ԷԿԳ սխեմայի ավտոմատ սիմուլյատոր `4 քայլ

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

Էլեկտրասրտագրությունը (ԷՍԳ) հզոր տեխնիկա է, որն օգտագործվում է հիվանդի սրտի էլեկտրական ակտիվությունը չափելու համար: Այս էլեկտրական պոտենցիալների յուրահատուկ ձևը տարբերվում է ՝ կախված էլեկտրոդների գտնվելու վայրից և օգտագործվել է բազմաթիվ պայմաններ հայտնաբերելու համար: Սրտի մի շարք հիվանդությունների վաղ հայտնաբերման դեպքում բժիշկները կարող են իրենց հիվանդներին տրամադրել բազմաթիվ առաջարկություններ ՝ ուղղված իրենց իրավիճակին: Այս մեքենան բաղկացած է երեք հիմնական բաղադրիչներից ՝ գործիքավորման ուժեղացուցիչ, որին հաջորդում են խազ ֆիլտրը և ժապավենի անցման զտիչը: Այս մասերի նպատակն է ուժեղացնել մուտքային ազդանշանները, հեռացնել անցանկալի ազդանշանները և փոխանցել բոլոր համապատասխան կենսաբանական ազդանշանները: Ստացված համակարգի վերլուծությունը ապացուցեց, որ էլեկտրասրտագրությունը, ինչպես և սպասվում էր, կատարում է իր ցանկալի խնդիրները ՝ ԷԿԳ ազդանշան արտադրելու համար ՝ ցույց տալով դրա օգտակարությունը սրտի հիվանդությունները հայտնաբերելու համար:

Պարագաներ:

• LTSpice ծրագրակազմ
• ԷՍԳ ազդանշանային ֆայլեր

Քայլ 1: Գործիքների ուժեղացուցիչ

Գործիքային ուժեղացուցիչը, որը երբեմն կրճատվում է INA, օգտագործվում է հիվանդի կողմից դիտվող ցածր մակարդակի կենսաբանական ազդանշանների ուժեղացման համար: Տիպիկ INA- ն բաղկացած է երեք գործառնական ուժեղացուցիչներից (Op Amps): Երկու Op Amps- ը պետք է լինեն ոչ շրջվող կազմաձևում, իսկ վերջին Op Amp- ը `դիֆերենցիալ կազմաձևում: Յոթ դիմադրիչներ օգտագործվում են Op Amps- ի կողքին `թույլ տալով մեզ տարբերել շահույթը` փոխելով դիմադրության արժեքի չափերը: Ռեզիստորներից կան երեք զույգ և մեկ անհատական չափ:

Այս նախագծի համար ես կօգտագործեմ 1000 շահույթ ՝ ազդանշաններն ուժեղացնելու համար: Այնուհետև ես կընտրեմ կամայական R2, R3 և R4 արժեքները (ամենահեշտն է, եթե R3 և R4 չափերը համարժեք են, քանի որ դրանք կչեղարկեն 1 -ը ՝ ճանապարհ հարթելով ավելի հեշտ հաշվարկների համար): Այստեղից ես կարող եմ լուծել R1- ի համար `բաղադրիչի բոլոր անհրաժեշտ չափերը ունենալու համար:

Շահույթ = (1 + 2R2/R1) * (R4/R3)

Օգտագործելով վերևի շահույթի հավասարումը և R2 = 50kΩ և R3 = R4 = 10kΩ արժեքները, մենք ստանում ենք R1 = 100Ω:

Ստուգելու համար, որ շահումն իրականում 1000 է, մենք կարող ենք միացումն իրականացնել.ac ավլման գործառույթով և դիտել, թե որտեղ է առաջանում սարահարթը: Այս դեպքում դա 60 դԲ է: Օգտագործելով ստորև բերված հավասարումը ՝ մենք կարող ենք դԲ -ն վերածել անուղղակի Vout/Vin- ի, որն ավարտվում է 1000 -ով, ինչպես և սպասվում էր:

Շահույթ, dB = 20*տեղեկամատյան (Vout/Vin)

Քայլ 2: Notch զտիչ

Հաջորդ բաղադրիչը, որը պետք է նախագծվի, խազ ֆիլտրն է: Այս ֆիլտրի բաղադրիչների արժեքը մեծապես կախված է նրանից, թե որ հաճախականությունից եք ցանկանում դուրս գալ: Այս դիզայնի համար մենք ցանկանում ենք կտրել 60 Հց հաճախականությունը (fc), որը թողարկվում է բժշկական սարքավորումներով:

Այս դիզայնի մեջ օգտագործվելու է երկտողանի զտիչ `ապահովելու համար միայն ցանկալիի կտրումը, և որ մենք պատահաբար չենք թուլացնի ցանկալի կենսաբանական հաճախականությունները 60 Հց նշանի մոտ: Բաղադրիչի արժեքները հայտնաբերվեցին `ընտրելով կամայական դիմադրության արժեքներ, որոնցից ես ընտրեցի օգտագործել 2kΩ ցածր անցման ֆիլտրի համար (վերևում T) և 1kΩ` բարձր անցման ֆիլտրի համար (ներքևի T): Օգտագործելով ստորև բերված հավասարումը ՝ ես լուծեցի անհրաժեշտ կոնդենսատորի արժեքները:

fc = 1 / (4*pi*R*C)

Bode- ի սյուժեն ևս մեկ անգամ հայտնաբերվեց.ac մաքրման գործառույթի միջոցով, որն առաջարկում է LTSpice- ը:

Քայլ 3. Band Pass ֆիլտր

ԷԿԳ -ի ավտոմատացված համակարգի վերջին բաղադրիչը անհրաժեշտ է կենսաբանական հաճախականությունները փոխանցելու համար, քանի որ դա մեզ հետաքրքրում է: ԷՍԳ -ի տիպիկ ազդանշանը տեղի է ունենում 0.5 Հց -ից մինչև 150 Հց (fc) սահմաններում, ուստի կարող են օգտագործվել երկու ֆիլտր: կամ ժապավենի անցման զտիչ կամ ցածր անցման զտիչ: Այս դիզայնի մեջ օգտագործվեց ժապավենի անցման զտիչ, քանի որ այն փոքր -ինչ ավելի ճշգրիտ է, քան ցածր փոխանցումը, չնայած որ այն դեռ կաշխատի, քանի որ կենսաբանական հաճախականությունները, ամեն դեպքում, բարձր հաճախականություններ չունեն:

Գոտի անցնող զտիչը պարունակում է երկու մաս `բարձր անցման և ցածր անցման ֆիլտր: Բարձր փոխանցման ֆիլտրը գալիս է Op Amp- ից առաջ, իսկ ցածր անցումը `դրանից հետո: Հիշեք, որ կան մի շարք ժապավեններ, որոնք կարող են օգտագործվել:

fc = 1 / (2*pi*R*C)

Մեկ անգամ ևս կամայական արժեքներ շատ են ընտրվում ՝ այլ մասերի պահանջվող արժեքները գտնելու համար: Վերջին ֆիլտրում ես ընտրեցի կամայական դիմադրության արժեքներ և լուծեցի կոնդենսատորի արժեքների համար: Demonstույց տալու համար, որ կարևոր չէ, թե ումից եք սկսում, ես այժմ կընտրեմ կոնդենսատորի կամայական արժեքներ, որոնք պետք է լուծեմ դիմադրության արժեքների համար: Այս դեպքում ես ընտրեցի 1uF կոնդենսատորի արժեքը: Օգտագործելով վերը նշված հավասարումը ՝ ես միանգամից օգտագործում եմ մեկ անջատման հաճախականություն ՝ համապատասխան ռեզիստորի լուծման համար: Պարզության համար ես կօգտագործեմ միևնույն կոնդենսատորի արժեքը ինչպես բարձր, այնպես էլ ցածր անցնող մասերի համար ՝ ժապավենի անցման զտիչին: 0.5 Հց -ը կօգտագործվի բարձր անցման դիմադրության լուծման համար, իսկ 150 Հց հաճախականությունը `ցածր անցուղի դիմադրություն գտնելու համար:

Bode- ի գծապատկերը կարող է ևս մեկ անգամ օգտագործվել `տեսնելու, թե արդյոք սխեմաների դիզայնը ճիշտ աշխատել է:

Քայլ 4: Ամբողջական համակարգ

Յուրաքանչյուր բաղադրիչի ինքնուրույն աշխատանքի ստուգումից հետո մասերը կարող են միավորվել մեկ համակարգի մեջ: Օգտագործելով ներմուծվող ԷԿԳ տվյալները և լարման աղբյուրի գեներատորում PWL գործառույթը, կարող եք կատարել սիմուլյացիաներ `ապահովելու համար, որ համակարգը պատշաճ կերպով ուժեղացնում և անցնում է ցանկալի կենսաբանական հաճախականությունները:

Վերին սյուժեի էկրանի նկարը օրինակ է.tran ֆունկցիայի տեսքով, թե ինչպիսին են ելքային տվյալները, իսկ ներքևի գծապատկերի սքրինշոթը ՝

Տարբեր մուտքային ԷՍԳ տվյալներ կարելի է ներբեռնել (ԷԿԳ -ի երկու տարբեր ֆայլեր են ավելացվել այս էջին) և բերել գործառույթի ՝ համակարգը փորձարկելու տարբեր մոդելների հիվանդների վրա: