EKG in merilnik srčnega utripa: 6 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Elektrokardiogram, imenovan tudi EKG, je test, ki zazna in zabeleži električno aktivnost človeškega srca. Zazna srčni utrip ter moč in čas električnih impulzov, ki prehajajo skozi vsak del srca, kar lahko prepozna težave s srcem, kot so srčni napadi in aritmija. EKG v bolnišnicah vključuje dvanajst elektrod do kože na prsih, rokah in nogah. Pri tem nepremagljivem uporabljamo samo tri elektrode, eno za vsako zapestje kot dve mesti za snemanje in eno za desni gleženj kot tla. Pomembno je omeniti, da to ni medicinski pripomoček. To je samo v izobraževalne namene z uporabo simuliranih signalov. Če uporabljate to vezje za prave meritve EKG-ja, se prepričajte, da vezje in povezave vezje-instrument uporabljajo ustrezne izolacijske tehnike.

Za pridobivanje in analizo človeškega EKG signala potrebujemo instrumentalni ojačevalnik, ki ojača vhodni signal za 1000, zarezni filter, ki odstrani šum izmeničnega toka (60 Hz), in nizkoprepustni filter, ki filtrira druge šume nad 250 Hz. Uporablja se 250 Hz prekinitev, ker je frekvenčno območje človeškega EKG med 0-250 Hz

1. korak: Materiali

Generator funkcij, Napajanje, Osciloskop, Deska.

Upori: 1k - 500k ohm

Kondenzatorji: 20 - 100 nF

Operacijski ojačevalnik x5 (UA741)

Korak: Zgradite instrumentacijski ojačevalnik

Sklicujoč se na vezje in enačbe instrumentacijskega ojačevalnika. Najprej moramo izračunati pravilne vrednosti upora. Ker ima instrumentacijski ojačevalnik 2 stopnji, obstajata dva ločena dobička, k1 in k2. Ker potrebujemo dobiček 1000, bi moralo biti k1 pomnoženo s k2 enako tisoč. V tej vadnici smo uporabili naslednje vrednosti, te vrednosti lahko spremenite, če nimate širokega spektra uporov.

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

Zdaj, ko veste, katere vrednosti upora potrebujete, pojdite naprej in naredite vezje.

Za preizkus instrumentacijskega ojačevalnika lahko uporabite generator funkcij za generiranje sinusnega vala z znano amplitudo, ga povežete z vhodom vezja in izhod ojačevalnika povežete z osciloskopom, videli bi sinusni val z amplitudo 1000 -krat večji od vhodnega sinusnega vala

Korak: Zgradite Notch Filter

Podobno kot instrumentni ojačevalnik poiščite ustrezne vrednosti komponent v vezju in enačbah. Vemo, da moramo v tem zarezanem filtru izrezati frekvence 60Hz, zato je f0 60Hz, uporabili bomo tudi faktor kakovosti 8, ki bi nam omogočil dobro natančnost. S pomočjo teh vrednosti lahko zdaj najdemo ustrezne vrednosti komponent:

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

Zdaj, ko poznate vrednosti komponent, ki jih potrebujete, nadaljujte in zgradite vezje. Ne da bi lahko uporabili uporovne ali zaporedne upore, da bi bile vrednosti čim bližje potrebnim vrednostim.

Če želite preizkusiti zarezni filter, lahko izvedete frekvenčno pometanje. Vnesite sinusni val z amplitudo 0,5 V in spremenite frekvenco. Poglejte, kako se amplituda izhoda, ki je povezan z osciloskopom, spremeni, ko se približate 60Hz. Na primer, če je vaša frekvenca pod 50 ali nad 70, bi morali videti izhodni signal, podoben vhodnemu, vendar se bližje 60Hz amplituda zmanjša. Če se to ne zgodi, preverite vezje in se prepričajte, da ste uporabili pravilne vrednosti upora.

4. korak: Zgradite Butterworthov filter drugega reda

Vrsta nizkoprepustnega filtra, ki smo ga uporabili, je aktivna drugega reda. Ta filter se uporablja, ker nam daje dovolj dobro natančnost in čeprav potrebuje moč, vendar je zmogljivost boljša. Filter je zasnovan tako, da odreže frekvence nad 250 Hz. To je zato, ker ima signal EKG različno frekvenčno komponento, ki je med nič in 250 Hz, in vsak signal s frekvenco nad 250 Hz bi se obravnaval kot šum. Prva slika prikazuje shemo nizkoprepustnega filtra z vsemi pravilnimi vrednostmi upora (upoštevajte, da mora biti R7 25632 Ω namesto 4 kΩ). Druga slika vključuje vse enačbe, s katerimi lahko sami izračunate vrednosti komponent.

Za preizkus nizkoprepustnega filtra uporabite generator funkcij za generiranje sinusnega vala z amplitudo 0,5 V. Ko vnašate frekvence pod 250Hz, bi morali videti izhod, podoben vhodu, vendar večji, ko postanete po 250Hz, se mora izhod zmanjšati in sčasoma postati zelo blizu nič.

5. korak: Združite vse skupaj

Ko končate z gradnjo treh stopenj, jih združite tako, da postavite instrumentacijski ojačevalnik, ki mu sledi zarezni filter in nato nizkoprepustni filter. Vaše vezje bi moralo izgledati podobno tej sliki.

6. korak: Preizkusite celotno vezje

Z uporabo generatorja funkcij vnesite poljuben signal EKG z amplitudo največ 15mV na vhod instrumentacijskega ojačevalnika. Izhod nizkoprepustnega filtra priključite na osciloskop. Morali bi dobiti izhod, podoben tej sliki. Zeleni signal je izhod plošče, rumeni signal pa je vhodni signal v vezje. Srčni utrip lahko izmerite tudi tako, da z osciloskopom pridobite frekvenco in to število pomnožite s 60.

Upoštevajte, da če želite izmeriti lasten EKG signal, lahko to storite tako, da dva vhoda instrumentalnega ojačevalnika povežete z vsakim zapestjem z elektrodo in ozemljite nogo. Preden to storite, se prepričajte, da vezje in povezave med tokokrogom in instrumentom uporabljajo ustrezne izolacijske tehnike.