CN111820892A - 一种可穿戴组合式表面肌电传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可穿戴组合式表面肌电传感器，单个表面肌电传感器包括可穿戴的壳体，壳体内分别安装有可与体表接触的嵌入式电极和引线电极、电路板和电池，其中，嵌入式电极作为一检测通道，与电路板电连接；引线电极作为另一检测通道，通过插接连接器可选择性与电路板电连接；电路板采用电池供电，将嵌入式电极/和引线电极获得的肌电信号进行采集、处理后，传送给上位机；本发明可实现单、双通道的便捷模式切换，且安装结构简单紧凑，通用性好，成本相对较低。

Description

一种可穿戴组合式表面肌电传感器

技术领域

本发明属于生物医学领域,具体涉及了一种可穿戴组合式表面肌电传感器。

背景技术

表面肌电传感器属于生物医学工程和生物电控制技术领域用的一种传感器，其工作原理主要是通过体表电极采集目标肌肉的肌电信号，并将肌电信号进行放大、处理后发送给上位机，进而获得肌电图EMG。在康复医学、运动医学等领域，通常需要将多个表面肌电传感器穿戴在受试者身上，采集受试者行走或运动时多块肌肉的肌电信号，测量、评估肌肉的肌力、疲劳度、以及特定运动模式下多块肌肉的发力顺序等，因此需要可穿戴式表面肌电传感器。

现有的可穿戴表面肌电传感器都是采用单通道结构，成本高，可同时测量的肌肉数目少，而且安装体积较大，也无法实现单、双通道的模式切换。

因此，本申请人希望寻求技术方案来对以上技术问题进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可穿戴组合式表面肌电传感器，可实现单、双通道的便捷模式切换，且安装结构简单紧凑，通用性好，成本相对较低。

本发明采用的技术方案如下：

一种可穿戴组合式表面肌电传感器，单个表面肌电传感器包括可穿戴的壳体，所述壳体内分别安装有可与体表接触的嵌入式电极和引线电极、电路板和电池，其中，

所述嵌入式电极作为一检测通道，与所述电路板电连接；

所述引线电极作为另一检测通道，通过插接连接器可选择性与所述电路板电连接；

所述电路板采用电池供电，将所述嵌入式电极/和引线电极获得的肌电信号进行采集、处理后，传送给上位机。

优选地，所述电路板上设有分别电连接的前置放大器、滤波器、模数转换器、MCU模块和通信模块，所述通信模块采用有线通信和/或无线通信；其中，所述前置放大器分别与所述嵌入式电极和引线电极电连接，用于对所述电极采集到的肌电信号进行放大处理，所述模数转换器与所述MCU模块电连接，用于将放大、滤波处理后的信号进行模数转换得到数字化肌电信号，通过所述通信模块将所述数字化肌电信号发送给上位机。

优选地，所述壳体内分别安装有电连接的第一电路板和第二电路板，其中，

所述第一电路板和第二电路板均采用电池供电；

所述第一电路板上设有所述前置放大器、滤波器和模数转换器，所述前置放大器分别与所述嵌入式电极和引线电极电连接；

所述第二电路板上设有所述MCU模块和通信模块。

优选地，所述第一电路板和第二电路板之间设有所述电池。

优选地，所述第一电路板和第二电路板之间采用柔性电路板和/或插针进行电连接。

优选地，所述嵌入式电极采用焊针与所述电路板进行固定式电连接；所述电路板设有与所述插接连接器进行活动式电连接的插接口。

优选地，所述电路板上设有加速度传感器模块和/或IMU惯性测量单元，用于检测可穿戴的壳体所附的人体部位对应的运动参数，将该运动参数发送给所述MCU模块，并通过所述通信模块发送给上位机。

优选地，所述电路板设有用于电池自动充电的电池充电接口，当电池处于充电状态时，所述表面肌电传感器处于关机状态。

优选地，所述壳体包括安装为一体的壳基体和壳盖，所述壳基体具有用于安装嵌入式电极和引线电极插接连接器、电路板和电池的安装空间，所述壳盖上设有与电路板电连接的按键面。

优选地，设有所述嵌入式电极的所述壳基体表面采用粘胶面，用于与体表粘接接触。

优选地，包括多个组合使用的所述表面肌电传感器；各表面肌电传感器分别与中继器无线或有线通信连接，所述中继器与上位机无线或有线通信连接，从而将表面肌电传感器传来的数字化肌电信号发送给所述上位机；其中，所述中继器除作为各表面肌电传感器与上位机之间的信号中继器使用外，还可以作为各表面肌电传感器的充电器，对各表面肌电传感器的电池进行充电。

本发明通过设置固定嵌入式电极、活动插接式引线电极组成可进行单通道、双通道切换的可穿戴组合式表面肌电传感器，可同时检测2块肌肉的肌电图EMG，也可以对单块肌肉进行肌电图EMG检测，还可以多个可穿戴组合式表面肌电传感器同时使用，操作便捷，而且本发明提出的安装结构简单紧凑，通用性好，成本低。

附图说明

图1是本发明具体实施方式下可穿戴组合式表面肌电传感器的模块结构示意图；

图2是本发明具体实施方式下第一电路板和第二电路板之间的模块电连接示意图；

图3是本发明具体实施方式下可穿戴组合式表面肌电传感器的结构示意图；

图4是图3中第一电路板和第二电路板在另一方向的电连接结构示意图

图5是本发明具体实施方式下多个表面肌电传感器组合使用的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种可穿戴组合式表面肌电传感器，单个表面肌电传感器包括可穿戴的壳体，壳体内分别安装有可与体表接触的嵌入式电极和引线电极、电路板和电池，其中，嵌入式电极作为一检测通道，与电路板电连接；引线电极作为另一检测通道，通过插接连接器可选择性与电路板电连接；电路板采用电池供电，将嵌入式电极/和引线电极获得的肌电信号进行采集、处理后，传送给上位机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，而不是全部的实施例。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，都应当属于本发明保护的范围。

请参见图1、图2、图3和图4所示，一种可穿戴组合式表面肌电传感器，单个表面肌电传感器1包括可穿戴的壳体10，优选地，在本实施方式中，壳体10包括安装为一体的壳基体11和壳盖12，壳基体11具有安装空间11a，壳盖12上设有与电路板电连接的按键面12a(图未示出按键)，通过操作按键向电路板输入测试指令；

在本实施方式中，壳基体11的安装空间11a内分别安装有可与体表接触的嵌入式电极21和插接连接器22a、电路板和电池23，优选地，在本实施方式中，设有嵌入式电极21的壳基体11表面采用粘胶面，用于与体表粘接接触，利于快速完成有效穿戴；其中，嵌入式电极21作为一检测通道，与电路板电连接；引线电极22作为另一检测通道，通过插接连接器22a可选择性与电路板的端口电连接；电路板采用电池23供电，电路板与上位机24通信连接，将嵌入式电极21/和引线电极22获得的肌电信号进行采集、处理后，传送给上位机24(通常为台式电脑或平板电脑，或手机等)；

优选地，为了实现更加便捷有效的电连接结构，在本实施方式中，壳体内分别安装有电连接的第一电路板31和第二电路板32，其中，

第一电路板31和第二电路板32均采用电池23供电；优选地，第一电路板31和第二电路板32之间采用柔性电路板33和插针34分别进行电连接；第一电路板31和第二电路板32之间设有电池23，该电池23的该安装位置设计可以确保第一电路板31和第二电路板32之间具有足够合适的安装距离，便于进行插针34安装电连接；

第一电路板31上设有前置放大器31a、滤波器31b和模数转换器31c，前置放大器31a分别与嵌入式电极21和引线电极22电连接；优选地，在本实施方式中，嵌入式电极21采用焊针21a与第一电路板31的前置放大器31a 进行固定式电连接；第一电路板31设有与插接连接器22a进行活动式电连接的插接口；第二电路板32上设有MCU模块32a和通信模块32b；在本实施方式中，通信模块32b采用有线通信和/或无线(例如蓝牙或WIFI)通信，优选采用无线通信；其中，前置放大器31a分别与嵌入式电极21和引线电极22 电连接，用于对采集信号进行放大处理，再经滤波器31b进行滤波处理；模数转换器31c与MCU模块32a电连接，用于将放大、滤波处理后的信号进行模数转换得到数字化肌电信号，通过通信模块32b将数字化肌电信号发送给上位机24；

优选地，在本实施方式中，第一电路板31或第二电路板32上设有加速度传感器模块和/或IMU惯性测量单元(可以采用串口连接方式)，用于检测穿戴者电极接触部位对应的运动参数，将该运动参数发送给MCU模块，并通过通信模块发送给上位机24；当采用加速度传感器模块时，可以获取得到穿戴者的运动加速度参数，可以发给上位机24对穿戴者进行进一步运动状态分析，当采用IMU惯性测量单元时，可以获取得到穿戴者的运动加速度以及角速率等运动参数，可以发给上位机对穿戴者进行进一步运动状态分析，具体优选地，本实施例采用在第二电路板32的串口扩充连接9轴IMU-惯性测量单元，进一步通过穿戴者的运动加速度以及角速率进行综合分析，具体分析过程都是本领域技术人员的公知常识，本实施例对其没有具体创新之处，因此，本实施例不再一一展开说明；

优选地，第一电路板31或第二电路板32设有用于电池自动充电的电池充电接口(图未示出)，当电池23处于充电状态时，表面肌电传感器1处于关机状态；更为优选地，在本实施方式中，电池充电接口设置有3根针，其中的两针作为充电针，用于构成充电回路，剩余一针是作为充电检测针，在非充电工况时，充电检测针为高电平状态，当表面肌电传感器1的电池充电接口插入充电座(图未示出)时，充电检测针接地转换为低电平信号，该信号被MCU模块32a检测到，MCU模块32a输出关闭电源指令，进而使得表面肌电传感器1处于关机状态；具体在本实施例使用时，当电池23的充电值一般达到4.0V后可判定为充电完成，可将表面肌电传感器1的电池充电接口脱离充电座，当然地，具体充电参数设置可以根据实际应用需求进行具体选择，这些不作为本实施例的必要限定；

请进一步参见图5所示，本实施例在实际进行应用时，可包括多个组合使用的表面肌电传感器1，各表面肌电传感器1分别与中继器1’无线或有线通信连接，中继器1’与上位机24无线或有线通信连接，从而将表面肌电传感器1传来的数字化肌电信号发送给上位机24；其中，中继器1’除作为各表面肌电传感器1与上位机24之间的信号中继器使用外，还可以作为各表面肌电传感器1的充电器，对各表面肌电传感器的电池进行充电；该技术方案的提出是因为考虑到在实际设计中，通常会允许每套8个表面肌电传感器1(相当于16个通道)同时使用，有时还会有2套甚至4套组合使用的表面肌电传感器1同时使用的场景。这么多数量的表面肌电传感器1，所需通信连接的数据量很大(采样率1K--4Ksps,每个通道的每个数据点16bits),如果采用直接无线传输到上位机24(如电脑)不太现实，因此本实施例建议采用一个高性能中继器通过无线通信方式收集获取这些数字化肌电信号数据，然后通过高速USB口或高速WiFi传给上位机24(如电脑)，这样可以获得更加可靠的数据通信效果，避免产生通信障碍；同样属于优选技术方案的是，本实施例中的中继器1’可以同时作为这些表面肌电传感器1的充电器，对表面肌电传感器1的电池进行便捷充电，进一步简化充电结构。

本实施例通过设置固定嵌入式电极21、活动插接式引线电极22组成可进行单通道、双通道切换的可穿戴组合式表面肌电传感器1，可同时检测2块肌肉的肌电图EMG，也可以对单块肌肉进行肌电图EMG检测，操作便捷，而且本实施例提出的安装结构简单紧凑(壳体10的长×宽×高尺寸仅为：38mm×27mm ×17mm,与现有的单通道表面肌电传感器尺寸接近)，通用性好，成本低；本实施例在实际实用时，可以将多个表面肌电传感器1进行组合使用，组合使用的过程主要包括：将多个表面肌电传感器分别贴在完成一个运动动作所涉及的不同肌肉部位，就可以检测肌肉的收缩顺序以及收缩强度，分析动作完美程度，指导改善运动成绩，具体组合使用分析过程属于本领域技术人员的公知常识，该部分也不作为本申请的创新技术内容，因此不再展开说明。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种可穿戴组合式表面肌电传感器，其特征在于，单个表面肌电传感器包括可穿戴的壳体，所述壳体内分别安装有可与体表接触的嵌入式电极和引线电极、电路板和电池，其中，

所述嵌入式电极作为一检测通道，与所述电路板电连接；

所述引线电极作为另一检测通道，通过插接连接器可选择性与所述电路板电连接；

所述电路板采用电池供电，将所述嵌入式电极/和引线电极获得的肌电信号进行采集、处理后，传送给上位机。

2.根据权利要求1所述的可穿戴组合式表面肌电传感器，其特征在于，所述电路板上设有分别电连接的前置放大器、滤波器、模数转换器、MCU模块和通信模块，所述通信模块采用有线通信和/或无线通信；其中，所述前置放大器分别与所述嵌入式电极和引线电极电连接，用于对所述电极采集到的肌电信号进行放大处理，所述模数转换器与所述MCU模块电连接，用于将放大、滤波处理后的信号进行模数转换得到数字化肌电信号，通过所述通信模块将所述数字化肌电信号发送给上位机。

3.根据权利要求2所述的可穿戴组合式表面肌电传感器，其特征在于，所述壳体内分别安装有电连接的第一电路板和第二电路板，其中，

所述第一电路板和第二电路板均采用电池供电；

所述第一电路板上设有所述前置放大器、滤波器和模数转换器，所述前置放大器分别与所述嵌入式电极和引线电极电连接；

所述第二电路板上设有所述MCU模块和通信模块。

4.根据权利要求3所述的可穿戴组合式表面肌电传感器，其特征在于，所述第一电路板和第二电路板之间设有所述电池。

5.根据权利要求3所述的可穿戴组合式表面肌电传感器，其特征在于，所述第一电路板和第二电路板之间采用柔性电路板和/或插针进行电连接。

6.根据权利要求1或2所述的可穿戴组合式表面肌电传感器，其特征在于，所述嵌入式电极采用焊针与所述电路板进行固定式电连接；所述电路板设有与所述插接连接器进行活动式电连接的插接口。

7.根据权利要求2所述的可穿戴组合式表面肌电传感器，其特征在于，所述电路板上设有加速度传感器模块和/或IMU惯性测量单元，用于检测可穿戴的壳体所附的人体部位对应的运动参数，将该运动参数发送给所述MCU模块，并通过所述通信模块发送给上位机。

8.根据权利要求2所述的可穿戴组合式表面肌电传感器，其特征在于，所述电路板设有用于电池自动充电的电池充电接口，当电池处于充电状态时，所述表面肌电传感器处于关机状态。

9.根据权利要求1所述的可穿戴组合式表面肌电传感器，其特征在于，所述壳体包括安装为一体的壳基体和壳盖，所述壳基体具有用于安装嵌入式电极和引线电极插接连接器、电路板和电池的安装空间，所述壳盖上设有与电路板电连接的按键面。

10.根据权利要求9所述的可穿戴组合式表面肌电传感器，其特征在于，设有所述嵌入式电极的所述壳基体表面采用粘胶面，用于与体表粘接接触。

11.根据权利要求1所述的可穿戴组合式表面肌电传感器，其特征在于，包括多个组合使用的所述表面肌电传感器；各表面肌电传感器分别与中继器无线或有线通信连接，所述中继器与上位机无线或有线通信连接，从而将表面肌电传感器传来的数字化肌电信号发送给所述上位机；其中，所述中继器除作为各表面肌电传感器与上位机之间的信号中继器使用外，还可以作为各表面肌电传感器的充电器，对各表面肌电传感器的电池进行充电。

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