44 陕西师范大学学报(自然科学版) 第43卷 好。对疲劳过程中调频信号的幅度积分求平均值, 由计算机拟合不同的函数模型,分别为线性函数、二 15002002500次函数以及指数函数,如图6(输入端换能器中心频 采集点数 率为2.25MHz时的数据)和如图7(输入端换能器 图5采集的表面肌电信号 中心频率为5MHz时的数据)。可以看出,当受试 Fig. 5 The SEMG 者手握力矩杆维持最大自主收缩力矩50%的力,肌 3实验结果分析 肉逐渐疲劳,响应信号的幅度衰减。分别比较线性 函数、二次函数、指数函数3种模型的确定系数 3.1超声信号衰减拟合曲线的选择 发现,指数函数的拟合度最高,对数据解释能力最 模型拟合的好坏程度用决定系数(R2)来衡 量[1,确定系数的正常取值范围为0~1,越接近1 强。结合理论分析,信号幅度衰减近似于指数函数 表明变量的解释能力越强,模型对数据的拟合也越形式衰减。因此选择指数形式为拟合方式。 y=1965×102x+000710-157×102-2.330+00 0.98 1.0[y=0.0004exp(00051x) R=0.978 0.0074exp(-0.0034x) R=09807 10102003000101502mo025050 50100150200250300 线性函数 b二次函数 c指数函数 图62.25MHz时不同模型的曲线拟合 Fig 6 Curve fitting with different models for 2. 25 MHz 0.4 y=-3.964×10x+0.02049 严=0.022exp(-0.0033)x R2=0.4992 02y-125×102-7.537×10x+0.022 R=0.8127 343×10exp(0.02lx) R2=0.8143 50100150200250300 50100150200250300 a线性函数 c指数函数 图75MHz时不同模型的曲线拟合 Fig 7 Curve fitting with different models for 5 MH 3.2超声频率变化对衰减的影响 肌肉组织疲劳的超声波衰减特征实验中,以调 频信号为激励信号,固定接收端中心频率为10 .” MHz的超声换能器,改变输入端换能器中心频率以 5 MHZ 产生不同入射频率的超声波,分别取中心频率为1 5、7.5MHz的换能器进行实验。探索不同的入射 波频率对响应调频信号幅度衰减的影响,整理分 析采集到的数据,当输入端换能器中心频率不同时 响应信号的平均幅度曲线如图8所示。随时间肌肉 逐渐疲劳,响应信号的幅度都逐渐下降,趋势均近似 指数函数下降。对比发现:1MHz时曲线下降率为 图8不同入射频率的响应信号 4.27%,下降最为平缓;5MHz时下降55.49%;而 的平均幅度下降曲线 在输入端为中心频率7.5MHz的换能器时下降 Fig 8 The decline curve of the average amplitude of 85.10%,下降趋势最陡,即衰减程度最大。 different response signal４４ 陕西师范大学学报（自然科学版） 第４３卷 图５ 采集的表面肌电信号 犉犻犵．５ 犜犺犲犛犈犕犌 ３ 实验结果分析 ３．１ 超声信号衰减拟合曲线的选择 模型拟 合 的 好 坏 程 度 用 决 定 系 数 （犚２ ）来 衡 量［３５］，确定系数的正常取值范围为０～１，越接近１ 表明变量的解释能力越强，模型对数据的拟合也越 好。对疲劳过程中调频信号的幅度积分求平均值， 由计算机拟合不同的函数模型，分别为线性函数、二 次函数以及指数函数，如图６（输入端换能器中心频 率为２．２５ＭＨｚ时的数据）和如图７（输入端换能器 中心频率为５ ＭＨｚ时的数据）。可以看出，当受试 者手握力矩杆维持最大自主收缩力矩５０％的力，肌 肉逐渐疲劳，响应信号的幅度衰减。分别比较线性 函数、二次函数、指数函数３种模型［３６］的确定系数 发现，指数函数的拟合度最高，对数据解释能力最 强。结合理论分析，信号幅度衰减近似于指数函数 形式衰减。因此选择指数形式为拟合方式。 图６ ２．２５犕犎狕时不同模型的曲线拟合 犉犻犵．６ 犆狌狉狏犲犳犻狋狋犻狀犵狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犿狅犱犲犾狊犳狅狉２．２５犕犎狕 图７ ５犕犎狕时不同模型的曲线拟合 犉犻犵．７ 犆狌狉狏犲犳犻狋狋犻狀犵狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犿狅犱犲犾狊犳狅狉５犕犎狕 ３．２ 超声频率变化对衰减的影响 肌肉组织疲劳的超声波衰减特征实验中，以调 频信号 为 激 励 信 号，固 定 接 收 端 中 心 频 率 为 １０ ＭＨｚ的超声换能器，改变输入端换能器中心频率以 产生不同入射频率的超声波，分别取中心频率为１、 ５、７．５ＭＨｚ的换能器进行实验。探索不同的入射 波频率［３７］对响应调频信号幅度衰减的影响，整理分 析采集到的数据，当输入端换能器中心频率不同时 响应信号的平均幅度曲线如图８所示。随时间肌肉 逐渐疲劳，响应信号的幅度都逐渐下降，趋势均近似 指数函数下降。对比发现：１ ＭＨｚ时曲线下降率为 ４．２７％，下降最为平缓；５ ＭＨｚ时下降５５．４９％；而 在输入端 为 中 心 频 率 ７．５ ＭＨｚ的 换 能 器 时 下 降 ８５．１０％，下降趋势最陡，即衰减程度最大。 图８ 不同入射频率的响应信号 的平均幅度下降曲线 犉犻犵．８ 犜犺犲犱犲犮犾犻狀犲犮狌狉狏犲狅犳狋犺犲犪狏犲狉犪犵犲犪犿狆犾犻狋狌犱犲狅犳 犱犻犳犳犲狉犲狀狋狉犲狊狆狅狀狊犲狊犻犵狀犪犾