PDA-basert instrument for måling av elektrodermal aktivitet

Abstract

Denne oppgaven tar for seg utviklingen av et mobilt instrument som kan måle både potensial og konduktans simultant i huden. Teori om huden og måleprinsipper, design av instrumentet, labview-kode, testing og resultater vil bli gjennomgått.

Måleinstrumentet er bygget opp av to deler. En analog del som består av to kretskort som måler konduktans, suseptans og potensial i huden, og en PDA, sammen med et dataloggerkort, som benytter seg av labview til å prosessere signalene, presentere resultatene på skjermen, og samtidig lagre dataene på et minnekort.

Instrumentet fungerer ved at det tilkobles tre elektroder til huden. To av elektrodene benyttes som måleelektroder, mens den tredje fungerer som en referanseelektrode som gir en felles referanse til måleinstrumentet og huden som den måler på.

Konduktansen i huden blir målt ved at det sendes en konstant vekselstrøm på 125 nA@24 Hz inn i huden via den ene strømførende elektroden og til referanseelektroden. Spenningsfallet, som beskriver impedansen i huden, over de to måleelektrodene måles, og forsterkes opp av en instrumenteringsforsterker.

Den komplekse impedansen som blir målt i huden består av en realdel (resistans) og en imaginærdel (reaktans). Disse to verdiene blir beregnet ved hjelp av to fasefølsomme likerettere ved at de først blir likerettet i 0o og 90o og deretter integrert ved hjelp av lavpassfiltre. Disse to signalene blir så sendt til en PDA som bruker labview for matematisk å regne ut konduktansen. Suseptans blir beregnet i etterkant fra resistans og reaktans.

Potensialet i huden blir bestemt ved at spenningsforskjellen over de to måleelektrodene blir målt av den samme instrumenteringsforsterkeren, og forsterket opp slik at det er lett å prosessere signalet videre. Dette signalet inneholder også vekselspenningskomponenter, men disse blir fjernet ved lavpassfiltrering med en knekkfrekvens på 5 Hz. Dette gjør at kun potensialforandringene slipper gjennom.

Resistans-, reaktans- og potensialsignalene blir sendt til PDA’en som viser målingene av konduktans og potensial på skjermen i sanntid. Måleverdiene av resistans, reaktans, konduktans og potensial blir samtidig lagret til fil.

This thesis discusses the development of a mobile instrument that can measure both potential and conductance simultaneously in the skin. Theory of the skin and measurement principles, the design of the instrument, Labview code, testing and results will be reviewed.

The measuring instrument is made up of two parts. An analog section that consists of two circuit boards measuring conductance, susceptance and potential in the skin, and a PDA, along with a data acquisition card, which make use of Labview to process the signals, present the results on screen and also save the data on a memory card.

The instrument works by connecting three electrodes to the skin. Two electrodes are used as measuring electrodes, while the third electrode acts as a reference electrode which provides a common reference for the measuring instrument and the skin which is measured.

The conductance in the skin is measured by sending a constant alternating current of 125 nA @ 24 Hz into the skin via the current carrying electrode to the reference electrode. The voltage drop, which describes the impedance of the skin, over the two measuring electrodes is measured and amplified by an instrumentation amplifier.

The complex impedance that is measured in the skin consists of a real (resistance) and an imaginary (reactance) part. These two values are calculated using two phase-sensitive rectifiers by first rectifying the signals at 0o and 90o, and then integrating using lowpass filters. These two signals are then sent to a PDA that uses Labview to mathematically calculate the conductance. The susceptance is calculated afterwards from the values of resistance and reactance.

The potential of the skin is determined by the voltage difference across the two measuring electrodes, measured by the same instrumentation amplifier, and amplified making it easy to process the signal further. This signal contains alternating voltage components, but these are removed by lowpass filtering with a crossover frequency of 5 Hz. This means that only the change in potential will pass through.

Resistance, reactance and potential signals are sent to the PDA that shows the measurements of conductance and potential on-screen in real time. The measured values of resistance, reactance, conductance and potential are simultaneously saved to file.