מעגל א.ק.ג: 7 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

א.ק.ג היא בדיקה המודדת את הפעילות החשמלית של הלב על ידי רישום קצב הלב ופעילותו. הוא פועל על ידי לקיחת וקריאת אותות מהלב באמצעות לידים המחוברים למכשיר אלקטרוקרדיוגרף. מדריך זה יראה לך כיצד לבנות מעגל המתעד, מסנן ומציג את האות הביו -אלקטרי של הלב. זה לא מכשיר רפואי. זה מיועד למטרות לימוד רק באמצעות אותות מדומים. אם אתה משתמש במעגל זה למדידות א.ק.ג אמיתיות, ודא שהמעגל וחיבורי המעגל למכשיר משתמשים בטכניקות בידוד נאותות.

מעגל זה מכיל שלושה שלבים שונים המחוברים יחד בסדרות עם תוכנית LabView. הנגדים במגבר המכשור חושבו עם רווח של 975 כדי להבטיח שניתן עדיין לאסוף את האותות הקטנים מהלב במעגל. מסנן החריץ מוציא את רעש 60 הרץ משקע החשמל בקיר. מסנן המעבר הנמוך מבטיח כי רעש בתדירות גבוהה יוסר מהמעגל לאיתור אותות טוב יותר.

לפני שתתחיל במדריך זה, כדאי להכיר את מגבר התפעול הכללי של uA741. לסיכות השונות במגבר ה- OP יש מטרות שונות והמעגל לא יפעל אם הם מחוברים בצורה לא נכונה. חיבור הסיכות ללוח הלחם הוא גם דרך קלה לטגן את מגבר ה- OP ולהפוך אותו ללא תפקודי. הקישור שלהלן מכיל את הסכימה המשמשת את מגברי ההגברה במדריך זה.

מקור תמונה:

שלב 1: אסוף חומרים

חומרים הדרושים לכל 3 שלבי המסנן:

• אוֹסְצִילוֹסקוּפּ
• מחולל פונקציות
• ספק כוח (+15V, -15V)
• קרש לחם ללא הלחמה
• כבלי בננה שונים וקטעי תנין
• מדבקות אלקטרודות א.ק.ג
• חוטי מגשר שונים

מגבר מכשור:

• 3 מגברי אופ (uA741)

• נגדים:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

מסנן חריץ:

• מגבר אופטי אחד (uA741)

• נגדים:

  • 1.6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• קבלים:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

מסנן מעביר נמוך:

• 1 Op-Amp (uA741)

• נגדים:

  • 23.8 kΩ
  • 43 kΩ

• קבלים:

  • 22 nF
  • 47 nF

שלב 2: בנה מגבר מכשור

אותות ביולוגיים פותחים לעתים קרובות רק מתח בין 0.2 ל -2 mV [2]. מתחים אלה קטנים מכדי לנתח אותם באוסילוסקופ ולכן היינו צריכים לבנות מגבר.

לאחר בניית המעגל שלך, בדוק אם הוא פועל כראוי על ידי מדידת המתח ב- Vout (מוצג כצומת 2 בתמונה למעלה). השתמשנו בגנרטור הפונקציות כדי לשלוח גל סינוס עם מתח משרעת כניסה של 20 mV למגבר המכשור שלנו. כל דבר רחוק מדי מעל זה לא ייתן לך את התוצאות שאתה מחפש כי מגברי ההפעלה קיבלו רק כמות מסוימת של הספק של -15 ו -15 V. השווה את הפלט של מחולל הפונקציות לפלט של מגבר המכשור שלך ו חפש רווח של קרוב ל 1000 V. (Vout/Vin צריך להיות קרוב מאוד ל 1000).

טיפ לפתרון בעיות: ודא שכל הנגדים נמצאים בטווח kΩ.

[2] מיזוג אותות אלקטרוקרדיוגרמה (ECG) בביצועים גבוהים | חינוך | מכשירים אנלוגיים.” [באינטרנט]. זמין: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [גישה: 10-דצמבר 2017].]

שלב 3: בנה מסנן חריץ

מסנן החריצים שלנו נועד לסנן תדר ב 60 הרץ. אנו רוצים לסנן את 60 הרץ מהאות שלנו מכיוון שזהו תדירות הזרם החילופי המצוי בשקעי חשמל.

כאשר בודקים את מסנן החריצים, מודדים את יחס השיא לשיא בין גרפי הקלט והפלט. ב 60 הרץ, צריך להיות יחס של -20 dB או טוב יותר. הסיבה לכך היא שב -20 dB מתח המתח הוא בעצם 0V, כלומר סיננת את האות בהצלחה ב 60 הרץ! בדוק גם תדרים בסביבות 60 הרץ כדי לוודא שלא תסננו תדרים אחרים בטעות.

טיפ לפתרון בעיות: אם אינך יכול להשיג בדיוק -20dB ב -60 הרץ, בחר נגד אחד ושנה אותו מעט עד לקבלת התוצאות הרצויות. היינו צריכים לשחק עם הערך של R2 עד שקיבלנו את התוצאות שרצינו.

שלב 4: בנה מסנן Low Pass

מסנן ה- low pass שלנו תוכנן עם תדר ניתוק של 150 הרץ. בחרנו בחיתוך זה מכיוון שטווח האבחון הרחב ביותר לאק"ג הוא 0.05 הרץ - 150 הרץ, בהנחה של סביבה חסרת תנועה ורעש נמוך [3]. מסנן ה- low pass מסוגל להיפטר מרעש בתדר גבוה המגיע משרירים או מחלקים אחרים של הגוף [4].

על מנת לבדוק את המעגל הזה כדי לוודא שהוא פועל כראוי, מודדים את Vout (מוצג כצומת 1 בתרשים המעגלים). ב -150 הרץ אמפליטודה של אות הפלט צריכה להיות פי 0.7 מהמשרעת של אות הכניסה. השתמשנו באות קלט של 1V על מנת שנוכל לראות בקלות שהפלט שלנו צריך להיות 0.7 ב -150 הרץ.

טיפים לפתרון בעיות: כל עוד תדירות הניתוק שלך נמצאת בתוך כמה הרץ של 150 הרץ המעגל שלך עדיין אמור לפעול. ההפרדה שלנו בסופו של דבר הייתה 153 הרץ. טווח האותות הביולוגיים ישתנה מעט בגוף כך שכל עוד אתה לא כבוי יותר מכמה הרץ, המעגל שלך עדיין אמור לפעול.

[3] "מסנני א.ק.ג. | MEDTEQ.” [באינטרנט]. זמין: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [גישה: 10-דצמבר 2017].

[4] ק.ל. ונקאטאכאלאם, ג'יי הרברנדסון וסיי ג'יי אסירוואתם, "אותות ועיבוד אותות לאלקטרופיזיולוג: חלק א ': רכישת אלקטרוגרם", מעגל. Arrhythmia Electrophysiol., כרך. 4, לא. 6, עמ '965–973, דצמבר 2011.

שלב 5: צור תוכנית LabView

[5] "פרויקט מעבדת עיצוב BME 305" (סתיו 2017).

תרשים בלוק labview זה נועד לנתח את האות העובר בתוכנית, לזהות פסגות א.ק.ג, לאסוף את הפרש הזמן בין הפסגות ולחשב מתמטית את BPM. הוא גם פלט גרף של צורת הגל האק ג.

שלב 6: חבר את כל שלושת השלבים

חבר את כל שלושת המעגלים בסדרה על ידי חיבור הפלט של מגבר המכשור לכניסה של מסנן החריץ ופלט מסנן החריץ לכניסה של מסנן הנמוך. חבר את הפלט של מסנן ה- low pass לעוזר DAQ וחבר את עוזר DAQ למחשב. בעת חיבור המעגלים יחד, ודא שרצועות החשמל לכל לוח לחם מחוברות ורצועות הקרקע מחוברות לאותו מסוף הארקה.

במגבר המכשור, יש צורך לא לאתר את מגבר ה- OP השני כך ששני מוליכים של אלקטרודות המחוברים לנבדק יכולים כל אחד להתחבר למגבר אופטי אחר בשלב הראשון של אותו מסנן.

שלב 7: קבל איתותים מנבדק בני אדם

יש להניח מדבקת אלקטרודה אחת על כל פרק כף היד, ואחת להניח על הקרסול לקרקע. השתמש בקליפי תנין לחיבור שתי אלקטרודות פרק כף היד לכניסות מגבר האבזור והקרסול לקרקע. כשתהיה מוכן, לחץ על "הפעל" בתוכנית LabView וראה את קצב הלב והאק"ג שלך על המסך!