專利名稱：一種usb傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及腦電波信號采集領域，特別是一種USB傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶。
背景技術：
隨著網絡技術的成熟和普及，遠程教育作為終身學習的一種手段，已被人們接受。但是，遠程教育的學習與課堂學習的最大區別是:課堂學習是在教師的監管下完成的；而遠程教育的學習是一種自主學習。由于沒有教師的監管，加上人的自身原因及環境因素等，使得遠程教學的學習效果很難達到課堂學習的效果。有些學習者甚至無法完成學習任務。最大缺陷就是缺少教師這個角色。人的學習狀態可分為三種。在專心學習時，注意力集中，在生理上表現為腦電波有規律比較平穩(稱α頻率在8Ηζ-13Ηζ);興奮時(稱β頻率在13Hz以上)，表現為頻率變快，幅度變大，持續時間不易過長；學習疲勞時(稱Θ頻率在4Hz-7Hz)，表現為注意力分散，腦電波比較雜亂。目前腦電波的采集設備主要分兩大類:一類的醫用專業腦電圖機，它是用于疾病的診斷，采用10-20系統電極和雙極導聯的復雜結構，需要專人操作。但精確度高；另一類是簡易腦電波采集設備，采用2-3電極(其中1-2是基準電極，放置于耳垂)和平均導聯或單極導聯結構。它用于常人的實驗性研究，如心理學的注意實驗等。它的結構比較簡單，使用也比較方便。但精確較低。導聯有三種:單極導聯、平均導聯和雙極導聯。單極導聯和平均導聯原理基本一樣，都是以耳垂為基準端，屬于單端輸入法，抗干擾比較差。雙極導聯沒有基準端，屬于差分輸入法，抗干擾比 較強。
實用新型內容本實用新型的主要目的在于提出一使用方便的USB傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶。本實用新型采用如下技術方案:一種USB傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶，其特征在于:包括帶體和與帶體相連的裝置主體，帶體上設置有電極；裝置主體上包括有與電極相連的信號處理電路、與信號處理電路相連的模/數轉換電路、與模/數轉換電路相連的USB接口 ；所述信號處理電路包括與電極相連的前置放大電路、與模/數轉換電路相連的輸出放大電路以及連接于前置放大電路和輸出放大電路之間的負反饋電路。進一步的，所述前置放大電路采用INA333數據放大器，該放大器的差分輸入端與電極相連，一輸出端與輸出放大電路輸入端相連，另一參考輸出端與負反饋電路輸出端相連。進一步的，所述輸出放大電路包括一第一運放器，該第一運放器的信號輸入端與所述前置放大電路的輸出端之間串聯一第二電阻，該第一運放器的輸出端與其信號輸入端之間并聯有一第一電容，且該第一運放器的輸出端與前置放大電路的參考輸出端相連。進一步的，所述負反饋電路包括一第二運放器，該第二運放器的信號輸入端與所述前置放大電路的輸出端之間串聯有第一電阻，該第二運放器的輸出端與其信號輸入端之間并聯有一第三電阻和一第二電容，且該第二運放器的輸出端與所述模/數轉換電路的輸入端相連。進一步的，所述第一運放器和所述第二運放器均為0PA2333運放器。進一步的，所述模/數轉換電路采用集成電路UAC3554B。由上述對本實用新型的描述可知，與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果:本實用新型的腦電波信號采集帶如同佩戴運動頭帶一樣使用方便。采用電極和雙極導聯結構，根據學習監控的特點(眼睛的注意程度)，將電極放置于雙眼上方前額部位進行腦電波信號采集，提高有效信號的精度。將采集到的腦電波信號經信號處理電路進行放大濾波處理，而后通過模/數轉換電路進行模數轉換，最后經與外部設備(計算機)連接的USB接口將獲取到的經處理后的腦電波信號發送至遠端實現監控。

圖1為本實用新型的采集帶的使用示意圖；圖2為本實用新型的整體結構示意圖；圖3為本實用新型的信號處理電路原理圖4為本實用新型的INA333放大器的內部結構示意圖5為本實用新型的模/數轉換電路示意圖。
具體實施方式
以下通過具體實施方式
對本實用新型作進一步的描述。腦電波信號是屬于強噪聲背景下的超低頻(0.5-lOOHz)、微弱(0.1-1mV)信號，當生物信號通過電極轉換成電量時，獲得的信號電壓變化量很小，而共模電壓卻很高，所以電極后面的數據放大器必須具有很高的共模抑制比，同時要求有較高的輸入電阻，以免對電極產生影響。為了提高測量精度，數據放大器還應有較高的開環增益，較低的失調電壓、失調電流、噪聲以及漂移等。作為便攜采集裝置還要考慮低電壓，低功耗。參照圖1至圖5，一種USB傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶，包括帶體I和與帶體I相連的裝置主體2，帶體I上設置有電極3。裝置主體2上包括有與電極3相連的信號處理電路4、與信號處理電路4相連模/數轉換電路5、與該模/數轉換電路5相連的USB接口 6。可通過USB接口 6提供5V電源，可以給模/數轉換電路5、電極3及信號處理電路4供電。信號處理電路包括與電極3相連的前置放大電路、與模/數轉換電路5相連的輸出放大電路以及連接于前置放大電路和輸出放大電路之間的負反饋電路。其中，前置放大電路采用三運放組成的儀器專用的INA333數據放大器，其內部原理和外部結構圖參照圖4所示。其中每個集成運放都接成比例運算電路。電路包含兩個放大級，Ap A2組成第一級，二者均接成同相輸入方式，因此輸入電阻很高。由于電路結構對稱，它們的漂移和失調都有互相抵消的作用。A3組成差分放大級，將差分輸入轉換成為單端輸出。Re是增益設置電阻。G=1+100KQ/Rg, Vq=G* (VIN+-VIN)，本設計 G=200。各引腳定義:2、3 腳是差分輸入端 VIN、VIN+ ；
1、8腳是增益設置端；4、7腳是電源端；6腳是輸出端；5腳是參考輸出端(調整)。該差分輸入端VIN、VIN+與電極3相連,一輸出端Vtl (6腳)與輸出放大電路輸入端相連,另一參考輸出端(5腳)與負反饋電路輸出端相連。負反饋電路用于保持輸出信號的穩定，包括一第一運放器BI,該第一運放器BI米用0PA2333運放器，參照圖4，其信號輸入端(2腳)與前置放大電路的輸出端(6腳)之間串聯一第二電阻R2,該第一運放器BI的輸出端(I腳)與其信號輸入端(2腳)之間并聯有一第一電容Cl,且該第一運放器BI的輸出端(I腳)與前置放大電路的參考輸出端相連。輸出放大電路是將信號進行進一步放大，包括一第二運放器B2，該第二運放器B2的信號輸入端(6腳)與前置放大電路的輸出端(6腳)之間串聯有第一電阻R1，該第二運放器B2的輸出端Vqut與其信號輸入端(6腳)之間并聯有一第三電阻R3和一第二電容C2,且該第二運放器B2的輸出端Votjt與模/數轉換電路5相連。模/數轉換電路5由集成電路UAC3554B及其外圍電路組成，參照圖5，該集成電路是一片模擬音頻編號數字信號的電路 ，由輸出放大電路輸出端Vtot輸出的信號，從圖中A、B任一路輸入，它們的頻率范圍也在變換的范圍以內，經過UAC3554B的59、60腳輸入，將模擬信號轉換為數字信號，由USB接口 6輸出。本實用新型的腦電波信號采集帶如同佩戴運動頭帶一樣使用方便。采用電極3和雙極導聯結構，根據學習監控的特點(眼睛的注意程度)，將電極3放置于雙眼上方前額部位進行腦電波信號采集，提高有效信號的精度。將采集到的腦電波信號經信號處理電路進行放大濾波處理，而后通過模/數轉換電路5進行模數轉換，最后經與外部設備(計算機)連接的USB接口 6將獲取到的經處理后的腦電波信號發送至遠端實現監控。上述僅為本實用新型的一個具體實施方式
，但本實用新型的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本實用新型進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本實用新型保護范圍的行為。
權利要求1.一種USB傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶，其特征在于:包括帶體和與帶體相連的裝置主體，帶體上設置有電極；裝置主體上包括有與電極相連的信號處理電路、與信號處理電路相連的模/數轉換電路、與模/數轉換電路相連的USB接口 ；所述信號處理電路包括與電極相連的前置放大電路、與模/數轉換電路相連的輸出放大電路以及連接于前置放大電路和輸出放大電路之間的負反饋電路。
2.如權利要求1所述的一種USB傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶，其特征在于:所述前置放大電路采用INA333數據放大器，該放大器的差分輸入端與電極相連，一輸出端與輸出放大電路輸入端相連，另一參考輸出端與負反饋電路輸出端相連。
3.如權利要求2所述的一種USB傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶，其特征在于:所述輸出放大電路包括一第一運放器，該第一運放器的信號輸入端與所述前置放大電路的輸出端之間串聯一第二電阻，該第一運放器的輸出端與其信號輸入端之間并聯有一第一電容，且該第一運放器的輸出端與前置放大電路的參考輸出端相連。
4.如權利要求3所述的一種USB傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶，其特征在于:所述負反饋電路包括一第二運放器，該第二運放器的信號輸入端與所述前置放大電路的輸出端之間串聯有第一電阻，該第二運放器的輸出端與其信號輸入端之間并聯有一第三電阻和一第二電容，且該第二運放器的輸出端與所述模/數轉換電路的輸入端相連。
5.如權利要求4所述的一種USB傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶，其特征在于:所述第一運放器和所述第二運放器均為0PA2333運放器。
6.如權利要求1所述的一種USB傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶，其特征在于:所述模/數轉換電路采用集成電路UAC3554B。
專利摘要一種USB傳輸的遠程學習腦電波信號采集帶，包括帶體和與帶體相連的裝置主體，帶體上設置有電極；裝置主體上包括有與電極相連的信號處理電路、與信號處理電路相連的模/數轉換電路、與模/數轉換電路相連的USB接口；所述信號處理電路包括與電極相連的前置放大電路、與模/數轉換電路相連的輸出放大電路以及連接于前置放大電路和輸出放大電路之間的負反饋電路。本實用新型的遠程學習腦電波采集帶，根據學習監控的特點(眼睛的注意程度)，將電極放置于雙眼上方前額部位，采用電極和雙極導聯結構采集人體腦電波信號，可將獲取到的經處理后的腦電波信號發送至遠端實現遠端監控。
文檔編號A61B5/0476GK203107121SQ20132016678
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月3日 優先權日2013年4月3日
發明者許陵, 陳梅芬, 冉新義 申請人:漳州師范學院