[논문]생체신호 기반 HCI를 위한 표면 근전도 센서

정혁; 김종성; 손욱호; 이희영

생체신호 기반 HCI를 위한 표면 근전도 센서
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정혁 (한국전자통신연구원) , 김종성 (한국전자통신연구원) , 손욱호 (한국전자통신연구원) , 이희영 (서울산업대)

In this paper, an EMG (Electromyography) sensor for utilizing an EMGl-based HCI are described. The EMG sensor is a dry type and has high gain (1000-10000). Therefore, this sensor can be properly applied to HCI devices using EMG signals without additional amplification circuit.

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문제 정의

또한 피부에서 측정되는 표면 근전도의 전압이 대략 10 mV (peak-to-peak)로 아주 미세하여[1] 신호감쇠와 잡음 억제를 위해 케이블의 길이에 상당한 제한이 발생한다. 따라서 본 논문에서는 탈부착의 번거로움을 최소화하고 충분한 증폭률을 갖는 건식타입의 표면 근전도 센서에 대해 기술하고자한다.

제안 방법

3 V 레벨의 전압으로 증폭되며, 이를 통해 전송 시의 신호 안정성과 신호 대 잡음비를 확보할 수 있게 된다. 일반적으로 근육의 운동으로 인해 나타나는 표면 근전도의 주기는 대략 0.3 ～ 3 ms 이므로, 센서 내부에는 차단주파수 80Hz의 고역통과필터와 차단주파수 450Hz의 저역통과필터를 사용하여 표면 근전도 대역의 신호만 필터링하여 출력하도록 회로를 설계하였다. 증폭 배율의 조정을 위해 일렉트로드의 상단에 반고정 저항을 부착하였고, 이를 통해 증폭기의 증폭배율을 조정함으로써 일렉트로드의 전체 증폭배율을 930배에서 약 10,000배까지 조정 가능하다.
3 ～ 3 ms 이므로, 센서 내부에는 차단주파수 80Hz의 고역통과필터와 차단주파수 450Hz의 저역통과필터를 사용하여 표면 근전도 대역의 신호만 필터링하여 출력하도록 회로를 설계하였다. 증폭 배율의 조정을 위해 일렉트로드의 상단에 반고정 저항을 부착하였고, 이를 통해 증폭기의 증폭배율을 조정함으로써 일렉트로드의 전체 증폭배율을 930배에서 약 10,000배까지 조정 가능하다.

성능/효과

그렇지만 본 연구에서 개발된 근전도 센서는 HCI에 목적에 맞도록 근전도 신호를 충분히 증폭하고 잡음이 적어야 하는 조건만 만족시키면 되므로 크기 응답 곡선이 주파수 대역에 따라 일정하지 않아도 특별한 문제는 없다. 또한 본 연구에서의 근전도 센서는 기존의 상용 제품에 비해 30배 내지 1000배의 신호증폭률을 제공하여 부가 증폭회로 없이 근전도 센서만으로도 HCI에 필요한 근전도 신호를 확보할 수 있다.
5초 사이이다. 이를 고려할 때 이 물기를 수행하지 않을 때와 이 물기를 수행 할 때의 차이를 획득된 근전도 신호로부터 쉽게 구분할 수 있음을 확인하였다.

후속연구

본 연구에서 개발된 근전도 센서는 건식 타입으로서 전해질 없이 피부에 직접 접촉하여 사용할 수 있고 고배율의 증폭이 가능하여 근전도 신호를 이용하는 HCI 분야 [2, 3]에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

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