EKG ve Nabız Monitörü: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

EKG olarak da adlandırılan elektrokardiyogram, insan kalbinin elektriksel aktivitesini tespit eden ve kaydeden bir testtir. Kalp atış hızını ve kalbin her bir bölümünden geçen elektriksel uyarıların gücünü ve zamanlamasını algılayarak kalp krizi ve aritmi gibi kalp problemlerini tanımlayabilir. Hastanelerdeki EKG'ler göğüs, kol ve bacaklardaki cilde on iki elektrot içerir. Bu zorlu çalışmada, iki kayıt yeri olarak her bir bilek için bir tane ve zemin olarak sağ ayak bileği için bir tane olmak üzere sadece üç elektrot kullanıyoruz. Bunun tıbbi bir cihaz olmadığını belirtmek önemlidir. Bu, yalnızca simüle edilmiş sinyallerin kullanıldığı eğitim amaçlıdır. Bu devreyi gerçek EKG ölçümleri için kullanıyorsanız, lütfen devrenin ve devre-enstrüman bağlantılarının uygun izolasyon tekniklerini kullandığından emin olun.

Bir insan EKG sinyalini elde etmek ve analiz etmek için, giriş sinyalini 1000 ile yükselten bir enstrümantasyon amplifikatörüne, alternatif akım gürültüsünü (60 Hz) ortadan kaldıran bir çentik filtresine ve 250 Hz'nin üzerindeki diğer gürültüleri filtreleyen bir alçak geçiren filtreye ihtiyacımız var. Bir insan EKG'sinin frekans aralığı 0-250Hz arasında olduğu için 250Hz kesme kullanılır

Adım 1: Malzemeler

Fonksiyon üreteci, Güç kaynağı, Osiloskop, Breadboard.

Dirençler: 1k - 500k ohm

Kondansatörler: 20 - 100 nF

İşlemsel yükselteç x5 (UA741)

2. Adım: Enstrümantasyon Amplifikatörünü Oluşturun

Enstrümantasyon amplifikatörünün devresine ve denklemlerine atıfta bulunarak. İlk önce doğru direnç değerlerini hesaplamamız gerekiyor. Enstrümantasyon amplifikatörünün 2 aşaması olduğundan, k1 ve k2 olmak üzere iki ayrı kazanç vardır. 1000'lik bir kazanca ihtiyacımız olduğundan, k1 ile k2 çarpımı bine eşit olmalıdır. Bu derste aşağıdaki değerleri kullandık, geniş bir direnç aralığınız yoksa bu değerleri değiştirmekten çekinmeyin.

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

Artık hangi direnç değerlerine ihtiyacınız olduğunu bildiğinize göre, devam edin ve devreyi yapın.

Enstrümantasyon amplifikatörünü test etmek için, bilinen bir genliğe sahip bir sinüs dalgası oluşturmak için bir fonksiyon üreteci kullanabilir, bunu devrenin girişine bağlayabilir ve amplifikatörün çıkışını bir osiloskopa bağlayabilirsiniz, genliği olan bir sinüs dalgası görmelisiniz. giriş sinüs dalgasından 1000 kat daha büyük

3. Adım: Çentik Filtresi Oluşturun

Enstrümantasyon amplifikatörüne benzer şekilde, uygun bileşen değerlerini bulmak için devre ve denklemlere bakın. Bu notch filtrede 60Hz frekanslarını kesmemiz gerektiğini biliyoruz, bu nedenle f0 60Hz'dir, ayrıca bize iyi bir doğruluk verecek olan 8'lik bir kalite faktörü kullanacağız. Bu değerleri kullanarak artık uygun bileşen değerlerini bulabiliriz:

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

Artık ihtiyacınız olan bileşenlerin değerlerini bildiğinize göre devam edin ve devreyi kurun. Gerekli değerlere mümkün olduğunca yakın değerler elde etmek için dirençleri paralel veya seri olarak kullanamazsınız.

Çentik filtresini test etmek için bir frekans taraması yapabilirsiniz. 0,5V genlikli bir sinüs dalgası girin ve frekansı değiştirin. Bir osiloskopa bağlı çıkışın genliğinin 60Hz'e yaklaştığınızda nasıl değiştiğine bakın. Örneğin frekansınız 50'nin altında veya 70'in üzerindeyken girişe benzer bir çıkış sinyali görmelisiniz ancak 60Hz'e yaklaştıkça genlik düşmelidir. Bu olmazsa devrenizi kontrol edin ve doğru direnç değerlerini kullandığınızdan emin olun.

Adım 4: İkinci Dereceden Butterworth Filtresi Oluşturun

Kullandığımız alçak geçiren filtre türü aktif ikinci derecedendir. Bu filtre, bize yeterince iyi bir doğruluk sağladığı ve güç gerektirmesine rağmen performansı daha iyi olduğu için kullanılır. Filtre, 250 Hz üzerindeki frekansları kesmek için tasarlanmıştır. Bunun nedeni, bir EKG sinyalinin sıfır ile 250 Hz arasında farklı frekans bileşenine sahip olması ve 250 Hz'nin üzerindeki herhangi bir sinyalin gürültü olarak kabul edilmesidir. İlk görüntü, tüm doğru direnç değerlerine sahip alçak geçiren filtrenin şemasını göstermektedir.(R7'nin 4kΩ yerine 25632Ω olması gerektiğini unutmayın). İkinci resim, bileşen değerlerini kendiniz hesaplamak için kullanabileceğiniz tüm denklemleri içerir.

Alçak geçiren Filtreyi test etmek için, 0,5V'luk bir genliğe sahip bir sinüs dalgası oluşturmak için fonksiyon üretecini kullanın. 250Hz'in altındaki frekansları girerken, girişe benzer bir çıkış görmelisiniz, ancak 250Hz'den sonra büyüdükçe çıkış küçülmeli ve sonunda gerçekten sıfıra yaklaşmalıdır.

Adım 5: Hepsini Bir Araya Getirin

Üç aşamayı oluşturmayı bitirdikten sonra, enstrümantasyon amplifikatörünü, ardından notch filtresini ve ardından alçak geçiren filtreyi koyarak hepsini bir araya getirin. Devreniz bu resme benzer görünmelidir.

Adım 6: Tüm Devreyi Test Etme

Bir fonksiyon üreteci kullanarak, enstrümantasyon amplifikatörünün girişine genliği 15mV'den büyük olmayan keyfi bir EKG sinyali girin. Alçak geçiren filtrenin çıkışını bir osiloskopa bağlayın. Bu görüntüye benzer bir çıktı almalısınız. Yeşil sinyal kartın çıkışı ve sarı sinyal devreye giriş sinyalidir. Osiloskop kullanarak frekansı elde ederek ve bu sayıyı 60 ile çarparak da kalp atış hızını ölçebilirsiniz.

Kendi EKG sinyalinizi ölçmek istiyorsanız, bunu enstrümantasyon amplifikatörünün iki girişini bir elektrot kullanarak bileğinizin her birine bağlayarak ve bacağınızı topraklayarak yapabileceğinizi unutmayın. Bunu yapmadan önce devrenin ve devre-enstrüman bağlantılarının uygun izolasyon tekniklerini kullandığından emin olun.