Simuleeritud EKG ahel: 7 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:45

Elektrokardiogramm on tavaline test, mida kasutatakse nii standarduuringutes kui ka tõsiste haiguste diagnoosimisel. See seade, mida tuntakse EKG nime all, mõõdab elektrilisi signaale kehas, mis vastutab südamelöökide reguleerimise eest. Test viiakse läbi elektroodide kandmisega subjekti nahale ja jälgides väljundit, mis on näidatud tuntud EKG lainekuju kujul. See lainekuju sisaldab P -lainet, QRS -kompleksi ja T -lainet, millest igaüks tähistab füsioloogilist vastust. See juhend tutvustab skeemi simulatsioonitarkvaras EKG simuleerimise samme.

Tarvikud:

LTSpice vms vooluahela simulaator

Samm: ehitage instrumendivõimendi

Instrumentvõimendi eesmärk on võimendada väga väikest signaali, mida sageli ümbritseb kõrge müratase. Sisendsignaali pinge EMG -sse jääb tavaliselt vahemikku 1 mV kuni 5 mV ja selle etapi eesmärk on võimendada seda signaali võimendusega ligikaudu 1000. Skeemil on näidatud võimenduse reguleerimine järgmise võrrandiga, kus R1 = R2, R4 = R5 ja R6 = R7:

Võimendus = K1*K2, kus K1 = K2

K1 = 1 + (2R1/R3)

K2 = -R6/R4

Seetõttu määrati võimendus 1000, seega on K1 ja K2 ligikaudu 31,6. Mõnda takistit võib valida meelevaldselt ja teisi arvutada, kui võimendusvõrrand on võrdne 1000 -ga. Füüsilises ahelas läheksid elektroodid operatsioonivõimenditesse, kuid simulatsiooni eesmärgil on üks maandatud ja teist kasutatakse tähistamiseks. potentsiaalne erinevus. Vin -sõlme kasutatakse hiljem sisendlainete simuleerimiseks. Vout -sõlm viib EKG järgmisse etappi. Valiti operatsioonivõimendi LTC1151, kuna see asub LTSpice raamatukogus, sellel on kõrge CMRR ja seda on kasutatud meditsiiniseadmetes. Selles süsteemis töötaks iga põhiline operatsioonivõimendi toitepingega +15V ja -15V.

Samm: looge sälkfilter

EKG järgmine etapp on sälgufilter, mis filtreerib välja 60 Hz sagedusel esinevad elektriliinide häired. Sälgufilter eemaldab väikese hulga signaale, mis esinevad ainsuse sagedusel väga lähedal. Seetõttu saab 60 Hz piirsageduse ja piirsageduse võrrandi abil valida sobivad takistid ja kondensaatorid. Kasutades ülaltoodud skeemi ja märkides, et C = C1 = C2, C3 = 2*C1, R = R10 ja R8 = R9 = 2*R10, saab kondensaatori väärtusi meelevaldselt valida (näide näitab 1uF kondensaatorit). Kasutades järgmist võrrandit, saab selles etapis arvutada ja kasutada sobivaid takisti väärtusi:

fc = 1/(4*pi*R*C)

Vin -sõlm on instrumendivõimendi väljund ja Vout -sõlm viib järgmisele etapile.

Samm: looge ribalaiuse filter

Süsteemi viimane etapp koosneb aktiivsest ribalaiuse filtrist, mis eemaldab müra teatud sagedusvahemikust kõrgemal ja madalamal. Baasjooks, mis on põhjustatud signaali algtasemest, mis varieerub ajas, esineb alla 0,6 Hz ja EMG müra, mis on põhjustatud lihaste mürast, esineb sagedustel üle 100 Hz. Seetõttu on need numbrid määratud sagedusteks. Bandpass filter koosneb madalpääsfiltrist, millele järgneb kõrgpääsfilter. Mõlemal filtril on aga sama sagedus:

Fc = 1/(2*pi*R*C)

Kasutades suvalise kondensaatori väärtusena 1uF ja piirsagedustena 0,6 ja 100, arvutati takisti väärtused filtri sobivate osade jaoks. Vin -sõlm pärineb sälkfiltri väljundist ja Vout -sõlm on koht, kus mõõdetakse kogu süsteemi simuleeritud väljundit. Füüsilises süsteemis ühendaks see väljund ostsilloskoobi või sarnase kuvaseadmega, et vaadata EKG laineid reaalajas.

4. samm: katsetage instrumendivõimendit

Seejärel testitakse mõõteriistade võimendit, et tagada võimendus 1000. Selleks sisestage meelevaldse sageduse ja amplituudiga sinusoidlaine. Selles näites kasutati EMG laine ja sageduse 1000 Hz tähistamiseks amplituudist 2 mV piiki. Simuleerige vooluahela simulatsioonitarkvaras mõõteriistade võimendit ja joonistage sisend- ja väljundlainekujud. Salvestage kursori funktsiooni abil sisendi ja väljundi suurus ning arvutage võimendus Gain = Vout/Vin. Kui see võimendus on ligikaudu 1000, töötab see etapp korralikult. Selles etapis saab teha täiendava statistilise analüüsi, võttes arvesse takistite tolerantse ja muutes takistite väärtusi +5% ja -5%, et näha, kuidas see mõjutab väljundlainet ja sellele järgnevat võimendust.

Samm: katsetage sälgufiltrit

Kontrollige sälgufiltrit, tehes vahelduvvoolu pühkimise vahemikust, mis sisaldab 60 Hz. Selles näites kasutati pühkimist vahemikus 1 Hz kuni 200 Hz. Saadud graafik, kui seda mõõdetakse sõlmes Vout, väljastab võimenduse graafiku dB ja sageduse vahel Hz. Graafik peaks algama ja lõppema 0 dB võimendusega sagedustel, mis on kaugel 60 Hz mõlemas suunas, ja suur võimenduse langus peaks ilmnema sagedusel 60 Hz või selle lähedal. See näitab, et sellel sagedusel esinevad signaalid eemaldatakse soovitud signaalist korralikult. Selles etapis saab teha täiendava statistilise analüüsi, võttes arvesse takistite tolerantse ning muutes takistite ja kondensaatorite väärtusi +5% ja -5%, et näha, kuidas see mõjutab katselist katkestussagedust (sagedus, mis graafiliselt kõige enam sumbub).

6. samm: proovige ribalaiuse filtrit

Lõpuks kontrollige ribalaiuse filtrit, tehes veel ühe vahelduvvoolu pühkimise analüüsi. Seekord peaks pühkimine olema sagedusest alla 0,6 ja suurem kui 100, et tagada ribalaiuse graafiline nähtavus. Jällegi käivitage analüüs, mõõtes skemaatiliselt näidatud sõlme Vout. Väljund peaks välja nägema nagu ülaltoodud joonisel, kus võimendus on negatiivne, seda kaugemal vahemikus 0,6-100 Hz. Punktid, kus võimendus on -3dB, peaksid olema 0,6 ja 100 Hz või väärtused, mis on väga lähedased vastavalt esimese ja teise punkti väärtustele. -3dB punktid tähistavad signaali nõrgenemist punktini, kus väljund nendel sagedustel on pool algsest võimsusest. Seetõttu kasutatakse filtrite signaalide sumbumise analüüsimiseks -3dB punkte. Kui väljastatud graafiku -3 dB punktid vastavad ribalaiuse vahemikule, töötab etapp korralikult.

Selles etapis saab teha täiendava statistilise analüüsi, võttes arvesse takistite tolerantse ning muutes takistite ja kondensaatorite väärtusi +5% ja -5%, et näha, kuidas see mõjutab mõlemaid katkestussagedusi.

Samm: pange kokku täielik EKG -süsteem

Lõpuks, kui on kindlaks tehtud, et kõik kolm etappi töötavad korralikult, asetage kõik kolm EKG etappi kokku ja lõpptulemus on tehtud. Simuleeritud EKG laine saab sisestada mõõteriistade võimendi astmesse ja väljundlaine peaks olema võimendatud EKG laine.