基于multisim的肌電信號的采集與分析(編輯修改稿)
2024-12-13 21:51 本頁面
【文章內容簡介】 共 頁 第 頁 第 3 章 設計及仿真 本課題主要設計為采集部分電路，由于肌電信號十分微弱，所以對信號的采集首先就算是需要放大，信號采集過程還必不可少信號的濾波和陷波，下圖為采集電路的流程圖 圖 2 采集電路流程圖 人體皮膚表面的肌電信號很微弱，容易受到其它信號的干擾，因此需用放大器和濾波器對輸入信號進行濾波、放大才能得到有效 且可識別的信號。表面肌電信號一般只有微伏級電壓，信號中往往夾帶著低頻 (接近直流 )和高頻的干擾信號，真正有用的肌電信號大致在 10Hz500Hz 之間。除此之外， 50Hz的工頻信號也是一個重要的干擾源，如果不去除可能會掩蓋表面肌電信號。根據(jù)這些特殊要求，濾波器必須具有放大、濾波功能，并且要求具有高共模抑制比和好的抗干擾性。根據(jù)肌電信號的特點，在選擇設計放大器時，必須考慮以下幾個參數(shù)： （ 1） 高輸入阻抗 放大是最為常用的一種信號調理手段。放大的目地就是要在對電模擬的信號進行數(shù)字化之前進行放大，消除噪聲的影響，提高測量的 準確性。生物信號源本身是高內阻的微弱信號源，源阻抗的不穩(wěn)定性將使放大器電壓增益 前置放大電路 濾波電路 主放大電路 陷波電路 共 頁 第 頁 不穩(wěn)定。再者，如果放大器輸入阻抗不足夠高 (與源阻杭相比 )，則造成信號的低頻分量的幅度減小，產(chǎn)生低頻失真。 （ 2)高共模抑制比 為了抑制人體所攜帶的工頻干擾以及所測量的參數(shù)外的其它生理作用的干擾，需選用差動放大形式，因此 CMRR 值是放大器的主要指標。生物電放大器的 CMI 汛值一般要求 60dB 一 80dB，高性能放大器的 CMRR 達 100dB。各個電極處的皮膚接觸電阻是不平衡的，這種不平衡造成的危害是共模干擾向差模干擾的轉化，從而造成共模干 擾輸出，而提高放大器的輸入阻杭，則會減小這一轉化。 3)低噪聲、低漂移 我們知道，放大的低噪聲性能主要取決于前置級，正確設計放大器的增益分配，在前置級的噪聲系數(shù)較小時，可以獲得良好的低噪聲性能。 因此，為了確保第一級高增益放大的低失調電壓、低失調電壓漂移、低噪聲的要求，我們選用 AD620AN 進行第一級放大。 AD620 具有高輸入電阻、低輸入偏置電流、低輸入失調電流、低噪聲、低功耗等特點，另外其增益 G的調節(jié)直接由一個外部電阻控制。其主要枝術指標如下： 低電源電流： 50uA； 輸入失調電壓： 125uV； 輸入失調 電流： O． 3nA； 輸入偏置電流： O． 5nA； 最小共模抑制比： 93dB(G=10)； 高輸入電阻： 10GΩ ； 最大功耗： 650mW。 具體設計電路如下： 共 頁 第 頁 圖 3 前置放大電路 在檢測電極和人體接觸部分會有極化電壓，一般幾十毫伏，最大達 300mV，為了消除極化電壓，前端用隔直處理。其中 C1， R1， C2， R2 分別對兩個輸入信號其隔直濾波作用，對于 C1=0． 1uF， RI=10MΩ ，其時間常數(shù) T=R1C1=ls，其截止頻率為： fo = 1 / ( 2 π C 1 R 1 ) = 0 . 1 6
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