EKG a monitor srdcového tepu: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Elektrokardiogram, tiež nazývaný EKG, je test, ktorý zisťuje a zaznamenáva elektrickú aktivitu ľudského srdca. Zisťuje srdcovú frekvenciu a silu a načasovanie elektrických impulzov prechádzajúcich každou časťou srdca, čo je schopné identifikovať srdcové problémy, ako sú srdcové infarkty a arytmia. EKG v nemocniciach zahŕňa dvanásť elektród na kožu na hrudníku, rukách a nohách. V tomto nepoddajnom stave používame iba tri elektródy, jednu na každé zápästie ako dve miesta záznamu a jednu na pravý členok ako zem. Je dôležité poznamenať, že nejde o zdravotnícke zariadenie. Toto je len na vzdelávacie účely pomocou simulovaných signálov. Ak používate tento obvod na skutočné merania EKG, uistite sa, že obvod a pripojenia obvodu k prístroju používajú správnu izolačnú techniku.

Na získanie a analýzu signálu ľudského EKG potrebujeme prístrojový zosilňovač, ktorý zosilňuje vstupný signál o 1 000, zárezový filter, ktorý odstraňuje šum striedavého prúdu (60 Hz) a dolný priepust, ktorý filtruje ostatné zvuky nad 250 Hz. Používa sa medzera 250 Hz, pretože frekvenčný rozsah ľudského EKG je medzi 0-250 Hz

Krok 1: Materiály

Generátor funkcií, Napájanie, Osciloskop, Breadboard.

Rezistory: 1k - 500k ohm

Kondenzátory: 20 - 100 nF

Operačný zosilňovač x5 (UA741)

Krok 2: Zostavte zosilňovač prístrojov

S odkazom na obvod a rovnice zosilňovača prístrojov. Najprv musíme vypočítať správne hodnoty odporu. Pretože zosilňovač prístrojov má 2 stupne, existujú dva oddelené zosilnenia, k1 a k2. Pretože potrebujeme zisk 1000, k1 vynásobený k2 by sa mal rovnať tisíc. V tomto návode sme použili nasledujúce hodnoty. Ak nemáte široký sortiment odporov, tieto hodnoty môžete zmeniť.

R1 = 1000Ω, R2 = 15000Ω teda, K1 = 1+(2*15000)/1000 = 31R3 = 1000Ω, R4 = 32000Ω preto, K2 = 32000/1000 = 32

Teraz, keď viete, aké hodnoty odporu potrebujete, pokračujte a vytvorte obvod.

Na testovanie zosilňovača prístrojov môžete použiť generátor funkcií na generovanie sínusovej vlny so známou amplitúdou, pripojiť ju na vstup obvodu a pripojiť výstup zosilňovača na osciloskop, mali by ste vidieť sínusovú vlnu s amplitúdou 1000 krát väčšia ako vstupná sínusová vlna

Krok 3: Vytvorte filter Notch

Podobne ako v prípade zosilňovača prístrojov vyhľadajte v obvode a rovniciach hodnoty príslušných komponentov. Vieme, že v tomto zárezovom filtri musíme obmedziť frekvencie 60 Hz, preto f0 je 60 Hz, použijeme tiež faktor kvality 8, ktorý by nám poskytol dobrú presnosť. Pomocou týchto hodnôt teraz môžeme nájsť vhodné hodnoty komponentov:

C = 100 nF, Q = 8, w0 = 2ℼf = 2*pi*60 = 120pi

R1 = 1/(2*8*120*pi*100*10^-9) = 1658Ω

R2 = (2*8)/(120*pi*100*10^-9) = 424 kΩ

R3 = (1658*424000)/(1658+424000) = 1651Ω

Teraz, keď poznáte hodnoty komponentov, ktoré potrebujete, pokračujte a postavte obvod. Niežeby ste mohli používať odpory paralelne alebo sériovo, aby ste sa dostali hodnoty čo najbližšie k potrebným hodnotám.

Na testovanie filtra zárezov môžete vykonať frekvenčné zametanie. Zadajte sínusovú vlnu s amplitúdou 0,5 V a zmeňte frekvenciu. Pozrite sa, ako sa mení amplitúda výstupu pripojeného k osciloskopu, keď sa priblížite k 60 Hz. Napríklad, keď máte frekvenciu pod 50 alebo nad 70, mali by ste vidieť výstupný signál podobný vstupu, ale čím bližšie sa dostanete k 60 Hz, amplitúda by sa mala znížiť. Ak sa tak nestane, skontrolujte obvod a uistite sa, že ste použili správne hodnoty odporu.

Krok 4: Vytvorte Butterworth Filter druhého rádu

Použitý typ dolného priepustného filtra je aktívny druhého rádu. Tento filter sa používa, pretože nám poskytuje dostatočne dobrú presnosť a napriek tomu vyžaduje výkon, ale výkon je lepší. Filter je navrhnutý tak, aby obmedzoval frekvencie nad 250 Hz. Je to preto, že signál EKG má inú frekvenčnú zložku, ktorá je medzi nulou a 250 Hz a akýkoľvek signál s frekvenciou nad 250 Hz by bol považovaný za šum. Prvý obrázok zobrazuje schému dolného priepustného filtra so všetkými správnymi hodnotami odporu. (Všimnite si, že R7 by malo byť 25632Ω namiesto 4kΩ). Druhý obrázok obsahuje všetky rovnice, ktoré by ste mohli použiť na výpočet hodnôt komponentov sami.

Na otestovanie dolného priepustného filtra použite generátor funkcií na generovanie sínusovej vlny s amplitúdou 0,5V. Pri zadávaní frekvencií nižších ako 250 Hz by ste mali vidieť výstup podobný vstupu, ale čím väčší budete po 250 Hz, tým by sa mal výstup zmenšiť a nakoniec sa skutočne priblížiť k nule.

Krok 5: Dajte to všetko dohromady

Potom, čo ste dokončili stavbu troch stupňov, dajte ich dohromady dohromady umiestnením zosilňovača prístrojov, potom zárezovým filtrom a potom dolnopriepustným filtrom. Váš obvod by mal vyzerať podobne ako na tomto obrázku.

Krok 6: Testovanie celého obvodu

Pomocou generátora funkcií zadajte na vstup zosilňovača prístrojov ľubovoľný signál EKG s amplitúdou maximálne 15 mV. Pripojte výstup dolnopriepustného filtra k osciloskopu. Mali by ste získať výstup podobný tomuto obrázku. Zelený signál je výstupom dosky a žltý signál je vstupným signálom do obvodu. Srdcovú frekvenciu môžete merať aj tak, že získate frekvenciu pomocou osciloskopu a vynásobíte ju číslom 60.

Všimnite si toho, že ak by ste chceli merať svoj vlastný signál EKG, môžete to urobiť tak, že prepojíte dva vstupy zosilňovača prístrojov s každým na vašom zápästí pomocou elektródy a uzemníte nohu. Držte sa v strede a potom sa uistite, že obvod a pripojenia obvod-prístroj používajú správne izolačné techniky.