DE19918694A1 - Verfahren zum Messen des Drucks eines Fluids und Miniaturpumpe zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Messen des Drucks eines Fluids und Miniaturpumpe zur Durchführung dieses VerfahrensInfo
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Abstract
Ein Verfahren und ein System zum Bestimmen des Drucks eines unter Druck stehenden Fluids unter Verwendung einer Membranpumpe, die zum Ansammeln des unter Druck stehenden Fluids in einem Druckraum dient. Die Pumpe hat einen Pumpenraum und eine Membran mit einem piezoelektrischen Element, das durch das Anlegen einer Spannung zur Verlagerung der Membran zum Pumpen eines Fluids in den Druckraum betätigt wird. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: DOLLAR A a) Deaktivieren der Membran durch Entfernen der Spannung zu dem piezoelektrischen Element, um so das Pumpen des Fluids und das Ansammeln des Fluids in dem Druckraum zu unterbrechen; DOLLAR A b) Rückführen des unter Druck stehenden Fluids in den Pumpenraum, um so eine Verlagerung der Membran durch das unter Druck stehende Fluid zu bewirken; DOLLAR A c) Herleiten eines elektrischen Signals, das der Verlagerung der Membran entspricht, und DOLLAR A d) Übertragen des elektrischen Signals in einen entsprechenden Druckwert, der den Druck des unter Druck stehenden Fluids im Druckraum angibt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Messen des Drucks eines unter Druck stehenden Fluids,
das durch eine Membranpumpe geführt und in einem Druck
raum gesammelt wird und ein Miniaturpumpensystem zum
Messen des Drucks in der Pumpe.
Membranpumpen sind allgemein bekannt. Insbesondere wurde
zur Miniaturisierung der Pumpe eine Pumpe vorgeschlagen,
die ein piezoelektrisches Element zum Betätigen einer
Membran verwendet. Bei dem Messen des von der Pumpe ent
wickelten Drucks unter Druck gesetzten und in einem
Druckraum gesammelten Fluids muß ein gesonderter Druck
sensor auf der Seite des Druckraums vorgesehen werden.
Die Hinzufügung eines zusätzlichen Drucksensors in oder
um den Druckraum vergrößert jedoch das Pumpsystem, was
eine Miniaturisierung des Pumpsystems behindert.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren und ein System zu schaffen, die dazu in der
Lage sind, den Druck eines unter Druck stehenden Fluids,
das durch eine Membranpumpe geführt und in einem Druck
raum gesammelt ist, wobei das Erfordernis der Vorsehung
eines zusätzlichen Drucksensors auf der Seite des Druck
raums nicht erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung verwendet eine Membranpumpe
mit einem Pumpenraum und einer Membran mit einem piezoe
lektrischen Element, daß durch das Anlagen einer Span
nung zum Verlagern der Membran zum Pumpen es Fluids in
den Druckraum betätigt wird. Das Verfahren nach der vor
liegenden Erfindung weist die folgenden Schritte auf:
- (a) Deaktivieren der Membran durch Entfernen der Span nung an dem piezoelektrischen Element, um so daß Pumpen des Fluids und das Sammeln des unter Druck stehenden Fluids in den Druckraum zu unterbrechen;
- (b) Einführen des unter Druck stehenden Fluids ledig lich von dem Druckraum zurück in den Pumpenraum, um so eine Verlagerung der Membran durch das unter Druck ste hende Fluid zu bewirken;
- (c) Ableiten eines elektrischen Signals, das die Ver lagerung der Membran angibt; und
- (d) Übertragen des elektrischen Signals in einen ent sprechenden Druckwert, der den Druck des unter Druck stehenden Fluids in dem Druckraum angibt.
Es kann so ein Solldruck des unter Druck stehenden Fluids
unter Verwendung der Membranpumpe als eine Meßein
richtung erzielt werden, ohne das ein zusätzlicher
Drucksensor auf der Seite des Druckraums erforderlich
ist.
Vorzugsweise ist das elektrische Signal eine Spannung,
die über dem piezoelektrischen Element entwickelt wird,
wenn das piezoelektrische Element durch die Verlagerung
der Membran unter der Wirkung des unter Druck stehenden
Fluids, das in den Pumpenraum zurück von dem Druckraum
geführt wird, belastet wird. Bei dieser Anordnung wird
das piezoelektrische Element sowohl als Betätigungsele
ment der Membran und als Drucksensor verwendet, wodurch
die Anzahl der Teile des Pumpensystems zur Miniaturisie
rung des Systems verringert wird. Bei diesem System kann
die Spannung, die an dem piezoelektrischen Element ent
wickelt wird, über eine vorgegebene Zeitdauer integriert
werden, um eine integrierte Spannung zur Bestimmung des
Druckwerts zu gewinnen.
Alternativ kann das elektrische Signal sich aus der sta
tischen Kapazität, die zwischen einer festen Sensorelek
trode und einer beweglichen Elektrode auf der Membran
entwickelt wird, entstehen. Die Kapazität variiert in
Antwort auf die Verlagerung der Membran unter der Wir
kung des unter Druck stehenden Fluids, das von dem
Druckraum zurück in den Pumpenraum geführt wird.
Weiter ist es gleichermaßen möglich, einen piezoelektri
schen Widerstand auf der Membran zu verwenden, das einen
Widerstand entwickelt, der in Antwort auf die Verlage
rung der Membran variiert. Die Widerstandsänderung wird
zur Bestimmung des Druckwerts des unter Druck stehenden
Fluids verwendet.
Das Pumpensystem nach der vorliegenden Erfindung verwen
det eine Pumpe und ein Rückströmmittel, das es dem unter
Druck stehenden Mittel erlaubt, aus dem Druckraum in den
Pumpenraum zurückzuströmen. Eine Kontrolle ist vorgese
hen, um einen Meßzyklus zu schaffen und um innerhalb des
Meßzyklus das piezoelektrische Element zu Deaktivieren,
um die Betätigung der Membran zu unterbrechen, während
zu demselben Zeitpunkt das Rückführmittel aktiviert
wird, um das unter Druck stehende Fluid zurück von dem
Druckraum in den Pumpenraum einzuführen, damit die Mem
bran durch das so eingeführte unter Druck stehenden Flu
id verlagert wird. Das System weist weiter ein Verarbei
tungsmittel auf, das ein elektrisches Signal, das von
der Verlagerung der Membran innerhalb des Meßzyklus ver
ursacht wird, abzuleiten und das elektrische Signal in
einen entsprechenden Druckwert, der den Druck des unter
Druck stehenden Fluids in dem Druckraum angibt.
Wenn das elektrische Signal die Spannung ist, die an dem
piezoelektrischen Element in Folge der Dehnung der Mem
bran aufgrund seiner Verlagerung durch das unter Druck
stehenden Fluid entwickelt wird, hat das piezoelektri
sche Element vorzugsweise eine mehrschichtige Struktur
bestehende aus ersten und zweiten piezoelektrischen Ma
terialien unterschiedlicher Eigenschaften. Das erste
piezoelektrische Material ist so ausgewählt, daß es eine
gute Antwortempfindlichkeit als ein Betätigungselement
zum Verlagern der Membran hat und das zweite piezoelek
trische Element ist so ausgewählt, daß es eine gute Ant
wortempfindlichkeit als einen Sensor für die Verlagerung
der Membran hat. Zu diesem Zweck hat das erste piezo
elektrische Material eine größere piezoelektrische
Druckonstante und eine kleinere Spannungsausgangskon
stante, als das zweite piezoelektrische Material. Die
Membran kann eine bewegliche Sensorelektrode tragen, die
sich gemeinsam mit der Membran verlagert und einer
festen Sensorelektrode gegenüberliegt, um eine statische
Kapazität zwischen der beweglichen und der festen Senso
relektrode zur Bestimmung des Druckwerts zu ändern. Bei
diesem Ausführungsbeispiels ist die Membran eben ausge
bildet und wird an ihrem Umfang an einem Gehäuse der
Pumpe um den Pumpenraum getragen, so daß ein mittlerer
beweglicher Teil die Pumpwirkung bewirkt und weiter ein
ortsfester, umlaufender Teil vorgesehen ist. Die beweg
liche Sensorelektrode erschreckt sich über im wesentli
chen den gesamten Bereich auf der einen Fläche der Mem
bran mit einer dielektrischen Schicht, die dazwischen
angeordnet ist. Auch die feste Sensorelektrode ist eben
ausgebildet und ist an dem Gehäuse befestigt, um mit der
beweglichen Sensorelektrode einen Spalt auszubilden.
Das piezoelektrische Element kann gesondert von der Mem
bran angeordnet sein, um die Membran zu verlagern. Bei
diesem Ausführungsbeispiels trägt die eben ausgebildete
Membran an ihrem Umfang einen Ring des piezoelektrischen
Elements, durch das die Membran an einem Gehäuse der
Pumpe um den Pumpenraum betragen wird. Das piezoelektri
sche Element treibt bei einer Beaufschlagung einer Span
nung zur Verlagerung zur Verlagerung der Membran im we
sentlichen linear in eine Richtung der Änderung eines
Spalts zwischen der beweglichen und der festen Elektrode
an, wodurch das Volumen des Pumpenraums variiert wird.
Die bewegliche Elektrode erstreckt sich im wesentlichen
über die gesamte Fläche einer Seite der Membran, die der
festen Sensorelektrode, die ebenfalls eben ausgebildet
ist und an dem Gehäuse befestigt ist, um so eine sich
variierende statische Kapazität in Abhängigkeit von der
Verlagerung der Membran zur Bestimmung des Drucks des
unter Druck stehenden Fluids bezüglich des piezoelektri
schen Elements, das die Membran im wesentlichen linear
betätigt, ist die Verwendung des piezoelektrischen Ele
ments in Form eines Laminats aus Schichten eines piezoe
lektrischen Materials bevorzugt, die parallel miteinan
der über die versorgende Spannungsquelle verbunden ist.
Alternativ zu dem elektrischen Signal, das von der Span
nung oder aber von der statischen Kapazität kommt, ist
es gleicherweise möglich, das elektrische Signal zu ver
wenden, das von einem piezoelektrischen Widerstandsnetz
werk kommt, das auf der Membran angeordnet ist. In Ant
wort auf die Verlagerung oder die Deformation der Mem
bran zeigt das piezoelektrische Widerstandsnetzwerk ei
nen sich ändernden Widerstand, der zur Bestimmung eines
Druckwerks verarbeitet wird.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel arbeitet die
Pumpe unter Fördern von Luft zum Sammeln von Druckluft
in dem Druckraum und ist mit einem aktiven Freigabeven
til versehen, das dazu in der Lage ist, den Pumpenraum
gegenüber dem atmosphärischen Druck zu öffnen. Das Steu
ermittel betätigt das Freigabeventil so, daß es unmit
telbar vor dem Aktivieren des Rückstellmittels zum Ein
führen der Druckluft in den Pumpenraum zurück aus dem
Druckraum aktiviert wird, wodurch ein Rückdruck vermie
den wir, der in der Pumpe verbleibt, bevor der Druck der
Druckluft gemessen wird, um eine zuverlässige und genaue
Messung zu bewirken.
Einlaß- und Auslaßventile der Pumpe, die jeweils zum
Ziehen von Außenluft in die Pumpe und zum Führen der
Luft in einen Druckraum vorgesehen sind, sind vorzugs
weise Mikroventile mit einer Ventilöffnung von nicht
mehr als 0,5 mm im Durchmesser, sie arbeiten mit einer
Öffnen-Schließen-Rate von nicht mehr als 0,1 s. Das
Einlaß- und das Auslaßventil kann betrieben werden, um
ein piezoelektrisches Betätigungselement synchron mit
der Betätigung der Membran durch das piezoelektrische
Element für eine verbesserte Antwortempfindlichkeit bei
der Druckmessung zu betreiben.
Das obige Pumpsystem mit einer in situ Meßmöglichkeit
ist am besten für ein Blutdruckmeßgerät, bei dem der
Druckraum als eine Manschette zum Schließen der Arterie
des menschlichen Körpers dient. Diesem Zweck weisen die
Verarbeitungsmittel weiter ein Pulswellenerkennungsmit
tel auf, das eine Pulswelle beobachtet, die innerhalb
des Meßzyklus in der Druckluft entsteht, um so das Auf
treten einer Systole und einer Diastole zu erkennen und
zum Schaffen von systolischen und diastolischen Signa
len, jeweils bei der Erkennung der Systole und der Dia
stole. Das Verarbeitungsmittel ordnet den Druckwert den
systolischen und diastolischen Signalen zu, um systoli
sche und diastolische Drucke anzugeben. Diese und andere
Aufgaben und Vorteile der Vorteile der vorliegenden Er
findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beilie
genden Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Pumpensystems in
Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbei
spiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 und 3 schematische Ansichten, die den Be
trieb einer Membranpumpe, die in dem obigen System
verwendet wird, wiedergibt,
Fig. 4 eine Schnittansicht einer Membran der obi
gen Pumpe,
Fig. 5 eine zeitliche Darstellung, die einen Be
trieb für eine Blutdruckmessung unter Verwendung
des Pumpensystems zeigt,
Fig. 6 und 7 Darstellungen, die den Betrieb der
Pumpe wiedergeben;
Fig. 9 eine zeitliche Darstellung, die einen ande
ren Betrieb für eine Blutdruckmessung unter Ver
wendung des Pumpensystems wiedergibt;
Fig. 10 ein Blockdiagramm eines anderen Pumpen
systems in Übereinstimmung mit einem zweiten Aus
führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 ein Blockdiagramm eines weiteren Pumpensy
stems in Übereinstimmung mit einem dritten Ausfüh
rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 eine perspektivische Explosionsansicht
einer Membranpumpe zur Verwendung in dem Pumpen
system des dritten Ausführungsbeispiels;
Fig. 13 und 14 Schnittansichten, die den Betrieb
der in Fig. 12 gezeigten Pumpe wiedergeben,
Fig. 14 Schnittansichten, die den Betrieb der in
Fig. 12 gezeigten Pumpe wiedergeben;
Fig. 15 eine Schnittansicht, die eine Abwandlung
der Pumpe wiedergibt;
Fig. 16 eine schematische Ansicht eines piezoelek
trischen Elements zum Antreiben der Pumpe von Fig. 15;
Fig. 17 eine Schnittansicht einer Membran, die mit
einem piezoelektrischen Widerstandsnetzwerk zur
Verwendung als eine Alternative zu dem ersten und
dem zweiten Ausführungsbeispiel versehen ist;
Fig. 18 und 19 vertikale und horizontale Schnitte
einer anderen Membranpumpe, die in dem obigen Pum
pensystem verwendet werden kann;
Fig. 20 und 21 vertikale und horizontale Schnitte
einer weiteren Membranpumpe, die in dem obigen
Pumpensystem verwendet werden kann.
Es wird jetzt auf die Fig. 1 bis 4 Bezug genommen, in
denen ein Pumpensystem in Übereinstimmung mit einem er
sten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ge
zeigt ist. Das Pumpensystem ist zum Messen eines Blut
drucks ausgebildet und weist eine Membranpumpe 10, eine
Manschette 30 zum Schließen einer Arterie des menschli
chen Körpers und eine Elektronik zum Steuern der Pumpe
auf. Die Pumpe 10 zieht Außenluft durch einen Einlaßweg
13 an und speist diese durch einen Auslaßweg 15 zur An
sammlung von Druckluft in die Manschette 30 oder einem
Druckraum. Die Pumpe 10 hat, wie in den Fig. 2 bis 4 ge
zeigt ist, eine Membran 20, die aus einem piezoelektri
schen Element, beispielsweise PZT gebildet ist, und
weist einen Pumpenraum 12 zwischen dem Pumpengehäuse 11
und der Membran auf. Die Membran 20 ist auf ihren gegen
überliegenden Seiten mit Antriebselektroden 21 und 22
versehen. Eine Spannungsquelle 40 ist angeschlossen, um
eine Gleichspannungs-Impulsspannung durch ein Relais 41
über die Elektroden 21 und 22 aufzubringen, was die Mem
bran veranlaßt, sich wiederholt zu biegen oder zu verla
gern, wodurch die Luft durch das Einlaßventil 14 einge
zogen und durch ein Auslaßventil 16 in die Manschette
gespeist wird. Das Einlaßventil und das Auslaßventil
sind, wie dies bei Membranpumpen bekannt ist, vom passi
ven Typ und arbeiten jeweils nur zum Einziehen der Luft
in den Pumpenraum 12 und lediglich zum Abführen der Luft
aus dem Raum.
Die Pumpe ist teilweise durch einen LIGA-Vorgang oder
dergleichen in einem Miniaturaufbau hergestellt, wobei
die Membran 20 an ihrem Umfang von einem Pumpengehäuse
11 getragen wird, so daß ein verbleibender Mittelab
schnitt der Membran für den Pumpvorgang verantwortlich
ist. Die Dicke der Elektroden 21 und 22 ist so ausge
wählt, daß die Ablenkung der Membran erleichtert wird.
Die untere Elektrode 21 und die obere Elektrode 22 sind
beispielsweise so ausgewählt, daß sie bei einer PZT-Dicke
von 0,25 mm eine Dicke von 0,1 mm bzw. 0,01 mm
haben.
Die Manschette ist mit der Pumpe über einen Rückströmweg
31 verbunden, um die Druckluft in den Pumpenraum 12
zurück aus der Manschette zur Messung der Druckluft un
ter Verwendung der Membran 20 zu führen. Ein Rückström
ventil 32 ist in dem Rückströmweg 31 angeordnet und wird
durch eine Relais 44 durch einen Controller 50 betätigt.
Von dem Pumpenraum 12 erstreckt sich ein Ablaßweg 17 mit
einem Ablaßventil 18 zum Evakuieren der Luft vor der
Einführung der Druckluft von der Manschette 30 zurück in
dem Pumpenraum 12, wie dies später erläutert werden
wird. Das Ablaßventil 18 wird durch den Controller 50
über ein Relais 43 zum Öffnen und Schließen gesteuert.
Ein Signalprozessor 60 ist in einer Schaltung verbunden,
um den Druck der Druckluft, die in den Pumpenraum 12 von
der Manschette 30 geführt wird, basierend auf der Verla
gerung der Membran 20, die durch die Druckluft verur
sacht wird, zu bestimmen. Zu diesem Zweck führt eine
Signallinie 65 von einer Antriebslinie 45 der Aufbrin
gung der Gleichspannungs-Impuls-Spannung über die An
triebselektroden 21 und 22 und erstreckt sich zu dem
Signalprozessor 60 über ein Relais 42, so daß eine Span
nung die Folge der Deformation der Membran aufgebaut
wird, zu dem Signalprozessor 60 geführt wird. Die Relais
41 und 42 werden durch den Controller 50 derart gesteu
ert, daß wahlweise die Pumpe 10 zum Ansammeln der Druck
luft in der Manschette 30 betrieben und die Pumpe 10 zum
Aufnehmen der Spannung in der Membran 20 deaktiviert
wird.
Der Signalprozessor 60 weist eine Druckbestimmungsein
heit 61 auf, die zur Bestimmung des Drucks der Druckluft
dient, sowie eine Impulswellen-Diskriminierungseinheit
zur Bestimmung der jeweiligen Zeitpunkte, zu denen die
Systole und die Diastole auftreten, basierend auf einer
Impulswelle, die in der Druckluft innerhalb der Man
schette auftritt, zur Bestimmung des systolischen und
des diastolischen Drucks. Die Bestimmung des Drucks und
das Auftreten der Systole und der Diastole werden beide
aus einer Änderung der Spannung, die an der Membran
selbst, d. h. dem piezoelektrischen Element, aufgebaut
wird, bestimmt. Der systolische und der diastolische
Druck, die von dem Signalprozessor 60 bestimmt werden,
werden an dem Display 70 angezeigt.
Die Arbeitsweise des Systems wird unter Bezugnahme auf
Fig. 5 erläutert, die eine Betriebsart zur Bestimmung
des systolischen und des diastolischen Drucks während
des Verlaufs des Absenkens des Drucks der Manschette 30
erfolgt. Nachdem die Manschette aufgeblasen ist, um
einen ausreichenden Druck zu erreichen, entregt der Con
troller 50 das Relais 41 zum Beenden des Anlegens der
Antriebsspannung an die Membran 20 und zum Erregen des
Relais 42, so daß der Signalprozessor 60 bereit ist,
eine Spannung von der Membran 20, d. h. dem piezoelek
trischen Element, aufzunehmen. Der Controller 50 gibt
sodann eine Anzahl von Meßzyklen an, innerhalb derer
jeweils der jeweilige Druck der Manschette 30 bestimmt
wird und das Auftreten der Systole oder der Diastole
geprüft wird. Der ausreichende Druck wird durch perio
disches Vorsehen gleicher Meßzyklen zur Bestimmung des
Manschettendrucks während des Verlaufs des Aufblasens
der Manschette 30 bestimmt oder aber durch Schätzen des
Manschettendrucks im Hinblick auf die Zeit, die zum Auf
blasen der Manschette verstrichen ist. Jeder Meßzyklus
während des Verlaufs des Verringerns des Manschetten
drucks beginnt mit dem Erregen des Relais 43 für eine
kurze Zeitdauer T1 zum Öffnen des Ablaßventils 18 zum
Ablassen der Druckluft, die in dem Pumpenraum 12 ver
blieben ist, d. h. Freigeben des Rückdrucks in dem Raum.
Vor dem Schließen des Ablaßventils 18 wird das Rück
strömventil 32 geöffnet, um unter Druck stehende Luft
aus der Manschette 30 zurück in den Pumpenraum 12 zu
führen, wodurch die Membran 20 durch Druckluft defor
miert wird, um eine entsprechende Spannung an dem pie
zoelektrischen Element zu erzeugen. Die Spannung tritt
über den Elektroden 21 und 22 auf und wird durch die
Signalleitung 65 zu dem Signalprozessor 60 geführt. Das
Rückströmventil 32 wird von dem Relais 44 für eine Zeit
dauer T2 offengehalten, innerhalb der Druckbestimmungs
einheit 61 zunächst den Manschettendruck bestimmt und
sodann die Impulswellendiskriminierungseinheit 62
betreibt, um das Auftreten der Systole und der Diastole
zu bestimmen. Der Meßzyklus endet an dem Ende der Zeit
dauer C2.
Die Spannung von der Membran 20 ändert sich, wie in
Fig. 6 gezeigt, in einem großen Ausmaß bei dem Beginn
der Zeitdauer C2, wenn die unter Druck stehende Luft von
der Manschette in den Pumpenraum strömt. Diese Span
nungsänderung wird in der Druckbestimmungseinheit 61
analysiert, um einen Druckwert des Manschettendrucks un
ter Berücksichtigung der relevanten Faktoren, wie den
Druckverlust in dem Rückströmweg 31, zu bestimmen. Die
Bestimmung des Manschettendrucks kann auf einem Spitzen
wert der Spannung oder einem Integral der Spannung inn
herhalb einer Zeitdauer C3 basieren. Der sich ergebende
Manschettendruck wird auf dem Display 70 angegeben. Nach
dem Schließen des Ablaßventils an dem Ende von C1 wird
die Spannung verringert, repräsentiert jedoch eine klei
ne Pulswelle, die pulsierende Änderungen in dem Man
schettendruck über eine Zeitdauer C4 angibt, wie in
Fig. 6 gezeigt. Diese Spannungsänderung wird in der
Impulswellendiskriminierungseinheit 62 analysiert, um
das Auftreten der Systole und Diastole zu erkennen. Die
se Erkennung basiert auf dem Spannungspegel. Während des
Auftretens von sich wiederholenden Meßzyklen beurteilt
die Einheit 62 beispielsweise das Auftreten einer Systo
le, wenn eine kleine Spannung zunächst einen systoli
schen Bezugswert übersteigt und beurteilt das Auftreten
einer Diastole, wenn die Spannung unter einen diastoli
schen Bezugswert sinkt. Bei der Beurteilung des Auftre
tens der Systole und der Diastole gibt die Einheit 26
systolische bzw. diastolische Signale in Antwort auf die
der Prozessor 60 den jeweiligen Manschettendruck zuord
net, der auf dem Display 70 als Angabe des systolischen
bzw. des diastolischen Drucks angezeigt wird. Nachdem
der diastolische Druck bestimmt ist, werden die Meßzy
klen beendet.
Die Ventile 18 und 32 sind vorzugsweise Mikroventile mit
einer Ventilöffnung von 0,5 mm oder weniger und werden
mit einer Öffnungs/Schließ-Zeit von 0,1 s oder weniger
betrieben. Insbesondere bei der Verwendung derartiger
Mikroventile als Ablaßventil 18 kann der Manschetten
druck durch in einem Ausmaß jedem Meßzyklus verringert
werden, wie in Fig. 7 gezeigt, wodurch eine große Anzahl
von Meßzyklen während des Verlaufs der Entlüftung der
Manschette ermöglicht werden und damit eine genaue Mes
sung des systolischen und diastolischen Drucks erreicht
wird.
Dasselbe gilt, wenn der systolische und der diastolische
Druck in dem Verlauf der Zunahme des Manschettendrucks
bestimmt werden. Das heißt, die Manschette kann, wie in
Fig. 8 gezeigt, schnell aufgeblasen werden, während die
selben Meßzyklen, die bei dem Verringern des Manschet
tendrucks erfolgen, wiederholt durchgeführt werden.
Fig. 9 zeigt dieses Verfahren zum Bestimmen des systoli
schen und des diastolischen Drucks bei dem Aufblasen der
Manschette. Das Relais 41 wird periodisch erregt, um die
Pumpe intermittierend anzutreiben, um den Manschetten
druck während einer Anzahl von Meßzyklen in dem Verlauf
des Aufblasens der Manschette zu erhöhen. In jedem Meß
zyklus, in dem das Relais 42 erregt wird, um den Prozes
sor 60 zum Aufnehmen der Spannung von der Membran 20
vorzubereiten, wird das Relais 43 zunächst für eine
Zeitdauer C1 erregt, um den Rückdruck des Pumpenraums zu
entfernen. Innerhalb dieser Zeitdauer C1 wird das Rück
strömventil 32 dazu veranlaßt, für eine kurze Zeitdauer
C3 zu öffnen, um die unter Druck stehende Luft aus der
Manschette 3 einzuführen, wodurch die Membran, d. h. das
piezoelektrische Element deformiert wird, woraufhin sich
an dieser eine Spannung entwickelt. Die sich ergebende
Spannung wird von der Druckbestimmungseinheit 61 empfan
gen, wo sie verarbeitet wird, um den jeweiligen Man
schettendruck zu bestimmen. Unmittelbar nach dem Schlie
ßen des Ablaßventils 18 wird das Rückströmventil 32 wie
der für eine weitere kurze Zeitdauer C1 geöffnet, um die
Spannung in der Form der Impulswelle von dem piezoelek
trischen Element zur Bestimmung der Diastole oder der
Systole an der Einheit 62 zu beobachten. Das Auftreten
der Diastole wird erkannt, wenn der Spannungspegel erst
malig einen vorgegebenen diastolischen Referenzwert
übersteigt und das Auftreten der Systole wird erkannt,
wenn der Spannungspegel letztmalig unter einen vorgege
benen systolischen Bezugswert über die Anzahl der Meßzy
klen geht. In derselben Weise, wie bei der oben be
schriebenen Betriebsweise ordnet der Rechner 60 die
jeweiligen Manschettendrücke dem Auftreten der Diastole
oder der Systole zur Anzeige des diastolischen bzw. des
systolischen Drucks auf dem Display 70 zu. Diese
Betriebsweise wird beendet, wenn der systolische Druck
endgültig beendet ist, wodurch der Controller antwortet
durch Beendung des Betriebs der Pumpe und der Elektro
nik. Es ergibt sich aus den Fig. 8 und 9, daß die Pumpe
Schritt um Schritt mit zunehmenden Perioden des Antrei
bens der Pumpe zur Messung des diastolischen und des
systolischen Drucks erregt wird, während die Manschette
aufgeblasen wird.
Um eine gute Antwortempfindlichkeit sowohl bei dem Betä
tigen der Membran als auch bei dem Messen der Deformati
on der Membran zu erhalten, ist die Membran vorzugsweise
in einem mehrschichtigen piezoelektrischen Aufbau beste
hend aus einem PZT und einem PVDF Polymer mit unter
schiedlichen piezoelektrischen Eigenschaften aufgebaut.
Das PZT ist so ausgewählt, daß es eine gute Antwortemp
findlichkeit als Betätigungselement zum Antreiben der
Membran und eine große piezoelektrische Dehnungskonstan
te (d33) von 400 × 10-12 C/N mit einer geringen Span
nungsausgangskonstante (g33) von 20 × 10-3 mV/N hat. Das
PVDF ist so ausgewählt, daß eine gute Antwortempfind
lichkeit als Sensor für die Verlagerung der Membran hat
und eine große Spannungsausgangskonstante (g33) von
160 × 10-3 mV/N jedoch eine kleine piezoelektrische Deh
nungskostante (d33) von 20 × 10-12 C/N hat. Die PZT-Kera
mikpartikel sind an einer Matrix von PVDF-Harz ver
teilt, um eine Piezoelektrische Gesamtdehnungskonstante
(d33) von 300 × 10-12 C/N und eine Spannungsausgangsge
samtkonstante (g33) von 80 × 10-3 mV/N zu geben. Diese
Werte haben sich als zufriedenstellend zur Sicherstel
lung einer guten Empfindlichkeit der Membran sowohl bei
dem Betätigen der Pumpe als auch bei dem Messen des Man
schettendrucks erwiesen. Die Eigenschaften des zusammen
gesetzten piezoelektrischen Elements kann geeignet va
riieren, der Mischungsverhältnisse des PZT in dem PVDF
eingestellt werden.
Fig. 10 zeigt ein alternatives Pumpensystem in Überein
stimmung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung. Das System ist dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel gleich mit der Abweichung, daß die Mem
branpumpe 10A mit einem Einlaßventil 14A und einem Aus
laßventil 16A, die beide von einem aktiven Typ, nicht
also von einem passiven Typ, sind. Entsprechende Teile
sind durch gleiche Bezugszeichen unter Zusatz des Buch
stabens "A" gekennzeichnet. Das Einlaßventil 14A und das
Auslaßventil 16A werden durch gesonderte Relais 43A und
44A durch einen gleichen Controller 50A gesteuert, um
die Umgebungsluft in die Pumpe 10A zu ziehen und sie in
die Manschette 30A synchron mit der Betätigung der Mem
bran zu führen. Das Einlaßventil 14A und das Auslaßven
til 16A sind Doppelzweckventile, die auch als Ablaßven
til 18A und bzw. als Rückströmventil 32A zum Evakuieren
der Pumpe 10A und zum Einführen der Druckluft von der
Manschette 30A zu verwenden. Infolgedessen wirkt der
Einlaßweg 13A von der Pumpe auch als Ablaßweg 17A und
ein Auslaßweg 15A als Rückströmweg 31A wodurch die
Anzahl der Teile oder Elemente in dem System zur Verein
fachung des Aufbaues des Pumpensystems verringert wird.
Die Messung des systolischen und des diastolischen
Drucks kann in derselben Weise wie in dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel erfolgen.
Fig. 11 zeigt ein Pumpensystem in Übereinstimmung mit
einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, die dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich
ist mit der Ausnahme der Verwendung einer Pumpe 10B, die
ein Sensorausgangssignal von einer sich variierenden
statischen Kapazität herleitet, die durch die Verlage
rung der Membran verursacht wird, nicht also ein Span
nungsausgangssignal der als piezoelektrisches Element
ausgebildeten Membran. Einander entsprechende Teile und
Elemente sind durch dieselben Bezugszeichen unter Zusatz
des Buchstabens "B" bezeichnet. Die Pumpe 12B weist, wie
in den Fig. 12 bis 14 angegeben ist, eine Membran 20B
auf, die als ein PZT piezoelektrisches Element ausge
bildet ist und ist weiter mit einer beweglichen Sensore
lektrode versehen. Die bewegliche Sensorelektrode 23 ist
einer festen Sensorelektrode 24 gegenüberliegend so an
geordnet, daß sich zwischen diesen ein Spalt ausbildet.
Wenn sich die Membran 20B unter der Wirkung der Druck
luft, die in den Pumpenraum 12B eingeführt wird, defor
miert, wird die bewegliche Sensorelektrode 23 dazu ver
anlaßt, sich in eine Richtung zu bewegen, in der die
statische Kapazität in dem Spalt geändert wird. Diese
Änderung wird sodann als Maß für den jeweiligen Man
schettendruck aufgenommen und wird an einen Signalpro
zessor 16B übertragen, um den systolischen Druck und den
diastolischen Druck in derselben Weise, wie bei dem
ersten Ausführungsbeispiel.
Die bewegliche Sensorelektrode 33 ist über die gesamte
obere Fläche der Membran 20B ausgebildet, wobei eine
dielektrische Schicht 25 zwischen diesen angeordnet ist.
Die feste Sensorelektrode 24 wird durch eine umlaufende
Brücke 26 aus einem dielektrischen Material von dem Um
fang des Pumpengehäuses 11B getragen. Es ist hier zu
beachten, daß die Membran 20B, die zwischen den An
triebselektroden 21B und 22B liegt, an ihrem Umfang von
dem Pumpengehäuse 11B um den Pumpenraum 12B herum getra
gen wird, wobei ein mittlerer beweglicher Teil auf die
Pumpwirkung anspricht und ein umlaufender ortsfester
Teil mit dem Pumpengehäuse verbunden ist. Die dielektri
sche Schicht 25 ist vollständig über die obere Fläche
der Membran, die eben ausgebildet ist, angeordnet,
sodann liegt die bewegliche Sensorelektrode 23 über die
Gesamtfläche der dielektrischen Schicht 25.
Durch die Verwendung der statischen Kapazität zum Messen
der Verlagerung der Membran ist das System dazu in der
Lage, in einfacher Weise kleine Druckschwankungen der
Druckluft, die in den Pumpenraum eingeführt wird, zu
beobachten, um eine genauere und zuverlässigere Blut
druckbestimmung zu ermöglichen. Dies ist für eine digi
tale Verarbeitung des elektrischen Signals, das von der
Änderung der statischen Kapazität hergeleitet wird, vor
teilhaft.
Fig. 15 zeigt eine modifizierte Pumpe 12C, die in dem
obigen System verwendet werden kann. Die Pumpe 10C weist
eine Membran 20C mit einer ziemlich festen Struktur auf,
die an ihrem Umfang ein piezoelektrisches Betätigungs
element 120, das kreisförmig ausgebildet ist, trägt, von
dem die Membran an dem Pumpengehäuse 11C den Pumpenraum
12C umgehend gehalten wird. Eine bewegliche Sensorelek
trode 23C ist über die gesamte obere Fläche der Membran
20C einer festen Elektrode 24C, die an dem Pumpengehäuse
11C durch eine umlaufende Brücke 26C befestigt ist, ge
genüberliegend angeordnet. Bei Anlegen einer Gleich
spannungs-Impulsspannung deformiert das piezoelektrische
Betätigungselement 120 die Membran in einer schwingenden
Art und Weise im wesentlichen linear zur Bewirkung der
Pumpaktion zum Aufblasen der Manschette. Wenn die Mem
bran 20C von der Druckluft, die in den Pumpenraum 12C
bei dem Fehlen der pulsierenden Gleichspannung zu einer
Verlagerung veranlaßt wird, wird die bewegliche Sensore
lektrode 23C, die gemeinsam mit der Membran schwingt,
die statische Kapazität zwischen den beiden Sensorelek
troden 23C und 24C ändern, wodurch ein entsprechendes
elektrisches Signal an den Prozessor abgegeben wird. Das
piezoelektrische Betätigungselement 120 ist, wie in
Fig. 16 gezeigt, mehrschichtig aufgebaucht, mit Schich
ten 121 aus einem piezoelektrischen Material, wobei die
Elektroden 122 zwischen diesen angeordnet sind und auf
der Oberseite und der Unterseite des Aufbaus angeordnet.
Die Schichten 121 sind parallel zueinander über die An
triebsspannungsquelle verbunden. Der mehrschichtige Auf
bau ist bezüglich der Erhöhung des Betrags der Verlage
rung der Membran mit geringeren Spannungsanforderungen
vorteilhaft.
Fig. 17 zeigt eine Membran 20D, die aus einem piezo
elektrischen PZT-Material besteht und ist mit eine pie
zoelektrischen Widerstandsnetzwerk 130 versehen, das auf
der Oberseite der Membran ausgebildet ist, wobei dazwi
schen eine dielektrische Schicht 131 angeordnet ist. Das
Netzwerk besteht aus vier piezoelektrischen Widerstän
den, die unter Bildung einer Brückenschaltung miteinan
der verbunden sind, so daß sich ein Widerstand eine
Spannung ergibt, die zu der Dehnung oder Deformation,
die auf die Membran 22D aufgebracht wird, proportional
ist. Treiberelektroden 21D und 22D sind auf den gegen
überliegenden Flächen der Membran 20D ausgebildet. Die
Änderung des Widerstandes oder der Spannung wird als
Angabe des jeweiligen Drucks der unter Druck stehenden
Luft, die Membran deformiert, hergeleitet, um den systo
lischen und diastolischen Druck in derselben Weise wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel zu messen. Der pie
zoelektrische Widerstand kann entweder in Form einer zu
sätzlichen Schicht oder aber in Form eines aufgebrachten
Segments in einem dünnen Film sein. In der letzten Aus
bildungsform besteht der Widerstand vorzugsweise aus
einem Material mit einem hohen Meßstreifenwiderstand wie
Chromoxid, einem amorphen Silizium und Polisilizium.
Fig. 18 und 19 zeigen eine Membranpumpe 10E, die bei dem
Pumpensystem nach der vorliegenden Erfindung verwendet
werden kann. Die Pumpe 10 ist so ausgebildet, daß sie
die Förderleistung durch die Vorsehung von zwei piezoe
lektrischen Membranen auf gegenüberliegenden Seite eines
flachen Pumpenraums 12E erhöht. Die Membranen 20E werden
angetrieben, um sich nach außen zu verlagern und simul
tan die Außenluft durch das Einlaßventil 14E einzuziehen
und sich sodann nach innen zu verlagern, um die Luft
durch das Ausgangsventil 16E herauszuführen.
Fig. 20 und 21 zeigen eine weiteren Membranpumpe 10F,
die in gleicher Weise in dem Pumpensystem nach der vor
liegenden Erfindung zur Vergrößerung der Förderleistung
verwendet werden kann. Die Pumpe 10F weist eine einzige
piezoelektrische Membran 20F auf, die einen Pumpenraum
in zwei Unterkammern 12F aufteilt, die jeweils mit einem
Einlaßventil 14F und einem Auslaßventil 16F versehen
sind. Die Auslässe der beiden Kammern 12F sind in einem
einzigen Ausgangsweg 15F miteinander verbunden, um die
Luft zu der Manschette zu führen, wodurch die unter
Druck stehenden Luft der Manschette bei einem kleinen
Aufbau der Pumpe wirksam anzusammeln.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird
das Pumpensystem nach der vorliegenden Erfindung als zum
Pumpen von Luft zum Messen des Blutdrucks dienend erläu
tert. Dies ist lediglich beispielhaft. Das System sollte
auf diese besondere Verwendung nicht eingeschränkt wer
den und kann für unterschiedliche Fluide verwendet wer
den, ohne daß die Offenbarung erheblich zu ändern wäre.
Claims (20)
1. Ein Verfahren zum Messen des Drucks eines unter
Druck stehenden Fluids, das durch eine Membranpumpe
(10) geführt und in einem Druckraum (30) gesammelt ist,
wobei die Membranpumpe einen Pumpenraum (10) und eine
Membran (20) mit einem piezoelektrischen Element auf
weist, das durch das Anlegen einer Spannung zur Verla
gerung der Membran zum Pumpen des Fluids in den Druck
raum betätigt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Deaktivieren der Membran (20) durch Entfernen der Span nung an dem piezoelektrischen Element; um so das Pumpen des Fluids und die Ansammlung des unter Druck stehenden Fluids in dem Druckraum (30) zu beenden;
Einführen des unter Druck stehenden Fluids lediglich von dem Druckraum zurück in den Pumpenraum (12), um so eine Verlagerung der Membran durch das unter Druck ste hende Fluid zu verursachen;
Herleiten eines elektrischen Signals, das die Verlage rung der Membran angeht; und
Übertragen des elektrischen Signals in einen entspre chenden Druckwert, der den Druck des unter Druck ste henden Fluids in dem Druckraum angibt.
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Deaktivieren der Membran (20) durch Entfernen der Span nung an dem piezoelektrischen Element; um so das Pumpen des Fluids und die Ansammlung des unter Druck stehenden Fluids in dem Druckraum (30) zu beenden;
Einführen des unter Druck stehenden Fluids lediglich von dem Druckraum zurück in den Pumpenraum (12), um so eine Verlagerung der Membran durch das unter Druck ste hende Fluid zu verursachen;
Herleiten eines elektrischen Signals, das die Verlage rung der Membran angeht; und
Übertragen des elektrischen Signals in einen entspre chenden Druckwert, der den Druck des unter Druck ste henden Fluids in dem Druckraum angibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß
das elektrische Signal eine Spannung ist, die an dem
piezoelektrischen Element (20) aufgrund der Dehnung des
piezoelektrischen Elements durch die Verlagerung der
Membran unter der Wirkung des unter Druck stehenden
Fluids, das in den Pumpenraum (12) aus dem Druckraum
(30) zurückgeführt worden ist, entwickelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannung über eine vorgegebene Zeitdauer inte
griert wird, um eine integrierte Spannung zu erzeugen,
die in den Druckwert umgerechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß
das elektrische Signal auf einer statischen Kapazität
basiert, die zwischen einer festen Sensorelektrode (24;
24C) und einer beweglichen Sensorelektrode (23; 23C)
auf der Membran (20B; 20C) gebildet ist und die sich in
Antwort auf die Verlagerung der Membran unter der
Wirkung des unter Druck stehenden Fluids, das in den
Pumpenraum aus dem Druckraum zurückgeführt worden ist,
ändert.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß
das elektrische Signal sich aus einem Widerstand eines
piezoelektrischen Widerstandsnetzwerks (130) ergibt,
das auf der Membran (20D) angeordnet ist und dessen
Widerstand sich in Antwort auf die Verlagerung der
Membran unter der Wirkung des unter Druck stehenden
Fluids, das aus dem Druckraum in dem Pumpenraum zurück
geführt worden ist, ändert.
6. Ein Miniatur-Pumpensystem zum Ansammeln eines unter
Druck stehenden Fluids in einem Druckraum (30), das die
Möglichkeit der Messung des Drucks des unter Druck ste
henden Fluids hat, gekennzeichnet durch:
eine Pumpe (10) mit einem Pumpenraum (12) und einer Membran (20), die den Pumpenraum abdeckt, wobei die Membran ein piezoelektrischen Element aufweist, das die Membran in Antwort auf eine Spannung, die auf das piezoelektrische Element aufgebracht wird, verlagert, um ein Fluid in den Pumpenraum zu ziehen und in den Druckraum einzuführen, um ein sich ergebendes unter Druck stehendes Fluid in dem Druckraum anzusammeln;
Rückführmittel (31, 32), die es dem unter Druck stehen den Fluid erlauben, aus dem Druckraum in den Pumpenraum zurückzuströmen, während das Fluid daran gehindert wird, den Pumpenraum zu erreichen;
Steuermittel (50) die einen Meßzyklus bilden und innerhalb des Meßzyklus das piezoelektrische Element deaktivieren, um die Betätigung der Membran zu beenden, während es zu demselben Zeitpunkt das Rückführmittel aktiviert, um das unter Druck stehende Fluid zurück aus dem Druckraum in den Pumpenraum zu führen, um die Mem bran durch das eingeführte, unter Druck stehende Fluid zu verlagern; und
Verarbeitungsmittel (60), die ein elektrisches Signal erzeugen, das durch die Verlagerung der Membran inner halb des Meßzyklus verursacht wird und ein elektrisches Signal in einen entsprechenden Druckwert umwandelt, der dem Druck des unter Druck stehenden Fluids in dem Druckraum entspricht.
eine Pumpe (10) mit einem Pumpenraum (12) und einer Membran (20), die den Pumpenraum abdeckt, wobei die Membran ein piezoelektrischen Element aufweist, das die Membran in Antwort auf eine Spannung, die auf das piezoelektrische Element aufgebracht wird, verlagert, um ein Fluid in den Pumpenraum zu ziehen und in den Druckraum einzuführen, um ein sich ergebendes unter Druck stehendes Fluid in dem Druckraum anzusammeln;
Rückführmittel (31, 32), die es dem unter Druck stehen den Fluid erlauben, aus dem Druckraum in den Pumpenraum zurückzuströmen, während das Fluid daran gehindert wird, den Pumpenraum zu erreichen;
Steuermittel (50) die einen Meßzyklus bilden und innerhalb des Meßzyklus das piezoelektrische Element deaktivieren, um die Betätigung der Membran zu beenden, während es zu demselben Zeitpunkt das Rückführmittel aktiviert, um das unter Druck stehende Fluid zurück aus dem Druckraum in den Pumpenraum zu führen, um die Mem bran durch das eingeführte, unter Druck stehende Fluid zu verlagern; und
Verarbeitungsmittel (60), die ein elektrisches Signal erzeugen, das durch die Verlagerung der Membran inner halb des Meßzyklus verursacht wird und ein elektrisches Signal in einen entsprechenden Druckwert umwandelt, der dem Druck des unter Druck stehenden Fluids in dem Druckraum entspricht.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Membran (20) aus dem piezoelektrischen Element besteht, um so eine Spannung in Folge der Dehnung durch die Verlagerung der Membran innerhalb des Meßzyklus zu erzeugen, und
das Verarbeitungsmittel (30) die Spannung als das elek trische Signal zur Bestimmung des Drucks des unter Druck stehenden Fluids bestimmt.
die Membran (20) aus dem piezoelektrischen Element besteht, um so eine Spannung in Folge der Dehnung durch die Verlagerung der Membran innerhalb des Meßzyklus zu erzeugen, und
das Verarbeitungsmittel (30) die Spannung als das elek trische Signal zur Bestimmung des Drucks des unter Druck stehenden Fluids bestimmt.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das piezoelektrische Element der Membran einen zusam mengesetzten Aufbau, bestehend aus einem ersten piezoe lektrischen Material und einem zweiten piezoelektri schen Material, das mit dem ersten piezoelektrischen Material vermischt ist, hat, und
das erste piezoelektrische Material eine piezoelektri sche Dehnungskonstante (d33) hat, die größer als die des zweiten piezoelektrischen Materials ist, wobei das erste piezoelektrische Material eine Spannungsausgangs konstante (g33) hat, die kleiner als diejenige des zweiten piezoelektrischen Materials ist.
das piezoelektrische Element der Membran einen zusam mengesetzten Aufbau, bestehend aus einem ersten piezoe lektrischen Material und einem zweiten piezoelektri schen Material, das mit dem ersten piezoelektrischen Material vermischt ist, hat, und
das erste piezoelektrische Material eine piezoelektri sche Dehnungskonstante (d33) hat, die größer als die des zweiten piezoelektrischen Materials ist, wobei das erste piezoelektrische Material eine Spannungsausgangs konstante (g33) hat, die kleiner als diejenige des zweiten piezoelektrischen Materials ist.
9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Membran (20B; 20C) eine bewegliche Sensorelektrode (23; 23C) hat, die gemeinsam mit der Membran verlagert wird, und einer festen Sensorelektrode (24, 24C) gegen überliegt, um so eine statische Kapazität zwischen der beweglichen und der festen Sensorelektrode zu ändern, wenn die Membran dazu veranlaßt wird, sich innerhalb des Meßzyklus zu verlagern, und
das Verarbeitungsmittel die statische Kapazität als das elektrische Signal zur Bestimmung des Drucks des unter Druck stehenden Fluids verwendet.
die Membran (20B; 20C) eine bewegliche Sensorelektrode (23; 23C) hat, die gemeinsam mit der Membran verlagert wird, und einer festen Sensorelektrode (24, 24C) gegen überliegt, um so eine statische Kapazität zwischen der beweglichen und der festen Sensorelektrode zu ändern, wenn die Membran dazu veranlaßt wird, sich innerhalb des Meßzyklus zu verlagern, und
das Verarbeitungsmittel die statische Kapazität als das elektrische Signal zur Bestimmung des Drucks des unter Druck stehenden Fluids verwendet.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Membran (20B) eben ausgebildet ist und an ihrem Um fang von einem Gehäuse (11B) der Pumpe (10B) um den Pumpenraum (12B) derart getragen wird, daß ein mittle rer beweglicher Teil den Pumpvorgang bewirkt und der äußere ortsfeste Teil mit dem Gehäuse verbunden ist,
die bewegliche Sensorelektrode (23) sich über im we sentlichen die gesamte Fläche auf einer Seite der Mem bran erstreckt, wobei eine dielektrische Schicht (25) dazwischen angeordnet ist, und
die feste Sensorelektrode 24 eben ausgebildet ist und an dem Gehäuse so ausgebildet ist, daß ein Spalt mit der beweglichen Sensorelektrode auf der Membran ausge bildet wird.
die Membran (20B) eben ausgebildet ist und an ihrem Um fang von einem Gehäuse (11B) der Pumpe (10B) um den Pumpenraum (12B) derart getragen wird, daß ein mittle rer beweglicher Teil den Pumpvorgang bewirkt und der äußere ortsfeste Teil mit dem Gehäuse verbunden ist,
die bewegliche Sensorelektrode (23) sich über im we sentlichen die gesamte Fläche auf einer Seite der Mem bran erstreckt, wobei eine dielektrische Schicht (25) dazwischen angeordnet ist, und
die feste Sensorelektrode 24 eben ausgebildet ist und an dem Gehäuse so ausgebildet ist, daß ein Spalt mit der beweglichen Sensorelektrode auf der Membran ausge bildet wird.
11. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Membran (20C) eben ausgebildet ist und an ihrem Umfang einen Ring (120) des piezoelektrischen Elements trägt, durch den die Membran an einem Gehäuse (11C) der Pumpe (10C) um den Pumpenraum (12C) umlaufend getragen wird,
das piezoelektrische Element (120) zur Verlagerung der Membran (20C) im wesentlichen linear in einer Richtung der Änderung eines Spaltes zwischen der beweglichen und der festen Sensorelektrode (33C; 34C) bewirkt wird, wodurch das Volumen des Pumpenraums geändert wird;
die bewegliche Sensorelektrode (23C) sich über im we sentlichen die Gesamtfläche auf einer Seite der Membran erstreckt, und
die feste Sensorelektrode (24C) eben ausgebildet ist und an dem Gehäuse (11C) befestigt ist.
die Membran (20C) eben ausgebildet ist und an ihrem Umfang einen Ring (120) des piezoelektrischen Elements trägt, durch den die Membran an einem Gehäuse (11C) der Pumpe (10C) um den Pumpenraum (12C) umlaufend getragen wird,
das piezoelektrische Element (120) zur Verlagerung der Membran (20C) im wesentlichen linear in einer Richtung der Änderung eines Spaltes zwischen der beweglichen und der festen Sensorelektrode (33C; 34C) bewirkt wird, wodurch das Volumen des Pumpenraums geändert wird;
die bewegliche Sensorelektrode (23C) sich über im we sentlichen die Gesamtfläche auf einer Seite der Membran erstreckt, und
die feste Sensorelektrode (24C) eben ausgebildet ist und an dem Gehäuse (11C) befestigt ist.
12. Das System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß
das piezoelektrische Element (120) mehrschichtig auf gebaut ist, bestehend aus Schichten (121) aus einem piezoelektrischen Material, das parallel zueinander über die Antriebsspannungsquelle verbunden ist.
das piezoelektrische Element (120) mehrschichtig auf gebaut ist, bestehend aus Schichten (121) aus einem piezoelektrischen Material, das parallel zueinander über die Antriebsspannungsquelle verbunden ist.
13. Das System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß
die Membran (20D) auf ihrer Fläche mit einem piezoelek trischen Widerstandsnetzwerk (130) ausgebildet ist, das einen sich in Antwort auf die Verlagerung der Membran innerhalb des Meßzyklus ändernden Widerstand hat, wobei das Verarbeitungsmittel den Widerstand als ein elektri sches Signal zur Bestimmung des Druckwertes des unter Druck stehenden Fluids herleitet.
die Membran (20D) auf ihrer Fläche mit einem piezoelek trischen Widerstandsnetzwerk (130) ausgebildet ist, das einen sich in Antwort auf die Verlagerung der Membran innerhalb des Meßzyklus ändernden Widerstand hat, wobei das Verarbeitungsmittel den Widerstand als ein elektri sches Signal zur Bestimmung des Druckwertes des unter Druck stehenden Fluids herleitet.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß
das piezoelektrische Widerstandsnetzwerk (130) so aus gebildet ist, daß es auf die Membran aufgebracht ist.
das piezoelektrische Widerstandsnetzwerk (130) so aus gebildet ist, daß es auf die Membran aufgebracht ist.
15. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Fluid Luft ist und die Pumpe (10) mit einem aktiven Ablaßventil (18) versehen ist, die dazu in der Lage ist, betätigt zu werden, um den Pumpenraum zu dem atmo sphärischen Druck zu öffnen, und
das Steuermittel (50) das Ablaßventil betätigt, um die ses unmittelbar vor der Aktivierung des Rückstellmit tels (32) zu öffnen, um die unter Druck stehende Luft zurück aus dem Druckraum in den Pumpenraum einzuführen.
das Fluid Luft ist und die Pumpe (10) mit einem aktiven Ablaßventil (18) versehen ist, die dazu in der Lage ist, betätigt zu werden, um den Pumpenraum zu dem atmo sphärischen Druck zu öffnen, und
das Steuermittel (50) das Ablaßventil betätigt, um die ses unmittelbar vor der Aktivierung des Rückstellmit tels (32) zu öffnen, um die unter Druck stehende Luft zurück aus dem Druckraum in den Pumpenraum einzuführen.
16. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Fluid Luft ist und die Pumpe (10A) mit einem Ein laßventil (14A) an dem Einlaß der Pumpe zum Ziehen von Luft und mit einem Auslaßventil (16A) an dem Auslaß der Pumpe zum Führen der Luft in den Druckraum versehen ist, und
das Einlaßventil und das Auslaßventil Mikroventile sind mit einer Ventilöffnung von nicht mehr als 0,5 mm im Durchmesser und mit einer Öffnungs/Schließ-Zeit von nicht mehr als 1 sec. Arbeiten.
das Fluid Luft ist und die Pumpe (10A) mit einem Ein laßventil (14A) an dem Einlaß der Pumpe zum Ziehen von Luft und mit einem Auslaßventil (16A) an dem Auslaß der Pumpe zum Führen der Luft in den Druckraum versehen ist, und
das Einlaßventil und das Auslaßventil Mikroventile sind mit einer Ventilöffnung von nicht mehr als 0,5 mm im Durchmesser und mit einer Öffnungs/Schließ-Zeit von nicht mehr als 1 sec. Arbeiten.
17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß
das Einlaßventil (14A) und das Auslaßventil (16A) betriebsmäßig mit einem piezoelektrischen Betätigungs element verbunden sind, um von diesem zum Öffnung und Schließen betrieben zu werden.
das Einlaßventil (14A) und das Auslaßventil (16A) betriebsmäßig mit einem piezoelektrischen Betätigungs element verbunden sind, um von diesem zum Öffnung und Schließen betrieben zu werden.
18. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
mehr als eine der Membranen (20E) den Pumpenraum (12E)
umgibt.
19. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Membran (20F) den Pumpenraum in zwei Unterkammern (12F) aufteilt, die jeweils mit einem Einlaß zum Ziehen des Fluids und einem Auslaß zum Speisen des Fluids in den Druckraum versehen ist, und
die beiden Auslässe mit den Unterkammern miteinander verbunden sind, um das Fluid von den Unterkammern in den Druckraum zu speisen.
die Membran (20F) den Pumpenraum in zwei Unterkammern (12F) aufteilt, die jeweils mit einem Einlaß zum Ziehen des Fluids und einem Auslaß zum Speisen des Fluids in den Druckraum versehen ist, und
die beiden Auslässe mit den Unterkammern miteinander verbunden sind, um das Fluid von den Unterkammern in den Druckraum zu speisen.
20. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Fluid Luft ist und der Druckraum eine Manschette (30) zum Schließen einer Arterie des menschlichen Kör pers ist,
das Verarbeitungsmittel (20) weiter Pulswellendiskrimi nierungsmittel (62) aufweist, die eine Impulswelle beobachten, die in der unter Druck stehenden Luft innerhalb des Meßzyklus auftritt, um so das Auftreten einer Systole und einer Diastole zu erkennen und systo lische und diastolische Signale bei Erkennen der Systo le bzw. der Diastole zu schaffen, und
das Verarbeitungsmittel (60) die Druckwerte den systo lischen und diastolischen Signalen zum Angeben des systolischen bzw. des diastolischen Drucks zuordnet.
das Fluid Luft ist und der Druckraum eine Manschette (30) zum Schließen einer Arterie des menschlichen Kör pers ist,
das Verarbeitungsmittel (20) weiter Pulswellendiskrimi nierungsmittel (62) aufweist, die eine Impulswelle beobachten, die in der unter Druck stehenden Luft innerhalb des Meßzyklus auftritt, um so das Auftreten einer Systole und einer Diastole zu erkennen und systo lische und diastolische Signale bei Erkennen der Systo le bzw. der Diastole zu schaffen, und
das Verarbeitungsmittel (60) die Druckwerte den systo lischen und diastolischen Signalen zum Angeben des systolischen bzw. des diastolischen Drucks zuordnet.
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