ECG en hartslagmeter: 6 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Elektrocardiogram, ook wel ECG genoemd, is een test die de elektrische activiteit van het menselijk hart detecteert en registreert. Het detecteert de hartslag en de sterkte en timing van de elektrische impulsen die door elk deel van een hart gaan, wat in staat is om hartproblemen zoals hartaanvallen en aritmie te identificeren. Bij ECG's in ziekenhuizen worden twaalf elektroden op de huid van borst, armen en benen aangebracht. In deze hardnekkige gebruiken we slechts drie elektroden, één voor elke pols als twee opnameplaatsen en één voor de rechterenkel als aarde. Het is belangrijk op te merken dat dit geen medisch hulpmiddel is. Dit is alleen voor educatieve doeleinden met behulp van gesimuleerde signalen. Als u dit circuit gebruikt voor echte ECG-metingen, zorg er dan voor dat het circuit en de circuit-naar-instrumentverbindingen de juiste isolatietechnieken gebruiken.

Om een menselijk ECG-signaal te verkrijgen en te analyseren, hebben we een instrumentatieversterker nodig die het ingangssignaal met 1000 versterkt, een notch-filter dat wisselstroomruis (60 Hz) verwijdert en een laagdoorlaatfilter dat andere geluiden boven 250 Hz filtert. Er wordt een afkapwaarde van 250 Hz gebruikt omdat het frequentiebereik van een menselijk ECG tussen 0-250 Hz ligt

Stap 1: Materialen

Functiegenerator, voeding, oscilloscoop, breadboard.

Weerstanden: 1k - 500k ohm

Condensatoren: 20 - 100 nF

Operationele versterker x5 (UA741)

Stap 2: Bouw de instrumentatieversterker

Verwijzend naar het circuit en de vergelijkingen van de instrumentatieversterker. We moeten eerst de juiste weerstandswaarden berekenen. Omdat de instrumentatieversterker 2 trappen heeft, zijn er twee afzonderlijke versterkingen, k1 en k2. Aangezien we een winst van 1000 nodig hebben, moet k1 vermenigvuldigen met k2 gelijk zijn aan duizend. In deze tutorial hebben we de volgende waarden gebruikt, voel je vrij om deze waarden te wijzigen als je niet over een breed scala aan weerstanden beschikt.

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

Nu je weet welke weerstandswaarden je nodig hebt, ga je gang en maak je het circuit.

Om de instrumentatieversterker te testen, zou je een functiegenerator kunnen gebruiken om een sinusgolf met een bekende amplitude te genereren, deze aan te sluiten op de ingang van de schakeling en de uitgang van de versterker te verbinden met een oscilloscoop, je zou een sinusgolf met een amplitude moeten zien 1000 keer groter dan de ingangssinusgolf

Stap 3: Bouw Notch-filter

Vergelijkbaar met de instrumentatieversterker, raadpleeg het circuit en de vergelijkingen om de juiste componentwaarden te vinden. We weten dat we in dit notch-filter frequenties van 60 Hz moeten verwijderen, daarom is f0 60 Hz, we gaan ook een kwaliteitsfactor van 8 gebruiken, wat ons een goede nauwkeurigheid zou geven. Met behulp van deze waarden kunnen we nu de juiste componentwaarden vinden:

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 je de waarden kent van de componenten die je nodig hebt, ga je gang en bouw je het circuit. Niet dat je weerstanden parallel of serie zou kunnen gebruiken om waarden zo dicht mogelijk bij de benodigde waarden te krijgen.

Om het notch-filter te testen, kunt u een frequentiezwaai uitvoeren. Voer een sinusgolf in met een amplitude van 0,5 V en varieer de frequentie. Kijk hoe de amplitude van de uitgang die op een oscilloscoop is aangesloten verandert als je in de buurt van 60 Hz komt. Als uw frequentie bijvoorbeeld lager is dan 50 of hoger dan 70, zou u een uitgangssignaal moeten zien dat lijkt op de ingang, maar hoe dichter u bij 60 Hz komt, de amplitude zou moeten afnemen. Als dit niet gebeurt, controleer dan uw circuit en zorg ervoor dat u de juiste weerstandswaarden gebruikt.

Stap 4: Bouw een Butterworth-filter voor de tweede bestelling

Het type laagdoorlaatfilter dat we gebruikten is actieve tweede orde. Dit filter wordt gebruikt omdat het ons voldoende nauwkeurigheid geeft en hoewel het vermogen vereist, maar de prestaties beter zijn. Het filter is ontworpen om frequenties boven 250 Hz af te snijden. Dit komt omdat een ECG-signaal een andere frequentiecomponent heeft die tussen nul en 250 Hz ligt en elk signaal met een frequentie van meer dan 250 Hz als ruis zou worden beschouwd. De eerste afbeelding toont het schema van het laagdoorlaatfilter met alle juiste weerstandswaarden. (Merk op dat R7 25632Ω moet zijn in plaats van 4kΩ). De tweede afbeelding bevat alle vergelijkingen die u zou kunnen gebruiken om de componentwaarden zelf te berekenen.

Om het laagdoorlaatfilter te testen, gebruikt u de functiegenerator om een sinusgolf te genereren met een amplitude van 0,5V. Bij het invoeren van frequenties onder 250 Hz zou u een uitvoer moeten zien die vergelijkbaar is met de invoer, maar hoe groter u wordt na 250 Hz, de uitvoer zou kleiner moeten worden en uiteindelijk heel dicht bij nul worden.

Stap 5: Zet het allemaal bij elkaar

Nadat u klaar bent met het bouwen van de drie fasen, voegt u ze allemaal samen door een instrumentatieversterker te plaatsen, gevolgd door een inkepingsfilter en vervolgens een laagdoorlaatfilter. Je circuit zou er ongeveer zo uit moeten zien als deze afbeelding.

Stap 6: het hele circuit testen

Voer met behulp van een functiegenerator een willekeurig ECG-signaal met een amplitude van niet groter dan 15mV in op de ingang van de instrumentatieversterker. Sluit de uitgang van het laagdoorlaatfilter aan op een oscilloscoop. U zou een uitvoer moeten krijgen die lijkt op deze afbeelding. Het groene signaal is de uitgang van het bord en het gele signaal is het ingangssignaal naar het circuit. U kunt ook de hartslag meten door de frequentie te verkrijgen met behulp van de oscilloscoop en dat aantal met 60 te vermenigvuldigen.

Merk op dat als u uw eigen ECG-signaal wilt meten, u dit kunt doen door de twee ingangen van de instrumentatieversterker op elk van uw polsen aan te sluiten met behulp van een elektrode en uw been te aarden. Blijf gewoon in het midden voordat u dit doet, zorg ervoor dat het circuit en de circuit-naar-instrumentverbindingen de juiste isolatietechnieken gebruiken.