التعليمات تصميم مخطط كهربية القلب الوظيفي مع التخطيط الآلي للإشارة الحيوية
تصميم مخطط كهربية القلب الوظيفي مع التخطيط الآلي للإشارة الحيوية
يجمع هذا المشروع كل ما تم تعلمه في هذا الفصل ويطبقه على مهمة واحدة. مهمتنا هي إنشاء دائرة يمكن استخدامها كمخطط كهربائي للقلب (ECG) باستخدام أجهزة amplifier ، مرشح تمرير منخفض ، ومرشح درجة. يستخدم مخطط كهربية القلب أقطابًا كهربائية موضوعة على الفرد لقياس نشاط القلب وعرضه. تم إجراء الحسابات بناءً على متوسط القلب البالغ ، وتم إنشاء مخططات الدائرة الأصلية على LTSpice للتحقق من ترددات الكسب والقطع. أهداف مشروع التصميم هذا هي كما يلي:
- تطبيق مهارات الأجهزة المكتسبة في المختبر هذا الفصل الدراسي
- تصميم وبناء والتحقق من وظائف جهاز الحصول على الإشارة
- تحقق من صحة الجهاز على موضوع بشري
لوازم:
- محاكي LTSpice (أو برنامج مشابه)
- مقاومات مختلفة
- مكثفات مختلفة
- Opamps
- أسلاك القطب
- حجم الإدخالtagالمصدر الإلكتروني
- جهاز لقياس حجم الإخراجtagه (أي راسم الذبذبات)
الخطوة 1: قم بإجراء الحسابات لكل مكون من مكونات الدائرة
تظهر الصور أعلاه الحسابات لكل دائرة. أدناه ، يشرح المزيد حول المكونات والحسابات التي تم إجراؤها.
الأجهزة Ampالقمامة
أجهزة amplifier ، أو IA ، يساعد على توفير قدر كبير من الكسب للإشارات منخفضة المستوى. يساعد في زيادة حجم الإشارة بحيث تكون أكثر وضوحًا ويمكن تحليل شكل الموجة.
بالنسبة للحسابات ، اخترنا قيمتين عشوائيتين للمقاوم لـ R1 و R2 ، وهما 5 kΩ و 10 kΩ ، على التوالي. نريد أيضًا أن يكون الكسب 1000 حتى يكون تحليل الإشارة أسهل. ثم يتم حل نسبة R3 و R4 بالمعادلة التالية:
صوت / (Vin1 - Vin2) = [1 + (2 * R2 / R1)] * (R4 / R3) -> R4 / R3 = 1000 / [1 + 2 * (10) / (5)] -> R4 / R3 = 200
ثم استخدمنا هذه النسبة لتحديد قيمة كل مقاوم. القيم كما يلي:
R3 = 1 كيلو أوم
تصفية الشق
يخفف مرشح القطع الإشارات داخل نطاق ضيق من الترددات أو يزيل ترددًا واحدًا. التردد الذي نريد إزالته في هذه الحالة هو 60 هرتز لأن معظم الضوضاء الصادرة عن الأجهزة الإلكترونية تكون بهذا التردد. عامل AQ هو نسبة التردد المركزي إلى النطاق الترددي ، كما أنه يساعد في وصف شكل مخطط الحجم. ينتج عن عامل Q الأكبر نطاق توقف أضيق. بالنسبة للحسابات ، سنستخدم قيمة Q تساوي 8.
قررنا اختيار قيم المكثفات التي لدينا. لذا ، C1 = C2 = 0.1 uF ، و C2 = 0.2 uF.
المعادلات التي سنستخدمها لحساب R1 و R2 و R3 هي كما يلي:
R1 = 1 / (4 * pi * Q * f * C1) = 1 / (4 * pi * 8 * 60 * 0.1E-6) = 1.6 كيلو أوم
R2 = (2 * Q) / (2 * pi * f * C1) = (2 * 8) / (2 * pi * 60 * 0.1E-6) = 424 كيلو أوم
R3 = (R1 * R2) / (R1 + R2) = (1.6 * 424) / (1.6 + 424) = 1.6 كيلو أوم
مرشح Lowpass
يخفف مرشح التمرير المنخفض الترددات العالية بينما يسمح بمرور الترددات المنخفضة. سيكون تردد القطع بقيمة 150 هرتز لأن هذه هي قيمة ECG الصحيحة للبالغين. أيضًا ، سيكون الكسب (قيمة K) 1 ، والثابتان a و b هما 1.414214 و 1 على التوالي.
اخترنا C1 ليساوي 68 nF لأن لدينا هذا المكثف. للثانية C2 استخدمنا المعادلة التالية:
C2> = (C2 * 4 * b) / [a ^ 2 + 4 * b (K-1)] = (68E-9 * 4 * 1) / [1.414214 ^ 2 + 4 * 1 (1-1)] -> C2> = 1.36E-7
لذلك ، اخترنا C2 ليساوي 0.15 uF
لحساب قيمتي المقاوم ، كان علينا استخدام المعادلات التالية:
R1 = 2 / (2 * pi * f * [a * C2 + sqrt ([a ^ 2 + 4 * b (K-1)] * C2 ^ 2 - 4 * b * C1 * C2)] = 7.7 كيلو أوم
R2 = 1 / (b * C1 * C2 * R1 * (2 * pi * f) ^ 2) = 14.4 كيلو أوم
الخطوة 2: إنشاء مخططات على LTSpice
تم إنشاء المكونات الثلاثة وتشغيلها بشكل فردي على LTSpice مع تحليل اكتساح التيار المتردد. القيم المستخدمة هي تلك التي حسبناها في الخطوة 1.
الخطوة 3: بناء الأجهزة Ampلي إيه
قمنا ببناء الأجهزة amplifier على اللوح باتباع المخطط على LTSpice. بمجرد بنائه ، المدخلات (أصفر) والإخراج (الأخضر) المجلدtagتم عرض es. الخط الأخضر له مكاسب قدرها 743.5X فقط مقارنة بالخط الأصفر.
الخطوة 4: بناء تصفية الشق
بعد ذلك ، قمنا ببناء مرشح الشق على اللوح بناءً على التخطيطي المصنوع على LTSpice. تم بناؤه بجوار دائرة IA. ثم قمنا بتسجيل المدخلات والمخرجات المجلدtagقيم e عند ترددات مختلفة لتحديد الحجم. ثم قمنا برسم المقدار مقابل التردد على قطعة الأرض لمقارنتها بمحاكاة LTSpice. الشيء الوحيد الذي قمنا بتغييره هو قيم C3 و R2 وهي 0.22 uF و 430 kΩ على التوالي. مرة أخرى ، التردد الذي تزيله هو 60 هرتز.
الخطوة 5: بناء مرشح Lowpass
قمنا بعد ذلك ببناء مرشح التمرير المنخفض على اللوح بناءً على المخطط على LTSpice بجوار مرشح الشق. ثم قمنا بتسجيل المدخلات والمخرجات المجلدtages بترددات مختلفة لتحديد المقدار. ثم رسمنا الحجم والتردد لمقارنته بمحاكاة LTSpice. القيمة الوحيدة التي قمنا بتغييرها لهذا الفلتر كانت C2 وهي 0.15 فائق التوهج. تردد القطع الذي كنا نتحقق منه هو 150 هرتز.
الخطوة 6: اختبار على الإنسان
أولاً ، قم بتوصيل المكونات الفردية الثلاثة للدائرة معًا. ثم اختبرها بنبضات قلب محاكية للتأكد من أن كل شيء يعمل. ثم ضع الأقطاب الكهربائية على الفرد بحيث يكون الموجب على الرسغ الأيمن والسالب على الكاحل الأيسر والأرض على الكاحل الأيمن. بمجرد أن يصبح الفرد جاهزًا ، قم بتوصيل بطارية 9 فولت لتشغيل المرجعamps وعرض إشارة الخرج. لاحظ أن الفرد يجب أن يظل ثابتًا لمدة 10 ثوانٍ تقريبًا للحصول على قراءة دقيقة.
تهانينا ، لقد نجحت في إنشاء مخطط كهربية القلب تلقائيًا!
المستندات / الموارد
 |
التعليمات تصميم مخطط كهربية القلب الوظيفي مع التخطيط الآلي للإشارة الحيوية [بي دي اف] تعليمات تصميم مخطط كهربية القلب الوظيفي مع التخطيط الآلي للإشارة الحيوية ، وتصميم مخطط كهربية القلب الوظيفي ، وتخطيط القلب الوظيفي ، وتخطيط الإشارة الحيوية |
