ეკგ -ს მიკროსქემის ავტომატური მოდელი: 4 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:15

ამ პროექტის მიზანია შექმნას წრიული მოდელი მრავალი კომპონენტით, რომელსაც შეუძლია ადეკვატურად გააძლიეროს და გაფილტროს შემომავალი ეკგ სიგნალი. სამი კომპონენტი ინდივიდუალურად იქნება მოდელირებული: ინსტრუმენტის გამაძლიერებელი, აქტიური დონის ფილტრი და პასიური გამტარი ფილტრი. ისინი გაერთიანდება, რათა შეიქმნას ეკგ -ს სქემის საბოლოო მოდელი. ყველა წრიული მოდელირება და ტესტირება ტარდებოდა LTspice– ში, მაგრამ სხვა წრიული სიმულაციური პროგრამებიც იმუშავებდა.

ნაბიჯი 1: ინსტრუმენტების გამაძლიერებელი

ეს იქნება ეკგ -ს სრული მოდელის პირველი კომპონენტი. მისი მიზანია გააძლიეროს შემომავალი ეკგ სიგნალი, რომელსაც თავდაპირველად ექნება ძალიან დაბალი ძაბვა. მე ავირჩიე კომბინირებული op-amps და რეზისტენტული კომპონენტების გამოყენება ისე, რაც გამოიმუშავებდა 1000-ს. პირველი სურათი გვიჩვენებს ინსტრუმენტების გამაძლიერებლის დიზაინს, მოდელირებული LTspice- ში. მეორე სურათი გვიჩვენებს შესაბამის განტოლებებს და შესრულებულ გამოთვლებს. სრული მოდელირების შემდეგ, 1 მვ – ის სინუსოიდული შეყვანის სიგნალის 75 Hz– ზე გარდამავალი ანალიზი ჩატარდა LTspice– ში 1000 – ის მომატების დასადასტურებლად. მესამე სურათი გვიჩვენებს ამ ანალიზის შედეგებს.

ნაბიჯი 2: აქტიური დონის ფილტრი

ეს იქნება ეკგ -ს სრული მოდელის მეორე კომპონენტი. მისი მიზანია სიგნალების შესუსტება 60 ჰც სიხშირით, რაც არის AC ხაზის ძაბვის ჩარევის სიხშირე. ეს ამახინჯებს ეკგ სიგნალებს და ჩვეულებრივ გვხვდება ყველა კლინიკურ გარემოში. მე ავირჩიე გამოვიყენო კომბინირებული op-amp რეზისტენტული და ტევადი კომპონენტებით ორმაგი T დონის ფილტრის კონფიგურაციაში. პირველი სურათი გვიჩვენებს მაღალი დონის ფილტრის დიზაინს, მოდელირებული LTspice– ში. მეორე სურათი გვიჩვენებს შესაბამის განტოლებებს და შესრულებულ გამოთვლებს. სრული მოდელირების შემდეგ, 1 V– ის სინუსოიდული შეყვანის სიგნალის AC გაწმენდა განხორციელდა 1 Hz– დან - 100 kHz– მდე LTspice– ში, რათა დაემტკიცებინა მაღალი დონის 60 Hz. მესამე სურათი გვიჩვენებს ამ ანალიზის შედეგებს. სიმულაციის შედეგების უმნიშვნელო ცვალებადობა მოსალოდნელ შედეგებთან შედარებით, სავარაუდოდ გამოწვეულია ამ წრის რეზისტენტული და ტევადობის კომპონენტების გაანგარიშებისას დამრგვალებით.

ნაბიჯი 3: პასიური Bandpass ფილტრი

ეს იქნება ეკგ -ს სრული მოდელის მესამე კომპონენტი. მისი მიზანია გაფილტროს სიგნალები, რომლებიც არ არის 0.05 Hz - 250 Hz დიაპაზონში, რადგან ეს არის ტიპიური ზრდასრული ეკგ დიაპაზონი. მე ავირჩიე კომბინირებული რეზისტენტული და კონდენსატორული კომპონენტების გამოყენება, ასე რომ, მაღალი გამავლობის შეწყვეტა იქნება 0.05 ჰერცი, ხოლო დაბალი გავლის შეწყვეტა იქნება 250 ჰერცი. პირველი სურათი გვიჩვენებს LSspice- ში მოდელირებული პასიური bandpass ფილტრის დიზაინს. მეორე სურათი გვიჩვენებს შესაბამის განტოლებებს და შესრულებულ გამოთვლებს. სრულად მოდელირების შემდეგ, 1 V სინუსოიდული შეყვანის სიგნალის AC გაწმენდა განხორციელდა 0.01 Hz - 100 kHz– დან LTspice– ში მაღალი და დაბალი გამავლობის სიხშირეების დასადასტურებლად. მესამე სურათი გვიჩვენებს ამ ანალიზის შედეგებს. სიმულაციის შედეგების უმნიშვნელო ცვალებადობა მოსალოდნელ შედეგებთან შედარებით, სავარაუდოდ გამოწვეულია ამ წრის რეზისტენტული და ტევადობის კომპონენტების გაანგარიშებისას დამრგვალებით.

ნაბიჯი 4: მიკროსქემის კომპონენტების გაერთიანება

ახლა, როდესაც ყველა კომპონენტი შემუშავებულია და გამოცდილია ინდივიდუალურად, მათი სერიული შეთავსება შესაძლებელია მათი შექმნის თანმიმდევრობით. ეს იწვევს ეკგ -ს მიკროსქემის სრულ მოდელს, რომელიც პირველად შეიცავს ინსტრუმენტის გამაძლიერებელს 1000x სიგნალის გასაძლიერებლად. შემდეგ, მაღალი დონის ფილტრი გამოიყენება 60 ჰც AC AC ძაბვის ხმაურის აღმოსაფხვრელად. დაბოლოს, bandpass ფილტრი არ იძლევა სიგნალის გავლის საშუალებას, რომელიც არ აღემატება ტიპიური ზრდასრული ეკგ დიაპაზონს (0.05 Hz - 250 Hz). ერთხელ შერწყმისას, როგორც ნაჩვენებია პირველ სურათზე, გარდამავალი ანალიზი და სრული AC გაწმენდა შეიძლება ჩატარდეს LTspice– ში 1 მვ (სინუსოიდალური) ძაბვით, რათა დარწმუნდეთ, რომ კომპონენტები ერთად მუშაობენ როგორც მოსალოდნელი იყო. მეორე სურათი აჩვენებს გარდამავალი ანალიზის შედეგებს, რომლებიც აჩვენებენ სიგნალის გაძლიერებას 1 მვ -დან 85 0.85 ვ -მდე. ეს ნიშნავს, რომ ან მაღალი დონის ან ფილტრაციის ფილტრის კომპონენტები ოდნავ ასუსტებს სიგნალს მას შემდეგ, რაც იგი თავდაპირველად 1000x გაძლიერდა ინსტრუმენტული გამაძლიერებლის მიერ. მესამე სურათი აჩვენებს AC გაწმენდის შედეგებს. ეს Bode ნაკვეთი აჩვენებს მაღალი და დაბალი უღელტეხილზე შეწყვეტას, რომელიც ემთხვევა bandpass ფილტრის Bode ნაკვეთს ინდივიდუალურად შემოწმებისას. ასევე არის უმნიშვნელო ვარდნა 60 ჰც -ის გარშემო, სწორედ იქ, სადაც მაღალი დონის ფილტრი მუშაობს არასასურველი ხმაურის მოსაშორებლად.