Elektrokardiogrammas ķēde: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Sveiki! To raksta divi studenti, kuri šobrīd studē biomedicīnas inženieriju un apmeklē shēmu klasi. Mēs esam izveidojuši EKG un esam ļoti priecīgi dalīties tajā ar jums.

Piegādes

Šim projektam būs nepieciešami pamata materiāli:

- maizes dēlis

- rezistori

- kondensatori

- operatīvie pastiprinātāji (LM741)

- elektrodi

Jums būs nepieciešams arī uzskaitītais elektroniskais aprīkojums:

- līdzstrāvas barošanas avots

- Funkciju ģenerators

- Osciloskops

1. darbība: diferenciālais pastiprinātājs

Kāpēc tas ir vajadzīgs?

Diferenciālo pastiprinātāju izmanto, lai pastiprinātu signālu un samazinātu troksni, kas var rasties starp elektrodiem. Troksni samazina, ņemot sprieguma starpību no diviem elektrodiem. Lai noteiktu nepieciešamās rezistoru vērtības, mēs nolēmām, ka vēlamies, lai pastiprinātājs radītu 1000 pieaugumu.

Kā tas tiek būvēts?

Lai to panāktu, tika izmantots diferenciālā pastiprinātāja pastiprinājuma vienādojums, matemātiku var atrast pievienotajā attēlā. Aprēķinot tika konstatēts, ka rezistora vērtībām jābūt 100Ω un 50kΩ. Tomēr, tā kā mums nebija 50 kΩ rezistora, mēs izmantojām 47 kΩ. Diferenciālā pastiprinātāja iestatījumus gan LTSpice, gan maizes dēlam var redzēt pievienotajā fotoattēlā. Diferenciālā pastiprinātāja pievienošanai nepieciešams maizes dēlis, 1 x 100Ω rezistors, 6 x 47kΩ rezistors, 3 LM741 darbības pastiprinātāji un daudz vadu.

Kā to pārbaudīt?

Pārbaudot LTSpice un fiziskajā ierīcē, vēlaties pārliecināties, ka tas rada pastiprinājumu 1000. Tas tiek darīts, izmantojot pastiprinājuma vienādojumu gain = Vout/ Vin. Vout ir izeja no maksimuma līdz maksimumam, un Vin ir maksimālā un maksimālā ievade. Piemēram, lai pārbaudītu funkciju ģeneratoru, es ķēdē ievadītu 10 mV maksimumu-maksimumu, tāpēc man vajadzētu iegūt 10 V izeju.

2. darbība: iecirtuma filtrs

Kāpēc tas ir vajadzīgs?

Lai novērstu troksni, tiek izveidots iecirtuma filtrs. Tā kā lielākajai daļai ēku ir 60 Hz maiņstrāva, kas radītu troksni ķēdē, mēs nolēmām izveidot iecirtuma filtru, kas vājinās signālu pie 60 Hz.

Kā to veidot?

Griezuma filtra dizains ir balstīts uz iepriekš redzamo attēlu. Vienādojumi rezistoru un kondensatoru vērtību aprēķināšanai ir uzskaitīti arī iepriekš. Mēs nolēmām izmantot 60 Hz frekvenci un 0,1 uF kondensatorus, jo tā bija mūsu kondensatora vērtība. Aprēķinot vienādojumus, mēs atklājām, ka R1 un R2 ir vienāds ar 37, 549 kΩ, un R3 vērtība ir 9021,19 Ω. Lai šīs vērtības varētu izveidot uz mūsu shēmas plates, mēs izmantojām 39 kΩ R1 un R2 un 9,1 kΩ R3. Kopumā iecirtuma filtram ir nepieciešams 1 x 9,1 kΩ rezistors, 2 x 39 kΩ rezistors, 3 x 0,1 uF kondensators, 1 LM741 operatīvie pastiprinātāji un daudz džemperu vadu. Gan LTSpice, gan maizes dēļa iecirtuma filtra iestatīšanas shēma ir attēlā augstāk.

Kā to pārbaudīt?

Griezuma filtra funkcionalitāti var pārbaudīt, veicot maiņstrāvas slaucīšanu. Visām frekvencēm jāiet caur filtru, izņemot 60 Hz. To var pārbaudīt gan LTSpice, gan fiziskajā ķēdē

3. darbība: zemas caurlaides filtrs

Kāpēc tas ir vajadzīgs?

Nepieciešams zemas caurlaidības filtrs, lai samazinātu troksni, ko rada jūsu ķermenis un apkārtējā telpa. Lemjot par zemfrekvences filtra izslēgšanas frekvenci, bija svarīgi ņemt vērā, ka sirdsdarbība notiek no 1 Hz līdz 3 Hz un viļņu formas, kas veido EKG, ir tuvu 1–50 Hz.

Kā to veidot?

Mēs nolēmām ierobežot frekvenci 60 Hz, lai mēs joprojām varētu iegūt visus noderīgos signālus, bet arī izslēgt nevajadzīgo signālu. Nosakot robežfrekvenci 70 Hz, mēs nolēmām izvēlēties kondensatora vērtību 0,15uF, jo tā ir mūsu komplektā. Kondensatora vērtības aprēķins ir redzams attēlā. Aprēķina rezultāts bija rezistora vērtība 17,638 kΩ. Mēs izvēlējāmies izmantot 18 kΩ rezistoru. Zemfrekvences filtram ir nepieciešams 2 x 18 kΩ rezistors, 2x0,15 uF kondensators, 1 LM741 darbības pastiprinātājs un daudz vadu. Zemas caurlaidības filtra shematisks attēls gan LTSpice, gan fiziskajai shēmai ir atrodams attēlā.

Kā to pārbaudīt?

Zemas caurlaidības filtru var pārbaudīt, izmantojot maiņstrāvas slaucīšanu gan LTSpice, gan fiziskajā ķēdē. Veicot maiņstrāvas slaucīšanu, zemāk redzamās frekvences vajadzētu būt nemainīgām, bet frekvences virs robežvērtības sāk filtrēt.

4. solis: pabeidziet projektu

Kad ķēde ir pabeigta, tai vajadzētu izskatīties kā attēlā iepriekš! Tagad jūs esat gatavs piestiprināt elektrodus pie ķermeņa un redzēt savu EKG! Kopā ar osciloskopu EKG var parādīt arī Arduino.