[发明专利]基于傅立叶变换的混频生物阻抗测量方法

摘要

本发明提供一种基于傅立叶变换的混频生物阻抗测量方法，包括如下具体步骤：①设定参数，获取混频激励下被测通路和参考通路电压信号序列；②傅立叶变换解调计算；③参考通路补偿计算。本发明的有益效果是应用该方法，同时获取混频频率下的生物阻抗信息的模和相角。此方法由计算机软件进行解调计算，简化了硬件电路，且消除了硬件电路由于大量模拟器件不匹配以及噪声所引入的干扰，提高了测量精度。基于傅立叶变换的解调算法，上位机软件易于实现，直接对被测信号进行离散傅立叶变换，就能得到所需的生物阻抗信息，在测量过程中，只需调整采样频率、信号频率以及总采样点数等参数进行设置，就能直接进行测量，提高了测量精度，为临床应用提供更加完备准确的信息。

主权项

1.一种基于傅立叶变换的混频生物阻抗测量方法，其特征在于该方法包括如下具体步骤：①设定参数，获取混频激励下被测通路和参考通路电压信号序列生物阻抗测量采用电流激励，电压测量的方式，设激励电流为I(激励电流信号有n个频率成分f1，f2，...，fi，...，fn)，流经串联在一起的被测对象(在某一频率激励下阻抗为Zxi)和参考电阻(阻值为r)，对加在被测对象和参考电阻上的两路电压信号分别进行信号调理，得到被测通路和参考通路电压信号Vx、Vr，然后对Vx、Vr进行AD转换得到被测通路和参考通路电压信号序列vx(m)、vr(m)，(m＝0，1，...，M-1)，其中：AD转换是对Vx、Vr进行整周期采样，采样参数分别为：fs为采样频率，fs＞2×max(f1，f2，...，fi，...，fn)Ts为采样周期，Ts＝1/fs M为总采样点数，为fs/fi的整数倍Tp为总采样时间，Tp＝Ts×M；②傅立叶变换解调计算对上述步骤①中得到的被测通路和参考通路电压信号序列vx(m)、vr(m)，(m＝0，1，...，M-1)，首先，分别进行离散傅立叶变换，通过下述计算公式求其频谱在激励频率为fi下的复数值：$\widehat{V_{\mathrm{xi}}}=T_s\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Sigma }}{v}_x\left(m\right)e^{-j\frac{f_i}{f_s}·2\mathrm{\pi m}};$ $=R_{\mathrm{xi}}-j{X}_{\mathrm{xi}}$ $\widehat{V_{\mathrm{ri}}}=T_s\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Sigma }}{v}_r\left(m\right)e^{-j\frac{f_i}{f_s}·2\mathrm{\pi m}};$ $=R_{\mathrm{ri}}-j{X}_{\mathrm{ri}}$ 其中：为vx(m)的频谱在激励频率为fi下的复数值；Rxi为的实部；-Xxi为的虚部；为vr(m)的频谱在激励频率为fi下的复数值；Rri为的实部；-Xri为的虚部；然后，再分别通过下述计算公式计算被测通路和参考通路电压信号在激励频率为fi下的幅值和相角：$A_{\mathrm{xi}}=\frac{2}{T_p}\sqrt{{R_{\mathrm{xi}}}^2+{X_{\mathrm{xi}}}^2},$ ${\phi }_{\mathrm{xi}}=\arctan \frac{R_{\mathrm{xi}}}{X_{\mathrm{xi}}};$ $A_{\mathrm{ri}}=\frac{2}{T_p}\sqrt{{R_{\mathrm{ri}}}^2+{X_{\mathrm{ri}}}^2},$ ${\phi }_{\mathrm{ri}}=\arctan \frac{R_{\mathrm{ri}}}{X_{\mathrm{ri}}};$ 其中：Axi为被测通路电压信号在激励频率为fi下的幅值，φxi为被测通路电压信号在激励频率为fi下的相角；Ari为参考通路电压信号在激励频率为fi下的幅值，φri为参考通路电压信号在激励频率为fi下的相角；③参考通路补偿计算参考通路补偿计算是在所述被测通路的回路中串联一个已知阻抗特性的参考电阻，通过计算参考电阻所在参考通路的电压信号在激励频率fi 下的幅值和相角，对被测通路电压信号进行补偿计算，从而得到被测对象在激励频率fi下阻抗的模和相角，计算公式如下：$\left|Z_{\mathrm{xi}}\right|=\frac{A_{\mathrm{xi}}}{A_{\mathrm{ri}}}\times r;$ ∠Zxi＝φxi-φri；其中：|Zxi|为被测对象在激励频率为fi下阻抗的模，∠Zxi为被测对象在激励频率为fi下阻抗的相角；Axi、φxi为由上述步骤②中得到的被测通路电压信号在激励频率为fi 下的模和相角，Ari、φri为由上述步骤②中得到的参考通路电压信号在激励频率为fi 下的模和相角；r为参考电阻的阻值。