नकली ईसीजी सर्किट: 7 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:18

एक इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम एक सामान्य परीक्षण है जिसका उपयोग मानक परीक्षाओं और गंभीर बीमारियों के निदान दोनों में किया जाता है। ईसीजी के रूप में जाना जाने वाला यह उपकरण दिल की धड़कन को नियंत्रित करने के लिए जिम्मेदार शरीर के भीतर विद्युत संकेतों को मापता है। परीक्षण को विषय की त्वचा पर इलेक्ट्रोड लगाने और आउटपुट को देखकर प्रशासित किया जाता है, जो दिखाए गए ज्ञात ईसीजी तरंग का रूप लेता है। इस तरंग में एक पी तरंग, क्यूआरएस कॉम्प्लेक्स और टी तरंग शामिल हैं जो प्रत्येक एक शारीरिक प्रतिक्रिया का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह गाइड एक सर्किट सिमुलेशन सॉफ्टवेयर में ईसीजी को सिम्युलेट करने के चरणों से गुजरेगा।

आपूर्ति:

LTSpice या समान सर्किट सिम्युलेटर

चरण 1: एक इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर बनाएं

इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर का उद्देश्य एक बहुत छोटे सिग्नल को बढ़ाना है जो अक्सर उच्च स्तर के शोर से घिरा होता है। ईएमजी में इनपुट सिग्नल का वोल्टेज आम तौर पर 1 एमवी से 5 एमवी के बीच होता है और इस चरण का उद्देश्य लगभग 1000 के लाभ के साथ उस सिग्नल को बढ़ाना है। योजनाबद्ध में दिखाया गया है, लाभ को निम्नलिखित समीकरण द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है जहां R1 = R2, R4 = R5, और R6 = R7:

लाभ = K1*K2, जहां K1 = K2

K1 = 1 + (2R1/R3)

K2 = -R6/R4

इसलिए लाभ 1000 के बराबर निर्धारित किया गया था, इसलिए K1 और K2 लगभग 31.6 हैं। कुछ प्रतिरोधों को मनमाने ढंग से चुना जा सकता है और अन्य की गणना की जाती है, जब तक कि लाभ समीकरण बराबर 1000 तक संतुष्ट हो जाता है। एक भौतिक सर्किट में, इलेक्ट्रोड परिचालन एम्पलीफायरों में जाते हैं, लेकिन सिमुलेशन उद्देश्यों के लिए एक को ग्राउंड किया जाता है और दूसरे को इंगित करने के लिए उपयोग किया जाता है। संभावित अंतर। बाद में इनपुट तरंगों का अनुकरण करने के लिए विन नोड का उपयोग किया जाएगा। वाउट नोड ईसीजी के अगले चरण की ओर जाता है। एक LTC1151 ऑपरेशनल एम्पलीफायर को चुना गया था क्योंकि यह LTSpice लाइब्रेरी में स्थित है, इसमें एक उच्च CMRR है, और इसका उपयोग चिकित्सा उपकरण में किया गया है। इस सिस्टम में +15V और -15V के सप्लाई वोल्टेज वाला कोई भी बेसिक ऑपरेशनल एम्पलीफायर काम करेगा।

चरण 2: एक नॉच फ़िल्टर बनाएं

ईसीजी में अगला चरण 60 हर्ट्ज की आवृत्ति पर होने वाली बिजली लाइन के हस्तक्षेप को फ़िल्टर करने के लिए एक पायदान फ़िल्टर है। एक नॉच फिल्टर सिग्नल की एक छोटी रेंज को हटाकर काम करता है जो एक विलक्षण आवृत्ति के बहुत करीब होता है। इसलिए, 60 हर्ट्ज की कटऑफ आवृत्ति और कटऑफ आवृत्ति समीकरण का उपयोग करके, उपयुक्त प्रतिरोधकों और कैपेसिटर्स को चुना जा सकता है। उपरोक्त योजनाबद्ध का उपयोग करना और यह देखते हुए कि C = C1 = C2, C3 = 2*C1, R = R10, और R8 = R9 = 2*R10, संधारित्र मानों को मनमाने ढंग से चुना जा सकता है (उदाहरण 1uF संधारित्र चुना गया दिखाता है)। निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके, इस चरण में उपयुक्त प्रतिरोधक मानों की गणना और उपयोग किया जा सकता है:

fc = 1/(4*pi*R*C)

विन नोड इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर से आउटपुट है और वाउट नोड अगले चरण की ओर जाता है।

चरण 3: एक बैंडपास फ़िल्टर बनाएँ

सिस्टम के अंतिम चरण में एक निश्चित आवृत्ति सीमा के ऊपर और नीचे शोर को दूर करने के लिए एक सक्रिय बैंडपास फ़िल्टर होता है। बेसलाइन वंडर, समय के साथ बदलते सिग्नल की बेसलाइन के कारण होता है, 0.6 हर्ट्ज से नीचे होता है और ईएमजी शोर, मांसपेशियों के शोर की उपस्थिति के कारण, 100 हर्ट्ज से ऊपर की आवृत्तियों पर होता है। इसलिए, इन नंबरों को कटऑफ आवृत्तियों के रूप में सेट किया गया है। बैंडपास फिल्टर में एक कम पास फिल्टर होता है जिसके बाद एक उच्च पास फिल्टर होता है। हालाँकि, दोनों फ़िल्टर में समान कटऑफ आवृत्ति होती है:

एफसी = 1/(2*pi*R*C)

एक मनमाना संधारित्र मान के रूप में 1uF और कटऑफ आवृत्तियों के रूप में 0.6 और 100 का उपयोग करते हुए, फ़िल्टर के उपयुक्त भागों के लिए प्रतिरोधक मानों की गणना की गई। विन नोड नॉच फिल्टर के आउटपुट से आता है और वाउट नोड वह जगह है जहां पूरे सिस्टम के सिम्युलेटेड आउटपुट को मापा जाएगा। एक भौतिक प्रणाली में, यह आउटपुट वास्तविक समय में ईसीजी तरंगों को देखने के लिए एक आस्टसीलस्कप या इसी तरह के डिस्प्ले डिवाइस से कनेक्ट होगा।

चरण 4: इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर का परीक्षण करें

इसके बाद, इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर का परीक्षण यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाएगा कि यह 1000 का लाभ प्रदान करता है। ऐसा करने के लिए, एक मनमाना आवृत्ति और आयाम पर एक साइनसॉइडल तरंग इनपुट करें। इस उदाहरण ने ईएमजी तरंग और 1000 हर्ट्ज की आवृत्ति का प्रतिनिधित्व करने के लिए 2mV शिखर से शिखर आयाम का उपयोग किया। सर्किट सिमुलेशन सॉफ्टवेयर में इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर का अनुकरण करें और इनपुट और आउटपुट तरंगों को प्लॉट करें। एक कर्सर फ़ंक्शन का उपयोग करके, इनपुट और आउटपुट परिमाण रिकॉर्ड करें, और लाभ की गणना लाभ = वाउट/विन द्वारा करें। यदि यह लाभ लगभग 1000 है, तो यह चरण ठीक से काम कर रहा है। अतिरिक्त सांख्यिकीय विश्लेषण इस स्तर पर प्रतिरोधी सहनशीलता को ध्यान में रखते हुए और प्रतिरोधी मूल्यों को +5% और -5% तक संशोधित करके यह देखने के लिए किया जा सकता है कि यह आउटपुट तरंग और बाद के लाभ को कैसे प्रभावित करता है।

चरण 5: नॉच फ़िल्टर का परीक्षण करें

६० हर्ट्ज़ वाली रेंज से एसी स्वीप करके नॉच फ़िल्टर का परीक्षण करें। इस उदाहरण में, स्वीप को 1 Hz से 200 Hz तक चलाया गया था। परिणामी प्लॉट, जब वाउट नोड पर मापा जाता है, तो dB बनाम आवृत्ति में Hz में प्रवर्धन का एक ग्राफ आउटपुट करेगा। ग्राफ को दोनों दिशाओं में 60 हर्ट्ज से दूर आवृत्तियों पर 0 डीबी प्रवर्धन पर शुरू और समाप्त होना चाहिए और प्रवर्धन में एक बड़ी गिरावट 60 हर्ट्ज पर या बहुत करीब दिखाई देनी चाहिए। इससे पता चलता है कि इस आवृत्ति पर होने वाले संकेतों को वांछित संकेत से ठीक से हटाया जा रहा है। अतिरिक्त सांख्यिकीय विश्लेषण इस स्तर पर प्रतिरोधी सहिष्णुता को ध्यान में रखते हुए और प्रतिरोधी और संधारित्र मूल्यों को +5% और -5% तक संशोधित करके यह देखने के लिए किया जा सकता है कि यह प्रयोगात्मक कटऑफ आवृत्ति (आवृत्ति जो ग्राफिक रूप से सबसे क्षीणन का अनुभव करता है) को कैसे प्रभावित करता है।

चरण 6: बैंडपास फ़िल्टर का परीक्षण करें

अंत में, एक और एसी स्वीप विश्लेषण करके बैंडपास फिल्टर का परीक्षण करें। इस बार, बैंडपास को ग्राफिक रूप से देखा जा सकता है यह सुनिश्चित करने के लिए स्वीप 0.6 से कम और 100 से अधिक आवृत्ति से होना चाहिए। एक बार फिर, योजनाबद्ध में दिखाए गए वाउट नोड को मापकर विश्लेषण चलाएँ। आउटपुट ऊपर की आकृति की तरह दिखना चाहिए जहां प्रवर्धन 0.6-100Hz रेंज से आगे नकारात्मक है। जिस बिंदु पर प्रवर्धन -3dB है वह 0.6 और 100 हर्ट्ज होना चाहिए, या मान क्रमशः पहले और दूसरे बिंदुओं के बहुत करीब होना चाहिए। -3dB अंक इंगित करते हैं जब एक संकेत उस बिंदु पर क्षीण हो जाता है जहां इन आवृत्तियों पर आउटपुट मूल शक्ति का आधा होगा। इसलिए, फिल्टर के लिए संकेतों के क्षीणन का विश्लेषण करने के लिए -3dB अंक का उपयोग किया जाता है। यदि आउटपुट ग्राफ़ पर -3dB अंक बैंडपास श्रेणी से मेल खाते हैं, तो चरण ठीक से काम कर रहा है।

अतिरिक्त सांख्यिकीय विश्लेषण इस स्तर पर प्रतिरोधी सहिष्णुता को ध्यान में रखते हुए और प्रतिरोधी और संधारित्र मूल्यों को +5% और -5% तक संशोधित करके यह देखने के लिए किया जा सकता है कि यह प्रयोगात्मक कटऑफ आवृत्तियों दोनों को कैसे प्रभावित करता है।

चरण 7: पूर्ण ईसीजी प्रणाली को एक साथ रखें

अंत में, जब सभी तीन चरणों के ठीक से काम करने की पुष्टि हो जाए, तो ईसीजी के सभी तीन चरणों को एक साथ रखें और अंतिम परिणाम किया जाता है। एक सिम्युलेटेड ईसीजी वेव को इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर स्टेज में इनपुट किया जा सकता है और आउटपुट वेव एक एम्प्लीफाइड ईसीजी वेव होना चाहिए।