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Schaltungsanordnunir zum Aufzeichnen des Verlaufs eines Meßwerts.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Aufzeichnen des
Verlaufs eines langsam sich ändernden Meßwerts auf dem Bildschirm eines Fernsehgerätes.
Der langsam sich verändernde Meßwert kann zum Beispiel das Ausgangssignal eines
Elektrokardiographen sein.
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Bei bestinsten Untersuchungen, insbesondere bei Belastungs-EKG benötigt
der Arzt neben der Möglichkeit in bestimmten Zeitabschnitten den Meßwert aufzeichnen
zu können eine optische Überwachungsmöglichkeit des Herzverhaltens. Hierfür gibt
es Spezialanzeigegeräte, die Jedoch teuer sind und nur einen kleinen Bildschirm
für die Aufzeichnung aufweisen.
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Die aer Erfindung zugrunde-liegende Aufgabe besteht darin, eine Adaptionsschaltung
zu schaffen um Elektrokardiogramme und ähnliche Meßkurven auf einem üblichen Fernsehgerät
zur Darstellung bringen zu können , ohne daß hierzu ein wesendlicher Eingriff in
das Fernsehgerät notwendig ist0 Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß der Messende, also z.B. der Arzt
die für ihn brauchbare Bildschirmgrößewählen kann. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß die Information für kurze Zeit gespeichert ist (ca. 4 Sekunden) . Auch
kann durch Anhalten des Einspeichervorgangs die Information länger gespeichert und
ausgewertet werden.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltung kommt auf der Pernsehröhre ein
Bild zustande, bei dem zu einem bestimmten Zeitpunkt eine
durchgehende
Meßkurve aufgezeichnet ist und bei dem sich danach an einem Bildrand beginnend eine
neue Meßkurve aufbaut, wobei sich der Rest der alten" Kurve von einer zur anderen
Aufzeichnung eines Bildes um ++ 1 Zeilen der Bildröhre verringert.
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Es hat sich herausgestellt, daß sich für m + 1 = 4 eine sehr günstige
Kurvendarstellung ergibt. Günstigerweise wird zur Dar stellung der Meßkurve das
Fernsehgerät selbst oder aber seine Ablenkung um 90° gedreht undzwar so, daß die
Zeilen .verBital aufgeschrieben werden;gunstigist es'die Drehung so vorzunehmen,
daß sich ein von links nach rechts aufbauend er Kurvenverlauf ergibt0 Um die sich
dann von links nach rechts verschiebende Trennungslinie zwischen dem sich neu aufbauenden
Kurventeilund der alten' Restkurve hervorzuheben, wird die Hellsteuerung des Fernsehgeräts
jeweils beim Einschreiben der zuletzt eingespeicherten Meßwerte zusätzlich beeinflußt
z.B. dunkler gesteuert. Man kann z.B. auf die Hellsteuerung dann zusätzlich die
Spannung eines sich aufladenden Kondensators geben, sodaß jeweils mit dem Einschreiben
der letztgespeicherten Werte beginnend das Restbild wenigstens teilweise dunkler
geschrieben wird.
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Um die aufgeschriebene Kurve deutlicher hervorzuheben hat es sich
als vorteilhaft herausgestellt, in jeder aufgeschriebenen Zeile den Ubergang zwischen
dem hellgestuuertenund dem dunkel bleibenden Teil des Bilds durch einen heller geshriebenen
Leuchtpunkt hervorzuheben. Hierzu wird jedem Hellsteuerimpuls an seinem Ende ein
zusätzlicher kurzer Impuls überlagert.
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Die Eingangs angegebene Schaltung setzt einen Digitalwert voraus.
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Kommen die Meßwerte von einem Meßwertgeber mit analogem Ausgangssignal,
so ist noch zusätzlich ein Ana vorgesehen, dessen Ausgang in Abständen von
Taktimpulsen dem Schieberegister zugeführt wird. Diesem kann noch ein geregelter
Eingangsverstärker vorgeschaltet sein. Auf die Art der Regelung wird später eingegangen.
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Die erwähnten Übergabeimpulse åie Ja jeweils von Umlauf zu Umlauf
um m + l,also Z.B. um 4 Schritte später (oder früher bei Minuszeichen) auftreten
sollen, kann man dadurch erzeugen, daß man einen Frequenzteiler vorsieht, dessen
Teiler zur erzielung der Abstände o + m + l,also z.B. 512 + 4 = 516 entsprechend
gewählt ist.An den so ermittelten Abständen werden dann z.B. 4 Vbergabeimpulse im
Abstand der Taktimpulse erzeugt.
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Man kann auf dem Bildschirm bei Verwendung der Schaltung zur Aufzeichnung
des Herzverhaltens zusätzlich die augenblickliche Herzfrequenz autschreiben. Hierzu
wird ein Impulsformer verwendet, der aus dem analogem Meßwertsignal eine Impulsfolge
mit der Herzfrequenz erzeugt0 Es wird dann eine dem Abstand benachbarter Impulse
proportionale Spannung U z.B. durch lineare Aufladung eines Kondensators erzeugt.
Die am Ende von T erhaltene Spannung U kann man dadurch in einen Wert l/Uumwandeln,
daß man einen Kondensator mit dieser Spannung auf einen bestimmten Ladezustand aufl.;idt.
Bei Verwendung einer Konstantstromquelle ist die hierfür benötigte Zeit zzt proportional
l/U . Viährerid der Zeit4t läßt man in einem Dezimalzähler Zählimpulse einlaufen
und erhält somit an diesem Zähler die Herzfrequenzals digitalen Wert. Mittels einer
Dekoderschaltung sowie einet Rastergeneratorsundeiner Matrix werden dann Impulse
zur Hellsteuerung von Zeilenabschnitten und Blldpunkten in den einzelnen Zeilen
gewonnen,sodaßauf dem Bildschirm in einem vorgegebenen Bereich eine der Herzfrequenz
entsprechende Zahl aufgeschrieben wird. Durch Multiplexausnutzung des Dekoders,
der Matrix und des Rastergenerators für Jede einzelne Ziffer läßt sich die Schaltung
vereinfachen. Man kann weiterhin die Spannung U einer Alarmautomatikzuführen, die
bei Über- und / oder Unterschreiten vorgegebener Vergleichswerte (Herzfrequenzgrenzwerte)
einen Blinkgenerator zur sich ändernden Helligkeitssteuerung des Bildschirms wirksam
macht.
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Anhand des Blockschaltbilds der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert werden.
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Dort ist mit 1 ein OsziVaxormit einer Frequenz von 125 kHz bezeichnet,
dessen Ausgangasignal im Teiler 2 auf Frequenzen von ca. 15,6 kHz (bei Q3 und 45
) und 7,8 kHz bei Q4 heruntergeteilt wird. Außerdem gibt der Teiler 2 am Ausgang
B Bild -synchronisationsimpulse im Abstand von ca. 32 msec. und am Ausgang Z Zeilensynchonisationsimpulse
im Abstand von 64sec.
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ab, die beide über den Videoverstärkerr3.demEingang des Fernsehgeräts
4 zugeführt werden.
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An der Klemme 5 des geregelten Eingangsverstärkers 6 soll der sich
langsam ändernde Meßwert eines Meßwertgebers z.B. eines Elektrokardiographen anliegen.
Die Regelung des Verstärkers 6 ist so auszulegen, daß unabhängig vom Mittelwert
des Abstands der Extremwerte der Meßwerte die Meßkurve immer im gleichen Bereich
aufgezeichnet wird. Durch diese Regelung wird sichergestellt , daß der Analog-Digitalwandler
optimal ausgenutzt wird. Die Regelung erfolgt so, daß der Mittelwert der Extremwerteder
Meßwerte mit einer Sollspannung verglichen wird und die aus diesem Vergleich ermittelte
Regelgröße zeitverzögert zur Verstärkungsbeeinflussung ausgenutzt wird. Der Digital-Analogwandler
7 wird von der Steuerung 8 so gesteuert, daß alle ca 8 msec. ein analoger Meßwert
in einen digitalen Meßwert umgesetzt wird, der dann am Ausgang des Analog-Digitalwandlers
7 z.B. als sechsstelliger Digitalwert ( d. h. ein Wort mit 6 bit ) parallel ansteht.
Der Abstand .8 msec.) ist so gewählt, daß Jeweils innerhalb der durch o + m + 1
Taktimpulse gegebenen Zeit die hier gewählten m + 1 = 4 Meßwerte zur Verfügung stehen.
Die drei ersten in dieser Zeit nacheinander ermittelten Meßwerte werden durch SchiebeimXùlse
im Abstand 0 + ( mm+ 1 ) aus der Steuerung m + 1 8 , die jeweils vor Beginn der
Steuerimpulse für die Digitalanalogwandlung (7) erzeugt werden, in ein Schieberegister
9 eingeschrieben. An dieses Schieberegister ist ein Umlaufspeicher 10 angeschalte«,
der eine der Zeilenzahl o des Fernsehbilds (z.B.512) entsprechende Zahl von n-stelligen
(z.B. 6stelligen) Speicherplätzen aufweist. Die Verschiebung der gespeicherten Meßwerte
wird mit der Taktfrequenz von 15,6 kHz (Q3) vorgenommen, sodaß
nach
ca 32 msec. einmal d gesamte Speicherinhalt über alle 512 Speicherplätze umgelaufen
ist. Es sei angenommen, daß der Speicher 10 gerade vollgeschrieben sei0 I ç olgendenUmlauf
werden nun die vier ersten Speicherplätze mit den drei im Schieberegister 9 gespeicherten
und dem am Ausgang des Analog-Digitalwandlers 7 gerade vorhandenen vierten Meßwerts
neu besetzt. Hierzu liefert die Steuerung 8 an das Schieberegister 9 vier Schiebeimpulse
mit einem Impulsabstand von ca 64 µsec.
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( 15,6 kHz.) und vier gleiche Impulse an den Umlaufepeicher10 als
Einspeicherimpulse. Nach dem nächsten Umlauf des Speicherinhalts werden die Schiebe-
und Einspeicherimpulse um vier Impulse verspätet, also nach 516 Impulsen erzeugt,
sodaß die vier neuen Meßwerte auf den Speicherplätzen 5 - 8 eingespeichert werden.
Dieser Vorgang setzt sich weiter fort, bis nach 128 Perioden zu 516 Taktimpulsen
die letzten Speicherplätze 509-512 neu besetzt werden. Diese Verschiebung um vier
Impulse pro Umlauf wird dadurch erzielt, daß das Ausgangssignal des Teilers 2 bei
Q4 mit der Frequenz 7,8 kHz einem weiteren Teiler 11 zuge-512 + 4 führt wird, der
die ankommenden Impulse gemäß dem Teiler herunterteilt und somit jeweils im Abstand
o + m + 1 einen Impuls erzeugt, der jeweils die vier Übergabe-und Einspeicherimpulse
auslöst. Es wird hier die halbe Fortschaltfrequenz (1/2(15,6 kHz) geteilt und deshalb
muß nur durch den Teiler 259geteilt werden; gleichwertig wäre eine Teilung der Frequenz
15,6 kHz durch 516.
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Der Speicher 10 ist nach etwa 3,8 sec. mit neuen Meßwerten belegt
Die am Ausgang des Umlaufspeichers auftretenden Meßwerte wernim Digital- Analogwandler
12 in Analogwerte umgesetzt0 Aus diesen Analogwerten werden im Wandler 13 Hellsteuerimpulse
erzeugt, deren Breite dem jeweiligen Analogwert entspricht. Diese Impulse gelangen
über den Videoverstärker 3 zum Eingang des Fernsehgerätes, sodaß sie über diesen
eine Hellsteuerung des Elektronenstrahls über einen Teil seiner Auslenkung in einer
Zeile entsprechend dem Meßwert bewirken. Das Fernsehgerät 4 ist so aufgestellt,
daß die Zeilen vertikal liegen und daß die Auslenkung
von links
unten beginnt. Durch die Meßsignale werden Teile der Zeilen von unten beginnend
als helle Linien aufgezeichnet, was in dem Fernsehbild der Zeichnung durch einige
vergrößert gezeichnete schwarze Linien ( 4 a ) angedeutet ist. Die Begrenzungslinie
der "hellgesteuerten" Zeilenausschnitte ist die aufzuzeichnende Meßkurve. Um die
Begrenzungslinie zu betonen,werden die Endpunkte der Linien 4 a stärker hellgesteuert,
wozu den Hellsteuerimpulsen an ihren Enden im Wandler 13 ein kurzer Impuls überlagert
wird.
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Das auf dem Schirm des Pernsehgeräts 4 im allgemeinen aufgezeichnete
Bild besteht aus zwei Teilkurven. Das links der Zeile 4 b liegende Bild kommt durch
z.B. 180 bereits neu mit Meß -werten beaufschlagte Speicherplätze zustande, während
das restliche Bild durch vorher gespeicherte Meßwerte zustande kommt.
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Das ab Zeile 4 b beginnende, rechts aufgezeichnete Bild setzt sich
also am linken Bildrand fort.
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Um die Schnittstelle der beiden Bilder hervorzuheben, werden die Ausgangsimpulse
des Teilers 11 auch einem Schaltteil 14 zuge -führt, das jeweils nach Aufzeichnen
der zuletzt eingespeicherten Meßwerte auf dem Bildschirm eine Kondensatoraufladung
neu beginnen läßt, dessen langsam ansteigende Spannung auf die Hellsteuerung gegeben
wird, sodaß die Zeilen, ab Zeile 4 b rel.
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dunkel beginnend nach rechts und dann links vorn weiter immer heller
geschrieben werden.
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Man kann zusätzlich noch die Herzfrequenz ziffernmäßig unmittelbar
anzeigen. Hierzu wird aus dem Meßwertsignal am Ausgang des Verstärkers 6 mittels
des Impulsformers 15 eine in ihrer Impulsfolgefrequenz der Herzfrequenz entsprechende
Impulsfolge gewonnen6 die im Block 16/z.B. durch lineare Kondensatorladung, während
des Impulsabstands T in eine der Herzfrequenz proportinale Spannung U umgesetzt
wird. Hieran kann sich eine Mittelwertbildung anschließen. Da aber der Herzfrequenz
proportional ist, muß noch der Kehrwert von U gewonnen werden, wozu am Ende der
Kondensatoraufladung im Block 17 mit einer Kon -stantstromquelle der Spannung U
ein weiterer Kondensator auf einen bestimmten Wert aufgeladen wird. Die Zeit # t
die
hierfür benötigt wird, ist umso kürzer Je größer U ist, d.
h.
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diese Zeit ist proportional der Herzfrequenz. Läßt man in dieser Zeit
d t Impulse in den Dezimalzähler 10 einlaufen, so erhält man die Herzfrequenz als
auf Ziffern aufgeteilten Digitalwerte.
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Diese Digitalwerte müssen nunmehr noch in Impulse angesetzt werden,
die den abgelenkten Elektronenstrahl zum richtigen Zeitpunkt helltasten sodaß die
Pulszahl ziffernmäßig aufgeschrieben wird. Dies geschieht dadurch, daß Jeder eine
Ziffer darstellende Digitalwert mittels eines 7 - Segment Dekoders 19 in eine eine
Ziffer darstellende Signalkombination umgesetzt wird.
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Im Rastergenerator 21. werden gesteuert von den Bild- und Zeilensynchronisierimpulsen
acht Ausgangssignale gewonnen.Würde man die Signale von fünf dieser Ausgänge einzeln
direkt auf den Videoeingang des Fernsehgerätes geben, so wurden auf dem Bildschirm
folgende Verläufe hellgeschrieben werden: Signal 1 eine hellgeschriebene Linie in
Fortsetzung der oberen Querbalken der Ziffern 7 u. 8 über den gesamten Bildschirm.
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Signal II ein hellgeschriebener Balken über den gesamten Bildschirm
in der Breite und in Fortsetzung der oberen Längsbalken der Ziffern 7 u. 8 Signallil
eine hellgeschriebene Liniein Fortsetzung des mittleren Querbalkens der Ziffer 8
über den Bildschirm.
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Signal IV ein hellgeschriebener Balken über den ge -samten Bildschirm
in der Breite und Fort -setzung der unteren Längsbalken der Ziffern 7 u. 8 Signal
V eine hellgeschriebene Linie in Fortsetzung des unteren Querbalkens der Ziffer
8 über den gesamten Bildschirm.
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An den drei verbleibenden Ausgängen werden für Jede aufzuzeichnende
Ziffer, also z.B. die Ziffer 8, pro Aufzeichnung eines Bildes je ein Impuls erzeugt,
von denen der 1. zeitlich so bemessen ist, daß er auftritt, wenn der Elektronenstrahl
in der oder den Zeilen, in denen die linken Längsbalken der Ziffer 8 geschrieben
werden, abgelenkt wird, von denen ein 2. auftritt, wenn der Elektronenstrahl in
der oder den Zeilen, in denen die rechtenLängsbalken der Ziffer 8 geschrieben werd,enabgelenttwird
und von denen der dritte eine solche zeitliche Ausdehnung und Lage hat, daß er während
der zum AuSschreiben einer oder mehrerer der Querbalken der Ziffer 8 benötigten
Zeit, also über eine entsprechende Zahl von nebeneinanderliegenden Zeilen auftritt
Durch Verknüpfen der Signale 1 - V mit den Impulsen 1. - 3. lassen sich somit Signale
erzeugen, die jedes der sieben zur Auf -zeichnung der Ziffer a benötigten Segmente
erzeugen0 Die Ver -knüpfung der acht Ausgangssignale des Rastergenerators2lmit dem
durch den Segmentendekoder 19 geforderten Ziffernsignal geschieht in der Matrix
20, die an ihrem Ausgang die zum Auf -schreiben der Ziffer auf den Bildschirm benötigterilmpulse
abgibt.
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Beim Befehl aus dem Dekoder 19 n.B.die Ziffer 7 aufzuschreiben, wird
Signal 1 mit dem 30 Impuls, und Signal II und IV mit dem 2. Impuls über ein Und-
Gatter verknüpft. Der Muliplexer 22 hat die .ufgabe,den Spannungsdekoder und die
Matrix nicht mehrfach vorsehen zu müssen; diese Teile werden also mehrfach ausgenutzt.
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Um den Arzt auf extreme Herzfrequenzen aufmerksam zu machen, kann
man eine Alarmautomatik 23 vorsehen, die auf zu große und/ oder zu kleine Werte
von U anspricht und dann mittels eines Blinkgenerators 24 den Bildschirm abwechselnd
hell-und dunkeltastet und / oder eine akustische Warnung durch Einschaltung eines
Tongenerators 25 mit Lautsprecher 26 über Leitung 28 bewirkt. Hiermit kann auch
der normale Herzton hörbar gemacht werden (Ltg. 27). Außerdem kann man die bei Alarm
gerade aufgeschriebene Kurve durch Umschaltung des Teilers (11) von 258 auf 256
über Ltg. 28 speichern. Durch den Schalter 3G kann die Speicherung der gerade geschriebenen
Kurve auch manuell erfolgen.
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