人体表面肌电信号采集器的制作方法
专利名称：人体表面肌电信号采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于人体生物电信号检测装置，具体涉及一种人体表面肌电信号采集
O
背景技术：
人体表面肌电信号(sEMG)是肌肉活动在时间和空间上综合的复杂表现，能够反映肌肉以及神经的功能和状态。随着研究的深入，已被应用多种领域如临床医学作为肌疲劳、重症肌无力等肌肉疾病的临床诊断；体育科学中用于对训练效果以及强度判定和对运动员的训练作科学指导；康复医学中根据肌电信号与肢体运动模式对应关系，通过模式识别对于假肢进行驱动控制；通过对于前臂示指伸肌、尺侧腕屈肌、伸指总肌、桡侧腕屈肌的肌电信号采集模式识别，可对手语进行识别。对于目前的市售表面肌电信号采集器，原理都是先将肌电信号前期进行放大滤波处理，并且在微处理器控制下，利用高分辨率AD转换器转为数字信号送入计算机中进行处理，其结构复杂，价格昂贵，提高了肌电信号研究及应用的困难程度。
实用新型内容本实用新型目的是提出一种基于时分复用的多通道表面肌电信号采集器，可有效地克服现有技术存在的缺点。本实用新型目的是这样实现的它包括有多路通道、屏蔽导线、信号处理器、音频双声道线、计算机。多路通道是指包括η个肌电采集电极和一个共用肌电参考电极，η为 > 1的正整数。每个肌电采集电极分别紧贴于对应的肌肉皮肤表面，肌电参考电极摆放在体表骨性标志上或不参加测试运动的肌肉肌腱处；多路通道的输出是通过屏蔽导线接入信号处理器；信号处理器中输出的阶梯信号和时分复用肌电信号，通过包括着音频左声道和音频右声道的音频线接入计算机，在计算机中通过自行开发的采集软件进行分析计算。所述信号处理器是表面肌电信号采集器的核心部分。它包括的有肌电信号预采集电路、肌电信号放大模块、肌电信号复用模块、多电平值电路、多路电平复用模块、时钟电路、低通滤波及工频陷波电路。肌电信号预采集电路与肌电信号放大模块直接连接，将肌电采集电极和肌电参考电极采集到的表面肌电信号放大400倍后，接入肌电信号复用模块， 同时多电平值电路与多路电平复用模块连接产生四阶梯信号或八阶梯信号；肌电信号复用模块和多路电平复用模块都与时钟电路直接连接，以实现两模块的同步；肌电信号复用模块的输出接入低通滤波及工频陷波电路，通过音频左声道接入计算机音频接口 ；多路电平复用模块的输出是通过音频右声道接入计算机音频接口。本实用新型的优点及积极效果是摆脱传统多路数据采集的思路，利用电平值来区分多路信号，并且充分利用所有电脑上都有的声卡进行AD转换器，可降低成本，所设计的产品相较同类产品体积小巧，功耗更低。
图1为本实用新型表面肌电信号采集器应用示意图图2为本实用新型表面肌电信号采集器信号处理器的内部结构图图3为本实用新型表面肌电信号采集器肌电信号时分复用模块电路图图中1——肌电采集电极，2——肌电参考电极，3——屏蔽导线，4——信号处理器，5——音频双声道线，6——计算机。A——通道1，B——通道2，C——通道3，D——通道4，E——四路肌电信号输出，F——时钟信号。
具体实施方式
如图1所示包括四个肌电采集电极1、肌电参考电极2、屏蔽导线3、信号处理器4、 音频双声道线5、计算机6。四个肌电采集电极1和一个肌电参考电极2所采集的肌电信号通过屏蔽导线3送入到信号处理器4中，信号处理器4将数据处理之后由音频双声道线5 送入到计算机6声卡进行A/D转换，并由计算机6的上位机软件进行处理，在屏幕上予以显
7J\ ο如图2所示为信号处理器4包括的模块有肌电信号预采集电路、肌电信号放大模块、肌电信号复用模块、多电平值电路、多路电平复用模块、时钟电路、低通滤波及工频陷波电路。肌电信号预采集电路与肌电信号放大模块直接连接，将通过四个肌电采集电极和一个肌电参考电极采集的表面肌电信号放大400倍后接入肌电信号复用模块，同时多电平值电路与多路电平复用模块连接产生四电平阶梯信号；肌电信号复用模块和多路电平复用模块都与时钟电路直接连接，以实现两模块的同步，每来一上升沿信号，则同时选通一路电平和一路肌电信号，由此每一肌电通道肌电信号对应于唯一一个电平值；肌电信号复用模块的输出接入低通滤波及工频陷波电路，将肌电信号滤掉高于500Hz以及工频噪声，通过音频左声道接入计算机音频接口 ；多路电平复用模块的输出通过音频右声道接入计算机音频接口 ；计算机的上位机软件实现功能是由右声道电平幅值大小来判断属于哪一通道肌电信号，实现将各通道肌电信号解复用的目的。如图3所示，电平产生电路部分正电平是由基准电压芯片LM385搭建，负电平通过电阻串联分压，通过放大器搭建电压跟随器使电平更加稳定。放大部分利用低功耗高共模抑制比INAU8搭建。肌电信号复用模块包括时钟电路、八路模拟开关⑶4051和四位二进制计数器74LS161，其中74LS161输出端接入CD4051地址端，时钟电路来一上升沿，74LS161 计数器加一，则⑶4051地址端数据改变，由此⑶4051选通一路肌电信号，直到时钟再来一个上升沿期间内CD4051输出端一直输出此路肌电信号。电平部分复用原理与肌电部分类似。通过时分复用的方式所设计的电路简单，信号处理器所处理的数据到计算机端， 只用一条音频线就可解决，极其方便，摆脱同类产品必须由串口连接计算机所带来的束缚， 经济实用。
权利要求1.一种人体表面肌电信号采集器，其特征在于，它包括有多路通道、屏蔽导线(3)、信号处理器G)、音频双声道线(5)、计算机(6)，多路通道是指包括有η个肌电采集电极(1) 和一个共用肌电参考电极0)，11为> 1的正整数，每个肌电采集电极分别紧贴于对应的肌肉皮肤表面，肌电参考电极摆放在体表骨性标志上或不参加测试运动的肌肉肌腱处，多路通道的输出是通过屏蔽导线接入信号处理器G)，信号处理器中输出的阶梯信号和时分复用肌电信号，通过包括着音频左声道和音频右声道的音频双声道线接入计算机，在计算机中通过自行开发的采集软件进行分析计算。
2.根据权利1所述人体表面肌电信号采集器，其特征是信号处理器中包括肌电信号预采集电路、肌电信号放大模块、肌电信号复用模块、多电平值电路、多路电平复用模块、时钟电路、低通滤波及工频陷波电路，肌电信号预采集电路与肌电信号放大模块直接连接，将肌电采集电极和肌电参考电极采集到的表面肌电信号放大400倍后，接入肌电信号复用模块，同时多电平值电路与多路电平复用模块连接产生四阶梯信号或八阶梯信号，肌电信号复用模块和多路电平复用模块都与时钟电路直接连接，以实现两模块的同步，肌电信号复用模块的输出接入低通滤波及工频陷波电路，通过音频左声道接入计算机音频接口，多路电平复用模块的输出是通过音频右声道接入计算机音频接口。
专利摘要一种人体表面肌电信号采集器，属于人体生物电信号的检测装置技术领域，它包括有多路通道、屏蔽导线、信号处理器、音频双声道线、计算机。多路通道的输出是通过屏蔽导线接入信号处理器；信号处理器中输出的阶梯信号和时分复用肌电信号，通过音频双声道线接入计算机，在计算机中通过自行开发的采集软件进行分析计算。本实用新型提供一种基于时分复用技术多通道采集电路，不仅能将表面肌电信号进行放大，滤除噪声干扰，并且只需一条音频线就可将肌电信号送入计算机进行采集。所设计的产品经济实用性强，适合科研以及医疗机构对肌电信号的采集。
文档编号A61B5/0488GK202168823SQ20112023236
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者卓东风, 王华夏, 郭一娜, 黄书华 申请人:太原科技大学
技术领域：
本实用新型属于人体生物电信号检测装置，具体涉及一种人体表面肌电信号采集
O
背景技术：
人体表面肌电信号(sEMG)是肌肉活动在时间和空间上综合的复杂表现，能够反映肌肉以及神经的功能和状态。随着研究的深入，已被应用多种领域如临床医学作为肌疲劳、重症肌无力等肌肉疾病的临床诊断；体育科学中用于对训练效果以及强度判定和对运动员的训练作科学指导；康复医学中根据肌电信号与肢体运动模式对应关系，通过模式识别对于假肢进行驱动控制；通过对于前臂示指伸肌、尺侧腕屈肌、伸指总肌、桡侧腕屈肌的肌电信号采集模式识别，可对手语进行识别。对于目前的市售表面肌电信号采集器，原理都是先将肌电信号前期进行放大滤波处理，并且在微处理器控制下，利用高分辨率AD转换器转为数字信号送入计算机中进行处理，其结构复杂，价格昂贵，提高了肌电信号研究及应用的困难程度。
实用新型内容本实用新型目的是提出一种基于时分复用的多通道表面肌电信号采集器，可有效地克服现有技术存在的缺点。本实用新型目的是这样实现的它包括有多路通道、屏蔽导线、信号处理器、音频双声道线、计算机。多路通道是指包括η个肌电采集电极和一个共用肌电参考电极，η为 > 1的正整数。每个肌电采集电极分别紧贴于对应的肌肉皮肤表面，肌电参考电极摆放在体表骨性标志上或不参加测试运动的肌肉肌腱处；多路通道的输出是通过屏蔽导线接入信号处理器；信号处理器中输出的阶梯信号和时分复用肌电信号，通过包括着音频左声道和音频右声道的音频线接入计算机，在计算机中通过自行开发的采集软件进行分析计算。所述信号处理器是表面肌电信号采集器的核心部分。它包括的有肌电信号预采集电路、肌电信号放大模块、肌电信号复用模块、多电平值电路、多路电平复用模块、时钟电路、低通滤波及工频陷波电路。肌电信号预采集电路与肌电信号放大模块直接连接，将肌电采集电极和肌电参考电极采集到的表面肌电信号放大400倍后，接入肌电信号复用模块， 同时多电平值电路与多路电平复用模块连接产生四阶梯信号或八阶梯信号；肌电信号复用模块和多路电平复用模块都与时钟电路直接连接，以实现两模块的同步；肌电信号复用模块的输出接入低通滤波及工频陷波电路，通过音频左声道接入计算机音频接口 ；多路电平复用模块的输出是通过音频右声道接入计算机音频接口。本实用新型的优点及积极效果是摆脱传统多路数据采集的思路，利用电平值来区分多路信号，并且充分利用所有电脑上都有的声卡进行AD转换器，可降低成本，所设计的产品相较同类产品体积小巧，功耗更低。
图1为本实用新型表面肌电信号采集器应用示意图图2为本实用新型表面肌电信号采集器信号处理器的内部结构图图3为本实用新型表面肌电信号采集器肌电信号时分复用模块电路图图中1——肌电采集电极，2——肌电参考电极，3——屏蔽导线，4——信号处理器，5——音频双声道线，6——计算机。A——通道1，B——通道2，C——通道3，D——通道4，E——四路肌电信号输出，F——时钟信号。
具体实施方式
如图1所示包括四个肌电采集电极1、肌电参考电极2、屏蔽导线3、信号处理器4、 音频双声道线5、计算机6。四个肌电采集电极1和一个肌电参考电极2所采集的肌电信号通过屏蔽导线3送入到信号处理器4中，信号处理器4将数据处理之后由音频双声道线5 送入到计算机6声卡进行A/D转换，并由计算机6的上位机软件进行处理，在屏幕上予以显
7J\ ο如图2所示为信号处理器4包括的模块有肌电信号预采集电路、肌电信号放大模块、肌电信号复用模块、多电平值电路、多路电平复用模块、时钟电路、低通滤波及工频陷波电路。肌电信号预采集电路与肌电信号放大模块直接连接，将通过四个肌电采集电极和一个肌电参考电极采集的表面肌电信号放大400倍后接入肌电信号复用模块，同时多电平值电路与多路电平复用模块连接产生四电平阶梯信号；肌电信号复用模块和多路电平复用模块都与时钟电路直接连接，以实现两模块的同步，每来一上升沿信号，则同时选通一路电平和一路肌电信号，由此每一肌电通道肌电信号对应于唯一一个电平值；肌电信号复用模块的输出接入低通滤波及工频陷波电路，将肌电信号滤掉高于500Hz以及工频噪声，通过音频左声道接入计算机音频接口 ；多路电平复用模块的输出通过音频右声道接入计算机音频接口 ；计算机的上位机软件实现功能是由右声道电平幅值大小来判断属于哪一通道肌电信号，实现将各通道肌电信号解复用的目的。如图3所示，电平产生电路部分正电平是由基准电压芯片LM385搭建，负电平通过电阻串联分压，通过放大器搭建电压跟随器使电平更加稳定。放大部分利用低功耗高共模抑制比INAU8搭建。肌电信号复用模块包括时钟电路、八路模拟开关⑶4051和四位二进制计数器74LS161，其中74LS161输出端接入CD4051地址端，时钟电路来一上升沿，74LS161 计数器加一，则⑶4051地址端数据改变，由此⑶4051选通一路肌电信号，直到时钟再来一个上升沿期间内CD4051输出端一直输出此路肌电信号。电平部分复用原理与肌电部分类似。通过时分复用的方式所设计的电路简单，信号处理器所处理的数据到计算机端， 只用一条音频线就可解决，极其方便，摆脱同类产品必须由串口连接计算机所带来的束缚， 经济实用。
权利要求1.一种人体表面肌电信号采集器，其特征在于，它包括有多路通道、屏蔽导线(3)、信号处理器G)、音频双声道线(5)、计算机(6)，多路通道是指包括有η个肌电采集电极(1) 和一个共用肌电参考电极0)，11为> 1的正整数，每个肌电采集电极分别紧贴于对应的肌肉皮肤表面，肌电参考电极摆放在体表骨性标志上或不参加测试运动的肌肉肌腱处，多路通道的输出是通过屏蔽导线接入信号处理器G)，信号处理器中输出的阶梯信号和时分复用肌电信号，通过包括着音频左声道和音频右声道的音频双声道线接入计算机，在计算机中通过自行开发的采集软件进行分析计算。
2.根据权利1所述人体表面肌电信号采集器，其特征是信号处理器中包括肌电信号预采集电路、肌电信号放大模块、肌电信号复用模块、多电平值电路、多路电平复用模块、时钟电路、低通滤波及工频陷波电路，肌电信号预采集电路与肌电信号放大模块直接连接，将肌电采集电极和肌电参考电极采集到的表面肌电信号放大400倍后，接入肌电信号复用模块，同时多电平值电路与多路电平复用模块连接产生四阶梯信号或八阶梯信号，肌电信号复用模块和多路电平复用模块都与时钟电路直接连接，以实现两模块的同步，肌电信号复用模块的输出接入低通滤波及工频陷波电路，通过音频左声道接入计算机音频接口，多路电平复用模块的输出是通过音频右声道接入计算机音频接口。
专利摘要一种人体表面肌电信号采集器，属于人体生物电信号的检测装置技术领域，它包括有多路通道、屏蔽导线、信号处理器、音频双声道线、计算机。多路通道的输出是通过屏蔽导线接入信号处理器；信号处理器中输出的阶梯信号和时分复用肌电信号，通过音频双声道线接入计算机，在计算机中通过自行开发的采集软件进行分析计算。本实用新型提供一种基于时分复用技术多通道采集电路，不仅能将表面肌电信号进行放大，滤除噪声干扰，并且只需一条音频线就可将肌电信号送入计算机进行采集。所设计的产品经济实用性强，适合科研以及医疗机构对肌电信号的采集。
文档编号A61B5/0488GK202168823SQ20112023236
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者卓东风, 王华夏, 郭一娜, 黄书华 申请人:太原科技大学
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