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体验“人体成分分析仪”——生物电阻抗法生物电阻抗法(Bioelectrlcal Impedance Analysls)是一种通过电学方法测定人体水份的技术。
1、生物电阻抗法（BIA）基本原理人体的体液里有许多离子，因此人体的体液具有导电性。
将微弱的交流电流信号导入人体时，电流会在电阻小、传导性能较好的体液中传输。
在电学中，在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
因此阻抗包括导体的电阻、电容的容抗和电感的感抗，简称电阻、容抗、感抗；其中容抗、感抗与所加的交流电频率有关，同样的电容、电感，交流电频率越高，容抗越小，而感抗越大；阻抗由电阻R、感抗X c和容抗X L三者组成，但不是三者简单相加，而是三者平方和的平方根。
阻抗常用Z表示，单位是“欧姆”。
体液是导电介质，因此人体相当于导体，具有电阻；细胞壁相当于电容，因为细胞内部和外部都是可以导电的体液，但被细胞壁隔开，因此具有电容效应；人体里面几乎不存在感抗。
如果将人体比作导体的话，那么人体中水分的多少，即反应人体电阻的大小；而容抗在大小则能反应细胞内外水分的比例。
人体总阻抗的大小是两者的平方和的平方根，但在固定频率测试中，人体的阻抗与电阻的相差不多，经常就用电阻R替代阻抗Z。
构成身体的人体成份可分为水(Body water)、蛋白质(Proteln)、体脂(Body Fat)、无机物(Mineral )四种。
这些成份在人体中虽然会因为性别与个人的不同存在着一些差异，但大致上为55:20:20:5的比例。
因此，在这些人体成份中，如果知道了人体水分含量和人体脂肪含量，就可以分别求出这四种成份各自的量。
人体的肌肉的主要成分是蛋白质和人体水份，它们之间存在着一定的比例关系，健康的肌肉是由约73%的水和27%的蛋白质组成。
人体中的无机物主要是人体骨骼的重量，骨的重量又与肌肉量有着密切的关系，即可以由身体水分含量求出蛋白质和无机物的含量。
因此，如果知道人体水分含量和脂肪含量，就可以分别确定人体四大成分并予以分类。
人体成分分析仪基本参数1.电阻测量范围：人体成分分析仪使用电阻测量技术来分析人体成分。
一般来说，它可以测量的电阻范围要远大于普通的电阻计，通常在几百到几千欧姆之间。
2.测量频率：人体成分分析仪的工作频率也是一个重要的参数。
它会影响到测量结果的准确性。
一般来说，人体成分分析仪的工作频率在10kHz到100kHz之间。
3.测量精度：测量精度是人体成分分析仪的一个重要指标。
它表示仪器能够准确测量人体成分的能力。
测量精度一般用百分比表示，例如±1%、±2%等。
4.测量时间：人体成分分析仪的测量时间通常不会太长，因为这样可以提高用户的体验和使用效率。
一般来说，测量时间在几秒到几十秒之间。
5.测量方法：人体成分分析仪的测量方法可以分为直接法和间接法两种。
直接法是指直接测量人体的电阻或电流来计算人体成分的含量，而间接法是通过测量人体的其他参数来推算成分的含量。
6.功率要求：人体成分分析仪通常需要接通电源才能正常工作。
它的功率要求一般在几十瓦特到几百瓦特之间。
7.数据分析和显示：人体成分分析仪通常会将测量结果显示在仪器的屏幕上，并且可以保存和导出测量数据。
有些高级的人体成分分析仪还可以通过连接到计算机或移动设备来进行数据分析和管理。
8.用户界面：人体成分分析仪的用户界面应该简单易用，方便用户进行操作和测量。
一般来说，它会配备触摸屏或按钮等控制元素。
9.适用人群：人体成分分析仪一般适用于成年人，尤其是那些关注身体健康、减肥或体形管理的人群。
对于儿童、孕妇和患有特殊疾病的人群，一般需要特殊的测量方法和参数。
10.安全性：人体成分分析仪应具备一定的安全性能，不会对用户造成伤害。
一般来说，它会采用非侵入式的测量方法，不会给用户带来电击等危险。
总结来说，人体成分分析仪的基本参数包括电阻测量范围、测量频率、测量精度、测量时间、测量方法、功率要求、数据分析和显示、用户界面、适用人群和安全性等。
这些参数能够帮助用户了解仪器的功能特点和适用范围，选择适合自己的人体成分分析仪。
人体成份分析仪技术参数1、1设备用途：通过测量人体成分，来评价人体的营养状态，进行体重管理及健康诊断1.2主要技术性能指标及要求、配置：1.2.1.生物电阻抗分析法(BIA)：（1）阻抗(Z)：通过6个不同的频率（1KHz、5KHz、50KHz、250KHz、500KHz、1000KHz）分别在5个节段部分（右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢）进行30种电阻抗测量（2）电抗(Xc)：通过3个不同的频率（5KHz、50KHz、250KHz）分别在5个节段部分（右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢）进行15种电抗测量1.2.2电极方法：4极8点接触电极*1.2.3.测量方法：节段多频率生物电阻抗测量法（DSM-BIA法）1.2.4.人体成分计算方法：不使用经验值估算1.2.5. 输出值（1）体成分报告纸：人体成分分析(身体总水分、蛋白质、无机盐、体脂肪、肌肉量、体重), 肥胖分析(BMI,体脂百分比), 节段肌肉分析(根据理想体重/根据当前体重: 右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢), 细胞外水分比率分析(细胞外水分比率), 身体变化（体重、骨骼肌重量、体脂肪率、细胞外水分比例），评分, 体重控制(目标体重、体重控制、脂肪控制、肌肉控制), 肥胖评估，营养评估, 身体均衡评估(上肢、下肢、上下肢), 节段脂肪分析(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢), 节段水分分析，节段细胞内水分分析，节段细胞外水分分析, 节段围度分析(颈围、胸围、腹围、臀围，右上臂、左上臂、右大腿、左大腿), 腹部脂肪率(图解), 内脏脂肪水平(图解)，研究项目(细胞内水分、细胞外水分，骨骼肌、基础代谢率、腰臀比、内脏脂肪等级、肥胖度、骨矿物质含量、身体细胞量、上臂围度、上臂肌肉围度,去脂体重指数、脂肪量指数), 电抗,阻抗（2）体水分报告纸：身体水分组成(身体总水分, 细胞内水分,细胞外水分) , 细胞外水分比率分析(细胞外水分比率), 节段体水分分析, 节段细胞外水分比率分析, 身体水分历史记录(体重、身体总水分、细胞内水分、细胞外水分、细胞外水分比率), 节段细胞内水分分析, 节段细胞外水分分析, 人体成分分析(蛋白质、无机盐、体脂肪、去脂体重、骨矿物质含量), 肌肉脂肪分析(体重、骨骼肌含量、肌肉量、体脂肪含量), 肥胖分析(BMI, 体脂百分比), 研究项目(基础代谢率、腰臀比、腹围、内脏脂肪面积、肥胖度、身体细胞量、上臂围度、上臂肌肉围度、 TBW/FFM, 去脂体重指数、脂肪量指数),电抗，阻抗. （3）儿童报告纸：体重、身体总水分、蛋白质、无机盐、骨骼肌、体脂肪含量、BMI、体脂百分比、身体均衡图示、成长曲线（身高、体重）、营养评估（蛋白质、无机盐、脂肪）、目标体重、体重控制、脂肪控制、肌肉控制、成长分数、少儿肥胖度、基础代谢量、每个节段和频率的电阻抗值*（4）内脏脂肪面积(图示)；结果解析二维码；相位角（50khz）1.2.6. 显示LOGO：报告纸中显示名称、地址、联系方式*1.2.7. 报告纸类型：体成分结果报告纸, 体水分结果报告纸，儿童结果报告纸，1.2.8. 提示音及语音向导：按键输入及检测过程中提供提示音及语音向导功能1.2.9. 数据存储：通过输入ID号可储存测试结果≥100,000次1.2.10.测试模式：自助模式及专家模式1.2.11.管理员菜单：环境设置: 人体成分仪的设置及数据管理；故障排除: 对常出现的问题进行检查说明1.2.12.支持USB存储设备：可使用USB存储设备存储数据（与Excel和软件兼容）或备份全部数据1.2.13.备份数据：可用USB存储设备备份和恢复体成分的数据1.2.14.其它参数（1）额定电流：80μA（±10Ua）（2）适配器：电源输入：AC 100-240V，50/60Hz，1.2A；电源输出：DC 12V，3.4A （3）显示屏：800*480 10.2英寸薄膜液晶显示屏（4）内部接口：触摸屏、键盘按键（5）外部接口：RS-232C 4个, USB主机接口2个，USB从接口1个，LAN接口（10T）1个，蓝牙接口1个、无线接口1个（6）兼容打印机：激光打印机（设备指定的打印机型号）（7）仪器尺寸：526(W)×854(L)×1175(H):mm；仪器重量：38kg（8）测试时间：1分钟以内即可完成测试（9）操作环境：温度10～40℃，湿度30%～75％RH，70～106kPa（10）储存环境：温度-20～70℃，湿度10%～95％RH，50～106kPa（11）测试体重范围：10～270kg（12）测试身高范围：95～220cm*（13）测试年龄范围：3～99岁14.具有美国FDA认证、CE、ISO认证。
人体成分分析仪原理人体成分分析仪是一种用于测量人体成分的仪器，它可以通过不同的技术手段来分析人体的脂肪、肌肉、骨骼和水分等成分。
这些数据对于健身、医学和营养学等领域都具有重要的意义。
那么，人体成分分析仪是如何工作的呢？本文将从原理方面进行介绍。
首先，人体成分分析仪的原理是基于生物阻抗分析（BIA）技术的。
生物阻抗分析是通过向人体内部施加微弱电流，然后测量电流通过人体时的电阻，从而计算出人体的各种成分。
具体来说，当电流通过人体时，脂肪组织和肌肉组织对电流的阻抗是不同的，因此可以通过测量电阻来推算出脂肪和肌肉的含量。
其次，人体成分分析仪还可以采用双能X射线吸收法（DEXA）来进行测量。
DEXA技术是通过向人体投射两种不同能量的X射线，然后测量X射线通过人体后的吸收情况，从而计算出人体的骨骼密度和脂肪含量。
这种技术对于骨质疏松和肥胖等疾病的诊断有着重要的意义。
另外，人体成分分析仪还可以采用气体排泄法来进行测量。
气体排泄法是通过测量人体排出的二氧化碳和水蒸气的量来计算出人体的新陈代谢率和脂肪氧化率。
这种技术对于评估人体的能量代谢和脂肪燃烧情况非常有帮助。
除了上述的技术手段，人体成分分析仪还可以结合人体测量数据和人体成分模型来进行分析。
人体成分模型是通过大量人体样本数据建立的数学模型，可以根据人体的年龄、性别、身高、体重等信息来预测人体的脂肪、肌肉、骨骼和水分含量。
这种方法可以在一定程度上提高人体成分分析的准确性。
综上所述，人体成分分析仪的原理主要基于生物阻抗分析、双能X射线吸收法、气体排泄法和人体成分模型等技术手段。
通过这些技术手段，人体成分分析仪可以准确地测量人体的脂肪、肌肉、骨骼和水分等成分，为健身、医学和营养学等领域提供重要的数据支持。
希望本文对人体成分分析仪的原理有所帮助。
人体成分检测仪产品特征
测试速度快，高准确率
2个测试频率：50,250HZ
8点接触式电极，6通道全身测试
给出全身主要成分，可满足各行业基本要求
带有内障脂肪等级、体型判定功能
内置热敏打印机，并支持彩色报告打印
8.4寸彩色触摸屏，界面美观大方
自动体重测量，联机或直接打印
独有的内赃脂肪等级判断功能，有效区分肥胖的类型
智能化的联机软件支持
我们人体成分分析仪配套的人体成分数据管理软件将PC的强大处理能力与体成分仪的测量功能相结合，可以实现PC操控、数据备份与导入导出、数据查询、历史对比、数据统计等功能，支持底版打印/套打及批量打印，极大方便了对体成分数据的使用和研究。
人体成分检测仪产品参数
型号：康奈尔人体成分检测仪eF-265B
测量方法多频率生物电阻抗（MFBIA)测量法。
测量频率50,250KHz
电极/电流通道8点接触式电极，6通道。
电阻范围100~1000Ω
恒定电流500μA
电源AC100-240V,50/60Hz
额定功率65VA
显示屏幕8'(800*600)彩色TFT显示屏
传输接口RS232C(9针)串口,USBtypeA/typeB,RJ45(10/100Base-T)以太网口
打印机内置热敏打印机或指定型号打印机
外形尺寸674(L)×410(W)×968(H)mm
整机重量10kg
测量时间<10秒。
inbody体测仪工作原理
inbody体测仪是一种通过使用多频电阻抗测量技术来评估人体成分的仪器。
其工作原理基于人体组织对电流的传导能力不同，根据不同成分的阻抗特性进行测量。
整个测量过程中，被测试者需要依次站立在测量仪器的金属板上，仪器会通过四个电极分别向人体发送微弱的电流，在仪器内测量电流的传输速度和路径，根据这些数据计算出不同组织、器官和身体部位的生物阻抗。
在inbody体测仪中，用到了不同频率的电流，这是因为不同
频率的电流在人体内传播的路径不同。
低频电流主要传播在细胞膜内外，并反映细胞内液和细胞外液之间的分布情况；而高频电流则主要通过细胞间液传播。
通过测量电阻和反抗电流在身体各部位的传播情况，inbody体测仪可以确定身体组成的百分比，包括肌肉量、脂肪量、水分含量和骨骼重量等。
同时，inbody还可以提供详细的身体部位分析，帮助评估身体的健康状况。
需要注意的是，inbody体测仪是一种相对精确的非侵入性测量方法，但其结果可能会受到一些因素的影响，如身体水分、饮食状况、运动状态等。
因此，在测试过程中，确保在相同条件下进行多次测量可以提高结果的准确性。
人体成分分析仪基本参数人体成分分析仪是一种利用生物电阻抗技术来测量人体组织成分的仪器。
它通过测量人体组织对电流的阻抗来分析身体的脂肪含量、水分含量、肌肉含量等，为人们提供了一个全面了解自己身体状况的方法。
下面将详细介绍人体成分分析仪的基本参数。
1.电流频率：人体成分分析仪通常采用多频段电流，比如5、50、250、500kHz等频率，以便更准确地测量不同组织的阻抗值。
多频段电流能够降低电极与皮肤的接触电阻的影响，提高测量的准确性。
2.测量方式：人体成分分析仪主要有直接测量和间接测量两种方式。
直接测量是通过将电极直接放在身体的特定部位上进行测量，比如手腕、手臂、脚踝等。
间接测量则是通过将电极放在手握式测量仪上进行测量，以便更方便地进行测量。
3.测量参数：人体成分分析仪可以提供多种参数的测量结果，其中包括体脂含量、肌肉含量、水分含量、骨含量等。
这些参数能够为用户提供全面的身体组成分析，帮助用户了解并监测身体的健康状况。
4.测量范围：不同型号的人体成分分析仪具有不同的测量范围，通常能够测量的体脂含量范围为3%~60%。
同时，一些高端的人体成分分析仪还能够测量肌肉含量范围、水分含量范围等。
5.显示方式：人体成分分析仪通常具有LCD显示屏，可以显示出测量结果，同时还能够显示其他相关信息，比如身高、体重等。
一些高端的人体成分分析仪还具有多种显示模式，可以按照图表、数字等各种形式来展示测量结果。
6.存储功能：人体成分分析仪通常具有存储功能，可以存储多个用户的测量数据，便于用户随时查看和比对自己的身体状况。
一些高端的人体成分分析仪还可以通过蓝牙连接手机或电脑，将数据传输到手机或电脑上进行分析和管理。
7.供电方式：人体成分分析仪通常使用电池供电，方便用户在任何时间和地点使用。
一些高端的人体成分分析仪还具备电池低电量提醒和自动关机功能，节省电池使用寿命。
总之，人体成分分析仪是一种非常有用的健康监测仪器，它通过测量人体组织的阻抗来分析身体的组成，帮助用户了解身体的脂肪含量、水分含量、肌肉含量等，从而指导用户的健康管理。
人体成分分析仪的三种原理1生物电阻抗原理利用生物电阻抗分析法(BIA)测量人体成分是近20年时间里发展起来的一项分析技术。
生物电阻抗法是一种通过电学方法测定人体水分的技术。
将微弱的交流电信号导人人体时，电流会随着电阻小、传导性能好的体液流传旧。
水分的多少决定了电流通过的通路的宽容，这可用叫做阻抗的测定值来表示。
但是阻抗和电阻的值，在人体中仅仅相差约2—3Q。
由于这样的阻值差可以被忽视掉，所以在生物体电阻抗法中，可以用电阻值来近似代替阻抗。
以测定阻抗来算出人体构成成分。
一般原理是利用人体水分与身高成正比，与人体阻抗R成反比这一原理算出来，电流流过导体时，导体的电阻与导体长度成正比，与横截面成反比，即导体的体积可以用导体的长度和电阻的函数来表示。
在人体中，导体的体积可以看作人体水分，应用于分析人体水分。
2多频检测原理BIA是测定人体水分含量的技术，所以能否准确地测定人体水分含量是决定机器精密度的核心技术。
含有大量水分的肌肉成分是由细胞构成的，细胞的细胞膜是具有双层膜的脂质膜。
多频BIA技术是把人体水分区分为细胞内液和细胞外液来测定。
使用高频电子信号测定的人体阻抗反映细胞内液和细胞外液，低频电子信号只反映细胞外液。
像这样变换频率，测定细胞内外的水分分布以及细胞内、外液的技术叫做多频检测法。
3 多频生物电阻抗分析法多频生物电阻抗法测量人体成分是近20年发展起来的一项新技术。
在比较了国内外同类仪器优缺点的基础上，研制的一种新型的人体成分分析仪，有效地解决了同类仪器中存在的不足，市面上SN-2A已开始采用多频生物电阻抗分析法。
实现了全自动多频检测和节段测量，通过CAN 总线与监控设备互联，实现了一台电脑同时监测多台仪器，具有人体阻抗信号采集与显示，多种人体成分参数的计算等功能。
此人体成分分析仪适合家庭医疗保健和医院保健科使用。
未来多频生物电阻抗分析法必将成为人体成分分析仪的发展主流。
ISSN 1000-0054CN 11-2223/N 清华大学学报(自然科学版)J T singh ua Un iv (Sci &Tech ),2007年第47卷第8期2007,V o l.47,N o.819/331330-1333适用于家庭健康检测的生物电阻抗测量系统刘加恩, 董永贵, 葛 凯(清华大学精密仪器与机械学系,精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京100084)收稿日期:2007-01-12基金项目:国家自然科学基金资助项目(60672012)作者简介:刘加恩(1983—),男(汉),山西,硕士研究生。
通讯联系人:董永贵,教授,E-mail:dongyg@mail.tsin 摘 要:针对家庭健康检测的需求,研制一种低成本的生物电阻抗测量系统。
采用由一对激励电极及一对敏感电极组成的四电极结构,利用单片机结合低通滤波器产生50kHz 的正弦波恒流信号,施加在与人体皮肤接触的激励电极对上,通过测量敏感电极对的电压,实现人体生物阻抗的检测,有效克服了接触电阻抗以及空间电磁波的干扰。
利用该系统对人体腿对腿间的生物电阻抗进行了实际测量,并将测量结果与T anit a BF-639的测量结果进行了对比分析。
结果表明,这种测量系统在测量结果的线性、重现性、稳定性及准确性等方面的性能可满足人体成分测量的要求。
这为人体肥胖程度的家庭检测提供了一种有效的工具。
关键词:生物电阻抗;人体成分;脂肪;测量电路中图分类号:T P 212文献标识码:A文章编号:1000-0054(2007)08-1330-04Bioimpedance measurement system forhousehold healthcareLIU Jiaen ,DO NG Yonggui ,G E Kai(State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments ,Department of Precision Instruments and Mechanology ,Tsinghua Univers ity ,Beijing 100084,China )Abstract :A low-cost bioim pedance m easuremen t sys tem wasdeveloped for the increasing hous ehold health care market.T he sys tem u ses a four-electrode s tru cture w ith a pair of exciting electr odes and a pair of s ens ing electrodes for the m easuremen ts.A 50k Hz s inusoidalcons tantcurrents ignal generated byamicrocontroller unit together w ith a low-pass filter is ap plied to the ex citing electr od es contactin g th e sk in.Th e voltage acros s the sensin g electrodes is m easured to obtain the b ioimpedance of hum an body.T he sys tem overcom es interference betw een the contact impedan ce and the electromagnetic w ave.M easu rementsofleg-to-leg bioimpedance compare well w ith those obtained u sing a T anita BF-639.The system pr od uces repeatability,stability,and accur acy for body comp os ition m easuremen ts as an effective hous ehold tool for body fat measur ements.Key words :bioimp edance;body composition;fat;m easuremen tcircuit适用于家庭的人体健康状况检测仪受到越来越多的重视,该类仪器中人体成分检测占据极其重要的地位,例如脂肪、水分检测仪等。
用于人体成分测定的多频复阻抗同步获取系统叶小灿;张弦;王远;马祖长;陈焱焱【摘要】目的设计一种生物组织多频复阻抗同步获取系统,克服多频复阻抗同步测量受栅栏效应影响的问题,用于人体脂肪、肌肉等组成成分的精确测定.方法首先根据频域阻抗测量原理,基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)编程实现了一个用于阻抗测量的高精度多频复合激励源,然后设计了适宜于微弱信号的高信噪比调理和采集模块,之后提出一种避免栅栏效应影响的精确离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)分析方法,实现了精准且简便的多频复阻抗同步测量分析系统.最后采用人体RC模型和对比设备分别进行了复阻抗和人体成分测量准确性的验证实验.结果人体阻抗模型测量表明该系统幅值相对误差不超过1％,相位角最大误差不超过0.5°,人体成分主要测量指标与Tanita MC-180测量结果的相关系数r=0.984～0.994(P<0.001).结论该系统同MC-180的测量结果高度显著相关,同时,复杂度低使得该系统易于普及推广,为身体成分的大样本人群普查提供了一种有效的手段.【期刊名称】《北京生物医学工程》【年(卷),期】2018(037)004【总页数】7页(P364-370)【关键词】生物电阻抗;人体成分;多频复阻抗;同步获取;栅栏效应【作者】叶小灿;张弦;王远;马祖长;陈焱焱【作者单位】安徽省食品药品检验研究院合肥 230051;安徽省食品药品审评认证中心合肥 230051;中国科学院合肥智能机械研究所合肥230031;中国科学院合肥智能机械研究所合肥230031;中国科学院合肥智能机械研究所合肥230031【正文语种】中文【中图分类】R318.040 引言人体成分测定是通过测量身体主要组分的物理特性，并依据人体组成学理论计算各组成的含量与分布。
通过人体成分测定可以间接了解人体组织的生理状态和病理状况[1]，对提高身体体质、维持和促进健康、诊断和治疗疾病具有重要意义[2-3]。
其中基于生物电阻抗技术的人体成分测定方法具有测试简单、结果可靠的优点[4-6]，被广泛运用。
生物电阻抗人体成分测定是通过表面电极测量身体相关组织的阻抗，结合个体年龄、性别等相关生物特质推定身体组成[7]，其测试结果准确度与所获得阻抗信息的丰富程度和精度密切相关[8]。
用于人体成分分析的电阻抗测量经历了从纯电阻到复阻抗、从单频点到多频点的技术演变[9-11]。
其中基于经典生物电阻抗RC三元件模型的多频复阻抗检测方法更能全面表征人体的生物阻抗特征[12-14]，对其进行精准而便捷的检测一直是生物电阻抗领域的研究重点和热点。
目前多频生物电阻抗测量方法大多属分时单频测量法[7]，即依次逐频点扫描生物体的阻抗，计算人体细胞的等效RC值，进而推定人体组成成分。
其弊端是耗时长，同时由于受人体心跳、呼吸等生理状态变化影响，非同步获取的各频点阻抗之间存在一定的差异，影响复阻抗测试精度。
苏密勇等[15]给出了一种时域复阻抗同步检测方法，但时域测量法硬件复杂且抗干扰能力较差。
杨宇祥、邱斌等[16-18]给出了一种基于快速傅立叶变换(fast Fourier transform，FFT)中变换频域多频复阻抗同步获取方法，但栅栏效应影响了FFT测试阻抗的准确度。
为此，本研究给出了一种用于多频点生物电阻抗同步测量的采样频率和离散傅里叶变换点数选取方法，并基于该方法设计了相应的检测电路与阻抗分析方法，避开栅栏效应的影响，提高了复阻抗测量精度，并且减小了运算量。
1 人体多频点复阻抗同步测量方法人体生物电阻抗测量频段通常在5 kHz～1 MHz之间，频率低于5 kHz的阻抗测量电流通过皮肤衰减很大，频率高于1 MHz的阻抗相角很小，都不适合测量。
其中频率50 kHz以下激励电流很难通过细胞膜寄生电容，频率200 kHz以上的激励电流可以完全贯穿细胞膜寄生电容，因此分别用于测量细胞外和细胞内的成分，如图1所示。
目前多频人体体成分测量通常是在5 kHz、50 kHz、100 kHz、250 kHz、500 kHz、1 MHz几个代表的频点中选几个频率进行阻抗测量。
图1 人体细胞组织的电流特性Figure 1 Current characteristics of human tissue图2 FFT栅栏效应Figure 2 The fence effect of FFT频域分析是同步多频点复阻抗测量的重要方法，通常是通过FFT变换分析获得检测信号的幅值与相位，这是因为FFT分析运算量通常情况下明显小于离散傅里叶变换(discrete Fourier transform, DFT)分析，但在人体多频点复阻抗测量方面却有特殊性，原因如下：(a)FFT分析的变换点数必须是2的整数次方，采样频率很难设置为其整数倍，导致需要分析的频点往往落在变换后的两个频点之间，即栅栏效益，如图2所示，势必影响分析精度。
而DFT的变换点数没有限制，如果设置信号采样频率fs、DFT变换点数N和基频f0之间的关系满足公式(1)，则需要分析的频点就正好落在DFT变换的频率点上，能够提高分析精度。
(b)FFT分析必须先计算整个频谱后才能得到需要的那部分频谱，而用于人体成分分析的多频复阻抗测量仅关注几个特殊的频点，DFT分析则可以按照公式(2)单独计算每一条频带，因此用DFT计算几个关注频点的方法反而降低了计算量。
fs/N=f0/M (M为自然数)(1)(2)式中：a f0、b f0、c f0是几个关心的频点；f0是这些频点的基频。
通过公式(1)就可以得到a f0、b f0、c f0几个频点上的信号幅值与相位,a f0、b f0、c f0几个频点正好落在Ma+1、Mb+1、Mc+1谱线位置处。
2 测量系统软硬件实现2.1 硬件系统设计多频生物电阻抗同步测量的硬件实现如图3所示。
在一个现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)上构建多路直接频率合成器(direct digital synthesis, DDS)，将多路DDS输出的单频信号经加法器电路合成为多频点复合激励源，并通过自动平衡电桥加载到参考电阻与待测人体；同时检测该激励源在参考电阻与人体产生的激励电压信号，并由微控制器(microcomputer control unit, MCU)控制A/D采集并传输到平板电脑分析。
2.1.1 多频复合激励信号源多频复合激励信号源由多路单频信号源通过加法器电路合成，每路单频信号源利用DDS技术实现，其中相位累加与波形存储部分由FPGA实现，如图4所示，虚线框内由FPGA实现。
2.1.2 有源驱动屏蔽电路用于人体阻抗测量的线缆较长，线缆间的耦合电容影响复阻抗相位测量准确度。
基于抗干扰理论与实践，传输弱信号的电缆线的屏蔽层加上一定电位时，将大大减小由屏蔽层与芯线之间分布电容耦合引入的干扰，如图5所示，用运放AD8627构造出屏蔽层驱动器。
图3 生物电阻抗测量硬件实现原理Figure 3 The principle of the hardware implementation of the bioelectrical impedance measurement图4 多频复合激励源实现原理框图Figure 4 Principle block diagram of multi frequency complex excitation source图5 有源驱动屏蔽电路Figure 5 The circuit of active shield2.1.2 增益放大电路信号检测部分设计了仪表放大电路与低通滤波电路，如图6所示。
在检测前端运用了AD8250可编程增益共模抑制比仪表放大器，用于抑制人体与测量线缆上产生的共模干扰；并由运放AD8627构成有源低通滤波器，滤除高频噪声干扰。
图6 信号检测放大滤波电路Figure 6 The circuit of signal detection, amplification and filter2.1.3 数据采集传输电路数据采集传输电路如图7所示，主控芯片采用C8051F040 ，为提高数据通信稳定性，在高速A/D与主控之间增加了8 K容量的 FIFO缓存模块。
XO53有源晶振芯片产生16 MHz的方波信号经可编程分频器SN75L294分频后作为采样时钟信号。
图7 采样采集传输电路Figure 7 The circuit of sample and transmission2.2 测试软件平台测试时MCU启动采样时钟，多频复合激励源在参考电阻与人体产生的电压信号被采集存储在缓存FIFO中，阻抗分析时，PC端MATLAB软件通过串口与MCU通信，MCU将存储在缓存中的数据传输给MATLAB软件，MATLAB存储接收的数据，利用公式(2)DFT分析获得人体电压信号与参考电阻在频点mf0处的模值与相位Ax(mf0)、φx(mf0)、AR(mf0)、φR(mf0)，根据自动平衡电桥可知被测对象的复阻抗信息为式(3)(4)所示。
(3)∠zx(mf0)=180-[∠φx(mf0)-∠φR(mf0)](4)2.3 系统实现基于多频复阻抗同步获取的人体成分测定系统包括硬件系统电路、压力传感器、通信电路、接触电极、电源适配器和平板电脑6个部分，系统框图如图8所示。
硬件系统电路主要实现多频复合激励信号源产生、信号调理和信号采集。
压力传感器主要用于体重测量，是计算体成分模型中的重要参数指标。
通信电路主要负责硬件系统电路与平板电脑之间的数据互通。
接触电极包括双手和双脚电极，为激励信号源通过测量人体提供通路。
电源适配器将市电转换成系统所需的12V稳压电源。
平板电脑主要负责人机交互，一方面控制测试的开始和停止，一方面显示测量结果，样机如图9所示。
图8 系统组成框图Figure 8 Block diagram of the system composition图9 基于多频复阻抗同步获取的人体成分测定样机Figure 9 The prototype of human body composition measurement based on multi-frequency complex impedance acquisition3 初步验证与结果分析3.1 阻抗测量准确性验证根据经典人体阻抗三元模型，可用2R-1C电路模拟人体阻抗，如图10所示。
其中Ri代表细胞外液电阻，Re表示细胞内液电阻，Cm代表细胞膜电容。
取Ri=150 Ω，Re=50 Ω，并用千分之一精度电阻模拟，取Cm=34 880 pF，并用千分之五精密电容模拟，构成人体阻抗模拟验证单元，根据公式(5～7)，计算在不同频率f下对应的理论复阻抗幅值与相位值,见表1。
