SEMG检测电极的设计

作者：时间：2011-03-18来源：网络收藏

2．1 SEMG检测电极结构
最初设计是采用Ag-Agcl圆盘表面电极，通过导联线引导信号至前置处理电路，结果导致信号基本上全部被工频干扰的噪声所淹没。在大量查阅国内外相关资料后，参照美国delsYs公司的电极，结合实际情况设计了表面肌电检测电极。为了减小噪声干扰的影响，将电极与前置处理电路密封在一起，并加以屏蔽层保护，将采集到的模拟信号转换成数字信号后经由屏蔽双绞线传送至数据处理系统进行处理，大大增强了信号的抗干扰能力。使用时将存放在保存液里的银极棒取出，插入PCB上的卡口，在皮肤上涂上导电胶，并用带魔术贴的绷带将电极固定在肌肉表面，接触面的凹槽设计可以使得电极更加贴紧皮肤，同时不容易移动造成运动伪差。
2．2 SEMG检测电极的设计
表面肌电信号非常微弱，其幅度约为15～100μV，为了方便后续处理(有源滤波A／D转换)准确有效，需将信号放大1 000～2 000倍，使幅值达到0～5 V之间。为了抑制叠加在输入端的共模信号，需要器件提供很高的共模抑制比(CMRR)。由于表皮和皮下肌肉间及电极与接触的皮肤间存在着阻抗，特别是表皮上的角质层在干燥干净的环境下其电阻率可达100 kΩ～1 MΩ，因此要求前级放大有很高的输入阻抗。国内外很多研究人员通过大量实验得出，SEMG信号的主要能量集中在50～150 Hz范围内，在实际检测时由于来自体表空气中、电源和电路本身的多种因素影响，检测到的SEMG往往夹带着甚低频(接近直流)和高频(远大于500 Hz)的干扰信号，为此在SEMG的次级处理电路中需要加入带通滤波器。另外，电源系统的50 Hz工频干扰噪声在许多情况下其幅度之大以至于将有用的肌电信号完全淹没，因此如何抑制50 Hz工频干扰噪声是肌电信号检测中首要解决问题。引入双T陷波器滤除的50 Hz工频干扰信号，其实质是一个带阻滤波器。其SEMG检测电极原理如图2所示。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/179433.htm

图2中，前级放大电路采用ADI公司结型场效应管(JFET)输入仪表放大器AD8220以及两片AD8627。AD8220的基本原理为三运放仪表放大器，该放大器的特点为JFET差动输入，单端输出。结型场效应管运算放大器AD8627作为电压跟随器，来提高共模抑制比，它是一个低输入偏置电流缓冲器，偏置电流小于1 pA，可采集十分微弱信号。OP2177具有高精度、低偏置、低功耗等特性，其片内集成了2个运放，可灵活组成各类放大和滤波电路，所以跟随器由OP2177构成。此电路中，前级放大倍数G1=1+49．4／(R4+R5)／／R6,设置G1为150，次级放大滤波电路放大倍数G2=10，所以总放大倍数G=G1xG2=150x10=1 500，足以将信号放大至伏级，以便于后级信号处理以及抗干扰能力大大增强。
2．3 SEMG检测电极实验设备
在本设计中，电极采用三极性电极，中间的电极为参考电极，用于降低噪声，提高共模抑制比。电极的极片采用圆柱状金属银条。其电路板如图3所示，尺寸为50 mmx25 mm，实验板的一面固定平行的3根金属银电极，银条之间的距离为10 mm，长为20 mm，孔径为1mm。实验板的另一面为SEMG检测电路，将银条分别接入如图3所示的孔中。在进行检测表面肌电信号时，应该合理地放置电极，避免放在肌肉的外边缘，电极很可能检测到来自邻近肌肉的串扰。测定时需用砂片和酒精擦拭皮肤去除油脂和角质层，并在皮肤上涂抹导电膏或生理盐水，使用粘膏将表面电极固定在皮肤上。电极与皮肤接触表面发生轻微的位移将会产生低频噪声，因此在测量时应在被测者情绪稳定情况下进行并尽量保持身体相对静止状态。总之，应当尽量减少外界对此次实验过程的干扰，才能有效提取有用的表面肌电信号。