ԷԿԳ ազդանշանի մոդելավորում LTspice- ում. 7 քայլ

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

ԷՍԳ -ն շատ տարածված մեթոդ է `չափելու էլեկտրական ազդանշանները, որոնք տեղի են ունենում սրտում: Այս ընթացակարգի ընդհանուր գաղափարն է սրտի հետ կապված խնդիրներ գտնելը, ինչպիսիք են առիթմիաները, կորոնար զարկերակների հիվանդությունները կամ սրտի կաթվածները: Կարող է անհրաժեշտ լինել, եթե հիվանդը զգում է ախտանիշներ, ինչպիսիք են կրծքավանդակի ցավը, շնչառության դժվարությունը կամ անհարթ սրտի բաբախյունը, որը կոչվում է բաբախում, բայց կարող է նաև օգտագործվել երաշխավորող սարքերի և այլ փոխպատվաստվող սարքերի ճիշտ աշխատանքի ապահովման համար: Առողջապահության համաշխարհային կազմակերպության տվյալները ցույց են տալիս, որ սրտանոթային հիվանդություններն աշխարհում մահացության ամենամեծ պատճառն են: այս հիվանդությունները տարեկան սպանում են մոտ 18 միլիոն մարդու: Հետեւաբար, սարքերը, որոնք կարող են վերահսկել կամ հայտնաբերել այդ հիվանդությունները, աներեւակայելի կարեւոր են, այդ իսկ պատճառով էլ ստեղծվել է ԷՍԳ -ն: ԷՍԳ-ն ամբողջովին ոչ ինվազիվ բժշկական թեստ է, որը ոչ մի վտանգ չի ներկայացնում հիվանդի համար, բացառությամբ մի փոքր անհանգստության, երբ էլեկտրոդները հեռացվում են:

Այս հրահանգում նկարագրված ամբողջական սարքը բաղկացած կլինի մի քանի բաղադրիչներից `աղմկոտ ԷՍԳ ազդանշանը շահարկելու համար, որպեսզի հնարավոր լինի հասնել օպտիմալ արդյունքների: ԷԿԳ -ի ձայնագրությունները տեղի են ունենում սովորաբար ցածր լարման դեպքում, ուստի այդ ազդանշանները պետք է ուժեղացվեն նախքան վերլուծությունը, այս դեպքում գործիքավորման ուժեղացուցիչի դեպքում: Բացի այդ, ԷՍԳ -ի ձայնագրություններում աղմուկը շատ կարևոր է, ուստի այդ ազդանշանները մաքրելու համար ֆիլտրացում պետք է տեղի ունենա: Այս միջամտությունը կարող է առաջանալ տարբեր վայրերից, ուստի անհրաժեշտ է տարբեր մոտեցումներ ցուցաբերել ՝ հատուկ աղմուկները հեռացնելու համար: Ֆիզիոլոգիական ազդանշանները տեղի են ունենում միայն տիպիկ տիրույթում, ուստի ժապավենային ֆիլտրը օգտագործվում է այս միջակայքից դուրս ցանկացած հաճախականություններ հեռացնելու համար: ԷԿԳ ազդանշանի սովորական աղմուկը կոչվում է հոսանքի գծի միջամտություն, որը տեղի է ունենում մոտավորապես 60 Հց հաճախականությամբ և հեռացվում է խազ ֆիլտրով: Այս երեք բաղադրիչները միաժամանակ աշխատում են ԷՍԳ ազդանշանը մաքրելու և ավելի հեշտ մեկնաբանման և ախտորոշման համար, և մոդելավորվելու են LTspice- ով `դրանց արդյունավետությունը ստուգելու համար:

Քայլ 1. Գործիքների ուժեղացուցիչի ստեղծում (INA)

Ամբողջական սարքի առաջին բաղադրիչը գործիքավորման ուժեղացուցիչն էր (INA), որը կարող է չափել աղմկոտ միջավայրում հայտնաբերված փոքր ազդանշանները: Այս դեպքում INA- ն կատարվել է բարձր եկամուտով (մոտ 1 000) `օպտիմալ արդյունքներ ապահովելու համար:. Ուցադրվում է INA- ի սխեման `իր համապատասխան դիմադրության արժեքներով: Այս INA- ի շահույթը կարող է տեսականորեն հաշվարկվել `հաստատելու համար, որ կարգավորումը վավեր է, և որ ռեզիստորի արժեքները համապատասխան են: Հավասարումը (1) ցույց է տալիս այն հավասարումը, որն օգտագործվում է հաշվարկելու համար, որ տեսական շահույթը եղել է 1, 000, որտեղ R1 = R3, R4 = R5 և R6 = R7:

Հավասարում (1). Շահույթ = (1 + (2R1 / R2)) * (R6 / R4)

Քայլ 2: Կառուցեք Bandpass զտիչ

Աղմուկի հիմնական աղբյուրը ներառում է մարմնի միջոցով տարածվող էլեկտրական ազդանշանները, ուստի արդյունաբերության ստանդարտը ներառում է 0.5 Հց և 150 Հց հաճախականությամբ ժապավենային անջատիչ `ԷԿԳ -ի աղավաղումները հեռացնելու համար: Այս զտիչը օգտագործել է բարձր անցում և ցածր անցումային զտիչ ՝ անընդմեջ ՝ այս հաճախականությունների սահմաններից դուրս ազդանշանները վերացնելու համար: Filterուցադրված է այս ֆիլտրի սխեման `իր համապատասխան դիմադրության և կոնդենսատորի արժեքներով: Ռեզիստորների և կոնդենսատորների ճշգրիտ արժեքները հայտնաբերվել են բանաձևում (2): Այս բանաձևն օգտագործվել է երկու անգամ ՝ մեկը 0.5 Հց բարձր անցման հաճախականության և 150 Հց ցածր անցման հաճախականության դեպքում: Յուրաքանչյուր դեպքում կոնդենսատորի արժեքը սահմանվել է 1 μF, իսկ դիմադրության արժեքը հաշվարկվել է:

Հավասարում 2: R = 1 / (2 * pi * Անջատման հաճախականություն * C)

Քայլ 3: Ստեղծեք Notch զտիչ

ԷՍԳ -ի հետ կապված աղմուկի մեկ այլ տարածված աղբյուր է էլեկտրահաղորդման գծերը և այլ էլեկտրոնային սարքավորումները, սակայն դրանք վերացվել են խազ ֆիլտրով: Filterտման այս տեխնիկան զուգահեռաբար օգտագործում էր բարձր անցում և ցածր անցումային զտիչ `հատուկ 60 Հց հաճախականությամբ աղմուկը հեռացնելու համար: Shownուցադրված է խազի ֆիլտրի սխեման `իր համապատասխան դիմադրության և կոնդենսատորի արժեքներով: Ռեզիստորի և կոնդենսատորի ճշգրիտ արժեքները որոշվել են այնպես, որ R1 = R2 = 2R3 և C1 = 2C2 = 2C3: Այնուհետև, 60 Հց հաճախականություն ապահովելու համար R1- ը սահմանվեց 1 kΩ, և C1 արժեքը գտնելու համար օգտագործվեց բանաձևը (3):

Հավասարում 3: C = 1 / (4 * pi * Անջատման հաճախականություն * R)

Քայլ 4. Ամբողջ համակարգի ստեղծում

Վերջապես, երեք բաղադրիչներն էլ փորձարկվել են ՝ ապահովելու համար, որ ամբողջ սարքը ճիշտ է աշխատում: Հատուկ բաղադրիչների արժեքները չեն փոխվել ամբողջ համակարգի ներդրման ժամանակ, և սիմուլյացիայի պարամետրերը ներառված են Նկար 4 -ում: Յուրաքանչյուր մաս հաջորդաբար միացված է միմյանց հետևյալ կարգով. INA, bandpass ֆիլտր և խազ ֆիլտր: Թեև ֆիլտրերը կարող են փոխանակվել, INA- ն պետք է մնա որպես առաջին բաղադրիչ, այնպես որ ուժեղացում կարող է առաջանալ մինչև որևէ ֆիլտրում տեղի ունենա:

Քայլ 5: Յուրաքանչյուր բաղադրիչի փորձարկում

Այս համակարգի վավերականությունը ստուգելու համար յուրաքանչյուր բաղադրիչ սկզբում փորձարկվել է առանձին, իսկ հետո ՝ ամբողջ համակարգը: Յուրաքանչյուր փորձարկման համար մուտքային ազդանշանը պետք է լինի ֆիզիոլոգիական ազդանշանների բնորոշ տիրույթում (5 մՎ և 1 կՀց), որպեսզի համակարգը հնարավորինս ճշգրիտ լինի: INA- ի համար ավարտվեց AC մաքրման և անցողիկ վերլուծությունը, այնպես որ շահույթը կարող էր որոշվել երկու մեթոդների միջոցով (բանաձևեր (4) և (5)): Bothտիչները երկուսն էլ փորձարկվել են AC մաքրման միջոցով `ապահովելու համար, որ անջատման հաճախականությունները տեղի են ունենում ցանկալի արժեքներով:

Հավասարում 4. Շահույթ = 10 ^ (դԲ / 20) Հավասարում 5. Շահույթ = Ելքի լարման / մուտքային լարման

Shownուցադրված առաջին պատկերը INA- ի AC մաքրումն է, երկրորդը և երրորդը `INA- ի անցողիկ վերլուծությունը մուտքային և ելքային լարման համար: Չորրորդը գոտու զտիչի AC մաքրումն է, իսկ հինգերորդը ՝ խազի ֆիլտրի AC մաքրումն է:

Քայլ 6: Ամբողջ համակարգի փորձարկում

Վերջապես, ամբողջական համակարգը փորձարկվեց AC մաքրման և անցողիկ վերլուծության միջոցով. սակայն, այս համակարգի մուտքը փաստացի ԷՍԳ ազդանշան էր: Վերևի առաջին պատկերը ցույց է տալիս AC մաքրման արդյունքները, իսկ երկրորդը ՝ անցողիկ վերլուծության արդյունքները: Յուրաքանչյուր տող համապատասխանում է յուրաքանչյուր բաղադրիչից հետո կատարվող չափմանը. Վերջնական պատկերը խոշորացում է կատարում մեկ ԷՍԳ ալիքի վրա `ավելի հեշտ վերլուծության համար:

Քայլ 7: Վերջնական մտքեր

Ընդհանուր առմամբ, այս համակարգը նախագծված էր ԷՍԳ ազդանշան ընդունելու, այն ուժեղացնելու և ցանկացած անցանկալի աղմուկ հեռացնելու համար, որպեսզի այն հեշտությամբ մեկնաբանվի: Ամբողջական համակարգի համար նպատակին հասնելու համար նախագծվել են գործիքավորման ուժեղացուցիչ, ժապավենի անցք և խազ ֆիլտր: Այս բաղադրիչները LTspice- ում նախագծելուց հետո անցկացվեցին AC մաքրման և անցողիկ վերլուծությունների համադրություն `յուրաքանչյուր բաղադրիչի և ամբողջ համակարգի վավերականությունը ստուգելու համար: Այս թեստերը ցույց տվեցին, որ համակարգի ընդհանուր նախագիծը վավերական է, և որ յուրաքանչյուր բաղադրիչ գործում է ինչպես և սպասվում էր:

Ապագայում այս համակարգը կարող է վերածվել ֆիզիկական սխեմայի `ԷԿԳ -ի կենդանի տվյալները փորձարկելու համար: Այս թեստերը կդառնան վերջին քայլը `որոշելու, թե արդյոք նախագիծը վավեր է: Ավարտվելուց հետո համակարգը կարող է հարմարեցվել առողջապահության տարբեր հաստատություններում օգտագործելու համար և օգտագործվել բժիշկների սրտային հիվանդությունների ախտորոշման և բուժման համար: