SEMG檢測(cè)電極的設(shè)計(jì)
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2．1 SEMG檢測(cè)電極結(jié)構(gòu)
最初設(shè)計(jì)是采用Ag-Agcl圓盤表面電極，通過導(dǎo)聯(lián)線引導(dǎo)信號(hào)至前置處理電路，結(jié)果導(dǎo)致信號(hào)基本上全部被工頻干擾的噪聲所淹沒。在大量查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料后，參照美國(guó)delsYs公司的電極，結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)了表面肌電檢測(cè)電極。為了減小噪聲干擾的影響，將電極與前置處理電路密封在一起，并加以屏蔽層保護(hù)，將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后經(jīng)由屏蔽雙絞線傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，大大增強(qiáng)了信號(hào)的抗干擾能力。使用時(shí)將存放在保存液里的銀極棒取出，插入PCB上的卡口，在皮膚上涂上導(dǎo)電膠，并用帶魔術(shù)貼的繃帶將電極固定在肌肉表面，接觸面的凹槽設(shè)計(jì)可以使得電極更加貼緊皮膚，同時(shí)不容易移動(dòng)造成運(yùn)動(dòng)偽差。
2．2 SEMG檢測(cè)電極的設(shè)計(jì)
表面肌電信號(hào)非常微弱，其幅度約為15～100μV，為了方便后續(xù)處理(有源濾波A／D轉(zhuǎn)換)準(zhǔn)確有效，需將信號(hào)放大1 000～2 000倍，使幅值達(dá)到0～5 V之間。為了抑制疊加在輸入端的共模信號(hào)，需要器件提供很高的共模抑制比(CMRR)。由于表皮和皮下肌肉間及電極與接觸的皮膚間存在著阻抗，特別是表皮上的角質(zhì)層在干燥干凈的環(huán)境下其電阻率可達(dá)100 kΩ～1 MΩ，因此要求前級(jí)放大有很高的輸入阻抗。國(guó)內(nèi)外很多研究人員通過大量實(shí)驗(yàn)得出，SEMG信號(hào)的主要能量集中在50～150 Hz范圍內(nèi)，在實(shí)際檢測(cè)時(shí)由于來自體表空氣中、電源和電路本身的多種因素影響，檢測(cè)到的SEMG往往夾帶著甚低頻(接近直流)和高頻(遠(yuǎn)大于500 Hz)的干擾信號(hào)，為此在SEMG的次級(jí)處理電路中需要加入帶通濾波器。另外，電源系統(tǒng)的50 Hz工頻干擾噪聲在許多情況下其幅度之大以至于將有用的肌電信號(hào)完全淹沒，因此如何抑制50 Hz工頻干擾噪聲是肌電信號(hào)檢測(cè)中首要解決問題。引入雙T陷波器濾除的50 Hz工頻干擾信號(hào)，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)帶阻濾波器。其SEMG檢測(cè)電極原理如圖2所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/179433.htm
圖2中，前級(jí)放大電路采用ADI公司結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)輸入儀表放大器AD8220以及兩片AD8627。AD8220的基本原理為三運(yùn)放儀表放大器，該放大器的特點(diǎn)為JFET差動(dòng)輸入，單端輸出。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管運(yùn)算放大器AD8627作為電壓跟隨器，來提高共模抑制比，它是一個(gè)低輸入偏置電流緩沖器，偏置電流小于1 pA，可采集十分微弱信號(hào)。OP2177具有高精度、低偏置、低功耗等特性，其片內(nèi)集成了2個(gè)運(yùn)放，可靈活組成各類放大和濾波電路，所以跟隨器由OP2177構(gòu)成。此電路中，前級(jí)放大倍數(shù)G1=1+49．4／(R4+R5)／／R6,設(shè)置G1為150，次級(jí)放大濾波電路放大倍數(shù)G2=10，所以總放大倍數(shù)G=G1xG2=150x10=1 500，足以將信號(hào)放大至伏級(jí)，以便于后級(jí)信號(hào)處理以及抗干擾能力大大增強(qiáng)。
2．3 SEMG檢測(cè)電極實(shí)驗(yàn)設(shè)備
在本設(shè)計(jì)中，電極采用三極性電極，中間的電極為參考電極，用于降低噪聲，提高共模抑制比。電極的極片采用圓柱狀金屬銀條。其電路板如圖3所示，尺寸為50 mmx25 mm，實(shí)驗(yàn)板的一面固定平行的3根金屬銀電極，銀條之間的距離為10 mm，長(zhǎng)為20 mm，孔徑為1mm。實(shí)驗(yàn)板的另一面為SEMG檢測(cè)電路，將銀條分別接入如圖3所示的孔中。在進(jìn)行檢測(cè)表面肌電信號(hào)時(shí)，應(yīng)該合理地放置電極，避免放在肌肉的外邊緣，電極很可能檢測(cè)到來自鄰近肌肉的串?dāng)_。測(cè)定時(shí)需用砂片和酒精擦拭皮膚去除油脂和角質(zhì)層，并在皮膚上涂抹導(dǎo)電膏或生理鹽水，使用粘膏將表面電極固定在皮膚上。電極與皮膚接觸表面發(fā)生輕微的位移將會(huì)產(chǎn)生低頻噪聲，因此在測(cè)量時(shí)應(yīng)在被測(cè)者情緒穩(wěn)定情況下進(jìn)行并盡量保持身體相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)?？傊?，應(yīng)當(dāng)盡量減少外界對(duì)此次實(shí)驗(yàn)過程的干擾，才能有效提取有用的表面肌電信號(hào)。
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