DE2909578A1

DE2909578A1 - System zur erfassung der zeigerstellung eines messgeraetes

Info

Publication number: DE2909578A1
Application number: DE19792909578
Authority: DE
Inventors: George D Jones
Original assignee: Airco Inc
Current assignee: Airco Inc
Priority date: 1978-04-26
Filing date: 1979-03-12
Publication date: 1979-10-31
Also published as: FR2424519A1; US4214155A; CA1131325A; FR2424519B1; GB2020010B; GB2020010A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Zeiger-Anzeigegeräte und insbesondere ein System zur Feststellung der Lage des Zeigers.

Es sind mehrere Arten von Anzeigegeräten bekannt mit Einrichtungen zur Erfassung der Lage oder der Bewegung des Meßzeigers. In den meisten Fällen sind die Erfassungseinrichtungen mit Nachteilen behaftet. Grundsätzlich gibt es Erfassungsgeräte mit Berührung und berührungslose Erfassungsgeräte. Bei den Erfassungsgeräten mit Berührung kommt der Anzeiger oder die Nadel in körperliche Berührung mit der Erfassungseinrichtung und dadurch kann ein elektrischer Schalter geschlossen oder geöffnet werden, so daß die Berührung der Nadel erfaßt wird.

Bei den Erfassungssystemen, die auf Berührung der Nadel oder des Zeigers beruhen, tritt das Problem auf, daß der körperliche Kontakt in irgendeiner Weise die sonst freie Bewegung des Zeigers beeinflußt. Bei sehr empfindlichen Anzeigegeräten wird der Zeiger möglichst reibungsfrei aufgehängt, so daß die eine freie Bewegung des Zeigers hindernden Kräfte so gering wie möglich gehalten werden, um sicherzustellen, daß die Zeigerbewegung genau dem jeweiligen zu messenden Parameter folgt.

Bei der berührungsfreien Art von Erfassungssystemen werden Einrichtungen getroffen, durch die keine körperliche Berührung zwischen der Einrichtung und dem Zeiger nötig ist. Die am häufigsten anzutreffenden berührungslosen Erfassungssysteme sind magnetische und fotoelektrische Geräte. Mit der letztgenannten Art beschäftigt sich die Erfindung.

Bekannte Erfassungssysteme fotoelektrischer Art sind verschiedenartig aufgebaut. Beispielsweise ist in einem derartigen System eine einzelne Lichtquelle und ein einzelner Lichtdetektor vor-

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gesehen. Die Lichtquelle ist auf eine bestimmte Lage des Zeigers gerichtet und wenn der Zeiger diese Stellung erreicht oder an ihr vorbeikommt, wird das Licht vom Zeiger zum Lichtdetektor reflektiert. Dabei tritt die Schwierigkeit auf, daß ein solches Erfassungssystem nicht einfach auf eine beliebige Stellung des Zeigers ausgerichtet werden kann. Sowohl die Lage der Lichtquelle als auch die des Lichtdetektors müssen dann sorgfältig eingestellt werden, damit die neue Lage erfaßt werden kann. Alternativ wird für verschiedene Stellungen eine Vielzahl einzelner Lichtquellen benutzt, die genau mit einer Vielzahl von Lichtsensoren ausgerichtet sind.

Offensichtlich werden durch eine Vervielfachung der Anzahl von Lichtquellen und Detektoren die Schwierigkeiten vergrößert, da jede einzelne Lichtquelle und jeder einzelne Detektor genau auf die zu erfassenden Zeigerstellungen eingestellt werden muß und es gibt keine Möglichkeit mehr, eine Zwischenlage zwischen den eingestellten Stellungen zu erfassen. Da die Anzahl der Lichtquellen und Detektoren begrenzt ist, ist auch die Anzahl der erfaßbaren Zeigerlagen begrenzt.

Eine weitere bekannte Ausführung besteht darin, daß die Lichtquelle an einem Ende des Zeigers selbst angebracht wird, so daß sie sich mit dem Zeiger bewegt und auf diese Weise in verschiedenen Zeigersteilungen erfaßt werden kann, wobei die Lichtdetektoren oder der Lichtdetektor auf derartige verschiedene Stellungen einstellbar ist. Bei einer solchen Anordnung ist es schwierig, den Lichterzeuger (die Glühbirne o*ä.) auszuwechseln, und es ergeben sieh hohe Herstellkosten für ein solches System. Außerdem wird der Zeiger durch die mitgeführte Lichtquelle beschwert und empfindliche Meßgeräte vertragen eine derartige Erhöhung des Zeigergewichtes nicht,

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da zusätzliche Kräfte auf die Zeigerlagerung übertragen werden und die Nadelbewegung möglicherweise den Änderungen des erfaßten Meßwertes nicht mehr folgen kann.

Andere Nachteile bei bekannten Erfassungsverfahren beruhen darauf, daß die verwendeten Lichtquellen und/oder die Lichtdetektoren die Sichtbarkeit des Meßzeigers vermindern. Wenn das Meßgerät durch eine Bedienungsperson überwacht werden muß, muß eine ungestörte Sichtbarkeit gewährleistet sein, die durch die angebrachten Zusatzgeräte beeinträchtigt werden kann.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden die besprochenen Schwierigkeiten bei den bekannten Zeigerstellungs-Erfassungssystemen überwunden und es ist damit ein preiswertes Erfassungssystem entstanden mit maximaler Einstellbarkeit, wobei die Einstellung sehr einfach durch die Bedienungsperson bewirkt werden kann. Eine einzelne stationäre Lichtquelle ist an der Außenseite des Meßinstrumentes vorgesehen und schickt ihr Licht durch eine optische Einrichtung oder Linse, die zwischen der Lichtquelle und dem Zeiger des Meßgerätes angeordnet ist. Die Aufgabe dieser sogenannten Linse besteht darin, das Licht der Lichtquelle so zu verteilen, daß ein längliches Lichtbündel oder ein Lichtvorhang gebildet wird, der zu der Bahn des Zeigers hin gerichtet ist. Hinter dem Zeiger, d.h. entgegengesetzt zur Lichtquelle in bezug auf den Zeiger liegend befindet sich ein Lichtsensor. Der Sensor kann beliebig fein längs eines . Weges eingestellt werden, der allgemein gleichlaufend mit dem Lichtbündel oder Lichtvorhang verläuft.

Das längliche Lichtbündel oder der Lichtvorhang ergibt damit eine Licht-"Quelle", deren Licht längs eines bestimmten V/eges zum Zeiger hin geschickt wird und, da der Sensor längs

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dieses Weges beweglich ist, kann er eine unbegrenzte Anzahl von Stellungen längs dieses Weges einnehmen. Wenn sich der Zeiger in Abhängigkeit von einem erfaßten Parameter bewegt, bewegt sich ein Teil oder Ausschnitt von ihm längs des Weges des länglichen Lichtbündels oder Vorhangs, das oder der gegen den Lichtsensor hin gerichtet ist und bei seiner Bewegung deckt er den Lichtsensor, der durch den Benutzer an einem Punkt des Weges plaziert wurde, gegen den Einfall von Licht ab.

Damit werden die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems gegenüber dem Stand der Technik sichtbar.

Die Lichtquelle selbst kann eine normale Glühbirne sein, die überall leicht erhältlich ist und sie kann, da sie außerhalb des jeweiligen Meßgerätes angeordnet ist, leicht ausgewechselt werden, wenn sie ausgebrannt ist. Der Ausfall der Lichtquelle ist sofort erkennbar. Die Stellung der Lichtquelle liegt fest und braucht nicht geändert oder bewegt zu werden, um den Schaltpunkt oder den Erfassungspunkt zu verändern oder um einen bestimmten Schaltpunkt einzustellen.

Die optische Einrichtung oder Linse ist aus Kunststoff leicht herstellbar und ist für unterschiedliche Zeigerbewegungen anzupassen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung mit einem Meßwerk verwendet, bei dem der Zeiger um eine Achse rotiert. Das optische System oder Linsensystem erzeugt deshalb gekrümmte Lichtbündel oder Lichtvorhänge zu der Bahn des Zeigers hin, die Linse oder das optisch wirksame Element kann jedoch leicht auch so hergestellt werden, daß ein gerades längliches Lichtbündel oder ein gerader Lichtvorhang erzeugt wird, wie er bei anderen Arten von Meßinstrumenten gebraucht wird. Diese Linse kann auch eine

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Vielzahl länglicher Lichtbündel oder Lichtpfade unterschiedlicher Längen und Lagen erzeugen, so daß eine Vielzahl von Sensoren eingesetzt werden können, die beispielsweise mit verschiedenem Abstand von der Drehachse des Zeigers angeordnet sind.

Die Linse kann insgesamt lichtdurchlässig sein, so daß die Ablesbarkeit des Zeigers und der etwa angebrachten Skala nicht beeinträchtigt wird. Als Lichtsensor kann ein handelsübliches Gerät verwendet werden, da die erforderliche Empfindlichkeit durch zur Zeit überall erhältüLche Geräte erreicht wird. Da die Linse ein konzentriertes längliches Lichtbündel oder einen solchen Lichtvorhang erzeugt, wird bei einer Unterbrechung des Bündels durch den Zeiger der Unterschied der Lichtintensität einfach erfaßbar und trotzdem können die Lichtsensoren bei normalem Umgebungslicht arbeiten, ohne daß eine Falschanzeige erfolgt oder die richtige Anzeige behindert wird. Das bedeutet, daß die Wirkung des Umgebungslichtes erheblich vermindert ist.

Da das zu erfassende Licht in Form eines länglichen Bündels oder Vorhangs vorliegt, kann bei jedem solchen Bündel oder Vorhang ein einzelner Lichtsensor benutzt werden und trotzdem kann die Stellung dieses Sensors in einer unbegrenzten Anzahl von Lagen längs des Bündels oder Vorhangs verändert werden. Die Bewegung und das Einstellen der Lichtsensorstellung wird durch einen Knopf an der Frontfläche des Meßinstrumentes bewirkt und deshalb ist die Einstellung einfach durch die Bedienungsperson auszuführen, ohne daß Teile des Meßinstrumentes abgenommen werden müssen. Bei eingestelltem Sensor ist die Einstellung sichtbar und der Einstellort kann durch die Meßskala an dem Meßinstrument selbst überprüft werden. Wenn beispielsweise die Bedienungsperson eine Einstellung eines Druckanzeigeinstrumentes z.B. bei einer bestimmten Ein-

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stellung von 5 tar überprüfen will, stellt sie tatsächlich den Lichtsensor auf die Markierung 5 tar ein.

Das beschriebene System weist noch weitere Vorteile auf; z.B. ist es unabhängig von dem Meßwerk und beeinflußt den Zeiger und das Meßwerk nicht. Es kann deshalb mit den empfindlichsten Instrumenten ohne Beeinflussung der Genauigkeit oder des Ansprechvermögens verwendet werden. Zusätzlich erlaubt das System nicht nur den Einsatz eines Lichtsensors, der bei einem Vollkreismeßwerk in beliebig viele Stellungen in dem Vollwinkel von 360° eingestellt werden kann, sondern es kann eine Vielzahl solcher Sensoren in dem Vollkreis von 360° angebracht werden, entweder mit gleichem Abstand vom Zentralpunkt oder mit einer Vielzahl von Abständen, falls einander überdeckende Einstellbereiche vorzusehen sind.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung an herkömmliche Meßinstrumente angepaßt werden und erfordert keine Herstellung eines vollständigen Meß- und Erfassungssystems. Das System kann deshalb an verschiedene Arten von Meßgeräten angepaßt werden, ohne daß Fertigungsvorkehrungen oder Fertigungsänderungen für die Herstellung unterschiedlicher Meßinstrumente, wie Strommesser, Spannungsmesser, Druckmeßgeräte usw. vorzunehmen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Figur 1 eine Frontansicht eines Meßgerätes, das mit einer erfindungsgemäßen Meßwerterfassungsvorrichtung bzw. einem solchen System ausgestattet ist,

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Figur 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1 ,

Figur 3 eine Darstellung eines Lichtdetektors zur Verwendung in dem Meßgerät nach Fig. 1,

Figur 4 einen Schnitt nach Linie if—if der Fig. 2,

Figur 5 eine auseinandergezogene Darstellung des Aufbaus der Beleuchtungseinrichtung bei dem Erfassungssystem nach Fig. 1, und

Figur 6 eine schematische Darstellung des Lichtvveges bei dem Erfassungssystem nach Fig. 1.

Das Meßgerät 10 in Fig. 1 ist mit einem Lageerfassungssystem für den Zeiger 12 ausgerüstet. Die Skalenscheibe 11+ des Meßgerätes 10 ist mit einer aufgedruckten Markierskala versehen, deren Markierung von der Art des betreffenden Meßgerätes abhängt. Die Erfindung wird in Zusammenhang mit einer Verwendung bei einem Druckmeßgerät beschrieben, das bei einem medizinischen Beatmungsgerät verwendet wird und das einen radialen, sich um eine feste Achse drehenden Zeiger besitzt, jedoch kann das Erfassungssystem ebenso gut an den meisten Arten von Meßgeräten benutzt werden, einschließlich Strom-, Spannungs-, Druck- und Unterdruckmeßgeräten sowie anderen Meßgeräten. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Verwendung dieses Erfassungssystems bei einem medizinischen Beatmungsgerät für besonders vorteilhaft gehalten wird, da bestimmte zentrale Steuereinstellungen möglich sind, die eine Verbesserung für ein Beatmungsgerät bilden. Wie aus den verschiedenen Markierungen in Fig. 1 ersichtlich ist, beziehen sich die Zahlenangaben auf Druck bzw. Unterdruck in cmWS und das Meßgerät 10 ist also ein Verbundmeßgerät, d.h. es mißt sowohl über-als auch Unterdruck.

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In der gezeigten Weise läuft die Meßskala also von -IO cmWS bis zu einem oberen Punkt von 100 cmWS. Eine Vielzahl von Markierungspunkten ist an der Skalenscheibe 1/f angebracht und es sind Markierungsbereiche für die Einstellung des Patienten-Auslösepunktes 16, der Druckdifferenz-Einstellmarkierung 18 und der Hochdruckeinstellung 20 dargestellt. Die Funktionen dieser. Einstell-Anzeigen werden später beschrieben. Jede der Einstellanzeigen 16, 18 und 20 entspricht Einstellknöpfen ZZ, Zh, und 26, die von dem Meßgerät 10 nach vorne abstehen. Jeder Knopf 22, Zl\ und 26 ist mit einer Beschriftungsplatte 28 versehen, damit der Benutzer die jeweilige Funktion erkennen kann.

In Fig. 2 sind im Querschnitt die verschiedenen Bestandteile des Erfassungssystems bei einem Standard-Druckmeßgerät gezeigt. Ein Gehäuse 30 enthält die normalen Elemente eines Membran-Druckmeßgerätes. Der Innenaufbau des Druckmeßgerätes in dem Gehäuse 30 ist nicht gezeigt, da diese Meßgeräte bekannt sind und nicht Teil der Erfindung bilden. Das Gehäuse 30 hat eine Einlaßverbindung 3Z, die mit einem Schlauch 3k versehen ist, über den die Drucksignale dem Meßgerät 10 zugeführt werden. Eine Meßgeräthalterung 36 ist an dem Gehäuse 30 angebracht und bildet die Abstützung für den weiteren Aufbau des Meßsystems. Die Meßgeräthalterung 36 besitzt normalerweise (nicht gezeigte) Bohrungen zur Aufnahme von (nicht gezeigten) Kopfschrauben, die in Gewindebohrungen im Gehäuse 30 eingeschraubt sind. Diese Gewindebohrungen werden normalerweise verwendet, um Skalenscheibenhalteschrauben aufzunehmen.

An der Meßgeräthalterung 36 ist ein Zuleitungsgehäuse 38 befestigt, das Baum für die Bewegung flexibler Zuleitungen ifO, l\Z und kh schafft, wie später erklärt wird.

Ein Hauptgehäuse If6 ist an dem Zuleitungsgehäuse 38 befestigt

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und darin ist eine Vielzahl gekrümmter oder gebogener Nuten oder Binnen 48, 50 und 52 ausgebildet. Wie bereits vorher erklärt, kann das Erfassungssystem mit einer einzigen Nut oder Rinne benutzt werden und diese kann auch gerade und nicht gekrümmt ausgeführt sein. In dem als Beispiel gewählten Druckmeßgerät für ein medizinisches Beatmungsgerät wurde jedoch eine Vielzahl solcher Rinnen oder Nuten verwendet.

Jede Nut 48, 50 oder ^>2. bildet einen Kreisbogen und diese besitzen den gleichen Mittelpunkt, jedoch verschiedene Abstände vom Mittelpunkt. Die Nuten 48, 50 und 52 besitzen jeweils gegen die Front fläche des Gehäuses Zf6 hin, an dem die Skalenscheibe I4 befestigt ist, einen Abschnitt mit geringerer Breite.

In den Nuten 48, 50 und 52 sitzt jeweils ein Lichtdetektor oder eine Lichterfassungseinrichtung 50, 86 bzw. 88 so, daß sie in den jeweiligen Nuten gleiten können.

In Fig. 3 ist ein solcher Lichtdetektor 54 oder eine solche Lichterfassungsvorrichtung im einzelnen gezeigt; die weiteren Lichtdetektoren 86 und 88 sind gleichartig aufgebaut. Der Lichtdetektor 54 umfaßt einen gepreßten oder gegossenen Schlitten 56 mit einer Vertiefung 37, in die ein Lichtsensor 58 eingesetzt ist. Der Lichtsensor ist ein handelsüblicher Miniatur-Lichtsensor, ein Festkörperelement, das ein Signal abgibt, wenn Licht auf seine lichtempfindliche Fläche auftrifft.

Der Lichtdetektor 54 besitzt weiter einen nach vorne gerichteten Fortsatz 60, der in den Abschnitt der Nut 48 mit geringerer Breite (Fig. 2) eingepaßt werden kann. Der Hauptkörper des Lichtdetektors 54 paßt in den Abschnitt der Nut 48 mit

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größerer Breite so, daß der Lichtdetektor 5^ frei inn erhalt der Nut 2f8 gleiten kann und darin enthalten ist. Eine sehr kleine Frontöffnung 62 ist in dem nach vorne gerichteten Fortsatz 60 ausgebildet und dient zur Lichtaufnahme. Eine Maske oder Abdeckung Gh ist ebenfalls mit einer sehr kleinen, mit der Frontöffnung 62 ausgerichteten öffnung 66 versehen; die Maske ist in die Vertiefung 56 eingepaßt und wird durch den Lichtsensor 58 gehalten. Die beiden miteinander ausgerichteten öffnungen 62 und 66 verhindern den Einfall von Umgebungslicht, so daß nur Licht von der vorgesehenen Lichtquelle die Signalabgabe des Sensors 58 beeinflußt.

Der Lichtsensor 58 ist dadurch in der Vertiefung 56 festgelegt, daß beispielsweise bei 68 der Rand der Vertiefung durch einen Lötkolben umgebördelt wurde. Die Zuleitungen 70 . des Lichtsensors sind mit der flexiblen Zuleitung l\O verbunden.

Die flexible Zuleitung ^O führt, wie die flexiblen Zuleitungen l\2. und hh zu einer (nicht gezeigten)Klemmenanordnung und von dort werden die Signale außerhalb des Meßgerätes 10 einer entsprechenden elektronischen Schaltung zugeführt. Diese elektronische Schaltung ist nicht gezeigt, da normale Verstärker zur Verarbeitung der Signale der Lichtsensoren verwendet werden können.

Ein Antriebsstreifen 72 für den Schlitten ist an dem Lichtdetektor 3h befestigt und steht von ihm ab. Seine Aufgabe wird später einzeln beschrieben.

Am äußeren Ende des nach vorne gerichteten Fortsatzes 60 ist eine kleine Rille 73 ausgebildet, in die ein Markierungszeiger 16 (bzw. 18 oder 20) eingesetzt wird, wenn der Lichtsensor in der Nut ZfS sitzt.

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"Der Antriebs- oder Bewegungsmechanismus für den Lichtdetektor 54 (bzw. 86 oder 88) wird nun anhand von Fig. 4 beschrieben. Der erwähnte Antriebsstreifen 72 erstreckt sich vom Lichtdetektor 54 längs der Nut 48 und tritt in eine an die Nut if8 anschließend in dem Gehäuse l±6 ausgebildete gekrümmte Rinne 74 ein. Der Antriebsstreifen 72 steht in Reibeingriff mit einer Rolle 76. Der Reibeingriff wird durch die Vorspannung einer Feder 78 bewirkt; die zwischen die Rolle 76 und einem Stift 80 eingesetzt ist und die Rolle 76 gegen den Antriebsstreifen 72 drückt. Der Antriebsstreifen 72- für den Schlitten verläuft dann weiter in der Rinne 74 und kann je nach der Stellung, die der Lichtdetektor 54 einnimmt, sogar aus dem Gehäuse Zf6 durch die öffnung 82 austreten.

Die Rolle 76 ist um ihre Welle 84 drehbar; an dieser Welle ist der in Fig. 1 gezeigte Knopf 22 befestigt. Wenn der Knopf 22 durch eine Bedienungsperson gedreht wird, dreht sich die Rolle 76 mit und zieht oder schiebt den Antriebsstreifen 72 in der Rille 74· Dadurch wird eine entsprechende Bewegung des Lichtdetektors 54 bewirkt.

Wie in Fig. T zu sehen bewegt sich der Markierungszeiger oder Stellungszeiger 16 an dem Lichtdetektor 5Zf in die gewünschte" Stellung längs der Nut 48 und der Markierungszeiger zeigt dann auf die Markierung oder den Skalenpunkt, bei dem der Lichtdetektor 54 wirksam wird.

Die anderen Lichtdetektoren 86 und 88 sind entsprechend mit den bereits erwähnten Anzeigern 18 bzw. 20 versehen und können jeweils in ihren jeweiligen Nuten 50 und ^Z durch Schlittenantriebsstreifen 90 und 92 bewegt werden, die sich in Rinnen 9/f bzw. 96 bewegen. Jeweilige Rollen 98 und 100 treiben die Antriebsstreifen 90 bzw. 92 an und werden durch Federn 102 bzw. 104 in Reibeingriff vorgespannt, die an Stiften 106 bzw. 108 befestigt sind. Da in dem gezeigten Ausführungsbeispiel

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der Lichtdetektor 88 nur einen kurzen Einstellweg besitzt, kann der zugehörige Antriebsstreifen 92 in dem Gehäuse 46 enden.

Damit können mittels der Knöpfe 22, 24 bzw. 26 durch eine Bedienungsperson die Lichtdetektoren 54* 86 bzw. 88 entsprechend eingestellt werden. Die Bedienungsperson kann dabei die genaue Stellung jedes Lichtdetektors durch die Lage der Zeiger 16, 18 bzw. 20 in bezug auf die Skala auf der Skalenscheibe Ί if genau überwachen. In Fig. 2 sind die Lichtdetektoren 54, 86 und 88 in gleicher Badialdarstellung der Übersichtlichkeit halber dargestellt und werden da von dem Zeiger 12 des Meßgerätes überdeckt. Es wird darauf hingewiesen, daß diese in Fig. 2 gezeigte Stellung nicht den jeweiligen Lagen der Lichtdetektoren in Fig. 1 entspricht.

Der Zeiger 12 ist an der normalen Zeigerwelle im Gehäuse durch eine Wellenverlängerung 110 aufgesteckt, die über die ursprüngliche Zeigerwelle paßt und an ihrem anderen Ende den Zeiger 12 trägt.

über dem Zeiger 12 ist an der von den Lichtdetektoren 54» 86 und 88 abgewandten Seite eine optisch wirksame Einrichtung, im folgenden als Linse 112 bezeichnet, mit einer. Vielzahl kreisbogenförmiger Facetten 114, 116 und 118 angebracht. Eine Lichtquelle 120 sendet Licht aus, das durch die Linse 112 entsprechend geformt wird.

Die aus Linse 112 und Lichtquelle 120 bestehenden Anordnung ist in Fig. 5 in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. Eine durchsichtige Deckplatte 122 ist durch Schrauben 124 (Fig. 1), die durch Bohrungen 126 reichen, an dem Gehäuse zu befestigen. Es sind ebenfalls Durchbrüche 128 für die Achsen der Steuerknöpfe 22, 24 und 26 vorgesehen.

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Eine Mittelöffnung 130 der Deckplatte 122 nimmt einen mit Gewinde versehenen Fortsatz 132 der Linse 112 auf. Die Linse 112 ist durch eine Mutter 13A- mit Innengewinde 136 und Außengewinde 1^8 an der Deckplatte befestigbar. Das Innengewinde 136 der Mutter 134 wird auf den mit Gewinde versehenen Fortsatz 132 der Linse 112 aufgesehraubt. Ein Leiterring 139 liegt an der Mutter 134 an und ist über eine Zuleitung 150 und eine weitere Zuleitung 1i+8 mit einer Stromquelle verbunden. Die Zuleitungen sind flexibel ausgeführt.

Eine übliche Glühbirne I40 mit Stiftsockel ist in dem Fortsatz 132 durch geteilte Sperrkontakte 1 if2 festgelegt, die die Anschlußseite der Glühbirne I40 so halten, daß das Ende mit dem Glühfaden in die Linse 112 hinein vorsteht. Die Glühbirne IZjO wird durch eine Feder 1 ZfZf federnd gehalten, wobei die Feder gegen das Lampengehäuse I52 anliegt. Die gesamte, die Glühbirne 1Zj-O enthaltende Anordnung ist dann durch einen Deckel 11f6 mit der durchsichtigen Deckplatte verbunden, wobei der Deckel mit einem Innengewinde auf das Außengewinde 138 der Mutter 134 aufgeschraubt ist. Die biegsame Zuleitung 1 if8 ist nach außen weggeführt, während die zweite Zuleitung I50 am Leitring 139 angelötet ist, der mit der Mutter 134, dem Gehäuse 152 und der Feder 144 in Berührung steht und den Masseweg bildet.

Die Lichtverteilung wird im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben. Die in der Mitte sitzende Glühbirne I40 sendet ihr Licht in der Linse 112 so aus, daß es auf eine Vielzahl von gebogenen Facetten 114, 116 und -118 auftrifft; von dort wird das Licht mit einem Winkel von annähernd 90° zu den Lichtdetektoren 54, 86 und 88 hin geworfen, die, wie bereits besprochen, unmittelbar hinter den Zeigern 16, 18 und 20 liegen. Auf diese Weise werden Lichtbündel gebildet, die in die gekrümmten Nuten

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Zf8, 50 und 52 geworfen werden, in denen die Lichtdetektoren 5A-, 86 und 88 bewegt werden können.

Im folgenden wird nun die Anwendung der vorliegenden,Erfindung auf die Steuerung eines medizinischen Beatmungsgerätes beschrieben, für das die Erfindung besondere Vorteile bietet.

Bei einem solchen Beatmungsgerät erweist es. sich als nützlich, wenn die Steuervorrichtungen für die Bedienungsperson einfach gehalten werden. Grundsätzlich dient das Beatmungsgerät dazu, den Patienten zu beatmen, d.h. Luft mit einem vorbestimmten Druck und/oder einer vorbestimmten Menge in die Atemwege des Patienten mit gewissen Zeitabständen einzuführen. Derartige Beatmungsgeräte enthalten normalerweise ein Druckmeßgerät, so daß das Bedienungspersonal eine Sichtüberwachung des Druckes in den Beatmungswegen zum Patienten vornehmen kann. Diese Überwachung ist notwendig, damit das Bedienungspersonal den Druck der dem Patienten zugeführten Luft kennt und eine Anzeige erhält, daß das Beatmungsgerät richtig arbeitet.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es deshalb, die herkömmlichen Druckmeßgeräte bei solchen Beatmungsgeräten durch ein mit einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung oder einem erfindungsgemäßen Erfassungssystem versehenes Druckmeßgerät zu ersetzen, an dein die für die Funktion wichtigen Werte leicht eingestellt werden können.

Da die menschlichen Lungen sehr dem äußeren Druck folgen, ist es bei der Verwendung eines Beatmungsgerätes nötig, den den Lungen des Patienten zugeführten Maximaldruck zu begrenzen, um Schaden auszuschließen.

Deswegen wird als einzustellender Parameter eine Kaximaldruck-

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anzeige für den Druck der dem Patienten zugeführten Luft vorgesehen, durch die ein hörbares Alarmsignal erzeugt wird, wenn der Druck in den Beatmungswegen für den Patienten die jeweilige Einstellung überschreitet und daß die Druckvorrichtung abschaltet, so daß eine Beschädigung durch zu hohen Druck vermieden wird.

Nach Fig. 1 wird diese Maximaldruckbeschränkung durch die Facette 118 der Linse 112 mit dem kleinsten Radius, also durch die innerste Facette, geliefert. Bei diesem Beispiel erstreckt sich die Facette 118 von dem Skalenwert entsprechend annähernd 25 cmWS bis über die Höchstanzeige der Skalenscheibe 11Zf von 100 cmWS hinaus und durch Drehen des Knopfes 26 kann der Maximaldruckanzeiger 20 auf irgendeinen V/ert zwischen den genannten Einstellungen gebracht werden. Die Lichtquelle 120 versorgt, wie bereits beschrieben, die Linse 112 mit Licht, von dem ein Anteil über die Facette 118 zu einem gekrümmten, länglichen Lichtbündel gebildet wird, das über der Nut 52 (Fig. Zj.) zwischen Z^ cmV/S und 100. cm WS liegt und in diese eindringt.

Unter der Annahme, daß die Bedienungsperson den Maximaldruckalarm so einstellen will, daß er bei 80 cmWS ertönt, so kann sie das einfach tun, indem sie den Steuerknopf 26 so lange dreht, bis sie sieht, daß der Anzeiger 20 an dem gewünschten Punkt in Übereinstimmung mit der Markierung auf der Skalenscheibe 1 Zf steht. Damit wird der entsprechende Lichtsensor 88 zu dieser Einstellung gebracht und wenn der Zeiger 12 an dem Sensor 88 vorbeikommt unterbricht er den Ausschnitt des länglichen Lichtbündeis, der durch die Linse 112 auf den Sensor 88 gerichtet ist und der Sensor 88 gibt ein Ausgangssignal ab. Dieses Ausgangssignal wird erfaßt und verstärkt und das so erhaltene Signal betätigt die hörbare Maximaldruck-Alarmgabe und warnt das Pflegepersonal, daß der Druck im Beatmungskreis des Patienten die eingestellte Grenze überschreitet; gleichzeitig

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wird der Beatmungsvorgang abgeschaltet.

Ein weiterer Alarmpunkt ist an der Skalenscheibe 1^ des Meßgerätes 10 mit der Bezeichnung "Äp" bezeichnet. Dieser Alarm gibt eine Mitteilung für das Pflegepersonal, daß eine Störung vorliegt, und der Patient nicht genügend "Beatmungen" erhält. Der Sinn des Δρ-Alarms liegt darin, daß das Pflegepersonal oder Bedienungspersonal gewarnt wird, daß der Druck in dem Beatmungskreis des Patienten nicht wechselt, wie es im Normalbetrieb des Beatmungsgerätes der Fall sein sollte. Der Einstellpunkt wird ebenso erreicht, wie es eben im Zusammenhang mit dem Maximaldruck-Alarm beschrieben wurde, jedoch ist der Bereich Δρ durch die zugeordnete Facette 116 in den Druckbereich von -10 cmWS bis + 50 cmWS gelegt und es ertönt ein hörbares Alarmsignal, falls der Zeiger .12 nicht innerhalb von 15 Sekunden den eingestellten Punkt überfährt, d.h. wenn ein gleichmäßiger Druck oder überhaupt kein Druck in dem Beatmungskreis des Patienten vorhanden ist. Dieser : Alarm kann auch auf Druckwerte unter 0 eingestellt werden und kann deshalb benutzt werden bei spontaner Belüftung und bei IMV Betriebsart.

Schließlich besteht bei manchen Beatmungsgeräten eine Vorrichtung oder eine Einstellung, die es auf den Versuch des Patienten, selbst zu atmen, reagieren läßt und die das Beatmungsgerät so umschaltet, daß die benötigte Gasmenge den Lungen des Patienten zugeführt wird. Wenn diese Vorrichtung oder Einrichtung vorhanden ist, wird der Druckabfall erfaßt, der beim Einatmen des Patienten auftritt. Bei dem erfindungsgemäßen System wird diese Auslösung durch den Patienten für das Meßgerät 10 dadurch hergestellt, daß ein Anzeiger 16 und ein entsprechender Lichtdetektor 5^ vorgesehen ist, die in der erklärten Weise durch die Bedienungsperson über den Steuerknopf 22 eingestellt werden können. So wird der Druck- bzw.

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Unterdruckwert, bei dem der Zeiger 12 den eingestellten Punkt der Anzeige 16 überquert benutzt, um das Beatmungsgerät so auszulösen, daß dem Patienten beim Atmen geholfen wird und wiederum ist dieser Steuerwert leicht einstellbar, leicht zu wechseln und leicht mit Sicht zu überwachen. Die Erfassung der Zeigerstellung auf diese V/eise erlaubt der Bedienungsperson, den eingestellten Punkt auch bei leichten Uberdruckwerten zu halten, wenn das Auslösen bei angehobenen Grundwerten erfolgen soll, wenn das sogenannte P.E.E.P.-Verfahren (Positive, End, Expiratory Pressures) benutzt wird.

Es können so verschiedene Einsatzwerte für Alarmgabe oder für Auslösung durch den Patienten selbst leicht und bequem eingestellt werden, indem diese Werte je nach dem Skalenbereich gesetzt werden. Das Meßgerät funktioniert dabei in der üblichen Weise und ergibt eine andauernde Sichtüberwachung des BeatmungsVorganges.

Damit ist ein System gezeigt, mit dem die Stellung des Zeigers eines Meßgerätes erfaßt werden kann. Das System enthält eine in der Nähe des Zeigers angebrachte stationäre Lichtquelle und das von ihr ausgesandte Licht wird durch eine optische Einrichtung (Linse) erfaßt und in mindestens einem länglichen Lichtbündel zu dem Zeiger hin gerichtet. In der bevorzugten Ausführung ist die Lichtquelle in Verlängerung dsr Zeiger-Drehachse angebracht und die Linse erzeugt mindestens ein gekrümmtes Lichtbündel durch Umlenken des Lichtstrahls um ca. 90 °· Eine Vielzahl von derartigen Lichtbündeln kann verwendet werden und Veränderungen der Lichtbündelform können durch Auslegung der Linseneinrichtung erreicht werden. Ein auf Licht ansprechender Detektor ist am Meßgerät einstellbar angebracht und kann längs eines geführten Weges an der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Zeigers geführt werden. Der geführte Weg folgt der jeweiligen Form des Lichtbündels,

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das zu dem Zeiger hin gerichtet ist. Der Lichtdetektor erfaßt die Änderung des einfallenden Lichtes, wenn der Zeiger über ihn vorbeitritt und die vom Sensor erhaltene Lichtmenge verändert. Auf diese Weise meldet der Detektor die Lage des Zeigers. Der Sensor kann innerhalb bestimmten Grenzen in eine beliebige Anzahl von Stellungen längs des länglichen Lichtbündels eingestellt werden. Dazu dienen gut erreichbare Knöpfe außerhalb des Meßgerätes. Die Bedienungsperson kann durch einfaches Verstellen eines Knopfes einen Sensor in eine erforderliche Stellung bringen und der Sensor erfaßt das Vorüberkommen oder das Stehenbleiben des Zeigers bei oder in dieser Stellung.

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Claims

Patentansprüche :

( 1.1 System zur Erfassung der Zeigerstellung eines Meßgerätes, —/ bei dem der Zeiger sich in Abhängigkeit von Änderungen eines erfaßten Parameters bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, die ein längliches Lichtbündel allgemein längs des Bewegungsweges des Zeigers aussendet, daß das längliche Lichtbündel gegen eine Seite des Zeigers hin gerichtet ist, daß ein Lichtdetektor an der entgegengesetzten Seite des Zeigers so angebracht ist, daß der Detektor einstellbar längs des länglichen Lichtbündels wahlweise gesetzt werden kann und daß der Detektor so ausgelegt ist, daß er eine Verringerung der Intensität des empfangenen Lichtes aus dem länglichen Lichtbündel erfaßt, wenn der Zeiger im wesentlichen direkt zwischen der Lichtquelle und dem Detektor angeordnet ist.

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I MÜNCHEN 22 BOBERT-KOCH-STRASSE 1
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger sich um eine Achse bewegt und daß die Beleuchtungseinrichtung ein längliches Lichtbundel , von Kreisbogenform aussendet und daß der Kreis seinen Mittelpunkt an der Achse des Zeigers hat.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung eine Vielzahl von Lichtbündeln aussendet und daß entlang jedes Lichtbündels aus der Vielzahl von Lichtbündeln ein Detektor bewegbar ist.
Zf. Erfassungssystem für die Stellung eines Zeigers eines Meßgerätes, wobei sich der Zeiger in Abhängigkeit von Änderungen eines erfaßten Parameters bewegt, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine stationäre Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, die mindestens ein Lichtbundel gegen eine Seite des Zeigers hin richtet, daß ein Lichtdetektor an der gegenüberliegenden Seite der Nadel angeordnet ist, daß der Detektor allgemein längs des mindestens einen länglichen Lichtbündels einstellbar anzuordnen ist und daß der Detektor zur Erfassung der Verminderung der Intensität des Lichtbündeis ausgelegt ist, wenn der Zeiger das Lichtbundel zu dem Detektor hin unterbricht.
5. System nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger ein sich um eine Achse bewegender Radialzeiger ist.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich-

n e t,daß das mindestens eine längliche Licht bündel ein Kreisbogen mit dem Mittelpunkt an der Achse des Zeigers ist.

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7. System nach Anspruch /f, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Lichtbündel eine Vielzahl von Licht blind ein umfaßt, daß jedes Licht bündel einen Kreisbogen mit unterschiedlichem Radius bildet und daß die Kreisbogen den gleichen Mittelpunkt an der Achse des Zeigers aufweisen.
8. Verfahren zum Erfassen der Stellung eines Zeigers, der sich in Abhängigkeit von einem erfaßten Parameter bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein längliches Lichtbündel£pgen eine Seite des Zeigers hin gerichtet wird, daß ein für Licht empfindlicher Detektor an der gegenüberliegenden Seite des Zeigers längs des länglichen Lichtbündels einstellbar angeordnet wird und daß die Verringerung der Lichtintensität zu dem Detektor hin bei einer Unterbrechung des länglichen Lichtbündeis durch den Zeiger zum Detektor hin erfaßt wird.
9. System zur Erfassung der Lage eines beweglichen Zeigers, dadurch gekennzeic h η et, daß eine stationäre Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, die mindestens ein längliches Lichtbündel gegen eine Seite des Zeigers hin richtet, daß ein Detektor an der gegenüberliegenden Seite des Zeigers angeordnet ist, daß der Detektor zur Anordnung in einer beliebigen Anzahl von Stellungen in dem ¥/eg längs des länglichen Licht bündeis ausgelegt ist und daß der Detektor geeignet ist, ein Signal zu erfassen und auszusenden in Abhängigkeit von einer Änderung der Lichtintensität, wenn der Zeiger das gegen den Detektor hin gerichtete Lichfbündel unterbricht.
10. System zur Erfassung der Stellung eines Zeigers einer Meßgerätanzeige, dadurch "gekenn, zei ohne t, daß eine stationäre Lichtquelle vorgesehen ist, daß eine zur

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Eeflektierung von Licht von der Lichtquelle in mindestens ein gegen eine Seite des Zeigers hin gerichtetes längliches Lichtbündel geeignete optische Einrichtung vorgesehen ist, daß ein Detektor an der gegenüberliegenden Seite des Zeigers angeordnet ist, der allgemein längs des Weges des mindestens einen länglichen Lichtbündels beweglich und an irgendeinem Punkt des Weges einstellbar ist, daß der Detektor geeignet ist, ein Signal zu erfassen und auszusenden in Abhängigkeit von einer Verringerung des den Detektor erreichenden Lichtes, wenn der Zeiger den Detektor von dem mindestens einen länglichen Lichtbündel abschirmt.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Punktlichtquelle ist und daß die optische Einrichtung mindestens eine Facette enthält, die Licht von der Punktlichtquelle empfängt und das Licht als längliches Lichtbündel wieder aussendet.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Facette die Form eines Kreisbogens mit dem Kreismittelpunkt an der Punktlichtquelle besitzt.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung eine Vielzahl von jeweils kreisbogenförmigen Facetten enthält mit den Kreismittelpunkten an der Punktlichtquelle, daß jeder Kreisbogen mit unterschiedlichem Radius versehen ist und daß der Detektor dieselbe Vielzahl von Lichtdetektoren umfaßt, von denen jeder allgemein längs eines Kreisbogens aus der Vielzahl von Kreisbogen bewegbar ist.

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1Jf. Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 1 oder 9 bis 13 in einem medizinischen Beatmungsgerät, das ein Druckmeßgerät mit einem Zeiger zur überwachung des Druckes eines dem Patienten zugeführten Gases enthält, wobei das Beatmungsgerät eine Patienten-Beatmungsauslösung und Warnsysteme umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Erfassung einer vorbestimmten Lage des Meßgerätezeigers vorgesehen sind, daß Einrichtungen zur wahlweisen Veränderung der vorgewählten Lage vorgesehen sind, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die auf die Erfassung der vorbestimmten Stellung hin das Patienten-Beatmungsauslösesystem oder eines der Alarmsysteme auslösen.

15· Verfahren zum Betrieb eines mit einem Erfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 - 7 oder 9-13 ausgerüsteten Beatmungsgerätes mit einem Druckmeßgerät und einem von einem Druck eines einem Patienten zugeführten Gases abhängigen Zeiger sowie einem Patienten-Beatmungsauslösesystem und einem Alarmsystem, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorbestimmter Einstellpunkt in dem Weg des Zeigers eingestellt wird, der die Zeigerstellung an dem vorbestimmten Einstellpunkt umfaßt und daß das Patienten-Beatmungsauslösesystem oder das Alarmsystem ausgelöst wird, wenn die Zeigerstellung an dem vorbestimmten Einstellpunkt erfaßt wird.

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