ራስ -ሰር ECG: LTspice ን በመጠቀም የማጉላት እና የማጣሪያ ማስመሰያዎች 5 ደረጃዎች

2024 ደራሲ ደራሲ: John Day | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-30 07:29

ይህ እርስዎ የሚገነቡት የመጨረሻው መሣሪያ ስዕል እና ስለ እያንዳንዱ ክፍል በጣም ጥልቅ ውይይት ነው። እንዲሁም ለእያንዳንዱ ደረጃ ስሌቶችን ይገልፃል።

ምስል ለዚህ መሣሪያ የማገጃ ንድፍ ያሳያል

ዘዴዎች እና ቁሳቁሶች;

የዚህ ፕሮጀክት ዓላማ አንድ የተወሰነ ባዮሎጂያዊ ምልክት ለመለየት/በምልክቱ ላይ ተዛማጅ መረጃን ለመሰብሰብ የምልክት ማግኛ መሣሪያን ማዘጋጀት ነበር። የበለጠ በተለይ ፣ አውቶማቲክ ECG። በስእል 3 ላይ የሚታየው የማገጃ ሥዕላዊ መግለጫ ለመሣሪያው የታቀደውን ንድፍ ያሳያል። መሣሪያው ባዮሎጂያዊ ምልክቱን በኤሌክትሮል በኩል ይቀበላል እና ከዚያ በ 1000 ትርፍ ማጉያ በመጠቀም ያጠናክረዋል። ባዮሎጂያዊ ምልክቱ 5mV ገደማ ስለሚቀንስ በጣም ትንሽ እና ለመተርጎም አስቸጋሪ ሊሆን ስለሚችል ይህ ማጉላት አስፈላጊ ነው። ከዚያ በኋላ ለ 0.5-150 Hz የሚፈለገውን የድግግሞሽ መጠን ለማግኘት የባንድ ማለፊያ ማጣሪያን በመጠቀም ጫጫታ ይቀንሳል ፣ እና ከ50-60 Hz አካባቢ ባሉት የኃይል መስመሮች ምክንያት የሚከሰተውን የተለመደ የአከባቢ ጫጫታ ለማስወገድ አንድ ነጥብ ይከተላል። [11]። በመጨረሻም ፣ ኮምፒተርን በመጠቀም መተርጎም እንዲችል ምልክቱ ከዚያ ወደ ዲጂታል መለወጥ ይፈልጋል እና ይህ በአናሎግ ወደ ዲጂታል መለወጫ ይከናወናል። በዚህ ጥናት ውስጥ ግን ትኩረቱ በዋነኝነት በአጉሊ መነፅር ፣ በባንድ ባንድ ማጣሪያ እና በኖክ ማጣሪያ ላይ ይሆናል።

ማጉያው ፣ የባንድ ባንድ ማጣሪያ እና የኖክ ማጣሪያ ሁሉም የተቀየሱት እና LTSpice ን በመጠቀም አስመስለው ነበር። እያንዳንዱ ክፍል በትክክል ተገንብቶ በትክክል መፈጸማቸውን ለማረጋገጥ እና ከዚያም ወደ አንድ የመጨረሻ መርሃግብር እንዲጣመሩ ለማድረግ ተፈትኗል። በስእል 4 ላይ ሊታይ የሚችል ማጉያው የተቀየሰው እና ከመሳሪያ መሣሪያ ማጉያ ላይ የተመሠረተ ነው። የመሣሪያ ማጉያ (ማጉያ) ማጉያ (ECGs) ፣ የሙቀት መቆጣጠሪያ እና ሌላው ቀርቶ የመሬት መንቀጥቀጥ መመርመሪያዎችን እንኳን ጥቅም ላይ ይውላል ፣ ምክንያቱም ከመጠን በላይ ጫጫታ በሚቀበልበት ጊዜ በጣም ዝቅተኛ የምልክት ደረጃን ማጉላት ይችላል። ለሚፈለገው የትኛውም ትርፍ ለማስተካከል እንዲሁ መለወጥ በጣም ቀላል ነው [6]። የወረዳው ተፈላጊው ትርፍ 1000 ነው እናም ይህ የተመረጠው ከኤሌክትሮጁ ውስጥ ያለው ግቤት ከ 5 mV [5] ያነሰ የ AC ምልክት ስለሚሆን ውሂቡን በቀላሉ ለመተርጎም እንዲቻል ማጉላት አለበት። የ 1000 ትርፍ ለማግኘት ፣ ቀመር (1) GAIN = (1+ (R2+R4)/R1) (R6/R3) ጥቅም ላይ ውሏል ፣ ስለሆነም GAIN = (1+ (5000Ω+5000Ω) /101.01Ω) (1000Ω/100Ω) = 1000. ትክክለኛው የማጉላት መጠን መገኘቱን ለማረጋገጥ LTspice ን በመጠቀም ጊዜያዊ ፈተና ተከናውኗል።

ሁለተኛው ደረጃ የባንድ ማጣሪያ ማጣሪያ ነበር። ይህ ማጣሪያ በስእል 5 ውስጥ ሊታይ ይችላል እና ዝቅተኛ ማለፊያ እና ከዚያ ከፍተኛ የማጣሪያ ማጣሪያ በመካከላቸው የአሠራር ማጉያ (ማጣሪያ) እርስ በእርስ እንዳይሰረዙ ለመከላከል። የዚህ ደረጃ ዓላማ በመሣሪያው ውስጥ ለማለፍ ተቀባይነት ያለው የተከታታይ ድግግሞሾችን ማምረት ነው። ይህ ለ ECG [6] መደበኛ ክልል ስለሆነ ለዚህ መሣሪያ የሚፈለገው ክልል 0.5 - 150 Hz ነው። ይህንን የዒላማ ክልል ለማሳካት በባንድ መተላለፊያው ውስጥ ለሁለቱም ከፍተኛ ማለፊያ እና ዝቅተኛ የማለፊያ ማጣሪያ የመቁረጫ ድግግሞሽ ለመወሰን ቀመር (2) የመቁረጥ ድግግሞሽ = 1/(2πRC) ጥቅም ላይ ውሏል። የክልሉ የታችኛው ጫፍ 0.5 Hz መሆን ስለሚያስፈልገው ፣ ከፍተኛ የማለፊያ ማጣሪያ ተከላካይ እና የካፒታተር እሴቶች 0.5 Hz = 1/(2π*1000Ω*318.83µF) እና በላይኛው ጫፍ 150 Hz መሆን ሲኖር ፣ ዝቅተኛው የማለፊያ ማጣሪያ ተከላካይ እና የካፒታተሮች እሴቶች 150 Hz = 1/(2π*1000Ω*1.061µF) ተደርገው ነበር። ትክክለኛው የድግግሞሽ ክልል መገኘቱን ለማረጋገጥ ፣ ኤልቲስፒስን በመጠቀም የኤሲ መጥረጊያ ተካሄደ።

ሦስተኛው እና የመጨረሻው የማስመሰል ደረጃ የኖክ ማጣሪያ ነው እና በስእል 6 ውስጥ ሊታይ ይችላል የኖክ ማጣሪያው ባንድ ባንድ በተፈጠረው ተደጋጋሚ ድግግሞሽ ክልል መሃል ላይ የሚከሰተውን የማይፈለግ ጫጫታ ለማስወገድ እንደ ዘዴ ሆኖ ያገለግላል። በዚህ ሁኔታ ውስጥ ያለው የዒላማው ድግግሞሽ 60 Hz ነው ምክንያቱም በዩናይትድ ስቴትስ ውስጥ መደበኛ የኤሌክትሪክ መስመር ድግግሞሽ ስለሆነ እና [7] ካልተያዙ ጣልቃ ገብነትን ያስከትላል። ይህንን ጣልቃ ገብነት ለማስተናገድ የተመረጠው የኖክ ማጣሪያ ሁለት የኦፕ አምፖች እና የ voltage ልቴጅ መከፋፈያ ያለው መንትያ ቲ ኖት ማጣሪያ ነበር። ይህ ምልክቱ በቀጥታ በዒላማው ድግግሞሽ ላይ ምልክት እንዲያጣራ ብቻ ሳይሆን ተለዋዋጭ ግብረመልስ ወደ ስርዓቱ ውስጥ ፣ የተስተካከለ የጥራት ደረጃ ጥ ፣ እና ተለዋዋጭ ውፅዓት ለ voltage ልቴጅ ማከፋፈሉ ምስጋና ይግባው እና ስለሆነም ይህንን ፈንታ ገባሪ ማጣሪያ እንዲሆን ያደርገዋል። ተገብሮ [8]። እነዚህ ተጨማሪ ምክንያቶች ግን በመጀመሪያዎቹ ፈተናዎች ውስጥ በአብዛኛው አልተነኩም ፣ ግን ወደፊት በሚሠሩ ሥራዎች እና በኋላ ላይ ፕሮጀክቱን እንዴት ማሻሻል እንደሚቻል ይነካሉ። የተቃውሞ ድግግሞሹን መሃል ለመወሰን ፣ ቀመር (3) የመካከለኛው ውድቅ ድግግሞሽ = 1/(2π)*√ (1/(C2*C3*R5*(R3+R4))) = 1/(2π)* √ (1/[(0.1*10^-6µF)*(0.1*10^-6µF) (15000Ω)*(26525Ω +26525Ω)]) = 56.420 Hz ተቀጥሯል። ትክክለኛው አለመቀበል ድግግሞሽ መገኘቱን ለማረጋገጥ ፣ ኤሲ (LTspice) በመጠቀም የ AC መጥረጊያ ተካሄደ።

በመጨረሻም ፣ እያንዳንዱ ደረጃ ለየብቻ ከተፈተነ በኋላ ፣ ሦስቱ ደረጃዎች በስእል 7 እንደሚታየው ተጣምረዋል። በተጨማሪም ከፍተኛ ማጉላት እንዲቻል ሁሉም የኦፕ አምፖች በ +15V እና -15V ዲሲ የኃይል አቅርቦት እንደቀረቡ ልብ ሊባል ይገባል። አስፈላጊ በሚሆንበት ጊዜ እንዲከሰት። ከዚያ በተጠናቀቀው ወረዳ ላይ ሁለቱም ጊዜያዊ ፈተና እና የኤሲ መጥረጊያ ተከናውነዋል።

ውጤቶች

ለእያንዳንዱ ደረጃ ግራፎች በአባሪው ውስጥ ባለው የስዕል ክፍል ውስጥ በየራሳቸው ደረጃ በቀጥታ ሊገኙ ይችላሉ። ለመጀመሪያው ደረጃ ፣ የመሣሪያ ማጉያው ፣ ጊዜያዊ ፈተና በወረዳው ላይ ተከናውኗል። ለማጉያው ያለው ትርፍ 1000 መሆኑን ለማረጋገጥ ሙከራው ከ 1 - 1.25 ሰከንዶች በከፍተኛው የጊዜ ደረጃ 0.05 ነበር። የቀረበው voltage ልቴጅ የ 0.005 V ስፋት እና የ 50 Hz ድግግሞሽ ያለው የኤሲ ሳይን ሞገድ ነበር። የታሰበው ትርፍ 1000 ነበር እና በስእል 4 እንደሚታየው ፣ ቮውት (አረንጓዴው ኩርባ) የ 5 ቪ ስፋት ካለው ጀምሮ። አስመስሎ የተገኘው ትርፍ የተሰላው ፣ ትርፍ = Vout/Vin = 5V/0.005V = 1000 ነው። ስለዚህ ፣ የዚህ ደረጃ መቶኛ ስህተት 0%ነው። ዘዴዎች ክፍል ውስጥ እንደተጠቀሰው ከኤሌክትሮድ ከተቀበለው ግብዓት ጋር በቅርበት ስለሚዛመድ 0.005V ለዚህ ክፍል ግብዓት ሆኖ ተመርጧል።

ሁለተኛው ደረጃ ፣ የባንድ ማለፊያ ማጣሪያ ፣ ከ 0.5 - 150 Hz የታለመ ክልል ነበረው። ማጣሪያውን ለመፈተሽ እና ክልሉ የተዛመደ መሆኑን ለማረጋገጥ ፣ አንድ አስር ዓመት ፣ የ AC መጥረጊያ በአሥር ዓመት ከ 0.01 - 1000 Hz በ 100 ነጥቦች ተሠራ። ስእል 5 ውጤቱን ከኤሲ መጥረግ ያሳያል እና ከ 0.5 እስከ 150 Hz ድግግሞሽ ክልል መድረሱን ያረጋግጣል ምክንያቱም ከፍተኛው 3 ዲቢቢ የመቁረጥ ድግግሞሽ ስለሚሰጥ። ይህ ዘዴ በግራፉ ላይ ተገል isል።

ሦስተኛው ደረጃ ፣ የኖክ ማጣሪያ ፣ በ 60 Hz አካባቢ የተገኘውን ጫጫታ ለማስወገድ የተነደፈ ነው። የተቀበለው የመቀበያ ድግግሞሽ ማዕከል ~ 56 Hz ነበር። ይህንን ለማረጋገጥ ፣ አንድ አስር ዓመት ፣ የኤሲ መጥረጊያ በአሥር ዓመት ከ 0.01 - 1000 Hz በ 100 ነጥቦች ተከናውኗል። ምስል 6 ውጤቱን ከኤሲ መጥረግ ያሳያል እና የመቀበል ድግግሞሽ ማእከልን ያሳያል-56-59 Hz። የዚህ ክፍል መቶኛ ስህተት 4.16 %ይሆናል።

እያንዳንዱ የግለሰብ ደረጃ እየሠራ መሆኑን ካረጋገጠ በኋላ ሦስቱ ደረጃዎች በስእል 7 እንደታየው ተሰብስበው ነበር። ከዚያ የወረዳውን ማጉላት ለመፈተሽ ጊዜያዊ ሙከራ ተደረገ እና ፈተናው ከ 1 - 1.25 ሰከንዶች በከፍተኛው የጊዜ ደረጃ 0.05 በ የኤሲ ሳይን ሞገድ አቅርቦት በ 0.005 V ስፋት እና በ 50 Hz ድግግሞሽ። የተገኘው ግራፍ በስእል 7 የመጀመሪያው ግራፍ Vout3 (ቀይ) ፣ የጠቅላላው ወረዳ ውፅዓት 3.865 ቮ ሆኖ ትርፉን = 3.865V/0.005V = 773 ያደርጋል። እና 22.7%ስህተት ይሰጣል። ከመሸጋገሪያ ፈተናው በኋላ ፣ አንድ አስር ዓመት ፣ ኤሲ መጥረጊያ በየአሥር ዓመቱ በ 100 ነጥቦች በ 0.01 - 1000 Hz ተሮጦ በስእል 7 ውስጥ ሁለተኛውን ግራፍ አዘጋጅቷል። ድግግሞሾችን ከ 0.5-150 Hz በመከልከል ማዕከል ከ 57.5-58.8 Hz ይቀበላል።

እኩልታዎች ፦

(1) - የመሳሪያ ማጉያ ማጉያ [6] ፣ በስእል 4 ከተገኙት ጋር የሚዛመዱ ተቃዋሚዎች።

(2) - ለዝቅተኛ/ከፍተኛ ማለፊያ ማጣሪያ የመቁረጥ ድግግሞሽ

(3) - ለ twin t notch ማጣሪያ [8] ፣ በስእል 6 ከሚገኙት ጋር የሚዛመዱ ተቃዋሚዎች።

ደረጃ 1 - የመሣሪያ ማጉያ

ደረጃ 1 - የመሳሪያ ማጉያ

ቀመር - GAIN = (1+ (R2+R4)/R1) (R6/R3)

ደረጃ 2: ባንድ ማለፊያ

ደረጃ 2 የባንድ ማለፊያ ማጣሪያ

እኩልታ - የመቁረጥ ድግግሞሽ = 1/2πRC

ደረጃ 3 - ደረጃ 3 - የኖክ ማጣሪያ

ደረጃ 3 - መንታ ቲ ኖት ማጣሪያ

እኩልታ - የመካከለኛው ውድቅ ድግግሞሽ = 1/2π √ (1/(C_2 C_3 R_5 (R_3+R_4)))

ደረጃ 4 - የሁሉም ደረጃዎች የመጨረሻ መርሃግብር በአንድነት

በኤሲ መጥረጊያ እና ጊዜያዊ ኩርባዎች የመጨረሻ ንድፍ

ደረጃ 5 - የመሣሪያ ውይይት

ውይይት -

ከላይ ከተደረጉት ፈተናዎች የተገኘው ውጤት በአጠቃላይ ለወረዳው እንደተጠበቀው ሄደ። ማጉላቱ ፍፁም ባይሆንም እና ምልክቱ በመጠኑ ቢቀንስ በወረዳው ውስጥ (በስእል 7 ፣ በግራፍ 1 ላይ ሊታይ ይችላል) ከመጀመሪያው ደረጃ በኋላ ምልክቱ ከ 0.005V ወደ 5V ሲጨምር ከዚያም ከሁለተኛው በኋላ ወደ 4 ቮ ዝቅ ብሏል። እና ከዚያ ከመጨረሻው ደረጃ በኋላ 3.865V) ፣ የባንዱ ማለፊያ እና የኖክ ማጣሪያ እንደታሰበው ይሠራል እና ከ 57.5-58.8 Hz ድግግሞሽ በማስወገድ የ 0.5-150 Hz ድግግሞሽ ክልል አዘጋጅቷል።

ለወረዳዬ ግቤቶችን ካቋቋሙ በኋላ ፣ ከዚያ ከሁለት ሌሎች ECGs ጋር አነፃፅራለሁ። ከቁጥሮች ጋር የበለጠ ቀጥተኛ ንፅፅር በሠንጠረዥ 1 ውስጥ መረጃዬን ከሌሎች ጽሑፎች ምንጮች ጋር ሲያወዳድሩ ሦስት ዋና ዋና ነገሮች ነበሩ። የመጀመሪያው እኔ በወረዳዬ ውስጥ ያለው ማጉላት እኔ ካነፃፅረው ከሌሎቹ ሁለቱ በእጅጉ ያነሰ ነበር። ሁለቱም የስነ -ጽሑፍ ምንጮች ወረዳዎች የ 1000 ማባዛትን አግኝተዋል እናም በገዋሊ ECG [9] ውስጥ ፣ ምልክቱ እንኳን በማጣሪያ ደረጃ በ 147 እጥፍ ተጨምሯል። ስለዚህ ፣ ምንም እንኳን በወረዳዬ ውስጥ ያለው ምልክት በ 773 (ከመደበኛ ማጉያ ጋር ሲወዳደር 22.7% ስህተት) እና የግብዓት ምልክቱን ከኤሌክትሮል ለመተርጎም በቂ ሆኖ ቢታሰብም ፣ አሁንም ከመደበኛ ማጉያው ጋር ሲነፃፀር ደብዛዛ ነው። 1000. በወረዳዬ ውስጥ መደበኛ ማጉላት የሚሳካ ቢሆን ኖሮ በወረዳዬ ውስጥ ያሉትን እያንዳንዱን የማጣሪያ ደረጃዎች ካሳለፉ በኋላ ትርፉ ሲወርድ በመሣሪያ ማጉያው ውስጥ ያለው ማጉያ ከ 1000 በላይ በሆነ መጠን መጨመር አለበት። አሁንም ቢያንስ 1000 ትርፍ አለው ወይም ከፍተኛ የቮልቴጅ ጠብታዎች ደረጃዎች እንዳይከሰቱ ማጣሪያዎቹን ማስተካከል ያስፈልጋል።

ሁለተኛው ዋና የመውሰጃ መንገድ ሦስቱም ወረዳዎች በጣም ተመሳሳይ ድግግሞሽ ክልሎች ነበሩ። የጋዋሊ [9] ትክክለኛው ተመሳሳይ ክልል 0.5-150 Hz ሲሆን ጎዋ [10] ትንሽ ሰፋ ያለ ክልል ነበረው 0.05-159 Hz። የ Goa ወረዳ ይህ ትንሽ ልዩነት ነበረው ምክንያቱም ያ ክልል በማዋቀራቸው ውስጥ ጥቅም ላይ የዋለውን የውሂብ ማግኛ ካርድ በተሻለ ሁኔታ ስለሚስማማ።

የመጨረሻው ዋና የመውሰጃ መንገድ በእያንዳንዱ ወረዳ ውስጥ በኖክ ማጣሪያዎች የተገኙ ውድቅ ድግግሞሾችን መሃል ላይ ልዩነቶች ነበሩ። የጋኦ እና የወረዳዬ ሁለቱም የመስመር ድግግሞሽ ጫጫታ የኃይል መስመሮችን ያስከተለውን የ 60 Hz ዒላማ ነበራቸው። ሆኖም ፣ ይህ ልዩነት በዓለም ላይ ባለው ቦታ ላይ በመመስረት ፣ የኃይል መስመር ድግግሞሽ 50 ወይም 60 Hz ሊሆን ስለሚችል ይህ ልዩነት ጥሩ ነው። ስለዚህ በዩናይትድ ስቴትስ ውስጥ የኤሌክትሪክ መስመር ጣልቃ ገብነት 60 Hz [11] ስለሆነ ለጎዋ ወረዳ ብቻ ቀጥተኛ ንፅፅር ተደረገ። የመቶኛ ስህተት 3.08%ነው።