EKG ir širdies ritmo monitorius: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:49

Elektrokardiograma, dar vadinama EKG, yra testas, kuris nustato ir registruoja žmogaus širdies elektrinį aktyvumą. Jis nustato širdies susitraukimų dažnį ir elektros impulsų, einančių per kiekvieną širdies dalį, stiprumą ir laiką, kuris gali nustatyti širdies problemas, tokias kaip širdies priepuoliai ir aritmija. EKG ligoninėse apima dvylika krūtinės, rankų ir kojų odos elektrodų. Šioje sudėtingoje situacijoje mes naudojame tik tris elektrodus, po vieną kiekvienam riešui kaip dvi įrašymo vietas, o kitą - dešinei kulkšnies žemei. Svarbu pažymėti, kad tai nėra medicinos prietaisas. Tai tik švietimo tikslais, naudojant imituotus signalus. Jei naudojate šią grandinę tikriems EKG matavimams, įsitikinkite, kad grandinėje ir grandinės ir prietaiso jungtyse naudojami tinkami izoliacijos būdai.

Norint gauti ir išanalizuoti žmogaus EKG signalą, mums reikia prietaisų stiprintuvo, kuris sustiprina įvesties signalą 1000, įpjovos filtrą, kuris pašalina kintamosios srovės triukšmą (60 Hz), ir žemo dažnio filtrą, kuris filtruoja kitus triukšmus virš 250 Hz. Naudojama 250 Hz ribinė riba, nes žmogaus EKG dažnių diapazonas yra nuo 0 iki 250 Hz

1 žingsnis: medžiagos

Funkcijų generatorius, maitinimo šaltinis, osciloskopas, duonos lenta.

Rezistoriai: 1k - 500k om

Kondensatoriai: 20 - 100 nF

Operacinis stiprintuvas x5 (UA741)

2 žingsnis: sukurkite instrumentų stiprintuvą

Remiantis prietaisų stiprintuvo grandine ir lygtimis. Pirmiausia turime apskaičiuoti teisingas rezistoriaus vertes. Kadangi prietaisų stiprintuvas turi 2 pakopas, yra du atskiri stiprinimai, k1 ir k2. Kadangi mums reikia 1000 padidėjimo, k1 padauginus iš k2 turėtų būti lygus tūkstančiui. Šioje pamokoje mes naudojome šias vertes, nedvejodami pakeiskite šias vertes, jei neturite plataus rezistorių asortimento.

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

Dabar, kai žinote, kokių rezistorių verčių jums reikia, eikite į priekį ir sukurkite grandinę.

Norėdami išbandyti prietaisų stiprintuvą, galite naudoti funkcijų generatorių, kad sukurtumėte sinusinę bangą su žinoma amplitudė, prijunkite ją prie grandinės įvesties ir prijunkite stiprintuvo išėjimą prie osciloskopo, turėtumėte pamatyti sinusinę bangą su amplitude 1000 kartų didesnė nei įvesties sinusinė banga

3 žingsnis: sukurkite išpjovos filtrą

Panašiai kaip prietaisų stiprintuvas, žiūrėkite grandinę ir lygtis, kad rastumėte tinkamas komponento vertes. Mes žinome, kad šiame išpjovos filtre turime iškirpti 60 Hz dažnius, todėl f0 yra 60 Hz, taip pat naudosime 8 kokybės koeficientą, kuris mums suteiktų gerą tikslumą. Naudodami šias vertes dabar galime rasti tinkamas komponento vertes:

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

Dabar, kai žinote reikiamų komponentų vertes, eikite į priekį ir sukurkite grandinę. Ne todėl, kad galėtumėte naudoti rezistorius lygiagrečiai ar nuosekliai, kad vertės būtų kuo arčiau reikalingų verčių.

Norėdami išbandyti įpjovos filtrą, galite atlikti dažnio valymą. Įveskite sinusinę bangą, kurios amplitudė yra 0,5 V, ir keiskite dažnį. Pažiūrėkite, kaip keičiasi prie osciloskopo prijungto išėjimo amplitudė, kai artėjate prie 60 Hz. Pavyzdžiui, kai jūsų dažnis yra mažesnis nei 50 arba didesnis nei 70, išėjimo signalas turėtų būti panašus į įvestį, tačiau kuo arčiau 60 Hz, amplitudė turėtų sumažėti. Jei taip neatsitiks, patikrinkite savo grandinę ir įsitikinkite, kad naudojote teisingas rezistorių vertes.

4 žingsnis: sukurkite antros eilės „Butterworth“filtrą

Mūsų naudojamas žemo dažnio filtras yra aktyvus antros eilės. Šis filtras naudojamas, nes jis suteikia mums pakankamai gerą tikslumą ir nors jam reikia energijos, tačiau našumas yra geresnis. Filtras suprojektuotas taip, kad nutrauktų aukštesnius nei 250 Hz dažnius. Taip yra todėl, kad EKG signalas turi skirtingo dažnio komponentą, kuris yra nuo nulio iki 250 Hz, o bet koks signalas, kurio dažnis yra didesnis nei 250 Hz, būtų laikomas triukšmu. Pirmajame paveikslėlyje parodyta žemo dažnio filtro schema su visomis teisingomis rezistorių reikšmėmis. (Atkreipkite dėmesį, kad R7 turėtų būti 25632Ω, o ne 4kΩ). Antrasis vaizdas apima visas lygtis, kuriomis galėtumėte patys apskaičiuoti komponentų vertes.

Norėdami išbandyti žemo dažnio filtrą, naudokite funkcijų generatorių, kad sukurtumėte sinusinę bangą, kurios amplitudė yra 0,5 V. Įvesdami dažnius, mažesnius nei 250 Hz, turėtumėte matyti išvestį, panašią į įvestį, tačiau kuo didesnė po 250 Hz, išvestis turėtų sumažėti ir galiausiai tapti beveik artima nuliui.

5 žingsnis: sudėkite viską kartu

Baigę statyti tris pakopas, sudėkite juos visus, įdėdami prietaisų stiprintuvą, po to įpjovos filtrą ir žemo dažnio filtrą. Jūsų grandinė turėtų atrodyti panašiai kaip šis vaizdas.

6 veiksmas: visos grandinės bandymas

Naudodami funkcijų generatorių, į prietaiso stiprintuvo įvestį įveskite savavališką EKG signalą, kurio amplitudė ne didesnė kaip 15 mV. Žemo dažnio filtro išvestį prijunkite prie osciloskopo. Turėtumėte gauti išvestį, panašią į šį vaizdą. Žalias signalas yra plokštės išėjimas, o geltonas - įvesties signalas į grandinę. Taip pat galite išmatuoti širdies ritmą, išmatuodami dažnį naudodami osciloskopą ir padauginę šį skaičių iš 60.

Atminkite, kad jei norite išmatuoti savo EKG signalą, tai galite padaryti prijungę du prietaisų stiprintuvo įėjimus prie kiekvieno riešo, naudodami elektrodą ir įžeminę koją. Prieš atlikdami tai, būkite viduryje ir įsitikinkite, kad grandinė ir grandinės ir prietaiso jungtys naudoja tinkamus izoliacijos metodus.