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脑电信号(EEG)是评估精神健康、反映认知情感等脑功能状态的重要信息,也是脑-机接口技术中控制信息的主要来源。在长期健康监护中,脑电是精神健康的关键指标之一。尽管通讯用的无线电子系统在小型化方面发展迅速,然而无线电生理信号监测系统由于受限于运动状态下的信噪特性差、设备佩戴的便捷性差以及不够舒适等因素,所以改善系统的信噪比、可穿戴化和无线网络化是亟待解决的问题。通过脑电采集系统在电极上的创新应用及其与系统微型化、无线化技术的结合,本文展开了以下两方面的研究:一是佩戴舒适、信噪特性好、可规模量产的主动干电极的研究;二是无线可穿戴EEG传感采集电路系统的研究。利用商用运算放大器为核心,搭建采集电路、通过其与主动干电极及无线传输系统的整合,制备成可穿戴EEG采集记录监测系统。主要的研究成果及其创新点如下: 1、为了实现对头发区域EEG信号可靠稳定的,高信噪比的采集和记录,设计并制备了一种主动干电极,该电极将课题组研制的爪式干电极匹配了一个跟随放大电路,可以安装快捷,佩戴舒适。测试结果显示主动干电极可以达到和标准湿电极89%以上的信号相关度,主动干电极的设计则在很大程度上抑制了干电极传感器高阻抗带来的信号干扰。同时,开发出了8通道主动干电极的配套电源板,主要应用于兼容通用于电极,将标准干电极转化为主动干电极,以高效地采集EEG信号。 2、采用集成电路芯片,我们设计了一个尺寸小于一张信用卡的采集电路,以配合干电极,满足了脑电采集中对输入阻抗,频率响应,共模抑制比的要求。设备综合了信号处理,24位模拟数字转换器(ADC)可高分辨率的将脑电信号通过蓝牙无线的传输出去。测试结果显示EEG传感采集系统的整体特性为:AC输入范围在1.43uV-500mV@10Hz,平均共模抑制比(CMRR)111dB,平均输入等效噪声为3.89uV,信噪比约109dB。实验表明带有主动干电极的系统不仅大大减少了电极与皮肤接触时的准备时间,而且在脑-机接口中的应用结果显示,具有良好的信号辨识度。最后,计算机成功地实时无线采集信号、显示,并实现了简单的人机交互功能。