Eenvoudige EKG -opnamebaan en LabVIEW -hartklopmonitor: 5 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Dit is nie 'n mediese toestel nie. Dit is slegs vir opvoedkundige doeleindes met behulp van gesimuleerde seine. As u hierdie kring vir werklike EKG-metings gebruik, moet u seker maak dat die stroombaan en die kring-tot-instrumentverbindings die regte isolasietegnieke gebruik

Een van die belangrikste aspekte van moderne gesondheidsorg is die vermoë om 'n hartgolf vas te vang met behulp van 'n EKG of 'n elektrokardiogram. Hierdie tegnieke gebruik oppervlakelektrode om die verskillende elektriese patrone wat deur die hart uitgestraal word, te meet, sodat die uitset gebruik kan word as 'n diagnostiese hulpmiddel om hart- en longtoestande soos verskillende vorme van tagikardie, takblok en hipertrofie te diagnoseer. Om hierdie toestande te diagnoseer, word die uitsetgolfvorm vergelyk met 'n normale EKG -sein.

Om 'n stelsel te skep wat die EKG -golfvorm kan verkry, moet die sein eers versterk word en dan gepas gefiltreer word om geraas te verwyder. Om dit te kan doen, kan 'n driefasige kring met behulp van OP -versterkers gebou word.

Hierdie instruksie sal die nodige inligting verskaf vir die ontwerp en bou van 'n eenvoudige stroombaan wat 'n EKG -sein kan opneem met behulp van oppervlakelektrode, en dit dan kan filter vir verdere verwerking en analise. Daarbenewens bevat hierdie instruksie 'n tegniek wat gebruik word om die sein te ontleed om 'n grafiese voorstelling van die stroomuitset te skep, sowel as 'n metode om die hartklop te bereken uit die uitset van die EKG -golfvormkring.

Nota: maak seker dat u tydens die ontwerp van elke fase eksperimenteel en deur simulasies AC -sweeps uitvoer om die gewenste stroombaangedrag te verseker.

Stap 1: Ontwerp en bou die instrumentversterker

Die eerste fase in hierdie EKG -kring is 'n instrumentasie versterker, wat uit drie OP -versterkers bestaan. Die eerste twee OP -versterkers is gebufferde insette, wat dan na 'n derde OP -versterker gevoer word wat as 'n differensiële versterker funksioneer. Die seine van die liggaam moet gebuffer word, anders sal die uitset verminder, aangesien die liggaam nie veel stroom kan verskaf nie. Die differensiële versterker neem die verskil tussen die twee invoerbronne om 'n meetbare potensiaalverskil te bied, terwyl die algemene geraas gelyktydig uitgeskakel word. Hierdie fase het ook 'n wins van 1000, wat die tipiese mV versterk tot 'n meer leesbare spanning.

Die kringwins van 1000 vir die instrumentasieversterker word bereken deur die vergelykings wat getoon word. Die fase 1 versterking van die instrumentasie versterker word bereken deur (2), en die fase 2 versterking van die instrumentasie versterker word bereken deur (3). K1 en K2 is bereken sodat hulle nie meer as 'n waarde van 15 van mekaar verskil nie.

Vir 'n wins van 1000 kan K1 op 40 gestel word en K2 op 25. Die weerstandswaardes kan almal bereken word, maar hierdie spesifieke instrumentasieversterker het die weerstandswaardes hieronder gebruik:

R1 = 40 kΩ

R2 = 780 kΩ

R3 = 4 kΩ

R4 = 100 kΩ

Stap 2: Ontwerp en bou die kerffilter

Die volgende fase is 'n kerffilter om die 60 Hz -sein wat uit die stopcontact kom, te verwyder.

In die kerffilter word die weerstandswaarde van R1 bereken deur (4), die waarde van R2 by (5) en die waarde van R3 met (6). Die kwaliteitsfaktor van die stroombaan, Q, is op 8 gestel, want dit gee 'n redelike foutmarge terwyl dit realisties akkuraat is. Die Q -waarde kan bereken word deur (7). Die laaste regeringsvergelyking van die kerffilter word gebruik vir die berekening van die bandwydte en word beskryf deur (8). Benewens die kwaliteitsfaktor van 8, het die kerffilter ook ander ontwerpspesifikasies gehad. Hierdie filter is ontwerp om 'n versterking van 1 te hê sodat dit die sein nie verander nie, terwyl dit die 60 Hz -sein verwyder.

Volgens die vergelykings is R1 = 11.0524 kΩ, R2 = 2.829 MΩ, R3 = 11.009 kΩ en C1 = 15 nF

Stap 3: Ontwerp en bou die Butterworth-laagdeurlaatfilter van die tweede orde

Die laaste fase is 'n laagdeurlaatfilter om alle seine wat bo die hoogste frekwensie-komponent van 'n EKG-golf kan voorkom, te verwyder, soos WiFi-geraas en ander omringende seine wat kan aflei van die sein van belang. Die -3dB punt vir hierdie fase moet ongeveer of naby 150 Hz wees, aangesien die standaardreeks seine wat in 'n EKG -golfreeks voorkom, van 0,05 Hz tot 150 Hz is.

By die ontwerp van die laagdeurlaatbare tweede orde Butterworth-filter, moet die kring weer 'n wins van 1 hê, wat 'n eenvoudiger stroombaanontwerp moontlik gemaak het. Voordat u verdere berekeninge uitvoer, is dit belangrik om daarop te let dat die gewenste afsnyfrekwensie van die laagdoorlaatfilter op 150 Hz is. Dit is die maklikste om te begin deur die waarde van kapasitor 2, C2 te bereken, aangesien ander vergelykings van hierdie waarde afhang. C2 kan bereken word deur (9). Uit die berekening van C2 kan C1 bereken word deur (10). In die geval van hierdie laagdeurlaatfilter word die koëffisiënte a en b gedefinieer waar a = 1.414214, en b = 1. Die weerstandswaarde van R1 word bereken deur (11), en die weerstandswaarde van R2 word bereken deur (12).

Die volgende waardes is gebruik:

R1 = 13,842kΩ

R2 = 54,36 kΩ

C1 = 38 nF

C1 = 68 nF

Stap 4: Stel die LabVIEW -program op wat gebruik word vir die verkryging en ontleding van data

Vervolgens kan die rekenaarprogram LabView gebruik word om 'n taak te skep wat 'n grafiese voorstelling van 'n hartklop uit 'n EKG -sein sal skep en die hartklop van dieselfde sein kan bereken. Die LabView -program bereik dit deur eers 'n analoog insette van 'n DAQ -bord te aanvaar, wat ook dien as 'n analoog na digitale omskakelaar. Hierdie digitale sein word dan verder ontleed en uitgebeeld, waar die plot die grafiese voorstelling van die sein wat in die DAQ -bord ingevoer word, toon. Die seingolfvorm word ontleed deur 80% van die maksimum waardes van die digitale sein wat aanvaar word, te neem, en gebruik dan 'n piekdetektorfunksie om hierdie pieke van die sein op te spoor. Terselfdertyd neem die program die golfvorm en bereken die tydsverskil tussen die pieke van die golfvorm. Die piekopsporing word gekoppel aan gepaardgaande waardes van 1 of 0, waar 1 'n piek verteenwoordig om 'n indeks van die ligging van pieke te skep, en hierdie indeks word dan gebruik in samehang met die tydsverskil tussen pieke om die hartklop wiskundig te bereken in slae per minuut (BPM). Die blokdiagram wat in die LabView -program gebruik is, word getoon.

Stap 5: Volledige samestelling

Nadat u al u stroombane en LabVIEW -program opgestel het en seker gemaak het dat alles behoorlik werk, is u gereed om 'n EKG -sein op te neem. Op die foto is 'n moontlike skema van die stelsel met volledige stroombane.

Koppel die positiewe elektrode aan u regterpols en een van die ingange van die instrumentversterker met 'n sirkel, en die negatiewe elektrode aan u linkerpols en die ingang van die ander instrumentversterker soos op die foto. Die volgorde van die invoer van die elektrode maak nie saak nie. Plaas laastens 'n grondelektrode op u enkel en maak verbinding met die grond in u stroombaan. Baie geluk, u het alle stappe voltooi wat nodig is om op te teken en die EKG -sein.