DE1516939B2 - Elektronenstrahl oszilloskop fuer die wiedergabe von physiolo gischen messignalen bei auftreten von stoersignalen - Google Patents

Description

Stellenschalters oder Ableitungswählers (schweizerische Patentschrift 352 453), oder des Wahlschalters für die Ablaufgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers (französische Patentschrift 1 359 691). Es handelt sich daher nicht um eine automatische periodische Betätigung des Schnellstarts in verhältnismäßig kurzen Zeitintervallen während der Aufzeichnung bzw. sichtbaren Darstellung des von einer gleichen Meßstelle oder von der gleichen Ableitung stammenden Signals. Dagegen entspricht die bekannte Kopplung des Schnellstarts auch mit einem automatisch in bestimmten Zeitintervallen umschaltenden Ableitungswähler nicht der Lehre der Erfindung, weil längst die Notwendigkeit bekannt war, mit jeder Ableitungsumschaltung auch den Schnellstart zu betätigen und somit die Automatisierung der Ableitungsumschaltung noch keinen Fortschritt in bezug auf die Automatisierung der Schnellstartbetätigung in regelmäßigen Intervallen während der Aufzeichnung oder sichtbaren Darstellung der von einer gleichen Ableitung oder Meßstelle stammenden Signals bedeutete. Bei der Erfindung wird vielmehr in günstiger Weise der Umstand benutzt, daß im Rücklaufintervall des schreibenden Elektronenstrahls, so kurz es auch sein mag, sowieso immer die laufende Wiedergabe eines gleichen Signals unterbrochen wird, und somit in diesem Intervall die Einfügung einer Verriegelungspause für den Verstärker durch Betätigung durch den Schnellstart nicht mehr stört, als schon durch die Zeitablenkung zwangläufig geschieht. Bei einer Ausführungsform des Erfindungsgedankens kann indessen das Kurzschließen der Querwiderstände der ÄC-Glieder während des Rücklaufes der Zeitablenkung für den schreibenden Elektronenstrahl oder auch durch ein aus dem Meßsignal abgeleitetes Triggersignal zu Beginn des Elektronenstrahlvorlaufes ausgelöst werden.

An Hand des Blockschaltbildes eines Oszilloskops gemäß der Erfindung sei diese erläutert (Fig. 1). Die wiederzugebenden Signale, z. B. die biologischen Aktionsspannungen, werden von Abnahme-Elektroden 1 aufgenommen und zunächst üblicherweise einem Vorverstärker 2 zugeführt. Zwischen diesem und einem Endverstärker 5 für die Vertikalablenkspannung bzw. zwischen zwei Verstärkerstufen liegt das bis zu niedrigen Frequenzen durchlässige RC-Koppelglied, das aus einem Koppelkondensator 3 a bzw. 3 b und einem Querwiderstand 4 α bzw. 4 b besteht. Da das gewählte Ausführungsbeispiel einen Gegentaktverstärker darstellt, sind diese Organe doppelt vorhanden. Der im allgemeinen hochohmige Querwiderstand 4 a liegt zwischen dem Ausgang des Koppelkondensators und Verstärker-Null 15. Die beiden Ausgänge des Gegentakt-Endverstärkers 5 führen in bekannter Weise zu den beiden vertikal übereinanderliegenden Ablenkplatten 6 α und 6 b der Kathodenstrahlröhre 20 und erzeugen dort ein der Signalamplitude proportionales elektrisches Feld, dem der schreibende Kathodenstrahl folgt.

Den beiden anderen, horizontal gegenüberliegenden Ablenkplatten 7 α und Ib wird die von einem Sägezahn-Generator 8 gelieferte Zeitablenkspannung zugeführt, der synchron oder durch besonders an seinem Eingang 9 aufgenommene Triggersignale gesteuert werden muß. Die Schaltung dieser einzelnen elektronischen Organe kann also fachgeläufig vorausgesetzt werden. Die Stromversorgung der einzelnen Organe ist mit 19 a, 19 b usw. angegeben.

Es sind noch zusätzliche Schaltmittel vorgesehen, die erfindungsgemäß durch die Zeitablenkvorrichtung getriggert werden und während oder nach einem jeden Rücklaufintervall einen kurzzeitigen Kurz-Schluß des Koppelgliedes 3 a, 4 a bzw. 3 b, 4 b bewirken. Dazu liegt parallel zum Querwiderstand 4 α bzw. 4b der ÄC-Koppelglieder des Verstärkers ein Kurzschlußzweig 14 α bzw. 14 b mit einem Unterbrechungskontakt 13 α, 13 b, für dessen Betätigung

ίο über ein Gestänge 12 ein unmittelbar oder mittelbar von dem Zeitablenkteil 8 gesteuertes Relais 11 vorhanden ist. Der Steuerkreis 16, 23, 24 zwischen Zeitablenkgenerator 8 und Relais 11 enthält z. B. noch eine Impulsformerstufe 21 und einen nachgeschalteten Verstärker 10 für den Relaishaltestrom, der etwa aus kurzen, mit dem Zeitabstand der Zeitablenkperiode aufeinanderfolgenden Rechteckimpulsen besteht. Zum Beispiel kann ein monostabiler Multivibrator die Impulsformerstufe 21 bilden, der nach Erreichen jedes Maximums der Sägezahnspannung für die Zeitablenkung angestoßen wird und dann jeweils für ein in der Zeitdauer einstellbares kurzes Intervall den Arbeitsstrom an das Relais 11 liefert. Dadurch zieht in diesem Intervall das Relais 11 an und schließt die beiden Kurzschlußkontakte 13 α und 13 b, wodurch der Verstärker 5 »verriegelt« und die Koppelkondensatoren 3 α und 3 b über Verstärker-Null umgeladen werden.

Bei üblichen Zeitablenkungsgeschwindigkeiten von 50 bis 25 mm/s und einer gebräuchlichen Größe der Sichtfläche der Kathodenstrahlröhre von beispielsweise 75 mm Durchmesser würde sich die von der Sägezahnspannung der Zeitablenkung getriggerte periodische Verriegelung und damit die Rückführung der Null-Linie alle 1,5 bis 3 Sekunden wiederholen und der Start des Elektronenstrahls immer am gleichen Punkt der Y-Achse der Sichtfläche erzwungen werden. Die erforderliche Verriegelungszeit, d. h. die Zeit des Kurzschlusses des Koppelgliedes richtet sich nach der Umladezeitkonstante der im Eingriff befindlichen üC-Glieder, das ist die Zeitkonstante des am Ausgang kurzgeschlossenen Gliedes, also das Produkt aus dem Innenwiderstand der speisenden Stufe (Generatorinnenwiderstand) und der Kondensatorkapazität. Eine Zeitkonstante von etwa 10 ms läßt sich ohne Schwierigkeit erreichen, so daß mit einer angenommenen Verriegelungszeit von 50 ms, also mit einer einzigen Umladung während einer gegenüber der Zeitkonstante fünffachen Zeit die Störsignale auf das e~⁵-fache des Ausgangswertes, das ist etwa 0,7% des Ausgangswertes, verkleinert würden. Da sich die Umladung in kurzen Abständen wiederholen soll, könnten auch große Störspannungen unwirksam gemacht werden.

Für den genauen Zeitpunkt der Auslösung der periodischen Verriegelung bzw. Umladung der Koppelglieder werden besonders zwei günstige Möglichkeiten empfohlen. Zunächst könnte von der Ablenkschaltung bei Beginn des Rücklaufs ein Impuls gewonnen werden. Hierbei ist es belanglos, ob die Zeitablenkung freilaufend vom Signal synchronisiert oder freilaufend nicht synchronisiert, freilaufend eigengetriggert oder vom Signal getriggert ist. Die Rücklaufzeit müßte dann selbstverständlich mindestens so lange dauern, wie die Kondensatorumladung in der Verriegelungsphase es erfordert.

Die andere Möglichkeit besteht darin, daß die Verriegelung zu Beginn des Strahlvorlaufs ausgelöst

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wird, und zwar ebenfalls durch einen aus der Ab- einfache Lösung des Problems an, den Verriegelenkschaltung gewonnenen Impuls beim Start des lungszeitpunkt von zwei Bedingungen bestimmen zu Hinlaufs. Dabei müßte aber der Startort des Strahls lassen, nämlich durch die Rücklaufphase der Zeitzweckmäßigerweise so weit vor den Schirmrand ver- ablenkung und durch das Auftreten eines markanten legt werden, daß die Verriegelungszeit vor Sichtbar- 5 Signals, etwa der R-Zacke der Herzaktionsspannung, werden des Strahls auf dem Schirm abgelaufen ist. gegebenenfalls unter Einfügen von Verzögerungs-Bei diesem Verfahren geht während der Verriege- Intervallen, die Entriegelung aber nach einer festen lungszeit Signalinformation verloren, was jedoch Zeitspanne ab Eintritt des markanten Signals, also nicht schwer wiegt, wenn man bedenkt, daß die im der i?-Zacke, auszulösen, wenn erfahrungsgemäß Beispiel angenommene Verriegelungszeit von 50 ms io das sich wiederholende Signal eine Phase verschwinbei 50 mm/s Ablenkgeschwindigkeit nur eine Infor- dender Amplitude durchläuft. Dabei ist jedoch Vormationslücke von 2,5 mm längs der AT-Achse be- aussetzung, daß es sich im wesentlichen um ein deutet. periodisch sich wiederholendes Signal gleicher

Das erfindungsgemäße Verfahren der Verriegelung Grundstruktur handelt, was bei Herzaktionsspandes Signalverstärkers von Oszilloskopen und die zu- 15 nungen normalerweise der Fall ist.
gehörige Einrichtung kann nun noch vervollkomm- Um diese Lösung zu realisieren, deren Verständnet werden. Es wäre nämlich vorteilhaft, wenn das nis das herausgezeichnete Blockschaltbild F i g. 1 a Ende der Verriegelungszeit, also die Freigabe des erleichtert, dient zweckmäßig als Impulsformer 21 Verstärkers (Entriegelung) so gelegt würde, daß die wieder ein monostabiler Multivibrator, der den ReSpannung des zu erwartenden Signals in diesem 20 laisspeisestrom an seinem Ausgang 24 liefert. Der Augenblick gerade Null ist. Dies läßt sich einmal da- Impulsformer 21 wird an seinem Eingang 23 α durch durch einrichten, daß an Stelle eines monostabilen ein Und-Tor 29 getriggert, dessen einer Eingang an Multivibrators 21 zur Speisung des Verriegelungs- den Signalübertragungsweg über den Zweig 22 α und relais ein Flip-Flop oder bistabiler Multivibrator 21 dessen anderer Eingang an den Zeitablenkgenerabenutzt wird, der zum Start der Verriegelung durch 25 tor 8 über den Zweig 23 angeschlossen ist, wobei die Sägezahnspannung der Zeitablenkschaltung, zur selbstverständlich, wie durch die Kästchen 31 und 32 Beendigung der Verriegelung aber beim Null-Durch- angedeutet, Impulsformungs- und/oder Verzögegang des Signals durch den Verstärker 5 getriggert rungsglieder zwischengeschaltet sein können, die wird. Die Schaltung wäre dann bei Verwendung derart bemessen sind, daß der Verriegelungszeiteines Flip-Flops als Impulsformer 21 so auszulegen 30 punkt in eine erwünschte Phase des Signalvorlaufs bzw. zu ergänzen, wie gestrichelt gezeichnet ist. An- und des Rücklaufs oder des Beginns des Vorlaufs gestoßen wird das Flip-Flop wieder durch den Zeit- der Zeitablenkung fällt. Die Zeitdauer der Verriegeablenkgenerator 8, und zwar von- den Spitzen der lung ist dagegen am Impulsformer fest oder variier-Sägezahnspannung. Sein Ausgang 24 liefert dann bar eingestellt. Bei dieser Lösung kann es darüber einen konstanten Strom, der nach Verstärkung im 35 hinaus sinnvoll sein, die Zeitablenkung durch das Verstärkungsglied 10 das Relais 11 speist und die Signal zu triggern, wozu der gestrichelt angedeutete Verriegelung des Signalverstärkers 5 auslöst. Der am Leitungszweig 30 zwischen dem Signalübertragungs-Ausgang 24 des Flip-Flops 21 stehende Impuls wird zweig 29 und dem Zeitablenkgenerator 8 dient,
nun über den Zweig 25 einem Und-Tor 27 züge- Durch beide Alternativlösungen wird eine, wenn führt, dessen zweiter Eingang über die Leitung 22 40 auch geringe, aber unschöne Bildverschiebung veran den Signalübertragungszweig 29, etwa an den mieden, die entstehen würde, wenn der Verstärker Ausgang des Signalverstärkers 5 angeschlossen und im Augenblick einer großen Signalamplitude entals Sperreingang (Umkehrstufe) ausgebildet ist. Somit riegelt wird. In einem solchen Falle würde, da die steht an den mit dem zweiten Eingang des Flip-Flops Y-Ablenkung an einem definierten Ort des Schirmes 21 verbundenen Ausgang 28 des Und-Tores 27 nur 45 freigegeben wird, die Signal-Null-Linie je nach dem dann ein Impuls zum Zurückwerfen des Flip-Flops Momentanwert des Signals bei der Freigabe etwas zur Verfügung, wenn das Flip-Flop 21 selbst vorher höher oder tiefer starten und nach Maßgabe der angestoßen war und das Signal einen Nulldurchgang Zeitkonstante des i?C-Gliedes nach der Mitte einhat, laufen.

Um aber zu gewährleisten, daß dies nicht zu früh- 50 Im übrigen läßt sich die Dauer der Verriegelungszeitig erfolgt, also die Verriegelungszeit lange genug phase durch entsprechende Bemessung der Organe ist, kann man in den Steuerzweig 25 noch ein Ver- des verwendeten monostabilen Multivibrators festzögerungsglied, etwa einen monostabilen Multivibra- legen.

tor 26, einfügen. Dann müßte allerdings der Eingang An Stelle eines mechanischen Relaisschalters des Zweiges 25 in das Und-Tor 27 ebenfalls als 55 könnte selbstverständlich auch ein vollständig elek-Sperreingang ausgebildet sein, so daß auf jeden Fall tronisch wirkendes Relais benutzt werden, ähnlich das Flip-Flop 21 nicht früher in seine Null-Lage zu- wie am letzten Ausführungsbeispiel gezeigt. Außerrückgeworfen werden kann, als durch die einstell- dem lassen sich noch Verzögerungsanordnungen trefbare Zeitdauer der Rechteckimpulse des monostabi- fen, die eine Verriegelung erst nach einem gewissen len Multivibrators 26 bestimmt ist. Letztere Variation 60 Zeitraum beginnen oder beenden lassen (nach Einist im Blockschaltbild durch gepunktete Darstellung treffen des entsprechenden Triggerimpulses),
eines zweiten Und-Tores 27 a (mit zwei Sperreingän- Die Erfindung führt somit zu einer praktisch wertgen) und des monostabilen Multivibrators 26 ge- vollen Verbesserung bei der Wiedergabe von kleinen kennzeichnet. Beide Wege sind jedoch nur dann Signalspannungen mit Hilfe eines Oszilloskopes. Für gangbar, wenn die Nullage des Signals genau genug 65 den Einsatz solcher Geräte, z. B. bei der Überdefiniert ist, was leider gerade bei biologischen Meß- wachung der Herztätigkeit von Patienten, ist die ersignalen und Verstärkern mit sehr niedriger Grenz- zielte Störungsfreiheit der Signalwiedergabe von frequenz nicht der Fall ist. Es bietet sich dann als großer Bedeutung.

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Claims (3)

1 2 leitungswähler zwischengeschaltet, mit dessen Hilfe Patentansprüche: eine bestimmte Auswahl zwischen den einzelnen Elektroden oder Elektrodenkombinationen durch

1. Elektronenstrahl-Oszilloskop für die Wie- Umschaltung getroffen werden kann. Da der Verdergabe von physiologischen Meßsignalen bei 5 stärker eines Elektrokardiographen gemäß den beAuftreten von Störsignalen, deren Größe die- stehenden Normvorschriften (DIN 13 401) bis zu jenige der Meßsignale übertreffen kann, mit einer unteren Grenzfrequenz von 0,3 Hz dimensioeinem mindestens ein iüC-GIied enthaltenden niert sein muß, ergibt sich hieraus, daß die Koppel-Wechselspannungsverstärker, bei dem zur schnei- glieder am Eingang bzw. zwischen den einzelnen len Umladung des oder der Koppelkondensatoren io Verstärkerstufen sehr große Zeitkonstanten aufder jeweilige diesen nachgeschaltete Widerstand weisen müssen. Wird z. B. auf andere Elektroden des jeweiligen /?C-Gliedes kurzzeitig kurz- bzw. auf andere Ableitungen umgeschaltet, so sind geschlossen wird, wobei die verstärkten Meß- die Kondensatoren jeweils von der vorher anliegensignale an die vertikalen Ablenkplatten der den Spannung auf einen bestimmten Wert aufgeladen. Elektronenstrahlröhre des Oszilloskops gelegt 15 Für die nachfolgend angewählte Ableitung müssen werden, und mit einem Zeitablenkteil zur Steue- daher diese Kondensatoren umgeladen werden, was rung der Spannung an den horizontalen Ablenk- infolge der großen Zeitkonstante mehrere Sekunden platten, um den Auftreffpunkt des Elektronen- dauern würde, wenn nicht besondere Maßnahmen Strahles zeitproportional horizontal zu verschie- eingreifen würden. Diese störenden Spannungen, die ben und nach Durchlauf des Durchmessers der zo eine Gleichspannung darstellen, entstehen durch die Bildröhre an den Ausgangspunkt zurückzuführen, Polarisation zwischen der Hautoberfiäche und den dadurch gekennzeichnet, daß das Kurz- Elektroden. Sie betragen im allgemeinen ein Mehr- -; schließen des oder der Widerstände der i?C-Glie- faches der Nutzmeßspannung. \ der selbsttätig und periodisch durch die Steuer- Die besonderen Maßnahmen, um den Umladevorspannung der Zeitablenkung oder durch das 25 gang zu beschleunigen, bestehen darin, daß der Aus-Meßsignal bewirkt wird. gang jedes als Tiefpaß wirkenden i?C-GIiedes kurz-

2. Elektronenstrahl-Oszilloskop nach An- zeitig mit dem Bezugspotential (Verstärker Null) spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurz- kurzgeschlossen wird, so daß sich die Koppelkonschließen des oder der Widerstände der RC- densatoren in Millisekunden oder Bruchteilen davon Glieder durch die Steuerspannung der Zeit- 30 über den sehr kleinen Innenwiderstand der Vorablenkung während des Elektronenstrahlrück- stufen umladen können. Diese Möglichkeit des laufs ausgelöst wird. schnellen Umladens wird mit »Schnellstart« bezeich-

3. Elektronenstrahl-Oszilloskop nach An- net. Während des Umladens ist somit der Verstärker spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurz- »verriegelt«. Nach dem kurzzeitigen Umladevorgang schließen des oder der Widerstände der RC- 35 und nach Aufhebung des Kurzschlusses ist dann der Glieder durch ein aus dem Meßsignal abgeleite- Verstärker wieder »entriegelt« und funktionsbereit; tes Triggersignal zu Beginn des Elektronenstrahl- er kann dann das Nutzsignal ohne Übersteuerung Vorlaufes ausgelöst wird. verstärken. Nähere Einzelheiten über den Schnellstart und Möglichkeiten seiner Durchführung sind

40 in der schweizerischen Patentschrift 352453 und in

der französischen Patentschrift 1 359 691 beschrieben.

Bei den bekannten schreibenden Registriergeräten

Vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronen- wird der »Schnellstart« vor dem Start des Papierstrahl-Oszilloskop für die Wiedergabe von physiolo- Vorschubes während der Dauer von etwa 1 bis 3 Se- ^ gischen Meßsignalen bei Auftreten von Störsignalen, 45 künden durch Drücken einer Taste durchgeführt, deren Größe diejenige der Meßsignale übertreffen Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zukann, mit einem mindestens ein ÄC-GIied enthalten- gründe zu erreichen, daß bei Oszilloskopen zur unden Wechselspannungsverstärker, bei dem zur schnei- mittelbaren Sichtbarmachung des Signalverlaufes len Umladung des oder der Koppelkondensatoren dieser Umladevorgang der Kondensatoren selbstder jeweilige diesen nachgeschaltete Widerstand des 50 tätig während des Rücklaufes des Elektronenstrahls jeweiligen ÄC-Gliedes kurzzeitig kurzgeschlossen bzw. kurzzeitig während des Beginns des Vorlaufes wird, wobei die verstärkten Meßsignale an die ver- bewirkt wird. Diese Aufgabe wird gelöst, indem ertikalen Ablenkplatten der Elektronenstrahlröhre des findungsgemäß das Kurzschließen des oder der Oszilloskops gelegt werden, und mit einem Zeit- Widerstände der i?C-GIieder selbsttätig und periablenkteil zur Steuerung der Spannung an den hori- 55 odisch durch die Steuerspannung der Zeitablenkung zontalen Ablenkplatten, um den Auftreffpunkt des oder durch das Meßsignal bewirkt wird.
Elektronenstrahles zeitproportional horizontal zu Durch die Erfindung wird somit vorteilhaft die

verschieben und nach Durchlauf des Durchmessers Totzeit während des Rücklaufes bzw. zu Beginn des der Bildröhre an den Ausgangspunkt zurückzuführen. Vorlaufes des schreibenden Elektronenstrahles zur

Für die Registrierung oder für die unmittelbar 60 Umladung der Koppelkondensatoren ausgenutzt,
sichtbare Wiedergabe dieser Herzaktionsspannungen Von Registrierverstärkern sind Schnellstartein-

mit Hilfe von Registriergeräten oder Kathodenstrahl- richtungen bekannt, die entweder unmittelbar röhren (Oszilloskopen) werden am menschlichen manuell betätigt werden müssen, um in jeder Phase Körper mehrere Elektroden angelegt, von denen die eines Meßvorganges die etwa durch aufgetretene entsprechenden Spannungen zum Registriergerät oder 65 Störsignale erforderlich gewordene Umladung der Oszilloskop geleitet werden. Hierbei ist zumeist noch Koppelkondensatoren zu beschleunigen, oder welche zwischen den Elektroden und dem Verstärkereingang automatisch mit der Betätigung anderer Einrichtundes Registriergerätes oder des Oszilloskops ein Ab- gen des Gerätes eingeschaltet werden, z. B. des Meß-