Automatizēts EKG shēmas modelis: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Šī projekta mērķis ir izveidot ķēdes modeli ar vairākiem komponentiem, kas var pienācīgi pastiprināt un filtrēt ienākošo EKG signālu. Trīs komponenti tiks modelēti atsevišķi: instrumentu pastiprinātājs, aktīvs iecirtuma filtrs un pasīvs joslas caurlaidības filtrs. Tie tiks apvienoti, lai izveidotu galīgo EKG shēmas modeli. Visa shēmas modelēšana un pārbaude tika veikta LTspice, bet arī citas shēmas simulācijas programmas darbotos.

1. darbība: Instrumentu pastiprinātājs

Šī būs pilna EKG modeļa pirmā sastāvdaļa. Tās mērķis ir pastiprināt ienākošo EKG signālu, kuram sākotnēji būs ļoti zems spriegums. Es izvēlējos kombinēt op-amp un pretestības komponentus tādā veidā, kas radītu peļņu 1000. Pirmajā attēlā parādīts LTspice modelētais instrumentu pastiprinātāja dizains. Otrais attēls parāda attiecīgos vienādojumus un veiktos aprēķinus. Pēc pilnīgas modelēšanas LTspice tika veikta 1 mV sinusoidāla ieejas signāla pārejoša analīze pie 75 Hz, lai apstiprinātu 1000 pieaugumu. Trešais attēls parāda šīs analīzes rezultātus.

2. darbība. Aktīvais iecirtuma filtrs

Šī būs pilnā EKG modeļa otrā sastāvdaļa. Tās mērķis ir vājināt signālus ar frekvenci 60 Hz, kas ir maiņstrāvas līnijas sprieguma traucējumu frekvence. Tas kropļo EKG signālus un parasti ir sastopams visos klīniskajos apstākļos. Es izvēlējos kombinēt op-amp ar pretestības un kapacitatīviem komponentiem divu T iecirtumu filtru konfigurācijā. Pirmajā attēlā parādīts iecirtuma filtra dizains, kas modelēts LTspice. Otrais attēls parāda attiecīgos vienādojumus un veiktos aprēķinus. Pēc pilnīgas modelēšanas tika veikta 1 V sinusoidālā ieejas signāla maiņstrāvas slaucīšana no 1 Hz līdz 100 kHz LTspice, lai apstiprinātu iecirtumu pie 60 Hz. Trešais attēls parāda šīs analīzes rezultātus. Nelielas simulācijas rezultātu atšķirības salīdzinājumā ar paredzamajiem rezultātiem, iespējams, ir saistītas ar noapaļošanu, kas veikta, aprēķinot šīs ķēdes pretestības un kapacitātes komponentus.

3. darbība. Pasīvā joslas caurlaides filtrs

Šī būs pilnā EKG modeļa trešā sastāvdaļa. Tās mērķis ir filtrēt signālus, kas nav diapazonā no 0,05 Hz līdz 250 Hz, jo tas ir tipisks pieaugušo EKG diapazons. Es izvēlējos izmantot kombinētos pretestības un kapacitatīvos komponentus, lai augstās caurlaides robežvērtība būtu 0,05 Hz un zemas caurlaides robeža būtu 250 Hz. Pirmajā attēlā parādīts LTspice modelētais pasīvā joslas caurlaides filtra dizains. Otrais attēls parāda attiecīgos vienādojumus un veiktos aprēķinus. Pēc pilnīgas modelēšanas tika veikta 1 V sinusoidālā ieejas signāla maiņstrāvas slaucīšana no 0,01 Hz līdz 100 kHz LTspice, lai apstiprinātu augstās un zemās caurlaides izslēgšanas frekvences. Trešais attēls parāda šīs analīzes rezultātus. Nelielas simulācijas rezultātu atšķirības salīdzinājumā ar paredzamajiem rezultātiem, iespējams, ir saistītas ar noapaļošanu, kas veikta, aprēķinot šīs ķēdes pretestības un kapacitātes komponentus.

4. solis: ķēdes komponentu apvienošana

Tagad, kad visas sastāvdaļas ir izstrādātas un pārbaudītas individuāli, tās var apvienot virknē tādā secībā, kādā tās tika izveidotas. Tā rezultātā tiek iegūts pilns EKG shēmas modelis, kurā vispirms ir instrumentu pastiprinātājs, lai pastiprinātu signālu 1000x. Pēc tam tiek izmantots iecirtuma filtrs, lai novērstu 60 Hz maiņstrāvas līnijas sprieguma troksni. Visbeidzot, joslas caurlaides filtrs neļauj iziet cauri signālam, kas ir ārpus tipiskas pieaugušo EKG diapazona (0,05 Hz - 250 Hz). Pēc apvienošanas, kā parādīts pirmajā attēlā, īslaicīgu analīzi un pilnu maiņstrāvas slaucīšanu var veikt LTspice ar ieejas spriegumu 1 mV (sinusoidāli), lai pārliecinātos, ka komponenti darbojas kopā, kā paredzēts. Otrajā attēlā tiek parādīti pārejoši analīzes rezultāti, kas parāda signāla pastiprinājumu no 1 mV līdz ~ 0,85 V. Tas nozīmē, ka vai nu iecirtuma, vai joslas filtra komponenti nedaudz vājina signālu pēc tam, kad instrumentu pastiprinātājs to sākotnēji ir pastiprinājis 1000 reizes. Trešais attēls parāda maiņstrāvas slaucīšanas rezultātus. Šis Bode grafiks parāda augstās un zemās caurlaides robežas, kas atbilst joslas caurlaides filtra Bode diagrammas ierobežojumiem, pārbaudot atsevišķi. Ir arī neliels kritums ap 60 Hz, kur iecirtuma filtrs darbojas, lai novērstu nevēlamu troksni.