一种便携式人体成分分析仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对人体成分含量进行分析的设备，属于人体成分检测与分析技术领域。
【背景技术】
[0002]生物电阻抗分析法(BIA)是近20年时间里发展起来的一项检测人体成分的技术，因为其具有无创无损、测量的可重复性高以及动态变化的高敏感度等优点，一直成为研究的热门。
[0003]生物电阻抗分析法是一种通过电化学方法测定人体水分和脂肪的技术，将微弱的(小于500 μ A)对人体无害的交流电信号导入人体，电流会随着电阻小、传导性能好的体液流动。而人体内的生物组织含有大量各种形状的细胞，这些细胞之间的液体可以视为电解质，具有良好的导电性。由于我们可以把细胞膜视为电容，当直流或者低频电流施加于生物组织时，细胞可以视为绝缘，电流将绕过细胞，主要流经细胞外液。当电流频率增加时，细胞膜的容抗降低，一部分电流将穿过细胞膜流经细胞内液。研究表明，当电流的频率小于50ΚΗζ时，电流基本不流经细胞内液，测试主要测量细胞外的电阻；而当电流的频率逐渐增大时，电流流经细胞内液的比例逐渐增大，从而可以同时测量细胞内液体和细胞外液体的阻值。另外，非脂肪组织含有大量的水和电解质，导电性能好，电阻抗较小，而脂肪是无水物质，电阻抗较大。因此，当向人体施加频率不同大小恒定的交流电流时，人体内非脂肪越多，电阻抗越低；人体内脂肪越多，电阻抗越高。另外，根据解剖学与人体组成学，全身水含量(TBff)与去脂体重(FFM)、全身钾含量(TBK)与去脂体重、全身钾含量与体细胞质量(BCM)等成分之间都存在固定的比例。根据以上原理，运用统计学上的多元线性回归法，可以建立阻抗、身高、体重、性别、年龄与人体成分含量的回归方程，可以准确的用于人体成分含量的测量。
[0004]现阶段主流的人体成分分析仪呈现出两极分化的趋势:一种结构简单，只有四电极甚至两电极，测量的精度低，测量内容少，一般只能应用于脂肪秤等简易设备，不能满足人们更多的要求；另一种结构复杂体积大，不方便移动，须由专业人员操作，价格昂贵，基本应用于医院等专业机构，普通民众使用成本过高。如中国专利文献CN203953657U公开的《一种人体成分分析装置》和CN202141974U公开的《具有人体成分分析功能的笔记本电脑》。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有人体成分分析技术存在的不足，提供一种具有测量多样性与准确性，体积小、操作简单快捷、便于测量的便携式人体成分分析仪。
[0006]本发明的便携式人体成分分析仪，采用如下技术方案:
[0007]该分析仪，包括主控制芯片、体重测量电路、参考阻抗电路、人体阻抗测量电路、测量电极、通信模块和上位机；主控制芯片通过通信模块与上位机连接；人体阻抗测量电路包括前置滤波放大电路和工作芯片，工作芯片直接与主控制芯片连接，工作芯片内含有恒流源产生电路、模数转换电路和电极选通电路，前置滤波放大电路与模数转换电路连接；体重测量电路与所述工作芯片直接连接；参考阻抗电路和人体阻抗测量电路通过测量电极连接。
[0008]上位机包括计算机或嵌入式平台，这两个模块(计算机和嵌入式平台)相互独立，但在工作时只能有一个模块工作。上位机用于人机交互、系统初始化、移动式采集以及接收和处理数据，显示和管理测量结果，用于移动式采集和处理数据，显示测量结果。
[0009]通信模块包括串口通信模块或蓝牙通信模块，这两个模块相互独立，但在工作时只能有一个模块工作；串口通信模块与计算机连接，同时进行数据传输和控制通信；蓝牙通信模块与嵌入式平台连接，同时进行数据传输和控制通信。
[0010]测量电极包括六路电流电极和六路电压电极，其中两路电压电极和两路电流电极与参考阻抗电路连接，其余电压电极和电流电极均与人体直接相连。
[0011]与人体直接相连的电压电极和电流电极采用复合电极结构，包括两个手握手柄与两个脚踩踏板，每个手握手柄包括一根引线接口，通过引线接口在手握手柄前端设置了一路左右对称的两片电流电极，后端设置了一路左右对称的两片电极；脚踩踏板分为左右独立的两块，每块脚踩踏板上设置一个引线接口，该引线接口连接一路一片电流电极和一路一片电压电极，踏板前端设置有连通电流电极的导电块，后端设置有连通电压电极的导电块。
[0012]体重测量电路与工作芯片连接，采用四极桥式压力传感器，直接测量人体体重数据并经由主控制芯片传输到上位机。
[0013]参考阻抗电路是细胞内液等效电阻Ri与细胞膜等效电容C串联后再一并与细胞外液等效电阻Re并联。参考阻抗电路在主控制芯片控制下，在每次测量时提供固定的参考值，减小测量误差，保证测量精度。
[0014]人体阻抗测量电路受主控制芯片控制，主要负责采集人体四肢阻抗信息和躯干阻抗信息并将采集到的数据经由主控制芯片传输到上位机。主控制芯片控制工作芯片中的恒流源电路产生大小恒定为375uA，频率为1ΚΗζ-250ΚΗζ可调的施加于参考阻抗电路和人体的电流，然后主控制芯片控制电极选通电路打开电流电极，向参考阻抗电路或者人体施加指定频率的电流，同时打开相应的电压电极，将检测到的电压信号经前置滤波放大电路后送入工作芯片，工作芯片将数据处理后经由主控制芯片传输到上位机。计算机或者嵌入式平台都拥有人机交互界面，测试者可以输入自身数据，控制测量的开始与结束，并按照设定的方式控制测量电路工作，控制相应电流电极及电压电极的选通与关闭，并能通过人机交互界面观看、存储或删除测量结果。
[0015]本发明通过对各路测量电极的合理搭配、参考阻抗电路与人体阻抗测量测量电路及上位机处理能力的充分使用，不仅保证了测量的多样性与准确性，还充分的减小了设备的体积，实现了简单快捷的便携式测量。
【附图说明】
[0016]图1是本发明分析仪的结构框图。
[0017]图2是本发明分析仪的工作流程图。
[0018]图3是本发明分析仪的参考阻抗电路原理图，Re为细胞外液等效电阻，Ri为细胞内液等效电阻，C为细胞膜等效电容。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，本发明的便携式人体成分分析仪包括主控制芯片、体重测量电路、参考阻抗电路、人体阻抗测量电路、测量电极、通信模块和上位机。主控制芯片可以采用单片机。
[0020]主控制芯片通过通信模块与上位机连接。