نوار قلب و مانیتور ضربان قلب: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

نوار قلب که ECG نیز نامیده می شود ، آزمایشی است که فعالیت الکتریکی قلب انسان را تشخیص داده و ثبت می کند. این دستگاه ضربان قلب و قدرت و زمان حرکت تکانه های الکتریکی را که از هر قسمت قلب عبور می کند ، تشخیص می دهد و قادر است مشکلات قلبی مانند حملات قلبی و آریتمی را تشخیص دهد. نوار قلب در بیمارستان شامل دوازده الکترود برای پوست در قفسه سینه ، بازوها و پاها است. در این حالت غیرقابل کنترل ، ما فقط از سه الکترود استفاده می کنیم ، یکی برای هر مچ دست به عنوان دو محل ضبط و دیگری برای مچ پای راست به عنوان زمین. لازم به ذکر است که این دستگاه پزشکی نیست. این فقط برای اهداف آموزشی با استفاده از سیگنال های شبیه سازی شده است. اگر از این مدار برای اندازه گیری ECG واقعی استفاده می کنید ، لطفاً اطمینان حاصل کنید که مدار و اتصالات مدار به ابزار از تکنیک های جداسازی مناسب استفاده می کنند.

برای بدست آوردن و تجزیه و تحلیل سیگنال ECG انسان ، ما به یک تقویت کننده ابزار نیاز داریم که سیگنال ورودی را 1000 برابر تقویت کند ، یک فیلتر ناچ که نویز جریان متناوب (60 هرتز) را حذف می کند و یک فیلتر پایین گذر که سایر صداهای بالای 250 هرتز را فیلتر می کند. از قطع 250 هرتز استفاده می شود زیرا محدوده فرکانسی نوار قلب انسان بین 0 تا 250 هرتز است

مرحله 1: مواد

ژنراتور عملکرد ، منبع تغذیه ، اسیلوسکوپ ، تخته نان.

مقاومت ها: 1k - 500k اهم

خازن ها: 20 - 100 nF

تقویت کننده عملیاتی x5 (UA741)

مرحله 2: تقویت کننده ابزار را بسازید

با اشاره به مدار و معادلات تقویت کننده ابزار دقیق. ابتدا باید مقادیر صحیح مقاومت را محاسبه کنیم. از آنجا که تقویت کننده ابزار دارای 2 مرحله است ، دو سود جداگانه ، k1 و k2 وجود دارد. از آنجا که ما نیاز به افزایش 1000 داریم ، k1 ضرب در k2 باید برابر هزار باشد. در این آموزش ما از مقادیر زیر استفاده کردیم ، در صورت نداشتن طیف وسیعی از مقاومت ها ، می توانید این مقادیر را تغییر دهید.

R1 = 1000Ω ، R2 = 15000Ω از این رو ، K1 = 1+(2*15000)/1000 = 31R3 = 1000Ω ، R4 = 32000Ωhence ، K2 = 32000/1000 = 32

اکنون که می دانید به چه مقادیر مقاومت نیاز دارید ، پیش بروید و مدار را ایجاد کنید.

برای آزمایش تقویت کننده ابزار دقیق ، می توانید از یک مولد عملکرد برای ایجاد یک موج سینوسی با دامنه شناخته شده استفاده کنید ، آن را به ورودی مدار وصل کنید و خروجی تقویت کننده را به یک اسیلوسکوپ وصل کنید ، باید یک موج سینوسی aa با دامنه مشاهده کنید. 1000 برابر بزرگتر از موج سینوسی ورودی

مرحله 3: فیلتر Notch بسازید

مشابه تقویت کننده ابزار دقیق ، برای پیدا کردن مقادیر مناسب قطعات ، به مدار و معادلات مراجعه کنید. ما می دانیم که در این فیلتر ناچ ، ما باید فرکانس های 60 هرتز را قطع کنیم ، بنابراین f0 60 هرتز است ، ما همچنین از ضریب کیفیت 8 استفاده می کنیم که دقت خوبی را به ما می دهد. با استفاده از این مقادیر ، اکنون می توانیم مقادیر مناسب اجزا را پیدا کنیم:

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

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

اکنون که مقادیر اجزای مورد نیاز خود را می دانید ، پیش بروید و مدار را بسازید. نه اینکه بتوانید از مقاومتها به صورت موازی یا سری استفاده کنید تا مقادیر را تا حد ممکن به مقادیر مورد نیاز نزدیک کنید.

برای آزمایش فیلتر ناچ ، می توانید رفت و برگشت فرکانس را انجام دهید. یک موج سینوسی با دامنه 0.5 ولت وارد کنید و فرکانس را تغییر دهید. نگاه کنید که چگونه دامنه خروجی متصل به یک اسیلوسکوپ با نزدیک شدن به 60Hz تغییر می کند. به عنوان مثال وقتی فرکانس شما زیر 50 یا بالای 70 است ، باید سیگنال خروجی مشابه ورودی را مشاهده کنید اما هرچه به 60Hz نزدیکتر شوید ، دامنه باید کاهش یابد. اگر این اتفاق نیفتاد ، مدار خود را بررسی کنید و مطمئن شوید که از مقادیر مقاومت درست استفاده کرده اید.

مرحله 4: فیلتر باترورث مرتبه دوم بسازید

نوع فیلتر پایین گذری که استفاده کردیم مرتبه دوم فعال است. از این فیلتر استفاده می شود زیرا دقت کافی را به ما می دهد و اگرچه به قدرت نیاز دارد اما عملکرد بهتر است. این فیلتر برای قطع فرکانس های بالای 250 هرتز طراحی شده است. این به این دلیل است که سیگنال ECG دارای فرکانس متفاوتی است که بین صفر تا 250 هرتز است و هر سیگنالی با فرکانس بالای 250 هرتز به عنوان نویز در نظر گرفته می شود. تصویر اول شماتیک فیلتر پایین گذر با تمام مقادیر مقاومت صحیح را نشان می دهد. (توجه داشته باشید که R7 باید به جای 4 کیلو وات 25632Ω باشد). تصویر دوم شامل تمام معادلاتی است که می توانید خودتان برای محاسبه مقادیر جزء استفاده کنید.

برای آزمایش فیلتر lowpass ، از مولد تابع برای ایجاد موج سینوسی با دامنه 0.5V استفاده کنید. هنگام وارد کردن فرکانسهای زیر 250 هرتز ، باید خروجی مشابه ورودی را مشاهده کنید ، اما هرچه بزرگتر از 250 هرتز دریافت کنید ، خروجی باید کوچکتر شده و در نهایت به صفر نزدیک شود.

مرحله 5: همه چیز را با هم جمع کنید

پس از اتمام ساخت سه مرحله ، همه آنها را با قرار دادن تقویت کننده ابزار ، به دنبال فیلتر ناچ و سپس فیلتر پایین گذر ، کنار هم قرار دهید. مدار شما باید شبیه به این تصویر باشد.

مرحله 6: آزمایش کل مدار

با استفاده از یک مولد عملکرد ، یک سیگنال ECG دلخواه با دامنه حداکثر 15 میلی ولت را به ورودی تقویت کننده ابزار وارد نکنید. خروجی فیلتر کم گذر را به یک اسیلوسکوپ وصل کنید. شما باید خروجی مشابه این تصویر داشته باشید. سیگنال سبز خروجی برد و سیگنال زرد سیگنال ورودی به مدار است. همچنین می توانید ضربان قلب را با بدست آوردن فرکانس با استفاده از اسیلوسکوپ و ضرب این عدد در 60 اندازه گیری کنید.

توجه داشته باشید که اگر می خواهید سیگنال نوار قلب خود را اندازه گیری کنید ، می توانید این کار را با اتصال دو ورودی تقویت کننده ابزار به هر یک از مچ دست خود با استفاده از الکترود و اتصال پای خود انجام دهید. فقط قبل از انجام این کار وسط خود را حفظ کنید تا مطمئن شوید که مدار و اتصالات مدار به ابزار از تکنیک های جداسازی مناسب استفاده می کنند.