EKG digitaalse monitori ja vooluahela kujundamine: 5 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:50

See ei ole meditsiiniseade. See on mõeldud ainult hariduslikel eesmärkidel, kasutades simuleeritud signaale. Kui kasutate seda vooluringi tegelikes EKG mõõtmistes, veenduge, et vooluahel ja vooluahela-seadme ühendused kasutavad õigeid eraldusvõtteid

Selle projekti eesmärk on luua ahel, mis suudab võimendada ja filtreerida EKG signaali, mida tuntakse ka kui elektrokardiogrammi. Südame löögisageduse ja südame rütmi määramiseks saab kasutada EKG -d, kuna see on võimeline tuvastama elektrilisi signaale, mis läbivad südame erinevaid osi südametsükli erinevatel etappidel. Siin kasutame EKG võimendamiseks ja filtreerimiseks mõõteriistade võimendit, sälgufiltrit ja madalpääsfiltrit. Seejärel arvutatakse LabView abil lööki minutis ja kuvatakse EKG graafiline esitus. Valmistoodet saab näha ülalpool.

Samm: mõõteriistade võimendi

Instrumentvõimendi vajalik võimendus on 1000 V/V. See võimaldaks sissetuleva signaali piisavat võimendamist, mis on palju väiksem. Mõõteseadmete võimendi on jagatud kaheks osaks, etapp 1 ja etapp 2. Iga astme (K) võimendus peaks olema sarnane, nii et koos korrutades on võimendus umbes 1000. Võimenduse arvutamiseks kasutatakse allpool toodud võrrandeid.

K1 = 1 + ((2*R2)/R1)

K2 = -R4/R3

Nendest võrranditest leiti väärtused R1, R2, R3 ja R4. Piltidel nähtava vooluahela ehitamiseks kasutati kolme operatiivvõimendit uA741 ja takistit. Võimendite toiteallikaks on 15 V alalisvoolu toiteallikas. Instrumentatsioonivõimendi sisend ühendati funktsioonigeneraatoriga ja väljund ostsilloskoobiga. Seejärel tehti vahelduvvoolu pühkimine ja leiti instrumendivõimendi võimendus, nagu on näha ülaltoodud joonisel "Instrumentation Amplifier Gain". Lõpuks loodi ahel uuesti LabView'is, kus tehti võimenduse simulatsioon, nagu on näha ülaltoodud mustal joonisel. Tulemused kinnitasid, et vooluring töötas õigesti.

2. samm: sälgufilter

Sälkfiltrit kasutatakse 60 Hz sagedusel esineva müra eemaldamiseks. Komponentide väärtusi saab arvutada allpool toodud võrrandite abil. Kasutati kvaliteeditegurit (Q) 8. C valiti olemasolevate kondensaatorite alusel.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

R3 = (R1*R2)/(R1+R2)

Leiti takisti ja kondensaatori väärtused ning konstrueeriti ülaltoodud ahel, arvutatud väärtused on seal näha. Operatsioonivõimendi toiteallikaks oli alalisvoolu toide, sisend oli ühendatud funktsioonigeneraatoriga ja väljund ostsilloskoobiga. Vahelduvvoolu pühkimise tulemuseks oli ülaltoodud graafik "Notch Filter AC Sweep", mis näitab, et sagedus 60 Hz on eemaldatud. Selle kinnitamiseks viidi läbi LabView simulatsioon, mis kinnitas tulemusi.

3. samm: madalpääsfilter

Kasutatakse teise astme Butterworthi madalpääsfiltrit, mille sagedus on 250 Hz. Takisti ja kondensaatori väärtuste lahendamiseks kasutati allpool toodud võrrandeid. Nende võrrandite puhul muudeti piirisagedus Hz -is rad/sek, mis leiti olevat 1570,8. Kasutati võimendust K = 1. A ja b väärtused olid vastavalt 1,414214 ja 1.

R1 = 2 / (wc (a C2 + sqrt (a^2 + 4 b (K - 1)) C2^2 - 4 b C1 C2))

R2 = 1/ (b C1 C2 R1 wc^2)

R3 = K (R1 + R2) / (K - 1)

R4 = K (R1 + R2)

C1 = (C2 (a^2 + 4 b (K-1)) / (4 b)

C2 = (10 / fc)

Kui väärtused olid arvutatud, konstrueeriti vooluring väärtustega, mida on näha ühel ülaltoodud piltidel. Tuleb märkida, et kuna kasutati võimendust 1, asendati R3 avatud ahelaga ja R4 asendati lühisega. Kui vooluahel oli kokku pandud, sai op -võimendi toite 15 V alalisvoolu toiteallikast. Sarnaselt teiste komponentidega ühendati sisend ja väljund vastavalt funktsioonigeneraatori ja ostsilloskoobiga. Loodi vahelduvvoolu pühkimise skeem, mida on näha ülaltoodud jaotises "Madalpääsfilter AC Sweep". Must joonistus vooluringi LabView simulatsioonis, kinnitades meie tulemusi.

4. samm: LabVIEW

Pildil näidatud programmi LabVIEW kasutatakse löökide minutis arvutamiseks ja sisend -EKG visuaalse esituse kuvamiseks. DAQ Assistant hangib sisendsignaali ja määrab proovivõtuparameetrid. Seejärel joonistab lainekuju graafik sisendi, mille DAQ saab kasutajaliideselt kasutajale kuvamiseks. Sisendandmetele tehakse mitu analüüsi. Sisendandmete maksimaalsed väärtused leitakse Max/Min Identifier abil ja piikide tuvastamise parameetrid määratakse Peak Detection abil. Kasutades tippude asukohtade indeksmassiivi, aja muutuse komponendi antud maksimaalsete väärtuste ja erinevate aritmeetiliste toimingute vahelist aega, arvutatakse BPM ja kuvatakse see numbrilise väljundina.

Samm: lõpetatud ahel

Kui kõik komponendid olid ühendatud, testiti kogu süsteemi simuleeritud EKG signaaliga. Seejärel kasutati vooluringi inimese EKG filtreerimiseks ja võimendamiseks, mille tulemused kuvati ülalnimetatud LabView programmi kaudu. Elektroodid kinnitati parema randme, vasaku randme ja vasaku pahkluu külge. Vasak randme- ja parem randmeosa olid ühendatud mõõteriistade võimendi sisenditega, vasaku pahkluu aga maapinnaga. Seejärel ühendati madalpääsfiltri väljund DAQ assistendiga. Programm käivitati sama LabView plokkskeemi abil. Inimese EKG läbimisel nähti kogu süsteemi väljundist selget ja stabiilset signaali, mida on näha ülaltoodud pildil.