Էլեկտրասրտագրություն (ԷՍԳ) միացում `7 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:51

Նշում. Սա բժշկական սարք չէ: Սա կրթական նպատակների համար է `միայն մոդելավորված ազդանշանների օգտագործմամբ: Եթե այս սխեման օգտագործում եք ԷՍԳ իրական չափումների համար, համոզվեք, որ միացումն ու գործիքը միացումն օգտագործում են մեկուսացման համապատասխան տեխնիկա:

Մենք կենսաբժշկական ճարտարագիտության երկու ուսանող ենք և մեր առաջին սխեմաների դասը վերցնելուց հետո բավականին ոգևորված էինք և որոշեցինք օգտագործել սովորած հիմունքները ՝ ինչ -որ օգտակար բան անելու համար. Ցուցադրել ԷՍԳ և կարդալ սրտի բաբախյունը: Սա կլինի մեր կառուցած ամենաբարդ շրջանը:

ԷԿԳ -ի որոշ նախապատմություն.

Մարդու մարմնում կենսաբանական ակտիվությունը չափելու և գրանցելու համար օգտագործվում են բազմաթիվ էլեկտրական սարքեր: Նման սարքերից մեկը էլեկտրասրտագրությունն է, որը չափում է սրտի արտադրած էլեկտրական ազդանշանները: Այս ազդանշանները տալիս են օբյեկտիվ տեղեկատվություն սրտի կառուցվածքի և գործառույթի մասին: ԷԿԳ -ն առաջին անգամ մշակվել է 1887 թվականին և բժիշկներին տվել է սրտի բարդությունները ախտորոշելու նոր միջոց: ԷԿԳ -ները կարող են հայտնաբերել սրտի ռիթմը, սրտի բաբախյունը, ինֆարկտները, սրտին արյան և թթվածնի անբավարար մատակարարումը և կառուցվածքային անոմալիաները: Շղթայի պարզ դիզայնի միջոցով կարելի է ԷՍԳ անել, որը կարող է վերահսկել այս ամենը:

Քայլ 1: Նյութեր

Շղթայի կառուցում

Շղթայի կառուցման համար անհրաժեշտ հիմնական նյութերը ներկայացված են նկարներում: Դրանք ներառում են.

• Breadboard

• Գործող ուժեղացուցիչներ

  • Այս միացումում օգտագործվող բոլոր op amps- ը LM741 են:
  • Լրացուցիչ տեղեկությունների համար տե՛ս տվյալների թերթիկը ՝
• Ռեզիստորներ
• Կոնդենսատորներ
• Լարերը

• Կպչող էլեկտրոդներ

  Սրանք անհրաժեշտ են միայն այն դեպքում, եթե որոշեք միացումն իրական անձի վրա փորձել:

Օգտագործված ծրագրակազմը ներառում է.

• LabVIEW 2016 թ
• CircuitLab կամ PSpice ՝ մոդելները ՝ արժեքները ստուգելու համար

• Excel

  Սա խիստ խորհուրդ է տրվում այն դեպքում, երբ դուք պետք է փոխեք ձեր սխեմայի որևէ բնութագիր: Հնարավոր է, որ ձեզ անհրաժեշտ լինի խաղալ թվերի հետ, մինչև չգտեք ռեզիստորի և կոնդենսատորի արժեքները, որոնք մատչելի են: Գրիչի և թղթի հաշվարկները հուսահատեցրին այս մեկի համար: Գաղափար տալու համար մենք կցել ենք մեր աղյուսակների հաշվարկները:

Շղթայի փորձարկում

Ձեզ նույնպես անհրաժեշտ կլինի ավելի մեծ էլեկտրոնային սարքավորում.

• DC Էներգամատակարարում
• DAQ տախտակը `միացումն LabVIEW- ին միացնելու համար
• Ֆունկցիայի գեներատոր `սխեման ստուգելու համար
• Օսցիլոսկոպ `շղթան ստուգելու համար

Քայլ 2: Գործիքների ուժեղացուցիչ

Ինչու է դա մեզ պետք

Մենք կկառուցենք գործիքավորման ուժեղացուցիչ, որպեսզի ուժեղացնենք մարմնից չափված փոքր ամպլիտուդը: Մեր առաջին փուլում երկու ուժեղացուցիչ օգտագործելը թույլ կտա չեղյալ հայտարարել մարմնի ստեղծած աղմուկը (որը նույնը կլինի երկու էլեկտրոդների դեպքում): Մենք կօգտագործենք մոտավորապես հավասար շահույթի երկու փուլ. Սա պաշտպանում է օգտագործողին, եթե համակարգը կապված է անձի հետ ՝ կանխելով ամբողջ շահույթը մեկ տեղում տեղի ունենալը: Քանի որ ԷՍԳ ազդանշանի նորմալ ամպլիտուդը 0.1 -ից 5 մՎ է, մենք ցանկանում ենք, որ գործիքային ուժեղացուցիչի շահույթը լինի մոտ 100: Շահույթի նկատմամբ ընդունելի հանդուրժողականությունը 10%է:

Ինչպես կառուցել այն

Օգտագործելով այս բնութագրերը և աղյուսակում երևացող հավասարումները (կցված նկարներ), մենք գտանք մեր դիմադրության արժեքները R1 = 1.8 կիլոօմ, R2 = 8.2 կիլոօմ, R3 = 1.5 կիլոօմ և R4 = 15 կիլոօմ: K1- ը առաջին փուլի շահումն է (OA1 և OA2), իսկ K2- ը `երկրորդ փուլի (OA3): Աղմուկը հեռացնելու համար գործառնական ուժեղացուցիչների սնուցման աղբյուրների վրա օգտագործվում են հավասար հզորության շրջանցման կոնդենսատորներ:

Ինչպես փորձարկել այն

Գործիքային ուժեղացուցիչի մեջ մտնող ցանկացած ազդանշան պետք է ուժեղացվի 100 -ով: Օգտագործելով dB = 20log (Vout/Vin) սա նշանակում է 40 դԲ հարաբերակցություն: Դուք կարող եք նմանակել PSpice- ում կամ CircuitLab- ում կամ փորձարկել ֆիզիկական սարքը կամ երկուսն էլ:

Կցված տատանումների պատկերը ցույց է տալիս 1000 շահույթ: Իսկական ԷՍԳ -ի դեպքում սա չափազանց բարձր է:

Քայլ 3: Notch զտիչ

Ինչու է դա մեզ պետք

Մենք կօգտագործենք խազ ֆիլտր ՝ ԱՄՆ Հոսանքի բոլոր աղբյուրներում առկա 60 Հց աղմուկը հեռացնելու համար:

Ինչպես կառուցել այն

Մենք որակի գործոնը Q- ը կդնենք 8, որը կապահովի զտման ընդունելի ելք ՝ միաժամանակ պահելով բաղադրիչի արժեքները իրագործելի տիրույթում: Մենք նաև սահմանում ենք կոնդենսատորի արժեքը 0.1 μF, որպեսզի հաշվարկները ազդեն միայն ռեզիստորների վրա: Հաշվարկված և օգտագործվող դիմադրության արժեքները կարելի է տեսնել աղյուսակում (նկարներում) կամ ստորև

• Q = w/B

  Q- ն սահմանել 8 (կամ ընտրեք ձեր սեփականը ՝ հիմնվելով ձեր սեփական կարիքների վրա)

• w = 2*pi*f

  օգտագործել f = 60 Հց

• Գ

  սահմանել 0.1 uF (կամ ընտրել ձեր սեփական արժեքը առկա կոնդենսատորներից)

• R1 = 1/(2*Q*w*C)

  Հաշվարկել: Մեր արժեքը 1.66 կոմ է

• R2 = 2*Q/(w*C)

  Հաշվարկել. Մեր արժեքը 424.4 կոմ է

• R3 = R1*R2/(R1+R2)

  Հաշվարկել: Մեր արժեքը 1.65 կոմ է

Ինչպես փորձարկել այն

Notանապարհային զտիչը պետք է անփոփոխ անցնի բոլոր հաճախականությունները, բացառությամբ 60 Հց հաճախականությունների: Սա կարելի է ստուգել AC մաքրման միջոցով: Լավ է համարվում -20 դԲ -ով 60 Հց արագությամբ զտիչը: Դուք կարող եք նմանակել PSpice- ում կամ CircuitLab- ում կամ փորձարկել ֆիզիկական սարքը կամ երկուսն էլ:

Այսպիսի խազ ֆիլտրը կարող է լավ առաջացում առաջացնել AC մոդելավորված մաքրման մեջ, սակայն ֆիզիկական թեստը ցույց տվեց, որ մեր սկզբնական արժեքները նախատեսվածից ավելի ցածր հաճախականությամբ առաջացնում են խազ: Սա շտկելու համար մենք R2- ը բարձրացրինք մոտ 25 կոմ:

Օսլիլոսկոպի պատկերը ցույց է տալիս, որ ֆիլտրը մեծապես նվազեցնում է մուտքային ազդանշանի մեծությունը 60 Հց հաճախականությամբ: Գրաֆիկը ցույց է տալիս AC մաքրում բարձրորակ խազ ֆիլտրի համար:

Քայլ 4: -ածր անցման զտիչ

Ինչու է դա մեզ պետք

Սարքի վերջին փուլը ակտիվ ցածրորակ զտիչ է: ԷՍԳ ազդանշանը կազմված է բազմաթիվ տարբեր ալիքաձևերից, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր հաճախականությունը: Մենք ցանկանում ենք ֆիքսել այս ամենը ՝ առանց որևէ բարձր հաճախականության աղմուկի: Ընտրված է 150 Հց ԷՍԳ մոնիտորների ստանդարտ անջատման հաճախականությունը: (Երբեմն ընտրվում են ավելի բարձր կտրվածքներ `սրտի որոշակի խնդիրների համար վերահսկելու համար, բայց մեր նախագծի համար մենք կօգտագործենք սովորական անջատում):

Եթե ցանկանում եք ավելի պարզ միացում կատարել, կարող եք նաև օգտագործել ցածր պասիվ զտիչ: Սա չի ներառի op ուժեղացուցիչ և բաղկացած կլինի միայն կոնդենսատոր ունեցող շարանի դիմադրողից: Ելքային լարումը չափվելու է կոնդենսատորի երկայնքով:

Ինչպես կառուցել այն

Մենք այն նախագծելու ենք որպես Երկրորդ կարգի Բաթերվորթ ֆիլտր, որն ունի համապատասխանաբար 1.414214 և 1 գործակիցներ a և b: Շահույթը 1 -ի սահմանելը գործառնական ուժեղացուցիչը դարձնում է լարման հետևորդ: Ընտրված հավասարումները և արժեքները ներկայացված են աղյուսակում (նկարներում) և ստորև:

• w = 2*pi*f

  սահմանել f = 150 Հց

• C2 = 10/f

  Հաշվարկել: Մեր արժեքը 0,067 uF է

• C1 <= C2*(a^2)/(4b)

  Հաշվարկել: Մեր արժեքը 0,033 uF է

• R1 = 2/(w*(aC2+sqrt (a^2*C2^2-4b*C1*C2)))

  Հաշվարկել: Մեր արժեքը 18.836 կոմ է

• R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

  Հաշվարկել: Մեր արժեքը 26.634 կոմ է

Ինչպես փորձարկել այն

Theտիչը պետք է անփոփոխ անցնի հաճախականությունները հատումից ցածր: Սա կարող է փորձարկվել ՝ օգտագործելով AC մաքրող սարքը: Դուք կարող եք նմանակել PSpice- ում կամ CircuitLab- ում կամ փորձարկել ֆիզիկական սարքը կամ երկուսն էլ:

Օսլիլոսկոպի պատկերը ցույց է տալիս ֆիլտրի արձագանքը 100 Հց, 150 Հց և 155 Հց արագությամբ: Մեր ֆիզիկական միացումն ուներ մոտ 155 Հց հաճախականություն, որը ցույց է տրված -3 դԲ հարաբերակցությամբ:

Քայլ 5: Բարձր փոխանցման զտիչ

Ինչու է դա մեզ պետք

Բարձր անցումային ֆիլտրը օգտագործվում է այնպես, որ որոշակի անջատման արժեքից ցածր հաճախականությունները չգրանցվեն, ինչը թույլ է տալիս մաքուր ազդանշան փոխանցել: Անջատման հաճախականությունը ընտրվում է 0.5 Հց (ստանդարտ արժեք ԷՍԳ մոնիտորների համար):

Ինչպես կառուցել այն

Դրան հասնելու համար անհրաժեշտ ռեզիստորի և կոնդենսատորի արժեքները երևում են ստորև: Մեր օգտագործած իրական դիմադրությունը 318.2 կոմ էր:

• R = 1/(2*pi*f*C)

  • սահմանել f = 0.5 Հց, և C = 1 uF
  • Հաշվիր R. Մեր արժեքը 318.310 կոմ է

Ինչպես փորձարկել այն

Theտիչը պետք է անփոփոխ անցնի հաճախականությունները կտրվածքից բարձր: Սա կարող է փորձարկվել ՝ օգտագործելով AC մաքրող սարքը: Դուք կարող եք նմանակել PSpice- ում կամ CircuitLab- ում կամ փորձարկել ֆիզիկական սարքը կամ երկուսն էլ:

Քայլ 6: LabVIEW- ի կարգավորում

Flowրագրի սխեման ներկայացնում է նախագծի LabVIEW հատվածի նախագծման հայեցակարգը, որը գրանցում է ազդանշանը նմուշառման բարձր արագությամբ և ցուցադրում է սրտի հաճախությունը (BPM) և ԷՍԳ: Մեր LabView սխեման պարունակում է հետևյալ բաղադրիչները ՝ DAQ օգնական, ինդեքսային զանգված, թվաբանական օպերատորներ, գագաթնակետի հայտնաբերում, թվային ցուցիչներ, ալիքի ձևի գրաֆիկ, ժամանակի փոփոխություն, առավելագույն/րոպե նույնացուցիչ և համարի հաստատուններ: DAQ օգնականը պատրաստվում է շարունակական նմուշներ վերցնել 1 կՀց հաճախականությամբ, իսկ նմուշների թիվը փոխվել է 3000 -ից մինչև 5,000 000 -ի միջև `գագաթնակետի հայտնաբերման և ազդանշանի հստակության նպատակով:

Մկնիկը միացրեք սխեմայի տարբեր բաղադրիչների վրա ՝ կարդալու համար, թե որտեղ են դրանք LabVIEW- ում:

Քայլ 7: Տվյալների հավաքում

Այժմ, երբ շղթան հավաքվել է, տվյալները կարող են հավաքվել `տեսնելու, թե արդյոք այն աշխատում է: Ուղարկեք մոդելավորված ԷՍԳ ՝ 1 Հց արագությամբ: Արդյունքը պետք է լինի մաքուր ԷՍԳ ազդանշան, որտեղ հստակ երևում է QRS համալիրը, P ալիքը և T ալիքը: Սրտի բաբախյունը պետք է նաև ցուցադրի րոպեում 60 զարկ / րոպե / րոպե: Շղթայի և LabVIEW- ի կարգավորումների հետագա փորձարկման համար հաճախականությունը փոխեք 1,5 Հց և 0,5 Հց: Սրտի բաբախյունը պետք է փոխվի `համապատասխանաբար 90 հարված / րոպե / րոպե:

Որպեսզի դանդաղ սրտի բաբախյունը ճշգրիտ ցուցադրվի, կարող է անհրաժեշտ լինել հարմարեցնել DAQ- ի կարգավորումները `մեկ գրաֆիկի վրա ավելի շատ ալիքներ ցուցադրելու համար: Դա կարելի է անել `ավելացնելով նմուշների քանակը:

Եթե որոշեք սարքը փորձարկել մարդու վրա, համոզված եղեք, որ էլեկտրամատակարարումը, որն օգտագործում եք հոսանքի ուժեղացուցիչների համար, սահմանափակում է հոսանքը 0.015 մԱ -ով: Կան մի քանի ընդունելի կապարի կոնֆիգուրացիաներ, բայց մենք ընտրեցինք տեղադրել դրական էլեկտրոդը ձախ կոճի վրա, բացասական էլեկտրոդը `աջ դաստակի վրա, իսկ ստորին էլեկտրոդը` աջ կոճի վրա, ինչպես երևում է կից նկարում:

Օգտագործելով միացման հիմնական հասկացությունները և մարդկային սրտի մասին մեր գիտելիքները, մենք ձեզ ցույց տվեցինք, թե ինչպես ստեղծել զվարճալի և օգտակար սարք: Հուսով ենք, որ ձեզ դուր եկավ մեր ձեռնարկը: