instructables Diseñe un ECG funcional con trazado automatizado de la bioseñal
Diseñe un ECG funcional con trazado automatizado de la bioseñal
Este proyecto combina todo lo aprendido este semestre y lo aplica a una sola tarea. Nuestra tarea es crear un circuito que pueda usarse como electrocardiograma (ECG) mediante el uso de instrumentación. ampFiltro de paso bajo y filtro de muesca. Un ECG utiliza electrodos colocados sobre un individuo para medir y mostrar la actividad cardíaca. Los cálculos se realizaron basándose en el corazón adulto promedio y los esquemas del circuito original se crearon en LTSpice para verificar la ganancia y las frecuencias de corte. Los objetivos de este proyecto de diseño son los siguientes:
- Aplicar las habilidades de instrumentación aprendidas en el laboratorio este semestre.
- Diseñar, construir y verificar la funcionalidad de un dispositivo de adquisición de señales.
- Validar el dispositivo en un sujeto humano
Suministros:
- Simulador LTSpice (o software similar)
- Varias resistencias
- Varios condensadores
- Opamps
- Alambres de electrodos
- Vol de entradatage fuente
- Dispositivo para medir el volumen de salida.tage (es decir, osciloscopio)
Paso 1: Haga los cálculos para cada componente del circuito
Las imágenes de arriba muestran los cálculos para cada circuito. A continuación, se explica más sobre los componentes y los cálculos realizados.
Instrumentación Ampmás vivaz
una instrumentación ampEl amplificador, o IA, ayuda a proporcionar una gran cantidad de ganancia para señales de bajo nivel. Ayuda a aumentar el tamaño de la señal para que sea más visible y se pueda analizar la forma de onda.
Para los cálculos, elegimos dos valores de resistencia aleatorios para R1 y R2, que son 5 kΩ y 10 kΩ, respectivamente. También queremos que la ganancia sea 1000 para que la señal sea más fácil de analizar. Luego, la relación para R3 y R4 se resuelve mediante la siguiente ecuación:
Vsalida / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Luego usamos esa relación para decidir cuál será el valor de cada resistencia. Los valores son los siguientes:
R3 = 1 kΩ
Filtro de muesca
Un filtro de muesca atenúa las señales dentro de una banda estrecha de frecuencias o elimina una sola frecuencia. La frecuencia que queremos eliminar en este caso es 60 Hz porque la mayor parte del ruido producido por los dispositivos electrónicos se produce en esa frecuencia. El factor AQ es la relación entre la frecuencia central y el ancho de banda y también ayuda a describir la forma del gráfico de magnitud. Un factor Q mayor da como resultado una banda de parada más estrecha. Para los cálculos, usaremos un valor Q de 8.
Decidimos elegir los valores de condensadores que teníamos. Entonces, C1 = C2 = 0.1 uF y C2 = 0.2 uF.
Las ecuaciones que usaremos para calcular R1, R2 y R3 son las siguientes:
R1 = 1 / (4*pi*Q*f*C1) = 1 / (4*pi*8*60*0.1E-6) = 1.6 kΩ
R2 = (2*Q) / (2*pi*f*C1) = (2*8) / (2*pi*60*0.1E-6) = 424 kΩ
R3 = (R1*R2) / (R1 + R2) = (1.6*424) / (1.6 + 424) = 1.6 kΩ
Filtro de paso bajo
Un filtro de paso bajo atenúa las frecuencias altas y permite el paso de las frecuencias más bajas. La frecuencia de corte tendrá un valor de 150 Hz porque ese es el valor de ECG correcto para adultos. Además, la ganancia (valor K) será 1 y las constantes a y b son 1.414214 y 1, respectivamente.
Elegimos C1 para que sea igual a 68 nF porque teníamos ese condensador. Para encontrar C2 utilizamos la siguiente ecuación:
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
Por lo tanto, elegimos C2 para que sea igual a 0.15 uF.
Para calcular los dos valores de resistencia, tuvimos que usar las siguientes ecuaciones:
R1 = 2 / (2*pi*f*[a*C2 + sqrt([a^2 + 4*b(K-1)]*C2^2 – 4*b*C1*C2)] = 7.7 kΩ
R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*(2*pi*f)^2) = 14.4 kΩ
Paso 2: Crear esquemas en LTSpice
Los tres componentes se crearon y ejecutaron individualmente en LTSpice con un análisis de barrido de CA. Los valores utilizados son los que calculamos en el paso 1.
Paso 3: Construya la instrumentación Ampli fi er
Construimos la instrumentación. amplificador en la placa siguiendo el esquema en LTSpice. Una vez construido, el volumen de entrada (amarillo) y salida (verde).tagse mostraron. La línea verde solo tiene una ganancia de 743.5 veces en comparación con la línea amarilla.
Paso 4: Construya el filtro de muesca
A continuación, construimos el filtro de muesca en la placa según el esquema realizado en LTSpice. Fue construido junto al circuito IA. Luego registramos el volumen de entrada y salida.tagvalores e en varias frecuencias para determinar la magnitud. Luego, graficamos la magnitud versus la frecuencia en el gráfico para compararlo con la simulación de LTSpice. Lo único que cambiamos fueron los valores de C3 y R2 que son 0.22 uF y 430 kΩ, respectivamente. Nuevamente, la frecuencia que elimina es 60 Hz.
Paso 5: Construya el filtro de paso bajo
Luego construimos el filtro de paso bajo en la placa según el esquema de LTSpice al lado del filtro de muesca. Luego registramos el volumen de entrada y salida.tages en varias frecuencias para determinar la magnitud. Luego, trazamos la magnitud y la frecuencia para compararlas con la simulación de LTSpice. El único valor que cambiamos para este filtro fue C2, que es 0.15 uF. La frecuencia de corte que estábamos verificando es de 150 Hz.
Paso 6: Prueba en un sujeto humano
Primero, conecte los tres componentes individuales del circuito. Luego, pruébelo con un latido cardíaco simulado para asegurarse de que todo esté funcionando. Luego, coloque los electrodos en el individuo de modo que el positivo esté en la muñeca derecha, el negativo en el tobillo izquierdo y el suelo en el tobillo derecho. Una vez que el individuo esté listo, conecte una batería de 9 V para alimentar el operador.amps y muestra la señal de salida. Tenga en cuenta que el individuo debe permanecer muy quieto durante unos 10 segundos para obtener una lectura precisa.
¡Felicitaciones, ha creado con éxito un ECG automatizado!
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