ing. biomedica - lab_3.pdf

5/21/2018 Ing. Biomedica - Lab_3.pdf

1/32

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

Facultad de Ingeniera de Produccin y Servicios

Escuela Profesional De Ingeniera Electrnica

Docente :Ing. Erasmo Sulla Espinoza

Turno :Jueves 9:00 11:00

Alumnos :Luna U., Gabriel

Ingeniera BiomdicaLaboratorio Adquisicin de Datos


2/32

Ingeniera Biomdica

Laboratorio Adquisicin de Datos Pgina 2

ndice:

ndice: ...............................................................................................................................................................2

Introduccin: ....................................................................................................................................................3

Derivaciones: ....................................................................................................................................................5

Movimientos oculares ..........................................................................................................................................5

Electromiografa .......................................................................................................................................................6

Caractersticas elctricas ......................................................................................................................................7

Electrocardiograma ..................................................................................................................................................7

Electroencefalografa................................................................................................................................................8

Amplificador de Instrumentacin: ..................................................................................................................8

Filtros: ............................................................................................................................................................ 14

Filtro elimina banda: .............................................................................................................................................. 16

Amplificacin Complementaria: ................................................................................................................... 18

Ganancia de corriente i ................................................................................................................................... 19

Ganancia de potencia P ................................................................................................................................... 19

ADC: ............................................................................................................................................................... 20

Convertidor Analgico A Digital ........................................................................................................................ 20

Caractersticas Bsicas ....................................................................................................................................... 22

Interfaz a la PC: ............................................................................................................................................. 23

USB: ................................................................................................................................................................... 23

Serial .................................................................................................................................................................. 24

Audio ................................................................................................................................................................. 26

Presentacin de los Datos: ........................................................................................................................... 27

Removing Wideband Noise ........................................................................................................................... 29

Bibliografa: ................................................................................................................................................... 31


3/32

Ingeniera Biomdica


Introduccin:

La adquisicin de datos o adquisicin de seales, consiste en la toma de muestras del mundo real

(sistema analgico) para generar datos que puedan ser manipulados por un ordenador u otras

electrnicas (sistema digital). Consiste, en tomar un conjunto de seales fsicas, convertirlas en

tensiones elctricas ydigitalizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora oPAC.Se

requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la seal a niveles compatibles con el elemento

que hace la transformacin a seal digital. El elemento que hace dicha transformacin es el mdulo

de digitalizacin o tarjeta de Adquisicin de Datos (DAQ).

Dato: Representacin simblica (numrica, alfabtica...), atributo o caracterstica de un valor. No

tiene sentido en s mismo, pero convenientemente tratado (procesado) se puede utilizar en larelacin de clculos o toma de decisiones.

Adquisicin: Recogida de un conjunto de variables fsicas, conversin en voltaje y digitalizacin de

manera que se puedan procesar en un ordenador.

Sistema: Conjunto organizado de dispositivos que interactan entre s ofreciendo prestaciones ms

completas y de ms alto nivel. Una vez que las seales elctricas se transformaron en digitales, se

envan a travs del bus de datos a la memoria del PC. Una vez los datos estn en memoria pueden

procesarse con una aplicacin adecuada, archivarlas en el disco duro, visualizarlas en la pantalla, etc...

Bit de resolucin: Nmero de bits que el convertidor analgico a digital (ADC) utiliza para representar

una seal.

Rango: Valores mximo y mnimo entre los que el sensor, instrumento o dispositivo funcionan bajo

unas especificaciones.

Teorema de Nyquist: Al muestrear una seal, la frecuencia de muestreo debe ser mayor que dos

veces el ancho de banda de la seal de entrada, para poder reconstruir la seal original de forma

exacta a partir de sus muestras. En caso contrario, aparecer el fenmeno del aliasing que se produce
http://es.wikipedia.org/wiki/Digitalizarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_de_Automatizaci%C3%B3n_Programablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Bus_de_datoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Bus_de_datoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_de_Automatizaci%C3%B3n_Programablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Digitalizar


4/32

Ingeniera Biomdica


al infra-muestrear. Si la seal sufre aliasing, es imposible recuperar el original. Velocidad de muestreo

recomendada:

2*frecuencia mayor (medida de frecuencia)

10*frecuencia mayor (detalle de la forma de onda)

Los componentes de los sistemas de adquisicin de datos, poseen sensores adecuados que convierten

cualquier parmetro de medicin de una seal elctrica, que se adquiriere por el hardware de

adquisicin de datos. Los datos adquiridos se visualizan, analizan, y almacenan en un ordenador, ya

sea utilizando el proveedor de software suministrado u otro software. Los controles y visualizaciones

se pueden desarrollar utilizando varios lenguajes de programacin de propsito general como

VisualBASIC, C++, Fortran, Java, Lisp, Pascal. Los lenguajes especializados de programacin utilizados

para la adquisicin de datos incluyen EPICS, utilizada en la construccin de grandes sistemas de

adquisicin de datos, LabVIEW,que ofrece un entorno grfico de programacin optimizado para la

adquisicin de datos, y MATLAB. Estos entornos de adquisicin proporcionan un lenguaje de

programacin adems de bibliotecas y herramientas para la adquisicin de datos y posterior anlisis.

De la misma manera que se toma una seal elctrica y se transforma en una digital para enviarla al

ordenador, se puede tambin tomar una seal digital o binaria y convertirla en una elctrica. En este

caso el elemento que hace la transformacin es una tarjeta o mdulo de Adquisicin de Datos de

salida, o tarjeta de control. La seal dentro de la memoria del PC la genera un programa adecuado a

las aplicaciones que quiere el usuario y, luego de procesarla, es recibida por mecanismos que ejecutan

movimientos mecnicos, a travs de servomecanismos, que tambin son del tipo transductores.

Un sistema tpico de adquisicin utiliza sensores, transductores, amplificadores, convertidores

analgico - digital (A/D) y digital - analgico (D/A), para procesar informacin acerca de un sistemafsico de forma digitalizada.
http://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_programaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=EPICS&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/LabVIEWhttp://es.wikipedia.org/wiki/MATLABhttp://es.wikipedia.org/wiki/MATLABhttp://es.wikipedia.org/wiki/LabVIEWhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=EPICS&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_programaci%C3%B3n


5/32

Ingeniera Biomdica


Derivaciones:

El electrooculograma (EOG) es un examen que consiste en colocar pequeoselectrodos cerca de los

msculos de los ojos para medir el movimiento de stos. Este examen es utilizado en la

polisomnografa.

En condiciones habituales existe una diferencia de potencial de aproximadamente de 0,4 a 5 mV

entre lacrnea y la membrana de Bruch situada en la parte posterior delojo.

El origen de esta diferencia se encuentra en el epitelio pigmentario de la retina y permite considerar

la presencia de undipolo,el cual puede ser representado por unvector cuyo brazo coincide con el eje

anteroposterior del globo ocular, donde la crnea corresponde al extremo positivo y la retina al

extremo negativo de dicho dipolo.

Ahora bien, el potencial producido por este dipolo es susceptible de ser registrado a travs de

sistemas de registro tanto unipolares como bipolares, mediante la colocacin de electrodos en lapiel

cercana al ojo. Al medir el potencial producido por un dipolo, la magnitud (voltaje) y polaridad del

potencial registrado dependern, en gran medida, de la angulacin del dipolo con respecto a los

electrodos pertenecientes a dichos sistemas de registro.

Movimientos oculares

Existen cuatro tipos de movimientos oculares, cada uno controlado por un sistema neural distinto

pero que comparten la misma va final comn, las neuronas motoras que llegan a los msculos

extraoculares.

Los movimientos sacdicos: movimientos sbitos y enrgicos de tipo espasmdico, ocurren

cuando la mirada cambia de un objeto a otro. Colocan nuevos objetos de inters en lafvea y

disminuyen la adaptacin en la va visual, que podra ocurrir si la mirada se fijara en un solo

objeto por perodos prolongados.

Los movimientos suaves de persecucin (de bsqueda): movimientos oculares de seguimiento

que se producen cuando se observa un objeto en movimiento.
http://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%BAsculohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ojohttp://es.wikipedia.org/wiki/Polisomnograf%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3rneahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ojohttp://es.wikipedia.org/wiki/Retinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Dipolohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vectorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Globo_ocularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Pielhttp://es.wikipedia.org/wiki/Neuronahttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3veahttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3veahttp://es.wikipedia.org/wiki/Neuronahttp://es.wikipedia.org/wiki/Pielhttp://es.wikipedia.org/wiki/Globo_ocularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vectorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Dipolohttp://es.wikipedia.org/wiki/Retinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ojohttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3rneahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Polisomnograf%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ojohttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%BAsculohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodo


6/32

Ingeniera Biomdica


Los movimientos vestibulares (movimientos de ajuste): ocurren como respuesta a estmulos

iniciados en los conductos semicirculares, para mantener la fijacin visual mientras se mueve

la cabeza.

Los movimientos de convergencia: aproximan los ejes visuales entre s cuando se enfoca la

atencin en objetos cercanos al observador.

Aun cuando una persona se fije en un objeto estacionario, sus ojos no estn inmviles, sino

que exhiben muy pequeos movimientos involuntarios. Hay tres tipos de movimientos

involuntarios: vibracin, saltos lentos y golpeteos.

Vibracin: una serie de pequeas vibraciones de los ojos entre 30-80Hz (ciclos/s).

Saltos lentos: movimientos involuntarios que resultan en movimiento de saltos de los ojos;

estos saltos significan que aunque los objetos estn estacionarios, la imagen salta a travs de

la fvea.

Movimientos de golpeteo (microsacdicos): como la imagen salta en el extremo de la fvea, el

tercer mecanismo involuntario causa un reflejo de salto del globo ocular de tal manera que la

imagen es proyectada nuevamente hacia la fvea.

Electromiografa

Electromiografa (EMG) es una tcnica para la evaluacin y registro de la actividad elctrica producida

por los msculos esquelticos. El EMG se desarrolla utilizando un instrumento mdico llamado

electromigrafo, para producir un registro llamado electromiograma. Un electromigrafo detecta la

energa potencial generada por las clulas musculares, cuando stas son activadas neuralmente o
http://es.wikipedia.org/wiki/Herciohttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%BAsculos_esquel%C3%A9ticoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%BAsculos_esquel%C3%A9ticoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Hercio


7/32

Ingeniera Biomdica


elctricamente, las seales pueden ser analizadas para detectar anormalidades y el nivel de activacin

o analizar labiomecnica del movimiento de un humano o un animal.

Caractersticas elctricas

La fuente elctrica es el potencial de la membrana muscular de ms o menos -90 mV., midiendo los

rangos potenciales de EMG de menores a mayores rangos entre 50 V hasta 20 o 30mV,

dependiendo del msculo en observacin.

El rango tpico de repeticin de una unidad motora muscular es de alrededor 720 Hz dependiendo

del tamao del msculo. El dao a las unidades esperadas puede ser entre rangos de 450 y 780 mV.

Electrocardiograma

El electrocardiograma (ECG/EKG, del alemn Elektrokardiogramm) es la representacin grfica de la

actividad elctrica delcorazn,que se obtiene con unelectrocardigrafo en forma de cinta continua.

Es el instrumento principal de laelectrofisiologa cardaca y tiene una funcin relevante en el cribadoy diagnstico de las enfermedades cardiovasculares, alteraciones metablicas y la predisposicin a

unamuerte sbita cardiaca.Tambin es til para saber la duracin delciclo cardaco.

El electrocardiograma tiene la ventaja de ser un procedimiento mdico con resultados disponibles

inmediatamente, no es invasiva y es econmica.
http://es.wikipedia.org/wiki/Biomec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Coraz%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrocardi%C3%B3grafohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrofisiolog%C3%ADa_card%C3%ADacahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cardiopat%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Muerte_s%C3%BAbita_cardiacahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_card%C3%ADacohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_card%C3%ADacohttp://es.wikipedia.org/wiki/Muerte_s%C3%BAbita_cardiacahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cardiopat%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrofisiolog%C3%ADa_card%C3%ADacahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrocardi%C3%B3grafohttp://es.wikipedia.org/wiki/Coraz%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Biomec%C3%A1nica


8/32

Ingeniera Biomdica


Electroencefalografa

Punta-onda lentaepilptico en descargas monitorizadas con EEG.

La electroencefalografa (EEG) es una exploracin neurofisiolgica que se basa en el registro de la

actividad bioelctrica cerebral en condiciones basales de reposo, en vigilia o sueo, y durante diversas

activaciones (habitualmente hiperpnea y estimulacin luminosa intermitente) mediante un equipo de

electroencefalografia (producto sanitario).

Amplificador de Instrumentacin:

Los amplificadores constituyen un componente muy importante en los sistemas de

bioinstrumentacin; sus caractersticas deben ajustarse a las condiciones impuestas por la seal a

amplificar y al entorno fsico de aplicacin.

Un amplificador de instrumentacin es un dispositivo creado a partir deamplificadores operacionales.

Est diseado para tener una altaimpedancia de entrada y un altorechazo al modo comn (CMRR).

Se puede construir a base de componentes discretos o se puede encontrarencapsulado (por ejemplo

el INA114) o el AD620.
http://es.wikipedia.org/wiki/Epilepsiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Neurofisiolog%C3%ADa_cl%C3%ADnicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Producto_sanitariohttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacionalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Rechazo_al_modo_com%C3%BAnhttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Spike-waves.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Rechazo_al_modo_com%C3%BAnhttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacionalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Producto_sanitariohttp://es.wikipedia.org/wiki/Neurofisiolog%C3%ADa_cl%C3%ADnicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Epilepsia


9/32

Ingeniera Biomdica


La operacin que realiza es laresta de sus dos entradas multiplicada por un factor.

Su utilizacin es comn en aparatos que trabajan con seales muy dbiles, tales como equipos

mdicos (por ejemplo, el electrocardiograma), para minimizar el error de medida.

Los siguientes son algunos de los procesos en los que se pueden presentar el acondicionamiento de

una seal.

Convertir las variaciones de una variable fsica a un tipo de seal adecuado.

Podemos mencionar el caso que hemos realizado al convertir variaciones de resistencia, en

variaciones de voltaje, para ello hemos utilizado un puente un simple divisor de voltaje del cual

aprovechamos dos caractersticas.

La conversin de resistencia a voltaje

La linealizacin de la respuesta del termistor

Obtencin del nivel adecuado de la seal.

Como segundo caso podemos considerarla seal de un termopar. Donde el voltaje de salida es de

unos cuantos milivolts. Si esta seal se pretende utilizar en ambientes con ruido elctrico,

generalmente este ruido tiene una mayor amplitud que la respuesta del propio termopar, as que se

debe de amplificar de manera diferencial este tipo de seal con el objetivo de reducir los posibles

errores al momento de amplificar la seal. As generalmente la seal se amplifica para pasar de

algunos milivolts a otra de volts.

En la etapa de amplificacin es muy comn utilizar amplificadores operacionales o de

instrumentacin.

Eliminacin o reduccin de ruido.
http://es.wikipedia.org/wiki/Restahttp://es.wikipedia.org/wiki/Resta


10/32

Ingeniera Biomdica


En esta etapa del proceso de acondicionamiento de seal generalmente se utilizan filtros, los cuales

se vern ms adelante.

Manipulacin de la seal

Un ejemplo clsico de la manipulacin de la seal, es convertir una seal no lineal en una funcin

lineal. Como hemos visto algunos de los sensores producen seales que nos son lineales. En estos

casos debemos de utilizar circuitos acondicionadores de seal capaces de convertir esta variable en

una funcin lineal o casi lineal de la variable fsica a medir.

A continuacin se presenta la etapa de amplificacin de la seal, en esta prctica se utilizar el

amplificador de instrumentacin bsico construido en el laboratorio, y un amplificador de

instrumentacin de circuito integrado.

El amplificador de instrumentacin bsico

El amplificador de instrumentacin es uno de los circuitos ms tiles, precisos y verstiles disponibles

en la actualidad. En cada unidad de adquisicin de datos se encuentra al menos uno de ellos. Esta

hecho de 3 amplificadores operacionales y 7 resistencias como se observa en la siguiente

, si se observa a detalle, se puede ver que este amplificador esta basado en un amplificador aislador y

un amplificador diferencial bsico.


11/32

Ingeniera Biomdica


El amplificador diferencial y sus 4 resistencias iguales, forman un amplificador diferencial con

ganancia unitaria.

En un amplificador de instrumentacin una sola resistencia define la ganancia del amplificador de

acuerdo a la ecuacin:

Donde

y

De aqu se observa que para cambiar la ganancia del amplificador, solo tiene que ajustarse la

resistencia Ry el voltaje de salida del circuito es proporcional a la diferencia entre los voltajes de

entrada.

En un amplificador de instrumentacin tpico se utilizan 3 amplificadores operacionales dispuestos de

acuerdo a la

Error! No se encuentra el origen de la referencia. a diferencia del amplificador diferencial que solo

utiliza 1 amplificador operacional, este tipo de circuitos cuentan con caractersticas muy

sobresalientes como:

Impedancia de entrada de 300 M


12/32

Ingeniera Biomdica


La ganancia de voltaje desde la entrada diferencial a la salida de extremo nico, se establece con una

resistencia.

La resistencia de entrada de ambas entradas es muy alta y no cambia al variar la resistencia.

El voltaje de salida Vout no depende del voltaje comn a Vin1 y Vin2, solo a su diferencia.

Excelente RRMC de ms de 100 decibeles

El Amplificador de instrumentacin AD620

Al implementar un amplificador de instrumentacin con componentes discretos, es muy difcil

encontrar componentes que sean del mismo valor como es el caso de las resistencias, o bien que el

voltaje de offset sea muy cercano a cero en el caso de los amplificadores operacionales.

El amplificador de instrumentacin de circuito integrado es un circuito que esta construido

internamente de manera muy similar al circuito de la figura 3.1, sin embargo en la fabricacin de este

circuito los componentes fueron diseados para tener solo pequeas variaciones, las cuales hacen

que el circuito funcione de manera adecuada en amplios rangos de ganancia y voltajes de operacin.

Adicionalmente muchos de los amplificadores de instrumentacin durante su produccin cuentan con

un control de calidad donde se prueban las caractersticas de operacin de los amplificadores de

instrumentacin.

Un amplificador de alta relacin costo/desempeo, es el amplificador AD620 del cual podemos

mencionar las siguientes caractersticas generales:

La ganancia de voltaje es de 1 a 10,000

La ganancia se coloca utilizando una sola resistencia

Opera con voltajes BIPOLARES de +- 2.3 a +- 18 volts

Disponible en empaquetado de 8 pines

Consumo de 1.3 mA


13/32

Ingeniera Biomdica


El desempeo en DC es excelente ya que solo tiene un mximo de 50 uV de offset

Desvo mximo de 0.6 uV/C

En AC tiene un ancho de banda de 120 Khz. con una ganancia de 100

Dentro de las aplicaciones donde se utiliza se encuentran:

Instrumentacin mdica

Basculas electrnicas

Amplificacin de transductores

Etc.

El diagrama de terminales se presenta a continuacin:

El diagrama de terminales corresponde a un amplificador de INSTRUMENTACIN donde la

salida esta dada por la ecuacin:

Donde:

- El voltaje de entrada es el voltaje diferencial entre las terminalesIN y +IN

- La ganancia AV esta dada por la ecuacin


14/32

Ingeniera Biomdica



15/32

Ingeniera Biomdica


Filtros:

El fin del filtro es eliminar las seales no deseadas de la seal que estamos observando. Por ejemplo,

en las seales cuasi-continuas, (como la temperatura) se usa un filtro de ruido de unos 4 Hz, que

eliminar interferencias, incluidos los 50/60 Hz de la red elctrica.

Las seales alternas, tales como la vibracin, necesitan un tipo distinto de filtro, conocido como filtro

antialiasing, que es un filtro pasabajo pero con un corte muy brusco, que elimina totalmente las

seales de mayor frecuencia que la mxima a medir, ya que se si no se eliminasen apareceran

superpuestas a la seal medida, con el consiguiente error.

Filtros activos:

Los filtros activos se diferencian de los filtros comunes, en que estos ltimos son slo combinacin de

resistencias, capacitores e inductores.

En un filtro comn, la salida es de menor magnitud que la entrada.

En cambio los filtros activos se componen de resistores, capacitores y dispositivos activos como

Amplificadores Operacionales o transistores.

En un filtro activo la salida puede ser de igual o de mayor magnitud que la entrada.

Filtro activo pasa banda con Amplificador Operacional


16/32

Ingeniera Biomdica


Tipos de filtros:

El filtro Pasa Banda:

El filtro Pasa Banda tiene la siguiente curva de respuesta de frecuencia. Dejar pasar todas lastensiones de la seal de entrada que tengan frecuencias entre la frecuencia de corte inferior f1 y la de

corte superior f2. Las tensiones fuera de este rango de frecuencias sern atenuadas y sern menores

al 70.7 % de la tensin de entrada. La frecuencia central de este tipo de filtro se obtiene con la

siguiente frmula:

fo = 1 / * 2C x (R3R)1/2+

Curva de respuesta de un filtro pasa banda.

Si se seleccionan los capacitores y resistores de modo que: C1 = C2 = C y R1 = R2 = R

El ancho de banda ser: BW = f2 - f1 = 1.41 R / [ CR3 (R3R)1/2 ]

El factor de calidad Q = fo / BW.

Las lneas discontinuas verticales sobre f1 y f2 y la lnea horizontal del 70.7% representan la respuesta

de un filtro pasa banda ideal.

Nota: F1 y f2 (frecuencias de corte) son puntos en la curva de transferencia en que salida ha cado 3

dB (decibeles) desde su valor mximo.


17/32

Ingeniera Biomdica


Filtro elimina banda:

El filtro suprime banda, filtro elimina banda, filtro notch, filtro trampa o filtro de rechazo de banda es

un filtro electrnico que no permite el paso de seales cuyas frecuencias se encuentran

comprendidas entre las frecuencias de corte superior e inferior.

Diagrama de Bode:

Pueden implementarse de diversas formas. Una de ellas consistir en dos filtros, uno paso bajo cuya

frecuencia de corte sea la inferior del filtro elimina banda y otro paso alto cuya frecuencia de corte

sea la superior del filtro elimina banda. Como ambos son sistemas lineales e invariantes, la respuesta

en frecuencia de un filtro banda eliminada se puede obtener como la suma de la respuesta paso bajo

y la respuesta paso alto (hay que tener en cuenta que ambas respuestas no deben estar solapadas

para que el filtro elimine la banda que interese suprimir), ello se implementar mediante un sumador

analgico, hecho habitualmente con un amplificador operacional.
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Passive_Band-stop_filter_Bode_Plot.PNGhttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Passive_Band-stop_filter_Bode_Plot.PNG


18/32

Ingeniera Biomdica


Otra forma ms sencilla, si bien presenta una respuesta en frecuencia menos selectiva, sera la de

colocar lo que se conoce como "circuito trampa". En efecto, si unimos las dos bornas (la considerada

activo y la considerada masa) con un dipolo resonante LC serie o paralelo, la respuesta global sera la

de un filtro elimina banda (el mnimo de la respuesta estara en la frecuencia de resonancia del dipolo

resonante).


19/32

Ingeniera Biomdica


Amplificacin Complementaria:

Los amplificadores son circuitos que se utilizan a aumentar (amplificar) el valor de la seal de

entrada (generalmente muy pequea) y as obtener una seal a la salida con una amplitud mucho

mayor a la seal original.

Entrada Salida

Smbolo de un amplificador

Algunas veces la amplificacin puede causar que la seal a la salida del amplificador salga

distorsionada causada por una amplificacin muy grande.

Hay que tomar en cuenta que un amplificador no puede tener en su salida niveles de voltaje

mayores a los que la fuente de alimentacin, que lo alimenta, le puede dar.

Ejemplo: Si el amplificador es alimentado por 12 Voltios. La seal de salida no podr tener un voltaje

mayor a este.

Nota: Para aumentar la potencia de salida de un amplificador normalmente se aumenta la cantidad

de corriente que ste puede suministrar. Acordarse que:

P (potencia) = V (voltaje) x I (corriente)

Si no puede aumentar el voltaje hay que aumentar la

corriente.

Un caso muy comn de amplificador es el que usa

transistores bipolares, hay otros que utilizan amplificadores operacionales, tubos o vlvulas

electrnicas,FETs, etc.

En el caso que se muestra en los diagramas, se ve que la

seal de salida (diagrama inferior) es mayor que la de la

entrada (diagrama inferior), pero adicionalmente est

invertida.

Caso algunas veces se presenta en amplificadores y se llaman amplificadores inversores
http://www.unicrom.com/Tut_Fet.asphttp://www.unicrom.com/Tut_Fet.asphttp://www.unicrom.com/Tut_Fet.asphttp://www.unicrom.com/Tut_Fet.asp


20/32

Ingeniera Biomdica


Ganancia de corriente i

La ganancia de corriente se obtiene del cociente de la corriente de salida del amplificador entre la

corriente en los terminales de entrada.

i = isal / ient

Ejemplo: Si se tiene un amplificador con ganancia de corriente igual a 500 (i = 500), se le aplica a

una carga de 200 ohmios y si la corriente de entrada ient = 10 uA. Cul es la tensin en la carga?

- Primero se obtiene la corriente de salida:

isal = i x ient= 500x10 uA = 5000 uA = 5 mA

- La tensin en la carga ser:

Vsal = 200 x isal = 200 ohmios x 5mA = 1000 mV = 1 voltio

Ganancia de potencia P

La ganancia de potencia se obtiene del cociente de la potencia entregada en los terminales de salida

y la potencia recibida en los terminales de entrada.

P = Psal / Pent

Ejemplo: utilizando el mismo ejemplo anterior y suponiendo que a la entrada del amplificador exista

una resistencia de 1K, calcular P .

Potencia de entrada:

Pent = I2R = (10 uA)2 x R = 0.1 uW (microWatts / microvatios)

Potencia de salida:

Psal = V * I = 1 Voltio x 5 mA = 5 mW (miliwatts / milivatios)

Entonces la ganancia de potencia:

P = Psal / Pent = 5 mW / 0.1 uW = 50,000


21/32

Ingeniera Biomdica


ADC:

Realizan el paso de seales analgicas a digitales asignando a cada nivel de tensin un nmero digital

para ser utilizado por el sistema de procesamiento. Las caractersticas fundamentales de un

convertidor AD son la precisin y la velocidad. En el mbito industrial son bastante comunes los

conversores de 4, 8, 10 y 12 bits aunque la tendencia es a convertidores de mayor precisin (14 16

bits). La velocidad de conversin depende de las necesidades de la aplicacin pero hay que tener en

cuenta que est en contraposicin con la precisin. Por ltimo, un factor a tener en cuenta en la

eleccin de un convertidor AD es la tecnologa utilizada (aproximacin sucesiva, Flash, Pipeline,

Sigma-Delta) que depender de las necesidades de precisin y velocidad.

Convertidor Analgico A Digital

Los convertidores de este tipo se representan en un grfico de, voltaje de entrada analgica Vs.

Palabra en la salida digital, y esta palabra depender del nmero de bits del convertidor.

Conociendo el nmero de Bits, se puede encontrar el nmero mximo de palabras diferentes que

puede proporcionar la salida digital.

La Resolucin es entonces = 2

Donde a = nmero de bits. As que para un convertidor de 4 Bits en la salida a = 4 : Y sern 16

diferentes palabras incluyendo el cero.


22/32

Ingeniera Biomdica


Nota: Es el nmero de bits que tiene la palabra de salida del convertidor, y por tanto es el nmero de

pasos que admite el convertidor. As un convertidor de 8 bits slo podr dar a la salida 28 = 256

valores posibles.

Existe otra resolucin que se define como la razn de cambio del valor en el voltaje de entrada,

Vent. Que se requiere para cambiar en 1LSB la salida digital. Esto es cuando se conoce el valor de

Vin, a escala completa. El voltaje de entrada a escala completa Vin, es proporcionado por el

fabricante en sus hojas de especificaciones.

Entonces Vin es el valor mximo presente en la entrada anloga, para proporcionar UNOS lgicos en

todas las salidas de Bit digitales.

Resolucin = 2 - 1

Restando solo la manera de encontrar una ecuacin de entrada salida, para facilitar rpidamente la

palabra digital, incluso en forma decimal, que entrega el convertidor.

Nota: La tensin de fondo de escala depende del tipo de convertidor, pero normalmente se fija a

nuestro gusto, en forma de una tensin de referencia externa, (aunque en algunos casos, como el del

convertidor ADC 0804 la tensin de fondo de escala es el doble de la tensin de referencia). Por

ejemplo, un convertidor de 8 bits con una tensin de fondo de escala de 2V tendr una resolucin de:

En cambio, para el mismo convertidor, si cambiamos la tensin de referencia, y por tanto la de fondo

de escala, la resolucin ser de:


23/32

Ingeniera Biomdica


Caractersticas Bsicas

Impedancia de entrada

Rango de entrada

Nmero de bits

Resolucin

Tensin de fondo de escala

Tiempo de conversin

Error de conversin

Tiempo de conversin: Es el tiempo que tarda en realizar una medida el convertidor en concreto, y

depender de la tecnologa de medida empleada. Evidentemente nos da una cota mxima de la

frecuencia de la seal a medir.

Este tiempo se mide como el transcurrido desde que el convertidor recibe una seal de inicio de

conversin (normalmente llamada SOC, Start of Conversin) hasta que en la salida aparece un dato

vlido. Para que tengamos constancia de un dato vlido tenemos dos caminos:

Esperar el tiempo de conversin mximo que aparece en la hoja de caractersticas.

Esperar a que el convertidor nos enve una seal de fin de conversin.


24/32

Ingeniera Biomdica


Interfaz a la PC:

USB:

El Universal Serial Bus (bus universal en serie), abreviado comnmente USB, es unpuerto que sirve

para conectar perifricos a unordenador.Fue creado en1996 por siete empresas (que actualmente

forman el consejo directivo): IBM, Intel, Northern Telecom, Compaq, Microsoft, Digital

EquipmentCorporation yNEC.1

El diseo delUSB tena en mente eliminar la necesidad de adquirir tarjetas separadas para poner en

los puertosbus ISA oPCI,y mejorar las capacidadesplug-and-play permitiendo a esos dispositivos ser

conectados o desconectados al sistema sin necesidad de reiniciar. Sin embargo, en aplicaciones donde

se necesita ancho de banda para grandes transferencias de datos, o si se necesita una latencia baja,

los buses PCI oPCIe salen ganando. Igualmente sucede si la aplicacin requiere de robustez industrial.

A favor del busUSB,cabe decir que cuando se conecta un nuevo dispositivo, el servidor lo enumera y

agrega el software necesario para que pueda funcionar (esto depender ciertamente del sistema

operativo que se est usando).

Tipo Computer Hardware Bus

Fabricante Intel, Compaq, Microsoft, NEC, Digital EquipmentCorporation, IBM,

Nortel

Especificaciones

Longitud 5 metros (mximo)

Ancho 11.5 mm (A-plug), 8.45 mm (B-plug),

Alto 4.5 mm (A-plug), 7.78 mm (B-plug, pre-v3.0)

Conectable en caliente Yes

Externo Yes

Electrico 5 volt CC

Voltaje mximo 5 volts

Corriente mxima 500 mA (hasta 1 A el USB 3.0: 5 vatios)
http://es.wikipedia.org/wiki/Puerto_%28inform%C3%A1tica%29http://es.wikipedia.org/wiki/Ordenadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/1996http://es.wikipedia.org/wiki/IBMhttp://es.wikipedia.org/wiki/Intelhttp://es.wikipedia.org/wiki/Nortelhttp://es.wikipedia.org/wiki/Compaqhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microsofthttp://es.wikipedia.org/wiki/Digital_Equipment_Corporationhttp://es.wikipedia.org/wiki/Digital_Equipment_Corporationhttp://es.wikipedia.org/wiki/NEC_Corporationhttp://es.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus#cite_note-0http://es.wikipedia.org/wiki/USBhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bus_ISAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bus_PCIhttp://es.wikipedia.org/wiki/Plug-and-playhttp://es.wikipedia.org/wiki/Latenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/PCIehttp://es.wikipedia.org/wiki/USBhttp://es.wikipedia.org/wiki/Softwarehttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_operativohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_operativohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_operativohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_operativohttp://es.wikipedia.org/wiki/Softwarehttp://es.wikipedia.org/wiki/USBhttp://es.wikipedia.org/wiki/PCIehttp://es.wikipedia.org/wiki/Latenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Plug-and-playhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bus_PCIhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bus_ISAhttp://es.wikipedia.org/wiki/USBhttp://es.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus#cite_note-0http://es.wikipedia.org/wiki/NEC_Corporationhttp://es.wikipedia.org/wiki/Digital_Equipment_Corporationhttp://es.wikipedia.org/wiki/Digital_Equipment_Corporationhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microsofthttp://es.wikipedia.org/wiki/Compaqhttp://es.wikipedia.org/wiki/Nortelhttp://es.wikipedia.org/wiki/Intelhttp://es.wikipedia.org/wiki/IBMhttp://es.wikipedia.org/wiki/1996http://es.wikipedia.org/wiki/Ordenadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Puerto_%28inform%C3%A1tica%29


25/32

Ingeniera Biomdica


Seal de Datos Packet data, defined by specifications

Ancho 1 bit

Ancho de banda 1.5-480 Mb/s (y USB 3.0: 10 veces mayor)

Max n dispositivos 127

Protocolo Serial

Cable 4 wires

Pines 4 (1 supply, 2 data, 1 ground)

Conector Unique

Serial

El Puerto Serie es ms difcil de hacer interactuar con dispositivos externos que el Puerto Paralelo. En

la mayora de las ocasiones, incluso, cualquier comunicacin realizada a travs del Puerto Serie ser

convertida en una comunicacin paralela antes de ser empleada. Esto se logra con una UART (

UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter). Del lado del sofware, hay ms registros que atender

que en un Puerto Paralelo Estndar.

Por otro lado, el Puerto Serie permite que los cables que se emplean para la comunicacin sean ms

largos. El Puerto Serie toma como 1 cualquier voltaje que se encuentre entre 3 y25 V y como 0,

entre +3 y +25 V, a diferencia del Puerto Paralelo, cuyo rango de voltajes esta entre 0 y 5 V. Por ello la

perdida introducida por la resistencia intrnseca de los conductores no va a ser un problema para los

cables empleados en este tipo de comunicacin.

Como se haba referido anteriormente, no se necesitan tantos conductores como en la comunicacin

paralelo, lo que abarata mucho los sistemas.

Por ltimo, en la actualidad los microcontroladores se han hecho muy populares y muy a menudo los

vemos comunicndose con los ordenadores. Muchos de ellos se construyen sobre interfaces de

comunicacin serie, ya que esta reduce apreciablemente la cantidad de pines necesarias para

establecer la comunicacin.


26/32

Ingeniera Biomdica


A continuacin mostramos algunas de las especificaciones elctricas de los Puertos Serie RS232.

1. Un "Espacio" (0 lgico) estar entre +3 y +25 V.

2. Una "Marca" (1 lgico) estar entre -3 y -25 V.

3. La regin entre -3 y +3 V no esta definida.

4. El voltaje en circuito abierto no debe exceder los 25 V, en referencia a tierra.

5. La corriente en cortocircuito no debe exceder los 500mA.

Los RS232 se pueden encontrar de dos tipos, 25 pines, macho, en forma de D o 9 pines, macho, en

forma de D tambin. A continuacin mostramos en cada una de estas variantes en que pines

podemos encontrar las seales ms importantes.

D-Type-25 Pin No.D-Type-9 Pin No. Abbreviation Full Name

Pin 2 Pin 3 TD Transmit Data

Pin 3 Pin 2 RD Receive Data

Pin 4 Pin 7 RTS Request To Send

Pin 5 Pin 8 CTS Clear To Send

Pin 6 Pin 6 DSR Data Set Ready

Pin 7 Pin 5 SG Signal Ground

Pin 8 Pin 1 CD Carrier Detect

Pin 20 Pin 4 DTR Data Terminal Ready

Pin 22 Pin 9 RI Ring Indicator


27/32

Ingeniera Biomdica


La comunicacin efectuada por un Puerto RS232 es asincrnica. Esto significa que no hay seal de

reloj asociada a la seal de datos. Cada palabra es sincronizada empleando un bit de comienzo ( start

bit) y un reloj interno en cada lado que mantiene la temporizacin.

Audio

Aunque se ha visto que aadiendo un pequeo circuito basado en un simple A.O. podemos adaptar

cualquier tarjeta de sonido PCI para medir tensiones continuas, no siempre es posible hacer esto,

pues modernamente casi todas las tarjetas de sonido suelen estar integradas en la placa madre (ms

an si se trata de un ordenador porttil) siendo estas engorrosas de desmontar y por tanto difciles de

modificar en el aspecto que se he explicado en las lneas anteriores.

Por tanto para aquellas personas que no puedan o no quieran modificar la tarjeta de sonido de su PC,

la utilizacin del chip CM-108 es perfecto para una simple aplicacin de adquisicin de datos, pues

por un bajsimo precio integra en una sola pastilla con unos poqusimos componentes discretos

asociados, el interfaz USB, la fuente, el convertidor A/D y en definitiva todos los componentes

necesarios para realizar adquisicin de seales analgicas en nuestro PC.

En efecto pues, el circuito integrado CM108 es una solucin de audio con interfaz USB de muy bajo

coste cuyo diseo se ha basado en un nico chip, conteniendo en su interior todos los mdulos

analgicos esenciales incluyendo un doble conversor digital-analgico y etapa de potencia para

auriculares, un PLL, un pre-amplificador para una entrada analgica, regulador de 3.3 voltios, as

como un transceptor USB.


28/32

Ingeniera Biomdica


Presentacin de los Datos:

TheLabVIEW DFDT providesanintuitive and interactivewaytodesign and implementfinite impulse

response (FIR) orinfinite impulse response (IIR) filterseasily and effectively. Forexample, you can use

theClassicalFilterDesignExpress VI todesign a KaiserWindow FIR

highpassfiltertoremovethebaselinewandering. Figure 3 shows anexample of thespecifications of

thehighpassfilter and the block diagram of a sample VI thatyou can use

toremovethebaselinewandering.

Figure 3: Designing and using a highpassfiltertoremovebaselinewandering

2. Wavelet TransformApproach
http://zone.ni.com/reference/en-XX/help/371988C-01/lvdigfiltdestk/dfd_classical_filter/http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/6349http://zone.ni.com/reference/en-XX/help/371988C-01/lvdigfiltdestk/dfd_classical_filter/


29/32

Ingeniera Biomdica


In additionto digital filters, the wavelet

transformisalsoaneffectivewaytoremovesignalswithinspecificsubbands. TheLabVIEW ASPT

providesthe WA Detrend VI which can removethelowfrequencytrend of a signal. Figure 4 shows

anexample of removingbaselinewanderingbyusingthe WA Detrend VI.

Figure 4: Usingthe WA Detrend VI toremovebaselinewandering

Thisexample uses the Daubechies6 (db06) wavelet becausethis wavelet is similar tothe real ECG

signal. In thisexample, the ECG signal has a samplingduration of 60 seconds, and 12000

samplingpoints in total, thereforethetrendlevelis 0.5 accordingtothefollowingequation:

where t isthesamplingduration and N isthenumber of samplingpoints.

Figure 5 shows the original ECG signal and theresulting ECG signalsprocessedbythe digital filter-based

and wavelet transform-basedapproaches. You can seethattheresulting ECG

signalscontainlittlebaselinewanderinginformationbutretainthemaincharacteristics of the original ECG

signal. Youalso can seethatthe wavelet transform-basedapproachisbetterbecausethisapproach

introduces no latency and lessdistortionthanthe digital filter-basedapproach.


30/32

Ingeniera Biomdica


[+] EnlargeImage

Figure 5: Comparingthe digital filter-based and wavelet transform-basedapproaches

RemovingWidebandNoise

Afteryouremovebaselinewandering, theresulting ECG signalis more stationary and explicitthanthe

original signal. However, someothertypes of noisemightstillaffectfeatureextraction of the ECG signal.

Thenoisemay be complexstochasticprocesseswithin a wideband, so

youcannotremovethembyusingtraditional digital filters. Toremovethewidebandnoises, you can use

the Wavelet Denoise Express VI.

ThisLabVIEWbasedhigher-level Express VI firstdecomposesthe ECG

signalintoseveralsubbandsbyapplyingthe wavelet transform, and thenmodifieseach wavelet

coefficientbyapplying a thresholdorshrinkagefunction, and finallyreconstructsthedenoisedsignal.

Thefollowing figure shows anexample of applyingtheundecimated wavelet transform (UWT) totheECG signal.
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/6349http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/6349http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/6349


31/32

Ingeniera Biomdica


Figure 6: Removingwidebandnoisesfroman ECG signalbyapplyingthe UWT

The UWT has a better balance betweensmoothness and accuracythanthediscrete wavelet transform

(DWT). Bycomparingthedenoised ECG signalwiththe non-denoised ECG signal, as shown in Figure 7,

you can findthatthewidebandnoises are stronglysuppressedwhilealmostallthedetails of the ECG signal

are keptinvariant.
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/6349


32/32

Ingeniera Biomdica


Bibliografa:

http://www.eccpn.aibarra.org/temario/seccion4/capitulo56/capitulo56.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Electrocardiograma

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/003868.htm

http://www.fisterra.com/material/tecnicas/ekg/ekg.asp

http://fisiopuj.tripod.com/Guias/1_Electrocardiograma.pdf

http://www.slideshare.net/guestc13c61/tecnica-para-tomar-un-ecg

http://www.espalda.org/divulgativa/diagnostico/pruebas_neurofisiologicas/pruebas.asp

http://es.wikipedia.org/wiki/Electromiograf%C3%ADa

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/003929.htmhttp://www.fundaciondelcorazon.com/informacion-para-pacientes/metodos-

diagnosticos/electrocardiograma.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Electroencephalography

http://kidshealth.org/kid/en_espanol/palabra/word_electroencephalogram_esp.html

http://lc.fie.umich.mx/~jfelix/Instr_sep05-feb06/AIB/Instru4.htm

http://www.forosdeelectronica.com/f23/ad620-circuito-termocupla-20760/
http://www.eccpn.aibarra.org/temario/seccion4/capitulo56/capitulo56.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrocardiogramahttp://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/003868.htmhttp://www.fisterra.com/material/tecnicas/ekg/ekg.asphttp://fisiopuj.tripod.com/Guias/1_Electrocardiograma.pdfhttp://www.slideshare.net/guestc13c61/tecnica-para-tomar-un-ecghttp://www.espalda.org/divulgativa/diagnostico/pruebas_neurofisiologicas/pruebas.asphttp://es.wikipedia.org/wiki/Electromiograf%C3%ADahttp://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/003929.htmhttp://www.fundaciondelcorazon.com/informacion-para-pacientes/metodos-diagnosticos/electrocardiograma.htmlhttp://www.fundaciondelcorazon.com/informacion-para-pacientes/metodos-diagnosticos/electrocardiograma.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electroencephalographyhttp://kidshealth.org/kid/en_espanol/palabra/word_electroencephalogram_esp.htmlhttp://lc.fie.umich.mx/~jfelix/Instr_sep05-feb06/AIB/Instru4.htmhttp://www.forosdeelectronica.com/f23/ad620-circuito-termocupla-20760/http://www.forosdeelectronica.com/f23/ad620-circuito-termocupla-20760/http://lc.fie.umich.mx/~jfelix/Instr_sep05-feb06/AIB/Instru4.htmhttp://kidshealth.org/kid/en_espanol/palabra/word_electroencephalogram_esp.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electroencephalographyhttp://www.fundaciondelcorazon.com/informacion-para-pacientes/metodos-diagnosticos/electrocardiograma.htmlhttp://www.fundaciondelcorazon.com/informacion-para-pacientes/metodos-diagnosticos/electrocardiograma.htmlhttp://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/003929.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electromiograf%C3%ADahttp://www.espalda.org/divulgativa/diagnostico/pruebas_neurofisiologicas/pruebas.asphttp://www.slideshare.net/guestc13c61/tecnica-para-tomar-un-ecghttp://fisiopuj.tripod.com/Guias/1_Electrocardiograma.pdfhttp://www.fisterra.com/material/tecnicas/ekg/ekg.asphttp://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/003868.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrocardiogramahttp://www.eccpn.aibarra.org/temario/seccion4/capitulo56/capitulo56.htm

ing. biomedica - lab_3.pdf

Documents