專利名稱：一種usb傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及腦電波信號(hào)采集領(lǐng)域，特別是一種USB傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和普及，遠(yuǎn)程教育作為終身學(xué)習(xí)的一種手段，已被人們接受。但是，遠(yuǎn)程教育的學(xué)習(xí)與課堂學(xué)習(xí)的最大區(qū)別是:課堂學(xué)習(xí)是在教師的監(jiān)管下完成的；而遠(yuǎn)程教育的學(xué)習(xí)是一種自主學(xué)習(xí)。由于沒有教師的監(jiān)管，加上人的自身原因及環(huán)境因素等，使得遠(yuǎn)程教學(xué)的學(xué)習(xí)效果很難達(dá)到課堂學(xué)習(xí)的效果。有些學(xué)習(xí)者甚至無法完成學(xué)習(xí)任務(wù)。最大缺陷就是缺少教師這個(gè)角色。人的學(xué)習(xí)狀態(tài)可分為三種。在專心學(xué)習(xí)時(shí)，注意力集中，在生理上表現(xiàn)為腦電波有規(guī)律比較平穩(wěn)(稱α頻率在8Ηζ-13Ηζ);興奮時(shí)(稱β頻率在13Hz以上)，表現(xiàn)為頻率變快，幅度變大，持續(xù)時(shí)間不易過長(zhǎng)；學(xué)習(xí)疲勞時(shí)(稱Θ頻率在4Hz-7Hz)，表現(xiàn)為注意力分散，腦電波比較雜亂。目前腦電波的采集設(shè)備主要分兩大類:一類的醫(yī)用專業(yè)腦電圖機(jī)，它是用于疾病的診斷，采用10-20系統(tǒng)電極和雙極導(dǎo)聯(lián)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，需要專人操作。但精確度高；另一類是簡(jiǎn)易腦電波采集設(shè)備，采用2-3電極(其中1-2是基準(zhǔn)電極，放置于耳垂)和平均導(dǎo)聯(lián)或單極導(dǎo)聯(lián)結(jié)構(gòu)。它用于常人的實(shí)驗(yàn)性研究，如心理學(xué)的注意實(shí)驗(yàn)等。它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，使用也比較方便。但精確較低。導(dǎo)聯(lián)有三種:單極導(dǎo)聯(lián)、平均導(dǎo)聯(lián)和雙極導(dǎo)聯(lián)。單極導(dǎo)聯(lián)和平均導(dǎo)聯(lián)原理基本一樣，都是以耳垂為基準(zhǔn)端，屬于單端輸入法，抗干擾比較差。雙極導(dǎo)聯(lián)沒有基準(zhǔn)端，屬于差分輸入法，抗干擾比 較強(qiáng)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于提出一使用方便的USB傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種USB傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶，其特征在于:包括帶體和與帶體相連的裝置主體，帶體上設(shè)置有電極；裝置主體上包括有與電極相連的信號(hào)處理電路、與信號(hào)處理電路相連的模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連的USB接口 ；所述信號(hào)處理電路包括與電極相連的前置放大電路、與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連的輸出放大電路以及連接于前置放大電路和輸出放大電路之間的負(fù)反饋電路。進(jìn)一步的，所述前置放大電路采用INA333數(shù)據(jù)放大器，該放大器的差分輸入端與電極相連，一輸出端與輸出放大電路輸入端相連，另一參考輸出端與負(fù)反饋電路輸出端相連。進(jìn)一步的，所述輸出放大電路包括一第一運(yùn)放器，該第一運(yùn)放器的信號(hào)輸入端與所述前置放大電路的輸出端之間串聯(lián)一第二電阻，該第一運(yùn)放器的輸出端與其信號(hào)輸入端之間并聯(lián)有一第一電容，且該第一運(yùn)放器的輸出端與前置放大電路的參考輸出端相連。進(jìn)一步的，所述負(fù)反饋電路包括一第二運(yùn)放器，該第二運(yùn)放器的信號(hào)輸入端與所述前置放大電路的輸出端之間串聯(lián)有第一電阻，該第二運(yùn)放器的輸出端與其信號(hào)輸入端之間并聯(lián)有一第三電阻和一第二電容，且該第二運(yùn)放器的輸出端與所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連。進(jìn)一步的，所述第一運(yùn)放器和所述第二運(yùn)放器均為0PA2333運(yùn)放器。進(jìn)一步的，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用集成電路UAC3554B。由上述對(duì)本實(shí)用新型的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果:本實(shí)用新型的腦電波信號(hào)采集帶如同佩戴運(yùn)動(dòng)頭帶一樣使用方便。采用電極和雙極導(dǎo)聯(lián)結(jié)構(gòu)，根據(jù)學(xué)習(xí)監(jiān)控的特點(diǎn)(眼睛的注意程度)，將電極放置于雙眼上方前額部位進(jìn)行腦電波信號(hào)采集，提高有效信號(hào)的精度。將采集到的腦電波信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路進(jìn)行放大濾波處理，而后通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后經(jīng)與外部設(shè)備(計(jì)算機(jī))連接的USB接口將獲取到的經(jīng)處理后的腦電波信號(hào)發(fā)送至遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

圖1為本實(shí)用新型的采集帶的使用示意圖；圖2為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的信號(hào)處理電路原理圖4為本實(shí)用新型的INA333放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖5為本實(shí)用新型的模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路示意圖。
具體實(shí)施方式
以下通過具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。腦電波信號(hào)是屬于強(qiáng)噪聲背景下的超低頻(0.5-lOOHz)、微弱(0.1-1mV)信號(hào)，當(dāng)生物信號(hào)通過電極轉(zhuǎn)換成電量時(shí)，獲得的信號(hào)電壓變化量很小，而共模電壓卻很高，所以電極后面的數(shù)據(jù)放大器必須具有很高的共模抑制比，同時(shí)要求有較高的輸入電阻，以免對(duì)電極產(chǎn)生影響。為了提高測(cè)量精度，數(shù)據(jù)放大器還應(yīng)有較高的開環(huán)增益，較低的失調(diào)電壓、失調(diào)電流、噪聲以及漂移等。作為便攜采集裝置還要考慮低電壓，低功耗。參照?qǐng)D1至圖5，一種USB傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶，包括帶體I和與帶體I相連的裝置主體2，帶體I上設(shè)置有電極3。裝置主體2上包括有與電極3相連的信號(hào)處理電路4、與信號(hào)處理電路4相連模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5、與該模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5相連的USB接口 6?？赏ㄟ^USB接口 6提供5V電源，可以給模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5、電極3及信號(hào)處理電路4供電。信號(hào)處理電路包括與電極3相連的前置放大電路、與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5相連的輸出放大電路以及連接于前置放大電路和輸出放大電路之間的負(fù)反饋電路。其中，前置放大電路采用三運(yùn)放組成的儀器專用的INA333數(shù)據(jù)放大器，其內(nèi)部原理和外部結(jié)構(gòu)圖參照?qǐng)D4所示。其中每個(gè)集成運(yùn)放都接成比例運(yùn)算電路。電路包含兩個(gè)放大級(jí)，Ap A2組成第一級(jí)，二者均接成同相輸入方式，因此輸入電阻很高。由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，它們的漂移和失調(diào)都有互相抵消的作用。A3組成差分放大級(jí)，將差分輸入轉(zhuǎn)換成為單端輸出。Re是增益設(shè)置電阻。G=1+100KQ/Rg, Vq=G* (VIN+-VIN)，本設(shè)計(jì) G=200。各引腳定義:2、3 腳是差分輸入端 VIN、VIN+ ；
1、8腳是增益設(shè)置端；4、7腳是電源端；6腳是輸出端；5腳是參考輸出端(調(diào)整)。該差分輸入端VIN、VIN+與電極3相連,一輸出端Vtl (6腳)與輸出放大電路輸入端相連,另一參考輸出端(5腳)與負(fù)反饋電路輸出端相連。負(fù)反饋電路用于保持輸出信號(hào)的穩(wěn)定，包括一第一運(yùn)放器BI,該第一運(yùn)放器BI米用0PA2333運(yùn)放器，參照?qǐng)D4，其信號(hào)輸入端(2腳)與前置放大電路的輸出端(6腳)之間串聯(lián)一第二電阻R2,該第一運(yùn)放器BI的輸出端(I腳)與其信號(hào)輸入端(2腳)之間并聯(lián)有一第一電容Cl,且該第一運(yùn)放器BI的輸出端(I腳)與前置放大電路的參考輸出端相連。輸出放大電路是將信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步放大，包括一第二運(yùn)放器B2，該第二運(yùn)放器B2的信號(hào)輸入端(6腳)與前置放大電路的輸出端(6腳)之間串聯(lián)有第一電阻R1，該第二運(yùn)放器B2的輸出端Vqut與其信號(hào)輸入端(6腳)之間并聯(lián)有一第三電阻R3和一第二電容C2,且該第二運(yùn)放器B2的輸出端Votjt與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5相連。模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5由集成電路UAC3554B及其外圍電路組成，參照?qǐng)D5，該集成電路是一片模擬音頻編號(hào)數(shù)字信號(hào)的電路 ，由輸出放大電路輸出端Vtot輸出的信號(hào)，從圖中A、B任一路輸入，它們的頻率范圍也在變換的范圍以內(nèi)，經(jīng)過UAC3554B的59、60腳輸入，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由USB接口 6輸出。本實(shí)用新型的腦電波信號(hào)采集帶如同佩戴運(yùn)動(dòng)頭帶一樣使用方便。采用電極3和雙極導(dǎo)聯(lián)結(jié)構(gòu)，根據(jù)學(xué)習(xí)監(jiān)控的特點(diǎn)(眼睛的注意程度)，將電極3放置于雙眼上方前額部位進(jìn)行腦電波信號(hào)采集，提高有效信號(hào)的精度。將采集到的腦電波信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路進(jìn)行放大濾波處理，而后通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后經(jīng)與外部設(shè)備(計(jì)算機(jī))連接的USB接口 6將獲取到的經(jīng)處理后的腦電波信號(hào)發(fā)送至遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。上述僅為本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本實(shí)用新型保護(hù)范圍的行為。
權(quán)利要求1.一種USB傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶，其特征在于:包括帶體和與帶體相連的裝置主體，帶體上設(shè)置有電極；裝置主體上包括有與電極相連的信號(hào)處理電路、與信號(hào)處理電路相連的模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連的USB接口 ；所述信號(hào)處理電路包括與電極相連的前置放大電路、與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連的輸出放大電路以及連接于前置放大電路和輸出放大電路之間的負(fù)反饋電路。
2.如權(quán)利要求1所述的一種USB傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶，其特征在于:所述前置放大電路采用INA333數(shù)據(jù)放大器，該放大器的差分輸入端與電極相連，一輸出端與輸出放大電路輸入端相連，另一參考輸出端與負(fù)反饋電路輸出端相連。
3.如權(quán)利要求2所述的一種USB傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶，其特征在于:所述輸出放大電路包括一第一運(yùn)放器，該第一運(yùn)放器的信號(hào)輸入端與所述前置放大電路的輸出端之間串聯(lián)一第二電阻，該第一運(yùn)放器的輸出端與其信號(hào)輸入端之間并聯(lián)有一第一電容，且該第一運(yùn)放器的輸出端與前置放大電路的參考輸出端相連。
4.如權(quán)利要求3所述的一種USB傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶，其特征在于:所述負(fù)反饋電路包括一第二運(yùn)放器，該第二運(yùn)放器的信號(hào)輸入端與所述前置放大電路的輸出端之間串聯(lián)有第一電阻，該第二運(yùn)放器的輸出端與其信號(hào)輸入端之間并聯(lián)有一第三電阻和一第二電容，且該第二運(yùn)放器的輸出端與所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連。
5.如權(quán)利要求4所述的一種USB傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶，其特征在于:所述第一運(yùn)放器和所述第二運(yùn)放器均為0PA2333運(yùn)放器。
6.如權(quán)利要求1所述的一種USB傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶，其特征在于:所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用集成電路UAC3554B。
專利摘要一種USB傳輸?shù)倪h(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波信號(hào)采集帶，包括帶體和與帶體相連的裝置主體，帶體上設(shè)置有電極；裝置主體上包括有與電極相連的信號(hào)處理電路、與信號(hào)處理電路相連的模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連的USB接口；所述信號(hào)處理電路包括與電極相連的前置放大電路、與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連的輸出放大電路以及連接于前置放大電路和輸出放大電路之間的負(fù)反饋電路。本實(shí)用新型的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)腦電波采集帶，根據(jù)學(xué)習(xí)監(jiān)控的特點(diǎn)(眼睛的注意程度)，將電極放置于雙眼上方前額部位，采用電極和雙極導(dǎo)聯(lián)結(jié)構(gòu)采集人體腦電波信號(hào)，可將獲取到的經(jīng)處理后的腦電波信號(hào)發(fā)送至遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端監(jiān)控。
文檔編號(hào)A61B5/0476GK203107121SQ20132016678
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者許陵, 陳梅芬, 冉新義 申請(qǐng)人:漳州師范學(xué)院