[發明專利]基于共振頻率的手掌電阻抗頻譜測量儀

有效

• 申請號: 201310567949.5
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103622692A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 厲力華;林興建;趙偉杰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: A61B5/053
• 分類號: A61B5/053
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明技術屬于生物特征識別技術及醫療電子儀器領域，涉及一種基于共振頻率的手掌電阻抗頻譜測量儀。

背景技術

生物特征識別(?Biometrics)是基于人體所固有的生理特征或行為特征來進行個人身份認證的一種技術。由于人的許多生理特征與生俱來、獨一無二，且通常伴隨終身，具有很高的防偽性和穩定性，因此人們認為生物特征識別將是一種更加可靠、方便、快捷的身份識別手段。

用于生物識別的生理特征有人臉、虹膜、指紋、掌紋、靜脈等，行為特征有筆跡、聲音等。基于人體的這些生理特征，人們已經研究了人臉識別、指紋識別、虹膜識別、靜脈識別、聲音識別、筆跡識別以及指紋/聲紋、人臉/虹膜、人臉/指紋/手形等多態生物特征融合技術。

但是，當前大部分已知的生物特征識別技術多是基于二維或三維圖像采集和處理。例如，大部分生物特征如指紋、人臉、靜脈等都是通過光學傳感器來形成圖像信號，需要光照條件；指紋容易磨損和仿制，虹膜識別需要昂貴的聚焦攝像頭，視網膜識別所用的激光透視可能有損眼睛健康，筆跡識別、聲音識別錯誤率高等。這些不利因素制約了當前生物特征識別技術的進一步應用推廣。

研究表明，生物組織的電導率和電容率會隨著頻率變化而變化，并且不同的組織具有不同的頻率特性，不同的個體同樣也具有不同的頻率特性。人體組織的基本構造單位是細胞。細胞浸浴于細胞外液之中，細胞則由細胞膜和細胞內液構成。細胞外液、細胞內液含有多種離子，具有導電性，其電學性質接近于電阻，具有阻抗；而細胞膜主要成分是脂質雙分子層和蛋白質，無直流導電性，但可通過交流電，可等效于電容，具有容抗。由早期一些科學家理論最終提出了生物組織三元件等效模型的概念。等效模型圖見圖1。

生物電阻抗譜掃描技術(Bioelectrical?Impedance?Spectroscopy?BIS)是指生物組織的復電阻抗隨外加驅動電流的頻率變化，它的實、虛部會發生相應變化，而對于不同的組織這種變化表現形式有較大的差異。這種差異可以用于區分正常組織與病變組織，因此生物電阻抗譜技術在生物醫學工程領域有著重要的地位。但是，由阻抗頻譜特性的R-C三元件等效電路模型可以發現，生物組織不僅有電阻特性，還存在電容特性，由電路諧振原理可知，將生物組織與感性器件連接，對其施加幅值相同，頻率在一定范圍內遞增的正弦交變電流時，將會在某一點發生共振，根據共振點曲線的不同可以區分不同的生物個體。因此，生物組織的電阻抗譜中包含了被可以區別個體差異的生物特征。

人體手掌可以等效為一個復雜的阻抗網絡，而不同個體的手掌結構、大小、血管分布等個性特征千差萬別，因此，各個生物體手掌的電阻抗譜特性也獨一無二。

基于上面的分析，本發明技術提供了一套基于共振頻率阻抗譜的手掌識別裝置。該裝置原理是，將生物組織與感性器件連接，對人體的手掌施加掃頻交變電流信號，通過數據采集裝置采集一系列電壓數據，尋找相應的共振點，通過建立一個手掌電阻抗頻譜數據庫，并通過特征提取和特征匹配來實現手掌生物特征識別。

發明內容

本發明目是提供一套基于共振頻率方法的手掌電阻抗頻譜測量儀，通過共振方法測量手掌電阻抗頻譜數據并進行分析來識別生物體的身份。

本發明包括單片機核心模塊，電源模塊，掃頻正弦信號發生器模塊，電壓/電流轉換模塊，峰峰值檢測模塊，電感匹配電路模塊，繼電器控制測量電極切換電路模塊和PC機。掃頻正弦信號發生器模塊的輸入端與單片機核心模塊連接，掃頻正弦信號發生器模塊的輸出端與V/I轉換模塊輸入端連接，V/I轉換模塊的輸出端與電感匹配模塊輸入端、峰峰值檢測模塊的一個輸入端連接，電感匹配模塊輸出端與繼電器控制測量電極切換模塊連接，繼電器控制測量電極切換模塊連接手掌組織的輸入端。峰峰值檢測模塊的另一輸入端連接到手掌組織的輸出端，峰峰值檢測模塊的輸出端連接到單片機核心模塊。單片機機核心模塊通過I/O口與PC機輸入端連接完成數據傳輸。

本發明的有益效果是，這是一種便攜式的檢測裝置，這種共振頻率檢測方法對人體無害，無特殊工作環境要求，檢查方便，且裝置簡單，成本低廉，該方法可以作為一種方便、快捷的身份識別，也能作為夠為其它生物特征識別的重要補充。

附圖說明

圖1是生物組織的三元件等效電路模型；

圖2是本發明儀器的結構示意圖；

圖3是本發明儀器的單片機核心模塊原理圖；

圖4是本發明儀器的電源模塊電路原理圖；