instructables 생체 신호 지침의 자동 플로팅으로 기능적 ECG 설계

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1 instructables 생체 신호의 자동 플로팅을 통해 기능적 ECG 설계

instructables 생체 신호의 자동 플로팅을 통해 기능적 ECG 설계

생체 신호의 자동 플로팅을 통해 기능적 ECG 설계

이 프로젝트는 이번 학기에 배운 모든 내용을 결합하여 하나의 작업에 적용합니다. 우리의 임무는 계측기를 사용하여 심전도(ECG)로 사용할 수 있는 회로를 만드는 것입니다. amp필터, 저역통과 필터, 노치 필터. ECG는 개인에게 배치된 전극을 사용하여 심장 활동을 측정하고 표시합니다. 평균 성인 심장을 기준으로 계산이 이루어졌으며 이득 및 차단 주파수를 확인하기 위해 LTSpice에서 원래 회로 도식을 작성했습니다. 이번 디자인 프로젝트의 목적은 다음과 같습니다.

이번 학기 연구실에서 배운 계측 기술을 적용해 보세요.
신호 수집 장치의 기능을 설계, 구축 및 검증합니다.
인간을 대상으로 장치 검증

용품:

LTSpice 시뮬레이터(또는 유사한 소프트웨어) 브레드보드
다양한 저항기
다양한 콘덴서
Opamps
전극선
입력 볼륨tag전자 소스
출력량을 측정하는 장치tage(예: 오실로스코프)

1단계: 각 회로 구성요소에 대한 계산 수행
위 이미지는 각 회로에 대한 계산을 보여줍니다. 아래에서는 구성 요소와 수행된 계산에 대해 자세히 설명합니다.
수단 Amp리퍼
계측 amplifier 또는 IA는 낮은 레벨 신호에 대해 많은 양의 이득을 제공하는 데 도움이 됩니다. 이는 신호의 크기를 늘려 더 잘 보이고 파형을 분석할 수 있도록 도와줍니다.
계산을 위해 R1과 R2에 대해 각각 5kΩ과 10kΩ인 두 개의 임의 저항 값을 선택했습니다. 또한 신호를 더 쉽게 분석할 수 있도록 이득을 1000으로 설정하고 싶습니다. R3와 R4의 비율은 다음 방정식으로 해결됩니다.
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
그런 다음 해당 비율을 사용하여 각 저항 값을 결정했습니다. 값은 다음과 같습니다.
R3 = 1kΩ

노치 필터
노치 필터는 좁은 주파수 대역 내의 신호를 감쇠하거나 단일 주파수를 제거합니다. 이 경우 제거하려는 주파수는 60Hz입니다. 전자 장치에서 발생하는 대부분의 소음이 해당 주파수에 있기 때문입니다. AQ 인자는 중심 주파수 대 대역폭의 비율이며 크기 플롯의 모양을 설명하는 데도 도움이 됩니다. Q 인자가 클수록 정지 대역은 더 좁아집니다. 계산에는 Q 값 8을 사용합니다.
우리는 우리가 갖고 있는 커패시터 값을 선택하기로 결정했습니다. 따라서 C1 = C2 = 0.1uF, C2 = 0.2uF입니다.
R1, R2 및 R3을 계산하는 데 사용할 방정식은 다음과 같습니다.
R1 = 1 / (4*pi*Q*f*C1) = 1 / (4*pi*8*60*0.1E-6) = 1.6kΩ
R2 = (2*Q) / (2*pi*f*C1) = (2*8) / (2*pi*60*0.1E-6) = 424kΩ
R3 = (R1*R2) / (R1 + R2) = (1.6*424) / (1.6 + 424) = 1.6kΩ

저역 통과 필터
저역 통과 필터는 낮은 주파수가 통과하도록 허용하면서 높은 주파수를 감쇠시킵니다. 차단 주파수의 값은 150Hz입니다. 이는 성인의 올바른 ECG 값이기 때문입니다. 또한 게인(K값)은 1이 되고, 상수 a와 b는 각각 1.414214와 1이 됩니다.
우리는 해당 커패시터가 있었기 때문에 C1을 68nF로 선택했습니다. C2를 찾기 위해 다음 방정식을 사용했습니다.
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
따라서 우리는 C2를 0.15uF로 선택했습니다.
두 저항 값을 계산하려면 다음 방정식을 사용해야 했습니다.
R1 = 2 / (2*pi*f*[a*C2 + sqrt([a^2 + 4*b(K-1)]*C2^2 – 4*b*C1*C2)] = 7.7kΩ
R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*(2*pi*f)^2) = 14.4kΩ

2단계: LTSpice에서 회로도 생성
세 가지 구성 요소는 모두 AC 스윕 분석을 통해 LTSpice에서 개별적으로 생성 및 실행되었습니다. 사용된 값은 1단계에서 계산한 값입니다.

3단계: 계측 구축 Amp라이터
우리는 계측기를 구축했습니다. ampLTSpice의 회로도를 따라 브레드보드에 lifier를 추가합니다. 일단 빌드되면 입력(노란색)과 출력(녹색) voltages가 표시되었습니다. 녹색 선은 노란색 선에 비해 743.5X의 이득만 가집니다.

4단계: 노치 필터 구축
다음으로 LTSpice에서 만든 회로도를 기반으로 브레드보드에 노치 필터를 구축했습니다. IA 회로 옆에 지어졌습니다. 그런 다음 입력 및 출력 볼륨을 기록했습니다.tag크기를 결정하기 위해 다양한 주파수의 e 값을 사용합니다. 그런 다음 플롯에 크기와 주파수를 그래프로 표시하여 이를 LTSpice 시뮬레이션과 비교했습니다. 우리가 변경한 유일한 것은 C3과 R2의 값이 각각 0.22uF와 430kΩ이었습니다. 다시 말하지만, 제거되는 주파수는 60Hz입니다.

5단계: 저역통과 필터 구축
그런 다음 노치 필터 옆에 있는 LTSpice의 회로도를 기반으로 브레드보드에 저역 통과 필터를 구축했습니다. 그런 다음 입력 및 출력 볼륨을 기록했습니다.tag크기를 결정하기 위해 다양한 주파수를 사용합니다. 그런 다음 크기와 주파수를 플롯하여 LTSpice 시뮬레이션과 비교했습니다. 이 필터에 대해 변경한 유일한 값은 2uF인 C0.15였습니다. 우리가 확인한 차단 주파수는 150Hz입니다.

6단계: 인간을 대상으로 한 시험
먼저 회로의 세 가지 개별 구성요소를 함께 연결합니다. 그런 다음 시뮬레이션된 심장 박동으로 테스트하여 모든 것이 제대로 작동하는지 확인하세요. 그런 다음 전극을 개인에게 배치하여 양극이 오른쪽 손목에, 음극이 왼쪽 발목에, 접지가 오른쪽 발목에 위치하도록 합니다. 개인이 준비되면 9V 배터리를 연결하여 작동에 전원을 공급합니다.amps를 입력하고 출력 신호를 표시합니다. 정확한 판독값을 얻으려면 개인이 약 10초 동안 매우 가만히 있어야 합니다.
축하합니다. 자동화된 ECG를 성공적으로 생성했습니다!