Негизги электрокардиограмманы алуу, күчөтүү жана чыпкалоо схемасы: 6 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:36

Бул көрсөтмөнү аягына чыгаруу үчүн бир гана компьютер, интернетке кирүү жана симуляциялык программалар керек. Бул дизайн үчүн бардык схемалар жана симуляциялар LTspice XVIIде иштейт. Бул симуляциялоочу программа 1 000ден ашуун компоненттерден турган китепканаларды камтыйт, бул схемаларды түзүүнү абдан оңой кылат. Бул схемалар жалпылангандыктан, "UniversalOpAmp2" оп-амп керек болгон ар бир инстанция үчүн колдонулат. Кошумча катары, ар бир оп -амп +15V жана -15V энергия менен камсыз болгон. Бул кубат булактары оп-ампти гана кубаттап койбостон, эгерде ошол эки экстреманын бирине жетсе, чыгуу чыңалуусун кыскартат.

1 -кадам: Инструменттердин күчөткүчүнүн дизайны

Сигналды алгандан кийин аны эсептөө жана чыпкалоо үчүн күчөтүү керек. Электрокардиограммалар үчүн күчөтүүнүн эң кеңири таралган ыкмасы инструменталдык күчөткүч болуп саналат. Жогоруда айтылгандай, приборлордун күчөткүчү күчөткүчтөрдүн схемаларына келгенде көптөгөн артыкчылыктарга ээ, эң чоңу - кирүү чыңалуусунун ортосундагы жогорку импеданс. Бул схеманы куруу үчүн, 3 оп-ампер жети резистор менен бирге колдонулган, ал эми резисторлордун алтысы чоңдугуна барабар. Көпчүлүк электрокардиограммдардын кирешеси 1000x кирүү сигналынын тегерегинде [1]. Аспаптык күчөткүчтүн пайдасы үчүн теңдеме төмөнкүчө: Gain = 1 + (2 * R1/R2) * (R7/R6). Жөнөкөйлүк үчүн, ар бир резистор 2 ом деп аныкталган R2ден башка 1000 ом деп кабыл алынган. Бул баалуулуктар кирүү чыңалуусунан 1001 эсе чоң киреше берет. Бул пайда андан ары талдоо үчүн алынган сигналдарды күчөтүү үчүн жетиштүү. Бирок, теңдемени колдонуп, пайда схема дизайны үчүн каалагандай болушу мүмкүн.

2 -кадам: Band Pass чыпкасы дизайны

Бандпас чыпкасы-бул жогорку өткөрмө чыпкасы жана төмөн өтүү чыпкасы, адатта, өткөрмө тилкеси деп аталган нерсени камсыз кылуу үчүн оп-амп менен макулдашылган түрдө иштейт. Өткөрүү тилкеси - бул жыштыктардын диапазону, ал эми жогоруда жана ылдыйда калгандардын баары четке кагылат. Өнөр жай стандарттары стандарттык электрокардиограммада 0,5 Гцтен 150 Гцке чейин өткөрмө тилкеси болушу керектиги айтылат [2]. Бул чоң өткөрмө тилкеси жүрөктөн чыккан бардык электрдик сигналдын жазылышын жана эч биринин чыпкаланышын камсыз кылат. Ошо сыяктуу эле, бул өткөрмө белги сигналга тоскоолдук кыла турган бардык DC ордун четке кагат. Муну иштеп чыгуу үчүн, конкреттүү резисторлорду жана конденсаторлорду тандоо керек, ошондо жогорку өтүү чегинин чеги 0,5 Гцте, ал эми төмөнкү ашуунун жыштыгы 150 Гцте болот. Жогорку өтүү жана төмөн өтүү чыпкасы үчүн чектин жыштыгы теңдемеси төмөнкүчө: Fc = 1/(2*pi*RC). Менин эсептөөлөрүм үчүн ээнбаш каршылаш тандалып алынды, андан кийин Equation 4 менен конденсатордун мааниси эсептелди. Ошондуктан, жогорку өткөрмө чыпкасы 100 000 резистордук мааниге жана 3.1831 микрофараддык конденсаторго ээ болот. Ошо сыяктуу эле, төмөн өтүү чыпкасы 100,000 резистордук мааниге жана 10,61 нано-фараддык конденсаторго ээ болот. Түзөтүлгөн мааниси бар өткөрмө чыпканын диаграммасы көрсөтүлгөн.

3 -кадам: Notch Filter Дизайн

Чыпка чыпкасы негизинен өткөрмө чыпкасына карама -каршы келет. Бийик өтүүнүн артынан төмөн өтүүнүн ордуна, төмөн өтүү, андан кийин бийик өтүү, андыктан ызы -чуунун бир кичинекей тобун негизинен жок кылууга болот. Электрокардиограмманын чыпкасы үчүн Twin-T оюк чыпкасы конструкциясы колдонулган. Бул дизайн борбордук жыштыкты чыпкалоого мүмкүндүк берет жана чоң сапат факторун камсыздайт. Бул учурда, борбордук жыштык 60 Гцте болгон. Equation 4тү колдонуп, резистордун баалуулуктары 0,1 микрофараддын конденсаторунун наркын колдонуу менен эсептелген. 60 Гц токтоочу тилке үчүн эсептелген резистордун мааниси 26, 525 Ом болгон. Андан кийин R5 R3 жана R4 ½ деп эсептелген. C3 ошондой эле C1 жана C2 үчүн тандалган эки эсе чоң болуп эсептелет [3]. Ээнбаш резисторлор R1 жана R2 үчүн тандалып алынган.

4 -кадам: Айкалышкан Район

Торлорду колдонуп, бул компоненттер бир катарда жайгаштырылган жана бүткөн схеманын сүрөтү тартылган. Springer Science тарабынан жарыяланган кагазга ылайык, ЭКГ схемасынын алгылыктуу кирешеси бүт схема орнотулганда 70 дБ айланасында болушу керек [4].

5 -кадам: Бүтүндөй Районду тестирлөө

Бардык компоненттер бир катарга жайгаштырылганда, дизайнды текшерүү керек болчу. Бул схеманы текшерип, бардык компоненттер бирдиктүү иштеп жаткандыгын аныктоо үчүн убактылуу жана AC тазалоо жүргүзүлдү. Эгер андай болгон болсо, анда убактылуу өткөөл чыңалуу дагы 1000x киргизүү чыңалуусунда болмок. Ошо сыяктуу эле, AC тазалоо жүргүзүлгөндө, 60 Гц ылдамдыкта тилкелүү-чыпкалуу фильтрдин участогу күтүлөт. Сүрөттөгү сүрөттөрдү карап, бул схема бул эки максатты тең ийгиликтүү ишке ашыра алды. Дагы бир сыноо - бул чыпканын натыйжалуулугун көрүү. Муну текшерүү үчүн, 60 Гц сигналы чынжыр аркылуу өткөн. Сүрөттө көрсөтүлгөндөй, бул өндүрүштүн чоңдугу кириштен болжол менен 5 эсе чоң болгон, жыштык өткөрүү тилкесинде болгондо 1000 эсе.

6 -кадам: Ресурстар:

[1] "ЭКГ өлчөө системасы," Columbia.edu, 2020. https://www.cisl.columbia.edu/kinget_group/student_projects/ECG%20Report/E6001%20ECG%20final%20report.htm (01 -декабрда алынган, 2020).

[2] Л. Г. Терещенко жана М. Е. Жозефсон, "Карынчанын өткөрүмдүүлүгүнүн жыштыгы жана мүнөздөмөсү", Электрокардиология журналы, т. 48, жок. 6, б. 933–937, 2015, doi: 10.1016/j.jelectrocard.2015.08.034.

[3] "Band Stop чыпкалары четке кагуу чыпкалары деп аталат", Негизги Электроника Окутуулары, 22-май, 2018.

[4] Н. Гулер жана У. Фидан, "ЭКГ сигналын зымсыз берүү", Springer Science, т. 30, Апрель 2005, doi: 10.1007/s10916-005-7980-5.