一种基于纳米陶瓷电极的脑电采集装置及方法

技术领域

本发明涉及脑电采集技术领域，具体涉及一种基于纳米陶瓷电极的脑电采集装置及方法。

背景技术

脑电信号采集技术在神经科学研究、临床医学以及脑机接口等领域中得到了广泛的应用。然而，传统的脑电电极在长时间佩戴、信号稳定性以及用户舒适度等方面存在一些局限性，这些限制在一定程度上影响了脑电信号采集的准确性和实用性，传统脑电电极通常使用金属或合金材料制成，由于其刚硬性和不适应头部曲线，可能引起佩戴者的不适感。此外，金属电极在长时间使用过程中容易与皮肤发生反应，限制了佩戴时间，从而限制了研究和监测的时长。另一方面，传统电极可能受到头部运动的干扰，产生伪迹，导致脑电信号的失真，需要额外的信号处理方法来消除，现提出一种基于纳米陶瓷电极的脑电采集装置及方法用以解决上述所提出的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于纳米陶瓷电极的脑电采集装置，包括：

纳米陶瓷电极，所述纳米陶瓷电极包括纳米陶瓷和信号传输线；

所述纳米陶瓷的正上方设置有固定装置，纳米陶瓷的底部固定连接有信号传输线，所述信号传输线用于传输电极信号；

静电防护部件，其设置于所述纳米陶瓷电极表面；

数据处理与发送模块，所述数据处理与发送模块与纳米陶瓷电极固定连接；

电源供电部件，所述电源供电部件与数据处理与发送模块固定连接，电源供电模块包括锂电池供电模组和充放电管理电路，实现调制出适合装置的输出电压，是实现整个装置顺利运行的基础。

一种基于纳米陶瓷电极的脑电采集的方法，包括以下步骤：

步骤一：首先完成信号采集线路连接；

步骤二：开启蓝牙模式并进行上传终端的配置；

步骤三：利用纳米陶瓷电极对脑信号进行采集；

步骤四：利用信号预处理模块对信号预处理；

步骤五：利用模数转换模块对信号进行处理；

步骤六：将采集到的信号输入到主控MCU模块；

步骤七：将处理后的数据通过蓝牙模块传输至计算机终端；

所述步骤一中将纳米陶瓷电极与数据处理与发送模块对应线路进行连接，采用纳米陶瓷材料实现了电极的超强抗污、耐磨以及信号稳定传播的特质。

优选地，所述步骤三中，纳米陶瓷电极对脑信号采集后，利用信号预处理模块对信号进行预处理，随后利用模数转换模块将模拟信号转变为数字信号，模数转换模块选用AD7663芯片实现数据转换，其具有速度快、功耗小和分辨率高的特点。

优选地，所述步骤四中主控MCU模块将处理完成后的信号进行数据储存，主控MCU模块选用型号为CH32F103C8T6，能够实现完整功能。

优选地，所述步骤五中蓝牙模块将采集到的信号进行无线传输，蓝牙模块选用HC-05。

优选地，所述信号预处理模块对信号进行LC滤波基础处理，具有滤波稳定的特性。

优选地，所述蓝牙模块将储存的数据通过蓝牙协议传输到计算机上层终端，供研究人员对采集到的脑电信号进行进一步的细致研究分析。

优选地，所述信号预处理模块在进行LC滤波处理时，使用电感和电容元件来选择特定频率范围内的信号，将其他频率的信号进行衰减，以滤除不需要的频率成分，从而改善信号质量或提取所需信息，实现更精细的频率选择。

优选地，所述纳米陶瓷电极用于实现脑电信号的稳定采集，并减少对头发皮肤的刺激。

本发明的有益效果如下：

本发明通过利用纳米陶瓷电极，使其具有超强的抗污性、超强的耐磨性、防静电和较高佩戴舒适度等特性，并且可以通过表面修饰来改善其生物相容性，减少对皮肤和头皮的刺激，提高电极的舒适性和可穿戴性，采用无线数据传输技术，不再需要繁琐的有线连接，使用更加便捷灵活，这种特性尤其对于移动应用、脑机接口和日常生活中的脑电监测具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明的方法流程图；

图3是本发明的结构示意图；

附图标记：1、纳米陶瓷电极；2、静电防护部件；3、数据处理与发送模块；4、电源供电部件；1.1、纳米陶瓷；1.2、信号传输线；1.3、固定装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例：请参阅图1－图3，本发明提供一种技术方案：一种基于纳米陶瓷电极的脑电采集装置，包括：

纳米陶瓷电极1，纳米陶瓷电极1包括纳米陶瓷1.1和信号传输线1.2；

纳米陶瓷1.1的正上方设置有固定装置1.3，纳米陶瓷1.1的底部固定连接有信号传输线1.2，信号传输线1.2用于传输电极信号；

静电防护部件2，其设置于纳米陶瓷电极1表面；

数据处理与发送模块3，数据处理与发送模块3与纳米陶瓷电极1固定连接，数据处理与发送模块包括信号预处理模块、模数转换模块、主控MCU模块和蓝牙模块，所述数据处理与发送模块3用于对采集到的信号进行预处理、模数转换以及发送处理；

电源供电部件4，电源供电部件4与数据处理与发送模块3固定连接，电源供电模块包括锂电池供电模组和充放电管理电路，实现调制出适合装置的输出电压，是实现整个装置顺利运行的基础。

一种基于纳米陶瓷电极的脑电采集的方法，包括以下步骤：

步骤一：首先完成信号采集线路连接；

步骤二：开启蓝牙模式并进行上传终端的配置；

步骤三：利用纳米陶瓷电极1对脑信号进行采集；

步骤四：利用信号预处理模块对信号预处理；

步骤五：利用模数转换模块对信号进行处理；

步骤六：将采集到的信号输入到主控MCU模块；

步骤七：将处理后的数据通过蓝牙模块传输至计算机终端；

步骤一中将纳米陶瓷电极1与数据处理与发送模块3对应线路进行连接，采用纳米陶瓷材料实现了电极的超强抗污、耐磨以及信号稳定传播的特质。

步骤三中，纳米陶瓷电极1对脑信号采集后，利用信号预处理模块对信号进行预处理，随后利用模数转换模块将模拟信号转变为数字信号，模数转换模块选用AD7663芯片实现数据转换，其具有速度快、功耗小和分辨率高的特点，其内部参考电压、抗干扰性以及精密校准技术确保了稳定、精确的信号转换，为脑电信号采集系统提供了精准的模拟信号到数字信号转换解决方案。

步骤四中主控MCU模块将处理完成后的信号进行数据储存，主控MCU模块选用型号为CH32F103C8T6，能够实现完整功能。

步骤五中蓝牙模块将采集到的信号进行无线传输，蓝牙模块选用HC-05。

信号预处理模块对信号进行LC滤波基础处理，具有滤波稳定的特性。

蓝牙模块将储存的数据通过蓝牙协议传输到计算机上层终端，供研究人员对采集到的脑电信号进行进一步的细致研究分析。

信号预处理模块在进行LC滤波处理时，使用电感和电容元件来选择特定频率范围内的信号，将其他频率的信号进行衰减，以滤除不需要的频率成分，从而改善信号质量或提取所需信息，实现更精细的频率选择。

纳米陶瓷电极1用于实现脑电信号的稳定采集，并减少对头发皮肤的刺激，纳米陶瓷电极1具有超强的抗污性、超强的耐磨性、防静电和较高佩戴舒适度等特性。

脑电信号采集人员使用时，首先完成信号采集线路连接，将纳米陶瓷电极1与数据处理与发送模块3对应线路进行连接，开启蓝牙模式并进行与上传终端的配置；然后，利用具有超强的抗污性、超强的耐磨性、防静电和较高佩戴舒适度等特性的纳米陶瓷电极1对脑部信号进行采集，将采集到的信号自动进行滤波、模数转换环节，处理后的数据具有较好的可分析性，将处理后的数据输入到主控MCU模块中，通过蓝牙模块传输至计算机终端，供专业人员对采集到的精准脑电信息进行分析和研究。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段实施。