מעגל אקולוגי מדומה: 7 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:11

אלקטרוקרדיוגרמה היא בדיקה נפוצה המשמשת הן בבדיקות סטנדרטיות והן באבחנות של מחלות קשות. מכשיר זה, המכונה א.ק.ג, מודד את האותות החשמליים בתוך הגוף האחראי על ויסות פעימות הלב. הבדיקה מנוהלת על ידי החלת אלקטרודות על עור הנבדק והתבוננות בתפוקת, המתבטאת בצורת גל האק ג הידוע המוצג. צורת גל זו מכילה גל P, קומפלקס QRS וגל T המייצגים כל תגובה פיזיולוגית. מדריך זה יעבור את השלבים של הדמיית א.ק.ג בתוכנת הדמיית מעגלים.

אספקה:

LTSpice או סימולטור מעגלים דומה

שלב 1: בנה מגבר מכשור

מטרת מגבר מכשור היא להגביר אות קטן מאוד שלרוב מוקף ברמות רעש גבוהות. המתח של אות הכניסה ל- EMG הוא בדרך כלל בין 1 mV ל- 5 mV ומטרת שלב זה היא להגביר את האות הזה עם רווח של כ -1000. המוצג בסכימה, ניתן לשלוט ברווח על ידי המשוואה הבאה שבה R1 = R2, R4 = R5 ו- R6 = R7:

רווח = K1*K2, כאשר K1 = K2

K1 = 1 + (2R1/R3)

K2 = -R6/R4

הרווח לפיכך נקבע ל -1000, כך ש- K1 ו- K2 הם כ -31.6. כמה נגדים יכולים להיבחר באופן שרירותי ואחרים מחושבים, כל עוד משוואת הרווח מסופקת לשווה ל- 1000. במעגל פיזי, האלקטרודות היו נכנסות למגברים המבצעיים, אך למטרות סימולציה אחת מקורקעת והשנייה משמשת לסימן את ההבדל הפוטנציאלי. צומת וין ישמש מאוחר יותר לדמות גלי קלט. צומת ה- Vout מובילה לשלב הבא של הא.ק.ג. מגבר תפעולי LTC1151 נבחר מכיוון שהוא ממוקם בספריית LTSpice, בעל CMRR גבוה ושימש במכשור רפואי. כל מגבר תפעולי בסיסי עם מתח אספקה של +15V ו -15V יעבוד במערכת זו.

שלב 2: בנה מסנן חריץ

השלב הבא ב- ECG הוא מסנן חריץ לסינון הפרעות בקו החשמל המתרחש בתדר של 60 הרץ. מסנן חריץ פועל על ידי הסרת מגוון קטן של אותות המתרחשים קרוב מאוד לתדר יחיד. לכן, על ידי שימוש בתדר ניתוק של 60 הרץ ובמשוואת תדר החיתוך, ניתן לבחור נגדים וקבלים מתאימים. באמצעות הסכימה למעלה וציין כי C = C1 = C2, C3 = 2*C1, R = R10 ו- R8 = R9 = 2*R10, ניתן לבחור ערכי קבלים באופן שרירותי (הדוגמה מציגה קבל 1uF שנבחר). באמצעות המשוואה הבאה, ניתן לחשב ולהשתמש בערכי הנגד המתאימים בשלב זה:

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

צומת הווין הוא הפלט ממגבר האבזור וצומת ה- Vout מוביל לשלב הבא.

שלב 3: בנה מסנן Bandpass

השלב האחרון של המערכת מורכב ממסנן פס פס פעיל להסרת רעש מעל ומתחת לטווח תדרים מסוים. שיטוט בסיסי, הנגרם על ידי הבסיס של האות המשתנה עם הזמן, מתרחש מתחת 0.6 הרץ ורעש EMG, הנגרם על ידי נוכחות רעש שרירים, מתרחש בתדרים מעל 100 הרץ. לכן, מספרים אלה נקבעים כתדרי החיתוך. מסנן פס הפס מורכב ממסנן מעבר נמוך ואחריו מסנן מעבר גבוה. עם זאת, לשני המסננים אותה תדירות ניתוק:

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

באמצעות 1uF כערך קבלים שרירותי, ו- 0.6 ו -100 כתדרי החיתוך, ערכי הנגד חושבו עבור החלקים המתאימים של המסנן. צומת Vin מגיע מהפלט של מסנן החריץ וצומת Vout הוא המקום בו יימדד הפלט המדומה של המערכת המלאה. במערכת פיזית, פלט זה יתחבר לאוסילוסקופ או להתקן תצוגה דומה כדי לצפות בגלי הא.ק.ג בזמן אמת.

שלב 4: בדוק את מגבר המכשור

לאחר מכן, מגבר המכשור ייבדק כדי לוודא שהוא אכן מספק רווח של 1000. לשם כך, הכנס גל סינוסואיד בתדר שרירות ושרירות. דוגמה זו השתמשה בשיא 2 מ מ אמפליטודה לייצוג גל EMG ותדר של 1000 הרץ. לדמות את מגבר המכשור בתוכנת הדמיית המעגלים ולשרטט את צורות גל הכניסה והפלט. באמצעות פונקציית סמן, רשום את גודל הקלט והפלט, וחשב את הרווח על ידי רווח = Vout/Vin. אם הרווח הזה הוא כ -1000, שלב זה פועל כראוי. ניתן לבצע ניתוח סטטיסטי נוסף על שלב זה על ידי התחשבות בסובלנות הנגד ושינוי ערכי הנגד ב- +5% ו -5% כדי לראות כיצד הוא משפיע על גל הפלט והרווח העוקב.

שלב 5: בדוק את מסנן החריץ

בדוק את מסנן החריץ על ידי ביצוע טאטא AC מטווח המכיל 60 הרץ. בדוגמה זו, הסחיפה נמשכה בין 1 הרץ ל -200 הרץ. העלילה המתקבלת, כאשר היא נמדדת בצומת ה- Vout, תוציא גרף הגברה ב- dB לעומת תדר ב- Hz. הגרף צריך להתחיל ולסיים בהגברה של 0 dB בתדרים רחוקים מ -60 הרץ לשני הכיוונים וירידה גדולה בהגברה אמורה להופיע ב -60 הרץ או קרוב אליהם. זה מראה שאותות המתרחשים בתדר זה מוסרים כראוי מהאות הרצוי. ניתן לבצע ניתוח סטטיסטי נוסף על שלב זה על ידי התחשבות בסובלנות הנגד ושינוי ערכי הנגד והקבלים ב- +5% ו -5% כדי לראות כיצד הוא משפיע על תדירות הניתוק הניסיונית (התדירות שחווה הכי הרבה הנחתה מבחינה גרפית).

שלב 6: בדוק את מסנן Bandpass

לבסוף, בדוק את מסנן פס הפס על ידי ביצוע ניתוח נוסף לטאטא AC. הפעם, הסחיפה צריכה להיות מתדירות נמוכה מ -0.6 וגדולה מ -100 כדי להבטיח שניתן לראות את מעבר הרצועה באופן גרפי. שוב, הפעל את הניתוח על ידי מדידה בצומת Vout המוצג בסכימה. הפלט אמור להיראות כמו הדמות שלמעלה שבה ההגברה שלילית ככל שמתרחקים מטווח 0.6-100 הרץ. הנקודות בהן ההגברה היא -3dB צריכות להיות 0.6 ו -100 הרץ, או ערכים קרובים מאוד לאלה של הנקודות הראשונות והשניות, בהתאמה. הנקודות -3dB מסמנות כאשר האות נחלש לנקודה שבה הפלט בתדרים אלה יהיה חצי מהעוצמה המקורית. לכן, הנקודות -3dB משמשות לניתוח הנחתה של אותות למסננים. אם הנקודות -3dB בגרף המוצא תואמות את טווח פס הפס, הבמה פועלת כראוי.

ניתן לבצע ניתוח סטטיסטי נוסף על שלב זה על ידי התחשבות בסובלנות הנגד ושינוי ערכי הנגד והקבלים ב- +5% ו- -5% כדי לראות כיצד הוא משפיע על שני תדרי הניתוק הניסיוניים.

שלב 7: הרכיבו את מערכת האק"ג המלאה

לבסוף, כאשר מאושרים שכל שלושת השלבים פועלים כראוי, מקמו את כל שלושת השלבים של האק ג יחד והתוצאה הסופית נעשית. ניתן להזין גל א.ק.ג מדומה לשלב מגבר המכשור והגל המופלט צריך להיות גל א.ק.ג מוגבר.