Progetto e realizzazione di un sensore elettromiografico

The subject of this paper is the realization of an EMG sensor, which produces a signal that shows how the contraction strength of the muscle varies. To that extent, it is foresome needed the knowledge of the main, non-theoretical characteristics on which the EMG signal is based upon. Thus, the first step of the realization is designing a pre-amplifier stage, in order to read those characteristics. The second step is to use all the data collected from the previous reading with the intention to clear the signal from all the background noise and to design a rectifier stage which doesn't allow the signal to take on values below zero. The third and final step is adapting the output signal and making it readable by a microcontroller. However, the design deals with some issues, such as the maximum power source allowed by the components, the offset voltage and current of the operational amplifiers, and the value range that all components can assume. Once the sensor is done, it comes to the digital elaboration of the signal, which is read by an analog-to-digital converter, that is a functional part of the used microcontroller. In doing so, the signal is also transmitted through USB to the computer, which display a real-time plot of the output of the EMG sensor. The walked design path and the obtained results lead to the conclusion that greater perfomance can be achieved by replacing the general-purpose operation amplifiers with other ad-hoc designed ones and by better evaluating the value of some components.

Lo scopo di questo elaborato è la realizzazione di un sensore elettromiografico, il quale fornisce in uscita come la forza di contrazione del muscolo varia. Per la realizzazione è necessaria la conoscenza delle principali caratteristiche reali del segnale elettromiografico. il primo passo della realizzazione è la progettazione dello stadio di preamplificazione, con l'ottica di leggere tali caratteristiche. Il secondo passo è utilizzare queste caratteristiche per progettare il secondo stadio, ovvero di rettificazione e filtraggio. Il terzo e ultimo step e adattare il segnale ad una possibile lettura digitale da parte di un microcontrollore. Il progetto affronta vari problemi, quali le caratteristiche reali degli amplificatori operazionali e il range che i componenti discreti possono assumere. Una volta completato il sensore, è possibile leggerlo tramite microcontrollore e successivamente inviarlo al computer, il quale realizzerà un grafico in tempo reale del segnale generato. Performance migliori possono essere raggiunte sostituendo gli amplificatori operazionali utilizzati con amplificatori realizzati appositamente per queste applicazioni e valutando meglio i valori di alcuni componenti.