EKG och pulsmätare: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Elektrokardiogram, även kallat EKG, är ett test som upptäcker och registrerar mänskligt hjärts elektriska aktivitet. Det detekterar hjärtfrekvensen och styrkan och tidpunkten för de elektriska impulserna som passerar genom varje del av ett hjärta, vilket kan identifiera hjärtproblem såsom hjärtinfarkt och arytmi. EKG på sjukhus involverar tolv elektroder i huden på bröstet, armar och ben. I denna svårhanterliga använder vi bara tre elektroder, en för varje handled som två inspelningsplatser och en för höger fotled som mark. Det är viktigt att notera att detta inte är en medicinsk utrustning. Detta är endast för utbildningsändamål med hjälp av simulerade signaler. Om du använder denna krets för riktiga EKG-mätningar, se till att kretsen och krets-till-instrumentanslutningarna använder rätt isoleringsteknik.

För att få och analysera en mänsklig EKG -signal behöver vi en instrumentförstärkare som förstärker insignalen med 1000, ett hackfilter som tar bort växelströmbrus (60 Hz) och ett lågpassfilter som filtrerar andra ljud över 250 Hz. En avstängning på 250Hz används eftersom frekvensområdet för ett humant EKG är mellan 0-250Hz

Steg 1: Material

Funktionsgenerator, Strömförsörjning, Oscilloskop, Brödbräda.

Motstånd: 1k - 500k ohm

Kondensatorer: 20 - 100 nF

Driftförstärkare x5 (UA741)

Steg 2: Bygg instrumentförstärkaren

Med hänvisning till kretsen och ekvationerna för instrumentförstärkaren. Vi måste först beräkna de korrekta motståndsvärdena. Eftersom instrumentationsförstärkaren har två steg finns det två separata förstärkningar, k1 och k2. Eftersom vi behöver en förstärkning på 1000 bör k1 multiplicera med k2 vara lika med tusen. I denna handledning använde vi följande värden, ändra gärna dessa värden om du inte har ett brett utbud av motstånd.

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

Nu när du vet vilka motståndsvärden du behöver, fortsätt och gör kretsen.

För att testa instrumentförstärkaren kan du använda en funktionsgenerator för att generera en sinusvåg med en känd amplitud, ansluta den till ingången på kretsen och ansluta förstärkarens utgång till ett oscilloskop, du bör se en sinusvåg med en amplitud en 1000 gånger större än ingångssinusvågen

Steg 3: Bygg notch -filter

I likhet med instrumentförstärkaren, hänvisa till kretsen och ekvationerna för att hitta lämpliga komponentvärden. Vi vet att i detta hackfilter måste vi stänga av frekvenser på 60Hz, därför är f0 60Hz, vi kommer också att använda en kvalitetsfaktor på 8 vilket skulle ge oss en bra noggrannhet. Med hjälp av dessa värden kan vi nu hitta lämpliga komponentvärden:

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

Nu när du vet värdena för komponenterna som du behöver fortsätt och bygg kretsen. Inte för att du kan använda motstånd i parallell eller serie för att få värden så nära som möjligt till de värden som behövs.

För att testa hackfiltret kan du utföra ett frekvenssvep. Mata in en sinusvåg med en amplitud på 0,5V och variera frekvensen. Se hur amplituden för utgången som är ansluten till ett oscilloskop förändras när du kommer nära 60Hz. Till exempel när din frekvens är under 50 eller över 70 bör du se en utsignal som liknar ingången men ju närmare du kommer till 60Hz bör amplituden minska. Om detta inte händer, kontrollera din krets och se till att du använde korrekta motståndsvärden.

Steg 4: Bygg andra ordningens Butterworth -filter

Den typ av lågpassfilter vi använde är aktiv andra ordning. Det här filtret används eftersom det ger oss tillräckligt bra noggrannhet och även om det kräver ström men prestandan är bättre. Filtret är utformat för att stänga av frekvenser över 250 Hz. Detta beror på att en EKG -signal har olika frekvenskomponenter som är mellan noll och 250 Hz och att alla signaler med en frekvens över 250 Hz skulle betraktas som brus. Den första bilden visar schematiken för lågpassfiltret med alla korrekta motståndsvärden. (Observera att R7 ska vara 25632Ω istället för 4kΩ). Den andra bilden innehåller alla ekvationer som du kan använda för att själv beräkna komponentvärdena.

För att testa lågpassfilteret, använd funktionsgeneratorn för att generera en sinusvåg med en amplitud på 0,5V. När du matar in frekvenser under 250Hz bör du se en utgång som liknar ingången, men ju större du får efter 250Hz bör utgången bli mindre och så småningom bli riktigt nära noll.

Steg 5: Sätt ihop allt

När du har byggt klart de tre stadierna sätter du ihop dem alla genom att sätta instrumentationsförstärkare, följt av hackfilter och sedan lågpassfilter. Din krets bör se ut som den här bilden.

Steg 6: Testa hela kretsen

Med hjälp av en funktionsgenerator, mata in en godtycklig EKG -signal med en amplitud som inte är större än 15mV till ingången till instrumentförstärkaren. Anslut utgången från lågpassfiltret till ett oscilloskop. Du bör få en utmatning som liknar den här bilden. Den gröna signalen är utgången från kortet och den gula signalen är insignalen till kretsen. Du kan också mäta pulsen genom att förvärva frekvensen med oscilloskopet och multiplicera det numret med 60.

Observera att om du vill mäta din egen EKG -signal kan du göra det genom att ansluta instrumentets två ingångar till var och en av dina handleder med en elektrod och jorda benet. Håll bara i mitten innan du gör detta, se till att kretsen och krets-till-instrument-anslutningarna använder rätt isoleringsteknik.