一种肌电信号传输方法和系统与流程

本发明涉及传感器领域，特别涉及一种肌电信号传输方法和系统。

背景技术：

在健身房或家庭健身活动中，健身者通常由健身教练或自己制定相应的健身目标和方案，然后通过几周或几个月的时间达到这个目标。在这个较长时间的健身过程中，健身者需要在完成整个健身周期才能评估健身方案的效果，不能够在较短时间内或及时对健身方案的优劣进行科学的评估并作出相应的修正。比如在使用某个健身器材进行训练时，无论是健身者还是健身教练都不能十分精确地评估当下动作对身体的影响。

同样，对于体育运动员、脑卒中患者、老年人等需要对身体某部位进行康复和进行特定训练的过程中，也存在类似的问题，即不能够对开展的训练活动进行即时的反馈和科学的评估。

人体的很多体征信号可以通过传感器进行采集以用来对人体健康状况进行科学的分析。在各种传感器技术中，肌电信号传感器可以用来测量人体肌肉的活动状态。通常来说，肌电信号传感器包括一对正负极和一个接地电极，但是这种形式的传感器在人体皮肤表面采集信号时，较强的噪音信号会影响传感器的采集精度。所以，更高质量和精度的肌电信号传感器及信号传输系统的设计是十分必要的。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种肌电信号传输方法和系统，以提高肌电信号传感器系统的精度。

本发明所采用的技术方案是：

一种肌电信号传输方法，该方法包括：

- 利用传感器装置接收来自人体的肌电信号；其中，所述传感器装置包括四个并排排列的电极，中间两个电极感应来自人体的肌电信号，并产生模拟电子信号，两端两个电极接地；

- 对所述模拟电子信号进行放大和滤波，并将所得到的信号转换为数字信号；

- 对所述模拟电子信号进行采样转换为数字信号，对数字信号进行处理，得到最大的信号值；

- 通过无线传输将所述输出信号传输到移动终端。

优选地，所述电极以银涂覆。

较佳地，所述电极以纯度为99.99%的银涂覆。

根据一个优选实施方案，所述对所述模拟电子信号进行放大和滤波，具体包括：

利用放大器将所述模拟电子信号进行滤波和放大。

根据一个优选实施方案，对所述模拟电子信号进行放大和滤波，具体包括：

利用包括仪表放大器、直流偏置电路和运算放大器组成的放大和滤波电路对所述模拟电子信号进行放大和滤波；

其中，仪表放大器为JFET输入的仪表放大器，JFET为结型场效应晶体管；运算放大器为CMOS运算放大器，CMOS为互补金属氧化物半导体。

根据一个优选实施方案，所述对所述数字信号进行处理，得到最大信号值，具体包括：

利用带有单片机的蓝牙芯片对所述信号进行采样转换为数字信号，采样频率为1000Hz。对所得数字信号处理，得到最大信号值。

根据一个优选实施方案，所述无线传输的方法为蓝牙传输。

根据一个优选实施方案，所述移动终端为智能手机。

本发明还提供了一种肌电信号传输系统，该系统包括：

传感器单元，用于利用传感器装置接收来自人体的肌电信号；其中，所述传感器装置包括四个并排排列的电极，中间两个电极感应来自人体的肌电信号，并产生模拟电子信号，两端两个电极接地；

放大和滤波单元，用于对所述模拟电子信号进行放大和滤波；

数字信号采集和处理单元，用于对所述模拟电子信号采样转换为数字信号，对转换的数字信号进行处理得到最大信号值；

传输单元，用于通过无线传输将所述输出信号传输到移动终端。

优选地，所述传感器单元中使用的电极以银涂覆。

较佳地，所述传感器单元中使用的电极以纯度为99.99%的银涂覆。

根据一个优选实施方案，所述放大单元对所述模拟电子信号进行放大和滤波，具体包括：

利用放大器将所述模拟电子信号进行滤波和放大。

根据一个优选实施方案，所述放大单元对所述模拟电子信号进行放大和滤波，具体包括：

利用包括仪表放大器、直流偏置电路和运算放大器组成的放大和滤波电路对所述模拟电子信号进行放大和滤波；

其中，仪表放大器为JFET输入的仪表放大器，JFET为结型场效应晶体管；运算放大器为CMOS运算放大器，CMOS为互补金属氧化物半导体。

根据一个优选实施方案，所述数字信号处理单元具体用于：

利用带有单片机的蓝牙芯片对所述信号进行采样转换为数字信号，采样频率为1000Hz。对所得数字信号处理，得到最大信号值。

根据一个优选实施方案，所述传输单元使用的无线传输方法为蓝牙传输。

根据一个优选实施方案，所述传输单元将所述输出信号传输到智能手机。

本发明中，传感器装置上的四个电极并排排列，其中两个电极用来采集肌电信号，另外两个接地电极的信号，能够帮助系统更好的去除噪音，提高肌电信号的信噪比，从而大大提高传感器系统的精度。

附图说明

图1为本发明所提供的肌电信号传输方法的流程图；

图2为本发明所提供的传感器装置的一种布置方式的示意图；

图3为本发明所提供的前置放大电路的电路图；

图4为本发明所提供的直流偏置电路的电路图；

图5为本发明所提供的另外的滤波和放大电路示意图；

图6为本发明所提供的方法的一个实际应用的示意图；

图7为本发明所提供的肌电信号传输系统的结构示意图；

图8为本发明所提供的肌电信号传输系统的一个实际应用的示意图。具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明提供了一种肌电信号传输方法，包括：

S101，利用传感器装置接收来自人体的肌电信号；其中，所述传感器装置包括四个并排排列的电极，中间两个电极感应来自人体的肌电信号，并产生模拟电子信号，两端两个电极接地；

肌电（EMG）信号是由中枢神经系统激活和控制的，肢体的表面上记录的EMG信号的范围被表示为-5至+5mV的电压。通过对肌电信号的分析，能够得知人的身体状况，进而利用分析所得到的结果对个人身体调节进行指导。

如今，肌电信号的检测一般是通过传感器来进行。本发明中，利用包括四电极的传感器装置对肌电信号进行检测。其中，四个电极在传感器装置上并排排列。

很多医疗健康机构当前也使用类似的方法来检测肌电信号，但是在这些机构中所使用的传感器装置一般包括三个电极，两个电极间隔排列，在其下方布置了第三个电极，该电极接地。

与现有技术相比，本发明中的传感器装置上采用四个电极并排排列，其中两个电极用来采集肌电信号，另外两个接地电极的信号，能够帮助系统更好的去除噪音，提高肌电信号的信噪比，从而大大提高传感器系统的精度。

本发明中的电极可以以银进行涂覆，优选以纯度为99.99%的银涂覆，能够更好地采集信号，提高效率。

可以理解的是，本发明的传感器装置可以置于人体皮肤上的任何位置。图2示意性地给出一个具体示例，其中传感器装置被贴在人的小臂26上。图2中，20为传感器装置，其包括在一个具体设备25中，例如可以为电子手环，以扩大图将传感器装置的具体配置进行了示意性的表示，21、22、23和24为四个并排排列的电极。

本发明的传感器装置可以以任何方式与人的皮肤接触。例如，可以使用胶条27等将传感器装置粘贴与人体皮肤上，或者可以将传感器装置集成到智能手环等设备中，将该设备紧贴与人体皮肤上，也可以让传感器装置发挥作用，其具体形式本发明不做限制。

S102，对所述模拟电子信号进行放大和滤波；

图3到图5示出了对模拟电子信号进行滤波和放大的具体电路图。需要说明的是，本发明并不限于该具体的电路图，可以使用任何现有方法来执行本步骤。

在图3中，放大电路包括滤波电路31和JFET（Junction Field-Effect Transistor，结型场效应晶体管）输入的仪表放大器32（例如图3中示出的AD8220）。该放大器利用±3.3V的双电源、即33和34供电，在35处得到输出的信号。然后，可以将得到的输出接入模数转换器进行模拟电子信号和数字信号的转换，可以利用任何类型的模数转换器完成，本发明对此不做限制。

作为优选方案，可以将图3中的放大电路作为前置放大电路，并将图3所示出的电路得到的输出进行偏置，如图4所示。图4中示出的电路图包括利用3.3V的电源进行供电，并且使用REF3012型的基准电压芯片41。得到的1.25V的电压用于偏置图3中所得到的输出，具体而言，是将该电压添加到前置放大电路的输出处，得到输出42。

更优选地，为了使得到的结果更加易读并且容易处理，如图5所示，可以将图3得到的输出35以及图4中得到的输出42分别输入图5中所示电路的输入端，利用该滤波和放大电路对两个结果进行处理。图5中的电路包括一个CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）运算放大器51，其用于将图3的输出35和图4的输出42结合起来，得到输出52。CMOS运算放大器51以±3.3V的电源供电，如图5所示。在将信号进行放大之后，本发明中会将得到的信号进行数模转换，将模拟电子信号转换为数字信号，这可以通过现有的任何数模转换器来完成，本发明对此不做限制。

S103，对所述数字信号进行处理，得到最大的信号值；

本发明中，步骤S103可以通过一个带有单片机的蓝牙芯片来完成。该芯片单片机中除了包含惯用的微处理功能和采样功能。

数字信号进行处理，得到最大信号值。本发明中采样频率为1000Hz，1000kHz的采样频率满足肌电信号的带宽。

S104，通过无线传输将所述输出信号传输到移动终端,；

本发明中，无线传输的方式可以是任何一种现有技术，此处不做限制。本发明优选为利用蓝牙传输将输出信号传输到移动终端，此处移动终端可以是智能手机、平板电脑等。

移动终端中可以内置各种应用程序，针对所接收到的信号，可以得到与人体健康相关的各种结果，进而可以对人们的生活起到指导作用。如图6所示，61为移动终端、此处为智能手机，其中内置了应用程序62。用户可以先确定需要锻炼或检查的是哪个部位，图6中例如是左手手臂。此时用户可以将该信息输入应用程序，应用程序会指导用户将具体设备（包括传感器装置）64放置于手臂的哪个部位来锻炼或检查相应的肌肉，例如63。传感器装置放置好之后，便可以开始步骤S101-S104，跟踪用户的肌肉运动，对用户进行指导。

本发明还提供了一种肌电信号传输系统，如图7所示，该系统可以包括：

传感器单元701，用于利用传感器装置接收来自人体的肌电信号；其中，所述传感器装置包括四个并排排列的电极，中间两个电极感应来自人体的肌电信号，并产生模拟电子信号，两端两个电极接地；

放大单元和滤波702，用于对所述模拟电子信号进行放大和滤波；

数字信号处理单元703，用于对所述数字信号进行采样和处理，得到最大信号值；

传输单元704，用于通过无线传输将所述输出信号传输到移动终端。

移动终端可以内置应用程序，用于对用户的锻炼和健康状况进行指导。

图8示意性地给出本发明的系统与移动终端的互动。图8中，81为本发明的系统，其中包括了701、702、703和704，82为无线传输，本发明中可以为蓝牙传输，83为移动终端，84为内置的应用程序，85为用户的身体信息。

如图8所示，本发明提供的系统，能够采集精度更高的肌电信号，并且易于用户携带，为用户个人进行健康复健或者身体锻炼提供指导。