Elektromiografinio jutiklio kūrimas ir tyrimas
Griškevičius, Julius | Recenzentas / Rewiewer |
Skurvydas, Albertas | Darbo gynimo komisijos pirmininkas / Thesis Defence Board Chairman |
Darbo gynimo komisijos narys / Thesis Defence Board Member | |
Darbo gynimo komisijos narys / Thesis Defence Board Member | |
Darbo gynimo komisijos narys / Thesis Defence Board Member | |
Darbo gynimo komisijos narys / Thesis Defence Board Member | |
Darbo gynimo komisijos narys / Thesis Defence Board Member |
Baigiamajame magistro darbe kuriamas ir tiriamas paviršinės elektromiografijos (sEMG) jutiklis. Atlikta mokslinės literatūros analizė, kurioje nagrinėjamos dažniausiai taikomos jutiklių architektūros, signalo apdorojimo etapai ir stiprintuvų pasirinkimo kriterijai. Remiantis analize, sudarytas jutiklio testavimo ir vertinimo protokolas bei sukurta automatizuota testavimo programa, parašyta Python programavimo kalba, naudojant SCPI valdymo standartą. Išanalizuoti mokslinėje literatūroje dažniausiai naudojami instrumentiniai stiprintuvai, jų charakteristikos bei pritaikymo dažnumas. Kaip alternatyva parinktas AD8233 analoginis signalų apdorojimo blokas (AFe), iki šiol plačiau neaptartas akademiniuose darbuose. Sukurtas jutiklio prototipas buvo suprojektuotas, susimuliuotas bei pagamintas naudojant 6 sluoksnių PCB architektūrą su itin kompaktiškais 0201 komponentais. Atlikta dažninė analizė, stiprinimo bei signalo ir triukšmo santykio (SNR) įvertinimas, taip pat eksperimentinis dažninio atsako palyginimas su simuliacijų rezultatais. Siekiant tikslumo, pagaminti aukštos tolerancijos (±50 µm) grynojo sidabro elektrodai. Palyginus su Delsys Trigno sistema, sukurtas jutiklis pasižymėjo didesniu SNR (18,36 dB, palyginti su 16,62 dB), platesniu dažnių diapazonu, iki 500 Hz, kai Delsys Trigno iki 450 Hz. Šie rezultatai rodo, kad jutiklis gali būti konkurencingas kompaktiškas sprendimas paviršinių EMG matavimų srityje Gautų rezultatų pagrindu suformuluotos išvados ir pateikti pasiūlymai tolesniam prototipo tobulinimui.Darbą sudaro: įvadas, jutiklio projektavimo ir testavimo metodika, rinkoje prieinamų jutiklių analizė, siūlomos konstrukcijos techninė analizė, eksperimentiniai tyrimai, išvados ir pasiūlymai.Darbo apimtis - 51 p. teksto, be priedų, 20 paveikslų, 2 lentelės, 63 bibliografiniai šaltiniai. Atskirai pridedami darbo priedai.Reikšminiai žodžiai: paviršinė elektromiografija, jutiklis, bendro režimo atmetimo koeficientas, biosignalas, instrumentinis stiprintuvas, dažninė analizė, signalo ir triukšmo santykis.
This master's thesis presents the development and investigation of a surface electromyography (sEMG) sensor. A comprehensive literature review was conducted, analyzing commonly used sensor architectures, signal processing stages, and amplifier selection criteria. Based on this analysis, a sensor testing and evaluation protocol was developed, along with an automated testing program written in Python using the SCPI control standard. Instrumentation amplifiers most frequently cited in scientific literature were evaluated in terms of their characteristics and usage frequency. As an alternative solution, the AD8233 analog front end (AFe) was selected - a component not yet extensively discussed in academic publications.A prototype sensor was designed, simulated, and manufactured using a 6-layer PCB architecture with highly compact 0201-sized components. Frequency response analysis, gain measurements, and signal-to-noise ratio (SNR) evaluation were performed, including an experimental comparison of frequency response with simulation results. To ensure signal integrity, high-precision pure silver electrodes (±50 µm tolerance) were fabricated. The experimental results demonstrated a SNR of 18.36 dB and a usable frequency range up to 500 Hz. Compared to the commercial Delsys Trigno system, which achieved an SNR of 16.62 dB and operates within a narrower frequency range, the developed sensor prototype exhibited competitive performance. These findings indicate the potential of the proposed design as a compact and efficient solution for sEMG signal acquisition. Based on the experimental findings, conclusions were drawn and suggestions for further improvement of the prototype are provided.The thesis includes: an introduction, sensor design and testing methodology, analysis of commercially available sEMG sensors, technical analysis of the proposed solution, experimental evaluation, and final conclusions and recommendations.Thesis volume - 51 pages (excluding appendices), 20 figures, 2 tables, and 63 bibliographic sources. Appendices are provided separately.