EKG und Pulsmesser - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Elektrokardiogramm, auch EKG genannt, ist ein Test, der die elektrische Aktivität des menschlichen Herzens erkennt und aufzeichnet. Es erkennt die Herzfrequenz sowie die Stärke und das Timing der elektrischen Impulse, die durch jeden Teil eines Herzens gehen, und kann so Herzprobleme wie Herzinfarkte und Herzrhythmusstörungen erkennen. Bei EKGs in Krankenhäusern werden zwölf Elektroden an der Haut an Brust, Armen und Beinen angebracht. In diesem hartnäckigen Gerät verwenden wir nur drei Elektroden, eine für jedes Handgelenk als zwei Aufnahmestellen und eine für den rechten Knöchel als Masse. Es ist wichtig zu beachten, dass es sich nicht um ein Medizinprodukt handelt. Dies dient nur zu Bildungszwecken mit simulierten Signalen. Wenn Sie diesen Stromkreis für echte EKG-Messungen verwenden, stellen Sie bitte sicher, dass der Stromkreis und die Stromkreis-zu-Gerät-Verbindungen geeignete Isolationstechniken verwenden.

Um ein menschliches EKG-Signal zu erfassen und zu analysieren, benötigen wir einen Instrumentenverstärker, der das Eingangssignal um 1000 verstärkt, einen Notch-Filter, der Wechselstromrauschen (60 Hz) entfernt und einen Tiefpassfilter, der andere Rauschen über 250 Hz filtert. Eine 250-Hz-Grenze wird verwendet, da der Frequenzbereich eines menschlichen EKGs zwischen 0-250 Hz liegt

Schritt 1: Materialien

Funktionsgenerator, Netzteil, Oszilloskop, Steckbrett.

Widerstände: 1k - 500k Ohm

Kondensatoren: 20 - 100 nF

Operationsverstärker x5 (UA741)

Schritt 2: Bauen Sie den Instrumentenverstärker auf

Bezugnehmend auf die Schaltung und die Gleichungen des Instrumentenverstärkers. Wir müssen zuerst die richtigen Widerstandswerte berechnen. Da der Instrumentenverstärker 2 Stufen hat, gibt es zwei separate Verstärkungen, k1 und k2. Da wir eine Verstärkung von 1000 benötigen, sollte k1 multipliziert mit k2 gleich tausend sein. In diesem Tutorial haben wir die folgenden Werte verwendet. Sie können diese Werte gerne ändern, wenn Sie nicht über eine breite Palette von Widerständen verfügen.

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

Nachdem Sie nun wissen, welche Widerstandswerte Sie benötigen, machen Sie die Schaltung.

Um den Instrumentenverstärker zu testen, können Sie mit einem Funktionsgenerator eine Sinuswelle mit bekannter Amplitude erzeugen, an den Eingang der Schaltung anschließen und den Ausgang des Verstärkers an ein Oszilloskop anschließen, Sie sollten eine Sinuswelle mit einer Amplitude sehen 1000 mal größer als die Eingangssinuswelle

Schritt 3: Notch-Filter erstellen

Vergleichen Sie wie beim Instrumentenverstärker die Schaltung und die Gleichungen, um die entsprechenden Komponentenwerte zu finden. Wir wissen, dass wir in diesem Kerbfilter Frequenzen von 60 Hz ausschneiden müssen, daher ist f0 60 Hz. Wir werden auch einen Qualitätsfaktor von 8 verwenden, was uns eine gute Genauigkeit geben würde. Mit diesen Werten können wir nun geeignete Komponentenwerte finden:

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

Nachdem Sie nun die Werte der Komponenten kennen, die Sie benötigen, bauen Sie die Schaltung auf. Nicht, dass Sie Widerstände parallel oder in Reihe verwenden könnten, um Werte so nah wie möglich an den benötigten Werten zu erhalten.

Um den Notch-Filter zu testen, könnten Sie einen Frequenz-Sweep durchführen. Geben Sie eine Sinuswelle mit einer Amplitude von 0,5 V ein und variieren Sie die Frequenz. Sehen Sie, wie sich die Amplitude des Ausgangs, der an ein Oszilloskop angeschlossen ist, ändert, wenn Sie sich 60 Hz nähern. Wenn Ihre Frequenz beispielsweise unter 50 oder über 70 liegt, sollten Sie ein Ausgangssignal ähnlich dem Eingang sehen, aber je näher Sie sich 60 Hz nähern, sollte die Amplitude abnehmen. Wenn dies nicht der Fall ist, überprüfen Sie Ihre Schaltung und stellen Sie sicher, dass Sie die richtigen Widerstandswerte verwendet haben.

Schritt 4: Butterworth-Filter zweiter Ordnung aufbauen

Der von uns verwendete Tiefpassfiltertyp ist aktiv zweiter Ordnung. Dieser Filter wird verwendet, weil er uns eine ausreichende Genauigkeit bietet und obwohl er Strom benötigt, aber die Leistung besser ist. Der Filter ist so ausgelegt, dass er Frequenzen über 250 Hz abschneidet. Dies liegt daran, dass ein EKG-Signal eine andere Frequenzkomponente aufweist, die zwischen null und 250 Hz liegt, und jedes Signal mit einer Frequenz über 250 Hz als Rauschen betrachtet würde. Das erste Bild zeigt das Schema des Tiefpassfilters mit allen korrekten Widerstandswerten. (Beachten Sie, dass R7 25632 Ω anstelle von 4 kΩ betragen sollte). Das zweite Bild enthält alle Gleichungen, mit denen Sie die Komponentenwerte selbst berechnen können.

Verwenden Sie zum Testen des Tiefpassfilters den Funktionsgenerator, um eine Sinuswelle mit einer Amplitude von 0,5 V zu erzeugen. Wenn Sie Frequenzen unter 250 Hz eingeben, sollten Sie einen Ausgang sehen, der dem Eingang ähnlich ist, aber je größer Sie nach 250 Hz werden, der Ausgang sollte kleiner werden und schließlich wirklich nahe Null werden.

Schritt 5: Setzen Sie alles zusammen

Nachdem Sie die drei Stufen fertig gebaut haben, setzen Sie sie alle zusammen, indem Sie einen Instrumentenverstärker, gefolgt von einem Notch-Filter und dann einem Tiefpassfilter einsetzen. Ihre Schaltung sollte diesem Bild ähneln.

Schritt 6: Testen des gesamten Stromkreises

Geben Sie mit einem Funktionsgenerator ein beliebiges EKG-Signal mit einer Amplitude von nicht mehr als 15 mV in den Eingang des Instrumentenverstärkers ein. Verbinden Sie den Ausgang des Tiefpassfilters mit einem Oszilloskop. Sie sollten eine Ausgabe ähnlich dieser Abbildung erhalten. Das grüne Signal ist der Ausgang der Platine und das gelbe Signal ist das Eingangssignal der Schaltung. Sie können die Herzfrequenz auch messen, indem Sie die Frequenz mit dem Oszilloskop erfassen und diese Zahl mit 60 multiplizieren.

Wenn Sie Ihr eigenes EKG-Signal messen möchten, können Sie dies tun, indem Sie die beiden Eingänge des Instrumentenverstärkers mit einer Elektrode an jedes Ihrer Handgelenke anschließen und Ihr Bein erden. Halten Sie sich in der Mitte, bevor Sie dies tun, stellen Sie sicher, dass die Schaltung und die Verbindungen zwischen Schaltung und Instrument die richtigen Isolationstechniken verwenden.