本發(fā)明涉及一種傳感器。特別是涉及一種測(cè)量表面肌電信號(hào)的傳感器及測(cè)量方法。
背景技術(shù):
肌電信號(hào)是肌肉收縮時(shí)伴隨的電信號(hào),其峰值一般為0-6mV,均方根值為0-1.5mV,頻率為0-500mV,主頻為50-150Hz之間。干擾介于0-60Hz之間。其應(yīng)用背景主要集中在康復(fù)醫(yī)學(xué)、體育科學(xué),或者作為信號(hào)源進(jìn)行主動(dòng)控制等領(lǐng)域。
目前,市場(chǎng)上有各種型號(hào)的肌電儀設(shè)備,有針式電極、貼片式電極、埋入電極、微電極。其中,
針式電極可測(cè)試深層肌電活動(dòng),涉及到的運(yùn)動(dòng)單元少,具有真對(duì)性,能清楚的導(dǎo)出單個(gè)運(yùn)動(dòng)電位和單個(gè)肌纖維的電位變化。但是其測(cè)試區(qū)域小,操作者的要求高,無法測(cè)量運(yùn)動(dòng)中的肌電變化。
而貼片式電極檢測(cè)方便易行,不產(chǎn)生傷害,并且信號(hào)能夠反映整塊肌肉的機(jī)能變化,還能適用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)中的肌電變化。但是測(cè)量出來的信號(hào)往往受到溫度、濕度、人體自身抖動(dòng)、情緒、皮膚厚度等因素的影響,導(dǎo)致測(cè)量出來表面肌電信號(hào)的幅值偏低,干擾信號(hào)太多,并且信號(hào)成分較為復(fù)雜。不利于應(yīng)用于人體肌肉組織狀況監(jiān)測(cè),還對(duì)采用表面肌電信號(hào)作為控制源的機(jī)電設(shè)備或者儀器帶來一定的控制風(fēng)險(xiǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是,提供一種能夠獲得穩(wěn)定、精確肌電信號(hào)的測(cè)量表面肌電信號(hào)的傳感器及測(cè)量方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種測(cè)量表面肌電信號(hào)的傳感器,包括殼體和上端蓋,所述殼體的底端面安裝有2個(gè)以上紅外溫度傳感器,2~3個(gè)氯化銀電極,以及1個(gè)濕度傳感器,所述殼體的側(cè)面安裝有一個(gè)正常采集指示燈和一個(gè)異常采集指示燈,所述殼體內(nèi)通過電路板固定柱安裝有電路板,所述紅外溫度傳感器、氯化銀電極、濕度傳感器、正常采集指示燈和異常采集指示燈分別通過導(dǎo)線連接所述電路板。
所述殼體的底端面的周邊設(shè)置有2個(gè)以上用于安裝紅外溫度傳感器的紅外溫度傳感器安裝孔,在所述殼體的底端面的中部并排設(shè)置有2~3個(gè)用于安裝氯化銀電極的氯化銀電極安裝槽,在2~3個(gè)氯化銀電極安裝槽中一組相鄰的兩個(gè)氯化銀電極安裝槽之間設(shè)置有用于安裝濕度傳感器的濕度傳感器安裝槽,所述殼體的側(cè)面設(shè)置有2個(gè)分別用于安裝正常采集指示燈和異常采集指示燈的燈孔。
所述殼體開口端的一周端面上形成有一圈凹槽,所述上端蓋在與所述殼體上的一圈凹槽相對(duì)應(yīng)處形成有一圈能夠嵌入到所述凹槽內(nèi)的凸起。
所述殼體外側(cè)設(shè)置有把手。
所述電路板上設(shè)置的電路包括有:?jiǎn)纹瑱C(jī),所述單片機(jī)的信號(hào)輸入端通過傳輸總線分別連接2個(gè)以上的紅外溫度傳感器、2~3個(gè)氯化銀電極、濕度傳感器以及設(shè)置在所述電路板上的加速度傳感器,所述單片機(jī)的信號(hào)輸出端分別連接正常采集指示燈和異常采集指示燈。
所述單片機(jī)的信號(hào)輸出端還連接外部顯示器。
所述2個(gè)以上的紅外溫度傳感器、濕度傳感器和加速度傳感器分別各依次通過第一放大器、濾波器和第一AD轉(zhuǎn)換器連接所述傳輸總線。
所述2~3個(gè)氯化銀電極依次通過差分放大器、帶通濾波器、陷波濾波器和第二AD轉(zhuǎn)換器連接所述傳輸總線。
一種測(cè)量表面肌電信號(hào)的傳感器的測(cè)量方法,包括如下步驟:
1)系統(tǒng)初始化;
2)設(shè)定溫度值和濕度值;
3)分別啟動(dòng)紅外溫度傳感器和濕度傳感器,獲取溫度信息后進(jìn)入下一步驟,獲取濕度值后進(jìn)入步驟5);
4)計(jì)算2個(gè)以上紅外溫度傳感器的平均溫度值;
5)將平均溫度值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較,將濕度值與設(shè)定的濕度值進(jìn)行比較,當(dāng)平均溫度值和濕度值都處于預(yù)設(shè)值區(qū)間內(nèi),進(jìn)入下一步驟,當(dāng)平均溫度值和濕度值都處于預(yù)設(shè)值區(qū)間外,或者平均溫度值和濕度值中任一項(xiàng)處于預(yù)設(shè)值區(qū)間外時(shí),返回步驟1),并開啟異常采集指示燈;
6)啟動(dòng)氯化銀電極和加速度傳感器,采集表面肌電信號(hào)和加速度信號(hào),并開啟正常采集指示燈;
7)輸出表面肌電信號(hào)、加速度信號(hào)、平均溫度值信號(hào)和濕度值信號(hào)。
步驟2)設(shè)定的溫度值為36°~37°,所述的濕度值為32%~45%。
本發(fā)明的一種測(cè)量表面肌電信號(hào)的傳感器及測(cè)量方法,通過濕度、溫度信號(hào)對(duì)肌電的采集進(jìn)行控制,確保能夠獲得穩(wěn)定、精確的肌電信號(hào),應(yīng)用于醫(yī)用外科設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域。具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,采集信號(hào)平穩(wěn),可適當(dāng)消除人體溫度、汗液對(duì)信號(hào)采集的影響。
(2)可針對(duì)不同狀態(tài)的測(cè)量設(shè)置不同的閾值范圍,便于后期的信號(hào)分析,以及信號(hào)控制。如安靜平穩(wěn)時(shí),人體溫度平穩(wěn)、出汗少,閾值應(yīng)該稍嚴(yán)格,以保證測(cè)量準(zhǔn)確的表面肌電信號(hào)。運(yùn)動(dòng)時(shí),人體溫度升高、出汗多,閾值應(yīng)該根據(jù)樣本進(jìn)行合理設(shè)置,以保證測(cè)量準(zhǔn)確的表面肌電信號(hào)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明一種測(cè)量表面肌電信號(hào)的傳感器外部結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本發(fā)明中殼體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是本發(fā)明中氯化銀電極結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4是本發(fā)明中上端蓋結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5是本發(fā)明中電路板在殼體內(nèi)設(shè)置的示意圖;
圖6是本發(fā)明中殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖;
圖7是本發(fā)明中電路結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8是本發(fā)明方法流程圖。
圖中
1:殼體 2:紅外溫度傳感器
3:氯化銀電極 4:濕度傳感器
5:正常采集指示燈 6:異常采集指示燈
7:上端蓋 8:電路板
9:凸起 10:凹槽
11:電路板固定柱 12:氯化銀電極安裝槽
13:紅外溫度傳感器安裝孔 14:導(dǎo)線
15:濕度傳感器安裝槽 16、17:燈孔
18:把手 19:加速度傳感器
20:?jiǎn)纹瑱C(jī) 21:傳輸總線
22:第一放大器 23:濾波器
24:第一AD轉(zhuǎn)換器 25:差分放大器
26:帶通濾波器 27:陷波濾波器
28:第二AD轉(zhuǎn)換器 29:外部顯示器
30:時(shí)鐘 31:看門狗
32:電源
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種測(cè)量表面肌電信號(hào)的傳感器及測(cè)量方法做出詳細(xì)說明。
本發(fā)明的一種測(cè)量表面肌電信號(hào)的傳感器及測(cè)量方法,包括肌電電極、加速度傳感器、紅外溫度傳感器、濕度傳感器。當(dāng)進(jìn)行表面肌電信號(hào)采集時(shí),由于皮膚溫度和汗液對(duì)皮膚與表面肌電電極之間的阻抗變化很大,將影響表面肌電信號(hào)的準(zhǔn)確性。所以將采集來的溫度、濕度信號(hào)作為表面肌電信號(hào)采集的控制源。若溫度、濕度處于預(yù)定的范圍,啟動(dòng)開關(guān)進(jìn)行表面肌電信號(hào)、加速度信號(hào)進(jìn)行采集,若不在預(yù)定的范圍內(nèi),說明此時(shí)若進(jìn)行采集,將得到不準(zhǔn)確的表面肌電信號(hào)。
如圖1、圖5所示,本發(fā)明的一種測(cè)量表面肌電信號(hào)的傳感器,包括殼體1和上端蓋7,所述殼體1的底端面安裝有2個(gè)以上紅外溫度傳感器2,2~3個(gè)氯化銀電極3,以及1個(gè)濕度傳感器4,所述殼體1的側(cè)面安裝有一個(gè)正常采集指示燈5和一個(gè)異常采集指示燈6,所述殼體1內(nèi)通過電路板固定柱11安裝有電路板8,所述紅外溫度傳感器2、氯化銀電極3、濕度傳感器4、正常采集指示燈5和異常采集指示燈6分別通過導(dǎo)線14連接所述電路板8。所述殼體1外側(cè)設(shè)置有把手18。
如圖2所示,所述殼體1的底端面的周邊設(shè)置有2個(gè)以上用于安裝紅外溫度傳感器2的紅外溫度傳感器安裝孔13,在所述殼體1的底端面的中部并排設(shè)置有2~3個(gè)用于安裝氯化銀電極3的氯化銀電極安裝槽12,在2~3個(gè)氯化銀電極安裝槽12中一組相鄰的兩個(gè)氯化銀電極安裝槽12之間設(shè)置有用于安裝濕度傳感器4的濕度傳感器安裝槽15,所述殼體1的側(cè)面設(shè)置有2個(gè)分別用于安裝正常采集指示燈5和異常采集指示燈6的燈孔16、17。
如圖2、圖4所示,所述殼體1開口端的一周端面上形成有一圈凹槽10,所述上端蓋7在與所述殼體1上的一圈凹槽10相對(duì)應(yīng)處形成有一圈能夠嵌入到所述凹槽10內(nèi)的凸起9。
如圖6、圖7所示,所述電路板8上設(shè)置的電路包括有:?jiǎn)纹瑱C(jī)20,所述單片機(jī)20采用型號(hào)為80C51或stc89s52或AT89C51的單片機(jī)。所述單片機(jī)20的信號(hào)輸入端通過傳輸總線21分別連接2個(gè)以上的紅外溫度傳感器2、2~3個(gè)氯化銀電極3、濕度傳感器4以及設(shè)置在所述電路板8上的加速度傳感器19,所述單片機(jī)20的信號(hào)輸出端分別連接正常采集指示燈5和異常采集指示燈6。所述單片機(jī)20還分別連接時(shí)鐘30、看門狗31和電源32。所述單片機(jī)20的信號(hào)輸出端還連接外部顯示器29。
所述2個(gè)以上的紅外溫度傳感器2、濕度傳感器4和加速度傳感器19分別各依次通過第一放大器22、濾波器23和第一AD轉(zhuǎn)換器24連接所述傳輸總線21。所述2~3個(gè)氯化銀電極3依次通過差分放大器25、帶通濾波器26、陷波濾波器27和第二AD轉(zhuǎn)換器28連接所述傳輸總線21。
2個(gè)以上的紅外溫度傳感器2、2~3個(gè)氯化銀電極3、濕度傳感器4以及設(shè)置在所述電路板8上的加速度傳感器19通過導(dǎo)線14將采集到的信號(hào)通過設(shè)置在電路板8上放大、濾波電路濾掉干擾信號(hào),再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換電路傳遞到單片機(jī)20,中進(jìn)行處理(見流程圖8),處理完的信號(hào)由單片機(jī)20傳遞給外部顯示器以及指示燈(包括正常采集指示燈,異常采集指示燈)。
本發(fā)明的一種測(cè)量表面肌電信號(hào)的傳感器,當(dāng)進(jìn)行信號(hào)采集時(shí),選擇合適的肌肉,用酒精擦拭肌肉表面的皮膚,將傳感器貼于皮膚的表面,用繃帶固定好。通過上位機(jī)使得單片機(jī)系統(tǒng)初始化,再預(yù)先設(shè)置合適的溫度以及濕度(比如人體溫度處于37°左右,相對(duì)濕度處于40%左右閾值,啟動(dòng)測(cè)量溫度、濕度程序,計(jì)算4個(gè)紅外溫度傳感器測(cè)量過來的溫度平均值,將溫度平均值和濕度值與預(yù)設(shè)的溫度、濕度值進(jìn)行比較,若處于預(yù)設(shè)的范圍外,開啟異常采集指示燈,返回系統(tǒng)初始化階段,若處于預(yù)設(shè)的范圍內(nèi),開啟正常采集指示燈,并啟動(dòng)表面肌電信號(hào),加速度信號(hào)采集程序,進(jìn)行采集,并輸出表面肌電信號(hào),加速度信號(hào),溫度信號(hào)和濕度信號(hào)。
如圖8所示,本發(fā)明的測(cè)量表面肌電信號(hào)的傳感器的測(cè)量方法,具體包括如下步驟:
1)系統(tǒng)初始化;
2)設(shè)定溫度值和濕度值;由于人體溫度處于大于36°小于37°間,相對(duì)濕度處于大于32%,小于45%。所以,設(shè)定的溫度值為36°~37°,所述的濕度值為32%~45%。
3)分別啟動(dòng)紅外溫度傳感器和濕度傳感器,獲取溫度信息后進(jìn)入下一步驟,獲取濕度值后進(jìn)入步驟5);
4)計(jì)算2個(gè)以上紅外溫度傳感器的平均溫度值;
5)將平均溫度值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較,將濕度值與設(shè)定的濕度值進(jìn)行比較,當(dāng)平均溫度值和濕度值都處于預(yù)設(shè)值區(qū)間內(nèi)(注:預(yù)設(shè)區(qū)間是平均溫度值大于36°,小于37°,相對(duì)濕度大于32%,小于45%時(shí)),進(jìn)入下一步驟,當(dāng)平均溫度值和濕度值都處于預(yù)設(shè)值區(qū)間外,或者平均溫度值和濕度值中任一項(xiàng)處于預(yù)設(shè)值區(qū)間外時(shí),返回步驟1),并開啟異常采集指示燈;例如平均溫度值小于36°或者大于37°,并且相對(duì)濕度小于32%或者大于45%時(shí),開啟異常采集指示燈,返回系統(tǒng)初始化階段。
6)啟動(dòng)氯化銀電極和加速度傳感器,采集表面肌電信號(hào)和加速度信號(hào),并開啟正常采集指示燈;如若平均溫度值大于36°小于37°,并且相對(duì)濕度大于32%或者小于45%時(shí),開啟正常采集指示燈,并啟動(dòng)表面肌電信號(hào),加速度信號(hào)采集程序,進(jìn)行采集,
7)輸出表面肌電信號(hào)、加速度信號(hào)、平均溫度值信號(hào)和濕度值信號(hào)。