Outomatiese EKG -stroombaanmodel: 4 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Die doel van hierdie projek is om 'n stroombaanmodel met veelvuldige komponente te skep wat 'n inkomende EKG -sein voldoende kan versterk en filter. Drie komponente word individueel gemodelleer: 'n instrumentasieversterker, 'n aktiewe kerffilter en 'n passiewe bandpassfilter. Hulle sal gekombineer word om die finale EKG -kringmodel te skep. Alle stroombaanmodellering en toetsing is uitgevoer in LTspice, maar ander kring -simulasieprogramme sal ook werk.

Stap 1: Instrumentasie versterker

Dit sal die eerste komponent van die volledige EKG -model wees. Die doel daarvan is om die inkomende EKG -sein te versterk, wat aanvanklik 'n baie lae spanning sal hê. Ek het gekies om kombineer-op-versterkers en resistiewe komponente te gebruik op 'n manier wat 'n wins van 1000 sou oplewer. Die eerste prentjie toon die ontwerp van die instrumentasieversterker volgens LTspice. Die tweede prent toon relevante vergelykings en berekeninge. Sodra dit volledig gemodelleer is, is 'n verbygaande analise van 'n sinusvormige insetsein van 1 mV by 75 Hz in LTspice uitgevoer om 'n wins van 1000 te bevestig. Die derde beeld toon die resultate van hierdie analise.

Stap 2: Aktiewe kerffilter

Dit sal die tweede komponent van die volledige EKG -model wees. Die doel daarvan is om seine te demp met 'n frekwensie van 60 Hz, dit is die frekwensie van wisselspanningstoring. Dit verdraai EKG -seine en kom gewoonlik voor in alle kliniese omgewings. Ek het gekies om 'n op-amp te kombineer met weerstandbiedende en kapasitiewe komponente in 'n dubbele T-kerffilterkonfigurasie. Die eerste prentjie toon die kerffilterontwerp wat in LTspice gemodelleer is. Die tweede prent toon relevante vergelykings en berekeninge. Sodra dit volledig gemodelleer is, is 'n AC -sweep van 'n sinusvormige ingangsein van 1 V uitgevoer vanaf 1 Hz - 100 kHz in LTspice om 'n kerf by 60 Hz te bevestig. Die derde beeld toon die resultate van hierdie analise. Die geringe variasie in simulasieresultate in vergelyking met verwagte resultate is waarskynlik te wyte aan afronding wat gedoen is by die berekening van die weerstandbiedende en kapasitiewe komponente van hierdie stroombaan.

Stap 3: Passiewe bandpasfilter

Dit sal die derde komponent van die volledige EKG -model wees. Die doel daarvan is om seine wat nie binne die reeks 0,05 - 250 Hz lê nie, uit te filter, aangesien dit die omvang van 'n tipiese volwasse EKG is. Ek het gekies om weerstandbiedende en kapasitiewe komponente te gebruik, sodat die hoë deurgangsnelheid 0,05 Hz sou wees en die laagsyferonderbreking 250 Hz. Die eerste prent toon die passiewe bandpass -filterontwerp wat in LTspice gemodelleer is. Die tweede prent toon relevante vergelykings en berekeninge. Sodra dit volledig gemodelleer is, is 'n AC -sweep van 'n sinusvormige insetsein van 1 V uitgevoer vanaf 0,01 Hz - 100 kHz in LTspice om die afsnyprekwensies van hoë en lae deurgang te bevestig. Die derde beeld toon die resultate van hierdie analise. Die geringe variasie in simulasieresultate in vergelyking met verwagte resultate is waarskynlik te wyte aan afronding wat gedoen is by die berekening van die weerstandbiedende en kapasitiewe komponente van hierdie stroombaan.

Stap 4: Kombineer stroomonderdele

Noudat alle komponente individueel ontwerp en getoets is, kan hulle in serie gekombineer word in die volgorde waarin hulle geskep is. Dit lei tot 'n volledige EKG -kringmodel wat eers 'n instrumentasieversterker bevat om die sein 1000x te versterk. Dan word 'n kerffilter gebruik om 60 Hz wisselspanning geraas uit te skakel. Laastens laat die banddeurlaatfilter geen sein deur wat buite die omvang van 'n tipiese volwasse EKG is nie (0,05 Hz - 250 Hz). Sodra dit gekombineer is, soos in die eerste prent getoon, kan 'n kortstondige analise en 'n volledige AC -sweep in LTspice uitgevoer word met 'n insetspanning van 1 mV (sinusvormig) om seker te maak dat die komponente saamwerk soos verwag is. Die tweede beeld vertoon die transiente analise -resultate, wat seinversterking van 1 mV tot ~ 0,85 V. toon. Dit beteken dat die kerf- of bandpass -filterkomponente die sein effens verswak nadat dit aanvanklik 1000x deur die instrumentasieversterker versterk is. Die derde beeld vertoon die AC -sweepresultate. Hierdie Bode -plot toon afsnypunte vir hoë en lae deurgang wat ooreenstem met dié van die banddoorlaatfilter se Bode -plot wanneer dit individueel getoets word. Daar is ook 'n effense duik rondom 60 Hz, waar die kerffilter werk om ongewenste geraas te verwyder.