DE10003480B4

DE10003480B4 - Einrichtung zum Messen des Austrittsdrucks von Luft

Info

Publication number: DE10003480B4
Application number: DE10003480A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Takami; Junji Usami; Hidehito Kurosawa
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2013-07-18
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: US6425292B1; DE10003480A1

Abstract

Einrichtung zum Messen des Austrittsdrucks von Luft, die aus einem Auslaß (88) eines in einem Endoskop ausgebildeten Kanals (87) austritt, umfassend einen Luftschlauch (89), dessen eines Ende an den Auslaß (88) des Kanals (87) anschließbar ist, eine Vorrichtung (10), die mit dem anderen Ende (86) des Luftschlauchs (89) verbunden ist und einen Drucksensor (11) enthält, der den Austrittsdruck der aus dem Luftschlauch (89) austretenden Luft mißt, wobei der Drucksensor (11) eine Spannung entsprechend dem erfaßten Druck ausgibt, und die aus dem Auslaß (88) des Kanals (87) ausströmende Luft durch den Luftschlauch (89) und die Vorrichtung (10) derart gerichtet wird, daß sie den Drucksensor (11) trifft, und eine Schaltung zum Ermitteln der dem Austrittsdruck entsprechenden Spannung, wobei die Schaltung ein Spitzenwertbearbeitungssystem, das den Spitzenwert der von dem Drucksensor (11) ausgegebenen Spannung halt, die dem Druck der ausströmenden Luft entspricht, ein Rücksetzsystem, das die von dem Spitzenwertbearbeitungssystem gehaltene Spannung zurücksetzt, und ein Kurzschlußschutzsystem aufweist, das ein Kurzschließen der Schaltung beim Zurücksetzen der von dem Spitzenwertbearbeitungssystem gehaltenen Spannung verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen des Austrittsdruckes von Luft, die aus einem Auslaß eines in einem Endoskop ausgebildeten Kanals austritt.
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 herausströmende 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 Diagnoseverfahren präzise angewendet werden kann, muß der Auslaßdruck der aus dem Endoskop 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.
Aus der JP 10-262915 A ist ein Endoskop bekannt, an dessen Bedienteil ein Anschlussteil koppelbar ist, der einen Luftkanal und einen Wasserkanal enthält. Der Anschlussteil enthält ferner Drucksensoren. Durch diese Drucksensoren werden die Drücke der durch den Anschlussteil transportieren Fluide erfasst. In Abhängigkeit dieser Druckerfassung wird ein Elektromagnet angesteuert, über den der Anschlussteil an dem Endoskop gesichert ist. Dadurch ist gewährleistet, dass beim Brechen eines Befestigungsrings der Anschlussteil mit dem Endoskop verbunden bleibt und die Fluide nicht aus dem Anschlussteil entweichen.
In der JP 06-347352 A ist eine in der Laserstrahlbearbeitung von Metall eingesetzte Vorrichtung offenbart, mit welcher der Druck eines aus einer Düse strömenden Gases gemessen wird. Bei dieser Vorrichtung wird der Gasdruck von einem Drucksensor erfasst, der in einer Kammer angeordnet ist. Das aus der Düse austretende Gas gelangt über eine Einlassbohrung in die Kammer.
Zum Stand der Technik wird ferner auf die DE 298 13 116 U1 und die US 4 850 228 verwiesen. Daraus ist bekannt, Luftdruckmessgeräte jeweils über einen Schlauch an einen Luft führenden Kanal anzuschließen. 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 Einrichtung 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:
1 eine perspektivische Ansicht einer Luftversorgungsvorrichtung zum Versorgen eines Endoskops mit Luft,
2 den Pfad der aus der Luftversorgungsvorrichtung ausgelassenen Luft,
3 eine Schnittansicht der Auslaßdruckmeßvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel,
4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem gemessenen Druck und dem Abstand zwischen dem Luftauslaßende eines Röhrchens und dem Drucknachweisbereich eines Drucksensors,
5 eine Vorderansicht der Auslaßdruckmeßvorrichtung nach der Erfindung,
6 ein Blockdiagramm eines Steuersystems der Auslaßdruckmeßvorrichtung,
7 ein Schaltungsdiagramm der Auslaßdruckmeßvorrichtung, und
8 eine grafische Darstellung der Signalform der Ausgangsspannung des Drucksensors.
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 Luftversorgungsvorrichtung 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 Einschließen von Luft angeordnet. Unter Verwenden eines (nicht gezeigten) Kompressors wird der Luftdruck in dem abgedichteten Raum erhöht. Durch Betätigen eines Speiseschalters 81 wird ein (nicht gezeigtes) Ventil zwischen dem abgedichteten Raum und einem Luftauslaß 82 geöffnet, wonach die Luft aus dem Auslaß 82 ausgelassen wird. Ein Luftschlauch 83 ist mit dem Auslaß 82 verbunden. Die aus dem Auslaß 82 ausgelassene Luft fließt durch den Luftschlauch 83.
2 zeigt den Pfad der aus dem Auslaß 82 ausgelassenen Luft. Ein Ende 84 des mit dem Auslaß 82 verbundenen Luftschlauches 83 ist mit dem Einlaß 85 eines 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 Bildaufnahmeelement ausgegebene Bildsignal wird von einem (nicht gezeigten) Bildprozessor verarbeitet und auf einer (nicht gezeigten) Anzeigevorrichtung dargestellt.
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 Luftschlauches 89 ist mit einer Auslaßdruckmeßvorrichtung 10 verbunden. Wenn die Luft aus dem Auslaß 88 des Pinzettenkanals 87 ausgelassen wird, wird der Auslaßdruck von der Auslaßdruckmeßvorrichtung 10 gemessen.
3 zeigt den Aufbau der Auslaßdruckmeßvorrichtung 10 in einer Schnittansicht. Wie in 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 Luftschlauch 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 in einer Kammer angeordnet, die von einem Befestigungselement 27 und einer Metallplatte 15 umgeben ist. Ein O-Ring 12 ist zwischen einem gestuften Bereich 27a des Befestigungselementes 27 und dem Drucksensor 11 angeordnet. Ein weiterer 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 angeordnet 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 entsprechenden Stelle eine Öffnung. Die Luft wird durch die Öffnung hindurchgeleitet und anschließend von dem Aufnahmefenster 11b des Drucksensors 11 empfangen.
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 verschraubt. 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 Auslaßdruckmeßvorrichtung 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 horizontal, wenn die Auslaßdruckmeßvorrichtung 10 in ihrer Betriebsstellung angeordnet ist.
Eine gedruckte Schaltungsplatine 16 ist mit einer Schraube 18 mit einem Distanzstück 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 Luftdruck in dem Luftschlauch 89 nicht abgesenkt wird. Beim Messen des Auslaßdrucks erstreckt sich der Luftschlauch 89 gerade. Dadurch läßt sich ein ungleichmäßiger 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 Verbindungsabschnitt 22a des Röhrchens 22 ist so geformt, daß der Luftschlauch 89 einen festen Sitz darauf hat. Wie in 3 gezeigt, ist der Verbindungsabschnitt 22a konisch geformt (d. h. ähnlich einer Bambusverbindung).
Der Röhrchenträger 23 hat eine Öffnung, durch die das Röhrchen 22 hindurchgesteckt 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 Röhrchens 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 verschieben. Mit den Einteilungen 29 läßt sich der Abstand D zwischen dem Aufnahmefenster 11b und dem Luftauslaßende 22b des Röhrchens 22 messen. Normalerweise wird der Abstand D auf 4 mm eingestellt. Wird der Abstand D zu kurz gewählt, ergibt sich ein abgedichteter Zustand zwischen der Öffnung des Befestigungselementes 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. 4 zeigt eine Darstellung des Wertes des gemessenen Auslaßdruckes bei einem Auslassen der Luft unter einem vorbestimmten Druck, wobei der Abstand D geändert wird. Wie aus 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.
5 zeigt eine Vorderansicht der Auslaßdruckmeßvorrichtung 10. Wie in 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. 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.
6 zeigt das Schaltungsdiagramm der elektrischen Schaltung auf der Schaltungsplatine 16 der Auslaßdruckmeßvorrichtung 10. Die Schaltung hat eine Steuerschaltung 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 Anzeige 65 angezeigten Zeichen (z. B. Zahlen) werden jedesmal aktualisiert, wenn der Auslaßdruck gemessen wird. Der Wert des angezeigtes 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 ausgelassen 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 Rücksetzsignal 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 angeordnet ist.
7 zeigt eine Schaltung auf der Schaltungsplatine 16 der Auslaßdruckmeßvorrichtung 10. 8 zeigt die Signalform der Ausgangsspannung des Drucksensors 11. An Hand der 7 und 8 wird nachfolgend der Betrieb der Schaltung beschrieben.
Die in 7 gezeigte Schaltung hat eine Drucknachweisschaltung 41. Die Signalverarbeitungsschaltung 62 hat eine Pufferschaltung 42 und eine Verstärkerschaltung 47. Außerdem hat die in 7 gezeigte Schaltung die Spitzenwertschaltung 64 und die CPU 61.
Die Drucknachweisschaltung 41 gibt eine Spannung entsprechend dem Auslaßdruck der Luft aus, die auf den Drucksensor 11 ausgelassen wird. Die Ausgangsspannung 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 Pufferschaltung 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 Transistor 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 Operationsverstärkers U5 verbunden, der der Eingangsoperationsverstärker der Spitzenwertschaltung 64 ist. Die Kathode K der Diode D3 ist mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers U6 verbunden. Die in Reihe geschalteten Widerstände R67 und R68 sind zwischen den Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers U5 und den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers U6 parallel zu der Diode D3 geschaltet. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers U6 ist mit der CPU 61 und mit den invertierenden Eingangsanschlüssen 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 verbunden).
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 Widerstandes 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 elektrische Ladung gemäß der dem Operationsverstärker U5 eingegebenen Spannung akkumuliert.
Weil die Luft stoßweise ausgegeben wird, ändert sich die dem Operationsverstärker U5 eingegebene Spannung mit der Zeit. Deshalb ergibt sich die mit einer durchgezogenen Linie B in 8 dargestellte Signalform. Wie in 8 gezeigt, tritt der Spitzenwert der Spannung am Anfang der Signalform auf.
Wenn die dem Operationsverstärker U5 eingegebene Spannung großer 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 eingegebene Spannung kleiner ist als die an dem Kondensator C7 anliegende Spannung, wird die an dem Operationsverstärker U5 anliegende Spannung wegen der Charakteristik der Diode D3 nicht an die CPU 61 übertragen. Statt dessen wird die an dem Kondensator C7 anliegende Spannung dem Operationsverstärker U6 eingegeben. Mit dieser Anordnung wird ständig der Maximalwert (der in 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 Spitzenwert 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 Transistor 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 Kondensator 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 Operationsverstärker U5 ist über den Widerstand R68 mit der Masse E verbunden, wenn das Rücksetzsignal von der CPU 61 ausgegeben wird. Somit wird der Operationsverstärker U5 nicht überlastet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, wie vorstehend 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 Kondensator 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 Widerstandes 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 Ausführungsbeispiel ist der Wert des Widerstandes R67 etwa 500 kΩ. Der Wert des Widerstandes R68 ist etwa 1 kΩ.
Die von der Spitzenwertschaltung 64 der CPU 61 zugeführte Maximalspannung V_max 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 (kompensierter) Differenzspannungswert V_T bestimmt (vgl. 8), der den tatsächlichen Auslaßdruck wiedergibt. Es wird somit eine Versatzeinstellung zum Entfernen der Spannung V₀, die ohne Luftauslaß bestimmt worden ist, von der Spannung V_max durchgeführt, die sich als Summe der Spannung V₀ und einer Spannung ergibt, die dem tatsächlichen Auslaßdruck entspricht.
Mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel läßt sich durch Verbinden 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 ausgelassen wird.
Im allgemeinen ist es schwierig, den Auslaßdruck zu messen, weil die Positionsbeziehung zwischen dem Auslaß 22b des Röhrchens 22 und dem Aufnahmefenster 11b des Drucksensors 11 unstabil ist. Weil aber bei dem vorstehend beschriebenen 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 gelangt. Das Röhrchen 22 und der Drucksensor 11 sind dabei derart angeordnet, daß der Auslaß 22b des Röhrchens 22 dem Aufnahmefenster 11b des Drucksensors 11 zugewandt ist. Die Luft wird dann unter optimalen Bedingungen ausgelassen, 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 Drucksensor 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 abgeschwächt. 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 US geschaltet. Bei dieser Anordnung ist der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers U5 nicht kurzgeschlossen, wenn das Rücksetzsignal von der CPU 61 ausgegeben wird. Dadurch wird eine unstabile Wirkungsweise der Schaltung verhindert. Deshalb kann das Rücksetzsignal zu einer Zeit an die Spitzenwertschaltung 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 elektrische Ladung normalerweise über einen verhältnismäßig langen Zeitraum entladen. 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 Spitzenwertschaltung 64 werden der CPU 61 zugeführt, die eine Versatzeinstellung durchführen kann. Dadurch läßt sich der Spannungswert V_T erhalten, der den tatsächlichen Auslaßdruck wiedergibt. Weiterhin läßt sich die dem Auslaßdruck entsprechende 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 wesentlich 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 Auslaßdruckes vorgesehen ist. Mit dieser Anordnung können der vorhergehende Wert des Auslaßdruckes und der aktuelle Wert des Auslaßdruckes gleichzeitig angezeigt 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 gegen die ebene Platte strömt (in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist α = 90°).
In der vorstehenden Gleichung (1) kann der jeweilige Term mit einem Koeffizienten 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 Bedingungen 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 Rücksetzvorganges 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

Einrichtung zum Messen des Austrittsdrucks von Luft, die aus einem Auslaß (88) eines in einem Endoskop ausgebildeten Kanals (87) austritt, umfassend einen Luftschlauch (89), dessen eines Ende an den Auslaß (88) des Kanals (87) anschließbar ist, eine Vorrichtung (10), die mit dem anderen Ende (86) des Luftschlauchs (89) verbunden ist und einen Drucksensor (11) enthält, der den Austrittsdruck der aus dem Luftschlauch (89) austretenden Luft mißt, wobei der Drucksensor (11) eine Spannung entsprechend dem erfaßten Druck ausgibt, und die aus dem Auslaß (88) des Kanals (87) ausströmende Luft durch den Luftschlauch (89) und die Vorrichtung (10) derart gerichtet wird, daß sie den Drucksensor (11) trifft, und eine Schaltung zum Ermitteln der dem Austrittsdruck entsprechenden Spannung, wobei die Schaltung ein Spitzenwertbearbeitungssystem, das den Spitzenwert der von dem Drucksensor (11) ausgegebenen Spannung halt, die dem Druck der ausströmenden Luft entspricht, ein Rücksetzsystem, das die von dem Spitzenwertbearbeitungssystem gehaltene Spannung zurücksetzt, und ein Kurzschlußschutzsystem aufweist, das ein Kurzschließen der Schaltung beim Zurücksetzen der von dem Spitzenwertbearbeitungssystem gehaltenen Spannung verhindert.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spitzenwertbearbeitungssystem einen Eingangsoperationsverstärker (U5), an den der Drucksensor (11) die Spannung ausgibt, einen Ausgangsoperationsverstärker (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 Kurzschlußschutzsystem 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) geschaltet ist, bei der der Kollektor des Transistors (T) mit einem Punkt (G) verbunden ist, an dem die mindestens zwei Widerstände (R67, R68) miteinander verbunden sind, und bei der der Emitter des Transistors (T) mit Masse (E) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, 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).
Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spitzenwertverarbeitungssystem die elektrischen Ladungen in dem Kondensator (C7) mittels der Diode (D3) akkumuliert, wenn die den Austrittsdruck wiedergebende Spannung dem Eingangsoperationsverstärker (U5) eingegeben wird, und daß der Maximalspannungswert dem Ausgangsoperationsverstärker (U6) zugeführt wird, wenn die dem Eingangsoperationsverstärker (U5) eingegebene Spannung kleiner oder gleich dem Maximalspannungswert ist.
Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rücksetzsystem ein Rücksetzsignal an die Basis des Transistors (T) überträgt, und daß die in dem Kondensator (C7) akkumulierte, der Maximalspannung entsprechende elektrische Ladung beim Verbinden des Eingangsoperationsverstärkers (U5) mit Masse (E) über den ersten Widerstand (R68) und den Transistor (T) entladen werden, wenn das Rücksetzsignal an die Basis des Transistors (T) übertragen wird.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Drucksensor (11) ausgegebene Spannung vor dem Übertragen an das Spitzenwertverarbeitungssystem verstärkt wird.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkte Spannung einmal direkt und einmal über das Spitzenwertverarbeitungssystem an ein Verarbeitungssystem übertragen wird.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsdruck basierend auf der Differenz der von dem Spitzenwertverarbeitungssystem an das Verarbeitungssystem übertragenen Maximalspannung und einer Referenzspannung bestimmt wird, die dem Verarbeitungssystem direkt eingegeben wird, wenn keine Luft ausgelassen wird.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) ein starres Röhrchen (22) hat, das mit dem anderen Ende (88) des Luftschlauchs (89) in Verbindung steht, und daß die aus dem Auslaß (88) des Kanals (87) des Endoskops ausgelassene Luft durch das Röhrchen (22) auf einen druckempfindlichen Bereich (11b) des Drucksensors (11) gerichtet wird.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftschlauch (89) flexibel ist und das Röhrchen (22) mit dem Kanal (87) des Endoskops verbindet.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Luftschlauch (89) entlang einer Geraden erstreckt.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Luftschlauch (89) verbundene Ende des Röhrchens (22) so geformt ist, daß es für einen festen Sitz des Luftschlauchs (89) sorgt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der druckempfindliche Bereich (11b) des Drucksensors (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.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse des Röhrchens (22) die Mitte des druckempfindlichen Bereichs (11b) des Drucksensors (11) schneidet.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des druckempfindlichen Bereichs (11b) des Drucksensors (11) im wesentlichen gleich oder größer als die Fläche des Auslaßendes des Röhrchens (22) ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Auslaßende des Röhrchens (22) und dem druckempfindlichen Bereich (11b) des Drucksensors (11) veränderbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Röhrchenträger (23), der eine durchgehende Öffnung hat, in die das Röhrchen (22) gesteckt ist, und an dem das Röhrchen (22) durch Festziehen einer Schraube (21) befestigbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, das eine Metallplatte (15), den Röhrchenträger (23) und eine untere Basis (26) hat.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammer zum Aufnehmen des Drucksensors (11) von der Metallplatte (15) und einem Befestigungselement (27) gebildet ist, und daß der Drucksensor (11) mit einem O-Ring (12, 20) in der Kammer befestigt ist.
Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (27) eine Öffnung in einem Bereich hat, durch den die ausgelassene Luft strömt, daß die durch die Öffnung hindurchströmende Luft auf den druckempfindlichen Bereich (11b) des Drucksensors (11) gerichtet wird, und daß die Öffnung hinreichend größer ist als das Auslaßende des Röhrchens (22) und als der druckempfindliche Bereich (11b) des Drucksensors (11).
Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, 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.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch einen Schaltungsträger (16) mit der Schaltung zum Ermitteln der dem Austrittsdruck entsprechenden Spannung.
Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsträger (16) mittels Schrauben (18) an der Metallplatte (15) befestigt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßende des Röhrchens (22) derart an dem Gehäuse befestigt ist, daß sein Abstand zu dem druckempfindlichen Bereich (11b) änderbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 24, gekennzeichnet durch eine Teilung an dem Röhrchen (22) zum Messen des Abstandes zwischen dem Auslaßende des Röhrchens (22) und dem druckempfindlichen Bereich (11b).