Talimatlar Biyosinyalin Otomatik Çizilmesiyle İşlevsel Bir EKG Tasarlayın
Biyosinyalin Otomatik Çizilmesiyle İşlevsel Bir EKG Tasarlayın
Bu proje, bu dönem öğrenilen her şeyi birleştirir ve tek bir göreve uygular. Görevimiz, bir enstrümantasyon kullanarak elektrokardiyogram (EKG) olarak kullanılabilecek bir devre oluşturmaktır. amplifier, alçak geçiren filtre ve çentik filtre. Bir EKG, kalp aktivitesini ölçmek ve görüntülemek için bireye yerleştirilen elektrotları kullanır. Hesaplamalar ortalama yetişkin kalbi temel alınarak yapıldı ve kazanç ve kesme frekanslarını doğrulamak için orijinal devre şemaları LTSpice üzerinde oluşturuldu. Bu tasarım projesinin amaçları aşağıdaki gibidir:
- Bu dönem laboratuvarda öğrenilen enstrümantasyon becerilerini uygulayın
- Bir sinyal toplama cihazının işlevselliğini tasarlayın, oluşturun ve doğrulayın
- Cihazı bir insan denekte doğrulayın
Tedarik:
- LTSpice simülatörü (veya benzer yazılım) Breadboard
- çeşitli dirençler
- çeşitli kapasitörler
- Opamps
- elektrot telleri
- giriş hacmitage kaynak
- Çıktı hacmini ölçmek için cihaztage (yani osiloskop)
Adım 1: Her Devre Elemanı İçin Hesaplamaları Yapın
Yukarıdaki resimler her devre için hesaplamaları göstermektedir. Aşağıda, bileşenler ve yapılan hesaplamalar hakkında daha fazla bilgi verilmektedir.
Enstrümantasyon Ampcankurtaran
bir enstrümantasyon amplifier veya IA, düşük seviyeli sinyaller için büyük miktarda kazanç sağlamaya yardımcı olur. Sinyalin boyutunu artırmaya yardımcı olur, böylece daha görünür olur ve dalga formu analiz edilebilir.
Hesaplamalar için, R1 ve R2 için sırasıyla 5 kΩ ve 10 kΩ olan iki rasgele direnç değeri seçtik. Sinyalin daha kolay analiz edilebilmesi için kazancın da 1000 olmasını istiyoruz. R3 ve R4'ün oranı daha sonra aşağıdaki denklemle çözülür:
Vout / (Vin1 – Vin2) = [1 + (2*R2/R1)] * (R4/R3) –> R4/R3 = 1000 / [1 + 2*(10) / (5)] –> R4/ R3 = 200
Daha sonra, her bir direnç değerinin ne olacağına karar vermek için bu oranı kullandık. Değerler aşağıdaki gibidir:
R3 = 1 kΩ
Çentik Filtresi
Bir çentik filtresi, dar bir frekans bandındaki sinyalleri zayıflatır veya tek bir frekansı kaldırır. Bu durumda kaldırmak istediğimiz frekans 60 Hz'dir çünkü elektronik cihazların ürettiği gürültünün çoğu bu frekanstadır. AQ faktörü, merkez frekansın bant genişliğine oranıdır ve ayrıca büyüklük grafiğinin şeklini tanımlamaya yardımcı olur. Daha büyük bir Q faktörü, daha dar bir durdurma bandıyla sonuçlanır. Hesaplamalar için Q değeri 8 kullanacağız.
Elimizdeki kapasitör değerlerini seçmeye karar verdik. Yani, C1 = C2 = 0.1 uF ve C2 = 0.2 uF.
R1, R2 ve R3'ü hesaplamak için kullanacağımız denklemler aşağıdaki gibidir:
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
Alçak geçiş filtresi
Düşük geçişli bir filtre, düşük frekansların geçmesine izin verirken yüksek frekansları azaltır. Kesme frekansı 150 Hz değerine sahip olacaktır çünkü bu yetişkinler için doğru EKG değeridir. Ayrıca kazanç (K değeri) 1 olacaktır ve a ve b sabitleri sırasıyla 1.414214 ve 1'dir.
C1'i 68 nF'ye eşit olarak seçtik çünkü o kapasitöre sahibiz. C2'yi bulmak için aşağıdaki denklemi kullandık:
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
Bu nedenle, C2'yi 0.15 uF'ye eşit olarak seçtik.
İki direnç değerini hesaplamak için aşağıdaki denklemleri kullanmamız gerekiyordu:
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
Adım 2: LTSpice'te Şemalar Oluşturun
Üç bileşenin tümü, bir AC tarama analiziyle LTSpice üzerinde ayrı ayrı oluşturuldu ve çalıştırıldı. Kullanılan değerler, 1. adımda hesapladığımız değerlerdir.
Adım 3: Enstrümantasyon Oluşturun Ampcanlandırıcı
Enstrümantasyon inşa ettik ampLTSpice üzerindeki şemayı takip ederek breadboard üzerinde lifier. Oluşturulduktan sonra, giriş (sarı) ve çıkış (yeşil) voltagler görüntülendi. Yeşil çizgi, sarı çizgiye kıyasla yalnızca 743.5X kazanç elde ediyor.
Adım 4: Çentik Filtresini Oluşturun
Ardından, LTSpice üzerinde yapılan şemayı temel alarak breadboard üzerinde çentik filtresini oluşturduk. IA devresinin yanında inşa edildi. Daha sonra girdi ve çıktı hacmini kaydettiktagbüyüklüğü belirlemek için çeşitli frekanslarda e değerleri. Ardından, LTSpice simülasyonuyla karşılaştırmak için arsa üzerinde büyüklük ve frekansın grafiğini çizdik. Değiştirdiğimiz tek şey sırasıyla 3 uF ve 2 kΩ olan C0.22 ve R430 değerleriydi. Yine kaldırdığı frekans 60 Hz'dir.
Adım 5: Alçak Geçiş Filtresini Oluşturun
Daha sonra, çentik filtresinin yanındaki LTSpice üzerindeki şemayı temel alarak devre tahtasında düşük geçiş filtresini oluşturduk. Daha sonra girdi ve çıktı hacmini kaydettiktagBüyüklüğü belirlemek için çeşitli frekanslarda es. Ardından, LTSpice simülasyonuyla karşılaştırmak için büyüklüğü ve frekansı çizdik. Bu filtre için değiştirdiğimiz tek değer 2 uF olan C0.15 idi. Doğruladığımız kesme frekansı 150 Hz'dir.
Adım 6: Bir İnsan Denek Üzerinde Test Edin
İlk olarak, devrenin üç ayrı bileşenini birbirine bağlayın. Ardından, her şeyin çalıştığından emin olmak için simüle edilmiş bir kalp atışı ile test edin. Ardından elektrotları, pozitif sağ bilekte, negatif sol ayak bileğinde ve zemin sağ ayak bileğinde olacak şekilde kişiye yerleştirin. Birey hazır olduğunda, operasyona güç sağlamak için bir 9V pil bağlayınamps ve çıkış sinyalini görüntüleyin. Doğru bir okuma elde etmek için kişinin yaklaşık 10 saniye hareketsiz kalması gerektiğini unutmayın.
Tebrikler, otomatik bir EKG'yi başarıyla oluşturdunuz!
Belgeler / Kaynaklar
 |
Talimatlar Biyosinyalin Otomatik Çizilmesiyle İşlevsel Bir EKG Tasarlayın [pdf] Talimatlar Biyosinyalin Otomatik Çizilmesiyle Fonksiyonel EKG Tasarlayın, Fonksiyonel EKG Tasarlayın, Fonksiyonel EKG, Biyosinyalin Çizilmesi |
