Określanie aktywności mięśni za pomocą pomiaru generowanego w nich potencjału elektrycznego, nazywane elektromiografią (EMG), jest zwykle używane w medycynie do diagnozowania zaburzeń nerwowo-mięśniowych. Używając najnowszych układów scalonych i mikroprocesorów w budowie elektromiografów i osprzętu pozwoliło na zastosowanie tego typu pomiarów w protezach, robotach i innych systemach sterowania. Do tej pory, ze względu na wysokie koszty, elektromiografy były poza zasięgiem większości hobbystów.
Niniejszy opis pokaże, jak zbudować własny moduł elektromiografu, aby wykorzystać go w urządzeniach np. do sterowania grami wideo, ramieniem robota, egzoszkieletu itd. Poniższe nagranie przedstawia zasadę działania prezentowanego elektromiografu:
Link
Do budowy urządzenia potrzebne będą m.in. trzy wzmacniacze operacyjne TL072 i wzmacniacz różnicowy INA106, zestaw elektrod do elektromiografii, dwie baterie 9V oraz garść popularnych elementów.
Ze względu na wykorzystanie układów TL072 i INA106 układ wymaga zasilania symetrycznego, co uzyskiwane jest z połączenia dwu baterii 9V. Realizacje poszczególnych kroków montażu będą pokazane z wykorzystaniem płytki stykowej.
Na wejściu urządzenia pracuje wzmacniacz INA106, do którego podpięte są bezpośrednio elektrody. Wzmacniacz ma bardzo duże wzmocnienie, rzędu 110, co pozwoli na pomiar nawet niewielkiej różnicy napięć pomiędzy dwiema elektrodami umieszczonymi w pobliżu mięśnia.
Sygnał generowany ze wzmacniacza INA106 wymaga dalszego wzmocnienia, w tym celu wykorzystany jest układ TL072 – wzmacniacz odwracający o wzmocnieniu rzędu 15. Do odsprzęgania sygnału ze składowej zmiennej wykorzystano kondensator. Na wyjściu wzmacniacza znajduje się filtr aktywny górnoprzepustowy, usuwający ewentualny szum.
Następnie, sygnał musi zostać wyprostowany – w tym celu stosuje się prostownik pełnofalowy. Jako taki prostownik pracuje obwód zbudowany z kolejnego wzmacniacza TL072 i dwu diod 1N4148.
Ostatnim blokiem jest aktywny filtr dolnoprzepustowy, który redukuje tętnienia sygnału i umożliwia podanie go na przetwornik A/C mikroprocesora. Taki filtr zbudowany jest w oparciu o kolejny układ TL072. Sygnał przepuszczany przez filtr wymaga ostatecznego „formowania” w kolejnym wzmacniaczu odwracającym. W obwodzie filtru znajduje się również potencjometr pozwalający na ręczną regulację wzmocnienia.
Po zmontowaniu całości należy przeprowadzić kontrolę poprawności montażu. W tym celu można wykorzystać też oscyloskop i generator funkcyjny.
Następnie należy umieścić elektrody pomiarowe (3 sztuki) w odpowiednich miejscach. Jako przykład posłuży mięsień dwugłowy ramienia prawej ręki (biceps). Najpierw należy dokładnie wymyć skórę, a następnie przymocować jedną z elektrod w połowie długości badanego mięśnia. Będzie ona nazywana elektrodą środkową. Drugą elektrodę umieszcza się na jednym z końców mięśnia – nosi ona nazwę elektrody końcowej. Trzecią elektrodę umieszcza się na mało umięśnionym miejscu w pobliżu badanego mięśnia, najlepiej na obszarze, gdzie blisko skóry znajduje się kość. Taka elektroda stanowi elektrodę odniesienia.
Przymocowane elektrody można podłączyć do urządzenia. Elektrodę odniesienia łączy się z masą, a dwie aktywne elektrody – środkową i końcową – do wejść wzmacniacza INA106. Po podłączeniu elektrod należy dodać kondensatory filtrujące na liniach zasilania.
Na koniec należy włączyć zasilanie układu i sprawdzić, czy na jego wyjściu występuje napięcie, które można bezpiecznie podać do przetwornika A/C. Jeśli tak, można podłączyć taki przetwornik i rozpocząć pomiary.
Schemat modułu elektromiografu można zobaczyć poniżej.
Na stronie źródłowej znaleźć można dokładny opis montażu urządzenia na płytce stykowej oraz odnośniki do stron pozwalających zrozumieć dokładniej zarówno zasadę pomiarów elektromiograficznych, jak i rolę poszczególnych obwodów w urządzeniu. Autor zaprojektował również płytki dla modułu, lecz te dostępne są jedynie odpłatnie.
Fajne!