Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

Electrocardiógrafo

Alumnos:

Cortés Toledo Bibiano

Cruz Torices Fernando

García Fernández José Sergio

Grupo: 8CV6

Asignatura: Instrumentación I

Profesor: Leonardo Badillo Malacara

Diseño

Para el correcto funcionamiento del electrocardiógrafo, se decidió implementar el diagrama propuesto por el fabricante del amplificador de instrumentación a usar.

Las conexiones de ambos brazos se realizaron mediante el uso de electrodos, que permiten registrar la señal cardíaca adecuadamente. El electrodo de la pierna derecha va conectado hacia un amplificador en modo común con el fin de contrarrestar el ruido que se presente en la señal diferencial a la salida del amplificador de instrumentación. El amplificador de instrumentación permite aumentar la diferencia de potencial registrada por los electrodos; sin embargo, también se amplifica el ruido producido por el movimiento de los músculos. Para eliminar dicho ruido se empleó un filtro pasa altas con una frecuencia de corte de 0.05 Hz, que como lo dice su nombre, sólo deja pasar las señales con una frecuencia mayor a 0.05 Hz, que es considerada la frecuencia mínima de la actividad cardíaca. A continuación se muestra el diagrama esquemático correspondiente al circuito del filtro.

Se probó su correcto funcionamiento en el laboratorio, variando la frecuencia de entrada y observando la ganancia obtenida a la salida. La respuesta en frecuencia correspondiente se muestra en el siguiente gráfico, donde puede apreciarse la frecuencia de corte del filtro y la curva de atenuación presente.

Después del filtro se hace pasar la señal por un amplificador con una ganancia de 143, de tal modo que se obtenga a la salida el producto de las ganancias anteriores. Esto es 7 × 143 = 1001. Siendo así que por cada milivolt presente en la señal de entrada del amplificador de instrumentación, haya un volt en la señal de salida. El diagrama esquemático correspondiente a este circuito se muestra en la siguiente imagen.Con el fin de reducir el ruido producido por la línea domiciliaria (60 Hz), entre otras señales electromagnéticas que produjeran alguna interferencia en la señal obtenida, se colocó en la salida un filtro pasa-bajas, cuya frecuencia de corte de 150 Hz, aminora la amplitud de aquellas señales eléctricas cuya frecuencia sea mayor de 150 Hz, que es la frecuencia máxima registrada por la actividad cardíaca.El diagrama esquemático del circuito responsable de esta etapa se muestra en la siguiente figura.

Se probó su buen funcionamiento en el laboratorio, comprobando la atenuación de la señal de entrada conforme la frecuencia era mayor de 150 Hz. El siguiente esquema muestra el comportamiento del filtro en función de la frecuencia de la señal de entrada. Nótese que para la octava siguiente a la frecuencia de corte, esto es 300 Hz, la señal ya se ha atenuado 24 dB; con la misma pendiente que el filtro pasa-altas, sólo que negativa.

Pruebas de laboratorio

Habiendo probado el funcionamiento de los filtros, se procedió a comprobar la conexión entre el amplificador de instrumentación y el segundo amplificador, de tal manera que a la salida se obtuviera una ganancia de 1000. Para ello se empleó un transformador como voltaje diferencial, regulando un voltaje del orden de milivolts y obteniendo volts a la salida. El esquema del circuito empleado para realizar lo anterior se muestra a continuación.

Tanto en la simulación como en la práctica, se aplicó una señal senoidal de 20 Hz, que están dentro del intervalo de frecuencia establecido, de tal modo que a la salida se obtuviera el voltaje diferencial amplificado que hay en la entrada del AD620. La simulación arrojó el siguiente resultado, donde se aprecia que el voltaje diferencial amplificado es del orden de 1 V, que indica un voltaje diferencial de apenas 1mV. En la práctica se encontró un resultado similar que comprobó el buen funcionamiento de las etapas de amplificación y filtrado de la señal, de tal modo que se prosiguió con la prueba con los electrodos.

Habiendo armado el circuito anterior y uniendo las etapas ya probadas individualmente, se probó su correcto funcionamiento mediante el uso de tres electrodos: uno en el brazo derecho, otro en el brazo izquierdo y uno en la pierna derecha.La señal obtenida por el circuito se muestra en la siguiente captura de pantalla realizada por el osciloscopio digital. Cabe mencionar que a pesar del ruido presentado por la línea domiciliaria, la impedancia conjunta de los cables de conexión, entre otras razones, puede apreciarse la forma de onda característica de la actividad cardíaca.

Conclusiones

Cortés Toledo Bibiano

Al momento de realizar las pruebas del electrocardiógrafo fue un hecho que este tipo de circuitos son muy sensibles al ruido. La eliminación de este factor resulta imprescindible para poder obtener una señal cardíaca clara, esto es, que muestre las características propias de este tipo de potencial bioeléctrico.El circuito de pierna derecha resultó esencial para poder eliminar una parte importante del ruido presente en la señal obtenida, además de que se emplearon baterías para evitar usar una fuente de alimentación ya que el circuito es muy sensible a la interferencia producida por la línea domiciliaria.Una reducción importante del ruido sería posible si se usara un cable coaxial para conectar los electrodos al circuito debido al blindaje que posee, o bien, simplemente trenzando los cables para contrarrestar la interferencia que produce cada uno.

Cruz Torices Fernando

El principal problema de este tipo de circuitos es el hecho que la señal a adquirir es de un tamaño muy pequeño, dicho tamaño la hace susceptible a cualquier ruido externo, por lo que es necesario hacer uso de circuitos especializados que puedan manejar este tipo de señales, atenuando lo más posible el ruido en la señal, cada etapa tiene un propósito, por lo que es necesario conocer estas etapas para poder manipular la señal, además de hacer uso de baterías como fuente de alimentación ya que de otra forma también se mezclaba con el ruido generado por la línea de alimentación, dicho esto, es necesario considerar toda fuente de ruido para poder blindar el circuito y así obtener el resultado deseado.

García Fernández José Sergio

Fue necesario diseñar distintas etapas de amplificación y de filtrado para obtener una señal decente, ya que la señal del corazón es muy pequeña se deben considerar muchos factores para disminuir el ruido y obtener la señal lo más limpia posible. Un factor crítico fue la alimentación del circuito, la cual se efectuó por medio de baterías, aunque no es una señal ECG muy buena se puede decir que los resultados son considerables.