Elektrokardiogramkredsløb: 4 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Hej! Dette er skrevet af to studerende, der i øjeblikket studerer biomedicinsk teknik og tager en kredsløbsklasse. Vi har oprettet et EKG, og vi glæder os meget til at dele det med dig.

Forbrugsvarer

De grundlæggende forsyninger, der skal bruges til dette projekt, omfatter:

- brødbræt

- modstande

- kondensatorer

- operationelle forstærkere (LM741)

- elektroder

Du skal også bruge det elektroniske udstyr, der er angivet:

- DC strømforsyning

- Funktionsgenerator

- Oscilloskop

Trin 1: Differentialforstærker

Hvorfor er det nødvendigt?

Differentialforstærkeren bruges til at forstærke signalet og reducere den støj, der kan opstå mellem elektroderne. Støjen reduceres ved at tage forskellen i spænding fra de to elektroder. For at bestemme de nødvendige modstandsværdier besluttede vi, at vi ville have forstærkeren til at skabe en forstærkning på 1000.

Hvordan er det bygget?

For at opnå dette blev forstærkningsligningen for en differentialforstærker brugt, matematikken kan findes i det vedhæftede billede. Ved beregningen viste det sig, at modstandsværdierne skulle være 100Ω og 50kΩ. Men da vi ikke havde en 50 kΩ modstand, brugte vi 47 kΩ. Opsætningen af differentialforstærkeren til både LTSpice og brødbrættet kan ses på det vedhæftede foto. Differentialforstærkeren kræver et brødbræt til at forbinde den til, 1 x 100Ω modstand, 6 x 47kΩ modstand, 3 LM741 driftsforstærkere og masser af jumperwires.

Hvordan testes det?

Når du tester i LTSpice og på den fysiske enhed, vil du sikre dig, at den giver en gevinst på 1000. Dette gøres ved at bruge forstærkningsligningen for forstærkning = Vout/ Vin. Vout er top til peak output og Vin er peak til peak input. For eksempel, for at teste på funktionsgeneratoren, ville jeg indtaste 10 mV peak-to-peak i kredsløbet, så jeg skulle få et output på 10V.

Trin 2: Hakfilter

Hvorfor er det nødvendigt?

Et hakfilter oprettes for at fjerne støj. Da de fleste bygninger har 60 Hz vekselstrøm, hvilket ville skabe støj i kredsløbet, besluttede vi at lave et hakfilter, der dæmper signalet ved 60 Hz.

Hvordan bygger man det?

Hakfilterdesignet er baseret på billedet ovenfor. Ligningerne til beregning af værdierne for modstande og kondensatorer er også anført ovenfor. Vi besluttede at bruge en frekvens på 60 Hz og 0,1 uF kondensatorer, da det er en kondensatorværdi, vi havde. Ved beregning af ligningerne fandt vi, at R1 & R2 var lig med 37, 549 kΩ, og værdien for R3 er 9021,19 Ω. For at kunne oprette disse værdier på vores printkort brugte vi 39 kΩ til R1 og R2 og 9,1 kΩ til R3. Samlet set kræver hakfilteret 1 x 9,1 kΩ modstand, 2 x 39 kΩ modstand, 3 x 0,1 uF kondensator, 1 LM741 driftsforstærkere og masser af jumperwires. Skematisk opsætning af hakfilteret for både LTSpice og brødbrættet er i et billede ovenfor.

Hvordan testes det?

Hakfilterets funktionalitet kan testes ved at lave en vekselstrømsfejl. Alle frekvenser skal passere gennem filteret undtagen 60 Hz. Dette kan testes på både LTSpice og det fysiske kredsløb

Trin 3: Lavpasfilter

Hvorfor er det nødvendigt?

Et lavpasfilter er nødvendigt for at reducere støj fra din krop og rummet omkring os. Når man besluttede cutoff-frekvensen for lavpasfilteret, var det vigtigt at overveje, at der opstår et hjerteslag fra 1 Hz- 3 Hz, og bølgeformerne, der udgør EKG, er nær 1-50 Hz.

Hvordan bygger man det?

Vi besluttede at lave cutoff -frekvensen 60 Hz, så vi stadig kunne få alle de nyttige signaler, men også afskære det unødvendige signal. Ved bestemmelsen af afskæringsfrekvensen ville være 70 Hz, besluttede vi at vælge kondensatorværdien på 0,15uF, da det var en, vi havde i vores kit. Beregningen for kondensatorværdien kan ses på billedet. Resultatet af beregningen var en modstandsværdi på 17.638 kΩ. Vi valgte at bruge en 18 kΩ modstand. Lavpasfilteret kræver 2 x 18kΩ modstand, 2x0,15 uF kondensator, 1 LM741 operationsforstærkere og masser af jumperwires. Skemaet for lavpasfilteret for både LTSpice og fysiske kredsløb findes i billedet.

Hvordan testes det?

Lavpasfilteret kan testes ved hjælp af en AC-sweep på både LTSpice og fysisk kredsløb. Når du kører AC -sweep, skal du se frekvenserne nedenfor til afbrydelse er uændrede, men frekvenserne over cutoff begynder at blive filtreret fra.

Trin 4: Afslut projekt

Når kredsløbet er færdigt, skal det ligne billedet ovenfor! Du er nu klar til at fastgøre elektroderne til din krop og se dit EKG! Sammen med oscilloskopet kan EKG også vises på Arduino.