DD296202B5

DD296202B5 - Sensor for mechanical forces emanating from animal or human bodies

Info

Publication number: DD296202B5
Application number: DD34236590A
Authority: DD
Inventors: Von Nettelhorst Herwi Freiherr
Original assignee: Nettelhorst Herwig F V
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1995-06-01
Also published as: EP0479857B1; DE59003907D1; WO1991000054A1; DE8908041U1; EP0479857A1

Abstract

A sensor for mechanical forces generated by the animal or human body, in particular an apnoea sensor, comprises an electrical measurement transducer (3) and a shield (4) arranged in a flexible capsule (5) compatible with the skin with connecting lines (6, 7, 8) for the measurement transducer (3) and the shield (4).

Description

Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings

Die Erfindung betrifft einen Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1The invention relates to a sensor according to the preamble of claim 1

Aus der DE 3 444 635 A 1 ist ein Sensor bekannt, der zur Herz-, Atem- und Kreislaufuberwachung eines Patienten auf Stillstand verwendet werden kann Dieser Sensor wird um den Thorax des Patienten geschnallt. Er weist einen druckempfindlichen Meßwertaufnehmer auf, der ein Analogsignal erzeugt. Dieses Analogsignal wird verstärkt und gleichgerichtet Das gleichgerichtete Signal wird einem RC-Glied zugeführt, in welchem dieses Signal integriert wird Diese Integratorschaltung bildet den zeitlichen Amplituden-Mittelwert der Ausgangssignale des Gleichrichters. Der so gebildete Amplituden-Mittelwert wird einem Komparator zugeführt, dem weiterhin eine einstellbare Vergleichsspannung zugeleitet wird. Das Ausgangssignal des !Comparators wird einem Frequenzgenerator zugeführt, an dessen Ausgang ein akustischer Signalgeber, wie beispielsweise ein Lautsprecher, angeschlossen ist. Wird bei der Überwachung der Atmung die Atmung sehr schwach oder hört sie auf, dann ist der Amplituden-Mittelwert am Ausgang des Integrators sehr gering oder Null und sinkt somit unter den eingestellten Amphtuden-Vergleichswert ab, der am anderen Eingang des Komparators anliegt Hierdurch wird ein Ausgangssignal am Ausgang des Komparators erzeugt, das den Frequenzgenerator ansteuert, wodurch dieser in Betrieb gesetzt wird Das im Frequenzgenerator erzeugte Wechselstromsignal wird über den Warngeber als Alarmton abgestrahlt Ein derartiger Sensor weist den Nachteil auf, daß ein akustischer Alarm auch dann ausgelost wird, wenn Phasen unregelmäßiger aber ungefährlicher Rhythmusanderungen der Atmung auftreten Eine sichere telemetrische Übertragung eines Alarms ist mit diesem System nicht möglich. Es wird zwar vorgeschlagen, daß der vom Warngeber abgestrahlte Warnton Fequenzen im Ultraschallbereich aufweisen kann, jedoch können diese akustischen Ultraschallschwingungen nicht in einwandfreier Weise zur telemetrischen Übertragung verwendet werden Wenn beispielsweise ein Kleinkind über dem Sensor Kleidungsstucke tragt und mittels einer Decke zugedeckt ist Die vom am Korper befestigten Sensor abgestrahlten Ultraschallwellen werden durch die über dem Sensor angebrachten Stoffschichten derart gedampft, daß eine telemetrische Übertragung nicht möglich istFrom DE 3 444 635 A 1 a sensor is known which can be used for cardiac, respiratory and circulatory monitoring of a patient to a standstill. This sensor is strapped around the thorax of the patient. It has a pressure-sensitive transducer which generates an analog signal. This analog signal is amplified and rectified. The rectified signal is fed to an RC element in which this signal is integrated. This integrator circuit forms the time amplitude mean value of the output signals of the rectifier. The mean amplitude value thus formed is fed to a comparator, to which an adjustable reference voltage is further supplied. The output signal of the comparator is fed to a frequency generator to the output of which an acoustic signal transmitter, such as a loudspeaker, is connected. If respiration becomes very weak or stops when breathing is monitored, then the amplitude average at the output of the integrator is very low or zero and thus drops below the set amphetend comparison value applied to the other input of the comparator Output signal at the output of the comparator which drives the frequency generator, whereby this is put into operation The generated in the frequency generator AC signal is emitted via the warning device as an alarm sound Such a sensor has the disadvantage that an audible alarm is triggered even when phases irregular but harmless rhythm changes of respiration occur A secure telemetric transmission of an alarm is not possible with this system. Although it is proposed that the warning sound emitted by the warning transmitter can have frequencies in the ultrasonic range, however, these acoustic ultrasonic vibrations can not be used in a perfect manner for telemetric transmission If, for example, a toddler on the sensor wearing garments and covered by a blanket is covered by the on the body attached ultrasonic sensor waves are attenuated by the attached over the sensor layers of material such that a telemetric transmission is not possible

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor zu schaffen, dessen Alarmauslosung derart einstell- und fixierbar ist, daß eine rasche Erkennung eines Gefahrenzustandes möglich ist, ohne daß Unregelmäßigkeiten der Frequenzen mechanischer Kräfte, die nicht durch einen gefahrlichen Zustand erzeugt werden, einen Alarm auslosen Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe durch die technische Losung des Inhalts des Anspruchs 1 gelost Mit Vorteil wird erfindungsgemaß ein Sensor verwendet, der Hertz sehe Wellen abstrahlt Dieser Sensor wird mittels Impulsen gleicher Impulsdauer, jedoch unterschiedlicher Pulsperiodendauer vom Meßwertaufnehmer über eine Timer-Gate-Logik angesteuert In dieser Timer-Gate-Logik steuert der elektrische Meßwertaufnehmer über einen Signalumsetzer einen ersten Timer mit retriggerierbarer Periodendauer an, dessen Ausgang mit einem Eingang eines ersten Gates verbunden ist DieThe invention has for its object to provide a sensor whose Alarmauslosung is adjustable and fixable such that a rapid detection of a dangerous condition is possible without irregularities of the frequencies of mechanical forces that are not generated by a dangerous condition, trigger an alarm According to the invention, this object is achieved by the technical solution of the content of claim 1 Advantageously, a sensor is used according to the invention radiates Hertz waves This sensor is driven by pulses of the same pulse duration, but different pulse period of the transducer via a timer gate logic in this Timer gate logic controls the electrical transducer via a signal converter to a first timer with retriggerable period, whose output is connected to an input of a first gate The

Ausgänge der beiden Gates steuern über eine ODER-Schaltung den Sender an. Ein zweiter Timer mit einer Pulsperiodendauer größer als die des ersten mit dem zweiten Eingang des ersten Gates und ein dritter Timer mit einer Pulsperiodendauer kleiner als die des ersten ist mit dem zweiten Eingang des zweiten Gates verbunden.Outputs of the two gates control the transmitter via an OR circuit. A second timer with a pulse period greater than that of the first with the second input of the first gate and a third timer with a pulse period shorter than that of the first is connected to the second input of the second gate.

Mit Vorteil werden durch diese Schaltung zur Ansteuerung des Senders Impulse mit gleicher Impulsdauer in unterschiedlicher Pulsperiodendauer derart erzeugt, daß beispielsweise bei Atmung die Pulsperiodendauer größer ist als bei Nichtatmung. Auf diese Weise wird der Sender in größeren Zeitabständen bei Atmung geschaltet und gibt zur Stromeinsparung ein kurzzeitiges „Atmungssignal" ab. Die Pulsperiodendauer bei Atmung kann mit Vorteil auf einen medizinisch bedingten Sicherheitswert eingestellt werden. Die kleinere Pulsperiodendauer bei Nichtatmung kann für die Auslösung eines Alarms insbesondere nach Überschreitung einer Sicherheitsgrenze verwendet werden. Insbesondere ist die Impulsdauer, d. h. die Zeit, in der gesendet wird, mindestens eine Zehnerpotenz kleiner als die Impulsperiodendauer bei Atmung.Advantageously, by this circuit for driving the transmitter pulses with the same pulse duration in different pulse period duration generated such that, for example, during breathing, the pulse period duration is greater than in non-breathing. In this way, the transmitter is switched at greater intervals during respiration and gives a short-term "respiration signal" to save energy.The duration of the pulse period during respiration can be advantageously set to a medically determined safety value.The shorter pulse duration during non-respiration can be used to trigger an alarm, in particular In particular, the pulse duration, ie the time in which it is transmitted, is at least one power of ten smaller than the pulse period duration during respiration.

Es hat sich bei der Überwachung der Atmung insbesondere von Kleinkindern und Säuglingen zur Erkennung eines Atemstillstandes gezeigt, daß es nicht erforderlich ist, das komplette Atemsignal zu übertragen, sondern nur eine Information, ob ein Atemsignal vorhanden ist oder nicht. Dies ist mit der vorstehend beschriebenen Form des Sensors möglich. Die Erfahrung hat ferner gezeigt, daß es ausreicht, den Zustand eines Atemstillstandes erst nach mehreren Sekunden zu erkennen, da ein Alarm erst nach einem Atemstillstand von mindestens zehn Sekunden ausgelöst werden soll.It has been found in the monitoring of respiration especially of infants and infants to detect respiratory arrest that it is not necessary to transmit the complete respiratory signal, but only information whether a respiratory signal is present or not. This is possible with the above-described form of the sensor. Experience has also shown that it is sufficient to recognize the condition of a respiratory arrest after several seconds, since an alarm should be triggered only after a respiratory arrest of at least ten seconds.

Zur Vereinfachung der Schaltung stehen die Pulsperiodendauer des zweiten und dritten Timers und ggf. die retriggerierbare Periodendauer des ersten Timers in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander.To simplify the circuit, the pulse period duration of the second and third timers and possibly the retriggerable period of the first timer are in an integer ratio to one another.

Mit Vorteil ist die Impulsdauer des Ansteuerungsimpulses des Senders mindestens eine Zehnerpotenz kleiner als die Pulsperiodendauer des zweiten Timers.Advantageously, the pulse duration of the drive pulse of the transmitter is at least one power of ten smaller than the pulse period of the second timer.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildungsform des Sensors wird dadurch gebildet, daß der Meßwertaufnehmer, der Sender und die Timer-Gate-Logik in einer biegsamen Hülle angeordnet sind, die hautverträglich ist. Der elektrische Meßwertaufnehmer kann dabei als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, einen piezoelektrischen Meßwertaufnehmer einzubauen. Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn der elektrische Meßwertaufnehmer eine entgegengesetzt gepolte Serien-Dimorph-Platte ist.A particularly advantageous embodiment of the sensor is formed in that the transducer, the transmitter and the timer gate logic are arranged in a flexible sheath that is skin-friendly. The electrical transducer can be designed as a strain gauge. It is particularly advantageous to install a piezoelectric transducer. Particularly favorable results are achieved when the electrical transducer is an oppositely poled serial dimorph plate.

Bei dieser Ausführungsform ist ebenfalls eine Spannungsquelle in einer biegsamen Hülle angeordnet. Insbesondere ist diese Spannungsquelle als induktiv aufladbarer Akku ausgebildetIn this embodiment, a voltage source is also arranged in a flexible envelope. In particular, this voltage source is designed as an inductively rechargeable battery

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen Embodiments of the invention will be explained with reference to the figures of the drawing. Show it

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines self-containt-SensorsFig. 1: a schematic representation of a self-containt sensor

Fig. 2: ein Blockschaltbild des in Figur 1 dargestellten Sensors und dessen Verbindung mit einem Monitor2 shows a block diagram of the sensor shown in FIG. 1 and its connection to a monitor

Fig. 3: ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Time-Gate-Logik3 shows a circuit diagram of an embodiment of a time-gate logic

Fig. 4: eine Darstellung der mit der Schaltung gemäß Figur 4 erzeugten Signale.4 shows a representation of the signals generated by the circuit according to FIG.

Der in Figur 1 dargestellte Sensor bildet ein self-containt-System. Innerhalb einer biegsamen Hülle 5 ist außerhalb einer Abschirmung 4 ein Sender 14 angeordnet, der über eine logische Schaltung 13 mit dem Ausgang eines elektrischen Meßwertaufnehmers 3 verbunden ist. Das vom Sender 14 abgegebene Signal wird von der innerhalb der biegsamen Umhüllung 5 angeordneten Antenne 18 abgestrahlt. Dieser Sender kann ein Hochfrequenzsender oder ein induktiv arbeitender Sender sein.The sensor shown in Figure 1 forms a self-contain system. Within a flexible shell 5, a transmitter 14 is disposed outside a shield 4, which is connected via a logic circuit 13 to the output of an electrical transducer 3. The signal emitted by the transmitter 14 is emitted by the antenna 18 arranged inside the flexible envelope 5. This transmitter can be a high-frequency transmitter or an inductively operating transmitter.

Innerhalb der Hülle 5 ist ein induktiv aufladbarer Akku 17 als Spannungsquelle angeordnet. Bei 15 ist eine Ladespule schematisch dargestellt, mittels der über den Gleichrichter 16 der Akku 17 aufgeladen werden kann.Within the shell 5, an inductively rechargeable battery 17 is arranged as a voltage source. At 15, a charging coil is shown schematically, by means of the rectifier 16 of the battery 17 can be charged.

Wie schematisch in Figur 2 dargestellt, wird das vom Sender 14 abgegebene Signal in einem Monitor von einem Empfänger aufgenommen und an eine Auswerteelektronik abgegeben, die mit einem Alarmgeber verbunden ist. Eine vorteilhafte Ausführungsform einer Schaltung 13 ist in Figur 3 dargestellt.As shown schematically in Figure 2, the signal emitted by the transmitter 14 is received in a monitor by a receiver and delivered to an evaluation, which is connected to an alarm. An advantageous embodiment of a circuit 13 is shown in FIG.

Wie Figur 3 zeigt, ist der Meßwertaufnehmer 3 mit einem Signalumsetzer 19 verbunden, der das Meßwertgebersignal in einen Signalpuls umwandelt. Dieser Signalpuls wird einem ersten Timer 20 zugeführt, der eine retriggerierbare Periodendauer ti aufweist, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel, wie Figur 4 zeigt, 2,4 s beträgt. Bei der in Figur 3 dargestellten Schaltung ist der Ausgang des ersten Timers 20 mit einem Eingang des ersten Gates 21 und über einen Inverter 22 mit einem ersten Eingang eines zweiten Gates 23 verbunden. Die Ausgänge der beiden Gates 21 und 23 steuern über die ODER-Schaltung 24 den Sender 14 an. Es ist ein zweiter Timer 25 vorgesehen, der eine Pulsperiodendauer t2 aufweist, die größer ist als die retriggerierbare Periodendauer ti des ersten Timers 20. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt diese Pulsperiodendauer, wie in Figur 4 dargestellt ist, 4,8 s. Der Ausgang dieses zweiten Timers 25 ist mit dem zweiten Eingang des ersten Gates 21 verbunden. Ein dritter Timer 26 weist eine Pulsperiodendauer 13 auf, die kleiner ist als die retriggerierbare Periodendauer 11 des ersten Timers 20 und beim dargestellten Ausführungsbeispiel 0,8 s beträgt. Der Ausgang dieses dritten Timers 26 ist mit dem zweiten Eingang des zweiten Gates 23 verbunden. Diese Schaltung ermöglicht die in Figur 4 dargestellte Betriebsweise.As Figure 3 shows, the transducer 3 is connected to a signal converter 19, which converts the transmitter signal into a signal pulse. This signal pulse is supplied to a first timer 20, which has a retriggerable period ti, which in the illustrated embodiment, as shown in FIG. 4, is 2.4 s. In the circuit shown in FIG. 3, the output of the first timer 20 is connected to an input of the first gate 21 and via an inverter 22 to a first input of a second gate 23. The outputs of the two gates 21 and 23 control the transmitter 14 via the OR circuit 24. A second timer 25 is provided, which has a pulse period duration t2 that is greater than the retriggerable period ti of the first timer 20. In the illustrated embodiment, this pulse period duration, as shown in FIG. 4, is 4.8 s. The output of this second timer 25 is connected to the second input of the first gate 21. A third timer 26 has a pulse period duration 13, which is smaller than the retriggerable period 11 of the first timer 20 and in the illustrated embodiment is 0.8 s. The output of this third timer 26 is connected to the second input of the second gate 23. This circuit allows the operation shown in Figure 4.

Bedingt durch die Atmung erzeugt der elektrische Meßwertgeber 3 Signale, die in der ersten Zeile der Figur 4 dargestellt sind. Nach einer Verstärkung werden diese Signale mittels des Signalumsetzers 19 in Rechtecksignale umgeformt, die in der zweiten Zeile der Figur 4 dargestellt sind. Diese Signale setzen den Timer 20 auf die Periodendauer 11 von beispielsweise 2,4 s. Wird innerhalb dieser 2,4 s ein weiteres Triggersignal erkannt, so wird der Timer 20 erneut auf 2,4 s gesetzt. Der Ausgang des Timers 20 hat den Pegel „High" und dieser Ausgang öffnet das Gate 21 und sperrt über den Inverter 22 das Gate 23. In diesem Betriebszustand wird vom Timer 25 über das Gate 21 jeweils nach der Periodendauer 12, vorzugsweise 4,8 s ein Signal mit einer Impulsdauer von beispielsweise 2 ms über die ODER-Schaltung 24 dem Eingang des Senders 14 zugeführt und dieser gibt ein Atemsignal von 2 ms Dauer.Due to the respiration, the electrical transmitter 3 generates signals which are shown in the first line of FIG. After amplification, these signals are converted by means of the signal converter 19 into square-wave signals, which are shown in the second line of FIG. These signals set the timer 20 to the period 11 of, for example, 2.4 s. If another trigger signal is detected within this 2.4 s, the timer 20 is set again to 2.4 s. The output of the timer 20 has the level "high" and this output opens the gate 21 and blocks the gate 23 via the inverter 22. In this operating state, the timer 25 via the gate 21 in each case after the period 12, preferably 4.8 s a signal having a pulse duration of, for example, 2 ms is applied via the OR circuit 24 to the input of the transmitter 14 and this gives a breathing signal of 2 ms duration.

Gelangt im Fall einer Atempause innerhalb von beispielsweise 2,4 s kein Triggersignal an den ersten Timer 20, so fällt der Ausgang dieses Timers 20 auf den Pegel „Low" und sperrt das Gate 21. Über den Inverter 22 wird dabei das Gate 23 geöffnet. Über dieses Gate 23 können nun vom dritten Timer 26 erzeugte Impulse mit einer Impulsperiodendauer 13 von beispielsweise 0,8 s an die ODER-Schaltung 24 gelangen, so daß der Sender 14 alle 0,8 s einen Sendeimpuls erhält. Bis zum Ende des Atemstillstandes werden nun Impulse mit einer Pulsperiodendauer von 0,8 s anstatt von 4,8 s gesendet. Auf diese Weise läßt sich eindeutig eine Atempause erkennen. Die Signale lassen sich dadurch erkennen, daß Signale am Empfänger empfangen werden, die nicht in ein vorgegebenes Zeitraster hineinpassen.If, in the event of a respite, no trigger signal arrives at the first timer 20 within, for example, 2.4 s, the output of this timer 20 falls to the "low" level and blocks the gate 21. In this case, the gate 23 is opened via the inverter 22. Via this gate 23, pulses generated by the third timer 26 can now reach the OR circuit 24 with a pulse period duration of 0.8 s, for example, so that the transmitter receives a transmission pulse every 0.8 s pulses are now sent with a pulse duration of 0.8 s instead of 4.8 s This clearly shows a breathing pause The signals can be recognized by the fact that signals are received at the receiver that do not fit within a given time frame.

Claims

A sensor for mechanical or human body mechanical forces with an electrical transducer connected to a circuit that triggers an alarm in response to the frequency of the mechanical forces, characterized by a transmitter (14) which is powered by pulses (27). the same pulse duration (14), but different pulse period (t2, t3) from the transducer (3) via a timer gate logic (19-26) is driven, in which the electrical transducer (3) via a signal converter (19) has a first Timer (20) with retriggerable period (1) whose output is connected to an input of a first gate (21) and via an inverter (22) to an input of a second gate (23), the outputs of the two gates (21, 23) via an OR circuit (24) to control the transmitter (14), and a second timer (25) with a pulse period greater than that of the first (t2> ti) with the second input of the first n gates (21) and a third timer (26) having a pulse period shorter than that of the first (t3 <ti) is connected to the second input of the second gate (23).

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the pulse period duration (t2, t3) of the second and third timers (25, 26) and optionally the retriggerable period (ti) of the first timer are in an integer ratio.

3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the pulse duration (14) of the drive pulse (27) of the transmitter (14) is at least one power of ten smaller than the pulse period (t3) of the third timer (26).

4. Sensor according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the transducer (3), the transmitter (14) and the timer gate logic (19-26) in a flexible sheath (4) are arranged.

5. Sensor according to claim 4, characterized in that a voltage source (17) in a flexible envelope (5) is arranged.

6. Sensor according to claim 5, characterized in that the voltage source is an inductively (15,16) rechargeable battery (17).