飞船人工控制系统工效学研究中肌电信号采集与分析软件
作者：李洁 杨健群 姚素英 徐永忠 王火星
单位：航天医学工程研究所,北京 100094
关键词：控制系统；信号采集；工效；工作负荷；肌电位；肌电信号
航天医学与医学工程000511摘要： 目的 为进行飞船人工控制系统中作业工作负荷的工效学研究，研制一个肌电信号采集与分析软件。 方法 它是整套实验装置的重要组成部分，在微机上实现，主要由采集显示程序、分析处理程序以及数据文件组成。 结果 它能对四路肌电信号、一路操作控制信号进行实时、同步地采集、显示以及离线分析、处理。 结论 在软件研制过程中，通过对视景显示与信号采集任务的分机处理，肌电信号与操作控制信号的分频处理，采样周期、显示周期、存储周期进行不同设置等技术手段，提高软件的实时性。此外，它还具有可靠性强、数据精度高、人机界面友好等特点。
中图分类号：R857.3 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(2000)05-0360-05
, 百拇医药
Implementation of a Software for Acquiring and Analysing Myoelectric Potential Signals in Ergonomical Research of Space Manual System
LI Jie,YANG Jian-qun,YAO Su-ying,XU Yong-zhong,Wang Huo-xing
(Space Medicine & Medical Engineering)
Abstract: Objective A software used for acquiring and analyzing signals was developed for ergonomical research on Human Workload in space manual system. Method As an important part of the whole experimental equipment and being developed in PC, the software is composed of acquisition and display program,analysis and processing program and data files. Result The software is capable of making realtime acquisition and display of four channels of myoelectric potential signals and one channel of operation signal synchronously. The signals are then analyzed and processed off-line. Conclusion During the development,its realtime feature was implemented by means of some technical methods,such as that different machine assigned to view-scenery display and signal acquisition,different frequency assigned to EMG signal and operation ones,and different cycle assigned to acquisition,display and storage. Above all,with friendly man-machine interface and high accuracy of data, the software was even reliable.
, 百拇医药
Key words:control systems;signal acquisition;performance;workloads;myoelectric potentials;myoelectric signals
为提高飞船人-机-环境系统的可靠性及系统工效，必须对操作人员的工作负荷进行实验研究，肌电相对平均积分电位有可能成为客观评价工作负荷的有效指标。以前研究中对肌电的采集和记录一般采用的方法有一定缺陷，它记录的时间短，不能用来评价整个操作过程中的工作负荷。
鉴于此，我们开发了基于PC机的信号采集与分析软件。众所周知，肌电具有较宽的频域和幅域，且由于人工控制过程中所用的控制方法总是不断改变，肌电信号在整个采样期间会有很大变化，因此我们采用同时记录四导肌电信号的办法，同时从四个通道得到同一时刻的四路肌电信号，同步整体观察与记录同一时刻的波形，能提高数据采集的精度，避免单导记录的误差，且通过对软件的优化设计,能长时间地、同步地、实时地记录四路肌电信号和一路控制信号，同时能节省信息处理时间，提高整个信息处理的自动化水平。
, 百拇医药
本软件在DOS 6.2、MFC 7.0 环境下开发，人机界面友好，操作简单方便，易学易用。它的主要功能是实现对四路肌电信号及一路控制信号的同步采集、存储与离线分析，并给出相关结论。
实验装置
实验装置由三自由度操纵杆、模拟计算机、视景仿真计算机、信息存储计算机、生理信号记录仪以及3台监视器等组成(图1)。
如图1所示，被试者根据从飞船舷窗中看到的、呈现在视景显示器上的仿真地球景象与最终姿态要求，通过三自由度操纵杆对飞船进行3种姿态(俯仰、偏航、滚转)的实时调整和控制。被试者的控制信号送入模拟计算机，经难度系数K处理后，送入视景仿真计算机中，经过模/数转换，实时解算飞船动力学方程，给出飞船的姿态信息，最后驱动视景仿真显示器显示相应的地球景物图象，此图象可反馈给被试者，同时视景仿真监视器作为地球景象的备份，呈现给主试。被试者的控制信号和肌电信号、模拟计算机的放大系数K以及解算出的飞船姿态信息均存储到信息存储计算机中，被试的肌电信号还以模拟信息的形式存储到生理信号记录仪上，生理信号记录仪带有信号放大器和可设带通滤波器。本文主要讨论信息存储计算机上的软件工作。
, 百拇医药
图1 实验装置组成图
Fig.1 Block diagram of experimental equipment
软件组成
本软件由采集显示、分析处理两大程序以及信息数据文件组成。其关系见图2。采集显示程序主要功能是通过A/D卡对操作人员的四路肌电信号和一路控制信号进行实时地采集和模/数转换，并在视景仿真显示器上同步显示，且把信息以数据文件的形式存储到硬盘上，供实验结束后分析处理程序离线处理。
图2 软件的组成图
Fig.2 Software organization
软件具体实现
, 百拇医药
采用模块化设计，主要包括3方面：
采集显示程序
该程序的原理见图3，它由实时采集模块、实时显示模块、实时存储模块构成。
图3 采集显示程序原理框图
Fig.3 Diagram of the principle of signal acquisition & display program
实时采集模块 因肌电信号频率较高(f1=10～500 Hz)，而操纵杆输出的控制信号频率较低(f2=2～20 Hz)，决定对这两类信号分别定时处理。选取采样周期(△t1=2 ms，△t2=50 ms，即每隔2 ms进行一次肌电信号的采样，而每隔50 ms采样一次控制信息)。主试可以根据具体实验要求的定时间隔，确定不同信息的不同采样周期△t，最终使采样频率能灵活调整，既保证信息的完整性、真实性，同时又节省开销。
, 百拇医药
实时显示模块 为满足不同主试要求，本模块实现滚动和刷新两种显示方式，对四路肌电信号进行实时显示。显示方式可任意选取，均采用坐标系加曲线的方法进行显示，横轴为时间轴t(包含N个象素点)，纵轴为肌电值y。假设每采样n次才显示一次，即每隔△t1.n显示一次，称显示周期为△t1.n。
a滚动显示方式——每到显示周期，整条曲线沿时间轴左移一个象素点，即它的全轴刷新周期与显示周期相同。
b刷新显示方式——沿时间轴依次显示这N个点，因此随时间的递增，显示的曲线也越长。当曲线具有N个象素时，全轴清零，彻底刷新，因此它的全轴刷新周期为△t1.N。
这两种显示方式各有特点，前一种的曲线为游走式，曲线过度平滑，便于主试观察当前时刻之前的情况，但在程序具体实现时，要求在内存中保存前N个点对应的肌电值。后一种显示方式的曲线过度比较突然，对于某点可能无法观察到它之前的情况，但这种方式对内存的要求低，开销小得多。此外，显示周期也依照主试设置的n值不同而改变，非常灵活。
, 百拇医药
为满足不同观察要求，我们设计了两种显示窗口形式。其一是把整个显示屏分成4个子窗口，每个窗口分别显示一路肌电信息的特征曲线，这样便于对四路肌电信息同时进行观察。第二种是整屏仅显示某一路肌电信号，可提高观察效果。
实时存储模块 根据操纵杆控制方式的不同，存储的内容也有所不同。如果是角加速度控制，用下面的公式(1)解算出角速度与角度值，然后把角加速度、角速度与角度这3个值保存到数据文件中；如果是角速度控制，用下面的公式(2)解算出角度值，只把角速度与角度这两个值保存到数据文件中。
θ(T)=K∫T0∫T0
(t)d2t (1)
θ(T)=K∫T0θ.(t)dt (2)
, 百拇医药
在上两式中：(t)—t时刻的姿态角加速度
(t)—t时刻的姿态角速度
θ(t)—t时刻的姿态角度
K—放大系数
在实际处理时,采用离散方法简化问题,见公式(3)和(4):
(3)
(4)
其中：
△t—控制信号的采样时间间隔
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信息数据文件
采样的信息以6位有效数字的形式存储在1.6 G的硬盘上，每个被试约有100多个肌电数据文件和20多个操作控制数据文件，每个数据文件约600 KB左右，因此需要处理的数据量大。
分析处理程序
用该软件分析数据是离线进行的，只需按计算机提示输入初始参数等待即可。每计算一名被试大约要20 min，大大提高了信息的误差分析速度、 精度及自动化程度。
操作误差的评价 假设被试每次操作的有效时间为T，被试在难度i(i=1,2,3)下的第j次(j=1,2,...)的操作为Opij,其操作误差采样值为fij(t),允许的最大操纵姿态角fmax, 标准姿态角为0， 如果Opij满足下列条件： 对任意fij(t),有|fij(t)|≤=fmax，则把此Opij定义为有效操作；如果存在一个fij(t),有|fij(t)|>fmax，则把此Opij定义为无效操作。在难度i下，如果第k,k+1,k+2连续3次操作均为有效操作，则此被试的这3次操作为理想操作。假设某被试在难度i下，共进行了T_Ei次有效操作和T_Ui次无效操作。
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以下均采用离散方法对信息进行处理。
求操作误差值 根据公式(5)可求得在难度i下，被试第j次操作的无效操作误差值OR_Uij(假设第j次操作为无效操作，且只对 |fij(t)|>fmax的点积分)。根据公式(6)可求得在难度i下，被试第j次操作的有效操作误差值OR_Eij(假设第j次操作为有效操作)。
OR_Uij(t)=OR_Uij(t-1)+|fij(t)
-fmax|.△t (5)
OR_Eij(t)=OR_Eij(t-1)+|fij(t)|.△t (6)
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平均操作误差值 根据公式(7)和(8)可得：在难度i下，被试的平均无效操作误差值Mean-OR-Ui及平均有效操作误差值Mean_OR_Ei。
(7)
(8)
理想操作误差值 在难度i下，如果第k,k+1,k+2次操作为理想操作，则根据公式(9)可得到理想操作误差值OR_Ii。它表示在难度i下，被试的理想操作误差值。
(9)
肌电信号的评价 设被试在难度i下，第j次操作的肌电信号为Mij(t),则下面公式(10)得到t时刻的肌电积分电位Iij(t)，再用公式(11)得到其肌电平均积分电位Lij。
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Iij(t)=Iij(t)+|Mij(t)|.△t (10)
Lij=Iij(T)/T (11)
其中：△t—肌电采样时间间隔
T—操作时间段
然后把被试的肌电平均积分电位除以其最大用力时的肌电平均积分电位，结果也称肌电相对平均积分电位(Mean-EMG)。用公式(12)算出Mean-EMGij表示在难度i下，被试进行的第j次操作的肌电相对平均积分电位。
(12)
其中：Lmax—最大用力时的肌电平均积分电位
, 百拇医药
主要技术手段及软件特点
在整个软件的研制过程中，“如何提高系统实时性”是关键。主要从整体方案和软件实现上考虑。最初设计实验装置组成时，视景仿真计算机与信息存储计算机是合二为一的，但经实验测试，影响视景生成的频率和信息记录的频率(不能达到500 Hz的最高频率)。因此，决定把视景生成和信息采样及记录分离在两台PC上完成，效果令人满意。考虑到视景仿真计算机已进行角加速度向角速度、角度转换的计算工作，为避免重复，最初我们决定把操作控制信号存储到视景仿真计算机中，但这产生了“如何保证两台机器对信息进行同步地采样、记录”等问题，因为需要双机时钟统一，以一定时间间隔进行同步通讯，这样大大增加了开销，所以最终决定把控制信号也记录到信息存储计算机上。此外，为提高系统实时性，在软件编制上，采用不同频率对肌电信号与控制信号进行采集，能减少不必要的开销。另外，还存在控制信号与肌电信号的同步问题，否则容易埋下误差，影响最终的数据分析和结论，为此设定一个定时器，管理信号的采样周期、显示周期、存储周期，且保证控制信号的采样周期是肌电信号的采样周期的整数倍。
, 百拇医药
通过多次实验已证明本软件具有以下特点:
a 实时性强。对于肌电信号与控制信号采用不同的频率，采样周期、显示周期、存储周期不同，实时采样和离线分析分工明确，使得实时部分尽量简单，有效地提高信息的采样频率。
b 较强的可靠性、真实性。生理信号记录仪带有信号放大器和可设带通滤波器，自动进行滤波，减小信息的误差。用信号发生器产生各种频率、不同幅值的正弦波、方波、锯齿波等波形，采用本软件对其采样、处理后，结果发现对它们响应良好，恢复特性好。
c 易于工效学研究使用。采样周期、显示周期、存储周期等均具可调性，并采用多种显示方式供用户选择，非常灵活。
d 人机界面友好，操作简单方便，易学易用。
性能实验
, 百拇医药
利用该软件进行“操作人员工效评定方法”实验，选取年龄为23～32岁男性青年9名，将9名被试随机分成3组，每组3人，各组难度次序按正交设计。对四路肌电、一路操作控制信号进行实时采集、显示，软件运行正常，图形显示性能良好，脱机处理实验数据精度高，得到相关结论。
结 论
本软件具有实时性强、可靠性高、数据精度高、人—机界面友好等特点，完全可用于其它同类型的各种生理和控制信息的处理任务和实验研究。
[参考文献]
[1] 张素琴,蒋维杜译.Microsoft C/C++ 7.0 运行库参考手册[M].北京:清华大学出版社,1993:1～400
[2] DAI Min,LU Wenjuan,MA Zhijia et al.A application of scenery-view simulation in manual system[J].Acta Smulata Systematica Sinica,1995,7(3):35～39
, 百拇医药
戴民，陆文娟，马治家等.视景仿真在手控系统中的应用[J].系统仿真学报，1995,7(3)：35～39
[3] YANG Jianqun，YAO Suying,LI Jie et al.An application of mean EMG to the evaluation of human workload during manual operation[J].Space Medicine & Medical Engineering,1997,10(6):425～429
杨健群,姚素英,李洁等.肌电在手控操纵作业工作符荷评价中的应用[J].航天医学与医学工程,1997,10(6):425～429
[4] YANG Jianqun,LI Jie,MA Zhijia.A research on manipulation method of EMG index in workload evaluation[C].In:Research Advance for Man-Machine-Environment Systems Engineers,1997,3:87～91
, 百拇医药
杨健群，李 洁，马治家.工作负荷评价中肌电指标处理方法的研究[C].见：人机环境系统工程研究进展,1997,3:87～91
[5] 徐士良.PC机C图形编程手册[M].北京:清华大学出版社,1994：282～339
[6] Ringerelberg JA.EMG and force production of some human shoulder muscles during isometric abduction[J].J Biomech,1985,18(12):939～947
[7] Don B,ChafeinML,Andris F.Muscle strength assessment from EMG analysis[J].Medicine and Science in Sports and Exercises,1980,12(3):205～211
收稿日期：1999-12-08, 百拇医药
单位：航天医学工程研究所,北京 100094
关键词：控制系统；信号采集；工效；工作负荷；肌电位；肌电信号
航天医学与医学工程000511摘要： 目的 为进行飞船人工控制系统中作业工作负荷的工效学研究，研制一个肌电信号采集与分析软件。 方法 它是整套实验装置的重要组成部分，在微机上实现，主要由采集显示程序、分析处理程序以及数据文件组成。 结果 它能对四路肌电信号、一路操作控制信号进行实时、同步地采集、显示以及离线分析、处理。 结论 在软件研制过程中，通过对视景显示与信号采集任务的分机处理，肌电信号与操作控制信号的分频处理，采样周期、显示周期、存储周期进行不同设置等技术手段，提高软件的实时性。此外，它还具有可靠性强、数据精度高、人机界面友好等特点。
中图分类号：R857.3 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(2000)05-0360-05
, 百拇医药
Implementation of a Software for Acquiring and Analysing Myoelectric Potential Signals in Ergonomical Research of Space Manual System
LI Jie,YANG Jian-qun,YAO Su-ying,XU Yong-zhong,Wang Huo-xing
(Space Medicine & Medical Engineering)
Abstract: Objective A software used for acquiring and analyzing signals was developed for ergonomical research on Human Workload in space manual system. Method As an important part of the whole experimental equipment and being developed in PC, the software is composed of acquisition and display program,analysis and processing program and data files. Result The software is capable of making realtime acquisition and display of four channels of myoelectric potential signals and one channel of operation signal synchronously. The signals are then analyzed and processed off-line. Conclusion During the development,its realtime feature was implemented by means of some technical methods,such as that different machine assigned to view-scenery display and signal acquisition,different frequency assigned to EMG signal and operation ones,and different cycle assigned to acquisition,display and storage. Above all,with friendly man-machine interface and high accuracy of data, the software was even reliable.
, 百拇医药
Key words:control systems;signal acquisition;performance;workloads;myoelectric potentials;myoelectric signals
为提高飞船人-机-环境系统的可靠性及系统工效，必须对操作人员的工作负荷进行实验研究，肌电相对平均积分电位有可能成为客观评价工作负荷的有效指标。以前研究中对肌电的采集和记录一般采用的方法有一定缺陷，它记录的时间短，不能用来评价整个操作过程中的工作负荷。
鉴于此，我们开发了基于PC机的信号采集与分析软件。众所周知，肌电具有较宽的频域和幅域，且由于人工控制过程中所用的控制方法总是不断改变，肌电信号在整个采样期间会有很大变化，因此我们采用同时记录四导肌电信号的办法，同时从四个通道得到同一时刻的四路肌电信号，同步整体观察与记录同一时刻的波形，能提高数据采集的精度，避免单导记录的误差，且通过对软件的优化设计,能长时间地、同步地、实时地记录四路肌电信号和一路控制信号，同时能节省信息处理时间，提高整个信息处理的自动化水平。
, 百拇医药
本软件在DOS 6.2、MFC 7.0 环境下开发，人机界面友好，操作简单方便，易学易用。它的主要功能是实现对四路肌电信号及一路控制信号的同步采集、存储与离线分析，并给出相关结论。
实验装置
实验装置由三自由度操纵杆、模拟计算机、视景仿真计算机、信息存储计算机、生理信号记录仪以及3台监视器等组成(图1)。
如图1所示，被试者根据从飞船舷窗中看到的、呈现在视景显示器上的仿真地球景象与最终姿态要求，通过三自由度操纵杆对飞船进行3种姿态(俯仰、偏航、滚转)的实时调整和控制。被试者的控制信号送入模拟计算机，经难度系数K处理后，送入视景仿真计算机中，经过模/数转换，实时解算飞船动力学方程，给出飞船的姿态信息，最后驱动视景仿真显示器显示相应的地球景物图象，此图象可反馈给被试者，同时视景仿真监视器作为地球景象的备份，呈现给主试。被试者的控制信号和肌电信号、模拟计算机的放大系数K以及解算出的飞船姿态信息均存储到信息存储计算机中，被试的肌电信号还以模拟信息的形式存储到生理信号记录仪上，生理信号记录仪带有信号放大器和可设带通滤波器。本文主要讨论信息存储计算机上的软件工作。
, 百拇医药
图1 实验装置组成图
Fig.1 Block diagram of experimental equipment
软件组成
本软件由采集显示、分析处理两大程序以及信息数据文件组成。其关系见图2。采集显示程序主要功能是通过A/D卡对操作人员的四路肌电信号和一路控制信号进行实时地采集和模/数转换，并在视景仿真显示器上同步显示，且把信息以数据文件的形式存储到硬盘上，供实验结束后分析处理程序离线处理。
图2 软件的组成图
Fig.2 Software organization
软件具体实现
, 百拇医药
采用模块化设计，主要包括3方面：
采集显示程序
该程序的原理见图3，它由实时采集模块、实时显示模块、实时存储模块构成。
图3 采集显示程序原理框图
Fig.3 Diagram of the principle of signal acquisition & display program
实时采集模块 因肌电信号频率较高(f1=10～500 Hz)，而操纵杆输出的控制信号频率较低(f2=2～20 Hz)，决定对这两类信号分别定时处理。选取采样周期(△t1=2 ms，△t2=50 ms，即每隔2 ms进行一次肌电信号的采样，而每隔50 ms采样一次控制信息)。主试可以根据具体实验要求的定时间隔，确定不同信息的不同采样周期△t，最终使采样频率能灵活调整，既保证信息的完整性、真实性，同时又节省开销。
, 百拇医药
实时显示模块 为满足不同主试要求，本模块实现滚动和刷新两种显示方式，对四路肌电信号进行实时显示。显示方式可任意选取，均采用坐标系加曲线的方法进行显示，横轴为时间轴t(包含N个象素点)，纵轴为肌电值y。假设每采样n次才显示一次，即每隔△t1.n显示一次，称显示周期为△t1.n。
a滚动显示方式——每到显示周期，整条曲线沿时间轴左移一个象素点，即它的全轴刷新周期与显示周期相同。
b刷新显示方式——沿时间轴依次显示这N个点，因此随时间的递增，显示的曲线也越长。当曲线具有N个象素时，全轴清零，彻底刷新，因此它的全轴刷新周期为△t1.N。
这两种显示方式各有特点，前一种的曲线为游走式，曲线过度平滑，便于主试观察当前时刻之前的情况，但在程序具体实现时，要求在内存中保存前N个点对应的肌电值。后一种显示方式的曲线过度比较突然，对于某点可能无法观察到它之前的情况，但这种方式对内存的要求低，开销小得多。此外，显示周期也依照主试设置的n值不同而改变，非常灵活。
, 百拇医药
为满足不同观察要求，我们设计了两种显示窗口形式。其一是把整个显示屏分成4个子窗口，每个窗口分别显示一路肌电信息的特征曲线，这样便于对四路肌电信息同时进行观察。第二种是整屏仅显示某一路肌电信号，可提高观察效果。
实时存储模块 根据操纵杆控制方式的不同，存储的内容也有所不同。如果是角加速度控制，用下面的公式(1)解算出角速度与角度值，然后把角加速度、角速度与角度这3个值保存到数据文件中；如果是角速度控制，用下面的公式(2)解算出角度值，只把角速度与角度这两个值保存到数据文件中。
θ(T)=K∫T0∫T0
(t)d2t (1)θ(T)=K∫T0θ.(t)dt (2)
, 百拇医药
在上两式中：
(t)—t时刻的姿态角加速度(t)—t时刻的姿态角速度θ(t)—t时刻的姿态角度
K—放大系数
在实际处理时,采用离散方法简化问题,见公式(3)和(4):
(3) (4)其中：
△t—控制信号的采样时间间隔
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信息数据文件
采样的信息以6位有效数字的形式存储在1.6 G的硬盘上，每个被试约有100多个肌电数据文件和20多个操作控制数据文件，每个数据文件约600 KB左右，因此需要处理的数据量大。
分析处理程序
用该软件分析数据是离线进行的，只需按计算机提示输入初始参数等待即可。每计算一名被试大约要20 min，大大提高了信息的误差分析速度、 精度及自动化程度。
操作误差的评价 假设被试每次操作的有效时间为T，被试在难度i(i=1,2,3)下的第j次(j=1,2,...)的操作为Opij,其操作误差采样值为fij(t),允许的最大操纵姿态角fmax, 标准姿态角为0， 如果Opij满足下列条件： 对任意fij(t),有|fij(t)|≤=fmax，则把此Opij定义为有效操作；如果存在一个fij(t),有|fij(t)|>fmax，则把此Opij定义为无效操作。在难度i下，如果第k,k+1,k+2连续3次操作均为有效操作，则此被试的这3次操作为理想操作。假设某被试在难度i下，共进行了T_Ei次有效操作和T_Ui次无效操作。
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以下均采用离散方法对信息进行处理。
求操作误差值 根据公式(5)可求得在难度i下，被试第j次操作的无效操作误差值OR_Uij(假设第j次操作为无效操作，且只对 |fij(t)|>fmax的点积分)。根据公式(6)可求得在难度i下，被试第j次操作的有效操作误差值OR_Eij(假设第j次操作为有效操作)。
OR_Uij(t)=OR_Uij(t-1)+|fij(t)
-fmax|.△t (5)
OR_Eij(t)=OR_Eij(t-1)+|fij(t)|.△t (6)
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平均操作误差值 根据公式(7)和(8)可得：在难度i下，被试的平均无效操作误差值Mean-OR-Ui及平均有效操作误差值Mean_OR_Ei。
(7) (8)理想操作误差值 在难度i下，如果第k,k+1,k+2次操作为理想操作，则根据公式(9)可得到理想操作误差值OR_Ii。它表示在难度i下，被试的理想操作误差值。
(9)肌电信号的评价 设被试在难度i下，第j次操作的肌电信号为Mij(t),则下面公式(10)得到t时刻的肌电积分电位Iij(t)，再用公式(11)得到其肌电平均积分电位Lij。
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Iij(t)=Iij(t)+|Mij(t)|.△t (10)
Lij=Iij(T)/T (11)
其中：△t—肌电采样时间间隔
T—操作时间段
然后把被试的肌电平均积分电位除以其最大用力时的肌电平均积分电位，结果也称肌电相对平均积分电位(Mean-EMG)。用公式(12)算出Mean-EMGij表示在难度i下，被试进行的第j次操作的肌电相对平均积分电位。
(12)其中：Lmax—最大用力时的肌电平均积分电位
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主要技术手段及软件特点
在整个软件的研制过程中，“如何提高系统实时性”是关键。主要从整体方案和软件实现上考虑。最初设计实验装置组成时，视景仿真计算机与信息存储计算机是合二为一的，但经实验测试，影响视景生成的频率和信息记录的频率(不能达到500 Hz的最高频率)。因此，决定把视景生成和信息采样及记录分离在两台PC上完成，效果令人满意。考虑到视景仿真计算机已进行角加速度向角速度、角度转换的计算工作，为避免重复，最初我们决定把操作控制信号存储到视景仿真计算机中，但这产生了“如何保证两台机器对信息进行同步地采样、记录”等问题，因为需要双机时钟统一，以一定时间间隔进行同步通讯，这样大大增加了开销，所以最终决定把控制信号也记录到信息存储计算机上。此外，为提高系统实时性，在软件编制上，采用不同频率对肌电信号与控制信号进行采集，能减少不必要的开销。另外，还存在控制信号与肌电信号的同步问题，否则容易埋下误差，影响最终的数据分析和结论，为此设定一个定时器，管理信号的采样周期、显示周期、存储周期，且保证控制信号的采样周期是肌电信号的采样周期的整数倍。
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通过多次实验已证明本软件具有以下特点:
a 实时性强。对于肌电信号与控制信号采用不同的频率，采样周期、显示周期、存储周期不同，实时采样和离线分析分工明确，使得实时部分尽量简单，有效地提高信息的采样频率。
b 较强的可靠性、真实性。生理信号记录仪带有信号放大器和可设带通滤波器，自动进行滤波，减小信息的误差。用信号发生器产生各种频率、不同幅值的正弦波、方波、锯齿波等波形，采用本软件对其采样、处理后，结果发现对它们响应良好，恢复特性好。
c 易于工效学研究使用。采样周期、显示周期、存储周期等均具可调性，并采用多种显示方式供用户选择，非常灵活。
d 人机界面友好，操作简单方便，易学易用。
性能实验
, 百拇医药
利用该软件进行“操作人员工效评定方法”实验，选取年龄为23～32岁男性青年9名，将9名被试随机分成3组，每组3人，各组难度次序按正交设计。对四路肌电、一路操作控制信号进行实时采集、显示，软件运行正常，图形显示性能良好，脱机处理实验数据精度高，得到相关结论。
结 论
本软件具有实时性强、可靠性高、数据精度高、人—机界面友好等特点，完全可用于其它同类型的各种生理和控制信息的处理任务和实验研究。
[参考文献]
[1] 张素琴,蒋维杜译.Microsoft C/C++ 7.0 运行库参考手册[M].北京:清华大学出版社,1993:1～400
[2] DAI Min,LU Wenjuan,MA Zhijia et al.A application of scenery-view simulation in manual system[J].Acta Smulata Systematica Sinica,1995,7(3):35～39
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收稿日期：1999-12-08, 百拇医药