Avtomatik EKQ Dövrə Simulyatoru: 4 addım

2025 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2025-01-23 12:54

Elektrokardioqram (EKQ), xəstənin ürəyinin elektrik fəaliyyətini ölçmək üçün istifadə olunan güclü bir texnikadır. Bu elektrik potensialının bənzərsiz forması qeyd elektrodlarının yerindən asılı olaraq fərqlənir və bir çox şərtləri aşkar etmək üçün istifadə edilmişdir. Müxtəlif ürək xəstəliklərinin erkən aşkarlanması ilə həkimlər xəstələrinə vəziyyətlərinə aid bir çox tövsiyələr verə bilərlər. Bu maşın üç əsas komponentdən ibarətdir: bir alət gücləndiricisi, sonra bir çentik filtri və bir bant keçmə filtri. Bu hissələrin məqsədi gələn siqnalları gücləndirmək, istənməyən siqnalları aradan qaldırmaq və bütün müvafiq bioloji siqnalları ötürməkdir. Yaranan sistemin təhlili sübut etdi ki, elektrokardioqram, gözlənildiyi kimi, istifadə edilə bilən bir EKQ siqnalı çıxarmaq üçün arzu olunan vəzifələri yerinə yetirir və ürək xəstəliklərini aşkar etməkdə faydalı olduğunu nümayiş etdirir.

Təchizat:

• LTSpice Proqramı
• EKQ siqnal sənədləri

Addım 1: Alət Gücləndiricisi

Bəzən INA qısaldılmış alət gücləndiricisi, xəstədən müşahidə olunan aşağı səviyyəli, bioloji siqnalları gücləndirmək üçün istifadə olunur. Tipik bir INA üç əməliyyat gücləndiricisindən (Op Amps) ibarətdir. İki Op Amper ters çevrilməyən konfiqurasiyada və son Op Amper diferensial konfiqurasiyada olmalıdır. Müqavimət dəyərlərinin ölçülərini dəyişdirərək qazancımızı dəyişməyimizə imkan verən Op Amperin yanında yeddi rezistor istifadə olunur. Rezistorlardan üç cüt və bir fərdi ölçü var.

Bu layihə üçün siqnalları gücləndirmək üçün 1000 qazanacağam. Daha sonra ixtiyari R2, R3 və R4 dəyərlərini seçəcəyəm (R3 və R4 -ün ölçüsü bərabər olduqda ən asandır, çünki 1 hesabını ləğv edər, daha asan hesablamalar üçün yol açar). Buradan, R1 -in bütün lazımi komponent ölçülərinə sahib olmasını həll edə bilərəm.

Qazanc = (1 + 2R2/R1) * (R4/R3)

Yuxarıdakı qazanc tənliyini və R2 = 50kΩ və R3 = R4 = 10kΩ dəyərlərini istifadə edərək R1 = 100Ω alırıq.

Qazancın əslində 1000 olduğunu yoxlamaq üçün.ac süpürmə funksiyası ilə dövrə işlədə bilərik və yaylağın harada meydana gəldiyini müşahidə edə bilərik. Bu vəziyyətdə 60 dB -dir. Aşağıdakı tənliyi istifadə edərək, dB -ni gözlənilmədiyi kimi 1000 -ə çatan ölçüsüz Vout/Vin -ə çevirə bilərik.

Qazanc, dB = 20*log (Vout/Vin)

Addım 2: Çentik Filtri

Dizayn ediləcək növbəti komponent çentik filtridir. Bu filtr üçün komponentlərin dəyəri əsasən hansı tezliyi çıxarmaq istədiyinizə bağlıdır. Bu dizayn üçün tibbi cihazlarla sərbəst buraxılan 60 Hz tezliyini (fc) kəsmək istəyirik.

Bu dizaynda yalnız istədiyimizin kəsilməsini və 60 Hz işarəsinin yaxınlığında axtarılan bioloji tezlikləri təsadüfən zəiflətməyəcəyimizi təmin etmək üçün istifadə olunan ikiqat çentikli bir filtr. Komponent dəyərləri, aşağı keçid filtri (yuxarı T) üçün 2kΩ və yüksək keçid filtri (alt T) üçün 1kΩ istifadə etməyi seçdiyim ixtiyari müqavimət dəyərləri seçilərək tapıldı. Aşağıdakı tənliyi istifadə edərək, lazım olan kondansatör dəyərlərini həll etdim.

fc = 1 / (4*pi*R*C)

Bode sahəsi LTSpice -in təklif etdiyi.ac süpürmə funksiyasından istifadə edərək bir daha tapıldı.

Addım 3: Band Pass Filtri

Avtomatlaşdırılmış EKQ sisteminin son komponenti bioloji tezlikləri keçmək üçün lazımdır, çünki bizim maraqlandığımız budur. Tipik EKQ siqnalı 0,5 Hz ilə 150 Hz (fc) arasında olur, buna görə iki filtrdən istifadə edilə bilər; ya bir keçid filtri və ya aşağı keçid filtri. Bu dizaynda, aşağı keçiddən bir az daha dəqiq olduğu üçün bir bant keçid filtri istifadə edilmişdir, baxmayaraq ki, bioloji tezliklərin ümumiyyətlə yüksək tezlikləri olmadığı üçün yenə də işləyəcək.

Bant keçid filtri iki hissədən ibarətdir: yüksək keçid filtri və aşağı keçid filtri. Yüksək keçid filtri Op Amp -dən əvvəl, aşağı keçid isə ondan sonra gəlir. Unutmayın ki, istifadə edilə bilən müxtəlif bant keçid filtr dizaynları var.

fc = 1 / (2*pi*R*C)

Digər hissələrin tələb olunan dəyərlərini tapmaq üçün bir daha ixtiyari dəyərlər seçilir. Son filtrdə ixtiyari müqavimət dəyərlərini seçdim və kondansatör dəyərləri üçün həll etdim. Hansından başlamağınızın vacib olmadığını göstərmək üçün indi müqavimət dəyərlərini həll etmək üçün ixtiyari kondansatör dəyərlərini seçəcəyəm. Bu vəziyyətdə 1uF bir kondansatör dəyəri seçdim. Yuxarıdakı tənliyi istifadə edərək, müvafiq rezistoru həll etmək üçün bir anda bir kəsmə tezliyindən istifadə edirəm. Sadəlik üçün, bant keçid filtrinə həm yüksək, həm də aşağı keçid hissələri üçün eyni kondansatör dəyərindən istifadə edəcəyəm. 0.5 Hz yüksək keçid müqavimətini həll etmək üçün istifadə ediləcək və aşağı keçid müqavimətini tapmaq üçün 150 Hz kəsmə tezliyi istifadə olunur.

Dövrə dizaynının düzgün işlədiyini görmək üçün Bode sahəsi bir daha istifadə edilə bilər.

Addım 4: Tam Sistem

Hər bir komponentin öz üzərində işləməsi təsdiqləndikdən sonra hissələr bir sistemə birləşdirilə bilər. Gərginlik mənbəyi generatorunda idxal edilən EKQ məlumatlarından və PWL funksiyasından istifadə edərək, sistemin istənilən bioloji tezlikləri düzgün şəkildə gücləndirməsini və ötürməsini təmin etmək üçün simulyasiyalar işlədə bilərsiniz.

Üst süjet ekran görüntüsü.tran funksiyasından istifadə edərək çıxış məlumatlarının necə göründüyünə bir nümunədir və alt süjet ekran görüntüsü.ac funksiyasından istifadə edərək müvafiq bode sahəsidir.

Fərqli giriş EKQ məlumatları yüklənə bilər (bu səhifəyə iki fərqli EKQ giriş faylı əlavə edilmişdir) və sistemi fərqli modelli xəstələrdə test etmək funksiyasına gətirilir.