Automatizált EKG áramkör modell: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Ennek a projektnek az a célja, hogy olyan áramköri modellt hozzon létre, amely több komponenst tartalmaz, amelyek megfelelően erősíthetik és szűrhetik a bejövő EKG jelet. Három komponenst modelleznek egyenként: műszeres erősítőt, aktív bevágású szűrőt és passzív sávszűrőt. Ezeket kombinálva hozzák létre a végső EKG áramkör modellt. Minden áramkör modellezés és tesztelés az LTspice -ben zajlott, de más áramkör -szimulációs programok is működnének.

Lépés: Műszeres erősítő

Ez lesz a teljes EKG modell első összetevője. Célja a bejövő EKG jel erősítése, amelynek kezdetben nagyon alacsony feszültsége lesz. Úgy döntöttem, hogy kombinálom az op-erősítőket és az ellenálló komponenseket úgy, hogy 1000 nyereséget érjenek el. Az első kép az LTspice-ben modellezett műszeres erősítő kialakítását mutatja. A második kép releváns egyenleteket és elvégzett számításokat mutat. A teljes modellezés után 1 mV szinuszos bemeneti jel átmeneti elemzését végeztük 75 Hz -en az LTspice -ben, hogy megerősítsük az 1000 -es erősítést. A harmadik kép ezen elemzés eredményeit mutatja.

2. lépés: Aktív bevágás szűrő

Ez lesz a teljes EKG modell második összetevője. Célja a jelek csillapítása 60 Hz frekvenciával, ami a váltakozó áramú hálózati feszültség interferenciája. Ez torzítja az EKG jeleket, és jellemzően minden klinikai környezetben jelen van. Úgy döntöttem, hogy egy op-erősítőt kombinálok ellenálló és kapacitív komponensekkel, iker-T bevágású szűrő konfigurációban. Az első kép az LTspice -ben modellezett bevágásos szűrő kialakítást mutatja. A második kép releváns egyenleteket és elvégzett számításokat mutat. A teljes modellezés után 1 V -os szinuszos bemeneti jel váltakozó áramú áramlását hajtottuk végre 1 Hz - 100 kHz között LTspice -ben, hogy megerősítsük a 60 Hz -es bevágást. A harmadik kép az elemzés eredményeit mutatja. A szimulációs eredmények kismértékű eltérése a várt eredményekhez képest valószínűleg ennek az áramkörnek az ellenálló és kapacitív komponenseinek kiszámításakor végzett kerekítésnek köszönhető.

3. lépés: Passzív sávszűrő

Ez lesz a teljes EKG modell harmadik összetevője. Célja a 0,05–250 Hz tartományon kívüli jelek kiszűrése, mivel ez egy tipikus felnőtt EKG tartománya. Úgy döntöttem, hogy kombinálok ellenálló és kapacitív komponenseket, így a felüláteresztés 0,05 Hz, az aluláteresztés 250 Hz lesz. Az első kép az LTspice -ben modellezett passzív sávszűrő -kialakítást mutatja. A második kép releváns egyenleteket és elvégzett számításokat mutat. A teljes modellezés után 1 V -os szinuszos bemeneti jel váltakozó áramú áramlását hajtottuk végre 0,01 Hz - 100 kHz között az LTspice -ben, hogy megerősítsük a magas és az aluláteresztő határfrekvenciákat. A harmadik kép az elemzés eredményeit mutatja. A szimulációs eredmények kismértékű eltérése a várt eredményekhez képest valószínűleg ennek az áramkörnek az ellenállásos és kapacitív összetevőinek kiszámításakor végzett kerekítésnek köszönhető.

4. lépés: Az áramköri elemek kombinálása

Most, hogy minden alkatrészt egyedileg terveztek és teszteltek, sorban kombinálhatók a létrehozásuk sorrendjében. Ennek eredményeként egy teljes EKG áramkör modell jön létre, amely először tartalmaz egy műszeres erősítőt a jel 1000 -szeres erősítésére. Ezután egy bevágásos szűrőt használnak a 60 Hz -es hálózati vezeték feszültségzajának kiküszöbölésére. Végezetül, a sávszűrő nem engedi át a jelet, amely kívül esik egy tipikus felnőtt EKG tartományán (0,05 Hz - 250 Hz). A kombinációt követően, amint az az első képen is látható, átmeneti elemzést és teljes váltóáramú söprést lehet végezni az LTspice -ben 1 mV (szinuszos) bemeneti feszültséggel, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az alkatrészek a várt módon működnek együtt. A második kép az átmeneti elemzési eredményeket jeleníti meg, amelyek a jelerősítést 1 mV -ról ~ 0,85 V -ra mutatják. Ez azt jelenti, hogy vagy a bemetszés, vagy a sávszűrő -komponensek kissé gyengítik a jelet, miután a műszeres erősítő eredetileg 1000 -szer felerősítette. A harmadik kép az AC sweep eredményét mutatja. Ez a Bode -diagram ábrázolja a magas és aluláteresztő levágásokat, amelyek megegyeznek a sávszűrő Bode -diagramjának egyéni tesztelésével. Ezenkívül enyhe csökkenés tapasztalható 60 Hz körül, ahol a bevágás szűrő a nem kívánt zaj eltávolításán dolgozik.