ईसीजी डिजिटल मॉनिटर और सर्किट डिजाइन करना: 5 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:23

यह एक चिकित्सा उपकरण नहीं है। यह केवल नकली संकेतों का उपयोग करके शैक्षिक उद्देश्यों के लिए है। यदि वास्तविक ईसीजी माप के लिए इस सर्किट का उपयोग कर रहे हैं, तो कृपया सुनिश्चित करें कि सर्किट और सर्किट-टू-इंस्ट्रूमेंट कनेक्शन उचित अलगाव तकनीकों का उपयोग कर रहे हैं।

इस परियोजना का लक्ष्य एक सर्किट बनाना है जो एक ईसीजी सिग्नल को बढ़ा और फ़िल्टर कर सकता है, जिसे इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम भी कहा जाता है। एक ईसीजी का उपयोग हृदय गति और हृदय ताल को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है, क्योंकि यह हृदय चक्र के विभिन्न चरणों के दौरान हृदय के विभिन्न हिस्सों से गुजरने वाले विद्युत संकेतों का पता लगाने में सक्षम है। यहां हम ईसीजी को बढ़ाने और फिल्टर करने के लिए एक इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर, नॉच फिल्टर और एक लो पास फिल्टर का उपयोग करते हैं। फिर, LabView का उपयोग करते हुए, बीट्स प्रति मिनट की गणना की जाती है और ईसीजी का एक ग्राफिकल प्रतिनिधित्व प्रदर्शित किया जाता है। तैयार उत्पाद ऊपर देखा जा सकता है।

चरण 1: इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर

इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर के लिए आवश्यक लाभ 1000 वी/वी है। यह आने वाले सिग्नल के पर्याप्त प्रवर्धन की अनुमति देगा जो कि बहुत छोटा है। इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर को दो भागों में विभाजित किया गया है, स्टेज 1 और स्टेज 2। प्रत्येक चरण (के) का लाभ समान होना चाहिए, ताकि जब एक साथ गुणा किया जाए, तो लाभ लगभग 1000 हो। नीचे दिए गए समीकरणों का उपयोग लाभ की गणना के लिए किया जाता है।

K1 = 1 + ((2*R2)/R1)

K2 = -R4/R3

इन समीकरणों से R1, R2, R3 और R4 के मान ज्ञात हुए। छवियों में देखे गए सर्किट को बनाने के लिए, तीन uA741 ऑपरेशनल एम्पलीफायरों और प्रतिरोधों का उपयोग किया गया था। op amps एक DC बिजली की आपूर्ति से 15V से संचालित होते हैं। इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर का इनपुट एक फंक्शन जेनरेटर से जुड़ा था और आउटपुट एक ऑसिलोस्कोप से जुड़ा था। फिर, एक एसी स्वीप लिया गया, और इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर लाभ पाया गया, जैसा कि ऊपर "इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर गेन" प्लॉट पर देखा जा सकता है। अंत में, सर्किट को लैबव्यू में फिर से बनाया गया, जहां लाभ का अनुकरण चलाया गया था, जैसा कि ऊपर के काले प्लॉट में देखा जा सकता है। परिणामों ने पुष्टि की कि सर्किट ने सही ढंग से काम किया।

चरण 2: पायदान फ़िल्टर

नॉच फिल्टर का उपयोग 60 हर्ट्ज पर होने वाले शोर को दूर करने के लिए किया जाता है। घटकों के मूल्यों की गणना नीचे दिए गए समीकरणों का उपयोग करके की जा सकती है। 8 के गुणवत्ता कारक (Q) का उपयोग किया गया था। उपलब्ध कैपेसिटर को देखते हुए C को चुना गया।

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

R3 = (R1*R2)/(R1+R2)

रोकनेवाला और संधारित्र मान पाए गए और ऊपर सर्किट का निर्माण किया गया, परिकलित मान वहां देखे जा सकते हैं। ऑपरेशनल एम्पलीफायर एक डीसी पावर सप्लाई द्वारा संचालित था, जिसमें एक फंक्शन जेनरेटर से जुड़ा इनपुट और एक ऑसिलोस्कोप से आउटपुट होता था। एसी स्वीप चलाने के परिणामस्वरूप ऊपर "नॉच फिल्टर एसी स्वीप" प्लॉट दिखाई देता है, यह दर्शाता है कि 60 हर्ट्ज की आवृत्ति को हटा दिया गया था। इसकी पुष्टि करने के लिए, एक लैबव्यू सिमुलेशन चलाया गया जिसने परिणामों की पुष्टि की।

चरण 3: कम पास फ़िल्टर

250Hz की कट ऑफ फ्रीक्वेंसी के साथ एक सेकेंड ऑर्डर बटरवर्थ लो पास फिल्टर का उपयोग किया जाता है। रोकनेवाला और संधारित्र मूल्यों को हल करने के लिए, नीचे दिए गए समीकरणों का उपयोग किया गया था। इन समीकरणों के लिए, Hz में कटऑफ आवृत्ति को रेड/सेकंड में बदल दिया गया, जो कि 1570.8 पाया गया। K = 1 के लाभ का उपयोग किया गया था। a और b के मान क्रमशः १.४१४२१४ और १ के लिए दिए गए थे।

R1 = 2 / (wc (a C2 + sqrt(a^2 + 4 b (K - 1)) C2^2 - 4 b C1 C2))

R2 = 1/ (b C1 C2 R1 wc^2)

R3 = K (R1 + R2) / (K - 1)

R4 = K (R1 + R2)

सी1 = (सी2 (ए^2 + 4 बी (के-1)) / (4 बी)

सी2 = (10 / एफसी)

एक बार मूल्यों की गणना हो जाने के बाद, सर्किट का निर्माण मूल्यों के साथ किया गया था, जिसे ऊपर की छवियों में से एक में देखा जा सकता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि चूंकि 1 के लाभ का उपयोग किया गया था, R3 को एक खुले सर्किट से बदल दिया गया था और R4 को शॉर्ट सर्किट से बदल दिया गया था। एक बार सर्किट असेंबल हो जाने के बाद, op amp को DC पॉवर सप्लाई से 15V से संचालित किया गया था। अन्य घटकों के समान, इनपुट और आउटपुट क्रमशः एक फंक्शन जेनरेटर और एक ऑसिलोस्कोप से जुड़े थे। एसी स्वीप का एक प्लॉट बनाया गया था, जो ऊपर "लो पास फिल्टर एसी स्वीप" में देखा गया था। हमारे परिणामों की पुष्टि करते हुए, सर्किट के LabView सिमुलेशन में काले रंग में प्लॉट।

चरण 4: लैब व्यू

छवि में दिखाए गए लैबव्यू प्रोग्राम का उपयोग प्रति मिनट बीट्स की गणना करने और इनपुट ईसीजी के दृश्य प्रतिनिधित्व को प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है। DAQ असिस्टेंट इनपुट सिग्नल प्राप्त करता है और सैंपलिंग पैरामीटर सेट करता है। वेवफ़ॉर्म ग्राफ़ तब उपयोगकर्ता को प्रदर्शित करने के लिए UI पर DAQ प्राप्त इनपुट को प्लॉट करता है। इनपुट डेटा पर कई विश्लेषण किए जाते हैं। इनपुट डेटा का अधिकतम मान अधिकतम/न्यूनतम पहचानकर्ता का उपयोग करके पाया जाता है, और चोटी का पता लगाने के लिए पैरामीटर पीक डिटेक्शन का उपयोग करके सेट किए जाते हैं। चोटियों के स्थानों के सूचकांक सरणी का उपयोग करते हुए, समय घटक में परिवर्तन द्वारा दिए गए अधिकतम मूल्यों के बीच का समय, और विभिन्न अंकगणितीय संचालन, बीपीएम की गणना और संख्यात्मक आउटपुट के रूप में प्रदर्शित की जाती है।

चरण 5: पूर्ण सर्किट

एक बार सभी घटकों को जोड़ने के बाद, एक नकली ईसीजी सिग्नल के साथ पूरी प्रणाली का परीक्षण किया गया। फिर, उपरोक्त लैब व्यू प्रोग्राम के माध्यम से प्रदर्शित परिणामों के साथ मानव ईसीजी को फ़िल्टर और बढ़ाने के लिए सर्किट का उपयोग किया गया था। इलेक्ट्रोड को दाहिनी कलाई, बायीं कलाई और बाएं टखने से जोड़ा गया था। बाईं कलाई और दाहिनी कलाई इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के इनपुट से जुड़ी थी, जबकि बायां टखना जमीन से जुड़ा था। लो-पास फिल्टर का आउटपुट तब DAQ असिस्टेंट से जुड़ा था। पहले से उसी LabView ब्लॉक आरेख का उपयोग करके, प्रोग्राम चलाया गया था। मानव ईसीजी से गुजरने के साथ, पूर्ण प्रणाली के आउटपुट से एक स्पष्ट और स्थिर संकेत देखा गया था, जिसे ऊपर की छवि में देखा जा सकता है।