Model automatiziranog EKG kruga: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Cilj ovog projekta je stvoriti model sklopa s više komponenti koje mogu adekvatno pojačati i filtrirati dolazni EKG signal. Tri će se komponente pojedinačno modelirati: instrumentacijsko pojačalo, filter s aktivnim usjekom i pasivni pojasni filter. Oni će se kombinirati kako bi se stvorio konačni model kruga EKG -a. Sve modeliranje i testiranje kola provodilo se u LTspiceu, ali i drugi programi za simulaciju krugova također bi radili.

Korak 1: Instrumentalno pojačalo

To će biti prva komponenta cijelog EKG modela. Njegova je svrha pojačati dolazni EKG signal, koji će u početku imati vrlo nizak napon. Odlučio sam koristiti kombinirana op-pojačala i otporničke komponente na način koji bi proizveo dobit od 1000. Prva slika prikazuje dizajn instrumentalnog pojačala modeliranog u LTspice. Druga slika prikazuje relevantne jednadžbe i izvršene izračune. Nakon što je potpuno modeliran, prolazna analiza sinusoidnog ulaznog signala od 1 mV pri 75 Hz izvedena je u LTspiceu kako bi se potvrdio dobitak od 1000. Treća slika prikazuje rezultate ove analize.

Korak 2: Aktivni filtar s urezima

To će biti druga komponenta punog EKG modela. Njegova je svrha prigušiti signale s frekvencijom od 60 Hz, što je frekvencija smetnji mrežnog napona. To iskrivljuje EKG signale i tipično je prisutno u svim kliničkim uvjetima. Odlučio sam upotrijebiti kombinirano op-pojačalo s otporničkim i kapacitivnim komponentama u konfiguraciji dvostrukog T-ureza. Prva slika prikazuje dizajn urezanog filtera modeliran u LTspice. Druga slika prikazuje relevantne jednadžbe i izvedene izračune. Nakon što je u potpunosti modeliran, izmjenično napajanje sinusoidnog ulaznog signala od 1 V izvedeno je od 1 Hz - 100 kHz u LTspiceu za potvrdu zareza na 60 Hz. Treća slika prikazuje rezultate ove analize. Male varijacije u rezultatima simulacije u usporedbi s očekivanim rezultatima vjerojatno su posljedica zaokruživanja izvršenog pri proračunu otporničke i kapacitivne komponente ovog kruga.

Korak 3: Pasivni pojasni filtar

To će biti treća komponenta punog EKG modela. Njegova je svrha filtrirati signale koji nisu unutar raspona 0,05 Hz - 250 Hz, jer je to raspon tipičnog EKG -a za odrasle. Odlučio sam se za uporabu otporničkih i kapacitivnih komponenti tako da bi visokopropusna granica bila 0,05 Hz, a niskopropusna 250 250 Hz. Prva slika prikazuje dizajn pasivnog propusnog pojasa, modeliran u LTspice. Druga slika prikazuje relevantne jednadžbe i izvedene izračune. Nakon što je potpuno modeliran, izmjenično napajanje sinusoidnog ulaznog signala od 1 V izvedeno je od 0,01 Hz - 100 kHz u LTspice kako bi se potvrdile granične frekvencije visokog i niskog prolaza. Treća slika prikazuje rezultate ove analize. Male varijacije u rezultatima simulacije u usporedbi s očekivanim rezultatima vjerojatno su posljedica zaokruživanja izvršenog pri proračunu otporničke i kapacitivne komponente ovog kruga.

Korak 4: Kombiniranje komponenti kruga

Sada kada su sve komponente pojedinačno projektirane i testirane, mogu se kombinirati u nizu po redoslijedu stvaranja. To rezultira punim modelom EKG kruga koji prvo sadrži instrumentalno pojačalo za pojačavanje signala 1000x. Zatim se koristi urezani filter za uklanjanje šuma mrežnog napona izmjenične struje 60 Hz. Na kraju, pojasni filtar ne dopušta prolaz signala koji je izvan raspona tipičnog EKG -a za odrasle (0,05 Hz - 250 Hz). Nakon što se spoje, kao što je prikazano na prvoj slici, u LTspice se može provesti prolazna analiza i potpuno izmjenjivanje naizmjenične struje s ulaznim naponom od 1 mV (sinusno) kako bi se osiguralo da komponente rade zajedno kako je predviđeno. Druga slika prikazuje rezultate prijelaznih analiza koji pokazuju pojačanje signala od 1 mV do ~ 0,85 V. To znači da komponente usjeka ili propusnog filtera blago umanjuju signal nakon što ga je instrumentalno pojačalo inicijalno pojačalo 1000x. Treća slika prikazuje rezultate čišćenja izmjeničnom strujom. Ovaj Bode grafikon prikazuje granične vrijednosti visokih i niskih prolaza koji se podudaraju s onima na Bode grafikonu propusnog filtra kada se pojedinačno testira. Tu je i blagi pad oko 60 Hz, gdje zarezni filter radi na uklanjanju neželjene buke.