ЕКГ и монитор на сърдечната честота: 6 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 14:36

Електрокардиограма, наричана още ЕКГ, е тест, който открива и записва електрическата активност на човешкото сърце. Той открива сърдечната честота и силата и времето на електрическите импулси, преминаващи през всяка част на сърцето, което е в състояние да идентифицира сърдечни проблеми като инфаркти и аритмия. ЕКГ в болниците включва дванадесет електрода към кожата на гърдите, ръцете и краката. В този неразрешим, ние използваме само три електрода, един за всяка китка като две места за запис и един за десния глезен като земя. Важно е да се отбележи, че това не е медицинско изделие. Това е само за образователни цели, като се използват симулирани сигнали. Ако използвате тази схема за реални измервания на ЕКГ, моля, уверете се, че веригата и връзките верига към инструмент използват подходящи техники за изолация.

За да получим и анализираме човешки ЕКГ сигнал, се нуждаем от инструментален усилвател, който усилва входния сигнал с 1000, филтър с прорез, който премахва шума от променлив ток (60 Hz) и нискочестотен филтър, който филтрира други шумове над 250 Hz. Използва се 250Hz прекъсване, тъй като честотният диапазон на човешко ЕКГ е между 0-250Hz

Стъпка 1: Материали

Генератор на функции, Захранване, Осцилоскоп, Платка.

Резистори: 1k - 500k ohm

Кондензатори: 20 - 100 nF

Операционен усилвател x5 (UA741)

Стъпка 2: Създайте инструментален усилвател

Позовавайки се на схемата и уравненията на инструменталния усилвател. Първо трябва да изчислим правилните стойности на резистора. Тъй като инструменталният усилвател има 2 степени, има две отделни печалби, k1 и k2. Тъй като имаме нужда от печалба от 1000, k1 умножено по k2 трябва да бъде равно на хиляда. В този урок използвахме следните стойности, не се колебайте да промените тези стойности, ако нямате широк спектър от резистори.

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

Сега, когато знаете какви стойности на резистора се нуждаете, продължете и направете веригата.

За да тествате инструменталния усилвател, можете да използвате генератор на функции, за да генерирате синусоидална вълна с известна амплитуда, да я свържете към входа на веригата и да свържете изхода на усилвателя към осцилоскоп, трябва да видите синусова вълна с амплитуда 1000 пъти по -голяма от входната синусоида

Стъпка 3: Изградете Notch Filter

Подобно на инструменталния усилвател, вижте схемата и уравненията, за да намерите подходящите стойности на компонентите. Знаем, че в този филтър с прорез трябва да изрежем честоти от 60Hz, следователно f0 е 60Hz, също така ще използваме качествен коефициент 8, който би ни дал добра точност. Използвайки тези стойности, сега можем да намерим подходящи стойности на компонентите:

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

Сега, когато знаете стойностите на компонентите, от които се нуждаете, продължете и изградете веригата. Не че можете да използвате резистори паралелно или последователно, за да получите стойности възможно най -близо до необходимите стойности.

За да тествате филтъра с прорези, можете да извършите честотно сканиране. Въведете синусова вълна с амплитуда 0.5V и променете честотата. Вижте как се променя амплитудата на изхода, свързан с осцилоскоп, когато се приближите до 60Hz. Например, когато честотата ви е под 50 или над 70, трябва да видите изходен сигнал, подобен на входа, но колкото повече се приближавате до 60Hz, амплитудата трябва да намалява. Ако това не се случи, проверете веригата си и се уверете, че сте използвали правилни стойности на резистора.

Стъпка 4: Създайте филтър от втория ред Butterworth

Типът нискочестотен филтър, който използвахме, е активен от втори ред. Този филтър се използва, защото ни дава достатъчно добра точност и въпреки че изисква мощност, но производителността е по -добра. Филтърът е проектиран да прекъсва честоти над 250 Hz. Това е така, защото ЕКГ сигналът има различен честотен компонент, който е между нула и 250 Hz и всеки сигнал с честота над 250 Hz ще се счита за шум. Първото изображение показва схемата на нискочестотния филтър с всички правилни стойности на резистора. (Обърнете внимание, че R7 трябва да бъде 25632Ω вместо 4kΩ). Второто изображение включва всички уравнения, които можете да използвате, за да изчислите сами стойностите на компонентите.

За да тествате нискочестотния филтър, използвайте генератора на функции, за да генерирате синусоидална вълна с амплитуда 0.5V. Когато въвеждате честоти под 250Hz, трябва да видите изход, подобен на входа, но колкото по -голям получите след 250Hz, изходът трябва да намалее и в крайна сметка да стане наистина близо до нула.

Стъпка 5: Сложете всичко заедно

След като завършите изграждането на трите етапа, сложете ги заедно, като поставите инструментален усилвател, последван от филтър с прорез и след това нискочестотен филтър. Вашата схема трябва да изглежда подобна на това изображение.

Стъпка 6: Тестване на цялата верига

Използвайки генератор на функции, въведете произволен ЕКГ сигнал с амплитуда не по -голяма от 15mV към входа на инструменталния усилвател. Свържете изхода на нискочестотния филтър към осцилоскоп. Трябва да получите изход, подобен на това изображение. Зеленият сигнал е изходът на платката, а жълтият сигнал е входният сигнал към веригата. Можете също така да измерите сърдечната честота, като получите честотата с помощта на осцилоскопа и умножите това число по 60.

Имайте предвид, че ако искате да измерите своя собствен ЕКГ сигнал, можете да го направите, като свържете двата входа на инструменталния усилвател към всяка от китките си, като използвате електрод и заземите крака си. Просто задръжте в средата, преди да направите това, уверете се, че веригата и връзките верига към инструмент използват подходящи техники за изолация.