一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，涉及生機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有采集人體肌肉電信號(hào)的方法在假肢應(yīng)用中，肌電信號(hào)容易發(fā)生漂移，導(dǎo)致識(shí)別的精度和準(zhǔn)確度下降的問題。本發(fā)明所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，能夠同時(shí)采集人體前臂表面肌電信號(hào)和近紅外信號(hào)，利用表面肌電信號(hào)和近紅外信號(hào)包含的人體運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行解碼，基于模式識(shí)別，識(shí)別出動(dòng)作。提高假肢控制的準(zhǔn)確性和抗干擾能力。本發(fā)明適用于為智能假肢提供人體肌肉的生機(jī)信號(hào)。
【專利說明】
一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于生機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]表面肌電信號(hào)是肌肉纖維動(dòng)作電位經(jīng)過肌肉、皮下組織、皮膚等濾波作用，時(shí)間和空間上疊加形成的。目前絕大多數(shù)商業(yè)假肢的控制，是用表面肌電電極采集人體前臂的肌肉電信號(hào)(Electromyography，EMG)作為信號(hào)源，對(duì)肌肉電信號(hào)包含的信息基于一定策略進(jìn)行解碼，識(shí)別出人的控制意圖，對(duì)假肢進(jìn)行控制。在實(shí)際的假肢應(yīng)用中，長時(shí)間使用會(huì)使，肌電信號(hào)容易發(fā)生漂移，導(dǎo)致識(shí)別的精度和準(zhǔn)確度下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有采集人體肌肉電信號(hào)的方法在假肢應(yīng)用中，肌電信號(hào)容易發(fā)生漂移，導(dǎo)致識(shí)別的精度和準(zhǔn)確度下降的問題，現(xiàn)提供一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)?目號(hào)米集系統(tǒng)。
[0004]—種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，它包括:多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)103和數(shù)據(jù)匯聚單元104;
[0005]采集節(jié)點(diǎn)103包括:表面肌電信號(hào)采集模塊、功能性近紅外信號(hào)采集模塊、無線傳輸和信號(hào)處理模塊、電源管理模塊和電池模塊；
[0006]表面肌電信號(hào)采集模塊用于采集人體表面肌電信號(hào)，功能性近紅外信號(hào)采集模塊用于采集入射到人體皮膚組織并經(jīng)肌肉組織反射或散射的近紅外光譜，
[0007]表面肌電信號(hào)采集模塊的表面肌電信號(hào)輸出端連接無線傳輸和信號(hào)處理模塊的表面肌電信號(hào)輸入端，功能性近紅外信號(hào)采集模塊的近紅外信號(hào)輸出端連接無線傳輸和信號(hào)處理模塊的近紅外信號(hào)輸入端，
[0008]無線傳輸和信號(hào)處理模塊將信號(hào)通過藍(lán)牙傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至數(shù)據(jù)匯聚單元104，
[0009]電池模塊的電壓信號(hào)輸出端連接電源管理模塊的電壓信號(hào)輸入端，電源管理模塊分別為表面肌電信號(hào)采集模塊、功能性近紅外信號(hào)采集模塊和無線傳輸和信號(hào)處理模塊供電。
[0010]表面肌電信號(hào)采集模塊包括:多個(gè)肌電電極201、前置放大電路202、二階高通濾波電路203、四階低通濾波電路204、有源雙T陷波電路205和一號(hào)電壓抬升模塊206;
[0011]功能性近紅外信號(hào)采集模塊包括:LED驅(qū)動(dòng)電路208、多波長LED209、光探測(cè)器210、二階低通濾波電路211和二號(hào)電壓抬升模塊212 ；
[0012]無線傳輸和信號(hào)處理模塊為藍(lán)牙4.1MCU 207，該藍(lán)牙4.1MCU207中包括:A/D轉(zhuǎn)換單元、驅(qū)動(dòng)單元和RF射頻單元；
[0013]多個(gè)肌電電極201分別用于采集人體不同位置的表面肌電信號(hào)，多個(gè)肌電電極201的表面肌電信號(hào)輸出端同時(shí)連接前置放大電路202的表面肌模擬信號(hào)輸入端，前置放大電路202的放大信號(hào)輸出端連接二階高通濾波電路203的放大信號(hào)輸入端，二階高通濾波電路203的高通濾波信號(hào)輸出端連接四階低通濾波電路204的高通濾波信號(hào)輸入端，四階低通濾波電路204的低通濾波信號(hào)輸出端連接有源雙T陷波電路205的低通濾波信號(hào)輸入端，有源雙T陷波電路205雙T陷波信號(hào)輸出端連接一號(hào)電壓抬升模塊206的雙T陷波信號(hào)輸入端，
[0014]驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接LED驅(qū)動(dòng)電路208的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，LED驅(qū)動(dòng)電路20 8的LED驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接多波長LED的LED驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，多波長LED發(fā)出的多波長LED光照射在人體皮膚表面，光探測(cè)器210用于米集人體皮膚表面發(fā)射和散射的多波長LED光，光探測(cè)器210的信號(hào)輸出端連接二階低通濾波電路211的信號(hào)輸入端，二階低通濾波電路211的低通濾波信號(hào)輸出端連接二號(hào)電壓抬升模塊212的低通濾波信號(hào)輸入端，
[0015]—號(hào)電壓抬升模塊206的模擬信號(hào)輸出端和二號(hào)電壓抬升模塊212的模擬信號(hào)輸出端同時(shí)連接A/D轉(zhuǎn)換單元的模擬信號(hào)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號(hào)輸出端連接RF射頻單元的數(shù)字信號(hào)輸入端。
[0016]本發(fā)明所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，能夠同時(shí)采集人體前臂表面肌電信號(hào)和近紅外信號(hào)，利用表面肌電信號(hào)和近紅外信號(hào)包含的人體運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行解碼，基于模式識(shí)別，識(shí)別出動(dòng)作。提高假肢控制的準(zhǔn)確性和抗干擾能力。
【附圖說明】
[0017]圖1為一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為采集節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為肌電電極與前置放大電路之間的具體連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為功能性近紅外信號(hào)采集模塊與無線傳輸和信號(hào)處理模塊的具體連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為充電基座的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為電路板與屏蔽層之間的位置示意圖；
[0023]圖7為采集節(jié)點(diǎn)外殼的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖8為采集節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)匯聚單元通訊的時(shí)序示意圖；
[0025]圖9為腕帶的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]【具體實(shí)施方式】一:參照?qǐng)D1具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，它包括:多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)103和數(shù)據(jù)匯聚單元104;
[0027]采集節(jié)點(diǎn)103包括:表面肌電信號(hào)采集模塊、功能性近紅外信號(hào)采集模塊、無線傳輸和信號(hào)處理模塊、電源管理模塊和電池模塊；
[0028]表面肌電信號(hào)采集模塊用于采集人體表面肌電信號(hào)，功能性近紅外信號(hào)采集模塊用于采集入射到人體皮膚組織并經(jīng)肌肉組織反射或散射的近紅外光譜，
[0029]表面肌電信號(hào)采集模塊的表面肌電信號(hào)輸出端連接無線傳輸和信號(hào)處理模塊的表面肌電信號(hào)輸入端，功能性近紅外信號(hào)采集模塊的近紅外信號(hào)輸出端連接無線傳輸和信號(hào)處理模塊的近紅外信號(hào)輸入端，
[0030]無線傳輸和信號(hào)處理模塊將信號(hào)通過藍(lán)牙傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至數(shù)據(jù)匯聚單元104，
[0031]電池模塊的電壓信號(hào)輸出端連接電源管理模塊的電壓信號(hào)輸入端，電源管理模塊分別為表面肌電信號(hào)采集模塊、功能性近紅外信號(hào)采集模塊和無線傳輸和信號(hào)處理模塊供電。
[0032]本實(shí)施方式中，表面肌電信號(hào)采集模塊、功能性近紅外信號(hào)采集模塊、無線傳輸和信號(hào)處理模塊、電源管理模塊和電池模塊均位于硬質(zhì)外殼內(nèi)。如圖6所示，表面肌電信號(hào)采集模塊、功能性近紅外信號(hào)采集模塊、電源管理模塊和電池模塊均位于同一塊印制電路板604上，無線傳輸和信號(hào)處理模塊位于另一塊印制電路板602上，兩塊印制電路板通過插座連接，且兩塊電路板之間有鎳銀金屬屏蔽層603，601表示鋰電池，200mAh，電壓7.4V，用于為多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)103供電。鋰電池與采集節(jié)點(diǎn)外殼上的銅質(zhì)觸點(diǎn)連接，采集節(jié)點(diǎn)在充電基座充電時(shí)，外殼上的銅質(zhì)觸電與基座相應(yīng)的觸點(diǎn)接觸，進(jìn)行充電；近紅外光源由鋰電池直接供電，電路中其他芯片的供電電壓由REG113轉(zhuǎn)換為3.3V，由ICL7660轉(zhuǎn)換為-3.3V。
[0033]在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)103可通過腕帶或雙面膠帶固定在人體上。所述腕帶的結(jié)構(gòu)如圖9所示，包含8個(gè)采集電極安裝位，901為采集節(jié)點(diǎn)安放槽，902為安放位置間隙，腕帶的材料為聚亞安酯，具有彈性，增加伸縮性，能夠適應(yīng)不同粗細(xì)的手臂。雙面膠帶能夠?qū)⒉杉姌O黏貼在皮膚表面，材料為無紡布。
[0034]數(shù)據(jù)匯聚單元104將信號(hào)發(fā)送至PC或智能假肢。數(shù)據(jù)匯聚單元104通過USB與PC通信;數(shù)據(jù)匯聚單元104通過UART(通用異步收發(fā)傳輸器)與智能假肢通信。
[0035]如圖8所示，設(shè)采集節(jié)點(diǎn)為6個(gè)，6個(gè)采集節(jié)點(diǎn)采用時(shí)分多址的方式，由數(shù)據(jù)匯聚中心發(fā)出同步時(shí)鐘信號(hào)，處于接收狀態(tài)，采集節(jié)點(diǎn)處于廣播狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)接收到時(shí)鐘信號(hào)以后，產(chǎn)生延遲，按照時(shí)序?qū)?shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)匯聚中心(即數(shù)據(jù)匯聚單元104)，數(shù)據(jù)匯聚中心可通過USB與電腦連接進(jìn)行前期訓(xùn)練或數(shù)據(jù)處理，可通過UART與假肢連接控制假肢。
[0036]近紅外光譜方法(NIRS)是近些年來發(fā)展起來的非侵入式、無損檢測(cè)的方法，近紅外光對(duì)人體組織有較強(qiáng)的穿透能力，當(dāng)近紅外光進(jìn)入人體組織被吸收和散射后，可得到對(duì)應(yīng)的反射和投射光譜，這種光譜攜帶了人體組織中多種成分信息，可以提取出人體肌肉運(yùn)動(dòng)信息，用于假肢控制，聯(lián)合表面肌電與功能性近紅外光譜用以提高假肢控制中的準(zhǔn)確度、抗干擾能力、普適性。
[0037]近紅外是非可見光，其波長范圍在700-2600mm，利用700-1100mm范圍的短波長近紅外光，在皮膚表面安裝光源和光探測(cè)器，光源發(fā)出的近紅外光經(jīng)皮膚、皮下組織、肌肉等折射、吸收與反射，到達(dá)光探測(cè)器，光源探測(cè)器光電轉(zhuǎn)化采集到反射和散射光信息，分析出還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白的含量變化，解碼肌肉運(yùn)動(dòng)狀況。
[0038]【具體實(shí)施方式】二:參照?qǐng)D2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，
[0039]表面肌電信號(hào)采集模塊包括:多個(gè)肌電電極201、前置放大電路202、二階高通濾波電路203、四階低通濾波電路204、有源雙T陷波電路205和一號(hào)電壓抬升模塊206;
[0040]功能性近紅外信號(hào)采集模塊包括:LED驅(qū)動(dòng)電路208、多波長LED209、光探測(cè)器210、二階低通濾波電路211和二號(hào)電壓抬升模塊212 ；
[0041 ] 無線傳輸和信號(hào)處理模塊為藍(lán)牙4.1MCU 207，該藍(lán)牙4.1MCU207中包括:A/D轉(zhuǎn)換單元、驅(qū)動(dòng)單元和RF射頻單元；
[0042]多個(gè)肌電電極201分別用于采集人體不同位置的表面肌電信號(hào)，多個(gè)肌電電極201的表面肌電信號(hào)輸出端同時(shí)連接前置放大電路202的表面肌模擬信號(hào)輸入端，前置放大電路202的放大信號(hào)輸出端連接二階高通濾波電路203的放大信號(hào)輸入端，二階高通濾波電路203的高通濾波信號(hào)輸出端連接四階低通濾波電路204的高通濾波信號(hào)輸入端，四階低通濾波電路204的低通濾波信號(hào)輸出端連接有源雙T陷波電路205的低通濾波信號(hào)輸入端，有源雙T陷波電路205雙T陷波信號(hào)輸出端連接一號(hào)電壓抬升模塊206的雙T陷波信號(hào)輸入端，
[0043]驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接LED驅(qū)動(dòng)電路208的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，LED驅(qū)動(dòng)電路20 8的LED驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接多波長LED的LED驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，多波長LED發(fā)出的多波長LED光照射在人體皮膚表面，光探測(cè)器210用于米集人體皮膚表面發(fā)射和散射的多波長LED光，光探測(cè)器210的信號(hào)輸出端連接二階低通濾波電路211的信號(hào)輸入端，二階低通濾波電路211的低通濾波信號(hào)輸出端連接二號(hào)電壓抬升模塊212的低通濾波信號(hào)輸入端，
[0044]—號(hào)電壓抬升模塊206的模擬信號(hào)輸出端和二號(hào)電壓抬升模塊212的模擬信號(hào)輸出端同時(shí)連接A/D轉(zhuǎn)換單元的模擬信號(hào)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號(hào)輸出端連接RF射頻單元的數(shù)字信號(hào)輸入端。
[0045]本實(shí)施方式中，設(shè)肌電電極201的個(gè)數(shù)為4個(gè)。前置放大電路202包括三個(gè)放大器，肌電電極采用雙差分布置方式，以提高表面肌電信號(hào)空間分辨率。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中電極I與一號(hào)放大器的正向輸入端連接，電極2與一號(hào)放大器的反向輸入端連接，電極3與二號(hào)放大器的正向輸入端連接，電極4與二號(hào)放大器的反向輸入端連接，一號(hào)放大器的輸出端與三號(hào)放大器的正向輸入端連接，二號(hào)放大器的輸出端與三號(hào)放大器的反向輸入端連接。
[0046]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一或二所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，它還包括:充電基座101，該充電基座101用于為多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)103充電，充電基座101的輸入電壓為交流電壓，取值范圍IlOV至240V之間，輸出電壓為直流電壓，其電壓值為8V，電流值為0.9A。
[0047]充電基座為獨(dú)立的采集節(jié)點(diǎn)電池充電，充電基座101的具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中501為采集節(jié)點(diǎn)插槽，50 2為適應(yīng)采集節(jié)點(diǎn)電極突出高度所設(shè)計(jì)的槽，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)6個(gè)采集節(jié)點(diǎn)同時(shí)充電，提高充電效率。
[0048]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】二所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，
[0049]二階高通濾波電路203為二階Sallen-key高通濾波電路，截止頻率為20Hz，增益為20dB，
[0050]四階低通濾波電路204為四階切比雪夫低通濾波電路，截止頻率為400Hz，增益為26dB，
[0051 ] 有源雙T陷波電路205為50Hz工頻陷波電路，能夠?qū)崿F(xiàn)50Hz工頻的去除。
[0052]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】二所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，
[0053]多波長LED209與光探測(cè)器210間距為25mm，
[0054]二階低通濾波電路211為Sallen-Key低通濾波電路，截止頻率為300Hz，
[0055]二號(hào)電壓抬升模塊212電壓抬升為3.3V。
[0056]功能性近紅外信號(hào)采集模塊與無線傳輸和信號(hào)處理模塊的具體連接關(guān)系如圖4所示，LED采用Marubeni公司多波長金屬封裝LED(L4*730/4*805/4*850-40Q96-1)，LED驅(qū)動(dòng)芯片為TLC59108，可實(shí)現(xiàn)恒流驅(qū)動(dòng)，共有8路輸出，每一路可以通過調(diào)節(jié)PWM和頻率單獨(dú)控制LED亮度與發(fā)光頻率，外置電阻R21和內(nèi)部寄存器IREF調(diào)節(jié)LED驅(qū)動(dòng)電流。具體控制調(diào)節(jié)由藍(lán)牙4.1MCU 207中的驅(qū)動(dòng)單元控制。
[0057]藍(lán)牙4.1MCU 207為TI公司CC2650低功耗藍(lán)牙4.1芯片，0:2650其010_29引腳映射為AD采集通道，采集近紅外信號(hào)；D10_36、D10_37映射為I2C通信SDA SCL，與TLC59108芯片SDA、SCL引腳連接，D10_38與TLC59108的RESET引腳相連，TLC59108芯片VCC引腳添加0.IuF電容去耦。光探測(cè)器210為TI公司的0PT101集成光電二極管和芯片內(nèi)置的跨阻放大器。
[0058]【具體實(shí)施方式】六:參照?qǐng)D7具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】二所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，肌電電極201的數(shù)量為4個(gè)，所述多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)還包括采集節(jié)點(diǎn)外殼，表面肌電信號(hào)采集模塊、功能性近紅外信號(hào)采集模塊、無線傳輸和信號(hào)處理模塊、電源管理模塊和電池模塊均位于該采集節(jié)點(diǎn)外殼內(nèi)，
[0059]采集節(jié)點(diǎn)外殼上開有一號(hào)肌電電極孔703-1、二號(hào)肌電電極孔703-2、三號(hào)肌電電極孔703-3、四號(hào)肌電電極孔703-4、LED孔702和光探測(cè)器孔704，LED孔702的中心與光探測(cè)器孔704的中心之間的距離為25mm，一號(hào)肌電電極孔703-1、二號(hào)肌電電極孔703-2、三號(hào)肌電電極孔703-3和四號(hào)肌電電極孔703-4孔呈2 X 2的矩形陣列形式排列，列間距為20mm，行間距為10_，光探測(cè)器孔704位于4個(gè)肌電電極孔組成的矩形陣列中心。
[0060]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】二所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，肌電電極201的數(shù)量為4個(gè)，4個(gè)肌電電極201均為銀質(zhì)電極，直徑為Imm，長度為15_。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于，它包括:多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)(103)和數(shù)據(jù)匯聚單元(104)； 采集節(jié)點(diǎn)(103)包括:表面肌電信號(hào)采集模塊、功能性近紅外信號(hào)采集模塊、無線傳輸和信號(hào)處理模塊、電源管理模塊和電池模塊； 表面肌電信號(hào)采集模塊用于采集人體表面肌電信號(hào)，功能性近紅外信號(hào)采集模塊用于采集入射到人體皮膚組織并經(jīng)肌肉組織反射或散射的近紅外光譜， 表面肌電信號(hào)采集模塊的表面肌電信號(hào)輸出端連接無線傳輸和信號(hào)處理模塊的表面肌電信號(hào)輸入端，功能性近紅外信號(hào)采集模塊的近紅外信號(hào)輸出端連接無線傳輸和信號(hào)處理模塊的近紅外信號(hào)輸入端， 無線傳輸和信號(hào)處理模塊將信號(hào)通過藍(lán)牙傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至數(shù)據(jù)匯聚單元(104)， 電池模塊的電壓信號(hào)輸出端連接電源管理模塊的電壓信號(hào)輸入端，電源管理模塊分別為表面肌電信號(hào)采集模塊、功能性近紅外信號(hào)采集模塊和無線傳輸和信號(hào)處理模塊供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于，表面肌電信號(hào)采集模塊包括:多個(gè)肌電電極(201)、前置放大電路(202)、二階高通濾波電路(203)、四階低通濾波電路(204)、有源雙T陷波電路(205)和一號(hào)電壓抬升模塊(206); 功能性近紅外信號(hào)采集模塊包括:LED驅(qū)動(dòng)電路(208)、多波長LED( 209)、光探測(cè)器(210)、二階低通濾波電路(211)和二號(hào)電壓抬升模塊(212); 無線傳輸和信號(hào)處理模塊為藍(lán)牙4.1MCU(207)，該藍(lán)牙4.1MCU(207)中包括:A/D轉(zhuǎn)換單元、驅(qū)動(dòng)單元和RF射頻單元； 多個(gè)肌電電極(201)分別用于采集人體不同位置的表面肌電信號(hào)，多個(gè)肌電電極(201)的表面肌電信號(hào)輸出端同時(shí)連接前置放大電路(202)的表面肌模擬信號(hào)輸入端，前置放大電路(202)的放大信號(hào)輸出端連接二階高通濾波電路(203)的放大信號(hào)輸入端，二階高通濾波電路(203)的高通濾波信號(hào)輸出端連接四階低通濾波電路(204)的高通濾波信號(hào)輸入端，四階低通濾波電路(204)的低通濾波信號(hào)輸出端連接有源雙T陷波電路(205)的低通濾波信號(hào)輸入端，有源雙T陷波電路(205)雙T陷波信號(hào)輸出端連接一號(hào)電壓抬升模塊(206)的雙T陷波信號(hào)輸入端， 驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接LED驅(qū)動(dòng)電路(208)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，LED驅(qū)動(dòng)電路(208)的LED驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接多波長LED的LED驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，多波長LED發(fā)出的多波長LED光照射在人體皮膚表面，光探測(cè)器(210)用于采集人體皮膚表面發(fā)射和散射的多波長LED光，光探測(cè)器(210)的信號(hào)輸出端連接二階低通濾波電路(211)的信號(hào)輸入端，二階低通濾波電路(211)的低通濾波信號(hào)輸出端連接二號(hào)電壓抬升模塊(212)的低通濾波信號(hào)輸入端， 一號(hào)電壓抬升模塊(206)的模擬信號(hào)輸出端和二號(hào)電壓抬升模塊(212)的模擬信號(hào)輸出端同時(shí)連接A/D轉(zhuǎn)換單元的模擬信號(hào)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號(hào)輸出端連接RF射頻單元的數(shù)字信號(hào)輸入端。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于，它還包括:充電基座(101)，該充電基座(101)用于為多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)(103)充電， 充電基座(101)的輸入電壓為交流電壓，取值范圍IlOV至240V之間，輸出電壓為直流電壓，其電壓值為8V，電流值為0.9A。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于， 二階高通濾波電路(203)為二階Sallen-key高通濾波電路，截止頻率為20Hz，增益為20dB， 四階低通濾波電路(204)為四階切比雪夫低通濾波電路，截止頻率為400Hz，增益為26dB， 有源雙T陷波電路(205)為50Hz工頻陷波電路，能夠?qū)崿F(xiàn)50Hz工頻的去除。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于， 多波長LED(209)與光探測(cè)器(210)間距為25mm， 二階低通濾波電路(211)為Sal Ien-Key低通濾波電路，截止頻率為300Hz， 二號(hào)電壓抬升模塊(212)電壓抬升為3.3V。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于，肌電電極(201)的數(shù)量為4個(gè)， 所述多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)還包括采集節(jié)點(diǎn)外殼(701)，表面肌電信號(hào)采集模塊、功能性近紅外信號(hào)采集模塊、無線傳輸和信號(hào)處理模塊、電源管理模塊和電池模塊均位于該采集節(jié)點(diǎn)外殼(701)內(nèi)， 采集節(jié)點(diǎn)外殼(701)上開有一號(hào)肌電電極孔(703-1)、二號(hào)肌電電極孔(703-2)、三號(hào)肌電電極孔(703-3)、四號(hào)肌電電極孔(703-4)、LED孔(702)和光探測(cè)器孔(704)， LED孔(702)的中心與光探測(cè)器孔(704)的中心之間的距離為25mm， 一號(hào)肌電電極孔(703-1)、二號(hào)肌電電極孔(703-2)、三號(hào)肌電電極孔(703-3)和四號(hào)肌電電極孔(703-4)孔呈2 X 2的矩形陣列形式排列， 列間距為2 Omm，行間距為I Omm， 光探測(cè)器孔(704)位于4個(gè)肌電電極孔組成的矩形陣列中心。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用于假肢控制的多源生機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于，肌電電極(201)的數(shù)量為4個(gè)，4個(gè)肌電電極(201)均為銀質(zhì)電極，直徑為1mm，長度為15mm。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK106073774SQ201610428746
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】姜力, 劉凱, 樊紹巍, 郭闖強(qiáng), 楊威, 張華杰
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)