手持式生物阻抗谱仪的研制与应用

　　引言

　　目前的阻抗谱检测仪器普遍体积较大,这为实际应用带来了很大的困难;不仅如此,此类仪器造价普遍偏高,只能满足部分实验室研究之用,对于市场普及生产难度较大。因此,一款快速、便携、低成本的阻抗检测仪器具有很重要的现实意义和市场实用价值。本文基于生物阻抗技术,研制了一种手持式阻抗谱检测仪器,对其信号源、检测单元及显示、通信等模块进行了研究,并利用该仪器对猪肉阻抗谱及相关特征参数进行了测量。

　　1生物阻抗检测原理

　　生物组织由细胞、细胞膜、基质、以及细胞内液和细胞外液构成,Fricke将生物组织看作为一种细胞均匀分布的电解质溶液,在此基础上,他提出了Fricke模型,将生物组织等效为如图1所示的等效电路,Ri、Re、Cm分别代表整个生物组织的等效内电阻和等效外电阻和细胞膜电容。

　　为了更好的描述生物组织的等效电路,Cole KS提出生物阻抗可以用复平面上一段圆弧来表示，后来Cole RH在总结前人研究的基础上进一步将其发展为Cole-Cole理论，该理论第一次导出了复阻抗方程用以描述生物组织内的电介质模型。其阻抗值可以表示为公式1-1洛参数表达式如公式1-2所示。

　　由迭代算法可以进一步得到Ri,Re及Cm的表达式如下所示

　　2生物阻抗谱检测系统的构建

　　2.1系统整体设计

　　该生物阻抗潜检测系统中采用C8051F060作为其微控制器，采用直接数字式频率合成器nnstAn9s}a}实现自动扫频信号源，使用幅相检测单元((AD83a2咪实现阻抗值实部与虚部的分离，采用四针测童电极对猪肉样品进行检测。

　　2.2信号源的实现

　　本课题采用直接数字合成方法，选用AD985U这个可以工作在I25MH:时钟频率且具有10bit UAC的BUS芯片，该芯片由徽处理器通过申行或并行的方式向AD985B装人4I)位的控制字.32位用于频率控制..5位用于控制相位，该44位控制字进人AB985。的4q位数据输人寄存器，低32位进人频率相位数据寄存器进行频率控制.高5位进行相位控制。AD9850工作时钟频率最高可达125MHz。在此频率下，可产生0.0291-62.5MH的正弦波信号和标准方波信号。其中乃位相位控制字允许相位按增量180⁰,90⁰,45⁰,22.5⁰,11.75⁰或这些值的组合进行调整。在高速DDS中进行数据的整合，它采用32位相位累加器，截断成14位后输人正弦查询表，查询表的输出截断成10位，输人到DACp DAC输出两个互补的模拟电流，接到滤波器_七。如要调节17AC满量程翰出电流.需外接一个电阻Rset,其调节关系是:

　　满量程电流为10-20mA。AD9850内部有高速比较器，接到DAC滤波输出端后就可直接输出一个抖动很小的方波信号此信号可作为系统时钟源或数据处理器的中断信号。