Izveidojiet savu elektrokardiogrammu (EKG): 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

PAZIŅOJUMS:

Šī nav medicīnas ierīce. Tas ir paredzēts tikai izglītojošiem mērķiem, izmantojot simulētus signālus. Ja izmantojat šo shēmu reāliem EKG mērījumiem, lūdzu, pārliecinieties, ka ķēde un ķēdes un instrumenta savienojumi izmanto akumulatora enerģiju un citas pareizas izolācijas metodes.

[Attēls ņemts no

1. darbība. Ziniet savas lietas

Elektrokardiogramma (EKG) ir svarīgs instruments, ko ārsti izmanto, lai uzraudzītu sirds elektrisko aktivitāti. Tas ir noderīgi, lai fiksētu visu, sākot no patoloģiskiem sirds ritmiem un beidzot ar siltuma atteices diagnosticēšanu. Ievērojot šo pamācību, jūs varēsit izveidot ierīci, kas parāda personas elektrokardiogrammu, izmantojot tikai pamatprasmes, kā arī vispārējās elektronikas laboratorijas iekārtas. Kad signāla izeja ir laba, varat izmantot šo pašu signālu, lai aprēķinātu sirdsdarbības ātrumu, vai citu interesantu metriku, izmantojot mikrokontrolleru.

-

Ja jūs nezināt, kas ir EKG, tas ir vienkārši sirds darbības ieraksts. Sirds kontrakciju elektriskā rakstura dēļ var reģistrēt sprieguma izmaiņas, novietojot elektrodus uz ādas un apstrādājot signālu. Šo spriegumu grafiku laika gaitā sauc par elektrokardiogrammu (saīsināti EKG). EKG parasti izmanto, lai diagnosticētu dažādas sirds mazspējas formas vai pasīvi uzraudzītu pacienta stresu. Veselīgai EKG ir īpašas īpašības, kas ir universālas starp cilvēkiem. (Tas ietver P-viļņu, Q-viļņu, R-viļņu, S-viļņu, T-viļņu un QRS kompleksu.) Esmu sniedzis vienkāršotu EKG diagrammu ar atbilstošu sirds reakciju.

-

Ņemiet vērā, ka katrs elektriskais notikums, kas notiek sirds nervos, atbilst fiziskam notikumam, kas attiecīgi rodas muskuļu audos, un, kamēr viena sirds daļa saraujas, pārējās daļas atslābina. Tādā veidā elektrisko signālu laiks sirdī ir ļoti svarīgs, kas padara EKG par ļoti spēcīgu instrumentu sirds veselības mērīšanai.

-

Tomēr, lai mēs varētu reģistrēt faktisko EKG, tiek ņemtas vērā daudzas loģistikas problēmas, piemēram, signāla lielums, trokšņa daudzums, kas nāk no pārējās ķermeņa daļas, un trokšņa daudzums, kas nāk no vides. Lai to kompensētu, mēs izstrādājam ķēdi, kas sastāv no 3 daļām: diferenciālā pastiprinātāja, lai palielinātu mūsu signāla lielumu, zemas caurlaidības filtra, lai novērstu augstfrekvences signālu troksni, un iecirtuma filtra, lai noņemtu 60 Hz troksni. vienmēr atrodas ēkās, kas apgādātas ar maiņstrāvu. Tālāk es detalizēti aprakstīšu šo darbību skatīšanos.

[Attēls ņemts no

2. darbība: savāciet savus piederumus

Šim projektam jums būs nepieciešams:

- 1 liels maizes dēlis (ja būs 2 vai vairāk, tas būs jaukāk)

- 5 vispārējas nozīmes pastiprinātāji

(Es izmantoju UA741 ar +-15 V, tikai pārliecinieties, ka jūsu izvēlētie var izturēt 15 voltus, pretējā gadījumā jums būs jāpielāgo pasīvo komponentu vērtības un jums būs jāsamierinās ar mazāku pastiprinājumu)

Rezistori

o 2x 165 omi

o 3x 1k omi

o 2x 15k omi

o 2x 33k omi

o 1x 42k omi

o 2x 60k omi

Kondensatori

o 2x 22nF

o 2x 1μF

o 1x 2Μf

- Pārpilns vads vai džemperis

- Līdzstrāvas sprieguma avots, kas spēj nodrošināt +-15 V spriegumu

- funkciju ģenerators un osciloskops (galvenokārt problēmu novēršanai)

- vismaz trīs lipīgi elektrodi, ja plānojat ierakstīt faktisko EKG

- Pietiekami daudz kabeļu, lai savienotu visas šīs muļķības

- Stingra izpratne par shēmām, op-amp un pastiprināta pieredze.

Ja dzimšanas dienā tikko saņēmāt maizes dēli un vēlaties ar to pagatavot kaut ko foršu, veiciet vismaz dažas vienkāršākas konstrukcijas, pirms to izmēģināt.

-

3. darbība: izveidojiet diferenciālo pastiprinātāju

Diferenciālais pastiprinātājs pastiprinās mūsu ierakstīto signālu līdz izmantojamam līmenim, lai tas tiktu parādīts diapazonā vai ekrānā. Šī shēmas konstrukcija ņems sprieguma atšķirību no abiem ieejas elektrodiem un pastiprinās to. Tas tiek darīts, lai samazinātu troksni, jo tiks novērsts kopējais troksnis starp elektrodiem. EKG signāla amplitūda būs atšķirīga atkarībā no ierakstīšanas elektrodu izvietojuma un indivīda, bet parasti, ierakstot no plaukstas, tie ir dažu milivoltu lielumā. (Lai gan tas nav nepieciešams šim iestatījumam, signāla amplitūdu var palielināt, novietojot elektrodus uz krūtīm, bet kompromiss ir troksnis no plaušu kustības.)

-

Es iekļāvu iestatīšanas shēmu. Attēlā redzamajai shēmai vajadzētu pastiprināt jūsu signālu ~ 1000 reizes. Iespējams, tas būs jāpielāgo atkarībā no op-amp veida, kuru nolēmāt izmantot. Ātrs veids, kā to pielāgot, ir mainīt R1 vērtību. Samazinot R1 vērtību uz pusi, jūs dubultosit izvades pieaugumu un otrādi.

-

Es pieņemu, ka lielākā daļa no jums var tulkot šo shēmu uz maizes dēļa, tomēr esmu iekļāvis maizes dēļa iestatīšanas diagrammu, lai racionalizētu procesu un, cerams, samazinātu problēmu novēršanas laiku. Jūsu ērtībai esmu iekļāvis arī UA741 (vai LM741) kontaktligzdas attēlu. (Jūsu vajadzībām jums nebūs vajadzīgas 1., 5. vai 8. tapas) V + un V- tapas uz op-amp tiks attiecīgi savienotas ar jūsu +15 V un -15 V barošanas avotu. -15V nav tas pats, kas zeme! Jūs varat ignorēt kondensatorus manā maizē. Tie ir apvedceļa kondensatori, kas paredzēti maiņstrāvas trokšņa noņemšanai, taču retrospektīvi nebija pūļu vērts.

-

Lai novērstu problēmas, es iesaku pārbaudīt katru posmu, kad esat to pabeidzis. Kā redzams shēmā, vienu no ieejām varat pievienot zemei, bet otru - pie neliela līdzstrāvas avota, lai pārbaudītu pastiprinājumu. (pārliecinieties, ka ievadāt <15 mV, pretējā gadījumā piesātināsiet op-amp). Ja jums ir jāsamazina ieguvumi testēšanai, nesasvīstieties, mūsu mērķiem pietiks ar visu, kas pārsniedz 500 reizes. Turklāt, ja jūs izveidojāt savu ķēdi ar peļņu 1000 un tas parāda tikai 800 pieaugumu, tas nav pasaules gals, precīzs skaitlis nav kritisks.

-

4. darbība: izveidojiet iecirtuma filtru

Tagad, kad mēs varam pastiprināt savu signālu, apskatīsim tā tīrīšanu. Ja jūs šobrīd pievienotu elektrodus mūsu ķēdei, visticamāk, būtu 60 Hz troksnis. Tas ir tāpēc, ka lielākā daļa ēku ir savienotas ar 60 Hz maiņstrāvu, izraisot neizbēgami lielus trokšņa signālus. Lai to novērstu, mēs izveidosim 60 Hz iecirtuma filtru. Izgriezuma filtrs ir paredzēts, lai vājinātu ļoti specifiskas frekvences un atstātu citas frekvences neskartas; ideāls, lai atbrīvotos no 60 Hz trokšņa.

-

Tāpat kā iepriekš, esmu iekļāvis shēmas shēmu, maizes dēļa iestatīšanu un savu shēmu. Jāatzīmē, ka, lai gan iecirtuma filtru ir samērā viegli izveidot, tas prasīja visilgāko laiku, lai es sāktu strādāt. Mana ievade tika vājināta labi, bet pie 63 Hz, nevis 60 Hz, kas to nesamazinās. Ja rodas tāda pati problēma, iesaku mainīt R14 vērtību. (Palielinot R14 pretestību, samazināsies vājināšanas frekvence un otrādi). Ja jums ir mainīga rezistora kārba, izmantojiet to, lai aizstātu R14, tad rotaļlietu ar pretestības vērtībām, lai uzzinātu, kas vislabāk darbojas, jo tā būs jutīga pret izmaiņām secībā pēc viena omi. Es beidzu ar 175 omu R14, bet teorētiski tas vislabāk atbilst R12.

-

Atkal varat pārbaudīt šo posmu, izmantojot funkciju ģeneratoru, lai ievadītu 60 Hz sinusa vilni un ierakstītu izvadi osciloskopā. Jūsu izejai jābūt aptuveni -20 dB vai 10% no ieejas amplitūdas. Kā jau teicu iepriekš, optimizācijai varat pārbaudīt tuvumā esošās frekvences.

-

5. darbība: izveidojiet zemas caurlaidības filtru

Kā jau minēts iepriekš, vēl viens svarīgs faktors ir trokšņa samazināšana no ķermeņa un visa cita, kas kavē telpu, kurā atrodaties. Zemas caurlaidības filtrs to labi dara, jo, ciktāl tas attiecas uz signāliem, jūsu sirdsdarbība ir diezgan lēna. Mūsu mērķis ar zemas caurlaidības filtru ir novērst visus signālus, kuru frekvences ir augstākas par jūsu EKG. Lai to izdarītu, mums ir jānosaka “robežfrekvence”. Mūsu gadījumā visu, kas atrodas virs šīs frekvences, mēs vēlamies likvidēt, un visu zem šīs frekvences mēs vēlamies paturēt. Kamēr sirdspuksti notiek aptuveni 1 līdz 3 hercu secībā, atsevišķas viļņu formas, kas veido mūsu EKG, sastāv no daudz augstākām frekvencēm; tuvu 1 līdz 50 herciem. Šī iemesla dēļ es izvēlējos ierobežojuma frekvenci 80 Hz. Tas ir pietiekami augsts, lai signālā saglabātu visas noderīgās sastāvdaļas, taču tomēr izslēdz troksni no blakus istabā esošā HAM radio.

-

Man nav nekādu gudru padomu par zemas caurlaidības filtru, tas ir ļoti vienkārši, salīdzinot ar citiem posmiem. Līdzīgi kā pastiprinātājs, neuztraucieties par precīzu robežu 80 Hz frekvencē; tas nav būtiski un reāli nenotiks. Neskatoties uz to, jums vajadzētu pārbaudīt tā izvadi, izmantojot funkciju ģeneratoru. Īkšķa noteikums ir tāds, ka sinusa vilnim jāiet cauri filtram neskartam pie 10 Hz, un tas jāsamazina uz pusi par 130 Hz.

-

6. solis: pievienojiet to

Ja esat sasniedzis tik tālu, apsveicu! Jums ir visas EKG sastāvdaļas. Viss, kas jums jādara, ir savienot tos kopā, iepļaukāt elektrodus un savienot izeju ar osciloskopu, lai redzētu savu EKG!

-

Ja neesat pārliecināts, kā uzvilkt elektrodus, iesaku pielīmēt ieejas elektrodus uz plaukstas locītavām (pa vienam uz katras plaukstas locītavas) un pieslēgt pie kājas elektrisko elektrodu (attēls var palīdzēt.) Atgādinām, ka katram ieejas elektrodam vajadzētu dodiet pozitīvu ieguldījumu pastiprinātāja op-amp. (Tas ir iezemēts shēmas shēmā tikai simulācijas nolūkos)

-

Kad esat izveidojis savienojumu, pievienojiet zemas caurlaidības filtra izeju osciloskopam un lepojieties ar sevi! Lieciet visiem saviem bērniem uzlikt elektrodus un apskatīt viņu sirdspukstus. Heck, liec kaimiņiem nākt to izmēģināt. Ja jūtaties īpaši motivēts, savienojiet izvadi ar mikrokontrolleri, lai aprēķinātu sirdsdarbības ātrumu no singla. (Jūs, iespējams, vēlaties samazināt pastiprinājumu, pirms to darāt, tas var apcept jūsu izmantoto dēli). Neskatoties uz to, apsveicu ar uzbūvi un priecīgu izgatavošanu!

[Attēls ņemts no