Əsas Elektrokardioqramın Alınması, Gücləndirilməsi və Filtrlənməsi Dövrə Dizaynı: 6 Addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:43

Bu təlimatı tamamlamaq üçün lazım olan tək şey kompüter, internet bağlantısı və bəzi simulyasiya proqramlarıdır. Bu dizayn məqsədləri üçün bütün sxemlər və simulyasiyalar LTspice XVII -də işlədiləcək. Bu simulyasiya proqramı, sxemlərin yaradılmasını çox asanlaşdıran 1000 -dən çox komponentdən ibarət kitabxanaları ehtiva edir. Bu sxemlər ümumiləşdiriləcəyi üçün "UniversalOpAmp2" op-ampa ehtiyac duyulan hər bir vəziyyət üçün istifadə ediləcəkdir. Əlavə olaraq, hər bir op -amp +15V və -15V enerji təchizatı ilə təchiz edilmişdir. Bu enerji təchizatı yalnız op-amp-ı gücləndirir, həm də bu iki ekstremaldan birinə çatacağı təqdirdə çıxış gərginliyini də kəsir.

Addım 1: Alət Gücləndiricisi Dizaynı

Siqnal əldə edildikdən sonra hesablamalar aparmaq və süzmək üçün onu gücləndirmək lazımdır. Elektrokardioqramlarda amplifikasiyanın ən çox yayılmış üsulu alət gücləndiricisidir. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, cihaz gücləndiricisinin gücləndirmə sxemlərinə gəldikdə bir çox üstünlükləri var, ən böyüyü giriş gərginliyi arasındakı yüksək empedansdır. Bu dövrəni qurmaq üçün yeddi rezistorla birlikdə 3 op-amper istifadə edildi, bunlardan altı böyüklüyə bərabər idi. Əksər elektrokardioqramların mənfəəti giriş siqnalından təxminən 1000 dəfə çoxdur [1]. Bir alət gücləndiricisinin qazanc tənliyi aşağıdakı kimidir: Qazanc = 1 + (2 * R1/R2) * (R7/R6). Sadəlik üçün, 2 ohm olaraq təyin olunan R2 istisna olmaqla, hər bir rezistorun 1000 ohm olduğu qəbul edildi. Bu dəyərlər giriş gərginliyindən 1001 dəfə böyük bir qazanc verir. Bu qazanc əldə edilən siqnalları sonrakı analiz üçün gücləndirmək üçün kifayətdir. Bununla birlikdə, tənliyi istifadə edərək, qazanc dövrə dizaynı üçün istədiyi hər şey ola bilər.

Addım 2: Band Pass Filter Dizaynı

Bant keçidi filtri, keçid zolağı olaraq bilinən şeyi təmin etmək üçün ümumiyyətlə bir op-amp ilə koordinasiyada işləyən yüksək keçid filtri və aşağı keçid filtridir. Keçid zolağı, yuxarıda və aşağıda qalanların hamısı rədd edildikdə keçə biləcək bir sıra tezliklərdir. Sənaye standartları, standart bir elektrokardioqramın 0,5 Hz -dən 150 Hz -ə qədər keçid zolağına malik olmasını bildirir [2]. Bu böyük keçid bantı, ürəkdən gələn bütün elektrik siqnalının qeydə alınmasını və heç birinin süzülməməsini təmin edir. Eynilə, bu keçid zolağı siqnala müdaxilə edə biləcək hər hansı bir DC ofsetini rədd edir. Bunu dizayn etmək üçün yüksək müqavimət kəsmə tezliyi 0,5 Hz -də və aşağı keçid kəsmə tezliyi 150 Hz -də olacaq şəkildə xüsusi rezistorlar və kondansatörlər seçilməlidir. Həm yüksək keçid, həm də aşağı keçid filtri üçün kəsilmə tezliyi tənliyi aşağıdakı kimidir: Fc = 1/(2*pi*RC). Hesablamalarım üçün ixtiyari bir rezistor seçildi, sonra 4 -cü tənlikdən istifadə edərək bir kondansatör dəyəri hesablandı. Buna görə yüksək keçid filtri 100.000 ohm müqavimət dəyərinə və 3.1831 mikrofarad bir kondansatör dəyərinə sahib olacaqdır. Eyni şəkildə, aşağı keçid filtri 100.000 ohm müqavimət dəyərinə və 10.61 nano-farad bir kondansatör dəyərinə sahib olacaqdır. Tənzimlənmiş dəyərləri olan bandpass filtrinin diaqramı göstərilir.

Addım 3: Çentik Filtri Dizaynı

Çentikli bir filtr, bir bandpass filtrinin əslində əksidir. Yüksək keçiddən sonra aşağı keçid yerinə, aşağı keçiddən sonra yüksək keçiddir, buna görə də bir kiçik səs -küy bandını ortadan qaldırmaq olar. Elektrokardioqramın çentikli filtri üçün Twin-T çentikli filtr dizaynı istifadə edilmişdir. Bu dizayn, bir mərkəz tezliyinin süzülməsinə imkan verir və böyük bir keyfiyyət faktoru təmin edir. Bu vəziyyətdə, qurtulmaq üçün mərkəz tezliyi 60 Hz idi. Tənlik 4 -dən istifadə edərək, müqavimət dəyərləri 0,1 mikrofaradlıq bir kondansatör dəyərindən istifadə edərək hesablandı. 60 Hz dayanma diapazonu üçün hesablanmış müqavimət dəyərləri 26, 525 ohm idi. Sonra R5, R3 və R4 ½ olaraq hesablandı. C3, C1 və C2 üçün seçilmiş dəyərin ikiqat olaraq da hesablandı [3]. R1 və R2 üçün ixtiyari rezistorlar seçildi.

Addım 4: Qarışıq Dövrə

Ağlardan istifadə edərək, bu komponentlər bir -birinə ardıcıl olaraq yerləşdirildi və tamamlanmış dövrə şəkli göstərildi. Springer Science tərəfindən nəşr olunan bir məqaləyə görə, bütün dövrə qurulduqda EKQ dövrəsinin məqbul qazancı 70 dB ətrafında olmalıdır [4].

Addım 5: Bütün dövrəni sınayın

Bütün komponentlər ardıcıl olaraq yerləşdirildikdə, dizaynın təsdiqlənməsi lazım idi. Bu dövrəni sınayaraq, bütün komponentlərin bir arada işlədiyini müəyyən etmək üçün həm keçici, həm də AC tarama aparılmışdır. Belə olsaydı, keçici çıxış gərginliyi hələ də giriş gərginliyindən təxminən 1000 dəfə çox olardı. Eyni şəkildə, AC süpürgəsi aparıldıqda, 60 Hz-də bir çentik ilə bir bant keçid filtri bode sahəsi gözlənilir. Şəkildəki şəkillərə baxdığımızda, bu dövr hər iki hədəfi uğurla həyata keçirə bildi. Başqa bir sınaq, çentik filtrinin səmərəliliyini görmək idi. Bunu yoxlamaq üçün dövrədən 60 Hz siqnal keçirildi. Şəkildə göstərildiyi kimi, bu çıxışın böyüklüyü giriş tezliyindən yalnız 5 dəfə çox idi, tezlik ötürmə zolağında olduqda 1000x ilə müqayisədə.

Addım 6: Resurslar:

[1] "EKQ Ölçmə Sistemi," Columbia.edu, 2020. https://www.cisl.columbia.edu/kinget_group/student_projects/ECG%20Report/E6001%20ECG%20final%20report.htm (01 dekabr tarixində daxil edilib, 2020).

[2] L. G. Tereshchenko və M. E. Josephson, "Ventrikulyar keçiriciliyin tezlik məzmunu və xüsusiyyətləri", Elektrokardiologiya jurnalı, cild. 48, yox. 6, s. 933–937, 2015, doi: 10.1016/j.jelectrocard.2015.08.034.

[3] "Bant Durdurma Filtrlərinə Rədd Filtrləri deyilir," Əsas Elektronik Dərsləri, 22 May 2018.

[4] N. Gülər və U. Fidan, "EKQ siqnalının simsiz ötürülməsi", Springer Science, cild. 30, Aprel 2005, doi: 10.1007/s10916-005-7980-5.