[发明专利]一种用于脑机接口实验研究的手臂位置记录装置

说明书

本发明介绍了一种用于脑机接口实验研究的手臂位置记录装置，用于向上位机传输手臂移动方向信号及手臂移动起始、终止信号，其特征是：包括电阻应变式传感器、平衡差动测量电桥、A/D转换器、单片机、按键模块和输出接口电路；该装置不仅能够实时发送实验者的手臂移动起始、终止信号，使得上位机能够精确记录实验者的手臂移动起始、终止时刻，实时向脑电数据添加标签信息；而且巧妙地将手臂移动方向信号与手臂移动终止信号合而为一，利用同一个信号实现两个信号的功能，减少向上位机发送信号的次数，简化上位机需运算的数据，提高脑机接口实验的精确度。

技术领域

本发明涉及脑机接口技术领域，特别是一种用于脑机接口实验研究的手臂位置记录装置。

背景技术

脑科学是研究人脑的结构与功能的综合性学科，实验装置对于实验数据的分析具有重要意义，能否到利用合适的实验装置设计合理的实验直接影响到实验结果的好坏。

当前基于脑电图（electroencephalogram，EEG）的手臂运动方向（意图）研究主要通过观察肌电信号（贴在手臂肌肉上的电极采集到的信号）来确定手臂运动时刻，在实验数据处理过程中非常难确定运动起始时刻，为脑电研究带来很多麻烦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于脑机接口实验研究的手臂位置记录装置，解决现有技术中无法准确记录手臂运动时刻和方向的问题。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于脑机接口实验研究的手臂位置记录装置，用于向上位机传输手臂移动方向信号及手臂移动起始、终止信号，其特征是：包括电阻应变式传感器、平衡差动测量电桥、A/D转换器、单片机、按键模块和输出接口电路；

所述电阻应变式传感器依次通过平衡差动测量电桥和A/D转换器连接单片机；电阻应变式传感器用于将外部压力变化转化为电压信号，穿过平衡差动测量电桥，传送至A/D转换器，A/D转换器将所述电压信号转换为数字信号作为手臂移动起始信号输入单片机；

所述按键模块与单片机连接；按键模块包括多个按键，多个按键分别设置在电阻应变式传感器周围的各个方向；手臂运动后，按下相应按键，按键模块输出相应电压信号作为手臂移动方向信号及手臂移动终止信号输入单片机；

所述单片机连接输出接口电路；输出接口电路将单片机输出的手臂移动起始信号、手臂移动方向信号及手臂移动终止信号传输至上位机。

具体的：所述电阻应变式传感器是利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作的，根据传感器理论可知，设长为L、截面积为S、电阻率为ρ的电阻丝，已知其阻值为：；当电阻丝两端有机械应力F时，ρ、L、S都会发生变化，从而导致电阻发生变化。这种电阻应变式传感器是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片既可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器；电阻应变片把机械应变信号转换为△R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理；因此，要采用转换电路把电阻应变片的△R/R变化转换成电压或电流变化。

具体的：所述平衡差动测量电桥，Ein为供桥电源电压，当初始有R1R3=R2R4时，则电桥输出电压或电流为零，这时电桥处于平衡状态。其测量原理为，用电阻应变片测量时，将其粘贴在弹性体上；当弹性体受力变形时，电阻应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。由于内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出：

。

具体的：所述按键模块包括四个按键，四个按键分别设置在电阻应变式传感器周围前后左右四个方向上。

具体的：所述单片机为51单片机。

具体的：所述输出接口电路为 RS-232 接口电路。