Készítse el saját elektrokardiogramját (EKG): 6 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

ÉRTESÍTÉS:

Ez nem orvosi eszköz. Ez csak oktatási célokat szolgál, szimulált jelek használatával. Ha ezt az áramkört valós EKG-mérésekhez használja, győződjön meg arról, hogy az áramkör és az áramkör-műszer kapcsolatok akkumulátoros energiát és más megfelelő szigetelési technikákat használnak.

[A kép a https://scienceprog.com/avr-dds-signal-generator-v… webhelyről származik]

1. lépés: Ismerje meg dolgait

Az elektrokardiogram (EKG) fontos eszköz, amelyet az orvosok használnak a szív elektromos aktivitásának ellenőrzésére. Hasznos, ha mindent rögzít a kóros szívritmustól a hőhiány diagnosztizálásáig. Ha követi ezt az utasítást, képes lesz olyan eszközt építeni, amely megjeleníti egy személy elektrokardiogramját, és csak az alapvető kenyérsütési ismereteket használja, és általános elektronikai laboratóriumi berendezéseket. Ha jó jelkimenettel rendelkezik, ugyanezt a jelet használhatja a pulzusszám kiszámításához, vagy egy másik érdekes mérőszámot egy mikrokontroller segítségével.

-

Ha nem tudja, mi az EKG, akkor ez egyszerűen a szív tevékenységének felvétele. A szív összehúzódásainak elektromos jellege miatt rögzíteni lehet a feszültségváltozást úgy, hogy elektródákat helyezünk a bőrre, és feldolgozzuk a jelet. Ezen feszültségek időbeli alakulását elektrokardiogramnak (röviden EKG) nevezik. Az EKG -t általában a szívelégtelenség különböző formáinak diagnosztizálására vagy a betegek stresszének passzív nyomon követésére használják. Az egészséges EKG sajátos jellemzőkkel rendelkezik, amelyek univerzálisak az emberek között. (Ez magában foglalja a P-hullámot, a Q-hullámot, az R-hullámot, az S-hullámot, a T-hullámot és a QRS-komplexet.) Egy egyszerűsített diagramot készítettem az EKG-ról a szív megfelelő reakciójával.

-

Vegye figyelembe, hogy a szív idegeiben előforduló minden elektromos esemény megfelel egy fizikai eseménynek, amely következésképpen az izomszövetben következik be, és miközben a szív egyik része összehúzódik, a többi rész pihentető. Ily módon az elektromos jelek időzítése nagyon fontos a szívben, ami miatt az EKG nagyon hatékony eszköz a szív egészségének mérésében.

-

Ahhoz azonban, hogy tényleges EKG -t rögzíthessünk, sok logisztikai probléma jön szóba, mint például a jel mérete, a test többi részéből származó zaj mennyisége és a környezetből származó zaj mennyisége. Ennek ellensúlyozására egy olyan áramkört tervezünk, amely 3 részből fog állni: egy differenciális erősítőből, amely növeli a jelünket, egy aluláteresztő szűrőből, amely kiküszöböli a nagyfrekvenciás jelek zaját, és egy bevágásos szűrőből, amely eltávolítja a 60 Hz -es zajt. mindig jelen van a váltakozó áramú épületekben. Az alábbiakban részletesen ismertetem ezeknek a lépéseknek a figyelését.

[A kép a https://courses.lumenlearning.com/ap2/chapter/card… weboldalról származik]

2. lépés: Gyűjtse össze kellékeit

Ehhez a projekthez szüksége lesz:

- 1 nagy kenyeretábla (2 vagy több lesz szebb)

- 5 általános célú erősítő

(Én az UA741-et használtam +-15 V feszültséggel, csak győződjön meg arról, hogy az Ön által választott 15 V-ot képes kezelni, különben módosítania kell a passzív komponensek értékeit, és meg kell elégednie a kisebb erősítéssel)

Ellenállások

o 2x 165 ohm

o 3x 1k ohm

o 2x 15k ohm

o 2x 33 k ohm

o 1x 42k ohm

o 2x 60k ohm

Kondenzátorok

o 2x 22nF

o 2x 1μF

o 1x 2Μf

- Sok -sok vagy áthidaló vezeték

- DC feszültségforrás, amely +-15 V feszültséget biztosít

- Funkciógenerátor és oszcilloszkóp (főleg hibaelhárításhoz)

- Legalább három ragadós elektróda, ha tényleges EKG rögzítését tervezi

- Elég kábel ahhoz, hogy összekösse ezt a hülyeséget

- Az áramkörök, op-erősítők és a kenyérfalú deszkázás tapasztalatai.

Ha most kapott kenyeretáblát a születésnapjára, és szeretne valami hűvöset készíteni vele, akkor végezzen legalább néhány egyszerűbb konstrukciót, mielőtt kipróbálja ezt.

-

3. lépés: Készítse el a differenciálerősítőt

A differenciális erősítő az, ami rögzíti a rögzített jelünket egy használható szintre, hogy megjelenjen egy hatókörön vagy képernyőn. Ez az áramkör kialakítása figyelembe veszi a két bemeneti elektróda feszültségkülönbségét, és erősíti azt. Ez a zaj csökkentése érdekében történik, mivel megszűnik az elektródák közötti gyakori zaj. Az EKG jel amplitúdója a felvevő elektródák elhelyezkedésétől és az egyéntől függően eltérő lehet, de általában néhány millivolt nagyságrendűek, amikor csuklóról rögzítenek. (Bár ez nem szükséges ehhez a beállításhoz, a jel amplitúdója növelhető az elektródák mellkasra helyezésével, de a kompromisszum a tüdő mozgásából származó zaj.)

-

Mellékeltem a beállítás vázlatát. A képen látható áramkörnek ~ 1000 -szeresére kell erősítenie a jelet. Lehet, hogy ezt módosítania kell attól függően, hogy milyen op-erősítőt választott. Ennek gyors módosítása az R1 értékének megváltoztatásával. Az R1 érték felére csökkentésével megkétszerezi a kimeneti erősítést, és fordítva.

-

Feltételezem, hogy a legtöbben lefordíthatják ezt az áramkört a kenyértáblára, ennek ellenére mellékeltem egy diagramot a kenyérlap beállításáról, hogy racionalizáljuk a folyamatot, és remélhetőleg csökkentsük a hibaelhárítási időt. Mellékeltem az UA741 (vagy LM741) pinout képét is az Ön kényelme érdekében. (az Ön céljaira nem lesz szüksége az 1-es, az 5-ös vagy a 8-as érintkezőkre). -15V nem egyenlő a földdel! Figyelmen kívül hagyhatja a kondenzátorokat a kenyértáblán. Ezek bypass kondenzátorok, amelyek célja az AC zaj eltávolítása, de utólag nem volt érdemes az erőfeszítésre.

-

Javaslom, hogy a hibaelhárítás során tesztelje az egyes szakaszokat, amikor befejezte. Amint az áramkör mutatja, az egyik bemenetet a földhöz csatlakoztathatja, a másikat pedig egy kis egyenáramú forráshoz, hogy ellenőrizze az erősítést. (ügyeljen arra, hogy a bemenet <15 mV legyen, különben telíti az op-erősítőt). Ha csökkentenie kell a nyereséget a teszteléshez, ne izzadjon, minden 500-szoros feletti nyereség bőven elegendő lesz a céljainkhoz. Sőt, ha az áramkört 1000 nyereségre építette, és csak 800 nyereséget mutat, akkor ez nem a világ vége, a pontos szám nem kritikus.

-

4. lépés: Készítse el a bevágás szűrőt

Most, hogy felerősíthetjük jelünket, nézzük meg annak tisztítását. Ha most csatlakoztatná az elektródákat az áramkörünkhöz, akkor valószínűleg tonna 60 Hz -es zaj lenne. Ez azért van, mert a legtöbb épületet 60 Hz -es váltakozó árammal kötik össze, ami elkerülhetetlenül nagy zajjeleket okoz. Ennek orvoslására építünk egy 60 Hz -es bevágásos szűrőt. A bemetszéses szűrőt nagyon specifikus frekvenciák csillapítására tervezték, és más frekvenciákat érintetlenül hagynak; tökéletes a 60 Hz -es zaj megszüntetéséhez.

-

Mint korábban, mellékeltem egy képet az áramkör sematikájáról, a kenyérlap beállításáról és a saját áramkörömről. Megjegyzendő, hogy bár a bemetszéses szűrőt viszonylag könnyen meg lehet építeni, nekem kellett a leghosszabb ideig dolgoznom. A bemenetemet jól csillapították, de 60 Hz helyett 63 Hz -en, ami nem csökkenti. Ha ugyanazzal a problémával találkozik, azt javaslom, hogy módosítsa az R14 értékét. (Az R14 ellenállásának növekedése csökkenti a csillapítási frekvenciát, és fordítva). Ha van egy változó ellenállású doboza, használja az R14 cseréjére, majd az ellenállásértékekkel rendelkező játékra, hogy megtudja, mi működik a legjobban, mivel érzékeny lesz az egyetlen ohmos nagyságrendű változásokra. Végül 175 ohmos R14 -es lettem, de elméletileg az R12 -hez illik a legjobban.

-

Ismét tesztelheti ezt a szakaszt egy függvénygenerátor segítségével, hogy bemenjen egy 60 Hz -es szinuszhullámot, és rögzítse a kimenetet oszcilloszkópon. A kimenetnek körülbelül -20 dB -nek vagy a bemenet amplitúdójának 10% -ának kell lennie. Ahogy korábban mondtam, optimalizálás céljából ellenőrizheti a közeli frekvenciákat.

-

5. lépés: Készítse el az aluláteresztő szűrőt

Amint azt korábban említettük, egy másik fontos tényező a testből származó zaj csökkentése, és bármi más, ami megzavarja a helyiséget, ahol tartózkodik. Az aluláteresztő szűrő jó erre, mert a jelek szerint a szívverése elég lassú. Célunk az aluláteresztő szűrővel az, hogy kiküszöböljük az összes olyan jelet, amely az EKG-nál magasabb frekvenciát tartalmaz. Ehhez meg kell jelölnünk egy „határfrekvenciát”. A mi esetünkben mindent, ami e frekvencia fölött van, szeretnénk kiküszöbölni, és mindent, ami e frekvencia alatt van, meg akarjuk tartani. Míg a szívverés 1-3 Hertz nagyságrendben fordul elő, az EKG -t alkotó egyes hullámformák ennél jóval magasabb frekvenciákból állnak; 1-50 Hertz közelében. Emiatt a 80 Hz -es határfrekvenciát választottam. Elég magas ahhoz, hogy minden hasznos komponenst a jelben tartson, de még mindig csökkenti a zajt a HAM rádióból, amely a szomszéd szobában van.

-

Nincsenek bölcs tanácsaim az aluláteresztő szűrővel kapcsolatban, nagyon egyszerű a többi szakaszhoz képest. Az erősítőhöz hasonlóan ne aggódjon, hogy pontos határértéket kap 80 Hz -en; ez nem döntő fontosságú, és nem is valósul meg. Mindazonáltal, ellenőriznie kell a kimenetet egy függvénygenerátor használatával. Általános szabály, hogy a szinuszhullámnak 10 Hz -en érintetlenül át kell mennie a szűrőn, és 130 Hz -re kell felére csökkenteni.

-

6. lépés: Csatlakoztassa

Ha eddig sikerült, akkor gratulálok! Az EKG minden összetevője megvan. Mindössze annyit kell tennie, hogy összekapcsolja őket, rácsap az elektródákra, és csatlakoztatja a kimenetet az oszcilloszkóphoz az EKG megtekintéséhez!

-

Ha nem biztos az elektródák felhelyezésében, javasoljuk, hogy ragassza a bemeneti elektródákat a csuklójára (egy -egy csuklóra), és csatlakoztasson egy földelő elektródát a lábához (a kép segíthet.) Emlékeztetőül, minden bemeneti elektróda menjen pozitív bemenetre az erősítő op-erősítőiben. (A kapcsolási rajzon csak szimulációs célokra van földelve)

-

Miután csatlakoztatta, csatlakoztassa az aluláteresztő szűrő kimenetét egy oszcilloszkóphoz, és legyen büszke magára! Győződjön meg arról, hogy minden gyereke elektródát tesz fel, és nézze meg a szívverését. A fene vigye el a szomszédokat, hogy próbálják ki. Ha extra motivációt érez, csatlakoztassa a kimenetet egy mikrokontrollerhez, hogy kiszámítsa a pulzusszámot a kislemezből. (Valószínűleg le szeretné csökkenteni az erősítést, mielőtt ezt megteszi, előfordulhat, hogy megsül a használt tábla). Ettől függetlenül gratulálok a kivitelezéshez, és jó alkotást!

[A kép a https://www.medicwiz.com/medtech/diagnostics/10-ty… weboldalról származik]