CN113057618A - 一种具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置，属于电子设备技术领域包括检测盒和手环，检测盒内设有：激励源模块用于输出低于人体感知阈值的微弱刺激电流；固定阵列金属电极用于将激励源模块输出的低于人体感知阈值的微弱激励电流作用于人体并采集人体响应电压；震颤传感器用于采集人体手臂的肌音信号；信号处理模块用于处理检测到的电压信号；WIFI模块用于将微控制器计算得到的阻抗值发送给智能终端；激励源模块与固定阵列金属电极、信号处理模块、微控制器连接成回路，微控制器还与震颤传感器、WIFI模块、状态指示灯连接，电源模块为各模块供电。本发明通过采集的阻抗大小来判断采集肌因信号的质量。
Description
技术领域
本发明属于电子设备技术领域，涉及一种具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置。
背景技术
肌音信号是生物肢体在执行动作指令时肌肉的收缩与舒张导致肌纤维横向振动而产生的声音信号。其频率范围在1-100Hz，相对于肌电信号，具有易采集，抗干扰强等特点，基于此，肌音信号具有广泛的应用场景，包括肌肉功能康复、作为老年人肌力判断依据、假肢的控制源以及康复机器人应用等，因此设计一款可靠的肌音信号检测装置对于推广肌音信号的应用具有重要价值。
中国专利CN111466945A公开了一种能自动调节接触压力的肌音信号检测传感装置，该装置包括加速度-压力传感器单元、微处理器、串口蓝牙、电源模块和气囊绷带。加速度传感器用于采集肌音信号，压力传感器用于采集绷带与手臂之间的压力，通过气囊的充放气调节压力使加速度传感器采集到质量最好的肌音信号。
中国专利CN109171124A公开了一种用于手语识别的肌音信号无线采集手环，该手环由塑料壳体与弹性腕带铰接构成，内部设置有肌音信号采集和WIFI数据传输的信号采集电路板以及可充电锂电池，手环内侧设置有四个加速度传感器用于采集肌音信号，且位置可调整。
采集肌音信号可通过压电式传感器、加速度传感器以及激光测距传感器等方式，其检测原理主要是将骨骼肌收缩时肌纤维拉伸产生的机械振动信号经由人体组织传导到皮肤表面与传感器进行能量耦合，传感器可直接接触皮肤或是隔衣测量，但是传感器与皮肤的接触状态却是整个测量过程中影响能量耦合的关键环节，当传感器与皮肤接触过紧时，由于压力的增大会导致误采到脉搏波信号，接触过松时采集到的肌音信号非常微弱甚至会丢失信息，因此传感器与皮肤的接触状态会影响肌音信号的检测质量。只有适宜的压力才能获取良好的肌音信号，但在上述专利中，尽管实现位置与压力的调整，但没有一个可以量化的指标，在使用过程中主要依赖操作人员的经验；同时，在一些肢体运动的肌音信号的检测中，还可能出现传感器和皮肤、肌肉接触状态发生变化的情形，若操作人员没有及时发现将影响到信号的检测质量，因此监测传感器与皮肤的接触状态对于肌音信号的检测极具重要性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置，包括检测盒，所述检测盒通过手环固定在手臂上，所述检测盒内设有激励源模块、固定阵列金属电极、震颤传感器、信号处理模块、微控制器、WIFI模块以及电源模块；所述激励源模块与固定阵列金属电极、信号处理模块、微控制器连接成回路，所述微控制器还与震颤传感器、WIFI模块、状态指示灯连接，所述电源模块为各模块供电；
所述激励源模块用于输出低于人体感知阈值的微弱刺激电流；
所述固定阵列金属电极用于将激励源模块输出的低于人体感知阈值的微弱激励电流作用于人体并采集人体响应电压；
所述震颤传感器用于采集人体手臂的肌音信号；
所述信号处理模块用于处理检测到的电压信号；
所述WIFI模块用于将微控制器计算得到的阻抗值发送给智能终端。
进一步，还包括与微控制器连接的状态指示灯，用于通过不同颜色反映皮肤与传感器之间的不同接触状态。
进一步，所述固定阵列金属电极包括激励电极和检测电极，所述激励电极包括一对位于检测盒底部的正负电极，所述检测电极包括九对正负电极，其中检测盒底部为4*4的八对阵列检测电极，检测盒边缘设有一对边缘检测电极。
进一步，所述的激励源模块输出信号的波形、幅值和频率由微控制器发出指令控制。
进一步，所述电源模块连接有电量计算模块及充电口，并通过电源开关控制检测盒电源。
进一步，所述手环为可调长度的橡胶手环，通过卡扣与多个固定孔调节长度。
通过检测采集装置与皮肤之间的接触阻抗间接的反应接触压力，由于人体皮肤并不是平滑的，当电极与人体接触的压力由小变大时，用于检测阻抗的电极与皮肤的贴合程度越紧密，接触面积也越大，根据电阻定律公式R＝ρL/S，电极与皮肤的接触阻抗与二者的接触面积成反比，即接触面积越大，接触阻抗越小，所以当分布在装置边缘的电极由于压力的增大而与皮肤接触时，导致边缘阻抗变小，底部电极由于接触面积与压力的增大，阻抗值也变小，因此当分布在装置底部的电极采集到的阻抗值达到最小且相互之间达到均衡，而装置边缘的阻抗值最大时采集到的肌音信号的质量最好。
本发明的有益效果在于：本装置通过固定阵列金属电极检测采集装置与人体皮肤之间的实时阻抗值进而对装置与皮肤的接触状态进行监测，震颤传感器贴附在电极片之上可同时采集肌音信号，通过调整手环的卡扣调节其松紧程度，将采集装置放置在不同的肌肉上即可采集相关肌肉的肌音信号，当智能终端显示分布在装置底部的阵列检测电极采集到的阻抗值达到最小且相互之间达到均衡，而装置边缘的阻抗值最大时采集到的肌音信号的质量最好。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明装置的结构功能框图；
图2为本发明装置的结构图；
图3为本发明装置的阵列电极的展开图；
图4为本发明装置的内部结构图；
图5为本发明装置的剖面图；
图6为本发明装置的应用场景图；
图7为本发明装置的***流程图；
图8、图9、图10为本发明装置的实际应用图；
附图标记：A11、A12分别为第一对底部检测电极的正负电极，A21、A22分别为第二对底部检测电极的正负电极，A31、A32分别为第三对底部检测电极的正负电极，A41、A42分别为第四对底部检测电极的正负电极，A51、A52分别为第五对底部检测电极的正负电极，A61、A62分别为第六对底部检测电极的正负电极，A71、A72分别为第七对底部检测电极的正负电极，A81、A82分别为第八对底部检测电极的正负电极，A91、A92为激励电极的正负电极，A101、A102为边缘检测电极的正负电极。B1为橡胶手环，B2为卡扣，B3为固定孔，B4为塑料外壳，B5为电源开关键，B6为状态指示灯，B7为充电口，B8为电路板，B9为电路板支架，C1为电源模块，C2为震颤传感器，C3为微控制器，C4为WIFI模块，C5为激励源模块，C6为信号处理模块。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图10，本发明提供一种具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置，包括可调长度的橡胶手环、固定阵列金属电极、状态指示灯、激励源模块、震颤传感器、信号处理模块、微控制器、WIFI模块以及电源模块。其结构框功能图如图1所示，固定金属电极包括激励电极和检测电极，用于将激励源模块输出的电流作用于人体并收集人体响应电压，状态指示灯用于反映皮肤与传感器大不同的接触状态；激励源模块用于输出低于人体感知阈值的微弱激励电流，震颤传感器用于采集肌音信号，信号处理模块用于处理检测到的响应电压信号，其内部主要包含放大与滤波电路，微控制器用于控制激励源模块的刺激参数、计算检测的阻抗值以及电池电量并通过WIFI模块将其发送给智能终端。通过调节手环的松紧程度控制电极片与手臂之间的压力以及接触面积，从而调整阻抗值，轻度压力时边缘检测电极未接触皮肤，阻抗值最大，底部阵列电极的接触压力较小，阻抗值较大，适宜强度压力时底部阵列电极检测到的阻抗值分布稳定均衡，边缘检测电极的阻抗值较大，较大强度压力时边缘检测电极接触到皮肤，接触面积增大所以阻抗值将变小，所以当分布在装置底部的电极采集到的阻抗值达到最小且相互之间较为均衡，而装置边缘的阻抗值最大时采集到的肌音信号质量最好。
图2是本发明的装置结构图，A101-A102分别为激励电极与检测电极，其展开图如图3所示，其中A11-A82分别为底部4*4的阵列检测电极，其阻值的均衡性可判断受力是否均匀，A91、A92分别为激励电极的正负极，用于将激励电源产生的激励信号施加到人体皮肤上，A101、A102分别为边缘检测电极的正负极，其阻抗值的大小可用于判断检测装置与皮肤、肌肉接触的松紧程度，当接触压力过大时边缘阻抗值变小，当接触压力过小虽然边缘阻抗值很大，但是底部阵列检测电极的阻抗值不均衡，只有接触压力适宜时边缘阻抗值达到最大而底部阵列检测电极的阻抗值相互之间达到均衡状态。B1为橡胶手环，B2为卡扣，B3为固定孔，卡扣有3个，固定孔有9个，通过卡扣与固定孔的配合可调整手环的长度。B4为塑料外壳，塑料外壳具有绝缘性，防止静电产生。B5为电源开关，电源开关用于启动***或给***断电，长按电源开关即可激活或关闭本装置的电源。B6为状态指示灯，当肌音检测装置与皮肤的接触压力过大呈红色，接触压力过小时呈橙色，而当接触压力适宜时呈绿色，用户可根据状态指示灯的不同颜色调整橡胶手环的松紧程度。B7为充电口，用于给装置充电。
图4和图5分别是本发明装置的内部结构图与剖面图，B8为电路板，B9为电路板支架，用于支撑电路板，C1为电源模块，电源模块由可充电锂电池构成，用于给整个电路模块进行供电，其电池电量计算功能可计算锂电池的剩余电量并将其发送给智能终端，用户可根据智能终端显示的电量及时的给装置充电，C2为震颤传感器，震颤传感器用于采集手臂肌肉振动时产生的肌音信号，C4为WIFI模块，WIFI模块用于将微控制器计算得到的阻抗值发送给智能终端，C5为激励源模块，激励源模块用于输出作用于人体的微弱激励电流，C6为信号处理模块，信号处理模块用于处理固定阵列金属电极检测到的人体响应电压信号；C3为微控制器。微控制器连接激励源模块、信号处理模块、电源模块、震颤传感器以及WIFI模块，用于计算固定阵列金属电极检测到的阻抗值并通过WIFI模块将其发送给智能终端。
本装置可作用于人体上肢的任意肌肉，本发明装置在实际中的应用场景图如图6所示，以桡侧腕长伸肌为例，其测量过程的流程图如图7所示，测量时首先使用酒精对待测肌肉进行消毒，待酒精挥发之后佩戴上本装置，将固定金属电极准确的放置在待测肌肉上，通过橡胶手环上的卡扣与固定孔相配合来固定测量装置，长按电源开关键来启动测量***，此时激励源模块开始输出恒定刺激电流，阵列检测电极开始采集人体响应电压，微控制器进行实时阻抗计算，当边缘阻抗值没有达到最大时代表装置与皮肤的接触压力过大，其实际状态如图10所示，此时状态指示灯呈红色，用户开始调整手环的松紧程度直至边缘阻抗值达到最大时***开始判断底部的阵列阻抗是否均衡，不均衡时代表接触压力太小，其实际状态如图8所示，此时状态指示灯呈橙色，继续调整手环直至底部阻抗值达到均衡，其实际状态如图9所示，此时状态指示灯呈绿色，代表接触压力适宜，此时采集到的肌音信号质量最好，在整个信号采集过程中用户可根据状态指示灯的颜色调整手环，测量结束后长按电源开关键关闭***。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置，其特征在于：包括检测盒，所述检测盒通过手环固定在手臂上，所述检测盒内设有激励源模块、固定阵列金属电极、震颤传感器、信号处理模块、微控制器、WIFI模块以及电源模块；所述激励源模块与固定阵列金属电极、信号处理模块、微控制器连接成回路，所述微控制器还与震颤传感器、WIFI模块、状态指示灯连接，所述电源模块为各模块供电；
所述激励源模块用于输出低于人体感知阈值的微弱刺激电流；
所述固定阵列金属电极用于将激励源模块输出的低于人体感知阈值的微弱激励电流作用于人体并采集人体响应电压；
所述震颤传感器用于采集人体手臂的肌音信号；
所述信号处理模块用于处理检测到的电压信号；
所述WIFI模块用于将微控制器计算得到的阻抗值发送给智能终端。
2.根据权利要求1所述的具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置，其特征在于：还包括与微控制器连接的状态指示灯，用于通过不同颜色反映皮肤与传感器之间的不同接触状态。
3.根据权利要求1所述的具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置，其特征在于：所述固定阵列金属电极包括激励电极和检测电极，所述激励电极包括一对位于检测盒底部的正负电极，所述检测电极包括九对正负电极，其中检测盒底部为4*4的八对阵列检测电极，检测盒边缘设有一对边缘检测电极。
4.根据权利要求1所述的具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置，其特征在于：所述的激励源模块输出信号的波形、幅值和频率由微控制器发出指令控制。
5.根据权利要求1所述的具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置，其特征在于：所述电源模块连接有电量计算模块及充电口，并通过电源开关控制检测盒电源。
6.根据权利要求1所述的具有阻抗检测功能的肌音信号检测装置，其特征在于：所述手环为可调长度的橡胶手环，通过卡扣与多个固定孔调节长度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210702 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |