專利名稱：便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種便攜式的情緒相關生理參數(shù)檢測裝置，涉及生物醫(yī)學工程領域中用于對人體生理參數(shù)如體溫、皮膚電阻、心率的檢測裝置，也涉及心理測試綜合儀器。
背景技術：
情緒與情感在人類生活中起著重要的作用，它是人類自身生活和社會交往不可缺少的重要組成部分，正確理解情緒的作用原理將有利地推動個人健康與社會的和諧發(fā)展。情緒是一種主觀意識，但情緒狀態(tài)的變化總會伴隨一定的生理變化，從而使我們可以用一套客觀的評價標準來研究情緒狀態(tài)。皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏都是對情緒變化非常敏感的生理參數(shù)。現(xiàn)有的生理參數(shù)檢測儀大多是針對醫(yī)學上的應用，一般放置于醫(yī)院中用于了解患 者的身體狀況，一般不測量皮膚電阻生理參數(shù)。此外，這些儀器體積龐大，傳感器佩戴復雜，不方便攜帶和使用。本發(fā)明針對的應用是情緒相關的研究，可以準確的測量情緒相關生理參數(shù)，具有攜帶佩戴方便，低功耗可以長時間存儲，使用方便易操作等特點。適用于情緒分析，心理分析，智力及潛能等方面的研究，也適用于家用和個人用途。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置及檢測方法。便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置，包括控制采集系統(tǒng)和上位機分析系統(tǒng)，其中控制采集系統(tǒng)包括電源模塊、皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊、采集控制模塊、通訊模塊；皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊分別與采集控制模塊相連，通訊模塊連接采集控制系統(tǒng)和上位機分析系統(tǒng)。所述的皮膚溫度測量模塊電路包括熱電偶、熱電偶調(diào)理芯U11、運放U13A和電阻電容，熱電偶的兩端接至電極ThermalA和電極ThermalB,電極ThermalA和電極ThermalB的輸入信號接至Ull的引腳I和引腳14，U11的引腳4，引腳7和引腳13接至電源的地端，Ull的引腳11和引腳12之間串聯(lián)一個發(fā)光二極管D5和一個電阻R31，引腳11接至6V的電源端并與引腳10之間并聯(lián)電容C28，Ull的引腳8和9并在一起，并與引腳10之間并聯(lián)一個電容C26，電阻R33連接Ull的引腳8和運放U13A的引腳3 ；U13A的引腳3與地之間并聯(lián)電容C27，引腳2通過電阻R32接至引腳1，引腳2通過電阻R30接至電源地端，引腳8接至6V電源，引腳4接至電源的地端，引腳I輸出的信號記為temperature信號。所述的皮膚電阻測量模塊包括順次相連的正弦信號發(fā)生器、電極、電流-電壓轉(zhuǎn)化模塊、濾波和放大模塊；濾波和放大模塊與采集和控制系統(tǒng)相連并構(gòu)成反饋系統(tǒng)。所述的脈搏測量電路的脈搏波濾波器UlO的引腳5和引腳7分別接至脈搏傳感器的電極Pl端和電極P2端，引腳6接至IV電源，引腳4接至3. 3V電源，引腳2串聯(lián)一個滑動電阻R29接至電源地端，引腳I輸出的信號輸出至采集控制系統(tǒng)。所述的測量控制模塊電路包括晶振電路和處理器芯片，處理器芯片采用TI公司的MSP430F149 ;振蕩器Y2接至芯片的引腳8和引腳9，引腳61和引腳62之間通過O歐電阻R13連接，晶振Yl兩端分別串聯(lián)一個電容C13和C12接至電源地端，U6的引腳52和引腳53分別接至晶振的兩端;引腳I和引腳64并聯(lián)接至3. 3V電源，引腳10接至2. 5V電源。所述的電源模塊電路的連接器Pl接至4*1. 5V的電池，輸出6V電壓并聯(lián)電容C9和C10，接至穩(wěn)壓芯片U4的引腳3和引腳1，引腳2和引腳4并聯(lián)，輸出電壓3. 3V ;輸出端與電源地端之間并聯(lián)電容Cll和電源C14，電阻Rll和發(fā)光二極管D2串聯(lián)，他們并聯(lián)至3. 3V輸出端與地端之間；芯片U5為輸出負壓芯片，引腳3和引腳6接至地端，引腳2和引腳4之間并聯(lián)電容C16，引腳8串聯(lián)電阻R34接至3. 3V電源端，引腳5通過電容C19接至地端，弓丨腳5輸出的電壓即為-3. 3V電壓；芯片U9為穩(wěn)壓芯片，輸出2. 5V和IV的電壓；引腳2和引腳4分別接至3. 3V電源端和地端，之間并聯(lián)電容C23和電容C24，引腳6與地之間串聯(lián)電容C25，引腳6輸出的電壓即為2. 5V，引腳6通過串聯(lián)電阻R27和滑動電阻R28接至電源地端，電阻R27和滑動電阻R28輸出的電壓即為IV。所述的通訊模塊電路U7為MAX232芯片，引腳I和引腳3之間并聯(lián)電容Cl7，引腳4和引腳5并聯(lián)電容C20，引腳16接至3. 3V電源并與引腳2并聯(lián)電容C18，引腳15接至電源地端并且通過串聯(lián)電容C22接至3. 3V電源端。引腳6串聯(lián)電容C21接至電源地端；J3為DB9接口，引腳2接至U7的引腳14，引腳3接至U7的引腳13，引腳5接至電源的地端；P5為輸出端口，給藍牙模塊供電；P6為跳線模塊，通過連接不同的跳線選擇串口或藍牙通訊。所述的上位機分析系統(tǒng)脈搏波，皮膚電阻，皮膚溫度信號的實時顯示，在線定時長存儲，和數(shù)據(jù)的回放；皮膚電導基線調(diào)整命令的發(fā)送。一種便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的方法，步驟如下
O記錄被試的年齡、性別和健康狀況基本信息；
2)用繃帶將脈搏波傳感器固定在被試的橈動脈出，將皮膚電阻電極固定在被試食指和中指的第一關節(jié)處，用繃帶將皮膚溫度傳感器固定在被試的額頭部位；
3)給予被試刺激，或者給予被試一些任務，在這個過程中檢測上位機分析系統(tǒng)實時顯示并保存被試三個生理參數(shù)的響應曲線；
4)對保存的數(shù)據(jù)進行脈率的計算，波形的微分，求平均值處理。本發(fā)明的有益效果是，可以準確的測量情緒相關生理參數(shù)，具有攜帶佩戴方便，低功耗可以長時間存儲，使用方便易操作等特點。適用于情緒分析，心理分析，智力及潛能等現(xiàn)場評定。


圖I是便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置結(jié)構(gòu)示意 圖2是皮膚溫度測量模塊電路示意 圖3是皮膚電阻測量模塊示意 圖4是脈搏測量模塊電路示意 圖5是采集控制模塊電路示意圖；·
圖6是電源模塊電路示意圖；圖7是通訊模塊電路示意 圖8是上位機分析系統(tǒng)界面示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖如圖I所示，它包括控制采集系統(tǒng)和上位機分析系統(tǒng)，其中控制采集系統(tǒng)包括電源模塊、皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊、采集控制模塊、通訊模塊；皮膚溫度測量模塊測量皮膚溫度，皮膚電阻測量模塊測量皮膚電阻，脈搏測量模塊實時測量脈搏信號；皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊分別與采集控制模塊相連，通訊模塊連接采集控制系統(tǒng)和上位機分析系統(tǒng)；電源模塊為皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊、采集控制模塊和通訊模塊供電。所述的皮膚溫度測量模塊電路如圖2所示，可以準確的測量皮膚溫度。電路由熱 電偶、一個熱電偶調(diào)理芯UlI、一個運放U13A和電阻電容等組成。ThermalA和ThermalB接至熱電偶的兩端，該輸入信號接至Ull的引腳I和引腳14，Ull的引腳4，引腳7和引腳13接至電源的地端，Ull的引腳11和引腳12之間串聯(lián)一個發(fā)光二極管D5和一個電阻R31，引腳11接至6V的電源端并與引腳10之間并聯(lián)電容C28，U11的引腳8和9并在一起，并與引腳10之間并聯(lián)一個電容C26，電阻R33連接Ull的引腳8和運放U13A的引腳3 ;U13A的引腳3與地之間并聯(lián)電容C27，引腳2通過電阻R32接至引腳1，同時，通過電阻R30接至電源地端，引腳8接至6V電源，引腳4接至電源的地端，引腳I輸出的信號記為temperature信號。所述的皮膚電阻測量模塊如圖3所示，可以測量皮膚電反應。正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率為75hz，幅值為300mv的正弦波，該正弦信號輸出至電極，電極另一端的信號經(jīng)過電流-電壓轉(zhuǎn)化，并經(jīng)過濾波和放大，送至采集和控制系統(tǒng)。該模塊中存在一個反饋的系統(tǒng)，由于皮膚電阻隨個體的不同而差異較大，反饋系統(tǒng)可以保證皮膚電阻測量系統(tǒng)的輸出在一個合適的范圍內(nèi)?？梢赃m用于不同的被試。所述的脈搏測量電路如圖4所示，傳感器采用的是偏氟乙烯(PVDF)材料對橈動脈脈搏波進行檢測，具有檢測靈敏度高，穩(wěn)定性好的特點。脈搏波濾波器UlO的引腳5和引腳7分別接至脈搏傳感器的Pl端和P2端，引腳6接至IV電源，引腳4接至3. 3V電源，引腳2串聯(lián)一個滑動電路R29接至電源地端，引腳I輸出的信號輸出至采集控制系統(tǒng)。所述的測量控制模塊電路如圖5所示，主要由晶振電路，處理器芯片構(gòu)成，處理芯片采用TI公司的MSP430F149。振蕩器Y2接至芯片的引腳8和引腳9，引腳61和引腳62之間通過O歐電阻R13連接，晶振Yl兩端分別串聯(lián)一個電容C13和C12接至電源地端，U6的引腳52和引腳53分別接至晶振的兩端。引腳I和引腳64并聯(lián)接至3. 3V電源，引腳10接至2. 5V電源。所述的電源模塊電路如圖6所示，連接器Pl接至4*1. 5V的電池，輸出6V電壓并聯(lián)電容C9和C10，接至穩(wěn)壓芯片U4的引腳3和引腳1，引腳2和引腳4并聯(lián)，輸出電壓3. 3V ；輸出端與電源地端之間并聯(lián)電容Cll和電源C14，電阻Rll和發(fā)光二極管D2串聯(lián)，他們并聯(lián)至3. 3V輸出端與地端之間。芯片U5為輸出負壓芯片，引腳3和引腳6接至地端，引腳2和引腳4之間并聯(lián)電容C16，引腳8串聯(lián)電阻R34接至3. 3V電源端，引腳5通過電容C19接至地端，引腳5輸出的電壓即為-3. 3V電壓。芯片U9為穩(wěn)壓芯片，輸出2. 5V和IV的電壓。引腳2和引腳4分別接至3. 3V電源端和地端，之間并聯(lián)電容C23和電容C24，引腳6與地之間串聯(lián)電容C25，引腳6輸出的電壓即為2. 5V，引腳6通過串聯(lián)電阻R27和滑動電阻R28接至電源地端，電阻R27和滑動電阻R28輸出的電壓即為IV。所述的通訊模塊電路如圖7所示。U7為MAX232芯片，引腳I和引腳3之間并聯(lián)電容C17，引腳4和引腳5并聯(lián)電容C20，引腳16接至3. 3V電源并與引腳2并聯(lián)電容C18，引腳15接至電源地端并且通過串聯(lián)電容C22接至3. 3V電源端。引腳6串聯(lián)電容C21接至電源地端；J3為DB9接口，引腳2接至U7的引腳14，引腳3接至U7的引腳13，引腳5接至電源的地端；P5為輸出端口，給藍牙模塊供電；P6為跳線模塊，通過連接不同的跳線選擇串口或藍牙通訊。所述的上位機分析系統(tǒng)界面如圖8所示，主要包括脈搏波，皮膚電阻，皮膚溫度信號的實時顯示，在線定時長存儲，和數(shù)據(jù)的回放；皮膚電導基線調(diào)整命令的發(fā)送。上位機程 序通過藍牙接收到下位機的數(shù)據(jù)后，進行實時顯示和存儲等操作，也可以根據(jù)需求對皮膚電導基線進行調(diào)整，也可以對歷史數(shù)據(jù)進行回放。本發(fā)明可用于實際的情緒相關生理參數(shù)的檢測，檢測過程如下
1)記錄被試的年齡、性別和健康狀況等基本信息；
2)用繃帶將脈搏波傳感器固定在被試的橈動脈出，將皮膚電阻電極固定在被試食指和中指的第一關節(jié)處，用繃帶將皮膚溫度傳感器固定在被試的額頭部位。根據(jù)信號的狀況進行一些調(diào)整；
3)給予被試刺激，或者給予被試一些任務。在這個過程中檢測系統(tǒng)實時顯示并保存被試三個生理參數(shù)的響應曲線。對保存的數(shù)據(jù)進行脈率的計算，波形的微分，求平均值等處理。供后續(xù)分析使用。
權利要求
1.一種便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置，其特征在于，它包括控制采集系統(tǒng)和上位機分析系統(tǒng)，其中控制采集系統(tǒng)包括電源模塊、皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊、采集控制模塊、通訊模塊；皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊分別與采集控制模塊相連，通訊模塊連接采集控制系統(tǒng)和上位機分析系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求I所述的便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置，其特征在于，所述的皮膚溫度測量模塊電路包括熱電偶、熱電偶調(diào)理芯U11、運放U13A和電阻電容，熱電偶的兩端接至電極ThermalA和電極ThermalB,電極ThermalA和電極ThermalB的輸入信號接至Ull的引腳I和引腳14，U11的引腳4，引腳7和引腳13接至電源的地端，Ull的引腳11和引腳12之間串聯(lián)一個發(fā)光二極管D5和一個電阻R31，引腳11接至6V的電源端并與引腳10之間并聯(lián)電容C28，Ull的引腳8和9并在一起，并與引腳10之間并聯(lián)一個電容C26，電阻R33連接Ull的引腳8和運放U13A的引腳3 ；U13A的引腳3與地之間并聯(lián)電容C27，引腳2通過電阻R32接至引腳1，引腳2通過電阻R30接至電源地端，引腳8接至6V電源，引腳4接至電源的地端，引腳I輸出的信號記為temperature信號。
3.根據(jù)權利要求I所述的便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置，其特征在于，所述的皮膚電阻測量模塊包括順次相連的正弦信號發(fā)生器、電極、電流-電壓轉(zhuǎn)化模塊、濾波和放大模塊；濾波和放大模塊與采集和控制系統(tǒng)相連并構(gòu)成反饋系統(tǒng)。
4.根據(jù)權利要求I所述的便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置，其特征在于，所述的脈搏測量電路的脈搏波濾波器UlO的引腳5和引腳7分別接至脈搏傳感器的電極Pl端和電極P2端，引腳6接至IV電源，引腳4接至3. 3V電源，引腳2串聯(lián)一個滑動電阻R29接至電源地端，引腳I輸出的信號輸出至采集控制系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求I所述的便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置，其特征在于，所述的測量控制模塊電路包括晶振電路和處理器芯片，處理器芯片采用TI公司的MSP430F149 ;振蕩器Y2接至芯片的引腳8和引腳9，引腳61和引腳62之間通過O歐電阻R13連接，晶振Yl兩端分別串聯(lián)一個電容C13和C12接至電源地端，U6的引腳52和引腳53分別接至晶振的兩端;引腳I和引腳64并聯(lián)接至3. 3V電源，引腳10接至2. 5V電源。
6.根據(jù)權利要求I所述的便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置，其特征在于，所述的電源模塊電路的連接器Pl接至4*1.5V的電池，輸出6V電壓并聯(lián)電容C9和C10，接至穩(wěn)壓芯片U4的引腳3和引腳1，引腳2和引腳4并聯(lián)，輸出電壓3. 3V ;輸出端與電源地端之間并聯(lián)電容Cll和電源C14，電阻Rll和發(fā)光二極管D2串聯(lián)，他們并聯(lián)至3. 3V輸出端與地端之間；芯片U5為輸出負壓芯片，引腳3和引腳6接至地端，引腳2和引腳4之間并聯(lián)電容C16，引腳8串聯(lián)電阻R34接至3. 3V電源端，引腳5通過電容C19接至地端，弓丨腳5輸出的電壓即為-3. 3V電壓；芯片U9為穩(wěn)壓芯片，輸出2. 5V和IV的電壓；引腳2和引腳4分別接至3. 3V電源端和地端，之間并聯(lián)電容C23和電容C24，引腳6與地之間串聯(lián)電容C25，引腳6輸出的電壓即為2. 5V，引腳6通過串聯(lián)電阻R27和滑動電阻R28接至電源地端，電阻R27和滑動電阻R28輸出的電壓即為IV。
7.根據(jù)權利要求I所述的便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置，其特征在于，所述的通訊模塊電路U7為MAX232芯片，引腳I和引腳3之間并聯(lián)電容Cl7，引腳4和引腳5并聯(lián)電容C20，引腳16接至3. 3V電源并與引腳2并聯(lián)電容C18，引腳15接至電源地端并且通過串聯(lián)電容C22接至3. 3V電源端，引腳6串聯(lián)電容C21接至電源地端；J3為DB9接口，引腳2接至U7的引腳14，引腳3接至U7的引腳13，引腳5接至電源的地端；P5為輸出端口，給藍牙模塊供電；P6為跳線模塊，通過連接不同的跳線選擇串口或藍牙通訊。
8.根據(jù)權利要求I所述的便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置，其特征在于，所述的上位機分析系統(tǒng)脈搏波，皮膚電阻，皮膚溫度信號的實時顯示，在線定時長存儲，和數(shù)據(jù)的回放；皮膚電導基線調(diào)整命令的發(fā)送。
9.一種如權利要求I所述的裝置同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的方法，其特征在于，步驟如下 O記錄被試的年齡、性別和健康狀況基本信息； 2)用繃帶將脈搏波傳感器固定在被試的橈動脈出，將皮膚電阻電極固定在被試食指和中指的第一關節(jié)處，用繃帶將皮膚溫度傳感器固定在被試的額頭部位； 3)給予被試刺激，或者給予被試一些任務，在這個過程中檢測上位機分析系統(tǒng)實時顯示并保存被試三個生理參數(shù)的響應曲線； 4)對保存的數(shù)據(jù)進行脈率的計算，波形的微分，求平均值處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種便攜式同時檢測皮膚溫度、皮膚電阻和脈搏的裝置，包括控制采集系統(tǒng)和上位機分析系統(tǒng)，其中控制采集系統(tǒng)包括電源模塊、皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊、采集控制模塊、通訊模塊；皮膚溫度測量模塊、皮膚電阻測量模塊、脈搏測量模塊、顯示模塊分別與采集控制模塊相連，通訊模塊連接采集控制系統(tǒng)和上位機分析系統(tǒng)。本發(fā)明可以實時、準確的測量和采集情緒相關生理參數(shù)，為情緒相關生理參數(shù)的分析提供簡單，易操作的裝置。
文檔編號A61B5/053GK102920444SQ20121047521
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權日2012年11月20日
發(fā)明者張建明, 周維, 李光 申請人:浙江大學