EKG og pulsmåler: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Elektrokardiogram, også kaldet et EKG, er en test, der registrerer og registrerer menneskeligt hjertes elektriske aktivitet. Det registrerer puls og styrken og timingen af de elektriske impulser, der passerer gennem hver del af et hjerte, som er i stand til at identificere hjerteproblemer såsom hjerteanfald og arytmi. EKG'er på hospitaler involverer tolv elektroder til huden på bryst, arme og ben. I denne umulige, bruger vi kun tre elektroder, en til hvert håndled som to optagelsessteder og en til højre ankel som jorden. Det er vigtigt at bemærke, at dette ikke er et medicinsk udstyr. Dette er kun til uddannelsesmæssige formål ved hjælp af simulerede signaler. Hvis du bruger dette kredsløb til rigtige EKG-målinger, skal du sikre dig, at kredsløbet og kredsløbet til instrumentforbindelserne anvender korrekte isolationsteknikker.

For at erhverve og analysere et menneskeligt EKG -signal har vi brug for en instrumenteringsforstærker, der forstærker indgangssignalet med 1000, et hakfilter, der fjerner vekselstrømstøj (60 Hz) og et lavpasfilter, der filtrerer andre lyde over 250 Hz. En 250Hz cut-off bruges, fordi frekvensområdet for et humant EKG er mellem 0-250Hz

Trin 1: Materialer

Funktionsgenerator, Strømforsyning, Oscilloskop, Brødbræt.

Modstande: 1k - 500k ohm

Kondensatorer: 20 - 100 nF

Operationel forstærker x5 (UA741)

Trin 2: Byg instrumentforstærkeren

Med henvisning til kredsløbet og ligningerne for instrumentforstærkeren. Vi skal først beregne de korrekte modstandsværdier. Da instrumenteringsforstærkeren har 2 trin, er der to separate forstærkninger, k1 og k2. Da vi har brug for en gevinst på 1000, skal k1 gange med k2 være lig med tusinde. I denne vejledning brugte vi følgende værdier. Du er velkommen til at ændre disse værdier, hvis du ikke har en bred vifte af modstande.

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

Nu hvor du ved, hvilke modstandsværdier du har brug for, skal du fortsætte og lave kredsløbet.

For at teste instrumenteringsforstærkeren kan du bruge en funktionsgenerator til at generere en sinusbølge med en kendt amplitude, slutte den til indgangen på kredsløbet og slutte forstærkerens output til et oscilloskop, du skulle se en sinusbølge med en amplitude en 1000 gange større end input -sinusbølgen

Trin 3: Byg Notch Filter

Ligesom instrumenteringsforstærkeren henvises til kredsløbet og ligningerne for at finde de relevante komponentværdier. Vi ved, at vi i dette hakfilter skal afbryde frekvenser på 60Hz, derfor er f0 60Hz, vi vil også bruge en kvalitetsfaktor på 8, hvilket ville give os en god nøjagtighed. Ved hjælp af disse værdier kan vi nu finde passende komponentværdier:

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) = 424kΩ

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

Nu hvor du kender værdierne for de komponenter, du har brug for, skal du gå videre og bygge kredsløbet. Ikke at du kunne bruge modstande parallelt eller serier for at komme værdier så tæt som muligt på de nødvendige værdier.

For at teste hakfilteret kan du udføre et frekvensfejl. Indtast en sinusbølge med en amplitude på 0,5V og varier frekvensen. Se, hvordan amplituden af det output, der er forbundet til et oscilloskop, ændres, når du kommer tæt på 60Hz. For eksempel, når din frekvens er under 50 eller over 70, skal du se et udgangssignal, der ligner indgangen, men jo tættere du kommer på 60Hz, bør amplituden falde. Hvis dette ikke sker, skal du kontrollere dit kredsløb og kontrollere, at du har brugt korrekte modstandsværdier.

Trin 4: Byg anden ordens Butterworth -filter

Den type lavpasfilter, vi brugte, er aktiv anden orden. Dette filter bruges, fordi det giver os en god nok nøjagtighed, og selvom det kræver strøm, men ydelsen er bedre. Filteret er designet til at afbryde frekvenser over 250 Hz. Dette skyldes, at et EKG -signal har en anden frekvenskomponent, der er mellem nul og 250 Hz, og ethvert signal med en frekvens på over 250 Hz vil blive betragtet som støj. Det første billede viser skematisk af lavpasfilteret med alle de korrekte modstandsværdier. (Bemærk, at R7 skal være 25632Ω i stedet for 4kΩ). Det andet billede indeholder alle de ligninger, du selv kan beregne komponentværdierne.

For at teste lavpasfilteret skal du bruge funktionsgeneratoren til at generere en sinusbølge med en amplitude på 0,5V. Når du indtaster frekvenser under 250Hz, skal du se et output svarende til input, men jo større du får efter 250Hz, skal output blive mindre og til sidst blive virkelig tæt på nul.

Trin 5: Sæt det hele sammen

Når du er færdig med at bygge de tre faser, skal du sætte dem alle sammen ved at sætte instrumenteringsforstærker efterfulgt af hakfilter og derefter lavpasfilter. Dit kredsløb skal ligne dette billede.

Trin 6: Test af hele kredsløbet

Ved hjælp af en funktionsgenerator skal du indtaste et vilkårligt EKG -signal med en amplitude på højst 15mV til indgangen på instrumentforstærkeren. Tilslut output fra lavpasfilteret til et oscilloskop. Du bør få et output svarende til dette billede. Det grønne signal er kortets output, og det gule signal er indgangssignalet til kredsløbet. Du kan også måle pulsen ved at indhente frekvensen ved hjælp af oscilloskopet og gange dette tal med 60.

Bemærk, at hvis du gerne vil måle dit eget EKG -signal, kan du gøre det ved at forbinde instrumenteringsforstærkerens to indgange til hvert af dine håndled ved hjælp af en elektrode og jordforbindelse af dit ben. Bare bliv i midten, før du gør dette, og sørg for, at kredsløbet og kredsløbet til instrumentforbindelserne anvender korrekte isoleringsteknikker.