DE10003480A1 - Auslassdruckmessvorrichtung für ein Endoskop - Google Patents
Auslassdruckmessvorrichtung für ein EndoskopInfo
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Abstract
Eine Auslaßdruckmeßvorrichtung hat ein Auslaßdruckmeßsystem, das den Auslaßdruck der aus dem Auslaßende eines Luftversorgungsschlauches für ein Endoskop ausströmenden Luft mißt. Die aus dem Auslaßende ausströmende Luft wird mit einem Röhrchen (22) zu einem druckempfindlichen Bereich (11b) des Auslaßdruckmeßsystems geleitet. Die Auslaßdruckmeßvorrichtung hat eine Schaltung zum Ermitteln eines Spannungswertes, der den tatsächlichen Auslaßdruck wiedergibt. Dieser Spannungswert wird basierend auf dem Spannungsausgangswert eines Drucksensors (11) bestimmt. Die Position des Luftauslaßbereichs des Röhrchens (22) in Bezug auf den druckempfindlichen Bereich (11b) ist veränderbar.
Description
Die Erfindung betrifft eine Auslaßdruckmeßvorrichtung zum Messen des Auslaß
druckes der Luft, die von einer Luftversorgungsvorrichtung für ein Endoskop be
reitgestellt wird und die aus einem Endoskop ausgelassen wird.
Üblicherweise wird eine Luftversorgungsvorrichtung zum Speisen von Luft in ein
Endoskop verwendet. Die Luft wird von der Luftversorgungsvorrichtung in z. B.
den Pinzettenkanal des Endoskops gespeist. Die aus dem Endoskop herausströ
mende Luft wird zum Entfernen einer Verschmutzung von einem Deckglas eines
optischen Beobachtungssystems, zum Aufblasen eines menschlichen Hohlraums,
damit sich dieser einfach beobachten läßt, oder ähnlichem verwendet.
Kürzlich wurde ein Diagnoseverfahren entwickelt, bei dem Luft in den Schlund
oder den Magen ausgelassen wird und bei dem die Bedingungen des Bereiches
untersucht werden, gegen den die Luft strömt. Damit ein solches Diagnoseverfah
ren präzise angewendet werden kann, muß der Auslaßdruck der aus dem Endo
skop strömenden Luft genau eingestellt werden. Deshalb ist es notwendig, den
Auslaßdruck der aus dem Endoskop strömenden Luft zu messen, die gegen den
menschlichen Hohlraum bläst.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Auslaßdruckmeßvorrichtung für
ein Endoskop anzugeben, mit der sich der Auslaßdruck der aus dem Endoskop
ausströmenden Luft genau und stabil messen läßt.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Auslaßdruckmeßvorrichtung für ein Endoskop
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere Merkmale und vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Figuren
näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Luftversorgungsvorrichtung zum
Versorgen eines Endoskops mit Luft,
Fig. 2 den Pfad der aus der Luftversorgungsvorrichtung ausgelassenen
Luft,
Fig. 3 eine Schnittansicht der Auslaßdruckmeßvorrichtung als ein Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem gemesse
nen Druck und dem Abstand zwischen dem Luftauslaßende eines
Röhrchens und dem Drucknachweisbereich eines Drucksensors,
Fig. 5 eine Vorderansicht der Auslaßdruckmeßvorrichtung nach der Erfin
dung,
Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Steuersystems der Auslaßdruckmeßvor
richtung,
Fig. 7 ein Schaltungsdiagramm der Auslaßdruckmeßvorrichtung, und
Fig. 8 eine grafische Darstellung der Signalform der Ausgangsspannung
des Drucksensors.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Luftversorgungsvorrichtung 80
zum Versorgen eines Endoskops mit Luft. Die Luft wird z. B. in den Pinzettenkanal
des Endoskops gespeist. Der Auslaßdruck der von der Luftversorgungsvorrich
tung 80 in das Endoskop gespeisten und aus diesem ausströmenden Luft wird mit
einer Auslaßdruckmeßvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
gemessen.
In der Luftversorgungsvorrichtung 80 ist ein abgedichteter Raum zum Ein
schließen von Luft angeordnet. Unter Verwenden eines (nicht gezeigten) Kom
pressors wird der Luftdruck in dem abgedichteten Raum erhöht. Durch Betätigen
eines Speiseschalters 81 wird ein (nicht gezeigtes) Ventil zwischen dem abge
dichteten Raum und einem Luftauslaß 82 geöffnet, wonach die Luft aus dem
Auslaß 82 ausgelassen wird. Ein Luftschlauch 83 ist mit dem Auslaß 82 verbun
den. Die aus dem Auslaß 82 ausgelassene Luft fließt durch den Luftschlauch 83.
Fig. 2 zeigt den Pfad der aus dem Auslaß 82 ausgelassenen Luft. Ein Ende 84
des mit dem Ausfaß 82 verbundenen Luftschlauches 83 ist mit dem Einlaß 85 ei
nes Pinzettenkanals 87 eines Endoskops 90 verbunden. Das Endoskop 90 wird in
einen menschlichen Körper eingeführt, und ein Bild des Körperhohlraums wird mit
einem (nicht gezeigten) Bildaufnahmeelement aufgenommen. Das von dem Bild
aufnahmeelement ausgegebene Bildsignal wird von einem (nicht gezeigten) Bild
prozessor verarbeitet und auf einer (nicht gezeigten) Anzeigevorrichtung darge
stellt.
Der Pinzettenkanal 87 des Endoskops 90 dient eigentlich zum Einführen einer
Pinzette zum Untersuchen eines lebenden Körpers. Er kann aber auch als Pfad
für die Luft verwendet werden, wenn die Luft eingebracht werden soll. Der Einlaß
85 ist am proximalen Ende des Pinzettenkanals 87 vorgesehen. Ein Auslaß 88
(das Luftabgabeende) ist am distalen Ende des Pinzettenkanals 87 angeordnet.
In anderen Worten wird ein Pfad zum Ausgeben von Luft vom Luftauslaß 82 zu
dem Auslaß 88 gebildet.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zum Messen des Auslaßluftdruckes
ein Luftschlauch 89 mit dem Auslaß 88 verbunden. Das andere Ende 86 des Luft
schlauches 89 ist mit einer Auslaßdruckmeßvorrichtung 10 verbunden. Wenn die
Luft aus dem Auslaß 88 des Pinzettenkanals 87 ausgelassen wird, wird der Aus
laßdruck von der Auslaßdruckmeßvorrichtung 10 gemessen.
Fig. 3 zeigt den Aufbau der Auslaßdruckmeßvorrichtung 10 in einer Schnittan
sicht. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist im Innern der Auslaßdruckmeßvorrichtung 10 ein
Drucksensor 11 zum Messen des Auslaßdruckes angeordnet. Der Drucksensor
11 hat ein Aufnahmefenster 11b zum Empfangen der Luft, die mit dem Luft
schlauch 89 von dem Auslaß 88 herangeführt wird. Als Drucksensor 11 kann z. B.
das Modell MPX5010 der Firma Motorola verwendet werden.
Der Drucksensor 11 ist einer Kammer angeordnet, die von einem Befestigungs
element 27 und einer Metallplatte 15 umgeben ist. Ein O-Ring 12 ist zwischen ei
nem gestuften Bereich 27a des Befestigungselementes 27 und dem Drucksensor
11 angeordnet. Ein weiter O-Ring 20 ist zwischen einem gestuften Bereich 27b
des Befestigungselementes 27 und dem Drucksensor 11 angeordnet. Die O-
Ringe 12 und 20 sind an voneinander abgewandten Seiten des Drucksensors 11
derart angeordnet, daß der Drucksensor 11 zwischen den O-Ringen 12, 20 ange
ordnet ist. Der Drucksensor 11 wird mit den beiden O-Ringen 12, 20 befestigt.
Das Befestigungselement 27 ist mit Befestigungsschrauben 14 an der Metallplatte
15 befestigt. Es hat an einer dem Aufnahmefenster 11b des Drucksensors 11 ent
sprechenden Stelle eine Öffnung. Die Luft wird durch die Öffnung hindurchgeleitet
und anschließend von dem Aufnahmefenster 11b des Drucksensors 11 empfan
gen.
Die Metallplatte 15 hat einen L-förmigen Querschnitt. Ein oberer Bereich 15a der
Metallplatte 15 ist mit einer Schraube 28 an einem Röhrchenträger 23 befestigt.
Eine untere Basis 26 ist mit Schrauben 25 mit dem Röhrchenträger 23 ver
schraubt. Außerdem ist eine Trägerplatte 24 mit Schrauben (nicht gezeigt) in der
Luftversorgungsvorrichtung 80 befestigt. Die Metallplatte 15 ist außerdem an der
unteren Basis 26 mit Schrauben 17 befestigt.
Wie vorstehend beschrieben, besteht das Gehäuse der Auslaßdruckmeßvorrich
tung 10 aus der Metallplatte 15, dem Röhrchenträger 23 und der unteren Basis
26. Die Auslaßdruckmeßvorrichtung 10 ist an der Trägerplatte 24 befestigt. Der
obere Bereich 15a der Metallplatte 15 und die Trägerplatte 24 sind zueinander
parallel. Außerdem erstreckt sich der obere Bereich 15a der Metallplatte 15 hori
zontal, wenn die Auslaßdruckmeßvorrichtung 10 in ihrer Betriebsstellung ange
ordnet ist.
Eine gedruckte Schaltungsplatine 16 ist mit einer Schraube 18 mit einem Distanz
stück 19 zwischen ihr und dem oberen Bereich 15a der Metallplatte 15 derart an
diesem befestigt, daß die Schaltungsplatine 16 parallel zu der Trägerplatte 24 ist.
Auf der Schaltungsplatine 16 ist eine elektrische Schaltung zum Verarbeiten eines
Spannungssignals angeordnet, das den Auslaßdruck wiedergibt und von dem
Drucksensor 11 ausgegeben wird. Kontaktstifte 11a des Drucksensors 11 zum
Ausgeben eines Signals sind an die Schaltungsplatine 16 gelötet.
Ein Ende des Luftschlauches 89 ist mit dem Endoskop 90 verbunden. Das andere
Ende des Luftschlauches 89 ist mit einem Röhrchen 22 verbunden. Das Röhrchen
22 besteht aus hartem Metall.
Der Luftschlauch 89 besteht aus elastischem Vinyl- oder Silikongummi, damit eine
Leckage von Luft aus dem Auslaß 88 des Pinzettenkanals 87 verhindert wird.
Außerdem ist die Länge des Luftschlauches 89 hinreichend kurz, damit der Luft
druck in dem Luftschlauch 89 nicht abgesenkt wird. Beim Messen des Auslaß
drucks erstreckt sich der Luftschlauch 89 gerade. Dadurch läßt sich ein ungleich
mäßiger Druckzustand in dem Luftschlauch 89 durch ein Verbiegen desselben
vermeiden.
Das nicht mit dem Endoskop 90 verbundene Ende 86 des Luftschlauches 89 ist
mit einem Verbindungsabschnitt 22a des Röhrchens 22 verbunden. Der Verbin
dungsabschnitt 22a des Röhrchens 22 ist so geformt, daß der Luftschlauch 89 ei
nen festen Sitz darauf hat. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Verbindungsabschnitt 22a
konisch geformt (d. h. ähnlich einer Bambusverbindung).
Der Röhrchenträger 23 hat eine Öffnung, durch die das Röhrchen 22 hindurchge
steckt ist. Durch Festziehen einer Schraube 21 wird das Röhrchen 22 an dem
Röhrchenträger 23 befestigt. Es erstreckt sich dabei horizontal.
Die Position der Öffnung in dem Röhrchenträger 23 entspricht der der Öffnung
des Aufnahmefensters 11b des Drucksensors 11. Die Mittelachse C des Röhr
chens 22 verläuft durch die Mitte Q des Aufnahmefensters 11b des Drucksensors
11. Eine Öffnung in dem Befestigungselement 27 ist hinreichend größer als der
Durchmesser des Luftauslaßendes 22b des Röhrchens 22. Die Luft fließt durch
das Röhrchen 22 und wird auf das Aufnahmefenster 11b des Drucksensors 11
geleitet.
Auf dem Röhrchen 22 sind Einteilungen 29 ausgebildet. Durch Lösen der
Schraube 21 läßt sich das Röhrchen 22 entlang seiner Mittelachse C verschie
ben. Mit den Einteilungen 29 läßt sich der Abstand D zwischen dem Aufnahme
fenster 11b und dem Luftauslaßende 22b des Röhrchens 22 messen. Normaler
weise wird der Abstand D auf 4 mm eingestellt. Wird der Abstand D zu kurz ge
wählt, ergibt sich ein abgedichteter Zustand zwischen der Öffnung des Befesti
gungselementes 27 und dem Luftauslaßende 22b, wodurch sich ein falsches
Meßergebnis für den Auslaßdruck ergibt. Wird der Abstand D zu lang gewählt,
kann die Luft in die Umgebung entweichen, bevor sie das Aufnahmefenster 11b
erreicht. In diesem Fall ist ein Messen des Auslaßdruckes nicht möglich. Fig. 4
zeigt eine Darstellung des Wertes des gemessenen Auslaßdruckes bei einem
Auslassen der Luft unter einem vorbestimmten Druck, wobei der Abstand D geän
dert wird. Wie aus Fig. 4 zu entnehmen ist, läßt sich der Luftdruck unter stabilen
Bedingungen in einem Bereich von 2 mm bis 5 mm für den Abstand D messen.
Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht der Auslaßdruckmeßvorrichtung 10. Wie in Fig. 5
gezeigt, ist der Drucksensor 11 symmetrisch in Bezug auf eine Achse AX. Die
Mitte Q des Aufnahmefensters 11b des Drucksensors 11 liegt auf der Mittelachse
C (vgl. Fig. 3) des Röhrchens 22. Die Öffnung des Befestigungselementes 27 und
das Auslaßende 22b des Röhrchens 22 sind einander zugewandt. Die Größe des
Aufnahmefensters 11b des Drucksensors 11 ist ungefähr gleich der Größe des
Auslaßendes 22b des Röhrchens 22.
Fig. 6 zeigt das Schaltungsdiagramm der elektrischen Schaltung auf der Schal
tungsplatine 16 der Auslaßdruckmeßvorrichtung 10. Die Schaltung hat eine Steu
erschaltung 60 mit einer CPU 61, einer Signalverarbeitungsschaltung 62, einer
Signalschnittstelle 63 und einer Spitzenwertschaltung 64. Der Drucksensor 11 ist
mit der Signalverarbeitungsschaltung 62 verbunden. Die Signalschnittstelle 63 ist
mit einer externen Anzeige 65 verbunden. Die Signalschnittstelle 63 wandelt ein
den gemessenen Auslaßdruck wiedergebendes Ausgangssignal der CPU 61 in
ein Signal um, das zum Anzeigen auf der Anzeige 65 geeignet ist. Die auf der An
zeige 65 angezeigten Zeichen (z. B. Zahlen) werden jedesmal aktualisiert, wenn
der Auslaßdruck gemessen wird. Der Wert des angezeigten Auslaßdruckes wird
in einem Speicher in der CPU 61 gespeichert. Diese gespeicherten Daten werden
zum Anzeigen bis zum nächsten gemessenen Auslaßdruck verwendet.
Wenn Luft auf das Aufnahmefenster 11b des Drucksensors 11 gerichtet ausge
lassen wird, gibt der Drucksensor 11 eine Spannung entsprechend dem Druck der
ausgelassenen Luft aus. Die Ausgangsspannung des Drucksensors 11 wird an
die Signalverarbeitungsschaltung 62 übertragen.
Die Signalverarbeitungsschaltung 62 verstärkt die empfangene Spannung. Die
verstärkte Spannung wird an die Spitzenwertschaltung 64 und an die CPU 61
übertragen.
Die Spitzenwertschaltung 64 hält den Maximalwert der empfangenen Spannung
bei, die sich mit der Zeit ändert. Der Maximalwert der Spannung wird an die CPU
61 'übertragen.
Bei erneuter Messung des Auslaßdruckes wird ein Rücksetzsignal von der CPU
61 an die Spitzenwertschaltung 64 gesandt. Der von der Spitzenwertschaltung 64
bereitgehaltene Maximalwert der Spannung wird dann zurückgesetzt. Das Rück
setzsignal wird dann ausgesandt, wenn ein Bediener einen externen Schalter
(nicht gezeigt) betätigt und/oder nach jeweils einer vorbestimmten Zeit, die gemäß
einem Intervall des normalen Betriebs (d. h. des Meßbetriebs) bestimmt ist. Im
letzteren Fall wird der Zeitgeber in der CPU 61 zum Messen der vorbestimmten
Zeit verwendet. Die CPU 61 gibt dann das Rücksetzsignal automatisch jeweils
nach Ablauf der vorbestimmten Zeit aus.
Die CPU 61 vergleicht die ohne Luftauslaß von der Signalverarbeitungsschaltung
62 übertragene Spannung mit der von der Spitzenwertschaltung 64 übertragenen
Maximalspannung. Es wird dann ein Einstellen des Versatzes durchgeführt,
woraus sich die Spannung ergibt, die dem tatsächlichen Auslaßdruck entspricht.
Im einzelnen wandelt die CPU 61 die von der Signalverarbeitungsschaltung 62
übertragene Spannung und die von der Spitzenwertschaltung 64 übertragene
Maximalspannung in digitale Werte um und berechnet die Differenz zwischen den
Spannungswerten. Dabei wird der kompensierte Spannungswert entsprechend
dem tatsächlichen Auslaßdruck ermittelt. Es ist zu bemerken, daß die CPU 61 die
während des Luftauslasses von der Signalverarbeitungsschaltung 62 übertragene
Spannung nicht berücksichtigt.
Zum Anzeigen eines Zahlenwertes für den gemessenen Auslaßdruck gemäß der
kompensierten Spannung entsprechend dem tatsächlichen Auslaßdruck wird ein
dem Auslaßdruckwert entsprechendes Signal über die Signalschnittstelle 63 an
die Anzeige 65 übertragen, die extern an der Auslaßdruckmeßvorrichtung 10 an
geordnet ist.
Fig. 7 zeigt eine Schaltung auf der Schaltungsplatine 16 der Auslaßdruckmeßvor
richtung 10. Fig. 8 zeigt die Signalform der Ausgangsspannung des Drucksensors
11. An Hand der Fig. 7 und 8 wird nachfolgend der Betrieb der Schaltung be
schrieben.
Die in Fig. 7 gezeigte Schaltung hat eine Drucknachweisschaltung 41. Die Si
gnalverarbeitungsschaltung 62 hat eine Pufferschaltung 42 und eine Verstärker
schaltung 47. Außerdem hat die in Fig. 7 gezeigte Schaltung die Spitzenwert
schaltung 64 und die CPU 61.
Die Drucknachweisschaltung 41 gibt eine Spannung entsprechend dem Auslaß
druck der Luft aus, die auf den Drucksensor 11 ausgelassen wird. Die Ausgangs
spannung wird der Pufferschaltung 42 zugeführt, die als Impedanzwandler dient
und der Verstärkerschaltung 47 einen genauen Spannungswert zuführt.
Die Verstärkerschaltung 47 hat Widerstände R63, R64, R65 und R66 und einen
Operationsverstärker U4. Die Verstärkerschaltung 47 verstärkt die von der Puffer
schaltung 42 übertragene Spannung. Die verstärkte Spannung wird an die CPU
61 und an die Spitzenwertschaltung 64 übertragen.
Die Spitzenwertschaltung 64 hat Operationsverstärker U5 und U6, Widerstände
R67 und R68, einen Kondensator C7, eine Diode D3 und einen digitalen Transi
stor DT. Der digitale Transistor DT hat einen Transistor T und Widerstände R69
und R70, die als Schutzwiderstände dienen.
Die Anode der Diode D3 ist mit einem Ausgangsanschluß des Operationsverstär
kers U5 verbunden, der der Eingangsoperationsverstärker der Spitzenwertschal
tung 64 ist. Die Kathode K der Diode D3 ist mit einem nichtinvertierenden Ein
gangsanschluß des Operationsverstärkers U6 verbunden. Die in Reihe geschal
teten Widerstände R67 und R68 sind zwischen den Ausgangsanschluß des Ope
rationsverstärkers U5 und den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Ope
rationsverstärkers U6 parallel zu der Diode D3 geschaltet. Der Ausgangsanschluß
des Operationsverstärkers U6 ist mit der CPU 61 und mit den invertierenden Ein
gangsanschlüssen der Operationsverstärker U5 und U6 verbunden.
Ein Anschluß des Kondensators C7 ist mit der Kathode der Diode D3 und mit dem
nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers U6 verbunden.
Der andere Anschluß des Kondensators C7 ist geerdet (d. h. mit der Masse E ver
bunden).
Der Kollektor des digitalen Transistors DT ist mit einem Punkt G verbunden, an
dem die beiden Widerstände R67 und R68 miteinander verbunden sind. Der
Emitter des digitalen Transistors DT ist mit der Masse E verbunden. Die Basis des
digitalen Transistors DT ist mit der CPU 61 über den Widerstand R69 und mit der
Masse E über den Widerstand R70 verbunden. Der Widerstandswert des Wider
standes R67 ist viel größer als der des Widerstandes R68.
Die von der Verstärkerschaltung 47 ausgegebene verstärkte Spannung wird dem
Operationsverstärker U5 eingegeben und anschließend über die Diode D3 an den
Operationsverstärker U6 übertragen. In dem Kondensator C7 wird eine elektri
sche Ladung wird gemäß der dem Operationsverstärker U5 eingegebenen Span
nung akkumuliert.
Weil die Luft stoßweise ausgegeben wird, ändert sich die dem Operationsverstär
ker U5 eingegebene Spannung mit der Zeit. Deshalb ergibt sich die mit einer
durchgezogenen Linie B in Fig. 8 dargestellte Signalform. Wie in Fig. 8 gezeigt,
tritt der Spitzenwert der Spannung am Anfang der Signalform auf.
Wenn die dem Operationsverstärker U5 eingegebene Spannung größer ist als die
an dem Kondensator C7 anliegende Spannung, wird die Eingangsspannung dem
Operationsverstärker U6 über die Diode D3 zugeführt und anschließend an die
CPU 61 übertragen. Wenn hingegen die dem Operationsverstärker U5 eingege
bene Spannung kleiner ist als die an dem Kondensator C7 anliegende Spannung,
wird die an dem Operationsverstärker U5 anliegende Spannung wegen der Cha
rakteristik der Diode D3 nicht an die CPU 61 übertragen. Statt dessen wird die an
dem Kondensator C7 anliegende Spannung dem Operationsverstärker U6 einge
geben. Mit dieser Anordnung wird ständig der Maximalwert (die in Fig. 8 mit einer
gestrichelten Linie A dargestellt ist) der Spannung an die CPU 61 übertragen, die
dem Auslaßdruck entspricht und sich mit der Zeit ändert. Folglich wird der Spit
zenwert der dem Operationsverstärker U5 zugeführten Spannung beibehalten.
Ein Rücksetzsignal muß der Basis des Transistors T über den Widerstand R69
von der CPU 61 zugeführt werden. Wenn das Rücksetzsignal dem digitalen Tran
sistor DT eingegeben wird, wird dieser in den EIN-Zustand geschaltet. Dabei wird
die in dem Kondensator C7 gesammelte elektrische Ladung entladen. In diesem
Zustand ist der Operationsverstärker U5 über die Diode D3, den Widerstand R68
und den digitalen Transistor DT mit der Masse E verbunden. Die in dem Konden
sator C7 angesammelte elektrische Ladung wird dann über den Widerstand R68
und den digitalen Transistor DT entladen.
Der Operationsverstärker U5 ist nicht direkt mit der Masse E verbunden, wenn
das Rücksetzsignal von der CPU 61 ausgegeben wird. Das heißt, der Operati
onsverstärker U5 ist über den Widerstand R68 mit der Masse E verbunden, wenn
das Rücksetzsignal von der CPU 61 ausgegeben wird. Somit wird der Operati
onsverstärker U5 nicht überlastet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, wie vor
stehend beschrieben, das Rücksetzsignal ausgegeben, wenn der Bediener einen
vorbestimmten Schalter betätigt, wenn (d. h. unmittelbar bevor) der Auslaßdruck
gemessen wird.
Weil der Kondensator C7 über die Widerstände R67 und R68 mit der Masse E
des Operationsverstärkers U5 verbunden ist, entladen sich die in dem Konden
sator C7 akkumulierten elektrischen Ladungen mit der Zeit. Weil der Widerstand
der in Reihe geschalteten Widerstände R67 und R68 verhältnismäßig groß ist,
wird die in dem Kondensator C7 akkumulierte elektrische Ladung auch bei nicht
übertragenem Rücksetzsignal über eine verhältnismäßig lange Zeit entladen, die
wesentlich größer ist als die Zeit zwischen dem Auslassen der Luft und dem
Ausgeben des Rücksetzsignals (d. h. die Zeit während der die Spitzenwertangabe
durchgeführt wird).
Der Wert des Widerstandes R68 ist sehr klein im Vergleich zu dem des Wider
standes R67. Somit wird beim Ausgeben des Rücksetzsignals durch die CPU 61
die elektrische Ladung des Kondensators C7 unverzüglich entladen, so daß sich
unmittelbar danach eine nachfolgende Messung ausführen läßt. Bei dem Ausfüh
rungsbeispiel ist der Wert des Widerstandes R67 etwa 500 kΩ. Der Wert des Wi
derstandes R68 ist etwa 1 kΩ.
Die von der Spitzenwertschaltung 64 der CPU 61 zugeführte Maximalspannung
Vmax und eine Referenzspannung V0, eine ohne Luftauslaß der CPU 61 von der
Signalverarbeitungsschaltung 62 zugeführte Spannung, werden in digitale Werte
umgewandelt und von der CPU 61 miteinander verglichen. Dabei wird ein (kom
pensierter) Differenzspannungswert VT bestimmt (vgl. Fig. 8), der den tatsächli
chen Auslaßdruck wiedergibt. Es wird somit eine Versatzeinstellung zum Entfer
nen der Spannung V0, die ohne Luftauslaß bestimmt worden ist, von der Span
nung Vmax durchgeführt, die sich als Summe der Spannung V0 und einer Span
nung ergibt, die dem tatsächlichen Auslaßdruck entspricht.
Mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel läßt sich durch Verbin
den des Endoskops 90 über den Luftschlauch 89 mit dem Röhrchen 22 und durch
Leiten der aus dem Auslaßende 22b des Röhrchens 22 ausgelassenen Luft zu
dem Aufnahmefenster 11b des Drucksensors 11 der Auslaßdruck messen, der
aus dem Auslaß des Pinzettenkanals 87 in den menschlichen Hohlraum ausge
lassen wird.
Im allgemeinen ist es schwierig, den Auslaßdruck zu messen, weil die Positions
beziehung zwischen dem Auslaß 22b des Röhrchens 22 und dem Aufnahmefen
ster 11b des Drucksensors 11 unstabil ist. Weil aber bei dem vorstehend be
schriebenen Ausführungsbeispiel das starre Röhrchen 22 in den Röhrchenträger
23 eingeführt und mit einer Schraube 21 befestigt ist, läßt sich die Messung unter
stabilen Bedingungen durchführen. Außerdem sind bei dem Ausführungsbeispiel
das Röhrchen 22 und das Aufnahmefenster 11b des Drucksensors 11 in gleicher
Höhe angeordnet, wodurch die Luft zuverlässig in das Aufnahmefenster 11b ge
langt. Das Röhrchen 22 und der Drucksensor 11 sind dabei derart angeordnet,
daß der Auslaß 22b des Röhrchens 22 dem Aufnahmefenster 11b des Drucksen
sors 11 zugewandt ist. Die Luft wird dann unter optimalen Bedingungen ausge
lassen, wodurch sich der Auslaßdruck genau messen läßt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel läßt sich der Abstand D
zwischen dem Auslaß 22b des Röhrchens 22 und dem Aufnahmefenster 11b des
Drucksensors 11 ändern. Dadurch läßt sich eine geeignete Position wählen, bei
der der Auslaßdruck unter den stabilsten Bedingungen gemessen werden kann.
Folglich läßt sich der Auslaßdruck genau messen. Wenn außerdem der Druck
sensor gegen einen anderen ausgetauscht wird, läßt sich der Abstand D geeignet
für den neuen Drucksensor 11 einstellen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Luftschlauch 89
so kurz wie möglich. Dadurch wird der Druck nicht verschwendet oder abge
schwächt. Außerdem ist der Verbindungsabschnitt 22a konusförmig (d. h. ähnlich
wie eine Bambusverbindung), wodurch sich eine Leckage der Luft vermeiden läßt.
Bei der Spitzenwertschaltung 64 sind die Diode D3 und die in Reihe geschalteten
Widerstände R67 und R68 parallel zwischen die Operationsverstärker U5 und U6
geschaltet. Bei dieser Anordnung ist der Ausgangsanschluß des Operationsver
stärkers U5 nicht kurzgeschlossen, wenn das Rücksetzsignal von der CPU 61
ausgegeben wird. Dadurch wird eine unstabile Wirkungsweise der Schaltung ver
hindert. Deshalb kann das Rücksetzsignal zu einer Zeit an die Spitzenwertschal
tung 64 übertragen werden, zu der es nur wenig Rauschen gibt. Auf diese Weise
wird die Signalform der gemessenen Spannung stabilisiert, die den Auslaßdruck
wiedergibt.
Weil der Widerstandswert der in Reihe geschalteten Widerstände R67 und R68
verhältnismäßig groß ist, wird die in dem Kondensator C7 akkumulierte elektri
sche Ladung normalerweise über einen verhältnismäßig langen Zeitraum entla
den. Selbst wenn das Rücksetzsignal also nicht von der CPU 61 ausgegeben
wird, wird die elektrische Ladung rechtzeitig entladen. Auch in diesem Fall läßt
sich also bei einer nachfolgenden Messung der Auslaßdruck korrekt messen,
auch wenn die gemessene Spannung niedriger als die vorhergehend gemessene
Spannung ist.
Die Ausgangssignale der Signalverarbeitungsschaltung 62 und der Spitzenwert
schaltung 64 werden der CPU 61 zugeführt, die eine Versatzeinstellung durchfüh
ren kann. Dadurch läßt sich der Spannungswert VT erhalten, der den tatsächli
chen Auslaßdruck wiedergibt. Weiterhin läßt sich die dem Auslaßdruck entspre
chende Spannung bestimmen, ohne daß mit der Zeit auftretende Verschiebungen
einen Einfluß haben.
Die Widerstandswerte der Widerstände R67 und R68 können willkürlich gewählt
werden. Wichtig ist dabei, daß der Widerstandswert des Widerstandes R67 we
sentlich größer ist als der des Widerstandes R68.
Die Anzeige kann bei dem Ausführungsbeispiel so aufgebaut sein, daß mehrere
Bereiche angezeigt werden, von denen jeder für das Anzeigen eines Auslaß
druckes vorgesehen ist. Mit dieser Anordnung können der vorhergehende Wert
des Auslaßdruckes und der aktuelle Wert des Auslaßdruckes gleichzeitig ange
zeigt werden, so daß der Anwender die beiden Werte vergleichen kann.
Die Anzeige 65 kann z. B. auf der Metallplatte 15 der Auslaßdruckmeßvorrichtung
10 angeordnet sein.
Der Auslaßdruck P beim Auslassen der Luft auf eine ebene Platte läßt sich mittels
der nachfolgenden Gleichung (1) ermitteln:
P = ρ.F.V.sinα (1)
Dabei gibt ρ die Dichte des Fluids (d. h. der Luft), F den Fluß pro Einheitsintervall,
V die Geschwindigkeit des Fluids und α den Winkel an, unter dem das Fluid ge
gen die ebene Platte strömt (in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei
spiel ist α = 90°).
In der vorstehenden Gleichung (1) kann der jeweilige Term mit einem Koeffizien
ten multipliziert werden, der von der jeweiligen Bedingung abhängt, d. h. der Form
der ebenen Platte, dem Abstand zwischen dem Auslaßpunkt und der ebenen
Platte und ähnlichem. Zum Messen des Auslaßdruckes sollten somit die Bedin
gungen sorgfältig gemäß der speziellen Auslaßdruckmeßvorrichtung eingestellt
werden.
Wie vorstehend beschrieben, läßt sich nach der Erfindung der Auslaßdruck unter
stabilen Bedingungen messen. Dabei wird selbst beim Durchführen eines Rück
setzvorganges für den von der Spitzenwertschaltung gespeicherten Maximalwert
der Spannung die Arbeitsweise der elektrischen Schaltung nicht unstabil. Somit
läßt sich der Auslaßdruck jederzeit unter stabilen Bedingungen bestimmen.
Claims (33)
1. Auslaßdruckmeßvorrichtung für ein Endoskop mit einem Luftversorgungs
schlauch zum Auslassen von Luft in einen menschlichen Hohlraum, bei der
ein Auslaßdruckmeßsystem den Auslaßdruck der aus dem Auslaß des Luft
versorgungsschlauches ausgelassenen Luft erfaßt.
2. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auslaßdruckmeßsystem einen Drucksensor (11) hat.
3. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drucksensor (11) eine Spannung entsprechend dem erfaßten Druck
ausgibt, und daß die aus dem Auslaß des Luftversorgungsschlauches aus
strömende Luft derart gerichtet wird, daß sie den Drucksensor (11) trifft.
4. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auslaßdruckmeßsystem den Auslaßdruck basierend auf der von
dem Drucksensor (11) ausgegebenen Spannung ermittelt.
5. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Auslaß des Luftversorgungsschlauches in Bezug auf das Endoskop
derart befestigt ist, daß die Luft unter einer vorbestimmten stabilen Bedin
gung zu dem Drucksensor (11) ausgelassen wird.
6. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekenn
zeichnet durch ein Verbindungselement zum Leiten der aus dem Auslaß
ende ausströmenden Luft zu einem druckempfindlichen Bereich (11b) des
Drucksensors (11).
7. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auslaßdruckmeßsystem ein starres Röhrchen (22) hat, das mit dem
Luftversorgungsschlauch in Verbindung steht, und daß die aus dem Auslaß
des Luftversorgungsschlauches ausgelassene Luft durch das Röhrchen (22)
auf einen druckempfindlichen Bereich (11b) des Drucksensors (11) gerichtet
wird.
8. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Röhrchen (22) mittels eines flexiblen Luftschlauches (89) mit dem
Luftversorgungsschlauch verbunden ist.
9. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Luftschlauch (89) ein verbindbares Ende des Röhrchens (22) und
das distale Ende des Endoskops miteinander verbindet, an dem der Auslaß
anschluß angeordnet ist, und sich entlang einer Geraden erstreckt.
10. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das verbindbare Ende des Röhrchens (22) eine solche Form hat, die ei
nen festen Sitz des Luftschlauchs (89) erzeugt.
11. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der druckempfindliche Bereich (11b) des Drucksen
sors (11) und das Auslaßende des Röhrchens (22) einander zugewandt
sind, und daß der druckempfindliche Bereich (11b) des Drucksensors (11)
und das Röhrchen (22) in gleicher Höhe angeordnet sind.
12. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelachse des Röhrchens (22) die Mitte des druckempfindlichen
Bereichs (11b) des Drucksensors (11) schneidet.
13. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Fläche des druckempfindlichen Bereichs (11b) des Druck
sensors (11) im wesentlichen gleich oder größer als die Fläche des Auslaß
endes des Röhrchens (22) ist.
14. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß bei dem Auslaßdruckmeßsystem der Abstand zwi
schen dem Auslaßende des Röhrchens (22) und dem druckempfindlichen
Bereich (11b) des Drucksensors (11) veränderbar ist.
15. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ei
nen Röhrchenträger (23), der eine durchgehende Öffnung hat, in die das
Röhrchen (22) gesteckt ist, und an dem das Röhrchen (22) mittels Festzie
hen einer Schraube (21) befestigt ist.
16. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein
Gehäuse, das eine Metallplatte (15), den Röhrchenträger (23) und eine un
tere Basis (26) hat.
17. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kammer zum Aufnehmen des Drucksensors (11) von der Metall
platte (15) und einem Befestigungselement (27) gebildet ist, und daß der
Drucksensor (11) mit einem O-Ring (12, 20) in der Kammer befestigt ist.
18. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß das Befestigungselement (27) eine Öffnung in einem Bereich hat, durch
den die ausgelassene Luft strömt, daß die durch die Öffnung hindurchströ
mende Luft auf den druckempfindlichen Bereich (11b) des Drucksensors
(11) gerichtet wird, und daß die Öffnung hinreichend größer ist als das Aus
laßende des Röhrchens (22) und als der druckempfindliche Bereich (11b)
des Drucksensors (11).
19. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Metallplatte (15) einen L-förmigen Querschnitt hat,
und daß sie derart an der unteren Basis (26) befestigt ist, daß einer der
beiden geraden L-Schenkel eine obere Fläche (15a) des Gehäuses bildet.
20. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Schaltungsträger (16) mit einer Schaltung zum
Ermitteln einer dem Auslaßdruck entsprechenden Spannung.
21. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaltungsträger (16) mittels Schrauben (18) an der Metallplatte
(15) befestigt ist.
22. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schaltung eine dem tatsächlichen Auslaßdruck entspre
chende Spannung basierend auf einer von dem Drucksensor (11) ausgege
benen Spannung ermittelt.
23. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, gekenn
zeichnet durch ein Gehäuse zum Aufnehmen des Drucksensors (11), des
Verbindungselementes und des Schaltungsträgers (16), wobei das Verbin
dungselement an dem Gehäuse derart befestigt ist, daß seine Position in
Bezug auf den druckempfindlichen Bereich (11b) veränderbar ist.
24. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verbindungselement einen Luftschlauch (89) und ein Röhrchen (22)
hat, daß ein Ende des Luftschlauches (89) mit dem distalen Ende des Endo
skops verbunden ist, daß das andere Ende des Luftschlauches (89) mit ei
nem Ende des Röhrchens (22) verbunden ist, und daß das andere Ende des
Röhrchens (22) derart an dem Gehäuse befestigt ist, daß sein Abstand zu
dem druckempfindlichen Bereich (11b) änderbar ist.
25. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 24, gekenn
zeichnet durch eine Teilung an dem Röhrchen (22) zum Messen des Ab
standes zwischen dem anderen Auslaßende des Röhrchens (22) und dem
druckempfindlichen Bereich (11b).
26. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch ein Spitzenwertbearbeitungssystem, das den Spit
zenwert der von dem Drucksensor (11) ausgegebenen Spannung hält, die
dem Druck der ausströmenden Luft entspricht, durch ein Rücksetzsystem,
das die von dem Spitzenwertbearbeitungssystem gehaltene Spannung zu
rücksetzt, und durch ein Kurzschlußschutzsystem, das ein Kurzschließen
einer elektrischen Schaltung beim Zurücksetzen der von dem Spitzenwert
bearbeitungssystem gehaltenen Spannung verhindert.
27. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß das Spitzenwertbearbeitungssystem einen Eingangsoperationsverstär
ker (U5), an den der Drucksensor (11) die Spannung ausgibt, einen Aus
gangsoperationsverstärker (U6), der eine Spannung ausgibt, mindestens
zwei in Reihe geschaltete Widerstände (R67, R68), eine Diode (D3), einen
Kondensator (C7), und einen Transistor (T) hat, und daß das Kurzschluß
schutzsystem eine Anordnung hat, bei der die mindestens zwei Widerstände
(R67, R68) parallel zu der Diode (D) geschaltet sind, bei der der
Kondensator (C7) zwischen die Kathode der Diode (D3) und Masse (E) ge
schaltet ist, bei der der Kollektor des Transistors (T) mit einem Punkt (G)
verbunden ist, an dem die mindestens zwei Widerstände (R67, R68) mitein
ander verbunden sind, und bei der der Emitter des Transistors (T) mit Masse
(E) verbunden ist.
28. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens zwei Widerstände ein erster Widerstand (R68) und ein
zweiter Widerstand (R67) sind, daß der erste Widerstand (R68) mit dem
Kondensator (C7) verbunden ist, und daß der Widerstandswert des ersten
Widerstandes (R68) viel kleiner ist als der des zweiten Widerstandes (R67).
29. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Spitzenwertverarbeitungssystem die elektrischen Ladun
gen in dem Kondensator (C7) mittels der Diode (D3) akkumuliert, wenn die
den Auslaßdruck wiedergebende Spannung dem Eingangsoperationsver
stärker (U5) eingegeben wird, und daß der Maximalspannungswert dem
Ausgangsoperationsverstärker (U6) zugeführt wird, wenn die dem Ein
gangsoperationsverstärker (U5) eingegebene Spannung kleiner oder gleich
dem Maximalspannungswert ist.
30. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Rücksetzsystem ein Rücksetzsignal an die Basis des
Transistors (T) überträgt, und daß die in dem Kondensator (C7) akkumu
lierte, der Maximalspannung entsprechende elektrische Ladung beim Ver
binden des Eingangsoperationsverstärkers (U5) mit Masse (E) über den er
sten Widerstand (R68) und den Transistor (T) entladen werden, wenn das
Rücksetzsignal an die Basis des Transistors (T) übertragen wird.
31. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch
gekennzeichnet, daß die von dem Drucksensor (11) ausgegebene Span
nung vor dem Übertragen an das Spitzenwertverarbeitungssystem verstärkt
wird.
32. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet,
daß die verstärkte Spannung einmal direkt und einmal über das Spitzen
wertverarbeitungssystem an ein Verarbeitungssystem übertragen wird.
33. Auslaßdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auslaßdruckmeßsystem den Auslaßdruck basierend auf der Diffe
renz der von dem Spitzenwertverarbeitungssystem an das Verarbeitungs
system übertragenen Maximalspannung und einer Referenzspannung be
stimmt, die dem Verarbeitungssystem direkt eingegeben wird, wenn keine
Luft ausgelassen wird.
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