表面肌电信号采集电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及生物电控制技术领域，尤其涉及一种表面肌电信号采集电路。
【背景技术】
[0002]人体表面肌电信号(sEMG)是一种复杂的表皮下肌肉电活动在皮肤表面处的时间和空间上的综合的结果。由于肌电信号来源于人自身的电信号，因此肌电信号具有直接、自然的特点，如今利用肌电信号已经成为一种重要的信息量，可以用来进行肌肉运动、肌肉损伤诊断、康复医学、法医鉴定以及运动体育等方面的研宄。通常，从动作的肌肉表面皮肤处所测取的多通道肌电信号(EMG信号)为安全、非侵入的肌电信号，可用于人类运动和生物机械的研宄。
[0003]随着电子新技术的发展、电子计算机的出现和发展以及神经肌肉生理学研宄的进展，新的检测和记录技术已经使人们可以对肌电信号和神经肌肉功能进行更加极为细致的研宄。复杂的信号处理与分析技术的出现和微处理器的引入使得肌电信号的定量分析成为可能。这些都使肌电检测更加敏锐、可靠，并且可以实现某种程度的可复现性。这为肌电信号检测处理的广泛应用开拓了良好的前景。
[0004]由于表面肌电信号一般只有微伏级电压，其信号中夹带着接近直流的低频干扰信号和高频干扰信号，而真正有用的肌电信号在20-500HZ之间；且工频信号也是干扰源，其频率恰好在表面肌电信号能量集中的频段，影响肌电信号。目前的肌电信号采集系统在肌电信号采集过程中存在一些问题，存在输入阻抗低、信号损失大以及对抗工频干扰能力弱等缺点，不能获取稳定有效的人体皮肤表面的肌电信号。
【实用新型内容】
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种具有非常高的输入阻抗和共摸抑制比(CMRR)、低零漂、低失调、低功耗，以获得稳定有效的人体皮肤表面的肌电信号的米集电路。
[0006]本实用新型的表面肌电信号采集电路，由采集板和控制板电连接组成，所述采集板包括电源输入接口模块以及依次电连接的模拟信号输入接口模块、前置放大器、高通滤波器、低通滤波器、陷波器、电压调理电路和信号输出模块；所述控制板包括微控制器、电源模块、信号输入接口模块和电源输出接口模块；所述信号输入接口模块用于输入所述信号输出模块输出的肌电信号，所述电源输出接口模块用于对所述电源输入接口模块提供电源。
[0007]进一步的，所述前置放大器为仪用放大器，用于肌电信号的拾起和放大。
[0008]进一步的，所述高通滤波器的截止频率为20Hz，其由两个二阶高通滤波器串联而成。
[0009]进一步的，所述低通滤波器的截止频率为500Hz，其有两个二阶低通滤波器串联而成。
[0010]进一步的，所述陷波器的中心频率为50Hz。
[0011]进一步的，所述电压调理电路采用同相并联差动三运放仪表放大器，对肌电信号进行放大，调整其电压。
[0012]进一步的，所述采集板为四个，各所述采集板通过接插件分别与所述控制板电连接。
[0013]进一步的，所述控制板还包括JTAG接口模块、串口模块、SD卡模块、USB接口模块、IXD模块、NAND FLASH模块和按键模块。
[0014]借由上述方案，本实用新型的表面肌电信号采集电路具有非常高的输入阻抗和共摸抑制比(CMRR)、低零漂、低失调、低功耗、低的Ι/f噪声电压，综合性能较好。
[0015]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的原理框图；
[0017]图2是本实用新型中前置放大器的电路图；
[0018]图3是本实用新型中高通滤波器的电路图；
[0019]图4是本实用新型中低通滤波器的电路图；
[0020]图5是本实用新型中陷波器的电路图；
[0021]图6是本实用新型中电压调理电路的电路图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0023]参见图1，本实用新型一较佳实施例所述的一种表面肌电信号采集电路，由四个采集板和一个控制板电连接组成，各采集板均包括电源输入接口模块以及依次电连接的模拟信号输入接口模块、前置放大器、高通滤波器、低通滤波器、陷波器、电压调理电路和信号输出模块。
[0024]控制板主要由微控制器STM32F103ZET6、电源模块、JTAG接口模块、串口模块、SD卡模块、USB接口模块、LCD模块、NAND FLASH模块、按键模块、信号输入接口模块、电源输出接口模块等组成。微控制器STM32F103ZET6为整套系统的控制核心；电源模块对整个系统提供电能；JTAG接口模块用于嵌入式代码的调试和下载；串口模块用于调试系统的嵌入式代码；SD卡模块用于存储采集的肌电信号；USB接口模块用于和上位机之间的通讯和数据传输；LCD模块实现肌电信号的波形显示，是人机交互界面的输出；NAND FLASH模块用于暂存采集到的数据；按键模块实现对系统采样率、屏幕刷新频率、阈值等系统参数的设置和控制功能，是人机交互界面的输入；信号输入接口模块用于输入经采集板处理之后的肌电信号；电源输出接口模块用于给采集板提供士5V电源。即采集板I至4的信号输出模块分别通过接插件与控制板5的信号输入接口模块的接插件连接；采集板I至4的电源输入接口模块也分别通过接插件与控制板5的电源输出接口模块的接插件连接。
[0025]各采集板的模拟信号输入接口模块分别与采集电极连接，以获得肌电的输入信号。
[0026]本实用新型通过设置四个采集板，每个采集板可连接四个采集电极，因此可形成16通道的采集电路，能够同时对16处的肌肉采集肌电信号，采集效率较高。
[0027]如图2所示，前置放大器为仪用放大器，用于肌电信号的拾起和放大。采集过程中，金属电极会与皮肤电解液接触，电极与表皮之间会产生电位差，如果两电极的极化电位相等，则需由前置放大器的共模抑制特性加以克服；如果不等，则形成直流差模信号进入前置放大器，造成静态工作点偏离，甚至使放大器进入饱和。因此，前置放大器要求具有10dB以上的共模抑制能力，而且还要具有较低的失调电压，因此采用仪用放大器AD620实现肌电信号的拾起，仪用放大器具有很高的共模抑制比，能够抑制零漂。
[0028]如图3和图4所示，本实用新型中高通滤波器的截止频率为20Hz，其由两个二阶高通滤波器串联而成；低通滤波器的截止频率为500Hz，其有两个二阶低通滤波器串联而成。利用高通滤波器和低通滤波器抑制高频和低频噪声，保留20-500HZ的有用信号。
[0029]由于外界电场、电磁场的影响和作用，使得人体表面有感应电势的存在，这种感应电势通过电极反映到前置放大器中去，形成对表面肌电信号的噪声干扰，这种外界电磁干扰是随周围环境变化的，在日常生活和实验室条件下，通常表现为50Hz的工频干扰。如图5所示，陷波器的中心频率为50Hz，排除了 50Hz的工频干扰。
[0030]如图6所示，电压调理电路采用具有超高输入阻抗的同相并联差动三运放仪表放大器，对肌电信号进行放大，以微调采集板的总增益；通过给肌电信号施加一个直流电压偏移，调整其电压。
[0031]经过滤波、放大、调理之后的肌电信号由信号输出模块输出给控制板的信号输入接口模块进行肌电信号的测试。
[0032]本实用新型的表面肌电信号采集电路具有非常高的输入阻抗和共摸抑制比(CMRR)、低零漂、低失调、低功耗、低的Ι/f噪声电压，综合性能较好。
[0033]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种表面肌电信号采集电路，其特征在于:由采集板和控制板电连接组成，所述采集板包括电源输入接口模块以及依次电连接的模拟信号输入接口模块、前置放大器、高通滤波器、低通滤波器、陷波器、电压调理电路和信号输出模块；所述控制板包括微控制器、电源模块、信号输入接口模块和电源输出接口模块；所述信号输入接口模块用于输入所述信号输出模块输出的肌电信号，所述电源输出接口模块用于对所述电源输入接口模块提供电源。2.根据权利要求1所述的表面肌电信号采集电路，其特征在于:所述前置放大器为仪用放大器，用于肌电信号的拾起和放大。3.根据权利要求1所述的表面肌电信号采集电路，其特征在于:所述高通滤波器的截止频率为20Hz，其由两个二阶高通滤波器串联而成。4.根据权利要求1所述的表面肌电信号采集电路，其特征在于:所述低通滤波器的截止频率为500Hz，其有两个二阶低通滤波器串联而成。5.根据权利要求1所述的表面肌电信号采集电路，其特征在于:所述陷波器的中心频率为50Hz。6.根据权利要求1所述的表面肌电信号采集电路，其特征在于:所述电压调理电路采用同相并联差动三运放仪表放大器，对肌电信号进行放大，调整其电压。7.根据权利要求1至6任一项所述的表面肌电信号采集电路，其特征在于:所述采集板为四个，各所述采集板通过接插件分别与所述控制板电连接。8.根据权利要求7所述的表面肌电信号采集电路，其特征在于:所述控制板还包括JTAG接口模块、串口模块、SD卡模块、USB接口模块、IXD模块、NAND FLASH模块和按键模块。
【专利摘要】本实用新型涉及一种表面肌电信号采集电路，由采集板和控制板电连接组成，所述采集板包括电源输入接口模块以及依次电连接的模拟信号输入接口模块、前置放大器、高通滤波器、低通滤波器、陷波器、电压调理电路和信号输出模块；所述控制板包括微控制器、电源模块、信号输入接口模块和电源输出接口模块；所述信号输入接口模块用于输入所述信号输出模块输出的肌电信号，所述电源输出接口模块用于对所述电源输入接口模块提供电源。本实用新型的表面肌电信号采集电路具有非常高的输入阻抗和共摸抑制比(CMRR)、低零漂、低失调、低功耗、低的1/f噪声电压，综合性能较好。
【IPC分类】A61B5/0488
【公开号】CN204683597
【申请号】CN201520230919
【发明人】李龙委, 张峰峰, 李成喜, 杨诗怡, 王生伟
【申请人】苏州大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年4月16日