Messung und Analyse myoelektrischer Signale - Communications ...

3.2.2. Vorverstärkerschaltung
3. Signalerfassung
Der Pegel myoelektrischer Signale auf der Hautoberfläche liegt im Bereich von wenigen
Mikrovolt bis hin zu einigen Millivolt [12]. Um das Signal optimal in den Erfassungsbereich
des nachgeschalteten Analog/Digital-Konverters zu verstärken, ist eine Schaltung
mit möglichst hoher, regelbarer Verstärkung notwendig. Eine mehrstufige Verstärkerschaltung,
wie in Abschnitt 3.1 bereits erläutert, bietet sich generell an.
Die erste Stufe transformiert das Signal von einer hochohmigen Eingangsimpedanz auf
eine niederohmige Impedanz und macht es auf diese Weise für den weiteren Signalverlauf
unanfälliger gegenüber Störeinflüssen. Da der hochohmige Eingang des Vorverstärkers
empfindlich gegenüber kapazitiv eingekoppelten Störungen ist, sollte er mit möglichst
wenig Abstand zu den metallischen Elektroden platziert sein, um lange Zuleitungskabel
zu vermeiden.
Bei der Messung von Signalen mit niedrigen Signalpegeln spielt Rauschen eine wichtige
Rolle als Einflussfaktor auf die Signalqualität.
Um das unvermeidliche Rauschen, das allen aktiven elektronischen Schaltungen inhärent
ist, möglichst gering zu halten, verwendet man hochqualitative und rauscharme elektronische
Komponenten für den Vorverstärker.
Eine weitere Störgröße ist das vorhandene Umgebungsrauschen. Der menschliche Körper
eignet sich auf Grund seiner guten Leitfähigkeit hervorragend als Antenne für elektromagnetische
Strahlung unterschiedlichster Frequenzbereiche. Eine Quelle solcher Störstrahlung
sind die allgegenwärtigen Funkübertragungen, wie beispielsweise Fernseh- oder
Rundfunkübertragungen aber auch die verschiedenen Mobilfunkanwendungen.
Eine andere Quelle der Störstrahlung ist die überall vorhandene Netzspannungsversorgung.
Sie liegt im europäischen Bereich bei 50 Hz und trägt wesentlich zum Störeinfluss
bei. Da ein Großteil der eigentlichen Signalenergie ebenfalls in diesem Frequenzbereich
liegt, wird in der Fachliteratur und auch von SENIAM von einer ” schmalbandigen Notchfilterung
3 “ abgeraten.
Weitere Störungen im Bereich bis 20 Hz treten durch so genannte Bewegungsartefakte
auf. Diese entstehen durch Bewegung am Übergang zwischen Haut und Elektrode oder
auch durch Bewegung der Verbindungsleitungen zum Vorverstärker. Eine Hochpassfilterung
ab einer Frequenz von 20 Hz reduziert diese Effekte deutlich.
Um nun die vorhandenen Störeinflüsse und das Umgebungsrauschen zu unterdrücken,
3 engl. notch, Kerbe schmaler Einschnitt in der Übertragungsfunktion des Filters, Kerbfilter
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