निर्देशयोग्य बायोसिग्नल के स्वचालित प्लॉटिंग के साथ एक कार्यात्मक ईसीजी डिज़ाइन करते हैं
बायोसिग्नल की स्वचालित प्लॉटिंग के साथ एक कार्यात्मक ईसीजी डिज़ाइन करें
यह परियोजना इस सेमेस्टर में सीखी गई हर चीज को जोड़ती है और इसे एक ही कार्य पर लागू करती है। हमारा काम एक सर्किट बनाना है जो एक उपकरण का उपयोग कर इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (ईसीजी) के रूप में उपयोग करने में सक्षम है ampलाइफर, लोपास फिल्टर और नॉच फाई लेटर। एक ईसीजी हृदय गतिविधि को मापने और प्रदर्शित करने के लिए एक व्यक्ति पर रखे इलेक्ट्रोड का उपयोग करता है। गणना औसत वयस्क दिल के आधार पर की गई थी, और लाभ और कटऑफ आवृत्तियों को सत्यापित करने के लिए LTSpice पर मूल सर्किट योजनाबद्ध बनाए गए थे। इस डिजाइन परियोजना के उद्देश्य इस प्रकार हैं:
- प्रयोगशाला में इस सेमेस्टर में सीखा उपकरण कौशल लागू करें
- सिग्नल अधिग्रहण डिवाइस की कार्यक्षमता को डिज़ाइन, निर्माण और सत्यापित करें
- मानव विषय पर डिवाइस को मान्य करें
आपूर्ति:
- LTSpice सिम्युलेटर (या समान सॉफ़्टवेयर) ब्रेडबोर्ड
- विभिन्न प्रतिरोधक
- विभिन्न कैपेसिटर
- Opamps
- इलेक्ट्रोड तार
- इनपुट वॉल्यूमtagई स्रोत
- आउटपुट वॉल्यूम मापने के लिए डिवाइसtagई (यानी आस्टसीलस्कप)
स्टेप 1: प्रत्येक सर्किट घटक के लिए गणना करें
ऊपर दी गई छवियां प्रत्येक सर्किट के लिए गणना दिखाती हैं। नीचे, यह घटकों और की गई गणनाओं के बारे में अधिक बताता है।
उपकरण Ampजीवन भर
एक उपकरण ampलीफायर, या आईए, निम्न स्तर के संकेतों के लिए बड़ी मात्रा में लाभ प्रदान करने में मदद करता है। यह सिग्नल के आकार को बढ़ाने में मदद करता है इसलिए यह अधिक दिखाई देता है और तरंग का विश्लेषण किया जा सकता है।
गणना के लिए, हमने R1 और R2 के लिए दो यादृच्छिक प्रतिरोधक मान चुने, जो क्रमशः 5 kΩ और 10 kΩ हैं। हम यह भी चाहते हैं कि लाभ 1000 हो ताकि सिग्नल का विश्लेषण करना आसान हो जाए। R3 और R4 के अनुपात को निम्नलिखित समीकरण द्वारा हल किया जाता है:
वाउट / (Vin1 - Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) -> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] -> R4/ आर 3 = 200
फिर हमने उस अनुपात का उपयोग यह तय करने के लिए किया कि प्रत्येक प्रतिरोधक मान क्या होगा। मान इस प्रकार हैं:
आर3 = 1 किलोΩ
नोच फिल्टर
एक पायदान फिल्टर आवृत्तियों के एक संकीर्ण बैंड के भीतर संकेतों को क्षीण करता है या एकल आवृत्ति को हटा देता है। इस मामले में हम जिस आवृत्ति को हटाना चाहते हैं वह 60 हर्ट्ज है क्योंकि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों द्वारा उत्पादित अधिकांश शोर उस आवृत्ति पर होता है। AQ कारक बैंडविड्थ के लिए केंद्र आवृत्ति का अनुपात है, और यह परिमाण प्लॉट के आकार का वर्णन करने में भी मदद करता है। बड़ा Q फ़ैक्टर संकरे स्टॉप बैंड में परिणत होता है। गणना के लिए, हम 8 के Q मान का उपयोग करेंगे।
हमने अपने पास कैपेसिटर वैल्यू चुनने का फैसला किया। तो, C1 = C2 = 0.1 uF, और C2 = 0.2 uF।
R1, R2 और R3 की गणना के लिए हम जिन समीकरणों का उपयोग करेंगे, वे इस प्रकार हैं:
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
आर3 = (आर1*आर2) / (आर1 + आर2) = (1.6*424) / (1.6 + 424) = 1.6 केΩ
लो पास फिल्टर
एक कम पास फिल्टर उच्च आवृत्तियों को क्षीण करता है जबकि कम आवृत्तियों को गुजरने की अनुमति देता है। कटऑफ फ्रीक्वेंसी का मान 150 हर्ट्ज होगा क्योंकि यह वयस्कों के लिए सही ईसीजी मान है। साथ ही, लाभ (K मान) 1 होगा, और स्थिरांक a और b क्रमशः 1.414214 और 1 हैं।
हमने C1 को 68 nF के बराबर चुना क्योंकि हमारे पास वह कैपेसिटर था। C2 को खोजने के लिए हमने निम्नलिखित समीकरण का उपयोग किया:
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
इसलिए, हमने C2 को 0.15 uF के बराबर चुना
दो प्रतिरोधक मानों की गणना करने के लिए, हमें निम्नलिखित समीकरणों का उपयोग करना पड़ा:
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
स्टेप 2: एलटीस्पाइस पर स्कैमैटिक्स बनाएं
सभी तीन घटकों को एसी स्वीप विश्लेषण के साथ एलटीस्पाइस पर व्यक्तिगत रूप से बनाया और चलाया गया था। उपयोग किए गए मान वे हैं जिन्हें हमने चरण 1 में परिकलित किया था।
स्टेप 3: इंस्ट्रूमेंटेशन बनाएँ Ampलिसेर
हमने इंस्ट्रूमेंटेशन बनाया ampLTSpice पर आरेख का अनुसरण करके ब्रेडबोर्ड पर लिफ़ायर। एक बार यह बन जाने के बाद, इनपुट (पीला) और आउटपुट (हरा) वॉल्यूमtagतों प्रदर्शित किए गए। पीली लाइन की तुलना में ग्रीन लाइन में केवल 743.5X का लाभ है।
स्टेप 4: पायदान फ़िल्टर बनाएँ
इसके बाद, हमने LTSpice पर बने आरेख के आधार पर ब्रेडबोर्ड पर नॉच फ़िल्टर बनाया। इसे IA सर्किट के बगल में बनाया गया था। फिर हमने इनपुट और आउटपुट वॉल्यूम रिकॉर्ड कियाtagपरिमाण निर्धारित करने के लिए विभिन्न आवृत्तियों पर ई मान। फिर, हमने LTSpice सिमुलेशन से तुलना करने के लिए प्लॉट पर परिमाण बनाम आवृत्ति का रेखांकन किया। केवल एक चीज़ जो हमने बदली वह थी C3 और R2 के मान जो क्रमशः 0.22 uF और 430 kΩ हैं। दोबारा, यह जिस आवृत्ति को हटा रहा है वह 60 हर्ट्ज है।
स्टेप 5: लोपास फ़िल्टर बनाएँ
फिर हमने नोच फिल्टर के बगल में LTSpice पर योजनाबद्ध के आधार पर ब्रेडबोर्ड पर लो पास फिल्टर बनाया। फिर हमने इनपुट और आउटपुट वॉल्यूम रिकॉर्ड कियाtagपरिमाण निर्धारित करने के लिए विभिन्न आवृत्तियों पर es। फिर, हमने इसकी तुलना LTSpice सिमुलेशन से करने के लिए परिमाण और आवृत्ति को प्लॉट किया। इस फ़िल्टर के लिए हमने जो एकमात्र मान बदला वह C2 था जो कि 0.15 uF है। हम जिस कटऑफ फ्रीक्वेंसी की पुष्टि कर रहे थे वह 150 हर्ट्ज है।
स्टेप 6: मानव विषय पर परीक्षण
सबसे पहले, सर्किट के तीन अलग-अलग घटकों को एक साथ जोड़ दें। फिर, यह सुनिश्चित करने के लिए कि सब कुछ काम कर रहा है, नकली दिल की धड़कन के साथ इसका परीक्षण करें। फिर, इलेक्ट्रोड को व्यक्ति पर रखें ताकि सकारात्मक दाहिनी कलाई पर हो, नकारात्मक बाएं टखने पर हो, और जमीन दाहिने टखने पर हो। एक बार जब व्यक्ति तैयार हो जाए, तो ऑप को पावर देने के लिए 9V की बैटरी कनेक्ट करेंampएस और आउटपुट सिग्नल प्रदर्शित करें। ध्यान दें कि सटीक रीडिंग प्राप्त करने के लिए व्यक्ति को लगभग 10 सेकंड के लिए बहुत स्थिर रहना चाहिए।
बधाई हो, आपने सफलतापूर्वक एक स्वचालित ईसीजी बना लिया है!
दस्तावेज़ / संसाधन
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