本實(shí)用新型屬于電刺激技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種肌電刺激傳感器電路。
背景技術(shù)：
神經(jīng)肌肉電刺激(Neuromuscular Electrical Stimulation,NMES)是通過完整的周圍神經(jīng)系統(tǒng)傳導(dǎo)電流，以引起肌肉收縮的一種電刺激方式。以低頻率脈沖電流刺激神經(jīng)肌肉以治療疾病的方法。
由于神經(jīng)肌肉電刺激的本質(zhì)是作用于控制目標(biāo)肌肉群的神經(jīng)，那么應(yīng)用神經(jīng)肌肉電刺激的先決條件是目標(biāo)肌肉的神經(jīng)是完整的。常用于由于長期不活動(dòng)、手術(shù)或傷害導(dǎo)致的廢用肌肉的力量訓(xùn)練，進(jìn)而保持肌肉質(zhì)量、保持和增加關(guān)節(jié)活動(dòng)度、促進(jìn)自主肌肉控制，并且減少痙攣。另一方面，對(duì)于一些非神經(jīng)病變引起的廢用性肌肉萎縮起到抑制的作用。近年來，商用的神經(jīng)肌肉電刺激器已經(jīng)被發(fā)展起來，家用的刺激器不僅能夠方便病人的使用，同時(shí)也提高了病人的獨(dú)立操作性。
功能性電刺激(Functional Electric Stimulation，F(xiàn)ES)，是神經(jīng)肌肉電刺激中的一種。功能性電刺激是利用預(yù)先設(shè)定程序運(yùn)行并輸出電刺激脈沖作用于支配肌肉的神經(jīng)，誘發(fā)相關(guān)的肌肉組織產(chǎn)生收縮運(yùn)動(dòng)，模擬正常肌肉自主運(yùn)動(dòng)，達(dá)到增加機(jī)體功能活動(dòng)能力和恢復(fù)被刺激肌肉肌群功能的目的。雖然對(duì)于不具有完整神經(jīng)傳導(dǎo)通路的周圍神經(jīng)損傷,功能性電刺激的作用不明顯，但是對(duì)于具有完整周圍神經(jīng)支配但由于中樞神經(jīng)損傷導(dǎo)致神經(jīng)下傳沖動(dòng)減少或喪失而導(dǎo)致所支配的肌肉不能完成其原有收縮功能的部位，功能性電刺激治療效果顯著。
表面肌電信號(hào)(Surface Electromyography，SEMG)，是神經(jīng)肌在活動(dòng)的時(shí)候，產(chǎn)生的生物電信號(hào)，通過電極在人體表面被記錄下來。表面肌電信號(hào)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到很多領(lǐng)域，其中包括康復(fù)工程、生物醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)控制等，尤其是在截肢者殘端通過利用SEMG信號(hào)來操控電動(dòng)假肢，從而將SEMG信號(hào)與外部設(shè)備結(jié)合起來。
表面肌電信號(hào)的幅值約為100μV-5mV，主要集中在10Hz-500Hz之間，信號(hào)很小，干擾也很多。因此需要信號(hào)放大和濾波電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型提出了一種肌電刺激傳感器電路，該肌電刺激傳感器電路包括前端精密放大電路、雙T陷波器電路、電壓跟隨電路和電壓輸出電路，前端精密放大電路將輸入的差分信號(hào)進(jìn)行放大后，雙T陷波器電路對(duì)放大的差分信號(hào)進(jìn)行濾波，濾除差分信號(hào)中50HZ左右的工頻干擾，為了防止前后電壓干擾，電壓跟隨電路將其隔開，電壓輸出電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理以滿足輸出要求。
本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：
肌電刺激傳感器電路，它包括依次連接的前端精密放大電路、雙T陷波器電路、電壓跟隨電路和電壓輸出電路，前端精密放大電路用于將輸入的差分信號(hào)處理后輸出放大信號(hào)，雙T陷波器電路用于濾除放大信號(hào)中的干擾信號(hào)，電壓跟隨電路用于同時(shí)匹配輸入輸出阻抗，電壓輸出電路用于輸出所需電壓。
進(jìn)一步的，前端精密放大電路包括第一放大器U1、第二電阻R2、第三電阻R3、第十一電阻R11和第三電容C3，第一放大器U1的第一管腳和第八管腳之間串接第三電阻R3，第二管腳經(jīng)第二電阻R2接地，第三管腳經(jīng)第十一電阻R11接地，且第二管腳和第三管腳之間串接第三電容C3，第七管腳接電壓VCC端，第四管腳和第五管腳接地，第六管腳為前端精密放大電路的輸出端。
進(jìn)一步的，雙T陷波器電路包括第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第十四電阻R14、第十六電阻R16、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6和第八電容C8，第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第五電容C5和第四電容C4依次串聯(lián)連接組成閉合回路，第四電阻R4和第四電容C4的公共端接前端精密放大電路的輸出端，第六電阻R6和第五電容C5的公共端為雙T陷波器電路的輸出端，第四電阻R4和第五電阻R5的公共端經(jīng)串接的第六電容C6和第八電容C8接地，第四電容C4和第五電容C5的公共端經(jīng)串接的第十四電阻R14和第十六電阻R16接地。
進(jìn)一步的，電壓跟隨電路包括第二放大器U2和第九電阻R9，第二放大器U2的第一輸入端與輸出端連接，第二輸入端經(jīng)第九電阻R9接雙T陷波器電路的輸出端，第二放大器U2的輸出端為電壓跟隨電路的輸出端。
更進(jìn)一步的，電壓跟隨電路還包括第二二極管D2和第三二極管D3，第二放大器U2的第二輸入端經(jīng)并聯(lián)的第二二極管D2和第三二極管D3接地。
進(jìn)一步的，電壓輸出電路包括滑動(dòng)變阻器R10、第十二電阻R12、第十五電阻R15、第三放大器U3、第八電阻R8和第十三電阻R13，滑動(dòng)變阻器R10的第一端接電壓跟隨電路的輸出端，第二端接地，滑動(dòng)變阻器R10的控制端經(jīng)第十二電阻R12接第三放大器U3的第一輸入端，第三放大器U3的第二輸入端經(jīng)第十五電阻R15接地，第三放大器U3的第一輸入端和輸出端之間串接第八電阻R8，第三放大器U3的輸出端經(jīng)第十三電阻R13輸出所需電壓。
更進(jìn)一步的，電壓輸出電路還包括第一電阻R1、第一電容C1、穩(wěn)壓二極管D1和第七電阻R7，第一電阻R1和第七電阻R7串接后一端接電壓VEE端，另一端接第三放大器U3的第一輸入端，第一電容C1和穩(wěn)壓二極管D1并聯(lián)后一端接地，另一端接第一電阻R1和第七電阻R7的公共端。
本實(shí)用新型對(duì)表面肌電信號(hào)進(jìn)行處理，由于表面肌電信號(hào)不僅小，而且干擾多。本實(shí)用新型首先將表面肌電信號(hào)進(jìn)行放大，放大后濾除其中的干擾信號(hào)。對(duì)表面肌電信號(hào)進(jìn)行處理的處理器對(duì)輸入電壓有要求，故本實(shí)用新型在信號(hào)輸出端將表面肌電信號(hào)的電壓進(jìn)行抬升，以滿足處理器的電壓要求。
附圖說明
圖1是肌電刺激傳感器電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
為進(jìn)一步說明各實(shí)施例，本實(shí)用新型提供有附圖。這些附圖為本實(shí)用新型揭露內(nèi)容的一部分，其主要用以說明實(shí)施例，并可配合說明書的相關(guān)描述來解釋實(shí)施例的運(yùn)作原理。配合參考這些內(nèi)容，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能理解其他可能的實(shí)施方式以及本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。圖中的組件并未按比例繪制，而類似的組件符號(hào)通常用來表示類似的組件。
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
參閱圖1所示，本實(shí)用新型優(yōu)選一實(shí)施例的肌電刺激傳感器電路的原理圖，它包括依次連接的前端精密放大電路1、雙T陷波器電路2、電壓跟隨電路3和電壓輸出電路4。其中，前端精密放大電路1用于將輸入的差分信號(hào)處理后輸出放大信號(hào)，雙T陷波器電路2用于濾除放大信號(hào)中的干擾信號(hào)，電壓跟隨電路3用于同時(shí)匹配輸入輸出阻抗，電壓輸出電路4用于輸出所需電壓。該實(shí)施例的電源由VCC(正)和VEE(負(fù))雙電源供電。
前端精密放大電路1包括第一放大器U1、第二電阻R2、第三電阻R3、第十一電阻R11、第三電容C3、第二電容C2和第七電容C7。第一放大器U1的第一管腳和第八管腳之間串接第三電阻R3，第二管腳經(jīng)第二電阻R2接地，第三管腳經(jīng)第十一電阻R11接地，且第二管腳和第三管腳之間串接第三電容C3。第七管腳接電壓VCC端，第七管腳還經(jīng)第二電容C2接地，第四管腳經(jīng)第七電容C7接地，且第四管腳還接電壓VEE端，第五管腳接地，第六管腳為前端精密放大電路1的輸出端OUTPUT1。J1接口分別與第一放大器U1的第二管腳和第三管腳連接，J1接口作為前端精密放大電路1的輸入端，輸入差分電壓信號(hào)。
其中第一放大器U1為儀表儀器放大器，放大倍數(shù)由第三電阻R3決定。由J1接口的雙端口輸入差分信號(hào)，前端精密放大電路1將該差分信號(hào)放大后輸出到雙T陷波器電路2。
由于得到的信號(hào)中存在50HZ左右的工頻信號(hào)干擾，因此，需要進(jìn)行濾波，濾波電路采用雙T陷波器電路2。該雙T陷波器電路2包括第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第十四電阻R14、第十六電阻R16、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6和第八電容C8。第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第五電容C5和第四電容C4依次串聯(lián)連接組成閉合回路，第四電阻R4和第四電容C4的公共端接前端精密放大電路1的輸出端OUTPUT1，第六電阻R6和第五電容C5的公共端為雙T陷波器電路2的輸出端OUTPUT2，第四電阻R4和第五電阻R5的公共端經(jīng)串接的第六電容C6和第八電容C8接地，第四電容C4和第五電容C5的公共端經(jīng)串接的第十四電阻R14和第十六電阻R16接地。
雙T陷波器電路2用于濾除信號(hào)中的工頻干擾(50Hz)，采用固定電容值，變動(dòng)電阻值的方式進(jìn)行微調(diào)，其中第十六電阻R16和第六電阻R6用于微調(diào)。
為了防止前后電壓干擾，該實(shí)施例設(shè)有電壓跟隨電路3。該電壓跟隨電路3包括第二放大器U2、第九電阻R9、第二二極管D2和第三二極管D3。第二放大器U2的第一輸入端與輸出端連接，第二輸入端經(jīng)第九電阻R9接雙T陷波器電路2的輸出端OUTPUT2，第二放大器U2的輸出端為電壓跟隨電路3的輸出端OUTPUT3。第二放大器U2的第二輸入端經(jīng)并聯(lián)的第二二極管D2和第三二極管D3接地。
電壓跟隨電路3中第二二極管D2和第三二極管D3限定進(jìn)入放大器信號(hào)的大小范圍，電壓跟隨電路3(放大倍數(shù)為1，相位不變)同時(shí)匹配輸入輸出阻抗，輸入阻抗理想為無窮大，輸出阻抗近似為0V。
電壓輸出電路4包括滑動(dòng)變阻器R10、第十二電阻R12、第十五電阻R15、第三放大器U3、第八電阻R8、第十三電阻R13、第一電阻R1、第一電容C1、穩(wěn)壓二極管D1和第七電阻R7?；瑒?dòng)變阻器R10的第一端接電壓跟隨電路3的輸出端OUTPUT3，第二端接地，滑動(dòng)變阻器R10的控制端經(jīng)第十二電阻R12接第三放大器U3的第一輸入端，第三放大器U3的第二輸入端經(jīng)第十五電阻R15接地，第三放大器U3的第一輸入端和輸出端之間串接第八電阻R8，第三放大器U3的輸出端經(jīng)第十三電阻R13接J2接口的一端，J2接口的另一端接地。第一電阻R1和第七電阻R7串接后一端接電壓VEE端，另一端接第三放大器U3的第一輸入端，第一電容C1和穩(wěn)壓二極管D1并聯(lián)后一端接地，另一端接第一電阻R1和第七電阻R7的公共端。
由于后期處理器處理電壓的范圍為0-3V，所以需要對(duì)原信號(hào)進(jìn)行抬升。采用負(fù)相位放大器，在原信號(hào)的基礎(chǔ)上的加上-1.5V，使得得到的信號(hào)中心始終在1.5V。穩(wěn)壓二極管D1為1.5V穩(wěn)壓管，可使從第七電阻R7輸入的電壓為-1.5V。第十電阻R10和第十二電阻R12組成的輸入電阻可調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的大小。
盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本實(shí)用新型做出各種變化，均為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。