სიმულაციური ეკგ სიგნალის შეძენა LTSpice– ის გამოყენებით: 7 ნაბიჯი

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

გულის ტუმბოს უნარი არის ელექტრული სიგნალების ფუნქცია. ექიმებს შეუძლიათ წაიკითხონ ეს სიგნალები ელექტროკარდიოგრამაზე გულის სხვადასხვა პრობლემების დიაგნოზირებისთვის. სანამ სიგნალი სათანადოდ იქნება მომზადებული კლინიცისტის მიერ, ის უნდა იყოს სათანადოდ გაფილტრული და გაძლიერებული. ამ სახელმძღვანელოში მე გეტყვით, თუ როგორ უნდა შეიმუშაოთ წრე ეკგ სიგნალების გამოყოფისთვის, ეს სქემა იყოფა სამ მარტივ კომპონენტად: ინსტრუმენტის გამაძლიერებელი, გამტარ ფილტრი და მაღალი დონის ფილტრი, სასურველი გათიშვით გამოქვეყნებული ლიტერატურით და ამჟამინდელი მოდელებით განსაზღვრული სიხშირეები და მიღწევები.

მასალები:

ეს არის სახელმძღვანელო, რომელიც განკუთვნილია LTSpice სიმულაციებისთვის, ასე რომ ერთადერთი მასალა, რაც დაგჭირდებათ სქემების მოდელირებისთვის არის LTSpice პროგრამა. თუ გსურთ შეამოწმოთ თქვენი წრე ეკგ wav ფაილით, მე აქ ვიპოვე ჩემი.

ნაბიჯი 1: შემსრულებელი ფილტრის შემუშავება

ტიპიური ეკგ სიგნალებს აქვთ სიხშირის დიაპაზონი 0.5-250 ჰც. თუ თქვენ გაინტერესებთ ამის თეორია, იკითხეთ და წაიკითხეთ მეტი აქ ან აქ. ამ სახელმძღვანელოს მიზნებისათვის რას ნიშნავს ის, რომ ჩვენ გვსურს გავფილტროთ ყველაფერი არა იმ რეგიონებში. ჩვენ შეგვიძლია ამის გაკეთება band-pass ფილტრით. გამოქვეყნებულ სქემატურში განთავსებული ცვლადების საფუძველზე, ფილტრები ფილტრავენ დიაპაზონში 1/(2*pi*R1*C1) და 1/(2*pi*R2*C2). ისინი ასევე აძლიერებენ სიგნალს (R2/R1).

სიდიდეები შეირჩა ისე, რომ სიხშირის გათიშვის მნიშვნელობები ემთხვეოდეს სასურველ ეკგ სიგნალის საზღვრებს და მოგება იქნება 100 -ის ტოლი. სქემატური ამ ღირებულებების შემცვლელი შეგიძლიათ იხილოთ თანდართულ ფიგურებში.

ნაბიჯი 2: დიზაინი Notch ფილტრი

ახლა, როდესაც ჩვენ გავფილტროთ ყველაფერი, რაც არ არის ეკგ -ს სიგნალის სიხშირის დიაპაზონში, დროა გავფილტროთ ხმაურის დამახინჯებები მის დიაპაზონში. ელექტროგადამცემი ხაზის ხმაური არის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ეკგ-ს დამახინჯება და აქვს სიხშირე ~ 50 ჰც. ვინაიდან ეს არის გამტარუნარიანობის ფარგლებში, მისი ამოღება შესაძლებელია მაღალი დონის ფილტრით. მაღალი დონის ფილტრი მუშაობს ცენტრის სიხშირის ამოღებით 1/(4*pi*R*C) ღირებულებით თანდართული სქემატური საფუძველზე.

რეზისტორისა და კონდენსატორის მნიშვნელობა შეირჩა 50 ჰც ხმაურის გასაფილტრავად და მათი მნიშვნელობები ჩაერთო თანდართულ სქემაში. გაითვალისწინეთ, რომ ეს არ არის RC კომპონენტების ერთადერთი კომბინაცია, რომელიც იმუშავებს; ეს იყო მხოლოდ ის, რაც მე ავირჩიე. მოგერიდებათ გამოთვალოთ და აირჩიოთ განსხვავებული!

ნაბიჯი 3: შეიმუშავეთ ინსტრუმენტების გამაძლიერებელი

ნედლი ეკგ სიგნალი ასევე უნდა გაძლიერდეს. მიუხედავად იმისა, რომ როდესაც ჩვენ ვაშენებთ სქემას, ჩვენ დავაყენებთ გამაძლიერებელს პირველ რიგში, უფრო ადვილია კონცეპტუალურად ვიფიქროთ ფილტრების შემდეგ. ეს იმიტომ ხდება, რომ მიკროსქემის საერთო მოგება ნაწილობრივ განისაზღვრება გამტარობის გამაძლიერებელი საშუალებით (განახლებისთვის იხილეთ ნაბიჯი 1).

ეკგ -ების უმეტესობას აქვს მოგება მინიმუმ 100 დბ. მიკროსქემის dB მომატება უდრის 20*log | Vout / Vin |. Vout/Vin შეიძლება გადაწყდეს რეზისტენტული კომპონენტების თვალსაზრისით კვანძოვანი ანალიზით. ჩვენი წრისთვის, ეს იწვევს ახალ მოგებას:

dB მოგება = 20*ჟურნალი | (R2/R1)*(1+2*R/RG) |

R1 და R2 არის გამტარ ფილტრიდან (ნაბიჯი 1), ხოლო R და RG არის ამ გამაძლიერებლის კომპონენტები (იხ. თანდართული სქემა). 100 დბ – ის მოგების ამოხსნა იძლევა R/RG = 500. შერჩეულია R = 50k ohms და RG = 100 ohms ღირებულებები.

ნაბიჯი 4: კომპონენტების ტესტირება

ყველა კომპონენტი ცალკე იყო ტესტირებული LTSpice– ს AC Sweep ოქტავის ანალიზის ინსტრუმენტთან ერთად. შეირჩა 100 ქულის რაოდენობა ოქტავაზე, 0.01 ჰც საწყისი საწყისი სიხშირე და 100 კჰც დამთავრების სიხშირე. მე გამოვიყენე შეყვანის ძაბვის ამპლიტუდა 1 ვ, მაგრამ თქვენ შეგიძლიათ სხვა ამპლიტუდა. AC გადახვევის მნიშვნელოვანი გზა არის გამოსასვლელების ფორმა, რომელიც შეესაბამება სიხშირეების ცვლილებას.

ამ ტესტებმა უნდა წარმოადგინოს გრაფიკები, რომლებიც თან ერთვის 1-3 საფეხურებს. თუ ისინი უარყოფენ, სცადეთ ხელახლა გამოთვალოთ თქვენი რეზისტორის ან კონდენსატორის მნიშვნელობები. ასევე შესაძლებელია თქვენი მიკროსქემის ლიანდაგი, რადგან თქვენ არ უზრუნველყოფთ საკმარის ძაბვას, რათა გაამყაროთ ოპ amps. თუ თქვენი R და C მათემატიკა სწორია, სცადეთ გაზარდოთ ძაბვის ოდენობა, რომელსაც თქვენ აძლევთ თქვენს ოპ გამაძლიერებლებს.

ნაბიჯი 5: ყველაფერი ერთად ააწყვეთ

ახლა თქვენ მზად ხართ ყველა კომპონენტი ერთად დააკავშიროთ. როგორც წესი, გაძლიერება ხორციელდება ფილტრაციის წინ, ამიტომ ინსტრუმენტთა გამაძლიერებელი იყო პირველი. ზოლებიანი ფილტრი კიდევ უფრო აძლიერებს სიგნალს, ასე რომ, იგი მეორე ადგილზეა, მაღალი დონის ფილტრის წინ, რომელიც წმინდად ფილტრავს. მთლიანი წრე გადიოდა AC Sweep სიმულაციის საშუალებითაც, რამაც მოსალოდნელი შედეგები გამოიღო 0.5 - 250 ჰერცამდე გამაგრებით, გარდა 50 ჰც მაღალი დონის დიაპაზონისა.

ნაბიჯი 6: ეკგ სიგნალების შეყვანა და ტესტირება

თქვენ შეგიძლიათ შეცვალოთ თქვენი ძაბვის წყარო, რათა მიკროსქემს მიაწოდოს ეკგ სიგნალი AC Sweep– ის ნაცვლად. ამისათვის თქვენ უნდა გადმოწეროთ თქვენთვის სასურველი ეკგ სიგნალი. მე ვიპოვე ხმაურით გაძლიერებული.wav ფაილი აქ და clean.txt ეკგ სიგნალი აქ. მაგრამ თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ უკეთესი.. Wav ფაილის ნედლეული შესავალი და გამომავალი ჩანს თანდართული. ძნელი სათქმელია, გამოიღებს თუ არა არა ხმაურით გაძლიერებული ეკგ სიგნალი უკეთეს გამოსავალს. სიგნალიდან გამომდინარე, შეიძლება დაგჭირდეთ თქვენი ფილტრის საზღვრების ოდნავ მორგება. ასევე ჩანს სუფთა გამავლობის სიგნალის გამომუშავება.

შეყვანის შესაცვლელად, აირჩიეთ ძაბვის წყარო, შეარჩიეთ PWL ფაილის პარამეტრი და შეარჩიეთ თქვენთვის სასურველი ფაილი. ფაილი, რომელიც მე გამოვიყენე, იყო.wav ფაილი, ამიტომ ასევე მჭირდებოდა LTSpice დირექტივის ტექსტის შეცვლა "PWL ფაილიდან =" - დან "wavefile =" - ში.. Txt ფაილის შეყვანისთვის თქვენ უნდა შეინარჩუნოთ PWL ტექსტი ისეთი, როგორიც არის.

ეკგ-ს იდეალურ სიგნალთან გამომავალი შედარება აჩვენებს, რომ კომპონენტების შესწორებით გაუმჯობესების ადგილი ჯერ კიდევ არსებობს. თუმცა, წყაროს ფაილის ფორმისა და ხმაურის გაზრდის გათვალისწინებით, ის ფაქტი, რომ ჩვენ შევძელით P- ტალღის, QRS და T- ტალღის ამოღება, დიდი პირველი ნაბიჯია. სუფთა ეკგ ტექსტურ ფაილს უნდა შეეძლოს შესანიშნავად გაიაროს ფილტრი.

ყურადღება მიაქციეთ, როგორ განმარტავთ ეკგ -ს ამ სიგნალის შედეგებს. თუ თქვენ იყენებთ მხოლოდ სუფთა.txt ფაილს, ეს არ ნიშნავს რომ თქვენი სისტემა მუშაობს სიგნალის სწორად გაფილტვრაზე - ეს მხოლოდ იმას ნიშნავს, რომ ეკგ -ს მნიშვნელოვანი კომპონენტები არ არის გაფილტრული. მეორეს მხრივ,.wav ფაილის შესახებ მეტის ცოდნის გარეშე, ძნელია იმის თქმა, ტალღის ინვერსიები და უცნაური ფორმები გამოწვეულია თუ არა წყაროს ფაილით, ან არის თუ არა პრობლემა არასასურველი სიგნალების გაფილტვრაში.