一種運動疲勞肌電信號采集裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種運動疲勞肌電信號采集裝置，包括能固定于人體相應部位的固定本體，還包括安裝于該固定本體的肌電采集及處理電路，該肌電采集及處理電路包括肌電信號采集器、阻抗變換電路、濾波電路和放大電路，肌電信號采集器的輸出接至阻抗變換電路的輸入，阻抗變換電路的輸出接至濾波電路的輸入，濾波電路的輸出接至放大電路的輸入。本實用新型能將肌電信號轉換為相應的電信號，并依次進行電流放大、濾波、放大處理獲得便于后續(xù)識別和處理且能準確反應肌電信號頻率升降的波形，從而克服了現(xiàn)有技術沒有此類產(chǎn)品的空白；將本實用新型應用于電動跑步機中，能夠準確反應人的運動疲勞情況，輔助用戶達到最佳的鍛煉效果。
【專利說明】
一種運動疲勞肌電信號采集裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種信號采集裝置，特別是涉及一種運動疲勞肌電信號采集裝置。
【背景技術】
[0002]電動跑步機是通過電機帶動跑帶使人以不同的速度或坡度被動的跑步或走動以體驗不同的跑步環(huán)境，是一項全身性的運動方式。因其運動方式幾乎沒有蹬伸動作，這樣與陸地上相比，可以減小運動強度，提高運動量，比陸地多跑1/3的路程，這對于提高使用者的心肺功能、肌耐力以及減肥都具有非常好的效果。因此，跑步機也深受廣大健身愛好者的歡迎，是一種較好的有氧運動方式。
[0003]目前，電動跑步機一般是通過測量心率反映運動強度，并給出最大心跳率和目標心率參考表，由運動者自己或教練選擇電動跑步機的速度或坡度。然而，由于人的個體差異，用這種方式很難達到最佳的鍛煉效果。另外，最佳運動一般涉及兩個指標:運動強度和運動疲勞，只有將兩個指標平衡起來，才能達到最佳的鍛煉效果。運動疲勞主要反映在肌肉疲勞上，目前，市面上并沒有較為行之有效的用于檢測肌肉疲勞情況的產(chǎn)品出現(xiàn)。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提供了一種運動疲勞肌電信號采集裝置，其克服了【背景技術】所述的不足之處。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:一種運動疲勞肌電信號采集裝置，包括能固定于人體相應部位的固定本體，還包括安裝于該固定本體的肌電采集及處理電路，該肌電采集及處理電路包括肌電信號采集器、阻抗變換電路、濾波電路和放大電路，肌電信號采集器的輸出接至阻抗變換電路的輸入，阻抗變換電路的輸出接至濾波電路的輸入，濾波電路的輸出接至放大電路的輸入。
[0006]進一步的，所述固定本體還安裝有無線發(fā)射模塊，所述放大電路的輸出接至該無線發(fā)射模塊的輸入。
[0007]進一步的，所述固定本體還安裝有電源電路，該電源電路連接所述肌電采集及處理電路和所述無線發(fā)射模塊。
[0008]進一步的，所述肌電信號采集器包括屏蔽層、電極、設于屏蔽層內(nèi)的第一電路和設于屏蔽層外的第二電路，電極露出屏蔽層外，第一電路包括場效應管、兩二極管、一電容和一電阻，場相應管的柵極連接電極，源極通過電阻接地，漏極為電源連接端，電容的一端連接場效應管的源級，另一端構成肌電信號采集器的輸出端，兩二極管的負極相連接，且該兩二極管的正極分別連接場效應管的柵極和地端;第二電路包括兩電阻和可調(diào)電阻，其中一電阻連接于場效應管的漏極和電容的另一端之間，另一電阻和可調(diào)電阻串聯(lián)連接于電容的另一端和地端之間。
[0009]進一步的，所述阻抗變換電路包括第一運算放大器、一電容和兩電阻，電容的一端連接所述肌電信號采集器的輸出，另一端通過其中一電阻連接第一運算放大器的同相輸入端;另一電阻的一端連接第一運算放大器的同相輸入端，另一端接地，第一運算放大器的輸出端連接所述濾波電路的輸入;第一運算放大器的電源正輸入端用于連接電源，電源負輸入端接地。
[0010]進一步的，所述濾波電路為低通濾波電路，其包括第二運算放大器、兩電阻和兩電容，其中一電阻的一端連接所述阻抗變換電路的輸出，另一端通過其中一電容連接第二運算放大器的反相輸入端；另一電阻的一端連接其中一電阻的另一端，另一電阻的另一端和另一電容的一端分別連接第二運算放大器的同相輸入端，另一電容的另一端接地;第二運算放大器的反相輸入端連接其輸出端，第二運算放大器的輸出端連接所述放大電路的輸入。
[0011]進一步的，所述放大電路包括第三運算放大器和兩電阻，其中一電阻的一端連接所述濾波電路的輸出，其中一電阻的另一端和另一電阻的一端分別連接第三運算放大器的反相輸入端，另一電阻的另一端連接第三運算放大器的輸出端，第三運算放大器的同相輸入端接地，輸出端構成所述放大電路的輸出。
[0012]進一步的，所述無線發(fā)射模塊為ZigBee發(fā)射模塊。
[0013]進一步的，所述電源電路為可充電式電源電路，所述固定本體對應設有與該電源電路相適配的充電接口。
[0014]進一步的，所述固定本體為腿套或能系結于腿上的腿帶。
[0015]相較于現(xiàn)有技術，本實用新型具有以下有益效果:
[0016]1、本實用新型的肌電采集及處理電路包括肌電信號采集器、阻抗變換電路、濾波電路和放大電路，能將肌電信號轉換為相應的電信號，并依次進行電流放大、濾波、放大處理獲得便于后續(xù)識別和處理且能準確反應肌電信號頻率升降的波形，該波形即反應了人體相應部位的運動疲勞情況;本實用新型不僅克服了現(xiàn)有技術沒有此類產(chǎn)品的空白，還能應用于電動跑步機中，能夠準確反應人的腿部的運動疲勞情況，輔助用戶達到最佳的鍛煉效果;
[0017]2、本實用新型進一步設置無線發(fā)射模塊，便于肌電采集及處理電路獲得的數(shù)據(jù)對外傳輸，該無線發(fā)射模塊優(yōu)選采用ZigBee發(fā)射模塊，具有性能穩(wěn)定、功耗低、傳輸快等特點；
[0018]3、本實用新型進一步設置的電源電路，能夠為肌電采集及處理電路和無線發(fā)射模塊便捷供電；
[0019]4、本實用新型的肌電采集及處理電路還具有電路結構簡單、成本低等特點；
[0020]5、所述固定本體優(yōu)選為腿套或腿帶，方便用戶佩戴。
[0021]以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步詳細說明；但本實用新型的一種運動疲勞肌電信號采集裝置不局限于實施例。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型的腿套的結構示意圖；
[0023]圖2是本實用新型的電路原理框圖；
[0024]圖3是本實用新型的肌電采集及處理電路的電路結構示意圖；
[0025]圖4是本實用新型的ZigBee發(fā)射_旲塊的電路結構不意圖；
[0026]圖5是本實用新型的電源電路的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]實施例，請參見圖1、圖2所示，本實用新型的一種運動疲勞肌電信號采集裝置，包括能固定于腿上的固定本體，該固定本體具體為腿套1，此外，該固定本體還可以是能系結于腿上的腿帶等。本實用新型還包括安裝于腿套I的肌電采集及處理電路3，該肌電采集及處理電路3包括肌電信號采集器31、阻抗變換電路32、濾波電路33和放大電路34，肌電信號采集器31的輸出接至阻抗變換電路32的輸入，阻抗變換電路32的輸出接至濾波電路33的輸入，濾波電路33的輸出接至放大電路34的輸入。
[0028]本實施例中，所述腿套I還安裝有無線發(fā)射模塊和電源電路5，所述放大電路34的輸出接至該無線發(fā)射模塊的輸入。電源電路5連接所述肌電采集及處理電路3及所述無線發(fā)射模塊。
[0029]本實施例中，所述肌電采集及處理電路3以一片低功耗精密4運放的TLV2244芯片為核心。具體，該肌電采集及處理電路3的各部分電路的電路結構如圖3所示:
[0030]所述肌電信號采集器31設有屏蔽層311，能防止外部干擾，其還包括電極312、設于屏蔽層311內(nèi)的第一電路和設于屏蔽層311外的第二電路，電極312露出屏蔽層311外，第一電路包括場效應管BG、兩二極管Dl、D2、一電容CO和一電阻Rl，場相應管BG的柵極連接電極312，源極通過電阻Rl接地，漏極為電源連接端，電容CO的一端連接場效應管BG的源級，另一端構成肌電信號采集器31的輸出端，兩二極管D1、D2的負極相連接，且該兩二極管D1、D2的正極分別連接場效應管BG的柵極和地端;第二電路包括兩電阻R2、R3和可調(diào)電阻Rx，用于調(diào)整輸出波形的對稱性，其中一電阻R3連接于場效應管BG的漏極和電容CO的另一端之間，另一電阻R2和可調(diào)電阻Rx串聯(lián)連接于電容CO的另一端和地端之間。該肌電信號采集器31拾取到的肌電信號經(jīng)OUTl送入阻抗變換電路32。
[0031]阻抗變換電路32即為一電壓跟隨器，其主要作用是進行阻抗變換，加大該電路帶負載的能力，其實質(zhì)是對電流進行動態(tài)放大，隨后級電路電流的變化進行放大。該阻抗變換電路32包括第一運算放大器Al、一電容Cl和兩電阻R4、R5，電容Cl的一端連接所述肌電信號采集器31的輸出(即連接所述0UT1)，另一端通過其中一電阻R4連接第一運算放大器Al的同相輸入端;另一電阻R5的一端連接第一運算放大器Al的同相輸入端，另一端接地，第一運算放大器Al的輸出端連接所述濾波電路33的輸入。第一運算放大器Al的電源正輸入端用于連接電源，電源負輸入端接地。
[0032]由于前級電路輸出信號比較微弱，且存在其它高頻干擾，所以需經(jīng)濾波電路進行濾波處理。如圖3所示，該濾波電路33為低通濾波電路，其包括第二運算放大器A2、兩電阻R6、R7和兩電容C2、C3，其中一電阻R6的一端連接所述阻抗變換電路32的輸出(即第一運算放大器Al的輸出端)，另一端通過其中一電容C2連接第二運算放大器A2的反相輸入端;另一電阻R7的一端連接其中一電阻R6的另一端，另一電阻R7的另一端和另一電容C3的一端分別連接第二運算放大器A2的同相輸入端，另一電容C3的另一端接地;第二運算放大器A2的反相輸入端連接其輸出端，第二運算放大器A2的輸出端連接所述放大電路34的輸入。
[0033]所述放大電路34包括第三運算放大器A3和兩電阻R8、R9，其中一電阻R8的一端連接所述低通濾波電路33的輸出(即第二運算放大器A2的輸出端)，其中一電阻R8的另一端和另一電阻R9的一端分別連接第三運算放大器A3的反相輸入端，另一電阻R9的另一端連接第三運算放大器A3的輸出端，第三運算放大器A3的同相輸入端接地，輸出端輸出端構成所述放大電路34的輸出。經(jīng)濾波電路33輸出的信號為微弱的肌電信號，需經(jīng)過放大電路34放大處理，該放大電路34的放大倍數(shù)為100倍。
[0034]本實施例中，所述無線發(fā)射模塊具體為ZigBee發(fā)射模塊4，該ZigBee發(fā)射模塊4的電路結構如圖4所示，其由芯片U2、芯片U3及其外圍電路組成，其中芯片U2是由型號為AD7718的芯片構成的A/D(模/數(shù))變換器，它具有10路通道的24位模數(shù)轉換模塊，支持4線SPI和I2C主從模式等特點；芯片U3是型號為CC2420的射頻芯片，該射頻芯片是一款符合IEEE802.15.4規(guī)范的2.4GHz射頻芯片，只需極少外部元器件，即可確保短距離通信的有效性和可靠性，系統(tǒng)成本低，性能穩(wěn)定且功耗極低。利用此芯片開發(fā)的ZigBee發(fā)射模塊4支持數(shù)據(jù)傳輸率高達250kb/s，碼片速率達2MChip/s，可以實現(xiàn)多點對多點的快速組網(wǎng)。該0:2420射頻芯片可以通過4線3?1總線(31、30、30^、0)11)設置芯片的工作模式，并實現(xiàn)讀/寫緩存數(shù)據(jù)，讀/寫狀態(tài)寄存器等。通過控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態(tài)可設置發(fā)射/接收緩存器。
[0035]從所述放大電路34輸出的交流信號由芯片U2的AIN1、AIN2端輸入，進行A/D(模/數(shù))變換，變換后經(jīng)過芯片U3為核心的ZigBee發(fā)射電路調(diào)制為2.4GHz高頻信號，再由ZigBee發(fā)射模塊4的無線輸出天線發(fā)射輸出。
[0036]所述電源電路5為可充電式電源電路，所述腿套I對應設有與該電源電路5相適配的充電接口 2，該充電接口 2優(yōu)選USB接口。具體，該電源電路5的電路結構如圖5所示，其由電池BT、U4穩(wěn)壓集成電路及周圍元件構成3.3V電壓輸出，為肌電采集及處理電路3和ZigBee發(fā)射模塊4供電。
[0037]經(jīng)研究表明，在完成相同負荷的條件下，肌肉疲勞時肌電的振幅值增加，這是因為肌肉疲勞時，肌肉不得不動用更多的肌纖維參加運動以保持相同的肌力。由于肌肉疲勞會降低放電的頻率，因而可通過觀察肌電信號頻率的升降來判斷所測肌肉的疲勞程度。本實用新型正是基于此提供了上述運動疲勞肌電信號采集裝置，其可與安裝有ZigBee接收模塊6及處理器的跑步機7、脈搏信號采集裝置配合使用。應用時，運動者將本實用新型的腿套I佩戴在其小腿上，用于采集運動者的小腿的肌電信號。由于肌肉疲勞時肌電的振幅值增加，因而通過觀察肌電信號頻率的升降可判斷所測肌肉的疲勞程度。本實用新型將采集和處理獲得的用于反應肌電信號頻率升降的波形經(jīng)過ZigBee發(fā)射模塊4發(fā)射出去，由跑步機7上的ZigBee接收模塊6進行接收，同時，脈搏信號采集裝置采集和發(fā)送運動者的脈搏信號給跑步機7，跑步機的處理器及其控制系統(tǒng)根據(jù)運動者的肌電信號和脈搏信號控制跑步機7調(diào)整速度和/或坡度，使運動者達到最佳的鍛煉效果。
[0038]本實用新型的一種運動疲勞肌電信號采集裝置，還可以應用其它場合，例如，應用于醫(yī)院中，作為醫(yī)生輔助治療的一種醫(yī)用器械。
[0039]在其它實施例中，所述無線發(fā)射模塊也可以采用藍牙模塊或其它無線發(fā)射裝置等。
[0040]在其它實施例中，所述固定本體換做其它部件，例如可套或系結在人的手臂上的部件，則使本實用新型可用于檢測人的手臂肌肉的運動疲勞情況。
[0041]上述實施例僅用來進一步說明本實用新型的一種運動疲勞肌電信號采集裝置，但本實用新型并不局限于實施例，凡是依據(jù)本實用新型的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本實用新型技術方案的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種運動疲勞肌電信號采集裝置，包括能固定于人體相應部位的固定本體，其特征在于:還包括安裝于該固定本體的肌電采集及處理電路，該肌電采集及處理電路包括肌電信號采集器、阻抗變換電路、濾波電路和放大電路，肌電信號采集器的輸出接至阻抗變換電路的輸入，阻抗變換電路的輸出接至濾波電路的輸入，濾波電路的輸出接至放大電路的輸入。2.根據(jù)權利要求1所述的運動疲勞肌電信號采集裝置，其特征在于:所述固定本體還安裝有無線發(fā)射模塊，所述放大電路的輸出接至該無線發(fā)射模塊的輸入。3.根據(jù)權利要求2所述的運動疲勞肌電信號采集裝置，其特征在于:所述固定本體還安裝有電源電路，該電源電路連接所述肌電采集及處理電路和所述無線發(fā)射模塊。4.根據(jù)權利要求1所述的運動疲勞肌電信號采集裝置，其特征在于:所述肌電信號采集器包括屏蔽層、電極、設于屏蔽層內(nèi)的第一電路和設于屏蔽層外的第二電路，電極露出屏蔽層外，第一電路包括場效應管、兩二極管、一電容和一電阻，場相應管的柵極連接電極，源極通過電阻接地，漏極為電源連接端，電容的一端連接場效應管的源級，另一端構成肌電信號采集器的輸出端，兩二極管的負極相連接，且該兩二極管的正極分別連接場效應管的柵極和地端;第二電路包括兩電阻和可調(diào)電阻，其中一電阻連接于場效應管的漏極和電容的另一端之間，另一電阻和可調(diào)電阻串聯(lián)連接于電容的另一端和地端之間。5.根據(jù)權利要求1所述的運動疲勞肌電信號采集裝置，其特征在于:所述阻抗變換電路包括第一運算放大器、一電容和兩電阻，電容的一端連接所述肌電信號采集器的輸出，另一端通過其中一電阻連接第一運算放大器的同相輸入端;另一電阻的一端連接第一運算放大器的同相輸入端，另一端接地，第一運算放大器的輸出端連接所述濾波電路的輸入;第一運算放大器的電源正輸入端用于連接電源，電源負輸入端接地。6.根據(jù)權利要求1所述的運動疲勞肌電信號采集裝置，其特征在于:所述濾波電路為低通濾波電路，其包括第二運算放大器、兩電阻和兩電容，其中一電阻的一端連接所述阻抗變換電路的輸出，另一端通過其中一電容連接第二運算放大器的反相輸入端；另一電阻的一端連接其中一電阻的另一端，另一電阻的另一端和另一電容的一端分別連接第二運算放大器的同相輸入端，另一電容的另一端接地;第二運算放大器的反相輸入端連接其輸出端，第二運算放大器的輸出端連接所述放大電路的輸入。7.根據(jù)權利要求1所述的運動疲勞肌電信號采集裝置，其特征在于:所述放大電路包括第三運算放大器和兩電阻，其中一電阻的一端連接所述濾波電路的輸出，其中一電阻的另一端和另一電阻的一端分別連接第三運算放大器的反相輸入端，另一電阻的另一端連接第三運算放大器的輸出端，第三運算放大器的同相輸入端接地，輸出端構成所述放大電路的輸出。8.根據(jù)權利要求2所述的運動疲勞肌電信號采集裝置，其特征在于:所述無線發(fā)射模塊為ZigBee發(fā)射模塊。9.根據(jù)權利要求3所述的運動疲勞肌電信號采集裝置，其特征在于:所述電源電路為可充電式電源電路，所述固定本體對應設有與該電源電路相適配的充電接口。10.根據(jù)權利要求1所述的運動疲勞肌電信號采集裝置，其特征在于:所述固定本體為腿套或能系結于腿上的腿帶。
【文檔編號】A61B5/0488GK205411180SQ201520910627
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年11月16日
【發(fā)明人】許陵, 張靈聰, 黃錦標, 謝和平, 張國金
【申請人】閩南師范大學