EKG dan Monitor Detak Jantung: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Elektrokardiogram, juga disebut EKG, adalah tes yang mendeteksi dan merekam aktivitas listrik jantung manusia. Ini mendeteksi detak jantung dan kekuatan dan waktu impuls listrik yang melewati setiap bagian jantung, yang mampu mengidentifikasi masalah jantung seperti serangan jantung dan aritmia. EKG di rumah sakit melibatkan dua belas elektroda pada kulit di dada, lengan dan kaki. Dalam intractable ini, kami hanya menggunakan tiga elektroda, satu untuk setiap pergelangan tangan sebagai dua tempat perekaman dan satu untuk pergelangan kaki kanan sebagai ground. Penting untuk dicatat bahwa ini bukan perangkat medis. Ini untuk tujuan pendidikan hanya menggunakan sinyal simulasi. Jika menggunakan sirkuit ini untuk pengukuran EKG nyata, harap pastikan sirkuit dan koneksi sirkuit-ke-instrumen menggunakan teknik isolasi yang tepat.

Untuk memperoleh dan menganalisis sinyal EKG manusia, kita memerlukan penguat instrumentasi yang menguatkan sinyal input sebesar 1000, filter takik yang menghilangkan gangguan arus bolak-balik (60 Hz) dan filter lowpass yang menyaring suara lain di atas 250 Hz. Cut-off 250Hz digunakan karena rentang frekuensi EKG manusia adalah antara 0-250Hz

Langkah 1: Bahan

Fungsi generator, Power supply, Oscilloscope, Breadboard.

Resistor: 1k - 500k ohm

Kapasitor: 20 - 100 nF

Penguat operasional x5 (UA741)

Langkah 2: Bangun Penguat Instrumentasi

Mengacu pada rangkaian dan persamaan penguat instrumentasi. Pertama-tama kita perlu menghitung nilai resistor yang benar. Karena penguat instrumentasi memiliki 2 tahap, ada dua penguatan terpisah, k1 dan k2. Karena kita membutuhkan keuntungan 1000, k1 dikalikan dengan k2 harus sama dengan seribu. Dalam tutorial ini kami menggunakan nilai-nilai berikut, jangan ragu untuk mengubah nilai-nilai ini jika Anda tidak memiliki berbagai macam resistor.

R1=1000Ω, R2=15000Ω maka, K1=1+(2*15000)/1000=31R3=1000Ω, R4=32000Ωmaka, K2=32000/1000=32

Sekarang setelah Anda mengetahui nilai resistor yang Anda butuhkan, lanjutkan dan buat rangkaiannya.

Untuk menguji penguat instrumentasi, Anda dapat menggunakan generator fungsi untuk menghasilkan gelombang sinus dengan amplitudo yang diketahui, menghubungkannya ke input rangkaian dan menghubungkan output penguat ke osiloskop, Anda akan melihat gelombang sinus aa dengan amplitudo 1000 kali lebih besar dari gelombang sinus input

Langkah 3: Buat Filter Takik

Mirip dengan penguat instrumentasi, lihat rangkaian dan persamaan untuk menemukan nilai komponen yang sesuai. Kita tahu bahwa dalam filter takik ini, kita perlu memotong frekuensi 60Hz oleh karena itu f0 adalah 60Hz, kita juga akan menggunakan faktor kualitas 8 yang akan memberi kita akurasi yang baik. Dengan menggunakan nilai-nilai ini, kita sekarang dapat menemukan nilai komponen yang sesuai:

C=100 nF, Q = 8, w0=2ℼf =2*pi*60 =120pi

R1=1/(2*8*120*pi*100*10^-9)=1658Ω

R2=(2*8)/(120*pi*100*10^-9)=424kΩ

R3=(1658*424000)/(1658+424000)=1651Ω

Sekarang setelah Anda mengetahui nilai komponen yang Anda butuhkan, lanjutkan dan buat sirkuitnya. Bukan berarti Anda bisa menggunakan resistor secara paralel atau seri untuk mendapatkan nilai sedekat mungkin dengan nilai yang dibutuhkan.

Untuk menguji filter takik, Anda bisa melakukan sapuan frekuensi. Masukkan gelombang sinus dengan amplitudo 0,5V dan variasikan frekuensinya. Lihat bagaimana amplitudo output yang terhubung ke osiloskop berubah ketika Anda mendekati 60Hz. Misalnya ketika frekuensi Anda di bawah 50 atau di atas 70 Anda akan melihat sinyal output yang mirip dengan input tetapi semakin dekat Anda ke 60Hz amplitudo akan berkurang. Jika ini tidak terjadi, periksa sirkuit Anda dan pastikan Anda menggunakan nilai resistor yang benar.

Langkah 4: Buat Filter Butterworth Orde Kedua

Jenis filter lowpass yang kami gunakan adalah active second order. Filter ini digunakan karena memberikan kita akurasi yang cukup baik dan meskipun membutuhkan daya tetapi kinerjanya lebih baik. Filter dirancang untuk memotong frekuensi di atas 250 Hz. Hal ini karena sinyal EKG memiliki komponen frekuensi yang berbeda yaitu antara nol dan 250 Hz dan setiap sinyal dengan frekuensi di atas 250 Hz akan dianggap sebagai noise. Gambar pertama menunjukkan skema filter lowpass dengan semua nilai resistor yang benar. (Perhatikan bahwa R7 harus 25632Ω bukan 4kΩ). Gambar kedua mencakup semua persamaan yang dapat Anda gunakan untuk menghitung nilai komponen sendiri.

Untuk menguji Filter lowpass, gunakan generator fungsi untuk menghasilkan gelombang sinus dengan amplitudo 0,5V. Saat memasukkan frekuensi di bawah 250Hz, Anda akan melihat output yang mirip dengan input tetapi semakin besar yang Anda dapatkan setelah 250Hz, output akan semakin kecil dan akhirnya menjadi sangat mendekati nol.

Langkah 5: Satukan Semuanya

Setelah Anda selesai membangun tiga tahap, gabungkan semuanya dengan memasang penguat instrumentasi, diikuti oleh filter takik, dan kemudian filter lowpass. Sirkuit Anda akan terlihat mirip dengan gambar ini.

Langkah 6: Menguji Seluruh Sirkuit

Menggunakan generator fungsi, masukkan sinyal EKG sewenang-wenang dengan amplitudo tidak lebih besar dari 15mV ke input penguat instrumentasi. Hubungkan output dari low pass filter ke osiloskop. Anda harus mendapatkan output yang mirip dengan gambar ini. Sinyal hijau adalah output dari papan dan sinyal kuning adalah sinyal input ke sirkuit. Anda juga dapat mengukur detak jantung dengan memperoleh frekuensi menggunakan osiloskop dan mengalikan angka tersebut dengan 60.

Perhatikan bahwa jika Anda ingin mengukur sinyal EKG Anda sendiri, Anda dapat melakukannya dengan menghubungkan dua input penguat instrumentasi ke masing-masing pergelangan tangan Anda menggunakan elektroda dan membumikan kaki Anda. Tetap di tengah sebelum melakukan ini memastikan sirkuit dan koneksi sirkuit-ke-instrumen menggunakan teknik isolasi yang tepat.