本發(fā)明涉及腦機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)研究的手臂位置記錄裝置。

背景技術(shù)：

腦科學(xué)是研究人腦的結(jié)構(gòu)與功能的綜合性學(xué)科，實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析具有重要意義，能否到利用合適的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)直接影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞。

當(dāng)前基于腦電圖(electroencephalogram,，EEG)的手臂運(yùn)動(dòng)方向(意圖)研究主要通過觀察肌電信號(hào)(貼在手臂肌肉上的電極采集到的信號(hào))來確定手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)刻，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程中非常難確定運(yùn)動(dòng)起始時(shí)刻，為腦電研究帶來很多麻煩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)研究的手臂位置記錄裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中無法準(zhǔn)確記錄手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)刻和方向的問題。

為了實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種用于腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)研究的手臂位置記錄裝置，用于向上位機(jī)傳輸手臂移動(dòng)方向信號(hào)及手臂移動(dòng)起始、終止信號(hào)，其特征是：包括電阻應(yīng)變式傳感器、平衡差動(dòng)測(cè)量電橋、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、按鍵模塊和輸出接口電路；

所述電阻應(yīng)變式傳感器依次通過平衡差動(dòng)測(cè)量電橋和A/D轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)；電阻應(yīng)變式傳感器用于將外部壓力變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，穿過平衡差動(dòng)測(cè)量電橋，傳送至A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將所述電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)作為手臂移動(dòng)起始信號(hào)輸入單片機(jī)；

所述按鍵模塊與單片機(jī)連接；按鍵模塊包括多個(gè)按鍵，多個(gè)按鍵分別設(shè)置在電阻應(yīng)變式傳感器周圍的各個(gè)方向；手臂運(yùn)動(dòng)后，按下相應(yīng)按鍵，按鍵模塊輸出相應(yīng)電壓信號(hào)作為手臂移動(dòng)方向信號(hào)及手臂移動(dòng)終止信號(hào)輸入單片機(jī)；

所述單片機(jī)連接輸出接口電路；輸出接口電路將單片機(jī)輸出的手臂移動(dòng)起始信號(hào)、手臂移動(dòng)方向信號(hào)及手臂移動(dòng)終止信號(hào)傳輸至上位機(jī)。

具體的：所述電阻應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片變形時(shí)其電阻也隨之改變的原理工作的，根據(jù)傳感器理論可知，設(shè)長(zhǎng)為L(zhǎng)、截面積為S、電阻率為ρ的電阻絲，已知其阻值為：當(dāng)電阻絲兩端有機(jī)械應(yīng)力F時(shí)，ρ、L、S都會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻發(fā)生變化。這種電阻應(yīng)變式傳感器是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片既可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器；電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為△R/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測(cè)量，且不便處理；因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把電阻應(yīng)變片的△R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。

具體的：所述平衡差動(dòng)測(cè)量電橋，Ein為供橋電源電壓，當(dāng)初始有R1R3＝R2R4時(shí)，則電橋輸出電壓或電流為零，這時(shí)電橋處于平衡狀態(tài)。其測(cè)量原理為，用電阻應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，將其粘貼在彈性體上；當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，電阻應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。由于內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由下式給出：

具體的：所述按鍵模塊包括四個(gè)按鍵，四個(gè)按鍵分別設(shè)置在電阻應(yīng)變式傳感器周圍前后左右四個(gè)方向上。

具體的：所述單片機(jī)為51單片機(jī)。

具體的：所述輸出接口電路為RS-232接口電路。

使用方法：在初始狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)者的手覆壓于電阻應(yīng)變式傳感器，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)者的手離開電阻應(yīng)變式傳感器，移動(dòng)向某一方向的按鍵；此時(shí)由于電阻應(yīng)變式傳感器的外部壓力發(fā)生變化，電阻應(yīng)變式傳感器將該外部壓力變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，穿過平衡差動(dòng)測(cè)量電橋，傳送至A/D轉(zhuǎn)換器；A/D轉(zhuǎn)換器將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)作為手臂移動(dòng)起始信號(hào)輸入單片機(jī)，單片機(jī)通過輸出接口電路將該手臂移動(dòng)起始信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至上位機(jī)，由上位機(jī)精確記錄手臂移動(dòng)起始時(shí)刻；實(shí)驗(yàn)者手臂運(yùn)動(dòng)后，按下處于移動(dòng)方向終點(diǎn)的按鍵，則按鍵模塊向單片機(jī)發(fā)送一獨(dú)屬于該按鍵的電壓信號(hào)作為手臂移動(dòng)方向信號(hào)及手臂移動(dòng)終止信號(hào)輸入單片機(jī)，單片機(jī)通過輸出接口電路將該手臂移動(dòng)方向信號(hào)及手臂移動(dòng)終止信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至上位機(jī)，由上位機(jī)精確記錄手臂移動(dòng)終止時(shí)刻并同時(shí)記錄手臂移動(dòng)方向。

這些技術(shù)方案，包括改進(jìn)的技術(shù)方案以及進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案也可以互相組合或者結(jié)合，從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。

通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果：

一種用于腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)研究的手臂位置記錄裝置，不僅能夠?qū)崟r(shí)發(fā)送實(shí)驗(yàn)者的手臂移動(dòng)起始、終止信號(hào)，使得上位機(jī)能夠精確記錄實(shí)驗(yàn)者的手臂移動(dòng)起始、終止時(shí)刻，實(shí)時(shí)向腦電數(shù)據(jù)添加標(biāo)簽信息；而且巧妙地將手臂移動(dòng)方向信號(hào)與手臂移動(dòng)終止信號(hào)合而為一，利用同一個(gè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)的功能，減少向上位機(jī)發(fā)送信號(hào)的次數(shù)，簡(jiǎn)化上位機(jī)需運(yùn)算的數(shù)據(jù)，提高腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)的精確度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖。

圖3是平衡差動(dòng)測(cè)量電橋的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利進(jìn)一步解釋說明。但本專利的保護(hù)范圍不限于具體的實(shí)施方式。

實(shí)施例1

如附圖所示，本專利的一種用于腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)研究的手臂位置記錄裝置，用于向上位機(jī)傳輸手臂移動(dòng)方向信號(hào)及手臂移動(dòng)起始、終止信號(hào)，其特征是：包括電阻應(yīng)變式傳感器、平衡差動(dòng)測(cè)量電橋、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、按鍵模塊和輸出接口電路。

電阻應(yīng)變式傳感器依次通過平衡差動(dòng)測(cè)量電橋和A/D轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)；電阻應(yīng)變式傳感器用于將外部壓力變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，穿過平衡差動(dòng)測(cè)量電橋，傳送至A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將所述電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)作為手臂移動(dòng)起始信號(hào)輸入單片機(jī)。

按鍵模塊與單片機(jī)連接；按鍵模塊包括多個(gè)按鍵，多個(gè)按鍵分別設(shè)置在電阻應(yīng)變式傳感器周圍的各個(gè)方向；手臂運(yùn)動(dòng)后，按下相應(yīng)按鍵，按鍵模塊輸出相應(yīng)電壓信號(hào)作為手臂移動(dòng)方向信號(hào)及手臂移動(dòng)終止信號(hào)輸入單片機(jī)。

單片機(jī)連接輸出接口電路；輸出接口電路將單片機(jī)輸出的手臂移動(dòng)起始信號(hào)、手臂移動(dòng)方向信號(hào)及手臂移動(dòng)終止信號(hào)傳輸至上位機(jī)。

其中，按鍵模塊包括四個(gè)按鍵，四個(gè)按鍵分別設(shè)置在電阻應(yīng)變式傳感器周圍前后左右四個(gè)方向上；單片機(jī)為51單片機(jī)，輸出接口電路為RS-232接口電路。

電阻應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片變形時(shí)其電阻也隨之改變的原理工作的，根據(jù)傳感器理論可知，設(shè)長(zhǎng)為L(zhǎng)、截面積為S、電阻率為ρ的電阻絲，已知其阻值為：當(dāng)電阻絲兩端有機(jī)械應(yīng)力F時(shí)，ρ、L、S都會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻發(fā)生變化。這種電阻應(yīng)變式傳感器是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片既可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器；電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為△R/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測(cè)量，且不便處理；因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把電阻應(yīng)變片的△R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。

平衡差動(dòng)測(cè)量電橋的Ein為供橋電源電壓，當(dāng)初始有R1R3＝R2R4時(shí)，則電橋輸出電壓或電流為零，這時(shí)電橋處于平衡狀態(tài)。其測(cè)量原理為，用電阻應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，將其粘貼在彈性體上；當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，電阻應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。由于內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由下式給出：

使用時(shí)，在初始狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)者的手覆壓于電阻應(yīng)變式傳感器，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)者的手離開電阻應(yīng)變式傳感器，移動(dòng)向某一方向的按鍵；此時(shí)由于電阻應(yīng)變式傳感器的外部壓力發(fā)生變化，電阻應(yīng)變式傳感器將該外部壓力變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，穿過平衡差動(dòng)測(cè)量電橋，傳送至A/D轉(zhuǎn)換器；A/D轉(zhuǎn)換器將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)作為手臂移動(dòng)起始信號(hào)輸入單片機(jī)，單片機(jī)通過輸出接口電路將該手臂移動(dòng)起始信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至上位機(jī)，由上位機(jī)精確記錄手臂移動(dòng)起始時(shí)刻；實(shí)驗(yàn)者手臂運(yùn)動(dòng)后，按下處于移動(dòng)方向終點(diǎn)的按鍵，則按鍵模塊向單片機(jī)發(fā)送一獨(dú)屬于該按鍵的電壓信號(hào)作為手臂移動(dòng)方向信號(hào)及手臂移動(dòng)終止信號(hào)輸入單片機(jī)，單片機(jī)通過輸出接口電路將該手臂移動(dòng)方向信號(hào)及手臂移動(dòng)終止信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至上位機(jī)，由上位機(jī)精確記錄手臂移動(dòng)終止時(shí)刻并同時(shí)記錄手臂移動(dòng)方向。