Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Цитизен Сциенце - ДИИ ЕКГс

Шематски приказ једноставног инструмента за праћење електрокардиограма (лако направљен код куће).

Акција пумпе у срцу је покретана снажним таласима електричне активности који проузрокују проток слабих струја у телу, мењајући електрични потенцијал између различитих тачака на кожи за око хиљадити део волта (један миливолт, 1мВ). У оквиру те активности скривена је огромна количина информација о томе шта ради срце, и свако ко може да је открије може да завири у рад овог невероватног органа.

Срећом, не морате бити кардиолог са скупом опремом да покупите и дешифрујете тај сигнал. Свако може то да уради са овим уређајем за електрокардиограм (ЕЦГ), аналогно-дигиталним конвертором (АДЦ) да дигитализује сигнал и пошаље га компјутеру, и изузетну књигу о којој ћу вам касније причати.

Можете склопити сам круг у поподневним сатима за око 40 долара. АДЦ ће коштати нешто више, између 50 и 300 долара. Али ови уређаји отварају универзум могућности за кућног експериментатора, па би сваки грађанин научник требао улагати у њега. (Преговарао сам много о једном од ових уређаја посебно за МАКЕ читаоце. Читајте даље.)

Експериментални изазов је да сигнал који тражимо за мере само око 1мВ, може да се промени за само 1/100 секунде, и уграђен је у бучно окружење. Да бисте били у току са сигналом и појачали га на дигитални 1В ниво, потребно вам је појачало са појачањем од око 1.000 и фреквентним одзивом од најмање 100Хз. Али стандардна оперативна појачала (оп-ампери) као што је РадиоСхацк 741 неће радити због околне буке.

Када су електроде размакнуте на телу, наша кожа делује као сирова батерија и генерише неправилну потенцијалну разлику која може прећи 2В, слаби наш срчани сигнал од 1мВ. Још горе, ваше тело и жице које се повезују са електродама чине дивне радио антене које покрећу хумус од 60Хз који проистиче из сваког кабла за напајање у вашем дому. Ово додаје синусоидални напон, који додатно замагљује ситне импулсе из вашег срца, и зато што његова фреквенција лежи близу резолуције од 100Хз требамо пратити ваше срце, тешко је филтрирати.

Сада, ви врсте електронике мислите да ово не би требало да буде важно јер су оп-ампери „диференцијални појачавачи“ - то јест, они одузимају било који напон који се једнако односи на оба улаза. Нажалост, оп-ампери не раде тај посао савршено, а када су валови тисуће пута већи од сигнала, као што су овдје, потонуо си. Да би се осигурало да ово "заједничко" смеће додаје не више од 1% грешке нашем мерењу, потребно нам је оно што се зове омјер одбацивања у заједничком режиму (ЦМРР) од најмање 100.000 до 1. У говору електронике, ЦМРР се мери у децибела (дБ), где је сваки фактор од 10 повећања напона еквивалентан 20дБ. Ово чини наш тражени однос 105, што је једнако 20 * 5 или 100 дБ - прецизност изнад већине оп-ампера.

Инструментално појачало

Када апликација захтева и висок добитак и ЦМРР од 80дБ или више, искусни експериментатори се често окрећу специјалним уређајима званим инструментацијска појачала. Ови изванредни уређаји су некада били гломазни и скупи, али данас се могу купити за само неколико долара као интегрисана кола. Да би се конструкција учинила што једноставнијом, осмислио сам овај ЕКГ око Роллс-Роицеа од инструменталних појачала, АД624АД од Аналог Девицес, које можете купити од Диги-Кеи (дигикеи.цом) за мање од 25 $. Са АД624АД одаберете добитак од 1000 једноставним кратким спајањем одређених пинова, а при тој поставци амп ЦМРР прелази 110 дБ.

АД624АД је једноставан за употребу, али искусни гадгетери би такође требали бити слободни да експериментишу са јефтинијим опцијама, као што је Аналог Девицес АД620АН. А ако сте прави произвођач типа Даниел Бооне, можете да направите сопствени инструментални појачавач користећи три РадиоСхацк оп-ампера и шачицу 100К отпорника.

Неки једноставни склопови подржавају наше инструментално појачало. Двостепени филтар отпорника-кондензатора (РЦ) уклања фреквенције веће од око 50Хз. Као што филтери иду, овај је прилично слаб, али ради довољно добро да уради посао. Користио сам четверо-жични телефонски кабл да преносим сигнале између мог тела и појачала, али вам требају само три жице. Са стране пројектне кутије налази се телефонски прикључак за једноставно повезивање и искључивање.

Тхе Елецтродес

Направио сам прве електроде из четвртине премазане водљивим слојем шампона, чврсто залијепљен за моје тијело и спојен на жице. Радили су, некако. Тада сам открио да било ко може купити врећице праве ствари - електроде које се користе од кардиолога. Цена је око 13 долара за 50. (Гоогле „ЕКГ електроде“ за мноштво добављача.) Користио сам алигаторске квачице за повезивање сигналних жица са металним брадавицама на задњим странама електрода.

Повежите негативни електромагнетни напон инструмента до испод леве пазуха субјекта и његовог позитивног олова одмах испод десне пазуха. Такође морате повезати уземљење за круг са левим потколеницом изнад глежња. Без ноге као земље, лошим стварима се јавља сигнал, и то је велики мали експеримент за снимање ЕКГ-а на овај начин око десет минута и видјети проблеме који се увлаче.

Пријављивање података

Да бисте прегледали ЕКГ сигнал, мораћете да га дигитализујете и снимите на рачунар. Ово захтева АДЦ или уређај за записивање података који може да узоркује на 200Хз. (Никуистова теорема наводи да читање осцилујућег сигнала захтева узорковање на минималној 2к фреквенцији.) Покушао сам много дата логера, а моја омиљена је Го Линк из Верниер софтвера, који има 12 битова резолуције и узорака на до 200Хз. Додајте одговарајућу јединицу сонде за напон и спремни сте да снимате стотине других научних пројеката. Преговарао сам договор са Верниер-ом посебно за МАКЕ читатеље: $ 67 за логгер и сонду за напон; погледајте сас.орг/маке.хтмл за детаље.

Када повежете електроде тела у наш круг, укључите Го Линк у УСБ порт вашег лаптопа, прикључите сонду за напон у Го Линк и повежите сонду са извором нископропусног филтера на нашем кругу. Ради безбедности, лаптоп рачунар би требало да буде искључен.

СИГУРНОСТ

Осим ако радите нешто егзотично, инструменти са батеријским напајањем су генерално безбедни за повезивање са људима. Го Линк се напаја преко свог УСБ порта, тако да ако је лаптоп који користите искључен, немате бриге.

За разлику од уредника МАКЕ-а, ја особно мислим да је у реду користити наш ЕКГ уређај са прикљученим рачуналом, под увјетом да подузмете додатне мјере предострожности; погледајте више дискусија на мојој веб страници на сас.орг/маке.хтмл. 10М (то је 10 милиона охма!) Отпорник између објекта и земље ће угушити било коју струју у мало вјеројатном случају да АЦ адаптер не успије и лаптоп помфрит. 47К отпорници такође ограничавају струју. Чак и са наглим скоком снаге, руке особе леже изван било које стазе између електрода, тако да ако доживи било какав бол, моћи ће да ухвати и извади жице. Држите неког другог у просторији, или ако то није могуће, направите електроду кратку и покрените ЕКГ док стојите. На тај начин, ако удари муња, прекинут ћете везу падањем.

У сваком случају, никада не стављајте електроде на руке и не спајајте уређај са особама слабог здравља. Без обзира на то колико сте ви направили, немојте упалити ваш домаћи ЕКГ ако мислите да имате срчани удар. Одуприте се радозналости и позовите 911.

У болницама, нека опрема за надгледање додаје још један слој сигурности: опто-изолација. У овој шеми, уређаји који се напајају батеријом и који су повезани са пацијентом преносе очитања преко ЛЕД-а на одговарајуће оптичке сензоре унутар уређаја за приказ на зиду. Пошто је једина веза између ова два уређаја ток фотона, велике струје не могу доћи до пацијента кроз жице. Ако вам је стало, можете да додате опто-изолацију свом ЕКГ-у да бисте се заштитили од ланца догађаја који падају са падајућег метеора. Опто-изолатори долазе у ДИП-стилу ИЦ које можете прикључити на систем између филтера и дата логера. Уземљили бисте страну предајника ЛЕД-а на масу круга појачала, а пријемник фотодиоде на уређај за снимање података или на тло АДЦ-а.

Тумачење резултата

Када савладате уметност праћења тикера, мораћете да дешифрујете шта све то значи. Постоји само једна обавезна референца, Рапид Интерпретатион оф ЕКГ би Дале Дубин, МД. Овај лек за лекове лако ћете наћи на готово свакој полицијској полици доктора у Америци. Др Дубин је такође добар пријатељ Друштва за аматерске научнике, тако да можемо понудити нове копије овог класика МАКЕ читатељима уз 30% попуста; сее сас.орг.

Удео

Оставите Коментар