表面肌电信号拾取与预处理电路设计

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1、第"(卷#第%%期#%&"(年*月科#学#技#术#与#工#程#J=@$"(#U=$%%#1:IZ%&"("),"("*"+!%&"("%%O)!++O&+#8F5C0FCMCFB0=@=I<.0;H0I50CC650I!#%&"(#8F5$MCFB$H0I6I$通信技术表面肌电信号拾取与预处理电路设计姜#磊#王红旗#杜冬梅!河南理工大学电气工程与自动化学院%焦作!+!&&&"摘#要#表面肌电信号'8HKP(是指当骨骼肌收缩时!肌纤维所产生的微弱电信号在皮肤表面的募集#一般情况下!表面肌电信号特别微弱!频率主要集中在"&c+&&-Q范围内!幅值在"&c+&&&$J!很容易受到工频+&-Q

2、噪声干扰#针对表面肌电信号的特点!采用1Ia1I7@电极拾取8HKP信号!设计了仪表放大电路!带通信号调理电路#实验证明!所设计的电路能有效提取带宽为"&c"&&&-Q的表面肌电信号!实现了简捷有效的表面肌电信号拾取#关键词#表面肌电信号##信号拾取##信号预处理##带通滤波中图法分类号#MU&)'####文献标志码#1##表面肌电信号!8HKP"是从人体骨骼肌表面通具有高共模抑制比#抗干扰能力强的信号调理电过电极记录下来的神经肌肉活动发放的生物电信路%为之后对表面肌电信号进行分析辨识%并通过)"*号$表面肌电信号的应用已经深入到临床医学#8HKP信号作为控制信号驱动轮椅电机打下坚实的

3、)%*运动控制#生物医学与康复工程等诸多领域$特基础$别是通过提取截肢者残端8HKP信号控制电动轮=>表面肌电信号的产生机理椅%有机的将8HKP信号与外部装置联系起来%使残疾人可以直接通过残端运动来控制电动轮椅的运表面肌电信号!8HKP"是一维时间序列信号%动%而肌电控制中最为关键的是如何有效提取它发源于作为中枢神经一部分的脊髓中的运动神)(*8HKP$目前%国外研究学者应用8HKP信号实经元%是电极所接触到的许多运动单元发放的动作现了机械手的控制和驾驶电动车)!%+*$国内赵章)"%*单位的总和$完成神经控制下肌肉收缩的最小琰%陈香等应用8HKP信号实现了手势识别'罗志增的功能单位是

4、运动单位!K=9=6T059"$运动单位是))%,*等应用8HKP信号研制肌电假肢$近年来%随由一个.@AB.运动神经元!1@AB.?=9=0C:6=0"#轴突着检测技术和信号处理手段的发展%研究如何使用!1=0"#运动终板!K=9=6C0;A@.9C/"和神经末梢支表面肌电信号代替传统的针式电极进行全面的临配的肌肉纤维!K:/F@Cj54C6/"组成$表面肌电信号床无损诊断已经成为医学界研究的热点问题产生机理如图"所示%从.@AB.运动神经元发出的)*%'*之一$冲动沿着神经轴发送到神经肌肉接头处的触突扣人体皮肤表面的肌电信号幅值约为"&$Jc!神经终板膨大"%加速该处的乙酰胆碱!

5、1FC9<@FB=O+?J%能量主要集中在"&-Qc+&&-Q之间%信号微@50C%1FB"释放入神经肌肉连接处的裂隙内$1FB)"&*弱%易受干扰$因此%用电极采集过来的表面肌激发神经肌肉接头处肌肉侧的触发电位%即终板电)""*电信号必须经过放大滤波%才能有效的识别$本位$这个终板电位能够触发肌膜的动作电位$这文采用1Ia1I7@表面电极拾取8HKP信号%设计了个动作电位进一步刺激肌质网内7.%l释放%引起肌肉收缩$整个过程称为兴奋d收缩偶合!HF59.95=0O%&"(年!月"*日收到河南理工大学博士基金!V%&"&O)&"资助7=096.F95=07=:A@50I"$第一作者简

6、介&姜#磊!"'*,("%男%河南巩义人%河南理工大学硕士研究生%研究方向&机器人控制$HO?.5@&<:0>.0*,&,&)_")($F=?$)!+)科#学#技#术#与#工#程"(卷图"#表面肌电信号产生机理框图=>J-O0的拾取8HKP的拾取是肌电信号处理中极为重要的一环$8HKP信号通过贴附在体表的表面电极来拾取%表面电极本身的设计和所贴的位置都将对实验的结果产生重大的影响$本文所采用的是1Ia1I7@电极$如图%所示%1Ia1I7@电极由1Ia1I7@材料#图(#电极接线实物图导电膏#绝缘板和引线端子构成$1Ia1I7@电极使d用电解或烧结的方法制成%通过含7@离子的导电膏和皮

7、肤接触$导电膏在测量时涂在皮肤上%或是用凝胶固定在1Ia1I7@电极表面制成一次性图!#8HKP信号预处理电路设计框图)'*电极$?A=>隔直和仪表放大电路图(为电极接线实物图$由图(所示%左边的两片1Ia1I7@电极放置在前臂肌肉密集处!例如桡侧腕曲肌"%作为8HKP预处理电路的差分式输入端%右边的一片1Ia1I7@电极作为参考电极$由于+&-Q共模干扰无处不在%人体变成一个大电容%体表本身就有一定的电势体自主产生电压$因此需要有一个基准电压