طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

[حمیدرضا رضایی]

برای طراحی LPF فعال با فرکانس قطع 200Hz دچار مشکل شدم. برای شکل موج سینوسی عالی جواب میده ولی برای شکل موج مورد نظرم(قلب) اصلا درست جواب نمیده و شکل موج رو دفرم میآکنه.(sallenKey و پ امپ op177)
به نظرتون چه چیزهایی رو باید تو طراحی در نظر بگیرم?

[jimiweber]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

خوب دفرم شدن به خاطر حذف هارمونیکای موثره دیگه. مثلاً هارمونیک سوم و ... فرکانس اصلی. توی سینوسی که هارمونیک نداره که بتونی این رو ببینی.

اگه بتونی شکل مدارت رو بذاری خوب میشه. اما در کل فکر می کنم فرکانس قطعت رو بذار جایی که حداقل هارمونیک سوم رو رد کنه.

می دونم هارمونیک سوم خوب نیست، اما شکل موج ECG هم اصلاً شکل سینوسی منظم نداره که اعوجاج روش معلوم باشه.

[حمیدرضا رضایی]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG



فرکانس موج 100Hz
فرکانس قطع فیلتر 200Hz

[jimiweber]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

می بینی که شکل پائینی نرم شده، نرم شدن هم یعنی اینکه فرکانس های بالا رو عبور نمیده. بنابراین فیلترت درسته. فقط فرکانس قطعت یه کم پائینه. اگه حد بالا برای فرکانس قطع خیلی پائینه فکر کنم بذار حدوداً 400 یا نهایت 500 تا هارمونیک 3 و 5 هم عبور کنه. اما اگه محدودیتت کم نیست هر چی بری بالا شکلت خوشگل تر در میاد

[حمیدرضا رضایی]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

اگه اینجوریه که دیگه نذارم سنگین تره!
من میآخوام فرکانس های بالای 200 یا نهایتا 300 حذف بشن.
به نظرت اگه فیلتر چند طبقه باشه چطور میشه؟

[jimiweber]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

اول یه سوال، این فرکانس 100 هرتز که می گی چی هست؟ فرکانسی که می خوای و برات مفیده؟ اگه اینطوری باشه که با همین فیلتر حله دیگه.

اما اگه این نباشه (چیز دیگه ای که احتمالاً اگه این نباشه می گی :mrgreen که مشکلی حل نشده.

فیلتر چند طبقه اگه سری بذاری که پائین ترین فرکانس قطع موثر میشه. اگه موازی بذاری هم که بالاترین موثر میشه. بنابراین تاثیری نداره. در هر صورت شکل موجی که بالای 200 هرتز نداشته باشه همینه.

البته اگه این پهنای باند کم بخاطر اینه که می خوای اون رو انتقال بدی، می تونی از روش های مدولاسیون استفاده کنی. مثلاً ECG رو مدوله کنی (مثلاً FM) و اون رو انتقال بدی. این جوری فکر نمی کنم مشکلی از نظر فرکانس بالا داشته باشی. تو گیرنده هم باز دمدوله کنی و ...

[حمیدرضا رضایی]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

قسمت مفید سیگنال ECG استخراجی، فرکانسی کمتر از 200Hz داره. بنا براین میآخوام بعد از دریافت سیگنال، قسمت های به درد نخور(نویز و ...) رو حذف کنم.قصد انتقال رو هم ندارم.یعنی دارم ولی تبدیل به دیجیتال میآکنم بعد انتقال میدم.
من برای طراحی فیلتر از برنامه Filter pro تگزاس اینسترومنت استفاده میآکنم.
یه سوال دیگه.رابطه ضریب کیفیت Q و شکل موج چیه؟

[jimiweber]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

قسمت مفید سیگنال ECG استخراجی، فرکانسی کمتر از 200Hz داره. بنا براین میآخوام بعد از دریافت سیگنال، قسمت های به درد نخور(نویز و ...) رو حذف کنم.قصد انتقال رو هم ندارم.یعنی دارم ولی تبدیل به دیجیتال میآکنم بعد انتقال میدم.

خوب پس اگه قسمت مفید همینه دیگه نیازی نیست نگران از ریخت و قیافه افتادن باشی :mrgreen:

اما برای انتقال، حالا دست خودته، اما اگه هدفت این باشه که موقع انتقال موج مربعی انتقال بدی، می تونی همین سیگنال رو مستقیم بدی به آی سی های VCO دار (مثل 4046) که مدولاسیون انجام بدن. این آی سی ها خروجیشون موج مربعیه که با تغییر ولتاژ، فرکانس این موج ( یا در واقع دیوتی سایکل) رو تغییر میده.

من برای طراحی فیلتر از برنامه Filter pro تگزاس اینسترومنت استفاده میآکنم.

متاسفانه با این نرم افزار کار نکردم. :angry:

یه سوال دیگه.رابطه ضریب کیفیت Q و شکل موج چیه؟

ارتباط مستقیم نداره. یعنی اینکه بگیم ضریب کیفیت مشخصاً روی شکل موج تاثیر میذاره نیست. اما ضریب کیفیت یه تعریفش هست نسبت فرکانس مرکزی به پهنای باند. که یعنی هرچی ضریب کیفیت بالاتر باشه، در واقع فرکانس های نزدیک تر به فرکانس مرکزی رو تقویت می کنه. می تونی با این عکس بهتر درک کنی منظورم رو:


ببین هرچی ضریب کیفیت بالاتر باشه، پهنای زنگوله (دلتا f) حوالی فرکانس مرکزی کمتر میشه. ضریب کیفیت بی نهایت هم یعنی پهنای باند 0. یعنی انقدر شکل موج دقیق میشه که فقط فرکانس مرکزی رو عبور میده

[حمیدرضا رضایی]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

خوب پس اگه قسمت مفید همینه دیگه نیازی نیست نگران از ریخت و قیافه افتادن باشی :mrgreen:

چرا.اتفاقا باید نگران باشم. چون نباید تغییری تو فرکانس های زیر 200 داشته باشم.
یه سری تغییر مدار دادم .شکلش بهتر شد ولی هنوز جای کار داره

[jimiweber]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

چرا.اتفاقا باید نگران باشم. چون نباید تغییری تو فرکانس های زیر 200 داشته باشم.
یه سری تغییر مدار دادم .شکلش بهتر شد ولی هنوز جای کار داره

خوب پس بهتره یه کم روی فیلترت کار کنی تا تیز تر بشه. من زیاد به طراحی فیلترها آشنا نیستم، اما فکر کنم فیلترهای دیجیتال تیزتر از فیلتر آنالوگ هستن.

[حمیدرضا رضایی]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG



از این مدار استفاده کردم. نمیآدونم چرا وقتی فرکانس رو تغییر میدم،شکل موج عوض میشه. بعضی وقت ها کاملا invert میشه :sad:
دیگه داره رو اعصاب راه میره

[jimiweber]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

از این مدار استفاده کردم. نمیآدونم چرا وقتی فرکانس رو تغییر میدم،شکل موج عوض میشه. بعضی وقت ها کاملا invert میشه :sad:
دیگه داره رو اعصاب راه میره

فرکانس رو تغییر میدی؟ متوجه نمی شم. یعنی چی؟

[حمیدرضا رضایی]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

یه فانکشن دارم که ECG هم تولید میکنه،فرکانسش هم قابل تغییره.
در ضمن تو مداری که شکلش رو گذاشتم، ورودی وارونگر پ امپ رو مستقیما به خروجی وصل نکرم.به جاش یه مقاومت 33 کیلو گذاشتم تا شکل موج درست شد. وقتی مستقیم بود، شکل موجی که گذاشتم به دست میومد

[jimiweber]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

از این مدار استفاده کردم. نمیآدونم چرا وقتی فرکانس رو تغییر میدم،شکل موج عوض میشه. بعضی وقت ها کاملا invert میشه :sad:
دیگه داره رو اعصاب راه میره

دقیق متوجه نشدم منظورت چیه، اما اون چیزی که متوجه شدم اینه که فرکانس ECG رو تغییر میدی و میگی خروجی فیلتر خراب میشه. درسته؟
خوب اگه فرکانس اصلی ECG عوض بشه، طبیعتاً هارمونیکهاش هم تغییر می کنه، و وقتی از فیلترت عبور می کنه باید شکلش هم عوش بشه. مخصوصاً اگه فرکانس مرکزی رو از 200 رد کنی، چون هامونیکای کسری (نصف، یک چهارم و...) میاد تو باید شکلت خیلی خیلی عوض بشه.

در ضمن تو مداری که شکلش رو گذاشتم، ورودی وارونگر پ امپ رو مستقیما به خروجی وصل نکرم.به جاش یه مقاومت 33 کیلو گذاشتم تا شکل موج درست شد. وقتی مستقیم بود، شکل موجی که گذاشتم به دست میومد

ببین محاسبه تابع تبدیل اینا خیلی سادست ها. البته نه با این عددای درب و داغون. اما به نظرم میرسه اگه پایه منفی مستقیم وصل شده، برای تاکید به بافر بودنه. چون تو تقویت کننده معمولی اپ امپی، اگه منفی مستقیم به خروجی وصل بشه میشه دقیقاً بافر. فکر می کنم این رو خود برنامه پیشنهاد کرده، نه؟
فکر می کنم دلیلش همینه که gain رو واست زده 1. اما تو وقتی اون مقاومت رو گذاشتی، دیگه حالت بافری رو از بین بردی، و احتمالاً با یه کم تقویت باعث شدی شکل موجت بهتر بشه.

[حمیدرضا رضایی]

پاسخ : طراحی فیلتر پایین گذر 200Hz برای ECG

دقیقا درست گفتی.توی فیلتر ها معمولا گین رو 1 در نظر میآگیرن و از پ امپ به صورت بافر استفاده میآکنن.
الان به این نتیجه رسیدم که توپولوژی شالن کی اصلا به درد این کار نمیآخوره.
الان فیلتر ساده (همون فیلتر passive که مستقیما به پ امپ وصل شده) رو امتحان کردم. نتیجش خیلی خیلی بهتر بود.
میآخوام آرایش مولتی فیدبک رو هم امتحان کنم.
راستی هیچ آموزشی،کتابی،مقاله ای،چیزی در مورد طراحی LPF وجود نداره؟(البته به زبان شیرین فارسی!)