DE1766314A1

DE1766314A1 - Frequenzmessgeraet zur Anzeige von Momentanwerten der Frequenz einer Impulsreihe,insbesondere fuer medizinische Zwecke

Info

Publication number: DE1766314A1
Application number: DE19681766314
Authority: DE
Inventors: Guido Stebler; Dr Planta Conradin Von
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1967-05-12
Filing date: 1968-05-03
Publication date: 1971-07-01
Also published as: CH473577A; ES353495A1; NL6806375A; US3537003A; AT292192B; BE714939A; GB1165498A; IL29933A0; FR1562642A; DK117313B; CH474190A; JPS4821301B1

Description

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F. Hoffmann - La Rocho & Co., Aktiongesellschaft, GranzachorstrassB 124, 4002 Bacel (Schweiz)

Fröqucnzmassgerät zur Anzeige von Momcntanwerten der Frequenz einer Impulsreihe, insbesondere für medizinische Zwecke.

Die Erfindung betrifft ein FroquunzmDssgerät zur Anzeige von Momontanwtjrten dar Frequenz einer Impularoiho, unter jeweiliger Messung des zeitlichen Abstandet; von zwoi Impulcien diecur Reihe und Bildung dos Roziprok-

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wcrtos dieses Abstandes, wobei die Irnpulso mittels eines am Eingang des Gerätes vorgesehenen Pickups aufgenommen werden.

Bei einem bekannten Gerät dieser Art wird der Reziprokwort des Abstandes der beiden Impulse mittels einer Analogschaltung gebildet und das Resultat durch ein Zeigerinstrument angezeigt. Dies hat den Nachteil, dass das Resultat erst an einer Skala abgelesen werden muss, und somit nicht unmittelbar ziffernrnässig zur Verfugung steht. Für einen Arzt, der mittels eines solchen Gerätes die Herztätigkeit eines Patienten überwacht, z.B. während einer Operation, ist dies eine zusätzliche Belastung.

Es sind auch Frequenzmessgoräte mit ziffarnmässiger Anzeige bekannt; dieselben mitteln aber die Frequenz über ein relativ grosses Zeitintervall, bei Herzschlagfrequenzmessern - die etwa auch als Kardiotachometer bezeichnet werden - z.B. über ein Zeitintervall von 10 bis 30 Sekunden.

Diese Geräte geben also kein Hass für die einzelnen Herzschlagintervallo, während es für den Arzt sehr wortvoll ist zu wiscen, ob zwischen diesen Intervallen grosso oder kleine Unterschiede bestehen, bzw. ob der Momentanwart der Herzschlag-Frequenz in grossen oder in kleinen

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Grenzen variiert. Die Erfindung bezweckt ein Frequenzmessgerät der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das diesen Nachteil nicht aufweist, wobei dieses Gerät zwar hauptsächlich für medizinische Zwecke bestimmt, aber gegebenenfalls auch für andere Zwecke anwendbar ist.

Das Frequenzmessgerät nach der Erfindung zeichnet

sich aus durch eine dem Pickup nachgeschaltete Verstär- g

kungsschaltung, die mindestens einen gegengekoppelten Gleichstromverstärker enthält und die vom Pickup empfangenen Eingangsimpulse auf einen angenähert konstanten Pegel regelt; durch einen Messzähler und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Messimpulsen genau bekannter Messfrequenz, die bei der Messung während eines dem Abstand zweier Eingangsimpulse der genannten Impulsreihe entsprechenden Messzeitintervall8S'dem Messzähler zugeführt werden; durch einen Rechenzähler und eine Vorrichtung zur Erzeugung von J Rechenimpulsen, deren Frequenz wesentlich höher ist als die Messfrequenz, welche Rechenimpulse nach dem Messzeitintervall dem Rechenzähler zugeführt werden; durch einen Begrenzungszähler, dem ebenfalls die Rechenimpulse zugeführt werden und der die Zahl der dem Rechenzähler zugeführten Rechenimpulse auf eine vorbBstimmte Zahl begrenzt;

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durch eine Vergleichsschaltung, die den Stand des Rechenzählers put demjenigen des Messzählers vergleicht und jeweils bei Erreichung des Gleichstandes einen Zählirnpuls abgibt, der eine Rückstellung des Rechenzählers auf Null bewirkt und einem dekadischen Zähler zugeführt wird, dessen dem Reziprokwert des Messzeitintervalles und somit dem Momentanwcrt der Frequenz in diesem Messzeitintervall entsprechender Stand durch einen Ziffernanzeiger angezeigt wird, worauf sich nach einem dem Rechenvorgang und der Anzeigedauer entsprechenden Zeitintervall die Messung zwischen zwei weiteren Impulsen der Reihe wiederholt.

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 das Schaltungsschema einer Ausführungsform des Frequenzmessgerätes nach der Erfindung, wahrend Fig. 2 das Schaltungsschema der in diesem Gerät enthaltenen, dem Pickup nachgeschalteten Verstärkerschaltung ist.

In der nachfolgenden Beschreibung werden als "0"-Potential, bzw. "L"-Potential das Potential der "Erdo" bzw. ein negatives Potential von z.D. -12 Volt bezeichnet. Als Ü-Impuls, bzw. L-Impuls wird ein Impuls bezeichnet, bei dem das Potential vom L- bzw. O-Potential ausgehend, vorübergehend das 0- hzvi. L-Potnntial erreicht. In der

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Zeichnung ist der Q-Impuls durch "\J " und der L-Impuls durch "XX-* dargestellt.

Das dargestellte Gerät weist ein Pickup 1 bekannter Art auf, das z.B. am Handgelenk eines Patienten befestigt werden kann und dem Herzschlag entsprechende Impulse einer nachfolgend auch kurz als "Regelverstärker" bezeichneten Verstärkungsschaltung 2 zuführt. Der Regel- ™

verstärker 2 wandelt die aufgenommenen Eingangsimpulse 8 in Impulse von praktisch konstantem PBgel um, wie später anhand von Fig. 2 noch ausführlich beschrieben werden soll. Der Ausgang des Regelverstärkers 2 ist mit einem Eingang eines "Nand"-Tores 3 verbunden. Als "Nand"-Tor wird bekanntlich ein Und-Tor bezeichnet, an dessen Ausgang noch eine Inversion des vom Tor durchgelasaonen Impulses stattfindet. Obwohl die in der vorliegenden Schaltung dargestellten Tore "Nand"-Tore sind, ist es klar, dass eine ähnliche Schaltung auch mit Und-Toren ausgeführt werden könnte, wobei eventuell auch andere logische Tore mit verwendet werden können.

Der Ausgang dus Nand-Torea 3 ist über einen Invarsionsvoretärker 4 mit einem Eingang eines Nand-Tores 5 verbunden, dessen Ausgang an eino mono3tabile Schaltung 6 angeschlossen ist, die auf die Vorderflanke eines vom Nand-

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Tor 5 kommenden O-Impulses ansprechen Kann, so dass sie kippt und nach einer kurzen Eigenzeit, von z.B. einigen Mikrosekunden, in ihren ursprünglichen Zustand zurückkippt. In ihrem stabilen Zustand liefert die Schaltung 6 einer Ausgangsleitung 7 ein L-Potential und einer Ausgangsleitung 6 ein O-Potential.

Die Leitung 7 führt zu einem Steuer-Flip-Flop 9 und zu einer monostabilen Schaltung 10. Der Steuer-Flip-Flop 9 hat zwei Ausgänge 11 und 12 verschiedener Polarität, die je mit einem Eingang eines Nand-Tores 13, bzw. 14 verbunden sind. Ein Eingang des Nand-Tores 14 ist mit dem Ausgang eines Quarzoszillators 15 verbunden, der als "Rechenimpulse" r bezeichnete Impulse mit einer Frequenz von 100 kHz liefert. 0er Oszillator 15 liefert seine Impulse auch einem Frequenzuntersetzer 16, der die Frequenz im Verhältnis 100 » 1 untersetzt, also Impulse m mit einer Frequenz von 1 kHz liefert. Diese als Messimpulse bezeichneten Impulse m werden einem Eingang des Nand-Tores 13 zugeführt. Der Ausgang des Uand-Tores 13 ist mit einem Nesszähler 17 verbunden und der Ausgang des Nand-Tores 14 mit einem Rechenzähler 16. Die beiden Zähler 17 und 18 sind in bekannter Weise als binäre

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Zähler je aus einer Reihe von hintereinander geschalteten Flip-Flops aufgebaut. Die Zähler 17 und 18 sind durch eine Vergleichsschaltung 19 miteinander verbunden, die aus Und-Toren und Qder-TorBn in an sich bekannter Weise so aufgebaut ist, dass sie an ihrem normalerweise auf L-Potential befindlichen Ausgang 20 einen O-Irnpuls ζ liefert, wenn die beiden Zähler den gleichen Stand haben. Dieser Impuls ζ wird als Zählimpuls bezeichnet.

Der Ausgang 20 ist mit einem Eingang eines Nand-Tores 21 verbunden, dessen Ausgang über einen Inversionsverstärker 22 mit einer monostabilen Schaltung 23 verbunden ist, deren Ausgang normalerweise auf L-Potantial ist. Der Ausgang 24 der Schaltung 23 ist einerseits mit dem Rechenzählsr 18 und anderseits über einen Inversionsverstörker 25 mit einem Eingang eines Nand-Tores 2B vsr- _Λ bunden, dessen Ausgang mit- einem dekadischen Zähler 27 bekannter Art in Verbindung stBht. Der Ausgang des dekadischen Zählers 27 ist mit einem Ziffernanzeiger 28 verbunden, welcher den Stand dieses dekadischen Zählers 27 ziffernmässig anzeigt und in bekannter Weise aus Ziffernanzeigelampen aufgebaut ist.

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Ein anderer Eingang des Nand-Tores 26 ist mit dem Ausgang eines ebenfalls aus Binärzähler-Flip-Flops aufgebauten als "Begrenzungszähler" bezeichneten Zahlers 29 verbunden, der zwei Eingänge 30 und 31 hat. Der Eingang 30 ist mit dem Ausgang des Nand-Tores 14 verbunden und der Eingang 3.1 ist mit dem normalerweise auf L-Potential befindlichen Ausgang einer monostabilen Schaltung 32 verbunden, an welchen Ausgang auch der dekadische Zähler 27 angeschlossen ist. Der Eingang der Schaltung 32 ist mit dem Ausgang eines Nand-Tores 33 verbunden. Ein Eingang des Nand-Tores 33 ist über eine monostabile Schaltung 34 mit der Leitung 8 verbunden und ein anderer Eingang mit einem Eingang eines Nand-Tores 35. Ein Eingang des Nand-Tores 35 ist mit dem Ausgang eines "Erstsignal"-Flip-Flops 36 verbunden, der so genannt ist, weil er nur bei Empfang eines ersten Signals kippt und dann bis zum Ende der Messung in seiner neuen Lage bleibt. Oer Ausgang des Erstsignal-Flip-Flops 36 ist auch mit einem Eingang des Nand-Tores 14 verbunden.

Der Ausgang 12 des Steuer-Flip-Flops 9 ist mit einem Eingang eines Nand-Tores 37 verbunden, dessen Ausgang mit einer monostabilen Schaltung 38 verbunden ist. Der Aus-

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gang der Schaltung 38 ist mit dam Messzähler 17 verbunden. Der Ausgang des Begrenzungszählers 29 ist über eine Leitung 39 mit einem Eingang des Nand-Tores 35 verbunden, sowie über eine monostabile Schaltung 40 und eine:n Inversionsverstärker 41 mit einem Eingang des Nand-Tores 5. Die monostabile Schaltung 40 ist mittels eines Einstellorganes 40a so einstellbar, dass der Ausgangsimpuls d zu einem später erläuterten Zwecke sins wählbare Oauer hat.

Dioden 42 bis 46 sind nur dann leitend, wenn eine Leitung 47 O-Potential erhält, was dann zur Null-Stellung sämtlicher Zähler 17, 16, 27, 29 und des Erstsignal-Flip-Flops 36 dient. Die Leitung 47 kann das O-Potential über eine Leitung 48 erhalten, die an den Ausgang eines nichtinvertierenden Verstärkers 49 angeschlossen ist. Die Leitung 48 ist auch mit einBm Eingang des Nand-Tores 5 und mit einem Eingang eines Nand-Tores 50 verbunden.

Der Eingang des Verstärkers 49 ist mit dem' Ausgang eines "Umschalt"-Flip-Flops 51 verbunden, der zur Umschaltung des Gerätes auf "Messen", "Simulatorbetrieb" und "Stop" dient. Als Simulator dient Bin Impulsgenerator 52 von variabler Frequenz, der Impulse\mit einer Wioderholungs-

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frequenz von 50 bis 500 Impulsen pro Minute liefern kann und dessen Ausgang mit einem Eingang des Nand-Tores 50 verbunden ist. Είηβ "Mess"-Drucktaste 53, die über einen Widerstand 54 mit einer negativen Speiseklemme 55 verbunden ist/ gestattet dem Umschalt-Flip-Flop 51, sowie einem weiteren Flip-Flop 57 ein negatives Potential von z.B. -12 Volt gegen Erde zuzuführen, um das Gerät auf "Messen" zu schalten. Eine "Simulator"-Drucktaste 58 gestattet in gleicher Weise den Flip-Flops 51 und 57 ein negatives Potential zuzuführen. Der Flip-Flop 57 weist zwei Ausgänge 57a und 57b von entgegengesetzter Polarität auf, die je mit einem Eingang der Nand-Tore 3, bzw. 50 verbunden sind, so dass das eine dieser Tore gesperrt ist, wenn das andere offen ist. Die Drucktasten 53 und 5Ö sind über je einen Widerstand 59, bzw. 60 auch mit einer positiven Speiseklemme 61 verbunden.

Ein Eingang des Umschalt-Flip-Flops 51 ist über eine Leitung 62 mit einer automatischen' Nullstellungsvorrichtung 63 und mit einer Signalausfall-Stop-Vorrichtung 64 verbunden. Die Nullstellungsvorrichtung 63 weist eine monostabile Schaltung 65 und zwei Speiseklemmen 66 und 67 auf. Die Signalausfall-Stop-Vorrichtung 64 weist

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eine monostabile Schaltung 66a auf, die mit dem Emitter ("source") eines Feldeffekt-Transistors 67a verbunden ist und hat ebenfalls zwei Speiseklemmen 66 und 69. Die Klemme 68 ist über die Leitungen 72 und 48 und weitere, bereits erwähnte Schaltungselemente mit den Ausgängen des Verstärkers 49 bzw. der einstellbaren monostabilen Schaltung 40 verbunden. Die Speiseklemmen 61 und 55 und 80, ä bzw. 66 und 67, bzw. 68 und 69 werden zwecks Einschaltung des Gerätes über einen nicht dargestellten Hauptschalter mit einer Spannungsquelle von z.B. 24 Volt verbunden, deren Mittelpunkt geerdet ist. Gleichzeitig werden auch alle anderen Schaltungselemente, die einer Speisespannung bedürfen, wie Nand-Tore, Flip-Flops, Zähler, usw. über nicht dargestellte Leitungen mit der Speisequelle verbunden.

Weitere Elemente der Schaltung, wie weitere Widerstände, Gleichrichter und Leitungen, sowie Kondensatoren, (J sind aus der Zeichnung ersichtlich und sollen im folgenden nur insofern erwähnt werden, als ihre Funktion für den Fachmann nicht ohne weiteres selbstverständlich ist. Um das Verständnis der nachfolgend beschriebenen Arbeitsweise des Gerätes zu erleichtern, sind an einigen Stellen der Schaltung die Potentiale 0 oder L angeschrie-

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ben, die in der Bereitschaftsstellung des Gerätes dort herrschen, d.h. nach dem Schlisssen des früher erwähnten, nicht dargestellten Hauptschalters. Wo zwei durch ein Komma getrennte Potentiale angeschrieben sind, gilt das erste für die Bereitschaftsstellung und das zweite für einen späteren Zustand.

Beim Schliessen dieses Hauptschalters fuhrt die Nullstellungsvorrichtung 63 mittels der monostabilen Schaltung 65, deren Ausgang normalerweise auf Q-Rotential ist, der Leitung 62 einen L-Impuls zu, der den Umschalt-Flip-Flop 51 so einstellt, dass sein Ausgang O-Potential hat. Ueber den Verstärker 49, die Leitung 4Θ, Leitungen 72 und 73, die Leitung 47, und Leitungen 74, 75 erhalten die Dioden 42 bis 46 O-Potential, werden also in Durchlassrichtung beaufschlagt. Die monostabilen Schaltungen 36 und 32 lösen infolgedessen Nullstellungsimpulse für die Zähler 17, bzw. 27 und 29 aus, während die monostabile Schaltung 23 über die Leitung 76 den Zähler 18 auf Null stellt. In der Bereitschaftsstellung des Gerätes befinden sich somit alle Zähler automatisch in der Nullstellung, und ferner haben dann auch der Steuer-Flip-Flop 9 und der Erstsignal-Flip-Flop 36 die in der Zeichnung

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an erster Stelle angegebenen Ausgangspotentiale.

Wenn die Mess-Drucktaste 53 betätigt wird, erhält der Umschalt-Flip-Flop 51 über die Leitung 56 einen Impuls» so dass das Potential der Leitung 48 sich von "0" auf "L" ändert. Der Ausgang 57b des Flip-Flops 57 ändert sich von 0 zu L und dBr Ausgang 57a von L zu 0. Das Nand-Tor 3 wird nun für den ersten Eingangsimpuls e durchlässig, den das Pickup 1 ihm über den Regelverstärker 2 zuführt. Der Ausgangsimpu.ls des Nand-Tores 3 gelangt über den Inversionsverstärker 4 zum Nand-Tor 5, das jetzt für diesen Impuls durchlässig ist. Die Leitungen 7 und 8 erhalten durch die monostabile Schaltung je einen Impuls 0 bzw. L. D8r O-Impuls schaltet den Steuer-Flip-Flop 9 so um, dass der Ausgang 11 von L zu 0 und der Ausgang 12 von 0 zu L wird. Zugleich wird der Erstsignal-Flip-Flop 36 über ^

die monostabile Schaltung 10, die zur'Verzögerung dient, so geschaltet, dass die Leitung 77 von 0 zu L wird. Die Leitung 77 bleibt hierauf während der ganzen Messung auf L-Potential.

Das Nand-Tor 13 ist jetzt durchlässig für die vom Frequenzuntarsetzer 16 kommenden 1 kHz-Messimpulse m, die im MeeBZähler 17 summiert werden. Das Nand-Tor 14

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ist vorläufig noch undurchlässig für dia 100 kHz-RecheniinpulsB r, weil der Ausgang 11 auf 0 ist. Der Messzähler 17 summiert so lange, bis ein zweiter Eingangsimpuls a ankommt. Der zweite Eingangsimpuls e beeinflusst den Steuer-Flip-Flop 9 auf dem gleichen WegB wie dar erste Eingangsimpuls e, schaltet den Steuer-Flip-Flop 9 nun aber um, so dass der Ausgang 11 von 0 zu L wird und der Ausgang 12 von L zu 0. Dadurch wird das Tor 13 bis auf weiteres für die 1 kHz-Messimpulse m gesperrt, während Tor 14 für die 100 kHz-Rschanimpulse r geöffnet wird, so dass nun dar Rechenzähler 1ö diese Impulse summiert. Sobald dar Rechenzähler 18 die gleiche Zmpulszahl aufweist wie der Messzähler 17, gibt die Vergleichsschaltung 19 an ihrem Ausgang 20 einen Zählimpuls ζ ab. Infolgedessen gibt das Nand-Tor 21 einBn Impuls ab, dar nach Invertierung im Inversionsverstärker 22 dia monostabile Schaltung 23 auslöst. Der vom Ausgang 24 der letzteren sich ergebende 0-Impuls stellt einerseits den Rechenzahler 16 wieder auf Null, und sperrt ainen Eingang des Tores 14, während er anderseits über den Inversionsverstärker und das Nand-Tor 26, dasaan anderer Eingang auf L ist, als O-Impuls dem dekadiaohen Zähler 27 zugaführt wird. Diasar Vorgang

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wiederholt sich solange, bis der auf die Summe von 60000-Impulsen fest eingestellte Begrenzungszähler 29 vom Tor 14 über seinen Eingang 30 diese 60000 Impulse erhalten hat. Wenn dies der Fall ist, so springt sein Ausgangspotential von L auf 0, so dass das Tor 26 gesperrt wird und der dekadische Zähler 27 nicht mehr die Ausgangsimpulse der Vergleichsschaltung 19 erhält. Ferner wird nun über die Leitung 39 das Tor 14 gesperrt, so dass keine weiteren Rechenimpulse r zum Rechenzähler 18 und zum Segrenzungszähler 29 gelangen, welch'letzterer somit die Zahl der für die Rechnung benützten Rechenimpulse auf 60000 begrenzt hat.

Angenommen, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsimpuls e 0,8 see verstrichen sind (75 Herzschläge pro Minute}, so hat der Messzähler 17 in diesem Zeitintervall 800 Impulse summiert. Bis der Begrenzungszähler 29 die 60000 Impulse gezählt hat, ist der Rechenzähler ~~p~nn~^t' 75 mal auf den gleichen Stand gekommen wie der Messzähler 17, so dass die Vergleichsschaltung 20 dem dekadischen Zähler 75 Zählimpulse ζ zugeführt hat und am Ziffernanzeiger 28 somit die der momentanen Herzfrequenz entsprechende Angabe "75" abgelesen werden kann.

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Da über die Leitung 39 ein Eingang des Tores 35 nun ebenfalls von L zu 0 wird, wird dessen Ausgang von 0 zu L, was jedoch durch den Kondensator 35a verzögert wird. Ausserdem erzeugt nun die monostabile Schaltung 40 über den Inverter 41 den O-Impuls d dessen Dauer mittels des erwähnten Einstellorganes 40a einstellbar ist. Während der Dauer dieses Impulses d ist das Tor 5 ge- . sperrt und bleibt die Ziffernanzeige erhalten. Die Verzögerung durch den Kondensator 35a. sichert die Sperrung des Tores 5 bis der Impuls d vom Inversionsverstärker 41 an diesem Tor 5 ankommt und die Sperrung Obernimmt. Eine neue Messung kann erst erfolgen, wenn der Impuls d vorbei ist, und solange zeigt der Ziffernanzeiger 28 den gemessenen Momentanwert an. Während des Zeitintervalles zwischen dem zweiten und dritten Herzschlag erfolgt auf alle Fälle keine Messung. Wenn bei-m Eingang des dritten Eingangsimpulses e das Tor 5 entsperrt ist, wiederholt sich der gleiche Vorgang wie beim Eintreffen des ersten Eingangsimpulses. Die monostabile Schaltung 34 dient dazu, den Messzähler 17 vor Beginn der neuen Momentanwertmessung wieder auf Null zu stollen. Die Schaltung spricht auf die Rückflanke eines von der monostabilon

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Schaltung 6 gelieferten L-Impulses an und liefert den Toren 33. und 37 verzögerte L-Impulse. Die moredtabile Schaltung 38 wird durch den Ausgangsimpuls des Tores 37 ausgelöst und stellt den Messzähler 17 auf Null. An sich findet dieser Vorgang auch nach dem ersten Eingangsimpuls statt, ist aber dann unwesentlich, da der Messzählsr 17 dann durch die Nullstellungsvorrichtung 63 ohnehin auf Null gestellt worden war.

Beim vierten Eingangsimpuls wird über das Tor 33, das beim dritten Impuls noch gesperrt war, die monostabils Schaltung 32 ausgelöst, die nun den dekadischen Zähler 27 und den Begrenzungszähler 29 auf Null stellt. An sich findet dieser Vorgang auch nach dem zweiten Eingangsimpuls statt, ist aber dann unwesentlich, da die Zähler 27 und 29 dann ohnehin durch die Nullstellungsvorrichtung 63 auf Null gestellt worden waren. '

Der Ziffernanzeiger 28 wird somit jeweils die dem Intervall zwischen zwei Herzschlägen entsprechende Momentanfrequenz in Impulse pro Minute anzeigen, normalerweise die Momentanfrequenz zwischen den ersten und zweiten, dem dritten und vierten Herzschlag, usw. Wenn die Frequenz sehr hoch ist, kann es vorkommen, dass beim dritten Herz-

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schlag das Tor 5 noch nicht entsperrt ist, insbesondere wenn der. Ausgangsimpuls der monostabilen Schaltung 40 auf eine lange Anzeigedauer eingestellt worden ist. Dann wird z.B. die Momentanfrequenz zwischen dem ersten und zweiten, dem vierten und fünften, dem achten und neunten Kerzschlag usw. gemessen. Das Gerät kann natürlich auch bei Tieren benutzt werden, die eine viel höhere Herzfrequenz haben können als Menschen. Ausserdem kann das Gerät. - wie schon erwähnt * auch für die Frequenzmessung anderer Impulse als Herzschlagimpulse verwendet werden, obwohl dies in der Praxis wohl nur ausnahmsweise der Fall sein wird.

Um die Messung zu beendigen, wird eine Stop-Taste 78 betätigt, die über einen Widerstand 79 mit einer positiven Speiseklemme 80 und über eine Leitung 81a und den

Widerstand 54 mit der negativen Speiseklemme 55 verbunden

ι ist. Durch Betätigen der Stop-Taste 78 erhält der Umschalt- Flip-Flop 51 einen Impuls, durch welchen dessen Ausgang zu 0 wird und somit das Tor 50 sperrt,, und die Schaltung in die Bereitschaftsstellung kommt, genau wie. beim Ein-

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schalten des Hauptschalters, der übrigens auch die Speiseklemme 80 mit der Spannungequelle verbindet· Drückt man in der Bereitschaftsstellung dit Simula-

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tor-Taste 58, so wird das Tor 3 gesperrt und das Tor 50 wird für die vom Simulator 52 kommenden Impulse durchlässig. Mit dem Simulator 58 kann man, wie schon erwähnt, Impulse von variabler Frequenz erzeugen. Dies dient dazu, den Messbereich eines Registriergerätes 81 einzustellen, das mit einem am Ziffernanzeiger 28 angeschlossenen Digital-Analog-Wandler . 82 verbunden werden kann· Das Registriergerät 81 ist gestrichelt dargestellt, da es nicht einen Teil des Frequenzmessgerätes bildet.

Die Signalausfall-Stop-Vorrichtung 64 ist für den Fall vorgesehen, dass die Schaltung defekt werden oder die Eingangsimpulse ausfallen sollten. Die Vorrichtung enthält einen Kondensator 83, der bei Bereitschaft des Gerätes über die Leitungen 72, 70 und später über die auf der Leitung 71 ankommenden Impulse auf ein negatives ' Potential gegen Erde gebracht wird. Wenn infolge eines Defektes oder wegen Ausfallens der Empfangsimpulse der Inversionsverstärker 41 kaine d-Impulse mehr liefert, lädt sich der Kondensator 83, z.B. nach etwa 4 see, je nach der Zeitkonstante des RC-Glieses 83, 84, 85 positiv um, 8O dass der Feldeffekt-Transistor 67a die monostabile

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Schaltung 6Da auslöst, deren der Leitung 62 zugeführter Ausgangsimpuls die Schaltung in die Bereitschaftsstellung zurückbringt. Es ist also nicht möglich, dass ζ·Β. ein eine Operation ausführender Arzt noch eine dem letzten Hesszeitintervall entsprechende Anzeige enthält, wenn der Pulsschlag des Patienten länger als etwa 4 sac ausgesetzt hat oder die Schaltung defekt geworden ist.

Von besonderer Wichtigkeit ist es, in dem beschriebenen Frequenzmessgerät eine Verstärkungsschaltung 2 vorzusehen, welche die vom Pickup 1 erhaltenen Empfangsimpulse in einem sehr weiten Eingangspegelbereich auf einen praktisch konstanten Pegel regelt. Da die bekannten Verstärkungsschaltungen, trotz der Anwendung von gegengekoppelten Gleichstromverstärkern keine befriedigende Konstanz ihres Ausgangspegels gewährleisteten, ist eine neue, in Fig. 2 dargestellte Verstärkungsschaltung 2 entwickelt worden. Bei dieser Schaltung gelangt das [Eingangssignal über einen Kondensator 101 und einen Widerstand 102 zu einem Transistor-Gleichspannungs-Verstärkor 103, dessen Eingang durch antiparallel geschaltete Dioden 104 gegen Ueberspannungen geschützt ist. Ein RC-Glied 1U5, 100 dient zur Begrenzung des Frequenzbereiches. Der Verstärker 103 ist mit einem Gegenkopplungswiderstand 107

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versehen, zu dem der photoelektrische Widerstand 10ß eines Raysistors 109 parallel geschaltet ist. Mit der Parallelschaltung 107, 108 ist ein Widerstand 110 in Serie geschaltet, so dass ein Spannungsteiler gebildet ist, der die wirksame Gegenkopplung bestimmt, deren Wert von dem Strom abhängt, der die Lichtquelle 111 des Raysistors 109 erregt. Der Ausgang des Verstärkers 103 ist über einen Widerstand " 112 und einen Kondensator 113 mit dem Eingang eines zweiten mit Gegenkopplung 107' bis 111' versehenen Verstärkers 103' verbunden, wobei zum Schutz vor Ueberspannungen und zur Frequenzbegrenzung Glieder 104' bis 106* vorgesehen sind. Der Ausgang des Verstärkers 103' ist zugleich der Ausgang 114 des ganzen Regelverstärkers 2, und ist mit einer Schwellenschaltung 114a verbunden, welche den Lichtquellen 111 und 111' elektrische Energie zuführt, wenn die Ausgangsspannung die Schwellenspannung der Schwallanschaltung 114a überschreitet'.

Das Ausgangssignal das Verstärkers 103' gelangt über einen hohen Widerstand 115 und eine Diode 116 zur Basis ("gate") eines Feldeffekttransistors 117, an welche Basis zur Verzögerung dBr Wirkung von Aandarungen der Ausgangsspannung ain Widerstand 11Q und ain Kondensator 119

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angeschlossen sindt Dar Kollektor ("drain") des Transistors 117 und der Kollaktor eines zweiten Transistors 120 sind mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle verbunden. Zwischen dem Emitter ("sourse") des Transistors 117 und der Basis des Transistors 120 ist eine Zenerdiode 121 angeordnet. Der Emitter des Transistors 1117 ist über einen Widerstand 122 mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden, die eine geerdete Mittelanzapfung^ufweist. An die Basis des Transistors 120 ist ein Widerstand 123 angeschlossen und an dessen Emitter ein Widerstand 124, sowie über einen Widerstand 125, die Basis eines dritten Transistors 126. Der Kollektor des Transistors 126 ist über einen Widerstand 127 an die parallel geschalteten Lichtquellen 111 und 111' angeschlossen, die anderseits mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden sind. Der Emitter des Transistors 126 und die Elemente 104 bis 106,- 104' bis 106', 110, 110', 118, 119, 123 und 124 sind mit "Erde" verbunden.

Tritt am Verstärkerausgang 114 ein Signal auf, dessen Spannung positiv ist gegen Erde, dann wird der Strom im Feldaffakttransiator 117 grosser und damit auch dar Spannungsabfall über dem Widerstand 122. Solange diser Spannungsabfall derart ist, dasa die Potential-

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J Pi, .V-. J_-J₁JS fei' »•

differenz an der Diode 121 unter der Zenerspannung von z.B. 3,9 V bleibt, dann sind die Transistoren 120 und gesperrt. Es fliesst kein Strom durch die Lichtquellen 111 und 111', so dass der Widerstandswert der photoelektrischen Widerstände gross, die Gegenkopplung der Verstärker 103 und 103' also klein ist. Die Verstärkung der ganzen Schaltung ist dann maximal. Ist das Signal am Ausgang 114 grosser als die Schwellenspannung der Schaltung 114a, die sich zusammensetzt aus der Zenerspannung und den Basis-Emitter-Spannungsabfallen der Transistoren 117, 120 und 126 und etwa 6 Volt beträgt, dann arbeitet die Diode 121 im Zenergebiet und die Transistoren 120 und 126 führen Kollektor-Emitterströme, die um so grosser sind, je mehr die Ausgangsspannung den Schwellenwert überschreitet. Durch die entsprechend erregten Lichtquellen 111, 111' wird der Widerstandswert der photoelektrischen Widerstände vermindert, d.h. die Gegenkopplung verstärkt und der Verstärkungsfaktor verringert.' Werden Impulse verstärkt und tritt nach einem grösseren Impuls dessen Spitzenwert auf dem Kondensator 119 gespeichert ist, ein kleinerer Impuls auf, dann sperrt die Diode 11ü. üor Kondensator 119 entlädt sich mit ei nur Znitkonstanten von

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z.B. 1/5 s bis die Spitzenspannung am Ausgang 114 über die Regelung grosser wird als die an dar Basis ("gate") das Transistors 117 liegende Spannung. Dann leitet die Diode 116 wieder und die Basis des Transistors 117 nimmt die neue Spitzenspannung an.

Durch die beschriebene Schaltung wird ein sehr konstanter Ausgangspegel erzielt. Wenn die Eingangsimpulse z.B. zwischen 0,4 mV und 6 V schwanken, ändern sich die Ausgangsimpulse z.B. nur im Berich von 6 V ^ 5 %.

Es wird noch bemerkt, dass die Verstärkungsschaltung 2 auch für andere Anwendungen als beim beschriebenen Frequenzmessgerät mit Vorteil verwendet werden können.

Ferner wird bemerkt, dass zur Herstellung des dargestellten Frequenzmessgerätes und insbesondere auch von dessen Verstärkerschaltung sehr weitgehend im Handel erhältliche integrierte Schaltungen (Festkörperschaltungen) verwendbar sind, so dass es trotz seiner grossen Zahl von Schaltungselementen sehr kompakt aufgebaut werden kann. Selbstverständlich ist der Pickup 1 auswechselbar, damit er der Natur der jeweils aufzunehmenden Impulse entspricht.

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Claims

Patentansprüche :

1. Frequenzmassgerät zur Anzeige von Momentanwerten der Frequenz einer Impulsreihe, unter jeweiliger Messung des zeitlichen Abstandes von zwei Impulsen dieser Reihe und Bildung des Reziprokwertes dieses Abstandes, wobei die Impulse mittels eines am Eingang des Gerätes vorgesehenen Pickups aufgenommen werden, gekennzeichnet durch eine dem Pickup (1) nachgeschaltete Verstärkungsschaltung (2), die mindestens einen gegengekoppelten Gleichstromverstärker (103, 103') enthält und die vom Pickup (1) empfangenen Eingangsimpulse (e) auf einen angenähert konstanten Pegel regelt; durch einen Messzähler (17) und eine Vorrichtung (15, 16) zur Erzeugung von Messimpulsen (m) genau bekannter Messfrequenz (z.B. 1 kHz), die bei der Messung während eines dem Abstand zweier Eingangsimpulse (e) der genannten Impulsreihe entsprechenden Messzeitintervalles dem Messzähler (17) zugeführt werden; durch einen Rechenzähler (18) und eine Vorrichtung (15) zur Erzeugung von Rechenimpulsen (r), deren Frequenz (z.B. 100 kHz) wesentlich höher ist als die Messfrequenz, welche Rechenimpulse (r) nach dem Measzeitintervall dem Rechen-

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zähler (1Q) zugeführt werden; durch einen Begrenzungszähler (29), dem ebenfalls die Rechenimpulse (r) zugeführt werden und der die Zahl der dem Rechenzähler (18) zugeführten Rechenimpulse (r) auf eine vorbestimmte Zahl (z.B. 6Q000) begrenzt; durch eine Vergleichsschaltung (19), die den Stand des Rechenzählers (18) mit demjenigen W des Messzählers (17) vergleicht und jeweils bei Erreichung des Gleichstandes einen Zählimpuls (z) abgibt, der eine Rückstellung des Rechenzählers (16) auf Null bewirkt und einem dekadischen Zähler (27) zugeführt wird, dessen dem Reziprokwert des Messzeitintervalles und somit dem Momentanwert der Frequenz in-diesem Messzeitintervall entsprechender Stand durch einen Ziffernanzeige (28) angezeigt wird, worauf sich nach einem dem Rechenvorgang und der Anzeigedauer entsprechenden Zeitintervall die Messung zwi-™ sehen zwei weiteren Impulsen der Reihe wiederholt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung der Messimpulse (m) aus einem Quarzoszillator (15) und einem Frequenzuntersetzer (16) besteht, und dass der Quarzoszillator (15) zugleich die Vorrichtung zur Erzeugung der Rechenimpulse (r) bildet.

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3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nessfrequenz 1 kHz beträgt und der Begrenzungszähler (29) die Zahl der dem Rechenzähler (18) zugeführten Impulse auf 6QQG0 begrenzt, so dass der Ziffernanzeiger (28) den Nomentanwert der Frequenz in Impulsen pro Ninute anzeigt.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeich- ™ net, dass die Nessimpulse (m) dem Nesszähler (17) und die Rechenimpulse (r) dem Rechenzähler (18) und dem Begrenzungszähler (29) über je ein logisches Tor (13, bzw. 14) zugeführt werden, und dass ein Steuer-Flip-Flop (9) vorgesehen ist, welcher unter dar Steuerung der Eingangeimpulse (e) während des Messzeitintervalles das Tor (13) für die Nessimpulse (m) öffnet und das Tor (14) für die Rechenimpulse (r) sperrt, und welches ferner während des Rechen- und Anzeigeintervalles das Tor (13) für die Ness- ^ impulse (m) sperrt.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eins Vorrichtung (40) zur Erzeugung eines Impulses (d) von variabler, einstellbarer Dauer vorgesehen ist, der einem logischen Tor (5) zugeführt wird, welches den Steuer-Flip-Flop (9) beherrscht, um die Dauer der AnzeigB

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zu bestimmen.

6. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erstsignal-Flip-Flop (36) vorgesehen ist, der nach dem ersten Eingangsimpuls Ce) der Impulsreihe, eine Sperrung des Tores (14) für die Rechenimpulse (r) für die ganze Dauer der Nessung aufhebt.

7. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Simulator dienender Impulsgenerator (52) von variabler Frequenz vorgesehen ist, dessen Impulse anstelle von Eingangsimpulsen dem Steuer-Flip-Flop (9) zuführbar sind, um den Nessbereich eines Registriergerätes (61) einstellen zu können, das an einen mit dem Ziffernanzeiger (2ö) verbundenen Digital-Analog-Wandler (82) anschliessbar ist.

8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nullstellungsvorrichtung (63) vorgesehen ist, die beim Einschalten des Gerätes einen Nullstellungsimpuls liefert, durch den alle Teile des Gerätes in die zum Beginn einer Nessung erforderliche Bereitschaftslage gebracht werden, worauf durch Betätigung einer Drucktaste (53) die Nessung durchgeführt und durch Betätigung einer anderen Drucktaste (78) die Bereitschafts-

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lage wieder hergestellt werden kann.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalausfall-Stop-Vorrichtung (64) vorgesehen ist, welche die Bereitschaftsstellung wieder herstellt, wenn die Eingangssignale Ce) eine vorbestimmte Zeit (z.B. etwa 4 see) ausfallen und durch Nullstellung des Ziffernanzeigers (28) einen ebenfalls während der Mes- ™ sung auftretenden Defekt der Schaltung anzeigt.

10. Gerät nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Gegenkopplungskreis jedes Gleichspannungsverstärker (103, 103') der genannten Verstärkungsschaltung (2) der photoelektrische Widerstand (108, 108') eines Raysistors (109, 109') angeordnet ist, dessen Lichtquelle (111, 111') über eine vom Ausgang (114) der Verstärkungsschaltung gesteuerte Schwellenschaltung (114a) mit elektrischer Energie gespeist wird, wenn'die Ausgangsspannung die Schwellenspannung der Schwellenschaltung (114a)-überschreitet, wobei mit zunehmender Ueberschreitung der Schwellenspannung die Lichtquelle stärker erregt und dadurch die Gegenkopplung des Gleichstromverstärkers (103, 103')

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vergrössert wird.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenschaltung (114a) einen ersten Transistor (117} aufweist, dessen Basis mit dem Ausgang (114) der Verstärkerschaltung verbunden ist, und dessen Emitter über eine Zenerdiode (121) mit der Basis eines zweiten Transistors (120) verbunden ist, von dessen Kollektor-Emitterstrom die Erregung der Lichtquelle (111, 111') abhängt.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis des ersten Transistors (117) einerseits über einen Widerstand (115) und eine Diode (116) mit dem Ausgang (114) der Verstärkerschaltung und andererseits mit einem Verzögerungskondensator (119) verbunden ist, dem ein Entladungswiderstand (11B) parallel geschaltet ist.

13. Gerät nach Anspruch 10 oder 11. dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor ein Feldeffekttransistor (117) ist.

14. Gerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter des zweiten Transistors (120) über einen Wideretand (125) mit der Basis sines

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dritten Transistors (126) verbunden ist, von dessen Kollektor-Emitterstrom die Erregung der Lichtquelle (111, 111') abhängt.

15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (111, 111') unmittelbar im Kollektor-Emitterstromkreis des dritten Transistors (126) liegt. i

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