[发明专利]基于共振频率的手掌电阻抗频谱测量仪

说明书

技术领域

本发明技术属于生物特征识别技术及医疗电子仪器领域，涉及一种基于共振频率的手掌电阻抗频谱测量仪。

背景技术

生物特征识别( Biometrics)是基于人体所固有的生理特征或行为特征来进行个人身份认证的一种技术。由于人的许多生理特征与生俱来、独一无二，且通常伴随终身，具有很高的防伪性和稳定性，因此人们认为生物特征识别将是一种更加可靠、方便、快捷的身份识别手段。

用于生物识别的生理特征有人脸、虹膜、指纹、掌纹、静脉等，行为特征有笔迹、声音等。基于人体的这些生理特征，人们已经研究了人脸识别、指纹识别、虹膜识别、静脉识别、声音识别、笔迹识别以及指纹/声纹、人脸/虹膜、人脸/指纹/手形等多态生物特征融合技术。

但是，当前大部分已知的生物特征识别技术多是基于二维或三维图像采集和处理。例如，大部分生物特征如指纹、人脸、静脉等都是通过光学传感器来形成图像信号，需要光照条件；指纹容易磨损和仿制，虹膜识别需要昂贵的聚焦摄像头，视网膜识别所用的激光透视可能有损眼睛健康，笔迹识别、声音识别错误率高等。这些不利因素制约了当前生物特征识别技术的进一步应用推广。

研究表明，生物组织的电导率和电容率会随着频率变化而变化，并且不同的组织具有不同的频率特性，不同的个体同样也具有不同的频率特性。人体组织的基本构造单位是细胞。细胞浸浴于细胞外液之中，细胞则由细胞膜和细胞内液构成。细胞外液、细胞内液含有多种离子，具有导电性，其电学性质接近于电阻，具有阻抗；而细胞膜主要成分是脂质双分子层和蛋白质，无直流导电性，但可通过交流电，可等效于电容，具有容抗。由早期一些科学家理论最终提出了生物组织三元件等效模型的概念。等效模型图见图1。

生物电阻抗谱扫描技术(Bioelectrical Impedance Spectroscopy BIS)是指生物组织的复电阻抗随外加驱动电流的频率变化，它的实、虚部会发生相应变化，而对于不同的组织这种变化表现形式有较大的差异。这种差异可以用于区分正常组织与病变组织，因此生物电阻抗谱技术在生物医学工程领域有着重要的地位。但是，由阻抗频谱特性的R-C三元件等效电路模型可以发现，生物组织不仅有电阻特性，还存在电容特性，由电路谐振原理可知，将生物组织与感性器件连接，对其施加幅值相同，频率在一定范围内递增的正弦交变电流时，将会在某一点发生共振，根据共振点曲线的不同可以区分不同的生物个体。因此，生物组织的电阻抗谱中包含了被可以区别个体差异的生物特征。

人体手掌可以等效为一个复杂的阻抗网络，而不同个体的手掌结构、大小、血管分布等个性特征千差万别，因此，各个生物体手掌的电阻抗谱特性也独一无二。

基于上面的分析，本发明技术提供了一套基于共振频率阻抗谱的手掌识别装置。该装置原理是，将生物组织与感性器件连接，对人体的手掌施加扫频交变电流信号，通过数据采集装置采集一系列电压数据，寻找相应的共振点，通过建立一个手掌电阻抗频谱数据库，并通过特征提取和特征匹配来实现手掌生物特征识别。

发明内容

本发明目是提供一套基于共振频率方法的手掌电阻抗频谱测量仪，通过共振方法测量手掌电阻抗频谱数据并进行分析来识别生物体的身份。

本发明包括单片机核心模块，电源模块，扫频正弦信号发生器模块，电压/电流转换模块，峰峰值检测模块，电感匹配电路模块，继电器控制测量电极切换电路模块和PC机。扫频正弦信号发生器模块的输入端与单片机核心模块连接，扫频正弦信号发生器模块的输出端与V/I转换模块输入端连接，V/I转换模块的输出端与电感匹配模块输入端、峰峰值检测模块的一个输入端连接，电感匹配模块输出端与继电器控制测量电极切换模块连接，继电器控制测量电极切换模块连接手掌组织的输入端。峰峰值检测模块的另一输入端连接到手掌组织的输出端，峰峰值检测模块的输出端连接到单片机核心模块。单片机机核心模块通过I/O口与PC机输入端连接完成数据传输。

本发明的有益效果是，这是一种便携式的检测装置，这种共振频率检测方法对人体无害，无特殊工作环境要求，检查方便，且装置简单，成本低廉，该方法可以作为一种方便、快捷的身份识别，也能作为够为其它生物特征识别的重要补充。

附图说明

图1是生物组织的三元件等效电路模型；

图2是本发明仪器的结构示意图；

图3是本发明仪器的单片机核心模块原理图；

图4是本发明仪器的电源模块电路原理图；