16导有线型表面肌电采集分析系统

表面肌电信号检测电路的频率特性分析与优化表面肌电信号(Surface Electromyography, sEMG)检测电路的频率特性分析与优化一、引言表面肌电信号检测电路是一种用于测量肌肉活动的电子装置。

通过采集肌肉活动时的电位变化，可以分析肌肉的收缩与放松情况，对于康复医学、人机交互、运动控制等领域具有重要的应用价值。

而表面肌电信号的频率特性对于检测电路的性能具有直接影响，因此对其进行分析与优化是十分必要的。

二、表面肌电信号的频率特性表面肌电信号是由肌肉收缩导致的电位变化，其频率范围通常在0.5 Hz至500 Hz之间。

其中低频分量主要反映了肌肉的疲劳、收缩强度、放松程度等信息，而高频分量主要反映了肌肉的快速收缩与放松情况。

因此，表面肌电信号检测电路需要拥有较宽的频率响应范围，以保证对不同肌肉活动的准确检测。

三、表面肌电信号检测电路的频率特性分析方法为了分析表面肌电信号检测电路的频率特性，我们可以采用非线性系统的频率响应分析方法。

具体步骤如下：1. 设计频率扫描信号源：使用一个可调频率的正弦波信号源，以一定的频率范围扫描输入信号。

2. 构建频率响应测试系统：将频率扫描信号源的输出与表面肌电信号检测电路的输入相连接，将检测电路的输出与示波器相连接，通过示波器观察输出信号的幅值与相位响应。

3. 进行频率扫描：通过调节频率扫描信号源的频率，逐步扫描整个信号范围，并记录所得到的幅值与相位响应。

4. 分析频率特性：根据记录的幅值与相位响应数据，可以绘制频率响应曲线，并通过曲线解读得到表面肌电信号检测电路的频率特性。

四、表面肌电信号检测电路的频率特性优化方法在分析了表面肌电信号检测电路的频率特性之后，我们可以采取以下方法进行优化：1. 增大通频带：根据频率特性分析结果，确定信号检测电路的通频带范围。

可以通过增加电路的带宽，采用更高的采样频率等方式来增大通频带。

2. 降低噪声干扰：噪声是影响肌肉信号检测的主要干扰源之一。

高精度表面肌电信号检测电路的设计要点肌电信号（Electromyography，简称EMG）是人体运动产生的生物电信号之一，它包含了人体肌肉的活动信息，对于运动控制研究和康复医学具有重要意义。

为了准确地测量表面肌电信号，需要设计一种高精度的肌电信号检测电路。

本文将介绍设计这种电路的要点。

一、信号放大器设计1. 增益选择：针对表面肌电信号的微弱特点，需要选择适当的放大倍数。

通常情况下，增益应在1000～2000之间，以充分放大信号且避免过度放大引起的干扰。

2. 噪声抑制：为了提高测量信号的信噪比，可以采用差分放大电路来抑制共模噪声，同时通过滤波器技术去除高频噪声。

3. 输入阻抗：应选择适当的高输入阻抗以减小电极接触阻抗对信号测量的影响。

二、滤波器设计1. 带通滤波器：为了消除噪声和干扰，需要设计一个带通滤波器，将信号限制在感兴趣的频率范围内。

通常选择10 Hz至500 Hz的通道带宽。

2. 噪声高频截止滤波器：为了进一步去除高频噪声，可以添加一个高频截止滤波器，通常将截止频率选取在500 Hz以上。

3. 采样率选择：为了充分还原原始信号的细节，采样率应选择为采样频率的两倍以上。

三、电极设计1. 选择合适的电极材料：应选择导电性好、与皮肤接触良好的材料作为电极，如银/银氯化银电极。

2. 电极间距：电极间距需要适当，一般在2~4厘米之间，以兼顾测量信号的质量和人体舒适度。

3. 抗干扰能力：电极的设计应具备较好的抗干扰能力，以避免外界电源干扰对测量结果的影响。

四、参考电极设计1. 参考电极的选择：为了保证信号的稳定性和一致性，通常会选择一个参考电极与测量电极配对使用，参考电极可以选用身体其他部位的电极。

2. 阻抗匹配：参考电极和测量电极之间的阻抗应匹配，以减小干扰信号对测量的影响。

五、抗干扰设计1. 屏蔽设计：为了防止来自外界的电磁干扰，需要对电路进行屏蔽设计，例如使用金属屏蔽罩或层压板。

2. 接地设计：良好的接地设计可以有效减小干扰信号对测量结果的影响。

表面肌电信号采集电路的设计韩晓新【摘要】Surface electromyography (SEMG) is a bioelectricity phenomenon with muscle activities, the key of design of SEMG detection circuit is howto extract the weak signal from the strong noise background and amplify it at high multiple. The characteristics and circuit model of SEMG was analyzed, a detection circuit including DC signal isolation and preamplifier circuit, 50Hz notch filter, high-pass filter and low -pass filter was presented. CMMR>115dB; input impedance >100MΩ; gain is 86dB; 50Hz power interference is attenuated by 30dB u-sing special active filter chip (UAF42). It was applied in the control system of prosthesis hand, the detected signal was recognized by neural network, 6 action patterns can be classified, the success rate is above 95%.%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.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2011(019)007【总页数】3页(P1778-1780)【关键词】表面肌电信号;工频干扰;检测电路【作者】韩晓新【作者单位】江苏技术师范学院,江苏常州 213001【正文语种】中文【中图分类】TP274+.20 引言表面肌电 (surface e lectromyography，SEMG)信号可看作是肌肉电活动在皮肤表面处时间和空间上的综合，是肌肉收缩时在皮肤表面呈现出来的一种随机电信号，国内外的大量实验数据和文献表明健康人人体皮肤表面的肌电信号振幅约为10～5000μV，频率为10～500Hz，截肢病人最大肌电信号峰峰值则最大为几百微伏[1]。

表面肌电信号采集仪的软硬件设计周兵;纪晓亮;张荣;张海峰;何爱军【期刊名称】《现代科学仪器》【年(卷),期】2010(000)004【摘要】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,研制一种基于高共模抑制比的前端放大电路的便携式表面肌电信号采集仪,包含肌电采集放大、AD转换、带触摸屏的液晶显示、数据存储、USB有线传输、Xbee 无线传输等多个组成部分.采用μC/OS-Ⅱ操作系统和基于μC/GUI的图形化界面,性能稳定,操作简便.同时,为了方便用户资料及肌电数据的管理,移植了FATFS文件系统.低功耗和微型化设计提高了设备的便携性,有利于提高表面肌电信号采集仪在运动员训练中的使用率.【总页数】4页(P58-61)【作者】周兵;纪晓亮;张荣;张海峰;何爱军【作者单位】南京大学电子科学与工程系生物医学电子工程研究所,南京,210093;南京大学电子科学与工程系生物医学电子工程研究所,南京,210093;南京大学电子科学与工程系生物医学电子工程研究所,南京,210093;南京大学电子科学与工程系生物医学电子工程研究所,南京,210093;南京大学电子科学与工程系生物医学电子工程研究所,南京,210093【正文语种】中文【中图分类】R318.6【相关文献】1.表面肌电信号采集综合实验项目设计 [J], 赵汗青;李海燕;王立新2.基于嵌入式技术的表面肌电信号采集仪设计 [J], 周兵;纪晓亮;张荣;张海峰;何爱军3.双通道表面肌电信号采集装置的设计与分析 [J], 戴季高;徐秀林;吴曦4.针对微弱表面肌电信号的采集电路设计 [J], 周明娟;王语园;王田戈;冉蠡5.阵列式表面肌电信号采集仪 [J], 赵章琰;陈香;雷培源;杨基海因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

盆底表面肌电分析及生物反馈训练系统（盆底功能检查仪）技术参数
1.2通道表面肌电采集
2.自动识别信号质量，5格显示肌电信号质量
3.19寸液晶屏显示
4.惠普激光打印机
5.分辨率：小于0.2uV (r.m.s)
6.通频带：20Hz～500Hz(-3dB)
7.共模抑制比：大于100dB
8.★采样位数：16位
9.一体化豪华推车
10.★具有一次性使用阴道电极
11.★内置云模块，与治疗设备无线自动互联，同步数据
12.主机可接地线，去除电磁干扰
13.一键式开机，直接进入采集软件界面
14.一键式1秒关机，无需等待
15.★内置盆底表肌电1分钟快速筛查、2分30秒标准筛查及6分种国际标准
评估模式
16.★一分钟快速筛查，自动给出评分和智能化判断给出是否需要治疗建议
一分钟筛查主要参数：静息平均肌电，静息肌电变异性，快速收缩上升时间，快速收缩下降时间，持续收缩平均值，持续收缩变异性，后静息平均值，后静息变异性
17.★治疗设备可根据筛查、评估数据自动生成个性化的治疗方案。

18.系统治疗方案可无线传输至智能设备（手机、pad等）。

19.系统治疗电刺激参数频率、脉宽、波升、波降、刺激时间、休息时间可无
线传输至智能设备（手机、pad等）。

20.★系统治疗触发模式：阈值上刺激、阈值下刺激，可无线传输至智能设备
（手机、pad等）。

21.系统智能设备设有专用app，系统可无线接收智能设备app发送的数据。

表面肌电信号检测电路的多通道与多传感器设计表面肌电（surface electromyography，sEMG）信号是一种用于检测肌肉活动的信号，常用于医学、康复和运动科学等领域。

在设计表面肌电信号检测电路时，采用多通道与多传感器的设计方案能够提高信号质量和测量准确度，本文将就此进行探讨。

一、多通道设计在表面肌电信号检测电路中，多通道设计能够同时采集来自不同位置的肌肉信号，从而提供更全面和准确的肌肉活动信息。

多通道设计的核心是模拟前端电路，它能够放大和滤波输入信号，并将信号转化为数字形式供后续处理。

为了实现多通道设计，可以采用多路放大器来处理不同通道的信号。

每个放大器的增益和滤波频率可以针对不同通道进行调整，以满足不同肌肉信号的特征。

此外，为了减少通道间的干扰，还可以采用差动放大器架构。

差动放大器通过比较两个输入信号的差异来消除共模干扰，提高信号的抗干扰能力。

二、多传感器设计多传感器设计能够进一步提高表面肌电信号的检测能力。

通过在不同位置放置多个传感器，可以同时监测多个肌肉的活动情况，从而获得更为准确的肌肉活动模式。

多传感器设计需要考虑传感器的选型和布局。

选择合适的传感器能够提高信号的灵敏度和稳定性。

常用的肌电传感器包括干式电极和湿式电极，它们具有不同的特点和适用范围。

在布局方面，应根据监测目标和肌肉结构来确定传感器的位置，确保能够充分覆盖所需监测的肌肉区域。

为了实现多个传感器的数据采集和处理，可以采用多通道数据采集系统。

该系统能够同时读取并存储多个传感器的信号，以供后续的信号处理和分析。

在选择数据采集系统时，需要考虑输入通道数、采样频率和数据传输方式等因素，以满足实际需求。

三、综合设计方案在实际应用中，多通道与多传感器的设计方案可以综合使用，以实现更为全面和准确的表面肌电信号检测。

这样的设计方案能够充分利用现有的技术手段，提高信号的采集和处理效果。

综合设计方案的实现需要兼顾多通道电路和多传感器布局的要求。

表面肌电采集
表面肌电采集（Surface electromyography，sEMG）是一种通
过外部电极放置在皮肤表面来测量和记录肌肉活动的技术。

它通过测量肌肉组织中的电位差来反映肌肉的电活动。

表面肌电采集的操作比较简单，只需要将电极贴在身体的肌肉表面即可。

常见的电极有单极和双极两种，单极电极只记录肌肉的总体电位，而双极电极则可以记录肌肉间的电位差。

使用表面肌电采集技术可以获取到肌肉的电活动信号，进而了解肌肉的收缩程度和模式。

这对于运动研究、康复训练、人机交互等领域都具有重要意义。

例如，在康复训练中，可以利用表面肌电采集技术帮助康复者正确执行运动，并监测康复者的肌肉恢复情况。

虽然表面肌电采集技术操作简单，但是由于信号受到肌肉发电、电极脱落、噪声干扰等因素的影响，数据质量可能存在一定的限制。

因此，在采集和分析数据时需要注意噪声的去除和信号处理的方法，以获得准确可靠的结果。

表面肌电信号检测电路的多通道设计及性能评估肌电信号是人体肌肉运动产生的生物电信号，可以通过检测和分析肌电信号来了解人体肌肉的活动情况。

表面肌电信号检测电路是用于采集和放大肌电信号的电路，多通道设计可以同时采集多个肌肉的信号。

本文将介绍表面肌电信号检测电路的多通道设计原理，并对其性能进行评估。

一、表面肌电信号检测电路的多通道设计原理表面肌电信号检测电路主要由前端信号采集电路和后端信号放大电路两部分组成。

前端采集电路负责将肌电信号转换为电压信号，并对信号进行滤波和放大，后端放大电路负责进一步放大和处理信号。

多通道设计要解决的问题是如何同时采集多个肌肉的信号，并保证信号之间的隔离。

一种常见的多通道设计方案是使用多个前端信号采集电路，每个电路独立采集一个肌肉信号，并通过复用方式将多个信号交替输入后端放大电路。

另一种方案是使用多个前端信号采集电路并行工作，每个电路采集一个肌肉信号并独立放大处理。

这两种方案均需要合理设计采样率和带宽，以保证信号的准确性和完整性。

二、性能评估为了评估表面肌电信号检测电路的性能，我们可以考虑以下几个指标：信号质量、信号幅度范围、信号到噪比和亚阈值信号检测灵敏度。

首先，信号质量是评估检测电路性能的重要指标之一。

良好的信号质量应该具有稳定的基线、良好的抗干扰能力和高信噪比。

为了提高信号质量，可以采用合适的滤波技术和放大增益控制策略。

其次，在多通道设计中，信号幅度范围的合理选择十分重要。

过大或过小的信号幅度范围都会导致信号失真或信息丢失。

因此，在设计过程中需要合理选择采样率和放大增益，以保证最佳的信号幅度范围。

此外，信号到噪比也是一个重要的评估指标。

信号到噪比指的是信号与噪声的比值，其大小直接关系到信号的清晰度和可靠性。

通过合理控制放大增益和减小系统噪声，可以提高信号到噪比。

最后，亚阈值信号检测灵敏度是评估表面肌电信号检测电路性能的关键指标之一。

亚阈值信号是指低于传统动作阀值的微弱肌电信号，如果电路能够检测到亚阈值信号，并进行可靠的处理和识别，将有助于更准确地了解肌肉活动。

表面肌电信号采集（硬件部分）报告一．研究背景肌肉收缩时伴随的电信号，表面肌电信号是各个运动单元动作电位在表面电极处之和，是在体表无创检测肌肉活动的重要方法。

本课程设计通过表面肌电信号幅值的检测，实现对手指运动或抓握力量的识别。

图一表面肌电信号图2 手指运动的肌电信号肌电信号特性设计肌电信号采集系统，首先要了解并分析肌电信号的特性，明确肌电信号的特性能够更好的滤除噪声，更好的设计肌电采集系统。

肌电信号发源于作为中枢神经一部分的脊髓中的运动神经元。

运动神经元的细胞体处在其中，其轴突伸展到肌纤维处，经终板区（哺乳类神经肌肉接头为板状接头，故称终板或称运动终板motor endplate）与肌纤维耦合（是生化过程性质的耦合）。

与每个神经元联系着的肌纤维不只一条。

这些部分合在一起，构成所谓运动单位，如图（2.1）。

运动单位是肌肉的最小功能单位并能被随意地激活，它由受同一运动神经支配的一群肌肉纤维组成，肌电信号(EMG)是由不同运动单位的运动单位动作电位motor unit action potential，MUAP)组成。

肌电信息与肌肉收缩的关系可以概述如下：由中枢神经系统发出传向运动神经末梢分支的运动电位，传递着驱使肌肉收缩的信息。

由于神经末梢分支的电流太小，常不足以直接兴奋大得多的肌纤维，但是通过神经肌肉接头处的特殊终板的类似放大作用，这样就爆发一个动作电位沿着肌纤维而传播，在动作电位的激发下随之产生一次肌肉收缩。

这种兴奋和收缩之间的联结是通过肌纤维内部特殊的传导系统实现的，因此，可以明确以下概念：1）动作电位不是肌肉收缩的表现，而是发动肌肉收缩机制的重要部分。

2）由于肌肉信号只与给予肌肉的指令成比例，因此肌肉实际上不需要产生力，但工作了的肌肉仍然是发放肌电的适当源泉。

各肌纤维在检测点上表现出的电位波形，其极性与终板和检测点的相对位置有关（例如图2.2上纤维1和n引起的电位波形与纤维2，3引起的电位波形反向）。

浅谈表面肌电信号与采集摘要：表面肌电信号（Surface Electromyography，SEMG）是人神经对运动系统在控制时产生的微弱生物电信号，在皮肤表面通过表面电极进行提取、放大、降噪，在信号显示机上显示和记录的时间——能量幅值信号。

它是神经系统在控制运动系统的肌肉运动时的一种信号表达，该信号检测方式对人的身体没有伤害。

但是，最初的表面肌电信号相对微弱，会受到各种各样外界信号的干扰，而且，对于简单采集出来的肌电信号，其形式无法完全理解，无法对其中的有效特征进行迅速的分辨。

因而，我们不仅需要对其信号进行处理和特征提取，并且在该基础上采用不同的方法，对手臂的不同动作的模式识别也是一个重点的研究方向。

关键词：表面肌电信号，特征提取，模式识别1 引言随着现代科学医疗技术的发展，现代医疗科学与机器人技术相结合形成了一门新型学科，就是医疗康复学，现已成为机器人技术的一个热门课题。

医疗康复学综合了生物、机械、电子等诸多学科，该学科采用电子信息技术以及计算机科学技术，操作机械设备，帮助残疾人进行康复医疗，极大的提高了康复效果。

当前，治疗型康复机器人设备，已经由封闭式的实验室研究阶段快速走向实际应用。

随着时间的推移，表面肌电信号的假肢手的逐步增加，假肢手的使用在一定程度上提高了残疾人的运动能力并提高了他们生活的质量，带来了相当明显的社会效益。

但调查发现，在使用了假肢手的肢体残缺患者中，约有30%～50%的人使用非常少或者不能使用，特别是身体两侧均截肢的患者拒绝使用肌电假肢的倾向尤为明，其主要问题是假肢手反应较慢，动作识别准确率不高，控制效果不稳定，与真正的肢体动作还存在较大的差距，这些问题导致了肢体残缺者不愿意使用假肢。

这说明由肌电信号控制的假肢手技术还有很大的提升空间，需要对其进行进一步深入的研究，提高SEMG信号处理系统的模式判别能力，让SEMG信号控制的假肢，能够被患者控制自如给肢体残缺残疾人带来更大的生活便利。

表面肌电信号检测电路的工作原理与应用介绍表面肌电信号（Surface Electromyography，简称sEMG）是用于检测人体肌肉运动的电信号。

sEMG的检测电路在医学、运动控制、康复治疗等领域具有重要的应用价值。

本文将介绍sEMG检测电路的工作原理和应用，以及相关技术的发展和研究进展。

一、sEMG检测电路的工作原理sEMG检测电路主要由前置放大器、滤波器和数据采集系统组成。

其工作原理基于肌肉运动产生的生物电信号，通过传感器感应到皮肤表面的微弱电信号，经过前置放大器放大和滤波器滤波处理后，再由数据采集系统进行数据采集和处理。

1. 前置放大器：前置放大器起到放大sEMG信号的作用。

由于肌肉运动产生的生物电信号非常微弱，需要通过前置放大器将信号放大到合适的范围，以提高信噪比和准确性。

2. 滤波器：滤波器用于去除采集信号中的噪音和干扰，保留肌肉运动相关的有效信号。

根据需要，可以设置不同的滤波器参数，如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器，以满足不同应用场景下的需求。

3. 数据采集系统：数据采集系统用于获取经过前置放大器和滤波器处理后的sEMG信号，并将其转换为数字信号进行存储和分析。

通常采用模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，并通过计算机或移动设备进行后续处理。

二、sEMG检测电路的应用sEMG检测电路在多个领域有着广泛的应用，并取得了重要的成果。

以下将介绍sEMG检测电路在医学、运动控制、康复治疗等领域的具体应用。

1. 医学领域：sEMG检测电路可用于研究和评估肌肉功能和运动控制。

医生和研究人员可以通过sEMG检测电路获取肌肉活动的相关信息，诊断和治疗一些肌肉疾病，如帕金森病、肌肉萎缩症等。

2. 运动控制：sEMG检测电路在运动控制领域有着广泛的应用。

通过实时监测肌肉活动情况，可以实现肢体运动的控制和识别。

例如，通过对手臂sEMG信号的检测，可以实现假肢的控制和康复设备的操作。

3. 康复治疗：sEMG检测电路在康复治疗方面起到了重要的作用。

表面肌电信号检测电路的设计原理解析本文将对表面肌电信号检测电路的设计原理进行详细解析。

肌电信号是指由人体肌肉运动产生的微弱电信号，通过对这些信号的检测和分析可以获得关于肌肉运动状态和肌肉疲劳程度等信息。

而表面肌电信号检测电路的设计是实现对这些信号的采集和处理的关键。

一、肌电信号检测原理肌肉的运动是由神经系统发出指令，刺激肌肉产生收缩并产生电信号。

这些电信号可以通过电极传感器采集到并转换成模拟电压信号。

肌电信号通常是微弱的，所以需要采用放大电路将信号放大到适合测量的范围。

另外，由于肌电信号中可能存在伪迹干扰，还需要进行滤波和去噪处理。

二、表面肌电信号检测电路设计要点1. 电极选择：电极的选择是影响肌电信号检测准确性的关键因素。

常用的电极有干接触电极和湿接触电极。

干接触电极适合短时的检测，但容易引起伪迹干扰；湿接触电极适合长时间的检测，但需要液体介质。

根据实际需求选择适当的电极。

2. 放大电路设计：放大电路需要对肌电信号进行放大，同时还需要抑制伪迹干扰。

通常采用差分放大器结构，通过调节放大倍数和增益控制，合理放大信号同时降低噪音。

3. 滤波和去噪：肌电信号中可能存在各种频率的噪音和伪迹。

通过滤波电路，能够滤除不需要的高频噪音和低频漂移，保留有用的信号。

去噪处理可以通过数字滤波算法来实现，如均值滤波、中值滤波等。

4. AD转换器：肌电信号处理完毕后，需要通过模数转换（ADC）将模拟信号转换为数字信号，以便于计算机或其他设备进行进一步处理和分析。

AD转换器的选择要考虑分辨率和采样率等参数，以保证信号的准确性和完整性。

5. 电源和接地设计：为了稳定的供电和减少电磁干扰，电源和接地设计也是电路设计中需要注意的因素。

可以采用稳压电源和良好的接地布线来提高电路的性能。

6. 软件设计：在电路设计完成后，还需要进行相应的软件设计，以实现对肌电信号的保存、分析和可视化显示等功能。

这涉及到嵌入式系统的编程和界面设计等内容。