<p>During test flights SAAB uses the data acquisition system COMET 16. The part of the system that receives the signals from the sensors and converts them is called KSM 15. The purpose of this thesis is to develop a data acquisition module on stacked PC/104 modules with a lower production cost. </p><p>Our work has been divided into one part about analog signal conditioning and a second part with digital filtering and memory management of the sampled data. The analog part, designed of regular components like instrument amplifiers, voltage references, operational amplifiers and multiplexers, adjusts the sensors signal levels for the ADC’s that converts the signals. In the digital part the sampling frequency is decimated by digital FIR filters in several stages down to 16 Hz. All the resulting data is temporarily stored in a SDRAM memory before being recovered by the HL-11 board that handles the communication with the other parts of the COMET system. </p><p>We have made a design proposal that needs some additional work and testing before a prototype can be made. It’s primarily the C code in the digital part that needs further development. </p><p>Our result and conclusions should be a great help in the future when developing a small,cheap data acquisition system.</p>

During test flights SAAB uses the data acquisition system COMET 16. The part of the system that receives the signals from the sensors and converts them is called KSM 15. The purpose of this thesis is to develop a data acquisition module on stacked PC/104 modules with a lower production cost. Our work has been divided into one part about analog signal conditioning and a second part with digital filtering and memory management of the sampled data. The analog part, designed of regular components like instrument amplifiers, voltage references, operational amplifiers and multiplexers, adjusts the sensors signal levels for the ADC’s that converts the signals. In the digital part the sampling frequency is decimated by digital FIR filters in several stages down to 16 Hz. All the resulting data is temporarily stored in a SDRAM memory before being recovered by the HL-11 board that handles the communication with the other parts of the COMET system. We have made a design proposal that needs some additional work and testing before a prototype can be made. It’s primarily the C code in the digital part that needs further development. Our result and conclusions should be a great help in the future when developing a small,cheap data acquisition system.

Arbetet är baserat på utveckling av mätinstrumentet Algometer som används för att mäta smärttrösklar hos individer. Mätinstrumentet är baserat på enkortsdatorn Raspberry Pi och en kraftgivare som mäter tillämpad tryck. Raspberry Pi hanterar algoritmer för återkoppling, mätresultatdokumentation samt användargränssnitt. Kraftgivarens konstruktion består av trådtöjningsgivare som är proportionell till den applicerade trycket. Arbetet framlägger konstruktion, rekommenderade kopplingar för att mäta storheter, samt en del av programmeringskoden för mätinstrument och användargränssnitt.

Målet med detta examensarbete är att ersätta den tidigare lösningen av sensorfingret med andra komponenter, eller hitta en annan sensor med motsvarande funktion. Arbetet har begränsats av att ESAB vill ha ett mekaniskt finger för användarvänlighetens skull. Efter en förundersökning av olika typer av sensorer har vi valt att använda oss av trådtöjningsgivare som sensorer till det mekaniska sensorfingret. I och med detta val behövde vi även komma med ett teoretiskt förslag på en mekanisk upphängning av sensorfingret. Vi har byggt upp två separata Wheatstonebryggor med varsin instrumentförstärkare (INA125). Utsignalen från bryggorna är relativt liten och behövde förstärkas cirka 2000 gånger. Nollbalansering av bryggorna har skett manuellt med potentiometrar men vi har även gett ett förslag på en lösning där nollbalansering kan ske med ett enkelt knapptryck. Knappen är placerad på upphängningen på ett sådant sätt att man inte kan trycka oavsiktligt på knappen. Resultatet av arbetet är en uppkoppling på en experimentplatta samt förslag på hur upphängningen och sensorfingret designmässigt kan se ut. För vidare arbetsgång behövs en prototyp för att testa livslängden och ta reda på vilken känslighet som är mest optimal. / The goal with this degree project was to find a solution with different components to the existing design, or find a sensor with similar function that could replace the previous design of the sensor finger. Our work has been limited by ESAB due to the user friendly mechanical design of the previous sensor finger. After examining different sensors we choose to use strain gages as sensors for the mechanical sensor finger. With this choice we also needed to suggest a theoretical design for a mechanical attachment of the sensor finger. We have designed two separate Wheatstone bridges with separate instrumental amplifiers (INA125). The output signals from the bridges are relatively small and need to be amplified around 2000 times. The zero balancing of the bridges has been done manually with potentiometers but we have also suggested a solution where the zero balancing can be performed by a push-button. The button is placed where you cannot push it unintentionally. The result of this degree project is a circuit on a veroboard, a designing proposal for the attachment and the sensor finger. In order to further develop this design it would be necessary to build a prototype to evaluate its life span and find the optimal sensitivity.

<p>Målet med detta examensarbete är att ersätta den tidigare lösningen av sensorfingret med andra komponenter, eller hitta en annan sensor med motsvarande funktion.</p><p>Arbetet har begränsats av att ESAB vill ha ett mekaniskt finger för användarvänlighetens skull. Efter en förundersökning av olika typer av sensorer har vi valt att använda oss av trådtöjningsgivare som sensorer till det mekaniska sensorfingret. I och med detta val behövde vi även komma med ett teoretiskt förslag på en mekanisk upphängning av sensorfingret.</p><p>Vi har byggt upp två separata Wheatstonebryggor med varsin instrumentförstärkare (INA125). Utsignalen från bryggorna är relativt liten och behövde förstärkas cirka 2000 gånger.</p><p>Nollbalansering av bryggorna har skett manuellt med potentiometrar men vi har även gett ett förslag på en lösning där nollbalansering kan ske med ett enkelt knapptryck. Knappen är placerad på upphängningen på ett sådant sätt att man inte kan trycka oavsiktligt på knappen.</p><p>Resultatet av arbetet är en uppkoppling på en experimentplatta samt förslag på hur upphängningen och sensorfingret designmässigt kan se ut.</p><p>För vidare arbetsgång behövs en prototyp för att testa livslängden och ta reda på vilken känslighet som är mest optimal.</p> / <p>The goal with this degree project was to find a solution with different components to the existing design, or find a sensor with similar function that could replace the previous design of the sensor finger.</p><p>Our work has been limited by ESAB due to the user friendly mechanical design of the previous sensor finger. After examining different sensors we choose to use strain gages as sensors for the mechanical sensor finger. With this choice we also needed to suggest a theoretical design for a mechanical attachment of the sensor finger.</p><p>We have designed two separate Wheatstone bridges with separate instrumental amplifiers (INA125). The output signals from the bridges are relatively small and need to be amplified around 2000 times.</p><p>The zero balancing of the bridges has been done manually with potentiometers but we have also suggested a solution where the zero balancing can be performed by a push-button. The button is placed where you cannot push it unintentionally.</p><p>The result of this degree project is a circuit on a veroboard, a designing proposal for the attachment and the sensor finger.</p><p>In order to further develop this design it would be necessary to build a prototype to evaluate its life span and find the optimal sensitivity.</p>

This report presents the development, implementation, and testing of a current monitor system that is specifically developed for testing a neuromuscular electrical stimulation system (NMES). The NMES system, developed by KTH and its academic and industrial partners Karolinska institute and Matrix Muscle Support, incorporates advanced features aimed at preventing cardiovascular diseases. The problem statement revolves around the necessity of developing a system capable of detecting any instances of overcurrent or leakage current in the neuromuscular electrical stimulation system. The purpose of this current monitoring system is to offer real-time monitoring of current levels within the electrical stimulation system. The project’s goal is to design and implement a comprehensive software and hardware solution that allows users to simultaneously monitor voltage levels across multiple channels and detect any abnormalities. The project was executed using a top-down approach. Each subtask is processed separately and finally tested to be verified and approved according to the expectations set. Test-driven development (TDD) methodology was employed to ensure the reliability and accuracy of the software and hardware implementation. The project has produced several significant results, the most important of which include the successful implementation of a real-time monitoring system for the multi-channel NMES system. A dedicated circuit board design has been prepared according to the specified requirements described in the report. The software interface has been designed to provide the user with real-time readings of voltage levels as well as visual identification of normal and abnormal values. The measurements carried out during all the tests gave clear answers to the set question, with the exception of some displacement (offset) which can be investigated more closely in future research. Furthermore, the reference images showed that the system was functioning in accordance with its original intended purpose. / Denna rapport presenterar utvecklingen, implementeringen och testningen av ett strömmätningssystem som är speciellt utvecklat för att testa ett neuromuskulärt elektriskt stimuleringssystem (NMES). NMES-systemet, utvecklat av KTH och dess akademiska och industriella partners Karolinska institutet och Matrix Muscle Support, innehåller avancerade funktioner som syftar till att förebygga hjärt-kärlsjukdomar. Problemformuleringen kretsar kring nödvändigheten av att utveckla ett system som kan detektera fall av överström eller läckström i det neuromuskulära elektriska stimuleringssystemet. Syftet med detta strömmätningssystem är att erbjuda realtidsövervakning av strömnivåer inom det elektriska stimuleringssystemet. Projektets mål är att designa och implementera en omfattande mjukvaru- och hårdvarulösning som tillåter användare att samtidigt övervaka spänningsnivåer över flera kanaler och upptäcka eventuella avvikelser. Projektet genomfördes med en top-down-metod. Varje deluppgift bearbetas separat och testas slutligen för att verifieras och godkännas enligt de förväntningar som satts. Testdriven utvecklingsmetod (TDD) användes för att säkerställa tillförlitligheten och noggrannheten hos implementeringen av mjukvara och hårdvara. Projektet har gett flera betydande resultat, av vilka de viktigaste inkluderar framgångsrik implementering av ett realtidsövervakningssystem för flerkanals NMES-systemet. En dedikerad kretskortsdesign har utarbetats enligt de specificerade kraven som beskrivs i rapporten. Mjukvarugränssnittet har utformats för att ge användaren realtidsavläsningar av spänningsnivåer samt visuell identifiering av normala och onormala värden. De mätningar som genomfördes under samtliga tester gav tydliga svar på frågeställningen, med undantag för viss förskjutning (offset) som kan undersökas närmare i framtida forskning. Vidare visade referensbilderna att systemet fungerade i enlighet med det ursprungliga syftet.

The implementation of portable electroencephalography (EEG) systems has been known to be complex. During ambulation, the integrity of recorded EEG signals is often impaired by motion artifacts and the time and effort required to set up the system is excessive. The use of single-channel EEG systems with dry, active electrodes (AEs) for signal acquisition is a topic of current interest. AEs are electrodes which have integrated bioamplifier circuitry and are known to be less susceptible to motion artifacts and environmental interference. In this report, the design of an AE preamplifier for the purpose of improving single-channel EEG recordings is presented. Initially, a thorough literature review was performed, exploring the available knowledge and state-of-the-art technology. Thereafter, the design specifications were set and the appropriate topology and circuit design techniques were selected to maximize the amplifier’s performance. Ultimately, three different preamplifier topologies were designed and their performance compared with one another as well as with established medical device standards and state-of-the-art AEs. The results of one preamplifier showed comparable performance with state-of-the-art AEs. Therefore, this topology was selected for a deep analysis and physical layout design. The layout of the selected preamplifier was designed and its parasitics extracted. The post layout performance of the design proved to be comparable to the schematic level performance, with a CMRR of 153dB, IRNV of 0.89µVRMS and an electrode offset tolerance of 450mV. The preamplifier design presented in this report has proven to be comparable with state-of-the-art AE preamplifiers and demonstrates potential for the advancement of AE performance in single-channel EEG systems. / Implementeringen av bärbara elektroencefalografisystem (EEG) har varit känd för att vara komplex. Vid rörelse påverkas ofta reliabiliteten av de inspelade EEGsignalerna av rörelseartefakter samt av att tiden och det arbete som krävs för att ställa in systemet blir överdrivet lång. Användandet av singelkanals EEG-system, med torra aktiva elektroder (AE) under inspelningen, är ett aktuellt ämne. En AE är en elektrod som har en integrerad bioförstärkarkrets och är känd för att vara både mindre mottaglig för rörelseartefakter och för störning från omgivningen. I denna rapport presenteras utformningen av en AE-förförstärkare för singelkanals EEGinspelningar. Inledningsvis utfördes en grundlig litteraturöversikt där den rådande kunskapen och toppmoderna tekniken undersöktes. Därefter bestämdes designspecifikationerna, lämpliga topologier samt kretsdesigntekniker, för att maximera förstärkarens prestanda. Slutligen konstruerades tre olika förstärkares topologier och deras prestanda jämfördes med varandra liksom med etablerade medicin tekniska standarder och toppmoderna AE. Resultaten av en förförstärkare visade sig ha jämförbar prestanda med toppmoderna AE. Därför valdes denna topologi ut för en djupanalys och för fysisk layoutkonstruktion. Layouten för den valda förförstärkaren utformades och dess parasiter extraherades. Utformningen av postlayouten visade sig vara jämförbar med prestanda på en schematisk nivå, med en CMRR på 153dB, IRNV på 0.89µVRMS och en elektrodoffsettolerans på 450mV. Förförstärkarens design som presenteras i denna rapport har visat sig vara jämförbar med toppmoderna AE-förförstärkare och visar potential till framsteg för AEprestanda i singelkanals EEG-system