表面肌电信号检测系统
基于MEMS技术的表面肌电信号检测电路设计与实现
基于MEMS技术的表面肌电信号检测电路设计与实现随着科技的发展，人们对生物医学领域的研究越来越深入。
其中，表面肌电信号（sEMG）的检测在康复医学、机器人控制、虚拟现实等多个领域发挥着重要作用。
本文将着重介绍基于微机电系统（MEMS）技术的sEMG信号检测电路的设计与实现，旨在为后续的相关研究提供参考。
一、需求分析对于sEMG信号的检测，我们希望能够采集到高质量的信号，并通过电路进行滤波和放大。
同时，为了提高系统的稳定性和可靠性，我们还需要考虑功耗、噪声等因素。
二、电路设计1. 信号采集为了从肌肉表面获取到sEMG信号，我们需要设计一个合适的电极。
由于肌肉电位较小，我们可以采用采样电极阵列的方式，将多个电极布置在感兴趣的肌肉区域上。
采样电极的材料应具有良好的生物相容性，常见的选择有金属、氧化物等。
此外，为了提高信号的质量，我们还需注意电极与皮肤之间的接触情况。
2. 信号处理为了提高信号的质量和可靠性，我们需要对采集到的sEMG信号进行处理。
首先，我们应该设计一个低噪声放大器放大sEMG信号。
为了增强系统的稳定性，我们可以引入可调增益放大器，并使用差分放大器来消除共模噪声。
其次，为了削弱高频噪声的干扰，我们可以设计一个低通滤波器进行信号滤波。
最后，为了方便后续的信号分析，我们可以将信号进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号。
3. 电源管理为了保证电路正常运行，我们需要设计一个合适的电源管理电路。
这个电路可以通过适当的电源管理模块来实现，包括电压稳定器、电池管理电路等。
同时，我们还需要考虑功耗的控制，以延长电池寿命或保持长时间的使用。
三、实现方案基于上述分析，我们可以提出以下的电路设计与实现方案。
1. 信号采集电路- 采集电极阵列的设计和布局- 电极与肌肉的接触优化方案2. 信号处理电路- 低噪声放大器的设计- 差分放大器的设计- 低通滤波器的设计- 模数转换电路的设计3. 电源管理电路- 电源管理模块的选择与设计- 功耗控制方案的设计四、实验验证与结果分析为了验证所设计的电路的效果，我们可以进行实验，并对实验结果进行分析。
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。
cometa无线表面肌电系统
cometa无线表面肌电系统
无线表面肌电测试分析系统简介
产品介绍：
原理：肌电信号是产生肌肉力的电信号根源，它是肌肉中许多运动单元动作电位在时间和空间上的叠加，反映了神经、肌肉的功能状态。
人体的运动是由运动神经放电，刺激相关肌肉收缩，以带动骨及关节来完成的，因此肌肉在收缩时会产生微弱的电信号。
表面肌电图是从肌肉表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号。
肌电信号本身是一种较微弱的电信号，加之皮肤和组织对肌电均有衰减作用, 在皮肤表面记录的表面肌电信号比针电极记录的信号更微弱, 也更易受干扰影响。
Cometa 肌电测试系统通过将特殊设计的电极，贴在肌肉表面来捕捉微弱的电信号，经放大并转换成数字信号，再通过无线方式送到电脑里用专业软件分析，能对神经-肌肉的功能做出评价。
应用领域：
运动生理教学与科研
体育基础理论教学，运动生理学教材中的试验部分。
肌肉收缩的生理学基础需要用该设备示教。
用肌电图研究肌肉的不同状态，肌肉之间的协调程度，收缩类型及强度。
运动训练及选材
指导科学训练:研究运动技术动作的生理学基础，帮助运动员改进技
术动作，科学训练
运动员选材：测试运动员的肌肉类型和工作能力，为科学选材提供理论依据
医学研究
检测神经对肌肉的支配程度和肌肉的损伤程度
康复领域神经肌肉疾病诊断，肌肉功能评价
人因工效学研究：
肌肉工作的工效学分析
表面肌电信号采集处理系统应用于典型的人机智能系统。
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。
表面肌电信号检测电路的原理与设计方法
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。
delsys无线表面肌电参数
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。
肌电信号采集系统选型
对于便携式应用，需要选择轻便、 易于携带的采集系统，以便于在各 种环境下进行实时监测和记录。
考虑采集系统的性能指标
采样率
采样率越高，能够记录的肌电信号细 节越多，但同时也会增加数据处理的 复杂性和存储需求。
分辨率
分辨率越高，能够记录的肌电信号幅 度范围越广，对于微弱信号的捕捉能 力更强。
数据处理和存储
兼容性和扩展性
采集系统应具备数据处理和存储功能，能 够将肌电信号数据导出并进行分析和处理 。
采集系统应具备良好的兼容性和扩展性， 能够与其他设备或软件进行连接和集成， 以满足不同用户的需求。
06
结论
总结
肌电信号采集系统在医疗、康复、运动科学等领 域具有广泛的应用前景，选择适合的肌电信号采 集系统对于实验结果和实际应用至关重要。
采集原理
通过无线传输技术将电极片采 集的肌电信号传输至接收器进 行处理。
优势
便携、可无线传输、便于移动 监测。
局限
信号质量可能受到无线传输干 扰的影响，需要定期充电或更
换电池。
03
肌电信号采集系统性能指标
分辨率
分辨率
分辨率决定了采集的肌电信号的 精度，高分辨率能够更好地捕捉 微弱的肌电信号，为后续分析提 供更准确的数据。
本文旨在为读者提供关于肌电信号采集系统选型的全面指南，帮助读者了解如何 根据实际需求选择适合的肌电信号采集系统。
肌电信号采集系统简介
肌电信号采集系统是一种用于测量和 记录肌肉活动的电子设备，通过贴在 皮肤表面的电极来检测肌肉在活动时 产生的微弱电信号。
该系统广泛应用于康复医学、生物医 学工程、运动科学等领域，对于评估 肌肉功能、诊断肌肉疾病、研究肌肉 活动等方面具有重要意义。
表面肌电信号检测电路的多通道设计及性能评估
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。
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信号处理
综合实训报告
题目表面肌电信号检测
学院通信与信息工程学院
专业及班级电子信息科学与技术1202
姓名李娟
学号 1207080205
指导教师赵谦
日期 2015年11月19日
一、研究的目的、意义
目的：表面肌电信号的检测主要是为了临床诊断及康复医学、运动医学等领域的研究分析。
意义:表面肌电（surface electromyography, sEMG）信号是神经肌肉系统在进行随意性和非随意性活动时的生物电变化经表面电极引导、放大、显示和记录所获得的一维电压时间序列信号，其振幅约为0-5mV，频率0-500Hz，信号形态具有较强的随机性和不稳定性。
与传统的针式肌电图相比，sEMG的空间分辨率相对较低，但是探测空间较大，重复性较好。
基础研究表明，sEMG 信号源于大脑运动皮层控制之下的脊髓α运动神经元的生物电活动，信号的振幅和频率特征变化取决于不同肌肉活动水平和功能状态下的运动单位活动同步化、肌纤维募集等生理性因素，以及探测电极位置、信号串线（crosstalk）、皮肤温度、肌肉长度和肌肉收缩方式等测量性因素的共同作用。
在控制良好的条件下，上述sEMG 信号活动的变化在很大程度上能够定量反映肌肉活动的局部疲劳程度、肌力水平、肌肉激活模式、运动单位兴奋传导速度、多肌群协调性等肌肉活动和中枢控制特征的变化规律，因而对于体育科学研究、康复医学临床和基础研究等具有重要的学术价值和应用意义。
随着人们对肌电信号研究与了解的日益深入和肌电检测技术的进步，肌电信号处理手段的发展与肌电信号处理的广泛应用成为肌电信号研究的一个突出特点。
肌电检测不仅是基础研究的需要，而且对于了解人体神经系统信息及康复工程都有着深远的意义。
二、实训内容
本组内容：肌电信号时域波形及频谱在上位机中的显示与处理
软件环境：LABVIEW
具体工作：LABVIEW和VISA的安装配置，程序的设计及后期的调试，以实现用LABVIEW进行串口通信,将所得数据转换并显示为波形的目的。
三、方案设计、工作流程
方案设计：
工作流程：
四、实验结果曲臂时的波形
第一周一搜集资料，安装配置LABVIEW软件
第三周程序总体的设计及优化
模拟信号进行仿真
第二周
第四周连接硬件电路板进行调试
轻屈臂效果（干扰小，波形稳定）
-1
-0.8-0.6-0.4-0.2
00.20.40.60.81
-6-5-4-3
-2-10
123sEMG 波形
时间/s
幅值/(V )
五、结果分析讨论
由图1～4波形可知，手臂的动作的强度不同，采集到的肌电信号有所差异，即波行的幅值有变化，其幅值范围在0.1mV～5mV，频率范围为10Hz～500Hz，主要频率成分是10Hz～300Hz，由图5～6看出，所采集肌电信号波形清晰，噪声成分较小，几乎没有明显工频噪声。
信号频率主要分布在5～350Hz，幅度约为5.5mV，与参考资料的肌电信号幅度、频谱接近。
基本符合预期结果。
六、小组协作情况
序号学号姓名个人所做工作
1 1207080205 李娟程序编写调试，制作ppt
2 1207080208 李小利程序编写调试，制作ppt
3 1207080222 张攀资料搜集与整理
4 120708022
5 石海涛程序编写调试，制作ppt
七、总结
本次我们的课题是表面肌电信号的采集与显示，我们组主要的任务是显示部分，采用labview软件实现。
由于自己是第一次使用该软件，第一周时间大部分时间都用于了解学习labview。
下面是自己关于labview的一些认识和总结：
Labview是一种程序开发环境,由美国NI公司研制开发它是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言-G图形语言，Labview采用数据流编程方式,程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。
在labview中创建一个VI文件，该文件包含三部分，分别是前面板，程序框图和图标/连线板，对一个VI文件的操作包含控件面板，函数面板，工具面板的使用运行，调试等。
Labview提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。
用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、
数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。
(广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域)。
对于整个labview串口通信及波形显示的总体程序图中存在的一些问题及关键点自己总结了以下几点：
关键点：labview中利用 VISA 节点进行串口通信
VISA即虚拟仪器软件体系结构，实质上是一个 I/O 口软件库及其规范的总称。
VISA 是应用于仪器编程的标准 I/0应用程序接口，采用面向对象编程，具有很好的兼容性、扩展
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000 |
Y
(
j
f
)
|
性和独立性。
中利用 VISA 节点进行串行通信编程。
为了方便用户使用，labview 将这些VISA 节点单独组成一个子模块，共包含8个节点，分别实现初始化串口、串口写、串口读、中断以及关闭串口等功能。
VISA串口的配置中应该注意的问题：
1.停止位不是常数 1 ，1.5 ，2 等，实际是10,15,20 数值。
2.终止符，一般默认是真，终止符一般默认是OA，即换行符。
3.字节数的确定，利用一个读取缓冲区字节数，读到字节数，就确定了VISA 读取里面那个字节数，然后用读取VISA 读出来。
未解决的问题
收发收据过程中不同步，导致收到的数据会有错误，以致影响到最后的信号波形没有达到预期的结果。
本次课设的收获与不足：通过本次课设对信号处理有了更进一步的认识，肌电信号从采集到显示过程中需进行放大，电压抬升，滤波，A/D转换等多步处理，其中肌电信号属于微弱信号，有明显的噪声及工频干扰，电路不稳定。
在数据传输与发送之间也存在误差，不能确保完全无误传输。
导致出现问题最重要的原因就是组与组之间没有协调好，整个系统调试的太晚，最后没有完美的展示出波形图非常遗憾，虽然课设结束了，但是我认为我们的工作还没有结束，在数据发送与接收之间应该继续完善。
同时感谢组员及各位老师的指点。
附录1 参考文献
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[4] 王金凤 .基于STM32 处理器的表面肌电无线采集装置设计[J] .《电子技术应用》2012 第38卷第7期
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[6] [OL].小草手把手教你LabVIEW 串口仪器控制,2012·湖南·长沙
[7] [OL].基于NI-VISA与LabVIEW的 USB接口应用设计
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