实验五_人体阻抗实验

实验五 人体阻抗实验

一、实验目的：

1. 了解人体阻抗的测量方法。

2. 通过心脏收缩和舒张时其心房、心室的体积变化，可观察到回路中人体

阻抗的相应变化，进而了解阻抗测量的实际应用。

二、原理简介：

阻抗为测量路径上，对交流电通过时，所产生阻力性和电抗性合成的总抗量。这其中包含三种成分：电阻、电感、电抗。所有导电物质。包括活体组织皆具有阻抗，且其阻抗会随着季节或阻抗内体液的变化而变化。一般对电阻的定义是电流经过的物质上，所产生对直流电位和交流电位的抵抗量。所有物质在高于绝对零度的温度下，皆具有电抗的特性。

L

R A

ρ

= 依上式，此电阻值会与电流通过物体的及面积A 成反比，而与电流的路径长度L 成正比，其中ρ是电阻系数。

下图为体阻抗测量的原理框图：

图5-1 体阻抗测量原理框图

由韦恩电桥振荡器产生的50KHz 交流信号，经由一定电流电路，将信号以表面电极送入体内。再将向量信号萃取出为单极性信号，其放大倍率为5。再者，隔离电路将信号和电源做隔离，其方法可采用光学式或变压器式。经由精密全波整流电路所构成的解调器，将50KHz 的载波信号和身体阻抗的低频信号予以分离，又经一频宽为0.1~10Hz 的带通滤波器，即可提取出因心脏输出而改变的体

阻抗信号，再将此微弱信号放大500倍，便可于示波器上显示体阻抗的变化信号。

前置放大器：

图5-2 前置放大器

前置放大器由OP1仪表放大器所组成，其放大增益设计如下式所示，可以调整Z10补偿电位，来消除输出端的漂移电压，使其归零。

9

49.41k Av Z Ω

=

+ 带阻滤波器、隔离电路、带通滤波器略，可以查阅心电实验中所述的相关内容。

韦恩电桥震荡电路：

图5-3 韦恩电桥震荡电路

由OP6A、Z21、Z22、Z23、Z24、Z25和Z26组成的振荡器，可产生正弦交流波信号，振荡器采用正反馈设计，震荡频率由Z22、Z23、Z24和Z26决定，如下

式：

o f =

而振荡条件由Z21

决定，必须满足公式：

21

25

2Z Z ≥ 定电流电路：

图5-4 定电流电路

在OP6B 电路中，因具有负反馈的设计，因此输入端有虚短的现象，所以输出电流只与输入电压有关，即28

i

L V I Z =

，而与负载的大小无关，所以OP6B 、Z27和Z28可视为一定电流电路的组合。

解调电路：

图5-5 解调电路

由OP4B、D1、D2、Z25和Z28组成一反相半波整流电路，再通过Z27、Z29将原始信号和半波信号做加总，形成一全波整流电路。

增益放大器：

图5-6 增益放大器

OP5B 为一非反相放大器，其中Z34及Z35可选择放大增益，如下面两式所述。

333433

35

3333

&Z Z Z Z Av Av Z Z ++=

= 三、实验设备：

计算机

1台 KL-72001主模块 1个 KL-75009阻抗模块 1个 示波器

1台 KL-79101集线器 1个 电极贴片 4个 酒精棉

若干 电极导线 4根 10mm 短路夹 若干 其他连接线

若干

四、实验步骤：

（一）前置放大电路和解调电路的校正： 1. 按要求接线：9-Pin 接J2。

2. 阻抗模块的Pre-Amplifier 部分的ELECTRO1接ELECTRO2、ELECTRO2接

韦恩电桥的的ELECTRO GND。

3. 开启主模块电源，用万用表测量Pre-Amplifier 输出端的电压，以

ELECTRO GND 为参考点。

4.调整Pre-Amplifier的Offset使输出为零电位。

5.关闭电源，移除连线。

6.按要求接线：主模块上的9-Pin接J2，主模块左侧信号发生器OUTPUT

接示波器CH1输入，观察示波器CH1，调整主机上的信号发生器，使输出为频率1KHz，振幅为1Vpp的正弦波。

7.主模块左侧信号发生器OUTPUT和Demodulator部分的输入连接，GND

接阻抗模块右下角接地端，示波器CH2接Demodulator部分的输出。

8.开启主机电源。

9.观察示波器CH2，调整VR1使使出波形如下图所示。

图5-7 调整结果示意图

10.关闭电源，移除连线。

（二）人体阻抗测量：

1.依以下说明接线：主机上9-Pin接KL-75009人体阻抗模块上的J2。

2.短路夹分别插入1、3、4、5、6、7、9标记符号内。

3.用砂纸打磨皮肤以去掉角质层，再以酒精棉轻擦双手臂上放置电极贴片

的皮肤，贴上电极贴片，电极放置方式如下图所示。

图5-8 电极连接示意图

4.如上图所示将电极贴片与电极导线相连后，将集线器连接至模块J1端。

5.将RS-232 Cable连接至主机上端RS-232 OUTPUT与电脑通信接口。

6.开启主模块电源，按主机左下角的SELECT键，观察LCD并选择至

MODULE:KL-75009(IMP)。

7.确认前置放大电路、解调电路已校正完毕。

8.开启电脑，打开KL-720生理测量系统软件，选择COM3端口（如果无法

正常输出波形，退出系统后尝试其他端口）。

9.点击Acquire，程序开始经由RS232 PORT获取测量信号，并将波形显示

在图框中。

10.调整VOLT/DIV以及TIME/DIV控制按钮，让波形适当地显示在图框中。

11.观察图形框，调整VR1使输出波形为容积波，大略如下图所示。

图5-9 容积波波形示意图

12.截图保存。

13.关闭主机电源，移除连接线。

注意事项：

1.实验过程中，受测者双手不要晃动，并放松双手。

2.砂纸只需轻擦去掉角质层即可，不须太过用力造成皮肤过度损伤。

3.若实验过程中发现测量结果不理想，可能由于电极贴片与皮肤的阻抗过

大，需要重新放置电极贴片，再利用酒精棉及砂纸去除皮肤的灰尘及角

质层。

4.若Wien Bridge OSC方块内的LED亮起时，代表电路已经短路，避免受

测者感到不舒服及发生危险，请移除模块上的连接线，按下RESET键后，即可继续测试。

五、思考与讨论：

1.人体阻抗分为皮肤阻抗和体内阻抗，两者之间是并联关系还是串联关

系？

2.在皮肤沾水或者出汗的情况下，阻抗会降低还是增加？若皮肤受损又会

造成什么影响?

3.受到突然的生理刺激时，人体阻抗会发生什么样的变化？为什么？

六、实验报告要求：

1.完成实验步骤中的各项内容，并对结果截图进行分析。

2.回答思考题，附在实验报告中。