DE2650556C2 - Vorrichtung zur Darstellung einer Meßspannung, z.B. EKG, auf dem Bildschirm einer Oszillographenröhre - Google Patents
Vorrichtung zur Darstellung einer Meßspannung, z.B. EKG, auf dem Bildschirm einer OszillographenröhreInfo
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Description
uie Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Darstellung einer Meßspannurig, z. B. EKG, auf dem
B'idschirm einer Oszillographenröhre, bei der zeitlich
nacheinander anfallende Werte der Meßspannung in entsprechender zeitlicher Aufeinanderfolge in einen
Bildwiederholungsspeicher eingespeichert und von diesem in zyklischer Wiederholung auf das Signalablenksystem
der Röhre ausgelesen werden.
Bei I''kannten Vorrichtungen dieser Art (z. B. DT \S
13 620) dienen als Bildwiederholungsspeicher Üralaufschicberegister
für digitale Meßwerte der Meßgröße. Zu diesem Zweck wird die Meßspannung mittels
Analop-Dipilal-l )mspt7Pr digitalisiert, wobei die so
anfallenden digitalen Meßwerte in das Schieberegister zyklisch ein- bzw. aus diesem zyklisch wieder ausgelesen
werdea Die jeweils zyklisch ausgelesenen Meßwerte werden in einem Digital-Analog-Umsetzer in entsprechende
analoge Meßwerte zurückverwandelt, die schließlich dem Signalablenksystem der Oszillographenröhre
zum Bildaufbau zugeleitet werden. Neueste Vorrichtungen dieser Art benötigen in praktischer
Ausführung sieben bis zehn Schieberegister itiit jeweils
1024 bit Speicherkapazität, um geeignete Verzöge- ι ο ningszeiten bei einer gewünschten Auflösung zu
erreichen. Die relativ hohe Anzahl benötigter Schieberegister
samt zugehöriger Analog-Digital- bzw. Digital-Analog-Umsetzer verteuert jedoch den Gesamtaufbau
der Vorrichtung.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, diesen Nachteil herkömmlicher Vorrichtungen zu vermeiden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Bildwiederholungsspeicher ein signalrückkoppe/barer
sogenannter Eimerkettenspeicher mit einstellbarem Verstärkungsgrad dient, in dem die
Meßwerte der Meßspannung analog gespeichert werden, wobei dem Eimerkettenspeicher eingangsseitig ein
Referenzspannungsgeber und ausgangsseitig ein Spannungskomparator zugeordnet sind, wobei der Spannungskomparator
dn Referenzspannungswert nach Durchlaufen des Eimerkettenspeichers mit dem eweils
vorab eingespeicherten Referenzspannungswert des Referenzspannungsgebers vergleicht und bei Abweichungen
der beiden Werte den Verstärkungsgrad dss
Eimerkettenspeichers in dem Sinne einstellt, daß gleiche Referenzspannungswerte am Eingang und Ausgang des
Eimerkettenspeichers auftreten.
Die Erfindung verwendet einen sogenannten Eimerkettenspeicher, wie er beispielsweise aus »Philips
Technische Rundschau« 31. Jahrg., 1970/71, Nr. 4, Seiten 97 bis 111 vorbekannt ist. Ein solcher Eimerkettenspeicher,
der aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Speicherkondensatoren mit Zwischenschaltern zur
Weiterleitung der Analoginformationen besteht, entspricht im heutigen Handelspreis in etwa jenem eines
einzigen Schieberegisters mit derselben Anzahl von Speicherplätzen. Außerdem entfallen die noch teureren
Analog-Digital- bzw. Digital-Analog-Umsetzer. Der Gesamtkostenaufwand wird dadurch erheblich verringert.
Der Einsatz eines Eimerkettenspeichers erbringt jedoch folgendes Problem: Der Verstärkungsfaktor des
Eimerkettenspeichers ist nicht genau EINS, el. h. beim Zirkulieren des Meßsignals würde ein geringer Pegelabfall
dazu führen, daß die eingelesene Information gegen Null geht. Ein Verstärkungsgrad größer EINS
führt hingegen zu unerwünschtem Schwingen der Schaltung. Die Erfindung löst dieses Problem jedoch
dadurch, daß mit dem Meßsignal, z. B. EKG, dem Eimerkettenspeicher gleichzeitig ein Referenzspannungswert
l/,w zugeleitet wird. Dieser Referenzspannungswert zirkuliert zusammen mit den analogen
Meßwerten der Meßspannung, wobei jedoch am Ausgang des Eimerkettenspeichers die Referenzspannung
jeweils zyklisch herausgesucht und mit der uo
ursprünglich eingespeisten Referenzspannung verglichen wird. Die Abweichung wird vom Komparator als
Regelspannung einem Regelverstärker zugeführt, der dafür sorgt, daß am Eingang und am Ausgang des
Eimerkettenspeichers immer gleichhohe Referenzspan- <>s
nungswerte auftreten. Letzterer Fall ist erreicht, wenn die Verstärkung des Eimerkettenspeichers genau EINS
beträgt. Dies bedeutet wiederum Konstanthaltung dp?
Amplitudenveriaufs eingelesener Information sowie Vermeidung der Gefahr, daß die Schaltung zu
schwingen anfängt. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung kann in bevorzugter Ausgestaltung der
Referenzspannungswert wahlweise aus dem Meßsignal oder durch einen externen Referenzspannungsgeber
gewonnen werden. Im letzteren Fall sollte ίΛτ/; damit es
im Sichtbild nicht sichtbar wird, aus dem Bild ausgeblendet werden. Im ersteren Fall ist keine
Ausblendung erforderlich, da Urcr Bestandteil des
darzustellenden Signals bildet. Allerdings muß zum möglichen Vergleich von L/re/ am Ausgang mit Urer am
Eingang des Einierkettenspeichers ein Zusatzspeicher zur Speicherung des in bestimmten Zeitabständen
abge'asteten und als Referenzspannung Urcr verwendeten
Augenblickswertes der Meßspannung vorhanden sein. Wichtig ist auch die erforderliche zeitkorrekte
Anwahl des Referenzwertes arn Ausgang des Eimerkettenspeichers im Anfalltakt des hochfrequenten
Speicherumiaufs. Zu letzterem dient eine Sample-and-HoId
Schaltung mit Abtastschalter, der mit vorgebbarer Untersetzerfrequenz der Umlaufschiebetaktfrequenz
des Eimerkettenspeichers das umlaufende Signal an einen Speicherkondensator der Samp'e-and-Hold-Schaltung
antastet. Durch entsprechende Synchronisierung der Teilerfrequenzen mit den Einspeisetaktfrequenzen
für die Referenzspannungswerte in den Eimerkettenspeicher über weitere Eingangsfrequenzteiler
nebst Flip-Flop-Stufe läßt sich erreichen, daß jene Spannungswertc, die exakt mit dem Antasttakt des
Abtastschalters am Ausgang des Eimerkettenspeichers anfallen, auch immer exakt gerade identisch sind mit
vorher eingespeisten und nunmehr zirkulierenden Referenzspannungswerten. Am Speicherkondensator
der Samp'e-and-Hold-Schaltung und damit auch am
Istwerteingang des Spannungskomparators liegen also immer Referenzspannungswerte, die den Eimerkettenspeicher
zuvor gerade durchlaufen haben. Der Tak' von Neuabspeicherungen entspricht dem Anfalltakt der
Referenzspannungswerte am Ausgang des Eimerkettenspeichers.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.
In der Figur, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Prinzipschaltbild zeigt, sind mit 1 der
Eingang für eine Meßspannung, d. h. im vorliegenden Fall für ein EKG, und mit 2 ein Referenzspannungserzeuger
(Gleichspannungsquelle) für eine Referenzspannung Ure/ bezeichnet. Letztere Spannungen, also
sowohl Meßspannung als auch Referenzspannung, sind mittels Schaltern 3 und 4 in vorwählbaren Zeitabschnitten
auf den Signaleingang eines sogenannten Eimerkettenspeichers (Speicherkondensatoren mit
Zwischenschaltern zur Weiterleitung der Analoginformationen) schaltbar. Das Funktionsprinzip dieses
Fimerkettenspeichers ist, daß die am Eingang angelieferten Spannungswertinformationen als analoge Spannungswerte
von Speicherkondensator zur Speicherkondensator weitergetaktet werden, so lange, bis sie
schließlich nach einer bestimmten Zwischenspeicherzeit, die von der Zahl der Speicherstellen sowie der
Schiebetaktfrequenz innerhalb des Eimerkettenspeichers abhängt, wieder am Speiciierausgang austreten.
Der Eimerkettenspeicher 5, der vorzugsweise 1024 Einzelspeicherglieder aufweist, arbeitet als Biidwieder-
Er
nfBßt demnach eine Rückkoppel·
leitung 6, in der ein Signalverstärker 7 zur Verstärkung der rückgekoppelten Signalwerte eingeschaltet ist. Dem
als Operationsverstärker ausgebildeten Verstärker 7 wird dabei das rückgekoppelte Ausgangssignal des
Eimerkettenspeichers 5 über die Rückkoppelleitung 6 s
am nicht invertierenden Eingang zugeleitet. Der invertierende Eingang ist hingegen über einen Rückkoppelwiderstand
8 mit dem Verstärkerausgang rückgekoppelt. Ein Feldeffekttransistor 9, der ebenfalls am
invertierenden Eingang aes Operationsverstärkers 7 ,0
angeschaltet ist, dient als Stellglied zur Einstellung unterschiedlicher Verstärkungsgrade am Verstärker 7.
Diese Einstellung erfolgt durch Widerstandsänderung am Transistor 9 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal
eines Spannungskomparators JO. Letzterer Spannungs- ι <;
komparator 10 dient zum Vergleich des Spannungsreferenzwertes nach Durchlauf durch den Eimerkettenspeicher
5 mit jenem, der ursprünglich durch Abtastung der Urd des Referenzspannungsgebers 2 in den Speicher 5
eingespeichert wurde. Die Abtastung des Referenzwertes am Ausgang des Eimerkettenspeichers 5 erfolgt
in Sample-and-Hold-Technik mittels eines Abtastschalters
11 in Verbindung mit einem Speicherkondensator 12 am Istwerteingang des !Comparators 10. Der
Sollwerteingang des Komparators 10 liegt hingegen an der Referenzspannung Urcr des Referenzspannungsgebers
2.
Zur Vorgabe der Umlaufschiebetaktfrequenz des Eimerkettenspeichers 5 dient ein zentraler Taktgenerator
12', der beispielsweise mit einer Taktfrequenz von etwa 42OkHz arbeitet. Durch Frequenzteilung dieser
Schiebetaktfrequenz im Verhältnis 1 : 1025 mittels eines ersten Frequenzteilers 13 erhält man die Taktfrequenz
für den Schalter 4, d. h. den Einschiebetakt von neuer analoger Information in den Eimerkettenspeicher 5, und
durch weitere Teilung dieses Einschiebetaktes im Verhältnis 1 :64 mittels eines zweiten Frequenzteilers
14 schließlich den Referenzspeisetakt für die Einspeisung von Referenzspannungswerten Uref über den
Schalter 3 in den Eimerkettenspeicher 5. Auf Grund der gc-wähken Teiierverhäitnisse ist somit jeder 64ste
Abtastwert (der in den Eimerkettenspeicher neu eingespeichert wird bzw. in diesem zirkuliert) ein
Referenzspannungswert Urc/. Die dazwischenliegenden
Werte sind hingegen Analogwerte der Meßspannung, d. h. des EKG. Zur zeitkorrekten Anwahl von
Referenzspannungswerten LWam Ausgang des Eimerkettenspeichers
5 bei hochfrequentem Umlauftakt der Analoginformationen im Speicher mittels des Abtastschalters
11 der Sample-and-Hold-Schaltung dient
hingegen eine Schaltsteuereinrichtung, die einen dritten sowie vierten Frequenzteiler umfaßt. Der dritte
Frequenzteiler 15 teilt die Umlaufschiebetaktfrequenz des Taktgenerators 12' direkt im Verhältnis 1 :64,
während hingegen der vierte Frequenzteiler 16 die Taktfrequenz im Verhältnis 1 : 1024 teilt. Der vierte
Frequenzteiler 16 wird dabei durch eine Flip-Flop-Stufe 17 auf Zählbeginn (Null) gesetzt, wenn der zweite
Frequenzteiler 14 für den Referenzspeisetakt einen Eüinspeiseimpuls für die Referenzspannung b'rer erzeugt
Mindestens mit Erhalt des ersten 1024sten Impulses der Umlaufschiebetaktfrequenz setzt dann der vierte
Frequenzteiler den dritten Frequenzteiler 15 auf 2'ählbeginn. Darüber hinaus wird durch den vierten
Frequenzteiler 16 mit Erhalt des jeweils 1024sten Impulses auch die Flip-Flop-Stufe 17 in den Ausgangs
zustand zurückgesetzt. Auf Grund des geschilderten Steuermechanismus wird erreicht, daß also nach 1024
plus 64 Spannungswerten am Ausgang des Eimerkettenspeichers 5 der jeweils erste und anschließend im 64
Spannungswertrhythmus jeder weitere, anfallende Referenzspannungswert erfaßt und mittels des in
diesem Augenblick betätigten Abtastschalters U an den Speicherkondensator 12 und somit an den Istwerteingang
des Komparators 10 gelegt wird. Der so angefallene Istwert des Spannungsreferenzwertes wird
nunmehr durch den Komparator mit dem Ursprungsreferenzwert
UKrverglichen. Ergeben sich Unterschiede
dieser Werte, so ergibt sich eine Verstärkungsgradregelung des Verstärkers 7 über den Transistor 9 in
Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparators 10. Die Regelung erfolgt so lange, bis das Ausgangssignal
des Komparators 10 verschwindet, d. h. U„(am Eingang
des Eimerkettenspeichers 5 und UKr am Ausgang des
Eimerkettenspeichers 5 gleich groß sind.
Sofern, wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel e;n externer Referenzspannungsgeber 2 für den
Referenzspannungswert Uret vorgesehen ist, sollte der
Referenzspannungswert aus der Anzeige für das Meßsignal ausblendbar sein, sobald er am Ausgang des
Eimerkettenspeichers 5 erscheint. Zum Ausblenden des Referenzspannungswertes dient nun in vorliegendem
Fall der Abtastschalter 11, der bei Anfall des Referenzspannungswertes jeweils den Signalweg zum
Anzeigemittei unierbrichi. In vorliegendem Fall umfaßt der Signalweg einen Speicherkondensator 18 sowie den
Vertikalverstärker 19 mit Vertikalablenkspule 20 einer Oszillographenröhre 21 als Anzeigemittel. Der
Speicherkondensator 18 hält bei Unterbrechung des Signalweges durch den Abtastschalter 11 jeweils den
vorhergehend angefallenen Analogwert des Meßsignals. Austastlücken in der Signaldarstellung werden
somit vermieden. Die Oszillographenröhre 21 umfaßt in üblicher Weise auch noch einen Horizontalablenkver
stärker 22 mit Horizontalablenkspule 23. Die Horizontalablenkung des Elektronenstrahls der Rohres 21
erfolgt dabei im Synchrontakt der Taktimpulse des Taktgenerators 12' über eine Steuerleitung 24.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Vorrichtung zur Darstellung einer Meßspannung, z. B. EKG, auf dem Bildschirm einer
Oszillographenröhre, bei der zeitlich nacheinander anfallende Werte der Meßspannung in entsprechender
zeitlicher Aufeinanderfolge in einen Bildwiederholungsspeicher eingespeichert und von diesem in
zyklischer Wiederholung auf das Signalablenksystem der Röhre ausgelesen werden, dadurch
gekennzeichnet, daß als Bildwiederholungsspeicher ein signalrückkoppelbarer sogenannter
Eimerkettenspeicher (5) mit einstellbarem Verstärkungsgrad dient, in dem die Meßwerte der
Meßspannung (EKG) analog gespeichert werden, wobei dem Eimerkettenspeicher eingangsseitig ein
Referenzspannungsgeber (2) und ausgangsseitig ein Spannungskomparator (10) zugeordnet sind, wobei
der Spannungskomparator (10) den Referenzspannungswert nach Durchlaufen des Eimerkettenspeichers
mit dem jeweils vorab eingespeicherten Referenzspannungswert (UKf) des Referenzspannungsgebers
vergleicht und bei Abweichungen der beiden Werte den Verstärkungsgrad des Eimerkettenspeichers
in dem Sinne einstellt, daß gleiche Referenzspannungswerte am Eingang und Ausgang
des Eimerkettenspeichers auftreten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspannungswert (Urcf)
wahlweise aus dem Meßsignal (EKG) oder durch einen externen Referenzspannungsgeber (2) gewonnen
wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspannungswert
(Uni) in vorgebbaren, vorzugsweise regelmäßigen, Zeitabständen kurzzeitig erzeugt und in den
Eimerkettenspeicher (5) eingespeichert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitabstände der Neueinspeicherung
von Referenzspannungswerten (Urc;) durch
einen Referenzspeisetakt festgelegt sind, der einen Bruchteil des Einschiebetaktes von neuer analoger
Information in den Eimerkettenspeicher (5) beträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe eines Referenzspeisetaktes
als Bruchteil des Einschiebetaktes von neuer analoger Information in einen Eimerkettenspeicher
(5) mit insgesamt η Speicherstellen zwei Frequenzteiler
(13, 14) in Serie dienen, von denen der erste Frequenzteiler (13) die Umlaufschiebetaktfrequenz
des Eimerkeitenspeichers, die durch einen Taktgenerator (12') zentral vorgebbar ist, um vorzugsweise
einen Faktor n+1 zum Einschiebetakt und der zweite Frequenzteiler (14) diesen Einschiebetakt
wiederum um einen Faktor m zum Referenzspeisetakt teilt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur zeitkorrekten Anwahl von
Referenzspannungswerlen arn Ausgang des Eimer- <«>
kettenspeichers (5) bei hochfrequentem Umlauftakt der Anaioginformationen im Speicher ein Abtast
schalter (11) einer Sample . nd-Hold-Schaltung in
Verbindung mit einer Schaitsteuereinrichtung dient, die einen dritten sowie vierten Frequenzteiler <
<s umfaßt, wobei der den Abtastschaltcr (H) taktende
dritte Frequenzteiler (15) die Umlaufsehiebetaktfreouenz
des Taktgenerator (12') direkt im Verhältnis
1 : m und der vierte Frequenzteiler (16) die Taktfrequenz im Verhältnis 1 : π teilt, und wobei der
vierte Frequenzteiler (16) durch eine Flip-Eop-Stufe (17) auf Zählbeginn gesetzt wird, wenn der zweite
Frequenzteiler (14) für den Referenzspeisetakt einen Einspeiseimpuls für die Referenzspannung (Urcf)
erzeugt und mindestens mit Erhalt des ersten n-ten Impulses der Umlaufschiebetaktfrequenz den dritten
Frequenzteiler (15) auf Zählbeginn setzt
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Frequenzteiler (16) mit
Erhalt des jeweils η-ten Impulses auch die Flip-Flop-Stufe (17) in den Ausgangszustand zurücksetzt
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß zur Einstellung des
Verstärkungsgrades des Eimerkettenspeichers (5) ein Regelverstärker (7) im Speicherrückkoppelkreis
(6) dient, dessen Verstärkungsgrad mittels Stellglied (9), z. B. Feldeffekttransistor, in Abhängigkeit von
einem Ausgangssignal des !Comparators (10) veränderbar ist in dem Sinne, daß die Referenzspannungswerte
(Uref) am Eingang und Ausgang des Eimerkettenspeichers gleich sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei externem Referenzspannungsgeber
(2) der Referenzspannungswert (Urcf) aus der Anzeige für das Meßsignal
ausblendbar ist, sobald er am Ausgang des Eimerkettenspeichers (5) erscheint.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausblenden des Referenzspannungswertes
(Uref) ein Abtastschalter (11) dient,
der beim Anfall des Referenzspannungswertes jeweils den Signalweg zum Anzeigemittel (21) für
das Meßsignal (EKG) unterbricht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalweg zum Anzeigemittel
(21) hinter dem Abtastschalter (11) ein weiterer Speicherkondensator (18) vorgesehen ist,
der bei Unterbrechung des Signalweges durch den Abtastschalter (11) den vorhergehend angefallenen
Analogwert des Meßsignals hält.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung
eines Eimerkettenspeichers (5) mit vorzugsweise /?=1024 Speicherplätzen der erste Frequenzteiler
(13) im Verhältnis 1 :1025, der zweite (14) und dritte (15) Frequenzteiler im Verhältnis 1 :64 (m=64) und
der vierte Frequenzteiler (IS) im Verhältnis 1 :1024
teilen.
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- 1977-11-02 DK DK486877A patent/DK486877A/da unknown
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