有源柔性表面肌电电极阵列设计_张恒毅_陈香

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1、第28卷第8期电子测量与仪器学报Vol.28No.82014年8月JOUＲNALOFELECTＲONICMEASUＲEMENTANDINSTＲUMENTATION·901·DOI:10．13382/j．jemi．2014．08．014*有源柔性表面肌电电极阵列设计张恒毅陈香(中国科学技术大学电子科学与技术系合肥230027)摘要::针对表面肌电信号采集过程中皮肤电极接触阻抗较大，易受工频信号干扰，皮肤表面接触区域不平坦等问题，在聚酰亚胺柔性材料上设计并实现了一种新型有源表面肌电电极阵列。该电极阵列由12通道电极组成，与无源电极不同的是，有源阵列在电极和调理电路间加入了一级集成

2、在柔性材料端的阻抗变换电路，以减小接触阻抗和工频噪声对采集信号的影响。性能测试结果表明，所设计的新型有源柔性电极阵列所采集的表面肌电信号具有较低的基线噪声和较高的信噪比，即使在皮肤表面不平坦区域，亦能获取高质量、低噪声的多路表面肌电信号。关键词:表面肌电;柔性电路板;有源电极;工频抑制中图分类号:Ｒ318．6;TN707文献标识码:A国家标准学科分类代码:310．6140DesignofactivesurfaceEMGelectrodearraybasedonflexiblematerialZhangHengyiChenXiang(UniversityofScienceand

3、TechnologyofChina，Hefei230027，China)Abstract:Aimingatreducingtheeffectbroughtbybigskinelectrodecontactresistance，powerfrequencyinterfer-enceandunevenskinsurfaceintheprocessofsurfaceelectromyography(sEMG)signalacquisition，anewtypeofactiveelectrodearrayonpolyimideflexiblematerialisdesignedand

4、implemented．Thedesignedactiveelectrodear-rayiscomposedof12channelelectrodes，andunlikethepassiveelectrode，animpedancetransformationcircuitisaddedbetweeneachelectrodeandtheirmodulationcircuitontheflexiblematerialtoreducethecontactresistanceandtheinfluenceofpowerfrequencynoise．Theresultsofthep

5、erformancetestexperimentshowthatthedesignedactiveflexibleelectrodearrayhaslowerbaselinenoise，highersignal-to-noiseratio，andcangethighquality，lownoisemulti-channelsEMGsignalevenonunevenskinsurface．Keywords:surfaceEMG;flexiblecircuitboard;activeelectrode;powerfrequencysuppression［3］有源电极，Biome

6、trics公司的SX230单差分电1引言［4］极，意大利OT公司uEMG系统使用的同心圆电［5］［6］肌电信号(electromyography，EMG)在神经肌极CoDe和shimmer公司的无线有源表面电极肉系统状态评估、临床诊断以及康复治疗等方面具等。传统的有源差分电极可有效测量sEMG信号的有重要的研究意义与应用价值，如肌电假手自适应时域信息，其特点是电极尺寸大、电极间隔较远等，［1］［2］主要应用于运动控制、步态研究、疲劳分析等领控制、肌纤维传导速度评估等。与临床上常［2］用的针电极EMG相比，表面肌电(surfaceEMG，域。采用阵列式电极结构可在获取被测肌肉活

7、动sEMG)具有无创性的优点，适用于长期连续可重复的时域信息外，有效记录肌肉活动的空间信息，使得性测量以及用于孩童的测量监护。检测新的肌肉特性成为可能，特别在肌纤维传导速传统的sEMG电极多为有源单/双差分形式，如度(musclefiberconductionvelocity)和单运动单元［8］Delsys公司Bagnoli系统中使用银条制作的单差分(singlemotorunit，sMU)特性评估方面具有独特收稿日期:2014-03ＲeceivedDate:2014-03*基金项目:国家自然科学基金(