一種測脂電路及體脂秤的制作方法
【專利摘要】本實用新型的一種測脂電路及體脂秤，其中電阻選擇電路中由第一測試電阻Rt、第二測試電阻Rt’和測量電極依次串聯(lián)成串聯(lián)電路，反相交流放大電路輸出的交流電壓加在串聯(lián)電路的兩端；電壓采樣電路先后采集測量電極兩端的電壓、第二測試電阻Rt’兩端的電壓、第一測試電阻Rt和第二測試電阻Rt’兩端的電壓，通過三次測量的電壓方程即可求得人體電阻Rb的值；為了矯正因電阻誤差及放大器誤差帶來的等效偏移，本實用新型通過引入外部測試電阻的方式間接計算測試電阻的等效偏移。待得出計算結(jié)果之后保存入測脂電路的存儲器中，在實際測量中，將等效偏移代入人體電阻Rb的計算方程中，即可消除由于等效偏移產(chǎn)生的影響，得到人體電阻Rb的準(zhǔn)確測量值。
【專利說明】一種測脂電路及體脂秤

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及健康管理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種測脂電路及體脂秤。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活水平日漸提高，公眾對身體情況的重視程度逐漸加深，了解身體的體重、體脂率等體征參數(shù)的愿望日益迫切。體脂率是指體內(nèi)脂肪所占體重的比率，過高的體脂率易導(dǎo)致高血壓、心臟疾病、糖尿病和癌癥等慢性病，如果能夠得到準(zhǔn)確的體脂率，則可以此為依據(jù)進行有針對性的個人健康管理。因而將普通僅具備稱重功能的人體秤擴展為兼具體脂測量功能，已經(jīng)是當(dāng)前智能人體秤的發(fā)展趨勢。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中具有測脂功能的測量儀主要是通過與皮膚相接處的電流電極向雙手或雙腳間施加一個直流電信號，然后測量在通過與皮膚相接觸的電極上產(chǎn)生的電壓，以此得到人體阻抗2。該方法的測量原理主要是根據(jù)人體中的脂肪組織導(dǎo)電性要比非脂肪組織(肌肉)的導(dǎo)電性差，如果人體體內(nèi)的脂肪量高的話，其身體內(nèi)部的人體阻抗2。根據(jù)測試者的身高I1、體重I和人體阻抗2，計算得到身體密度08，其計算公式如下所示:
[0004]08-八；XIX 2/?2
[0005]其中為常數(shù)，&為比例系數(shù)。
[0006]則脂肪率的計算公式如式下所示:
[0007]脂肪率=(4.57/08-4.142) X 100
[0008]由此可知，精確測量人體阻抗2是得到高精度的脂肪率的關(guān)鍵。由于生物體中存在的水分為兩種形態(tài)，即細胞外液和細胞內(nèi)液，其中細胞外液流動于細胞膜外壁之間和血管內(nèi)，細胞內(nèi)液由細胞膜包裹在細胞之內(nèi)。電流流過生物組織時細胞膜等效于電容，而細胞內(nèi)、外液等效于愛你組。對于整個生物組織，科士威無視的細胞的集合，在低頻電流流過時，由于細胞膜的容抗作用，等效于無數(shù)的電容并聯(lián)對電流的容抗作用，因此可將細胞膜等效于一個總電容。根據(jù)(3016-(3016模型，當(dāng)高頻的電流施加于生物組織時，由于細胞內(nèi)外液的電阻抗遠大于細胞膜電容抗，可忽略容抗作用，只考慮電阻抗。
[0009]但由于現(xiàn)有技術(shù)中的測脂電路在測量人體阻抗2時，采用理想化模型，即不考慮電阻及放大器的線性誤差，這使得測得的人體阻抗2與真實值之間具有較大誤差，進而使得基于人體阻抗2計算得到的脂肪率也嚴(yán)重失真，參考性較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種通過采用精度高溫漂小的參考電阻以及等效偏移量的后校準(zhǔn)方法，得到能夠計算精確的人體阻抗測量值的測脂電路；以及使用該測脂電路的體脂秤。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0012]一種測脂電路，其特征在于:它包括依次連接的振蕩電路、反相交流放大電路、電阻選擇電路、電壓采樣電路和峰值取樣電路，其中所述振蕩電路輸出的交流信號經(jīng)過所述反相交流放大電路的放大后，形成具有一定波形和頻率的交流電壓；所述電阻選擇電路中第一測試電阻財、第二測試電阻財’和測量電極依次串聯(lián)成串聯(lián)電路，所述交流電壓加在所述串聯(lián)電路的兩端；所述電壓采樣電路可采集測量電極兩端的電壓、第二測試電阻財’兩端的電壓、第一測試電阻財和第二測試電阻財’兩端的電壓，并將所述電壓輸入所述峰值取樣電路；所述峰值取樣電路輸出所述電壓的峰值；
[0013]流過所述串聯(lián)電路的電流為I，所述峰值取樣電路中的二極管壓降為70，測量加在所述測量電極之間的人體電阻此的步驟包括:
[0014]1)測試所述第一測試電阻財和第二測試電阻財’，在所述峰值取樣電路的輸出端獲得第一輸出電壓:
[0015]VI = IX (肚+肚，)^0(1)
[0016]2)測試所述第二測試電阻財’，在所述峰值取樣電路的輸出端獲得第二輸出電壓:
[0017]72 = IX )^0(2)
[0018]3)測試所述人體電阻1?，在所述峰值取樣電路的輸出端獲得第三輸出電壓:
[0019]73 = IX ^^0(3)
[0020]4)可計算出所述人體電阻1?:
[0021]詘=肚肚’)(4)
[0022]其中，1(= (73-71)/01-72)；
[0023]考慮所述第一測試電阻財?shù)牡刃瓢祟偷诙y試電阻財’的等效偏移八尺2后，方程⑷變?yōu)?br> [0024]詘=(^+八町)X 1(+ (1^+肚 ’)+ 八 1？2 (5)
[0025]5)將第一外部測試電阻此41 =財’放置到所述測量電極之間，并在所述峰值取樣電路的輸出端測得第一測試電壓化1 ；
[0026]6)將第二外部測試電阻此312 =財’放置到所述測量電極之間，并在所述峰值取樣電路的輸出端測得第二測試電壓化2 ；
[0027]7)將所述第一外部測試電阻此41、所述第二外部測試電阻此42、所述第一測試電壓7(^1、所述第二測試電壓7^2代入方程(5)中，得到:
[0028]八尺1 =(肚 X ^01-^02))丨 0142)―財
[0029]八尺2 = ((701-71)/^01-702)) X 財
[0030]將所述第一測試電阻財?shù)牡刃瓢祟偷诙y試電阻財’的等效偏移八尺2的值儲存起來，并在實際測量人體電阻此時代入方程(5)中可得到人體電阻1?的精確數(shù)值。
[0031]所述振蕩電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一運算放大器、第一電容、第二電容和第三電容；所述第一電阻連接在第一運算放大器正輸入端和輸出端之間；所述第四電阻連接在所述第一運算放大器的負輸入端和輸出端之間；所述第二電阻和第三電阻串聯(lián)后與所述第一電容并聯(lián)成一混聯(lián)電路，且所述混聯(lián)電路連接在電源與接地點之間，所述第二電阻和第三電阻的中點連接所述第一運算放大器的正輸入端；所述第二電容連接在所述第一運算放大器的負輸入端和接地點之間；所述第一運算放大器的輸出端通過所述第三電容連接所述反相交流放大電路中的第五電阻。
[0032]所述反相交流放大電路包括第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第四電容、第五電容和第二運算放大器；所述第六電阻和第五電容并聯(lián)后構(gòu)成的并聯(lián)電路連接在所述第二運算放大器的輸出端和負輸入端之間；所述第二運算放大器的輸出端連接第五電阻；所述第七電阻和第八電阻串聯(lián)后的串聯(lián)電路連接在電源與接地點之間，且所述第四電容與第八電阻并聯(lián)。
[0033]所述電阻選擇電路包括第一測試電阻、第二測試電阻、一對測量電極，以及并聯(lián)在所述第一測試電阻兩端的第一開關(guān)組、并聯(lián)在所述第二測試電阻兩端的第二開關(guān)組、并聯(lián)在所述測量電極兩端的第三開關(guān)組；所述第一測試電阻、第二測試電阻、一對測量電極依次串聯(lián)后再與所述第五電容⑶并聯(lián)。
[0034]所述電壓采樣電路包括第九電阻、第十電阻、第^^一電阻、第十二電阻、第三運算放大器和第六電容；所述第三運算放大器的正輸入端同時連接所述第一開關(guān)組、第二開關(guān)組和第三開關(guān)組的正極開關(guān)，所述第三運算放大器的負輸入端同時連接所述第一開關(guān)組、第二開關(guān)組和第三開關(guān)組的負極開關(guān)；所述第三運算放大器的正輸入端還通過第九電阻連接第二運算放大器的正輸入端，所述第十二電阻連接在第三運算放大器的負輸入端和輸出端之間；所述第三運算放大器的輸出端通過第六電容連接在峰值取樣電路中二極管的正極。
[0035]所述峰值取樣電路包括第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻、第七電容和二極管；其中所述第十三電阻和第十四電阻串聯(lián)后的串聯(lián)電路連接在電源與接地點之間，所述第十三電阻和第十四電阻的中點連接二極管的正極；所述第七電容與第十五電阻并聯(lián)后的并聯(lián)電路一端連接所述二極管的負極，另一端連接接地點；所述二極管的負極作為所述測脂電路的輸出端。
[0036]所述交流電壓的頻率為501^2。
[0037]—種體脂秤，其特征在于:所述體脂秤包括如上所述的測脂電路。
[0038]本實用新型的技術(shù)效果如下:
[0039]本實用新型的一種測脂電路，其特征在于:它包括依次連接的振蕩電路、反相交流放大電路、電阻選擇電路、電壓采樣電路和峰值取樣電路，其中振蕩電路輸出的交流信號經(jīng)過反相交流放大電路的放大后，形成具有一定波形和頻率的交流電壓；電阻選擇電路中第一測試電阻財、第二測試電阻財’和測量電極依次串聯(lián)成串聯(lián)電路，交流電壓加在串聯(lián)電路的兩端；電壓采樣電路可采集測量電極兩端的電壓、第二測試電阻財’兩端的電壓、第一測試電阻財和第二測試電阻財’兩端的電壓，并將電壓輸入峰值取樣電路；峰值取樣電路輸出電壓的峰值；通過三次測量的電壓方程即可求得人體電阻此的值。
[0040]為了矯正因電阻誤差及放大器誤差帶來的等效偏移，本實用新型通過引入外部測試電阻的方式間接計算測試電阻的等效偏移。待得出計算結(jié)果之后保存入測脂電路的存儲器中，在實際測量中，將等效偏移代入人體電阻此的計算方程中，即可消除由于等效偏移產(chǎn)生的影響，得到人體電阻此的準(zhǔn)確測量值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1是本實用新型的測脂電路結(jié)構(gòu)框圖
[0042]圖2是本實用新型的測脂電路實施例示意圖

【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0044]如圖1所示，本實用新型的測脂電路包括振蕩電路1、反相交流放大電路2、電阻選擇電路3、電壓采樣電路4和峰值取樣電路5。
[0045]振蕩電路1用于輸出一定波形和頻率的交流信號，包括第一電阻01、第二電阻尺2、第三電阻03、第四電阻財、第一運算放大器八1、第一電容01、第二電容02和第三電容03。第一電阻[連接在第一運算放大器八1正輸入端和輸出端之間；第四電阻財連接在第一運算放大器八1的負輸入端和輸出端之間；第二電阻以和第三電阻…串聯(lián)后與第一電容并聯(lián)成一混聯(lián)電路，且該混聯(lián)電路連接在電源700與接地點之間，第二電阻以和第三電阻尺3的中點連接第一運算放大器八1的正輸入端；第二電容02連接在第一運算放大器八1的負輸入端和接地點之間；第一運算放大器八1的輸出端通過第三電容03連接反相交流放大電路2中的第五電阻陽。其中交流信號的頻率為501^2。
[0046]反相交流放大電路2用于對振蕩電路1輸出的交流信號進行放大，包括第五電阻尺5、第六電阻冊、第七電阻87、第八電阻狀、第四電容04、第五電容⑶和第二運算放大器八2。第六電阻冊和第五電容⑶并聯(lián)后構(gòu)成的并聯(lián)電路連接在第二運算放大器八2的輸出端和負輸入端之間；第二運算放大器八2的輸出端連接第五電阻陽；第七電阻87和第八電阻尺8串聯(lián)后的串聯(lián)電路連接在電源乂00與接地點之間，且第四電容04與第八電阻88并聯(lián)。反相交流放大電路2的放大倍數(shù)基本上由第五電阻陽和第六電阻冊的比值決定。
[0047]電阻選擇電路3用于選通被測電阻，包括第一測試電阻財、第二測試電阻財’、一對測量電極，以及并聯(lián)在第一測試電阻財兩端的第一開關(guān)組I1、并聯(lián)在第二測試電阻財’兩端的第二開關(guān)組12、并聯(lián)在測量電極兩端的第三開關(guān)組13，且第一測試電阻財和第二測試電阻的范圍為300 0?600 0。第一測試電阻財、第二測試電阻財’、一對測量電極依次串聯(lián)后再與第五電容⑶并聯(lián)。當(dāng)用戶將測量電極置于身體規(guī)定部位時，相當(dāng)于將人體電阻此接入第一測試電阻財、第二測試電阻財’所在的串聯(lián)電路中，則可以通過開閉第一開關(guān)組I1、第二開關(guān)組12和第三開關(guān)組13來選擇測量哪個電阻兩端的電壓。
[0048]電壓采樣電路4可在不改變被測電阻兩端電壓波形的前提下，進行電壓采樣，包括第九電阻四、第十電阻町0、第十一電阻町1、第十二電阻町2、第三運算放大器八3和第六電容⑶。第三運算放大器八3的正輸入端同時連接第一開關(guān)組I1、第二開關(guān)組12和第三開關(guān)組！'3的正極開關(guān)，第三運算放大器八3的負輸入端同時連接第一開關(guān)組I1、第二開關(guān)組丁2和第三開關(guān)組13的負極開關(guān)；第三運算放大器八3的正輸入端還通過第九電阻四連接第二運算放大器八2的正輸入端，第十二電阻卩12連接在第三運算放大器八3的負輸入端和輸出端之間；第三運算放大器八3的輸出端通過第六電容⑶連接在峰值取樣電路5中二極管01的正極。
[0049]峰值取樣電路5用于采集電壓采樣電路4輸出的電壓峰值，包括第十三電阻尺13、第十四電阻[4、第十五電阻町5、第七電容07和二極管01。其中第十三電阻813和第十四電阻[4串聯(lián)后的串聯(lián)電路連接在電源700與接地點之間，第十三電阻813和第十四電阻尺14的中點連接二極管01的正極；第七電容07與第十五電阻[5并聯(lián)后的并聯(lián)電路一端連接二極管01的負極，另一端連接接地點；二極管01的負極作為整個測脂電路的輸出端，向外輸出第一測試電阻財、第二測試電阻財’、測量電極上的峰值電壓。
[0050]一般的體脂測量過程中，測試人體阻抗的方法是使用理想化模型，即不考慮電阻及放大器線性誤差，假設(shè)由振蕩電路1輸出的交流電流為I，電路等效的放大倍數(shù)為八，二極管壓降為其步驟包括:
[0051]1)測試財+1^’的電阻，在測脂電路的輸出端獲得第一輸出電壓:
[0052]VI = IX (肚+肚，)“-邪(1)
[0053]2)測試財’的電阻，在測脂電路的輸出端獲得第二輸出電壓:
[0054]乂2 = IX (肚’)X八-乂0(2)
[0055]3)測試人體電阻1?，在測脂電路的輸出端獲得第三輸出電壓
[0056]\3 =(3)
[0057]4)基于由以上公式則可計算出人體電阻:
[0058]詘=肚肚’)(4)
[0059]其中，1(=。
[0060]由于運放器件以及電子開關(guān)的不一致性，測量時的電阻誤差及放大器誤差并不能完全忽略，財及財+財’經(jīng)過電子開關(guān)及放大器驅(qū)動后，會出現(xiàn)等效偏移，變?yōu)樨?八町和尺1:+尺1:，+厶尺2,
[0061]則人體電阻詘變?yōu)樵x=(1^+八町)肚’)+ ^82 (5)
[0062]可以驗證，這個系統(tǒng)誤差八[和八以仍然是線性的，于是在上述測脂電路的基礎(chǔ)上，增加存儲模塊31，并通過第一外部測試電阻I？⑶11和第二外部測試電阻I？⑶12對人體電阻此做以下硬件校正步驟:
[0063]5)將第一外部測試電阻I？⑶11 =財+財’放置到1?位置，并在測脂電路的輸出端測得第一測試電壓；
[0064]6)將第二外部測試電阻此42 =財’再次放置到1?位置，并在測脂電路的輸出端測得第二測試電壓％2；
[0065]7)將此311、此312、7。1、7。2代入方程(5)中，得到:
[0066]八尺1 =(肚 X ^01-^02))丨 0142)―財
[0067]八尺2 = ((701-71)/^01-702)) X 財
[0068]將八町及八以的值存入存儲器31中，并在用戶實際測量所述人體電阻1?時代入方程(5)中可以得到人體電阻1?的精確數(shù)值。
[0069]應(yīng)當(dāng)指出，以上所述【具體實施方式】可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本實用新型創(chuàng)造，但不以任何方式限制本實用新型創(chuàng)造。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本實用新型創(chuàng)造已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本實用新型創(chuàng)造進行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本實用新型創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型創(chuàng)造專利的保護范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種測脂電路，其特征在于:它包括依次連接的振蕩電路、反相交流放大電路、電阻選擇電路、電壓采樣電路和峰值取樣電路，所述反相交流放大電路包括第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第四電容、第五電容和第二運算放大器；所述第六電阻和第五電容并聯(lián)后構(gòu)成的并聯(lián)電路連接在所述第二運算放大器的輸出端和負輸入端之間，所述第五電阻連接在所述第二運算放大器的輸出端和所述振蕩電路的輸出端之間；所述第七電阻和第八電阻串聯(lián)后的串聯(lián)電路連接在電源與接地點之間，且所述第四電容與所述第八電阻并聯(lián)； 所述電阻選擇電路包括第一測試電阻、第二測試電阻、一對測量電極，以及并聯(lián)在所述第一測試電阻兩端的第一開關(guān)組、并聯(lián)在所述第二測試電阻兩端的第二開關(guān)組、并聯(lián)在所述測量電極兩端的第三開關(guān)組；所述第一測試電阻、第二測試電阻、一對測量電極依次串聯(lián)后再與所述第五電容并聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種測脂電路，其特征在于:所述振蕩電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一運算放大器、第一電容、第二電容和第三電容；所述第一電阻連接在第一運算放大器正輸入端和輸出端之間；所述第四電阻連接在所述第一運算放大器的負輸入端和輸出端之間；所述第二電阻和第三電阻串聯(lián)后與所述第一電容并聯(lián)成一混聯(lián)電路，且所述混聯(lián)電路連接在電源與接地點之間，所述第二電阻和第三電阻的中點連接所述第一運算放大器的正輸入端；所述第二電容連接在所述第一運算放大器的負輸入端和接地點之間；所述第一運算放大器的輸出端通過所述第三電容連接所述反相交流放大電路中的第五電阻。
3.如權(quán)利要求1所述的一種測脂電路，其特征在于:所述電壓采樣電路包括第九電阻、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第三運算放大器和第六電容；所述第三運算放大器的正輸入端同時連接所述第一開關(guān)組、第二開關(guān)組和第三開關(guān)組的正極開關(guān)，所述第三運算放大器的負輸入端同時連接所述第一開關(guān)組、第二開關(guān)組和第三開關(guān)組的負極開關(guān)；所述第三運算放大器的正輸入端還通過第九電阻連接第二運算放大器的正輸入端，所述第十二電阻連接在第三運算放大器的負輸入端和輸出端之間；所述第三運算放大器的輸出端通過第六電容連接在峰值取樣電路中二極管的正極。
4.如權(quán)利要求1所述的一種測脂電路，其特征在于:所述峰值取樣電路包括第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻、第七電容和二極管；其中所述第十三電阻和第十四電阻串聯(lián)后的串聯(lián)電路連接在電源與接地點之間，所述第十三電阻和第十四電阻的中點連接二極管的正極；所述第七電容與第十五電阻并聯(lián)后的并聯(lián)電路一端連接所述二極管的負極，另一端連接接地點；所述二極管的負極作為所述測脂電路的輸出端。
5.如權(quán)利要求1?4之一所述的一種測脂電路，其特征在于:所述第一測試電阻Rt和第二測試電阻的范圍為300 Ω?600Ω。
6.一種體脂秤，其特征在于:所述體脂秤包括如權(quán)利要求1?6之一所述的測脂電路。
【文檔編號】A61B5/053GK204106008SQ201420407163
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】張悅 申請人:繽刻普銳(北京)科技有限責(zé)任公司