模拟解调方式的混频生物阻抗测量方法

摘要

模拟解调方式的混频生物阻抗测量方法。采用高低两种频率的混频电流进行激励，针对两种频率，通过测量Z_x和参考电阻r上电压V_H和V_L的幅值和相位，结合虚参考矢量方法，获得不同频率下Z_x的复阻抗值。对V_H和V_L的测量采用乘法解调方式，针对每种频率，令该频率的参考电压源V_r1和V_r2正交，V_H和V_L分别与两参考信号V_r1和V_r2通过模拟乘法解调后，可得到与V_H和V_L的幅值和相位相关的直流分量。对每个频率的阻抗信息测量采用虚参考矢量测量结构，即可获取两种频率下被测阻抗信息的实部和虚部，消除了电流转换和传输过程中相移造成的误差。

主权项

1.模拟解调方式的混频生物阻抗测量方法，其特征是：对于未知阻抗对象Zx采用角频率为ω的正弦电流I激励，通过测量Zx上电压Vx的幅值和相位，获得Zx的复阻抗值，对Vx的测量采用乘法解调方式，令参考电压源Vr1与激励电流同频，Vr1的幅值已知为B，Vx的幅值为A，相移为φ，两信号通过乘法器相乘后，选择截止频率远小于2ω的低通滤波器，得到以电压源Vr1为参考的，与Vx幅值和相位相关的直流分量Vout1：$V_{\mathrm{out}1}=\frac{\mathrm{AB}}{2}\cos \phi$ 采用与Vr1正交，同幅值，同频的电压源Vr2作为参考信号，与Vx进行乘法解调，得到以电压源Vr2为参考的，与Vx幅值和相位相关的直流分量Vout2：$V_{\mathrm{out}2}=\frac{\mathrm{AB}}{2}\sin \phi$ 上面两式中，B已知，A和φ未知，两式联立可得对应频率下被测阻抗Zx上电压Vx的幅值和相角，相角为：$\phi =\mathrm{arctg}\frac{V_{\mathrm{out}2}}{V_{\mathrm{out}1}}$ Vx的幅值为：$A=\frac{2}{B}\sqrt{V_{\mathrm{out}1}^2+V_{\mathrm{out}2}^2}$ 采用高低两种频率的混频激励模态方式，两种频率下生物电阻抗的测量采用同样的测量结构，可依照上述方法同时获取，均以信号源的输出信号作为所有测量的虚参考矢量，Vr1为参考信号1输出信号，Vr2为参考信号2输出信号，二者正交，分别采用模拟乘法解调方法测量被测阻抗和参考电阻上的电压信号VH和VL的幅值和相位，其中，ΦH、AH为被测阻抗上的电压信号VH的相位和幅值，ΦL、AL为参考电阻上的电压信号VL的相位和幅值，${\Phi }_H=\mathrm{arctg}\frac{V_{\mathrm{Hout}2}}{V_{\mathrm{Hout}1}}$ $A_H=\frac{2}{B}\sqrt{V_{\mathrm{Hout}1}^2+V_{\mathrm{Hout}2}^2}$ ${\Phi }_L=\mathrm{arctg}\frac{V_{\mathrm{Lout}2}}{V_{\mathrm{Lout}1}}$ $A_L=\frac{2}{B}\sqrt{V_{\mathrm{Lout}1}^2+V_{\mathrm{Lout}2}^2}$ 参考电阻r选为纯电阻，电阻r上的压降为VL，VL与激励电流同相，在以激励电流为基准的实际坐标系中，AL＝r×|I|，AH＝|Zx|×|I|Zx的幅值为：$\left|Z_x\right|=\frac{A_H}{A_L}\times r$ Zx的相角对应以激励电流为基准的实际坐标系，∠Zx＝φH-φL。