心电图采集电路图解

步骤1：设计仪表放大器

记录ECG信号所需的第一个电路元件是仪表放大器。该放大器具有两个作用。

1。它在记录电极和电路的其余部分之间创建一个电子缓冲器。这将从电极汲取的所需电流减小到几乎为零。允许信号收集，且输入阻抗引起的失真很小。

2。它差分放大记录的信号。这意味着两个记录电极中共有的任何信号都不会被放大，而差异（重要部分）将会被放大。

典型地，ECG的表面电极记录将在毫伏范围内。因此，为了使该信号进入某个范围，我们可以采用1000 V/V的放大倍数（K）进行工作。

上面说明的放大器的控制方程为：

K1 = 1 + 2 * R2/R1，这是第一级增益

K2 =- R4/R3，这是第2阶段的增益

。注意，理想情况下，K1和K2应该近似相等，并实现所需的放大率K1 * K2 = 1000

最终值。..

R1 = 6.5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3.17 kOhm

R4 = 100 kOhm

步骤2：设计陷波滤波器

在现代世界中，心电图的采集可能会可以在其他一些电子设备附近完成，甚至可以在由本地电源线供电的建筑物中完成。不幸的是，所提供电源的高电压和振荡特性意味着它将在附近的任何导电材料中产生大量的电“噪声”。其中包括用于构建我们的ECG收集电路的电线和电路元件。

为解决这个问题，任何频率等于本地电源产生的噪声（称为“电源嗡嗡声”）的信号都可以被简单地滤除并基本去除。在美国，电网为110-120V提供60 Hz的频率。因此，我们需要滤除任何频率为60 Hz的信号分量。幸运的是，这之前已经完成了很多次，只需要设计陷波滤波器即可（如上图所示）。

控制该滤波器的方程为。..。

R1 = 1/（2 * Q * w * C）

R2 =（2 * Q ）/（w * C）

R3 =（R1 * R2）/（R1 + R2）

Q = w/B

其中wc2是高截止频率，w2低截止频率，w截止频率（以弧度/秒为单位），Q为品质因数

请注意，C是可以自由选择的值。我们的电路中使用的以下值为：

R1 = 1.65 kOhm

R2 = 424.5 kOhm

Q = 8

w = 120 * pi rad/sec

第3步：低通滤波器

ECG信号有一个频率约为0-150Hz。为了防止更多的噪声耦合到频率高于此范围的频率的信号上，采用了截止频率为150Hz的二阶低通ButterWorth滤波器，以便仅允许ECG信号通过电路。不是像先前的组件那样立即选择容易获得的电容器值，而是根据以下公式选择了第一个电容器值C2。根据该值，可以计算出所有其他分量值，然后将其添加到电路中，同时将增益再次保持为1V/V。

C2≈10/fc uf，其中fc是截止频率（150 Hz）对于这种情况）。

然后，可以按照此步骤中包含在第二张图片中的表格中所示的方式计算剩余值。

上面原理图中的最终值是：

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22.47 kOhm

R2 = 22.56 kOhm

第4步：LabVIEW准备

ECG系列的这一部分是Windows计算机，配备LabVIEW的64位副本和带有单个输入模块的National Instruments信号调节板（）。 LabVIEW中的功能框图应按以下方式构建。首先打开空白的功能框图。

插入DAQ助手块并将设置调整为以下值：

测量：模拟→电压

模式：RSE

采样：连续采样

采样：2500

采样率：1000/秒

将采集的波形输出到波形图。另外，计算当前波形数据的最大值。将波的最大值乘以.8之类的值以创建用于峰值检测的阈值，可以根据信号内的噪声水平来调整此值。输入上一步的乘积作为阈值，并输入原始电压阵列作为“峰值检测”功能的数据。接下来，获取峰值检测阵列的“位置”输出，并减去第一和第二值。这表示初始阵列中两个峰的索引值之差。然后可以通过将值除以采样率将其转换为时间差，例如在示例中为1000/sec。最后，取该值的倒数（给定Hz）并乘以60，以获得以每分钟BPM节拍为单位的心率。最终的框图应类似于此步骤的标题图片。

步骤5：全面系统集成

现在，所有组件都已单独构建，因此是时候把购物中心放在一起了。这可以通过简单地将一个部分的输出连接到下一个段的输入来完成。这些阶段应按照它们在此Instructable中出现的顺序进行连接。对于最后一个ButterWorth滤波器，其输入应连接至信号调节板输入模块上的两条引线之一。该模块的另一根导线应连接到电路的公共接地点。

对于仪表放大器，应将其两条引线分别连接到ECG/EKG电极上。使用两个鳄鱼夹很容易做到这一点。然后，在每个手腕上放置一个电极。确保电路的所有部分均已连接并且LabVIEW VI正在运行，并且系统应在LabVIEW窗口中输出波形图。

输出应类似于此步骤中提供的第二张图像。如果不相似，则可能需要调整电路的值。一个常见的问题是陷波滤波器不会直接在60 Hz处居中，可能会稍微偏高或偏低。可以通过为过滤器创建波德图来测试。理想情况下，陷波滤波器在60 Hz处的衰减至少为20 dB。检查本地电源是否以60 Hz供电可能也很有用。对于某些地区，使用50 Hz交流电源并不罕见，这将需要将陷波滤波器居中于该值附近。