Model Litar ECG Automatik: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:06

Matlamat projek ini adalah untuk membuat model litar dengan pelbagai komponen yang dapat memperkuat dan menyaring isyarat ECG yang masuk dengan secukupnya. Tiga komponen akan dimodelkan secara individu: penguat instrumentasi, penapis takik aktif, dan penapis jalur pasif. Mereka akan digabungkan untuk membuat model litar ECG akhir. Semua pemodelan dan pengujian litar dilakukan di LTspice, tetapi program simulasi litar lain juga akan berfungsi.

Langkah 1: Penguat Instrumentasi

Ini akan menjadi komponen pertama model ECG penuh. Tujuannya adalah untuk memperkuat isyarat ECG yang masuk, yang pada mulanya akan mempunyai voltan yang sangat rendah. Saya memilih untuk menggunakan gabungan op-amp dan komponen resistif dengan cara yang akan menghasilkan keuntungan 1000. Imej pertama menunjukkan reka bentuk penguat instrumentasi yang dimodelkan dalam LTspice. Gambar kedua menunjukkan persamaan yang relevan dan pengiraan yang dilakukan. Setelah dimodelkan sepenuhnya, analisis sementara isyarat input sinusoidal 1 mV pada 75 Hz dilakukan di LTspice untuk mengesahkan kenaikan 1000. Gambar ketiga menunjukkan hasil analisis ini.

Langkah 2: Penapis Notch Aktif

Ini akan menjadi komponen kedua model ECG penuh. Tujuannya adalah untuk mengurangkan isyarat dengan frekuensi 60 Hz, yang merupakan frekuensi gangguan voltan saluran AC. Ini memutarbalikkan isyarat EKG, dan biasanya terdapat di semua tetapan klinikal. Saya memilih untuk menggunakan gabungan op-amp dengan komponen resistif dan kapasitif dalam konfigurasi penapis kembar-T. Gambar pertama menunjukkan reka bentuk saringan takik yang dimodelkan dalam LTspice. Gambar kedua menunjukkan persamaan yang relevan dan pengiraan yang dilakukan. Setelah dimodelkan sepenuhnya, sapuan AC isyarat input sinusoidal 1 V dilakukan dari 1 Hz - 100 kHz dalam LTspice untuk mengesahkan takik pada 60 Hz. Gambar ketiga menunjukkan hasil analisis ini. Sedikit variasi dalam hasil simulasi dibandingkan dengan hasil yang dijangkakan kemungkinan disebabkan oleh pembulatan yang dilakukan ketika mengira komponen resistif dan kapasitif litar ini.

Langkah 3: Penapis Jalur Pasif

Ini akan menjadi komponen ketiga model ECG penuh. Tujuannya adalah untuk menyaring isyarat yang tidak berada dalam lingkungan 0,05 Hz - 250 Hz, kerana ini adalah julat ECG dewasa biasa. Saya memilih untuk menggunakan gabungan komponen resistif dan kapasitif sehingga cutoff pass tinggi adalah 0,05 Hz dan cutoff pass rendah adalah 250 Hz. Gambar pertama menunjukkan reka bentuk penapis jalur pasif yang dimodelkan dalam LTspice. Gambar kedua menunjukkan persamaan yang relevan dan pengiraan yang dilakukan. Setelah dimodelkan sepenuhnya, sapuan AC dari isyarat input sinusoidal 1 V dilakukan dari 0,01 Hz - 100 kHz dalam LTspice untuk mengesahkan frekuensi pemotongan lulus tinggi dan rendah. Gambar ketiga menunjukkan hasil analisis ini. Sedikit variasi dalam hasil simulasi dibandingkan dengan hasil yang dijangkakan kemungkinan disebabkan oleh pembulatan yang dilakukan ketika mengira komponen resistif dan kapasitif litar ini.

Langkah 4: Menggabungkan Komponen Litar

Sekarang semua komponen telah dirancang dan diuji secara berasingan, mereka dapat digabungkan secara berurutan mengikut susunannya. Ini menghasilkan model litar ECG penuh yang pertama kali mengandungi penguat instrumentasi untuk menguatkan isyarat 1000x. Kemudian, saringan takik digunakan untuk menghilangkan kebisingan voltan saluran AC 60 Hz. Terakhir, penapis jalur lebar tidak membenarkan isyarat melaluinya yang berada di luar jarak ECG dewasa biasa (0,05 Hz - 250 Hz). Setelah digabungkan, seperti yang ditunjukkan pada gambar pertama, analisis sementara dan sapuan AC penuh dapat dilakukan di LTspice dengan voltan input 1 mV (sinusoidal) untuk memastikan komponen bekerja sama seperti yang dijangkakan. Gambar kedua memaparkan hasil analisis sementara, yang menunjukkan penguatan isyarat dari 1 mV hingga ~ 0,85 V. Ini bermaksud bahawa komponen penapis takik atau jalur lebar sedikit melemahkan isyarat setelah pada awalnya diperkuat 1000x oleh penguat instrumentasi. Gambar ketiga memaparkan hasil sapuan AC. Plot Bode ini menunjukkan potongan lulus tinggi dan rendah yang sepadan dengan plot Bode penapis jalur lebar apabila diuji secara individu. Terdapat juga sedikit penurunan sekitar 60 Hz, di mana penekan takik berfungsi untuk menghilangkan bunyi yang tidak diingini.