DE3446746A1

DE3446746A1 - Schaltungsanordnung zur signalaufbereitung von volumenstromsensoren nach dem wirbelabloeseverfahren

Info

Publication number: DE3446746A1
Application number: DE19843446746
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. DDR 8020 Dresden Abendroth; Jürgen Dipl.-Ing. DDR 7010 Leipzig Hoffmann; Ralph Dipl.-Ing. DDR 8060 Dresden Schneider; Steffen Dipl.-Ing. DDR 8017 Dresden Seifert; Frank Dipl.-Ing. DDR 7034 Leipzig Stiegler
Original assignee: Medizin und Labortechnik Leipzig VEB
Current assignee: Medizin und Labortechnik Leipzig VEB
Priority date: 1984-04-10
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1985-10-17
Also published as: RO92516A; RO92516B

Description

Schaltungsanordnung zur Signalaufbereitung von Volumenstrom-
sensoren nach dem Wirbelablöseverfahren Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Signalaufberettung von Volumenstromsensoren nach dem Wirbelablöseverfahren und wird insbesondere eingesetzt nur die Volumenstrominessung im Bereich der Beatmungs- und Narkosetechnik. Die aufbereiteten Wirbelsignale werden von einer nachgeschalteten Einrichtung, ze B. einem Zähler oder Mikrorechner, weiterverarbeitet.
Volumenstrommeßgeräte nach dem Wirbelablöseprinzip haben ihr Hauptanwendungsgebiet in der Prozeßmeßtechnik. Das ist vor allem darin begründet, daß es sich hier meist um quasistationäre Strömungen handelt. Der geforderte Meßbereicli (Meßbereiohsdynamik) überschreitet in der Regel nicht das Verhältnis von 1 : 20. In diesem Arbeitsbereich weisen die Volumenstromsensoren die geringsten Fehler auf.
Will man jedoch das Wirbelablöseverfahren für die Atemvolumenstrommessung nutzen, sind Dynamikbereiche von 1 : 40 .,. 1 : 50 erforderlich. Ublicherweise muß ein derartiger Sensor sowohl 5 1 min 1 als auch 200 1 min1 messen.
In dem Volumenstromsensor ist als Wirbeldetektor eine Ultraschallstrecke angeordnet, die im stabilen Bereich der Wirbelbildungszone liegt. Die sich von einem Störkörper ablösenden Wirbel, deren Anzahl pro Zeiteinheit im direkten Verhältnis zum Volumenstrom steht, passieren diese Ultraschallstrecke und modulieren das empfangene Ultraschallsignal in Amplitude und Phase. Durch eine Aulplitudendemodulation wird die Wirbelablö'sefrequenz gefunden.
Das frequenzanaloge Wirbelsignal läßt sich in zwei Bereiche einteilen: Bereich 1: In diesem Bereich beträgt der Signal-Rausch-Abstand <10 dB. Durch eine einfache Triggerung dieses Signales kann die Wirbelablösefrequenz nicht gewonnen werden.
Bereich 2: In diesem Bereich beträgt der Signal-Rausch-Abstand > 10 dB. Das Wirbelsignal kann mit ausreichender Sicherheit durch einfache Triggerung gewonnen werden.
Bei der Atemvolumenstrommessung ergibt sich bei Beachtung der zulässigen Strömungswiderstände im Anfangsgebiet des Meßbereiches ein Wirbelsignal, das sehr schwach ausgebildet ist und zudem ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis aufweist. Mit wachsendem Volumenstrom verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis beträchtlicht Das ist vor allem darin begründet, daß die Wirbelsignalamplitude in erster Näherung quadratisch mit dem Volumenstrom anwächst.
Das Ziel der erfindung besteht darin, die Wirbelsignalaufbereitung derart zu gestalten, daß die im Ausgangssignal des Wirbeldetektors enthaltenen Wirbelsignale sicher erkannt und aufbereitet werden, so daß sie von einer nachgeschalteten Sinrichtung, wie einem Zähler oder einem Mikrorechner, weiterverarbeitet werden können, um eine genaue Atemvolumenstrommessung zu gewährleisten Aufgabe der Erfindung ist es eine Schaltungsanordnung zu entwickeln, mit der es möglich ist, die erforderliche Signalaufberettung des Wirbelsignais auch im Anfang des Arbeitsbereiches des Sensors, also bei niedrigen Volumenströmen, vorzunehmen, um eine saubere Gewinnung des Wirbelsignals zu garantieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Eingang der Schaltungsanordnung einerseits über in Reihe geschalteten Tiefpaß, Verstärker und ersten Trigger mit einem Eingang eines Umschalters und andererseits über einen zweiten Trigger mit dem zweiten Eingang des Umschalters verbunden ist. Der Umschalter ist ausgangsseitig mit e einem Frequenz-Spannwigswandler mit einem nachgeschalteten dritten Trigger verknüpft, der seinerseits mit dem Umschalter verbunden ist.
Das vom Wirbeldetektor und Amplitudendemodulator gewonnene frequenzanaloge Signal gelangt über den Eingang E an den Tiefpaß, der nur Frequenzen mit einem Signal-Rausch-Abstand < 10 dB im Bereich O.eefg passieren läßt und filtert. In dem nachgeschalteten Verstärker wird das gefilterte Eingangssignal auf einen Pegel gebracht, den der erste Trigger in eine der Wirbelfrequenz proportionale Rechteckspannung umwandelt. Gleichzeitig gelangt das Eingangssignal auf den zweiten Trigger, dessen Schaltschwelle so eingestellt ist, daß diesen nur die Eingangssignale mit einem Signal-Rausch-Abstand> 10 d3 anregen. Die Ausgangssignale dieser beiden Trigger liegen an den Eingangen des Umschalters, der durch den Frequenz-Spannungswandler mit nachgeschaltetem dritten Trigger gesteuert wird. Dieser ist durch eine Referenzspannung so eingestellt, daß bei Wirbelfrequen von o...fg die Impulsfolge über den ersten Eingang den Umschalter passiert. Der Frequenz-Spannungswandler erzeugt an seinem Ausgang eine der Frequenz proportionale Gleichspannung. Wenn die Frequenz am ersten Eingang des Umschalters den vorgegebenen Wert fg erreicht, nimmt die Spannung am Ausgang des Frequenz-Spannungswandlers einen solchen Wert an, daß der dritte Trigger umschaltet, Der Umschalter wird in eine Schalt£tellun, gebracht, so daß die Impulsfolge am zweiten Eingang diesen passieren kann.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles nähr erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Schaltungsanordnung zur Signalaufbereitung.
An ihrem Eingang E liegt ein von einem Wirbeldetektor über einen Amplitudendemodulator (nicht gezeichnet) gewonnenes Prequenzanaloges Signal und gelangt an einen Tiefpaß 1. Der Tiefpaß 1 ist bezüglich seiner Grenzfrequenz fg so dimensioniert, daß er nur Frequenzen mit einem Signal-Rausch-Abstand < 10 dB passieren läßt. Dem Tiefpaß 1 ist ein Verstärker 2 nachgeschaltet, der mit einem ersten Trigger 3 verbunden ist. Parallel dazu gelangt das frequenzanaloge Signal an einen zweiten Trigger 4. Der Trigger 3 ist mit dem Eingang 1 eines elektronischen Umschalters 5 und der Trigger 4 mit dem Eingang E 2 des Umschalters 5 verbunden.
Ausgangsseitig ist der Umschalter 5 mit einem Frequenz-Spannungswandler 6 verschaltet, dem ein Trigger 7 nachgeschaltet ist. Ausgangsseitig liegt der Trigger 7 am Umschalter 5 an.
Mit dieser Schaltung steht am Ausgang A 1 eine der Wirbelablösefrequenz entsprechende Impulsfolge zur Verfügung. Durch das Vorschalten des Tiefpasses 1 und des Verstärkers 2 vor den Trigger 3 wird der Signal-Rausch-Abstand innerhalb des Frequenzbereiches Oac.fg erheblich verbessert, so daß auch für diesen Bereich fehlerfreie Rechteckimpulse gewonnen werden. Damit ist es möglich, das Wirbelablöseverfahren für die Atemvolumenstrommessung in einem Meßbereich von 5 1 min-1.... 200 1 min 1 anzuwenden.
Diese Schaltungsanordnung bietet weiterhin den Vorteil, daß am Ausgang A 2 des Frequenz-Spannungswandlers 6 eine der Wirbelablösefrequenz proportionale Spannung zur Verfügung steht, die zum Zwecke der Xegistrierung von Volumenstromverläufen mittels Schreibern verwendet werden kann.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Tiefpaß 2 Verstärker 3 Trigger 4 Trigger 5 Umschalter 6 Frequenz-Spannungswandler 7 Trigger

Claims

Patentanspruch Schaltungsanordnung zur Signalaufbereitung von Volumenstromsensoren nach dem Wirbelablöseverfahren, insbesondere für die Atenvolumenstrommessung, gekennzeichnet dadurch, daß ihr eingang Ji; einerseits über in Reihe geschalteten Tiefpaß (1), Verstärker (2) und ersten Trigger (3) mit einem Eingang eines Umschalters (5) und andererseits über einen zweiten Trigger (4) mit dem zweiten Eingang des Umschalters (5) verbunden ist und daß der Umschalter (5) ausgangsseitig mit einem Frequenz-Spannungswandler (6) mit einem nachgeschalteten Trigger (7) verknüpft ist, der seinerseits mit dem Umschalter (5) verbunden ist.