EKG ja sykemittari: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Elektrokardiogrammi, jota kutsutaan myös EKG: ksi, on testi, joka havaitsee ja tallentaa ihmisen sydämen sähköisen toiminnan. Se tunnistaa sykkeen ja jokaisen sydämen osan läpi kulkevien sähköimpulssien voimakkuuden ja ajoituksen, mikä tunnistaa sydänongelmat, kuten sydänkohtaukset ja rytmihäiriöt. Sairaaloiden EKG: ssä on 12 rintakehän, käsivarsien ja jalkojen ihon elektrodia. Tässä vaikeassa tilanteessa käytämme vain kolmea elektrodia, yksi kutakin rannetta varten kahdeksi tallennuspaikaksi ja yksi oikean nilkan maata varten. On tärkeää huomata, että tämä ei ole lääketieteellinen laite. Tämä on tarkoitettu vain opetustarkoituksiin käyttäen simuloituja signaaleja. Jos käytät tätä piiriä todellisiin EKG-mittauksiin, varmista, että piiri ja piirin ja laitteen väliset liitännät käyttävät oikeita eristystekniikoita.

Ihmisen EKG -signaalin hankkimiseksi ja analysoimiseksi tarvitsemme instrumenttivahvistimen, joka vahvistaa tulosignaalin 1000: lla, lovisuodattimen, joka poistaa vaihtovirran kohinan (60 Hz), ja alipäästösuodattimen, joka suodattaa muita yli 250 Hz: n ääniä. 250 Hz: n raja-arvoa käytetään, koska ihmisen EKG: n taajuusalue on 0–250 Hz

Vaihe 1: Materiaalit

Toimintogeneraattori, virtalähde, oskilloskooppi, leipälevy.

Vastukset: 1k - 500k ohm

Kondensaattorit: 20-100 nF

Operatiivinen vahvistin x5 (UA741)

Vaihe 2: Rakenna instrumentointivahvistin

Viitaten instrumenttivahvistimen piiriin ja yhtälöihin. Meidän on ensin laskettava oikeat vastusarvot. Koska instrumentointivahvistimessa on 2 vaihetta, on kaksi erillistä vahvistusta, k1 ja k2. Koska tarvitsemme vahvistuksen 1000, k1 kerrottuna k2: n pitäisi olla tuhat. Tässä opetusohjelmassa käytimme seuraavia arvoja, voit vapaasti muuttaa näitä arvoja, jos sinulla ei ole laajaa vastusvalikoimaa.

R1 = 1000Ω, R2 = 15000Ω, K1 = 1+(2*15000)/1000 = 31R3 = 1000Ω, R4 = 32000Ω, K2 = 32000/1000 = 32

Nyt kun tiedät mitä vastusarvoja tarvitset, mene eteenpäin ja tee piiri.

Instrumenttivahvistimen testaamiseksi voit käyttää funktiogeneraattoria luomaan siniaallon, jolla on tunnettu amplitudi, liittämään se piirin tuloon ja liittämään vahvistimen ulostulo oskilloskooppiin, sinun pitäisi nähdä siniaalto, jonka amplitudi on 1000 kertaa suurempi kuin sisääntulon siniaalto

Vaihe 3: Rakenna lovisuodatin

Samoin kuin instrumenttivahvistin, katso piiristä ja yhtälöistä sopivat komponenttiarvot. Tiedämme, että tässä lovesuodattimessa meidän on leikattava taajuudet 60 Hz, joten f0 on 60 Hz, ja aiomme myös käyttää laatukerrointa 8, joka antaisi meille hyvän tarkkuuden. Näitä arvoja käyttämällä voimme nyt löytää sopivat komponenttiarvot:

C = 100 nF, Q = 8, w0 = 2ℼf = 2*pi*60 = 120pi

R1 = 1/(2*8*120*pi*100*10^-9) = 1658Ω

R2 = (2*8)/(120*pi*100*10^-9) = 424 kΩ

R3 = (1658*424000)/(1658+424000) = 1651Ω

Nyt kun tiedät tarvittavien komponenttien arvot, mene eteenpäin ja rakenna piiri. Ei sillä, että voisit käyttää vastuksia rinnakkain tai sarjaan saadaksesi arvot mahdollisimman lähelle tarvittavia arvoja.

Lokisuodattimen testaamiseksi voit suorittaa taajuuspyyhkäisyn. Syötä siniaalto, jonka amplitudi on 0,5 V, ja vaihda taajuutta. Katso, miten oskilloskooppiin liitetyn lähdön amplitudi muuttuu, kun saavut lähellä 60 Hz: ää. Jos esimerkiksi taajuus on alle 50 tai yli 70, sinun pitäisi nähdä tulon kaltainen lähtösignaali, mutta mitä lähemmäs 60 Hz: ää, amplitudin pitäisi laskea. Jos näin ei tapahdu, tarkista piiri ja varmista, että käytit oikeita vastusarvoja.

Vaihe 4: Luo toisen asteen Butterworth -suodatin

Käyttämämme alipäästösuodattimen tyyppi on aktiivinen toinen kertaluku. Tätä suodatinta käytetään, koska se antaa meille riittävän hyvän tarkkuuden ja vaikka se vaatii virtaa, mutta suorituskyky on parempi. Suodatin on suunniteltu katkaisemaan yli 250 Hz: n taajuudet. Tämä johtuu siitä, että EKG -signaalissa on eri taajuuskomponentti, joka on nollasta 250 Hz: iin, ja mikä tahansa signaali, jonka taajuus on yli 250 Hz, katsottaisiin kohinana. Ensimmäinen kuva esittää alipäästösuodattimen kaavion ja kaikki oikeat vastuksen arvot (Huomaa, että R7: n pitäisi olla 25632Ω 4 kΩ: n sijasta). Toinen kuva sisältää kaikki yhtälöt, joiden avulla voit laskea komponentin arvot itse.

Testaa alipäästösuodatin käyttämällä funktiogeneraattoria luomaan siniaallon, jonka amplitudi on 0,5 V. Kun syötät taajuuksia alle 250 Hz, sinun pitäisi nähdä ulostulo, joka on samanlainen kuin tulo, mutta mitä suurempi saat 250 Hz: n, ulostulon pitäisi pienentyä ja lopulta tulla todella lähelle nollaa.

Vaihe 5: Laita kaikki yhteen

Kun olet rakentanut kolme vaihetta, laita ne kaikki yhteen asettamalla instrumentointivahvistin, sen jälkeen lovisuodatin ja sitten alipäästösuodatin. Piirisi pitäisi näyttää samanlaiselta kuin tämä kuva.

Vaihe 6: Koko piirin testaus

Syötä funktiogeneraattorin avulla mielivaltainen EKG -signaali, jonka amplitudi on enintään 15 mV, instrumenttivahvistimen tuloon. Liitä alipäästösuodattimen ulostulo oskilloskooppiin. Sinun pitäisi saada tämän kuvan kaltainen tulostus. Vihreä signaali on piirilevyn lähtö ja keltainen signaali on piirin tulosignaali. Voit myös mitata sykkeen hankkimalla taajuuden oskilloskoopilla ja kertomalla luvun 60: llä.

Huomaa, että jos haluat mitata oman EKG -signaalisi, voit tehdä sen yhdistämällä instrumenttivahvistimen kaksi tuloa jokaiseen ranteeseesi elektrodilla ja maadoittamalla jalkasi. Pidä vain puolivälissä ennen kuin teet tämän varmistaaksesi, että piiri ja piiri-instrumentti-liitännät käyttävät oikeita eristystekniikoita.