可穿戴系统的生物阻抗测量.doc
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1、可穿戴系统的生物阻抗测量用于生命体征监测 (VSM) 的可穿戴设备正在推动医疗行业的变革,使我们能够随时随地监测我们的生命体征和活动。通过测量人体阻抗,可以获得某些关键参数的最相关信息。为了确保有效性,可穿戴设备必须小巧紧凑、成本便宜且功耗较低。此外,测量生物阻抗还带来了使用干式电极和安全要求方面的挑战。本文针对这些问题提供了一些解决方案。电极半电池电位电极是使电子电路与非金属物体(如人类皮肤)接触的电气传感器。这种相互作用会产生电压,称为半电池电位,从而降低 ADC 的动态范围。半电池电位随电极材料而变化,如表 1 所示。表 1. 常见材料的半电池电位当没有电流流过电极时,观察半电池电位。当
2、直流电流流过时,测量电压会增加。这种过电压会阻碍电流流动,极化电极,并降低其性能,特别是在运动条件下更是如此。对于大多数生物医学测量,非极化(湿式)电极要优于可极化(干式)电极, 但便携式消费电子设备通常使用干式电极, 因为这种电极成本低且可重复使用。电极与皮肤之间的阻抗图 1 显示了电极的等效电路。Rd 和 Cd 表示与电极-皮肤界面相关的阻抗以及此界面处的极化,Rs 是与电极材料类型相关的串联阻抗,Ehc 是半电池电位。图 1. 生物电极的等效电路模型。在设计模拟前端时,由于涉及高阻抗,因此电极-皮肤之间的阻抗非常重要。在低频率下,Rs 和 Rd 的串联组合占主导地位;在高频率下,由于电容
3、器效应,阻抗降低至 Rd 。2 表列出了 Rd、Cd 和阻抗(1 kHz 时)的典型值。表 2. 电极-皮肤之间的典型阻抗IEC 60601 是国际电工委员会公布的一系列有关医疗电气设备安全性和有效性的技术标准。它规定在正常条件下,通过人体的最大直流漏电流为 10 A;在最差的单一故障条件下,最大漏电流为 50 A。交流漏电流的最大值取决于激发频率。如果频率 (E) 小于等于 1 kHz,则最大允许电流为 10 A rms。如果频率大于 1 kHz,则最大允许电流为这些患者电流限制是重要的电路设计参数。电路设计解决方案阻抗测量需要一个电压/电流源和一个电流/电压表,因此通常使用 DAC 和 A
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