EKG un sirdsdarbības mērītājs: 6 soļi

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

Elektrokardiogramma, saukta arī par EKG, ir tests, kas nosaka un reģistrē cilvēka sirds elektrisko aktivitāti. Tas nosaka sirdsdarbības ātrumu un elektrisko impulsu spēku un laiku, kas iet caur katru sirds daļu, un tas spēj identificēt sirds problēmas, piemēram, sirdslēkmes un aritmiju. EKG slimnīcās ietver divpadsmit elektrodus uz ādas uz krūtīm, rokām un kājām. Šajā sarežģītajā situācijā mēs izmantojam tikai trīs elektrodus - vienu katrai plaukstai kā divas ierakstīšanas vietas un vienu labajai potītei kā zemi. Ir svarīgi atzīmēt, ka 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 pareizas izolācijas metodes.

Lai iegūtu un analizētu cilvēka EKG signālu, mums ir nepieciešams instrumentu pastiprinātājs, kas pastiprina ieejas signālu par 1000, iecirtuma filtrs, kas noņem maiņstrāvas troksni (60 Hz), un zemfrekvences filtrs, kas filtrē citus trokšņus virs 250 Hz. Tiek izmantota 250 Hz robeža, jo cilvēka EKG frekvenču diapazons ir no 0 līdz 250 Hz

1. solis: materiāli

Funkciju ģenerators, barošanas avots, osciloskops, maizes dēlis.

Rezistori: 1k - 500k omi

Kondensatori: 20 - 100 nF

Operatīvais pastiprinātājs x5 (UA741)

2. darbība: izveidojiet instrumentu pastiprinātāju

Atsaucoties uz mērinstrumentu pastiprinātāja shēmu un vienādojumiem. Vispirms mums jāaprēķina pareizās rezistora vērtības. Tā kā instrumentu pastiprinātājam ir 2 pakāpes, ir divi atsevišķi pastiprinājumi, k1 un k2. Tā kā mums ir nepieciešams pieaugums 1000, k1 reizinot ar k2, jābūt vienādam ar tūkstoti. Šajā apmācībā mēs izmantojām šādas vērtības, lūdzu, mainiet šīs vērtības, ja jums nav plaša rezistoru klāsta.

R1 = 1000Ω, līdz ar to R2 = 15000Ω, K1 = 1+(2*15000)/1000 = 31R3 = 1000Ω, R4 = 32000Ω, tad K2 = 32000/1000 = 32

Tagad, kad jūs zināt, kādas rezistoru vērtības jums ir vajadzīgas, dodieties uz priekšu un izveidojiet ķēdi.

Lai pārbaudītu instrumentu pastiprinātāju, varat izmantot funkciju ģeneratoru, lai ģenerētu sinusoidālu viļņu ar zināmu amplitūdu, pievienotu to ķēdes ieejai un pievienotu pastiprinātāja izeju osciloskopam, jums vajadzētu redzēt sinusa vilni ar amplitūdu 1000 reizes lielāks nekā ievades sinusa vilnis

3. darbība: izveidojiet iecirtuma filtru

Līdzīgi kā instrumentu pastiprinātājs, skatiet ķēdi un vienādojumus, lai atrastu atbilstošās komponentu vērtības. Mēs zinām, ka šajā iecirtuma filtrā mums ir jāizslēdz 60 Hz frekvences, tāpēc f0 ir 60 Hz, un mēs arī izmantosim kvalitātes koeficientu 8, kas mums nodrošinātu labu precizitāti. Izmantojot šīs vērtības, mēs varam atrast atbilstošas komponentu vērtības:

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

Tagad, kad jūs zināt nepieciešamo komponentu vērtības, dodieties uz priekšu un izveidojiet ķēdi. Ne tāpēc, ka jūs varētu izmantot rezistorus paralēli vai virknē, lai vērtības būtu pēc iespējas tuvākas nepieciešamajām vērtībām.

Lai pārbaudītu iecirtuma filtru, varat veikt frekvences slaucīšanu. Ievadiet sinusoidālo viļņu ar amplitūdu 0,5 V un mainiet frekvenci. Paskatieties, kā mainās izejas amplitūda, kas ir savienota ar osciloskopu, kad esat tuvu 60 Hz. Piemēram, ja frekvence ir zemāka par 50 vai virs 70, jums vajadzētu redzēt izejas signālu, kas ir līdzīgs ieejai, bet, jo tuvāk 60 Hz, amplitūdai vajadzētu samazināties. Ja tas nenotiek, pārbaudiet ķēdi un pārliecinieties, vai izmantojāt pareizas rezistora vērtības.

4. solis: izveidojiet otrās kārtas Butterworth filtru

Zemā caurlaidības filtra veids, ko mēs izmantojām, ir otrās kārtas aktīvs. Šis filtrs tiek izmantots, jo tas dod mums pietiekami labu precizitāti un, lai gan tas prasa jaudu, bet veiktspēja ir labāka. Filtrs ir paredzēts, lai izslēgtu frekvences virs 250 Hz. Tas ir tāpēc, ka EKG signālam ir atšķirīgs frekvences komponents, kas ir no nulles līdz 250 Hz, un jebkurš signāls ar frekvenci virs 250 Hz tiktu uzskatīts par troksni. Pirmajā attēlā parādīta zemas caurlaidības filtra shēma ar visām pareizajām rezistoru vērtībām. (Ņemiet vērā, ka R7 jābūt 25632Ω, nevis 4kΩ). Otrais attēls ietver visus vienādojumus, ar kuriem jūs varētu aprēķināt komponentu vērtības.

Lai pārbaudītu zemfrekvences filtru, izmantojiet funkciju ģeneratoru, lai ģenerētu sinusoidālu viļņu ar amplitūdu 0,5 V. Ievadot frekvences, kas ir zemākas par 250 Hz, jums vajadzētu redzēt izejai līdzīgu ieeju, bet jo lielāka kļūst pēc 250 Hz, izejai vajadzētu kļūt mazākai un galu galā kļūt patiešām tuvu nullei.

5. solis: salieciet visu kopā

Kad esat pabeidzis trīs posmu veidošanu, salieciet tos visus kopā, ievietojot instrumentu pastiprinātāju, kam seko iecirtuma filtrs un pēc tam zemas caurlaides filtrs. Jūsu ķēdei vajadzētu izskatīties līdzīgi šim attēlam.

6. darbība: visas ķēdes pārbaude

Izmantojot funkciju ģeneratoru, instrumentālā pastiprinātāja ieejā ievadiet patvaļīgu EKG signālu, kura amplitūda nepārsniedz 15 mV. Pievienojiet zemas caurlaidības filtra izeju osciloskopam. Jums vajadzētu iegūt izvadi, kas līdzīgs šim attēlam. Zaļais signāls ir plāksnes izeja, un dzeltenais signāls ir ķēdes ieejas signāls. Varat arī izmērīt sirdsdarbības ātrumu, iegūstot frekvenci, izmantojot osciloskopu, un reizinot šo skaitli ar 60.

Ņemiet vērā, ka, ja vēlaties izmērīt savu EKG signālu, varat to izdarīt, savienojot abas instrumentālā pastiprinātāja ieejas pie katras plaukstas locītavas, izmantojot elektrodu un iezemējot kāju. Pirms to izdarīšanas vienkārši turieties vidū, lai pārliecinātos, ka ķēde un ķēdes un instrumenta savienojumi izmanto pareizas izolācijas metodes.