超级简单肌电(EMG)传感器。

简介

你的肌肉产生非常小的电信号,可以用正确的硬件来监控。通常这涉及复杂的电子学,包括放大、低/高通滤波、陷波滤波、复杂信号处理和机器学习。

这种令人惊叹的技术非常有趣,但电子设备的复杂性通常限制了制造商对其进行试验。这个超级简单的肌肉传感器只需要3个元件就可以工作:一个仪表放大器(IA),一个电容器和一个二极管。你还需要连接3个电极,用+5V和-5V给IA供电。

肌肉电(EMG)传感器

EMG是什么?

这一部分很有技巧性。如果你不想知道EMG是什么深度,那么跳过到下一节。你真正需要知道的是肌电图,当我们的肌肉移动时,会产生非常小的电信号,比如移动手指,握紧拳头,或者举起手臂。

肌电图(EMG),它大致转化为“电肌肉记录”,可以用来控制各种设备。它最初是一种分析肌肉和神经健康的医疗程序,但随着它的普及,它扩展到生物力学、运动、康复等领域,并在1980世纪的商业义肢中被使用。现在它也被用作人类计算机/机器人/机械手。E接口。

EMG信号的大部分可以在0~500 Hz频带中检测到,这是一个相当复杂的信号,为了了解它的形成,重要的是要了解信号来自何处。正如你所想象的,这一切都源自于大脑。大脑启动控制序列,并通过神经系统传递神经脉冲,类似于通过金属导线的电流,神经然后激发或激活运动单位(MU),然后控制肌肉收缩。对于非常低的力运动,使用小的MU,当需要更多的力时,越来越多的运动单元被招募来激活肌肉BRE。单个MU产生动作电位(AP),这在下面的图像中示出。每个动作电位是由于钾(K+)和钠离子(Na+)中的化学交换而发生的。

肌肉在运动过程中产生许多动作电位,比如移动你的手臂或关闭你的手。这产生与下面的图像类似的信号,这表明由于不同的手指移动而导致信号的增加。


超简单肌电信号电路

没有二极管的早期原型


安全通告

我强烈建议你只使用这种电路的电池。如果没有适当的隔离,连接电源可能是危险的。


这里描述的超简单肌电图传感器将帮助人们更容易地玩肌电图。它使用一个超简单的3片EMG电路,由InA128仪表放大器(IA)、电容器和整流二极管组成,以执行半波信号整流(基本上消除了所有负电压信号,这样就不会损坏微控制器上的模拟管脚)。

仪表放大器、放大器、差分输入和减去共模信号(基本上采用两个信号并减去两者中常见的),这会导致两个信道上出现的噪声被部分抑制。超简单EMG电路使用电容器无功阻抗连接到IA增益引脚,它设置可变频率相关增益,从而只放大较高频率,从而对高通滤波器产生类似的影响。电容器阻抗(与IA放大率成反比)由以下方程计算

阻抗=1/(2×π)频率电容

EMG传感器需要3个电极,一个负极、正极和接地,正极和负极彼此相邻放置,并用1cm缝隙隔开。这些电极被放置在你想要监控的肌肉上,并且接地电极放置在骨骼区域上,极少肌肉激活。电极的精确位置可以通过试验和误差来确定。所使用的电极直径30mm,可重复使用,自粘性,长期电极经常发现在TEM,肌电图和神经肌肉刺激应用。

你需要看到的EMG信号唯一的其他补充是一个5V正、负电压源来为你的传感器供电,或者是示波器,或者是你最喜欢的微控制器的模拟管脚。我是阿杜伊诺。

EMG信号不会是惊人的,但是对于一些简单的应用来说是足够好的。如果你只看到噪音(特别是英国的50Hz或美国的60Hz),那么你的环境可能会有太多的电力线嗡嗡声。如果你决定把电源从电源供电(我真的不推荐),那么这也可能是一个非常噪声信号的原因。

我能用超级简单的EMG传感器做什么?

肌电图信号随时间的振幅是肌肉力的良好指标,因此,简单的肌肉握把结合移动平均阈值可以用作虚拟输入按钮。想象一下握紧你的二头肌和电视开关,或者握紧拳头和机器人手。你甚至可以组合多个传感器来进行更多的控制,例如在每一个二头肌上的一个,以控制遥控车或机器人的左右。

如果你想用EMG做更复杂的事情,那么你需要研究先进的信号处理和机器学习,但是对于简单的事情来说,一个简单的阈值就可以完成这项工作。


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