析仪分析方法的基本计算公式,并在实际使用中,对公式的系数进行了初步校准。②提出了人体成分分析仪的整体实现方法,以低成本和高精度为要求,设计了人体成分分析仪的全部硬件结构。为了满足人体成分分析仪体重测量的要求,设计了满足人体成分分析仪结构的体重测量电路。确定了一种有效的电极结构,极大的减小了电极与皮肤的接触阻抗,同时针对电极的导通调整,设计了合适的开关电路。为了实现阻抗的数字相敏检波计算方法,设计了一种稳定的满足模数转换器的电压采集通道和电流采集通道。为了实现和协调各个模块的功能,对电源,通信和控制器都做了设计和优化。③本文针对人体成分分析仪系统功能的实现,对整个系统的软件进行了确立和实现。上位机是整体系统控制和人机交互的重要一环,本文用VC语言编写了一款人体成分分析的应用软件用于实现上位机的功能。同时对下位机的单片机和FPGA控制进行了编程和调试,实现了系统的软件功能。④为了了解系统的检测性能,对恒流源输出阻抗,阻抗测量电路信噪比,阻抗测量电路测量精度和频率响应进行了实验测试。测试结果表明,人体成分分析仪的硬件系统具有较高的性能,能满足人体成分分析的测量要求。
【关键词】：生物电阻抗技术 人体成分分析 生物阻抗分析法 硬件电路设计
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH789
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题的背景和意义8-11
• 1.1.1 技术背景8-9
• 1.1.2 医学的需求和研究意义9
• 1.1.3 主要检测方法9-11
• 1.2 电阻抗原理进行人体成分分析的发展和研究现状11-13
• 1.2.1 各种人体成分分析方法的研究现状11-12
• 1.2.2 人体成分分析仪系统的研究现状12-13
• 1.3 技术难点13
• 1.4 本文的主要研究内容和技术路线13-16
• 2 理论基础16-30
• 2.1 健康人的身体成分16-18
• 2.2 人体成分分析的电阻抗基本理论18-22
• 2.2.1 人体组织等效电路模型18-20
• 2.2.2 Cole-Cole理论20-21
• 2.2.3 频散理论21-22
• 2.3 BIA方法基本理论22-28
• 2.3.1 BIA法频率的选择22-23
• 2.3.2 BIA法中的人体阻抗测量模型23-25
• 2.3.3 基于BIA法的计算公式25-28
• 2.4 本章小结28-30
• 3 人体成分分析仪系统硬件设计30-52
• 3.1 引言30-31
• 3.2 体重测量电路31-32
• 3.3 电极设计32-34
• 3.4 阻抗测量电路设计34-49
• 3.4.1 恒流源模块36-39
• 3.4.2 开关阵列39-40
• 3.4.3 电压采集模块40-47
• 3.4.4 电流采集模块47-48
• 3.4.5 电源和通讯子模块48-49
• 3.5 本章小结49-52
• 4 人体成分分析仪系统软件结构设计52-64
• 4.1 引言52-53
• 4.2 上位机软件结构53-57
• 4.2.1 软件基本信息介绍53-55
• 4.2.2 软件结构介绍55-57
• 4.3 单片机软件结构57-58
• 4.4 FPGA软件结构58-62
• 4.4.1 数字式相敏检波(DPSD)算法说明58-60
• 4.4.2 FPGA软件结构60-62
• 4.5 本章小结62-64
• 5 实验与结果分析64-72
• 5.1 系统硬件性能测试64-69
• 5.1.1 恒流源阻抗测量结果64
• 5.1.2 阻抗电路信噪比测试64-66
• 5.1.3 电阻精度和频率响应测试66-69
• 5.2 人体成分分析结果报告69-71
• 5.3 本章小结71-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 内容总结72
• 6.2 后续工作展望72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-82
• 附录82
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录82
• B. 作者在攻读硕士学位期间获授权和申请的发明专利82

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本文编号：959610