基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，屬于生機電一體化技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有經(jīng)皮電刺激裝置可靠性不足，存在安全隱患的問題。本發(fā)明方案：控制器首先發(fā)出阻抗測量指令給DDS芯片、信號復(fù)用電路和電極復(fù)用電路，DDS芯片通過信號復(fù)用電路輸出阻抗測量信號給矢量阻抗測量激勵電路，阻抗測量激勵信號給電極；同時矢量阻抗測量反饋電路將電極-皮膚阻抗測量結(jié)果反饋給控制器；控制器根據(jù)測量結(jié)果調(diào)節(jié)電極與皮膚接觸的狀態(tài)，進而調(diào)節(jié)電刺激參數(shù)來改變電極-皮膚阻抗的大小，當(dāng)滿足安全條件時，轉(zhuǎn)入經(jīng)皮電刺激狀態(tài)；控制器再發(fā)出經(jīng)皮電刺激指令，電刺激電路輸出電刺激電流通過電極給人體進行經(jīng)皮電刺激。

1.基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在于，它包括控制器(1)、
DDS芯片(2)、信號復(fù)用電路(3)、電刺激電路(4)、電極復(fù)用電路(5)、電極(6)、
矢量阻抗測量激勵電路(7)和矢量阻抗測量反饋電路(8)；電極(6)貼在人體的皮膚表
面；
控制器(1)首先發(fā)出阻抗測量指令給DDS芯片(2)、信號復(fù)用電路(3)和電極復(fù)
用電路(5)，DDS芯片(2)通過信號復(fù)用電路(3)輸出阻抗測量信號給矢量阻抗測量
激勵電路(7)，矢量阻抗測量激勵電路(7)輸出阻抗測量激勵信號給電極(6)；同時矢
量阻抗測量反饋電路(8)將電極-皮膚阻抗測量結(jié)果反饋給控制器(1)；
控制器(1)根據(jù)電極-皮膚阻抗測量結(jié)果調(diào)節(jié)電極(6)與皮膚接觸的狀態(tài)，進而調(diào)節(jié)
電刺激參數(shù)來改變電極-皮膚阻抗的大小，當(dāng)電極-皮膚阻抗測量結(jié)果滿足安全條件時，轉(zhuǎn)入
經(jīng)皮電刺激狀態(tài)；
控制器(1)發(fā)出經(jīng)皮電刺激指令給DDS芯片(2)、信號復(fù)用電路(3)和電極復(fù)用電
路(5)，DDS芯片(2)通過信號復(fù)用電路(3)輸出電刺激信號給電刺激電路(4)，電刺
激電路(4)輸出電刺激電流通過電極(6)給人體進行經(jīng)皮電刺激；
DDS芯片(2)具有至少兩個輸出通道：通道0和通道1，每個輸出通道具有正反兩個
輸出端口，分別為CH0+、CH0-和CH1+、CH1-；
信號復(fù)用電路(3)由模擬開關(guān)S0來實現(xiàn)；
模擬開關(guān)S0置1時，DDS芯片(2)輸出電刺激信號，通道0和通道1串聯(lián)；CH0+
與CH1-相連，并作為電刺激電路(4)的輸入端子IN+；CH0-與CH1+相連，并作為電刺
激電路(4)的輸入端子IN-；輸入端子IN+和IN-接收電刺激信號給電刺激電路(4)，電極
地MGND與實際地GND相連；
模擬開關(guān)S0置0時，DDS芯片(2)輸出阻抗測量信號，通道0和通道1并聯(lián)，CH0+、
CH0-、CH1+和CH1-分別作為矢量阻抗測量激勵電路(7)的輸入端子SIN+、SIN-、CIN+
和CIN-，輸入端子SIN+、SIN-、CIN+和CIN-接收阻抗測量信號給矢量阻抗測量激勵電路
(7)；電極地MGND與實際地GND之間串聯(lián)測量電阻RM。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在于，
電刺激電路(4)包括差分放大器A、差分放大器B、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻
R4、電阻R5和電阻R6；差分放大器A的同相輸入端通過電阻R1連接輸入端子IN+；差
分放大器A的反相輸入端通過電阻R2連接輸入端子IN-；差分放大器A的反相輸入端和
電刺激波形輸出端子OUT+之間并聯(lián)電阻R3；
差分放大器B的同相輸入端通過電阻R5連接輸入端子IN-；差分放大器B的反相輸入
端通過電阻R4連接輸入端子IN+；差分放大器B的反相輸入端和電刺激波形輸出端子OUT-
之間并聯(lián)電阻R6；
差分放大器A和差分放大器B的正極供電端子連接+20V直流電源；差分放大器A和
差分放大器B的負極供電端子連接-20V直流電源；
輸入端子IN+和IN-接收電刺激信號，電刺激波形輸出端子OUT+和OUT-輸出功率放
大后的正反兩相電刺激波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在于，
電阻R1和電阻R2的阻值相等，電阻R4和電阻R5的阻值相等，電阻R3與電阻R1的阻
值比值和電阻R6與電阻R4的阻值比值相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在于，
矢量阻抗測量激勵電路(7)包括正弦波形放大電路和余弦波形放大電路；
正弦波形放大電路包括差分放大器A、電阻R1、電阻R2和電阻R3；差分放大器A的
同相輸入端通過電阻R1連接輸入端子SIN+；差分放大器A的反相輸入端通過電阻R2連
接輸入端子SIN-；差分放大器A的反相輸入端和正弦激勵輸出端子SOUT之間并聯(lián)電阻
R3；
余弦波形放大電路包括差分放大器C、電阻R7、電阻R8和電阻R9；差分放大器C的
同相輸入端通過電阻R7連接輸入端子CIN+；差分放大器C的反相輸入端通過電阻R8連
接輸入端子CIN-；差分放大器C的反相輸入端和余弦激勵輸出端子COUT之間并聯(lián)電阻
R9；
正弦激勵輸出端子SOUT輸出的正弦激勵波形和余弦激勵輸出端子COUT輸出的余弦
激勵波形的幅值相等、頻率相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在于，
電阻R1和電阻R2的阻值相等，電阻R7和電阻R8的阻值相等，電阻R3與電阻R1的阻
值比值和電阻R9與電阻R7的阻值比值相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在于，
電極(6)包括正相刺激電極(6-1)、反相刺激電極(6-2)和參考地電極(6-3)，三枚電極
構(gòu)成星形連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在于，
電極復(fù)用電路(5)包括與門D1、或門D2、或門D3、或門D4、非門D5、非門D6、模擬
開關(guān)S1、模擬開關(guān)S2、模擬開關(guān)S3、模擬開關(guān)S4、模擬開關(guān)S5和模擬開關(guān)S6；與門D1
的一個輸入端、或門D2的一個輸入端、或門D3的一個輸入端和非門D6的輸入端同時連
接CTL1輸入端子；與門D1的另一個輸入端、或門D2的另一個輸入端、非門D5的輸入
端和或門D4的一個輸入端同時連接CTL2輸入端子，非門D5的輸出端連接或門D3的另
一個輸入端，非門D6的輸出端連接或門D4的另一個輸入端；
電極復(fù)用電路(5)的接入端子CTL1和CTL2接收控制器(1)發(fā)出的阻抗測量指令/
經(jīng)皮電刺激指令；
CTL1置1，CTL2置1，則S1，S2，S3，S4，S5，S6均置1，正相刺激電極(6-1)與
電刺激波形輸出端子OUT+相連，反相刺激電極(6-2)與電刺激波形輸出端子OUT-相連，
參考地電極(6-3)與電極地MGND相連，此時三枚電極釋放正反雙相電刺激電流；
CTL1置1，CTL2置0，則S1、S3、S6置0，S2，S4，S5置1，正相刺激電極(6-1)
與余弦激勵輸出端子COUT相連，反相刺激電極(6-2)與電極地MGND相連，參考地電
極(6-3)不接入電路，此時矢量阻抗測量激勵電流通過正相刺激電極(6-1)與反相刺激電
極(6-2)，可測量二者的串聯(lián)阻抗，記為Z1；
CTL1置0，CTL2置1，則S1、S3、S4置0，S2，S5，S6置1，正相刺激電極(6-1)
與余弦激勵輸出端子COUT相連，參考地電極(6-3)與MGND相連，反相刺激電極(6-2)
不接入電路，此時矢量阻抗測量激勵電流通過正相刺激電極(6-1)與參考地電極(6-3)，
可測量二者的串聯(lián)阻抗，記為Z2；
CTL1置0，CTL2置0，則S1、S2、S3、S5置0，S4，S6置1，參考地電極(6-3)與
余弦激勵輸出端子COUT相連，反相刺激電極(6-2)與電極地MGND相連，正相刺激電
極(6-1)不接入電路，此時矢量阻抗測量激勵電流通過參考地電極(6-3)與反相刺激電極
(6-2)，可測量二者的串聯(lián)阻抗，記為Z3；
通過線性變換可得正相刺激電極(6-1)的電極-皮膚阻抗Z_P＝(Z1+Z2-Z3)/2，反相刺激
電極(6-2)的電極-皮膚阻抗Z_N＝(Z1+Z3-Z2)/2，參考地電極(6-3)的電極-皮膚阻抗Z_G＝
(Z2+Z3-Z1)/2。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于矢量阻抗反饋的自適應(yīng)多通道經(jīng)皮電刺激器，其特征在于，
矢量阻抗測量反饋電路(8)包括模擬乘法器M1、模擬乘法器M2、低通濾波器F1、低通
濾波器F2和ADC芯片；
模擬乘法器M1的一個輸入端和模擬乘法器M2的一個輸入端同時連接電極(6)的一
個電極、測量電阻RM的一端和電極地MGND；測量電阻RM的另一端連接實際地GND；
模擬乘法器M1的另一個輸入端連接正弦激勵輸出端子SOUT；
模擬乘法器M2的另一個輸入端同時連接余弦激勵輸出端子COUT和連接電極(6)的
另一個電極；
模擬乘法器M1的輸出端連接低通濾波器F1的輸入端，低通濾波器F1的輸出端連接
ADC芯片的一個模擬信號輸入端；
模擬乘法器M2的輸出端連接低通濾波器F2的輸入端，低通濾波器F2的輸出端連接
ADC芯片的另一個模擬信號輸入端；
ADC芯片的輸出端連接控制器(1)的反饋信號輸入端；
控制器(1)得到的COUT與MGND兩端口間的電極的矢量阻抗為：
Z = RV m 2 V r ( V 1 2 + V 2 2 ) ( V 2 + jV 1 ) ]]>
式中：V_m為正弦激勵輸出端子SOUT與余弦激勵輸出端子COUT輸出的正弦激勵波
形、余弦激勵波形幅值，R為測量電阻RM的電阻值，V_r為模擬乘法器M1和M2的倍數(shù)
電壓，V₁為ADC芯片測量得到的低通濾波器F1的平均輸出，V₂為ADC芯片測量得到的
低通濾波器F2的平均輸出。