คลื่นไฟฟ้า (ECG) วัดกิจกรรมไฟฟ้าของการเต้นของหัวใจเพื่อแสดงให้เห็นว่าหัวใจเต้นเร็วและเต้นเร็วแค่ไหน มีแรงกระตุ้นไฟฟ้าหรือที่เรียกว่าคลื่นที่เดินทางผ่านหัวใจเพื่อให้กล้ามเนื้อหัวใจสูบฉีดเลือดด้วยการเต้นแต่ละครั้ง Atria ขวาและซ้ายสร้างคลื่น P แรกและช่องล่างขวาและซ้ายทำให้ QRS สลับซับซ้อน คลื่น T สุดท้ายคือจากการฟื้นตัวทางไฟฟ้าไปยังสถานะพัก แพทย์ใช้สัญญาณ ECG เพื่อวินิจฉัยภาวะหัวใจดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีภาพที่ชัดเจน
เป้าหมายของคำแนะนำนี้คือการรับและกรองสัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG) โดยการรวมแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด, ตัวกรองรอยและตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำผ่านวงจร จากนั้นสัญญาณจะผ่านตัวแปลง A / D ไปยัง LabView เพื่อสร้างกราฟและการเต้นของหัวใจแบบเรียลไทม์ใน BPM
"นี่ไม่ใช่เครื่องมือทางการแพทย์สำหรับการศึกษาโดยใช้สัญญาณจำลองเท่านั้นหากใช้วงจรนี้สำหรับการวัดคลื่นไฟฟ้าหัวใจจริงโปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าวงจรและการเชื่อมต่อแบบวงจรต่อเครื่องมือใช้เทคนิคการแยกที่เหมาะสม"
วัสดุ:
ขั้นตอนที่ 1: ออกแบบแอมป์เครื่องมือวัด
ในการสร้างแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดเราต้องการแอมป์ 3 แอมป์และตัวต้านทานที่แตกต่างกัน 4 ตัว แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดเพิ่มอัตราขยายของคลื่นเอาท์พุต สำหรับการออกแบบนี้เราตั้งเป้าที่จะรับ 1,000V เพื่อรับสัญญาณที่ดี ใช้สมการต่อไปนี้เพื่อคำนวณตัวต้านทานที่เหมาะสมโดยที่ K1 และ K2 เป็นเกน
ด่าน 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)
ด่าน 2: K2 = - (R4 / R3)
สำหรับการออกแบบนี้ใช้ R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω
ขั้นตอนที่ 2: ออกแบบตัวกรองรอย
ประการที่สองเราต้องสร้างตัวกรองรอยโดยใช้ op amp ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ วัตถุประสงค์ขององค์ประกอบนี้คือเพื่อกรองสัญญาณรบกวนที่ 60 Hz เราต้องการกรองที่ 60 Hz ทุกอย่างด้านล่างและด้านบนความถี่นี้จะผ่าน แต่ความกว้างของรูปคลื่นจะต่ำที่สุดที่ 60 Hz ในการกำหนดพารามิเตอร์ของตัวกรองเราใช้อัตราขยาย 1 และตัวคูณคุณภาพเป็น 8 ใช้สมการด้านล่างเพื่อคำนวณค่าตัวต้านทานที่เหมาะสม Q คือปัจจัยด้านคุณภาพ, w = 2 * pi * f, f คือความถี่กลาง (Hz), B คือแบนด์วิดท์ (rad / วินาที), และ wc1 และ wc2 คือความถี่ตัด (rad / วินาที)
R1 = 1 / (2QwC)
R2 = 2Q / (wC)
R3 = (R1 + R2) / (R1 + R2)
Q = w / B
B = wc2 - wc1
ขั้นตอนที่ 3: ออกแบบตัวกรอง Low-pass
วัตถุประสงค์ขององค์ประกอบนี้คือเพื่อกรองความถี่ที่สูงกว่าความถี่คัตออฟ (wc) ซึ่งไม่อนุญาตให้ส่งผ่าน เราตัดสินใจกรองที่ความถี่ 250 Hz เพื่อหลีกเลี่ยงการตัดใกล้กับค่าเฉลี่ยความถี่ที่ใช้ในการวัดสัญญาณ ECG (150 Hz) ในการคำนวณค่าที่เราจะใช้สำหรับส่วนประกอบนี้เราจะใช้สมการต่อไปนี้:
C1 <= C2 (a ^ 2 + 4b (k-1)) / 4b
C2 = 10 / ความถี่ cutoff (Hz)
R1 = 2 / (wc (a * C2 + (a ^ 2 + 4b (k-1) C2 ^ 2 - 4b * C1 * C2) ^ (1/2))
R2 = 1 / (b * C1 * C2 * R1 * wc ^ 2)
เราจะตั้งค่าเกนเป็น 1 ดังนั้น R3 จะกลายเป็นวงจรเปิด (ไม่มีตัวต้านทาน) และ R4 จะกลายเป็นไฟฟ้าลัดวงจร
ขั้นตอนที่ 4: ทดสอบวงจร
การกวาด AC จะดำเนินการสำหรับแต่ละองค์ประกอบเพื่อกำหนดประสิทธิภาพของตัวกรอง เครื่องกวาด AC วัดขนาดของส่วนประกอบที่ความถี่ต่างกัน คุณคาดว่าจะเห็นรูปร่างที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับส่วนประกอบ ความสำคัญของการกวาด AC คือการทำให้แน่ใจว่าวงจรทำงานอย่างถูกต้องเมื่อสร้างขึ้น ในการทำการทดสอบนี้ในห้องปฏิบัติการเพียงบันทึก Vout / Vin ที่ช่วงความถี่ต่างๆ สำหรับแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดเราทดสอบจาก 50 ถึง 1,000 Hz เพื่อให้ได้ช่วงกว้าง สำหรับตัวกรองรอยเราทดสอบจาก 10 ถึง 90 Hz เพื่อให้ได้ความคิดที่ดีว่าองค์ประกอบตอบสนองประมาณ 60 Hz สำหรับตัวกรองความถี่ต่ำเราทดสอบจาก 50 ถึง 500 เฮิร์ตซ์เพื่อทำความเข้าใจว่าวงจรตอบสนองอย่างไรเมื่อมันตั้งใจที่จะผ่านและเมื่อมันตั้งใจจะหยุด
ขั้นตอนที่ 5: ECG Circuit บน LabView
ถัดไปคุณต้องการสร้างบล็อกไดอะแกรมใน LabView ที่จำลองสัญญาณ ECG ผ่านตัวแปลง A / D จากนั้นทำการแปลงสัญญาณบนคอมพิวเตอร์ เราเริ่มต้นด้วยการตั้งค่าพารามิเตอร์ของสัญญาณบอร์ด DAQ ของเราโดยกำหนดอัตราการเต้นของหัวใจโดยเฉลี่ยที่เราคาดหวัง เราเลือก 60 ครั้งต่อนาที จากนั้นใช้ความถี่ 1kHz เราสามารถระบุได้ว่าเราจำเป็นต้องแสดงประมาณ 3 วินาทีเพื่อรับคลื่นไฟฟ้าหัวใจ 2-3 จุดในรูปคลื่น เราแสดง 4 วินาทีเพื่อให้แน่ใจว่าเราจับยอดคลื่นไฟฟ้าหัวใจได้เพียงพอ บล็อกไดอะแกรมจะอ่านสัญญาณขาเข้าและใช้การตรวจจับสูงสุดเพื่อกำหนดความถี่ของการเต้นของหัวใจแบบเต็ม
ขั้นตอนที่ 6: คลื่นไฟฟ้าหัวใจและอัตราการเต้นของหัวใจ
ใช้รหัสจากแผนภาพบล็อกคลื่นไฟฟ้าหัวใจจะปรากฏในกล่องรูปคลื่นและเต้นต่อนาทีจะปรากฏถัดจากมัน ตอนนี้คุณมีเครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจที่ใช้งานได้! เพื่อท้าทายตัวเองให้มากขึ้นลองใช้วงจรและขั้วไฟฟ้าของคุณเพื่อแสดงอัตราการเต้นของหัวใจแบบเรียลไทม์ของคุณ!
