DE2825327B1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer der Folge von Pulsschlaegen entsprechenden Impulsfolge - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung einer der Folge von Pulsschlaegen entsprechenden ImpulsfolgeInfo
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Description
60
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer der Folge von Pulsschlägen einer Person
entsprechenden Folge von Impulsen mit einem Pulsaufnehmer und wenigstens einer diesem nachgeordneten
Stufe zur Unterdrückung von Störeinflüssen.
Es ist bekannt, Störeinflüsse in Form von Störsignalen mit Hilfe von Filtern zu unterdrücken. Weiterhin ist es
bekannt, die vom Pulsaufnehmer kommenden Signale mit Hilfe von Verstärkern, deren Verstärkung steuerbar
ist, von Störsignalen zu trennen. Störeinflüsse können aber auch dazu führen, daß die den Pulsschlägen
entsprechenden Signale vollständig oder unvollständig unterdrückt werden. Insbesondere bei der Pulsaufnahme
am Ohrläppchen einer Person können Muskelanspannungen dazu führen, daß der Pulsaufnehmer keine
den Pulsschlägen entsprechenden Impulse abgibt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer der Folge von
Pulsschlägen einer Person entsprechenden Folge von Impulsen zu schaffen, die besser als die bekannten
Vorrichtungen dieser Art in der Lage ist Sröreinflüsse zu unterdrücken. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß
gelöst durch einen spannungsgesteuerten Taktgenerator, der von einem Komparator gesteuert ist welcher
den Inhalt von zwei Speichern vergleicht, von denen der erste die vom Pulsaufnehmer kommenden Impulse und
der zweite die am Ausgang des Taktgenerators auftretenden Impulse vorübergehend speichert
Der spannungsgesteuerte Taktgenerator liegt hierbei in einem Regelkreis, weshalb die Frequenz seiner
Ausgangsimpulse ständig auf die Frequenz der vom Pulsaufnehmer kommenden Impulse eingeregelt wird.
Fällt einer oder mehrerer dieser Impulse aus, dann steht in diesem Zeitraum der im Speicher gespeicherte Wert
zur Bildung der Stellgröße zur Verfügung, wodurch verhindert wird, daß sich diese Störung auf die
Impulsfrequenz am Ausgang des spannungsgesteuerten Generators auswirken kann.
Muß mit kurzzeitigen Störungen gerechnet werden, deren Frequenz einer oberhalb eines Grenzwertes
liegenden Pulsfrequenz entspricht, dann kann in einfacher Weise durch eine Begrenzung der Speicherfähigkeit
der beiden Speicher verhindert werden, daß sich die Impulsfrequenz am Ausgang des spannungsgesteuerten
Taktgenerators entsprechend erhöht.
Um möglichst schnell jedesmal beim Eintreffen eines einem Pulsschlag entsprechenden Impulsen eine eventuell
vorhandene Abweichung der Ausgangsfrequenz des Taktgenerators ausregeln zu können, ist jedem der
beiden Speicher wenigstens eine die diesem zugeführte Impulsfolge mit dem gleichen Faktor vervielfachende
Vervielfacherstufe vorgeschaltet, welche synchronisiert werden. Hierzu können die beiden Vervielfacherstufen
von einem Synchronisationsimpulse erzeugenden Generator gesteuert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Pulsaufnehmer ein Operationsverstärker nachgeschaltet,
dessen nichtinvertierender Eingang über einen Kondensator mit Masse verbunden ist und dessen beide
Eingänge, denen Widerstände gleicher Größe vorgeschaltet sind, gleichzeitig mit den gleichen, vom
Pulsaufnehmer kommenden Signalen angesteuert werden. Durch diese Verstärkerbeschaltung erhält man eine
schwimmende Triggerschwelle, wodurch erreicht wird, daß Signale unterhalb der Schwelle nicht zum
Verstärkerausgang gelangen und alle Signale oberhalb dieser Schwelle auf einen maximalen Wert verstärkt
werden.
Störungen, wie sie beispielsweise bei heftigen Körperbewegungen auftreten können, können zu einem
sehr hohen Gleichspannungsanteil der Impulse führen. Um diese Störeinflüsse zu unterdrücken, kann man dem
Pulsaufnehmer einen Operationsverstärker nachschalten, dessen nichtinvertierender Eingang von den vom
ORIGINAL INSPECTED
Pulsaufnehmer kommenden Signalen angesteuert wird und dessen invertierender Eingang über einen Kondensator
mit Masse verbunden ist.
Hierdurch wird eine Verstärkung des Gleichspannungsanteils vermieden. Vorzugsweise wird dieser
Operationsverstärker zwischen dem Pulsaufnehmer und dem eine schwimmende Triggerschwelle bildenden
Operationsverstärker angeordnet
Bei einer Pulsabnahme am Ohrläppchen oder am Finger kann die von Person zu Person verschiedene
Durchlässigkeit oder Reflexionsfähigkeit für die vom Sender ausgehenden Signale sehr verschieden sein. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist deshalb der Pulsaufnehmer einen lichtempfindlichen Empfänger auf,
der einen von einem Regler gesteuerten Arbeitspunkt hat. Hierdurch wird erreicht, daß die Ausgangsimpulse
des Pulsaufnehmers in ihrer Höhe unabhängig sind von den unterschiedlichen Pulsaufnahmebedingungen.
In besonders einfacher Weise ist die Stabilisierung des Arbeitspunktes mit Hilfe eines Reglers möglich, der
den Arbeitspunkt des durch einen Fototransistor gebildeten Empfängers über einen mit dem Fototransistor
in Reihe geschalteten Feldeffekttransistors in Abhängigkeit von der Höhe der Ausgangssignale des
Empfängers steuert
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen
erläutert Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels.
Eine Vorrichtung zur Erzeugung einer der Folge von jo
Pulsschlägen einer Person entsprechenden Folge von Impulsen weist einen an das Ohrläppchen oder den
Finger einer Person ansetzbaren Pulsaufnehmer auf, der aus einem Sender 1 und einem Empfänger 2 besteht, die
im Ausführungsbeispiel optoelektrisch arbeiten. Der Sender 1 wird durch eine Leuchtdiode gebildet, die
einen Lichtstrahl konstanter Intensität auf die Gefäße im Ohrläppchen oder im Finger richtet Selbstverständlich
könnte, wenn mit Störlicht gerechnet oder Energie gespart werden muß, für den Sender 1 ein Impulsbetrieb
vorgesehen werden. Die Intensität des Lichtstrahls wird einerseits in Abhängigkeit vom Pulsschlag durch die
Gefäße, durch die er hindurchgeht oder an denen er reflektiert wird, moduliert. Andererseits wird seine
Intensität in einem bei den einzelnen Personen unterschiedlichen Maße, beispielsweise wegen der
unterschiedlichen Dicke des Ohrläppchens oder des Fingers, vermindert. Um diese personenspezifischen
Unterschiede zu kompensieren und damit am Ausgang des Empfängers bei allen Personen Signale etwa
gleicher Höhe zu erhalten, ist mit der Kollektor-Emitter-Strecke des als Fototransistor ausgebildeten Empfängers
2 ein Feldeffekttransistor 3 in Reihe geschaltet, dessen Steuerelektrode an einen Regler 4 angeschlossen
ist, dem das Ausgangssignal des Empfängers 2 zugeführt wird. Der Regler 4 stellt unabhängig von der Dicke des
Ohrläppchens oder des Fingers den Fototransistor immer auf den gleichen Arbeitspunkt ein.
Die Ausgangssignale des Empfängers 2 werden mittels eines ersten Verstärkers 5 verstärkt, bei dem es e>o
sich im Ausführungsbeispiel um einen Operationsverstärker handelt, dessen invertierender Eingang, zu dem
der Ausgang zurückgeführt ist, über einen ohmschen Widerstand mit Masse verbunden ist Der erste
Verstärker 5 ist als Bandpaßfilter ausgebildet
Auf den ersten Verstärker 5 folgt eine zweite Verstärkerstufe 6, deren Operationsverstärker anstelle
eines ohmschen Anschlußwiderstandes einen Kondensator 7 hat Der Kondensator, der einerseits mit Masse
verbunden ist ist andererseits an den invertierenden Eingang angeschlossen, der über einen Widerstand mit
dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist
Die Ausgangssignale der zweiten Verstärkerstufe 6 werden über ein Bandpaßfilter 8 einer dritten
Verstärkerstufe 9 zugeführt Die Verstärkung der Signale erfolgt in dieser Stufe ebenfalls mit Hilfe eines
Operationsverstärkers. Im Gegensatz zu den Operationsverstärkern der vorhergehenden Stufen ist hier
jedoch jedem der beiden Eingänge ein Widerstand 10 vorgeschaltet Diese beiden Widerstände 10, die gleiche
Größe haben, sind andererseits mit dem Ausgang des Bandpaßfilters 8 verbunden, so daß dessen Ausgangssignale
gleichzeitig die beiden Eingänge des Operationsverstärkers ansteuern. Der nichtinvertierende Eingang
des Operationsverstärkers der Verstärkerstufe 9 ist über einen Kondensator 11 mit Masse, der invertierende
Eingang über einen Widerstand mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden. Durch diese Beschattung
des Operationsverstärkers erhält dieser eine schwimmende, d. h. sich signalabhängig verschiebende
Triggerschwelle, wodurch Signale unterhalb eines vorbestimmten Spannungswertes nicht zum Ausgang
der Verstärkerstufe 9 gelangen können und Signale oberhalb dieses Spannungswertes auf einen maximalen
Wert verstärkt werdea Die dritte Verstärkerstufe 9 verhält sich somit ähnlich einem Schnitt-Trigger,
unterscheidet sich von diesem aber durch iiire schwimmende Triggerschwelle. Im Ausführungsbeispiel
werden nur Signale oberhalb 1,2 Vss verstärkt Darunter liegende Signale werden unterdrückt Ein Vorteil der
dritten Verstärkerstufe 9 besteht ferner darin, daß die Eingangssignale einen positiven oder einen negativen
Gleichspannungsanteil bis zur Höhe der Versorgüngsspannung aufweisen können, ohne daß diese Stufe ihre
speziellen Verstärkereigenschaften verliert Die Empfindlichkeit der dritten Verstärkerstufe 9 ist von der
Größe des Kondensators 11 abhängig.
Der dritten Verstärkerstufe 9 ist ein Schmitt-Trigger 12 nachgeschaltet dessen Ausgangssignale einen
Verstärker 13 steuern, der seinerseits eine Leuchtdiode 14 ansteuert Da jeder Ausgangsimpuls durch die
R-Zacke der den Pulsschlägen entsprechenden Pulssignale erzeugt wird, leuchtet die Leuchtdiode 14 im
Rhythmus des Auftretens der R-Zacken auf, was den Schlagrhythmus des Herzens wiedergibt
Die Ausgangsimpulse des Schmitt-Triggers 12 werden nicht nur dem Verstärker 13 zugeführt, sondern
auch einer ersten Multiplizierschaltung 15, der unter Zwischenschaltung eines Schmitt-Triggers 16 eine
zweite Multiplizierschaltung 17 nachgeschaltet ist Die mit Hilfe dieser beiden Multiplizierschaltungen 15 und
17 erreichte Impulsvervielfachung könnte selbstverständlich .auch mit einer einzigen Schaltung erreicht
werden. Im Ausführungsbeispiel verdoppeln beide Multiplizierschaltungen die Zahl der Eingangsimpulse.
Durch die Impulsvervielfachung erreicht man schon im unteren Frequenzbereich eine gleichmäßige Spannung.
Der zweiten Multiplizierschaltung 17 ist ein erster Speicher 18 nachgeschaltet, welcher die Impulse etwa 3
Sekunden zu speichern vermag. Die Speicherfähigkeit Ut aber begrenzt, damit kurzzeitige Störungen, die
Pulsfrequenzen oberhalb einer vorgegebenen Grenze von beispielsweise 260 Pulsschlägen pro Minute
ergeben, wegen mangelnder Speicherfähigkeit unterdrückt werden.
m Der Ausgang des ersten Speichers ist mit dem einen
m Der Ausgang des ersten Speichers ist mit dem einen
Eingang eines Komparators 19 verbunden, der einen ihm nachgeschalteten, spannungsgesteuerten Taktgenerator
20, auch VCO genannt, steuert. Die Frequenz der vom Taktgenerator 20 erzeugten Impulse ist abhängig
von dem vom Komparator 19 kommenden Signal. Aufgrund der vom Taktgenerator 20 erzeugten Impulse
kann die Zahl der Pulsschläge pro Minute ermittelt und, beispielsweise auf einem Display, angezeigt werden. Ist
eine Mittelwertbildung erwünscht oder erforderlich, dann können die Ausgangssignale des Taktgenerators
20 beispielsweise einem Rechner zugeführt werden, welcher die Mittelwertbildung vornimmt.
Die am Ausgang des Taktgenerators 20 auftretenden Impulse werden, wie das Schaltbild zeigt, auch einer
dritten Multiplizierschaltung 21 zugeführt, welche wie die erste Multiplizierschaltung 15 die Zahl der Impulse
verdoppelt Über einen nachgeschalteten Schmitt-Trigger 25 werden diese Impulse einer vierten Multiplizierschaltung
22 zugeführt, welche nochmals eine Impulsverdopplung
bewirkt Wie die Multiplizierschaltungen 15 und 17 könnten auch die Multiplizierschaltungen 21
und 22 durch eine einzige Multiplizierschaltung ersetzt werden. Ein Synchronisiergenerator 23 synchronisiert
die zweite Multiplizierschaltung 17 mit der vierten Multiplizierschaltung 22. Eine derartige Synchronisation
ist erforderlich, da die beiden Impulsreihen, welche mit Hilfe der Multiplizierschaltungen erzeugt werden,
synchronisiert sein müssen und Impulse gleicher Höhe und Breite haben müssen. Nur dann ist der Komparator
19 in der Lage, die beiden Frequenzen zu vergleichen. Im Ausführungsbeispiel erfolgt nämlich die Speicherung
der am Ausgang der zweiten Multiplizierschaltung 17 auftretenden Impulse in Form einer Integration im
ersten Speicher 18. Entsprechend intregiert ein zweiter Speicher 24, welcher der vierten Multiplizierschaltung
22 nachgeschaltet ist, die von dieser erzeugten Impulse. Der zweite Speicher 24 ist mit dem zweiten Eingang des
Komparators 19 verbunden, so daß dieser den Speicherinhalt und damit die Frequenzen der vom
Pulsaufnehmer kommenden Impulsfolge mit der Frequenz der am Ausgang des Taktgenerators 20
auftretenden Impulsfolge vergleichen kann. Stellt der Komparator 19 eine Abweichung fest, dann wird diese
durch eine Änderung der Frequenz des Taktgenerators 20 ausgeregelt, und zwar wegen der Vervielfachung der
vom Pulsaufnehmer kommenden Impulse in sehr kurzer Zeit. Infolge der Rückführung der Ausgangsgröße des
ίο Taktgenerators 20 hat man einen geschlossenen
Regelkreis, in dem sehr rasch Abweichungen der Impulsfrequenz am Ausgang des Taktgenerators 20 von
der Impulsfrequenz am Ausgang des ersten Speichers 18, welche der Herzimpulsfrequenz proportional ist,
ausgeregelt werden. Bei sog. Pulsaussetzern, d. h. beim Ausfall von Impulsen des Empfängers 2, wie sie vor
allem bei einer Pulsabnahme am Ohrläppchen infolge Muskelanspannungen auftreten können, wird jedoch die
Impulsfrequenz des Taktgenerators 20 nicht heruntergeregelt, falls der Zeitraum, in dem der Empfänger keine
Impulse erzeugt, nicht größer als etwa 3 Sekunden ist. Die Speicher 18 und 24 können nämlich den zuletzt
gültigen Wert etwa 3 see. speichern, und diese gespeicherten Werte werden solange dem Komparator
19 zugeführt, bis neue Werte vorliegen oder die maximale Speicherzeit überschritten worden ist. Kurzzeitige
Störungen in Form von Pulsaussetzern werden deshalb vollständig unterdrück.
Die Genauigkeit des Komparators 19 und die Regelgüte des Regelkreises sind im Ausführungsbeispiel so gewählt, daß Abweichungen von einem Pulsschlag pro Minute noch ausgeregelt werden. Der Regelbereich erstreckt sich von 30 Pulsschlägen pro Minute bis 260 Pulsschlägen pro Minute.
Die Genauigkeit des Komparators 19 und die Regelgüte des Regelkreises sind im Ausführungsbeispiel so gewählt, daß Abweichungen von einem Pulsschlag pro Minute noch ausgeregelt werden. Der Regelbereich erstreckt sich von 30 Pulsschlägen pro Minute bis 260 Pulsschlägen pro Minute.
Infolge der verschiedenen Maßnahmen zur Unterdrückung von Störeinflüssen ist die am Ausgang des
Taktgenerators 20 abnehmbare Impulsfrequenz praktisch frei von Störungen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Erzeugung einer der Folge von Pulsschlägen einer Person entsprechender Folge
von Impulsen mit einem Pulsaufnehmer und s wenigstens einer diesem nachgeordneten Stufe zur
Unterdrückung von Störeinflüssen, gekennzeichnet durch einen spannungsgesteuerten
Taktgenerator (20), der von einem Komparator (19) gesteuert wird, welcher den Inhalt von zwei
Speichern (18, 24) vergleicht, von denen der erste (18) die vom Pulsaufnehmer (1, 2) kommenden
Impulse und der zweite (24) die am Ausgang des Taktgenerators (20) auftretenden Impulse vorübergehend
speichert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden Speicher (18, 24)
wenigstens eine die ihm zugeführte Impulsfolge mit dem gleichen Faktor vervielfachende Vervielfacherstufe
(15,17,21,22) vorgeschalltet ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Speichern (18, 24)
vorgeschalteten Vervielfacherstufen (17, 22) von einem Synchronisatotionsimpulse erzeugenden Generator
(23) gesteuert sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkapazität
der beiden Speicher (18, 24) auf einen der oberen Grenze der Herzpulsfrequenz entsprechenden Wert
begrenzt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Impulsaufnehmer
(1,2) ein Operationsverstärker (9) nachgeschaltet ist,
dessen nichtinvertierender Eingang über einen Kondensator (11) mit Masse verbunden ist und
dessen beide Eingänge, denen Widerstände (10) gleicher Größe vorgeschaltet sind, gleichzeitig mit
den gleichen, vom Pulsaufnehmer kommenden Signalen angesteuert werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Pulsaufnehmer (1, 2) ein Operationsverstärker (6) nachgeschaltet ist, dessen
nichtinvertierender Eingang von den vom Pulsaufnehmer kommenden Signalen angesteuert wird und
dessen invertierender, mit dem Ausgang verbündener Eingang über einen Kondensator (7) mit Masse
verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsaufnehmer
einen lichtempfindlichen Empfänger (2) mit von so einem Regler (4) gesteuertem Arbeitspunkt aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Regler (4) den Arbeitspunkt des durch einen Fototransistor gebildeten Empfängers
(2) über einen mit dem Fototransistor in Reihe geschalteten Feldeffekttransistors (3) in Abhängigkeit
von der Höhe der Ausgangssignale des Empfängers (2) steuert
Priority Applications (3)
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DE2825327A DE2825327C2 (de) | 1978-06-09 | 1978-06-09 | Vorrichtung zur Erzeugung einer der Folge von Pulsschlägen entsprechenden Impulsfolge |
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Family Applications (1)
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