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Anordnung zur Messung der Pulsfrequenz
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Pulsfrequenz
mit einer unter Druck setzbaren Manschette, in die ein Mikrofon eingesetzt ist,
das die beim Druckabbau auftretenden Xorotkoff-Geräusche aufnimmt, bei der aus der
zeitlichen Folge dieser Korotkoff-Geräusche eine Anzeige für die Puls zahl pro Minute
ableitbar ist.
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Bei einer bekannten Anordnung wird die Zeit zwischen zwei aus den
Xorotkoff-Geräuschen abgeleiteten Signalimpulsen gemessen und dann aus dem gemessenen
Zeitwert die Pulsfrequenz in Pulszahl pro Minute errechnet. Der errechnete Wert
wird angezeigt.
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Diese bekannte Anordnung erfordert einen beachtlichen Aufwand an elektronischen
Schaltkreisen, da die Pause zwischen den beiden Signalimpulsen genau erfaßt werden
muß und da für die Umrechnung der gemessenen Zeit auf die gewünschte Puls zahl pro
Minute zusätzliche elektronische Schaltkreise erforderlich sind.
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Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei der die Anzahl der Signalimpulse,
die aus dem Korotkoff-Geräusch abgeleitet werden, in einem Zeitabschnitt abgezählt
werden, der ein ganzzahliger Bruchteil einer Minute, z.B. 30 Sekunden oder 15 Sekunden,
ist. Die so abgezählte Impulszahl wird über eine Vervielfacherschaltung, z.B. einen
Verdoppler oder einen Vervierfacher, in einen Wert umgerechnet, der direkt die Pulszahl
pro Minute angibt.
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Diese bekannte Anordnung weist den Nachteil auf, daß die Meßzeit sehr
groß ist. Dies ist besonders dann störend, wenn die Messung der Pulsfrequenz zusammen
mit der Blutdruckmessung ausgeführt wird und zwar beim Druckabbau in der Manschette
zwischen der Ermittlung des systolischen und diastolischen Blutdruckwertes. Der
Druckabbau in der Manschette muß dann so verzögert werden, daß zwischen der Erfassung
der beiden Blutdruckwerte noch genügend Zeit verbleibt, um die Pulsfrequenz zu messen.
Zudem benötigt die Vervielfacherschaltung einen beachtlichen Aufwand an elektronischen
Schaltkreisen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Unordnung zur Messung der Pulsfrequenz
der eingangs erwahnben Art so auszugestalten, daß die Pulszahl pro Minute mit wenig
Aufwand in elektronischen Schaltkreisen sehr schnell und dennoch genau ermittelt
werden kann. Dabei soll vor allen Dingen auf aufwendige und komplizierte elektronische
Schaltkreise zur Ausführung von Rechenoperationen verzichtet werden können.
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Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Komparator
die über einen Verstärker verstärkten Korotkoff-Geräusche in Rechteckimpulse umwandelt,
daß eine monostabile Kippschaltung jedem dieser Rechteckimpulse in einen Meßimpuls
mit konstanter
Amplitude und konstanter Dauer umsetzt, daß für
eine vorgegebene Meßzeit diese Meßimpulse auf einen Integrator durchachaltbar sind,
der die in der Meßzeit einlaufenden Meßimpulse an einer Meßspannung aufaddiert,
daß die Amplitude und die Dauer der Meßimpulse, sowie die Meßzeit so gewählt sind,
daß die Meßspannung der Pulszahl pro Minute proportional ist, und daß diese Meßspannung
eine Anzeigeeinrichtung steuert. Bei dieser Anordnung genügt eine kleine Anzahl
von Meßimpulsen und damit eine kurze Meßzeit, um eine Meßspannung zu erhalten, die
mit ausreichender Genauigkeit den Wert der gemessenen Pulsfrequenz beinhaltet. Zur
Ableitung dieser Meßspannung sind nur einfache und billige elektronische Schaltkreise
erforderlich.
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Die Durchschaltung der Meßimpulse zum Integrator ist dabei vorzugsweise
so gelöst, daß die monostabile Kippschaltung über eine Torschaltung mit dem Integrator
gekoppelt ist und daß diese Torschaltung mittels eines zentralen Taktgebers für
die vorgegebene Meßzeit durchschaltbar ist. Dabei wird ein stets gleicher Anfangspunkt
für die Messung dadurch erreicht, daß der zentrale Taktgeber über eine bistabile
Kippschaltung ansteuerbar ist, die selbst über das Ausgangssignal des Somparators
steuerbar ist. Der Beginn der Meßzeit fällt dann stets mit dem Beginn eines Meßimpulses
zusammen. Die Ankopplung der monostabilen KippschaLtung und der bistabilen Kippschaltung
an den Komparator ist nach einer Ausgestaltung dadurch gelöst, daß der Ausgang des
Komparators über eine Entkopplungsstufe sowohl mit dem Steuereingang der monostabilen
Kippschaltung, als auch mit dem Steuereingang der bistabilen Kippschaltung gekoppelt
ist.
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Die Erfassung des Meßwertes kann auf verschiedene Weise eingeleitet
werden. Wird der Meßwert mit dem Auftreten des ersten Meßimpulses über den Integrator
aufaddiert, dann kann ein neuer
Meßvorgang dadurch eingeleitet
werden, daß die bistabile Kippschaltung über eine Schaltmaßnahme und eine zentrale
Steuerschaltung rückstellbar ist und daß mit der Schaltmaßnahme über die zentrale
Steuerschaltung der Integrator in seine Nullstelhng rückstellbar ist.
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Die Erfassung des Meßwertes kann aber auch von einer externen Schaltmaßnahme
abhängig gemacht werden. Dazu ist dann vorzusehen, daß die bistabile Kippschaltung
über eine Schaltmaßnahme und eine zentrale Steuerschaltung für die Umsteuerung durch
das Ausgangssignal des Komparators freigebbar ist und daß vor der Freigabe der bistabilen
Kippschaltung der Integrator in seine Null stellung rückstellbar ist.
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Damit der über den Integrator aufaddiert Meßwert als leistungsstarke
Meßspannung zur Ansteuerung einer Anzeigeeinrichtung zur Verfügung steht, wird vorgesehen,
daß das Ausgangssignal des Integrators über einen hochohmigen Impedanz-Wandler dem
Eingang eines Meßverstärkers zuführbar ist und daß die Heßspannung am Ausgang dieses
Meßverstärkers abgreifbar ist. Die Meßspannung kann direkt über ein Meßinstrument
angezeigt werden, das in Pulszahlen pro Minute geeicht ist.
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Die Anzeige des Meßwertes kann auch direkt als dekadische Zah erfolgen.
Dazu ist die Anordnung so weitergebildet, daß ein Analog-Digital-Wandler die Meßspannung
in eine Impulsfolge mit einer der Größe der Meßspannung proportionalen Impulsfolgefrequenz
umwandelt, daß ein Zähler für eine vorgegebene Auszählzeit die Impulse dieser Impulsfolge
abzählt, daß eine Digital-Anzeigeeinrichtung nach der Auszählzeit den Zählerstand
des Zählers anzeigt und daß die Impulsfolgefrequenz und die Dauer der Auszählzeit
so abgestimmt sind, daß der so angezeigte Zählerstand direkt der gemessenen Pulszahl
pro Minute entspricht.
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Für die Umwandlung der analogen Meßspannung in eine Impulsfolge ist
die Ausgestaltung so vorgenommen, daß der Analog-Digital-Wandler eine Transistor-Eingangsstufe
aufweist, die einen Ladestromkreis eines Kondensators derart steuert, daß der Ladestrom
der Größe der Heßspannung proportional ist, daß dem Kondensator eine Schwellwertschaltung
parallelgeschaltet ist, die beim okerschreiten einer vorgegebenen Ladespannung am
Kondensator anspricht, einen Impuls abgibt und über eine Schaltstufe den Kondensator
kurzschließt.
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Außerhalb der eigentlichen Messung kann der Meßwert dadurch beobachtet
werden, daß die von der Schwellwertschaltung abgegebenen Impulse über eine erste
Koinzidenz-Torschaltung nur beim Anstehen eines ersten Zeittaktes einem getrennten
Meßausgang zuführbar sind, während sie beim Anstehen eines zweiten Zeittaktes über
eine zweite Koinzidenz-Torschaltung dem Zähler zuf#bar sind und so zur Anzeige gebracht
werden.
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Der zweite Zeittakt legt dabei die Dauer der Auszählzeit und der Zähler
wird vor jedem Auszählvorgang über seinen Rückstelleingang zurückgestellt.
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Der Aufwand für den Zähler kann dadurch klein gehalten werden, daß
ein Binär-Zähler verwendet ist und daß dessen binärer Zählerstand über einen Qodewandler
der dekadischen Digital-Anzeigeeinrichtung in dekadischer Form zuführbar ist. Auf
den Codewandler kann verzichtet werden, wenn die Auslegung so vorgenommen wird,
daß ein Dezimal-Zähler verwendet ist, dessen Ausgänge unmittelbar mit den zugeordneten
Steuereingängen der dekadischen Digital-Anzeige einrichtung verbunden sind.
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Der Zähler und die Digital-Anzeige einrichtung können bei einem Mehrzweckgerät
zur Erfassung des Blutdruckes, der Pulsfrequenz und der Sörpertemperatur mehrfach
ausgenützt werden, wenn vorgesehen
wird, daß die Meßspannung über
einen Betriebsartechalter an den Eingang des Analog-Digital-Wandlers anschaltbar
ist und daß an die Eingänge des Betriebsartschalters andere Detektorschaltungen
für andere Meßgrößen, z.B. Blutdruck und Körpertemperatur, anschaltbar sind. Dabei
kann eine weitere Anpassungsmöglichkeit an die verschiedenen Meßgrößen dadurch erreicht
werden, daß auch der die Auszählzeit bestimmende Zeittakt über den Betriebsartschalter
dem Analog-Digital-Wandler zuführbar ist und daß je nach gewählter Betriebsart unterschiedliche
Auszählzeiten gewählt sind.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 im Blockschaltbild die Schaltkreise zur Ableitung einer Meßspannung
aus den Korotkoff-Geräuschen, die der Pulszahl pro Minute proportional ist, Fig.
2 ein Zeitdiagramm, das den Meßvorgang erläutert und Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel
einer Auswerte-und Anzeigeanordn--# ür die Meßspannung, die einen Analog-Digital-Wandler,
einen Zähler und eine Digital-Anzeigeeinrichtung enthält.
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Bei der Blutdruck- und Pulsfrequenzmessung wird dem Patienten eine
Manschette angelegt, die über eine Pumpe auf einen Anfangsdruckwert gebracht wird,
der über dem höchsten systolischen Blutdruckwert liegt. Danach wird der Druck in
der Manschette
abgebaut, wobei beim systolischen Blutdruckwert
die Korotkoff-Geräusche einsetzen und beim diastolischen Blutdruckwert wieder aussetzen.
Zwischen diesen beiden Meßwerten treten die Korotkoff-Geräusche im Rhythmus der
Pulsfrequenz auf und bieten so die Möglichkeit zur Messung der Pulsfrequenz.
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Wie Fig. 1 zeigt, werden die Korotkoff-Geräusche über ein in die Manschette
eingesetztes Mikrofon Mi aufgenommen und als Signalimpulse, wie nach Fig. 2, einem
Komparator K zugeführt.
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Dieser Komparator K wandelt die Signalimpulse mi in Rechteckimpulse
k um. Diese Rechteckimpulse k werden über eine Entkopplungsstufe E sowohl dem Steuereingang,
einer monostabilen Kippschaltung MF, als auch dem Steuereingang einer bistabilen
Kippschaltung FF zugeführt. Die Anordnung kann nun so ausgelegt sein, daß mit dem
ersten Signalimpuls mi und dem daraus abgeleiteten Rechteckimpuls k die bistabile
Kippschaltung FF umgesteuert wird. Der darüber angesteuerte zentrale Taktgeber TG
erzeugt einen Meßimpuls tg mit vorgegebener Meßdauer, der die Torschaltung G für
diese Zeit durchschaltet. Jeder Rechteckimpuls k wird über die monostabile Kippschaltung
MF in einen Meßimpuls mf mit konstanter Amplitude und konstanter Dauer umgesetzt.
Die Meßimpulse mf gelangen über die durchgeschaltete Torschaltung G für die Dauer
der Meßzeit tg auf den Integrator I, der die Meßimpulse mf aufaddiert und eine Meßspannung
Um erzeugt. Das Ausgangssignal des Integrators I kann dabei über einen hochohmigen
Impedanzwandler IW abgegriffen und über einen Meßverstärker MV zu einer leistungsstarken
Meßspannung Um umgeformt werden. Die am Ende der Meßzeit tg anstehende Meßspannung
Um ist ein Maß für die gemessene Pulszahl pro Minute. Die Meßzeit tg, sowie die
Amplitude und die Dauer der Meßimpulse mf werden dabei so gewählt, daß die erzeugte
Meßspannung Um der Pulszahl pro Minute proportional ist.
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Die Meßspannung Um kann direkt ein Meßinstrument steuern, das in Einheiten
der Pulszahl pro Minute geeicht ist.
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Soll der Meßvorgang wiederholt werden, dann wird eine Schaltmaßnahme
SM eingeleitet, die über die Steuerschaltung ST zur Rückstellung der bistabilen
Kippschaltung FF, des Integrators I, sowie des Impedanzwandlers IW ausgenützt wird.
Bei dem nächsten Rechteckimpuls k am Ausgang des Komparators K wird ein neuer Meßvorgang
eingeleitet. Dabei kann die Anordnung so ausgelegt werden, daß die Meßzeit tg wiederum
mit dem Beginn eines Meßimpulses mf einsetzt. Auf diese Weise werden für alle Meßvorgänge
gleiche Ausgangsbedingungen geschaffen.
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Die Anordnung kann jedoch auch so abgewandelt werden, daß der Meßvorgang
erst durch die Schaltmaßnahme SM eingeleitet wird.
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Beim Vorliegen der Schaltmaßnahme SM kann über die Steuerschaltung
ST die bistabile Kippschaltung BB so angesteuert werden, daß der nächste Rechteckimpuls
k die Messung einleitet, da erst dann die bistabile Kippschaltung FF umgesteuert
werden kann. Dabei wird vorher über die Steuerschaltung ST stets eine Rückstellung
des Integrators 1 und des Impedanzwandlers IW vorgenommen. Diese Variante ist dann
zu bevorzugen, wenn sich in einem kombinierten Blutdruck-Pulsfrequenz-Meßgerät die
Pulsfrequenzmessung an die Messung des systolischen Blutdruckwertes anschließt und
nach der Pulsfrequenzmessung noch der diastolische Blutdruckwert gemessen wird.
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Über die von der Blutdruckmessung abgeleitete Schaltmaßnahme SM kann
dann die Pulsfrequenzmessung zjm richtigen Zeitpunkt eingeleitet werden.
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Wie die Kurve i in Fig. 2 zeigt, wird über den Integrator 1 die Meßspannung
Um aufgebaut. Da die Meßimpulse mf eine konstante Spannungs-Zeit-Fläche aufweisen,
ergibt sich beim Anstehen
eines Meßimpulses mf über den Integrator
I ein linearer Spannungsanstieg. Zwischen den Meßimpulsen mf bleibt die Neßspannung
konstant. Am Ende der Meßzeit tg, das durchaus in einen Meßimpuls mf fallen kann,
steht daher eine Meßspannung Um an, die der Anzahl der Meßimpulse mf in der Meßzeit
tg direkt proportional ist.Es hat sich gezeigt, daß schon bei 3 bis 4 Meßimpulsen
mf eine Meßspannung Um erhalten wird, die mit ausreihender Genauigkeit der zu messenden
Pulszahl pro Minute proportional ist. Anpassungsmöglichkeiten bieten bei dieser
Anordnung die Größe der Meßzeit tg, sowie die Dauer und die Größe der aus den Signalimpulsen
mi abgeleiteten Meßimpulse mf.
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Fig. 3 zeigt eine elektronische Auswerte- und Anzeige anordnung für
die Meßspannung Um, um das Ergebnis gleich in Werten der Puls zahl pro Minute digital
anzeigen zu können. Die Meßspannung Um steuert einen Schalttransistor T3 so aus,
daß der über die Widerstände R3 und 24 fließende Ladestrom des Kondensators C proportional
zur Größe der Meßspannung Um ist. Über den regelbaren Widerstand 24 kann dieser
Ladestromkreis geeicht werden.
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Am Schaltungspunkt A1 wird die Ladespannung des Kondensators C abgegriffen
und dem Steuerkreis des Transistors 21 zugeführt.
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Dieser Transistor 1 stellt eine Schwellwertschaltung dar, da er beim
Überschreiten seiner Schwellenspannung leitend wird.
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Dabei fließt über die Widerstände R1 und R2 ein Strom. Am Ausgang
A2 des Transistors T1 tritt ein Impuls auf. Über den Spannungsabfall am Widerstand
R2 wird der Thyristor 22 leitend gesteuert, so daß der Kondensator C kurzgeschlossen
und voll entladen wird. Dadurch wird auch die Steuerspannung für den Transistor
21 zu Null und der Transistor T1 wird wieder nichtleitend. Dies führt wiederum zur
Abschaltung der Steuerspannung für den Thyristor 22, der also auch wieder nichtleitend
wird. Der Ladevorgang des Kondensators C beginnt wieder
und beim
Überschreiten der Schwellenspannung des Transistors T1 tritt am Ausgang A2 ein neuer
Impuls auf und die Schaltvorgänge wiederholen sich. Es ist leicht einzusehen, daß
das Überschreiten der Schwellenspannung um so schneller erreicht wird, je größer
der Ladestrom des Kondensators C ist. Die am Ausgang A 2 abgegebene Impulsfolge
hat daher eine Impulsfolgefrequenz, die dem Ladestrom des Kondensators C und damit
auch der Größe der Meßspannung Um proportional ist.
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Die Impulse der Impulsfolge gelangen auf einen Steuereingang einer
ersten Koinzidnz-Torschaltung G1, die beim Anstehen eines Zeittaktes t1 durchlässig
ist. Dieser Zeittakt t1 kennzeichnet die Zeiten außerhalb der Meßvorgänge. Am Meßausgang
A3 kann also die Impulsfolge beobachtet werden.
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Wie mit dem zentralen Taktgeber TG angedeutet ist, wird in einer Aus
zählzeit die zweite Koinzidenz-Torschaltung G2 angesteuert, so daß die Impulsfolge
direkt dem Steuereingang eines Zählers Z zugeführt wird. Dieser Zähler Z ist vor
jedem Auszählvorgang über seinen Rückstelleingang RS in die Nullstellung gebracht.
Die Auszählzeit des Taktgebers TG und die Impulsfolgefrequenz der Impulsfolge sind
nun so gewählt, daß am Ende der Auszählzeit der Zählerstand direkt die gemessene
Puls zahl pro Minute beinhaltet. Dieser Zähler stand kann über eine Digital-Anzeige
einrichtung IN direkt angezeigt werden, so daß Anzeige- und Ablesefehler ausgeschaltet
sind.
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Der Zähler Z kann als Binär-Zähler ausgebildet sein, dessen binärer
Zählerstand über einen Codewandler der Digital-Anzeigeeinrichtung IN in dekadischer
Form zugeführt wird. Der Zähler Z kann jedoch auch als Dezimal-Zähler aufgebaut
sein, so daß seine Zählerausgänge unmittelbar mit den zugeordneten Steuereingängen
einer dekadischen Digital-Anzeige einrichtung IN verbunden werden können.
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Es ist leicht einzusehen, daß die in Fig. 3 gezeigte Auswerte-und
Anzeigeanordnung, die einen Analog-Digital-Wandler und eine Digital-Anzeigeeinrichtung
umfaßt, auch für andere Meßgrößen, wie den Blutdruck und die Körpertemperatur, ausgenützt
werden kann. Es ist nur dafür zu sorgen, daß diese Meßgrößen in entsprechende Meßspannungen
Um umgesetzt werden. Über einen Betriebsartschalter können die verschiedenen Meßspannungen
dann nacheinander dem Steuereingang der in Fig. 3 gezeigten Auswerte- und Anzeigeanordnung
zugeführt werden. Dabei ist es durchaus im Rahmen der Erfindung, die Auszählzeiten
für die Impulsfolge je nach Betriebsart zu ändern und an die zu messende Meßgröße
anzupassen. Selbstverständlich kann der Betriebsartschalter auch als elektronische
Folgeschaltung ausgelegt sein, die die Messung der verschiedenen Meßgrößen nach
einem vorgegebenen Programm selbsttätig vorgibt.