Máy đo điện tâm đồ và nhịp tim: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Điện tâm đồ, còn được gọi là ECG, là một xét nghiệm phát hiện và ghi lại hoạt động điện của tim người. Nó phát hiện nhịp tim, cường độ và thời gian của các xung điện đi qua mỗi phần của tim, có thể xác định các vấn đề về tim như đau tim và rối loạn nhịp tim. Điện tâm đồ trong bệnh viện liên quan đến mười hai điện cực đối với da trên ngực, cánh tay và chân. Trong trường hợp khó chữa này, chúng tôi chỉ sử dụng ba điện cực, một cho mỗi cổ tay làm hai vị trí ghi và một cho mắt cá chân phải làm mặt đất. Điều quan trọng cần lưu ý là đây không phải là một thiết bị y tế. Điều này chỉ dành cho mục đích giáo dục bằng cách sử dụng các tín hiệu mô phỏng. Nếu sử dụng mạch này cho các phép đo điện tâm đồ thực, hãy đảm bảo mạch và các kết nối giữa mạch với thiết bị đang sử dụng các kỹ thuật cách ly thích hợp.

Để thu nhận và phân tích tín hiệu ECG của con người, chúng ta cần một bộ khuếch đại thiết bị khuếch đại tín hiệu đầu vào lên 1000, một bộ lọc rãnh loại bỏ nhiễu dòng điện xoay chiều (60 Hz) và một bộ lọc thông thấp lọc các tiếng ồn khác trên 250 Hz. Mức cắt 250Hz được sử dụng vì dải tần của ECG của con người nằm trong khoảng 0-250Hz

Bước 1: Vật liệu

Máy phát chức năng, Nguồn điện, Máy hiện sóng, Bảng mạch.

Điện trở: 1k - 500k ohm

Tụ điện: 20 - 100 nF

Bộ khuếch đại hoạt động x5 (UA741)

Bước 2: Xây dựng Bộ khuếch đại dụng cụ

Đề cập đến mạch và các phương trình của bộ khuếch đại thiết bị đo. Đầu tiên chúng ta cần tính toán các giá trị điện trở chính xác. Vì bộ khuếch đại thiết bị đo có 2 giai đoạn nên có hai mức tăng riêng biệt, k1 và k2. Vì chúng ta cần đạt được 1000, k1 nhân với k2 sẽ bằng một nghìn. Trong hướng dẫn này, chúng tôi đã sử dụng các giá trị sau, vui lòng thay đổi các giá trị này nếu bạn không có nhiều loại điện trở.

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

Bây giờ bạn đã biết mình cần các giá trị điện trở nào, hãy tiếp tục và tạo mạch.

Để kiểm tra bộ khuếch đại thiết bị đo, bạn có thể sử dụng bộ tạo hàm để tạo ra sóng sin với biên độ đã biết, kết nối nó với đầu vào của mạch và kết nối đầu ra của bộ khuếch đại với máy hiện sóng, bạn sẽ thấy sóng aa với biên độ lớn hơn 1000 lần so với sóng sin đầu vào

Bước 3: Xây dựng Bộ lọc Notch

Tương tự với bộ khuếch đại thiết bị đo, hãy tham khảo mạch và phương trình để tìm các giá trị linh kiện thích hợp. Chúng tôi biết rằng trong bộ lọc notch này, chúng tôi cần loại bỏ tần số 60Hz, do đó f0 là 60Hz, chúng tôi cũng sẽ sử dụng hệ số chất lượng là 8 sẽ cho chúng tôi độ chính xác tốt. Sử dụng các giá trị này, giờ đây chúng ta có thể tìm thấy các giá trị thành phần thích hợp:

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

Bây giờ bạn đã biết giá trị của các thành phần mà bạn cần, hãy tiếp tục và xây dựng mạch. Không phải bạn có thể sử dụng các điện trở song song hoặc nối tiếp để có được các giá trị càng gần với giá trị cần thiết càng tốt.

Để kiểm tra bộ lọc khía, bạn có thể thực hiện quét tần số. Đầu vào một sóng hình sin với biên độ 0,5V và thay đổi tần số. Hãy xem biên độ của đầu ra được kết nối với máy hiện sóng thay đổi như thế nào khi bạn đến gần 60Hz. Ví dụ: khi tần số của bạn dưới 50 hoặc trên 70, bạn sẽ thấy tín hiệu đầu ra tương tự như đầu vào nhưng càng về gần 60Hz thì biên độ sẽ giảm. Nếu điều này không xảy ra, hãy kiểm tra mạch của bạn và đảm bảo rằng bạn đã sử dụng các giá trị điện trở chính xác.

Bước 4: Xây dựng Bộ lọc Butterworth bậc hai

Loại bộ lọc thông thấp mà chúng tôi đã sử dụng là bậc hai đang hoạt động. Bộ lọc này được sử dụng vì nó cung cấp cho chúng ta một độ chính xác đủ tốt và mặc dù nó đòi hỏi nguồn điện nhưng hiệu suất tốt hơn. Bộ lọc được thiết kế để cắt các tần số trên 250 Hz. Điều này là do tín hiệu ECG có thành phần tần số khác nhau nằm trong khoảng từ 0 đến 250 Hz và bất kỳ tín hiệu nào có tần số trên 250 Hz sẽ được coi là nhiễu. Hình ảnh đầu tiên cho thấy sơ đồ của bộ lọc thông thấp với tất cả các giá trị điện trở chính xác. (Lưu ý rằng R7 phải là 25632Ω thay vì 4kΩ). Hình ảnh thứ hai bao gồm tất cả các phương trình mà bạn có thể sử dụng để tự tính toán các giá trị thành phần.

Để kiểm tra Bộ lọc thông thấp, sử dụng bộ tạo hàm để tạo ra sóng hình sin với biên độ 0,5V. Khi nhập tần số dưới 250Hz, bạn sẽ thấy một đầu ra tương tự như đầu vào nhưng càng lớn hơn sau 250Hz, đầu ra sẽ càng nhỏ lại và cuối cùng trở nên thực sự gần bằng không.

Bước 5: Kết hợp tất cả lại với nhau

Sau khi bạn hoàn thành việc xây dựng ba giai đoạn, hãy kết hợp tất cả chúng lại với nhau bằng cách đặt bộ khuếch đại thiết bị, tiếp theo là bộ lọc notch, và sau đó là bộ lọc thông thấp. Mạch của bạn sẽ trông tương tự như hình ảnh này.

Bước 6: Kiểm tra toàn bộ mạch

Sử dụng bộ tạo chức năng, nhập tín hiệu ECG tùy ý với biên độ không lớn hơn 15mV vào đầu vào của bộ khuếch đại thiết bị đo. Kết nối đầu ra của bộ lọc thông thấp với máy hiện sóng. Bạn sẽ nhận được một đầu ra tương tự như hình ảnh này. Tín hiệu màu xanh lá cây là đầu ra của bo mạch và tín hiệu màu vàng là tín hiệu đầu vào của mạch. Bạn cũng có thể đo nhịp tim bằng cách sử dụng tần số bằng máy hiện sóng và nhân con số đó với 60.

Lưu ý rằng nếu bạn muốn đo tín hiệu ECG của riêng mình, bạn có thể làm như vậy bằng cách kết nối hai đầu vào của bộ khuếch đại thiết bị đo với mỗi cổ tay của bạn bằng điện cực và nối đất cho chân của bạn. Chỉ cần giữ ở giữa trước khi thực hiện việc này để đảm bảo mạch và các kết nối giữa mạch với thiết bị đang sử dụng các kỹ thuật cách ly thích hợp.