Asosiy elektrokardiogramma sxemasini sotib olish, kuchaytirish va filtrlash sxemasi: 6 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:22

Bu ko'rsatmalarni bajarish uchun faqat kompyuter, Internetga kirish va simulyatsiya dasturlari kerak bo'ladi. Ushbu dizayn maqsadlari uchun barcha sxemalar va simulyatsiyalar LTspice XVIIda ishlaydi. Ushbu simulyatsion dastur 1000 dan ortiq komponentli kutubxonalarni o'z ichiga oladi, bu sxemalarni yaratishni juda osonlashtiradi. Ushbu sxemalar umumlashtirilganligi sababli, "UniversalOpAmp2" op-amp kerak bo'lgan har bir holat uchun ishlatiladi. Bundan tashqari, har bir op -amp +15V va -15V quvvat manbai bilan ta'minlangan. Bu quvvat manbalari nafaqat op-amperni quvvatlantiradi, balki agar bu ikkita ekstremalga etib borsa, chiqish voltajini qisqartiradi.

1 -qadam: asboblar kuchaytirgichining dizayni

Signal olinganidan so'ng, uni hisoblash va filtrlash uchun kuchaytirish kerak. Elektrokardiogrammalar uchun amplifikatsiyaning eng keng tarqalgan usuli asboblar kuchaytirgichidir. Yuqorida aytib o'tilganidek, asboblar kuchaytirgichi ko'paytirish davrlari haqida ko'p afzalliklarga ega, ularning eng kattasi kirish kuchlanishlari orasidagi yuqori empedans. Ushbu sxemani qurish uchun 3 ta op-amper etti rezistor bilan birgalikda ishlatilgan, ularning oltitasi kattaligiga teng. Ko'pgina elektrokardiogrammalarning daromadi kirish signalining 1000x atrofida [1]. Ko'rsatkich kuchaytirgichining daromadlari tenglamasi quyidagicha: daromad = 1 + (2 * R1/R2) * (R7/R6). Oddiylik uchun har bir qarshilik 2 ohm deb aniqlangan R2dan tashqari 1000 ohm deb qabul qilingan. Bu qiymatlar kirish kuchlanishidan 1001 baravar katta daromad beradi. Bu daromad keyingi tahlil uchun olingan signallarni kuchaytirish uchun etarli. Biroq, tenglamadan foydalangan holda, daromad ularning dizayni uchun xohlagan narsaga aylanishi mumkin.

2 -qadam: Band Pass filtri dizayni

O'tkazgichli filtr-bu yuqori o'tkazuvchanlik filtri va past o'tkazgichli filtr, odatda o'tkazuvchanlik diapazoni sifatida op-amp bilan birgalikda ishlaydi. O'tish diapazoni - bu o'tishi mumkin bo'lgan chastotalar diapazoni, yuqorida va pastda qolganlari rad etiladi. Sanoat standartlari shuni ko'rsatadiki, standart elektrokardiogrammada 0,5 Gts dan 150 Gts gacha bo'lgan o'tish chizig'i bo'lishi kerak [2]. Bu katta o'tish chizig'i yurakdan keladigan barcha elektr signallari yozilishini va ularning hech biri filtrlanmasligini ta'minlaydi. Xuddi shunday, bu o'tish diapazoni signalga xalaqit beradigan har qanday shahar siljishini rad etadi. Buni loyihalash uchun maxsus rezistorlar va kondansatkichlarni tanlash kerak, shunda yuqori o'tish chastotasi 0,5 Gts va past o'tish chastotasi 150 Gts bo'ladi. Yuqori o'tish va past o'tish filtrlari uchun chegara chastotasi tenglamasi quyidagicha: Fc = 1/(2*pi*RC). Hisob -kitoblarim uchun o'zboshimchalik bilan qarshilik tanlandi, keyin 4 -tenglama yordamida kondansatkich qiymati hisoblab chiqildi. Shunday qilib, yuqori o'tkazgichli filtr 100 000 ohmli rezistorli va 3,1831 mikrofaradli kondansatkichli bo'ladi. Xuddi shunday, past o'tish filtri qarshilik qiymati 100 000 ohm va kondansatör qiymati 10,61 nano-farad bo'ladi. Tartibga solingan qiymatlar bilan o'tkazuvchanlik filtrining diagrammasi ko'rsatilgan.

3 -qadam: Filtrni chizish dizayni

Chiziqli filtr, asosan, tarmoqli o'tkazgichli filtrga qarama -qarshi. Yuqori o'tish va past o'tish o'rniga, past o'tish, so'ngra yuqori o'tish, shuning uchun shovqinning kichik bir bandini deyarli yo'q qilish mumkin. Elektrokardiogrammaning filtrli filtri uchun Twin-T kanalli filtrli dizayn ishlatilgan. Ushbu dizayn markaziy chastotani filtrlash imkonini beradi va katta sifat omilini ta'minlaydi. Bunday holda, qutulish uchun markaz chastotasi 60 Gts edi. 4 -tenglama yordamida rezistor qiymatlari 0,1 mikrofaradlik kondansatkichning ma'lum qiymati yordamida hisoblab chiqilgan. 60 Gts to'xtash diapazoni uchun hisoblangan qarshilik qiymatlari 26, 525 ohm edi. Keyin R5 3 R3 va R4 ga teng deb hisoblandi. C3, shuningdek, C1 va C2 uchun tanlangan qiymatdan ikki baravar ko'p deb hisoblangan [3]. R1 va R2 uchun o'zboshimchalikli rezistorlar tanlangan.

4 -qadam: Kombinatsiyalash davri

To'rlar yordamida bu komponentlar ketma -ket joylashtirildi va tugallangan sxemaning tasviri tasvirlangan. Springer Science nashrida chop etilgan maqolaga ko'ra, butun sxemani o'rnatishda EKG sxemasining qabul qilinadigan daromadi 70 dB atrofida bo'lishi kerak [4].

5 -qadam: butun sxemani sinovdan o'tkazish

Barcha komponentlar ketma -ket joylashtirilganda, dizaynni tasdiqlash zarur edi. Ushbu sxemani sinovdan o'tkazishda, barcha komponentlarning bir ovozdan ishlayotganligini aniqlash uchun vaqtinchalik va o'zgaruvchan tokni tozalash o'tkazildi. Agar shunday bo'lganida, vaqtinchalik chiqish voltaji hali ham kirish voltajidan taxminan 1000 baravar ko'p bo'lar edi. Xuddi shunday, o'zgaruvchan tok o'tkazgichi o'tkazilganda, 60 Gts chastotali chiziqli tarmoqli o'tkazgichli filtrli tugma chizig'i kutiladi. Rasmdagi rasmlarga qaraganda, bu sxema ikkala maqsadni ham muvaffaqiyatli bajara oldi. Yana bir sinov, filtr filtrining samaradorligini ko'rish edi. Buni tekshirish uchun kontaktlarning zanglashiga 60 Gts signal uzatildi. Rasmda ko'rsatilgandek, bu chiqishning kattaligi kirish chastotasidan atigi 5 barobar katta edi, chastota o'tish chizig'ida bo'lganida 1000x.

6 -qadam: Resurslar:

[1] "EKG o'lchash tizimi," Columbia.edu, 2020. https://www.cisl.columbia.edu/kinget_group/student_projects/ECG%20Report/E6001%20ECG%20final%20report.htm (01 dekabrda kirilgan, 2020).

[2] L. G. Tereshchenko va M. E. Jozefson, "Ventrikulyar o'tkazuvchanlikning chastotali tarkibi va xususiyatlari", Elektrokardiologiya jurnali, vol. 48, yo'q. 6, 933–937 -betlar, 2015, doi: 10.1016/j.jelektrokart.2015.08.034.

[3] "Tarmoqli to'xtash filtrlari rad qilish filtrlari deb ataladi", Elektronika bo'yicha asosiy darsliklar, 22 may, 2018.

[4] N. Gyuler va U. Fidan, "EKG signalining simsiz uzatilishi", Springer Science, vol. 30, 2005 yil aprel, doi: 10.1007/s10916-005-7980-5.