Կենսաէլեկտրական ազդանշանների գրանցում. ԷՍԳ և սրտի զարկերի մոնիտոր `7 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 իրական չափումների համար, համոզվեք, որ միացումն ու գործիքը միացումն օգտագործում են մեկուսացման համապատասխան տեխնիկա:

Էլեկտրասրտագրություն (ԷՍԳ) այն թեստ է, որի ընթացքում մակերևույթի էլեկտրոդները որոշակի ձևով տեղադրվում են առարկայի վրա ՝ սուբյեկտի սրտի էլեկտրական ակտիվությունը հայտնաբերելու և չափելու համար [1]: ԷՍԳ -ն ունի բազմաթիվ կիրառություններ և կարող է օգնել վիրահատության ընթացքում օգնել սրտի հիվանդությունների ախտորոշմանը, սթրես -թեստերին և դիտարկմանը: ԷՍԳ -ն կարող է նաև հայտնաբերել սրտի բաբախումների փոփոխություններ, առիթմիայի, սրտի կաթվածի և բազմաթիվ այլ փորձառությունների և հիվանդությունների [1], որոնք նկարագրված են նաև խնդրի վերևում: ԷՍԳ -ով չափվող սրտային ազդանշանը արտադրում է երեք հստակ ալիքային ձև, որոնք պատկերում են գործող սրտի կենդանի սնունդը: Դրանք ցուցադրված են վերևում պատկերված պատկերում:

Այս նախագծի նպատակն է ստեղծել սարք, որը կարող է ԷՍԳ ազդանշան ստանալ ելքային գեներատորից կամ մարդուց և վերարտադրել ազդանշանը `աղմուկը վերացնելով: Համակարգի ելքը նույնպես հաշվարկելու է BPM- ը:

Եկեք սկսենք!

Քայլ 1: Հավաքեք բոլոր նյութերը

Այս ԷՍԳ ստեղծելու համար մենք ստեղծելու ենք համակարգ, որը բաղկացած է երկու հիմնական մասից ՝ միացումից և LabVIEW համակարգից: Շղթայի նպատակն է համոզվել, որ մենք ստանում ենք մեր ուզած ազդանշանը: Շատ շրջապատող աղմուկ կարող է խլացնել մեր ԷԿԳ ազդանշանը, ուստի մենք պետք է ուժեղացնենք մեր ազդանշանը, ինչպես նաև զտենք ցանկացած աղմուկ: Շղթայի միջոցով ազդանշանը զտելուց և ուժեղացնելուց հետո մենք կարող ենք կատարելագործված ազդանշանը ուղարկել LabVIEW ծրագրին, որը կցուցադրի ալիքի ձևը, ինչպես նաև կհաշվարկի BPM- ը: Այս նախագծի համար անհրաժեշտ են հետևյալ նյութերը.

-Դիմադրիչ, կոնդենսատոր և գործառնական ուժեղացուցիչ (օգտագործվել են op -amps -UA741) էլեկտրական բաղադրիչներ

-Առանց զոդման տախտակ կառուցելու և փորձարկելու համար

-DC էլեկտրամատակարարում `ապահովելու համար op-amps- ին էներգիա

-Կենսաէլեկտրական ազդանշան մատակարարելու գործառույթի գեներատոր

-Օսկիլոսկոպ `մուտքային ազդանշանը դիտելու համար

-DAQ տախտակ ՝ ազդանշանը անալոգայինից թվային փոխակերպելու համար

-LabVIEW ծրագրակազմ `ելքային ազդանշանի դիտարկման համար

-BNC և փոփոխական վերջնական կապի մալուխներ

Քայլ 2. Շրջանի նախագծում

Ինչպես մենք պարզապես քննարկեցինք, անհրաժեշտ է ինչպես զտել, այնպես էլ ուժեղացնել մեր ազդանշանը: Դա անելու համար մենք կարող ենք ստեղծել մեր շրջանի 3 տարբեր փուլեր: Նախ, մենք պետք է ուժեղացնենք մեր ազդանշանը: Դա կարելի է անել ՝ գործիքի ուժեղացուցիչ օգտագործելով: Այսպիսով, մեր մուտքային ազդանշանը կարելի է շատ ավելի լավ տեսնել վերջնական արտադրանքի մեջ: Հետո մենք պետք է ունենանք այս մակարդակի զտիչ `այս գործիքավորման ուժեղացուցիչով: Theանապարհային զտիչը կօգտագործվի մեր էներգիայի աղբյուրից աղմուկը վերացնելու համար: Դրանից հետո մենք կարող ենք ունենալ ցածր անցման զտիչ: Քանի որ ԷՍԳ -ի ընթերցումները սովորաբար ցածր հաճախականություն ունեն, մենք ցանկանում ենք կտրել բոլոր հաճախականությունները, որոնք գտնվում են մեր ԷԿԳ -ի ընթերցման սահմաններից դուրս գտնվող հաճախականությունների վրա, ուստի մենք օգտագործում ենք ցածր փոխանցման զտիչ: Այս փուլերն ավելի մանրամասն բացատրվում են հետևյալ քայլերում:

Եթե խնդիրներ ունեք ձեր սխեմայի հետ, ապա ամենալավն այն է, որ ձեր սխեման նմանակվի առցանց ծրագրում: Այս կերպ, դուք կարող եք ստուգել ՝ արդյոք դիմադրության և կոնդենսատորի արժեքների ձեր հաշվարկները ճիշտ են:

Քայլ 3. Գործիքների ուժեղացուցիչի նախագծում

Կենսաէլեկտրական ազդանշանն ավելի արդյունավետ դիտարկելու համար ազդանշանը պետք է ուժեղացնել: Այս նախագծի համար ընդհանուր արդյունքի հասնելու համար 1000 Վ/Վ է: Գործիքային ուժեղացուցիչից սահմանված շահույթին հասնելու համար սխեմայի դիմադրության արժեքները հաշվարկվել են հետևյալ հավասարումներով.

(Փուլ 1) K1 = 1 + ((2 * R2) / R1)

(2 -րդ փուլ) K2 = -R4 / R3

Որտեղ յուրաքանչյուր փուլ բազմապատկվում է `ընդհանուր շահույթը հաշվարկելու համար: 1000 Վ/Վ շահույթ ստեղծելու համար ընտրված դիմադրության արժեքներն են ՝ R1 = 10 kOhms, R2 = 150 kOhms, R3 = 10 kOhms և R4 = 330 kOhms: Օգտագործեք DC սնուցման աղբյուրը ՝ +/- 15 V լարման տիրույթ (ընթացիկ սահմանը ցածր պահելու համար) ֆիզիկական շղթայի op-amps սնուցման համար: Եթե ցանկանում եք ստուգել ռեզիստորների իրական արժեքները կամ ցանկանում եք հասնել այս շահույթին շինարարությունից առաջ, կարող եք նմանակել միացումը ՝ օգտագործելով PSpice կամ CircuitLab առցանց ծրագրերը, կամ օգտագործել տատանումների ազդանշանի լարման տատանումներով և ստուգել ճշմարիտը: շահույթ ֆիզիկական ուժեղացուցիչ կառուցելուց հետո: Շղթան միացնելու համար միացրեք ֆունկցիայի գեներատորը և օսլիլոսկոպը ուժեղացուցիչին:

Վերոնշյալ լուսանկարը պատկերում է, թե ինչ տեսք ունի միացումը PSpice մոդելավորման ծրագրում: Ստուգելու համար, որ ձեր շղթան ճիշտ է աշխատում, մատակարարեք 1 կՀց 10 մՎ պիկ-գագաթ սինուսային ալիք ֆունկցիայի գեներատորից, շրջանի միջոցով և տատանումների միջոցով: Օսկիլոսկոպի վրա պետք է դիտվի 10 Վ լարման գագաթնակետից մինչեւ պիկ սինուսային ալիք:

Քայլ 4. Նախագծեք զտիչի զտիչը

Այս սխեմայի հետ աշխատելիս առանձնահատուկ խնդիր է այն փաստը, որ 60 Հց աղմուկի ազդանշանը արտադրվում է ԱՄՆ -ում էլեկտրամատակարարման գծերի կողմից: Այս աղմուկը հեռացնելու համար շղթայի մուտքային ազդանշանը պետք է զտվի 60 Հց հաճախականությամբ, և ինչն է ավելի լավ դա անել, քան խազ ֆիլտրով:

Խազ ֆիլտրը (վերևում պատկերված սխեման) որոշակի տեսակի էլեկտրական ֆիլտր է, որը կարող է օգտագործվել ազդանշանից որոշակի հաճախականությունը հեռացնելու համար: 60 Հց ազդանշանը հեռացնելու համար մենք հաշվարկել ենք հետևյալ հավասարումները.

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

R3 = (R1 * R2) / (R1 + R2)

Q = w / B

B = w2 - w1

Օգտագործելով 8 -ի որակի գործակից (Q) `պատշաճ ճշգրիտ զտիչ նախագծելու համար, 0,033 uFarads հզորություն (C)` ավելի հեշտ հավաքման համար, և կենտրոնական հաճախականություն (w) 2 * pi * 60 Հց: Սա հաջողությամբ հաշվարկեց R1 = 5.024 kOhms, R2 = 1.2861 MOhms և R3 = 5.004 kOhms դիմադրիչների արժեքները և հաջողությամբ ստեղծեց ֆիլտր `մուտքային կենսաէլեկտրական ազդանշանից 60 Հց հաճախականությունը հեռացնելու համար: Եթե ցանկանում եք ստուգել զտիչը, կարող եք նմանեցնել միացումը ՝ օգտագործելով PSpice կամ CircuitLab առցանց ծրագիր, կամ օգտագործել տատանումների ազդանշանի լարման տատանումներով և ֆիզիկական ուժեղացուցիչ կառուցելուց հետո ստուգել հեռացված ազդանշանը: Շղթան միացնելու համար միացրեք ֆունկցիայի գեներատորը և օսլիլոսկոպը ուժեղացուցիչին:

Այս միացումով AC հոսք կատարելը 1 Հց-ից մինչև 1 կՀց հաճախականությունների վրա 1 Վ լարման գագաթնակետին ազդանշանի դեպքում պետք է թողնի «խազ» տիպի հատկություն 60 Հց-ով ելքային գծում, որը հանվում է մուտքից ազդանշան.

Քայլ 5. Lowածր փոխանցման ֆիլտրի նախագծում

Շղթայի վերջին փուլը ցածր փոխանցման զտիչն է, մասնավորապես Երկրորդ կարգի Բաթերվորթի ցածր անցման ֆիլտրը: Սա օգտագործվում է մեր ԷԿԳ ազդանշանը մեկուսացնելու համար: ԷԿԳ ալիքի ձևերը սովորաբար գտնվում են 0 -ից ~ 100 Հց հաճախականությունների սահմաններում: Այսպիսով, մենք հաշվարկում ենք մեր դիմադրության և կոնդենսատորի արժեքները `հիմնված 100 Հց հաճախականության և 8 -ի որակի գործոնի վրա, ինչը մեզ կտա համեմատաբար ճշգրիտ զտիչ:

R1 = 2/(w [aC2+sqrt (a2+4b (K-1))

C2^2-4b*C1*C2) R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

C1 <= C2 [a^2+4b (K-1)]/4b

Մեր հաշվարկած արժեքներն ավարտվեցին R1 = 81.723kOhms, R2 = 120.92kOHms, C1 = 0.1 microFarads և C2 = 0.045 microFarads: Էլեկտրաէներգիայի հոսանքի + + - - 15 Վ լարման DC լարման միջոցով: Եթե ցանկանում եք ստուգել զտիչը, կարող եք նմանեցնել միացումը ՝ օգտագործելով PSpice կամ CircuitLab առցանց ծրագիր, կամ օգտագործել տատանումների ազդանշանի լարման տատանումներով և ֆիզիկական ուժեղացուցիչ կառուցելուց հետո ստուգել հեռացված ազդանշանը: Շղթան միացնելու համար միացրեք ֆունկցիայի գեներատորը և օսլիլոսկոպը ուժեղացուցիչին: Անջատման հաճախականությամբ դուք պետք է տեսնեք -3 դԲ մեծություն: Սա ցույց է տալիս, որ ձեր սխեման ճիշտ է աշխատում:

Քայլ 6: LabVIEW- ի կարգավորում

Այժմ, երբ միացումն ստեղծվել է, մենք ցանկանում ենք, որ կարողանանք մեկնաբանել մեր ազդանշանը: Դա անելու համար մենք կարող ենք օգտագործել LabVIEW- ը: Շղթայից ազդանշան ստանալու համար կարող է օգտագործվել DAQ օգնական: LabVIEW- ը բացելուց հետո միացրեք միացումը, ինչպես ցույց է տրված վերևի գծապատկերում: DAQ օգնականը շղթայից կվերցնի այս մուտքային ընթերցումը, և ազդանշանը կանցնի դեպի ալիքի ձևի գրաֆիկը: Սա թույլ կտա տեսնել ԷՍԳ ալիքի ձևը:

Հաջորդը մենք ուզում ենք հաշվարկել BPM- ը: Վերևում տեղադրված տարբերակը դա կանի ձեզ համար: Functionsրագիրը գործում է ՝ նախ վերցնելով մուտքային ԷՍԳ ազդանշանի առավելագույն արժեքները: Շեմային արժեքը թույլ է տալիս հայտնաբերել բոլոր այն նոր արժեքները, որոնք գալիս են, որոնք հասնում են մեր առավելագույն արժեքի տոկոսին (այս դեպքում `90%): Այս արժեքների տեղերը այնուհետ ուղարկվում են ինդեքսավորման զանգված: Քանի որ ինդեքսավորումը սկսվում է 0 -ից, մենք ցանկանում ենք վերցնել 0 -րդ և 1 -ին կետերը և հաշվարկել դրանց միջև ժամանակի փոփոխությունը: Սա մեզ տալիս է ժամանակ հարվածների միջև: Այնուհետեւ մենք այդ տվյալները արտահանում ենք `գտնելու BPM- ը: Մասնավորապես, դա արվում է ինդեքսավորման զանգվածներում երկու արժեքների միջև ելքի և հանման ելքի բազմապատկման միջոցով, այնուհետև բաժանելով 60 -ի (քանի որ մենք փոխակերպվում ենք րոպեների):

Քայլ 7: Միացրեք ամեն ինչ և փորձարկեք այն:

Միացրեք միացումը DAQ տախտակի մուտքին: Այժմ ազդանշանը, որը դուք մուտքագրում եք, շղթայով կանցնի DAQ տախտակին, և LabVIEW ծրագիրը կհանգեցնի ալիքի ձևը և հաշվարկված BPM- ը:

Շնորհավոր!