测量皮肤电信号的主要参数

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皮肤电(EDA/GSR)测量主要参数

皮肤电信号分为tonic(紧张性 / 慢变基线)phasic(相位性 / 事件瞬态反应)两大类;同时还有硬件采集参数电极相关参数

一、信号生理特征参数(数据分析指标)

1. SCL 皮肤电导水平(Tonic,慢变基线)

  • 单位:μS(微西门子),也可用皮肤电阻 kΩ(电导 = 1 / 电阻)
  • 含义:长时间缓慢变化的基线电导,反映整体交感神经基础唤醒水平
  • 常用指标:窗口均值、标准差、最大 / 最小 SCL、基线漂移率

2. SCR 皮肤电导反应(Phasic,刺激诱发尖峰)

单个 SCR 波形核心参数:

  • SCR 幅度(Amplitude):峰值电导 − 刺激前基线 SCL;单位 μS,科研一般阈值≥0.01~0.05 μS 才算有效 SCR
  • 潜伏期(Latency):刺激 onset → SCR 上升起始点;典型范围 1~3 s,上限一般 5 sPMC
  • 上升时间(Rise time):SCR 起始点 → 到达峰值的时间;通常 1~3 s
  • 半恢复时间(Half-recovery time):峰值回落至峰值一半所用时间;一般 3~10 s
  • SCR 频率 / 密度:单位时间内 SCR 个数(含自发 NS.SCR,无外部刺激产生的皮电峰)
  • 习惯化斜率(Habituation):重复相同刺激,SCR 幅度逐步衰减的速率

二、硬件采集电路参数(传感器 / 前端)

  1. 激励方式:恒压法(最常用,典型 0.5V DC)或恒流法,直流小激励,不能过大,避免极化
  2. 电导测量范围:典型 0.05~100 μS,对应电阻 10kΩ~20MΩ
  3. 采样率:科研推荐 50~100 Hz;简易可穿戴最低≥10Hz;EDA 信号带宽 DC~15Hz 左右
  4. ADC 分辨率:16bit/18bit,目标电导分辨率 0.01 μS
  5. 输入阻抗:越高越好(>1GΩ),降低电极阻抗带来的信号衰减
  6. 噪声:前端噪声,决定小幅度 SCR 能否检出
  7. 安全限流:人体回路电流必须很小,满足生物安全标准

三、电极与安放参数(非常影响信号质量)

  • 电极类型:Ag/AgCl 银氯化银电极(降低极化,首选);干电极 / 凝胶电极
  • 电极位置:食指、中指指腹(标准);手掌、足底;手腕信号弱很多
  • 电极 - 皮肤阻抗:越低越好,凝胶电极通常几十 kΩ;干电极阻抗高,容易引入运动伪影
  • 电极面积、压力:固定,保证接触稳定

四、衍生统计 / 频域参数(机器学习常用)

时域:信号均值、方差、偏度、峰度、一阶 / 二阶差分频域:EDA 功率谱,主要集中在0.003–0.4 Hz低频段

皮肤电信号的主要参数指标