本發(fā)明涉及一種傳感器。特別是涉及一種測量表面肌電信號的傳感器及測量方法。

背景技術(shù)：

肌電信號是肌肉收縮時伴隨的電信號，其峰值一般為0-6mV，均方根值為0-1.5mV，頻率為0-500mV，主頻為50-150Hz之間。干擾介于0-60Hz之間。其應(yīng)用背景主要集中在康復(fù)醫(yī)學(xué)、體育科學(xué)，或者作為信號源進(jìn)行主動控制等領(lǐng)域。

目前，市場上有各種型號的肌電儀設(shè)備，有針式電極、貼片式電極、埋入電極、微電極。其中，

針式電極可測試深層肌電活動，涉及到的運(yùn)動單元少，具有真對性，能清楚的導(dǎo)出單個運(yùn)動電位和單個肌纖維的電位變化。但是其測試區(qū)域小，操作者的要求高，無法測量運(yùn)動中的肌電變化。

而貼片式電極檢測方便易行，不產(chǎn)生傷害，并且信號能夠反映整塊肌肉的機(jī)能變化，還能適用于測量運(yùn)動中的肌電變化。但是測量出來的信號往往受到溫度、濕度、人體自身抖動、情緒、皮膚厚度等因素的影響，導(dǎo)致測量出來表面肌電信號的幅值偏低，干擾信號太多，并且信號成分較為復(fù)雜。不利于應(yīng)用于人體肌肉組織狀況監(jiān)測，還對采用表面肌電信號作為控制源的機(jī)電設(shè)備或者儀器帶來一定的控制風(fēng)險。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠獲得穩(wěn)定、精確肌電信號的測量表面肌電信號的傳感器及測量方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種測量表面肌電信號的傳感器，包括殼體和上端蓋，所述殼體的底端面安裝有2個以上紅外溫度傳感器，2～3個氯化銀電極，以及1個濕度傳感器，所述殼體的側(cè)面安裝有一個正常采集指示燈和一個異常采集指示燈，所述殼體內(nèi)通過電路板固定柱安裝有電路板，所述紅外溫度傳感器、氯化銀電極、濕度傳感器、正常采集指示燈和異常采集指示燈分別通過導(dǎo)線連接所述電路板。

所述殼體的底端面的周邊設(shè)置有2個以上用于安裝紅外溫度傳感器的紅外溫度傳感器安裝孔，在所述殼體的底端面的中部并排設(shè)置有2～3個用于安裝氯化銀電極的氯化銀電極安裝槽，在2～3個氯化銀電極安裝槽中一組相鄰的兩個氯化銀電極安裝槽之間設(shè)置有用于安裝濕度傳感器的濕度傳感器安裝槽，所述殼體的側(cè)面設(shè)置有2個分別用于安裝正常采集指示燈和異常采集指示燈的燈孔。

所述殼體開口端的一周端面上形成有一圈凹槽，所述上端蓋在與所述殼體上的一圈凹槽相對應(yīng)處形成有一圈能夠嵌入到所述凹槽內(nèi)的凸起。

所述殼體外側(cè)設(shè)置有把手。

所述電路板上設(shè)置的電路包括有：單片機(jī)，所述單片機(jī)的信號輸入端通過傳輸總線分別連接2個以上的紅外溫度傳感器、2～3個氯化銀電極、濕度傳感器以及設(shè)置在所述電路板上的加速度傳感器，所述單片機(jī)的信號輸出端分別連接正常采集指示燈和異常采集指示燈。

所述單片機(jī)的信號輸出端還連接外部顯示器。

所述2個以上的紅外溫度傳感器、濕度傳感器和加速度傳感器分別各依次通過第一放大器、濾波器和第一AD轉(zhuǎn)換器連接所述傳輸總線。

所述2～3個氯化銀電極依次通過差分放大器、帶通濾波器、陷波濾波器和第二AD轉(zhuǎn)換器連接所述傳輸總線。

一種測量表面肌電信號的傳感器的測量方法，包括如下步驟：

1)系統(tǒng)初始化；

2)設(shè)定溫度值和濕度值；

3)分別啟動紅外溫度傳感器和濕度傳感器，獲取溫度信息后進(jìn)入下一步驟，獲取濕度值后進(jìn)入步驟5)；

4)計(jì)算2個以上紅外溫度傳感器的平均溫度值；

5)將平均溫度值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，將濕度值與設(shè)定的濕度值進(jìn)行比較，當(dāng)平均溫度值和濕度值都處于預(yù)設(shè)值區(qū)間內(nèi)，進(jìn)入下一步驟，當(dāng)平均溫度值和濕度值都處于預(yù)設(shè)值區(qū)間外，或者平均溫度值和濕度值中任一項(xiàng)處于預(yù)設(shè)值區(qū)間外時，返回步驟1)，并開啟異常采集指示燈；

6)啟動氯化銀電極和加速度傳感器，采集表面肌電信號和加速度信號，并開啟正常采集指示燈；

7)輸出表面肌電信號、加速度信號、平均溫度值信號和濕度值信號。

步驟2)設(shè)定的溫度值為36°～37°，所述的濕度值為32％～45％。

本發(fā)明的一種測量表面肌電信號的傳感器及測量方法，通過濕度、溫度信號對肌電的采集進(jìn)行控制，確保能夠獲得穩(wěn)定、精確的肌電信號，應(yīng)用于醫(yī)用外科設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域。具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡單可靠，采集信號平穩(wěn)，可適當(dāng)消除人體溫度、汗液對信號采集的影響。

(2)可針對不同狀態(tài)的測量設(shè)置不同的閾值范圍，便于后期的信號分析，以及信號控制。如安靜平穩(wěn)時，人體溫度平穩(wěn)、出汗少，閾值應(yīng)該稍嚴(yán)格，以保證測量準(zhǔn)確的表面肌電信號。運(yùn)動時，人體溫度升高、出汗多，閾值應(yīng)該根據(jù)樣本進(jìn)行合理設(shè)置，以保證測量準(zhǔn)確的表面肌電信號。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種測量表面肌電信號的傳感器外部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中殼體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中氯化銀電極結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中上端蓋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明中電路板在殼體內(nèi)設(shè)置的示意圖；

圖6是本發(fā)明中殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明中電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明方法流程圖。

圖中

1：殼體 2：紅外溫度傳感器

3：氯化銀電極 4：濕度傳感器

5：正常采集指示燈 6：異常采集指示燈

7：上端蓋 8：電路板

9：凸起 10：凹槽

11：電路板固定柱 12：氯化銀電極安裝槽

13：紅外溫度傳感器安裝孔 14：導(dǎo)線

15：濕度傳感器安裝槽 16、17：燈孔

18：把手 19：加速度傳感器

20：單片機(jī) 21：傳輸總線

22：第一放大器 23：濾波器

24：第一AD轉(zhuǎn)換器 25：差分放大器

26：帶通濾波器 27：陷波濾波器

28：第二AD轉(zhuǎn)換器 29：外部顯示器

30：時鐘 31：看門狗

32：電源

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的一種測量表面肌電信號的傳感器及測量方法做出詳細(xì)說明。

本發(fā)明的一種測量表面肌電信號的傳感器及測量方法，包括肌電電極、加速度傳感器、紅外溫度傳感器、濕度傳感器。當(dāng)進(jìn)行表面肌電信號采集時，由于皮膚溫度和汗液對皮膚與表面肌電電極之間的阻抗變化很大，將影響表面肌電信號的準(zhǔn)確性。所以將采集來的溫度、濕度信號作為表面肌電信號采集的控制源。若溫度、濕度處于預(yù)定的范圍，啟動開關(guān)進(jìn)行表面肌電信號、加速度信號進(jìn)行采集，若不在預(yù)定的范圍內(nèi)，說明此時若進(jìn)行采集，將得到不準(zhǔn)確的表面肌電信號。

如圖1、圖5所示，本發(fā)明的一種測量表面肌電信號的傳感器，包括殼體1和上端蓋7，所述殼體1的底端面安裝有2個以上紅外溫度傳感器2，2～3個氯化銀電極3，以及1個濕度傳感器4，所述殼體1的側(cè)面安裝有一個正常采集指示燈5和一個異常采集指示燈6，所述殼體1內(nèi)通過電路板固定柱11安裝有電路板8，所述紅外溫度傳感器2、氯化銀電極3、濕度傳感器4、正常采集指示燈5和異常采集指示燈6分別通過導(dǎo)線14連接所述電路板8。所述殼體1外側(cè)設(shè)置有把手18。

如圖2所示，所述殼體1的底端面的周邊設(shè)置有2個以上用于安裝紅外溫度傳感器2的紅外溫度傳感器安裝孔13，在所述殼體1的底端面的中部并排設(shè)置有2～3個用于安裝氯化銀電極3的氯化銀電極安裝槽12，在2～3個氯化銀電極安裝槽12中一組相鄰的兩個氯化銀電極安裝槽12之間設(shè)置有用于安裝濕度傳感器4的濕度傳感器安裝槽15，所述殼體1的側(cè)面設(shè)置有2個分別用于安裝正常采集指示燈5和異常采集指示燈6的燈孔16、17。

如圖2、圖4所示，所述殼體1開口端的一周端面上形成有一圈凹槽10，所述上端蓋7在與所述殼體1上的一圈凹槽10相對應(yīng)處形成有一圈能夠嵌入到所述凹槽10內(nèi)的凸起9。

如圖6、圖7所示，所述電路板8上設(shè)置的電路包括有：單片機(jī)20，所述單片機(jī)20采用型號為80C51或stc89s52或AT89C51的單片機(jī)。所述單片機(jī)20的信號輸入端通過傳輸總線21分別連接2個以上的紅外溫度傳感器2、2～3個氯化銀電極3、濕度傳感器4以及設(shè)置在所述電路板8上的加速度傳感器19，所述單片機(jī)20的信號輸出端分別連接正常采集指示燈5和異常采集指示燈6。所述單片機(jī)20還分別連接時鐘30、看門狗31和電源32。所述單片機(jī)20的信號輸出端還連接外部顯示器29。

所述2個以上的紅外溫度傳感器2、濕度傳感器4和加速度傳感器19分別各依次通過第一放大器22、濾波器23和第一AD轉(zhuǎn)換器24連接所述傳輸總線21。所述2～3個氯化銀電極3依次通過差分放大器25、帶通濾波器26、陷波濾波器27和第二AD轉(zhuǎn)換器28連接所述傳輸總線21。

2個以上的紅外溫度傳感器2、2～3個氯化銀電極3、濕度傳感器4以及設(shè)置在所述電路板8上的加速度傳感器19通過導(dǎo)線14將采集到的信號通過設(shè)置在電路板8上放大、濾波電路濾掉干擾信號，再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換電路傳遞到單片機(jī)20，中進(jìn)行處理(見流程圖8)，處理完的信號由單片機(jī)20傳遞給外部顯示器以及指示燈(包括正常采集指示燈，異常采集指示燈)。

本發(fā)明的一種測量表面肌電信號的傳感器，當(dāng)進(jìn)行信號采集時，選擇合適的肌肉，用酒精擦拭肌肉表面的皮膚，將傳感器貼于皮膚的表面，用繃帶固定好。通過上位機(jī)使得單片機(jī)系統(tǒng)初始化，再預(yù)先設(shè)置合適的溫度以及濕度(比如人體溫度處于37°左右，相對濕度處于40％左右閾值，啟動測量溫度、濕度程序，計(jì)算4個紅外溫度傳感器測量過來的溫度平均值，將溫度平均值和濕度值與預(yù)設(shè)的溫度、濕度值進(jìn)行比較，若處于預(yù)設(shè)的范圍外，開啟異常采集指示燈，返回系統(tǒng)初始化階段，若處于預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，開啟正常采集指示燈，并啟動表面肌電信號，加速度信號采集程序，進(jìn)行采集，并輸出表面肌電信號，加速度信號，溫度信號和濕度信號。

如圖8所示，本發(fā)明的測量表面肌電信號的傳感器的測量方法，具體包括如下步驟：

1)系統(tǒng)初始化；

2)設(shè)定溫度值和濕度值；由于人體溫度處于大于36°小于37°間，相對濕度處于大于32％，小于45％。所以，設(shè)定的溫度值為36°～37°，所述的濕度值為32％～45％。

3)分別啟動紅外溫度傳感器和濕度傳感器，獲取溫度信息后進(jìn)入下一步驟，獲取濕度值后進(jìn)入步驟5)；

4)計(jì)算2個以上紅外溫度傳感器的平均溫度值；

5)將平均溫度值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，將濕度值與設(shè)定的濕度值進(jìn)行比較，當(dāng)平均溫度值和濕度值都處于預(yù)設(shè)值區(qū)間內(nèi)(注：預(yù)設(shè)區(qū)間是平均溫度值大于36°，小于37°，相對濕度大于32％，小于45％時)，進(jìn)入下一步驟，當(dāng)平均溫度值和濕度值都處于預(yù)設(shè)值區(qū)間外，或者平均溫度值和濕度值中任一項(xiàng)處于預(yù)設(shè)值區(qū)間外時，返回步驟1)，并開啟異常采集指示燈；例如平均溫度值小于36°或者大于37°，并且相對濕度小于32％或者大于45％時，開啟異常采集指示燈，返回系統(tǒng)初始化階段。

6)啟動氯化銀電極和加速度傳感器，采集表面肌電信號和加速度信號，并開啟正常采集指示燈；如若平均溫度值大于36°小于37°，并且相對濕度大于32％或者小于45％時，開啟正常采集指示燈，并啟動表面肌電信號，加速度信號采集程序，進(jìn)行采集，

7)輸出表面肌電信號、加速度信號、平均溫度值信號和濕度值信號。