CN202589521U - 一种测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置 - Google Patents

一种测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置 Download PDF

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周晓宇
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Abstract

本实用新型涉及一种测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置，肌电电极贴在手臂肌肉的表面上肌电电极输出的信号以差分的形式接入放大电路进行初步放大，然后依次经过低通滤波电路、高通滤波电路、陷波器消除干扰，然后经阻抗测量电路测量阻抗值，阻抗值送绝对值电路进行提升处理，最后送到控制器电路进行AD转换、处理并在显示器上显示。装置可以实现在肌电假手控制过程中，实时监测表面肌电信号采集电极与皮肤的接触阻抗，监测由于皮肤状态变化、电极移位或者电极脱落等情况引起的接触阻抗的变化，并根据监测结果，控制表面肌电信号的放大倍数，或者给出报警信号。有效地提高肌电假手的控制的可靠性，具有较大的社会意义和推广价值。

Description

一种测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置
技术领域
本实用新型涉及一种康复医疗器械，特别涉及一种测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置。 
背景技术
肌电假手是利用残存的前臂屈肌、 伸肌群收缩时产生的肌电信号，由皮肤表面电极引出，经电子线路放大滤波后作为信号源进而来控制微型电机，带动传动***，来驱动假手按人的意志运动的一种体外力源上肢假肢。由于肌电假手的运动接受大脑指挥，它除了具有电动假手的长处外，还具有直感性强、控制灵活和使用方便等优点，是现代上肢假肢的发展方向。 
人的肢体动作是由大脑、神经、肌肉活动协同完成 的结果，而 表面肌电信号（SEMG）是伴随肌肉活动的生物电信号在体表的展现。其中蕴含了丰富的肢体动作信息，是最早被人类发现的生物电现象，已被广泛应用于临床医学、运动医学、生物医学等领域 ,尤其是表面的无创伤测量的优点使其在康复工程界备受重视 。 
然而SEMG信号的采集受到电极与皮肤的接触阻抗的影响极大。电极与皮肤之间的压力、皮肤湿润程度等因素都会对SEMG信号的采集产生影响。而肌电假手的佩戴者在日常活动时会出现出汗，皮肤干燥，或者由于运动引起的电极接触不良等现象，从而造成假手控制的失灵或者误动作。给佩戴者造成极大的不便。 
发明内容
本实用新型是针对现有肌电假手控制失灵或者误动作的问题，提出了一种测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置，用以解决现有肌电假手控制技术中存在的肌电假手的精确控制问题。 
本实用新型的技术方案为：一种测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置，依次包括放大电路、滤波电路、阻抗测量电路、绝对值电路、控制器电路、显示器，肌电电极贴在手臂肌肉的表面上肌电电极输出的信号以差分的形式接入放大电路进行初步放大，然后经过低通滤波电路滤除频率高于500Hz的干扰信号，再接入高通滤波电路滤除频率低于20Hz的信号，再连接到50Hz的陷波器消除工频干扰，然后经阻抗测量电路测量阻抗值，阻抗值送绝对值电路进行提升处理，最后送到控制器电路进行AD转换、处理并在显示器上显示。                                                                                                                                                       所述控制器电路选用PIC12f629单片机，内带10位的AD转换器。
所述放大电路选用放大器AD548和AD620，AD548为第一级放大电路，AD620构成第二级放大电路。 
所述低通滤波器采用六阶巴特沃斯滤波器，所述高通滤波器由2阶RC滤波电路和同相比例放大电路组成，所述陷波器采用双T陷波电路，陷波频率是50Hz。 
本实用新型的有益效果在于：本实用新型测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置，可以实现在肌电假手控制过程中，实时监测表面肌电信号采集电极与皮肤的接触阻抗，监测由于皮肤状态变化（出汗或者干燥）、电极移位或者电极脱落等情况引起的接触阻抗的变化，并根据监测结果，控制表面肌电信号的放大倍数，或者给出报警信号。本实用新型的实施可以有效地提高肌电假手的控制的可靠性，具有较大的社会意义和推广价值。 
附图说明
图1为本实用新型测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置结构框图； 
图2为本实用新型测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置中放大电路图；
图3为本实用新型测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置中双T陷波器电路图；
图4为本实用新型测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置中六阶巴特沃斯低通滤波器电路图；
图5为本实用新型测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置中二阶有源高通滤波器电路图；
图6为本实用新型测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置中绝对值电路图；
图7为本实用新型测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置中单片机电路图；
图8为本实用新型测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置中阻抗测量电路图。
具体实施方式
一种测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置，如图1所示结构框图，该装置依次包括放大电路、滤波电路、阻抗测量电路、绝对值电路、控制器电路、显示器。如图2为放大电路图，如图3～5为滤波电路图，如图6为绝对值电路图，如图7所示单片机电路图，如图8所示阻抗测量电路图，使用该实用新型时，将肌电电极贴在使用者手臂肌肉的表面上，肌电电极输出的  信号以差分的形式接入放大电路进行初步放大，然后用图4所示的低通滤波电路滤除频率高于500Hz的干扰信号，再接入图5的高通滤波电路，滤除频率低于20Hz的信号，经过这个带通滤波器之后，再连接到图3的50Hz的陷波器进一步消除工频干扰。然后用图8所示的阻抗测量电路来测量阻抗值，并用图6所示的绝对值电路对测量值进行提升处理，最后送到图7所示的单片机PIC12f629进行AD转换、处理并在LCD12864上进行显示。 
该实用新型使用的控制器为PIC12f629单片机，该单片机具体体积小、功耗低、抗干扰能力强等优点，且内带10位的AD转换器，适合对肌电信号进行采集；放大电路选用的放大器为AD548和AD620，AD548为低功耗、高输入阻抗放大器，AD620为高精度仪表放大器，抗噪声好，共模抑制比高，两者构成2级放大电路，其中AD548为第一级放大电路，放大倍数约为20倍，AD620构成第二级放大电路，放大倍数可以根据需要进行调节；陷波器采用双T陷波电路，陷波频率是50Hz，该滤波器与常用双T陷波器的区别在于为达到最好的陷波效果，特意设置了高精度的电位器，可调节阻值大小以便与电容的匹配，使陷波器的中心频率无限接近50Hz。根据陷波器中心频率计算公式： 
fo= ，
当fo为50Hz时，可取R=32.1kΩ，C可取0.1μF，能到达理想的陷波效果；高通滤波器由2阶RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低，用于抑制低于20Hz的干扰信号；低通滤波器采用六阶巴特沃斯滤波器，衰减高于500Hz的信号；阻抗测量电路采用AD5933芯片，该芯片可提供激励源和一个频率点多次测量的平均值。

Claims (4)

1.一种测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置，其特征在于，依次包括放大电路、滤波电路、阻抗测量电路、绝对值电路、控制器电路、显示器，肌电电极贴在手臂肌肉的表面上肌电电极输出的信号以差分的形式接入放大电路进行初步放大，然后经过低通滤波电路滤除频率高于500Hz的干扰信号，再接入高通滤波电路滤除频率低于20Hz的信号，再连接到50Hz的陷波器消除工频干扰，然后经阻抗测量电路测量阻抗值，阻抗值送绝对值电路进行提升处理，最后送到控制器电路进行AD转换、处理并在显示器上显示。
2.根据权利要求1所述测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置，其特征在于，所述控制器电路选用PIC12f629单片机，内带10位的AD转换器。
3.根据权利要求1所述测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置，其特征在于，所述放大电路选用放大器AD548和AD620，AD548为第一级放大电路，AD620构成第二级放大电路。
4.根据权利要求1所述测量肌电电极与皮肤接触阻抗的装置，其特征在于，所述低通滤波器采用六阶巴特沃斯滤波器，所述高通滤波器由2阶RC滤波电路和同相比例放大电路组成，所述陷波器采用双T陷波电路，陷波频率是50Hz。
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