专利名称：：基于脑电的人体感知电流阈值测试系统及测试方法
技术领域：
：本发明涉及人体感知电流测量，更具体地讲，涉及一种基于脑电的人体感知电流阈值测试系统及测试方法。
背景技术：
：随着科学技术的迅速发展，各类电工电子产品全面进入社会生活的各个领域，如家用电器、通信设备、实验室用仪器设备、医疗仪器等，成为社会文明进步的重要标志。为保证其使用的安全性，包括我国在内的许多国家强制规定了各类电子设备的电气安全性能标准和测量条件，建立了电气安全标准体系，以降低电击事故和电气火灾的发生，保障人身和财产的安全。自IEC(InternationalElectro-technicalCommission-国际电工委员会)65号公告《电网电源供电的家用和类似一般用途的电子及有关设备的安全要求》于1952年首次颁布并历经五版七次修订以来，目前在全球范围内已经形成IEC国际电气安全标准和UL(UnderwritersLaboratoriesInc.——美国安全检测实验室公司)等国家电气安全标准两大体系。电工电子产品进入市场前需要进行相关的电气安全性能认证，以确保其电气安全性能指标符合相应的标准。不同的市场有不同的准入标准，如美国的UL、加拿大的CAS、日本的JIS、澳大利亚和新西兰AS/NZ、欧盟的EN、欧盟在英国的BSEN、中国的GB等标准。尽管各个国家标准中的细节部分会根据国情进行局布调整，但实际上这些国家标准均是由IEC发布的系列国际标准转化而来，所以IEC国际标准具有根本性和指导性。我国自20世纪70年代末开始制定各类电气安全标准，80年代形成了采用或等同采用IEC安全标准的国家安全标准体系GB。但由于GB标准的制定与修订远远滞后于IEC国际标准及UL、EN等国家标准，所以UL在中国实行的CCC认证、EN在中国实行的CE认证占主导地位，而GB的认证工作缺乏足够的权威性和广泛性。泄漏电流是电气安全性能测试中最重要的指标，泄漏电流测试的根本依据是IEC提出的人体阻抗网络模型和规定的泄漏电流限值。IEC人体阻抗网络模型和泄漏电流限值的提出是基于人体电流效应及人体电流效应阈值。人体电流效应主要包括感知、反应、摆脱、电灼伤和心室纤颤，对应的流过人体的电流限值即为电流效应阈值。通常应将泄漏电流控制在人体的感知与反应电流效应阈值内，以保证人员使用仪器设备的舒适性及安全性。人体感知电流阈值广义模型建立的基础是客观地获取人体的感知电流阈值数据。传统上对人体感知电流阈值的测量方法是对人体手到手或手到脚施加电压，使电流流过人体，通过人体自身的感觉(如热、麻、剌痛等)来确定感知电流阈值。很早就有研究者将这种方法应用于轿车、公共汽车等交通工具中人体与之触及时感知与反应电流的测量。然而，依赖人体自身的感觉来获取数据具有太强的主观性，因此近几年的研究引入了生理心理统计算法来过滤人体主观感受对测量结果的影响，一定程度上提高了数据的可靠性和一致性。但是，仍然需要一种更客观地获得人体感知电流阈值的技术。
发明内容本发明的目的在于提供一种能够客观地获取人体感知电流阈值的系统和方法。根据本发明的一方面，提供一种基于脑电的人体感知电流阈值测试系统，该系统包括脑电图仪，监测受试者的脑电特征的变化状态；智能信号发生器，输出电压信号；第一电极和第二电极，分别连接到人体，将电压信号施加到人体上；控制器，控制智能信号发生器以输出电压信号；电流表，串联在第一电极和第二电极之间，用于测量流经人体的电流的真有效值，其中，控制器控制智能信号发生器输出的电压信号的幅值自动从小到大调节，随着电压信号的幅值逐渐增大，当脑电图仪监测到受试者的脑电特征发生特定变化时，控制器记录此时电流表测量的流经人体的电流的真有效值，作为人体感知电流阈值。根据本发明的另一方面，提供一种基于脑电的人体感知电流阈值测试方法，该方法包括向人体施加电压信号；逐渐增大电压信号的幅值，同时通过脑电图仪监测受试者的脑电特征的变化状态；确定受试者的脑电特征是否发生特定变化；如果确定受试者的脑电特征发生了特定变化，则将受试者的脑电特征发生了特定变化时流经人体的电流的真有效值作为人体感知电流阈值。通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中图1是根据本发明实施例的基于脑电的人体感知电流阈值测试系统的框图；图2是根据本发明实施例的基于脑电的人体感知电流阈值测试方法的流程图。具体实施例方式以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。脑电是大脑神经电活动在头皮上产生的电位分布，脑电信号比心电信号灵敏1000倍左右。大脑皮层的电活动包括两种形式一种是在无明显剌激的情况下，大脑皮层经常性自发产生节律性电位变化，称之为自发脑电活动；另一种是感觉传入系统，包括感觉器官、感觉神经或感觉传导途径受剌激时，在皮层某一局限区域引起的电位变化，称之为皮层诱发电位。在头皮表面可记录到的脑电活动称为EEG(Electroencephalogram,脑电图)。目前的研究中，有将脑电用于麻醉深度的监测，也有将脑电应用到人体神经系统兴奋性作用的研究，还有利用脑电研究运动和语言对人体的剌激。本发明提出基于脑电特征的变化来客观识别人体感知电流阈值，S卩，当流过人体的电流达到感知阈值时，人体的感觉器官——皮肤首先受到剌激，感觉神经将该剌激信号传导至大脑，使大脑皮层的电位发生改变，所以借助脑电图可以观察人体通过感知阈值电流前(自发脑电活动)、人体通过感知阈值电流后(诱发脑电活动)的脑电特征的变化，从而客观地确认人体感知电流阈值。图1是根据本发明实施例的基于脑电的人体感知电流阈值测试系统的框图。参照图l，人体感知电流阈值测试系统可包括脑电图仪1、控制器2、智能信号发生器3、电流表4、第一电极5、第二电极6。智能信号发生器3输出幅值不同、频率不同、波形不同(包括占空比的变化)的任意波形电压信号。控制器2可以是PC机，控制智能信号发生器3输出电压信号。智能信号发生器3输出的电压信号施加在第一电极5和第二电极6上。智能信号发生器3输出的电压信号的幅值可由控制器2控制。智能信号发生器3输出的初始电压信号的幅值可以是一个较小的值。电压信号可以是任意波形的周期性电压信号，例如，电压信号的波形可以是正弦波、三角波和方波中的一种，但是本发明不限于此，也可使用其它波形的电压信号。此外，电压信号的频率可调(例如在50Hz-10KHz范围内)，占空比可变(例如在1%_99%范围内)。优选的是，人体感知电流阈值测试系统还可包括驱动模块7，用于对智能信号发生器输出的电压信号进行放大，并将放大的电压信号提供给第一电极5和第二电极6。第一电极5和第二电极6分别连接到人体，因此，智能信号发生器3输出的电压信号通过第一电极5和第二电极6而施加到人体。可采用圆柱形黄铜作为第一电极5和第二电极6，人体不同部位与第一电极5和第二电极6接触可模拟泄漏电流的流经路径。可通过在第一电极5和第二电极6上粘贴绝缘胶带来改变人体与第一电极5和第二电极6的接触面积。手掌与第一电极5和第二电极6之间接触压力的改变可通过微型压力传感器测量。电流表4串联在第一电极5和第二电极6之间，用于测量流经人体的电流的真有效值。电流表4可采用高精度的电流表，测量精度可达到yA(微安)级。脑电图仪l实时监测受试者的脑电特征的变化状态。控制器2可控制智能信号发生器3输出的电压信号的幅值自动从小到大调节。可按照预定的增量逐渐增大电压信号的幅值。随着电压信号的幅值从小到大，当脑电图仪1监测到脑电特征发生特定变化时，控制器2记录此时电流表4测量的流经人体的电流的真有效值，作为人体感知电流阈值。施加到人体上的电压信号的最大幅值被控制器2控制在一定范围内(例如，36伏)，以保证受试者人体安全。具体地，如果施加到人体上的电压信号的幅值超出预定范围，则控制器2控制智能信号发生器3停止输出电压信号。人体感知电流阈值测试系统还可包括时间继电器8和自锁按键9，串联在第一电极5和第二电极6之间，用于控制向人体施加电压信号的时间。具体地，当向人体施加电压持续预定时间段后，时间继电器8使得自锁按键9断开，从而停止向人体施加电压信号。下面描述根据本发明的基于脑电的人体感知电流阈值试验及其结果。针对19人共获得382组试验数据(受试者年龄为2226岁，16男3女，通电时间为3秒，通电路径为手到手，环境温度约为25t:，湿度约为55X，电压波形为正弦波、三角波、方波)。下面的表1示出了基于脑电的人体感知电流阈值试验结果，其中，对枕区脑电图通电前后的a波、P波、9波的变化进行了傅立叶分析与统计。脑电图中a波、P波、e波的含义是本领域技术人员所熟知的，因此这里不再详述。表16<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>_I没有变化_^_1通电前，308组为a节律脑电图，33组为P节律脑电图，41组为混合脑电图。通电后，脑电图特征的变化进一步归纳为在382例脑电数据中，a波幅度抑制或P波幅度抑制或两者同时抑制，包括由a脑电图改变为P脑电图、混合脑电图或平坦脑电图，也包括由混合脑电图改变为13脑电图，共计313例，占全部数据的82.94%。a波幅度增高或13波幅度增高或两者同时增高，包括由|3脑电图或混合脑电图改变为a脑电图，|3脑电图附加了特定频率的信号(例如50Hz信号)，共计48例，占全部数据的12.57%。改变为e脑电图，共计14例，全部出现在人体流过1000Hz正弦感知阈值电流情况下。以上382例中，共计375例脑电图发生明显改变，占全部数据的98.17%，其中22例人体尚未有感觉但脑电图特征已发生明显改变，占全部数据的5.76%。另外，人体有感觉但脑电图没有明显变化的7例，占全部数据的1.83%。由此得出结论感知阈值电流会使人体脑电特征发生明显改变，大部分引起a波或P波幅度抑制，少量引起a波或P波幅度增高，e脑电图均对应于1000Hz正弦感知阈值电流。以脑电图作为人体感知电流阈值的监测手段，将采用实验数据的出错率由传统方法的5.76%降低到1.83%，因此是可行的。因此，前文所述的脑电特征发生特定变化可以是下列任何一种a脑电图改变为a波幅度抑制；a脑电图改变为P脑电图；a脑电图改变为混合脑电图；a脑电图改变为a波幅度增高；a脑电图改变为9脑电图；a脑电图改变为平坦脑电图；P脑电图改变为P波幅度抑制；P脑电图改变为P波幅度增高；P脑电图改变为混合脑电图；P脑电图改变为a脑电图；13脑电图改变为|3脑电图附加了特定频率的信号；13脑电图改变为9脑电图；混合脑电图改变为P脑电图；混合脑电图改变为a波幅度抑制；混合脑电图改变为a脑电图；混合脑电图改变为9脑电图；混合脑电图改变为a波、|3波幅度均增高；混合脑电图改变为a波、|3波幅度均抑制；混合脑电图改变为P波幅度抑制。图2是根据本发明实施例的基于脑电的人体感知电流阈值测试方法的流程图。参照图2，在步骤201，向人体施加电压信号。可通过与人体分别接触的第一电极和第二电极向人体施加电压信号。在步骤202，逐渐增大电压信号的幅值，同时通过脑电图仪监测受试者的脑电特征的变化状态。在步骤203，确定受试者的脑电特征是否发生特定变化。在步骤204，如果确定受试者的脑电特征发生了特定变化，则将受试者的脑电特征发生了特定变化时流经人体的电流的真有效值作为人体感知电流阈值。另一方面，如果在步骤204确定受试者的脑电特征没有发生特定变化，则该方法进行到步骤205，以确定施加到人体的电压信号的幅值是否超出预定范围。如果施加到人体的电压信号的幅值没有超出预定范围，则该方法返回到步骤202，继续增大电压信号的幅值。如果施加到人体的电压信号的幅值超出了预定范围，则该方法终止。根据本发明，可基于脑电特征客观地获取人体感知电流阈值。在此基础上，可进一步建立泄漏电流人体感知电流阈值广义数学模型，并研制可以兼容IEC模型和数学模型的具有较高测试精度和灵敏度的泄漏电流广义测试系统。虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描述和显示的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。权利要求一种基于脑电的人体感知电流阈值测试系统，包括脑电图仪，监测受试者的脑电特征的变化状态；智能信号发生器，输出电压信号；第一电极和第二电极，分别连接到人体，将电压信号施加到人体上；控制器，控制智能信号发生器以输出电压信号；电流表，串联在第一电极和第二电极之间，用于测量流经人体的电流的真有效值，其中，控制器控制智能信号发生器输出的电压信号的幅值自动从小到大调节，随着电压信号的幅值逐渐增大，当脑电图仪监测到受试者的脑电特征发生特定变化时，控制器记录此时电流表测量的流经人体的电流的真有效值，作为人体感知电流阈值。2.根据权利要求l所述的人体感知电流阈值测试系统，还包括驱动模块，对智能信号发生器输出的电压信号进行放大，并将放大的电压信号提供给第一电极和第二电极。3.根据权利要求1或2所述的人体感知电流阈值测试系统，还包括时间继电器和自锁按键，串联在第一电极和第二电极之间，用于控制向人体施加电压信号的时间。4.根据权利要求3所述的人体感知电流阈值测试系统，其中，如果施加到人体上的电压信号的幅值超出预定范围，则控制器控制智能信号发生器停止输出电压信号。5.根据权利要求4所述的人体感知电流阈值测试系统，其中，智能信号发生器输出的电压信号的波形是正弦波、三角波和方波中的一种。6.根据权利要求4所述的人体感知电流阈值测试系统，其中，所述脑电特征发生特定变化是下列任何一种a脑电图改变为a波幅度抑制；a脑电图改变为|3脑电图；a脑电图改变为混合脑电图；a脑电图改变为a波幅度增高；a脑电图改变为9脑电图；a脑电图改变为平坦脑电图；P脑电图改变为13波幅度抑制；|3脑电图改变为13波幅度增高；P脑电图改变为混合脑电图；13脑电图改变为a脑电图；|3脑电图改变为P脑电图附加了特定频率的信号；P脑电图改变为9脑电图；混合脑电图改变为13脑电图；混合脑电图改变为a波幅度抑制；混合脑电图改变为a脑电图；混合脑电图改变为9脑电图；混合脑电图改变为a波、P波幅度均增高；混合脑电图改变为a波、|3波幅度均抑制；混合脑电图改变为P波幅度抑制。7.—种基于脑电的人体感知电流阈值测试方法，包括向人体施加电压信号；逐渐增大电压信号的幅值，同时通过脑电图仪监测受试者的脑电特征的变化状态；确定受试者的脑电特征是否发生特定变化；如果确定受试者的脑电特征发生了特定变化，则将受试者的脑电特征发生了特定变化时流经人体的电流的真有效值作为人体感知电流阈值。8.根据权利要求7所述的人体感知电流阈值测试方法，还包括如果施加到人体的电压信号的幅值超出预定范围，则所述方法终止。9.根据权利要求8所述的人体感知电流阈值测试方法，其中，施加到人体的电压信号的波形是正弦波、三角波和方波中的一种。10.根据权利要求9所述的人体感知电流阈值测试方法，其中，所述脑电特征发生特定变化是下列任何一种a脑电图改变为a波幅度抑制；a脑电图改变为|3脑电图；a脑电图改变为混合脑电图；a脑电图改变为a波幅度增高；a脑电图改变为9脑电图；a2脑电图改变为平坦脑电图；P脑电图改变为13波幅度抑制；|3脑电图改变为13波幅度增高；P脑电图改变为混合脑电图；13脑电图改变为a脑电图；|3脑电图改变为P脑电图附加了特定频率的信号；P脑电图改变为9脑电图；混合脑电图改变为13脑电图；混合脑电图改变为a波幅度抑制；混合脑电图改变为a脑电图；混合脑电图改变为9脑电图；混合脑电图改变为a波、P波幅度均增高；混合脑电图改变为a波、|3波幅度均抑制；混合脑电图改变为P波幅度抑制。全文摘要本发明提供一种基于脑电的人体感知电流阈值测试系统及测试方法。该系统包括脑电图仪，监测受试者的脑电特征的变化状态；智能信号发生器，输出电压信号；第一电极和第二电极，分别连接到人体，将电压信号施加到人体上；控制器，控制智能信号发生器以输出电压信号；电流表，串联在第一电极和第二电极之间，用于测量流经人体的电流的真有效值，其中，控制器控制智能信号发生器输出的电压信号的幅值自动从小到大调节，随着电压信号的幅值逐渐增大，当脑电图仪监测到受试者的脑电特征发生特定变化时，控制器记录此时电流表测量的流经人体的电流的真有效值，作为人体感知电流阈值。文档编号A61B5/05GK101708122SQ200910208370公开日2010年5月19日申请日期2009年11月12日优先权日2009年11月12日发明者刘刚,李东,王晓飞,王艳林申请人:北京信息科技大学