EKG i monitor otkucaja srca: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Elektrokardiogram, koji se naziva i EKG, test je koji otkriva i bilježi električnu aktivnost ljudskog srca. On detektira broj otkucaja srca i snagu i vrijeme električnih impulsa koji prolaze kroz svaki dio srca, što je u stanju identificirati srčane probleme poput srčanog udara i aritmije. EKG u bolnicama uključuje dvanaest elektroda na koži na prsima, rukama i nogama. U ovom nerješivom, koristimo samo tri elektrode, po jednu za svaki zglob kao dva mjesta za snimanje i jednu za desni gležanj kao uzemljenje. Važno je napomenuti da ovo nije medicinski uređaj. Ovo je samo u obrazovne svrhe korištenjem simuliranih signala. Ako ovaj krug koristite za stvarna mjerenja EKG-a, provjerite koriste li krug i veze krug-instrument ispravne tehnike izolacije.

Za prikupljanje i analizu ljudskog EKG signala potrebno nam je instrumentacijsko pojačalo koje pojačava ulazni signal za 1000, urezani filter koji uklanja šum izmjenične struje (60 Hz) i niskopropusni filtar koji filtrira ostale šumove iznad 250 Hz. Prekidač od 250Hz koristi se jer je raspon frekvencija ljudskog EKG-a između 0-250Hz

Korak 1: Materijali

Generator funkcija, Napajanje, Osciloskop, Oglasna ploča.

Otpornici: 1k - 500k ohm

Kondenzatori: 20 - 100 nF

Operativno pojačalo x5 (UA741)

Korak 2: Izgradite instrumentalno pojačalo

Pozivajući se na sklop i jednadžbe instrumentalnog pojačala. Prvo moramo izračunati ispravne vrijednosti otpornika. S obzirom da instrumentacijsko pojačalo ima 2 stupnja, postoje dva odvojena pojačanja, k1 i k2. Budući da nam je potreban dobitak od 1000, k1 pomnožen s k2 trebao bi biti jednak tisući. U ovom smo vodiču koristili sljedeće vrijednosti, slobodno ih promijenite ako nemate širok raspon otpornika.

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

Sada kada znate koje vrijednosti otpornika trebate, krenite u krug.

Za testiranje instrumentalnog pojačala mogli biste upotrijebiti generator funkcija za generiranje sinusnog vala poznate amplitude, spojiti ga na ulaz kruga i spojiti izlaz pojačala na osciloskop, trebali biste vidjeti sinusni val s amplitudom 1000 puta veći od ulaznog sinusnog vala

Korak 3: Izradite Notch Filter

Slično instrumentnom pojačalu, pogledajte krug i jednadžbe kako biste pronašli odgovarajuće vrijednosti komponenti. Znamo da u ovom usječenom filtru moramo izrezati frekvencije od 60Hz, stoga je f0 60Hz, također ćemo koristiti faktor kvalitete 8 koji bi nam dao dobru točnost. Pomoću ovih vrijednosti sada možemo pronaći odgovarajuće vrijednosti komponente:

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

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

Sada kada znate vrijednosti komponenti koje su vam potrebne, izradite krug. Nije da biste mogli koristiti otpornike paralelno ili u nizu kako biste dobili vrijednosti što bliže potrebnim vrijednostima.

Za testiranje urezanog filtra mogli biste izvršiti frekvencijsko pretraživanje. Unesite sinusni val s amplitudom od 0,5 V i promijenite frekvenciju. Pogledajte kako se amplituda izlaza spojenog na osciloskop mijenja kada se približite 60Hz. Na primjer, ako vam je frekvencija ispod 50 ili iznad 70, trebali biste vidjeti izlazni signal sličan ulazu, ali što se više približavate 60Hz, amplituda bi se trebala smanjivati. Ako se to ne dogodi, provjerite svoj krug i provjerite jeste li koristili ispravne vrijednosti otpornika.

Korak 4: Izgradite Butterworthov filter drugog reda

Vrsta niskopropusnog filtra koju smo koristili je aktivna drugog reda. Ovaj se filter koristi jer nam daje dovoljno dobru točnost i iako zahtijeva snagu, ali performanse su bolje. Filter je dizajniran za odsijecanje frekvencija iznad 250 Hz. To je zato što signal EKG -a ima različitu frekvencijsku komponentu koja je između nula i 250 Hz, a svaki signal s frekvencijom iznad 250 Hz smatrat će se šumom. Prva slika prikazuje shemu niskopropusnog filtra sa svim ispravnim vrijednostima otpornika (imajte na umu da bi R7 trebao biti 25632 Ω umjesto 4 kΩ). Druga slika uključuje sve jednadžbe pomoću kojih možete sami izračunati vrijednosti komponenti.

Za testiranje niskopropusnog filtra upotrijebite generator funkcija za generiranje sinusnog vala s amplitudom od 0,5 V. Kada unosite frekvencije ispod 250Hz, trebali biste vidjeti izlaz sličan ulazu, ali što ste veći nakon 250Hz, izlaz bi trebao biti manji i na kraju postati jako blizu nule.

Korak 5: Sve spojite

Nakon što završite s izgradnjom tri faze, spojite ih tako da postavite instrumentacijsko pojačalo, nakon čega slijedi notch filter, a zatim lowpass filter. Vaš bi krug trebao izgledati slično ovoj slici.

Korak 6: Testiranje cijelog kruga

Pomoću generatora funkcija unesite proizvoljan EKG signal s amplitudom ne većom od 15 mV na ulaz instrumentalnog pojačala. Spojite izlaz niskopropusnog filtra na osciloskop. Trebali biste dobiti izlaz sličan ovoj slici. Zeleni signal je izlaz ploče, a žuti signal je ulazni signal u krug. Otkucaje srca možete mjeriti i tako što ćete osciloskopom učitati frekvenciju i pomnožiti taj broj sa 60.

Imajte na umu da ako želite izmjeriti vlastiti EKG signal, to možete učiniti tako što ćete spojiti dva ulaza instrumentalnog pojačala na svaki od vaših zglobova pomoću elektrode i uzemljiti nogu. Prije nego što to učinite, samo držite sredinu pazite da krug i veze kruga s instrumentom koriste odgovarajuće tehnike izolacije.