Թվային ԷՍԳ և սրտի զարկերի մոնիտոր `8 քայլ

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

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

Էլեկտրասրտագրություն (ԷՍԳ) գրանցում է սրտի ցիկլի ընթացքում էլեկտրական ազդանշանները: Ամեն անգամ, երբ սիրտը բաբախում է, տեղի է ունենում սրտամկանի բջիջների բևեռացման և հիպերբևեռացման ցիկլ: Էլեկտրոդների միջոցով կարելի է արձանագրել ապաբևեռացնող և հիպերբևեռացնող վիճակը, և բժիշկները կարդում են այդ տեղեկատվությունը ՝ ավելի շատ տեղեկանալու համար, թե ինչպես է գործում սիրտը: ԷՍԳ -ն կարող է որոշել սրտամկանի ինֆարկտ, նախասրտերի կամ փորոքների ֆիբրիլյացիա, տախիկարդիա և բրադիկարդիա [1]: ԷԿԳ -ից որոշելը, թե որն է խնդիրը, բժիշկները կարող են հաջողությամբ ախտորոշել և բուժել հիվանդին: Հետևեք ստորև բերված քայլերին ՝ սովորելու, թե ինչպես պատրաստել ձեր սեփական էլեկտրասրտագրության ձայնագրման սարքը:

Քայլ 1: Նյութեր

Շղթայի բաղադրիչներ.

• Հինգ UA741 գործառնական ուժեղացուցիչ
• Ռեզիստորներ
• Կոնդենսատորներ
• Jumper լարերը
• DAQ տախտակ
• LabVIEW ծրագրակազմ

Փորձարկման սարքավորումներ.

• Ֆունկցիայի գեներատոր
• DC սնուցման աղբյուր
• Օսցիլոսկոպ
• BNC մալուխներ և T-splitter
• Թռիչքային մալուխներ
• Ալիգատորների տեսահոլովակներ
• Բանանի խրոցակներ

Քայլ 2: Գործիքների ուժեղացուցիչ

Շղթայի առաջին փուլը գործիքավորման ուժեղացուցիչ է: Սա ուժեղացնում է կենսաբանական ազդանշանը, որպեսզի ԷԿԳ -ի տարբեր բաղադրիչները տարբերվեն:

Գործիքների ուժեղացուցիչի միացման սխեման ներկայացված է վերևում: Այս շրջանի առաջին փուլի շահույթը սահմանվում է որպես K1 = 1 + 2*R2 / R1: Շղթայի երկրորդ աստիճանի շահույթը սահմանվում է որպես K2 = R4 / R3: Գործիքային ուժեղացուցիչի ընդհանուր շահույթը K1 * K2 է: Այս նախագծի ցանկալի շահույթը մոտավորապես 1000 էր, ուստի K1- ը ընտրվեց 31, իսկ K2- ը ՝ 33: Դուք կարող եք օգտագործել ռեզիստորի արժեքները, որոնք ներկայացված են վերևում, կամ կարող եք փոփոխել արժեքները `ձեր ցանկալի շահույթը բավարարելու համար: **

Երբ ընտրեք ձեր բաղադրիչի արժեքները, միացումը կարող է կառուցվել սեղանի վրա: Հացահատիկի վրա միացման սխեմաները պարզեցնելու համար վերևում բացասական հորիզոնական երկաթուղին սահմանվեց որպես հիմք, իսկ ներքևի երկու հորիզոնական ռելսերը `համապատասխանաբար +/- 15V:

Առաջին օպերատորը տեղադրվեց տախտակի ձախ կողմում `մնացած բոլոր բաղադրիչների համար տարածք թողնելու համար: Կցորդներն ավելացվել են կապերի ժամանակագրական կարգով: Սա հեշտացնում է հետևել, թե ինչ կտորներ են ավելացվել, թե ոչ: Երբ բոլոր կապումներն ավարտված են op am 1 -ի համար, հաջորդ op amp- ը կարող է տեղադրվել: Կրկին, համոզվեք, որ այն համեմատաբար մոտ է ՝ տարածք թողնելու համար: Նույն ժամանակագրական քորոցային գործընթացն ավարտվեց բոլոր op amps- ի համար մինչև գործիքավորման ուժեղացուցիչի ավարտը:

Լարերի մեջ AC միացումից ազատվելու համար, ի լրումն սխեմայի, ավելացվել են շրջանցող կոնդենսատորներ: Այս կոնդենսատորները դրվեցին DC լարման մատակարարման հետ զուգահեռ և հիմնավորվեցին վերին հորիզոնական բացասական ռելսերի վրա: Այս կոնդենսատորները պետք է լինեն 0,1 -ից 1 միկրոֆարադի տիրույթում: Յուրաքանչյուր օժանդակ ուժեղացուցիչ ունի երկու շրջանցող կոնդենսատոր, մեկը ՝ 4 -ի և մյուսը ՝ 7 -ի: Երկու կոնդենսատորները յուրաքանչյուր օպերատորի վրա պետք է ունենան նույն արժեքը, բայց կարող են տարբեր լինել `սկսած մյուսից:

Ամրապնդումը փորձարկելու համար ֆունկցիայի գեներատորը և օսլիլոսկոպը միացրեցին համապատասխանաբար ուժեղացուցիչի մուտքն ու ելքը: Մուտքային ազդանշանը նույնպես միացված էր տատանումների հետ: Ամրապնդումը որոշելու համար օգտագործվել է պարզ սինուս ալիք: Մուտքագրեք գործառույթի գեներատորի ելքը գործիքավորման ուժեղացուցիչի երկու մուտքային տերմինալների մեջ: Սահմանեք օսլիլոսկոպը `չափելու ելքային ազդանշանի և մուտքային ազդանշանի հարաբերակցությունը: Շրջանի շահույթը դեցիբելներում Gain = 20 * log10 (Vout / Vin) է: 1000 -ի շահույթի դեպքում դեցիբելներում շահույթը 60 դԲ է: Օսկիլոսկոպի միջոցով կարող եք որոշել, թե արդյոք ձեր կառուցված սխեմայի շահույթը համապատասխանում է ձեր բնութագրերին, թե արդյոք դուք պետք է փոխեք որոշ ռեզիստորային արժեքներ `ձեր սխեման բարելավելու համար:

Գործիքների ուժեղացուցիչը ճիշտ հավաքվելուց և գործելուց հետո կարող եք անցնել խազ ֆիլտրին:

** Վերևի սխեմայի դիագրամում ՝ R2 = R21 = R22, R3 = R31 = R32, R4 = R41 = R42

Քայլ 3: Notch զտիչ

Theանապարհային զտիչի նպատակը 60 Հց պատի սնուցման աղբյուրից աղմուկը հեռացնելն է: Խազ ֆիլտրը թուլացնում է ազդանշանը անջատման հաճախականությամբ և անցնում հաճախականությունները դրա վերևից և ներքևից: Այս միացման համար ցանկալի անջատման հաճախականությունը 60 Հց է:

Վերևում ներկայացված սխեմայի կառավարման հավասարումները R1 = 1 / (2 * Q * w * C), R2 = 2 * Q / (w * C) և R3 = R1 * R2 / (R1 + R2), որտեղ Q- ը որակի գործոն է, իսկ w- ը 2 * pi * (անջատման հաճախականություն): 8 -ի որակի գործակիցը տալիս է դիմադրության և կոնդենսատորի արժեքներ ողջամիտ տիրույթում: Կոնդենսատորի արժեքները կարելի է ենթադրել, որ բոլորը նույնն են: Այսպիսով, դուք կարող եք ընտրել ձեր հավաքածուներում առկա կոնդենսատորի արժեքը: Վերևի սխեմայում ցուցադրվող դիմադրության արժեքները նախատեսված են 60 Հց հաճախականության, 8 -ի որակի գործոնի և 0.22 uF կոնդենսատորի արժեքի համար:

Քանի որ կոնդենսատորները զուգահեռաբար ավելանում են, ընտրված C արժեքի երկու կոնդենսատոր զուգահեռաբար տեղադրվել են 2C արժեքի հասնելու համար: Բացի այդ, շրջադարձային կոնդենսատորները ավելացվել են op ուժեղացուցիչին:

Խափանման զտիչը փորձարկելու համար գործառույթի գեներատորից ելքը միացրեք խազ ֆիլտրի մուտքին: Դիտարկեք սխեմայի մուտքն ու ելքը տատանումների վրա: Արդյունավետ խազ ֆիլտր ունենալու համար դուք պետք է ունենաք շահույթ `-20 դԲ -ից փոքր կամ հավասար, ընդհատման հաճախականությամբ: Քանի որ բաղադրիչներն իդեալական չեն, դրան հասնելը կարող է դժվար լինել: Ռեզիստորի և կոնդենսատորի հաշվարկված արժեքները չեն կարող ձեզ տալ ցանկալի շահույթ: Սա ձեզանից կպահանջի փոփոխություններ կատարել դիմադրության և կոնդենսատորի արժեքներում:

Դա անելու համար միաժամանակ կենտրոնացեք մեկ բաղադրիչի վրա: Բարձրացրեք և նվազեցրեք մեկ բաղադրիչի արժեքը ՝ առանց որևէ այլ բաղադրիչի փոխելու: Ուշադրություն դարձրեք, թե ինչ ազդեցություն է թողնում դա միացման շղթայի վրա: Սա կարող է մեծ համբերություն պահանջել ցանկալի շահույթին հասնելու համար: Հիշեք, դուք կարող եք ավելացնել ռեզիստորներ շարքով `դիմադրության արժեքները մեծացնելու կամ նվազեցնելու համար: Փոփոխությունը, որն առավելագույնս բարելավեց մեր շահույթը, կոնդենսատորներից մեկը հասցնել 0.33 uF- ի էր:

Քայլ 4: Passածր փոխանցման զտիչ

Ածր անցման ֆիլտրը հեռացնում է ավելի բարձր հաճախականության աղմուկը, որը կարող է խանգարել ԷՍԳ ազդանշանին: Hածր անցման 40 Հց -ը բավարար է ԷՍԳ ալիքի ձևի տեղեկատվությունը գրավելու համար: Այնուամենայնիվ, ԷՍԳ -ի որոշ բաղադրիչներ գերազանցում են 40 Հց -ը: Կարող էր օգտագործվել նաև 100 Հց կամ 150 Հց անջատիչ [2]:

Lowածր անցուղու ֆիլտրը կառուցված է Երկրորդ կարգի Բաթերվորթ ֆիլտր: Քանի որ մեր սխեմայի շահույթը որոշվում է գործիքավորման ուժեղացուցիչի միջոցով, մենք ցանկանում ենք, որ ցածր անցման ֆիլտրի համար 1 -ի սահմաններում շահույթ լինի: 1 -ի շահույթի դեպքում ՀՀ -ն կարճ միացված է, իսկ RB- ն ՝ բաց շրջանառության սխեմայի վերևում [3]: Շղթայում ՝ C1 = 10 / (fc) uF, որտեղ fc- ն անջատման հաճախականությունն է: C1- ը պետք է լինի C2 * a^2 / (4 * b) -ից փոքր կամ հավասար: Երկրորդ կարգի Butterworth ֆիլտրի համար ՝ a = sqrt (2) և b = 1. Եթե միացնում ենք a և b արժեքները, C2- ի հավասարումը պարզեցնում է C1 / 2 -ից փոքր կամ հավասար, ապա R1 = 2 / [w * (a * C2 + sqrt (a^2 * C2^2 - 4 * b * C1 * C2))] և R2 = 1 / (b * C1 * C2 * R1 * w^2), որտեղ w = 2 * pi * fc Այս սխեմայի հաշվարկներն ավարտվեցին `40 Հց հաճախականություն ապահովելու համար: Ռեզիստորի և կոնդենսատորի արժեքները, որոնք համապատասխանում են այս բնութագրերին, ներկայացված են վերը նշված սխեմայի սխեմայում:

Օպերատորը տեղադրված էր տախտակի աջ կողմում, քանի որ դրանից հետո այլ բաղադրիչներ չեն ավելացվի: Շղթան ավարտելու համար օպ -ամպին ավելացվել են ռեզիստորներ և կոնդենսատորներ: Օպերացիոն ուժեղացուցիչին ավելացվել են նաև շրջանցման կոնդենսատորներ: Մուտքային տերմինալը դատարկ է մնացել, քանի որ մուտքը կգա խազի ֆիլտրի ելքային ազդանշանից: Այնուամենայնիվ, փորձարկման նպատակով մետաղալար տեղադրվեց մուտքի քորոցում, որպեսզի կարողանա մեկուսացնել ցածր անցման ֆիլտրը և անհատապես փորձարկել այն:

Ֆունկցիայի գեներատորի սինուսային ալիքը օգտագործվել է որպես մուտքային ազդանշան և դիտվել է տարբեր հաճախականություններում: Դիտարկեք ինչպես մուտքային, այնպես էլ ելքային ազդանշանները տատանումների վրա և որոշեք տարբեր հաճախականությունների շղթայի շահույթը: Passածր անցումային ֆիլտրի դեպքում անջատման հաճախականությամբ շահույթը պետք է լինի -3 դԲ: Այս միացման համար անջատումը պետք է տեղի ունենա 40 Հց հաճախականությամբ: 40 Հց -ից ցածր հաճախականությունները պետք է ունենան փոքր -ինչ թուլացում իրենց ալիքի ձևում, բայց քանի որ հաճախականությունը բարձրանում է 40 Հց -ից բարձր, շահույթը պետք է շարունակի պտտվել:

Քայլ 5. Շրջանային փուլերի հավաքում

Շղթայի յուրաքանչյուր փուլ կառուցելուց և դրանք ինքնուրույն փորձարկելուց հետո կարող եք միացնել դրանք բոլորը: Գործիքների ուժեղացուցիչի ելքը պետք է միացված լինի խազ ֆիլտրի մուտքին: Theանապարհային զտիչի ելքը պետք է միացված լինի ցածր անցման ֆիլտրի մուտքին:

Շղթան ստուգելու համար ֆունկցիայի գեներատորի մուտքը միացրեք գործիքավորման ուժեղացուցիչի փուլի մուտքին: Դիտարկեք սխեմայի մուտքն ու ելքը տատանումների վրա: Դուք կարող եք ստուգել ֆունկցիայի գեներատորի նախապես ծրագրավորված ԷԿԳ ալիքով կամ սինուս ալիքով և դիտել ձեր շրջանի ազդեցությունները: Վերոնշյալ տատանումների պատկերում դեղին կորը մուտքային ալիքի ձևն է, իսկ կանաչը ՝ ելքը:

Ձեր միացման բոլոր փուլերը միացնելուց և ապացուցելուց, որ այն աշխատում է ճիշտ, կարող եք միացնել ձեր շղթայի ելքը DAQ տախտակին և սկսել ծրագրավորումը LabVIEW- ում:

Քայլ 6: LabVIEW ծրագիր

LabVIEW ծածկագիրը տարբեր հաճախականությունների վրա մոդելավորված ԷԿԳ ալիքից մեկ մետրի համար հարվածների հայտնաբերումն է: LabVIEW- ում ծրագրավորելու համար դուք պետք է նախ նշեք բոլոր բաղադրիչները: Անալոգային թվային փոխարկիչ, որը նաև հայտնի է որպես տվյալների ձեռքբերման (DAQ) տախտակ, պետք է կարգավորվի և կարգավորվի անընդհատ աշխատելու համար: Շղթայից ելքային ազդանշանը միացված է DAQ տախտակի մուտքին: Ալիքի ձևի գրաֆիկը LabVIEW ծրագրում ուղղակիորեն կապված է DAQ օգնականի ելքի հետ: DAQ- ի տվյալներից ելքը գնում է նաև max/min նույնացուցիչին: Այնուհետեւ ազդանշանը անցնում է բազմապատկման թվաբանական օպերատորի միջոցով: Շեմային արժեքը հաշվարկելու համար օգտագործվում է 0.8 թվային ցուցանիշը: Երբ ազդանշանը գերազանցում է 0.8*Առավելագույնը, հայտնաբերվում է գագաթնակետ: Ամեն անգամ, երբ այս արժեքը հայտնաբերվում էր, այն պահվում էր ինդեքսի զանգվածում: Երկու տվյալների կետերը պահվում են ինդեքսի զանգվածում և մուտքագրվում են հանման թվաբանական օպերատորի մեջ: Twoամանակի փոփոխությունը հայտնաբերվել է այս երկու արժեքների միջև: Այնուհետեւ, սրտի բաբախյունը հաշվարկելու համար 60 -ը բաժանվում է ժամանակի տարբերության: Թվային ցուցիչը, որը ցուցադրվում է ելքային գրաֆիկի կողքին, թողարկում է սրտի բաբախյունը մուտքային ազդանշանի րոպեում զարկերով (րոպե / րոպե): Theրագիրը կարգավորելուց հետո այն պետք է տեղադրվի շարունակական, իսկ օղակի ներսում: Տարբեր հաճախականության մուտքերը տալիս են տարբեր bpm արժեքներ:

Քայլ 7: Հավաքեք ԷՍԳ -ի տվյալները

Այժմ դուք կարող եք մոդելավորված ԷՍԳ ազդանշան մուտքագրել ձեր միացում և տվյալներ գրանցել ձեր LabVIEW ծրագրում: Փոխեք մոդելավորված ԷԿԳ -ի հաճախականությունը և ամպլիտուդը `տեսնելու, թե դա ինչպես է ազդում ձեր գրանցված տվյալների վրա: Երբ փոխում եք հաճախականությունը, դուք պետք է տեսնեք հաշվարկված սրտի բաբախյունի փոփոխություն: Դուք հաջողությամբ նախագծել եք ԷՍԳ և սրտի հաճախության մոնիտոր:

Քայլ 8: Հետագա բարելավումներ

Կառուցված սարքը լավ կաշխատի մոդելավորված ԷՍԳ ազդանշաններ ձեռք բերելու համար: Այնուամենայնիվ, եթե ցանկանում եք գրանցել կենսաբանական ազդանշաններ (համոզվեք, որ հետևեք անվտանգության համապատասխան նախազգուշական միջոցներին), ազդանշանների ընթերցումը բարելավելու համար սխեմաներում պետք է կատարվեն հետագա փոփոխություններ: Պետք է ավելացվի բարձր փոխանցման զտիչ `DC օֆսեթ և ցածր հաճախության շարժման արտեֆակտները հեռացնելու համար: Գործիքային ուժեղացուցիչի շահույթը նույնպես պետք է տասնապատիկ նվազել, որպեսզի մնա LabVIEW- ի և op -amps- ի օգտագործելի սահմաններում:

Աղբյուրներ

[1] S. Meek and F. Morris, «Ներածություն. II-հիմնական տերմինաբանություն », BMJ, հատոր: 324, ոչ 7335, էջ 470–3, 2002 թ. Փետրվար:

[2] Chia-Hung Lin, ԷՍԳ-ի հաճախականության տիրույթի առանձնահատկությունները հաղթահարում են խտրականությունը ՝ օգտագործելով գորշ հարաբերական վերլուծության վրա հիմնված դասակարգիչ, Համակարգչում և մաթեմատիկայում `կիրառական ծրագրերով, հատոր 55, թողարկում 4, 2008 թ., Էջեր 680-690, ISSN 0898-1221, https ՝ //www.sciencedirect.com/science/article/pii…

[3] «Երկրորդ կարգի զտիչ | Երկրորդ կարգի ցածր փոխանցման ֆիլտրի ձևավորում »: Էլեկտրոնիկայի հիմնական ձեռնարկներ, 9 սեպտեմբեր 2016, www.electronics-tutorials.ws/filter/second-order-…