א.ק.ג אוטומטי קל (מגבר אחד, 2 מסננים): 7 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

אלקטרוקרדיוגרמה (א.ק.ג) מודדת ומציגה את הפעילות החשמלית של הלב באמצעות אלקטרודות שונות המונחות על העור. ניתן ליצור א.ק.ג באמצעות מגבר מכשור, מסנן חריץ ומסנן מעבר נמוך. לבסוף, ניתן לדמיין את האות המסונן והמוגבר באמצעות תוכנת LabView. LabView משתמשת גם בתדר הנכנס של האות כדי לחשב את פעימות הלב של הנבדק האנושי. מגבר האבזור שנבנה הצליח לקחת את האות הקטן של הגוף ולהגביר אותו ל- 1 V, כך שניתן היה לצפות בו במחשב באמצעות LabView. מסנני החריץ והמעבר הנמוך הצליחו להפחית רעש של 60 הרץ מספקי כוח ולהפריע לאותות מעל 350 הרץ. דופק הלב במנוחה נמדד כ- 75 דקה לדקה, ו -137 דקה לדקה לאחר חמש דקות של פעילות גופנית אינטנסיבית. ה- ECG שנבנה הצליח למדוד פעימות לב בערכים מציאותיים ולדמיין את המרכיבים השונים של צורת גל אק"ג טיפוסית. בעתיד, ניתן לשפר את האק"ג הזה על ידי שינוי ערכים פסיביים במסנן החריצים כדי להפחית יותר רעש בסביבות 60 הרץ.

שלב 1: צור את מגבר המכשור

תזדקק ל: LTSpice (או תוכנת הדמיית מעגלים אחרת)

מגבר המכשור נוצר כדי להגדיל את גודל האות כך שהוא יהיה גלוי ויאפשר ניתוח של צורת הגל.

באמצעות R1 = 3.3k אוהם, R2 = 33k ohms, R3 = 1k ohms, R4 = 48 ohm מושגת רווח של X. רווח = -R4/R3 (1+R2/R1) = -47k/1k (1- (33k/3.3k)) = -1008

מכיוון שבמגבר ההגדרות הסופי האות נכנס לסיכה ההפוכה, הרווח הוא 1008. עיצוב זה נוצר ב- LTSpice ולאחר מכן מדומה בעזרת טאטת AC מ -1 עד 1kHz עם 100 נקודות בעשור עבור קלט גל סינוס עם משרעת AC של 1V.

בדקנו שהרווח שלנו דומה לרווח המיועד. מהגרף מצאנו רווח = 10^(60/20) = 1000 שהוא קרוב מספיק לרווח המיועד שלנו של 1008.

שלב 2: צור את מסנן החריץ

תזדקק ל: LTSpice (או תוכנת ויזואליזציה אחרת של מעגלים)

מסנן חריץ הוא סוג מסוים של מסנן מעבר נמוך ואחריו מסנן גבוה לעבור לחיסול תדר ספציפי. מסנן חריץ משמש לסילוק הרעש המיוצר על ידי כל המכשירים האלקטרוניים הנמצא ב 60 הרץ.

הערכים הפסיביים חושבו: C =.1 uF (הערך נבחר) 2C =.2 uF (בשימוש קבלים.22 uF)

ישמש גורם AQ של 8: R1 = 1/(2*Q*2*pi*f*C) = 1/(2*8*2*3.14159*60*.1E-6) = 1.66 kOhm (1.8 kOhm שימש) R2 = 2Q/(2*pi*f*C) = (2*8)/(60 Hz*2*3.14159*.1E-6 F) = 424 kOhm (390 kOhm + 33 kOhm = 423 kOhm היה משמש) חלוקת מתח: Rf = R1 * R2 / (R1 + R2) = 1.8 kOhm * 423 kOhm / (1.8 kOhm + 423 kOhm) = 1.79 kOhm (שימש 1.8 kOhm)

לעיצוב מסנן זה יש רווח של 1, כלומר אין תכונות הגברה.

חיבור הערכים הפסיביים והדמיה ב- LTSpice עם סוויפ AC ואות קלט של 0.1 V סינוס בתדר AC של 1 קילוהרץ מביאים לעלילת הבודד המצורפת.

בתדר של סביב 60 הרץ, האות מגיע למתח הנמוך ביותר שלו. המסנן מצליח להסיר רעש של 60 הרץ למתח שאינו מורגש של 0.01 וולט ומספק רווח של 1, שכן מתח הכניסה הוא.1 V.

שלב 3: צור את מסנן ה- Low Pass

תזדקק ל: LTSpice (או תוכנת ויזואליזציה אחרת של מעגלים)

מסנן מעבר נמוך נוצר כדי להסיר את האותות מעל רף העניין שיכיל את אות הא.ק.ג. רף העניין היה בין 0 - 350Hz.

ערך הקבל נבחר להיות.1 uF. ההתנגדות הדרושה מחושבת לתדר ניתוק גבוה של 335 הרץ: C = 0.1 uF R = 1/(2pi*0.1*(10^-6)*335 הרץ) = 4.75 kOhm (שימש 4.7 kOhm)

חיבור הערכים הפסיביים והדמיה ב- LTSpice עם סוויפ AC ואות קלט של 0.1 V סינוס בתדר AC של 1 קילוהרץ מביאים לעלילת הבודד המצורפת.

שלב 4: צור את המעגל על לוח קרש

תצטרך: נגדים בערכים שונים, קבלים בעלי ערכים שונים, מגברים תפעוליים UA 471, כבלי מגשר, לוח לחם, כבלי חיבור, ספק כוח או סוללת 9 V

כעת, לאחר שסימנת את המעגל שלך, הגיע הזמן לבנות אותו על לוח לחם. אם אין לך את הערכים המדויקים הרשומים, השתמש במה שיש לך או שלב נגדים וקבלים כדי ליצור את הערכים הדרושים לך. זכור להפעיל את לוח הלחם באמצעות סוללה 9 וולט או ספק כוח DC. כל מגבר אופ זקוק למקור מתח חיובי ושלילי.

שלב 5: הגדרת סביבת LabView

תזדקק ל: תוכנת LabView, מחשב

על מנת להפוך את הצגת צורת הגל לאוטומטית ולחישוב קצב הלב, נעשה שימוש ב- LabView. LabView היא תוכנית המשמשת להדמיה וניתוח נתונים. הפלט של מעגל הא.ק.ג הוא הקלט של LabView. הנתונים מוזנים, מפותחים ומנותחים על סמך תרשים הבלוקים שתוכנן להלן.

ראשית, ה- DAQ Assistant מקבל את האות האנלוגי מהמעגל. הוראות הדגימה מוגדרות כאן. קצב הדגימה היה 1k דגימות לשנייה והמרווח היה 3k ms, ולכן מרווח הזמן הנראה בגרף צורת הגל הוא 3 שניות. גרף Waveform קיבל נתונים מה- DAQ Assistant ואז מתווה אותם בחלון הלוח הקדמי. החלק התחתון של תרשים הבלוק כולל את חישוב קצב הלב. ראשית נמדדים המקסימום והמינימום של הגל. לאחר מכן, מדידות משרעת אלה משמשות כדי לקבוע אם מתרחשות שיאים המוגדרים כ- 95% מהמשרעת המרבית, ואם כן נקודת הזמן נרשמת. לאחר זיהוי הפסגות, המשרעת ונקודת הזמן מאוחסנים במערכים. לאחר מכן מספר הפסגות/ שניות הופך לדקות ומוצג בלוח הקדמי. הלוח הקדמי מציג את צורת הגל ואת הפעימות לדקה.

המעגל היה מחובר ל- LabVIEW באמצעות ADC National Instruments כפי שמוצג באיור לעיל. מחולל הפונקציות שהפיק את אות האק ג המדומה הוכנס ל- ADC שהעביר את הנתונים ל- LabView לצורך גרפים וניתוח. בנוסף, לאחר חישוב ה- BPM ב- LabVIEW, המחוון המספרי שימש להדפסת ערך זה בלוח הקדמי של היישום לצד גרף צורת הגל, כפי שניתן לראות באיור 2.

שלב 6: בדיקת מעגל באמצעות מחולל פונקציות

תצטרך: מעגל על לוח קרש, כבלי חיבור, ספק כוח או סוללת 9 V, National Instruments ADC, תוכנת LabView, מחשב

כדי לבדוק את מכשור LabView הוכנס א.ק.ג מדומה למעגל ופלט המעגל היה מחובר ל- LabView דרך ה- National Instruments ADC. ראשית, אות של 20mVpp ב -1 הרץ הוכנס למעגל כדי לדמות פעימות לב במנוחה. הלוח הקדמי של LabView מוצג בתמונה למטה. מכלול P, T, U ו- QRS נראים כולם. ה- BMP מחושב בצורה נכונה ומוצג במדד המספרי. יש רווח של כ 8 V/0.02 V = 400 דרך המעגל הדומה למה שראינו כשהמעגל הוצמד לאוסילוסקופ. מצורפת תמונה של התוצאה ב- LabView. לאחר מכן, כדי לדמות פעימות לב מורמות למשל במהלך האימון, אות של 20mVpp ב 2Hz הוכנס למעגל. היה רווח דומה לבדיקה בדופק במנוחה. מתחת לצורת הגל נראה שיש את אותם חלקים כמו בעבר רק בקצב מהיר יותר. קצב הלב מחושב ומוצג במדד המספרי ואנו רואים את 120 BPM הצפויים.

שלב 7: מעגל בדיקה באמצעות נושא אנושי

תצטרך: מעגל על לוח קרש, כבלי חיבור, ספק כוח או סוללת 9 V, National Instruments ADC, תוכנת LabView, מחשב, אלקטרודות (לפחות שלוש), נושא אנושי

לבסוף, המעגל נבדק בעזרת א.ק.ג אנושי שמוביל קלט למעגל ולפלט של המעגל הנכנס ל- LabView. שלוש אלקטרודות הונחו על הנושא כדי לקבל אות אמיתי. אלקטרודות הונחו על שני פרקי הידיים ועל הקרסול הימני. פרק כף היד הימנית הייתה הקלט החיובי, פרק כף היד השמאלית הייתה שלילית והקרסול נטחן. שוב הנתונים הוכנסו ל- LabView לעיבוד. תצורת האלקטרודה מצורפת כתמונה.

ראשית, אות האק ג המנוחה של הנבדק הוצג ונותח. בזמן מנוחה, הדופק של הנבדק היה בערך 75 פעימות לדקה. הנבדק השתתף לאחר מכן בפעילות גופנית אינטנסיבית במשך 5 דקות. הנבדק חובר מחדש והאות מוגבר נרשם. קצב הלב היה בערך 137 פעימות לדקה לאחר פעילות. האות הזה היה קטן יותר והיה לו יותר רעש. אלקטרודות הונחו על שני פרקי הידיים ועל הקרסול הימני. פרק כף היד הימנית הייתה הקלט החיובי, פרק כף היד השמאלית הייתה שלילית והקרסול נטחן. שוב הנתונים הוכנסו ל- LabView לעיבוד.

לאדם ממוצע יש אות אק ג של כ- 1mV. הרווח הצפוי שלנו היה כ -1000, ולכן היינו מצפים למתח יציאה של 1V. מההקלטה במנוחה הנראית בתמונה XX, משרעת מתחם ה- QRS היא בערך (-0.7)-(-1.6) = 0.9 V. זה יוצר שגיאה של 10%. (1-0.9)/1*100 = 10% דופק המנוחה של אדם רגיל הוא 60, המדד היה כ -75, זה מייצר | 60-75 |*100/60 = 25% שגיאה. הדופק המוגבר של אדם רגיל הוא 120, המדד היה כ -137, זה מייצר | 120-137 |*100/120 = 15% שגיאה.

מזל טוב! כעת בניתם א.ק.ג אוטומטי משלכם.