表面肌電信號采集電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及生物電控制技術領域，尤其涉及一種表面肌電信號采集電路。
【背景技術】
[0002]人體表面肌電信號(sEMG)是一種復雜的表皮下肌肉電活動在皮膚表面處的時間和空間上的綜合的結果。由于肌電信號來源于人自身的電信號，因此肌電信號具有直接、自然的特點，如今利用肌電信號已經成為一種重要的信息量，可以用來進行肌肉運動、肌肉損傷診斷、康復醫(yī)學、法醫(yī)鑒定以及運動體育等方面的研宄。通常，從動作的肌肉表面皮膚處所測取的多通道肌電信號(EMG信號)為安全、非侵入的肌電信號，可用于人類運動和生物機械的研宄。
[0003]隨著電子新技術的發(fā)展、電子計算機的出現(xiàn)和發(fā)展以及神經肌肉生理學研宄的進展，新的檢測和記錄技術已經使人們可以對肌電信號和神經肌肉功能進行更加極為細致的研宄。復雜的信號處理與分析技術的出現(xiàn)和微處理器的引入使得肌電信號的定量分析成為可能。這些都使肌電檢測更加敏銳、可靠，并且可以實現(xiàn)某種程度的可復現(xiàn)性。這為肌電信號檢測處理的廣泛應用開拓了良好的前景。
[0004]由于表面肌電信號一般只有微伏級電壓，其信號中夾帶著接近直流的低頻干擾信號和高頻干擾信號，而真正有用的肌電信號在20-500HZ之間；且工頻信號也是干擾源，其頻率恰好在表面肌電信號能量集中的頻段，影響肌電信號。目前的肌電信號采集系統(tǒng)在肌電信號采集過程中存在一些問題，存在輸入阻抗低、信號損失大以及對抗工頻干擾能力弱等缺點，不能獲取穩(wěn)定有效的人體皮膚表面的肌電信號。
【實用新型內容】
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種具有非常高的輸入阻抗和共摸抑制比(CMRR)、低零漂、低失調、低功耗，以獲得穩(wěn)定有效的人體皮膚表面的肌電信號的米集電路。
[0006]本實用新型的表面肌電信號采集電路，由采集板和控制板電連接組成，所述采集板包括電源輸入接口模塊以及依次電連接的模擬信號輸入接口模塊、前置放大器、高通濾波器、低通濾波器、陷波器、電壓調理電路和信號輸出模塊；所述控制板包括微控制器、電源模塊、信號輸入接口模塊和電源輸出接口模塊；所述信號輸入接口模塊用于輸入所述信號輸出模塊輸出的肌電信號，所述電源輸出接口模塊用于對所述電源輸入接口模塊提供電源。
[0007]進一步的，所述前置放大器為儀用放大器，用于肌電信號的拾起和放大。
[0008]進一步的，所述高通濾波器的截止頻率為20Hz，其由兩個二階高通濾波器串聯(lián)而成。
[0009]進一步的，所述低通濾波器的截止頻率為500Hz，其有兩個二階低通濾波器串聯(lián)而成。
[0010]進一步的，所述陷波器的中心頻率為50Hz。
[0011]進一步的，所述電壓調理電路采用同相并聯(lián)差動三運放儀表放大器，對肌電信號進行放大，調整其電壓。
[0012]進一步的，所述采集板為四個，各所述采集板通過接插件分別與所述控制板電連接。
[0013]進一步的，所述控制板還包括JTAG接口模塊、串口模塊、SD卡模塊、USB接口模塊、IXD模塊、NAND FLASH模塊和按鍵模塊。
[0014]借由上述方案，本實用新型的表面肌電信號采集電路具有非常高的輸入阻抗和共摸抑制比(CMRR)、低零漂、低失調、低功耗、低的Ι/f噪聲電壓，綜合性能較好。
[0015]上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的原理框圖；
[0017]圖2是本實用新型中前置放大器的電路圖；
[0018]圖3是本實用新型中高通濾波器的電路圖；
[0019]圖4是本實用新型中低通濾波器的電路圖；
[0020]圖5是本實用新型中陷波器的電路圖；
[0021]圖6是本實用新型中電壓調理電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0023]參見圖1，本實用新型一較佳實施例所述的一種表面肌電信號采集電路，由四個采集板和一個控制板電連接組成，各采集板均包括電源輸入接口模塊以及依次電連接的模擬信號輸入接口模塊、前置放大器、高通濾波器、低通濾波器、陷波器、電壓調理電路和信號輸出模塊。
[0024]控制板主要由微控制器STM32F103ZET6、電源模塊、JTAG接口模塊、串口模塊、SD卡模塊、USB接口模塊、LCD模塊、NAND FLASH模塊、按鍵模塊、信號輸入接口模塊、電源輸出接口模塊等組成。微控制器STM32F103ZET6為整套系統(tǒng)的控制核心；電源模塊對整個系統(tǒng)提供電能；JTAG接口模塊用于嵌入式代碼的調試和下載；串口模塊用于調試系統(tǒng)的嵌入式代碼；SD卡模塊用于存儲采集的肌電信號；USB接口模塊用于和上位機之間的通訊和數(shù)據(jù)傳輸；LCD模塊實現(xiàn)肌電信號的波形顯示，是人機交互界面的輸出；NAND FLASH模塊用于暫存采集到的數(shù)據(jù)；按鍵模塊實現(xiàn)對系統(tǒng)采樣率、屏幕刷新頻率、閾值等系統(tǒng)參數(shù)的設置和控制功能，是人機交互界面的輸入；信號輸入接口模塊用于輸入經采集板處理之后的肌電信號；電源輸出接口模塊用于給采集板提供士5V電源。即采集板I至4的信號輸出模塊分別通過接插件與控制板5的信號輸入接口模塊的接插件連接；采集板I至4的電源輸入接口模塊也分別通過接插件與控制板5的電源輸出接口模塊的接插件連接。
[0025]各采集板的模擬信號輸入接口模塊分別與采集電極連接，以獲得肌電的輸入信號。
[0026]本實用新型通過設置四個采集板，每個采集板可連接四個采集電極，因此可形成16通道的采集電路，能夠同時對16處的肌肉采集肌電信號，采集效率較高。
[0027]如圖2所示，前置放大器為儀用放大器，用于肌電信號的拾起和放大。采集過程中，金屬電極會與皮膚電解液接觸，電極與表皮之間會產生電位差，如果兩電極的極化電位相等，則需由前置放大器的共模抑制特性加以克服；如果不等，則形成直流差模信號進入前置放大器，造成靜態(tài)工作點偏離，甚至使放大器進入飽和。因此，前置放大器要求具有10dB以上的共模抑制能力，而且還要具有較低的失調電壓，因此采用儀用放大器AD620實現(xiàn)肌電信號的拾起，儀用放大器具有很高的共模抑制比，能夠抑制零漂。
[0028]如圖3和圖4所示，本實用新型中高通濾波器的截止頻率為20Hz，其由兩個二階高通濾波器串聯(lián)而成；低通濾波器的截止頻率為500Hz，其有兩個二階低通濾波器串聯(lián)而成。利用高通濾波器和低通濾波器抑制高頻和低頻噪聲，保留20-500HZ的有用信號。
[0029]由于外界電場、電磁場的影響和作用，使得人體表面有感應電勢的存在，這種感應電勢通過電極反映到前置放大器中去，形成對表面肌電信號的噪聲干擾，這種外界電磁干擾是隨周圍環(huán)境變化的，在日常生活和實驗室條件下，通常表現(xiàn)為50Hz的工頻干擾。如圖5所示，陷波器的中心頻率為50Hz，排除了 50Hz的工頻干擾。
[0030]如圖6所示，電壓調理電路采用具有超高輸入阻抗的同相并聯(lián)差動三運放儀表放大器，對肌電信號進行放大，以微調采集板的總增益；通過給肌電信號施加一個直流電壓偏移，調整其電壓。
[0031]經過濾波、放大、調理之后的肌電信號由信號輸出模塊輸出給控制板的信號輸入接口模塊進行肌電信號的測試。
[0032]本實用新型的表面肌電信號采集電路具有非常高的輸入阻抗和共摸抑制比(CMRR)、低零漂、低失調、低功耗、低的Ι/f噪聲電壓，綜合性能較好。
[0033]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本實用新型，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種表面肌電信號采集電路，其特征在于:由采集板和控制板電連接組成，所述采集板包括電源輸入接口模塊以及依次電連接的模擬信號輸入接口模塊、前置放大器、高通濾波器、低通濾波器、陷波器、電壓調理電路和信號輸出模塊；所述控制板包括微控制器、電源模塊、信號輸入接口模塊和電源輸出接口模塊；所述信號輸入接口模塊用于輸入所述信號輸出模塊輸出的肌電信號，所述電源輸出接口模塊用于對所述電源輸入接口模塊提供電源。2.根據(jù)權利要求1所述的表面肌電信號采集電路，其特征在于:所述前置放大器為儀用放大器，用于肌電信號的拾起和放大。3.根據(jù)權利要求1所述的表面肌電信號采集電路，其特征在于:所述高通濾波器的截止頻率為20Hz，其由兩個二階高通濾波器串聯(lián)而成。4.根據(jù)權利要求1所述的表面肌電信號采集電路，其特征在于:所述低通濾波器的截止頻率為500Hz，其有兩個二階低通濾波器串聯(lián)而成。5.根據(jù)權利要求1所述的表面肌電信號采集電路，其特征在于:所述陷波器的中心頻率為50Hz。6.根據(jù)權利要求1所述的表面肌電信號采集電路，其特征在于:所述電壓調理電路采用同相并聯(lián)差動三運放儀表放大器，對肌電信號進行放大，調整其電壓。7.根據(jù)權利要求1至6任一項所述的表面肌電信號采集電路，其特征在于:所述采集板為四個，各所述采集板通過接插件分別與所述控制板電連接。8.根據(jù)權利要求7所述的表面肌電信號采集電路，其特征在于:所述控制板還包括JTAG接口模塊、串口模塊、SD卡模塊、USB接口模塊、IXD模塊、NAND FLASH模塊和按鍵模塊。
【專利摘要】本實用新型涉及一種表面肌電信號采集電路，由采集板和控制板電連接組成，所述采集板包括電源輸入接口模塊以及依次電連接的模擬信號輸入接口模塊、前置放大器、高通濾波器、低通濾波器、陷波器、電壓調理電路和信號輸出模塊；所述控制板包括微控制器、電源模塊、信號輸入接口模塊和電源輸出接口模塊；所述信號輸入接口模塊用于輸入所述信號輸出模塊輸出的肌電信號，所述電源輸出接口模塊用于對所述電源輸入接口模塊提供電源。本實用新型的表面肌電信號采集電路具有非常高的輸入阻抗和共摸抑制比(CMRR)、低零漂、低失調、低功耗、低的1/f噪聲電壓，綜合性能較好。
【IPC分類】A61B5/0488
【公開號】CN204683597
【申請?zhí)枴緾N201520230919
【發(fā)明人】李龍委, 張峰峰, 李成喜, 楊詩怡, 王生偉
【申請人】蘇州大學
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年4月16日