Bewegungsmesseinrichtung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Bewegungsmesseinrichtung mit einem Trager zur Aufnahme eines lebenden Messobjektes und einem Indikatorsystem. Es sind Einrichtungen verschiedener Art bekannt, mit denen man Bewegungsmessungen an Lebewesen ausführen kann. Man kann sie in zwei Gruppen einteilen, nämlich eine optische und eine mechanische. Zur optisehen Gruppe sind die Kinematographen und die Stroboskope zahlen. Mit den Messeinrichtungen dieser Gruppe wird die Geometrie der Bewegungen erfasst, nieht aber die Dynamik, das heisst, man erhält keine direkten Angaben über die im Spiele stehenden KrÏfte und Energie Umsetzungen.
Den Einrichtungen der meeha oiseliez Gruppe ist gemeinsam, dass das Lebe- wesen, dessen Bewegungen man messen will, mit einem Kantaktelement der Messapparatur in Ber hrung gebracht wird. Das Kontakt- element wird dureh das Lebewesen in Bewe gungen versetzt, die von der Messapparatur angezeigt resp. registriert werden.
Das Kon- íaktelement wird zum Beispiel auf die Brust eines Menschen aufgesetzt zur Messung der durch die Herzbewegungen verursaehten Bewegungen der Kontaktstelle ; oder die Hand wird, um ihr Zittern zu messen, gegen das Kontaktelement gedr ckt. Bine andere Fin- richtung ist zum Beispiel ein KÏfig (Zitterkäfig), dessen Boden als Kontaktelement dient.
Ein im Käfig sich bewegendes Tier versetzt denselben in Bewegungen, wodurch elek- trische Kontakte betätigt werden. Die Wir- kungsweise aller bekannten Bewegungsmess- einrichtungen der mechanischen Gruppe lässt sich einheitlieh folgendermassen beschreiben : Das Lebewesen, dessen Bewegungen gemessen werden sollen, steht mit der dinglichen Umwelt in Berührung. An allen Berührungsstellen bt es auf die Umwelt Kräfte aus, die infolge der Bewegungen des Lebewesens zeitlieli variabel sind. Ein Teil dieser Berührungsstellen gehört zum Kontaktelement der Bewegungsme¯einrichtung, und die vom Lebewesen an diesen Stellen ausgeübten Kräfte betätigen die Me¯einrichtung.
Nun hängt die Verteilung der vom Versuehsobjekt an den versehiedenen Berührungsstellen ausgeübten Krä. fte in hohem Masse von Einzel- heiten der Versuchsbedingungen ab. Der Druck einer Hand auf das Kontaktelement hängt beispielsweise von der Stellung der Versuchsperson ab, oder die Anzahl der Messkontakte, die ein Tier im oben erwähnten Käfig betätigt, von Zufälligkeiten in der Form des Weges, den das Tier im Käfig zurücklegt. Allen bekannten mechanischen Bewegungsme¯einrichtungen ist gemeinsam, dass von der Gesamtheit der vom Versuchsobjekt auf die Umwelt ausgeübten Kräftc stets nur ein Teil durch den Messvorgang erfasst wird.
Der oben erwähnte Käfig macht da keine Ausnahme ; denn er ist vermittels Stützelemente wie Federn, Gelenke und dergleiehen auf der Unterlage abgestützt, wobei die dureh die Stützelemente bertragener@ Kräfte durch den Me¯vorgang nicht erfa¯@ werden. Die Messungen mit einer solchen Einriehtung liefern daher keinen ¯berblick ber die Gesamtheit der vom Versuchsobjekt auf die Umwelt ausgeübten Kräfte und damit keine zuverlässige Kontrolle über die Repro duzierbarkeit der Versuche und die Ver gleiehbarkeit der Resultate.
Die vorliegende Erfindung bezweekt nnn die Sehaffung einer Messeinrichtung, die es ermöglieht, die Gesamtheit der vom Versuchsobjekt auf die Umwelt ausgeübten KrÏfte zu erfassen. Damit sind die Beding lngen für die Reproduzierbarkeit der Versuche und die Ver gleichbarkeit der Me¯resultate geschaffen.
Erfindungsgemϯ ist die Bewegungsme¯einrichtung gekennzeichnet durch mindestens ein Verbindungselement, das die einzige meehanisehe Verbindung zwischen dem Messobjekt und dem TrÏger einerseits und einer Abstützung anderseits darstellt, wobei das Verbindungselement nur geführte Bewegungen des Trägers zulässt und dabei nur solehe reversible, auf das Indikatorsystem einwirkende inderungen erfährt, die ein Mass für die Bewegungen des Messobjektes darstellen.
Der Hauptuntersehied der erfindungsge- mässen Einrichtung gegen ber allen bekannten Einrichtungen dieser Art liegt somit darin, dass sämtliche meehanisehen Verbin- dungen zwischen dem aus dem Versuehsobjekt und dem TrÏger bestehenden System einer seits und der Umgebung anderseits in das Indikatorsystem einbezogen sind und damit erstmals das lebende Versuchsobj@kt in seiner Ganzheit, betrachtet als Vlotor, einem Me¯verfahren unterworfen werden kann, das hinsichtlich Reproduzierbarkeit der Versuchs- hedingungen und Vergleiehbarkeit der Resultate die Anforderungen erfüllt,
die an ein exaktes physikalisches Messverfahren zu stellen sind.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ; es zeigt :
Fig. 1 schaubildlieh die ganze Bewegungs- me¯einrichtung,
Fig. 2 in grösserem Massstab ein Verbin- dungselement der Einrichtung nach Fig. 1 im Vertikalsehnitt und
Fig. 3 schematisch den Aufbau des Indi katorsystems.
Die gezeichnete Bewegungsmesseinriehtung besitzt als TrÏger eine reehteekige Platte 1 mit an ihren Ecken angeordneten Füssen la (Fig. 1,2). Die Platte 1, die zur Abstützung eines nichet gezeichneten Alessobjektes dient, steht mit ihren F ¯en 1α auf den Verbin- dungselementen 2 (Fig. 1), die zusammen mit dem Indikatorsystem die Messeinrichtung bilden. Jedes Verbindungselement 2 besteht aus einem Gehäuse 3, dessen Deekel als elastisehe Membran 4 ausgebildet ist (Fig. 2). Die Füsse la der Platte 1 sind mit den Membranen 4 der Verbindungselemente starr verbunden.
Das Indikatorsystem (Fig. 3) besteht aus vier Messköpfen 5, einem elektronisehen Messumfor- mer 6 und einem Anzeigegerät 7. Jedes der vier Verbindungselemente enthält einen Messkopf. Er besteht aus einer an der Innenseite der Membran 4 befestigten Tauchspule 5α (Fig. 2) und einem auf dem Boden des Verbindungselementes befestigten Ringmagneten 5b. Die Tauchspule ist durch die Leitungen 5c mit dem Messumformer 6 verbunden. Der elektronisehe Messumformer 6 dient zur Anpas- sung der Ausgänge der Messkopfe 5 an das Anzeigegerät 7 und zugleich als automatisches RechengerÏt.
Beispielsweise addiert und integriert es die von den vier Messkopfen herrüh- renden Spannungsschwankungen, Das Anzeigegerät 7 kann zum Beispiel ein Zeigerinstrument oder ein Registriergerät sein. Da elektronische Me¯umformer und Anzeigegeräte in versehiedenen geeigneten Ausfüh- rungen bekannt sind, sollen sie hier nicht nÏher beschrieben werden.
Die Messungen mit der besehriebenen Einrichtung werden wie folgt durehgeführt : Das Messobjekt, z. B. eine Versuchsperson, wird auf die Platte I gebraclit. Es ist darauf zu -literai, dass das Versuchsobjekt tatsäehlieh ausschliesslich auf der Platte l abgestützt ist, das heisst, dass auch alle irgendwie mit dem Versuchsobjekt in Berührnng stehenden Ge- genstände ausschliesslieh auf der Platte 1 rumen. Abgesehen von den statisehen Bean spruchungen der Membranen durch die Ruhelast des Versuchsobjektes wirken auf die Membron 4 zusätzliche,
zeitlich variable KrÏfte, die durch die Füsse 1α bertragen werden. Im gezeigten Beispiel sind die durch diese Zusatzkräfte verursachten reversiblen Durchbiegungen der Membranen proportional zn den Vertikalkomponenten der Zusatz kräfte und die in den Messkopfen 5 erzeugten Spannungen proportional zu den Durehbie- gungsgeschwindigkeiten.
Durch Integration dieser Spannungen im Me¯umformer 6 erhÏlt man Spannungen proportional zu den Durehbiegungen selbst, also proportional zu den Vertikalkomponenten der Zusatzkräfte, und schlie¯lich durch Addition wiederum im Messumformer 6 Spannungen proportional zur Vertikalkomponente der resultierenden, auf @ alle Membranen wirkenden Kräfte. Durch Ei chung kann der Proportionalitätsfaktor bestimmt und dem Anzeigegerät 7 die resultie- ende Vertikalkomponente der Zusatzkräfte, herrührend von den Bewegungen des Ver suchsobjektes, entnommen werden.
Das Hauptanwendungsgebiet der besehrie henen Messeinrichtung ist offensichtlich das Messen von Bewegungen von Menschen, Tieren oder Pflanzen ; doeh eignet sieh die Ein- richtung auch zur Messung anderer mecha- niseher VorgÏnge an Lebewesen, wie z. B. der Veränderungen des Eigengewichtes. Das Aless- ohjekt kann entweder ein Individuum oder ein Kollektiv sein. Es sind folgende Messun gen möglieh : α) Messung von motorischen VorgÏngen am sich selbst überlassenen Messobjekt.
Sol- che motorische Vorgänge sind bewu¯te Bewe gungen an Ort, Dislokation, ArbeitsvorgÏnge, Bedienung von GerÏten usw., ferner Bewegungen, die nicht oder nur teilweise durch das Bewu¯tsein bzw. den Willen des Ver suchsobjektes kontrolliert werden, wie Zit tern, Zuckungen, Niesen, Husten, Motorik innerer Organe, Lautäusserungen usw. Das Messobjekt kann sich dabei im Wachszustand, Schlaf, Halbschlaf, in Narkose, Hypnose usw@ befinden. Durch solche Bewegungsmessungen lassen sich auch KrankheitszustÏnde erfassen@ b) Messung der motorisehen Reaktionen des Messobjektes auf äussere oder innere Ein wirkungen, wie z.
B. mechanische (z. B. Erschütterungen, erzeugt durch eine auf der Platte montierte Schüttelmaschine), thermische, akustische, optische, elektrische, psychische Reize, Einnahme von Nahrung, Reizmitteln, Pharmaka, Giften usw. ; Messung von Reaktionsgeschwindigkeiten. c) Messung der zeitliehen Veränderungen des Eigengewichtes des Me¯objektes@ d) Die Messungen mittels der beschriebe nen Einrichtung können kombiniert werden mit andern Feststellungen resp. Messungen, wie z. B. mit kinematographischen Aufnah- men, mit der Messung von Aktionsströmen, Herztonen usw.
Zur Ausbildung der einzelnen Elemente der Messeinrichtung ist folgendes zu sagen : Der TrÏger kann die Form eines Podiums, Stuhls, Bettes, eines offenen oder geschlos senen Behälters, einer Kontaktplatte usw. besitzen, wobei das Messobjekt auf dem Trager steht, sitzt oder liegt, sich auf ihm abstützt, an ihn anlehnt, in ihn eingebettet ist oder sie. in bzw. auf ihm bewegt. Ist der TrÏger ein Behälter, so kann er auch eine Flüssigkeit enthalten, die das Messobjekt ganz oder teilweise umschliesst. Ein gesehlossener Behälter kann mit Luft oder einem andern Gas gef llt sein, in dem das Messobjekt auch fliegen kann.
Der TrÏger ist ausschliesslich mit Hilfe von Verbindungselementen zweckmässiger Form, Anzahl und Anordnung gegen die Um gebung abgestützt bzw. aufgehÏngt. Die Verbindungselemente, können Federn aller Art wie Schraubenfedern, Blattfedern, Membrane usw. sein. Sie können auch Bestandteile von Messkopfen des Indikatorsystems sein, wie z. B. piezoelektrische Kristalle. Ferner können sie auch Dämpfungseinricht. ungen enthalten.
Die Lagerung des TrÏgers durch die Verbindungselemente kann so besehaffen sein, dass sie einen oder mehrere Freiheitsgrade besitzt und entweder nur Parallelversehiebung, nur Drehungen um feste Achsen oder aber all- gemeinere Bewegungen ausführen kann.
Die Messkopfe des Indikatorsystems k¯nnen naeh Anzahl, Anordnung und Typus beliebig sein. Zum Zwecke der Kontrolle der von den Verbindungselementen auf die Um gebung übertragenen Kräfte. (Drehmomente inbegriffen) sind Messköpfe in die Verbin- dungselemente eingebaut, respektive sind die Verbindungselemente selbst als Bestandteile von Messkopfen ausgebildet.
Die in den Ver bindungselementen eingebauten Messkopfe oder zusätzliche, anderweitig angeordnete Me¯k¯pfe k¯nnen auch zur direkten Messung der Bewegungen des TrÏgers relativ zur Um- gebung verwendet werden ; beispielsweise k¯nnen solelie zusätzliche Messkopfe in Form von Seismographen direkt auf dem TrÏger oder auf dem lebenden Versuehsobjekt selbst angebracht werden. Die Messkopfe können Tauchspulsysteme, Reluktanzsysteme, piezoelektrische, magnetostriktive, kapazitive, auí Widerstandsänderungen oder auf einem Über- lagerungsprinzip beruhende Systeme sein oder auch rein mechanische (z. B.
Hebelübersetzungen), hydraulische, optisehe, interfero- metrische Systeme, kurz physikalische Systeme irgendwelcher Art, die sich zur Mes sung von Verschiebungen, Längenänderungen, Deformationen. Kräften usw. eignen. In Verbindungselementen mit Dämpfung sind auch Me¯k¯pfe zur Messung der DÏmpfungsleistung eingebaut. z. B. kann die Lei stung einer Wirbelstromdämpfung dureh ein Wattmeter gemessen werden.
Zwischen den Messkopfen und dem An- zeigegerät des Indikatorsystems können nach Bedarf Messumformer eingesehaltet sein, die die von den Me¯k¯pfen gelieferten Me¯gr¯¯en automatisch und in quantitativ kontrollier- barer Weise verarbeiten. Ein Messumformer kann. aus mechanischen, akustischen, optischen, elektrischen usw. Vorrichtungen. bestehen, mit welchen die Messgrossen zusammen- gesetzt, vergrössert oder verkleinert, spektral 1 oder anderweitig zerlegt, durch Differentiation, Integration usw. dem Anzeigegerät angepasst resp. in zur Anzeige geeignete Grössen umgeformt werden.
Das Anzeigegerät kann aus einer oder mehreren Einheiten bestehen. Es maeht die Me¯grossen resp. die Resultate des Messumformers zweckmϯig sichtbar oder hörbar. Es kann ein Zeigerinstrument, ein Kathodenstrahl oszillograph, ein Lautsprecher, Kopfhörer, ein photographisches, magnetisches oder meeha nisehes Registriergerät, ein Zählmeehanismus usw. sein.
Neben der Sichtbar- resp. Hörbar- machung der Resultate kann es auch so ausgebildet sein, dass es die Speicherung, doku- mentarische Fixierung, weitere statistische Bearbeitung usw. erlaubt, z. B. durch Nieder- sehrift, automatische Herstellung von Lochkarten usw. Das Indikatorsystem kann auch so ausgebildet sein, dass die Resultate auf grö- ssereDistanzenübertragenwerden, z. B. zum Zweeke der automatischen Sammlung der Resultate mehrerer ¯rtlich getrennter Bewegungsme¯einrichtungen in einer Zentrale.