স্বয়ংক্রিয় ইসিজি: এলটিস্পাইস ব্যবহার করে পরিবর্ধন এবং ফিল্টার সিমুলেশন: 5 টি ধাপ

2025 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2025-01-23 14:36

এই চূড়ান্ত ডিভাইসের ছবি যা আপনি তৈরি করবেন এবং প্রতিটি অংশ সম্পর্কে খুব গভীর আলোচনা। এছাড়াও প্রতিটি পর্যায়ের গণনা বর্ণনা করে।

ছবি এই ডিভাইসের জন্য ব্লক ডায়াগ্রাম দেখায়

পদ্ধতি এবং উপকরণ:

এই প্রকল্পের উদ্দেশ্য ছিল একটি নির্দিষ্ট জৈবিক সংকেত চিহ্নিতকরণ/সংকেত সম্পর্কিত প্রাসঙ্গিক তথ্য সংগ্রহ করার জন্য একটি সংকেত অধিগ্রহণ যন্ত্র তৈরি করা। আরো বিশেষভাবে, একটি স্বয়ংক্রিয় ইসিজি। চিত্র 3 এ দেখানো ব্লক ডায়াগ্রামটি ডিভাইসের জন্য প্রস্তাবিত পরিকল্পনাকে তুলে ধরে। যন্ত্রটি একটি ইলেক্ট্রোডের মাধ্যমে জৈবিক সংকেত গ্রহণ করবে এবং তারপর 1000 এর লাভের সাথে একটি পরিবর্ধক ব্যবহার করে এটিকে সম্প্রসারিত করবে। এই পরিবর্ধনটি প্রয়োজনীয় কারণ প্রায় 5mV এ জৈব সংকেত কম হবে যা খুব ছোট এবং ব্যাখ্যা করা কঠিন হতে পারে [5]। পরবর্তীতে, ব্যান্ডপাস ফিল্টার ব্যবহার করে আওয়াজ হ্রাস করা হবে যাতে সিগন্যালের জন্য পছন্দসই ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা পাওয়া যায়, 0.5-150 Hz, এবং তারপর 50-60 Hz এর কাছাকাছি পাওয়া পাওয়ারলাইনের কারণে সৃষ্ট স্বাভাবিক চারপাশের শব্দ দূর করার জন্য একটি খাঁজ অনুসরণ করা হবে। [১১]। সবশেষে, সিগন্যালটিকে তখন ডিজিটালে রূপান্তরিত করতে হবে যাতে এটি একটি কম্পিউটার ব্যবহার করে ব্যাখ্যা করা যায় এবং এটি একটি এনালগ থেকে ডিজিটাল কনভার্টারের মাধ্যমে করা হয়। তবে এই গবেষণায়, ফোকাস প্রাথমিকভাবে এম্প্লিফায়ার, ব্যান্ডপাস ফিল্টার এবং নচ ফিল্টারের উপর থাকবে।

এমপ্লিফায়ার, ব্যান্ডপাস ফিল্টার এবং নচ ফিল্টার সবই এলটিএসপাইস ব্যবহার করে ডিজাইন এবং নকল করা হয়েছিল। প্রতিটি বিভাগ প্রথমে আলাদাভাবে তৈরি করা হয়েছিল এবং পরীক্ষা করা হয়েছিল যাতে তারা সঠিকভাবে সম্পাদন করে এবং তারপর একটি চূড়ান্ত পরিকল্পনায় সংযুক্ত হয়। অ্যাম্প্লিফায়ার, যা চিত্র 4 এ দেখা যায়, একটি যন্ত্রগত পরিবর্ধক দ্বারা ডিজাইন এবং ভিত্তিক ছিল। ইসিজি, তাপমাত্রা মনিটর এবং এমনকি ভূমিকম্প ডিটেক্টরগুলিতে একটি ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার ব্যবহার করা হয় কারণ এটি অতিরিক্ত শব্দ প্রত্যাখ্যান করার সময় খুব নিম্ন স্তরের সংকেতকে বাড়িয়ে তুলতে পারে। যেকোনো লাভের জন্য সামঞ্জস্য করার জন্য এটি পরিবর্তন করা খুব সহজ [6]। সার্কিটের জন্য পছন্দসই লাভ 1000 এবং এটি নির্বাচন করা হয়েছিল কারণ ইলেক্ট্রোড থেকে ইনপুট 5 এমভি [5] এর কম এসি সংকেত হবে এবং ডেটা ব্যাখ্যা করা সহজ করার জন্য এটিকে বাড়ানো দরকার। 1000 এর লাভ পাওয়ার জন্য, সমীকরণ (1) GAIN = (1+ (R2+R4)/R1) (R6/R3) ব্যবহার করা হয়েছিল যার ফলে GAIN = (1+ (5000Ω+5000Ω) /101.01Ω) (1000Ω/100Ω) = 1000

দ্বিতীয় পর্যায় ছিল একটি ব্যান্ডপাস ফিল্টার। এই ফিল্টারটি চিত্র 5 এ দেখা যেতে পারে এবং এর মধ্যে একটি কম পাস এবং তারপরে একটি উচ্চ পাস ফিল্টার রয়েছে যার মধ্যে একটি অপারেশনাল এম্প্লিফায়ার রয়েছে যাতে ফিল্টারগুলি একে অপরকে বাতিল করতে না পারে। এই পর্যায়ের উদ্দেশ্য হল ফ্রিকোয়েন্সিগুলির একটি সেট পরিসীমা তৈরি করা যা ডিভাইসের মধ্য দিয়ে যাওয়ার জন্য গ্রহণযোগ্য হবে। এই ডিভাইসের জন্য পছন্দসই পরিসীমা হল 0.5 - 150 Hz যেহেতু এটি ইসিজি [6] এর জন্য আদর্শ পরিসীমা। এই লক্ষ্য পরিসীমা অর্জনের জন্য, ব্যান্ডপাসের মধ্যে উচ্চ পাস এবং নিম্ন পাস ফিল্টারের কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি নির্ধারণের জন্য সমীকরণ (2) কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি = 1/(2πRC) ব্যবহার করা হয়েছিল। যেহেতু রেঞ্জের নিচের প্রান্তটি 0.5 Hz হওয়া প্রয়োজন, তাই উচ্চ পাস ফিল্টার রোধক এবং ক্যাপাসিটরের মান 0.5 Hz = 1/(2π*1000Ω*318.83µF) এবং উপরের প্রান্ত 150 Hz, কম পাস ফিল্টার প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মানগুলি 150 Hz = 1/(2π*1000Ω*1.061µF) হিসাবে গণনা করা হয়েছিল। সঠিক ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা অর্জন করা হয়েছে তা নিশ্চিত করার জন্য, LTspice ব্যবহার করে একটি এসি সুইপ চালানো হয়েছিল।

তৃতীয় এবং চূড়ান্ত সিমুলেটেড পর্যায় হল খাঁজ ফিল্টার এবং চিত্র 6. -এ দেখা যেতে পারে। এই ক্ষেত্রে টার্গেট ফ্রিকোয়েন্সি হল 60 Hz যেহেতু এটি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে স্ট্যান্ডার্ড পাওয়ার লাইনের ফ্রিকোয়েন্সি এবং এটি মোকাবেলা না করলে হস্তক্ষেপের কারণ হয় [7]। এই হস্তক্ষেপটি পরিচালনা করার জন্য নির্বাচিত খাঁজ ফিল্টারটি দুটি অপ amps এবং একটি ভোল্টেজ বিভাজক সহ একটি টুইন টি খাঁজ ফিল্টার ছিল। এটি সিগন্যালকে কেবলমাত্র টার্গেট ফ্রিকোয়েন্সি তে সরাসরি সিগন্যাল ফিল্টার করার অনুমতি দেবে না বরং সিস্টেমে একটি পরিবর্তনশীল প্রতিক্রিয়া, একটি সামঞ্জস্যযোগ্য মানের ফ্যাক্টর Q, এবং ভেরিয়েবল আউটপুট ভোল্টেজ ডিভাইডারের জন্য ধন্যবাদ এবং তাই এটি পরিবর্তে এটিকে একটি সক্রিয় ফিল্টার বানিয়েছে একটি প্যাসিভ [8]। তবে এই অতিরিক্ত কারণগুলি প্রাথমিক পরীক্ষায় বেশিরভাগই ছোঁয়াচে রয়ে গিয়েছিল কিন্তু ভবিষ্যতের কাজগুলিতে এবং পরবর্তীকালে প্রকল্পটি কীভাবে উন্নত করা যায় তা স্পর্শ করা হবে। প্রত্যাখ্যান ফ্রিকোয়েন্সি কেন্দ্র নির্ধারণ করার জন্য, সমীকরণ (3) কেন্দ্র প্রত্যাখ্যান ফ্রিকোয়েন্সি = 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 নিযুক্ত ছিল। সঠিক প্রত্যাখ্যানের ফ্রিকোয়েন্সি অর্জিত হয়েছে তা নিশ্চিত করার জন্য, LTspice ব্যবহার করে একটি এসি সুইপ চালানো হয়েছিল।

পরিশেষে, প্রতিটি পর্যায় আলাদাভাবে পরীক্ষা করার পর, তিনটি ধাপকে চিত্র 7 -এ দেখানো হয়। প্রয়োজনে ঘটতে। তারপর সম্পূর্ণ সার্কিটে একটি ক্ষণস্থায়ী পরীক্ষা এবং একটি এসি সুইপ উভয়ই করা হয়েছিল।

ফলাফল:

প্রতিটি পর্যায়ের গ্রাফ পরিশিষ্টের চিত্র বিভাগে সরাসরি তার নিজ পর্যায়ের অধীনে পাওয়া যাবে। প্রথম ধাপের জন্য, যন্ত্রের পরিবর্ধক, সার্কিটে একটি ক্ষণস্থায়ী পরীক্ষা চালানো হয়েছিল যাতে নিশ্চিত করা যায় যে পরিবর্ধকটির জন্য লাভটি 1000 ছিল। সরবরাহকৃত ভোল্টেজ ছিল একটি এসি সাইন ওয়েভ যার মাত্রা 0.005 V এবং ফ্রিকোয়েন্সি 50 Hz। অভীষ্ট লাভ ছিল 1000 এবং চিত্র 4 এ দেখা যায়, যেহেতু ভাউট (সবুজ বক্ররেখা) এর 5V এর প্রশস্ততা ছিল। সিমুলেটেড লাভ হিসাব করা হয়েছিল, লাভ = Vout/Vin = 5V/0.005V = 1000. অতএব, এই পর্যায়ে শতকরা ত্রুটি 0%। এই বিভাগের জন্য ইনপুট হিসেবে 0.005V নির্বাচন করা হয়েছিল কারণ এটি পদ্ধতি বিভাগে উল্লিখিত একটি ইলেক্ট্রোড থেকে প্রাপ্ত ইনপুটের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত হবে।

দ্বিতীয় পর্যায়ের ব্যান্ডপাস ফিল্টারটির লক্ষ্যমাত্রা ছিল 0.5 - 150 Hz। ফিল্টারটি পরীক্ষা করতে এবং পরিসীমাটি নিশ্চিত করার জন্য, এক দশকে, এসি সুইপ 0.01 - 1000 Hz থেকে প্রতি দশকে 100 পয়েন্ট দিয়ে চালানো হয়েছিল। চিত্র 5 এসি সুইপ থেকে ফলাফল দেখায় এবং নিশ্চিত করে যে 0.5 থেকে 150 হার্জের একটি ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা অর্জন করা হয়েছিল কারণ সর্বাধিক বিয়োগ 3 ডিবি কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি দেয়। এই পদ্ধতিটি গ্রাফে দেখানো হয়েছে।

তৃতীয় পর্যায়, খাঁজ ফিল্টার, 60 Hz এর কাছাকাছি পাওয়া গোলমাল দূর করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছিল। প্রত্যাখ্যানের ফ্রিকোয়েন্সি গণনা কেন্দ্র ছিল ~ 56 Hz। এটি নিশ্চিত করার জন্য, এক দশকে, এসি সুইপ 0.01 - 1000 Hz থেকে প্রতি দশকে 100 পয়েন্ট দিয়ে চালানো হয়েছিল। চিত্র 6 এসি সুইপ থেকে ফলাফল দেখায় এবং প্রত্যাখ্যানের ফ্রিকোয়েন্সি কেন্দ্র ~ 56-59 Hz চিত্রিত করে। এই বিভাগের জন্য শতাংশ ত্রুটি 4.16 %হবে।

প্রতিটি পৃথক পর্যায় কাজ করছে তা নিশ্চিত করার পর, চিত্র 7. -এর মতো তিনটি পর্যায়কে একত্রিত করা হয়েছিল। তারপর সার্কিটের পরিবর্ধন যাচাই করার জন্য একটি ক্ষণস্থায়ী পরীক্ষা চালানো হয়েছিল এবং পরীক্ষাটি 1 - 1.25 সেকেন্ড থেকে 0.05 এর সর্বাধিক সময়ের ধাপে একটি এসি সাইন ওয়েভের ভোল্টেজ 0.005 V এর প্রশস্ততা এবং 50 Hz এর ফ্রিকোয়েন্সি সরবরাহ করে। ফলে গ্রাফ হল চিত্র 7 এর প্রথম গ্রাফ Vout3 (লাল), পুরো সার্কিটের আউটপুট, 3.865 V দেখায় এবং তাই লাভ = 3.865V/0.005V = 773। এবং 22.7%এর ত্রুটি দেয়। ক্ষণস্থায়ী পরীক্ষার পর, এক দশক, এসি সুইপটি প্রতি দশকে 0.01 - 1000 Hz থেকে 100 পয়েন্ট নিয়ে চালানো হয়েছিল এবং চিত্র 7 -এ দ্বিতীয় গ্রাফ তৈরি করেছিল। 57.5-58.8 Hz থেকে প্রত্যাখ্যান কেন্দ্র সহ 0.5-150 Hz থেকে ফ্রিকোয়েন্সি গ্রহণ করে।

সমীকরণ:

(1) - ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার লাভ [6], চিত্র 4 এ পাওয়া আপেক্ষিক প্রতিরোধক।

(2) - একটি কম/উচ্চ পাস ফিল্টারের জন্য cutoff ফ্রিকোয়েন্সি

()) - টুইন টি নচ ফিল্টারের জন্য , চিত্র in -এ পাওয়া আপেক্ষিক প্রতিরোধক।

ধাপ 1: যন্ত্র পরিবর্ধক

পর্যায় 1: যন্ত্রগত পরিবর্ধক

সমীকরণ - GAIN = (1+ (R2+R4)/R1) (R6/R3)

ধাপ 2: ব্যান্ডপাস

পর্যায় 2: ব্যান্ডপাস ফিল্টার

সমীকরণ: কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি = 1/2πRC

ধাপ 3: পর্যায় 3: খাঁজ ফিল্টার

পর্যায় 3: টুইন টি নচ ফিল্টার

সমীকরণ - কেন্দ্র প্রত্যাখ্যান ফ্রিকোয়েন্সি = 1/2π √ (1/(C_2 C_3 R_5 (R_3+R_4)))

ধাপ 4: একসাথে সব পর্যায়ের চূড়ান্ত পরিকল্পনা

এসি সুইপ এবং ক্ষণস্থায়ী কার্ভ সহ চূড়ান্ত পরিকল্পনা

ধাপ 5: ডিভাইসের আলোচনা

আলোচনা:

উপরের সঞ্চালিত পরীক্ষাগুলির ফলাফল সামগ্রিকভাবে সার্কিটের জন্য প্রত্যাশিত হয়েছিল। যদিও পরিবর্ধন নিখুঁত ছিল না এবং সংকেতটি আরও কিছুটা হ্রাস পেয়েছিল যা সার্কিটের মধ্য দিয়ে গিয়েছিল (যা চিত্র 7, গ্রাফ 1 এ দেখা যায় যেখানে প্রথম পর্যায়ের পরে সংকেত 0.005V থেকে 5V পর্যন্ত বৃদ্ধি পেয়েছে এবং দ্বিতীয়টির পরে 4V তে হ্রাস পেয়েছে) এবং তারপর চূড়ান্ত পর্যায়ে 3.865V), ব্যান্ডপাস এবং খাঁজ ফিল্টার যদিও উদ্দেশ্য অনুযায়ী কাজ করে এবং প্রায় 57.5-58.8 Hz ফ্রিকোয়েন্সি অপসারণের সাথে 0.5-150 Hz এর একটি ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা তৈরি করে।

আমার সার্কিটের জন্য প্যারামিটার স্থাপন করার পরে, আমি এটিকে অন্য দুটি ইসিজির সাথে তুলনা করেছি। কেবলমাত্র সংখ্যার সঙ্গে আরও সরাসরি তুলনা সারণি ১ -এ পাওয়া যাবে। প্রথমটি ছিল যে আমার সার্কিটের পরিবর্ধন অন্য দুটির তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম ছিল যা আমি তুলনা করছিলাম। উভয় সাহিত্য উৎসের সার্কিট 1000 এর একটি পরিবর্ধন অর্জন করেছে এবং গওয়ালির ইসিজি [9] তে, ফিল্টার পর্যায়ে 147 এর একটি ফ্যাক্টর দ্বারা সংকেতটি আরও বিস্তৃত হয়েছিল। অতএব, যদিও আমার সার্কিটে সংকেতটি 773 দ্বারা বাড়ানো হয়েছিল (স্ট্যান্ডার্ড এম্প্লিফিকেশনের সাথে তুলনা করার সময় 22.7% ত্রুটি) এবং ইলেক্ট্রোড [6] থেকে ইনপুট সিগন্যাল ব্যাখ্যা করতে সক্ষম বলে যথেষ্ট মনে করা হলেও, এটি এখনও স্ট্যান্ডার্ড এম্প্লিফিকেশনের তুলনায় বামন 1000. যদি আমার সার্কিটে স্ট্যান্ডার্ড এমপ্লিফিকেশন অর্জন করা হয়, তাহলে ইন্সট্রুমেন্টাল এম্প্লিফায়ারের পরিবর্ধকতা 1000 এর চেয়ে বড় ফ্যাক্টরে বাড়ানো দরকার যাতে আমার সার্কিটের প্রতিটি ফিল্টার পর্যায় অতিক্রম করার পর যখন লাভ হ্রাস পায়, এটি এখনও কমপক্ষে 1000 এর লাভ বা উচ্চতর ভোল্টেজ ড্রপ স্তরগুলি ঘটতে বাধা দেওয়ার জন্য ফিল্টারগুলিকে সামঞ্জস্য করতে হবে।

দ্বিতীয় প্রধান টেকওয়ে ছিল যে তিনটি সার্কিটের খুব অনুরূপ ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জ ছিল। গাওয়ালির [9] এর একই পরিসীমা ছিল 0.5-150 Hz এবং গোয়া [10] এর 0.05-159 Hz এর কিছুটা বিস্তৃত পরিসর ছিল। গোয়ার সার্কিটের এই সামান্য অসঙ্গতি ছিল কারণ সেই পরিসীমা তাদের সেটআপের ক্ষেত্রে ব্যবহৃত ডেটা অধিগ্রহণ কার্ডের জন্য আরও উপযুক্ত ছিল।

সর্বশেষ প্রধান টেকওয়ে ছিল প্রতিটি সার্কিটে নচ ফিল্টার দ্বারা অর্জিত প্রত্যাখ্যান ফ্রিকোয়েন্সি কেন্দ্রের মধ্যে পার্থক্য। গাও এবং আমার সার্কিট উভয়েরই H০ হার্জের লক্ষ্য ছিল যাতে লাইনের ফ্রিকোয়েন্সি গোলমালের কারণে বিদ্যুতের লাইন দমন করা যায় এবং গাওয়ালির হার ৫০ হার্টজ করা হয়। যাইহোক, এই বৈষম্য ঠিক আছে যেহেতু বিশ্বের অবস্থানের উপর নির্ভর করে, পাওয়ার লাইনের ফ্রিকোয়েন্সি 50 বা 60 Hz হতে পারে। অতএব, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে পাওয়ার লাইনের হস্তক্ষেপ 60 Hz [11] হওয়ায় সরাসরি গোয়ার সার্কিটের সাথে সরাসরি তুলনা করা হয়েছিল। শতাংশ ত্রুটি 3.08%।