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脳波センサ・心拍センサ 長嶋 洋一
RE:心拍の取り出し。 96/10/11 08:00◆心拍を取り出す方法について、何かヒントをいただけないでしょうか。 ◆小型マイクを張り付けるという方法は、ガサガサしてうまく行かないような ◆気がします。 ◆医療機器で良い物がありそうですが、値段が高いでしょうね。(^^;) マイクというのは、なかなか難しいかもしれませんね。AKI-80のソフトだけで ノイズを除去できないと、ハードのフィルタを外に付けないといけません。 僕も実際にハードビート検出について具体的に考えたことはなかったのですが、 いま1分ほど考えた(^_^;)ところでは、たぶん以下の作戦から始めると思います。 OMRONとかの、医療用でなく家庭用の、旧式モデルか中古の血圧計を捜して みてはどうでしょうか。血圧計は原理としては血管を圧迫と解放しての、 心拍が聞こえるかどうかを検出している筈ですから、センサの部分からは ハートビートを検出していると思います。（鼓動ペースを表示している機器 から、ディスプレイ部分から信号を奪う方法もありそうですが） このあたり、僕ならとりあえず分解してオシロを当てて考えます。(^_^;) RE:心拍の取り出し。 96/10/11 20:10◆これなら、アスレチックジムなどで使っている、耳たぶにクリップをつけて心 ◆拍を取り出すセンサなんかはどうですか？ 耳たぶクリップですか。僕もスポーツクラブには行くのですが、いつもプール とサウナだけなので、今度、ジムにも行って調べてみたいと思います。 このクリップは圧力を検出しているのか皮膚電位なのか、ちょっと原理が 不明です。うーーーむ、深入りしていきそうで恐いなぁ。(^_^;)(^_^;) ◆運動生理学、体育科学の分野あたりだと運動中の心拍測定をかなりやっている ◆ようなので参考になるかもしれません。 以前にこういう分野の先生とやりとりしたことがあります。聞いてみよう かなぁ。でも、専門家はセンサの部分を自作しようなんて考えないですよね。 脳波センサできました (^_^) 96/10/12 00:36
ようやく(^^;)脳波センサができましたので以下報告します。
なお，かなりハード寄りの話になりますがご容赦下さい。
興味のある方の参考になれば幸いです。
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回路図は最後に示しますが，教科書通りの単純なものです。
特に今回は誰でも作れるように出来るだけ簡略化しました。
電子工作に慣れておられる方は，他にも色々やってみて下さい。
ただ回路を高度化するよりも，いかに電極を安定して体に密着させるかの
工夫の方がより重要です。
［仕様］
１．入力部 差動入力(5MΩ-G-5MΩ) 利得40dB
２．ＬＰＦ部 f0=約25Hz -42dB/oct 利得約15dB
３．ＤＣカット部 時定数0.1秒 利得20dB以上（可変）
［製作上の注意点］
入力部（最初のTL072周辺）は雑音を拾いやすいので，抵抗等の部品はできるだ
け最短距離で半田付けして下さい。
また入力部の入力抵抗，電極等のグラウンド（信号グラウンド）は，一点にまと
めて接続して下さい。また電源のグラウンドは別に配線して出力の近くでひとつ
に接続します。（電池の０Ｖもその所へ接続します）
配線，テスト後，基板は金属ケースに入れ，その金属ケースも先ほどのグラウン
ドに接続して下さい。
なお電極と入力間はできるだけ短くし，必ずシールドケーブルをお使い下さい。
（グラウンド電極ケーブルはシールド不要）
また入力電極ケーブルと出力ケーブルを束ねないようにして下さい。
［電極について］
電極ですが，これは何でも良いです。何かの電極（金メッキがしてあれば
より良）を探してつかってみて下さい。
（もちろん金，銀，白金電極が一番なのですが・・・(^^;)）
また，電極の面積は一円玉位で十分です。また裏に出っ張りがあった方が良いで
す。（ベルトで上から押さえつけた時，より密着できるため）
［電極の装着方法について］
電極の密着はなにより重要です。まず顔を洗って(^^;)，食塩水をつけた電極を
ばんそうこうで仮固定しその上をさらにヘアーバンド等でかなり強く押さえつけ
ます。
なお，食塩水の濃度は数％から数十％と大体で結構です。
電極の位置ですが，グラウンド電極＝額の中央，電極１，２を左右こめかみ
でＯＫです。また，グラウンド＝耳たぶにすれば，電極１，２を頭皮のどこに
置いてもいいですが，それほど変化はありません。
（疾病の診断にはその微妙な変化が重要な訳ですが(^^;)）
頭皮上は電極の固定も難しいですし（ヘッドギアのような物をかぶらねばなりま
せん）こめかみで十分だと思います。
それと電極のケーブルに引っ張られて電極が動かないよう，ケーブルはどこか体
の一部に固定するようにして下さい。
また電極が頭になじむまでかなり大きなＤＣドリフト（レベルのゆれ）が発生し
ます。なじんでから（約数分後）ご使用ください。
それと使用後の電極の洗浄もお忘れなく・・
［音楽への応用について］
いろいろお試し下さい。参考までに脳波の特徴について述べます。
α波とは一般に８〜１３Hz程度といわれています。
１３Hz以上のβ波等は思考時に発生し，８Hz以下のθ波等は傾眠時（うつらうつ
ら）に発生するといわれています。
ただ覚えておいてほしいのは，瞑想したとしても徐々に周波数が下がっていくの
ではないのです。ポコッ，ポコッと泡のように低い周期の脳波（α波）が混じる
ようになって，最終的には全面に広がるといったイメージで考えて下さい。
また目はつぶった方がα波はよく出ます。
光刺激によっても変化が現れるはずです。
［参考文献１（脳波関係）］
１．わかりやすいＭＥ（医用電子技術） 瓜谷 富三 著
産報出版 電子科学シリーズ38
２．医用計測技術 吉田 徹 著 コロナ社
「簡単にできます。」と書いたのですが，電子工作が初めての方
にはちょっと大変かもしれません。しかしこういった「アナログ」の世界も
またいいものですよ。
私自身，久しぶりにオシロで踊る自分の脳波を見ていたら，
「生きているんだなぁ」と不思議な感慨を感じてしまいました。
興味のある方は，エフェクターでも作るつもりで作ってみて下さいね。(^_^)
注意：この装置は医療機器ではありません。音楽等への応用に限ってご使用下
さい。
また，実際に使用する場合は感電等に十分注意し，あくまで個人の責任
においてご使用ください。
［回路図です］（ちょっと見にくいと思いますが，よろしく）
（参考）
以上の回路の出力は±（0Vを中心に振れる）ですのでA/D入力(0<->+5V)に合わせ
るにはちょっと工夫がいります。
オペアンプでレベルシフト回路を組むのが一番です。手抜きの方法としては，
大容量コンデンサーを直列につなげば済みますが，お勧めしません(^^;)。
またA/D入力にはレベルをオーバしないように保護回路を設ける必要があります。
*-->--(+5V) ->- -<- はダイオード
| （ショットキバリア型が望ましい）
シフト後の出力--1K--*--A/D入力へ
|
*--<--(0V) (+5V),(0V)はA/Dの電源から取ります。
と言った回路が一般的ですが，不十分な場合もあります。
私はもっぱらレベルシフト回路やバッファ回路と兼ねて，秋月で売っている
LMC662のような単一電源用のオペアンプを前段にかませています。
（電源はA/Dと同じ物を使用）
［参考文献２（電子関係）］
１．リニアＩＣ実用回路マニュアル 横井 与次郎 著 ラジオ技術社
２．実用アナログ・フィルタ設計法 今田 悟／深谷 武彦 共著 ＣＱ出版社
まとめてリプライですいません(^_^;) 96/10/12 08:31◆どちらの方法でも同じ様な，あまり鋭くない波形となります。 心泊でも脳波でもそれほどのスピードではないので、この周期を検出する 方法は、 ・センサで変化値をそのままMIDIたれ流ししてMAXでゼロクロスかピーク 検出の処理を行う ・センサのアナログ変化をAKI-80内のCPUソフトでゼロクロスかピーク 検出の処理を行い、MIDIには周期データを出力 ・A/D回路への入力の前段にOPアンプを使った信号処理回路を入れて、 この段階でデータをほぼ2値化してしまう など、いろいろとあります。MIDIトラフィックをもっとも減らしてMAXの 負担を軽くするには、最後の方法に「AKI-80が周期検出まで行う」を 加えたものとなるでしょうか。 ◆以上の回路の出力は±（0Vを中心に振れる）ですのでA/D入力(0<->+5V)に合わせ ◆るにはちょっと工夫がいります。 A/Dが0-5Vの入力レンジですので、注意点としては ・マイナスに触れないようにシフトする ・全体のダイナミックレンジが5Vを越えないようにする という両方が必要です。照岡さんの書かれた方法が基本で、僕もここに 新たに加えることはほとんどありません。(^_^) たとえばOPアンプ回路でプラスマイナス2.5Vがフルレンジになる ようにゲイン調整して、レベルシフトは「加算回路」として2.5Vを 足せばいい、ということです。簡単ですよね。 +5V単一電源OPアンプのボルテージフォロワを入れて、どうあっても 0-5V以外に出力されない（規格外入力に対してはこのOPアンプに 壊れてもらって交換すればいい(^_^;)、というヒューズ感覚です） というのも定石です。 ◆このほかに簡単に出来る方法としては、指の先端に発光体と光センサーをとりつけ、 ◆透過する光の量の変化で測定する、という方法があります。光は確か赤外線だったと ◆思いますが、回りを覆う遮光用のバンドで少し締め付けてやることでより測定しやす ◆くなりました。 ふーーむ、「締め付けすきでも駄目」という意見もありますから、 なかなか微妙なところなのですね。僕の第一印象では、マイクとか電極よりも、 こちらの光学的な方法に興味があります。 光関係では、まだ数年来、使っていないアヤシイものもあります。(^_^;) ゴム光ファイバで、曲げると光量が変化する、というものです。これも そろそろ、やってみようかなぁ。(^_^;) ◆最初に作った「焦電センサキット」にコンパレーターが入っているように思える？の ◆で、その回路を流用してつくれないかと考えています。 いま手元に送っていただいた回路図がないのですが、リレーをON/OFF するために2値化していますから、そこはコンパレータです。 使えると思いますよ。 ここでの使い方では、コンパレータもOPアンプもほぼ同義ですからね。(^_^) まとめてリプライ集(^_^;) 96/10/14◆ホトインタラプタという物があることを知ったのですが、これを耳に挟めたらう ◆まくいくんじゃないでしょうかね。このままじゃ細くて無理ですが。 フォトインタラプタとは、発光ダイオードとフォトトランジスタとをペアに ケースに入れて、その隙間に遮光物体が通過するようになっているものです。 
一般にこれは、工場のベルトコンベアーなどで、「いま部品が通過した」 という情報を発生して製造機械に処理のトリガをかけるためのものです。 自動製造機のタイミングは非常に微妙なものですから、発光源と受光部 とが一体化していないと精度が出ないのです。 ．．．で、確かにこの間隙はとても狭いですね。耳は入りません。(^_^;) ただし、こういう物理的精度は不必要なので、要するに発光ダイオードと フォトトランジスタとを個別に組み合わせれば、まったく同等になります。 どうぞ実験してみて下さい。 そして、うまくいったらここでお知らせ下さい。(^_^) ちょっと追加です。(^^;) 96/10/14 12:06さて，脈波についてちょっと追加情報です。 知人に聞いた所，額からも取れるみたいです。 指より感度は悪そう？ですが，額ならセンサの自作も簡単そうです。 （板に小さい丸穴を開け，LED,フォトTrを並べて接着し（間仕切要）上を何かで 覆う。そして全体をベルトで額に固定する。） ただこれは試したわけではないので，うまくいくかは何とも言えません。(^^;) また指で測る場合，指の根元で軽く圧迫する方が良いよ うです。 RE:RE^2:カオスパッチ 96/10/18 00:38◆ カオスって、いいですね。一見デタラメのようだけどランダムじゃない。 ◆ 希望します！。ぜひ。(^o^)/ ということで、中身はほとんど進展がありませんが、プロジェクタで 投射しやすいように拡大されている版です。(^_^;) オブジェクトのフォントは全て20ポイントにしてみて下さい。 ちょっと長くてごめんなさい。(^_^;)
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