AT375797B

AT375797B - Geraet zum erfassen und verarbeiten von elektrischen signalen

Info

Publication number: AT375797B
Application number: AT288078A
Authority: AT
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1978-08-30
Publication date: 1984-09-10

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Erfassen und Verarbeiten von elektrischen Signalen, bestehend aus Signalübertrager und Signalverarbeitungsteil, die im Signalweg mittels Steckkontakt miteinander verbindbar sind, und bestehend aus einer galvanisch trennenden Koppelstelle im Signalweg mit Primär-und Sekundärkoppelgliedern, wobei von jeweils zwei einander zugehörigen Primär- und Sekundärkoppelgliedern in einem Steckkontaktteil eines der beiden Koppelglieder und in einem dazu passenden Ansteckkontaktteil das andere der beiden Koppelglieder angeordnet ist, so dass mit Herstellung des Steckkontaktes beide Koppelglieder als Primär- und Sekundärkoppelglied in räumlicher Nachbarschaft sich zur Koppelstelle zusammenfügen,

wobei der Steckkontaktteil als Einbuchtung und der Ansteckkontaktteil zur Einbuchtung passend ausgebildet ist.

Ein Gerät dieser Art ist aus der GB-PS Nr. l, 383, 577 in der Anwendung bei Unterseebooten vorbekannt.

Sowohl die Energieankopplung als auch die Signalankopplung für telemetrische Zwecke erfolgt über Koppelspulen. Zumindest was die Signalankopplung betrifft, ist der Einsatz von Kop-
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aufwand und unter Vermeidung von gefährlich hohen Ableitströmen von Abnehmern (Signalelektroden) an einem Patienten zu dem jeweiligen Gerät übertragen werden sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Gerät der eingangs genannten Art eine Signalkoppelstelle vorzusehen, die in einfacher technischer Ausführung Signale besonders sicher und energiearm überträgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Ansteckkontaktteil ein in die Einbuchtung einsteckbares Gehäuse umfasst, dass dieses Gehäuse Bauelemente für die Verarbeitung eines Nutzsignals enthält, die an ein erstes Photoelement angeschlossen sind, dass für die Nutzsignalübertragung zwischen dem Ansteckkontaktteil und dem Signalverarbeitungsteil als Primärund Sekundärkoppelglieder ein erster und zweiter Lichtleiteransatz vorhanden sind, dass der zweite Lichtleiteransatz im Steckkontaktteil auf der Seite des Signalverarbeitungsteils angeordnet ist und dort an das zweite Photoelement anschliesst, und dass sich der erste Lichtleiteransatz im dazu passenden Ansteckkontaktteil befindet,

so dass bei in die Einbuchtung eingestecktem Ansteckkontaktteil die beiden Lichtleiteransätze mit ihren Stirnflächen im Sinne einer nahtlosen Signal- übertragung aneinander angesetzt sind.

Signalkoppelstellen mit Lichtleitern sind an sich z. B. schon durch die GB-PS Nr. 1, 447, 469 und die DE-OS 2515389 vorbekannt. Auch sind zweiteilige Koppler nach Art eines Steckers bekannt (DE-OS 2500352), die als Photoelemente Leuchtdioden und diesen gegenüberstehende Phototransistoren enthalten. Weiterhin sind miniaturisierte optische Trennschaltungen (DE-OS 2629014) gebräuchlich, die als Optokoppler bezeichnet werden und die als potentialtrennende Bauelemente dort eingesetzt werden, wo es nicht auf eine Trennung des optischen Signalweges ankommt. All diese Koppelstellen werden nicht in Verbindung mit einem Gerät der eingangs genannten Art eingesetzt. Sie sind ausserdem nicht so einfach aufgebaut wie die Signalkoppelstelle gemäss der Erfindung.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigen : Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Zusammenstecken von Primär- und Sekundärkoppelgliedern im Längssteckverfahren erfolgt, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem das Zusammenstecken im Quersteckverfahren erfolgt.

In Fig. l ist im oberen Teil ein Gerätegehäuse z. B. aus Blech, im Längsschnitt dargestellt. Das Gerätegehäuse --1-- weist eine vorzugsweise zylindrische Einbuchtung --2-- auf, die aus nicht magnetischem, aber elektrisch leitendem Material gefertigt ist. Als Material für die beispielsweise als Zylinder ausgebildete Ausbuchtung kann Aluminium dienen. Die Ausbuchtung --2-- stellt einen geräteseitigen Steckkontaktteil dar. Der dazu passende Gegenkontaktteil --3-- ist in Fig. 1 unten ebenfalls im Längsschnitt dargestellt. Dieser Gegenkontaktteil besteht aus einem langgestreckten (bei zylindrischer Ausnehmung --2-- ebenfalls zylindrischem) Gehäuse mit einem Mantel --4-- aus Isolationsmaterial hoher Spannungsfestigkeit. Als Isolationsmaterial kommt ein Kunststoff mit Innenmetallisierung in Frage.

Die Innenmetallisierung dient insbesondere zur Hochfrequenzabschirmung.

Die Stirnfläche --5-- des Gegensteckkontaktteils --3-- besteht aus lichtdurchlässigem Kunststoff, beispielsweise aus Acrylglas.

Der Steckkontaktteil --2-- umfasst an seinem im Geräteinneren liegenden Ende --6-- einen Montageraum --7--. In diesem Montageraum befindet sich eine Spule --8-- (vorzugsweise ringförmig) als im vorliegenden Falle Primärkoppelelement zur Energieübertragung in das Gehäuse --3-- des Gegenansteckkontaktes. Als Sekundärkoppelglied beinhaltet demnach das Ansteckglied --3-- eine Sekundärspule --9-- (vorzugsweise ebenfalls ringförmig) an oder nahe der Stirnfläche --5-- des Steckkontaktes--3--.

Zur eigentlichen Nutzsignalübertragung, insbesondere zur Übertragung von EKG-Signalen, dient ein Optokoppler. Dieser Optokoppler weist einen ersten Lichtleiteransatz --10-- auf, der im Montageraum --7-- derKontaktausnehmung --2--, wie in Fig. l oben dargestellt, angeordnet ist. Im Falle der Nutzsignalübertragung vom Gegenkontaktteil --3-- übernimmt dieser Lichtleiter- ansatz --10-- die Sekundärfunktion. Zur Primärübertragung dient ein entsprechendes Gegenansatz- stück--11--im Ansteckteil--3--. Die Lichteinstrahlung in das Primäransatzstück--11--er- folgt mittels Leuchtdiode --12--. Ent sprechend umfasst der Lichtleiteransatz --10-- im Geräte-
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koppelglieder) einer Signalkoppelstelle zur galvanisch getrennten Übertragung von Nutzsignalen und Versorgungsenergie.

Diese Einzelbestandteile einer Koppelstelle werden jedoch erst im Augenblick des Zusammensteckens, d. h. Einsteckens des Kontaktteils --3-- in der Kontaktaufnahmeteil --2--, in dichter räumlicher Nachbarschaft als Koppelstelle aktiv.

Erst in diesem Falle, d. h. in angesteckter Verbindung, ergibt sich also ein gemeinsamer Signalweg --14-- für die Nutzsignale und erst hier wird auch ein Energieweg --15-- für die Energieversorgung geschlossen. Diese bedeutet hinsichtlich der Nutzsignalzuführung, dass beispiels-
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--16-- angebrachte--17- im Steckkontaktteil übertragen werden. Hievon werden dann die verstärkten Signale nach Modulation in einem Modulator --18-- (vorzugsweise Frequenz- oder Pulsdauermodulator) und gegebenenfalls Beeinflussung in einem Schaltglied --19-- auf eine Treiberstufe --20-- gegeben.

Von der Treiberstufe --20-- wird dann direkt die Leuchtdiode --12-- mit den modulierten Signalen beaufschlagt. Die Energieversorgung im Steckkontaktteil --3-- übernimmt der Sekundärversorgungsteil --21--, der mit der Sekundärspule --5-- für die Energieübertragung verbunden ist.

Im Gerät selbst werden die Optosignale nach Umwandlung in elektrische Signale im Optoempfänger --13-- auf den Vorverstärker --22-- gegeben und von diesem einem Demodulator --23-zur Demodulation zugeführt. Von diesem werden sie dann gegebenenfalls nach weiterer Verstärkung und Filterung in einem Endverstärker --24-- einem Anzeigegerät --25-- zugeleitet. Das Anzeigegerät --25-- ist dabei im weitesten Sinne zu verstehen, d. h. es kann ein Registrierschreiber oder Oszilloskop oder beispielsweise auch nur ein einfaches Zeigerinstrument sein.

Zur Primärenergieversorgung im Gerät-l-dient der Primärenergieversorgungsteil --26--, der ein Netzteil mit entsprechendem Aussenanschluss an das Aussennetz sein kann ; es kann sich aber auch um eine einfache Batterieversorgung handeln. Die Energieübertragung zur Versorgung der Primärspule --8-- erfolgt mittels Oszillator-27-. In Fig. l weist darüber hinaus der Steckanschluss --2-- des Gerätes zwei Mikroschalter --28, 29-- auf, die von einer Rille --30-im Gegenkontaktteil --3-- geschaltet werden können. Der Schaltvorgang wird jedoch nur dann ausgelöst, wenn im aneinandergesteckten Zustand die Rille --30-- des Ansteckteils --3-- bei den Mikroschaltern --28, 29-- im Steckkontaktteil --2-- zu liegen kommt.

Durch Anbringung unter-
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schiedliche Ansteckkontaktteile --3-- unterschiedlich markieren. Hiedurch können beispielsweise Umschaltvorgänge in Abhängigkeit von der Art der ansteckkontaktteile --3-- ausgelöst werden.

Steckanschlüsse mit Schaltkontakten auf der Basis von Schaltrillen sind unabhängig von der Erfindung für sich z. B. durch die DE-AS 1220920 vorbekannt.

An der Frontseite des Gerätegehäuses-l-sind darüber hinaus z. B. auch noch zwei

Drucktasten --31, 32-- vorgesehen, die bei Betätigung über Schalter-33, 34-- Spulen-35 bzw. 36-- erregen können. Hiedurch werden im Gegenkontaktteil --3-- Reedschalter --37 oder 38-betätigt. Durch das Betätigen der Reedschalter --37 oder 38-- können Umschaltvorgänge am Umschalter --19-- bzw. am Verstärker --17-- ausgelöst werden, beispielsweise in dem Sinne, dass auf Einfügung von Markierungen oder Einstellung unterschiedlicher Verstärkungsstufen umgeschaltet wird.

Die Reedschalter --37 bis 38-- bilden zusammen mit ihren Erregungsspulen --35 bzw. 36-eine weitere Ergänzung der Gesamtkoppelstelle durch je zwei weitere einander zugeordnete Koppeleinzelglieder.

In Fig. 2 ist eine Modifikation des Ausführungsbeispiels nach Fig. l dargestellt dahingehend, dass das Zusammenstecken nicht mehr im Längssteckverfahren, sondern im Quersteckverfahren erfolgt. In diesem Falle sind also beispielsweise Steckausnehmung --2'-- und Gegensteckkontakt --3'- rechteckförmig ausgebildet. Die Übergangsflächen für Sekundärkoppelspule --9-- und Primärlichtleiteransatz --11-- befinden sich nicht mehr an der Stirnfläche --39-- des Steck- kontaktes-3'-. Sie befinden sich jetzt an der Seitenfläche an einem lichtdurchlässigen Fenster - senkrecht zu der Anordnung der Fig. 1.

Als weitere mögliche Modifikation weist das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ferner ein Farb- kennfeld --41-- und/oder ein Magnetkennfeld --42-- auf. Diese Kennung kann zusammen mit geeigneten Gegenabtastern auf der Geräteseite Schaltvorgänge oder auch Verstärkerumschaltungen entsprechend der Kennrille des Ausführungsbeispiels der Fig. l auslösen.

Fig. 2 oben zeigt das Gerät-l-und den Abnehmersteckkontakt --3'-- im gesteckten Zustand. In Fig. 2 unten ist der Abnehmersteckkontakt --3'-- allein im Längsschnitt dargestellt.

Bei beiden Ausführungsbeispielen der Fig. l und 2 befindet sich das Gerätegehäuse-l- auf Masse (bzw. Schutzleiter-) potential. Das Potential des Gehäuses des Abnehmersteckkontaktes - floated hingegen frei. Es ist nun jedoch sofort einzusehen, dass Ableitströmen zwischen Gehäuse und Abnehmersteckkontakt auf Grund der ganz speziellen erfindungsgemässen Kontaktierung beliebig lange Luft- und Kriechstrecken des Abfliessweges geboten werden. Hiedurch ergibt sich aber auch die erwünscht hohe Spannungsfestigkeit mit einem Minimum an Isolationsproblemen.

Die Ausführungsbeispiele betreffen ein Gerät insbesondere für die medizinische Anwendung, d. h. insbesondere für die Übertragung von physiologischen Signalen, wie EKG, Blutdruck, Temperatur usw., vom Patienten zu einem Verarbeitungsgerät. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf die reine medizinische Anwendung beschränkt. Sie lässt sich bei Bedarf auch selbstverständlich universell in der allgemeinen Messtechnik einsetzen. Besonderes Anwendungsgebiet kann dabei auch die allgemeine Messdatenübertragung sein, wo z. B. Daten zwischen zwei Rechnern übertragen werden und zwecks Unterbindung von Ausgleichströmen auf Grund von Störeinflüssen in den Übertragungsleitungen Koppelstellen eingebaut werden müssen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Gerät zum Erfassen und Verarbeiten von elektrischen Signalen, bestehend aus Signalübertrager und Signalverarbeitungsteil, die im Signalweg mittels Steckkontakt miteinander verbindbar sind, und bestehend aus einer galvanisch trennenden Koppelstelle im Signalweg mit Primärund Sekundärkoppelgliedern, wobei von jeweils zwei einander zugehörigen Primär- und Sekundärkoppelgliedern in einem Steckkontaktteil eines der beiden Koppelglieder und in einem dazu passenden Ansteckkontaktteil das andere der beiden Koppelglieder angeordnet ist, so dass mit Herstellung des Steckkontaktes beide Koppelglieder als Primär- und Sekundärkoppelglied in räumlicher Nachbarschaft sich zur Koppelstelle zusammenfügen,

wobei der Steckkontaktteil als Einbuchtung und der Ansteckkontaktteil zur Einbuchtung passend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteckkontaktteil (3,3') ein in die Einbuchtung (2,2') einsteckbares Gehäuse (4,5) umfasst, dass dieses Gehäuse (4,5) Bauelemente (17 bis 20) für die Verarbeitung eines Nutzsignals enthält, die an ein erstes Photoelement (12) angeschlossen sind, dass für die Nutzsignalübertragung zwischen dem Ansteckkontaktteil (3, 3') und dem Signalverarbeitungsteil (1) als Primär- und <Desc/Clms Page number 4> Sekundärkoppelglieder ein erster und zweiter Lichtleiteransatz (11,10) vorhanden sind, dass der zweite Lichtleiteransatz (10) im Steckkontaktteil (2 ;

2') auf der Seite des Signalverarbeitungsteils (1) angeordnet ist und dort an ein zweites Photoelement (13) anschliesst, und dass sich der erste Lichtleiteransatz (11) im dazu passenden Ansteckkontaktteil (3, 3') befindet, so dass bei in die Einbuchtung (2) eingestecktem Ansteckkontaktteil (3, 3') die beiden Lichtleiteransätze (10, 11) mit ihren Stirnflächen im Sinne einer nahtlosen Signalübertragung aneinander angesetzt sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lichtleiteransätze (10, 11) mit ihren Stirnflächen plan aneinanderfügbar sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Steckkontakt (2, 3 ; 2', 3') die Primär- und Sekundärkoppelglieder im Längssteckverfahren (Fig. l) oder im Quersteckverfahren (Fig. 2) aneinandersteckbar sind, wobei im Falle der Längssteckverbindung die Stirnfläche (5) des Ansteckkontaktteils (3) bzw. im Falle der Quersteckverbindung eine Seitenfläche des Ansteckkontaktteils (3') an einer Durchlassstelle (40) aus lichtdurchlässigem Kunststoff, beispielsweise aus Acrylglas, besteht, und dass der erste Lichtleiteransatz (11) an dieser Stirnfläche (5) bzw. Seitenfläche angeordnet ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbuchtung (2 ; 2') im Gerätegehäuse (1) an ihrem im Geräteinnern liegenden Ende (6) einen Montageraum (7) aufweist, in dem neben einer Spule (8) als Primärkoppelelement für die Energieübertragung der zweite Lichtleiteransatz (10) für die Signalübertragung untergebracht ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im zur Ausbuchtung (2 ; 2') passenden Ansteckkontaktteil (3 ; 3') im Falle einer Längssteckverbindung an oder nahe dessen Stirnfläche (5) oder im Falle einer Quersteckverbindung an dessen Seitenfläche eine Spule (9) als Sekundärkoppelelement für die Energieübertragung und der erste Lichtleiteransatz (11) für die Signalübertragung angeordnet sind.