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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。
表面肌电信号检测电路的实时肌肉疲劳监测与评估方法表面肌电信号（sEMG）检测电路的实时肌肉疲劳监测与评估方法随着现代生活节奏的加快和职业病的普遍存在，人们对于肌肉疲劳的研究和监测越来越重视。
表面肌电信号（surface electromyography, sEMG）检测电路作为一种非侵入性的监测方法，成为了研究肌肉疲劳的重要工具。
本文将介绍一种实时肌肉疲劳监测与评估的方法，结合表面肌电信号检测电路的原理和应用。
一、sEMG检测电路的原理sEMG检测电路是通过测量肌肉产生的微弱电信号来判断肌肉的活动和疲劳程度。
该电路主要由电极、前置放大器和滤波器组成。
1. 电极：通过表面电极将肌肉产生的电信号采集到电路中。
常用的电极有两种类型，一种是贴片式电极，可以直接贴在皮肤上进行信号采集；另一种是针式电极，需要将电极插入肌肉内部进行信号采集。
2. 前置放大器：将电极采集到的微弱电信号进行放大，以便后续处理和分析。
前置放大器需要具备高增益和低噪声的特点，以确保准确采集肌肉信号。
3. 滤波器：对前置放大器输出的信号进行滤波处理，去除噪声和干扰信号，保留肌肉信号的有效成分。
常用的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。
二、sEMG实时肌肉疲劳监测方法sEMG实时肌肉疲劳监测方法主要包括特征提取和疲劳评估两个步骤。
1. 特征提取：通过对sEMG信号进行特征提取，可以获取肌肉的活动情况和疲劳程度。
常用的特征参数有信号均值、信号的功率谱密度、信号的短时能量等。
这些特征参数可以通过数学方法来计算和提取。
2. 疲劳评估：根据提取的特征参数，采用相应的算法进行疲劳评估。
常见的评估方法包括时域分析、频域分析和时频域分析等。
通过对特征参数的分析和比较，可以判断肌肉的疲劳程度和疲劳发展趋势。
三、应用与展望sEMG检测电路的实时肌肉疲劳监测与评估方法在多个领域有着广泛应用。
例如，运动训练领域可以通过监测运动员的肌肉疲劳情况，优化训练计划和提高竞技成绩；康复医学领域可以通过监测患者的肌肉疲劳程度，制定个性化的康复方案和评估康复效果。
表面肌电信号检测电路的原理与设计方法表面肌电信号（Surface Electromyographic Signals, sEMG）是一种用于检测人体肌肉活动的生物电信号。
sEMG信号检测电路的设计是为了提取和测量这些信号，用于各种应用，如康复医学、运动控制、人机交互等。
本文将介绍sEMG信号检测电路的原理、设计方法和相关考虑因素。
一、表面肌电信号简介表面肌电信号是通过肌肉纤维活动而产生的电信号，由肌肉活动引起的离子流动引起了肌肉组织的生物电势变化。
sEMG信号具有较低的幅度和较高的噪声水平，需要通过合适的电路设计和信号处理技术来提取有用的信息。
二、表面肌电信号检测电路的原理表面肌电信号检测电路主要由前置放大器、滤波器和增益控制器组成。
其工作原理如下：1. 前置放大器：前置放大器用于增强sEMG信号的幅度，以便后续的信号处理。
由于sEMG信号的幅度较小，前置放大器应具有高放大倍数、低噪声和宽频带特性。
常用的前置放大器电路包括差分放大器和双电源放大器。
2. 滤波器：滤波器用于去除sEMG信号中的噪声和无关频率成分，以提取感兴趣的信号。
常用的滤波器包括低通滤波器和带通滤波器。
低通滤波器主要用于去除高频噪声，带通滤波器可选择性地通过感兴趣的频率范围。
3. 增益控制器：增益控制器可根据需求调整sEMG信号的放大倍数，以适应不同的应用场景。
它可以通过选择不同的反馈电阻或电压增益控制电路来实现。
三、表面肌电信号检测电路的设计方法在设计表面肌电信号检测电路时，需要考虑以下因素：1. 电源选择：应选择适宜的电源电压和电流，以满足电路的工作要求，并保证信号的质量和稳定性。
2. 前置放大器设计：根据sEMG信号的幅度和噪声水平，选择合适的放大倍数和前置放大器电路。
同时，注意选择低噪声、宽频带的运算放大器和适当的反馈电路。
3. 滤波器设计：根据应用需求，选择合适的滤波器类型和截止频率。
滤波器的设计应考虑滤波器特性、阶数和滤波器电路的实现方式。
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。
delsys无线表面肌电参数Delsys无线表面肌电参数概述：Delsys无线表面肌电（sEMG）系统是一种用于测量和记录肌肉活动的设备。
它采用无线传输技术，通过传感器将肌电信号转化为电信号，并将其传输到计算机或移动设备上进行分析和记录。
Delsys 无线肌电系统具有高精度、高灵敏度和便携性等优点，被广泛应用于运动科学、康复医学、人机交互等领域。
参数解析：1. 信号采样率：Delsys无线肌电系统的信号采样率通常在1000 Hz 至2000 Hz之间。
信号采样率表示系统每秒钟对肌电信号进行采样的次数，采样率越高，可以更准确地捕捉肌肉活动的细节，提高测量结果的精度。
2. 信号频带宽度：Delsys无线肌电系统的信号频带宽度通常在20 Hz至450 Hz之间。
信号频带宽度表示系统可以捕捉的肌电信号的频率范围，较宽的频带宽度可以更全面地记录肌肉活动的变化。
3. 噪声水平：Delsys无线肌电系统的噪声水平通常在0.25 μV RMS至1 μV RMS之间。
噪声水平表示在测量过程中产生的额外噪音，噪声水平越低，系统测量的信号质量越好，结果越可靠。
4. 动态范围：Delsys无线肌电系统的动态范围通常为92 dB。
动态范围表示系统可以测量的信号强度范围，较大的动态范围可以同时捕捉到肌肉活动的微弱和强烈变化，避免信号过载或失真。
5. 电极间隔离：Delsys无线肌电系统的电极间隔离通常在100 MΩ至200 MΩ之间。
电极间隔离是指在测量过程中，电极之间的电阻，较大的电极间隔离可以减少电极之间的相互干扰，提高信号的纯净度。
6. 电池寿命：Delsys无线肌电系统的电池寿命通常在6至12小时之间，具体取决于使用情况和电池容量。
电池寿命是指系统在一次充电后可以持续使用的时间，较长的电池寿命可以保证系统在长时间实验或使用中不中断。
7. 传输距离：Delsys无线肌电系统的传输距离通常在10至30米之间，具体取决于环境和设备设置。
表面肌电刺激反馈仪硬件电路设计概况摘要:肌电刺激反馈仪是将生物反馈技术和电信号刺激手段相结合,通过传感器电极对人体肌肉部位灌入正负电脉冲信号进行刺激，该脉冲信号可根据方案不同，而选择不同的刺激频率、脉冲宽度、电流强度、和刺激/间歇时间等的被动电脉冲恒电流信号，可对不同情况的患者进行相应的神经肌肉电刺激方案。
关键词:sEMG，肌电采集，电刺激引言肌电刺激反馈仪全名为表面肌电刺激反馈系统（sEMG），该产品已经逐渐应用于医院康复医学科、神经内科、老年医学科等，主要面向各类医院康复科和神经科的新一代多功能的诊断和治疗设备。
一、关于肌电刺激反馈仪1.1 产品概况：肌电刺激反馈仪是将肌电信号检测、电刺激以及实时控制技术相结合的设备。
1.2肌电刺激反馈仪相关标准设计标准：《肌电生物反馈仪》YY/T 1095-2015,《医用电气设备-安全通用要求》GB-9706.1。
二、肌电刺激反馈仪硬件设计简述本文将肌电刺激反馈仪硬件研发设计分为：肌电采集硬件设计，电刺激信号硬件设计和核心数字控制板设计部分。
2.1 肌电采集硬件设计2.1.1 硬件电路原理图设计肌电采集硬件电路设计，主要包含肌电模拟信号输入前置仪表放大电路，50HZ工频陷波电路，二级信号放大器，光电耦合器隔离电路，末级放大器及缓冲器，ADC转换器电路和右腿电路原理图设计等a)肌电模拟信号输入前置仪表放大电路原理图设计前置放大器以仪表运算放大器芯片AD8422A为核心，通过电极片传感器连接到人体肌肤获取到uV级微弱肌电信号，经过电容组滤波后获得有用频率范围的微弱信号，差分输入信号送至仪表运放的输入口IN+/IN-，前置放大器放大倍数设定值约30倍。
b)50HZ工频陷波电路由于人体表面肌电信号频率范围大致在0.5HZ~1000HZ，包含无所不有的50Hz工频干扰信号，故特设计一个AD8609（具有极低的失调电压以及低输入电压噪声和电流噪声特性）一级运放组成的50Hz工频陷波器电路。
表面肌电信号检测电路在康复训练中的实时监测与评估在康复医学领域中，表面肌电信号（Surface Electromyography, sEMG）是一种非侵入性的生物电信号，通过测量肌肉活动产生的电信号来评估患者的肌肉功能。
表面肌电信号检测电路是一种用于实时监测和评估患者肌肉功能的装置，广泛应用于康复训练和生理学研究。
一、表面肌电信号检测技术简介表面肌电信号是通过放置在皮肤表面的电极阵列来检测肌肉活动产生的电信号。
这些电信号可以反映肌肉的收缩强度、活动模式以及协调性。
表面肌电信号检测技术可以用于评估患者的肌肉功能，监测肌肉疲劳以及康复训练的效果。
二、表面肌电信号检测电路的原理表面肌电信号检测电路由多个电极和信号采集模块组成。
电极贴附于患者的皮肤表面，通过感知肌电信号的变化并将其转化为电压信号。
这些电压信号经过放大、滤波和模数转换等处理后，被送入计算机进行实时监测与评估。
表面肌电信号检测电路的设计需要考虑信号增益、噪声抑制以及信号质量等因素。
三、表面肌电信号检测电路在康复训练中的应用1. 肌肉功能评估：通过监测表面肌电信号，可以评估患者的肌肉功能是否正常。
这对于康复医学领域来说是至关重要的，因为准确评估肌肉功能可以帮助医生制定个性化的康复方案。
2. 运动生物力学研究：表面肌电信号检测电路还可以用于运动生物力学研究。
通过实时监测和分析肌肉活动，可以了解运动过程中肌肉的协调性、平衡性以及对称性等指标，为运动员的技术改进提供有力的依据。
3. 康复训练监控：在康复训练过程中，表面肌电信号检测电路可以实时监测患者的肌肉活动情况。
这有助于康复医生及时调整训练强度和方式，确保患者的康复效果。
四、表面肌电信号检测电路的发展趋势随着科技的不断进步，表面肌电信号检测电路逐渐趋于小型化、便携化和智能化。
新一代的表面肌电信号检测电路将更加注重信号的准确性和稳定性，以及对多种肌肉活动的同步监测能力。
此外，与生物信息处理技术、机器学习以及虚拟现实等技术的结合，也将为康复医学领域带来更多的可能性。
第23卷 第12期 电子测量与仪器学报 Vol. 23 No. 12 · 88 ·JOURNAL OF ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT2009年12月本文于2009年6月收到。
*基金项目:国家自然科学基金(编号：30870656)资助项目阵列式表面肌电信号采集仪*赵章琰 陈 香 雷培源 杨基海(中国科学技术大学电子科学与技术系, 合肥 230027)摘 要: 采用阵列式电极, 通过空间滤波方法可提高表面肌电信号的MUAP 分辨能力。
本文实现的阵列式表面肌电信号采集仪由表面肌电电极阵列、信号调理电路和数据采集部分构成。
表面肌电电极阵列实现了镀金圆盘式和弹簧探针式两种类型, 信号调理电路对电极上的肌电信号进行放大和滤波, 数据采集部分将调理后的信号转换成数据并进行显示和存储。
电极阵列和前级信号调理电路集成在一起, 有效的降低了微弱信号通过导线传输所引入的干扰。
通过实验, 验证了这种阵列式表面肌电采集仪在研究肌肉中动作电位传播和利用空间滤波提高MUAP 分辨力的可行性, 并证实了镀金圆盘式电极在降低噪声方面、弹簧探针式电极在缩短MUAP 时长方面的优势。
关键词: 表面肌电电极阵列；镀金圆盘；弹簧探针；空间滤波；MUAP 时长 中图分类号: R318.6 文献标识码: A 国家标准学科分类代码: 310.6140Array acquisition instrument for surface electromyogramZhao Zhangyan Chen Xiang Lei Peiyuan Yang Jihai(University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China)Abstract: The discrimination of MUAP from surface Electromyogram (sEMG) can be improved by using elec-trodes array and space filtering method. According to this principle, an array acquisition instrument for sEMG was de-veloped in this paper, containing sEMG electrodes array, signal conditioning circuits and a data acquisition part. Gold plated disk shaped electrodes and spring probe electrodes built up two different kinds of sEMG electrode array; The conditioning circuit amplifies and filters the signal form electrode array; The data acquisition part converted the condi-tioned signal to digital for display and storage. The electrode array is integrated with the first-stage conditioning circuit, in order to prevent interferences of weak signal transmission through wires. It is proved that the array acquisition in-strument can be used in the research of action potential transmission in muscles, and it can improve the discrimination of MUAP by using space filtering method. It is also proved that the gold plated disk shaped electrodes work better in noise reduction and the spring probe electrodes work better in reducing the MUAP duration.Keywords: sEMG electrode array; gold plated disk shaped electrode; spring probe electrode; space filtering;MUAP duration1 引 言表面肌电(surface electromyogram, sEMG)是从皮肤表面检测相应位置内部肌肉肌电图的方法, 这种方法与传统的针电极EMG 相比, 具有无痛苦无损伤的优点。
表面肌电信号事实上是肌肉上各点的运动单位动作电位(motor unit action potentials, MUAP)通过皮下组织和皮肤, 在皮肤表面的叠加。
所以跟针电极EMG 相比, 它不利于区分出各个MUAP, 在医疗诊断中的应用受到限制。
研究表明, 通过空间滤波的方法可以提高对表面肌电信号MUAP 的分辨能力。
空间滤波的基本思想是采集皮肤表面多点的表面肌电信号, 通过线性变换尽可能的反演出肌肉内部的电位活动。
这种方第12期阵列式表面肌电信号采集仪·89 ·法需要用阵列式的电极来实现[1]。
文献[2-3]均提出了由针形电极构成的电极阵列, 文献[4]提出了一种柔性高密度的表面电极阵列, 这些电极阵列均可用于实现肌电信号的空间滤波。
另外, 表面肌电电极与皮肤的接触面积越小, MUAP的时间长度(简称时长)越小, 更有利于分解出单个的MUAP。
已有模型仿真的结果支持这个结论[5]。
表面肌电信号的幅度仅几微伏至几百微伏, 阻抗达兆欧级别。
因此它在采集和传输中会引入相对幅度较大的干扰。
这种干扰主要包含工频干扰[8]和来自一些其他设备的干扰例如电器开关、通讯设备等。
这些噪声可以通过工频陷波器、带通滤波器和采集后的算法[8]处理等方式减弱或消除, 还可以通过有源电极(即电极与放大电路集成在一起)进行一定程度的避免[6]。
基于表面肌电信号分解研究的要求, 本文研制了一种阵列式表面肌电采集仪, 它由表面肌电电极阵列、信号调理电路和数据采集部分构成。
其中, 针对低噪声、短MUAP时长、测量的便捷性和舒适性等要求分别研制了镀金圆盘式、弹簧探针式两种类型的表面肌电电极阵列；改变传统的电极阵列通过导线连接放大器的方式, 将电极阵列与前级信号调理电路集成在一起, 从而减轻微弱信号在电缆传输所引入的干扰。
最后, 通过多项实验对该阵列式表面肌电采集仪其进行了测试, 并对比了这两种类型阵列式电极一些特性的差异。
2实现方法如图1所示, 阵列式表面肌电采集仪主要由表面肌电电极阵列、信号调理电路、数据采集部分构成。
表面肌电电极阵列从皮肤表面采集多通道的肌电信号, 信号调理电路对该信号进行一定倍数的放大和一定频率的带通滤波, 数据采集部分将放大滤波之后的信号转换为数字信号, 传送给计算机, 由计算机内的软件显示并存储。
本章将详细介绍已实现两种类型的表面肌电电极、由这两种电极构成的阵列、分为前后两级的信号调理电路和数据采集的方式。
2.1镀金圆盘式电极如图2所示, 使用印刷电路板的方式在基板上图1 阵列式表面肌电采集仪的总体结构Fig. 1 Structure of the array acquisition instrument forsEMG印制直径2.5 mm, 厚度35 µm的铜质圆盘, 圆盘的中心通过“连接过孔”与处于印刷电路板其他层的导线连接。
在圆盘上镀镍, 并在镍层上镀金约0.1 µm, 形成表面肌电电极。
电极的外周以电路的参考点(也就是接地点)环绕以屏蔽线路中信号的串扰, 并涂覆绝缘涂层避免影响皮肤电位。
图2 镀金圆盘式电极Fig. 2 Gold plated disk shaped electrode一般来说, 表面肌电信号幅值在几十微伏至几毫伏的范围, 输入阻抗跟皮肤接触情况有关, 皮肤干燥时可高至数十兆欧。
为减小高阻抗、微电压的表面肌电信号在传输中引入的噪声, 所有电极与前级放大器集成在同一块印刷电路板上, 该放大器将信号放大一定倍数并进行一定的滤波之后, 再用导线连接到后级信号调理电路。
2.2弹簧探针式电极为进一步缩小电极与皮肤接触的面积, 并使各电极与皮肤表面接触的压力尽可能一致, 本文中选用了如图3所示的弹簧探针作为与皮肤接触的电极。
选用P50-D型成品测试探针：其前端为直径0.9 mm 的镍质圆头；由于其后端套筒里弹簧的作用, 该探针放置在皮肤表面并略施压力时, 会以约50 g的压力与皮肤接触；同时由于弹簧的存在, 在皮肤表面有突出的情况下, 整个阵列中的各个电极均可以与皮肤·90 ·电子测量与仪器学报第23卷接触良好。
图3 用作表面肌电电极的弹簧探针Fig. 3 Spring probe used for electrode所有探针构成一个阵列, 焊接在同镀金圆盘式电极一样的放大电路板上, 整个电路板由亚克力外壳封装, 并将探针露在外面用以接触皮肤, 如图4所示。
该阵列放置在皮肤上, 露在外面的探针可以弹性的收缩进0~2 mm, 与皮肤表面的突出外形相配合, 如图5所示。
图4 弹簧探针式电极构成的阵列Fig. 4 Array of spring probes图5 弹簧探针与皮肤表面的配合Fig. 5 Fit of spring probes and skin surface2.3电极阵列的构成本文实现的阵列电极排布方式如图6所示, 为20个纵横相邻排列的镀金圆盘电极或弹簧探针电极(图中标号1), 分为4行8列, 纵向和横向两两之间的间距分别为10 mm。
相应地, 电极两两之间构成纵横30个差分对, 其序号和极性由图5给出。
例如序号“+02−”表示该电极对连接一组差分放大电路, 被放大的信号是左边电极的电位减去右边电极的电位(图中标号2所示为差分各通道的差分放大器)。
从而20个电极纵横两两之间共计30对电位差分别被后面的信号调理电路放大和滤波后, 成为该电极阵列的30路输出信号。
图6中标号2所指区域为肌电信号测量的参考电极, 它连接信号调理电路的公共接地点, 确保各电极上的电位在放大器的输入范围之内。
