DE3234884A1

DE3234884A1 - Device for measuring and demonstrating physiological quantities

Info

Publication number: DE3234884A1
Application number: DE19823234884
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 5330 Königswinter Gawlitta; Gerd 5450 Neuwied Müller
Original assignee: Lehrmittelbau Profdrmaey GmbH; LEHRMITTELBAU PROF DR MAEY GMB; Lehrmittelbau ProfDrMaey 5300 Bonn GmbH
Current assignee: LD Didactic GmbH
Priority date: 1982-09-21
Filing date: 1982-09-21
Publication date: 1984-03-22
Also published as: DE3234884C2

Abstract

To be able to measure and demonstrate quantities of human physiology, preferably in biology lectures, a teaching device is proposed which exhibits a central module (1), an input module (4 to 11) equipped with a measurement-value pick-up (31), which can be connected to the central module by means of a plug-in device (21), and an output module (14 to 19), which is equipped with means for measuring, recording or demonstrating the values picked up and which can be connected to the central module by means of a further plug-in device (22). <IMAGE>

Description

Vorrichtung zur Messung und Demonstration physiologischerDevice for measuring and demonstrating physiological

Größen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung physiologischer, vorzugsweise human-physiologischer Größen und zur Demonstration der gemessenen Werte im Unterricht.Quantities The invention relates to a device for measuring physiological, preferably human-physiological quantities and for demonstration of the measured values in the classroom.

Ein bekanntes Gerät zur Ableitung elektro-physiologischer Signale besteht im wesentlichen aus einem Verstärker, dem über Meßwertaufnehmer die jeweiligen Signale zugeführt werden. Um die aufgenommenen Signale demonstrieren zu können, ist an den Ausgang des Verstärkers ein Oszilloskop oder ein ty-Schreiber anzuschließen. Puls- und Körperschallsignale können mit diesem Gerät nicht aufgenommen werden, so daß dazu ein zweites Gerät erforderlich ist.A well-known device for deriving electro-physiological signals consists essentially of an amplifier to which the respective Signals are fed. To be able to demonstrate the recorded signals, an oscilloscope or a ty-recorder must be connected to the output of the amplifier. Pulse and structure-borne sound signals cannot be recorded with this device, so that a second device is required for this.

Mit einem weiteren vorbekannten, ebenfalls im wesentlichen aus einem Verstärker bestehenden Gerät ist es bekannt, diesem sowohl elektro-physiologische Signale als auch Körperschallsignale zuzuführen. Die Demonstration der aufgenommenen elektrophysiologischen Signale erfolgt ebenfalls mit Hilfe eines separaten Oszilloskops oder eines ty-Schreibers.With another previously known, also essentially from one Amplifier existing device is known to this both electro-physiological To supply signals as well as structure-borne noise signals. The demonstration of the recorded electrophysiological signals are also made using a separate oscilloscope or a ty writer.

Um die Körperschallsignale hörbar zu machen, ist es erforderlich, einen weiteren Verstärker mit einem Lautsprecher anzuschließen.To make the structure-borne sound signals audible, it is necessary to connect another amplifier with a loudspeaker.

Nachteilig bei dem beschriebenen Stand der Technik ist, daß zur Demonstration der aufgenommenen Signale externe Registriergeräte angeschlossen werden müssen, die relativ schwierig zu handhaben sind. Die Durchführung der Experimente und der Messungen im Unterricht sind deshalb sehr zeitaufwendig. Weiterhin müssen mehrere Verstärkereinheiten bereitgehalten werden, um eine Mehrzahl physiologischer Größen im Unterricht ableiten und demonstrieren zu können.The disadvantage of the prior art described is that for demonstration external recording devices must be connected to the recorded signals, which are relatively difficult to handle. Carrying out the experiments and the Measurements in class are therefore very time-consuming. Furthermore, several Booster units are kept ready for a variety of physiological Sizes to be able to derive and demonstrate in class.

Beim Übergang des Unterrichts von der einen physiologischen Größe auf eine nächste sind de'shalb häufig umfangreiche Umbauten erforderlich. Schließlich besteht der Nachteil, daß die Schüler oder Hörer von den aufwendigen Zusatzgeräten zur Demonstration der gemessenen Größen vom eigentlichen Versuchsziel abgelenkt werden.At the transition of the lesson from the one physiological size Therefore, extensive modifications are often necessary for the next one. In the end there is the disadvantage that the students or listeners of the complex additional devices distracted from the actual test target to demonstrate the measured values will.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung physiologischer, vorzugsweise human-physiologischer Größen und zur Demonstration der gemessenen Werte im Unterricht zu schaffen, welcher die beschriebenen Nachteile nicht mehr anhaften.The present invention is based on the object of a device for measuring physiological, preferably human-physiological, variables and for demonstration of the measured values in class to create the disadvantages described no longer cling.

Die erfindungsgemäße, diese Aufgabe lösende Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Zentralbaustein, einen mittels einer Steckvorrichtung mit dem Zentralbaustein verbundenen Eingangsbaustein, der seinerseits mit einem Meßwertaufnehmer verbunden ist, sowie einen mittels einer weiteren Steckvorrichtung mit dem Zentralbaustein verbundenen Ausgangsbaustein, der mit Mitteln zur Messung, Registrierung oder Demonstration der aufgenommenen Meßwerte ausgerüstet ist Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Vorrichtung sind aufwendige, die Schüler ablenkende Zusatzeinrichtungen zur Demonstration der gemessenen Werte nicht mehr erforderlich, da der Ausgangsbaustein selbst damit ausgerüstet ist. Der Eingangsbaustein kann mit der jeweils gemessenen Größe beschriftet sein, so daß jederzeit sichtbar ist, welche physiologische Größe gerade im Unterricht behandelt bzw.The device according to the invention, which solves this problem, is characterized by means of a central module, one by means of a plug-in device with the central module connected input module, which in turn is connected to a transducer is, as well as one by means of a further plug-in device with the central module connected output module with means for measurement, registration or demonstration the recorded measured values is equipped with a trained in this way Devices are complex, the students distracting additional devices for demonstration of the measured values are no longer required, as the output module itself does this is equipped. The input module can be labeled with the respective measured variable so that it is always visible which physiological variable is currently in class treated or

gemessen wird. Schließlich ist es nicht-mehr erforderlich, beim übergang von einer physiologischen Größe auf die andere aufwendige Umbauten vornehmen zu müssen. In der Regel ist lediglich erforderlich, den Eingangsbaustein aus zu tauschen. Soll die Art und Weise der Demonstration oder Registrierung ebenfalls geändert werden, dann muß zusätzlich noch ein Austausch des Ausgangsbausteines vorgenommen werden Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.is measured. After all, it is no longer necessary when transitioning make complex conversions from one physiological size to the other have to. As a rule, it is only necessary to replace the input module. Should be the way of demonstration or Registration as well are changed, then the output module must also be exchanged Further advantages and details of the invention will be based on in the Figures 1 to 3 illustrated embodiments are explained.

Fig. 1 zeigt in Blockdarstellung schematisch den Zentralbaustein 1. Dieser umfaßt ein Verstärkersystem, eine Spannungsversorgung, einen Lautsprecher sowie Steckvorrichtungen, mit denen links dargestellte Eingangsbausteine 2 und rechts dargestellte Ausgangsbausteine 3 mechanisch am Zentralbaustein 1 gehaltert werden können.1 shows the central module 1 schematically in a block diagram. This includes an amplifier system, a power supply, and a loudspeaker as well as plug-in devices with which input modules shown on the left 2 and on the right output modules 3 shown are held mechanically on the central module 1 can.

Über diese Steckvorrichtung erfolgt zweckmäßigerweise auch die Spannungsversorgung der Eingangs- oder Ausgangsbausteine, wenn diese mit Spannung zu versorgende elektronische Bausteine enthalten. Im Zentralbaustein erfolgt die Weiterleitung der vom Eingangsbaustein aufgenommenen Signale an den jeweiligen Ausgangsbaustein.The power supply is expediently also carried out via this plug-in device of the input or output modules, if they are electronic Building blocks included. The forwarding of the input module takes place in the central module recorded signals to the respective output module.

Insgesamt sind dem Zentralbaustein 1 acht verschiedene Eingangsbausteine (4 bis 11) zugeordnet, die jeweils fest mit den eigentlichen Meßwertaufnehmern verbunden sind und in denen die gemessenen Signale für den Eingang in den Zentrslbaustein entsprechend aufbereitet werden. Im einzelnen können diese Eingangsbausteinefolgende Größen messen: Temperatur, Reaktion, Puls, Körperschall, EKG, EMG, EEG und Hautwiderstand.The central component 1 has a total of eight different input components (4 to 11) assigned, each firmly connected to the actual transducers and in which the measured signals for the input in the central module be processed accordingly. In detail, these input modules can be as follows Measure parameters: temperature, reaction, pulse, structure-borne noise, EKG, EMG, EEG and skin resistance.

Zusätzlich sind zwei weitere Eingangsbausteine 12 und 13 vorgesehen, die keine Meßwertaufnehmer sind. Baustein 12 weist einen offenen Eingang auf, dem andere Meßsignale zugeführt werden können. Der Eingangsbaustein "Frequenzgenerator" soll dazu dienen, die biologische Bedeutung des Frequenzbegriffes verständlich zu machen.In addition, two further input modules 12 and 13 are provided, which are not transducers. Block 12 has an open input, the other measurement signals can be fed. The input module "frequency generator" should serve to make the biological meaning of the concept of frequency understandable do.

Die Funktion der Eingangsbausteine ist zweckmäßigerweise jeweils mit Großbuchstaben auf die Front der Bausteine aufgedruckt.The function of the input modules is expediently each with Capital letters printed on the front of the building blocks.

Die Ausgangsbausteine 14 bis 17 sind Meß- und Registrierbausteine. Die Bausteine 14 "Temperaturanzeige" und 15 "Zeituhr" sind nur in Verbindung mit den Eingangsbausteinen 4 "Temperatur" bzw. 5 "Reaktion" zu verwenden. Der Ausgangsbaustein 16 "Blinkdiode" kann in Verbindung mit den Eingangsbausteinen 6 bis 10 (Puls, Körperschall, EKG, EMG, EEG) verwendet werden. Das gilt ebenfalls für den Ausgangsbaustein 17 "Bio-Schreiber", der zusätzlich noch die Registrierung des Hautwiderstandes (Eingangsbaustein 11) erlaubt.The output modules 14 to 17 are measurement and registration modules. The modules 14 "temperature display" and 15 "timer" are only in connection with to use the input modules 4 "Temperature" or 5 "Reaction". The output module 16 "Flashing diode" can be used in connection with the input modules 6 to 10 (pulse, structure-borne noise, EKG, EMG, EEG) can be used. This also applies to output module 17 "Bio-Schreiber", which also records the skin resistance (input module 11) allowed.

Zusätzlich sind zwei weitere Ausgangsbausteine 18 "Digitales Zählwerk" und 19 "Oszilloskop-, Schreiber-, Microcomputerausgang" vorgesehen. Der Ausgangsbaustein 18 dient zusammen mit dem Eingangsbaustein 13 "Frequenzgenerator" dazu, die biologische Bedeutung des Frequenzbegriffes verständlich zu machen. über den Baustein 19 können externe Registriergeräte - also ein ty-Schreiber, ein Oszilloskop oder ein Microcomputer -angeschlossen werden. Diese Geräte erlauben die Aufzeichnung physiologischer Werte von Schülern, im Falle des Anschlusses eines Microcomputers sogar mehrerer Schüler.In addition, there are two further output modules 18 "digital counter" and 19 "oscilloscope, recorder, microcomputer output" are provided. The output module 18 is used together with the input module 13 "frequency generator" to generate the biological To make the meaning of the concept of frequency understandable. via the block 19 can external recording devices - i.e. a ty-recorder, an oscilloscope or a microcomputer -be connected. These devices allow the recording of physiological values of students, if a microcomputer is connected, even several students.

Der Baustein 19 ist aus Sicherheitsgründen galvanisch vom Zentralbaustein 1 getrennt, was bei 20 angedeutet ist.The module 19 is galvanic from the central module for safety reasons 1 separated, which is indicated at 20.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Zentralbaustein 1. Die Steckvorrichtungen zur Halterung der Eingangs- bzw. Ausgangsbausteine sind mit 21 und 22 bezeichnet. Sie weisen einen zentralen Stecker 23 bzw. 24 und jeweils drei Buchsen 25 bzw. 26 auf. Die Abstände der Buchsen 25 bzw. 26 sind so gewählt, daß das Aufstecken eines Eingangsbausteines in die Steckvorrichtung für Ausgangsbausteine nicht möglich ist (uld umgekehrt). Neben einem Ein- und Ausschalter 27, einem Regelknopf 28 für den integrierten Lautsprecher sind noch eine Reihe von Dioden 29 auf der Frontseite des Zentralbausteines angeordnet. Diese leuchten einzeln auf und zeigen jeweils an, welcher Eingangsbaustein aufgesteckt bzw. welche humanphysiologische Größe gemessen wird. Zwei weitere Dioden 30 zeigen den Ladezustand der Batteriesätze an.2 shows an exemplary embodiment for a central module 1. The plug-in devices for holding the input and output modules are included 21 and 22. They have a central connector 23 and 24 and respectively three sockets 25 and 26 respectively. The distances between the sockets 25 and 26 are chosen so that that plugging an input module into the connector for Output modules is not possible (and vice versa). In addition to an on and off switch 27, a control button 28 for the integrated loudspeaker are a number of diodes 29 on the Arranged on the front of the central module. These light up individually and show in each case to which input module is attached or which human physiological Size is measured. Two further diodes 30 show the state of charge of the battery packs at.

Fig. 3 zeigt den Zentralbaustein nach Fig. 2 mit beispielsweise darauf aufgestecktem Eingangsbaustein 8 (EKG) und Ausgangsbaustein 17 (Bio-Schreiber). Mit dem Eingangsbaustein 8 sind die Meßelektroden 31 über die Kabel 32 fest verbunden.FIG. 3 shows the central module according to FIG. 2 with it, for example plugged in input module 8 (EKG) and output module 17 (bio-writer). The measuring electrodes 31 are firmly connected to the input module 8 via the cables 32.

Der Schreiber 17 weist als Bauteil zur Umsetzung der elektrischen Signale in die mechanische Auslenkung des Schreibkopfes einen Drehservo auf. Solche Drehservos sind aus dem Fernsteuerungsmodellbau bekannt und arbeiten nach dem Prinzip der Pulsbreiten-Modulation. Dadurch kann der Schreiber 17 ausreichend klein und leicht gehalten werden, so daß er auf den Zentralbaustein 1 aufsteckbar ist.The writer 17 has as a component for the implementation of the electrical Signals into the mechanical deflection of the write head on a rotary servo. Such Rotary servos are known from remote control model making and work according to the principle the pulse width modulation. As a result, the writer 17 can be sufficiently small and be easily held so that it can be plugged onto the central module 1.

Wenn der Lehrer mit einer Vorrichtung nach der Erfindung eine bestimmte physiologische Größe messen und demonstrieren möchte, dann legt er die Elektroden des Eingangsbausteines z. B. bei einem Schüler an. Will er z. B. den Puls messen und demonstrieren,dann steckt er den Eingangsbaustein 6 "Puls" und einen Ausgangsbaustein seiner Wahl, z. B. den Baustein 18 "Digitales Zählwerk", auf die Frontplatte des Zentralbausteins 1 auf. Danach verbindet er den Schüler mit dem Meßwertaufnehmer des Eingangsbausteins. Nach dem Einschalten des Gerätes kann sofort die Messung dieser physiologischen Große erfolgen, da die Bausteine unmittelbar nach dem Aufstecken auf die Frontplatte des Zentralbausteins und dem Betätigen des Hauptschalters des Gerätes betriebsbereit sind. Von besonderem Interesse sind Experimente, in denen der Einfluß von Genußmitteln (Kaffee, Tee, Rauchen), Streß (Lärm, Licht, körperliche oder geistige Anstrengung) oder Medikamenten auf die physiologischen Werte gemessen wird. Diese Experimente können mit dem Erfindungsgerät in einfacher Weise im Schulunterricht durchgeführt werden.If the teacher with a device according to the invention a certain want to measure and demonstrate physiological quantity, then he places the electrodes of the input module z. B. at a student. Does he want z. B. measure the pulse and demonstrate, then he puts in the input module 6 "Pulse" and an output module of his choice, e.g. B. the block 18 "digital counter" on the front panel of the Central module 1. Then he connects the student to the transducer of the input module. The measurement can be started immediately after switching on the device this physiological size takes place because the building blocks immediately after being plugged on on the front panel of the central module and pressing the main switch of the Device are ready for operation. Of particular interest are experiments in those the influence of stimulants (coffee, tea, smoking), stress (noise, light, physical or mental exertion) or drugs measured on the physiological values will. These experiments can easily be carried out in school lessons with the device of the invention be performed.

Die Meßwerte sind eindeutig ablesbar und eine fehlerfreie und schnelle Handhabung des Gerätes sichergestellt. Das Gerät, mit dem eine Vielzahl human-physiologischer Größen gemessen werden können, ist nicht nur im Biologieunterricht, sondern auch - wegen seiner Robustheit und seiner netzunabhängigen Spannungsversorgung - z. B. im Schul- und Leistungssport einsetzbar.The measured values can be clearly read and are error-free and fast Handling of the device ensured. The device with which a variety of human-physiological Being able to measure quantities is not only in biology class, but also - because of its robustness and its mains-independent power supply - z. B. Can be used in school and competitive sports.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel erlaubt die Aufnahme des EKGs eines Schülers. Dazu werden eine oder mehrere Elektroden 31 einem Schüler angelegt. Das EKG-Diagramm erscheint auf dem Papier des Schreibers 7.The embodiment shown in Fig. 3 allows recording of a student's EKG. For this purpose, one or more electrodes 31 are given to a student created. The ECG diagram appears on the recorder's paper 7.

Claims

Device for measuring and demonstrating physiological quantities CLAIMS 1. Device for measuring physiological, preferably human-physiological, variables and to demonstrate the measured values in class, g e k e n n n z e i c h -n e t through a central module (1), one by means of a plug-in device (21) with the central module connected input module (4 to 11), which in turn is connected to a transducer, and one by means of a further plug-in device (22) with the central module connected output module (14 to 19) with means equipped for measuring, registering or demonstrating the recorded measured values is.

2. Apparatus according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c It should be noted that the central module (1) has an amplifier for over the input module contains recorded electrical signals.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the central module (1) with a loudspeaker for the acoustic Demonstration of the recorded values is equipped.

i 4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the central module (1) has a mains-independent voltage supply having.

5. Apparatus according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t that about that network-independent power supply in the central module (1) also the electrical power supply for the input module and the output module he follows.

6. Device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the plug-in devices (21, 22) for the input module and the output module is arranged in the area of the front panel of the central module (1) are.

7. Apparatus according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c n e t that the front panel of the central module (1) also has several Diodes (30) equipped to indicate the type of input module attached is.

8. Device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n n e i n e t that the input module contains a preamplifier.

9. Device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e k e n n n n e i n e t that the input module is firmly attached to its transducer connected is.

10. Device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n n e i c h n e t that the output module is either equipped with a temperature display, a timer, a flashing diode, a loudspeaker or a recorder is.

11. System according to one of the preceding claims with a central module, several input modules and several output modules, d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the input modules and the output modules respectively have only one function.

12. System according to claim 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that an input module designed as a frequency generator as well as an output module equipped with a digital counter are provided.

13. System according to claim 11 or 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the central module with a galvanically isolated output for Connection of an oscilloscope, a recorder or a microcomputer is.

14. System according to claim 13 with a line recorder for recording electrical quantities that are not indicated by the writer (17) to convert the electrical signals into the mechanical deflection of a The print head is equipped with a rotary servo.

15. System according to claim 14, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the servo is followed by additional electronics for converting the input signals is assigned to the principle of pulse width modulation.