DE19960257C1 - Ergospirometry system for animals, especially horses, camels or the like - Google Patents

Ergospirometry system for animals, especially horses, camels or the like

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Ralf Henker
Claus-Peter Kretschmer
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ergospirometriesystem für Tiere, insbesondere Pferde, Kamele oder dergleichen, umfassend eine trichterförmige, zylindrische oder halbkugelförmige Atemgasmaske, Gasvolumenstrom- oder Mengensensor sowie eine Meßeinheit mit Sensoren zur Bestimmung der CO¶2¶/O¶2¶-Konzentration im Atemgas nach dem Mischkammer- oder Breath-by-Breath-Prinzip und Anschluß- und/oder Signalübertragungsmittel zur Meßwert-Weiterverarbeitung, -Darstellung und/oder -Analyse in einer Basisstation. Erfindungsgemäß sind an der Atemgasmaske Mittel zur Befestigung eines von der Maske lösbaren Volumenstromsensorgehäuses vorgesehen. Das Volumenstromsensorgehäuse weist Strömungskammern auf, wobei die Strömungskammern jeweils Öffnungen umfassen, welche einerseits in Strömungskontakt mit zugehörigen Öffnungen der Maske und andererseits zur Umgebung stehen. Weiterhin sind innerhalb der Strömungskammern durch in Strömungsrichtung verlaufende, parallel und beabstandet angeordnete Blenden Strömungskanäle gebildet, wobei die Blenden versetzt ausgebildete Öffnungen vorgebbaren Querschnitts besitzen, deren Schwer- oder Mittelpunkte im wesentlichen auf einer gedachten Verbindungslinie liegen. An den Endpunkten der gedachten Linien sind Ultraschllwandler zur Bestimmung des Volumenstroms befindlich, wobei die Schallkeule der Wandler im wesentlichen entlang der Verbindungslinie verläuft. Darüber hinaus wird eine spezielle Pneumatiksteuerung für Anwendung beim Mischkammer-Prinzip und ...The invention relates to an ergospirometry system for animals, especially horses, camels or the like, comprising a funnel-shaped, cylindrical or hemispherical breathing gas mask, gas volume flow or volume sensor and a measuring unit with sensors for determining the CO¶2¶ / O¶2¶ concentration in the breathing gas the mixing chamber or breath-by-breath principle and connection and / or signal transmission means for further processing, display and / or analysis of measured values in a base station. According to the invention, means for attaching a volume flow sensor housing that can be detached from the mask are provided on the breathing gas mask. The volume flow sensor housing has flow chambers, the flow chambers each comprising openings which, on the one hand, are in flow contact with associated openings in the mask and, on the other hand, are in the vicinity. Furthermore, flow channels are formed within the flow chambers by means of orifices arranged in the flow direction, arranged in parallel and at a distance, the orifices having staggered openings of predeterminable cross section, the centers of gravity or centers of which lie essentially on an imaginary connecting line. Ultrasonic transducers for determining the volume flow are located at the end points of the imaginary lines, the sound lobe of the transducers essentially running along the connecting line. In addition, a special pneumatic control for use with the mixing chamber principle and ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Ergospirometriesystem für Tiere, insbesondere Pferde, Kamele oder dergleichen, umfassend eine trichterförmige, zylindrische oder halbkugelförmige Atemgas­ maske, Gasvolumenstrom- oder Mengensensor sowie eine Meßeinheit mit Sensoren zur Bestimmung der CO2/O2-Konzentration im Atemgas nach dem Mischkammer- oder Breath-by-Breath-Prinzip und An­ schluß- und/oder Signalübertragungsmittel zur Meßwert-Weiter­ verarbeitung, -Darstellung und/oder -Analyse in einer Basis­ station, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an ergospirometry system for animals, especially horses, camels or the like, comprising a funnel-shaped, cylindrical or hemispherical breathing gas mask, gas volume flow or quantity sensor and a measuring unit with sensors for determining the CO 2 / O 2 concentration in the breathing gas after the mixing chamber. or breath-by-breath principle and connection and / or signal transmission means for further processing, display and / or analysis of measured values in a base station, according to the preamble of claim 1.

Mobile Ergospirometriegeräte, z. B. für Belastungsuntersuchungen beim Menschen außerhalb des Labors sind seit einigen Jahren bekannt. Mit Hilfe derartiger mobiler Systeme lassen sich Analysen direkt auf dem Sport- oder am Arbeitsplatz unter natürlichen Bedingungen und Belastungssituationen durchführen. Über Telemetrieeinheiten werden die Meßdaten in Echtzeit an einen Personal-Computer oder ein Notebook übertragen, wobei eine entsprechende Steuerung des Trainings- oder Übungsverlaufs nach Auswertung der Daten möglich ist. Durch derartige Geräte wurden neue Anwendungsgebiete in der Leistungsdiagnostik, in Arbeits-, Sport- und der Rehabilitationsmedizin erschlossen.Mobile ergospirometry devices, e.g. B. for stress tests in humans outside the laboratory for several years known. With the help of such mobile systems Analyzes directly on the sports or at the workplace perform natural conditions and stressful situations. The measurement data are displayed in real time via telemetry units transfer a personal computer or a notebook, where appropriate control of the training or exercise course after evaluation of the data is possible. Through such devices new areas of application in performance diagnostics, in Occupational, sports and rehabilitation medicine developed.

Aus der PCT-WO 98/53732 ist ein tragbares Ergospirometriesystem mit einer Telemetrie-Datenübertragungseinheit bekannt. Mit der dort gezeigten Anordnung sollen individuelle Parameter hin­ sichtlich der Sauerstoffaufnahme und der Kohlendioxidproduktion erfaßbar, d. h. eine Atemanalyse in Verbindung mit der Bestim­ mung des Herzrhythmus unter natürlichen Umgebungsbedingungen des Menschen möglich sein.PCT-WO 98/53732 is a portable ergospirometry system known with a telemetry data transmission unit. With the The arrangement shown there is intended to indicate individual parameters visibly the oxygen uptake and the carbon dioxide production  detectable, d. H. a breath analysis in connection with the Bestim heart rhythm under natural environmental conditions of man be possible.

Gemäß der bekannten Lehre besitzt eine tragbare Einheit, die am Probanden befestigt ist, neben einer Atemmaske eine Gasanalyse- Einrichtung zur Bestimmung der O2- und CO2-Werte des Meßgases. Weiterhin ist dort ein Herzfrequenz-Monitor vorgesehen, wobei die Meßwerte einem Mikroprozessor zugeführt werden, der Bestandteil der tragbaren Einheit ist. Die Meßwerte werden in einem internen Speicher abgelegt und über eine Telemetrie­ strecke zu einem Telemetrieempfänger übertragen, der wiederum mit einem Personal-Computer-System in Verbindung steht.According to the known teaching, a portable unit, which is attached to the test subject, has, in addition to a breathing mask, a gas analysis device for determining the O 2 and CO 2 values of the measurement gas. A heart rate monitor is also provided there, the measured values being fed to a microprocessor which is part of the portable unit. The measured values are stored in an internal memory and transmitted via a telemetry route to a telemetry receiver, which in turn is connected to a personal computer system.

Mobile Ergospirometriesysteme und die dort vorhandene Technik insbesondere zur Bestimmung des Volumenstroms bei menschlichen Probanden lassen sich nicht ohne weiteres für veterinärdiagno­ stische Zwecke anwenden oder übertragen.Mobile ergospirometry systems and the technology available there especially for determining the volume flow in human Subjects are not readily available for veterinary diagnosis Apply or transfer political purposes.

Beispielsweise verändert sich bei Pferden die Atemzugsanzahl pro Minute ausgehend von einem Ruhewert im Bereich von 10 bis 14 bei Belastung auf bis maximal 120 bis 150 Atemzüge mit der Folge erheblicher, variierender Volumenströme. Darüber hinaus tragen Tiere einen wesentlich höheren Feuchteanteil aus, wodurch eingesetzte Sensoren bedingt durch Feuchteablagerungen beschädigt oder in der Funktion beeinträchtigt werden können, mit der Folge unzureichender Meßergebnisse oder mangelnder Zuverlässigkeit derartiger Geräte.For example, the number of breaths changes in horses per minute based on a rest value in the range of 10 to 14 with a load of up to a maximum of 120 to 150 breaths with the Result of considerable, varying volume flows. Furthermore animals carry a much higher moisture content, whereby sensors used due to moisture deposits damaged or impaired in function, with the result of inadequate measurement results or insufficient Reliability of such devices.

Weiterhin kann bei Anwendung des Mischkammer-Prinzips eine notwendige Pumpe für den Pneumatikkreislauf der in der Regel viel höheren Atemfrequenz der Tiere nicht oder nicht aus­ reichend folgen, wobei zusätzlich die Gefahr besteht, daß der im Absaugschlauch, welcher zwischen Volumenstromsensor und Pumpe angeordnet ist, entstehende Unterdruck wegen der Atemfrequenz und der größeren Länge kritische Werte erreicht, wobei hier die Gefahr besteht, daß nach Beendigung der Expirationsphase Umgebungsluft angesaugt wird und eine Meßwerteverfälschung eintritt.Furthermore, when using the mixing chamber principle, a necessary pump for the pneumatic circuit of the much higher respiratory rate of the animals not or not out follow sufficiently, with the additional risk that the in the suction hose, which is between the volume flow sensor and Pump is arranged, resulting negative pressure because of Respiratory rate and the greater length reached critical values, where there is a risk that after termination of the Expiration phase is sucked in ambient air and a Falsification of measured values occurs.

Aus der US PS 4,546,768 ist eine Inhalationsvorrichtung für Tiere, insbesondere Pferde bekannt. Die dortige Vorrichtung umfaßt eine Maske, die mit einer Verdampfungseinrichtung in Verbindung gebracht werden kann. Der Verdampfer selbst arbeitet im Rhythmus der Atmungszyklen. Eine solche Atemmaske ist jedoch nicht für ein Ergospirometriesystem geeignet, da keine reproduzierbaren Strömungsverhältnisse für die notwendige Sensorik gegeben sind.From US Pat. No. 4,546,768 is an inhalation device for Animals, especially horses, are known. The device there includes a mask that is integrated with an evaporator Can be connected. The evaporator itself works in the rhythm of the breathing cycles. Such a breathing mask is not suitable for an ergospirometry system, however no reproducible flow conditions for the necessary sensors are given.

Bei der Atemmaske für Pferde gemäß US PS 4,273,119 handelt es sich um einen Filter zum Schutz gegen Insekten. Eine solche Maske ist nicht für eine medizinische Datenerfassung geeignet.The breathing mask for horses according to US Pat. No. 4,273,119 is a filter to protect against insects. Such Mask is not for medical data collection suitable.

Aus der WO 94/11733 ist ein System zur Messung der Gasemission bei einem Großtier vorbekannt. Konkret wird eine Gasanalyse auf der Basis einer Probenentnahme vorgenommen. Ergospirometrische Messungen können mit einer solchen Anordnung jedoch nicht durchgeführt werden.WO 94/11733 describes a system for measuring the Known gas emission from a large animal. One becomes concrete Gas analysis based on sampling. Ergospirometric measurements can be done with such However, the arrangement cannot be carried out.

Grundsätzlich sind Ergospirometriesysteme zur Anwendung beim Menschen auf der Basis einer Ultraschallmessung und zur Analyse des Atemgases bekannt. Hier wird beispielsweise auf die US PS 5,645,071 verwiesen. Die dort gezeigte Lehre gibt jedoch keinerlei Anregungen die bekannte Technik so auszugestalten, daß diese ohne weiteres für Großtiere, insbesondere Pferde eingesetzt werden kann.In principle, ergospirometry systems are used for People based on an ultrasound measurement and for Analysis of the breathing gas known. Here, for example referred to US Pat. No. 5,645,071. The teaching shown there gives however no suggestions the known technology so to design that these can easily be used for large animals, especially horses can be used.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Ergospirometriesystem für Tiere, insbesondere Pferde, Kamele oder dergleichen anzugeben, welches von einer Meßeinheit mit Sensoren zur Bestimmung der CO2/O2-Konzentration im Atemgas und einem speziellen Gasvolumen- oder Mengensensor ausgeht, wobei weiterhin Anschluß- und/oder Signalübertragungsmittel zur Meßwert-Weiterverarbeitung, -Darstellung und/oder -Analyse vorgesehen sind; bei dem es gilt, bedingt durch die speziellen Gegebenheiten hinsichtlich insbesondere der Atemfrequenz und des notwendigen Abstands zwischen der Anordnung eines Volumensensors und der Meßeinheit mit den Sensoren zur Bestimmung der CO2/O2-Konzentration eine Lösung zu finden, die auch dann für exakte Meßwerte Sorge trägt, wenn Nässe und Verschmutzung, die vom Tier herrühren, beim Atmen in einen Strömungskörper gelangen, welcher den Volumensensor aufweist, oder wenn derartige Verschmutzungen beim Einatmen aufgenommen werden.From the above, it is therefore an object of the invention to provide an ergospirometry system for animals, in particular horses, camels or the like, which is based on a measuring unit with sensors for determining the CO 2 / O 2 concentration in the breathing gas and a special gas volume or quantity sensor, connection and / or signal transmission means are further provided for further processing, display and / or analysis of measured values; where it is necessary to find a solution due to the special circumstances with regard in particular to the respiratory rate and the necessary distance between the arrangement of a volume sensor and the measuring unit with the sensors for determining the CO 2 / O 2 concentration, which then also provides exact measured values Care is to be taken if moisture and pollution, which come from the animal, get into a flow body which has the volume sensor when breathing, or if such pollution is absorbed during inhalation.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, und die Unteransprüche geben zweckmäßige Ausführungsarten der Erfindung an, insbesondere auch mit Blick auf die Pneumatik­ steuerung für ein Mischkammer-Meßprinzip.This object is achieved with the subject matter of claim 1, and the subclaims give expedient embodiments of the Invention, especially with a view to pneumatics control for a mixing chamber measuring principle.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht dabei darin, bei dem Ergospirometriesystem für Tiere an der Atemgasmaske Mittel zum Befestigen eines von der Maske lösbaren Volumenstromsensorgehäuses vorzusehen. Diese Befestigungsmittel können form- und/oder kraftschlüssig, z. B. nach dem Snap-in- Prinzip ausgebildet sein, so daß vor Ort zunächst in einfacher Weise die Maske am Tier fixiert und abgedichtet werden kann, um dann in einem nächsten Schritt das Sensorgehäuse mit seinen elektrischen bzw. pneumatischen Anschlüssen an der Maske sicher zu fixieren.The basic idea of the invention is that Ergospirometry system for animals on the breathing gas mask Attach one that is detachable from the mask To provide volume flow sensor housing. These fasteners can be positive and / or non-positive, e.g. B. after the snap-in Principle be designed so that on site first in simpler Way the mask can be fixed and sealed to the animal then in a next step the sensor housing with its electrical or pneumatic connections to the mask to fix.

Auch ohne Wechsel der Atemgasmaske soll ein schneller und einfacher Austausch des Volumenstromsensorgehäuses entsprechend den jeweiligen Versuchsbedingungen möglich sein.Even without changing the breathing gas mask, a quick and easy simple replacement of the volume flow sensor housing accordingly the respective test conditions.

Die Anwendung des Mischkammer-Prinzips stellt dabei sicher, daß nicht unerwünscht Umgebungsluft angesaugt wird oder daß ein per se eine gewisse Trägheit aufweisendes Pneumatiksystem zu Meßwert- Verfälschungen führt, wenn die Atemfrequenz bei Belastung des Tieres erhöht ist.The application of the mixing chamber principle makes sure that not undesirable Ambient air is sucked in or that a per se a certain Pneumatic system with inertia for measured value Adulteration results when the respiratory rate during exercise Animal is elevated.

Der zum Ergospirometriesystem gehörende Volumenstromsensor ist demnach geeignet, unter realen Umweltbedingungen sowohl in Ruhestellung als auch bei Bewegung des Tieres auf einem Laufband oder natürlicher Bewegung über kurze und längere Zeiten exakte Meßwerte zu liefern. The volume flow sensor belonging to the ergospirometry system is therefore suitable under real environmental conditions both at rest and when the animal is moving a treadmill or natural movement over short and deliver exact measurements for longer times.  

Das vorgestellte Volumenstromsensorgehäuse weist mindestens eine Strömungskammer auf, wobei die Strömungskammer jeweils Öffnungen umfaßt, die einerseits im Strömungskontakt mit der oder den zugehörigen Öffnungen der Maske und andererseits zur Umgebung hin stehen.The volume flow sensor housing presented has at least a flow chamber, the flow chamber each Includes openings that are in flow contact with the one hand or the associated openings of the mask and on the other hand for Stand around.

Innerhalb der Strömungskammern werden durch in Strömungsrich­ tung verlaufende, parallel und beabstandet angeordnete Blenden Strömungskanäle gebildet. Die Blenden besitzen versetzt ausge­ bildete Öffnungen vorgebbaren Querschnitts, bevorzugt kreisrund oder elliptisch. Die Schwer- oder Mittelpunkte der Öffnungen verlaufen im wesentlichen auf einer gedachten Verbindungslinie, die sich wiederum bevorzugt diagonal in der jeweiligen Kammer ausrichtet.Within the flow chambers are in through flow direction, parallel and spaced panels Flow channels formed. The bezels are offset formed openings of predetermined cross-section, preferably circular or elliptical. The center of gravity or center of the openings run essentially on an imaginary connecting line, which in turn are preferably diagonal in the respective chamber aligns.

An den Endpunkten der gedachten Linie sind Ultraschallwandler zur Bestimmung des Volumenstrom befindlich, wobei die Schall­ keule der Wandler im wesentlichen entlang der Verbindungslinie verläuft.Ultrasonic transducers are located at the end points of the imaginary line to determine the volume flow, the sound club the transducers essentially along the connecting line runs.

Die Wandler sind jeweils abwechselnd in einer Betriebsart als Sender oder Empfänger geschaltet, wodurch der Einfluß von Störgrößen gemindert und Meßfehler eliminiert werden können. The converters are alternately in one mode as Transmitter or receiver switched, whereby the influence of Interferences can be reduced and measurement errors can be eliminated.  

Mit Hilfe der die Strömungskanäle bildenden Blenden wird das vorbeiströmende Atemgas gleichgerichtet bzw. homogenisiert, bleibt aber turbulent, ohne daß unerwünschte Verwirbelungen auftreten. Weiterhin dienen die Blenden mit ihren Öffnungen einer gezielten Beeinflussung der Ausbreitung des Ultraschall­ signals mit der Folge, daß unerwünschte Reflexionen unterdrückt bzw. ausgeblendet werden. Durch Steuerung des zeitlichen Verlaufs der Ultraschallsignale und eine hierauf abgestellte Signalanalyse verbessert sich die Aussagegenauigkeit der Volumenstrom-Informationen, welche eine Voraussetzung für die objektive Meßwerterfassung sind.With the help of the diaphragms forming the flow channels, this becomes breathing gas flowing past is rectified or homogenized, remains turbulent, however, without unwanted turbulence occur. The apertures also serve with their openings a targeted influence on the spread of the ultrasound signals with the result that unwanted reflections are suppressed or hidden. By controlling the temporal Course of the ultrasound signals and one based thereon Signal analysis improves the accuracy of the information Volume flow information, which is a prerequisite for the are objective measured value acquisition.

Durch Auswahl der Ultraschallfrequenz und Aufbringen einer widerstandsfähigen, schmutz- und wasserabweisenden Ober­ flächenbeschichtung der Wandler gelingt es, ausreichend hohe Schallenergie zu erzeugen bzw. die Selektivität der Wandler zu sichern, so daß unweigerliche Veschmutzungen auf den Ultra­ schallwandlern das Meßergebnis nicht oder nur unwesentlich verfälschen. Beispielsweise kann eine solche Beschichtung aus Polytetrafluorethylen, einem partiell aromatischen Polyamid oder einem ähnlichen Material bestehen. Die Arbeitsfrequenz der Wandler liegt im Bereich von im wesentlichen 350 bis 500 kHz, vorzugsweise bei 400 bis 450 KHz.By selecting the ultrasound frequency and applying one resistant, dirt and water repellent upper The surface coating of the transducers is sufficiently high To generate sound energy or the selectivity of the transducers secure so that inevitable contamination on the Ultra transducers do not or only insignificantly the measurement result distort. For example, such a coating can be made from Polytetrafluoroethylene, a partially aromatic polyamide or a similar material. The working frequency of the Converter is in the range of essentially 350 to 500 kHz, preferably at 400 to 450 KHz.

Die Atemgasmaske ist derart abgedichtet am Kopf des Tieres angebracht, daß der Atemgasstrom ausschließlich zu und über den im Volumenstromsensorgehäuse vorgesehenen Strömungskammern führt, wobei zwischen dem Volumenstromsensorgehäuse und der Maske weitere Dichtmittel oder Dichtflächen vorgesehen sein können.The breathing gas mask is sealed on the head in this way the animal attached that the respiratory gas flow exclusively to and over the provided in the volume flow sensor housing Flow chambers leads, being between the Volume flow sensor housing and the mask further sealant or sealing surfaces can be provided.

Die Ultraschallwandler sind mit dem umgebenden Gehäuse des Volumenstromsensors stoff- und/oder formschlüssig verbunden, wobei bevorzugt die eingesetzten Wandler eine gering dimensionierte Wandlerfläche mit einer Strahlungskeule kleinen Öffnungswinkels aufweisen. The ultrasonic transducers are connected to the surrounding housing Volume flow sensor connected in a material and / or form-fitting manner, preferably the converters used are low dimensioned transducer area with a small radiation lobe Have opening angle.  

Die Blenden innerhalb der Strömungskammern besitzen eine geringe, strömungsoptimierte Dicke und eine weitgehend ebene, glatte Oberfläche. Bevorzugt kommt Edelstahlmaterial mit einer Breite im Bereich von 0,15 bis 0,45 mm, bevorzugt 0,2 bis 0,4 mm zum Einsatz.The orifices within the flow chambers have one low, flow-optimized thickness and a largely flat, smooth surface. Stainless steel material preferably comes with a Width in the range of 0.15 to 0.45 mm, preferably 0.2 to 0.4 mm for use.

Innerhalb des Volumenstromsensorgehäuses ist eine Signalvorverarbeitungs-Elektronik zur Ansteuerung der Wandler und zur Bestimmung des Volumenflusses angeordnet, wobei die derartig vorverarbeiten, nunmehr unkritischeren Signale über eine entsprechende elektrische Verbindung zur Meßeinheit übertragbar sind.There is a inside the volume flow sensor housing Signal preprocessing electronics to control the converter and arranged to determine the volume flow, the preprocessed in this way, now using less critical signals a corresponding electrical connection to the measuring unit are transferable.

Am Volumenstromsensorgehäuse ist ein Gasabsaug-Anschlußstutzen zur Herstellung einer Verbindung mit dem Zweck des Gastransports in die abgesetzt angeordnete Meßeinheit vorgesehen.There is a gas extraction connection piece on the volume flow sensor housing to establish a connection with the purpose of Gas transport into the remote measuring unit intended.

Das Volumenstromsensorgehäuse selbst kann aus Kunststoff gefertigt sein und besitzt eine im wesentlichen symmetrische Grundform mit zwei benachbarten Strömungskammern, wobei die Strömungskammern sich in verlängerter Richtung der Öffnungen in der Atemgasmaske, bevorzugt im Bereich der Nüstern des Tieres erstrecken. Der zwischen den Strömungskammern verbleibende Raum kann zur Aufnahme der Signalvorverarbeitungs-Elektronik ausge­ bildet sein.The volume flow sensor housing itself can be made of plastic be made and has a substantially symmetrical Basic shape with two adjacent flow chambers, the Flow chambers extend in the direction of the openings the breathing gas mask, preferably in the area of the animal's nostrils extend. The space remaining between the flow chambers can be used to accommodate the signal preprocessing electronics be educated.

In jeder Strömungskammer sind Ultraschallwandler angeordnet, wobei durch die zugehörige Auswerteelektronik die Gasvolumina bzw. der Volumenfluß je Kammer und der Summenfluß ermittelbar sind bzw. ist.Ultrasonic transducers are arranged in each flow chamber, the gas volumes through the associated evaluation electronics or the volume flow per chamber and the total flow can be determined are or is.

Die am Körper des Tieres oder am Körper einer führenden Person angeordnete Meßeinheit mit CO2/O2-Sensoren besitzt ein Tele­ metriemodul, wobei die Basisstation, welche entfernt angeordnet ist, eine Telemetrieeinheit zum Aufbau einer uni- oder bidirektionalen Daten- und/oder Befehlsübertragungsstrecke aufweist. The measuring unit arranged on the body of the animal or on the body of a leading person with CO 2 / O 2 sensors has a telemetry module, the base station, which is arranged remotely, a telemetry unit for setting up a unidirectional or bidirectional data and / or command transmission path having.

Mit Hilfe der Telemetrie besteht die Möglichkeit, Online-Daten zu erfassen, diese zu verarbeiten, mindestens teilweise auszu­ werten, aber auch gleichzeitig Steuersignale zur Meßeinheit bzw. zur Führungsperson zu senden.With the help of telemetry there is the possibility of online data to capture, process, or at least partially remove values, but also control signals to the measuring unit or to send to the leader.

Die Telemetrieeinheit der Basisstation kann weiterhin eine automatische Frequenzwahl-Einrichtung aufweisen, um nach Scannen des relevanten Frequenzbands und/oder nach Ablauf einer Testdaten-Übertragungsprozedur eine Telemetriefrequenz mit erwarteter optimaler Übertragungsqualität festzulegen bzw. auszuwählen.The base station's telemetry unit can still be a have automatic frequency selection facility to look for Scanning of the relevant frequency band and / or after one Test data transmission procedure using a telemetry frequency to determine the expected optimal transmission quality or to select.

Durch einen Speicher zur Datensicherung, welcher in der Meß­ einheit befindlich ist, besteht die Möglichkeit, in diesem Speicher Datensätze im definierten Format aus atemzugsbezogenen Meßdaten für jeden Atemzug und/oder für sämtliche oder ausge­ wählte Meßgrößen die kompletten Meßdatenverläufe über wählbare Intervalle zu wählbaren Startzeiten abzulegen.Through a memory for data backup, which in the measuring unit is located, there is a possibility in this Store records in the defined format from breath-related Measurement data for each breath and / or for all or all selected measurands the complete measurement data courses over selectable Store intervals at selectable start times.

Ergänzend können in der Meßeinheit Sensoren zur Bestimmung der Umgebungstemperatur und/oder der Atemgasfeuchte und/oder weiterer relevanter Größen, wie z. B. Differenzdruckwerte, vorgesehen sein, wobei diese Sensorwerte z. B. zur Kalibrierung und Korrektur der Atemgas-Sensorwerte herangezogen werden können.In addition, sensors for determining the Ambient temperature and / or the breathing gas humidity and / or other relevant sizes, such as B. differential pressure values, be provided, these sensor values e.g. B. for calibration and correction of the respiratory gas sensor values can be used can.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Meßeinheit eine Mischkammer mit einer Pneumatiksteuerung vorhanden, wobei an der Mischkammer die CO2/O2-Sensoren, mit dieser in Strö­ mungsverbindung stehend, angeschlossen sind.In one embodiment of the invention, a mixing chamber with a pneumatic control is present in the measuring unit, the CO 2 / O 2 sensors, which are in flow connection with the latter, being connected to the mixing chamber.

Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform eine Pumpe mit einem Absaugschlauch vorgesehen, wobei der Absaugschlauch zum Volumenstromsensorgehäuse bzw. zum dort vorgesehenen Gasabsaug- Anschlußstutzen führt und wobei über die Pneumatiksteuerung zwei Strömungskreisläufe für Expiration und Inspiration schaltbar sind. Furthermore, in this embodiment, a pump with a Suction hose provided, the suction hose for Volume flow sensor housing or the gas extraction Connection piece leads and with the pneumatic control two flow circuits for expiration and inspiration are switchable.  

Die in der Meßeinheit vorgesehene Pumpe arbeitet quasi im Dauerbetrieb, wobei während der Inspiration die Pumpe mit einem Ruhewert einen Bypass-Strömungskreislauf versorgt, wodurch ein Eindringen von Umgebungsluft in die Mischkammer und/oder den Absaugschlauch wirksam verhinderbar ist.The pump provided in the measuring unit works quasi in continuous operation, whereby during inspiration the Pump with a bypass flow circuit supplied, which allows penetration of ambient air into the Mixing chamber and / or the suction hose can be effectively prevented is.

Bei Expiration wird die Pumpe volumenstromgesteuert und ver­ sorgt die Mischkammer mit Atemgas, wobei während der Über­ gangsphase von Expiration zu Inspiration der Druckausgleich über eine durch die Pneumatiksteuerung zeitweise geschaltete Verbindung zwischen Mischkammer und Pumpeneingang erfolgt, wodurch das Eindringen von Umgebungsluft in den Absaugschlauch vermieden werden kann.During expiration, the pump is volume flow controlled and ver provides the mixing chamber with breathing gas, while during the over gait phase from expiration to inspiration of pressure equalization via a switch temporarily switched by the pneumatic control Connection between mixing chamber and pump inlet is made, which prevents the penetration of ambient air into the suction hose can be avoided.

Durch die kontinuierliche Arbeitsweise der Pumpe, während der Inspiration mit einem definierten Ruhewert und bei Expiration gesteuert durch den Volumenstrom, ist keine Beschleunigung der Pumpe aus dem quasi Stillstand erforderlich, so daß auch eine entsprechend hohe Atmungsfrequenz, wie bei Tieren üblich, die Meßwerterfassung nicht beeinträchtigt.Due to the continuous operation of the pump during the Inspiration with a defined resting value and with expiration controlled by the volume flow, there is no acceleration of the Pump from the quasi standstill required, so that also a correspondingly high breathing frequency, as is common in animals that Measured value acquisition not affected.

Die Meßeinheit kann weiterhin Anzeige- und Bedienungemittel aufweisen, wodurch bestimmte Meßwerterfassungs- und -aus­ wertemodi gewählt, werden können und insbesondere durch eine das Tier führende Person eine erste Auswertung der Ergebnisse vor­ genommen werden kann.The measuring unit can also display and control means have, whereby certain measured value acquisition and -aus value modes can be selected, and in particular by a Animal leading person an initial evaluation of the results can be taken.

Die bevorzugt über eine Telemetrieeinheit mit Daten versorgte Basisstation ist durch einen üblichen Personal-Computer mit entsprechender Ergospirometrie-Software zur Meßwert-Verar­ beitung und -Analyse realisierbar. Es ist jedoch bevorzugt vorgesehen, daß die Meßeinheit sämtliche Funktionseinheiten eines Ergospirometriesystems einschließlich Berechnung und Speicherung der Meßwerte sowie Steuerungseinheiten und Kommunikationsfunktionen aufweist bzw. enthält. Damit soll eine Bewertung von Gasanalysen z. B. bei Bewegung des Tieres im Gelände respektive natürlicher Umgebung möglich sein. The one that is preferably supplied with data via a telemetry unit Base station is using a usual personal computer appropriate ergospirometry software for measured value processing processing and analysis possible. However, it is preferred provided that the measuring unit all functional units of an ergospirometry system including calculation and Storage of the measured values as well as control units and Has or contains communication functions. This is supposed to Evaluation of gas analyzes e.g. B. when moving the animal in Terrain or natural environment may be possible.  

Durch eine entsprechende Verkabelung einschließlich Absaug­ schlauch besteht im stationären Betrieb die Möglichkeit, die Meßeinheit neben dem zu untersuchenden Tier aufzustellen, um störende Einflüsse zu vermeiden.With appropriate cabling including suction hose is available in stationary operation, the Set up the measuring unit next to the animal to be examined in order to to avoid disruptive influences.

Die Anordnung der Ultraschallwandler innerhalb der Strömungs­ kammern bzw. der Strömungskanäle ermöglicht einen direkten unmittelbaren Kontakt mit dem vorbeiströmenden Gas, wobei durch die geometrische Gestaltung ein Selbstreinigungs- und Selbst­ trocknungseffekt erreicht wird. Vorgesehene Blenden mit kreis­ runden und/oder elliptischen Durchbrüchen optimieren die Aus­ breitung des Ultraschallsignals und verbessern die Störsicher­ heit insbesondere mit Blick auf mögliche Reflexionen des Ultraschallsignals im Strömungskanal.The placement of the ultrasonic transducers within the flow chambers or the flow channels enables a direct direct contact with the gas flowing past, being through the geometric design is a self-cleaning and self drying effect is achieved. Intended panels with a circle round and / or elliptical openings optimize the out spread the ultrasonic signal and improve the interference immunity especially with a view to possible reflections of the Ultrasonic signal in the flow channel.

Das Abdichten der Atemgasmaske am Kopf des Tieres erfolgt bevorzugt durch einen integral ausgebildeten Dichtkragen, der durch Beaufschlagen mit Luft sich der Oberflächenform des entsprechenden Bereichs des Tieres anpaßt und diesen dicht umschließt, ohne daß sich die Trageeigenschaften der Maske verschlechtern oder ein umständliches Handling beim Anlegen der Maske gegeben ist. Die Maske selbst kann zusätzlich durch ein Geschirr am Kopf des Tieres fixiert werden.The breathing gas mask is sealed on the animal's head preferably by an integrally formed sealing collar that by applying air to the surface shape of the appropriate area of the animal and this tight encloses without the wearing properties of the mask deteriorate or cumbersome handling when creating the Mask is given. The mask itself can also be replaced by a Dishes can be fixed on the animal's head.

Alles in allem gelingt es mit der vorstehend beschriebenen Erfindung, ein neuartiges Ergospirometriesystem für Tiere anzugeben, das den besonderen Bedingungen, wie hohe Atmungs­ frequenz bei Belastung, hohen Feuchtegrad des Atemgases sowie möglichen Verschmutzungen der Volumenstromsensoren genügt. Das System selbst ermöglicht auch einen längeren, störungsfreien Betrieb, wodurch Messungen bei ganz unterschiedlichen, auf­ einanderfolgenden Belastungs- und Ruhephasen vorgenommen werden können.All in all, it succeeds with the one described above Invention, a new kind of ergospirometry system for animals to indicate that the special conditions, such as high breathability frequency during exercise, high degree of moisture in the breathing gas and possible contamination of the volume flow sensors is sufficient. The System itself also enables a longer, trouble-free Operation, allowing measurements at very different, on consecutive periods of stress and rest can.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. The invention is based on the description of a Embodiment and with the help of figures closer are explained.  

Hierbei zeigen:Here show:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer am Tier befestig­ ten Atemgasmaske mit fixiertem Volumenstromsensorgehäuse; FIG. 1 shows a schematic representation of a befestig th at the animal breathing gas mask with a fixed flow rate sensor housing;

Fig. 2 eine Darstellung der Atemgasmaske mit integriertem Dichtkragen; Fig. 2 is an illustration of the breathing gas mask with integrated sealing collar;

Fig. 3 eine Darstellung des einsatzbereiten Volumenstromsensorgehäuses mit Absaugschlauch und elektrischer Verkabelung; Figure 3 is a representation of the deployable flow sensor housing with suction hose and electrical wiring.

Fig. 4 eine Detaildarstellung des Volumenstromsensorgehäuses mit erkennbaren Strömungskammern sowie dem Anschluß für den Absaugschlauch; Figure 4 is a detail view of the flow sensor housing with recognizable flow chambers and the connection for the suction hose.

Fig. 5 verschiedene Ansichten des an der Maske fixierten Volumenstromsensorgehäuses; FIG. 5 shows various views of the fixed to the mask flow rate sensor housing;

Fig. 6 den Systemaufbau aus Meßeinheit, Atemgasmaske und Volumenstromsensorgehäuse; Fig. 6 shows the system structure of the measuring unit, breathable gas mask and flow rate sensor housing;

Fig. 7 Vorderansicht und Schnittdarstellung des Volumenstromsensorgehäuses mit erkennbaren Strömungskammern und dort ausgebildeten Strömungskanälen einschließlich der vorgesehenen Ultraschallwandler; Fig. 7 is a front view and sectional view of the flow sensor housing with recognizable flow chambers and formed therein flow channels including the proposed ultrasonic transducer;

Fig. 8 Anordnungsbeispiele der Ultraschallwandler in der jeweiligen Strömungskammer bzw. dem Strömungkanal; Fig. 8 arrangement examples of the ultrasonic transducer in the respective flow chamber, or the flow channel;

Fig. 9 eine prinzipielle Darstellung der Öffnungen in den Blenden mit gedachter Verbindungslinie, an deren Enden die Ultraschallwandler innerhalb des Gehäuses ange­ ordnet sind; und Figure 9 is a schematic representation of the openings in the panels with an imaginary connecting line, at the ends of which the ultrasonic transducers are arranged within the housing. and

Fig. 10 ein Pneumatikschema mit Pumpe und Mischkammer. Fig. 10 is a pneumatic diagram with a pump and mixing chamber.

Beim Ausführungsbeispiel wird von einem Ergospirometriesystem für Tiere, insbesondere für Pferde ausgegangen.In the embodiment of an ergospirometry system for animals, especially for horses.

Eine Atemgasmaske 1 wird über den vorderen Teil des Tierkopfs gestülpt und dort durch ein Geschirr 2 befestigt.A breathing gas mask 1 is put over the front part of the animal head and fastened there by a harness 2 .

Die Atemgasmaske ist so dicht am Tierkopf befestigt, daß Atem­ gas nur durch vorgesehene Öffnungen ein- bzw. ausströmen kann. The breathing gas mask is attached so close to the animal head that breath gas can only flow in or out through the openings provided.  

Ein Volumenstromsensorgehäuse 3 ist mit Befestigungsmitteln 4 an der Atemgasmaske 1 fixiert.A volume flow rate sensor housing 3 is fixed with fixing means 4 at the breathing gas mask. 1

Über einen entsprechenden Anschlußstutzen ist ein Gasabsaug­ schlauch 5 im oberen Bereich des Volumenstromsensorgehäuses 3 befestigt, wobei dieser zur in Fig. 1 nicht dargestellten Meßeinheit führt. Gleiches gilt für die elektrischen Anschlüsse 6 der im Volumenstromsensorgehäuse 3 befindlichen Signalvorverarbeitungs-Elektronik. Dadurch, daß der Absaugschlauch 5 im oberen Teil des Volumenstromsensorgehäuses 3 angebracht ist, wird ein unerwünschtes Eindringen von Feuchtigkeit vermieden.A gas suction hose 5 is fastened in the upper region of the volume flow sensor housing 3 via a corresponding connecting piece, this leading to the measuring unit (not shown in FIG. 1). The same applies to the electrical connections 6 of the signal preprocessing electronics located in the volume flow sensor housing 3 . The fact that the suction hose 5 is attached in the upper part of the volume flow sensor housing 3 prevents an undesired penetration of moisture.

Fig. 2 macht deutlich, wie die Atemgasmaske 1 abdichtend fixierbar ist. Hierfür ist in der Atemgasmaske 1 ein integra­ ler, aufblasbarer Dichtkragen 7 befindlich, der über ein Ventil 8 mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Dies geschieht mit einer handelsüblichen Luftpumpe 10 in besonders einfacher Weise. FIG. 2 shows how the breathing gas mask 1 can be fixed in a sealing manner. For this purpose, an integra ler, inflatable sealing collar 7 is located in the breathing gas mask 1 , which can be acted upon by a valve 8 with compressed air. This is done in a particularly simple manner with a commercially available air pump 10 .

Fig. 3 läßt das Volumenstromsensorgehäuse 3 mit den bereits erwähnten elektrischen Anschlüssen 6 sowie dem Absaugschlauch 5 erkennen. Gleichfalls sind die Gasauslaß-Einlaßöffnungen 11 dargestellt. Fig. 3 shows the volume flow sensor housing 3 with the aforementioned electrical connections 6 and the suction hose 5 . The gas outlet inlet openings 11 are also shown.

Es liegt im Sinne der Erfindung, daß das System aus Atemgas­ maske mit dort befestigtem Volumenstromsensorgehäuse mittels Kalibrierkammer oder Kalibrationspumpe vor dem Anbringen am Kopf des Tieres kalibriert bzw. geeicht werden kann. Damit wird Meß- und Versuchszeit eingespart und eine höhere Meßgenauigkeit gewährleistet.It is within the meaning of the invention that the system consists of breathing gas mask with the volume flow sensor housing attached there Calibration chamber or calibration pump before mounting on Head of the animal can be calibrated or calibrated. So that will Measurement and test time saved and a higher measurement accuracy guaranteed.

Der bereits erwähnte Anschlußstutzen 13 für den Gasabsaug­ schlauch ist in Fig. 4 besonders deutlich zu erkennen. Gleichfalls zeigt Fig. 4 die Strömungskammern 14 einschließlich der in den Kammern ausgebildeten Strömungskanäle 15. The already mentioned connection piece 13 for the gas suction hose can be seen particularly clearly in FIG. 4. Likewise, Fig. 4 shows the flow chambers 14 formed in the chambers, including the flow channels 15.

Im mittleren, zwischen den Strömungskammern 14 liegenden Be­ reich 16 ist die Signalvorverarbeitungs-Elektronik anordenbar.In the middle, lying between the flow chambers 14 Be rich 16 , the signal preprocessing electronics can be arranged.

Der prinzipielle Systemaufbau gemäß Fig. 6 besteht also in einer Meßeinheit 17, die die Sensoren zur Bestimmung der CO2/O2-Konzentration im Atemgas und entsprechende Speicher- und Recheneinheiten sowie Bedien- und Anzeigeelemente aufweist. Die Meßeinheit 17 wird über Batterie-Pack 18 bzw. einem Netzteil mit Elektroenergie versorgt.The basic system structure according to FIG. 6 thus consists of a measuring unit 17 which has the sensors for determining the CO 2 / O 2 concentration in the breathing gas and corresponding storage and computing units as well as operating and display elements. The measuring unit 17 is supplied with electrical energy via the battery pack 18 or a power pack.

Die Meßeinheit 17 kann sowohl am Körper des Tieres befestigt werden, als auch durch eine das Tier führende Person betätigt bzw. von dieser getragen werden. Über entsprechend ausgebildete Längen der Verbindungsmittel Absaugschlauch und Elektroanschluß besteht die Möglichkeit der Anordnung der Meßeinheit neben dem Tier, z. B. wenn diese sich auf einem Laufband bewegt.The measuring unit 17 can be attached to the body of the animal, as well as operated or carried by a person guiding the animal. With appropriately designed lengths of the connecting means suction hose and electrical connection, there is the possibility of arranging the measuring unit next to the animal, e.g. B. when it moves on a treadmill.

Die Ansichten nach Fig. 5 lassen die Befestigung des Volumenstromsensorgehäuses 3 an der Atemgasmaske 1 deutlich werden. Im oberen Teil ist eine Unteransicht, im mittleren Teil eine Seitenansicht und im unteren Teil der Fig. 5 eine Draufsicht dargestellt.The views according to FIG. 5 show the attachment of the volume flow sensor housing 3 to the breathing gas mask 1 . A bottom view is shown in the upper part, a side view in the middle part and a top view in the lower part of FIG. 5.

Bei der Darstellung nach Fig. 5 wird von einer gummibandunter­ stützten Preßverbindung zwischen Atemgasmaske 1 und Volumenstromsensorgehäuse 3 ausgegangen, wobei jedoch auch eine Snap-in-Verbindung realisierbar ist.In the representation of Fig. 5 it is assumed that a rubber belt-supported press connection between the breathing gas mask 1 and the volume flow rate sensor housing 3, but with a snap-in connection is realized.

Der prinzipielle Aufbau des Volumenstromsensorgehäuses mit Strömungskammern und Strömungskanälen soll anhand der Fig. 7 bis 9 nachstehend näher erläutert werden.The basic structure of the volume flow sensor housing with flow chambers and flow channels will be explained in more detail below with reference to FIGS. 7 to 9.

Innerhalb des Volumenstromsensorgehäuses 3 befinden sich zwei Strömungskammern 14, die durch Blenden 19 jeweils in einzelne Strömungkanäle unterteilt sind.Within the volume flow sensor housing 3 there are two flow chambers 14 which are each divided into individual flow channels by orifices 19 .

Die Blenden 19 sind in Strömungsrichtung verlaufend parallel und nahezu gleichmäßig beabstandet angeordnet, wobei in den Blenden 19 versetzt ausgebildete Öffnungen 20 (siehe Fig. 8 und 9) eingebracht sind. Diese Öffnungen 20 können z. B. einen kreisrunden, aber auch einen elliptischen Querschnitt auf­ weisen.The orifices 19 are arranged parallel to one another and almost uniformly spaced in the direction of flow, openings 20 (see FIGS. 8 and 9) being offset in the orifices 19 . These openings 20 can, for. B. have a circular, but also an elliptical cross-section.

Die Öffnungen 20 liegen auf einer gedachten Verbindungslinie 21 der Schwer- oder Mittelpunkte, wobei an den Endpunkten der gedachten Linie 21 (siehe Fig. 9) Ultraschallwandler 22 befindlich sind. Die Schallkeule der Ultraschallwandler 22 erstreckt sich im wesentlichen entlang der gedachten Linie 21 und besitzt einen recht schmalen Austritts- bzw. Selektivi­ tätswinkel.The openings 20 lie on an imaginary connecting line 21 of the centers of gravity or center, ultrasonic transducers 22 being located at the end points of the imaginary line 21 (see FIG. 9). The sound lobe of the ultrasonic transducer 22 extends essentially along the imaginary line 21 and has a very narrow exit or selectivity angle.

Wie Fig. 8 zeigt, können Ultraschallwandler 22 mit orthogonal zur Oberfläche austretender Schallkeule, aber auch solche mit einer Schallkeule verwendet werden, welche unter einem Winkel α zur Oberfläche austritt.As shown in FIG. 8, ultrasonic transducers 22 with a sound lobe emerging orthogonally to the surface, but also those with a sound lobe that emerges at an angle α to the surface can be used.

Steuerungsseitig werden die Ultraschallwandler zyklisch oder azyklisch abwechselnd sowohl im Sender- als auch im Empfänger­ modus betrieben, wodurch eine weitgehende Störungsunterdrückung erreicht werden kann.On the control side, the ultrasonic transducers become cyclical or acyclically alternating both in the transmitter and in the receiver mode operated, which largely suppresses interference can be achieved.

Die in der Fig. 9 zu erkennenden Blenden 19 mit Öffnungen 20 besitzen eine geringe Dicke vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,4 mm. Die Blenden 19 selbst können aus Edelstahl mit polier­ ter, glatter Oberfläche gefertigt sein, so daß sich minimale Strömungsverluste aufgrund des gegebenen Strömungswiderstands einstellen. Die gewählte Struktur aus Blende 19 mit Öffnungen 20 zur Ausbildung der Strömungskanäle 15 gewährleistet in Verbindung mit der Anordnung der Ultraschallwandler 22 eine hohe Selektivität bei der Erfassung des Volumenstroms, wobei ein Selbstreinigungseffekt mit minimaler Verschmutzung auftritt.The diaphragms 19 with openings 20 shown in FIG. 9 have a small thickness, preferably in the range from 0.2 to 0.4 mm. The screens 19 themselves can be made of stainless steel with a polished, smooth surface, so that minimal flow losses occur due to the given flow resistance. The selected structure from the orifice 19 with openings 20 for forming the flow channels 15 , in conjunction with the arrangement of the ultrasonic transducers 22, ensures a high selectivity in the detection of the volume flow, with a self-cleaning effect with minimal contamination.

Die aktive Wandlerfläche der Ultraschallsensorik ist relativ gering und bewegt sich beispielsweise im Bereich von 2 × 2 mm, wobei die Arbeitsfrequenz der Wandler zwischen 400 und 450 kHz liegt. Ziel ist es, eine recht hohe Schallenergie mit einem kleinen Austrittswinkel im genannten Frequenzbereich auszu­ strahlen, um die gewünschten Selektivitätseigenschaften für die Volumenstromerfassung zu gewährleisten. The active transducer area of the ultrasonic sensors is relative low and moves for example in the range of 2 × 2 mm, the working frequency of the converter between 400 and 450 kHz lies. The goal is to get a quite high sound energy with one small exit angle in the specified frequency range radiate to the desired selectivity properties for the To ensure volume flow detection.  

Durch die Anordnung der Ultraschallwandler bzw. Ultraschall­ sensoren weit außerhalb der Mitte des Strömungskanals wird die Empfindlichkeit gegenüber dem zu messenden Volumenfluß erhöht und die Störanfälligkeit der Vorrichtung reduziert.The arrangement of the ultrasonic transducers or ultrasound The sensor is located far outside the center of the flow channel Sensitivity to the volume flow to be measured increased and reduces the susceptibility to failure of the device.

Eine weitere Verbesserung der Arbeitsweise der Volumenstrom­ sensorik wird durch eine schmutz- und wasserabweisende Ober­ flächenbeschichtung bzw. eine Beschichtung der Impedanzanpas­ sungsschicht der Ultraschallwandler 22 erreicht. Diese Beschichtung kann beispielsweise aus Polytetrafluorethylen oder einem ähnlichen Material bestehen. Bewvborzugt ist der Einsatz eines spritzgußfähigen Materials mit etwa 50 Gew.-% Glasfaser­ verstärkung auf Basis Copolyamid PA 6T/6I.A further improvement in the operation of the volume flow sensor system is achieved by a dirt and water-repellent upper surface coating or a coating of the impedance matching layer of the ultrasonic transducer 22 . This coating can consist, for example, of polytetrafluoroethylene or a similar material. It is preferred to use an injection-moldable material with about 50% by weight glass fiber reinforcement based on copolyamide PA 6T / 6I.

Die Ultraschallwandler 22 sind, wie gemäß Fig. 8 prinzipiell erkennbar, stoff- und/oder formschlüssig mit der umgebenden Oberfläche des Volumenstromsensorgehäuses bzw. einer dort angeordneten Zwischenwand verbunden.As can be seen in principle in FIG. 8, the ultrasonic transducers 22 are materially and / or positively connected to the surrounding surface of the volume flow sensor housing or to an intermediate wall arranged there.

Die Elektronik zur Ansteuerung der Ultraschallwandler ist bevorzugt Bestandteil der Signalvorverarbeitungs-Baugruppe, die wiederum im Bereich 16 (Fig. 7) befindlich ist.The electronics for controlling the ultrasonic transducers are preferably part of the signal preprocessing module, which in turn is located in area 16 ( FIG. 7).

Wie aus den Darstellungen ersichtlich, ist die Grundform des Volumenstromsensorgehäuses 3 im wesentlichen symmetrisch, wobei zwei Strömungskammern 14 mit entsprechenden Strömungskanälen 15 vorhanden sind, deren Öffnungen in verlängerter Richtung zur Lage der Öffnungen in der Atemgasmaske 1, bevorzugt im Bereich der Nüstern des Tieres gewählt sind.As can be seen from the illustrations, the basic shape of the volume flow sensor housing 3 is essentially symmetrical, two flow chambers 14 with corresponding flow channels 15 being provided, the openings of which are selected in the extended direction to the position of the openings in the breathing gas mask 1 , preferably in the area of the animal's nostrils .

Die Meßeinheit 17 kann über eine Antenne 23, die mit einem in der Meßeinheit befindlichen Telemetriemodul in Verbindung steht, einen Datenaustausch mit einer Basisstation durchführen, welche ebenfalls eine Telemetrieeinheit umfaßt. Neben dem uni- oder bidirektionalen Datenaustausch können auch Befehle, ins­ besondere zur Steuerung des Meßablaufs über diese Strecke geführt werden. The measuring unit 17 can carry out a data exchange with a base station, which also comprises a telemetry unit, via an antenna 23 , which is connected to a telemetry module located in the measuring unit. In addition to the unidirectional or bidirectional data exchange, commands, in particular for controlling the measurement sequence, can also be carried out over this distance.

Mit Hilfe der Fig. 10 sei das Grundprinzip der Pneumatiksteue­ rung bei Anwendung der Mischkammer-Meßmethode erläutert.With the help of Fig. 10, the basic principle of Pneumatiksteue tion when using the mixing chamber measurement method is explained.

In der Meßeinheit 17 ist demnach eine Mischkammer 24 befind­ lich, die mit einem O2-Sensor 25 und einem CO2-Sensor 26 in Verbindung steht.Accordingly, in the measuring unit 17 there is a mixing chamber 24 which is connected to an O 2 sensor 25 and a CO 2 sensor 26 .

Die Mischkammer 24 wird über eine Pumpe 27 mit Atemgas ver­ sorgt. Zwischen Pumpe 27 und dem Gaseingang der Mischkammer 24 ist ein erstes Ventil 28 (V1) geschaltet.The mixing chamber 24 is provided via a pump 27 with breathing gas ver. A first valve 28 (V1) is connected between the pump 27 and the gas inlet of the mixing chamber 24 .

Ausgangsseitig steht das erste Ventil 28 mit einem Verteiler­ stutzen 29 in Verbindung, der auch zum Anschluß für den Gasabsaugschlauch 5 führt, welcher mit dem Pumpeneingang in Strömungsverbindung steht.On the output side, the first valve 28 is connected to a distributor connection 29 , which also leads to the connection for the gas suction hose 5 , which is in flow connection with the pump inlet.

Die Pumpe 27 arbeitet kontinuierlich, und zwar während der Inspiration mit einem definierten Ruhewert und bei Expiration durch den Volumenstrom gesteuert, wodurch eine Beschleunigung aus dem Stillstand nicht erforderlich ist, was bei hoher Atem­ frequenz erhebliche Vorteile bietet.The pump 27 works continuously, namely during inspiration with a defined rest value and during expiration controlled by the volume flow, so that acceleration from standstill is not necessary, which offers considerable advantages at high breathing frequencies.

Um zu verhindern, daß in die Mischkammer 24 Umgebungsluft gelangt und daß sich der Absaugschlauch 5 mit Umgebungsluft füllt bzw. anreichert, ist während der Inspiration der Pneumatikkreis B wirksam. Das heißt, in diesem Fall bildet der Kreis B über das erste Ventil 28 in Verbindung mit dem Ver­ teilerstutzen 29 einen Eingangs-Bypass.In order to prevent ambient air from getting into the mixing chamber 24 and that the suction hose 5 fills or enriches with ambient air, the pneumatic circuit B is effective during inspiration. That is to say, in this case the circuit B forms an input bypass via the first valve 28 in connection with the connecting piece 29 .

Während der Expiration ist der Kreislauf A wirksam.Circuit A is active during expiration.

Beim Übergang von der Expiration zur Inspiration sorgt der Kreislauf C dafür, daß der Druckausgleich im Absaugschlauch 5 nicht durch die Umgebungsluft erfolgt, sondern Expirationsgas aus der vorangegangenen Expirationsphase einströmt. Der Kreis C ist nur während der kurzen Phase dieses erwähnten Druckaus­ gleichs aktiviert. Zur Bildung des Kreislaufs C ist ein wei­ terer Verteilerstutzen 30 ausgangsseitig des CO2-Sensors 26 befindlich und es ist ein zweites Ventil 31 (V2) vorhanden, das eine Verbindung zwischen dem Verteilerstutzen 30 und der Pumpeneingangsseite herstellt. Durch eine definierte Länge eines Schlauchstücks 32 ist gesichert, daß während der Phase des Druckausgleichs keine Umgebungsluft in den Kreis C ein­ strömt.At the transition from expiration to inspiration, the circuit C ensures that the pressure equalization in the suction hose 5 does not take place through the ambient air, but instead expiration gas flows in from the previous expiration phase. The circuit C is only activated during the short phase of this pressure compensation. To form the circuit C, there is a white further distributor connector 30 on the output side of the CO 2 sensor 26 and there is a second valve 31 (V2) which establishes a connection between the distributor connector 30 and the pump inlet side. A defined length of a piece of hose 32 ensures that no ambient air flows into the circuit C during the pressure equalization phase.

Die beschriebene Losung der Pneumatiksteuerung vermeidet den ansonsten gegebenen Nachteil, daß die Pumpe der höheren Atem­ frequenz bei Tieren, die einer Belastung ausgesetzt sind, nicht mehr folgen kann. Weiterhin wird die Tatsache berücksichtigt, daß der im Absaugschlauch, welcher zwischen Volumenstromsensor und Pumpe angeordnet ist, entstehende Unterdruck aufgrund der höheren Atemfrequenz und der gegebenen größeren Länge nicht zu einer Meßwert-Verfälschung führt, weil üblicherweise unter unveränderter Anwendung des Standes der Technik nach Beendigung der Expirationsphase Umgebungsluft angesaugt werden kann, was es gerade zu verhindern gilt. The described pneumatic control solution avoids the otherwise given disadvantage that the pump of higher breath frequency in animals that are exposed to stress more can follow. Furthermore, the fact is taken into account that in the suction hose, which is between the volume flow sensor and pump is arranged, resulting negative pressure due to higher respiratory rate and the given longer length leads to a falsification of measured values, because usually below unchanged application of the state of the art after termination ambient air can be sucked in during the expiration phase it has to be prevented.  

BezugszeichenlisteReference list

11

Atemgasmaske
Breathing gas mask

22nd

Geschirr
dishes

33rd

Volumenstromsensorgehäuse
Volume flow sensor housing

44th

Befestigungsmittel
Fasteners

55

Absaugschlauch
Suction hose

66

elektrische Anschlüsse
electrical connections

77

Dichtkragen
Sealing collar

88th

Ventil
Valve

1010th

Luftpumpe
Air pump

1111

Gasaus- und -einlaßöffnung
Gas outlet and inlet opening

1313

Anschlußstutzen
Connecting piece

1414

Strömungskammer
Flow chamber

1515

Strömungskanäle
Flow channels

1616

Bereich zur Anordnung der Signalvorverarbeitungs- Elektronik
Area for arranging the signal preprocessing electronics

1717th

Meßeinheit
Unit of measurement

1818th

Batterie-Pack oder Netzteil
Battery pack or power supply

1919th

Blende
cover

2020th

Öffnung
opening

2121

gedachte Verbindungslinie
imaginary connecting line

2222

Ultraschallwandler
Ultrasonic transducer

2323

Antenne
antenna

2424th

Mischkammer
Mixing chamber

2525th

O2 O 2

-Sensor
-Sensor

2626

CO2 CO 2

-Sensor
-Sensor

2727

Pumpe
pump

2828

erstes Ventil
first valve

2929

, ,

3030th

Verteilerstutzen
Manifold

3131

zweites Ventil
second valve

3232

Schlauchstück
Hose piece

Claims (20)

1. Ergospirometriesystem für Tiere, insbesondere Pferde oder Kamele, umfassend eine trichterförmige, zylindrische oder halbkugelförmige Atemgasmaske (1), einen Gasvolumenstrom- oder Mengensensor, sowie eine Meßeinheit (17) mit Sensoren (25, 26) zur Bestimmung der CO2/O2-Konzentration im Atemgas nach dem Mischkammer- oder Breath-by-Breath-Prinzip und mit Anschluß- und/oder Signalüber­ tragungsmittel (6) zur Meßwert-Weiterverarbeitung, -Darstellung und/oder -Analyse in einer Basisstation, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Atemgasmaske (1) Mittel (4) zum Befestigen eines von der Maske (1) lösbaren Volumenstromsensorgehäuses (3) vorgesehen sind,
daß das Volumenstromsensorgehäuse (3) mindestens eine Strömungskammer auf­ weist, wobei die mindestens eine Strömungskammer (14) jeweils Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnungen (11) umfassen, welche einerseits in Strömungskontakt mit zugehörigen Öffnungen der Maske (1) und andererseits zur Umgebung stehen,
und daß innerhalb der Strömungskammer (14) durch in Strömungs­ richtung verlaufende, parallel und beabstandet angeordnete Blenden (19) Strömungskanäle (15) gebildet sind, wobei die Blenden (19) versetzt ausgebildete Aussparungen oder Öffnungen (20) vorgebbaren Querschnitts besitzen, deren Schwer- oder Mittelpunkte im wesentlichen auf einer gedachten Verbindungslinie (21) liegen und wobei weiterhin an den Endpunkten der gedachten Linie (21) Ultra­ schallwandler (22) zur Bestimmung des Volumenstroms befindlich sind, wobei die Schallkeule der Wandler (22) entlang der Verbindungslinie (21) oder auf dieser verläuft.
1. Ergospirometry system for animals, especially horses or camels, comprising a funnel-shaped, cylindrical or hemispherical breathing gas mask ( 1 ), a gas volume flow or quantity sensor, and a measuring unit ( 17 ) with sensors ( 25 , 26 ) for determining the CO 2 / O 2 Concentration in the breathing gas according to the mixing chamber or breath-by-breath principle and with connection and / or signal transmission means ( 6 ) for further processing, display and / or analysis of measured values in a base station, characterized in that
that one is provided from the mask (1) releasably flow rate sensor housing (3) to the breathing gas mask (1) means (4) for fixing,
that the volume flow sensor housing ( 3 ) has at least one flow chamber, the at least one flow chamber ( 14 ) each comprising gas inlet and gas outlet openings ( 11 ), which are in flow contact with associated openings of the mask ( 1 ) on the one hand and on the other hand to the environment,
and in that within the flow chamber (14) in flow extending, parallel and spaced apart aperture direction (19) flow channels (15) are formed, wherein the diaphragm (19) displaced formed recesses or openings (20) have predetermined cross-section, whose heavy or center points lie essentially on an imaginary connecting line ( 21 ) and furthermore ultrasonic transducers ( 22 ) for determining the volume flow are located at the end points of the imaginary line ( 21 ), the sound lobe of the transducers ( 22 ) along the connecting line ( 21 ) or runs on this.
2. Ergospirometriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen oder Öffnungen in den Blenden eine kreisrunde oder elliptische Querschnittsform aufweisen, wobei durch die Blendenform und versetzte Anordnung unerwünschte Schallre­ flexionen unterdrückbar sind. 2. Ergospirometry system according to claim 1, characterized in that the cutouts or openings in the panels are circular or have an elliptical cross-sectional shape, with the Aperture shape and staggered arrangement unwanted sound inflections can be suppressed.   3. Ergospirometriesystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine solche Dichtung der Atemgasmaske am Kopf des Tieres, daß der Atemgasstrom ausschließlich zu oder über den im Volumenstromsensorgehäuse vorgesehenen Strömungskammern führt, wobei zwischen dem Volumenstromsensorgehäuse und der Atemgasmaske weitere Dichtmittel oder Dichtflächen ausgebildet, sind und wobei die Atemgasmaske vorzugsweise einen integralen, aufblasbaren umlaufenden Dichtkragen aufweist.3. Ergospirometry system according to claim 1 or 2, characterized by such a seal of Breathing gas mask on the animal's head, that the breathing gas flow exclusively to or above the flow chambers provided in the volume flow sensor housing leads, between the volume flow sensor housing and the Respiratory gas mask further sealants or sealing surfaces formed, and the breathing gas mask is preferably an integral, has inflatable circumferential sealing collar. 4. Ergospirometriesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzten Ultraschallwandler eine gering dimensionierte aktive Wandlerfläche mit einer Strahlungskeule kleinen Öffnungswinkels aufweisen.4. Ergospirometry system according to one of the preceding Expectations, characterized in that the ultrasonic transducers used have a small dimension active transducer area with a small radiation lobe Have opening angle. 5. Ergospirometriesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Wandler mit einer schmutz- und wasser­ abweisenden Beschichtung versehen ist.5. Ergospirometry system according to claim 4, characterized in that the surface of the transducer with a dirt and water repellent coating is provided. 6. Ergospirometriesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler mit dem umgebenden Gehäuseteil oder der Gehäuse­ fläche des Volumenstromsensorgehäuses stoff- und/oder formschlüssig verbunden sind.6. Ergospirometry system according to one of the preceding Expectations, characterized in that the transducer with the surrounding housing part or the housing surface of the volume flow sensor housing material and / or are positively connected. 7. Ergospirometriesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfrequenz der Wandler im Bereich von im wesentlichen 350 bis 500 kHz, vorzugsweise 400 bis 450 kHz liegt. 7. Ergospirometry system according to one of the preceding Expectations, characterized in that the working frequency of the transducers in the range of essentially 350 to 500 kHz, preferably 400 to 450 kHz.   8. Ergospirometriesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden eine geringe, strömungsoptimale Dicke aufweisen, wobei die Anordnung der Blenden der Ausbildung einer gleich­ gerichteten turbulenten, aber weitgehend wirbelfreien Strömung innerhalb der Strömungskammern dient.8. Ergospirometry system according to one of the preceding Expectations, characterized in that the orifices have a small, flow-optimized thickness, the arrangement of the panels of the formation of the same directed turbulent but largely vortex-free flow serves within the flow chambers. 9. Ergospirometriesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Blenden im Bereich von 0,15 bis 0,45 mm liegt.9. Ergospirometry system according to claim 8, characterized in that the thickness of the diaphragms in the range from 0.15 to 0.45 mm. 10. Ergospirometriesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Volumenstromsensorgehäuse eine Signalvorverarbeitungs- Elektronik zur Ansteuerung der Wandler und zur Bestimmung des Volumenflusses angeordnet ist, um die derartig vorverarbeiteten elektrischen Signale zur Meßeinheit zu übertragen.10. Ergospirometry system according to one of the preceding Expectations, characterized in that a signal preprocessing in the volume flow sensor housing Electronics for controlling the converter and for determining the Volume flow is arranged to preprocessed in such a way to transmit electrical signals to the measuring unit. 11. Ergospirometriesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Volumenstromsensorgehäuse ein Gasabsaug-Anschlußstutzen zur Herstellung einer Verbindung zum Gastransport in die Meßeinheit vorgesehen ist.11. Ergospirometry system according to one of the preceding Expectations, characterized in that a gas extraction connection piece on the volume flow sensor housing Establishing a connection for gas transport into the measuring unit is provided. 12. Ergospirometriesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenstromsensorgehäuse eine im wesentlichen symmetrische Grundform mit zwei Strömungskammern besitzt, wobei die Strö­ mungskammern sich in verlängerter Richtung der Öffnungen in der Atemgasmaske, bevorzugt im Bereich der Nüstern des Tieres, erstrecken. 12. Ergospirometry system according to one of the preceding Expectations, characterized in that the volume flow sensor housing is essentially symmetrical Has basic form with two flow chambers, the Strö mung chambers in the extended direction of the openings in the Breathing gas mask, preferably in the area of the animal's nostrils, extend.   13. Ergospirometriesystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Strömungskammer Ultraschallwandler angeordnet sind, wobei durch die zugehörige Auswerteelektronik die Gasvolumina oder der Volumenfluß je Kammer und ein Summenvolumenfluß ermittelbar ist.13. Ergospirometry system according to claim 12, characterized in that ultrasonic transducers are arranged in each flow chamber, the gas volumes through the associated evaluation electronics or the volume flow per chamber and a total volume flow can be determined. 14. Ergospirometriesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit ein Telemetriemodul und die Basisstation eine Telemetrieeinheit zum Aufbau einer uni- oder bidirektionalen Daten- und/oder Befehlsübertragungsstrecke aufweisen.14. Ergospirometry system according to one of the preceding Expectations, characterized in that the measuring unit is a telemetry module and the base station is one Telemetry unit to build a unidirectional or bidirectional Have data and / or command transmission path. 15. Ergospirometriesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Telemetrieeinheit der Basisstation eine, automatische Frequenzwahleinrichtung aufweist, um nach Scannen des Frequenzbands und/oder einer Testdaten-Übertragungsprozedur eine Telemetriefrequenz mit erwarteter optimaler Übertra­ gungsqualität festzulegen.15. Ergospirometry system according to claim 14, characterized in that the base station's telemetry unit, automatic Frequency selection device to after scanning the Frequency band and / or a test data transmission procedure a telemetry frequency with expected optimal transmission quality. 16. Ergospirometriesystem nach einem der vorangegangenen Anspruche, gekennzeichnet durch einen Speicher zur Datensicherung in der Meßeinheit, wobei im Speicher Datensätze im definierten Format aus atemzugsbezogenen Meßdaten für jeden Atemzug und/oder für sämtliche oder ausge­ wählte Meßgrößen die kompletten Meßdatenverläufe über wählbare Intervalle zu wählbaren Startzeiten abgelegt werden.16. Ergospirometry system according to one of the preceding Expectations, marked by a memory for data backup in the measuring unit, wherein in Store records in the defined format from breath-related Measurement data for each breath and / or for all or all selected measurands the complete measurement data courses over selectable Intervals are stored at selectable start times. 17. Ergospirometriesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit Sensoren zur Bestimmung der Umgebungstemperatur und/oder der Atemgasfeuchte und/oder weiterer relevanter Größen, wie z. B. Differenzdruckwerte aufweist, wobei diese Sensorwerte zur Korrektur der Atemgassensorwerte herangezogen werden.17. Ergospirometry system according to one of the preceding Expectations, characterized in that the measuring unit sensors for determining the ambient temperature and / or the breathing gas humidity and / or other relevant Sizes such as B. has differential pressure values, these  Sensor values used to correct the respiratory gas sensor values become. 18. Ergospirometriesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit am Körper des Tieres oder einer das Tier führenden Person applizierbar ist.18. Ergospirometry system according to one of the preceding Expectations, characterized in that the unit of measurement on the body of the animal or one of the animal leading person can be applied. 19. Ergospirometriesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß, die Meßeinheit eine Mischkammer mit einer Pneumatiksteuerung aufweist, wobei an der Mischkammer die CO2/O2-Sensoren, mit dieser in Strömungsverbindung stehend, angeschlossen sind, weiterhin eine Pumpe mit einem Anschluß für den Absaugschlauch vorgesehen ist, wobei der Absaugschlauch zum Volumenstromsensorgehäuse führt und wobei mittels der Pneumatiksteuerung zwei Strömungskreisläufe für Expiration und Inspiration schaltbar sind.19. Ergospirometry system according to claim 11, characterized in that the measuring unit has a mixing chamber with a pneumatic control, the CO 2 / O 2 sensors connected to the mixing chamber in flow connection therewith, furthermore a pump with a connection for the suction hose is provided, the suction hose leading to the volume flow sensor housing and wherein two flow circuits for expiration and inspiration can be switched by means of the pneumatic control. 20. Ergospirometriesystem nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, die bewirkt, daß die Pumpe im quasi Dauerbetrieb arbeitet, wobei während der Inspiration die Pumpe mit einem Ruhewert einen Eingangs-Strö­ mungskreislauf versorgt, wodurch ein Eindringen von Umgebungs­ luft in die Mischkammer und/oder den Absaugschlauch verhinder­ bar ist, und daß bei Expiration die Pumpe volumenstromgesteuert die Mischkammer mit Atemgas versorgt, wobei während der Über­ gangsphase von Expiration zu Inspiration der Druckausgleich über eine durch die Pneumatiksteuerung zeitweise geschaltete Verbindung zwischen Mischkammer und Pumpeneingang erfolgt, wodurch das Eindringen von Umgebungsluft in den Absaugschlauch vermeidbar ist.20. Ergospirometry system according to claim 19, characterized by a control device which causes the pump works in quasi continuous operation, whereby during the Inspiration the pump with a rest value an input flow supply circuit, which prevents intrusion of the environment prevent air into the mixing chamber and / or the suction hose bar, and that the pump is volume flow controlled during expiration the mixing chamber is supplied with breathing gas, whereby during the over gait phase from expiration to inspiration of pressure equalization via a switch temporarily switched by the pneumatic control Connection between mixing chamber and pump inlet is made, which prevents the penetration of ambient air into the suction hose is avoidable.
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