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Bioinstrumentación ITM

CIRCUITO ELECTROCARDIOGRAFO Caro, Giovann e-mail: [email protected]

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RESUMEN: 

Montaje de un circuito ECG mediante amplificadores operacionales Lm741, un amplificador de instrumentación AD620 y demás elementos para la adquisición de las señales enviada desde el cuerpo y en especial la del corazón.

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PALABRAS CLAVE: Filtros activos, Butterworth, Notch, ECG, filtro pasa bajo, filtro pasa alto, frecuencia de corte.

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1 INTRODUCCIÓN Desarrollar un circuito ECG con filtros activos, el cual, permita captar las señales electrocardiográficas en un cuerpo. Observar y medir dicha señal eliminando el ruido producido por otros órganos y la respiración misma, utilizando la derivación II del triángulo de Einthoven (RA-LA-LL).

Filtro Pasa Banda [1]: es un filtro activo, en el cual se trasmiten las frecuencias menos o iguales a su frecuencia de corte. Filtro Pasa altos [1]: filtro activo, en el cual se trasmiten las frecuencias iguales o mayores a su frecuencia de corte. Frecuencia de corte [2]: es la frecuencia limite que separa la banda de rechazo y la banda limite y para acondicionar mejor esta frecuencia de corte, se utiliza la caída de los -3dB, que es donde la potencia ha caído al 50% o el voltaje es el 70.7%. Filtro Notch [3]: es un filtro activo que elimina la banda de 60Hz, es decir, elimina el ruido que emite la energía de potencia común (110V). Filtro de amplificación y realimentación [4]: circuito propuesto por el fabricante del amplificador de instrumentación AD620, para la adquisición y amplificación de señales ECG y EMG.

2 METODOLOGIA 2.1 FILTRO ACTIVO PASA BAJOS.

1.1 MATERIALES 

Protoboard.

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Resistencias.

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LM741 con su datasheet.

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AD620 con su datasheet.

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Fuente de Voltaje DC.

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Osciloscopio.

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Generador de señales.

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Multímetro.

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Electrodos de ECG.

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Cables de ECG.

Se hace el montaje de un filtro activo pasa bajos de segundo orden, tipo Butterworth, con una ganancia unitaria y una frecuencia de corte de 80Hz. Se utiliza un LM741 como amplificador operacional dual del circuito y en la cual hallamos sus resistencias Rb y Ra con la siguiente formula:

𝑓𝑐 =

1 2𝜋∗𝑅𝑏∗𝐶∗√2

(1) Y teniendo en cuenta que, si Rb=Ra y C1 y C2, podemos hallar su Rb despejándola de la formula (1), quedando entonces la siguiente ecuación:

𝑅𝑏 =

1 2𝜋∗𝑓𝑐∗𝐶∗√2

(2) Utilizamos en nuestro circuito, condensadores cerámicos que cuales equivalen a 0.47µF y serán utilizados tanto en C1 y C2. Luego de la operación de la formula (2) hallamos entonces una resistencia Rb de 3KΩ, para Ra utilizamos 2Rb, es decir 6KΩ, Utilizamos en Rf y R1 un cable para obtener ganancia unitaria.

1.2 DEFINICIONES 

Filtro activo [1]: un filtro activo es un circuito electrónico compuesto por elementos activos (resistencias, bobinas) y elementos activos (transistores o amplificadores operacionales), y se usan para trasmitir una banda de frecuencias limitada según su estructura.

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Figura1: Circuito Pasa-baja de segundo orden Figura2: circuito Pasa-altos primer orden Luego, se instala un generador de señales configurado a 400 mVpp y una frecuencia inicial de 50Hz, luego, suministramos desde la fuente DC con +12V y -12V al LM741. Se procede entonces a tomar una serie de parámetros aumentando 10Hz por cada medición, hasta lograr la caída de la señal.

Luego, se instala un generador de señales configurado a 400 mVpp y una frecuencia inicial de 10Hz, luego, suministramos desde la fuente DC con +12V y -12V al LM741. Se procede entonces a tomar una serie de parámetros aumentando 1Hz por cada medición, hasta que observamos que el voltaje se estabiliza.

2.2 FILTRO ACTIVO PASA ALTOS

2.3 FILTRO DE AMPLIFICACION:

Se hace el montaje de un filtro activo pasa altos de primer orden, tipo Butterworth, con una ganancia de diez veces su Vin y una frecuencia de corte de 0.1Hz. Se utiliza un LM741 como amplificador operacional dual del circuito y en la cual hallamos su resistencia R con la siguiente formula:

Se hace el montaje de un filtro activo con un amplificador de instrumentación AD620 y siguiendo las instrucciones del fabricante.

𝑓𝑐 = (5)

1 2𝜋∗𝑅∗𝐶

Y teniendo en cuenta que, utilizamos un condensador de valor conocido, en este caso, un condensador cerámico de 0.33 µF, podemos hallar su R despejándola de la formula (5), quedando entonces la siguiente ecuación:

𝑅=

Figura3: filtro de amplificación. Se utilizan todos los valores de resistencias y condensadores propuestos por el fabricante, excepto en la ganancia del AD620, ya que utilizamos una ganancia de 89, es decir, colocamos una resistencia de 560Ω en la salida 8 y 1 del amplificador.

1 2𝜋∗𝑓𝑐∗𝐶

(6) Luego de la operación de la formula (6) hallamos entonces una R de 5MΩ, como no es una medida comercial, utilizaremos entonces una R de 3.2MΩ y ampliado su 𝑓𝑐 a 150hz. Utilizamos en Rf un valor de 10 KΩ y en R1 un valor de 1 KΩ, para que en su diferencial nos agregue una ganancia de 10 veces el Vin.

2.4 FILTRO NOTCH: Se hace el montaje de un filtro activo elimina banda, tipo, con una ganancia unitaria y una frecuencia de corte de 60Hz. Se utiliza un LM741 como amplificador operacional dual del circuito y en la cual hallamos su resistencia R con la formula (6) y un condensador 104, así entonces tenemos una R de 27 KΩ, para 2C, utilizamos un condensador 224 y para R/2 14.7 KΩ.

El filtro activo quedara entonces así:

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Se verifican los picos de voltaje de salida y encontramos una salida de 500mV, es decir, un voltio pico pico, es importante aclarar que antes de la salida del filtro Notch, se puso un filtro activo con configuración inversora y de ganancia unitaria. El circuito final entonces, quedo con las siguientes etapas:      

Filtro RLD Filtro de amplificación con AD620 G:100 Filtro Pasa Alto a 0.1Hz fc G: (1+10) Filtro Pasa Bajo a 80Hz fc GU Filtro Notch elimina banda a 60Hz fc GU Filtro inversor GU

3 CONCLUSIONES Figura4: Filtro elimina banda tipo Notch

En este circuito pudimos verificar como se toma un biopotencial y se puede amplificar su señal de forma tal que podamos obtener lecturas y así verificar diferentes diagnósticos, según la característica de la señal receptada. En especial, este circuito creó en nosotros un alto grado de investigación, de pruebas y errores y la búsqueda constante de medidas que llegaran a satisfacer el objetivo del proyecto en comparación con el circuito creado. Pudimos profundizar en el tema de los amplificadores operaciones y sus aplicativos, a conocer más sobre los filtros activos y sus diferentes funciones. Se intentó hasta último momento rectificar la señal de salida con un circuito después del Notch, pero, lastimosamente no pudimos filtrar la señal de la mejor manera, dentro de las posibles causas de esto, podríamos concluir que no se dio porque:  Se deban cambiar constantemente los valores de las resistencias hasta lograr el filtrado.  Cambiar el LM741 de posición.  Cambiar a otro tipo de amplificador ejemplo LM358.  Intentar otro circuito rectificador.  Verificar el estado de los diodos.  Montar el circuito en una board paralela que permita verificar circuito y elementos del filtro.

Imagen1: Filtro PA-PB-Notch

2.5 PRUEBAS Luego de los montajes hasta el filtro Notch, comenzamos a hacer las pruebas y verificación de las señales, verificamos entonces que la ganancia total del circuito es de 979, ya que, en el AD620 utilizamos una ganancia de 89 y en el pasa altos una ganancia de 10.

𝐺𝑡: 89(1 + 10)

3.1 Anexos Circuito final en formato JPG Pag5 Video de prueba hasta el circuito inversor

(7)

Conectamos según la DII del triángulo de Einthoven [5] así:

4 Referencias

RA: entrada 2 del AD620 LA: entrada 3 del AD620 RL: entrada al circuito amplificador

[ 1 ] [

Después se comienzan a observar las primeras señales del circuito creado.

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F. Miyara, «http://www.fceia.unr.edu.ar/enica3/filtrost.pdf,» Rosario, Argentina, 20014. Wikipedia, «Wikipedia,» [En línea].

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2 Available: ] https://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_de_ corte. [Último acceso: 22 Abril 2017]. [ R. Gutierrez Mesa, «www.academia.edu,» 3 [En línea]. Available: ] http://www.academia.edu/7419971/Filtrado_ Rechaza_Banda_Filtro_NOTCH. [Último acceso: 24 Mayo 2017]. [ Datasheet, «www.datasheet.com,» [En 4 línea]. Available: ] http://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/48090/AD/AD620.html. [Último acceso: 24 Mayo 2017]. [ Rafael Soto, 5 «http://electrocardiogramaymedicinageneral. ] blogspot.com.co,» 13 Febrero 2013. [En línea]. Available: http://electrocardiogramaymedicinageneral.b logspot.com.co/2013/02/triangulo-deeinthoven.html. [Último acceso: 24 Mayo 2017]. [ Wikipedia, «Wikipedia,» 13 Abril 2016. [En 6 línea]. Available: ] https://es.wikipedia.org/wiki/Rechazo_al_m odo_com%C3%BAn. [Último acceso: 19 Abril 2017].

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