ECG dan Monitor Denyut Jantung: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Elektrokardiogram, juga dipanggil ECG, adalah ujian yang mengesan dan merekodkan aktiviti elektrik jantung manusia. Ia mengesan degup jantung dan kekuatan serta masa impuls elektrik yang melewati setiap bahagian jantung, yang dapat mengenal pasti masalah jantung seperti serangan jantung dan aritmia. ECG di hospital melibatkan dua belas elektrod ke kulit di dada, lengan dan kaki. Dalam hal ini, kita hanya menggunakan tiga elektrod, satu untuk setiap pergelangan tangan sebagai dua tapak rakaman dan satu untuk pergelangan kaki kanan sebagai tanah. Penting untuk diperhatikan bahawa ini bukan alat perubatan. Ini untuk tujuan pendidikan hanya menggunakan isyarat simulasi. Sekiranya menggunakan litar ini untuk pengukuran ECG sebenar, pastikan rangkaian dan sambungan litar-ke-instrumen menggunakan teknik pengasingan yang betul.

Untuk memperoleh dan menganalisis isyarat EKG manusia, kita memerlukan penguat instrumentasi yang menguatkan isyarat input sebanyak 1000, penekan takik yang menghilangkan kebisingan arus bolak-balik (60 Hz) dan penapis lowpass yang menyaring bunyi lain di atas 250 Hz. Potongan 250Hz digunakan kerana julat frekuensi ECG manusia antara 0-250Hz

Langkah 1: Bahan

Penjana fungsi, Bekalan kuasa, Osiloskop, Papan Roti.

Perintang: 1k - 500k ohm

Kapasitor: 20 - 100 nF

Penguat operasi x5 (UA741)

Langkah 2: Bina Penguat Instrumentasi

Merujuk kepada litar dan persamaan penguat instrumentasi. Mula-mula kita perlu mengira nilai perintang yang betul. Oleh kerana penguat instrumentasi mempunyai 2 tahap terdapat dua keuntungan yang terpisah, k1 dan k2. Oleh kerana kita memerlukan keuntungan 1000, k1 darab dengan k2 harus sama dengan seribu. Dalam tutorial ini kami menggunakan nilai-nilai berikut, jangan ragu untuk mengubah nilai-nilai ini jika anda tidak mempunyai pelbagai perintang.

R1 = 1000Ω, R2 = 15000Ω maka, K1 = 1 + (2 * 15000) / 1000 = 31R3 = 1000Ω, R4 = 32000Ω, K2 = 32000/1000 = 32

Setelah anda mengetahui apa nilai perintang yang anda perlukan, teruskan dan buat litar.

Untuk menguji penguat instrumentasi, anda dapat menggunakan generator fungsi untuk menghasilkan gelombang sinus dengan amplitud yang diketahui, sambungkannya ke input litar dan sambungkan output penguat ke osiloskop, anda akan melihat gelombang sinus dengan amplitud 1000 kali lebih besar daripada gelombang sinus input

Langkah 3: Bina Notch Filter

Sama dengan penguat instrumentasi, lihat litar dan persamaan untuk mencari nilai komponen yang sesuai. Kita tahu bahawa dalam saringan takik ini, kita perlu memotong frekuensi 60Hz oleh itu f0 adalah 60Hz, kita juga akan menggunakan faktor kualiti 8 yang akan memberi kita ketepatan yang baik. Dengan menggunakan nilai-nilai ini, kita sekarang dapat mencari nilai komponen yang sesuai:

C = 100 nF, Q = 8, w0 = 2ℼf = 2 * pi * 60 = 120pi

R1 = 1 / (2 * 8 * 120 * pi * 100 * 10 ^ -9) = 1658Ω

R2 = (2 * 8) / (120 * pi * 100 * 10 ^ -9) = 424kΩ

R3 = (1658 * 424000) / (1658 + 424000) = 1651Ω

Sekarang setelah anda mengetahui nilai komponen yang anda perlukan, teruskan dan membina litar. Bukan anda boleh menggunakan perintang secara selari atau seri untuk mendapatkan nilai sedekat mungkin dengan nilai yang diperlukan.

Untuk menguji saringan takik, anda boleh melakukan sapuan frekuensi. Masukkan gelombang sinus dengan amplitud 0.5V dan ubah frekuensi. Lihat bagaimana amplitud output yang disambungkan ke osiloskop berubah apabila anda mendekati 60Hz. Sebagai contoh apabila frekuensi anda berada di bawah 50 atau di atas 70, anda akan melihat isyarat output yang serupa dengan input tetapi semakin dekat dengan 60Hz, amplitud akan menurun. Sekiranya ini tidak berlaku, periksa litar anda dan pastikan anda menggunakan nilai perintang yang betul.

Langkah 4: Bina Penapis Butterworth Pesanan Kedua

Jenis lowpass filter yang kami gunakan adalah pesanan kedua yang aktif. Penapis ini digunakan kerana memberi kita ketepatan yang cukup baik dan walaupun memerlukan kekuatan tetapi prestasinya lebih baik. Penapis ini dirancang untuk memotong frekuensi melebihi 250 Hz. Ini kerana isyarat ECG mempunyai komponen frekuensi yang berbeza iaitu antara sifar dan 250 Hz dan sebarang isyarat dengan frekuensi di atas 250 Hz akan dianggap sebagai kebisingan. Gambar pertama menunjukkan skema penapis lowpass dengan semua nilai perintang yang betul. (Perhatikan bahawa R7 harus 25632Ω dan bukannya 4kΩ). Gambar kedua merangkumi semua persamaan yang boleh anda gunakan untuk mengira nilai komponen sendiri.

Untuk menguji lowpass Filter, gunakan fungsi generator untuk menghasilkan gelombang sinus dengan amplitud 0.5V. Apabila memasukkan frekuensi di bawah 250Hz, anda akan melihat output yang serupa dengan input tetapi semakin besar yang anda dapatkan setelah 250Hz output akan menjadi lebih kecil dan akhirnya menjadi hampir mendekati nol.

Langkah 5: Gabungkan Semua

Setelah anda selesai membina tiga tahap, satukan semuanya dengan meletakkan penguat instrumentasi, diikuti dengan notch filter, dan kemudian lowpass filter. Litar anda semestinya kelihatan serupa dengan gambar ini.

Langkah 6: Menguji Litar Seluruh

Dengan menggunakan generator fungsi, masukkan isyarat ECG sewenang-wenang dengan amplitud tidak lebih besar dari 15mV ke input penguat instrumen. Sambungkan output penapis lulus rendah ke osiloskop. Anda harus mendapat output yang serupa dengan gambar ini. Isyarat hijau adalah keluaran papan dan isyarat kuning adalah isyarat input ke litar. Anda juga dapat mengukur degup jantung dengan memperoleh frekuensi menggunakan osiloskop dan mengalikan angka itu dengan 60.

Perhatikan bahawa jika anda ingin mengukur isyarat ECG anda sendiri, anda boleh melakukannya dengan menyambungkan dua input penguat instrumentasi ke setiap pergelangan tangan anda menggunakan elektrod dan membumikan kaki anda. Terus pertengahan sebelum melakukan ini memastikan litar dan sambungan litar ke instrumen menggunakan teknik pengasingan yang betul.