表面肌电采集信号的系统设计与算法分析

针对表面肌电信号的微弱性、低频性和强噪声性,设计了高共模抑制比、抗干扰能力强的表面肌电信号采集系统,并对采集到的信号进行处理分析。系统中包含放大电路、滤波电路、电平抬升电路、主控电路,采集受试者手臂放松、握拳、展臂、模拟震颤四种姿势的表面肌电信号,经串口通信将传感器所采集到的数据上传至上位机,之后将采集到的表面肌电信号进行中值滤波及傅立叶变换分析。测试结果表明,系统可以有效提取0—500 Hz的有用信号,且四种姿势下的表面肌电信号主要能量集中在0—500 Hz,在0—200 Hz内更为明显,符合表面肌电信号的频率特性。表面肌电信号采集系统具有可靠性和抗干扰性,拥有较好的市场应用前景。     

基于高阶滤波的肌电信号采集电路设计

针对表面肌电信号(sEMG)信号微弱、频率低、极易受到干扰的特点,设计了具有高共模抑制比、放大增益灵活可调、具有良好抗噪声性能的sEMG信号采集电路.信号的放大部分采用两级放大方案,以避免噪声被过分放大造成肌电信号被淹没的问题.带通滤波器部分由两组5阶Sallen-Key低通和高通滤波电路级联而成,阻带下降速度很快,近似达到-100 dB/(°),对噪声及其他生理电信号干扰的衰减能力极强.针对工频干扰问题,在陷波器部分设置Q值调节电位器,根据实测情况灵活调节电位器旋钮以便获取最佳采集效果.测试结果表明,所设计的电路放大增益可以达到60 dB,对50 Hz工频干扰有很好的抑制作用,可以有效提取20 Hz～500 Hz之间的有用信号,具有良好的抗噪声性能.     

基于表面肌电和组织阻抗信息融合的手势识别研究

手势识别中的一种常见方式是通过表面肌电信号来实现。为提高手势识别的稳定性和精度, 通常需要采集多个通道的肌电信号,但这会增加电极传感器的数量以及识别系统的复杂度。因此,如 何利用较少量的通道采集信号并确保手势识别的性能一直是肌电信号应用到意图识别的研究方向之 一。该研究设计了一款便携式四通道肌电和阻抗双模信号采集器,在不增加额外传感器和通道数的情 况下,能同时采集肌电信号和差分电极对之间的组织阻抗信号。初步实验结果表明,通过该系统采集 的四通道融合信息可以提升手势识别的准确率和稳定性。与仅采集肌电信息相比,该研究采用的肌电 与阻抗信息融合方法可以将手势识别性能提升 3% 以上,达到 96.2% 的识别率。     

基于ZigBee的无线肌电检测系统设计

针对目前表面肌电信号采集系统尺寸大,不易携带的缺陷,设计了一种基于ZigBee技术的无线表面肌电信号检测系统。系统由前置放大电路、带通信号调理电路和基于单片机CC2430的无线数据收发电路组成。该电路系统能有效覆盖带宽为10～500Hz的表面肌电信号,实现肌电信号的采集和与上位机的无线射频通信。应用实践表明,此系统能够通过ZigBee无线网络对人体肌电信号进行实时采集,具有移动性和便携性,因此能广泛适用于健康运动监测和医院移动监测等领域。     

表面膈肌肌电的测量系统的设计与实现

膈肌肌电信号能很好地反映人的呼吸情况,针对传统一般用食道电极采集的现状,设计一个基于表面电极的膈肌肌电测量系统;在体表采集膈肌肌电信号并放大、滤波,采用以AD620为核心的前置放大器,其共模干扰抑制比大于100DB,通过高、低通滤波和50Hz陷波器分别滤除极化电压、高频噪声和工频噪声等干扰信号;多级放大后的信号经数学形态法滤除心电干扰后得到比较纯净的膈肌肌电信号;对该信号求取均方根值即可估算膈肌肌电强度,作为今后呼吸机机械通气触发和辅助支持的依据;实验验证了该测量系统能有效抑制工频等干扰,得到良好的膈肌肌电信号。     

表面肌电信号前端处理系统

设计了高共模抑制比的表面肌电信号前端处理系统。采用并联型双运放差动放大器、阻容耦合电路以及仪器放大器INA128构成初级放大电路对微弱的表面肌电信号进行放大,并获得高输入阻抗和高共模抑制比;引入屏蔽驱动、右腿驱动以及浮地电源来进一步提高系统的共模抑制比和抗干扰能力;设计高通和低通滤波器以及50 Hz工频陷波器,对不同频段的噪声进行滤除。通过实验测试,该系统具有较强的抗干扰能力,并且能够有效滤除噪声、抑制工频干扰,满足表面肌电信号去噪和放大的要求。     

基于SOPC的复合式生理信号检测系统设计

设计完成了一种多生物电信号采集能力并能完成生物电信号模式识别和辅助诊断的复合式生物电信号检测系统。系统通过具备双通道的低噪声高共模抑制比的前置采集放大电路,可实现心电信号和表面肌电信号两种体表生物电信号的检测。通过FPGA硬件化实现的小波分解模块和在NiosⅡ软核中实现的FFT和BP神经网络算法,可以完成对采集到的心电信号心率监测、QRS波群的检测和ST段形态识别反馈监护者的健康信息;并通过提取表面肌电信号活跃段数据和时频域参数为运动性肌肉疲劳评估提供参考。系统通过LCD屏、音频输出和SD卡存储能够完成对信号实时波形和监护参数显示、报警输出和长时间监护数据的存储。     

表面肌电信号采集电路的设计

表面肌电信号是一种伴随肌肉活动的生物电现象,其采集电路设计的关键在于从强大噪声背景中提取微弱信号并进行高增益放大;通过分析表面肌电信号的特点和电路模型,设计了包含隔直和初级放大器、50Hz陷波器、高通和低通滤波电路三大部分的采集电路;该电路共模抑制比不小于115dB;输入阻抗大于100MΩ;增益为86dB;采用专用芯片UAF42的陷波器工频滤波衰减约30dB;将其应用于假肢手的控制系统中,通过神经网络进行动作模式识别,共识别了6个手部动作模式,识别成功率在95%以上。     

植物微弱电信号在线采集系统的设计

植物电信号是细胞在生命活动中发出的电磁信号,由于其信号幅值为微伏级,在采集过程中,其有效信号很容易被噪声所淹没;依据植物电位信号的高阻抗源特性以及植物电位信号采集技术的特点,选择贴片电极作为测量植物表面电位信号的传感电极,有效降低了引导电极对植物的伤害和对植物电信号的干扰;采用AD8221芯片,设计了采集放大器电路用于采集植物电位信号,并搭建了植物电信号的采集系统,整个采集系统由放大电路、A/D转换电路、MCU、MAX232和计算机组成;以芦荟为实验对象,测得12℃时芦荟叶片电信号幅值的最大值是0.51mV,最小值是-0.22mV;结果表明该采集系统能够很好地采集植物电信号,为下一步的信号分析打下了坚实的基础。     

一种表面肌电信号的无线采集方式

表面肌电信号包含了大量表征肌肉生物特征的信息,它是一种微弱的生物电信号且极易受多种噪声干扰。可利用银电极的特性设计一种检测表面肌电信号的电极,电极贴于人体皮肤表面对检测到的信号进行放大、滤波,基于STM32对检测到的信号进行数模转换并通过蓝牙4.0发送至其他控制设备,实现表面肌电信号的无创采集和无线传输。实验表明,该采集方式可检测到明显的表面肌电信号变化,并成功实现蓝牙之间数据的发送和接收。     

表面肌电信号数字传感器的设计

介绍了表面肌电信号数字传感器的设计方法。根据表面肌电信号产生特点和采集技术的基本要求,研究电极的形状和正确的放置方法,采用仪用放大器INA128设计前置放大电路。设计有源滤波器,应用串行A/D转换芯片输出数字信号。实验表明,该方法可以提高信噪比,减小噪声,有效地提取出表面肌电信号。     

表面肌电采集与在线识别系统

设计了一套简易且分辨率高的表面肌电采集与在线识别系统;系统硬件部分包括信号两级放大、带通滤波、精密整流、16位AD转换芯片ADS1120、AVR单片机等部分;软件部分基于JAVA编程,具有实时滤波、显示并存储肌电信号、在线识别手部动作等功能;系统放大增益倍数为100～2 500可调,根据不同被试同一动作的肌电信息,微调放大倍数以减少个体差异;当放大倍数为1 000倍时,识别精度达0.3 μV;此外还设计了训练范式,根据被试的训练数据提取在线识别算法的参数,以提高识别准确率;实验结果表明:该系统具有较好的稳定性,能够准确识别四类手部动作,平均识别率达84.37%。     

基于MSP430的肌电假手系统设计

在对人体表面肌电信号研究的基础上,设计出一种肌电假手系统,其中包括肌电信号采集调理系统和假手控制系统。肌电信号经信号调理电路放大、滤波、陷波后,由低功耗的MSP430F149单片机进行A/D转换、特征计算。单片机结合肌电信号与触滑觉传感器反馈的信息来控制电机转向与转速,从而控制假手做出相应动作。通过实际采集的肌电信号在示波器上显示的波形与假手的动作进行对比,说明系统设计是合理有效的。     

基于FPGA的多功能生物电信号检测系统

设计了一款基于FPGA的多功能生物电信号检测系统,通过更换不同的前置模拟盒对神经肌电信号、心电信号、表面肌电信号进行检测和分析。系统模拟电路与数字电路紧密结合,FPGA采用硬件电路与Nios嵌入式软件协同设计,实现了对生物电信号的采集、处理、存储、显示和分析。     

微阵列式表面肌电采集系统的设计

表面肌电信号是用于人－机交互接口的重要信号源,然而现有的表面肌电信号采集系统面临着高密度和便携性、高信号质量与低制造成本之间的矛盾,高通量采集系统主要为桌面式分析仪器,难以满足实际交互应用的需求。本文通过优化设计,完成了微阵列式表面肌电信号采集系统, 将4个采集通道和相应的信号调理电路集成在单颗传感器上,提高了系统的空间分辨率,整个系统可同时采集4枚传感器共计16通道的12位精度表面肌电信号,采样率可达5kHz,相较于商业系统,其成本更低,体积更加小巧便携。     

表面肌电信号前端处理电路与采集系统设计

针对表面肌电信号幅度小、信噪比低、易受干扰、准确获取困难的问题,设计了高共模抑制比的前端放大电路,有效地抑制了共模干扰。采用EZ-USBFX2的slave FIFO模式的数字电路构成了基于USB2.0的8路高速采集与传送系统,各路信号的最大同步时间差不超过1ms。编写了可在普通PC机上运行的上位机读USB口数据程序,在上位机上得到了实时、完整、准确的肌电信号,为肌电信号处理、分析和应用提供了可靠的数据基础。     

基于SoC FPGA的心电信号检测系统设计

设计实现了一种基于片上系统现场可编程门阵列( SoC FPGA)的心电信号( ECG)检测系统.系统通过具有高输入阻抗、高共模抑制比和低噪声的前置采集放大电路,实现心电信号的拾取和预处理.通过基于SoC FPGA的硬件平台和移植的嵌入式Linux开发环境的软硬协同设计方式,完成了心电信号的A/D转换、VGA显示、Micro SD卡数据存储和心电信号算法处理,能够对心电信号进行小波分析和QRS波检测,实现了对心电信号的采集、显示、存储和处理.     

基于FPGA的心音信号采集

设计了基于FPGA的心音采集系统,该系统包括高性能的心音传感器、预处理电路、A/D转换电路和串口通信电路。传感器将心音信号转换成电信号,通过预处理电路的放大和滤波,再经过A/D转换电路送到FPGA,FPGA把现场采集到的数据及时可靠地传递给PC。实验结果表明,该系统能无创、快速、廉价地采集心音信号。     

基于 STM32 的脑电信号采集系统设计

脑电信号包含大量的脑功能状态信息,已被广泛应用于脑神经疾病诊断、脑机接口、睡眠分期、麻醉深度监测等领域。脑电信号是幅度为微伏级的生物电信号,频率不超过 150 Hz,极易受到眼电、心电等信号干扰,因此,有效提取脑电信号是分析脑电信号的前提。文章设计了基于 STM32 的脑电信号采集系统,实现脑电信号的有效采集。通过贴在前额的三导联生物电极,将脑电信号感应至预处理电路,在前端模拟电路中对信号进行多级放大,并设计了无源滤波网络及多个有源滤波器对信号进行滤波和调理,同时加入电平抬升电路、电极连接状态检测电路。利用 12 位模数转换器将脑电信号转换为数字信号,并通过蓝牙模块传至上位机,实现脑电信号的有效提取与传输,为下一步处理分析提供基础。通过对比采集到的脑电信号和国外同类产品的输出,验证了该脑电采集系统的有效性。     

弹光调制干涉信号放大滤波电路设计

从弹光调制干涉具中出来的干涉光经过探测器接收所输出的电信号频率很高且幅度只有几十毫伏左右,极易受到噪声干扰。有效地将其检测提取并放大至高速AD采集信号范围600 m V~4 V对弹光调制-傅里叶变换光谱仪的光谱反演至关重要。因此,需要设计一种高频、高增益、低噪声的两级放大电路。该电路主要由直流稳压电源电路、小信号放大电路和截止频率为50 MHz的低通无源滤波电路组成。实验结果表明,该放大滤波电路可以将弹光干涉信号平稳放大至150倍左右,能够为后续的采集存储提供良好的信号源。