Հիմնական էլեկտրասրտագրության ձեռքբերում, ուժեղացում և ֆիլտրացում. 6 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

Այս հրահանգը լրացնելու համար անհրաժեշտ է միայն համակարգիչ, ինտերնետ հասանելիություն և որոշ մոդելավորման ծրագրեր: Այս նախագծի նպատակների համար բոլոր սխեմաներն ու մոդելավորումներն աշխատելու են LTspice XVII- ի վրա: Այս մոդելավորման ծրագրաշարը պարունակում է ավելի քան 1000 բաղադրիչներից բաղկացած գրադարաններ, ինչը շատ հեշտ է դարձնում սխեմաներ ստեղծելը: Քանի որ այս սխեմաները ընդհանրացվելու են, «UniversalOpAmp2»-ը կօգտագործվի յուրաքանչյուր օրինակի համար, որտեղ անհրաժեշտ է op-amp: Բացի այդ, յուրաքանչյուր op -amp- ը սնուցվում էր +15V և -15V սնուցման աղբյուրով: Այս սնուցման աղբյուրները ոչ միայն սնուցում են op-amp- ը, այլև անջատում են ելքային լարումը, եթե այն հասնի այդ երկու ծայրահեղություններից որևէ մեկին:

Քայլ 1. Գործիքների ուժեղացուցիչի ձևավորում

Ազդանշանը ձեռք բերելուց հետո այն պետք է ուժեղացնել `դրա վրա հաշվարկներ կատարելու և զտելու համար: Էլեկտրասրտագրության դեպքում ուժեղացման ամենատարածված մեթոդը գործիքային ուժեղացուցիչն է: Ինչպես վերը նշվեց, գործիքավորման ուժեղացուցիչն ունի բազմաթիվ առավելություններ, երբ խոսքը վերաբերում է ուժեղացման սխեմաներին, որոնցից ամենամեծը մուտքային լարման միջև բարձր դիմադրությունն է: Այս սխեմայի կառուցման համար օգտագործվել է 3 օփ-ամպեր `յոթ դիմադրիչների հետ միասին, ընդ որում` դիմադրողներից վեցը համարժեք են մեծությամբ: Էլեկտրասրտագրության մեծամասնության շահույթը մոտ 1000x մուտքային ազդանշան է [1]: Գործիքային ուժեղացուցիչի շահույթի հավասարումը հետևյալն է. Գին = 1 + (2 * R1/R2) * (R7/R6): Պարզության համար յուրաքանչյուր ռեզիստոր ենթադրվում էր 1000 օմ, բացառությամբ R2- ի, որը որոշվել էր 2 օմ: Այս արժեքները 1001 անգամ ավելի մեծ են, քան մուտքային լարումը: Այս շահույթը բավարար է ձեռք բերված ազդանշանները ուժեղացնելու համար `հետագա վերլուծության համար: Այնուամենայնիվ, օգտագործելով հավասարումը, շահույթը կարող է լինել այն, ինչ ցանկանում է իր սխեմաների նախագծման համար:

Քայլ 2. Band Pass ֆիլտրի ձևավորում

Bandband ֆիլտրը բարձր անցումային ֆիլտր է և ցածր անցումային ֆիլտր, որը սովորաբար համակարգված աշխատում է op-amp- ի հետ `ապահովելու այն, ինչ հայտնի է որպես անցուղի: Անցման գոտին հաճախականությունների մի շարք է, որոնք կարող են անցնել, մինչդեռ մնացած բոլորը ՝ վերևից և ներքևից, մերժվում են: Արդյունաբերության չափանիշները նշում են, որ ստանդարտ էլեկտրասրտագրության մեջ պետք է լինի 0.5 Հց -ից մինչև 150 Հց անցուղի [2]: Այս մեծ անցուղին ապահովում է, որ սրտից ստացված բոլոր էլեկտրական ազդանշանները գրանցվեն, և դրանցից ոչ մեկը չզտվի: Նմանապես, այս անցակետը մերժում է ցանկացած DC օֆսեթ, որը կարող է խանգարել ազդանշանին: Սա նախագծելու համար պետք է ընտրվեն հատուկ դիմադրիչներ և կոնդենսատորներ այնպես, որ անցման բարձր հաճախականությունը լինի 0.5 Հց, իսկ ցածր անցման հաճախությունը `150 Հց: Ե՛վ բարձր անցման, և՛ ցածր անցման ֆիլտրի կտրման հաճախականության հավասարումը հետևյալն է. Fc = 1/(2*pi*RC): Իմ հաշվարկների համար ընտրվեց կամայական դիմադրություն, այնուհետև օգտագործելով բանաձև 4 -ը, հաշվարկվեց կոնդենսատորի արժեքը: Հետևաբար, բարձր անցման զտիչը կունենա դիմադրության 100,000 ohms և կոնդենսատորի արժեքը ՝ 3,1831 միկրոֆարադ: Նմանապես, ցածր անցման ֆիլտրը կունենա դիմադրության արժեքը 100,000 ohms և կոնդենսատորի արժեքը ՝ 10,61 նանո-ֆարադ:. Ուցադրված է գոտու անցման ֆիլտրի ճշգրտված արժեքներով դիագրամ:

Քայլ 3. Notch Filter Design

Chանապարհային զտիչը, ըստ էության, հակառակ կողմն է ժապավենից: Բարձր լեռնանցք, որին հաջորդում է ցածր փոխանցում, այն ցածր փոխանցում է, որին հաջորդում է բարձր փոխանցում, հետևաբար կարելի է էապես վերացնել աղմուկի մեկ փոքր շերտ: Էլեկտրասրտագրության խազ ֆիլտրի համար օգտագործվել է Twin-T խազ ֆիլտրի դիզայն: Այս դիզայնը թույլ է տալիս կենտրոնի հաճախականությունը զտել և ապահովում է որակի մեծ գործոն: Այս դեպքում ազատվելու կենտրոնի հաճախականությունը 60 Հց էր: Օգտագործելով 4 բանաձևը, դիմադրության արժեքները հաշվարկվել են `օգտագործելով կոնդենսատորի տվյալ արժեքը` 0,1 միկրոֆարադ: 60 Հց կանգառային գոտու համար դիմադրության հաշվարկված արժեքները 26, 525 օմ էին: Հետո R5- ը հաշվարկվեց R3- ի և R4- ի ½: C3- ը նույնպես հաշվարկվել է C1- ի և C2- ի համար ընտրված արժեքի կրկնակի չափով [3]: R1- ի և R2- ի համար ընտրվել են կամայական դիմադրողներ:

Քայլ 4: Համակցված շղթա

Օգտագործելով ցանցերը, այս բաղադրիչները շարքով տեղադրվեցին միասին և պատկերված է ավարտված սխեմայի պատկերը: Ըստ Springer Science- ի հրապարակած մի հոդվածի, ԷՍԳ -ի միացման ընդունելի շահույթը պետք է լինի մոտ 70 դԲ, երբ ամբողջ միացումն ստեղծվի [4]:

Քայլ 5: Ամբողջ սխեմայի փորձարկում

Երբ բոլոր բաղադրիչները տեղադրվեցին շարքի մեջ, անհրաժեշտ էր դիզայնի վավերացում: Փորձարկելով այս շղթան, և՛ անցողիկ, և՛ AC մաքրում անցկացվեց `որոշելու, թե արդյոք բոլոր բաղադրիչներն աշխատում են համահունչ: Եթե դա այդպես լիներ, անցողիկ ելքային լարումը դեռ կլիներ մոտ 1000 անգամ մուտքային լարումը: Նմանապես, երբ կատարվում էր AC հոսքի մաքրումը, ակնկալվում էր, որ ժապավենը պետք է ունենա 60 Հց արագություն: Նայելով պատկերված պատկերներին ՝ այս շրջանը կարողացավ հաջողությամբ իրականացնել այդ երկու նպատակներն էլ: Մեկ այլ փորձություն էր տեսնել խազի ֆիլտրի արդյունավետությունը: Սա ստուգելու համար 60 Հց ազդանշան է անցել շրջագծով: Ինչպես պատկերված է, այս ելքի մեծությունը ընդամենը 5 անգամ ավելի մեծ էր, քան մուտքը, 1000x- ի համեմատ, երբ հաճախականությունը անցման գոտու սահմաններում է:

Քայլ 6: Ռեսուրսներ

[1] «ԷՍԳ չափման համակարգ», Columbia.edu, 2020. https://www.cisl.columbia.edu/kinget_group/student_projects/ECG%20Report/E6001%20ECG%20final%20report.htm (հասանելի է դեկտեմբերի 01 -ին, 2020):

[2] L. G. Tereshchenko and M. E. Josephson, “Frequency Content and Characteristics of Ventricular Conduction”, Journal of electrocardiology, vol. 48, ոչ 6, էջ 933–937, 2015, doi: 10.1016/j.jelectrocard.2015.08.034:

[3] «Band Stop զտիչները կոչվում են մերժման զտիչներ», Հիմնական էլեկտրոնիկայի ձեռնարկներ, 22 մայիսի, 2018 թ.:

[4] N. Guler and U. Fidan, “Wireless Transmission of ECG signal”, Springer Science, vol. 30, ապրիլ 2005, դոի ՝ 10.1007/s10916-005-7980-5: