Simulyasiya edilmiş EKQ dövrəsi: 7 addım

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

Elektrokardioqram həm standart müayinələrdə, həm də ciddi xəstəliklərin diaqnozunda istifadə olunan ümumi bir testdir. EKQ olaraq bilinən bu cihaz, ürək döyüntüsünü tənzimləməkdən məsul olan bədəndəki elektrik siqnallarını ölçür. Test, mövzunun dərisinə elektrodlar tətbiq etmək və göstərilən EKQ dalğa formasını alan çıxışı müşahidə etməklə aparılır. Bu dalğa forması hər bir fizioloji cavabı əks etdirən P dalğası, QRS kompleksi və T dalğası ehtiva edir. Bu təlimat bir dövrə simulyasiya proqramında EKQ -ni simulyasiya etməkdən keçəcək.

Təchizat:

LTSpice və ya oxşar dövrə simulyatoru

Addım 1: Alət Gücləndiricisi yaradın

Bir alət gücləndiricisinin məqsədi, çox vaxt yüksək səs -küylə əhatə olunan çox kiçik bir siqnalın gücləndirilməsidir. EMG -yə daxil olan siqnalın gərginliyi adətən 1 mV -dən 5 mV -ə qədərdir və bu mərhələnin məqsədi bu siqnalın təxminən 1000 qazancla gücləndirilməsidir. Şematik olaraq göstərildiyi kimi, qazanc aşağıdakı tənlik ilə idarə edilə bilər. R1 = R2, R4 = R5 və R6 = R7:

Qazanc = K1*K2, burada K1 = K2

K1 = 1 + (2R1/R3)

K2 = -R6/R4

Mənfəət buna görə 1000 -ə bərabər idi, buna görə K1 və K2 təxminən 31.6 -dır. Mənfəət tənliyi 1000 -ə bərabər olduğu müddətdə bəzi rezistorlar özbaşına seçilə bilər, digərləri isə hesablana bilər. Fiziki bir dövrədə elektrodlar əməliyyat gücləndiricilərinə girərdi, ancaq simulyasiya məqsədləri üçün biri topraklanır, digəri isə işarə etmək üçün istifadə olunur. potensial fərq. Vin nodu sonradan giriş dalğalarını simulyasiya etmək üçün istifadə olunacaq. Vout düyünü EKQ -nin növbəti mərhələsinə aparır. LTSpice kitabxanasında yerləşdiyi, yüksək CMRR -ə malik olduğu və tibbi cihazlarda istifadə edildiyi üçün LTC1151 əməliyyat gücləndiricisi seçildi. Təchizat gərginliyi +15V və -15V olan hər hansı bir əsas əməliyyat gücləndiricisi bu sistemdə işləyəcək.

Addım 2: Çentik Filtri yaradın

EKQ -də növbəti mərhələ 60 Hz tezliyində meydana gələn elektrik xətti müdaxiləsini süzmək üçün bir çentik filtridir. Bir çentik filtri, tək bir tezliyə çox yaxın olan kiçik bir siqnal silinərək işləyir. Buna görə, 60 Hz bir kəsmə tezliyi və kəsilmə tezliyi tənliyindən istifadə edərək uyğun rezistorlar və kondansatörlər seçilə bilər. Yuxarıdakı sxemdən istifadə edərək və C = C1 = C2, C3 = 2*C1, R = R10 və R8 = R9 = 2*R10 olduğunu qeyd edərək, kondansatör dəyərləri özbaşına seçilə bilər (Nümunə 1uF kondansatörün seçildiyini göstərir). Aşağıdakı tənlikdən istifadə edərək bu mərhələdə müvafiq müqavimət dəyərləri hesablana və istifadə edilə bilər:

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

Vin nodu alət gücləndiricisindən gələn çıxışdır və Vout nodu növbəti mərhələyə aparır.

Addım 3: Bandpass Filtri yaradın

Sistemin son mərhələsi, müəyyən bir tezlik aralığının üstündəki və altındakı səs -küyü aradan qaldırmaq üçün aktiv bir bant filtrindən ibarətdir. Zamanla dəyişən siqnalın başlanğıc xəttinin səbəb olduğu təməl gəzinti, 0.6 Hz -dən aşağı baş verir və əzələ səs -küyünün olması səbəbindən EMG səs -küyü 100 Hz -dən yuxarı tezliklərdə baş verir. Buna görə də bu ədədlər kəsilmə tezlikləri olaraq təyin olunur. Bant keçid filtri aşağı keçid filtrindən sonra yüksək keçid filtrindən ibarətdir. Bununla birlikdə, hər iki filtr eyni kəsilmə tezliyinə malikdir:

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

İstənilən ixtiyari kondansatör dəyəri olaraq 1uF və kəsmə tezliyi olaraq 0,6 və 100 istifadə edərək, rezistor dəyərləri filtrin müvafiq hissələri üçün hesablanmışdır. Vin qovşağı çentik filtrinin çıxışından gəlir və Vout nodu tam sistemin simulyasiya edilmiş çıxışının ölçüləcəyidir. Fiziki bir sistemdə bu çıxış EKQ dalğalarını real vaxtda görmək üçün bir osiloskop və ya oxşar ekran cihazına bağlanacaq.

Addım 4: Cihaz Gücləndiricisini sınayın

Daha sonra, alət gücləndiricisinin 1000 qazanc təmin etməsi yoxlanılacaq. Bunun üçün ixtiyari tezlik və amplituda sinusoidal dalğa daxil edin. Bu nümunə, EMG dalğasını və 1000 Hz tezliyini təmsil etmək üçün 2mV pikdən amplituda qədər istifadə etdi. Dövr simulyasiya proqramında alət gücləndiricisini simulyasiya edin və giriş və çıxış dalğa formalarını qurun. Kursor funksiyasından istifadə edərək giriş və çıxış böyüklüyünü qeyd edin və mənfəəti Gain = Vout/Vin ilə hesablayın. Bu qazanc təxminən 1000 olarsa, bu mərhələ düzgün işləyir. Bu mərhələdə rezistor toleransları nəzərə alınmaqla və çıxış dalğasına və sonrakı qazanclara necə təsir etdiyini görmək üçün müqavimət dəyərlərini +5% və -5% dəyişdirərək əlavə statistik analizlər aparıla bilər.

Addım 5: Çentik Filtrini sınayın

60 Hz olan bir diapazondan bir AC süpürgəsi həyata keçirərək çentik filtrini sınayın. Bu nümunədə, süpürmə 1 Hz -dən 200 Hz -ə qədər davam etdi. Yaranan süjet, Vout qovşağında ölçüldükdə, Hz -də dB ilə tezlikdə bir amplifikasiya qrafiki çıxaracaq. Qrafik hər iki istiqamətdə 60 Hz -dən çox olmayan tezliklərdə 0 dB amplifikasiyasında başlamalı və bitməlidir və 60 Hz -də və ya çox yaxın bir amplifikasiyada böyük bir düşmə görünməlidir. Bu göstərir ki, bu tezlikdə baş verən siqnallar istənilən siqnaldan düzgün şəkildə çıxarılır. Bu mərhələdə, müqavimət toleranslarını nəzərə alaraq və müqavimət və kondansatör dəyərlərini +5% və -5% dəyişdirərək təcrübi kəsilmə tezliyinə (qrafik olaraq ən çox zəifləyən təcrübə) necə təsir etdiyini görməklə əlavə statistik təhlil aparmaq olar.

Addım 6: Bandpass filtrini sınayın

Nəhayət, başqa bir AC süpürmə təhlili apararaq bandpass filtrini sınayın. Bant keçidinin qrafik olaraq görünməsini təmin etmək üçün bu dəfə süpürmə 0,6 -dan az və 100 -dən çox tezlikdə olmalıdır. Bir daha, sxemdə göstərilən Vout düyünündə ölçərək təhlili aparın. Çıxış, 0.6-100Hz aralığından uzaqda amplifikasiyanın mənfi olduğu yuxarıdakı rəqəmə bənzəməlidir. Gücləndirmənin -3dB olduğu nöqtələr 0,6 və 100 Hz olmalıdır və ya müvafiq olaraq birinci və ikinci nöqtələr üçün dəyərlərə çox yaxın olmalıdır. -3dB nöqtələri, bir siqnalın bu tezliklərdə çıxışın orijinal gücün yarısı olacağı nöqtəyə qədər zəiflədildiyini bildirir. Buna görə də -3dB nöqtələri filtrlər üçün siqnalların zəifləməsini təhlil etmək üçün istifadə olunur. Çıxarılan qrafikdəki -3dB nöqtələri bandpass aralığına uyğun gəlirsə, mərhələ düzgün işləyir.

Bu mərhələdə rezistor toleransları nəzərə alınmaqla və hər iki eksperimental kəsmə tezliyinə necə təsir etdiyini görmək üçün müqavimət və kondansatör dəyərlərini +5% və -5% dəyişdirərək əlavə statistik analizlər aparıla bilər.

Addım 7: Tam EKQ Sistemini Bir araya gətirin

Nəhayət, hər üç mərhələnin düzgün işlədiyi təsdiqləndikdə, EKQ -nin hər üç mərhələsini bir yerə qoyun və son nəticə alınır. Simulyasiya edilmiş EKQ dalğası alət gücləndirici mərhələsinə daxil edilə bilər və çıxan dalğa gücləndirilmiş EKQ dalğası olmalıdır.