Réalisation d'un tachymètre cardiaque analogique (LTSpice + oscillogramme)

[photodiode]

Bonjour à tous,

Je dois réaliser un tachymètre cardiaque uniquement en électronique analogique (sans microcontrôleur type Arduino) dans le cadre de mes études. J'ai à disposition un oscillogramme numérique et j'utilise LTSpice pour les simulations.

C'est la première fois que je me lance dans un projet aussi complet (au-delà de simples filtres), et j'aimerais m'assurer que ma démarche est correcte. Voici ce que j'aimerais réaliser :

Capteur optique : LED infrarouge + photodiode (ou phototransistor) pour détecter la variation du flux sanguin.

J'ai commencé à travailler sur un schéma, mais j'ai besoin d'aide pour le dimensionnement des composants et l'optimisation du filtrage et du traitement du signal.

Si certains d'entre vous ont déjà réalisé un projet similaire ou peuvent me donner des conseils sur l'amplification et le traitement du signal (par exemple, quels filtres sont les plus adaptés pour extraire un signal cardiaque propre ?), ce serait d'une grande aide !

Merci d'avance pour vos retours !

[papyblue]

Bonjour,
Interdire le numérique en 2025 c'est une vraie punition !
voilà ce que j'essayerais si j'avais été puni:
- chercher la fréquence fondamentale du signal(le pic)
- faire un filtrage (passe bande) du second ordre sur cette fréquence
- faire une détection de seuil (réglable) sur la sortie
- faire un monostable (pour calibrer les impulsions)
- faire une intégration des impulsions pour que la sortie soit proportionnelle à la fréquence
- être plus sage pour éviter une autre punition

[photodiode]

Salut !

Merci pour ta réponse et tes suggestions. J'ai réalisé un montage LTSpice mais il semblerait qu'on ne puisse pas joindre des images sur le forum . Pour information, la fréquence étudiée se situe entre 0,5 et 3 Hz, et j'ai opté pour des composants "courants" afin de faciliter la réalisation du circuit en pratique.

Je dois avouer que je ne suis pas très familière avec le monostable et je ne pense pas que ce soit nécessaire dans le cadre de ce cours, d'autant plus que l'électronique analogique et le numérique sont deux domaines distincts dans mon cursus – ta remarque sur l'interdiction du numérique m'a bien fait sourire .

J'ai donc concentré mes efforts sur l'extraction du signal en utilisant le filtrage et la détection du pic via un comparateur. Qu'en penses-tu ? J'apprécierais d'avoir ton avis sur cette approche et des conseils pour l'améliorer tout en restant dans l'esprit du cours.

Est-il possible que je t'envoie mes fichiers LTSpice pour que tu puisses les revisiter, si tu le souhaites ? Cela me serait d'une grande aide car je n'arrive pas à extraire un signal correct pour l'instant.

Merci pour ton aide et à bientôt !

[papyblue]

Bonjour,
Si, on peut mettre des images sur le forum, il suffit des respecter la taille des fichiers.
Si le mot "monostable" pose problème , on peut toujours calibrer une impulsion avec un comparateur.
(un monostable est d'ailleurs plus analogique que numérique)
Que la fréquence cardiaque soit étudiée entre 0,5 et 3 Hz ok mais si on s'intéresse au pic (qui a surement un nom en médecine mais je n'y connais rien) sa fréquence doit être au moins dix fois supérieure. Ce n'est certainement pas la seule façon de mesurer la fréquence cardiaque mais on ne prenant que cette partie du signal cela parait plus facile.
Quel signal mets tu en entrée de ta simulation ?

[photodiode]

Merci pour ta réponse ! Je comprends mieux maintenant ce que tu veux dire avec les monostables, mais je ne vois pas encore comment le représenter concrètement dans mon schéma.

J'ai joint mon montage LTSpice, si jamais tu peux y jeter un œil. Je suis preneuse de conseils sur la meilleure façon d'intégrer la partie impulsion calibrée dont tu parlais, si tu penses cela nécessaire.

[papyblue]

Je viens de me rendre compte que j'ai mal lu ton besoin. J'ai pensé à tord que le signal d'entrée était de type électrocardiogramme mais en relisant ton premier message je vois que c'est un capteur optique.
Pour déterminer le traitement du signal qui convient il faut d'abord analyser ce signal pour déterminer comment on peut en extraire l'information qu'il contient. Peux-tu nous donner une image de ce signal ?
Sinon j'ai un petit souci avec la simulation, je n'ai pas de modèle de la diode 1SS322 peux tu mettre une diode standard? J'ai également des liaisons non connectées ??
Pour le signal d'entrée, pourquoi ne pas utiliser un fichier PWL ?

[papyblue]

Bonjour,
pour le monostable j'ai trouvé cela :
https://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/electro/monoaop.html

[Gérard_68]

Bonjour,
Un monostable à 555 : http://mistershoe.free.fr/Techno%20Electronique/monostable555/MONO555.HTM

[papyblue]

Bonjour,
Si le signal à traiter ressemble à que que l'on voit sur cette vidéo :
https://viasonix.com/fr/vasculaire-angiologie/lecture-de-la-photo-plethysmographie/
alors un simple comparateur suivi d'un monostable puis d'un intégrateur devrait suffire.
L'ajout d'un filtre passe-bande 0,5- 3Hz sera juste un plus pour une meilleure note !

[photodiode]

Bonsoir,

C'est un plaisir de voir vos contributions !

J'ai modifié mon schéma en suivant le cheminement proposé par papyblue. J'en ai fait un petit dessin, car, comme tu l'as souligné, j'ai intégré une photodiode pour essayer de rester fidèle à un capteur réel, plutôt que de simuler un signal avec un fichier PWL. Cependant, pour l'instant, je pense que je vais m'en contenter pour effectuer mes tests.

J'ai également appris que je pouvais directement utiliser un monostable grâce à son fonctionnement analogique, ce qui me soulage d'un branchement en plus. Je vais donc utiliser le monostable 555 mentionné par Gérard. D'ailleurs, il est vrai que des branchements manquaient sur le fichier que j'ai envoyé. Je m'en excuse, je ne savais pas exactement comment les connecter, pour être honnête.

Ensuite, si je veux tester mon capteur optique, je pensais utiliser Tinkercad, car j'ai l'impression que la gestion de la photodiode y est plus intuitive, étant déjà implémentée.

Par ailleurs, j'ai une question concernant l'intégrateur : je ne comprends pas bien son rôle dans le circuit.

J'ai joint mon schéma à main levée (les valeurs ne sont pas particulièrement importantes, c'était surtout pour poser mes idées sur papier), ainsi qu'une image qui illustre bien la méthode de mesure du signal photopléthysmographique (wow).

Je tiens à dire que je suis toujours ravie de la rapidité avec laquelle vous me répondez, cela m'aide énormément ! 

Merci d'avance pour vos retours !

[papyblue]

Bonjour,
Le rôle de l'intégrateur est de faire la SOMME.
Ici on cherche à réaliser un fréquencemètre c'est à dire compter un nombre d'évènements par unité de temps.
La tension de sortie doit donc être en lien direct avec ce nombre d'évènements (pour pouvoir graduer un galvanomètre par exemple)
Cette tension de sortie ne doit varier qu'en fonction de cet unique paramètre elle a la forme : S = kf + V.
Comment fabrique t-on la constance k? C'est là qu'intervient le monostable, l'évènement en lui-même a une durée nulle il faut donc lui donner une durée pour qu'il ait une énergie (ou une surface graphiquement parlant).C'est le cumul de cette énergie (ou surface) que l'on va calculer avec l'intégrateur qui fait une moyenne glissante.
D'où vient l'évènement ? Il peut être obtenu de plusieurs manières, le plus simple ici c'est un comparateur avec une tension fixe.
Il faut veiller toutefois que cet évènement se produise une fois dans un cycle  (et une fois seulement) dans toute la plage d'évolution possible du signal, c'est à dire en prenant en compte sa variation de fréquence, d'amplitude et de forme.
Cela peut nécessiter un traitement du signal en amont par exemple en limitant la bande passante à celle utile (rejet de la fréquence du secteur) ou en normalisant le signal si celui-ci varie dans une plage importante.