DE7735013U1 - Handgerät zur Messung der Pulsfrequenz - Google Patents

Description

Patentanwälte p ζρΤ-\ rf g· cj u-rt° Wallach D"ip*f.-In*g. (aünt'her'Koch Dipi.-Phys.Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

¹ 8. JAN. 1981 G 77 35 013.1 Datum· 3r8e

Unser Zeichen: ^077 H/Bu

Willy Müller, 8702 Zollikon, Schweiz

Handgerät zur Messung der Pulsfrequenz

Die Neuerung betrifft ein Handgerät zur Messung der Pulsfrequenz , mit einem mit der Hand umgreifbaren Gehäuse, welches in einer seiner Wandungen mit einer eine Auflagefläche für einen Pinger des Benutzers bildenden muldenförmigen Vertiefung versehen ist, die einen eine Lichtquelle und einen lichtelektrischen Empfänger umfassenden elektrooptischen Fühler und gegebenenfalls einen vom aufgelegten Pinger betätigbaren Schalter zum Einschalten der Speisespannung enthält, und mit einer Anzeigeeinrichtung an der Vorderseite des Gehäuses zur ziffernmäßigen Anzeige der Meßwerte.

über den klinischen und ärztlichen Bereich hinaus besteht heute ein verbreitetes Verlangen breiterer Laienkreise, insbesondere auch älterer Menschen oder im Zusammenhang mit der Fitness-Bewegung, nach laufender Selbstkontrolle elementarer Gesundheitsparameter wie der Pulsfrequenz. Dies hat

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zu einem Bedürfnis nach einfachen, mitführbaren, einfach zu handhabenden und kostengünstigen Handgerätmzur Messung der Pulsfrequenz geführt, welche nach kurzer Meßzeit die Anzahl der Pulsschläge pro Minute (Pulsfrequenz) direkt anzeigen und auch auf Schwankungen bzw. Änderungen der Pulsfrequenz verhältnismäßig trägheitsarm ansprechen.

Es sind zu diesem Zweck bereits Handgeräte bekannt geworden, welche nach lichtelektrischen Verfahren mittels einem eine Lichtquelle und einen lichtelektrischen Wandler enthaltenden, auf eine Körperstelle mit vom Licht erreichbaren Blutgefäßen anlegbaren Fühler eine den Pulsschlägen entsprechende elektrische Impulsausgangsgröße erzeugen, aus welcher durch entsprechende Zähl- und Rechenschaltungen die gewünschte Pulsfrequenz abgeleitet und in digitaler Form als Zahl der Pulsschläge pro Minute angezeigt wird. Es ist dabei bereits bekannt, die Messung und Auswertung in der Weise vorzunehmen, daß die Periode des Pulsschlags ,d.h. die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsschlägen, gemessen und hieraus selbsttätig die Pulsfrequenz ermittelt und angezeigt wird. Die Anordnung kann dabei so getroffen sein, daß die Messung und Auswertung während der Meßbetätigung des Geräts laufend wiederholt wird, was einerseits die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messung erhöht und andererseits auch die Feststellung relativ kurzzeitiger Änderungen der Pulsfrequenz gestattet. Die Messung der Pulsperiode kann dabei innerhalb eines einzigen Periodenintervalls erfolgen, oder ggf. auch, zur Vermeidung störend schneller Änderungen der Anzeige infolge etwaiger Meßungenauigkeiten oder unregelmäßiger Pulsintervalle, über mehrere Periodenintervalle gemittelt erfolgen.

Im einzelnen ist aus der US-Patentschrift 4 030 483 ein Handgerät der eingangs genannten und vorstehend näher erläuterten Art bekannt, bei welchem die muldenförmige Vertiefung auf der vorderen Hauptfläche des Gerätegehäuses angeordnet und als Auflagefläche für den Daumen, und zwar den Daumen der linken Hand, ausgebildet ist. Diese bekannte Ausgestaltung ist sowohl meßtechnisch hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeit als auch handhabungsmäßig unbefriedigend. Hierzu ist zu berücksichtigen, daß sich das diesen lichtelektrischen Verfahren zugrundeliegende Prinzip der Abtastung der Blutdruckpulsation in Blutgefäßen.'von Korperextremitaten mittels reflektiertem Licht in der praktischen Durchführung als ausgesprochen delikates Verfahren erwiesen hat, so einfach es seinem Prinzip nach erscheint. Da die Meßzeit sehr kurz sein soll (in der Größenordnung von einigen wenigen Sekunden) und somit für jede Einzelmessung jeweils nur wenige Pulsschläge meßtechnisch erfaßt werden, verfälscht bereits die Fehlmessung eines einzigen Pulsschlags das Meßresultat vollkommen; der Neuerung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es bei derartigen Verfahren von grundsätzlicher Wichtigkeit ist, den Pulsschlag an einer solchen Pingerstelle und bei einer solchen Pingerlage abzutasten, die ein möglichst hohes und nicht durch Pingerbewegungen gestörtes reflektiertes Lichtsignal gewährleisten. Nun weist jedoch gerade der bei dem bekannten Gerät nach der US-Patentschrift 4 030 483 als Meßstelle verwendete Daumen als Körperglied auf seiner für die Abtastung mittels Licht vorgesehenen Unterseite eine ausgesprochen dicke Hautschicht aufj welche die erwähnte heikle meßtechnische Zugänglichkeit der Blutdruckpulsationen in den Blutgefäßen in diesem Bereich beeinträchtigt, derart daß entweder einzelne Pulsschläge überhaupt unregistriert bleiben oder aber die von ihnen herrührenden Signale so schwach sind, daß Verwechslungen

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mit Störsignalen und entsprechende Fehlmessungen auftreten, welche die Meßgenauigkeit beeinträchtigen und zu insgesamt erratischen Anzeigen des Gerätes führen. Auch handhabungsmäßig ist das bekannte Gerät unbefriedigend. Bestimmungsgemäß ist das bekannte Gerät offensichtlich nicht für eine Einhandbedienung durch den Benutzer vorgesehen, vielmehr soll es mit der rechten Hand gehalten und der Daumen der linken Hand als Meßorgan in die muldenförmige Vertiefung auf der Vorderhauptseite eingelegt werden; die Inanspruchnahme beider Hände des Benutzers kann störend sein, beispielsweise wenn die Messung etwa während einer Fitnessübung vorgenommen werden SoIl₀ bei welcher der Benutzer mit der anderen Hand eine anderweitige Betätigung vornehmen muß, oder wenn etwa während der Messung die angezeigten Werte gleichzeitig aufgeschrieben werden sollen usw.; in jedem Fall ist die Notwendigkeit einer zweihändigen Bedienung unerwünscht. Unterstellt man bei dem bekannten Gerät eine einhändige Bedienungj so müßte somit das Gerät mit der linken Hand an der Rückseite umfaßt und mit dem in die muldenförmige Vertiefung eingelegten Daumen der linken Hand an der Vorderseite festgehalten werden, d.h. der Daumen müßte in seiner Lage in der Meßmulde gleichzeitig zum Festhalten des Gerätes herangezogen werden; hierbei wären störende Beeinträchtigungen der Messung durch Daumenbewegungen oder übermäßiges Andrücken des Daumens unvermeidlich, was in Verbindung mit der bereits oben erwähnten grundsätzlichen Fehleignung des Daumens für die lichtelektrische Abtastung von Blutpulsationen in den Blutgefäßen eine weitere Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit und der Zuverlässigkeit derMeßanzeige zur Folge hätte.

Der Neuerung liegt daher als Aufgabe die Schaffung eines Handgeräts zur Pulsfrequenzmessung der eingangs genannten Art

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zugrunde, daß bei verbesserter Handhabbarkeit, insbesonde-

eindeutige

re bestimmungsgemaßer Einhandbedienung, eine/licht elektrische Abtastung bzw. Erfassung der Blutpulsation in oberflächennahen Blutgefäßen der zur Messung verwendeten Körperextremität als Voraussetzung für eine hohe Genauigkeit und Konstanz der Meßanzeige gewährleistet.

Zu diesem Zweck ist gemäß der Neuerung bei einem Handgerät der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die muldenförmige Vertiefung an der oberen schmalen Stirnseite des Gehäuses zur Aufnahme eines Pingers der das Gehäuse umgreifenden und tragenden Hand angeordnet ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, daß die an der oberen schmalen Stirnseite des Gehäuses angeordnete muldenförmige Vertiefung einen über den Boden der muldenförmigen Vertiefung vorstehenden, gegen die Kraft einer Feder in das Innere des Gehäuses drückbaren Drucktastenknopf enthält, in welchem die Lichtquelle und der lichtelektrische Empfänger angeordnet sind und welcher in seiner durch den aufgelegten Finger gedrückten Lage mit dem im Inneren des Gehäuses angeordneten Schalter in Eingriff steht.

Indem neuerungsgemäß die muldenförmige Vertiefung mit dem Meßfühler an der schmalen Stirnseite des Gerätes vorgesehen ist, wird die angestrebte echte Einhandbedienung des Gerätes bei gleichzeitig optimalen meßtechnischen Bedingungen gewährleistet. Das neuerungsgemäße Gerät wird von der es umgreifenden Hand zwischen Daumen und kleinem Finger und Ringfinger an den beiden Längsseiten ergriffen und zuverlässig festgehalten, während der Zeigefinger oder gegebenenfalls auch Mittelfinger der gleichen Hand völlig frei beweglich und von der Festhaltefunktion der übrigen Finger der Hand frei und unbelastet als Meßstelle zur ./.

Auflage in der muldenförmigen Vertiefung an der schmalen Stirnseite zur Verfügung steht, und dort unter für die lichtelektrische Abtastung der Blutpulsationen optimalen Bedingungen zur Auflage gebracht werden kann] die hierbei als Meßbereich zur Anwendung kommende Fingerkuppe des Zeige- oder Mittelfingers weist besonders oberflächennahe und daher für die lichtelektrische Abtastung gut zugängliche und nicht durch dicke Haut schicht en, wie am Daumen, abgeschirmte Blutgefäße auf. Die neuerungsgemäße Anordnung der muldenförmigen Vertiefung an der schmalen Stirnseite des Gehäuses ergibt somit infolge der körperbaulichen Gegebenheiten eine ungezwungene und automatische Auflage der Zeige- oder Mittelfingerkuppe auf den Meßfühlerbereich. Das Umgreifen des Gehäuses ergibt sich dabei ebenfalls infolge der Anpassung an die körperbaulichen Gegebenheiten von selbst in körpergerechter Weise einerseits mit dem Daumen und andererseits mit den übrigen drei Fingern der Hand in Form eines zangenartigen Einklemmens des Gerätes in der inneren Handfläche, wobei jedoch eine Handbewegung um das Handgelenk sowie auch die von den das Gehäuse umgreifenden Fingern unabhängige Bewegung-des als Meßfinger verwendeten Zeige- oder Mittelfingers in keiner Weise behindert wird, derart daß die Kuppe des Zeigefingers völlig zwanglos in die muldenförmige Vertiefung eingelegt und dosiert auf den Meßfühlerbereich aufgedrückt werden kann. Diese optimale Handhabbarkeit bei hoher Meßgenauigkeit des neuerungsgemäßen Gerätes ist dabei sowohl mit der linken als auch mit der rechten Hand gewährleistet. Insgesamt ermöglicht das neuerungsgemäße Gerät somit in natürlicher und ungehinderter Handstellung die Erzielung zuverlässiger, leicht ablesbarer Meßresultate auch bei Bedienung durch völlig ungeschulte Laien.

In besonderer Weise kommen diese Vorteile zum Tragen in Verbindung mit der erwähnten bevorzugten Ausgestaltung mit kompakter integrierter Anordnung von Lichtquelle, Licht empfänger und Schalter als über den Boden der muldenförmigen Vertiefung vorstehenden, gegen Federvorspannung eindrückbaren Drucktastenknopf. Hierbei kann durch entsprechende Auslegung der Federvorspannung ein gewünschter optimaler Anlagedruck der Meßfingerkuppe in der eingedrückten Bedienungsstellung gewährleistet werden, wobei dies - durch die neuerungsgemäße vollständige funktionelle Trennung und Entlastung der Meßfingerauflage von der Halterungsfunktion der (einen) Bedienungshand - zwanglos und unverkrampft ermöglicht ist, bei gleichzeitiger reiner Einhandbedienung.

Die Integrierung von Lichtquelle, Licht empfänger und Schalter in Form eines über den Boden der muldenförmigen Vertiefung vorstehenden und gegen Federvorspannung eindrückbaren Drucktastenknopfes ist an sich aus der DE-OS 2 637 669 bekannt. Auch bei diesem bekannten Pulsfrequenzmeßgerät ist jedoch die muldenförmige Vertiefung an der vorderen Haupt fläche des Gerätegehäuses angeordnet, was aus den oben für die US-Patentschrift ¹I 030 483 dargelegten Gründen insgesamt unbefriedigend ist. Das aus der DE-OS 2 637 669 bekannte Gerät ermöglicht zwar die Verwendung eines anderen Fingers als des Daumens, beispielsweise des Zeigefingers, zur Meßabtastung, jedoch keine freihändige Einhandbedienung, da dieses bekannte Gerät zur Anbringung nach Art einer Armbanduhr am Handgelenk ausgebildet ist, wodurch das Auflegen eines Fingers der gleichen Hand unmöglich wird. Da das Gerät zudem nicht mit einer Hand (und zwar der Meßfingerhand) umfaßbar ist, ergibt sich keine definierte, ruhige Lage des abgetasteten fingers, was zu FehlmesBungen infolge Fingerbewegungen führen kann. Die Ausbildung als armbanduhrenartiges Gerät ist zudem gebrauchsmäßig wenig vorteilhaft. Infolge des Platzbedarfs allein schon ./.

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für die muldenförmige Vertiefung zur Aufnahme des Meß fingers können die Gehäuseabmessungen eine nennenswert über den Abmessungen einer üblichen Armbanduhr liegende Größe nicht unterschreiten; die Anbringung eines derartigen verhältnismäßig großen Gehäuses am Handgelenk ist unhandlich und unbequem.

Gemäß vorteilhaften weiteren Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, daß die Lichtquelle, beispielsweise eine Infrarotlicht emittierende Diode, und der lichtelektrische Empfänger, beispielsweise ein Phototransistor, im Drucktastenknopf zu dessen Längsachse geneigt angeordnet sind, derart daß der Schnittpunkt ihrer Achsen bei aufgelegtem Meßfinger in einem oberflächennahen Bereich mit hoher Dichte der Blutgefäße zu liegen kommt. Gegebenenfalls kann das Gehäuse mit einer Steckerbuchse zum Anschluß eines externen Fühlers versehen sein, um die eingebaute Auswertschaltung auch für von dem eingebauten Meßfühler unabhängige Messungen nutzbar zu machen.

(Forts. Abs. 2 von S. 4 der ursprünglichen Beschreibung)

-folgender Zeitintervalle bildet un^_zjj_r---ATTTeTge bringt, wobei zur Einstellung j^e-E—Z-a"fiTder Zeitintervalle ein Schaltorgan

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Handgerätes zur Messung der Pulsfrequenz,

Fig. 2 eine Ansicht des Handgerätes der Fig. 1 bei dessen Benützung,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Fühler des Handgerätes der Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Handgerätes.

Das in Fig. 1 dargestellte Handgerät, das auch als Taschengerät bezeichnet werden kann, da es etwa die Grosse einer Zigarettenpackung oder wenig mehr aufweist und keine externen Anschlüsse benötigt, weist ein leicht greifbares Gehäuse 1 aus einem Kunststoff auf, das an seiner Vorderseite mit einer Anzeigevorrichtung 2 zur Anzeige von Messwerten mittels elektro-optischer An-

Zeigeelemente 3 versehen ist. Die Vorderseite des dargestellten Gehäuses 1 weist zudem einen Stufenschalter 4 zur Wahl verschiedener Messintervalle und eine Signallampe 5, z.B. eine Leuchtdiode, auf zur Anzeige einer ausreichenden Kapazität einer im Gehäuseinneren untergebrachten Batterie oder zur Anzeige, ob die Batterie erschöpft ist.

An der einen Längsschmalseite des Gehäuses 1 ist ein Schalter 6 ange'ordnet, der ein Kipp-, Druck- oder Schiebeschalter sein kann oder der als Drucktastenschalter ausgebildet ist. Vorteilhaft ist vor allem ein an sich bekannter Schalter 6, der gemäss Fig. 1 einen Knopf als Betätigungsorgan aufweist und der einerseits als Drucktastenschalter und andererseits,, durch Drücken und Drehen des Knopfes, als verriegelbarer Schalter benutzbar ist. An derselben Schmalseite des Gehäuses 1 ist eine Buchse 7 für einen koaxialen Klinkenstecker angeordnet. Die Buchse 7 dient dazu, einen externen Fühler, dessen Aufbau anschliessend noch erläutert wird, mittels eines mehradrigen Kabels mit dem vorliegenden Gerät elektrisch zu verbinden.

Die obere Schmalseite des Gehäuses 1 ist mit einer Mulde 8 versehen, deren Abmessungen das Auflegen eines Fingers, z.B. des Zeigefingers, erlauben. Im Innern der Mulde 8 ist eine abgedeckte Oeffnung 9 ersichtlich, hinter welcher ein nachfolgend erläuterter Fühler im Gehäuseinneren angeordnet ist.

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Die normale Gebrauchsweise des Gerätes der Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Gehäuse 1 wird mit der Hand umfasst, wobei vorzugsweise der Zeigefinger 10 in die Mulde 8 der Fig. 1 gelegt wird, derart, dass die Fingerkuppe mit leichtem Druck auf der Abdeckung der Oeffnung 9 (Fig. 1) liegt. Gleichzeitig wird der Schalter 6 betätigt, wodurch das Gerät in den Betriebszustand versetzt wird. Nach einer Zeit von der Grössenordnung einer Sekunde erscheint auf der Anzeigevorrichtung 2 .mittels der Anzeigeelemente 3 der Messwert der Pulsfrequenz, wobei sich die Anzeige, solange der Schalter 6 eingeschaltet ist, stetig wiederholt und den Messwert der jeweiligen, also momentanen Pulsfrequenz wiedergibt. Mittels des Stufenschalters 4 kann die Messgenauigkeit erhöht werden: In der Stellung 1 ermittelt das Gerät die Pulsfrequenz anhand der Messung der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsschlägen und zeigt die ermittelte Pulsfrequenz. Diese Messung und Anzeige können demnach durch Zufallerscheinungen wie Störimpulse, unregelmässige Pulsintervalle, usw. beeinträchtigt sein, so dass aufeinanderfolgende Anzeigen unter Umständen ab und zu in grösserem Ausmass voneinander abweichen können. In der Stellung 2 wird der arithmetische Mittelwert der Messwerte zweier aufeinanderfolgender Pulsintervalle J₄ gebildet und die entsprechende gemittelte Pulsfrequenz ange-

zeigt, und in der Stellung 4 wird der Mittelwert der Messwerte von vier aufeinanderfolgenden Pulsintervallen gebildet. Dadurch beeinflussen Messungenauigkeiten die im übrigen fortlaufend auf-

ί ■ grund neuer Ermittlung erfolgende Anzeige der Pulsfrequenz

'■ weit weniger.

Beim dargestellten Gerät erfolgt die Anzeige zwei- bzw. dreistellig für Pulsfrequenzen zwischen etwa 20 und 299 Pulsschlägen pro Minute. Für die zweistellige Anzeige der Pulsfrequenzen

zwischen 20 und 99 Pulsschlägen pro Minute kann die in Fig. 1 I;
und 2 dargestellte Anzeige der Ziffer "0" unterdrückt sein. In

^ an sich bekannter Weise kann eine Anzeige mit lichtemittierenden

Dioden oder Flüssigkristallen vorgesehen sein, letztere aliens' falls mit einer Beleuchtungsvorrichtung für das Ablesen bei Dun- ; kelheit.

Der Schalter 6 ist mit Vorteil als Drucktastenschalter ausgebildet, um zu vermeiden, dass das Gerät unbeabsichtigt eingeschaltet bleibt. Eine mit dem Auflegen des Zeigefingers in die Mulde 8 gleichzeitige Betätigung eines solchen Drucktastenschalters mit der gleichen Hand ist bei entsprechender Anordnung des Schalters im Gehäuse ohne jede Mühe möglich. Für eine Verwendung des Gerätes mit einem externen Fühler ist es jedoch vorteilhafter, wenn der Schalter 6 arretierbar ist, so dass das Gehäuse 1 unabhängig vom Standort des Benutzers plaziert werden kann. Aus diesen Gründen ist es zweckmässig, entweder zwei unterschiedliche Schalter oder einen sowohl auf momentanen Druck

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ansprechenden als auch arretierbaren Schalter im Gehäuse 1 anzuordnen. Weitere Schaltervarianten werden nachfolgend noch erwähnt.

Der im Gehäuse 1 der Fig. 1 unter der abgedeckten Oeffnung 9 angeordnete Fühler ist dazu ausgebildet, Pulsschläge an dem auf die Oeffnung gelegten Körperteil festzustellen und in entsprechende elektrische Signale umzuwandeln. Der nachstehend anhand der Fig. 3 beschriebene Fühler macht davon Gebrauch, dass mit konstanter Intensität auf den Körperteil abgestrahltes Licht, insbesondere Infrarotlicht, entsprechend der Kontraktion bzw. Expansion der nahe der Oberfläche des Körperteils gelegenen Blutgefässe beeinflusst wird, so dass mit einem Lichtempfänger reflektiertes Licht aufgenommen werden kann, das entsprechend dem Takt dieser Durchblutungsänderungen in der Intensität moduliert ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform des gesamthaft mit 12 bezeichneten Fühlers weist einen in der Mulde 8 des Gehäuses 1 nach Fig. 1 angeordneten Hohlknopf 13 auf, der im Gehäuse 1 axial verschiebbar gelagert, ist und durch eine Feder 14 mit einem vorstehenden Rand 15 gegen eine entsprechende Anschlagfläche des Gehäuses 1 gedrückt wird. Am stirnseitigen Ende des Hohlknopfes 13 ist eine Infrarotlichtquelle 16, z.B. eine lichtemittierende Diode, schräg zur Längsachse des Hohlknopfes 13 angeordnet. Diametral zur Lichtquelle 16 ist unter dem gleichen

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Winkel zur Längsachse des Hohlknopfes 13 ein Infrarot]ichtempfänger 17, z.B. ein Phototransistor, angeordnet, derart, dass sich die optischen Achsen der Lichtquelle 16 und des Lichtempfängers 17 nahe der stirnseitigen Oberfläche des Hohlknopfes 13 schneiden. Durch diese Anordnung von Lichtquelle und Lichtempfänger wird erzielt, dass beide mindestens angenähert auf ein vom Licht erreichbares, z.B. oberflächennahes Blutgefäss des auf den Hohlknopf 13 gelegten Körperteils, z.B. einer Fingerkuppe nach Fig. 2, gerichtet sind, wodurch die vom Lichtempfänger 17 aufgenommene Intensität des reflektierten Lichtes so gross wird, dass der durch die zufolge des Pulsschlages eintretende Veränderung des Blutgefässes modulierte Strahlungsanteil eindeutig feststellbar ist. Die Lichtquelle 16 und der Lichtempfänger 17 sind über angedeutete Verbindungsleitungen 18 bzw. 19 an Schaltungselemente angeschlossen, die anhand der Fig. 4 noch erläutert werden. Es ist aber auch möglich, die Lichtquelle 16 und den Lichtempfänger 17 mit zueinander parallelen Achsen anzuordnen.

Die federnde Lagerung des Hohlknopfes 13 bezweckt, auf den aufgelegten Körperteil einen bestimmten, insbesondere begrenzten Druck auszuüben. Einerseits soll durch einen leichten Druck das zu erfassende Blutgefäss möglichst nahe zur Oberfläche des aufgelegten Körperteils gebracht werden. Anderseits verhindert ein zu hoher Druck Kontraktionen bzw. Expansionen des Blutgefässes und damit eine Teststellung des Pulsschlages.

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Anstelle des gemäss Fig. 1 und 2 an der Längsschmalseite des Gehäuses 1 angeordneten Schalters 6 ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ein in einfacher Form dargestellter Schalter vorgesehen, der beim Auflegen des Körperteils auf den Hohlknopf 13 und Drücken desselben betätigt wird. Der Schalter 21 weist ein am Gehäuse 1 befestigtes federndes Kontaktstück 22 und ein ebenfalls am Gehäuse 1 angebrachtes festes Kontaktstück 23 auf, welche beide über eine Verbindungsleitung 24 im Speisestromkreis des Gerätes liegen. Beim Drücken des Hohlknopfes 13 wird das federnde Kontaktstück 22 durch den vorstehenden Rand 15 des Hohlknopfes 13 auf das feste Kontaktstück 23 gedrückt, so dass sich der Speisestromkreis schliesst. Somit wird bei der Benützung des Gerätes ein getrenntes Einschalten des Gerätes überflüssig bzw. wird das Gerät nach dessen Benützung automatisch ausgeschaltet.

Statt der Feder 14 und des separat im Gehäuse 1 angeordneten Schalters 21 kann auch ein vom Hohlknopf 13 betätigter Mikroschalter im Gehäuse 1 angeordnet werden, dessen Rückstellfeder die Funktion der Feder 14 übernimmt.

Der Fühler 12 der Fig. 3 kann auch als getrenntes Bauteil mit einer entspiechenden Umhüllung ausgebildet sein, das über die Buchse 7 der Fig. 1 anschliessbar ist. Unter zahlreichen Anwen·- dungsmöglichkeiten sei hier auf die Pulsfrequenzmessung und

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-Überwachung beim Gebrauch von Heimtrainern oder -Übungsgeräten, z.B. Radübungsgeräten, Ruderübungsgeräten usw. hingewiesen. Für solche Zwecke kann der Sensor 12 z.B. als Ohrclip ausgebildet sein, während das Gehäuse 1 der Fig. 1 mit Mitteln zu seiner Befestigung am Uebungsgerät versehen sein kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung zur Messung der Länge des zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsschlägen lie- ^>ίί::* genden Zeitintervalls und zur Anzeige der entsprechenden Pulsfrequenz ist im Blockschaltbild der Fig. 4 dargestellt. Hierin ist die Infrarotlichtquelle 16 der Fig. 3, eine lichtemittierende Diode; über die Verbindungsleitungen 18 einerseits an die gemein- '■ same Massenverbindung und andererseits über einen Vorwiderstand

26 an eine positive Speisespannungsklemme +V angeschlossen. Als Energiequelle für das ganze Gerät kann eine im Gehäuse 1 (Fig. 1) untergebrachte, handelsübliche 9V-Batterie vorgesehen werden. Damit ein guter Wirkungsgrad erreicht wird und eine vom Zustand der Batterie unabhängige Speisespannung zur Verfügung steht, wird mit Vorteil ein geschalteter, von der Batterie gespeister Spannungserzeugungsteil vorgesehen, der an sich in zahlreichen Ausführungsformen bekannt ist und in Fig. 4 nicht dargestellt ist.

Der Infrarotlichtempfänger 17 der Fig. 3, ein Phototransistor, ist über die Verbindungsleitungen 19 einerseits ebenfalls an

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die Masse und andererseits an den positiven Eingang eines Ope- | rationsverstärkers 27 angeschlossen. Das lineare Gebiet der | meisten Operationsverstärker liegt in der Mitte der Speisespan- | nung. Damit eine einzige Speisespannung ausreicht, wird an den f negativen Eingang des Operationsverstärkers 27 die halbe Speisespannung als künstlicher Nullpunkt gelegt. Zur Erzielung eines sehr niedrigen Innenwiderstandes dieses künstlichen Nullpunkts ist an den negativen Eingang des Operationsverstärkers 27 der Ausgang eines weiteren Operationsverstärkers 28 angeschlossen, dessen positiver Eingang mit der Mitte eines aus zwei gleichen Widerständen 29 bestehenden Spannungsteilers verbunden ist und der zudem eine negative Rückkopplung 30 von seinem Ausgang auf seinen negativen Eingang aufweist.

Um die beim Betrieb des Fühlers 12 das vom Lichtempfänger 17 abgegebene Signal beeinflussenden individuellen Pigmentierungen des aufgelegten Körperteils bzw. dessen Gewebebeschaffenheit, Transmissions- und Reflexionsgrade zu normalisieren, wird in der vorliegenden Schaltungsanordnung der Gleichstromanteil der mittleren Helligkeit im Signal des Lichtempfängers 17 kompensiert und gleichzeitig der Wechselstromanteil, hervorgerufen durch die Lichtintensitätsmodulation, zur weiteren Auswertung abgetrennt,, Hierzu ist der Operationsverstärker mit einer negativen Gleichstromrückkopplung 31 vom Ausgang auf den positiven Eingang ver-

sehen, die zur Abtrennung des genannten Wechselstromanteils ein Tiefpassglied 32 mit sehr niedriger Grenzfrequenz von

1 Hz enthält. Das Tiefpassglied 32 ist mit dem Lichtempfänger 17 am positiven Eingang des Operationsverstärkers mittels weiterer, nicht dargestellter Schaltungselemente, z.B. mittels Widerstände, so zusammengeschaltet, dass im Ausgangssignal des Operationsverstärkers der Gleichstromanteil praktisch eliminiert ist.

Das den verstärkten Wechselstromanteil des Signals de's Lichtempfängers 17 enthaltende Ausgangssignal des Operationsverstärkers 27 ist über ein weiteres Tiefpassglied 33 einem Verstärker 54 zugeführt. Das Tiefpassglied 33 hat eine Grenzfrequenz von etwa 10 Hz, so dass nur Signale mit Frequenzen im Bereich der Pulsfrequenz an Jen Verstärker 34 gelangen, Störsignale mit höheren Frequenzen, z.B. der Netzfrequenz, ausgesiebt werden. An den Ausgang des Verstärkers 34 ist ein Schmitt-Trigger 35 angeschlossen, der das frequenzabhängig verstärkte Signal bezüglich Amplitudenhöhe und Flankensteilheit normalisiert. Auf einer

Ausgangsleitung 36 des Schmitt-Triggers erscheint demnach für jeden vom Lichtempfänger 17 detektierten Pulsschlag ein Impuls einheitlicher Form, wobei der zeitliche Abstand aufeinanderfol-

gender Impulse dem zeitlichen Abstand der durch den Lichternpfänger 17 detektierten Pulsschläge entspricht.

Zur Messung der Länge des Zeitintervalles zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Impulsen auf der Leitung 36, ferner zur Umwandlung des Wertes der gemessenen Intervallänge in einen Mess-

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wert, der die Anzahl Pulsschläge pro Minute darstellt, und schliesslich zur Umwandlung dieses Messwertes in Signale, mit welchen an sich bekannte elektro-optische Anzeigevorrichtungen steuerbar sind, ist als i.ategrierte, digitale Zähl- und Rechenschaltung ein Mikroprozessor 57 vorgesehen, der auch einen Programmspeicher enthält. Dem Mikroprozessor 37 ist ein Quarzgenerator 38 zugeordnet, der zur Erzeugung von Zählimpulsen mit einer konstanten Frequenz dient, die wesentlich höher als die höchste Pulsfrequenz ist.

An den Mikroprozessor 37 ist die Anzeigevorrichtung 2 mit den elektro-optischen Anzeigeelementen 3 über Leiterstränge 39 und 40 angeschlossen. Bei der dargestellten Anzeigevorrichtung 2 bestehen die Anzeigeelemente 3 aus lichtemittierenden Dioden. Die vom Mikroprozessor 37 im Siebensegmentformat aufbereiteten Messwertsignale werden hierbei in bekannter Weise gepuffert und zeitlich gestaffelt zur Anzeige gebracht. Wenn als Anzeigeelemente Flüssig-Kristalle vorgesehen werden, werden die vom Mikroprozessor 37 im Siebensegmentformat aufbereiteten Messwertsignale ebenfalls in bekannter Weise zerhackt, und es werden die einzelnen Ziffern ohne Zivischenglieder zur Anzeige gebracht. Wie bei Mikroprozessoren bekannt, erfolgt die Abgabe der Signale für die Anzeigeelemente ohne besondere Bauteile oder Bauteilegruppen aufgrund des Programmes für den Mikroprozessor.

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Als Eingangsvariable ist ausser dem Ausgang des Schmitt-Triggers 35 über einen Leitungsstrang 41 noch der Stufenschalter 4 mit den drei Schaltstellungen angeschlossen, der wie erwähnt dazu dient, die Messung der Pulsfrequenz über ein Pulsschlagintervall oder gemittelt über zwei oder vier Pulsschlagintervalle vorzunehmen.

Zur Ermittlung der anzuzeigenden Pulsfrequenz aus den den einzelnen' Pulsschlägen entsprechenden normalisierten Impulsen des Schmitt-Triggers 35 enthält der Mikroprozessor 37 in bekannter Weise eine Anzahl v^n Zählregistern, logischen Schaltungen und anderen digitalen Schaltungselementen, die aufgrund der nachfolgend erläuterten Funktionsweise des Mikroprozessors 37 integriert zusammengeschaltet und programmiert sind.

Das beim vorliegenden Gerät verwendete Mess- und Rechenprinzip beruht darauf, dass in jedem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsschlägen liegenden Zeitintervall die Anzahl bestimmter Subintervalle konstanter zeitlicher Länge, die in ein solches Zeitintervall fallen, gemessen wird, und dass hierauf eine solche feste Zahl durch die gemessene Anzahl der Subintervalle geteilt wird, dass das Resultat der Teilung direkt die Anzahl der Pulsschläge pro Minute darstellt.

Hierzu enthält der Mikroprozessor 37 einen Teiler, welcher die Frequenz des Quarzgenerators 38 auf eine Zählimpulsfrequenz von

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im vorliegenden Beispiel 500 Hz hinunterteilt, d.h. es tritt alle zwei Millisekunden ein Zählimpuls auf. In einem ersten Register des Mikroprozessors 37 werden die Zählimpulse gezählt, wobei die Zählung durch einen ersten Pulsschlag, d.h. durch einen ersten Ausgangsimpuls des Schmitt-Triggers 35 ausgelöst und durch den darauffolgenden Pulsschlag bzw. Ausgangsimpuls unterbrochen wird. Somit enthält nach dieser Zählung dieses Register die Anzahl Zweimillisekundenintervalle im Zeitintervall zwischen zwei ,:·;::;. aufeinanderfolgenden Pulsschlägen. Gleichzeitig mit der Unterbrechung der Zählung wird der Zählinhalt des Registers in ein anderes Register des Mikroprozessors abgespeichert, das erstgenannte Register gelöscht und ein neuer Zählvorgang bis zum folgenden Pulsschlag begonnen.

Vom Zählinhalt eines weiteren Registers des Mikroprozessors, welcher Zählinhalt im vorliegenden Beispiel die feste Zahl 30'0OO ist, wird das abgespeicherte Zählresultat wiederholt subtrahiert, bis das weitere Register null bzw. einen Wert kleiner als null erreicht, wobei die Anzahl der benötigten Subtraktionsschritte im Mikroprozessor gezählt wird. Die Anzahl der Subtraktionsschritte, die das Resultat einer Division von 30'0OO durch das gespeicherte Zählresultat der Zweimillisekundenintervalle darstellt, liefert den gewünschten Messwert der Pulsfrequenz in Pulsschlägen pro Minute, der nach digitalanzeigekonformer Umformung in der Anzeigevorrichtung 2 angezeigt wird.

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Das obige Mess- und Rechenprinzip sei an einem Beispiel illustriert. Die Pulsfrequenz betrage 72 Pulsschläge pro Minute, wie in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellt. Somit beträgt die Länge des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsschlägen 5/6 Sekunden. In dieser Zählperiode werden im erstgenannten Register 416 Zweimillisekundenintervalle gezählt. Dieses Zählresultat wird nun wiederholt vom festen Anfangs-Zählinhalt von 30'000 des weiteren Registers abgezogen, was insgesamt 72 mal j|i möglich ist, bis das weitere Register den kleinstmöglichen Inhalt von 28 aufweist. Die Zahl 72 ist somit der anzuzeigende Messwert der momentanen Pulsfrequenz in Pulsschlägen pro Minute.

Wie bereits erwähnt, wiederholen sich die beschriebenen Mess- und Rechenvorgänge fortlaufend mit jedem Pulsschlag, so dass in kurzen Zeitabständen die jeweilige, allenfalls sich ändernde Pulsfrequenz angezeigt wird, so lange das Gerät eingeschaltet ist und der Pulsschlag vom Fühler erfasst wird.

Um in den Stellungen "2" und "4" des Schalters 6 (Fig. 1,2,4) eine Durchschnittsbildung über zwei bzw. vier aufeinanderfolgende Pulsschlagintervalle zu erhalten, ist der Mikroprozessor 37 mit mehreren Registern zur Zählung von Zweimillisekundenintervallen ausgebildet, wobei dann in zwei bzw. vier dieser Register der Reihe nach die Anzahl der in ein erstes Pulsschlagintervall

und das nachfolgende zweite Pulsschlagintervall bzw. das erste

bis vierte Pulsschlagintervall fallenden Zweimillisekundenintervalle gezählt werden. Für die Zählung der in das fünfte PuIs-J schlagintervall fallenden Zweimillisekundenintervalle wird das

erste Register wieder gelöscht usw. Die Messwertbildung in Pulsschlägen pro Minute erfolgt hierauf bei jedem Pulsschlag zum Beispiel in der Weise über die zwei bzw. vier Register, deren Zählinhalte wiederum abgespeichert werden, dass im Mikroprozessor die Zählinhalte der zwei bzAv. vier Register addiert werden ■.:_::_: und die durch zwei bzw. vier geteilte Summe vom Ausgangszählinhalt von 30'0OO des weiteren Registers in der erwähnten Weise wiederholt subtrahiert wird unter Zählung der Subtraktionsschritte, was sich digital besonders einfach durchführen lässt.

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Die anhand der beschriebenen Programmierung und Funktionsweise des Mikroprozessors erforderliche integrierte Struktur lässt sich mit bekannten Entwurf-· und Herstellungsverfahren ohne Schwierigkeiten realisieren.

Das vorliegende Handgerät erlaubt eine rasche, einfache, genaue und ohne Zeitverlust wiederholbare bzw. automatisch wiederholte Messung der Pulsfrequenz mit geringem Apparateaufwand und ohne Bindung an externe Anschlüsse oder Hilfsmittel. Wegen seiner vergleichsweise geringen Herstellungskosten, seiner unproblematischen Handhabung und seiner grossen Handlichkeit ist das Gerät dazu geeignet, von jedermann benützt und mitgenommen zu werden.

Claims (4)

1. Patentanwälte Dip!. Ά n:g. ;C :u r:t W a j I & c h

   Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

   D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 ■ Telex 5 29 513 wakai d

   8. JAN. WBI

   Q 77 35 013.1 Datum: SrS-.-öepfc .—1"900

   Willy Müller Unser Zeichen: l6077 H/Bu

   Schutzansprüche

   ( j 1. Handgerät zur Messung der Pulsfrequenz, mit einem mit der Hand umgreifbaren Gehäuse, welches in einer seiner Wandungen mit einer eine Auflagefläche für einen Finger des Benutzers bildenden muldenförmigen Vertiefung versehen ist, die einen eine Li-ch-t quelle ';\φά einen lichtelektrischen Empfänger umfassenden elektrooptischen Fühler und gegebenenfalls einen vom aufgelegten Finger betätigbaren Schalter zum Einschalten- der Speisespannung enthält, und mit einer Anzeigeeinrichtung an der Vorderseite des Gehäuses zur ziffernmäßigen Anzeige der Meßwerte, dadurch

   gekennzeichnet , daß die muldenförmige Vertiefung an der oberen schmalen Stirnseite des Gehäuses (1) zur Aufnahme eines Fingers der das Gehäuse umgreifenden und tragenden Hand angeordnet ist.
2. 2. Handgerät nach Anspruch 1, dadurch

   gekennzeichnet , daß die an der oberen schmalen Stirnseite des Gehäuses (1) angeordnete muldenförmige Vertiefung einen über den Boden der muldenförmigen Vertiefung (8) vorstehenden, gegen die Kraft einer Feder (14) in das Innere des Gehäuses (1) drückbaren Drucktastenknopf (13) enthält, in welchem die

   Lichtquelle (l6) und der lichtelektrische Empfänger (17) angeordnet sind und welcher in seiner durch den aufgelegten Finger gedrückten Lage mit dem im Inneren des Gehäuses angeordneten Schalter (21) in Eingriff steht (Fig. 3 mit Fig. 1).
3. 3. Handgerät nach Anspruch 2, bei welchem die Lichtquelle eine Infrarotlicht emittierende Diode und der lichtelektrische Empfänger ein Phototransistor ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Diode (16) und der Phototransistor (17) im Drucktastenknopf (13) zu dessen Längsachse geneigt angeordnet sind.
4. 4. Handgerät insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
   gekennzeichnet , daß das Gehäuse (1) mit einer Steckerbuchse (7) zum Anschluß eines externen Fühlers versehen ist.

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