DD250051A1

DD250051A1 - METHOD AND CIRCUIT FOR THE AUTOMATIC ZERO-POINT CORRECTION OF CLOCK-CONTROLLED MEASURING SYSTEMS

Info

Publication number: DD250051A1
Application number: DD86291440A
Authority: DD
Inventors: Juergen Hoffmann
Original assignee: Medizin Labortechnik Veb K
Priority date: 1986-06-19
Filing date: 1986-06-19
Publication date: 1987-09-30
Also published as: HUT44158A; DE3704565A1; SE8700636D0; SE8700636L

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zur automatischen Nullpunktkorrektur taktgesteuerter Messsysteme, z. B. solcher in Narkose- und Therapiebeatmungsgeraeten bzw. Monitoren, wobei die Messwertausgabe kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen kann. Ziel und Aufgabe ist es, ein durch Parametereinwirkung entstehendes Blindsignal, das eine Nullpunktabweichung hervorruft, zu kompensieren. Das wird im wesentlichen mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Schaltungszweig erreicht, der mittels eines elektronischen Schalters zu- oder abgeschaltet wird bzw. es ermoeglicht, eine Differenzspannung (Nullpunktabweichung) abzuspeichern, um sie fuer die Korrektur auszunutzen.The invention relates to a method and a circuit for automatic zero point correction of clock-controlled measuring systems, z. B. in anesthesia and Therapy Ventilation devices or monitors, the measured value can be output continuously or discontinuously. The goal and task is to compensate for a dummy signal caused by the action of a parameter, which causes a zero deviation. This is achieved essentially with an inverting and a non-inverting circuit branch, which is switched on or off by means of an electronic switch or makes it possible to store a differential voltage (zero offset) in order to use it for the correction.

Description

Explanation of the essence of the invention

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Schaltung zur automatischen Nullpunktkorrekturtaktgesteuerter Meßsysteme so zu entwickeln, daß ein der Parameteränderung proportionales Blindsignal mit einem Spannungssignal, dessen Größe der Nullpunktabweichung entspricht, subtrahiert und die Spannungsabweichung auf eine Meßgröße von null Volt gebracht wird.It is therefore the object of the invention to develop a method and a circuit for automatic zero point correction clock-controlled measuring systems so that a parameter change proportional blind signal with a voltage signal whose magnitude corresponds to the zero offset subtracted and the voltage deviation is brought to a measured value of zero volts.

Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs definierten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes gelieferte Spannungssignal zu einem von einem Taktsignal bestimmten Zeitpunkt oder taktunabhängig mit einer vorwähl baren Referenzspannung verglichen wird und der Unterschied dieser beiden Spannungen, welcher die Nullpunktabweichung repräsentiert und dieser proportional ist, abgespeichert und dazu ausgenutzt wird, den aktuellen Meßwert um diesen Betrag zu korrigieren. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann durch den Vergleich mit der vorgewählten Referenzspannung auch darüber entschieden werden, welche Meßwerte noch als Nullpunktabweichung zu zählen sind, um so die Möglichkeit eines gewollten, ständig vom Nullpunkt abweichenden Meßwertes zu gewährleisten.This object is achieved in a method of the type defined according to the invention in that each delivered voltage signal is compared to a specific timing of a clock signal or clock-independent with a vorwähl ble reference voltage and the difference of these two voltages, which represents the zero offset and this is proportional, is stored and used to correct the current reading by this amount. In the case of this method according to the invention, the comparison with the preselected reference voltage can also be used to decide which measured values are still to be counted as zero point deviations in order to ensure the possibility of a desired measured value deviating constantly from the zero point.

Eine Schaltung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist ausgehend von den eingangs definierten Schaltungsmerkmalen nach DD-WP 230423 erfindungsgemäß gekennzeichnet dadurch, daß ein invertierender Schaltungszweig, bestehend aus einem Verstärker und ein nichtinvertierender Schaltungszweig, bestehend aus einem Verstärker gleicher Verstärkung, eingangsseitig mit einer ein Spannungssignal Um führende Leitung und ausgangsseitig mit einem Additions-Umkehrverstärker verbunden sind und daß der nichtinvertierende Schaltungszweig in Abhängigkeit von einem anliegenden Taktsignal mittels eines elektronischen Schalters von der Um führenden Leitung abtrennbar ist, der über eine Diode mit einem Komparator signalverknüpft ist, welcher einlaßseitig eine erste Verbindung mit der U_M führenden Leitung und eine zweite Verbindung mit einem Referenz-Spannungsteilerwiderstand aufweist.A circuit for carrying out the method described above is based on the above-defined circuit characteristics according to DD-WP 230423 according to the invention characterized in that an inverting circuit branch, consisting of an amplifier and a non-inverting circuit branch, consisting of an amplifier of equal gain, the input side with a voltage signal To leading line and the output side are connected to an addition-inverting amplifier and that the non-inverting circuit branch is disconnected in response to an applied clock signal by means of an electronic switch from the order leading line, which is signal-linked via a diode to a comparator, which on the inlet side a first connection having the U _M leading line and a second connection to a reference voltage divider resistor.

Eine konstruktiv besonders einfache Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltung wird ferner dadurch erhalten, daß der elektronische Schalter aus einem Transistor, einem Widerstand, einer Diode sowie einem Feldeffekttransistor, einem zweiten Widerstand und einem Speicherkondensator besteht und seine Verbindung über die erstgenannte Diode mit dem Komparator durch einen Anschluß zwischen der zweitgenannten Diode und dem Feldeffekttransistor hergestellt ist. Bei der vorgenannten Schaltung, welche zwei aktive Schaltungswege umfaßt, deren eine ausgangsseitig eines Meßwertverstärkers mit dem Spannungssignal U_M belegt ist und deren andere durch Einflußnahme einer Impulsverkürzungsschaltung ein Taktsignal führt, wird über den invertierenden und über den nichtinvertierenden Schaltungszweig dem Additions-Umkehrverstärker das vom Meßwertverstärker gelieferte Spannungssignal Um zugeführt. Während es ständig invertiert an den Eingang des Additions-Ümkehrverstärkers gelangt und somit an dessen Ausgang wieder nichtinvertiert ansteht, erfolgt die Steuerung des nichtinvertierenden Schaltungszweiges in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Komparators und des Taktsignales, z. B. zur Ansteuerung eines Inspirations/Exspirationsventiles eines Narkose- oder Therapiebeatmungsgerätes.A structurally particularly simple embodiment of the circuit according to the invention is further obtained in that the electronic switch consists of a transistor, a resistor, a diode and a field effect transistor, a second resistor and a storage capacitor and its connection via the former diode with the comparator through a terminal between the second-mentioned diode and the field effect transistor is made. In the aforementioned circuit, which comprises two active circuit paths, whose one output side of a measured value amplifier is assigned to the voltage signal U _M and whose other leads by influencing a pulse shortening a clock signal, the addition of the inverting amplifier and the non-inverting circuit branch to the addition of the amplifier supplied voltage signal Um supplied. While it is constantly inverted to the input of the addition Ümkehrverstärkers and thus at its output again non-inverted pending, the control of the non-inverting circuit branch takes place in dependence on the switching state of the comparator and the clock signal, z. B. for controlling an inspiratory / expiratory valve of an anesthesia or therapy ventilator.

Der Komparator vergleicht das vom Meßwertverstärker gelieferte Spannungssignal U_M mit einer einstellbaren Referenzspannung U_R und steuert den elektronischen Schalter an. Solange U_M > ur ist, bleibt der Schalter offen, d.h., die Signalstrecke des nichtinvertierenden Schaltungszweiges ist gesperrt. Erst wenn Um < Ur ist, schließt der elektronische Schalter und überträgt ein zu diesem Zeitpunkt anliegendes, von null Volt abweichendes Spannungssignal auf den Speicherkondensator, der gleichzeitig mit dem Eingang des Additions-Ümkehrverstärkers eine Verbindung aufweist.The comparator compares the voltage signal U _M delivered by the measured value amplifier with an adjustable reference voltage U _R and controls the electronic switch. As long as U _M > ur, the switch remains open, ie the signal path of the non-inverting circuit branch is blocked. Only when Um <Ur, the electronic switch closes and transmits a current zero voltage signal to the storage capacitor, which simultaneously has a connection to the input of the reverse addition amplifier.

Durch das somit anstehende invertierte und nichtinvertierte Spannungssignal am Eingang des Additions-Ümkehrverstärkers stellt sich am Ausgang ständig null Volt ein, bis eine am Takteingang ankommende L/H-Flanke, z. B. durch das Öffnen des Inspirationsventiles, ein Öffnen des elektronischen Schalters bewirkt. Der zu diesem Zeitpunkt, beispielsweise am Ende der Exspirationsphase im Speicherkondensator des nichtinvertierenden Schaltungszweiges anstehende Spannungswert ist die aktuelle Spannungsabweichung von null Volt. Diese bleibt bis zum nächsten Schalten des Komparators bei Um < Ur erhalten und korrigiert somit alle nachfolgenden Meßwerte auch dann, wenn bei U_M > Ur der Komparator den elektronischen Schalter taktunabhängig offen hält und der aktuelle Spannungswert nur über den invertierenden Schaltungszweig an den Einngang des Additions-Ümkehrverstärkers gelangt.By thus pending inverted and non-inverted voltage signal at the input of the addition Ümkehrverstärkers is at the output constantly zero volts until an incoming at the clock input L / H edge, z. B. by opening the inspiratory valve, opening the electronic switch causes. The voltage value present at this time, for example at the end of the expiration phase in the storage capacitor of the non-inverting circuit branch, is the current voltage deviation of zero volts. This remains until the next switching of the comparator at Um <Ur and thus corrects all subsequent measured values even if at U _M > Ur the comparator keeps the electronic switch open independent of the clock and the current voltage value only via the inverting circuit branch to the input of the addition Return amplifier arrives.

embodiment

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigen:Reference to the drawing, the invention is explained for example. Show it:

Fig. 1: eine Schaltung zur automatischen Nullpunktkorrekturtaktgesteuerter Meßsysteme und Fig.2: ein zu Fig. 1 gehörendes Spannungsdiagramm.1 shows a circuit for automatic zero-point correction clock-controlled measuring systems, and FIG. 2 shows a voltage diagram belonging to FIG.

In Fig. 1 wird das Ausführungsbeispiel im Schaltbild mit zwei aktiven Schaltungswegen dargestellt, über die ein Anschluß der erfindungsgemäßen Schaltung mit z. B. einer elektronischen Steuerung eines Narkose- oder Therapiebeatmungsgerätes hergestellt ist.In Fig. 1, the embodiment is shown in the diagram with two active circuit paths through which a terminal of the circuit according to the invention with z. B. an electronic control of anesthesia or therapy ventilator is made.

Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt die Schaltung einen invertierenden Schaltungszweig und einen nichtinvertierenden Schaltungszweig, die eingangsseitig mit einer das Spannsignal Um führenden Leitung 13 und ausgangsseitig mit einem Additions-Umkehrverstärker 12 verbunden sind. Ein mit der Bezugszahl 1 gekennzeichneter Referenz-Spannungsteilerwiderstand ist mit einem Komparator 2 verbunden, dessen invertierender Eingang mit der Leitung 13 in Verbindung steht. Der invertierende Schaltungszweig besteht nach der Fig. 1 aus einem Verstärker 10 und auch der nichtinvertierende Schaltungszweig wird gemäß der Fig. 1 von einem Verstärker 11 gleicher Verstärkung gebildet, der mittels eines elektronischen Schalters von der Um führenden Leitung 13 abtrennbar ist. Dieser Schalter ist über eine Diode 5 mit dem Komparator 2 signalverknüpft und besteht aus einem Transistor 3, einem ersten Widerstand 4, einer Diode 6 sowie einem Feldeffekttransistor 7, einem zweiten Widerstand 8 und einem Speicherkondensator 9. Sein Anschluß erfolgt zwischen Diode 6 und Feldeffekttransistor 7, der seinerseits mit der Leitung 13 signalverknüpft ist. Außerdem ist die Basis seines Transistors 3 mit dem Takteingang des einen Schaltungsweges verbunden, welcher einen Zugang zu der Impulsverkürzungsschaltung 14 der eingangs genannten Gerätesteuerung aufweist.As shown in FIG. 1, the circuit comprises an inverting circuit branch and a non-inverting circuit branch, which are connected on the input side with a lead signal Um leading line 13 and the output side with an addition-reverse amplifier 12. A reference voltage divider resistor identified by the reference numeral 1 is connected to a comparator 2 whose inverting input is connected to the line 13. The inverting circuit branch consists of FIG. 1 of an amplifier 10 and also the non-inverting circuit branch is formed according to FIG. 1 by an amplifier 11 of equal gain, which is separable by means of an electronic switch from the order leading line 13. This switch is signal-linked via a diode 5 to the comparator 2 and consists of a transistor 3, a first resistor 4, a diode 6 and a field effect transistor 7, a second resistor 8 and a storage capacitor 9. Its connection takes place between diode 6 and field effect transistor. 7 , which in turn is signal-linked to the line 13. In addition, the base of its transistor 3 is connected to the clock input of a circuit path, which has access to the pulse shortening circuit 14 of the device control mentioned above.

Mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können beispielsweise mit Vorteil der Anschlußanordnung nach DD-WP 230423 die durch Temperatur-oder Spannungsdrift und auch durch Offsetspannungen eines Meßwertverstärkers 15 entstehenden Grundfehler bzw. Nullpunktfehler kompensiert werden.With the preferred embodiment of the invention, for example, with advantage of the terminal arrangement according to DD-WP 230423 the resulting from temperature or voltage drift and offset voltages of a Meßwertverstärkers 15 basic error or zero error can be compensated.

Die Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, daß vom Ausgang des Meßwertverstärkes 15 das Spannungssignal U_M an den invertierenden Eingang des Komparators 2, an den Source-Anschluß des Feldeffekttransistors 7 und an den Verstärker 10 angelegt ist und somit invertiert am Eingang des Additions-Umkehrverstärkers 12 steht, so daß es am Ausgang dieses Verstärkers wieder unnegiert zur weiteren Meßwertverarbeitung genutzt werden kann. Ist der Wert des Spannungssignales U_M am invertierenden Eingang des Komparators 2 größer als die mit dem Referenz-Spannungsteilerwiderstand 1 einstellbare Referenzspannung Ur, führt der Ausgang des Komparators 2 und über die Diode 5 auch das Gate des Feldeffekttransistors 7 die Spannung ca. -Ub, womit der Feldeffekttransistor 7 gesperrt ist. Unterschreitet der Spannungs-Meßwert U_M zu einem bestimmten Zeitpunkt der Exspirationsphase die am invertierenden Eingang des Komparators 2 eingestellte Referenzspannung U_R, schaltet der Komparators 2 ausgangsseitig auf die Spannung ca. + U_B. Da gleichzeitig in der Exspirationsphase am Takteingang und somit an der Basis des Transistors 3 ein L-Potential anliegt, leitet dieser und führt an seinem Kollektor die Spannung ca. +Ub- Die Dioden 5,6 verhindern ein Durchgreifen der positiven Spannung auf das Gate des Feldeffekttransistors 7, das über den Widerstand 8 Massepotential erhält, wodurch der Feldeffekttransistor leitet. Der aktuelle Spannungs-Meßwert Um liegt damit auch am Drainanschluß des Feldeffekttransistors 7 und am Speicherkondensator 9 an, wird über den Verstärker 11 an den Eingang des Additions-Umkehrverstärkers 12 übertragen und. zu dem invertierten Wert von U_M, anliegend am Ausgang des Verstärkers 10, addiert. Dadurch entsteht am Ausgang des Additions-Umkehrverstärkers 12 solange eine Ausgangsspannung von genau null Volt, bis am Ende der Exspirationszeit, mit dem Takt zum Öffnen des Inspirationsventiles, an der Basis von Transistor 3 ein Η-Pegel entsteht. Die Folge davon ist, daß der Transistor 3 sperrt und über die Diode 6 das Gate des Feldeffektransistors 7 negativ vorspannt. Der Feldeffekttransistor 7 sperrt ebenfalls, so daß der Signalweg zum Meßwertverstärker 15 und damit zum aktuellen Spannungs-Meßwert U_M unterbrochen ist. Der zu diesem Zeitpunkt am Speicherkondensator 9 anliegende Spannungswert ist die tatsächlich von null Volt abweichende Fehlerspannung, die am Ausgang des Verstärkers 11 anliegt und so ständig, d. h. bis zum nächsten Schalten des Komparators 2, dem aktuellen, invertierten Spannungs-Meßwert Um zuaddiert wird und diesen somit korrigiert.The circuit for carrying out the method according to the invention shows that from the output of the Meßwertverstärkes 15, the voltage signal U _{M is applied} to the inverting input of the comparator 2, to the source terminal of the field effect transistor 7 and to the amplifier 10 and thus inverted at the input of the addition. Reverse amplifier 12 is, so that it can be used again unnegiert at the output of this amplifier for further processing of measured values. If the value of the voltage signal U _M at the inverting input of the comparator 2 is greater than the reference voltage Ur which can be set using the reference voltage divider resistor 1, the output of the comparator 2 and via the diode 5 also the gate of the field effect transistor 7 carries the voltage approximately -Ub, whereby the field effect transistor 7 is blocked. If the voltage measured value U _M falls below the reference voltage U _R set at the inverting input of the comparator 2 at a certain point in time of the expiration phase, the comparator 2 switches on the output side to the voltage approx. + U _B. Since at the same time in the expiration phase at the clock input and thus at the base of the transistor 3, an L potential is applied, conducts this and leads at its collector, the voltage about + Ub- the diodes 5.6 prevent the positive voltage from reaching the gate of the Field effect transistor 7, which receives ground potential through the resistor 8, whereby the field effect transistor conducts. The current voltage measurement Um is thus also at the drain terminal of the field effect transistor 7 and the storage capacitor 9, is transmitted via the amplifier 11 to the input of the addition-inverting amplifier 12 and. to the inverted value of U _M adjacent the output of the amplifier 10. This produces an output voltage of exactly zero volts at the output of the addition-inverting amplifier 12 until, at the end of the expiration time, with the clock for opening the inspiration valve, a Η level is produced at the base of transistor 3. The consequence of this is that the transistor 3 blocks and biases the gate of the field effect transistor 7 via the diode 6 negative. The field effect transistor 7 also blocks, so that the signal path to the measured value amplifier 15 and thus to the current voltage measurement U _{M is} interrupted. The current voltage applied to the storage capacitor 9 at this time is the actual error voltage deviating from zero volts, which is applied to the output of the amplifier 11 and so constantly, ie until the next switching of the comparator 2, the current, inverted voltage measurement Um is added and this thus corrected.

Im Spannungsdiagramm gemäß Fig.2 ist die Funktionsweise der Schaiturig zur automatischen Nullpunktkorrekturanhand der funktionsbestimmenden Baugruppe in bezug zum Spannungs-Meßwert U_M dargestellt.In the voltage diagram according to Figure 2, the operation of Schaiturig for automatic zero correction on the basis of the function-determining assembly with respect to the voltage measurement value U _{M is} shown.

Claims

1. A method for automatic zero point correction of clock-controlled measuring systems in which a proportional voltage signal is generated by input of a physical quantity and due to the effect of temperature or voltage drift and offset voltages arise zero point deviations, characterized in that each delivered voltage signal to one of a clock signal is determined at any given time or independent of clock cycles, compared with a preselectable reference voltage, and the difference between these two voltages, which represents and is proportional to the zero deviation, being stored and used to correct the current measured value by this amount.

2. The method according to item 1, characterized in that the comparison with the preselected reference voltage decides which measured values are still counted as zero deviations, so as to ensure the possibility of a desired, constantly deviating from the zero point measured value.

3. A circuit for carrying out the method according to item 1 and 2, comprising two active Sghaltungswege whose one output side of a measured value amplifier is assigned to the voltage signal U _M and whose other leads by influencing a pulse shortening a clock signal, characterized in that an inverting circuit branch consisting from an amplifier (10) and a non-inverting circuit branch, consisting of an amplifier (11) of equal gain, the input side with the order leading line and the output side with an addition-inverting amplifier (12) are connected, that the non-inverting circuit branch in response to the applied clock signal an electronic switch from the U _M leading line is disconnected, which is signal-linked via a diode (5) with a comparator (2), which inlet side a first connection with the U _M leading line and a second connection to a reference voltage part Resistance (1).

4. A circuit according to item 3, characterized in that the electronic switch of a transistor (3), a resistor (4), a diode (6) and a field effect transistor (7), a resistor (8) and a storage capacitor (9) and its connection via the diode (5) to the comparator (2) is made by a connection between diode (6) and field effect transistor (7).

For this 1 page drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a method and a circuit for automatic zero-point correction clock-controlled measuring systems, e.g. such in anesthesia and therapy ventilators or monitors, the measured value can be output continuously or discontinuously.

Characteristic of the known technical solutions

Circuits are known which process a voltage signal output by a measured value amplifier and proportional to the physical input variable for an analog or digital output (DD-WP 230423). The measurement and processing of the output voltage of the transducer takes place only to a defined, influenced by the clock of the ventilator time. However, it could also be carried out continuously as in signal processing in electronic monitors which monitor the ventilation pressure and the ventilation frequency by means of closed functional units (MLW brochure "Ventiwam 101", print No. IH-18-149 IP 1644-78) However, due to the effect of the temperature or voltage drift or other parameters such as, for example, offset voltages of the measured value amplifier, a so-called dummy signal is generated whose value is added to the actual measured value and falsifies it.

Object of the invention

The aim of the invention is to compensate for the parameter change.