Sommario:
- Passaggio 1: amplificatore per strumentazione
- Passaggio 2: filtro notch attivo
- Passaggio 3: filtro passa-banda passivo
- Passaggio 4: combinazione dei componenti del circuito
Video: Modello di circuito ECG automatizzato: 4 passaggi
2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59
L'obiettivo di questo progetto è creare un modello di circuito con più componenti in grado di amplificare e filtrare adeguatamente un segnale ECG in ingresso. Tre componenti saranno modellati individualmente: un amplificatore per strumentazione, un filtro notch attivo e un filtro passa banda passivo. Saranno combinati per creare il modello di circuito ECG finale. Tutti i modelli e i test di circuiti venivano condotti in LTspice, ma funzionavano anche altri programmi di simulazione di circuiti.
Passaggio 1: amplificatore per strumentazione
Questo sarà il primo componente del modello ECG completo. Il suo scopo è amplificare il segnale ECG in ingresso, che inizialmente avrà una tensione molto bassa. Ho scelto di utilizzare amplificatori operazionali combinati e componenti resistivi in modo da produrre un guadagno di 1000. La prima immagine mostra il design dell'amplificatore per strumentazione modellato in LTspice. La seconda immagine mostra equazioni rilevanti e calcoli eseguiti. Una volta completamente modellato, l'analisi transitoria di un segnale di ingresso sinusoidale di 1 mV a 75 Hz è stata eseguita in LTspice per confermare un guadagno di 1000. La terza immagine mostra i risultati di questa analisi.
Passaggio 2: filtro notch attivo
Questo sarà il secondo componente del modello ECG completo. Il suo scopo è attenuare i segnali con una frequenza di 60 Hz, che è la frequenza dell'interferenza della tensione di linea CA. Ciò distorce i segnali ECG ed è tipicamente presente in tutti i contesti clinici. Ho scelto di combinare un amplificatore operazionale con componenti resistivi e capacitivi in una configurazione di filtro notch a doppia T. La prima immagine mostra il design del filtro notch modellato in LTspice. La seconda immagine mostra equazioni rilevanti e calcoli eseguiti. Una volta completamente modellato, è stata eseguita una scansione CA di un segnale di ingresso sinusoidale di 1 V da 1 Hz a 100 kHz in LTspice per confermare una tacca a 60 Hz. La terza immagine mostra i risultati di questa analisi. La leggera variazione nei risultati della simulazione rispetto ai risultati previsti è probabilmente dovuta all'arrotondamento effettuato durante il calcolo dei componenti resistivi e capacitivi di questo circuito.
Passaggio 3: filtro passa-banda passivo
Questo sarà il terzo componente del modello ECG completo. Il suo scopo è filtrare i segnali che non rientrano nell'intervallo 0,05 Hz - 250 Hz, poiché questo è l'intervallo di un tipico ECG per adulti. Ho scelto di utilizzare la combinazione di componenti resistivi e capacitivi in modo che il taglio passa alto fosse 0,05 Hz e il taglio passa basso fosse 250 Hz. La prima immagine mostra il design del filtro passa-banda passivo modellato in LTspice. La seconda immagine mostra equazioni rilevanti e calcoli eseguiti. Una volta completamente modellato, è stata eseguita una scansione CA di un segnale di ingresso sinusoidale di 1 V da 0,01 Hz a 100 kHz in LTspice per confermare le frequenze di taglio passa alto e passa basso. La terza immagine mostra i risultati di questa analisi. La leggera variazione nei risultati della simulazione rispetto ai risultati previsti è probabilmente dovuta all'arrotondamento effettuato durante il calcolo dei componenti resistivi e capacitivi di questo circuito.
Passaggio 4: combinazione dei componenti del circuito
Ora che tutti i componenti sono stati progettati e testati singolarmente, possono essere combinati in serie nell'ordine in cui sono stati creati. Ciò si traduce in un modello di circuito ECG completo che contiene prima un amplificatore di strumentazione per amplificare il segnale 1000x. Quindi, viene utilizzato un filtro notch per eliminare il rumore della tensione di linea CA a 60 Hz. Infine, il filtro passa-banda non consente il passaggio di segnali al di fuori del range di un tipico ECG per adulti (0,05 Hz - 250 Hz). Una volta combinati, come mostrato nella prima immagine, è possibile condurre un'analisi transitoria e uno sweep CA completo in LTspice con una tensione di ingresso di 1 mV (sinusoidale) per assicurarsi che i componenti funzionino insieme come previsto. La seconda immagine mostra i risultati dell'analisi transitoria, che mostrano l'amplificazione del segnale da 1 mV a ~ 0,85 V. Ciò significa che i componenti del filtro notch o passa-banda attenuano leggermente il segnale dopo che è stato inizialmente amplificato di 1000 volte dall'amplificatore della strumentazione. La terza immagine mostra i risultati della scansione AC. Questo diagramma di Bode mostra i cutoff passa alto e passa basso che corrispondono a quelli del diagramma di Bode del filtro passabanda quando testati individualmente. C'è anche un leggero calo intorno ai 60 Hz, che è il punto in cui il filtro notch sta lavorando per rimuovere il rumore indesiderato.
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