肌电信号的放大处理

· 生物传感器,肌肉电

肌电信号(EMG)属于微弱的生物电信号(幅值通常 μV 级,体表 EMG 约 10~500μV,针极 EMG 约 10~2000μV),且伴随工频 50/60Hz 干扰、电极噪声、运动伪影等,放大处理的核心是高增益、低噪声、抗干扰、精准滤波,需通过多级放大 + 专用滤波 + 阻抗匹配的组合实现,分体表 EMG(无创,应用更广)和针极 EMG(有创,临床检测),处理流程略有差异,其中体表 EMG 的放大处理是主流应用方向。

以下是肌电信号放大处理的核心原则、标准流程、关键电路设计实操要点,覆盖硬件电路的核心逻辑,也是工业设计、生物医学工程中 EMG 采集的通用方案:

一、肌电信号放大处理的

核心设计原则

  1. 高增益:总放大倍数需达到1000~10000 倍(100dB~120dB),单级放大器无法实现,需分前置放大主放大两级完成;
  2. 低噪声:放大器输入噪声电压需<1μVpp(峰峰值),优先选低噪声运算放大器(运放);
  3. 高输入阻抗:≥10MΩ,避免电极与放大器之间的阻抗不匹配导致信号衰减;
  4. 强抗干扰:重点抑制 50/60Hz 工频干扰(EMG 最主要的干扰源)、共模噪声;
  5. 精准滤波:EMG 的有效频率范围为20~500Hz,需滤除低频(<20Hz)运动伪影和高频(>500Hz)电磁噪声;
  6. 高共模抑制比(CMRR):≥80dB(优选 100dB 以上),抑制体表电极的共模干扰(如人体感应的工频噪声)。

二、体表肌电信号放大处理的

标准硬件流程

整体流程:电极采集 → 阻抗匹配 → 前置放大(初级增益) → 高通滤波(滤低频伪影) → 工频陷波(滤 50/60Hz) → 主放大(次级增益) → 低通滤波(滤高频噪声) → 后续调理(整流 / 放大校准,可选)

核心是 **“先前置放大,后滤波”**(避免噪声被后续高增益放大,这是生物电信号处理的关键原则),而非先滤波再放大。

肌电信号的放大处理