CN115032570A - 一种肌电信号采集极板的脱落检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，公开了一种肌电信号采集极板的脱落检测电路，包括比较电路、电压调节电路、基准电压源和MCU。其中，采集极板包括第一极板和第二极板，第一极板和第二极板与人体接触，用于采集肌电信号，该肌电信号与电压调节电路的输出共同接入比较电路的第一端，比较电路将经过电压调节电路处理的肌电信号与基准电压源产生的基准电压进行比较，在第一极板与第二极板均与人体正常连接时产生一个信号作为判断结果，在第一极板或第二极板脱落时，产生另一个信号作为判断结果，并将判断结果发送至MCU，从而MCU能够通过信号的变化识别出极板是否脱落。

Description

一种肌电信号采集极板的脱落检测电路

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种肌电信号采集极板的脱落检测电路。

背景技术

肌电信号(EMG)是众多肌纤维中运动单元动作电位(MUAP)在时间和空间上的叠加。表面肌电信号(SEMG)是浅层肌肉EMG和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应，能在一定程度上反映神经肌肉的活动。SEMG在测量上具有非侵入性、无创伤、操作简单等优点。因而，SEMG在临床医学、人机功效学、康复医学以及体育科学等方面均有重要的实用价值。

在具体实施中，设备以极板接触人体的方式采集SEMG，以进行分析和评估，而极板的脱落会导致SEMG采集的缺失和不准确。

由此可见，如何对肌电信号采集极板的脱落进行检测是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种肌电信号采集极板的脱落检测电路，用于对肌电信号采集极板的脱落进行检测。

为解决上述技术问题，本发明提供一种肌电信号采集极板的脱落检测电路，该电路包括：

比较电路、电压调节电路、基准电压源、MCU；

所述电压调节电路的输出端和第一极板共同连接所述比较电路的第一端，用于对所述第一极板采集的肌电信号处理后传输至所述比较电路进行比较；

所述电压调节电路的输出端和第二极板共同连接所述比较电路的第二端，用于对所述第二极板采集的肌电信号处理后传输至所述比较电路进行比较；

所述基准电压源的输出端连接所述比较电路的第三端和第四端，用于为所述比较电路提供基准电压；

所述MCU连接所述比较电路的输出端，用于获取所述比较电路的比较结果并根据所述比较结果确定极板的脱落状态。

优选的，还包括：第一隔离电路和第二隔离电路；

所述电压调节电路的输出端和所述第一极板通过所述第一隔离电路与所述比较电路的第一端连接；

所述电压调节电路的输出端和所述第二极板通过所述第二隔离电路与所述比较电路的第二端连接。

优选的，所述电压调节电路包括：

第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端连接，共同作为所述电压调节电路的输出端连接所述第一隔离电路和所述第二隔离电路；所述第一电阻的第二端连接电源，所述第二电阻的第二端接地。

优选的，所述第一隔离电路包括：

第一运算放大器和第一电容；

所述第一运算放大器的同相输入端连接所述电压调节电路的输出端、所述第一极板以及所述第一电容的第一端；

所述第一运算放大器的输出端连接所述第一运算放大器的反相输入端和所述比较电路的第一端；

所述第一电容的第二端接地；

所述第二隔离电路包括：第二运算放大器和第二电容；

所述第二运算放大器的同相输入端连接所述电压调节电路的输出端、所述第二极板以及所述第二电容的第一端；

所述第二运算放大器的输出端连接所述第二运算放大器的反相输入端和所述比较电路的第二端；

所述第二电容的第二端接地。

优选的，所述比较电路包括：

第三运算放大器、第四运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻；

所述第三电阻的第一端作为所述比较电路的第一端连接所述第一运算放大器的输出端，所述第三电阻的第二端连接所述第三运算放大器的同相输入端；

所述第四电阻的第一端作为所述比较电路的第二端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第四电阻的第二端连接所述第四运算放大器的同相输入端；

所述第三运算放大器的反相输入端作为所述比较电路的第三端、所述第四运算放大器的反相输入端作为所述比较电路的第四端共同连接所述基准电压源的输出端；

所述第五电阻的第一端连接电源，所述第五电阻的第二端连接所述第三运算放大器的输出端和所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端和所述第四运算放大器的输出端连接，共同作为所述比较电路的输出端连接所述MCU。

优选的，所述基准电压源包括：

第七电阻、第八电阻、第三电容；

所述第七电阻的第一端连接电源，所述第八电阻的第一端和所述第三电容的第一端共接地，所述第七电阻的第二端、所述第八电阻的第二端以及所述第三电容的第二端共同作为所述基准电压源的输出端连接所述第三运算放大器的反相输入端和所述第四运算放大器的反相输入端。

优选的，还包括：第九电阻、第十电阻、第四电容、第五电容；

所述第九电阻的第一端和所述第四电容的第一端共同连接所述电压调节电路的输出端，所述第四电容的第二端接地，所述第九电阻的第二端连接所述第一运算放大器的同相输入端；

所述第十电阻的第一端和所述第五电容的第一端共同连接所述电压调节电路的输出端，所述第五电容的第二端接地，所述第十电阻的第二端连接所述第二运算放大器的同相输入端。

优选的，还包括：第十一电阻、第一稳压二极管、第二稳压二极管；

所述第一稳压二极管的阳极连接所述比较电路的输出端，所述第一稳压二极管的阴极、所述第十一电阻的第一端以及所述第二稳压二极管的阴极共同连接所述MCU，所述第十一电阻的第二端和所述第二稳压二极管的阳极共接地。

优选的，还包括：滤波电路；

所述滤波电路连接电源和所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第三运算放大器、所述第四运算放大器的电源端。

优选的，还包括：

报警装置；

所述报警装置连接所述MCU。

本发明所提供的肌电信号采集极板的脱落检测电路，包括比较电路、电压调节电路、基准电压源和MCU。其中，采集极板包括第一极板和第二极板，第一极板和第二极板与人体接触，用于采集肌电信号，该肌电信号与电压调节电路的输出共同接入比较电路的第一端，比较电路将经过电压调节电路处理的肌电信号与基准电压源产生的基准电压进行比较，在第一极板与第二极板均与人体正常连接时产生一个信号作为判断结果，在第一极板或第二极板脱落时，产生另一个信号作为判断结果，并将判断结果发送至MCU，从而MCU能够通过信号的变化识别出极板是否脱落。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种肌电信号采集极板的脱落检测电路的结构图；

图2为本申请实施例提供的一种肌电信号采集极板的脱落检测电路的电路图；

附图标记如下：1为第一极板，2为第二极板，3为电压调节电路，4为比较电路，5为基准电压源，6为MCU。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

肌电信号(EMG)是众多肌纤维中运动单元动作电位(MUAP)在时间和空间上的叠加。表面肌电信号(SEMG)是浅层肌肉EMG和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应，能在一定程度上反映神经肌肉的活动。SEMG在测量上具有非侵入性、无创伤、操作简单等优点。因而，SEMG在临床医学、人机功效学、康复医学以及体育科学等方面均有重要的实用价值。

在具体实施中，设备以极板接触人体的方式采集SEMG，以进行分析和评估，而极板的脱落会导致SEMG采集的缺失和不准确。

本发明的核心是提供一种肌电信号采集极板的脱落检测电路，用于对肌电信号采集极板的脱落进行检测。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本申请实施例提供的一种肌电信号采集极板的脱落检测电路的结构图，如图1所示，该电路包括：

比较电路4、电压调节电路3、基准电压源5、MCU6；

电压调节电路3的输出端和第一极板1共同连接比较电路4的第一端，用于对第一极板1采集的肌电信号处理后传输至比较电路4进行比较；

电压调节电路3的输出端和第二极板2共同连接比较电路4的第二端，用于对第二极板2采集的肌电信号处理后传输至比较电路4进行比较；

基准电压源5的输出端连接比较电路4的第三端和第四端，用于为比较电路4提供基准电压；

MCU6连接比较电路4的输出端，用于获取比较电路4的比较结果并根据比较结果确定极板的脱落状态。

需要说明的是，表面肌电信号是肌肉收缩时伴随的电信号，是在体表无创检测肌肉活动的重要方法。采集极板采集到的肌电信号通常较微弱，根据神经生理知识，肌肉动作电位将产生-90mV到30mV的电势差，由于人体是电的不良导体(1MΩ数量级内阻)，故从体表的第一极板1和第二极板2上只能获得1mV左右的峰值。可以理解的是，过小的肌电信号不利于后续比较电路4的比较，降低了极板脱落的检测精度。因此，实施例中的电压调节电路3用于对肌电信号进行调节，以增大肌电信号与基准电压之间的差距，以在极板脱落时准确的识别出比较结果的不同，提高极板脱落的检测精度。本实施例中的基准电压源5提供的基准电压用于和调节后的肌电信号进行比较，因此具体的基准电压值应当与电压调节电路3调节的电压相关。

本实施例中的MCU6用于获取比较电路4的比较结果，并根据比较结果确定极板的脱落状态。在具体实施中，MCU6可以与报警装置连接，例如指示灯蜂鸣器等，其可以在确定极板脱落时控制报警装置工作，实现对极板脱落的报警。MCU6也可以与显示设备连接，可以将比较结果通过显示设备进行展示。

本发明实施例提供的肌电信号采集极板的脱落检测电路，包括比较电路、电压调节电路、基准电压源和MCU。其中，采集极板包括第一极板和第二极板，第一极板和第二极板与人体接触，用于采集肌电信号，该肌电信号与电压调节电路的输出共同接入比较电路的第一端，比较电路将经过电压调节电路处理的肌电信号与基准电压源产生的基准电压进行比较，在第一极板与第二极板均与人体正常连接时产生一个信号作为判断结果，在第一极板或第二极板脱落时，产生另一个信号作为判断结果，并将判断结果发送至MCU，从而MCU能够通过信号的变化识别出极板是否脱落。

可以理解的是，表面肌电信号很微弱，也容易受到干扰，引入电气元件会影响极板的脱落检测。因此在本实施例中，还包括：第一隔离电路和第二隔离电路；

电压调节电路3的输出端和第一极板1通过第一隔离电路与比较电路4的第一端连接；

电压调节电路3的输出端和第二极板2通过第二隔离电路与比较电路4的第二端连接。

本实施例中的隔离电路包括第一隔离电路和第二隔离电路，分别与第一极板与第二极板连接，如果直接将比较电路加在采集信号端会影响采集通道的性能指标，通过隔离电路起到信号隔离传输的目的。在具体实施中，隔离电路可以使用运放，也可以使用变压器、光耦等。

本实施例还提供一种具体的电压调节电路3，图2为本申请实施例提供的一种肌电信号采集极板的脱落检测电路的电路图，如图2所示，电压调节电路3包括：

第一电阻R1和第二电阻R2；

第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端连接，共同作为电压调节电路3的输出端连接第一隔离电路和第二隔离电路；第一电阻R1的第二端连接电源，第二电阻R2的第二端接地。

在电压调节电路3中，第一电阻R1和第二电阻R2作为分压电阻接入电源，第一电阻R1和第二电阻R2的连接点与肌电信号共同接入隔离电路。

本实施例还提供一种具体的隔离电路，如图2所示，第一隔离电路包括：

第一运算放大器X1和第一电容C1；

第一运算放大器X1的同相输入端连接电压调节电路3的输出端、第一极板1以及第一电容C1的第一端；

第一运算放大器X1的输出端连接第一运算放大器X1的反相输入端和比较电路4的第一端；

第一电容C1的第二端接地；

第二隔离电路包括：第二运算放大器X2和第二电容C2；

第二运算放大器X2的同相输入端连接电压调节电路3的输出端、第二极板2以及第二电容C2的第一端；

第二运算放大器X2的输出端连接第二运算放大器X2的反相输入端和比较电路4的第二端；

第二电容C2的第二端接地。

本实施例选用运算放大器作为电压跟随器，起到信号隔离的作用。众所周知，电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。电压隔离器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离”作用。电压跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低特点，可以极端一点去理解，当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路；当输出阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响。一个对前级电路相当于开路，输出电压又不受后级阻抗影响的电路当然具备隔离作用，使前、后级电路之间互不影响。第一电容C1和第二电容C2起到滤波作用。

本实施例还提供一种具体的基准电压源5，如图2所示，基准电压源5包括：

第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3；

第七电阻R7的第一端连接电源，第八电阻R8的第一端和第三电容C3的第一端共接地，第七电阻R7的第二端、第八电阻R8的第二端以及第三电容C3的第二端共同作为基准电压源5的输出端连接第三运算放大器X3的反相输入端和第四运算放大器X4的反相输入端。

需要说明的是，肌电信号是接近0V的电压，作为优选的实施方式，本实施例中第一电阻R1连接的电源为负值，相应的，后续的基准电压源5产生的基准电压也为负值。根据运算放大器虚短虚断的特性，运算放大器的输出电压为相应的肌电信号加上第一电阻R1和第二电阻R2连接处电压。当极板脱落时，进入比较电路4的电压为0V，大于基准电压的负值，因此输出的信号为高电平。当极板正常连接时，进入比较电路4的电压是一个小于基准电压的负值，因此比较电路4输出的信号为低电平。由此，MCU6能够根据信号的不同确定极板是否脱落。

本实施例提供的肌电信号采集极板的脱落检测电路，使用运算放大器作为隔离电路，实现肌电信号采集端与比较电路的信号隔离。

本实施例还提供一种具体的比较电路4，如图2所示，比较电路4包括：

第三运算放大器X3、第四运算放大器X4、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6；

第三电阻R3的第一端作为比较电路4的第一端连接第一运算放大器X1的输出端，第三电阻R3的第二端连接第三运算放大器X3的同相输入端；

第四电阻R4的第一端作为比较电路4的第二端连接第二运算放大器X2的输出端，第四电阻R4的第二端连接第四运算放大器X4的同相输入端；

第三运算放大器X3的反相输入端作为比较电路4的第三端、第四运算放大器X4的反相输入端作为比较电路4的第四端共同连接基准电压源5的输出端；

第五电阻R5的第一端连接电源，第五电阻R5的第二端连接第三运算放大器X3的输出端和第六电阻R6的第一端，第六电阻R6的第二端和第四运算放大器X4的输出端连接，共同作为比较电路4的输出端连接MCU6。

在本实施例中，第三电阻R3和第四电阻R4作为匹配电阻连接隔离电路的运算放大器和比较电路4中的运算放大器，第五电阻R5和第六电阻R6作为上拉电阻，起到提高输出高电平值的作用，其中，第六电阻R6的阻值可以是0V，在其他实施例中也可以省略。

本实施例提供的肌电信号采集极板的脱落检测电路，比较电路包括第三运算放大器和第四运算放大器，在第一极板和第二极板有任一脱落时实现输出信号的改变，从而使MCU能够确定极板是否脱落。

在具体实施中，人体皮肤表面会存在静电，当极板刚接触皮肤表面时，静电会对肌电信号采集极板的脱落检测电路中的元件造成损伤。因此如图2所示，本实施例中还包括：第九电阻R9、第十电阻R10、第四电容C4、第五电容C5；

第九电阻R9的第一端和第四电容C4的第一端共同连接电压调节电路3的输出端，第四电容C4的第二端接地，第九电阻R9的第二端连接第一运算放大器X1的同相输入端；

第十电阻R10的第一端和第五电容C5的第一端共同连接电压调节电路3的输出端，第五电容C5的第二端接地，第十电阻R10的第二端连接第二运算放大器X2的同相输入端。

本实施例中的电阻与电容组成防过冲结构，用于防止静电等干扰对电路中的元件造成损伤。

在上述实施例中介绍到，比较电路4的输出端接到MCU6，在具体实施中，为了实现对MCU6的保护，肌电信号采集极板的脱落检测电路还包括：第十一电阻R11、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2；

第一稳压二极管D1的阳极连接比较电路4的输出端，第一稳压二极管D1的阴极、第十一电阻R11的第一端以及第二稳压二极管D2的阴极共同连接MCU6，第十一电阻R11的第二端和第二稳压二极管D2的阳极共接地。

本实施例通过稳压二极管与第十一电阻的分压，实现对MCU的保护，也避免电路中的元件被击穿。

通过上述实施例的介绍可知，本实施例中的肌电信号较小，电路中的电压较低，多次谐波对弱电系统的干扰特别严重，为减少谐波对弱电系统的干扰，本实施例中还包括：滤波电路；

滤波电路连接电源和第一运算放大器X1、第二运算放大器X2、第三运算放大器X3、第四运算放大器X4的电源端。

本实施例提供的滤波电路与电路中接入的电源连接，以对接入电压进行滤波，减少干扰。

以上对本发明所提供的肌电信号采集极板的脱落检测电路进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种肌电信号采集极板的脱落检测电路，其特征在于，包括：

比较电路、电压调节电路、基准电压源、MCU；

所述电压调节电路的输出端和第一极板共同连接所述比较电路的第一端，用于对所述第一极板采集的肌电信号处理后传输至所述比较电路进行比较；

所述电压调节电路的输出端和第二极板共同连接所述比较电路的第二端，用于对所述第二极板采集的肌电信号处理后传输至所述比较电路进行比较；

所述基准电压源的输出端连接所述比较电路的第三端和第四端，用于为所述比较电路提供基准电压；

所述MCU连接所述比较电路的输出端，用于获取所述比较电路的比较结果并根据所述比较结果确定极板的脱落状态。

2.根据权利要求1所述的肌电信号采集极板的脱落检测电路，其特征在于，还包括：第一隔离电路和第二隔离电路；

所述电压调节电路的输出端和所述第一极板通过所述第一隔离电路与所述比较电路的第一端连接；

所述电压调节电路的输出端和所述第二极板通过所述第二隔离电路与所述比较电路的第二端连接。

3.根据权利要求2所述的肌电信号采集极板的脱落检测电路，其特征在于，所述电压调节电路包括：

第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端连接，共同作为所述电压调节电路的输出端连接所述第一隔离电路和所述第二隔离电路；所述第一电阻的第二端连接电源，所述第二电阻的第二端接地。

4.根据权利要求3所述的肌电信号采集极板的脱落检测电路，其特征在于，所述第一隔离电路包括：

第一运算放大器和第一电容；

所述第一运算放大器的同相输入端连接所述电压调节电路的输出端、所述第一极板以及所述第一电容的第一端；

所述第一运算放大器的输出端连接所述第一运算放大器的反相输入端和所述比较电路的第一端；

所述第一电容的第二端接地；

所述第二隔离电路包括：第二运算放大器和第二电容；

所述第二运算放大器的同相输入端连接所述电压调节电路的输出端、所述第二极板以及所述第二电容的第一端；

所述第二运算放大器的输出端连接所述第二运算放大器的反相输入端和所述比较电路的第二端；

所述第二电容的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的肌电信号采集极板的脱落检测电路，其特征在于，所述比较电路包括：

第三运算放大器、第四运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻；

所述第三电阻的第一端作为所述比较电路的第一端连接所述第一运算放大器的输出端，所述第三电阻的第二端连接所述第三运算放大器的同相输入端；

所述第四电阻的第一端作为所述比较电路的第二端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第四电阻的第二端连接所述第四运算放大器的同相输入端；

所述第三运算放大器的反相输入端作为所述比较电路的第三端、所述第四运算放大器的反相输入端作为所述比较电路的第四端共同连接所述基准电压源的输出端；

所述第五电阻的第一端连接电源，所述第五电阻的第二端连接所述第三运算放大器的输出端和所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端和所述第四运算放大器的输出端连接，共同作为所述比较电路的输出端连接所述MCU。

6.根据权利要求5所述的肌电信号采集极板的脱落检测电路，其特征在于，所述基准电压源包括：

第七电阻、第八电阻、第三电容；

所述第七电阻的第一端连接电源，所述第八电阻的第一端和所述第三电容的第一端共接地，所述第七电阻的第二端、所述第八电阻的第二端以及所述第三电容的第二端共同作为所述基准电压源的输出端连接所述第三运算放大器的反相输入端和所述第四运算放大器的反相输入端。

7.根据权利要求2所述的肌电信号采集极板的脱落检测电路，其特征在于，还包括：第九电阻、第十电阻、第四电容、第五电容；

所述第九电阻的第一端和所述第四电容的第一端共同连接所述电压调节电路的输出端，所述第四电容的第二端接地，所述第九电阻的第二端连接所述第一运算放大器的同相输入端；

所述第十电阻的第一端和所述第五电容的第一端共同连接所述电压调节电路的输出端，所述第五电容的第二端接地，所述第十电阻的第二端连接所述第二运算放大器的同相输入端。

8.根据权利要求1所述的肌电信号采集极板的脱落检测电路，其特征在于，还包括：第十一电阻、第一稳压二极管、第二稳压二极管；

所述第一稳压二极管的阳极连接所述比较电路的输出端，所述第一稳压二极管的阴极、所述第十一电阻的第一端以及所述第二稳压二极管的阴极共同连接所述MCU，所述第十一电阻的第二端和所述第二稳压二极管的阳极共接地。

9.根据权利要求5所述的肌电信号采集极板的脱落检测电路，其特征在于，还包括：滤波电路；

所述滤波电路连接电源和所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第三运算放大器、所述第四运算放大器的电源端。

10.根据权利要求1所述的肌电信号采集极板的脱落检测电路，其特征在于，还包括：

报警装置；

所述报警装置连接所述MCU。

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