Model avtomatiziranega EKG vezja: 4 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Cilj tega projekta je ustvariti model vezja z več komponentami, ki lahko ustrezno ojača in filtrira vhodni signal EKG. Posamično bodo modelirane tri komponente: instrumentacijski ojačevalnik, filter z zarezo in pasivni pasovni filter. Združili jih bodo, da bi ustvarili končni model vezja EKG. Vse modeliranje in testiranje vezja je potekalo v LTspice, vendar bi delovali tudi drugi simulacijski programi.

1. korak: Instrumentacijski ojačevalnik

To bo prva sestavina celotnega modela EKG -ja. Njegov namen je ojačati prihajajoči EKG signal, ki bo sprva imel zelo nizko napetost. Odločil sem se za kombiniranje op-ojačevalnikov in uporovnih komponent na način, ki bi ustvaril dobiček 1000. Prva slika prikazuje zasnovo instrumentacijskega ojačevalnika po modelu LTspice. Druga slika prikazuje ustrezne enačbe in izvedene izračune. Ko je bil popolnoma modeliran, je bila v LTspice izvedena prehodna analiza sinusoidnega vhodnega signala 1 mV pri 75 Hz za potrditev dobička 1000. Tretja slika prikazuje rezultate te analize.

Korak: Aktivni zarezni filter

To bo druga komponenta celotnega modela EKG -ja. Njegov namen je oslabiti signale s frekvenco 60 Hz, kar je frekvenca motenj napetosti v omrežju AC. To izkrivlja signale EKG in je običajno prisotno v vseh kliničnih okoljih. Odločil sem se za kombiniranje op-amp-a z uporovnimi in kapacitivnimi komponentami v konfiguraciji filtra z dvojno zarezo. Prva slika prikazuje zasnovo filtra z zarezami, oblikovano v LTspice. Druga slika prikazuje ustrezne enačbe in izvedene izračune. Ko je bil popolnoma modeliran, je bil izveden izmenični tok sinusoidnega vhodnega signala 1 V od 1 Hz - 100 kHz v LTspice za potrditev zareze pri 60 Hz. Tretja slika prikazuje rezultate te analize. Rahle razlike v rezultatih simulacije v primerjavi s pričakovanimi rezultati so verjetno posledica zaokroževanja pri izračunu uporovnih in kapacitivnih komponent tega vezja.

3. korak: Pasivni pasovni filter

To bo tretja komponenta celotnega modela EKG -ja. Njegov namen je filtrirati signale, ki niso v območju 0,05 Hz - 250 Hz, saj je to območje tipičnega EKG -ja za odrasle. Odločil sem se za uporabo uporovnih in kapacitivnih komponent, tako da bi bila visokoprehodna meja 0,05 Hz, nizkoprehodna pa 250 Hz. Prva slika prikazuje zasnovo pasivnega pasovnega pasovnega filtra, modelirano v LTspice. Druga slika prikazuje ustrezne enačbe in izvedene izračune. Ko je bil popolnoma modeliran, je bilo izvedeno izmenično krmiljenje sinusoidnega vhodnega signala 1 V od 0,01 Hz - 100 kHz v LTspice za potrditev visokih in nizkih prehodnih frekvenc. Tretja slika prikazuje rezultate te analize. Rahle razlike v rezultatih simulacije v primerjavi s pričakovanimi rezultati so verjetno posledica zaokroževanja pri izračunu uporovnih in kapacitivnih komponent tega vezja.

4. korak: Združevanje komponent vezja

Zdaj, ko so bile vse komponente oblikovane in preizkušene posamično, jih je mogoče združiti v seriji po vrstnem redu, v katerem so bile ustvarjene. Rezultat je popoln model vezja EKG, ki najprej vsebuje instrumentacijski ojačevalnik za ojačanje signala 1000x. Nato se z zareznim filtrom odstrani 60 Hz izmenični napetostni tok. Nazadnje, pasovni filter ne dovoljuje prenosa signala, ki je zunaj območja tipičnega EKG -ja za odrasle (0,05 Hz - 250 Hz). Ko sta združeni, kot je prikazano na prvi sliki, lahko v LTspice izvedemo prehodno analizo in popolno izmenično prečiščevanje z vhodno napetostjo 1 mV (sinusno), da zagotovimo, da komponente delujejo skupaj, kot je bilo predvideno. Na drugi sliki so prikazani rezultati prehodnih analiz, ki kažejo ojačanje signala od 1 mV do ~ 0,85 V. To pomeni, da komponente zareze ali pasovnega filtra rahlo oslabijo signal, potem ko ga je instrumentni ojačevalnik prvotno ojačal 1000 -krat. Tretja slika prikazuje rezultate čiščenja izmeničnega toka. Ta Bode grafikon prikazuje mejne vrednosti visokih in nizkih prehodov, ki se ujemajo s tistimi na grafikonu Bode pasovnega pasovnega filtra, če se preskusijo posamezno. Obstaja tudi rahel padec okoli 60 Hz, kjer zarezni filter odstranjuje neželeni hrup.