juhised Looge funktsionaalne EKG biosignaali automaatse graafikuga
Looge funktsionaalne EKG biosignaali automaatse graafikuga
See projekt ühendab kõik sellel semestril õpitud ja rakendab seda ühele ülesandele. Meie ülesanne on luua aparatuuri abil elektrokardiogrammina (EKG) kasutatav ahel. amptõsteseade, madalpääsfilter ja sälkfilter. EKG-s kasutatakse südametegevuse mõõtmiseks ja kuvamiseks inimesele asetatud elektroode. Arvutused tehti keskmise täiskasvanu südame põhjal ja LTSpice'is loodi algsed vooluahela skeemid, et kontrollida võimendus- ja piirsagedusi. Selle disainiprojekti eesmärgid on järgmised:
- Rakendage sellel semestril laboris õpitud instrumenteerimisoskusi
- Projekteerige, ehitage ja kontrollige signaali kogumisseadme funktsionaalsust
- Kontrollige seadet inimesel
Tarned:
- LTSpice simulaator (või sarnane tarkvara) Breadboard
- Erinevad takistid
- Erinevad kondensaatorid
- Opamps
- Elektroodide juhtmed
- Sisendi mahttage allikas
- Seade väljundmahu mõõtmisekstage (st ostsilloskoop)
1. samm: Tehke arvutused iga vooluahela komponendi jaoks
Ülaltoodud piltidel on näidatud iga vooluahela arvutused. Allpool selgitatakse täpsemalt komponentide ja tehtud arvutuste kohta.
Instrumentatsioon Ampelujõulisem
Instrumentaal amplifier ehk IA aitab madala tasemega signaalide jaoks suurt võimendust pakkuda. See aitab suurendada signaali suurust, et see oleks paremini nähtav ja lainekuju saaks analüüsida.
Arvutusteks valisime R1 ja R2 jaoks kaks juhuslikku takisti väärtust, mis on vastavalt 5 kΩ ja 10 kΩ. Samuti tahame, et võimendus oleks 1000, et signaali oleks lihtsam analüüsida. Seejärel lahendatakse R3 ja R4 suhe järgmise võrrandiga:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2* (10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Seejärel kasutasime seda suhet, et otsustada, milline on iga takisti väärtus. Väärtused on järgmised:
R3 = 1 kΩ
Sälgfilter
Sälkfilter nõrgendab signaale kitsas sagedusribas või eemaldab ühe sageduse. Sagedus, mida soovime sel juhul eemaldada, on 60 Hz, kuna enamik elektroonikaseadmete tekitatud müra on sellel sagedusel. AQ tegur on kesksageduse ja ribalaiuse suhe ning see aitab kirjeldada ka suurusgraafiku kuju. Suurema Q-teguri tulemuseks on kitsam peatusriba. Arvutusteks kasutame Q väärtust 8.
Otsustasime valida kondensaatori väärtused, mis meil olid. Niisiis, C1 = C2 = 0.1 uF ja C2 = 0.2 uF.
Võrrandid, mida me kasutame R1, R2 ja R3 arvutamiseks, on järgmised:
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
Madalpääsfilter
Madalpääsfilter summutab kõrgeid sagedusi, võimaldades samal ajal läbida madalamaid sagedusi. Piirsageduse väärtus on 150 Hz, kuna see on täiskasvanute jaoks õige EKG väärtus. Samuti on võimendus (K väärtus) 1 ning konstandid a ja b on vastavalt 1.414214 ja 1.
Valisime C1 väärtuseks 68 nF, kuna meil oli see kondensaator. C2 jaoks kasutasime järgmist võrrandit:
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
Seetõttu valisime C2 väärtuseks 0.15 uF
Kahe takisti väärtuse arvutamiseks pidime kasutama järgmisi võrrandeid:
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
2. samm: Looge LTSpice'is skeemid
Kõik kolm komponenti loodi ja käitati individuaalselt LTSpice'is koos vahelduvvoolu analüüsiga. Kasutatud väärtused on need, mille arvutasime 1. etapis.
3. samm: Ehitage instrumentatsioon Amplahjem
Ehitasime mõõteriistad amptõsteplaadil, järgides LTSpice'i skeemi. Kui see oli ehitatud, siis sisend (kollane) ja väljund (roheline) voltages näidati. Rohelisel joonel on kollase joonega võrreldes ainult 743.5-kordne kasum.
4. samm: Ehitage sälkfilter
Järgmisena ehitasime LTSpice'is tehtud skeemi alusel leivaplaadile sälgufiltri. See ehitati IA vooluringi kõrvale. Seejärel salvestasime sisendi ja väljundi voltage väärtused erinevatel sagedustel suuruse määramiseks. Seejärel koostasime graafiku suuruse ja sageduse graafiku, et võrrelda seda LTSpice'i simulatsiooniga. Ainus, mida muutsime, oli C3 ja R2 väärtused, mis on vastavalt 0.22 uF ja 430 kΩ. Jällegi on selle eemaldatav sagedus 60 Hz.
5. samm: Ehitage madalpääsfilter
Seejärel ehitasime madalpääsfiltri leivaplaadile LTSpice'i skeemi alusel sälkfiltri kõrvale. Seejärel salvestasime sisendi ja väljundi voltages erinevatel sagedustel suuruse määramiseks. Seejärel joonistasime graafiku suuruse ja sageduse, et võrrelda seda LTSpice'i simulatsiooniga. Ainus väärtus, mida selle filtri puhul muutsime, oli C2, mis on 0.15 uF. Lõppsagedus, mida me kontrollisime, on 150 Hz.
6. samm: Test inimobjektil
Esiteks ühendage ahela kolm eraldi komponenti kokku. Seejärel testige seda simuleeritud südamelöögiga, et veenduda, et kõik töötab. Seejärel asetage elektroodid inimesele nii, et positiivne on paremal randmel, negatiivne on vasakul pahkluul ja maapind on paremal randmel. Kui inimene on valmis, ühendage opsüsteemi toiteks 9 V akuamps ja kuvage väljundsignaal. Pange tähele, et täpse näidu saamiseks peaks inimene umbes 10 sekundit väga paigal püsima.
Õnnitleme, olete edukalt loonud automaatse EKG!
Dokumendid / Ressursid
 |
juhised Looge funktsionaalne EKG biosignaali automaatse graafikuga [pdfJuhised Kavandage funktsionaalne EKG biosignaali automaatse graafikuga, kujundage funktsionaalne EKG, funktsionaalne EKG, biosignaali joonistamine |
