針對(duì)微弱表面肌電信號(hào)的采集電路設(shè)計(jì)

周明娟，王語(yǔ)園，王田戈，冉蠡

1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南714000；2.西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，陜西西安710048

前言

肌電信號(hào)蘊(yùn)藏著很多肢體運(yùn)動(dòng)的相關(guān)信息，并反映了神經(jīng)、肌肉的功能狀態(tài)。通過(guò)表面電極的引導(dǎo)、放大、顯示和記錄，獲得一維電壓時(shí)間序列信號(hào)，即表面肌電信號(hào)（Surface Electromyography,sEMG）。肌電分析與識(shí)別不僅是基礎(chǔ)研究的需要，同時(shí)也具有著重要的臨床意義［1］。因此，對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行可靠穩(wěn)定的采集，是實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步研究的前提和基礎(chǔ)。

近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和生物電信號(hào)的深入研究，肌電信號(hào)的相關(guān)采集設(shè)備及儀器大量涌現(xiàn)［2］。然而，市面上出售的該類(lèi)儀器大多電路復(fù)雜，成本高昂，因此不利于推廣使用。針對(duì)此，本文將介紹一種基于高階濾波的sEMG拾取電路，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，可有效避免采集過(guò)程中的各類(lèi)干擾噪聲，采集結(jié)果準(zhǔn)確，且成本低廉。

1 sEMG特點(diǎn)及采集干擾源分析

1.1 sEMG特點(diǎn)

雖然肌電信號(hào)的參數(shù)受到各方面因素影響，但其仍具有一定規(guī)律。其特點(diǎn)如下［3-5］：（1）信號(hào)極其微弱，幅值在0～5 mV內(nèi)，極易被噪聲淹沒(méi)；（2）具有交變性；（3）信號(hào)頻率范圍低，以20～1 000 Hz為主，且主要能量集中在50～150 Hz；（4）強(qiáng)噪聲背景；（5）時(shí)刻變化，是非平穩(wěn)的［6］。

1.2 sEMG采集過(guò)程中的干擾分析

上述分析可知，肌電信號(hào)具有隨機(jī)性、不穩(wěn)定性和非線性等特點(diǎn)，因此在信號(hào)的采集過(guò)程中，必須充分考慮采集過(guò)程面臨的噪聲干擾，并盡可能抑制。可能引入噪聲的途徑有：（1）電網(wǎng)產(chǎn)生的50 Hz工頻干擾［7］，其位于采集信號(hào)的能量集中頻段，且幅度是有用信號(hào)的1～3個(gè)量級(jí)；……