بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله مدار طراحی و ساخته شده برای استخراج و پردازش سیگنال های الکترومیوگرافی ارائه شده است. که قابلیت دریافت و پردازش و ارسال سیگنال و دیتا را بدن انسان به ربات فراهم می کند. امپدانس ورودی خیلی بالا، دارای فیلتر های بسیار تیز و دقیق، امکان تنظیم ولتاژ افست در خروجی و بهره بالا، مبدل آنالوک به دیجیتال 10 بیتی با نرخ نمونه برداری در ماکزیمم سرعت 125 نانوثانیه، دارای پردازنده 16 مگاهرتز، قابلیت نصب در مچ دست، اندازه و توان مصرفی پایین، دارای سه کانال ورودی آنالوک کاملا مجزا، قابلیت اتصال با انواع سیستم های ارتباطی با سیم و رادیویی، رعایت تمامی اصول کاهش نویز در هنگام تحرک مداری، سازگار با تمام الکترودهای قابل نصب بر روی پوست از قابلیت های این سیستم می باشد. کلیه پارامترهای سیستم آزمایش شده و نتایج خوبی را ارائه داده است از آن جمله می توان استفاده از این سیستم در ساخت دست رباتیک با استفاده از سیگنال های EMG اشاره کرد.
-1 مقدمه
امروزه ارتباط دهی بین ماشین و انسان یک فرایند جدید و کارآمد به شمار می رود. از سوی دیگر جایگزین کردن اعضای بدن انسان با ربات ها نیز یک علم نوظهور می باشد. لذا برای اینکه این ارتباط به بهترین شکل ایجاد شود بایستی یک پل ارتباطی خوبی بین انسان و ربات وجود داشته باشد. برای نمونه جایگزین کردن اعضای دست و پا با ربات ها به استخراج و پردازش سیگنال های الکترومیوگرافی نباز دارد. چون دامنه سیگنال های الکترومیوگرافی در حدود میکرو ولت می باشد و همراه این سیگنال ها نویز فراوان وجود دارد لذا بایستی این سیگنال به سیگنال قابل پردازش تبدیل شود.[1] تبدیل سیگنال های الکترومیوگرافی به سیگنال های قابل پردازش نه تنها در جایگزینی اعضای از دست رفته دست و پا مورد نیاز می باشند بلکه در ارتباط دهی ما بین یک سیستم و ماهیچه های بدن انسان نیز کاربرد دارند.
برای استخراج سیگنال های الکترومیوگرافی از ماهیچه ها به الکترود نیاز می باشد. این الکترودها دارای تنوع و ویژگی هایی می باشند. دو نوع الکترود مورد استفاده در این نوع نمونه برداری خیلی معروف هستند. یک نمونه الکترود معروف از نوع پارچه ای که قابل نصب در لباس و شست وشو و حالت خشک و دارای امپدانس 1 تا 5Mohm/cm2 و نوع دیگر از نوع یک بار مصرف Ag/AgCl که دارای امپدانس 10K /cm2 می باشد.[2] امپدانس ورودی پیش تقویت کننده در این سیستم 100گیگااهم است که می تواند همه الکترودها را پشتیبانی کند. لذا پیش تقویت کننده ها که دارای هزینه بالای هستند مورد نیاز نیست. در اصل این سیستم برای کاربردهای متحرک و ارتباط دهی در طولانی مدت طراحی شده است.
-2 تکنیک ها و روش ها
-2-1 الکترودها
در این پروژه از نوع الکترود های یک بار مصرف Ag/AgCl که دارای امپدانس 10 کیلو اهم می باشد استفاده شده است. در شکل 1 طرحی از نمونه الکترود و مدار معادل ان نشان داده شده است.
شکل :1 طرحی از نمونه الکترود و مدار معادل
الکترودهای تجاری که به ضخامت 1/5 میلی متر از لاستیک سیلیکون رسانا تهیه می شوند و بسته به کاربردشان در اشکال مختلفی تولید می شوند. از جمله ای این اشکال می توان به نوع دیسکی شکل آن اشاره نمود که در قطر 8 میلی متری طراحی می شوند. این نوع الکترودها بیش از آن که به عنوان الکترودهای ثبت مورد استفاده قرار گیرند به عنوان الکترو های تحریک در چند دهه ی اخیر کاربرد داشته اند. چرا که این الکترودها ذاتا مقاومت بالایی دارند.[3] شکل 2 طرحی از یک الکترود خشک است در عمل یک لایه ی اضافی از عایق برای پوشش دادن صفحه ی محافظ برای حفاظت آن در برابر اتصالات و تماس های ناخواسته مورد استفاده قرار گرفته است . امپدانس اندازه گیری شده در فرکانس 10 هرتز بیش از 20 مگااهم بدست آمد.
شکل : 2 طرحی از الکترود لاستیکی
-2-2 پیش تقویت کننده
در این مدار از AD8221 به عنوان پیش تقویت کننده استفاده شده است. چرا که امپدانس بالایی به مقدار 100 گیگااهم در دسترس می باشد. همچنین مقدار جریان بایاس در بیشترین حالت 0/2 nA و همچنین مقدار نویز 8 nV/Hz است. شکل 3 نحوه راه اندازی این آی سی همراه با مدر فیلتر بالا گذر را در قسمت پیش تقویت کننده نشان می دهد.
شکل :3 نحوه راه اندازی آی سی AD8221 همراه مدار فیلتر بالا گذر
مقدار بهره در پیش تقویت کننده 50/4 تعیین شده است این مقدار از رابطه 1 بدست می آید.
