DE1940833B2

DE1940833B2 - Herzschlagmessgeraet

Info

Publication number: DE1940833B2
Application number: DE19691940833
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-09-27
Filing date: 1969-08-11
Publication date: 1976-12-16
Also published as: SE363469B; DE1940833A1; CH507698A; LU59519A1; JPS4941876B1; US3595219A; BE739477A; DK125057B; GB1234169A; FR2019018A1

Description

Die Herzschlagfrequenz eines Menschen steigt bekanntlich mit zunehmender körperlicher Anstrcngung je nach Gesundheitszustand und körperlicher Leistungsfähigkeit mehr oder weniger stark an. Zur Heilung von Herzerkrankungen oder zur Steigerung der körperlichen Leistungsfähigkeit wird häufig eine individuelle Bewegungstherapie oder ein individuelles Trainingsprogramm verordnet, bei deren bzw. dessen Ausführung darauf geachtet werden muß. daß die Herzschlagfrequenz möglichst im Bereich eines vorgegebenen Sollwertes liegt.

Es sind bereits Laborgeräte zur Messung der Hetzschlagfrequenz bekannt, die ein Anzeigeinstrument aufweisen, von dem die Herzschlagfrequenz abgelesen werden kann. Derartige Laborgeräte sind jedoch zur Überwachung der Herzschlagfrequcn? während der Ausführung einer vorgeschriebenen Bewegungstherapie oder eines Trainingsprogrammes nur bedingt geeignet, da das die Herzschlagfrequenz anzeigende Instrument fortlaufend beobachtet werden muß.

Aus der US-PS 28 48 992 ist ein Herzschlagmeßgerät bekannt, das ein Warntonsignal liefert, wenn die Herzschlagfrequenz einen eingestellten Maximalwert übersteigt bzw. einen eingestellten Minimalwert unterschreitet. Mit diesem bekannten Herzschlagmeßgerät kann jedoch die Einhaltung eines Herzschlagfrequenz-Sollwertes bei der Ausführung eines vorgegebenen Trainingsprogramms nicht überwacht werden, da der Benutzer aus dem Warntonsignal nicht entnehmen kann, in welcher Richtung seine Herzschlagfrequenz vom vorgegebenen Sollwert abweicht.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herzschlagmeßgerät zu schaffen, das seinem Benutzer in einfacher Weise die Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Herzschlagfrequenz bei körperlicher Betätigung ermöglicht.

Das Herzschlagmeßgerät nach der Erfindung liefert bei Überschreiten bzw. Unterschreiten einer vorgegebenen Herzschlagsollfrequenz unterschiedliche Tonfrequenzsignale und zeigt damit dem Benutzer an, ob und in welcher Richtung sich seine Herzschlagfrequenz vom vorgegebenen Sollwert entfernt. Mit Hilfe des Herzschlagmeßgerätes nach der Erfindung kann daher ein Benutzer seine körperliche Betätigung so genau dosieren, daß die Herzschlagfrequenz stets im wesentli-

chendem vorgegebenen Sollwert entspricht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird gewährleistet, daß beim Absinken der Herzschlagfrequenz unter dem vorgege- s benen Sollwert eine Folge kurzer Piep-Töne im Takt der tatsächlichen Herzfrequenz entsteht. Je mehr sich die Herzschlagfrequenz verringert, um so länger und ausgeprägter werden diese Piep-Töne.

Steigt hingegen die Herzschlagfrequenz über den Sollwert an, so wird ein wiederholtes Warnsignal mit voller Lautstärke erzeugt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der F i g-1 und 2 eräutert. Es zeigen

F i g. 1 die durch einen Herzschlag erzeugte Welle, die in der Medizin als EKG bezeichnet wird, und

Fig.2 ein Schaltdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung betrachte man Fi g. 2, die ein Schaltdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Obwohl das allgemeine Gerät als Schaltschema dargestellt ist, sind zur Vereinfachung einzelne Abschnitte zu Blöcken zusammengefaßt und durch die gestrichelten Linien gekennzeichnet. Im einzelnen enthält die Ausführungs- form aus F i g. 2 einen dreistufigen Verstärker 10 mit ßC-Kopplung, der so ausgelegt ist, daß er auf 12 Hz scharf abgestimmt ist, Nullabgleich bei 60 Hz hat und eine Gesamtverstärkung von 2000 liefert. Der Verstärker 10 ist an seinem Ausgang mit dem Eingang eines monostabilen Multivibrators 11 gekoppelt, der eine Rechteckwelle variabler Pulsbreite liefern kann. Außer dem ist ein Tonfrequenzgenerator 12 mit ßC-Kopplung vorgesehen, der Signale zwischen 1 und 3 kHz liefen. Zwischen dem Multivibrator 11 und dem Tonfrequenzgenerator 12 befindet sich ein Meldekreis 13, dessen Funktion darin besteht, dem Benutzer hörbar mitzuteilen, daß seine vom Gerät abgetastete Herzfrequenz von der eingestellten Sollfrequenz abweicht. Der Verstärker 10, der Multivibrator 11 und der Oszillator 12 sind Standardschaltkreise, die deshalb nicht im einzelnen erläutert zu werden brauchen. Der Meldekreis 13 dagegen soll im folgenden näher erläutert werden. Das Gerät wird elektrisch betrieben, beispielsweise durch eine mit einem Schalter 15 verbundene Batterie 14.

Man betrachte nun den Meldekreis 13. Er enthält einen Widerstand 16 und ein Potentiometer 17, die in Serie geschaltet sind und die beide parallel zu einem Kondensator 18 liegen. Ein Verzweigungspunkt dieser Parallelschaltung von Elementen liegt an Erdpotential, während der andere Verzweigungspunkt sowohl mit dem Ausgang des Multivibrators 11 als auch über einen Festwiderstand 20 mit der Kathodenseite einer allgemein mit 21 bezeichneten Diode verbunden ist. Die Anodenseite dieser Diode 21 ist mit dem Ausgang des Tonfrequenzgenerators 12 und über einen Festwiderstand 22 mit Erdpotential verbunden, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Wie außerdem aus der Zeichnung zu ersehen ist, ist der Verzweigungspiinkt 23 zwischen dem Widerstand 20 und de; Diode 21 über einen Nebenschlußkondensalor 24 mit der einen Klemme des Klemmenpaares 25 verbunden, deren andere Klemme direkt auf Erdpotential liegt. An den Klemmen 25 wird ein Kopfhörer angeschlossen, damit der Benutzer die von dem Gerät erzeugten Tonfrequenzsignale bequem hören kann. Da jedoch der Kopfhörer nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist und als bekanntes Standardgerät auf dem Markt erhältlich ist, wurde in der Zeichnung ein solches Gerät fortgelassen.

Beim Betrieb des Geräts wird die durch das Herz erzeugte EKG-Welle durch zwei Körperelektroden aufgenommen, die für gewöhnlich auf der Brust angebracht sind. Diese EKG-Welle hat bekanntermaßen eine komplizierte Wellenform und enthält eine als Spitze oder Puls ausgebildete Komponente, die in der Technik als R-Welle oder «-Puls bezeichnet wird. Ein typisches EKG ist in F i g. 1 dargestellt, dessen K-PuIs mit 26 bezeichnet ist.

Über die erwähnten Elektroden wird jede vom Herz erzeugte EKG-Welle dem Verstärker 10 eingespeist, der die /?-Welle selektiv verstärkt, beispielsweise auf einen Spannungswert von 1—3 V, und dann dem Multivibrator It einspeist. Eine Zeitlang wird dem Multivibrator eine Pulsfolge oder eine Folge von Spannungsspitzen geeigneter Amplitude eingespeist, der dementsprechend eine Folge von Rechteckpulsen erzeugt oder zu erzeugen sucht. Diese Rechteckpulse werden nacheinander der parallelen Kombination aus Widerstand 16, Potentiometer 17 und Kondensator 18 eingespeist, so daß die Folge von Rechteckpulsen am Kondensator 18 anliegt; die Spannung am Kondensator ist also während jedem Puls gleich der Amplitude dieser Pulse. Es entlädt sich der Kondensator zwischen den einzelnen Pulsen mit einer Geschwindigkeit, die von dem Wert des Festwiderstands 16 und dem ausgewählten Widerstandswert des Potentiometers 17 abhängt. Für den vorliegenden Zweck wird das Potentiometer so eingestellt, daß es eine kurze Zeitkonstante liefen, beispielsweise etwa 47 ms. so daß die Spannung am Kondensator nach jedem Puls normalerweise mit einer gewissen Geschwindigkeit absinkt.

Die jeweils am Kondensator 18 aultretende Spannung liegt über den Widerstand 20 an der Kathode der Diode 21 an, so daß die Diode durch diese Spannung in Spcrrichtung vorgespannt ist. Hier soll noch einmal erwähnt werden, daß der Multivibrator 11 so ausgelegt ist, daß seine Pulsdauer von Hand variiert oder eingestellt werden kann. Dementsprechend wird die Dauer der Rechteckwellen gleich dem Intervall zwischen zwei /?-Pulsen der bevorzugten Herzfrequenz gesetzt, d. h. der Herzfrequenz, die der Arzt als Sollwert angegeben hat. Wenn diese Einstellung erfolgt ist und wenn das Herz des Benutzers tatsächlich mit dieser spezifizierten Frequenz schlägt, beginnt nach Beendigung eines Rechteckpulses der nächste in der Weise, daß das Intervall zwischen den beiden Pulsen sehr kurz ist. Das bedeutet, daß der Kondensator 18 unter dicen Umständen zwischen den einzelnen Pulsen nur sehr wenig entladen werden kann. Im wesentlichen liegt deshalb eine Gleichspannung, die gleich der Spitzenamplitude der Multivibrator-Rechteckwellen ist. als Sperrspannung an der Kathode der Diode 21 an.

Gleichzeitig wird das Tcnfrequenzsignal des Oszillators 12 an die Anode der Diode 2t angelegt. Wenn jedoch die Basis/Spitzenamplitude des Oszillatorsignals so eingestellt wird, daß sie gleich groß ist wie die Spannung an der Kathode, was der Fall ist, gelangt nichts von dem Tonfrequenzsignal an die Klemmen 25. Wenn also die tatsächliche Herzfrequenz gleich dem vorgeschriebenen Frequenzwert ist, läßt sich mit einem an die Klemmen 25 angeschlossenen Kopfhörer kein Ton wahrnehmen, es wird also ein Null-Signal erzeugt. Wenn nun die Herzfrequenz des Benutzers aus irgendeinem Grunde sinkt und dadurch die Zeit zwischen den Herz-EKG-Wellen zunimmt, wodurch

wiederum die Zeit zwischen dem Ende einer Rechteckwelle und dem Beginn der nächsten vergrößert wird, erhält der Kondensator 18 mehr Zeit, um sich in dem Intervall zwischen einzelnen Pulsen zu entladen. Demzufolge wird die Sperrspannung an der Diode 21 zwischen einzelnen Pulsen so weit erniedrigt, daß während eines jeden Intervalls kurzzeitig Tonfrequenzsignale durch die Diode gelangen, die im Kopfhörer eine Folge kurzer Pieptöne im Takt der tatsächlichen Herzfrequenz des Benutzers erzeugen, je langsamer der Herzschlag ist, um so länger und ausgeprägter wird dieses Piepen, wie zu erwarten ist. Wenn dagegen der Herzschlag zum Sollwert hin zunimmt, d. h. zum vorgeschriebenen Wert der Herzfrequenz, verschwindet der Ton allmählich, bis die Frequenz wieder so weit angestiegen ist, daß das Intervall zwischen zwei /?-Wellen gerade der Dauer der Rechteckwelle entspricht. An diesem Punkt ist wiederum kein Ton hörbar. Wenn nun der Herzschlag aus irgendeinem

Grunde zunimmt oder über die Frequenz ansteigt, auf die das Gerät eingestellt ist, ist das Intervall zwischen zwei R-Wellen kleiner als die Dauer einer Rech teckwel-Ie des Multivibrators. Wenn das der Fall ist, tritt die zweite R-Welle dann auf, wenn der Multivibrator noch im Einschwingzustand ist und deshalb während dieser Zeit nicht getriggert werden kann. Aus diesem Grunde wird jede zweite R-WeIIe ignoriert, und nur für jeden zweiten Herzschlag wird eine Rechteckwelle erzeugt. Hierdurch erhält der Kondensator 18 nun die Möglichkeit, sich zwischen zwei Pulsen nahezu vollständig zu entladen, wodurch die Tongrenzfrequenz oder Sperrspannung an der Diode 21 währerd dieser Intervalle praktisch auf Null abfällt. Wenn also die tatsächliche Herzfrequenz über den vorgeschriebenen Sollwert hinaus ansteigt, wird im Kopfhörer plötzlich ein wiederholtes Warnsignal mit voller Lautstärke erzeugt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Herzschlagmeßgerät, das dem Benutzer des Gerätes eine Anzeige liefert, wenn seine Herzfrequenz von einem vorgewählten Wert abweicht, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (10, 11), die dem Herzschlag des Benutzers entsprechende Rechleckpulse erzeugen und eine weitere Vorrichtung (17) enthält, die die Dauer der Rechteckpulse derart einstellt, daß sie gleich dem Intervall zwischen einzelnen Herzschlägen bei der vorgewählten Herzfrequenz ist, durch einen Oszillator (12), der kontinuierlich Tonfrequenzsignale erzeugt, und ein Meldenetzwerk (13), das sich zwischen der Vorrichtungen (10, 11) und dem Oszillator (12) befindet, die entsprechenden Rechteckpulse und Tonfrequenzsignale empfängt und eine Schaltung enthält, die auf die Rechteckpulse und auf die Tonfrequenzsignale anspricht, und, wenn die Herzfrequenz des Benutzers gleich dem vorgewählten Wert ist, ein Null-Signal, wenn die Herzfrequenz unter dem vorgewählten Wert liegt, eine erste Art von Tonfrequenzsignalen, und, wenn die Herzfrequenz über dem vorgewählten Wert liegt, eine zweite Art von Tonfrequenzsignalen erzeugt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (10,11) einen Verstärker (10), der nur einen ausgewählten Abschnitt des gemäß dein Herzschlag erzeugten Signals verstärkt, und einen monostabilen Multivibrator (11) enthält, der mit dem Verstärker gekoppelt ist, um gemäß dem Ausgang des Verstärkers Rechteckpulse zu erzeugen, wobei die zusätzliche Vorrichtung (17) dazu dient, die Breite der Rechteckpulse von Hand einstellen zu können.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meldenetzwerk (13) eine Diode (21) mit Anode und Kathode und einen Vorspannungskreis enthält, der eine Gleichspannung enisprechend der Folge von Rechteckpulsen erzeugt, wobei die Anode mit dem Tonfrequenzoszillator verbunden ist. um die Tonfrequenzsignale zu empfangen, und die Kathode mit dem Vorspannungskreis verbunden ist. um die Gleichspannung zu empfangen.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (10, 11) einen Verstärker (10), der nur einen ausgewählten Abschnitt des gemäß dem Herzschlag erzeugten Signals verstärkt, und einen monostabilen Multivibrator (II) enthält, der mit dem Verstärker gekoppelt ist, um gemäß dem Ausgang des Verstärkers Rechteckpulse zu erzeugen, wobei die zusätzliche Vorrichtung (17) dazu dient, die Breite der Rechteckpulse von Hand einstellen zu können, unu wobei das Meldenetzwerk (13) eine Diode (21) mit Anode und Kathode und einen Vorspannungskreis enthält, der gemäß der Folge von Rechteckpulsen eine Gleichspannung erzeugt, wobei die Aiiuüi.· imi dem Tunirequenzoszillator(12) verbunden ist, um die Tonfrequenzsigia-Ie zu empfangen, und die Kathode mit djm Vorspannungskreis verbunden ist. um die Gleichspannung zu empfangen.

5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannungskreis einen Widerstand (16,17) und einen Kondensator (18) enthält, die dazu dienen, die am Meldekreis (13) anliegende Folge von Rechteckpulsen zu glätten.

6. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß der Meldekreis folgende Elemente enthält: eine Diode (21) mit Anode und Kathode, wobei die erstere mit dem Tonfrequenzoszillator (12) verbun den ist, zwei Kopfhörerklemmen (25), deren eine auf Erdpotential liegt, einen Kondensator (24) zwischen der Kathode und der anderen Kopfhörerklemme, ein Glättungsnetzwerk (16, 17, 18) zwischen den Vorrichtungen (10, 11) und Erdpotential und einen Widerstand (20) zwischen der weiteren Vorrichtung (17) und der Kathode.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (10,11) einen Verstärker (10), der nur einen ausgewählten Abschnitt der gemäß dem Herzschlag erzeugten Signale verstärkt, und einen monostabilen Multevibrator (11) enthält, der mit dem Verstärker einerseits und dem Glättungsnetzwerk und dem Widerstand andererseitsverbunden ist.