Настройка усилителя AD620 на примере электрокардиосигнала

Инструментальный усилитель используется для усиления малых дифференциальных сигналов с высокими сопротивлением источника. К таким сигналам относятся практически все биосигналы, такие как электрокардиосигнал, электроэнцефалосигнал, кожногальванический сигнал и другие. Инструментальные усилители выпускаются в интегральном исполнении, одной из таких микросхем является AD620.

Есть также удобные электронные модули на базе данной микросхемы, собранные вместе с блоком двухполярного питания и регулировочными потенциометрами. Об этих модулях пойдет речь в данной статье.

Проблема заключается в том, что настройка этого модуля требует точного задания двух параметров: Усиление и Сдвиг. И для малых сигналов это совсем не тривиальная задача.

Настройка модуля AD620

Систематизировав опыт настройки данного модуля для разных задач, удалось выработать универсальный алгоритм. Он приводит к желаемому результату, если выполнять все точно и аккуратно.
Настройка может осуществляться при помощи осциллографа или Ардуино. Второй способ представляется более практичным.

Сборка измерительного стенда

Для этого нужно вывод Vout подключить ко входу A0, Vin к 5V, GND к GND Ардуино.
Входной сигнал подключается к выводам S+, S- и GND модуля AD620.

В данной статье примером является электрокардиосигнал (ЭКГ сигнал), он представляет собой электрические проявления деятельности сердца и довольно информативен в диагностике.
Для этой цели можно использовать I стандартное отведение:

Настройка усилителя AD620 на примере электрокардиосигнала
Схема отведений ЭКГ (взято из сети Интернет)


S- подключается к правой руке, S+ к левой руке, а GND к удаленной от этих мест точке (стандартно к правой ноге). Как вариант – подключить к туловищу при помощи одноразовых электродов с липучкой в местах соединения рук и GND по центру на животе.

Программа для Ардуино

Для настройки модуля была написана специальная программа для Ардуино, которая регистрирует сигнал с заданным периодом дискретизации (Td). Он выбирается исходя из исследуемого сигнала. Чем быстрее он изменяется, тем меньше должен быть период. Для более точной настройки используется теорема Котельникова: Td <= 1/(2*fs), где fs – максимальная частота исследуемого сигнала.

// Программа настройки модуля AD620
// (c) Roman Isakov
// (c) LabData.ru

#define analogInPin  A0  
#define Td 10 // мс
int sensorValue = 0;    
uint32_t last_ms = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  last_ms = millis();
}

void loop() {
  if ((millis() - last_ms)>=Td) {
    sensorValue = analogRead(analogInPin);
    last_ms = millis();
    Serial.println(sensorValue);
  }
}

Алгоритм настройки модуля AD620

Алгоритм настройки состоит из следующих этапов:

  1. Переводим все регулировки в минимальное положение (выкрутить потенциометры против часовой стрелки до щелчков);
  2. Сдвигом уровня (потенциометром скраю модуля) довести сигнал выше 0 (выкручивать по часовой стрелки);
  3. Усилением довести сигнал до насыщения, выкручивая потенциометр по часовой стрелки. Насыщение характеризуется отсутствием изменения уровня в ответ на вращение регулировки. Значение будет в районе 750.
  4. Аккуратно уменьшать регулировку усиления (против часовой стрелки) до появления формы желаемого сигнала.
  5. Уменьшать сдвиг уровня сигнала до значений минимума сигнала немного выше нуля.
  6. Аккуратно отрегулировать усиление сигнала, чтобы диапазон его изменения занимал большую часть от 0 до уровня насыщения (на сколько возможно). Нужно дать возможность сигналу изменяться в этом пределе и при этом не выходить за отмеченный диапазон. Поэтому не стоит точно вписывать сигнал в этот диапазон. Реальные сигналы от разных людей будут разные!

В итоге получится настроить модуль для разных сигналов. Если этого не удалось, то проверьте все соединения.
На рисунке можно видеть пример полученного сигнал ЭКГ от настроенного модуля AD620.

Настройка усилителя AD620 на примере электрокардиосигнала
ЭКГ в плоттере последовательного порта

Как можно заметить, сигнал даже без фильтрации довольно качественный и показывает все элементы P-QRS-T комплекса!
Обязательно посмотрите весь процесс настройки в видеоинструкции на канале YouTube

Если возникнут вопросы, то пишщите в комментариях здесь, на канале YouTube или обращайтесь в группу ВК.

(с) Роман Исаков, 2021

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *