SEMG檢測電極的設(shè)計(jì)
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2．1 SEMG檢測電極結(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)信號至前置處理電路，結(jié)果導(dǎo)致信號基本上全部被工頻干擾的噪聲所淹沒。在大量查閱國內(nèi)外相關(guān)資料后，參照美國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轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后經(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)不容易移動造成運(yùn)動偽差。
2．2 SEMG檢測電極的設(shè)計(jì)
表面肌電信號非常微弱，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，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，因此要求前級放大有很高的輸入阻抗。國內(nèi)外很多研究人員通過大量實(shí)驗(yàn)得出，SEMG信號的主要能量集中在50～150 Hz范圍內(nèi)，在實(shí)際檢測時(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，為此在SEMG的次級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完全淹沒，因此如何抑制50 Hz工頻干擾噪聲是肌電信號檢測中首要解決問題。引入雙T陷波器濾除的50 Hz工頻干擾信號，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)帶阻濾波器。其SEMG檢測電極原理如圖2所示。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/179433.htm
圖2中，前級放大電路采用ADI公司結(jié)型場效應(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差動輸入，單端輸出。結(jié)型場效應(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。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，前級放大倍數(shù)G1=1+49．4／(R4+R5)／／R6,設(shè)置G1為150，次級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，足以將信號放大至伏級，以便于后級信號處理以及抗干擾能力大大增強(qiáng)。
2．3 SEMG檢測電極實(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，長為20 mm，孔徑為1mm。實(shí)驗(yàn)板的另一面為SEMG檢測電路，將銀條分別接入如圖3所示的孔中。在進(jìn)行檢測表面肌電信號時(shí)，應(yīng)該合理地放置電極，避免放在肌肉的外邊緣，電極很可能檢測到來自鄰近肌肉的串?dāng)_。測定時(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)生輕微的位移將會產(chǎn)生低頻噪聲，因此在測量時(shí)應(yīng)在被測者情緒穩(wěn)定情況下進(jìn)行并盡量保持身體相對靜止?fàn)顟B(tài)?？傊?，應(yīng)當(dāng)盡量減少外界對此次實(shí)驗(yàn)過程的干擾，才能有效提取有用的表面肌電信號。
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