水下动物bci实验系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及生物医学工程中的BCI系统，具体涉及一种面向水下动物的BCI 实验系统。
【背景技术】
[0002] BCI (brain-computer interface)也称为"脑-机交互技术"，利用技术手段（电 子机械装置）读取及充分认知脑内信息，对脑部的认知和脑神经活动做出贡献。随着海洋 生物机器人研究热潮的到来，水下生物可穿戴式脑电信号采集装置是其必要的保障。
[0003] 浙江大学高等研究院脑一机接口研究团队取得的最新研究成果，通过运用计算机 信息技术成功提取并破译了猴子大脑关于抓、勾、握、捏四种手势的神经信号，使猴子的"意 念"能直接控制外部机械。美国华盛顿大学在LED视觉刺激金鱼，同时有线采集金鱼脑线信 号，进行分析、解析，采用有线方式采集金鱼脑电信号，分析金鱼在不同频率信号刺激下的 脑电信号反应。
[0004] 总结以往的科研成果，水下动物的脑电信号采集比较困难，对这方面的研究不够 成熟，因此传统的脑电信号采集系统应用于水下动物BCI实验存在下列不足：
[0005] 1)防水性由于以往被测对象活动场地在陆地，因此实验装置没有防水处理。
[0006] 2)设备便携性由于传统的高精度脑电采集设备体积相对较大，不便于实时穿戴在 动物身体上。
[0007] 3)有线传输大多的脑电信号采集系统的沿用传统的有线传输方式，不仅限制受试 动物的自由活动，无法反映受试动物在正常情况下的脑电活动，而且会给受试动物带来心 理负担，影响测量结果。 【实用新型内容】
[0008] 本实用新型设计了一种水下动物BCI实验系统，可穿戴便携式的防水设计以及无 线通讯的加入，克服了传统方法脑电采集的局限性，从而实现水下动物BCI实验系统设计， 为水下动物机器人的设计提供了实现基础，可广泛应用于在军事侦察、海难预警，海上搜救 等领域。
[0009] 为达到上述目的，本实用新型采用的方案是：包括可推进式微电极帽、脑电信号提 取单元、脑电数据传输单元、脑电数据处理单元和供电单元，将可推进式微电极帽中的钼金 电极置于实验动物的脑组织，进行脑电信号采集，所采集到的信号经放大滤波进入前级单 片机，前级单片机将脑电信号通过脑电数据传输单元传输至后级单片机，后级单片机再将 脑电数据传送至PC机，经PC机处理、显示、存储。
[0010] 可推进式微电极帽：包括电极驱动器和钼金电极，电极驱动器采用简易的机械推 进原理，驱动螺母六角形的一边紧靠在固定的六角方形铜杆一侧，旋转驱动螺杆时，驱动螺 母被阻挡而不能转动，使驱动螺母顺着驱动螺杆上下滑动，带动电极同步推进，螺杆旋转一 圈为100 μ m。 toon] 所述的脑电信号提取单元：该单元包括前置放大模块、放大滤波模块、前级单片 机。将脑电电极植入被测实验动物的脑部相应区域，进行脑电数据采集，电极的输出端连接 前置放大模块的输入端，前置放大模块的输出端连接放大滤波模块的输入端，放大模块的 输出端连接到前级单片机，前级单片机将接受的模拟脑电信号进行AD转换变为数字信号， 以便将采集到的脑电信号传输至脑电数据传输单元的无线发射模块。
[0012] 所述的脑电数据传输单元：该单元包括无线发射模块和无线接收模块，采用无线 通讯方式进行水介质和空气介质之间的数据传输，无线发射模块的输入端连接至脑电信号 提取单元的前级单片机，无线接收模块的输出端连接到脑电处理单元的后级单片机。
[0013] 脑电数据处理单元：该单元包括后级单片机以及PC机。后级单片机通过USB 口将 脑电数据传输至PC机，由PC机进行处理、显示、存储。
[0014] 供电单元：单元采用可充电锂电池供电，提供5V、-5V、3. 3V三种可选电压，对脑电 信号提取单元以及脑电数据传输单元的无线发射模块进行供电；
[0015] 防水处理：脑电信号提取单元、脑电传输单元的无线发射模块、供电单元密封至防 水装置中，进行防水处理。
[0016] 本水下动物BCI实验系统其优点及特征在于以下几方面。
[0017] 可以实时采集、处理、显示水下实验动物的脑电信号。
[0018] 模块化使得整体设备体积更小、可穿戴使得设备操作更加便捷增强灵活性。
[0019] 两级单片机没有多余的外围设备扩展，在功耗降低的同时，也减少了系统成本。
[0020] 采用无线数据传输，解除了环境的制约，更便于实验动物携带。
[0021] 所设计的系统前置放大模块为高阻抗，因此脑电信号提取单元的前置放大模块使 用了高输入阻抗、高共模抑制比的放大器；经过放大的脑电信号通过一个〇. IHz的高通滤 波器滤除低频信号干扰、放大器的直流分量，所采集到的脑电信号经过放大滤波处理后，通 过高精度ADC(模数转换器）传输到前级单片机，在前级单片机内设置了 50Hz/60Hz陷波 器、数字信号放大器、带通滤波器，提高了水下动物BCI系统的灵活性，也降低了硬件部分 的成本。
【附图说明】
[0022] 图1为本实用新型所述的水下动物BCI实验系统的系统框图。
[0023] 图2为本实用新型所述的水下动物BCI实验系统实时采集实际构造图。
[0024] 图3为本实用新型所述的放大滤波模块的工作框图。
[0025] 图4为本实用新型所述的前置放大模块过压保护、无源二阶低通滤波电路
【具体实施方式】
[0026] 下面将具体介绍一下该实用新型的【具体实施方式】，以使得本试验系统的实现方 法、创新点、操作流程等更加完整详细。
[0027] 本实用新型水下动物BCI实验系统主要包括以下几个部分。
[0028] 可推进式微电极帽：包括电极驱动器和钼金电极。电极驱动器采用简易的机械推 进原理，驱动螺母六角形的一边紧靠在固定的六角方形铜杆一侧，旋转驱动螺杆时，驱动螺 母被阻挡而不能转动，使驱动螺母顺着驱动螺杆上下滑动，带动电极同步推进，螺杆旋转一 圈为100 μ m，实现精确推进，钼金电极直径100微米，尖端裸漏，其余部分均用绝缘漆绝缘， 钼金电极有良好的生物兼容性，良好的导电性，和高输入阻抗。
[0029] 脑电信号提取单元：脑电信号提取单元包括前置放大模块、放大滤波模块、前级单 片机。脑电电极的输出端连接前置放大模块的输入端，前置放大模块的输出端连接放大滤 波模块的输入端，放大滤波模块的输出端连接到前级单片机，前级单片机通过ADC将模拟 脑电信号变为数字信号，前级单片机将脑电信号经行50Hz/60HZ陷波器、数字信号放大器、 带通滤波器，再将预处理的脑电信号传输给无线发射模块输入端，无线发射模块将脑电