DE2228541C2 - Gerät zum Erfassen von elektrischen Meßsignalen - Google Patents

Description

durch gekennzeichnet, daß zur Verhin- io
derung unerwünschter Umladevorgänge an den

kapazitiven Gliedern (3) bzw. Verstärkerüber-

Steuerungen (z. B. in 4) durch dem eigentlichen
Meßnutzsignal gegebenenfalls überlagerte kurzzeitige Spannungs- oder Stromimpulse hohe«· Am- 15

plitude, z. B. Schrittmacherimpulse im Elektro- Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Er-

kardiogramm, der Amplitudenbegrenzer (6) im fassen von elektrischen Meßsignalen mit im Meß-

Meßsignalgang vor den kapazitiven Gliedern bzw. signalgang eingeschalteten kapazitiven Gliedern, z. B.

Verstärkern vorgesehen ist und daß er Mittel Koppelkondensatoren, und Meßsignalverstärkern so-

(7, 8) enthält zur kontinuierlichen Erfassung des ao wie einem Amplitudenbegrenzer, insbesondere Elek-

Meßsignalgleichanteiles sowie einen vom Gleich- trokardioeraph zum Erfassen des Elektrokardio-

anteilsignal und Meßsignal gespeisten Grenzwert- gramms.

indikator (9,10), welcher den Begrenzer aktiviert, Bei Geräten dieser Art kommt es relativ häufig

wenn das Meßsignal und das Gleichanteilsignal in vor, daß dem eigentlichen Meßnutzsignal kurzzeitige

der Amplitude um einen vorgegebenen Grenzwert 25 Spannungs- oder Stromspitzen höhet Amplitude

voneinander abweichen. überlagert sind, die zu unerwünschten Umladevor-

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn- gangen an den kapazitiven Gliedern bzw. zu unerzeichnet, daß die Erfassung des Gleichanteiles wünschten Verstärkerübersteuerungen führen köndurch kontinuierliche Mittelwertbildung des Meß- nen. Im allgemeinen ist man daher bestrebt, diese signals über die Zeit in einem Mittelwertbildner 30 Spitzen weitgehend zu eliminieren, was z. B. in be-(9, 10), z. B. RC-GUed, geschieht. kannter Weise durch Austasten dieser Spitzen ge-

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- schehen kann. Es sind auch Schaltungen bekannt, bei kennzeichnet, daß der Grenzwertindikator Mittel denen diese Spitzen durch Begrenzung deren Flankenenthält für die fortlaufende Bildung der Differenz: steilheit in der Amplitude so weit bedämpft werden, zwischen den Amplituden des Meß- und Gleich- 35 daß sie im Meßnutzsignal praktisch nicht mehr in anteilsignals sowie einen vom Differenzsignal ge- Erscheinung treten. In der Praxis gibt es jedoch auch speisten Schwellendiskriminator mit ,dem vorge- Fälle, wo die Austastung bzw. starke Bedämpfung gebenen Grenzwert entsprechender Ansprech·· solcher Spannungs-oder Stromspitzen nicht erwünscht schwelle, welcher den Begrenzer aktiviert, wenn ist, sondern im Gegenteil diese Spitzen zusammen mit das Differenzsignal die Ansprechschwelle über- 40 dem eigentlichen Meßnutzsignal erfaßt und ζ. Β. auf schreitet. einem Sichtgerät abgebildet werden sollen. Ein sol-

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekenn- eher Fall tritt beispielsweise in der Elektromedizin zeichnet, daß der Schwellendiskriminator aus bei der Überwachung von Herzkranken auf, deren elektrischen Ventilen (9, 10) mit nichtlinearer Herzaktionen durch Reizimpulse, z. B. eines Herz-Kennlinie, z. B. ta leiterdioden, und mit einem 45 Schrittmachers (Schrittmacherimpjlse), unterstützt dem vorgegebenen Grenzwert entsprechenden oder gesteuert werden. Hier ist es erwünscht, daß die Schwellenwert besteht, welche Ventile gesperrt Reizimpulse zusammen mit dem Elektrodenkardiosind, solange das Differenzsignal den Schwellen- gramm des Patienten erfaßt und sichtbar gemacht wert unterscheidet und welche leitend werden, werden. Der überwachende Arzt kann dann an Hand sobald das Differenzsignal den Schwellenwert So der Aufzeichnung z. B. den Erfolg der Reizunterstütüberschreitet. zung kontrollieren, oder er kann auch aus der Form

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn- der abgebildeten Impulse, z. B. aus der Basisbreite zeichnet, daß durch Zuführung des Meßsignals oder der Impulsamplitude, oder aus der Impulsfolgezum Ventileingang (13) und des Gleichanteil- frequenz Rückschlüsse auf den Betriebszustand des signals zum Ventiiausgang (14) das Differenz- 55 Schrittmachers ziehen.

signal unmittelbar über den Ventilen (9, 10) ge- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät der einbildet wird. gangs genannten Art anzugeben, welches Meßnutz-

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge- signale mit überlagerten Spannungs- oder Stromspitkennzeichnet, daß die Ventile (9,10) in Zweiweg- zen hoher Implitude erfaßt, ohne daß es auf Grund formation geschaltet sind. 60 der hohen Spitzenamplituden zu unerwünschten Um-

7. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, ladevorgängen an den kapazitiven Gliedern bzw. zu dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (9, 1(1) Verstärkerübersteuerungen kommt. Insbesondere soll zusammen mit einem Strombegrenzungswider- bei Elektrokardiographen dafür gesorgt werden, daß stand, z. B. Innenwiderstand der Meßsignalquelle über die EKG-Elektroden zusammen mit dem EKG oder Ausgangswiderstand eines vorgeschalteten ⁶S gegebenenfalls abgenommene Schrittmacherimpulse, Vorverstärkers, den die eigentliche Amplituden- deren Amplitude beispielsweise das lOOfache der R-begrenzung vornehmenden Teil des Amplituden- Zackenamplitude im EKG betragen kann, ohne die beerenzers (6) bilden. genannten störenden Einflüsse vom Elektrokardiogra-

S tnflfJrhJt^g^^{nCl We};^{den kÖimen}' ^wünschte Umladevorgänge bzw. Verstärkerübersteuewobe. die aufgezeichneten Impulse aus Gründen einer _{n Auch kann} ^B _es%_{5emals vorkomrnen}, daß

erwünschten optimalen Aussteuerung der EKG- neben den Spannungs- bzw. Stromimpulsen auch Signale in der Amplitude die Ä-Zackenamplitude noch das eigentliche Meßnutzsignal begrenzt wird, nicht wesenthch überschreiten und die Steilheit bzw. 5 Ein Amplitudenbegrenzer beschneidet war die Amdie Basisbreite der Impulse in der Aufze.chnung im plitude der Impulfe, bewirkt aber ansonsten keine wesentlichen naturgetreu wiedergegeben werden weiteren Impulsformveränderungen. Die vom Gerät T^' AfK -ARA nj erfaßten bzw. abgebildeten Impulse entsprechen in

Die Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, ihrer Anstiegsflanke bzw. in ihrer Basisbreite - wie daß bei Geraten der eingangs genannten Art zur Ver- ₁₀ erwünscht — den ursprünglichen Impulsen vor der hinderung unerwünschter Umladevorgänge an den Begrenzung

kapazitiven Gliedern bzw von Verstärkerübersteue- I_n einer vorteilhaften Ausführung des Gerätes nach

rungen durch dem eigentlichen Meßnutzsignal gege- der Erfindung geschieht die Erfassung des Gleichbenenfalls überlagerte kurzzeitige Spannungs- oder anteils durch kontinuierliche Mittelwertbildung des Stromimpulse hoher Amplitude, z.B. Schrittmacher- i₅ Meßsignals über die Zeit in einem Mitttelwertbildner, impulse im Elektrokardiogramm, der Amplituden- z.B. flC-Glied. Der Grenzwertindikator enthält dabei begrenzer im Meßsignalgang vor den kapazitiven Mittel für die fortlaufende Bildung der Differenz zwi-Giedern bzw. Verstarkern vorgesehen ist und daß er sehen den Amplituden des Meß- und Gleichanteil-Mittel enthalt zur kontinuierlichen Erfassung des signals sowie einen vom Differenzsignal gespeisten Meßsignalgleichanteiles sowie einen vom Gleich- 20 Schwellendiskriminator mit dem vorgegebenen Grenzanteilsignal und Meßsignal gespeisten Grenzwertindi- _wert entsprechender Ansprechschwelle, welcher den kator, welcher den Begrenzer aktiviert, wenn das Begrenzer aktiviert, wenn das Differenzsignal die Meßsignal und das Gleichanteilsignal in der Ampli- Ansprechschwelle überschreitet. Als Schwellendiskritude um einen vorgegebenen Grenzwert voneinander minator sind zweckmäßig elektrische Ventile mit abweichen. ₂₅ nichtlinearer Kennlinie, z. B. Halbleiterperioden, und

Begrenzerschaltungen zur Amplitudenbegrenzung _mit einem dem vorgegebenen Grenzwert entsprechenelektrischer Signale sind an sich bekannt. Bei den den Schwellenwert verwendet. Die Bildung des Diffebekannten Amplitudenbegrenzern handelt es sich renzsignals geschieht vorzugsweise unmittelbar über jedoch um Begrenzer, welche allein in Abhängigkeit den Ventilen durch Zuführung des Meßsignals zum von der Signalamplitude dann aktiviert werden, wenn 30 Ventileingang und des Gleichanteilsignals zum Vendiese Amplitude einen vorgegebenen konstanten, auf tilausgang. Die Ventile bilden zweckmäßig zusammen das Nullinienpotential des Signals bezogenen Grenz- mit einem Strombegrenzungswiderstand, z. B. Innenwert (z. B. Durchbruchspannung bei Zenerdioden) widerstand der Meßsignalquelle oder Ausgangswiderüberschreitet. Eine Anwendung dieser Begrenzer für stand eines vorgeschalteten Vorverstärkers, den die die Begrenzung von einem Meßsignal überlagerten 35 eigentliche Amplitudenbegrenzung vornehmenden Spannungsspitzen ist praktisch nicht möglich, weil Teil des Amplitudenbegrenzers. Meßsignale, insbesondere über Elektroden od. dgl. An Hand einer Figur wird ein Ausführungsbeispiel

abgenommene Körperaktionssignale wie das EKG, beschrieben und seine Wirkungsweise erläutert, häufig stark schwankende Gleichanteile aufweisen, In der Figur ist mit 1 der Vorverstärker eines

die — wie die Praxis zeigt — die an sich kleinen 40 Elektrokardiographen bezeichnet, dem über die Ein-Meßnutzsignalamplituden bis in den Bereich der gangsleitungen 2 an (nicht dargestellten) EKG-Elek-Spannungsspitzenamplituden anheben können. Zur troden abgenommene EKG-Signale zugeführt werden. Berücksichtigung eventuell auftretender hoher Gleich- Diese EKG-Signale werden über einen Koppelkonanteile muß bei den bekannten Begrenzern also der densator 3 zur Gleichanteilunterdrückung sowie einer Begrenzer-Grenzv.ert entsprechend hoch gewählt 45 weiteren Verstärkereinrichtung 4 einem Aufzeichwerden, was jedoch den Nachteil hat, daß bei kleinen nungsgerät 5, z. B. Oszillograph, zugeführt. Gleichanteilen die Amplitude der begrenzten Span- Zwischen dem Vorverstärker 1 und dem Koppelnungsspitzen immer noch sehr hoch ist und somit kondensator 3 ist ein Amplitudenbegrenzer 6 vorgetrotz Begrenzung unerwünschte Umladevorgänge an sehen. Dieser Begrenzer enthält ein RC-Glied, bekapazitiven Gliedern bzw. Verstärkerübersttuerungen 5° stehend aus dem ohmschen Widerstand 7 und einem nicht mit Sicherheit vermieden werden. Ebensogut Kondensator 8. Er enthält ferner zwei Halbleiterkann es aber auch vorkommen, daß bei gegebenen- dioden 9, 10 in Zweiwegformation, die ausgangsseitig falls auftretenden sehr hohen Gleichanteilen trotz über einen Operationsverstärker 11 mit Rückkoppeleines hohen Begrenzer-Grenzwertes die eigentlichen widerstand 12 am Kondensator 8 angeschaltet sind. Nutzsignalspitzen diesen Grenzwert überschreiten, so 55 Das i?C-Glied 7, 8 dient zur fortlaufenden Mitteldaß nicht nur — wie erwünscht — die Spannungs- wertbildung der am Ausgang des Vorverstärkers impulsspitzen, sondern auch das eigentliche Meßnutz- anfallenden elektrischen Signale über die Zeit. Der signal begrenzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen sich jeweils ergebende Mittelwert entspricht dem Gerät weisen die begrenzten Spannungs- bzw. Strom- Gleichanteil dieser elektrischen Signale (Gleichanteil impulse unabhängig vom jeweils vorliegenden Gleich- 60 i_m ^KG). Der Operationsverstärker 11 arbeitet lediganteilbetrag im Meßsignal immer eine konstante Am- Hch als Impedanzwandler, d. h., das am hochohmigen plitude über diesem Gieichteil auf. Diese Amplitude Eingang des Operationsverstärkers 11 anliegende hängt lediglich ab vom Schwellenwert des Grenzwert- Mittelwertsignal erscheint in der Spannung unverindikators im Amplitudenbegrenzer und kann bei- stärkt wieder am niederohmigen Ausgang dieses Verspielsweise zu einem Wert gewählt sein, der nicht 65 stärkers. Die Dioden 9, 10 weisen jeweils einen wesentlich größer ist als der zu erwartende maximale Schwellenwert von 600 mV auf, d. h., die Dioden sind Amplitudenwert des eigentlichen Meßnutzsignals. gesperrt, solange die Differenz zwischen dem an den Finp. solche Wertwahl verhindert mit Sicherheit uner- Diodeneingängen 13 anliegenden Ausgangssignal des

Vorverstärkers 1 und dem Amplitudenwert des an Stärkereinrichtung 4 dem Aufzeichnungsgerät 5 zu-

den Diodenausgängen 14 anliegenden Mittelwert- geführt.

signals betragsmäßig kleiner als 600 mV ist, und sie Treten jedoch im Ausgangssignal des Vorverstärwerden leitend, wenn der Ausgangswert des Vorver- kers 1 Spitzenwerte auf, die betragsmäßig um mehr stärkers 1 das Mittelwertsignal um Werte größer/ 5 als 600 mV von der Mittelwertsignalamplitude abgleich 600 mV entweder im positiven Sinn (Diode 10 weichen, z. B. zusammen mit dem EKG abgenomleitend) oder im negativen Sinn (Diode 9 leitend) mene Schrittmacherirnpulse, so wird je nach Polarität überschreitet. Der Ausgangswiderstand des Vorver- dieser Spitzen entweder die Diode 9 oder die Diode stärkers 1 ist hochohmig (etwa 50 kQ), und sein Ver- 10 leitend und der jeweilige Spitzenwert, z. B. der Stärkungsfaktor ist so gewählt, daß die Amplitude io Schrittmacherimpulse:, somit begrenzt (Ausgangsder Ä-Zacke im EKG (bezogen auf das jeweils über- widerstand des Operationsverstärkers 11 und Innenlagerte Gleichpotential) im wesentlichen 300 mV widerstand der leitenden Diode sind vernachlässigbar nicht überschreitet. klein gegenüber dem strombegrenzend wirkenden

Die Wirkungsweise der Schaltung nach dem Aus- hochohmigen Ausgangswiderstand des Vorverstär-

führungsbeispiel gemäß der Figur ergibt sich wie folgt: 15 kers 1). Die Amplitude der so begrenzten Spitzen-

Das .RC-Glied 7,8 ermittelt fortlaufend den Gleich- werte beträgt je nach ihrer Polarität unabhängig vom

anteil in der Ausgangsspannung des Vorverstärkers 1 Gleichanteil im Ausgangssignal des Vorverstärkers 1

und teilt den jeweils vorliegenden Wert über den immer entweder +60OmV oder — 60OmV, bezogen

Operationsverstärker 11 den Diodenausgängen 14 auf den Gleichanteil, und ist damit im ungünstigsten

mit. Solange die Differenz zwischen der Ausgangs- ao Fall höchstens doppelt so groß wie die höchste zu

spannung des Vorverstärkers 1 und des Gleichanteils erwartende Ä-Zackenamplitude im EKG (maximal

den Wert von 600 mV betragsmäßig nicht über- ± 300 mV nach Vorverstärkung). Eine solche Am-

schreitet, sind beide Dioden 9 und 10 gesperrt, d. h., plitude erzeugt am Kondensator 3 keine störender

die Ausgangssignale des Vorverstärkers 1 werden Umladungen bzw. ilührt zu keinen unerwünschter

unverändert über den Kondensator 3 und die Ver- 25 Übersteuerungen in der Verstärkereinrichtung 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

2 228 54i _ 8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, Patentansprüche: dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Gleichantcilsignals zum Grenzwertindikator über

1. Gerät zum Erfassen von elektrischen Meß- einen eingangsseitig hochohmigen und ausgangssignalen mit im Meßsignalgang eingeschalteten 5 seitig niederohmigen Impedanzwandler (11) gekapazitiven Gliedern, z. B. Koppelkondensatoren, schieht.

und Meßsignalverstärkern sowie einem Amplitu- 9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekenn-

denbegrenzer, insbesondere Elektrokardiograph zeichnet, daß als Impedanzwandler (11.) ein Ope-

zum Erfassen des Elektrokardiogramms, da- rationsverstärker verwendet ist.