EKG i monitor otkucaja srca: 6 koraka

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

Elektrokardiogram, koji se naziva i EKG, test je koji otkriva i bilježi električnu aktivnost ljudskog srca. On detektira broj otkucaja srca i snagu i vrijeme električnih impulsa koji prolaze kroz svaki dio srca, što je u stanju identificirati srčane probleme poput srčanog udara i aritmije. EKG u bolnicama uključuje dvanaest elektroda za kožu na grudima, rukama i nogama. U ovom nerješivom, koristimo samo tri elektrode, jednu za svaki zglob kao dva mjesta za snimanje i jednu za desni gležanj kao uzemljenje. Važno je napomenuti da ovo nije medicinski uređaj. Ovo je samo u obrazovne svrhe korištenjem simuliranih signala. Ako koristite ovaj krug za stvarna mjerenja EKG-a, provjerite koriste li se strujni krug i veze kola s instrumentom odgovarajuće tehnike izolacije.

Za prikupljanje i analizu ljudskog EKG signala potrebno nam je instrumentacijsko pojačalo koje pojačava ulazni signal za 1000, urezani filter koji uklanja šum izmjenične struje (60 Hz) i niskopropusni filter koji filtrira ostale šumove iznad 250 Hz. Presek od 250Hz koristi se jer je raspon frekvencija ljudskog EKG-a između 0-250Hz

Korak 1: Materijali

Generator funkcija, Napajanje, Osciloskop, Oglasna ploča.

Otpornici: 1k - 500k ohm

Kondenzatori: 20 - 100 nF

Operativno pojačalo x5 (UA741)

Korak 2: Izgradite instrumentacijsko pojačalo

Pozivajući se na krug i jednadžbe instrumentacijskog pojačala. Prvo moramo izračunati ispravne vrijednosti otpornika. S obzirom da instrumentacijsko pojačalo ima 2 stupnja, postoje dva odvojena pojačanja, k1 i k2. Pošto nam je potreban dobitak od 1000, k1 pomnoženo sa k2 trebalo bi da bude jednako hiljadu. U ovom smo vodiču koristili sljedeće vrijednosti, slobodno ih promijenite ako nemate širok raspon otpornika.

R1 = 1000Ω, R2 = 15000Ω dakle, K1 = 1+(2*15000)/1000 = 31R3 = 1000Ω, R4 = 32000Ωotuda, K2 = 32000/1000 = 32

Sada kada znate koje vrijednosti otpornika trebate, krenite u krug.

Da biste testirali instrumentacijsko pojačalo, mogli biste upotrijebiti generator funkcija za generiranje sinusnog vala s poznatom amplitudom, spojiti ga na ulaz kola i spojiti izlaz pojačala na osciloskop, trebali biste vidjeti sinusni val s amplitudom 1000 puta veći od ulaznog sinusnog vala

Korak 3: Izradite Notch Filter

Slično instrumentnom pojačalu, pogledajte krug i jednadžbe kako biste pronašli odgovarajuće vrijednosti komponenti. Znamo da u ovom urezanom filtru moramo izrezati frekvencije od 60Hz, stoga je f0 60Hz, također ćemo koristiti faktor kvalitete 8 koji bi nam dao dobru preciznost. Koristeći ove vrijednosti sada možemo pronaći odgovarajuće vrijednosti komponente:

C = 100 nF, Q = 8, w0 = 2ℼf = 2*pi*60 = 120pi

R1 = 1/(2*8*120*pi*100*10^-9) = 1658Ω

R2 = (2*8)/(120*pi*100*10^-9) = 424 kΩ

R3 = (1658*424000)/(1658+424000) = 1651Ω

Sada kada znate vrijednosti komponenti koje su vam potrebne, izgradite krug. Nije da možete upotrijebiti otpornike paralelno ili u nizu kako biste vrijednosti dobili što je moguće bliže potrebnim vrijednostima.

Za testiranje urezanog filtra, možete izvršiti frekvencijsko pretraživanje. Unesite sinusni val s amplitudom od 0,5 V i promijenite frekvenciju. Pogledajte kako se amplituda izlaza povezanog s osciloskopom mijenja kada se približite 60Hz. Na primjer, ako je vaša frekvencija ispod 50 ili iznad 70, trebali biste vidjeti izlazni signal sličan ulazu, ali što se više približavate 60Hz, amplituda bi se trebala smanjivati. Ako se to ne dogodi, provjerite krug i provjerite jeste li koristili ispravne vrijednosti otpornika.

Korak 4: Izgradite Butterworthov filter drugog reda

Tip niskopropusnog filtera koji smo koristili je aktivan drugog reda. Ovaj filter se koristi jer nam daje dovoljno dobru preciznost i iako zahtijeva snagu, ali performanse su bolje. Filter je dizajniran za rezanje frekvencija iznad 250 Hz. To je zato što signal EKG -a ima različitu frekvencijsku komponentu koja je između nula i 250 Hz, a svaki signal s frekvencijom iznad 250 Hz smatrat će se šumom. Prva slika prikazuje shemu niskopropusnog filtra sa svim ispravnim vrijednostima otpornika (imajte na umu da bi R7 trebao biti 25632Ω umjesto 4kΩ). Druga slika uključuje sve jednadžbe koje možete koristiti za sami izračun vrijednosti komponente.

Za testiranje niskopropusnog filtera, pomoću generatora funkcija generirajte sinusni val s amplitudom od 0,5 V. Kada unosite frekvencije ispod 250Hz, trebali biste vidjeti izlaz sličan ulazu, ali što ste veći nakon 250Hz, izlaz bi trebao biti manji i na kraju postati zaista blizu nule.

Korak 5: Sve spojite

Nakon što završite s izgradnjom tri faze, spojite ih zajedno stavljanjem instrumentacijskog pojačala, nakon čega slijedi notch filter, a zatim lowpass filter. Vaš krug bi trebao izgledati slično ovoj slici.

Korak 6: Testiranje cijelog kruga

Pomoću generatora funkcija unesite proizvoljan EKG signal s amplitudom ne većom od 15 mV na ulaz instrumentacijskog pojačala. Priključite izlaz niskopropusnog filtera na osciloskop. Trebali biste dobiti izlaz sličan ovoj slici. Zeleni signal je izlaz ploče, a žuti signal je ulazni signal u kolo. Otkucaje srca možete mjeriti i tako što ćete učitati frekvenciju pomoću osciloskopa i pomnožiti taj broj sa 60.

Imajte na umu da ako želite izmjeriti vlastiti EKG signal, to možete učiniti tako što ćete spojiti dva ulaza instrumentacijskog pojačala na svaki vaš zglob pomoću elektrode i uzemljiti nogu. Prije nego što to učinite, držite se na sredini i provjerite da li krug i veze kola s instrumentom koriste odgovarajuće tehnike izolacije.