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Vorrichtung zur Messung der Frequenz sowie der Stärke und Regelmäßigkeit
des menschlichen Pulses Die Erfindung betrifft :eine Vorrichtung zur Messung der
Frequenz sowie der Stärke und Regelmäßigkeit von Impulsen eines Lebewesens, insbesondere
des Blutzirkulationspulses eines Menschen oder Tieres, anf elektrischem Wege. Für
wissenschaftliche Zwecke und insbesondere während der Durchführung von Operationen
an einem narkotisierten Patienten sowie bei anderen Behandlungen, die das Herz stark
in Anspruch nehmen, ist es für den Arzt von großer Wichtigkeit, in jedem Augenblick
seine klar verständliche Anzeige über die Funktion des Herzens rund der Blutzirkulation
zu haben. Elektrische Anordnungen zur selbsttätigen überwachung des Pulsschlages
des Patienten sind für den angegebenen Zweck bereits bekannt. Hierbei ist schon
vorgeschlagen Urorden, zur Beobachtung des Pulsschlages lein Mikrophon, z. B. einen
Fühlstift, der mit einem piezo.elektrischen Metall verbunden ist, an die Pulsarterie
anzulegen, die Ströme des Mikrophons mit Hilfe von Elektronenröhren zu verstärken
und die verstärkten Ströme .einem Lautsprecher oder einem ioptischen Anzeigeinstrument
(z. B, Glimmlampe) zuzuführen. Bei diesen hekannten Anordnungen mußte jedoch die
Pulszahl pro Minute (Pulsfrequenz) durch Abzählen festgestellt -werden; demgegenüb:r
ist @erfindungsgemäß erreicht, daß diese Frequenz direkt an einem Zeiger auf einer
in Pulsschlägen pro Minute geeichten Skala angezeigt wird und hierdurch die Ablesung
ebenso leicht und einfach ist wie etwa bei dem Geschwindigkeitsmesser eines Kraftfahrzeugfes.
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Zur Durchführung dieser Messung mit direkter Anzeige dient eine neuartige
Anordnung von Relais, Kondensatoren und Widerständen, also anormalen Einzelteilen
der Fernmeldetechnik, die betriebssicher arbeitet und leicht aufzubauen ist.
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Hierzu besteht die Erfindung darin, daß .ein Kondensator, der zweckmäßig
in der Ruhelag, kurzgeschlossen ist, bei jedem Pulsschlag oder Impuls mittels einer
Kontaktvorrichtung (Relais) unter Aufhebung dieses Kurzschlusses deinem anderen
Kondensator, der über Beinen Widerstand ,an einer konstanten Spannung liegt, kurzzeitig
parallel geschaltet wird, so daß letzterem Kondensator bei jedem Impuls eine gewisse
Elektrizitätsmenge entzogen wird und sich an ihm eine gewisse Gleichgewichtsspannung
ausbildet, die mittels eines verbrauchslosen Instruments (elektrostatischen bzw.
Röhrenvoltmeter) gemessen
wird und als Maß für die Frequenz des
Pulses o. dgl. .dient.
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Weitere Ausbildungen der Erfindung beziehen sich auf die Messung der
Schlagstärke und auf Einzelheiten der Schaltung. Diese Einrichtungen werden an Hand
der Zeichnung näher beschrieben werden, die als Ausführungsbeispiel der Erfindung
ein Schaltungsschema einer kompletten Apparatur mit Wechselstr omnetzanschluß zeigt.
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Der piezoelektrische Kristall i (Quarz, Rochelle-, Seignettesalz :o.
dgl.), der auf die Impulse anspricht, ist zwischen Gitter und Kathode einer Verstärkerröhre
2 geschaltet, wobei ein Parallelwiderstand 3 (Gitterableitwiderstand) vorgesehen
ist, um das Gitter nach jedem Impuls zu entladen. Die lerforderliche Gittervorspannung
wird mittels eines Widerstandes q in der Kathodenleitung erzeugt, der vorn einem
Kondensator 5 überbrückt ist. Da die Frequenz der Impulse verhältnismäßig niedrig
ist, wird eine direkte Kopplung zwischen den Verstärkerstufen angewendet, um die
Veränderungen des Anodenstromes von 2 auf das Gitter der zweiten Röhre 6 zu übertragen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kathode der Röhre 6 auf einem
fixen Potential gehalten, das gröPer ist als das Kathodenpotential der Röhre 2,
indem die Kathode der Röhre 6 mit dem Punkt b eines Glimmentladungspotentiometers
7 verbunden ist. Es ist bekannt, daß ein solches Potentiometer die Spannung an seinen
Elektroden @a, b, c, ,d, e, fauch bei wechselnder Belastung konstant und
gleichförmig hält. Es kann jedoch auch ein gewöhnlicher angezapfter Widerstand von
verhältnismäßig geringem Ohmwert verwendet werden. Im Kathodenstromkreis der Röhre
2 ist ein Widerstand 8 vorgesehen, an dem der Anodenstrom dieser Röhre einen Spannungsabfall
verursacht, der etwa dem Potential der Kathode der Röhre 6 entspricht. Die Kathode
der Röhre 2 kann daher direkt mit dem Steuergitter der Röhre 6 verbunden werden.
Ein Widerstand 9 in der Kathodenleitung der Röhre 6 dient zur Regelung des Verstärkungsgrades.
Die Widerstände ¢, 8 und 9 sind zweckmäßig einstellbar, um deh normalen Anodenstrom
der Röhre 6, der durch das Miniamperemeter i o angezeigt wird, auf Null oder einen
,anderen vorbestimmten Wert bringen zu können.
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Bei dein dargestellten Ausführungsbeispiel ist 6 eine Pentode; es
kann aber auch :eine Röhre anderer Type, vorzugsweise mit hohem Verstärkungsfaktor,
in dieser Stufe verwendet werden.
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Im Anodenkreis der Röhre 6 ist die Spule 16 seines Relais angeordnet,
dessen Zweck später erläutert -werden wird. Diese Relaisspule ist -- durch. einen
Kondensator 17 überbrückt; damit bei' jedem Impuls nur eine einzige Anziehung des
Relaisankers erfolgt, und zwar auch in dem Falle ,einer verzerrten Wellenform des
Pulses (nekrotischer Puls), wie sie bei gewissen Krankheiten auftritt. Die Anodenspannung
-wird der Röhre 6 von der Elektrodes des Glimmspannungsteilers 7 geliefert. Der
Spannungsabfall des Anodenstromes .an dieser Relaisspule wird zur Betätigung einer
Glimmlampe 2 i mit Stabielektrode verwendet, die mit einer Hilfselektrode und einer
Anode versehen ist, die über Widerstände 18 und 19 an seine hohe positive Spannung
gelegt sind. Das Schirmgitter der Pentode 6 ist mit dem Punkt d des Potentiometers
7 über einen Widerstand 2o verbunden, und ,der Spannungsabfall an diesem Widerstand
wird zur Anzeige und Messung der Amplitude der Impulse (Schlagvolumen) ausgenützt,
wie später genau beschrieben werden wird.
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Im Betrieb werden die Widerstände q., 8 und 9 derart eingestellt,
daß normalerweise nur ein kleiner Strom im Anodenstromkreis der Röhre 6 fließt.
Es besteht dann kein wesentlicher Spannungsabfall an der Spule 16, und die Glimmröhre
21 bekommt nur die konstante Spannung zwischen den Elektrodene und f des Spannungsteilers
7. Ihre leuchtende Säule hat dann eine bestimmte Länge. ' Wenn nun sein elektrischer
Impuls auf das Gitter der Röhre 2 auftrifft, z. B. ein elektrischer Impuls, der
durch .die Deformation des piezoelektrischen Kristalles i infolge einer D@ruclmelle
des Blutdruckes erzeugt worden ist, so * wird der Anodenstrom der Röhre 6 steigen,
der an 16 auftretende Spannungsabfall vermehrt die Spannung zwischen den Elektroden
der Glimmröhre 21, so daß sich das Glimmlicht in dieser ausbreitet. Auf diese Weise
verursacht jeder Impuls, also jeder Pulsschlag, einen Ausschlag des Zeigers von
io, ferner ein deutlich sichtbares Leuchtzeichen in der Glimmröhre 21 und eine Anziehung`
des Ankers des Relais 16.
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Zur Messung u@id Anzeige der Impulsfrequenz dient folgende Einrichtung:
Es ist ein Kondensator 22 vorgesehen, der über einen Widerstand. 23 mit dem
konstanten Potential zwischen den Elektroden a und b des Potentiometers 7 verbunden
ist. Dieser Kondensator 22 wird über den erwähnten Widerstand 2s langsam aufg°laden,
wobei die Beziehung zwischen Zeit und Spannung, wie bekannt, durch eine E@ponentialkurve
gegeben ist. Ein Kondensator 24 von zweckmäßig kleinerer Kapazität als 22, der normalerweise
durch die Relaiskontakte 12 und 13 kurzgeschlossen ist, -wird bei Erregung
des
Relais 16, ,also bei jedem Impuls, durch den Kontakt i i parallel zu 22 gelegt.
Auf diese Weise entzieht der Kondensator 24. bei jedem Impuls dem Kondensator 22
eine gewisse Elektrizitätsmenge, und es wird daher, da die ,auf 22 über 23 wirkende
Spannung konstant ist, sein gewisser Gleichgewichtszustand erreicht werden, derart,
daß jeder Impulsfrequenz eine gewisse Spannung zwischen den Belägen des Kondensators
22 entspricht. Um diese Spannung ohne Stromentnahm@e aus diesem Kondensator zu messen,
kann ein elektrostatisches Voltmeter Anwendung finden. Vorzugsweise wird wie bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Rö;hrenvoltmet--r angewendet, das aus
der Verstärkerröhre a5 und dem Anodenmilliamperemeter 26 besteht. Zwischen Gitter
und Kathode dieser Röhre 25 (d. h. der Mittelanzapfung der Heizwicklung für deren
Heizfaden) ist ein Kondensator 27 geschaltet, und das Gitter der Röhre 25 sowie
der mit diesem verbundene Belag von 27 ,erhalten hei Betätigung des Relais 16 über
dessen Kontakte 14. und 15 und den Widerstand 28 die an 22 sich einstellende Spannung,
die proportional zur Impulszahl ist, zugeführt. Der Kondensator 27 und der Widerstand
28 (der letztere unterstützt die Wirkung von 27, ist aber nicht unbedingt :erforderlich)
haben den Zweck, die kleinen Spannungsschwankungen auszugleichen, die auftreten,
während sich das Relais 16 in der angezogenen Stellung befindet. Je höher die sich
am Kondensator einstellende Spannung ist, d. h. je niedriger die Frequenz der Impuls.-.,
um so geringer wird der Anodenstrom der Röhre 25 sein, da deren negative Gitterspannung
am Kondensator 2; höher wird. Es zeigt daher der Zeigeranschlag des Instrumentes
26 unmittelbar die Frequenz der Impulse an.
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Wie bereits erwähnt wurde, wird der Schirmgitterstrom der P;entode
6 zur Messung der Impulsamplituden (Schlagvolumen) verwendet. Es ist bekannt, daß
der Schirmgitterstrom deiner Pientode Moder ähnlichen Röhre innerhalb gewisser Grenzen
sich in ähnlicher Weise mit der Steuergitterspannung ändert wie der Anodenstrom.
Der Spannungsabfall, an dem Widerstand 2o, der das Schirmgitter von 6 mit dem Punktd
des Potentiometers 7 verbindet, enthält daher die verstärkten Impulse, die den Gittern
der Röhren 2 und 6 zugeführt worden sind. Der Spitzenwert dieses Spannungsabfalles
ist daher ein Maß für die Amplitude der Impulse, und auf diesen Wert wird über eine
Zweielektrodengleic'hrichterröhre 29 der Kondensator 3o aufgeladen. Der Kondensator
30 ist durch den Widerstand 31 überbrückt und liegt zwischen Gitter und Kathode
(bzw. Heizwicklu;ngsmittelpunkt) der Röhre 32, die in bekannter Weise als Röhrenvoltmeter
zur Messung der Spanniuig am Kondensator 3o dient. Diese Spannung und damit die
Amplitude der Impulse kann an dem Milliamperemeter 33 im Anodenkreis von 32 abgelesen
werden. Je höher die Impulsampli# tuden und damit die Spannungsspitzen am Widerstand
20 sind, desto negativer wird der mit dem Gitter von 32 verbundene Kondensator
30 aufgeladen und desto kleiner wird der Anschlag des Zeigers von 33. Diese
Zeigeranschläge sind- daher ein Maß für die Impulsamplituden bzw. für die mit jedem
Pulsschlag geförderte Blutmenge (Schlagvolumen). Diese Anzeige wird durch langsame
Änderungen des Druckes in der aufgepumpten Gummimanschette oder ähnlichen Einrichtung,
die zur Übertragung der Pulsschräge auf das piezoelektrische Kristall o. dgl. dient,
nicht beeinflußt.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die
Apparatur aus dem Wechselstromnetz betrieben, wobei ein Transformator T mit der
entsprechenden Zahl von. Sekundärwicklungen zur Lieferung der Heiz- und Anodenströme
dient. Es ist eine übliche Halbweggleichrichterröhre 3,1 und eine Filteranordnung
35, 36, 37 vorgesehen, um das Potentiometer 7 mit Gleichstrom zu beliefern. Die
Anordnung kann jedoch auch aus Batterien oder aus dem Gleichstromnetz gespeist werden.
Dem Fachmann werden die hierzu erforderlichen Schaltungsänderungen klar sein.
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Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, können Abänderungen des
dargestellten Ausführungsbeispiels vorgenommen werden. So kann z. B. die Röhre 6
durch zwei Röhren hersetzt werden, deren Steuergitter parallel geschaltet sind.
Im Anodenkreis der einen Röhre liegt dann das Instrument i o, die Glimmlampe 21
und das Relais 16, im Anodenkreis der anderen Röhre der Widerstand 2o.
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Es können ferner Kontaktinstrumente oder auf bestimmte Stromwerte
ansprechende Relais an Stelle oder zusammen mit den Instrumenten 26 -und 33 verwendet
werden, um bei, Ansteigen oder Abfallen dar Frequenz oder des Schlagvolumens über
bzw. unter bestimmte Werte optische oder akustische Signale auszulösen oder weitere
Schaltungsmaßnahmen zu bewirken.