DE1805564A1

DE1805564A1 - Device for measuring low repetition frequencies

Info

Publication number: DE1805564A1
Application number: DE19681805564
Authority: DE
Inventors: Henri Van Gogh
Original assignee: Ahrend Van Gogh N V
Current assignee: Ahrend Van Gogh N V
Priority date: 1967-11-10
Filing date: 1968-10-26
Publication date: 1970-02-19
Also published as: DE1805564B2; NL6715252A; FR1593147A; GB1182046A

Description

Vorrichtung zur Messung niedriger Wiederhoungsfre-nzen Gliedrige Wiederholungsfrequenzen, wie zum Beispiel die Herzschlagfrequenz, werden üblicherweise dadurch bestimmt, daß die Impulse der zu untersuchenden Impuls reihe während einer vorbestimmten Messperiode gezählt werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es verhältnismäßig lange dauert bis das Ergebnis verfügbar ist, und daß Frequenzänderungen während der Meßperiode nicht erfaßt werden. Device for measuring low repetition frequencies limbs Repetition rates, such as heart rate, are common determined by the fact that the pulses of the pulse to be examined series during a predetermined measuring period can be counted. However, this method has the disadvantage that it takes a relatively long time for the result to be available, and that frequency changes are not recorded during the measurement period.

Man hat daher eine Vorrichtung zur Messung niedriger Wiederholungsfrequenzen vorgeschlagen, bei welcher jeder Impuls der zu untersuchenden Impulsreihe die Entladung eines mit konstantem Strom aufgeladenen Kondensators herbeiführt, so daß an dEm Kondensator eine Sägezahnspannung auftritt, deren Amplitude dem Zeitabstand aufeinanderfolgender Impulse proportional ist und aus der eine Gleichspannung hergeleitet wird, die der zu messenden Wiederholungsfrequenz umgekehrt proportional ist.There is therefore a device for measuring low repetition frequencies suggested at which each pulse of the pulse series to be examined the discharge brings about a capacitor charged with a constant current, so that at dEm Capacitor a sawtooth voltage occurs, the amplitude of the time interval successive Impulse is proportional and from which a DC voltage is derived, which is the repetition rate to be measured is inversely proportional.

Bei Verwendung dieser Vorrichtung ist das Messergebnis nach jedem Impuls sofort verfügbar und können alle Frequenzänderungen genau festgestellt werden. Die Tatsache, daß die Ausgangsspannung der zu messenden Wiederholungsfrequenz umgekehrt proportional ist, stellt jedoch in der Praxis eine Schwierigkeit dar, weil es kaum möglich ist, eine lineare, in Frequenzen geeichte Skala zu erhalten.When using this device, the measurement result is after each Pulse immediately available and all frequency changes can be precisely determined. The fact that the output voltage the repetition rate to be measured is inversely proportional, but presents a difficulty in practice because it is hardly possible to get a linear scale calibrated in frequencies.

Die Erfindung hat den Zweck, diesen Nachteil zu beseitigen.The invention aims to obviate this disadvantage.

Gemäß der Erfindung ist dle Vorrichtung derart ausgebildet, daß die genannte Gleichspannung die Frequenz eines Impulsgenerators moduliert, und daß jeder von diesem Impulsgenerator erzeugte Impuls die Entladung eines zweiten, gleichfalls mit konstantem Strom aufgeladenen Kondensators herbeiführt, so daß an dem zweiten Kondensator eine SAgezahnspannung auftritt, deren Amplitude der zu messenden Wiederholungsfrequenz proportional ist und aus der eine Messgleichspannung hergeleitet wird.According to the invention, the device is designed such that the called DC voltage modulates the frequency of a pulse generator, and that each from this pulse generator generated the discharge of a second, likewise with constant current charged capacitor brings about, so that at the second Capacitor a SA tooth voltage occurs, the amplitude of the repetition frequency to be measured is proportional and from which a DC measurement voltage is derived.

Der Impulsgenerator ist vorzugsweise derart auszubilden, daß man leicht eine lineare Frequenzmodulation erhalten kann. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung enthält der Impulsgeneratof dazu einen dritten Kondensator, der über einen verhältnismäßig hohen Widerstand von einer Spannungsquelle atfgeladenwird, deren Spannung der erstgenannten Gleichspannung proportional ist, wobei die an dem dritten Kondensator auftretende Spannung dem Emitter eines Unijunction-Transistors zugeführt wird, der jeweils beim Erreichen einer vorbestimmten Schwellenspannung leitend wird und einen Impuls abgibt.The pulse generator is preferably designed in such a way that one can easily can receive a linear frequency modulation. In an expedient embodiment the invention contains the pulse generator to a third capacitor, which over a relatively high resistance is charged from a voltage source, whose voltage is proportional to the first-mentioned DC voltage, with the one on the third capacitor voltage occurring at the emitter of a unijunction transistor is supplied, each upon reaching a predetermined threshold voltage becomes conductive and emits an impulse.

Die Herleitung der Meßgleichspannung aus der Spannung arvi zweiten Kondensator kann vorteilhaft dadurch erfolgen, daß die am zweiten Kondensator auftretende Spannung der Basis eines Emitterfolgers zugeführt wird, Und daß die Basis eines zweiten Emltterfolgers an einer konstanten Spannung liegt, wobei die Emitter der beiden Emitterfolger über die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Meßgerätes miteiander verbunden sind, und zum Meßgerät ein Kondensator parallelgeschaltet ist.The derivation of the measuring DC voltage from the voltage arvi second Capacitor can advantageously take place in that the occurring on the second capacitor Voltage is fed to the base of an emitter follower, and that the Base of a second emitter successor is at a constant voltage, the emitter the two emitter followers via the series connection of a resistor and a measuring device are connected to each other, and a capacitor is connected in parallel to the measuring device.

Vorzug-iSe wird eine Ausftihrung angewendet, bei welcher der erste und der zweite Kondensator je über einen Ladetransistor aufgeladen werden, von dem die Basis und der Kollektor an konstante Spannungen angeschlossen sind, und je über einen Entladetransistor entladen werden, der von den betreffenden impulsen gesteuert wird. Diese Steuerung kann in zweskm§Blger Weise dadurch erzielt werden, daß die Impulse der zu untersuchenden Reihe und die vom Impulsgenerator erzeugten Impulse je eine rtKabile Kippschaltung steuern, der im wirksamen Zustand den zugehörigen Entladetransistor leitend macht.Preference is given to a version in which the first and the second capacitor are each charged via a charging transistor, from which the base and the collector are connected to constant voltages, and each across a discharge transistor can be discharged, which is controlled by the relevant pulses will. This control can be achieved in a zweskm§Blger way that the Pulses of the row to be examined and the pulses generated by the pulse generator each control one rtKabile multivibrator, which in the active state the associated Makes discharge transistor conductive.

Es ist ftir die beabsichtigte Wirkung von Bedeutung, daß die erstgenannte Gleichspannung mit größter Genauigkeit dem Zeitabstand aufeinanderfolgender Impulse der zu untersuchenden Reihe proportional ist. Dieser Anforderung kann man dadurch entsprechen, daß die am ersten Kondensator auftretende Spannung mittels eines dritten Emitterfolgers einem vierten und einem fünften Kondensator zugeführt wird, welche Kondensatoren je über eine zugehörige erste Diode mit dem Emitter des dritten Emitterfolgers, und je über eine zugehörige zweite Diode mit dem Emitter eines vierten, die erstgenannte Gleichspannung erzeugenden Emitterfolgers verbunden sind, wobei der vierte und der fünfte Kondensator abwechselnd und periodisch über Entladetransistoren entladen werden, die abwechselnd und kurzzeitig durch eine bistabile Kippschaltung eingeschaltet werden, die von jedem Impuls der zu untersuchenden Reihe umgekippt wird.It is important for the intended effect that the former DC voltage with the greatest accuracy of the time interval between successive pulses is proportional to the series under investigation. You can meet this requirement by doing this correspond to the fact that the voltage appearing on the first capacitor by means of a third Emitter follower is fed to a fourth and a fifth capacitor, which Capacitors each via an associated first diode with the emitter of the third emitter follower, and each via an associated second diode with the emitter of a fourth, the former DC voltage generating emitter follower are connected, the fourth and the fifth capacitor discharged alternately and periodically via discharge transistors are switched on alternately and briefly by a bistable trigger circuit be made by everyone Pulse of the row to be examined overturned will.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert.The invention is based on the drawing, in which an embodiment is shown, explained in more detail.

Fig. 1 zeigt den Teil einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, in dem die dem Zeitabstand der Impulse der zu untersuchenden Reihe proportionale Gleichspannung erzeugt wird.Fig. 1 shows the part of a device according to the invention in which the DC voltage proportional to the time interval between the pulses in the series to be examined is produced.

Fig. 2 zeigt den Teil der gleichen Vorrichtung, in dem mit der genannten Gleichspannung die Frequenz eines Impulsgenerators gesteuert und aus den Impulsen dieses Generators eine Meßgleichspannung hergeleitet wird.Fig. 2 shows the part of the same device in which with said DC voltage controlled the frequency of a pulse generator and from the pulses a DC measuring voltage is derived from this generator.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung werden die Impulse der zu untersuchenden Impulsreihe, zum Beispiel die sogenannten R-Spitzen, aus einem Elektrokardiogramm, über eine Ausgangsklemme 1 (Fig. 1) und einen Kondensator 2 einem Schmitt-Trigger zugeführt, der als Impulsformer dient.In the device shown in the drawing, the pulses the pulse series to be examined, for example the so-called R-peaks, from one Electrocardiogram, via an output terminal 1 (Fig. 1) and a capacitor 2 fed to a Schmitt trigger, which serves as a pulse shaper.

Wenn der Trigger 3 von der Vorderflanke eines zugeführten Impulses aus dem Ruhezustand in den Arbeitszustand gebracht wird, wird jeweils über einen Kondensator 4 eine monostabile Kippschaltung 5 angestoßen, so daß ein rechteckiger Impuls mit konstanter Zeitdauer erzeugt wird.When the trigger 3 from the leading edge of an applied pulse is brought from the idle state to the working state, is in each case via a Capacitor 4 triggered a monostable multivibrator 5, so that a rectangular Pulse with constant duration is generated.

Der Zeitabstand zwischen den von der Kippschaltung 5 erzeugten Impulsen wird mittels eines Kondensators 6 gemessen, der über einen Ladetransistor 7 mit konstantem Strom aufgeladen wird; der ICollektor des Transistors 7 ist über einen hohen Widerstand 8, zum Beispiel von 50.000 Ohm, an einen Punkt mit konstantem Potential angeschlossen, während die Basis an einer konstanten Spannung liegt. Zum Kondensator 6 ist ein Entladetransistor 9 parallelgeschaltet. Wenn die monostabile Kippschaltung 5 in den wirksamen Zustand gebracht wird, wird jeweils über einen Emitterfolger 10 der Entladetransistor 9 leitend gemacht, wodurch der Kondensator 6 nahezu vollständig entladen wird. Die Ladezeit des Kondensators 6 entspricht jeweils dem Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen, so daß am Kondensator 6 eine Sägezahnspannung auftritt, deren Amplitude diesem.The time interval between the pulses generated by the flip-flop 5 is measured by means of a capacitor 6, which via a charging transistor 7 with constant current is charged; the IC collector of the transistor 7 is via a high resistance 8, for example of 50,000 ohms, to a point of constant potential connected while the base is at a constant voltage. To the condenser 6, a discharge transistor 9 is connected in parallel. If the monostable Toggle circuit 5 is brought into the operative state, is in each case via a Emitter follower 10 made the discharge transistor 9 conductive, thereby reducing the capacitor 6 is almost completely discharged. The charging time of the capacitor 6 corresponds in each case the time interval between two successive pulses, so that on the capacitor 6 a sawtooth voltage occurs, the amplitude of which corresponds to this.

Zeitabstand proportional ist.Time interval is proportional.

Aus dieser Sägezahnspannung soll nunmehr eine der Amplitude proportionale Gleichspannung hergeleitet werden. Dazu wird die am Kondensator 6 auftretende Spannung über einen Widerstand 11 der Basis eines Emitterfolgers 12 zugeführt, dessen Emitterkreis einen Widerstand 13 erhält. Am Widerstand 13 tritt somit eine Sägezahnspannung auf, die der Spannung am Kondensator 6 proportional ist. Die am Widerstand 13 auftretende Spannung wird nunmehr über Dioden 14, bzw. 15 den Kondensatoren 16 und 17 zugeführt. Diese Kondensatoren sind über Dioden 18, bzw. 19 mit der Basis eines Emitterfolgers 20 verbunden, der über eine Klemme 21 die verlangte Gleichspannung abgibt. Die Dioden 14 und 15 verhindern eine Entladung der Kondensatoren 16 und 17 über den Widerstand 13, während mittels der Dioden 18 und 19 erreicht wird, daß jeweils die höchste der an den beiden Kondensatoren auftretenden Spannungen dem Transistor 20 zugeführt werden.From this sawtooth voltage should now be a proportional to the amplitude DC voltage can be derived. For this purpose, the voltage occurring across the capacitor 6 is used fed through a resistor 11 to the base of an emitter follower 12, the emitter circuit of which a resistor 13 receives. A sawtooth voltage thus occurs at resistor 13, which is proportional to the voltage across the capacitor 6. The one occurring at resistor 13 Voltage is now fed to capacitors 16 and 17 via diodes 14 and 15, respectively. These capacitors are connected via diodes 18 or 19 to the base of an emitter follower 20 connected, which emits the required DC voltage via a terminal 21. The diodes 14 and 15 prevent the capacitors 16 and 17 from discharging through the resistor 13, while by means of the diodes 18 and 19 it is achieved that in each case the highest of the voltages occurring at the two capacitors are fed to the transistor 20 will.

Die Kondensatoren 16 und 17 werden abwechselnd beim Auftreten eines Impulses der zu untersuchenden Reihe über einen parallelgeschalteten Entladetransistor 22, bzw. 23. entladen.The capacitors 16 and 17 are alternately when a Pulse of the row to be examined via a parallel-connected discharge transistor 22 and 23 respectively unloaded.

Wird die Kippschaltung 5 in den wirksamen Zustand gebracht, so wird jeweils über einen Kondensator 24 ein Umschaltimpuls nach einer bistabilen Kippschaltung 25 übertragen. Wenn die Kippschaltung 25 nach einem der beiden stabilen Zustände umkippt, wird über den Emitterfolger 26 und den Kondensator 27 dem Transistor 22 ein positiver Impuls zugeführt, so daß der Kondensator 16 entladen wird. Wird die Kippschaltung 25 in den anderen stabilen Zustand umgekippt, so wird über einem Emitterfolger 28 und einen Kondensator 29 dem Transistor 23 ein positiver Impuls zugeführt, so daß der Kondensator 17 entladen wird. Durch die beschriebene Wirkung erreicht man, daß die der Klemme 21 zugeführte Gleichspannung immer genau dem Zeitabstand zwischen den beiden zuletzt zugeführten Impulsen proportional ist .If the flip-flop 5 is brought into the operative state, then in each case via a capacitor 24 a switching pulse after a bistable multivibrator 25 transferred. When the flip-flop 25 after one of the two stable states knock over, the transistor 22 becomes a positive via the emitter follower 26 and the capacitor 27 Pulse supplied so that the capacitor 16 is discharged. Will the toggle switch 25 is overturned into the other stable state, an emitter follower 28 and a capacitor 29 fed a positive pulse to transistor 23 so that the capacitor 17 is discharged. The effect described achieves that the DC voltage supplied to terminal 21 is always exactly the time interval between is proportional to the last two pulses supplied.

Aus der Fig. 2, in der die Klemme 21 nochmals dargestellt ist, geht hervor, daß die erzeugte, dem Zeitabstand der Impulse proportionale Gleichspannung über ein Filter, das aus einem Widerstand 30 und einem Kondensator 31 besteht, der Basis eines Transistorverstärkers 32 zugeführt wird, an den mittels eines Spannungsteilers 33, 34 eine geeignete Vorspannung angelegt wird, Der Widerstand 34 ist einstellbar, damit man den Arbeitspunkt des Transistors 32 regeln kann.From Fig. 2, in which the terminal 21 is shown again, goes shows that the DC voltage generated is proportional to the time interval between the pulses through a filter consisting of a resistor 30 and a capacitor 31, the Base of a transistor amplifier 32 is fed to the by means of a voltage divider 33, 34 a suitable bias voltage is applied, the resistor 34 is adjustable, so that the operating point of transistor 32 can be regulated.

Die am Ausgangswiderstand 35 des Verstärkers 32 auftretende verstärkte Spannung wird nunmehr einem Ladekreis zugeführt, der einen relativ hohen Widerstand 36 und einen Kondensator 37 enthält. Die Ladegesöhwindigkeit des Kondensators 37 wird dadurch die Spannung-am Widerstand 35 bestimmt. Der Kondensator 37 liegt im Emitterkreis eines Unijunction-Transistors 38, So bald die Spannung am Kondensator 37 einen bestimmten Schwellenwert erreicht, wird jeweils dib Strecke zwischen dem Emitter und der unteren Basis des Transistors 38 leitend gemacht, so daß der Kondensator 37 entladen und ein Spannungsimpuls im Widerstand 39 erzeugt wird. Der Zeitabstand der im Widerstand 39 auftretenden Impulse ist der Spannung am Widerstand 35 umgekehrt proportional und daher der zu messenden Wiederholungsfreguenz proportional. Eine der zu messenden Wiederholungsfrequenz proportionale Meßspannung läßt sich daher erzielen, in dem man eine Spannung erzeugt, die dem Zeitabstand der Impulse im Widerstand 39 proportional ist.The amplified occurring at the output resistor 35 of the amplifier 32 Voltage is now fed to a charging circuit that has a relatively high resistance 36 and a capacitor 37 contains. The charging speed of the capacitor 37 the voltage across resistor 35 is thereby determined. The capacitor 37 is in Emitter circuit of a unijunction transistor 38, as soon as the voltage on the capacitor 37 reaches a certain threshold value, the distance between the Emitter and the lower base of transistor 38 made conductive, so that the capacitor 37 discharged and a voltage pulse in resistor 39 is generated will. The time interval between the pulses occurring in resistor 39 is the voltage across the resistor 35 inversely proportional and therefore proportional to the repetition frequency to be measured. A measuring voltage proportional to the repetition frequency to be measured can be used therefore achieve by generating a voltage that corresponds to the time interval between the pulses in resistor 39 is proportional.

Zu diesem Zweck wird eine Schaltung verwendet, die der entsprechenden Schaltung in der Fig. 1 ähnlich ist. Die im Widerstand 39 auftretenden Impulse werden nämlich zum Anstoßen einer monqgabilen Kippschaltung 40 verwendet, die im wirksamen Zustand über einen Emitterfolger 41 einen Entladetransdator 42 leitend macht, so daß ein Kondensator 43 entladen wird. Dieser Kondensator wird in den Zeitabschnitten zwischen den Impulsen über einen Ladetransistor 44 mit konstantem Strom aufgeladen. Am Kondensator 43 tritt nunmehr eine Sägezahnspannung auf, deren Amplitude der zu messenden Wiederholungsfrequenz proportional ist.For this purpose a circuit is used that corresponds to the corresponding one Circuit in Fig. 1 is similar. The pulses appearing in resistor 39 are namely used to trigger a monqgabilen flip-flop 40, which in the effective State makes a discharge transformer 42 conductive via an emitter follower 41, so that a capacitor 43 is discharged. This capacitor is used in the time segments charged between the pulses via a charging transistor 44 with constant current. A sawtooth voltage now occurs at the capacitor 43, the amplitude of which increases measuring repetition rate is proportional.

Aus dieser S§gezahnspannung kann man die erwünschte Neßgleichspannung herleiten. Dazu könnte man grundsätzlich die in Fig. 1 dargestellte Schaltung mit den Kondensatoren 16 und 17 anwenden. Weil die Frequenz des Impulagenerators 36 - 39 jedoch erheblich größer als die zu messende Wiederholungsfrequenz ist, zum Beispiel von der Größenordnung von 60 Hz, kann man eine einfachere Schaltung anwenden.The desired DC voltage can be derived from this saw tooth tension derive. In principle, the circuit shown in FIG. 1 could also be used for this purpose the capacitors 16 and 17 apply. Because the frequency of the pulse generator 36 - 39 is, however, considerably greater than the repetition frequency to be measured, for Example of the order of 60 Hz, one can apply a simpler circuit.

Bei dem gezeichneten Ausft!hrungsbeispiel wird die Spannung am Kondensator 43 der Basis eines Emitterfolgers 45 zugeführt, während an der Basis eines Emitterfolgers 46 eine konstante Spannung liegt, die einem Spannungsteiler 47, 48 bntnommen wird, dessen Widerstand 48 einstellbar ist.In the exemplary embodiment shown, the voltage across the capacitor 43 fed to the base of an emitter follower 45, while at the base of an emitter follower 46 is a constant voltage, which is taken from a voltage divider 47, 48, whose resistance 48 is adjustable.

Zwischen den Emittern der Transistoren 45 und 46 liegt die Reihenschaltung eines Widerstandes 49 und eines Meßgerätes 50, wobei zum tteßgerät 50 ein Kondensator 51 parallelgeschaltet ist. Am Meßgerät 50 kann man nunmehr die zu messende Wiederholungsfrequenz unmittelbar ablesen und zwar mit Anwendung einer linearen Skala.The series circuit is located between the emitters of the transistors 45 and 46 a resistor 49 and a measuring device 50, the measuring device 50 being a capacitor 51 is connected in parallel. The repetition frequency to be measured can now be seen on the measuring device 50 read immediately using a linear scale.

Claims

Patent claims:

1. Device for measuring low repetition frequencies, at which each pulse of the pulse series to be investigated causes the discharge of a constant Current charged capacitor brings about, so that a sawtooth voltage across the capacitor occurs, the amplitude of which is proportional to the time interval between successive pulses and from which a DC voltage is derived that corresponds to the repetition frequency to be measured is inversely proportional, characterized in that said DC voltage modulates the frequency of a pulse generator, and that each of this pulse generator generated impulse the discharge of a second, also charged with constant current Capacitor brings about, so that a Scige tooth voltage on the second capacitor occurs, the amplitude of which is proportional to the repetition frequency to be measured and from which a DC measuring voltage is derived.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pulse generator contains a third capacitor that has a relatively high resistance is charged by a voltage source, the voltage of which corresponds to the first-mentioned DC voltage is proportional, the voltage appearing on the third capacitor to the Emitter of a terminal transistor is fed, which in each case when reaching a predetermined threshold voltage becomes conductive and emits a pulse.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage occurring across the second capacitor is fed to the base of an emitter follower will, and that the Base of a second emitter follower on a constant one Voltage lies, with the emitters of the two emitter followers via the series connection a resistor and a measuring device are connected to one another, and to the measuring device a capacitor is connected in parallel.

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the first and the second capacitor are each charged via a charging transistor of which the base and the collector are connected to constant voltages are, and are each discharged via a discharge transistor from the relevant Impulse is controlled.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the pulses the row to be examined and the pulses generated by the pulse generator one each Control monostable multivibrator, which in the active state the associated discharge transistor makes conductive.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the voltage appearing on the first capacitor by means of a third emitter follower a fourth and a fifth capacitor is fed, which capacitors each via an associated first diode with the emitter of the third emitter follower, and each via an associated second diode with the emitter of a fourth, the former DC voltage generating emitter follower are connected, the fourth and the fifth capacitor discharged alternately and periodically via discharge transistors are switched on alternately and briefly by a histable trigger circuit that is overturned by each pulse of the series to be examined.