Model automatiziranog EKG kruga: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Cilj ovog projekta je stvoriti model kola sa više komponenti koje mogu adekvatno pojačati i filtrirati dolazni EKG signal. Tri komponente će se modelirati pojedinačno: instrumentacijsko pojačalo, aktivni filter sa zarezima i pasivni propusni filter. Oni će se kombinirati za stvaranje konačnog modela EKG kruga. Sve modeliranje i testiranje kola provedeno je u LTspice -u, ali bi i drugi programi simulacije kola radili.

Korak 1: Instrumentacijsko pojačalo

Ovo će biti prva komponenta cijelog EKG modela. Njegova je svrha pojačati dolazni EKG signal, koji će u početku imati vrlo nizak napon. Odlučio sam koristiti kombinirana op-pojačala i otporničke komponente na način koji bi proizveo dobit od 1000. Prva slika prikazuje dizajn instrumentalnog pojačala modeliranog u LTspice-u. Druga slika prikazuje relevantne jednadžbe i izvršene proračune. Nakon potpunog modeliranja, prolazna analiza sinusoidnog ulaznog signala od 1 mV na 75 Hz izvedena je u LTspiceu kako bi se potvrdio dobitak od 1000. Treća slika prikazuje rezultate ove analize.

Korak 2: Aktivni filter sa zarezima

Ovo će biti druga komponenta cijelog EKG modela. Njegova je svrha prigušiti signale s frekvencijom od 60 Hz, što je frekvencija smetnji mrežnog napona. Ovo iskrivljuje EKG signale i obično je prisutno u svim kliničkim okruženjima. Odlučio sam koristiti kombinirano op-pojačalo s otporničkim i kapacitivnim komponentama u konfiguraciji dvostrukog T-ureza. Prva slika prikazuje dizajn urezanog filtera modeliran u LTspice. Druga slika prikazuje relevantne jednadžbe i izvršene proračune. Nakon što je potpuno modeliran, izmjenjivanje izmjeničnog napona sinusoidnog ulaznog signala od 1 V izvedeno je od 1 Hz - 100 kHz u LTspiceu za potvrdu zareza na 60 Hz. Treća slika prikazuje rezultate ove analize. Male varijacije u rezultatima simulacije u odnosu na očekivane rezultate vjerojatno su posljedica zaokruživanja izvršenog pri proračunu otporničke i kapacitivne komponente ovog kola.

Korak 3: Pasivni pojasni filter

Ovo će biti treća komponenta cijelog EKG modela. Njegova je svrha filtriranje signala koji nisu unutar raspona 0,05 Hz - 250 Hz, jer je to raspon tipičnog EKG -a za odrasle. Odlučio sam se upotrijebiti kombinaciju otporničkih i kapacitivnih komponenti tako da bi visokopropusna granica bila 0,05 Hz, a niskopropusna 250 250 Hz. Prva slika prikazuje dizajn pasivnog propusnog pojasa, modeliran u LTspice. Druga slika prikazuje relevantne jednadžbe i izvršene proračune. Nakon potpunog modeliranja, izmjenjivanje izmjeničnog napona sinusoidnog ulaznog signala od 1 V izvedeno je od 0,01 Hz - 100 kHz u LTspice kako bi se potvrdile granične frekvencije visokog i niskog prolaza. Treća slika prikazuje rezultate ove analize. Male varijacije u rezultatima simulacije u odnosu na očekivane rezultate vjerojatno su posljedica zaokruživanja izvršenog pri proračunu otporničke i kapacitivne komponente ovog kola.

Korak 4: Kombinovanje komponenti kola

Sada kada su sve komponente dizajnirane i testirane pojedinačno, mogu se kombinirati u seriji po redoslijedu stvaranja. To rezultira punim modelom EKG kruga koji prvo sadrži instrumentacijsko pojačalo za pojačavanje signala 1000x. Zatim se koristi urezani filter za uklanjanje šuma mrežnog napona izmjenične struje 60 Hz. Na kraju, pojasni filter ne dopušta prolaz signala koji je izvan raspona tipičnog odraslog EKG -a (0,05 Hz - 250 Hz). Nakon što se spoje, kao što je prikazano na prvoj slici, u LTspice se može provesti prolazna analiza i potpuno izmjenjivanje naizmjenične struje s ulaznim naponom od 1 mV (sinusoidno) kako bi se osiguralo da komponente rade zajedno kako je predviđeno. Druga slika prikazuje rezultate prijelazne analize koji pokazuju pojačanje signala od 1 mV do ~ 0,85 V. To znači da komponente zareza ili filtra pojasa blago prigušuju signal nakon što je inicijalno pojačalo pojačano 1000x. Treća slika prikazuje rezultate čišćenja izmjeničnom strujom. Ovaj Bode grafikon prikazuje granične vrijednosti visokih i niskih prolaza koji odgovaraju onima na Bode grafikonu propusnog opsega filtra kada se pojedinačno testira. Tu je i blagi pad oko 60 Hz, gdje zarezni filter radi na uklanjanju neželjene buke.