EKG i pulsometr: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Elektrokardiogram, zwany także EKG, to test, który wykrywa i rejestruje aktywność elektryczną ludzkiego serca. Wykrywa częstość akcji serca oraz siłę i czas impulsów elektrycznych przechodzących przez każdą część serca, co jest w stanie zidentyfikować problemy z sercem, takie jak zawały serca i arytmia. EKG w szpitalach obejmuje dwanaście elektrod do skóry na klatce piersiowej, ramionach i nogach. W tej trudnej sytuacji używamy tylko trzech elektrod, jednej dla każdego nadgarstka jako dwóch miejsc zapisu i jednej dla prawej kostki jako podłoża. Należy pamiętać, że nie jest to wyrób medyczny. Służy to wyłącznie celom edukacyjnym przy użyciu symulowanych sygnałów. Jeśli używasz tego obwodu do rzeczywistych pomiarów EKG, upewnij się, że obwód i połączenia między obwodem a przyrządem wykorzystują odpowiednie techniki izolacji.

Aby uzyskać i przeanalizować ludzki sygnał EKG, potrzebujemy wzmacniacza pomiarowego, który wzmacnia sygnał wejściowy o 1000, filtra wycinającego, który usuwa szumy prądu przemiennego (60 Hz) oraz filtra dolnoprzepustowego, który filtruje inne szumy powyżej 250 Hz. Stosowane jest odcięcie 250 Hz, ponieważ zakres częstotliwości ludzkiego EKG wynosi od 0 do 250 Hz

Krok 1: Materiały

Generator funkcji, Zasilanie, Oscyloskop, Płytka do krojenia chleba.

Rezystory: 1k - 500k omów

Kondensatory: 20 - 100 nF

Wzmacniacz operacyjny x5 (UA741)

Krok 2: Zbuduj wzmacniacz oprzyrządowania

Odnosząc się do układu i równań wzmacniacza instrumentacyjnego. Najpierw musimy obliczyć prawidłowe wartości rezystorów. Ponieważ wzmacniacz instrumentacyjny ma 2 stopnie, istnieją dwa oddzielne wzmocnienia, k1 i k2. Ponieważ potrzebujemy wzmocnienia 1000, k1 pomnożone przez k2 powinno być równe tysiącowi. W tym samouczku użyliśmy następujących wartości, możesz je zmienić, jeśli nie masz szerokiej gamy rezystorów.

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

Teraz, gdy już wiesz, jakich wartości rezystorów potrzebujesz, stwórz obwód.

Aby przetestować wzmacniacz oprzyrządowania, możesz użyć generatora funkcji do wygenerowania fali sinusoidalnej o znanej amplitudzie, podłączyć ją do wejścia obwodu i podłączyć wyjście wzmacniacza do oscyloskopu, powinieneś zobaczyć falę sinusoidalną o amplitudzie 1000 razy większa niż wejściowa fala sinusoidalna

Krok 3: Zbuduj filtr wycinający

Podobnie jak w przypadku wzmacniacza oprzyrządowania, zapoznaj się z obwodem i równaniami, aby znaleźć odpowiednie wartości komponentów. Wiemy, że w tym filtrze wycinającym musimy wyciąć częstotliwości 60 Hz, więc f0 wynosi 60 Hz, użyjemy również współczynnika jakości 8, co dałoby nam dobrą dokładność. Korzystając z tych wartości możemy teraz znaleźć odpowiednie wartości składowych:

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)=424kΩ

R3=(1658*424000)/(1658+424000)=1651Ω

Teraz, gdy znasz już wartości komponentów, których potrzebujesz, zbuduj obwód. Nie chodzi o to, że możesz używać rezystorów równolegle lub szeregowo, aby uzyskać wartości jak najbardziej zbliżone do wymaganych wartości.

Aby przetestować filtr wycinający, możesz przeprowadzić przemiatanie częstotliwości. Wprowadź falę sinusoidalną o amplitudzie 0,5 V i zmieniaj częstotliwość. Zobacz, jak zmienia się amplituda wyjścia podłączonego do oscyloskopu, gdy zbliżasz się do 60 Hz. Na przykład, gdy częstotliwość jest poniżej 50 lub powyżej 70, powinieneś zobaczyć sygnał wyjściowy podobny do sygnału wejściowego, ale im bliżej 60 Hz, amplituda powinna się zmniejszyć. Jeśli tak się nie stanie, sprawdź obwód i upewnij się, że użyłeś prawidłowych wartości rezystorów.

Krok 4: Zbuduj filtr Butterwortha drugiego rzędu

Zastosowany przez nas typ filtra dolnoprzepustowego jest aktywnym drugim rzędem. Ten filtr jest używany, ponieważ zapewnia nam wystarczająco dobrą dokładność i choć wymaga mocy, to jednak wydajność jest lepsza. Filtr przeznaczony jest do odcinania częstotliwości powyżej 250 Hz. Dzieje się tak, ponieważ sygnał EKG ma inną składową częstotliwości, która mieści się w zakresie od zera do 250 Hz, a każdy sygnał o częstotliwości powyżej 250 Hz byłby uważany za szum. Pierwsze zdjęcie pokazuje schemat filtra dolnoprzepustowego ze wszystkimi poprawnymi wartościami rezystorów. (Zauważ, że R7 powinien wynosić 25632 Ω zamiast 4 kΩ). Drugi obraz zawiera wszystkie równania, których można użyć do samodzielnego obliczenia wartości komponentów.

Aby przetestować filtr dolnoprzepustowy, użyj generatora funkcji do wygenerowania fali sinusoidalnej o amplitudzie 0,5V. Przy wprowadzaniu częstotliwości poniżej 250 Hz powinieneś zobaczyć wyjście podobne do wejścia, ale im większe uzyskasz po 250 Hz, wyjście powinno być mniejsze i ostatecznie stać się naprawdę bliskie zeru.

Krok 5: Złóż wszystko razem

Po skończeniu budowy trzech etapów, połącz je wszystkie, umieszczając wzmacniacz instrumentacyjny, następnie filtr wycinający, a następnie filtr dolnoprzepustowy. Twój obwód powinien wyglądać podobnie do tego obrazu.

Krok 6: Testowanie całego obwodu

Za pomocą generatora funkcyjnego wprowadź dowolny sygnał EKG o amplitudzie nie większej niż 15 mV na wejście wzmacniacza oprzyrządowania. Podłącz wyjście filtra dolnoprzepustowego do oscyloskopu. Powinieneś otrzymać wynik podobny do tego obrazu. Sygnał zielony to wyjście płytki, a sygnał żółty to sygnał wejściowy do układu. Możesz również zmierzyć tętno, pobierając częstotliwość za pomocą oscyloskopu i mnożąc tę liczbę przez 60.

Zwróć uwagę, że jeśli chcesz zmierzyć swój własny sygnał EKG, możesz to zrobić, podłączając dwa wejścia wzmacniacza instrumentacyjnego do każdego z nadgarstków za pomocą elektrody i uziemiając nogę. Po prostu trzymaj się środka, zanim to zrobisz, upewnij się, że obwód i połączenia między obwodem a instrumentem wykorzystują odpowiednie techniki izolacji.