专利名称：一种usb传输的远程学习脑电波信号采集带的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及脑电波信号采集领域，特别是一种USB传输的远程学习脑电波信号采集带。
背景技术：
随着网络技术的成熟和普及，远程教育作为终身学习的一种手段，已被人们接受。但是，远程教育的学习与课堂学习的最大区别是:课堂学习是在教师的监管下完成的；而远程教育的学习是一种自主学习。由于没有教师的监管，加上人的自身原因及环境因素等，使得远程教学的学习效果很难达到课堂学习的效果。有些学习者甚至无法完成学习任务。最大缺陷就是缺少教师这个角色。人的学习状态可分为三种。在专心学习时，注意力集中，在生理上表现为脑电波有规律比较平稳(称α频率在8Ηζ-13Ηζ);兴奋时(称β频率在13Hz以上)，表现为频率变快，幅度变大，持续时间不易过长；学习疲劳时(称Θ频率在4Hz-7Hz)，表现为注意力分散，脑电波比较杂乱。目前脑电波的采集设备主要分两大类:一类的医用专业脑电图机，它是用于疾病的诊断，采用10-20系统电极和双极导联的复杂结构，需要专人操作。但精确度高；另一类是简易脑电波采集设备，采用2-3电极(其中1-2是基准电极，放置于耳垂)和平均导联或单极导联结构。它用于常人的实验性研究，如心理学的注意实验等。它的结构比较简单，使用也比较方便。但精确较低。导联有三种:单极导联、平均导联和双极导联。单极导联和平均导联原理基本一样，都是以耳垂为基准端，属于单端输入法，抗干扰比较差。双极导联没有基准端，属于差分输入法，抗干扰比 较强。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于提出一使用方便的USB传输的远程学习脑电波信号采集带。本实用新型采用如下技术方案:一种USB传输的远程学习脑电波信号采集带，其特征在于:包括带体和与带体相连的装置主体，带体上设置有电极；装置主体上包括有与电极相连的信号处理电路、与信号处理电路相连的模/数转换电路、与模/数转换电路相连的USB接口 ；所述信号处理电路包括与电极相连的前置放大电路、与模/数转换电路相连的输出放大电路以及连接于前置放大电路和输出放大电路之间的负反馈电路。进一步的，所述前置放大电路采用INA333数据放大器，该放大器的差分输入端与电极相连，一输出端与输出放大电路输入端相连，另一参考输出端与负反馈电路输出端相连。进一步的，所述输出放大电路包括一第一运放器，该第一运放器的信号输入端与所述前置放大电路的输出端之间串联一第二电阻，该第一运放器的输出端与其信号输入端之间并联有一第一电容，且该第一运放器的输出端与前置放大电路的参考输出端相连。进一步的，所述负反馈电路包括一第二运放器，该第二运放器的信号输入端与所述前置放大电路的输出端之间串联有第一电阻，该第二运放器的输出端与其信号输入端之间并联有一第三电阻和一第二电容，且该第二运放器的输出端与所述模/数转换电路的输入端相连。进一步的，所述第一运放器和所述第二运放器均为0PA2333运放器。进一步的，所述模/数转换电路采用集成电路UAC3554B。由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果:本实用新型的脑电波信号采集带如同佩戴运动头带一样使用方便。采用电极和双极导联结构，根据学习监控的特点(眼睛的注意程度)，将电极放置于双眼上方前额部位进行脑电波信号采集，提高有效信号的精度。将采集到的脑电波信号经信号处理电路进行放大滤波处理，而后通过模/数转换电路进行模数转换，最后经与外部设备(计算机)连接的USB接口将获取到的经处理后的脑电波信号发送至远端实现监控。
图1为本实用新型的采集带的使用示意图；图2为本实用新型的整体结构示意图；图3为本实用新型的信号处理电路原理图4为本实用新型的INA333放大器的内部结构示意图5为本实用新型的模/数转换电路示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式
对本实用新型作进一步的描述。脑电波信号是属于强噪声背景下的超低频(0.5-lOOHz)、微弱(0.1-1mV)信号，当生物信号通过电极转换成电量时，获得的信号电压变化量很小，而共模电压却很高，所以电极后面的数据放大器必须具有很高的共模抑制比，同时要求有较高的输入电阻，以免对电极产生影响。为了提高测量精度，数据放大器还应有较高的开环增益，较低的失调电压、失调电流、噪声以及漂移等。作为便携采集装置还要考虑低电压，低功耗。参照图1至图5，一种USB传输的远程学习脑电波信号采集带，包括带体I和与带体I相连的装置主体2，带体I上设置有电极3。装置主体2上包括有与电极3相连的信号处理电路4、与信号处理电路4相连模/数转换电路5、与该模/数转换电路5相连的USB接口 6。可通过USB接口 6提供5V电源，可以给模/数转换电路5、电极3及信号处理电路4供电。信号处理电路包括与电极3相连的前置放大电路、与模/数转换电路5相连的输出放大电路以及连接于前置放大电路和输出放大电路之间的负反馈电路。其中，前置放大电路采用三运放组成的仪器专用的INA333数据放大器，其内部原理和外部结构图参照图4所示。其中每个集成运放都接成比例运算电路。电路包含两个放大级，Ap A2组成第一级，二者均接成同相输入方式，因此输入电阻很高。由于电路结构对称，它们的漂移和失调都有互相抵消的作用。A3组成差分放大级，将差分输入转换成为单端输出。Re是增益设置电阻。G=1+100KQ/Rg, Vq=G* (VIN+-VIN)，本设计 G=200。各引脚定义:2、3 脚是差分输入端 VIN、VIN+ ；
1、8脚是增益设置端；4、7脚是电源端；6脚是输出端；5脚是参考输出端(调整)。该差分输入端VIN、VIN+与电极3相连,一输出端Vtl (6脚)与输出放大电路输入端相连,另一参考输出端(5脚)与负反馈电路输出端相连。负反馈电路用于保持输出信号的稳定，包括一第一运放器BI,该第一运放器BI米用0PA2333运放器，参照图4，其信号输入端(2脚)与前置放大电路的输出端(6脚)之间串联一第二电阻R2,该第一运放器BI的输出端(I脚)与其信号输入端(2脚)之间并联有一第一电容Cl,且该第一运放器BI的输出端(I脚)与前置放大电路的参考输出端相连。输出放大电路是将信号进行进一步放大，包括一第二运放器B2，该第二运放器B2的信号输入端(6脚)与前置放大电路的输出端(6脚)之间串联有第一电阻R1，该第二运放器B2的输出端Vqut与其信号输入端(6脚)之间并联有一第三电阻R3和一第二电容C2,且该第二运放器B2的输出端Votjt与模/数转换电路5相连。模/数转换电路5由集成电路UAC3554B及其外围电路组成，参照图5，该集成电路是一片模拟音频编号数字信号的电路 ，由输出放大电路输出端Vtot输出的信号，从图中A、B任一路输入，它们的频率范围也在变换的范围以内，经过UAC3554B的59、60脚输入，将模拟信号转换为数字信号，由USB接口 6输出。本实用新型的脑电波信号采集带如同佩戴运动头带一样使用方便。采用电极3和双极导联结构，根据学习监控的特点(眼睛的注意程度)，将电极3放置于双眼上方前额部位进行脑电波信号采集，提高有效信号的精度。将采集到的脑电波信号经信号处理电路进行放大滤波处理，而后通过模/数转换电路5进行模数转换，最后经与外部设备(计算机)连接的USB接口 6将获取到的经处理后的脑电波信号发送至远端实现监控。上述仅为本实用新型的一个具体实施方式
，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
权利要求1.一种USB传输的远程学习脑电波信号采集带，其特征在于:包括带体和与带体相连的装置主体，带体上设置有电极；装置主体上包括有与电极相连的信号处理电路、与信号处理电路相连的模/数转换电路、与模/数转换电路相连的USB接口 ；所述信号处理电路包括与电极相连的前置放大电路、与模/数转换电路相连的输出放大电路以及连接于前置放大电路和输出放大电路之间的负反馈电路。
2.如权利要求1所述的一种USB传输的远程学习脑电波信号采集带，其特征在于:所述前置放大电路采用INA333数据放大器，该放大器的差分输入端与电极相连，一输出端与输出放大电路输入端相连，另一参考输出端与负反馈电路输出端相连。
3.如权利要求2所述的一种USB传输的远程学习脑电波信号采集带，其特征在于:所述输出放大电路包括一第一运放器，该第一运放器的信号输入端与所述前置放大电路的输出端之间串联一第二电阻，该第一运放器的输出端与其信号输入端之间并联有一第一电容，且该第一运放器的输出端与前置放大电路的参考输出端相连。
4.如权利要求3所述的一种USB传输的远程学习脑电波信号采集带，其特征在于:所述负反馈电路包括一第二运放器，该第二运放器的信号输入端与所述前置放大电路的输出端之间串联有第一电阻，该第二运放器的输出端与其信号输入端之间并联有一第三电阻和一第二电容，且该第二运放器的输出端与所述模/数转换电路的输入端相连。
5.如权利要求4所述的一种USB传输的远程学习脑电波信号采集带，其特征在于:所述第一运放器和所述第二运放器均为0PA2333运放器。
6.如权利要求1所述的一种USB传输的远程学习脑电波信号采集带，其特征在于:所述模/数转换电路采用集成电路UAC3554B。
专利摘要一种USB传输的远程学习脑电波信号采集带，包括带体和与带体相连的装置主体，带体上设置有电极；装置主体上包括有与电极相连的信号处理电路、与信号处理电路相连的模/数转换电路、与模/数转换电路相连的USB接口；所述信号处理电路包括与电极相连的前置放大电路、与模/数转换电路相连的输出放大电路以及连接于前置放大电路和输出放大电路之间的负反馈电路。本实用新型的远程学习脑电波采集带，根据学习监控的特点(眼睛的注意程度)，将电极放置于双眼上方前额部位，采用电极和双极导联结构采集人体脑电波信号，可将获取到的经处理后的脑电波信号发送至远端实现远端监控。
文档编号A61B5/0476GK203107121SQ20132016678
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者许陵, 陈梅芬, 冉新义 申请人:漳州师范学院