Детектор сигнала в системах биоэлектрического управления протезами (его варианты)

 

1. Детектор сигнала в системах биоэлектрического управления протезами , содержащий последовательно соединенные выпрямитель и сглаживающий фильтр, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости по отношению к периодическим и флуктуационным помехам, он содержит последовательно подключенные полосовой частотный фильтр, усилитель, дополнительный выпрямитель и дополнительный сглаживающий фильтр, выход сглаживающего фильтра соединен с входом полосового частотного фильтра. 2. Детектор сигнала в системах биоэлектрического управления протезами , содержащий последовательно соединенные выпрямитель и сглаживающий фильтр, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения помехоустойчивости по отношению к периодическим и импульсным помехам, он содержит последовательно соединенные полосовой частотный фильтр, усилитель , дополнительный выпрямитель,второй сглаживающий фильтр, элемент выделения наименьшего сигнала и третий сглаживающий фильтр, причем вход полосового частотного филЬтра соединен с выходом сглаживающего фильтра, вход которого через третий сглаживающий фильтр подключен к второму входу элемента выделения наименьшего сигнала. с «б (Л го 4:аь Фие. 7

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1247008 A 1 (д1) 4 А 61 F 2/54

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 3

1

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3783259/28-14 (22) 11.07.84 (46) 30.07.86.Бюл. № 28 (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт протезирования и протезостроения (72) В.M.Бернштейн, Е.П.Полян и Г.P.Ïëèñêî (53) 615.475 (088.8) (56) Isidori А., Nicol. o F. Uno

strumento per(a rivetazionee ta misura di alcuni parametri dei potentla(i mioetetrici. - Z EIettrotecnica, 1967,54, ¹ 2, с.98-101. (54) ДЕТЕКТОР СИГНАЛА В СИСТЕМАХ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕЗАМИ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) 1. Детектор сигнала в системах биоэлектрического управления протезами, содержащий последовательно соединенные выпрямитель и сглаживающий фильтр, отличающийся тем, что, с целью повьппения помехоустойчивости по отношению к периодическим и флуктуационным помехам, он содержит последовательно подключенные полосовой частотный фильтр, усилитель, дополнительный выпрямитель и дополнительный сглаживающий фильтр, выход сглаживающего фильтра соединен с входом полосового частотного фильтра.

2. Детектор сигнала в системах биоэлектрического управления протезами, содержащий последовательно соединенные выпрямитель и сглаживающий фильтр, отличающийся тем, что, с целью повьппения помехоустойчивости по отношению к периодическим и импульсным помехам, он содержит последовательно соединенные полосовой частотный фильтр, усилитель, дополнительный выпрямитель,второй сглаживающий фильтр, элемент выделения наименьшего сигнала и третий сглаживающий фильтр, причем вход полосового частотного филЬтра соединен с выходом сглаживающего фильтра, вход которого через третий сглаживающий фильтр подключен к второму входу элемента выделения наименьшего сигнала.

1247008

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезам с биоэлектрическим управлением, в которых используются в качестве управляю щего сигнала биопотенциалы мьппц ин валида.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости по отношению к периодическим и флуктуационным а также к периодическим и имУ пульсным помехам.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства по первому варианту; на фиг. 2 — то же, но второму варианту; на фиг ° 3 — функциональная схема разновидности устройства по второму варианту; на фиг.4 принципиальная .электрическая схема. разновидности устройства по второму варианту.

Детектор сигнала в системах биоэлектрического управления протезами по первому варианту (фиг,1) содержит последовательно соединенные выпрямитель 1, сглаживающий фильтр 2, полосовой частотный фильтр 3, усилитель

4, дополнительный выпрямитель 5, дополнительный сглаживающий фильтр 6.

Детектор по второму варианту (фиг.2) содержит выпрямитель 1, сглаживающий фильтр 2, полосовой частотный фильтр 3, усилитель 4, дополнительный выпрямитель 5, второй сглаживающий фильтр 6, третий сглаживающий фильтр 7, элемент 8 выделения наименьшего сигнала.

Детектор сигнала по первому варианту работает следующим образом.

Электромиографический сигнал выпрямляется в выпрямителе 1, выпрямленный сигнал усредняется или сглаживается в сглаживающем фильтре 2.

Таким образом, вьщеляется огибающая электромиографического сигнала. Полосовой частотный фильтр 3 исключает постоянную составляющую сигнала, т.е. вьщеляет флуктуации огибающей.

Полосовой частотный фильтр 3 вьщеля- . ет также полосу частот флуктуаций огибающей, обеспечивающих лучшее функционирование системы: устраняются низкочастотные составляющие, вызывающие заметную неравномерность пере ещения исполнительного механизма, в пределах частотного спектра сигнала на выходе полосового частбтного фильтра 3, обеспечивается превьппение флуктуаций огибающей сигнаS0 периментальные данные, величина флуктуаций огибающей сигнала определяется уровнем электромиографического сигнала и увеличивается с его увеличением, т.е. несет ту же информацию о степени сокращения мышцы.

Эффект достигается тем, что электромиографический сигнал имеет больший уровень флуктуаций, чем у расла по сравнению с флуктуациями огибающей помехи. Усилитель 4 усиливает сигнал до величины, при которой может происходить выпрямление сигнала применяемыми в настоящее время приборами. Дополнительный выпрямитель 5 и дополнительный сглаживающий фильтр 6 выпрямляют и сглаживают сигнал, формируя однополярный сигнал и устраняя флуктуации выходного сигнала, повышая,тем самым плавность движения исполнительного механизма.

Детектор сигнала по второму варианту работает следующим образом.

В выпрямителе 1, сглаживающем фильтре 2, полосовом частотном фильтре 3, усилителе 4„ в дополнительном выпрямителе 5, во втором сглаживаю20 щем фильтре 6 осуществляется вьщеление флуктуаций огибающей .сигнала, третий сглаживающий фильтр 7 одновременно формирует огибающую электромиографического сигнала. Коэффициент усилителя 4 отрегулирован таким образом, чтобы при отсутствии помех уровни сигнала с выхода второго и третьего сглаживающих фильтров 6 и

7 были наиболее близкими. При наличии помехи с малым уровнем флуктуаций огибающей по сравнению с его средним значением сигнал и помеха проходят элемент выделения наименьшего сигнала 8 только с выхода второго сглаживающего фильтра 6, так как на выходе третьего сглаживающего фильтра 7 сигнал имеет большее значение. При наличии помехи с большим уровнем флуктуаций огибающей (напри40 мер, импульсной) по сравнению со средним значением помехи сигнал и помеха проходят элемент вьщеления наименьшего сигнала 8 только с выхода третьего, сглаживающего фильтра 7.

В предлагаемом детекторе осуществляется выделение флуктуаций огибающей электромиографического сигнала.

Как показывает теория образования электромиографического сигнала и эксI 247008 пространенных видов периодических и флуктуационных помех. Так как флуктуации электромиографического сигнала на выходе предлагаемого детектора являются управляющим сигналом, не- 5 сущим необходимую информацию, то тем самым повышается отношение сигнал — помеха, т.е. повышается помехоустойчивость системы управления.

Для упрощения схемы детектора по второму варианту первый и третий сглаживающие фильтры могут быть объединены (фиг.3). По сравнению со схе— мой на фиг.2 исключен третий сглаживающий фильтр. Выход сглаживающе- 5 го фильтра 2 подключен ко входу полосового частотного фильтра 3 и к одному из входов элемента 8 выделения наименьшего сигнала.

На фиг. 4 представлена принципи20 альная электрическая схема детектора, реализующая разновидность устройства по второму варианту.

Каскад на транзисторе Т1 реализу- 25 ет выпрямитель 1 и сглаживающий фильтр 2, каскад на транзисторе Т2 выполняет функцию полосового частотного фильтра 3, каскад на транзисторе Т3 реализует усилитель 4, допол- 30 нительный выпрямитель 5 и второй сглаживающий фильтр 6, каскад на транзисторе Т4 — элемент выделения наименьшего сигнала 8.

Особенностью разновидности устройства по второму варианту по сравнению с его основной схемой является то, что параметры первого сглаживающего фильтра выбираются исходя из требований не детектора флуктуаций 40 огибающей, а детектора текущего среднего. В связи с этим осуществляется большее подавление флуктуаций огибающей, чем это необходимо для детектора флуктуаций огибающей. Это приво- дит к необходимости повысить коэффициент усиления усилителя 4. В приведенной схеме в качестве первого сглаживающего фильтра использована однозвенная RC-цепь с постоянной времени

0 085 с.

Выбор полосы пропускания частотного фильтра в данной схеме определяется частотной хара теристикой усилителя бнопотенциалов, который предполагалось использовать с данным детектором, и характеристиками периодических помех. В усилителе биопотенциалов подавляется основная частота сетевых наводок 50 Гц и поэтому возникает необходимость подавления высших гармоник, образуемых, в частности, и в усилителе биопотенциалов. Верхняя граничная частота частотной характе-, ристики усилителя биопотенциалов

400-600 Гц. Эти данные определяют частотную характеристику усилителя 4

70-600 Гц. В качестве второго сгла живающего фильтра 6 использовался однозвенный RC-фильтр с постоянной времени 0 1 с.

Приведенная схема обеспечивает подавление шумового сигнала с нормальным распределением амплитуды сигнала более, чем в 2 раза большее, чем в детекторе среднего значения сигнала, синусоидальных помех частотой

100 Гц — более, чем в 2 раза, 200 Гц — в 20 раз, действие синусоидального сигнала частотой 350 Гц не удалось обнаружить ° Высшие гармоники ограниченного по амплитуде синусоидального сигнала частотой 50 Гц снижались более, чем в 20 раз. Кроме того, приведенная схема обеспечивает то, что сигнал на выходе имеет меньшие флуктуации, чем сигнал на выходе детектора флуктуаций огибающей и детектора среднего значения ° Это объясняется тем, что сигналы на выходе обоих вариантов детекторов перед элементом, выделяющим наименьшее значение сигнала, нЬ вполне коррелированы и схема "срезает" выбросы флуктуаций, если они не повторяются в другом детекторе.

Использование детектора сигнала по первому варианту оправдано при малом уровне импульсных помех. При импульсных помехах большой величины целесообразно применение второго варианта детектора сигнала, в котором в зависимости от вида помех функционирует детектор среднего уров.ня сигнала или детектор флуктуаций огибающей сигнала.

1 24 7008

0,1

Д1

ЯЫ

Составитель М.Пластинин

Техред И.Гайдош.

Редактор P.Âoëoùóê

Корректор Е.Сирохман

Заказ 4042/6 Тираж 660

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие У г. жгород, ул.Проектная, 4