EKG og pulsmåler: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Elektrokardiogram, også kalt EKG, er en test som oppdager og registrerer menneskelig hjertes elektriske aktivitet. Den registrerer hjertefrekvensen og styrken og timingen til de elektriske impulsene som passerer gjennom hver del av hjertet, som er i stand til å identifisere hjerteproblemer som hjerteinfarkt og arytmi. EKG på sykehus involverer tolv elektroder til huden på bryst, armer og ben. I denne uoverkommelige bruker vi bare tre elektroder, en for hvert håndledd som to innspillingssteder og en for høyre ankel som bakken. Det er viktig å merke seg at dette ikke er et medisinsk utstyr. Dette er kun for utdanningsformål ved bruk av simulerte signaler. Hvis du bruker denne kretsen for ekte EKG-målinger, må du kontrollere at kretsen og krets-til-instrument-tilkoblingene bruker riktige isolasjonsteknikker.

For å skaffe og analysere et menneskelig EKG -signal trenger vi en instrumenteringsforsterker som forsterker inngangssignalet med 1000, et hakkfilter som fjerner vekselstrømstøy (60 Hz) og et lavpassfilter som filtrerer andre lyder over 250 Hz. En 250Hz cut-off brukes fordi frekvensområdet til et humant EKG er mellom 0-250Hz

Trinn 1: Materialer

Funksjonsgenerator, Strømforsyning, Oscilloskop, Brødbrett.

Motstander: 1k - 500k ohm

Kondensatorer: 20 - 100 nF

Driftsforsterker x5 (UA741)

Trinn 2: Bygg instrumentforsterkeren

Med henvisning til kretsen og likningene til instrumenteringsforsterkeren. Vi må først beregne de riktige motstandsverdiene. Siden instrumenteringsforsterkeren har 2 trinn er det to separate forsterkninger, k1 og k2. Siden vi trenger en gevinst på 1000, bør k1 multiplisere med k2 være lik tusen. I denne opplæringen brukte vi følgende verdier. Du kan gjerne endre disse verdiene hvis du ikke har et stort utvalg av motstander.

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

Nå som du vet hvilke motstandsverdier du trenger, fortsett og lag kretsen.

For å teste instrumenteringsforsterkeren, kan du bruke en funksjonsgenerator til å generere en sinusbølge med en kjent amplitude, koble den til inngangen til kretsen og koble utgangen til forsterkeren til et oscilloskop. Du bør se en sinusbølge med en amplitude en 1000 ganger større enn inngangssinusbølgen

Trinn 3: Bygg hakkfilter

I likhet med instrumenteringsforsterkeren, se kretsen og ligningene for å finne de riktige komponentverdiene. Vi vet at i dette hakkfilteret må vi kutte ut frekvenser på 60Hz, derfor er f0 60Hz, vi kommer også til å bruke en kvalitetsfaktor på 8 som vil gi oss en god nøyaktighet. Ved å bruke disse verdiene kan vi nå finne passende komponentverdier:

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

Nå som du kjenner verdiene til komponentene du trenger, fortsett og bygg kretsen. Ikke at du kan bruke motstander i parallell eller serie for å komme verdier så nær som mulig til verdiene som trengs.

For å teste hakkfilteret, kan du utføre et frekvenssvep. Legg inn en sinusbølge med en amplitude på 0,5V og varier frekvensen. Se hvordan amplituden til utgangen som er koblet til et oscilloskop endres når du kommer nær 60Hz. For eksempel når frekvensen er under 50 eller over 70, bør du se et utgangssignal som ligner inngangen, men jo nærmere du kommer til 60Hz, bør amplituden reduseres. Hvis dette ikke skjer, må du kontrollere kretsen og kontrollere at du brukte riktige motstandsverdier.

Trinn 4: Bygg andreordens Butterworth -filter

Den typen lavpassfilter vi brukte er aktiv andre orden. Dette filteret brukes fordi det gir oss god nok nøyaktighet, og selv om det krever strøm, men ytelsen er bedre. Filteret er designet for å kutte frekvenser over 250 Hz. Dette er fordi et EKG -signal har en annen frekvenskomponent som er mellom null og 250 Hz, og ethvert signal med en frekvens på over 250 Hz vil bli betraktet som støy. Det første bildet viser skjemaet for lavpassfilteret med alle riktige motstandsverdier. (Vær oppmerksom på at R7 skal være 25632Ω i stedet for 4kΩ). Det andre bildet inneholder alle ligningene du kan bruke til å beregne komponentverdiene selv.

For å teste lavpassfilteret, bruk funksjonsgeneratoren til å generere en sinusbølge med en amplitude på 0,5V. Når du legger inn frekvenser under 250Hz, bør du se en utgang som ligner inngangen, men jo større du blir etter 250Hz, bør utgangen bli mindre og til slutt bli veldig nær null.

Trinn 5: Sett alt sammen

Etter at du er ferdig med å bygge de tre trinnene, setter du dem sammen ved å sette instrumenteringsforsterker, etterfulgt av hakkfilter og deretter lavpassfilter. Kretsen din skal se ut som dette bildet.

Trinn 6: Testing av hele kretsen

Bruk en funksjonsgenerator til å legge inn et vilkårlig EKG -signal med en amplitude på ikke større enn 15mV til inngangen til instrumenteringsforsterkeren. Koble utgangen til lavpassfilteret til et oscilloskop. Du bør få en utgang som ligner på dette bildet. Det grønne signalet er utgangen på brettet og det gule signalet er inngangssignalet til kretsen. Du kan også måle pulsen ved å anskaffe frekvensen ved hjelp av oscilloskopet og multiplisere dette tallet med 60.

Vær oppmerksom på at hvis du vil måle ditt eget EKG -signal, kan du gjøre det ved å koble de to inngangene til instrumenteringsforsterkeren til hvert håndledd med en elektrode og jording av beinet. Bare vær i midten før du gjør dette, og sørg for at kretsen og krets-til-instrument-tilkoblingene bruker riktige isolasjonsteknikker.