FI120988B - Method and apparatus for calibrating a power sensor based on an electret membrane - Google Patents
Method and apparatus for calibrating a power sensor based on an electret membrane Download PDFInfo
- Publication number
- FI120988B FI120988B FI20075266A FI20075266A FI120988B FI 120988 B FI120988 B FI 120988B FI 20075266 A FI20075266 A FI 20075266A FI 20075266 A FI20075266 A FI 20075266A FI 120988 B FI120988 B FI 120988B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- change
- force
- coil
- signal
- sensor
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/1102—Ballistocardiography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators
- G01L5/0066—Calibration arrangements
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Physiology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Description
MENETELMÄ JA LAITE ELEKTREETTIKALVOON PERUSTUVAN VOIMA-ANTURIN KALIBROIMISEKSIMETHOD AND APPARATUS FOR CALIBRATING A POWER SENSOR BASED ON ELECTRIC FILM
Nyt esillä oleva keksintö liittyy ihmisen tai eläimen elintoimintojen mo-5 nitoroimisessa käytettävän elektreettikalvoon perustuvan voima-anturin kalibroimiseen.The present invention relates to the calibration of an electret film-based force sensor for monitoring human or animal vital functions.
TAUSTAABACKGROUND
10 Ballistokardiografiassa (BKG) tallennetaan sydämen supistuessa liikkuvan veren aiheuttamat kiihtyvyysvoimat ajan funktiona. Tallennettujen voimien avulla voidaan määrittää esimerkiksi verimäärä jonka sydän pumppaa yhden sydämenlyönnin aikana.10 Ballistic cardiography (BKG) records the accelerating forces produced by moving blood as the heart contracts over time. The stored forces can be used to determine, for example, the amount of blood that the heart pumps during one heartbeat.
15 Viitaten kuvaan 1, sydämen toiminnasta aiheutuvia voimia F2 voidaan monitoroida esimerkiksi asettamalla elektreettikalvoanturi 50 alustan 60 päälle, pyytämällä potilasta 10 istumaan anturin 50 päälle, ja tallentamalla BKG-signaalia. Mitattua signaalia voidaan tarkastella esimerkiksi käyttöliittymän 260, esimerkiksi näytön avulla.Referring to Figure 1, cardiac forces F2 can be monitored, for example, by placing an electret film transducer 50 on a tray 60, by asking patient 10 to sit on the transducer 50, and by recording a BKG signal. The measured signal can be viewed, for example, by means of a user interface 260, for example a display.
2020
Kuvan 1 mukaisessa järjestelyssä voimat F2 aiheutuvat pääasiassa verestä, joka syöksähtää supistuvan sydämen 20 vasemmasta kammiosta 22 aorttaan 25. Oikeasta kammiosta 24 keuhkovaltimorunkoon (ei esitetty) siirtyvällä verellä sekä laskimoverenkierrolla on myös pienehkö 25 vaikutus BKG-signaaliin. Hetkellinen voima F2(t) on ensimmäisenä approksimaationa yhtä suuri kuin hetkellisen kiihtyvyyden a(t) sekä kiihtyvän tai hidastuvan massan m tulo: F2{t) - m a(t) (1) 30In the arrangement of Figure 1, the forces F2 are mainly caused by the blood plummeting from the left ventricle 22 of the shrinking heart 20 to the aorta 25. The blood transferring from the right ventricle 24 to the pulmonary artery (not shown) and venous blood circulation The instantaneous force F2 (t) is the first approximation equal to the product of the instantaneous acceleration a (t) and the accelerating or decelerating mass m: F2 {t) - m a (t) (1) 30
Kuvassa 1 on lisäksi esitetty sydämen 20 vasen eteinen 21 ja oikea eteinen 23.Figure 1 further shows a left atrium 21 and a right atrium 23 of core 20.
Viitaten kuvaan 2, elektreettikalvoanturi 50 käsittää sähköisesti eristä-35 vän kokoonpuristuvan elektreettikalvon 53. Kalvon 53 kokoonpuristuvuus aikaansaadaan kalvossa olevilla kaasukuplilla 57. Kalvossa 53 on pysyvä polarisaatio, jolloin kuplien 57 ja kalvomateriaalien rajapinnoilla 2 on pysyviä positiivisia ja negatiivisia sähkövarauksia + ja Kalvon 53 ensimmäisellä puolella on ainakin ensimmäinen elektrodi 51 ja kalvon 53 toisella puolella on ainakin toinen elektrodi 52. Kalvon 53 kokoonpuristuminen siirtää kalvon sisällä olevia sähkövarauksia, mikä indusoi 5 elektrodeissa 51 ja 52 peilivarausmuutoksen. Peilivarausmuutos voidaan puolestaan mitata elektrodien välisenä sähkövirtana ja/tai elektrodien välisen jännitteen VEmf muutoksena. Elektreettikaivoanturin 50 pintaan vaikutusalalle A2 kohdistuvat voimat F2(t) ja Fwt aiheuttavat siis kokoonpuristuvan elektreettikalvon 53 paksuudessa d1 paikallisen 10 muutoksen, joka muuttaa elektrodien 51, 52 välistä jännitettä VEmf-Elektrodien 51, 52 tuottama sähköinen signaali voidaan vahvistaa esi-vahvistimella joka on jännitevahvistin tai varausvahvistin. Elektrodit 51, 52 voidaan yhdistää vahvistimeen johtimilla 55, 56.Referring to FIG. has at least a first electrode 51 and a second electrode 52 on one side of the diaphragm 53. Compression of the diaphragm 53 displaces electrical charges within the diaphragm, inducing a mirror charge change at electrodes 51 and 52. The change in charge of the mirror, in turn, can be measured as the electric current between electrodes and / or as a change in voltage VEmf between electrodes. Thus, the forces F2 (t) and Fwt applied to the surface A2 of the electret well sensor 50 will cause a local change in the thickness d1 of the compressible electret film 53 which changes the voltage between the electrodes 51, 52 can be amplified by a pre-amplifier or voltage amplifier. charge amplifier. The electrodes 51, 52 may be connected to the amplifier by conductors 55, 56.
15 Elektreettikalvoanturiin perustuvan mittausjärjestelmän taajuusvasteella on tyypillisesti alaraja, joka voi olla esimerkiksi välillä 0,1 - 1 Hz. Tämän vuoksi potilaan 10 painosta aiheutuva suuri staattinen voima FWT ei ensimmäisen approksimaationa vaikuta vahvistettuun signaaliin. Vahvistettu mittaussignaali on pääasiassa verrannollinen sydämen 20 toiminnasta aiheutuvaan heikkoon voimaan F2(t).The frequency response of a measuring system based on an electret film transducer typically has a lower limit, for example, between 0.1 and 1 Hz. Therefore, the high static force FWT due to the weight of the patient 10 does not affect the amplified signal as a first approximation. The amplified measurement signal is essentially proportional to the weak force F2 (t) caused by the action of the heart 20.
Elektreettikalvoanturi 50 on ensisijaisesti voima-anturi. Voima F2(t) välittyy anturin pintaan paineena joka kohdistuu vaikutusalalle A2. Mittaussignaali on verrannollinen paineen ja vaikutusalan A2 tuloon. Voimaa 25 F2 vastaava mittaussignaali on ensimmäisenä approksimaationa riippumaton sen vaikutusalan A2 laajuudesta johon mainittu voima F2 kohdistuu.The electret film sensor 50 is primarily a force sensor. The force F2 (t) is transmitted to the sensor surface as a pressure exerted on the sphere A2. The measurement signal is proportional to the pressure and range A2 input. As a first approximation, the measurement signal corresponding to the force 25 F2 is independent of the extent of the area of influence A2 to which said force F2 is applied.
Elektreettikalvoanturi 50 voi olla mm. joustava, ohut ja/tai helposti 30 muokattava. Elektreettianturin 50 voimaa mittaava ala voi helposti olla suurempi kuin tutkittava kohde, jolloin esimerkiksi kaulavaltimolle asetettua anturia ei tarvitse asemoida tarkasti.The electret film sensor 50 may be e.g. flexible, slim and / or easily adjustable. The force measuring area of the electrode transducer 50 can easily be larger than the object under investigation, so that, for example, the sensor placed on the carotid artery does not need to be accurately positioned.
Elektreettikalvoantureita on kaupallisesti saatavana esimerkiksi suo-35 malaiselta yhtiöltä Emfit Ltd.Electret film sensors are commercially available, for example, from Emfit Ltd., 35
33
Viitaten kuvaan 3, elektreettikalvoanturiin 50 perustuva elintoimintojen tutkimuslaitteisto 200, erityisesti ballistogardiografinen tutkimuslaitteisto voi käsittää elektreettikaivoanturin 50, vahvistimen 210, AD-muuntimen eli analogia-digitaalimuuntimen 230, muistiyksikön 240 signaalien tal-5 lentämiseksi, ja signaalinkäsittely-yksikön 250 signaalien käsittelemiseksi.Referring to Figure 3, the vital function examination apparatus 200 based on the electret membrane sensor 50, in particular the ballistogardiographic examination apparatus, may comprise an electrethole sensor 50, an amplifier 210, an AD to digital converter 230, a memory unit 240 for signal signal processing 5 and a signal processing unit 250.
Tutkimuslaitteisto 200 voi lisäksi käsittää optoisolaattorin 220, joka on kytketty vahvistimen 210 ja AD-muuntimen välille. Optoisolaattori mah-10 dollistaa anturin 50 sähköisen keilumisen, mikä voi parantaa laitteiston 200 häiriösietoisuutta ja/tai potilasturvallisuutta.The research apparatus 200 may further comprise an opto-isolator 220 coupled between the amplifier 210 and the AD converter. The opto-isolator allows the electric bowling of the sensor 50 to be optimized, which can improve the system's 200 immunity and / or patient safety.
Mittaussignaali Semf voidaan saada esimerkiksi anturin 50 johtimista, vahvistimen 210 jälkeen, optoisolaattorin 220 jälkeen tai AD-muunti-15 men 230 jälkeen.The measurement signal Semf may be obtained, for example, from the wires of the sensor 50, after the amplifier 210, after the optoisolator 220, or after the AD converter 1530.
Tutkimuslaitteisto voi käsittää käyttöliittymän 260 tulosten tarkastelemiseksi sekä laitteiston 200 ohjaamiseksi. Käyttöliittymä 260 voi käsittää esimerkiksi näytön tulosten graafiseksi esittämiseksi ja/tai näppäimis-20 tön ohjauskomentojen vastaanottamiseksi.The research equipment may comprise a user interface 260 for viewing the results and controlling the equipment 200. The user interface 260 may comprise, for example, a display for graphically displaying the results and / or receiving keystroke commands.
Potilaan 10 aiheuttamat voimat välittyvät elektreettikalvoanturille 50. Potilas 10 kohdistaa siis anturiin 50 ajasta riippuvia voimia F2.The forces exerted by the patient 10 are transmitted to the electret film transducer 50. The patient 10 thus exerts a time-dependent force F2 on the transducer 50.
25 Anturi 50 voidaan asettaa tuen 60 päälle. Tuki 60 voi olla esimerkiksi tuoli tai vuode.The sensor 50 can be mounted on the support 60. The support 60 may be, for example, a chair or a bed.
Laitteisto 200 voi lisäksi käsittää välineet esimerkiksi EKG-signaalin (elektrokardiografia) vastaanottamiseksi BKG-signaalin ajoittamista 30 varten. Mainitut välineet voivat olla esimerkiksi liittimiä, sensoreita tai vastaanottimia.The apparatus 200 may further comprise means for receiving, for example, an ECG signal (electrocardiography) for scheduling the BKG signal. Said means may be, for example, connectors, sensors or receivers.
Kuvassa 4 on esimerkinomaisesti esitetty potilaasta 10 mitattu BKG-signaali ajan funktiona, t tarkoittaa aikaa, ja vaaka-akselilla olevat lu-35 kemat ajanhetkeä sekunteina. SEMf tarkoittaa anturisignaalin hetkellistä arvoa. Pystyakselilla olevien lukemien yksikkö on toistaiseksi tuntematon. Pystyakselin positiiviset arvot liittyvät kuitenkin voimiin jotka 4 suuntautuvat potilaan 10 sydämestä 20 ylöspäin päätä kohden. Kuvassa 4 on esimerkinomaisesti esitetty kolmeen perättäiseen sydämenlyöntiin liittyvät BKG-signaalin piirteet. Näistä ensimmäiseen sydämenlyöntiin liittyvän signaalijakson paikalliset maksimi- ja minimi-5 kohdat on merkitty kirjaimilla F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, ja P. Piirteet F, G ja H liittyvät sydämen esisupistumisvaiheeseen. Piirteet I, J ja K liittyvät supistumisvaiheeseen. Piirteet L, M ja N liittyvät sydämen veltos-tumisvaiheeseen. Supistumisvaiheen piirteiden H, I, J ja K aikavälien lyhentyminen voi olla merkkinä valtimonkovetustudista.Figure 4 shows, by way of example, the BKG signal measured from patient 10 as a function of time, t being the time, and lu-35 readings on the horizontal axis at time instant in seconds. SEMf means the instantaneous value of the sensor signal. The unit of readings on the vertical axis is so far unknown. However, the positive values of the vertical axis are related to the forces 4 applied from the heart 20 of the patient 10 upwards towards the head. Figure 4 illustrates by way of example the features of the BKG signal associated with three consecutive heartbeats. Of these, the local maximum and minimum positions of the signaling period associated with the first heartbeat are denoted by F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, and P. The features F, G, and H are related to the heart preconcentration phase. The features I, J and K are related to the contraction phase. Features L, M, and N are associated with cardiac arrest. Shortening of the time intervals of contraction phase features H, I, J and K may be indicative of arteriosclerosis.
1010
Huipun J ja minimikohdan I välinen signaalin muutos ASy kuvaa sydämen 20 vasemman kammion 22 maksimaalista supistumisvoimaa. Vertaamalla mitattua signaalimuutosta ASy viitearvoihin voidaan pyrkiä diagnosoimaan sydänsairauksia kuten esimerkiksi aortan läpän saira-15 uksia ja sepelvaltimotautia.The signal change ASy between peak J and minimum point I represents the maximum contraction force of the left ventricle 22 of the heart 20. By comparing the measured signal change with ASy reference values, one may seek to diagnose heart disease such as aortic valve disease and coronary artery disease.
Jotta signaalin Semf amplitudiarvojen muutoksia voitaisiin mielekkäästi verrata muilla mittauslaitteistoilla määritettyihin viitearvoihin, on tunnettava anturiin 50 kohdistuvan voimamuutoksen AF2 ja sitä vastaavan 20 signaalin muutoksen ASemf välinen verrannollisuuskerroin k2. joka määritellään seuraavasti: k2=-^~ (2) ASemf 25 Verrannollisuuskerroin k2 voidaan määrittää esimerkiksi nostamalla kalvon 50 päällä lepäävä tunnetun massan omaava kappale nopeasti pois, ja rekisteröimällä vastaava signaalin muutos. Verrannollisuuskerroin k2 voidaan periaatteessa määrittää myös asettamalla kalvon 50 päälle tunnetun massan omaava kappale, ja rekisteröimällä vastaava 30 signaalin muutos. Muutosta määritettäessä voidaan signaalinkäsittelyl-lisin keinoin poistaa kappaleen hidastumisesta aiheutuva hetkellinen iskuvoima ja ottaa huomioon vain kappaleen staattinen paino.In order to meaningfully compare the changes in the amplitude values of the signal Semf with the reference values determined by other measuring equipment, it is necessary to know the proportionality factor k2 between the force change AF2 on the sensor 50 and the corresponding signal change ASemf 20. which is defined as: k2 = - ^ ~ (2) ASemf 25 The proportionality factor k2 can be determined, for example, by quickly lifting off a piece of known mass resting on the membrane 50 and recording the corresponding signal change. In principle, the proportionality factor k2 can also be determined by placing a piece of known mass on the membrane 50 and recording the corresponding signal change 30. When determining the change, the instantaneous impact force due to the deceleration of the part can be eliminated by signal processing and only the static weight of the part can be taken into account.
55
Elektreettikalvon 53 polarisaatio heikkenee ajan myötä. Tästä syystä voi olla tarvetta seurata verrannollisuuskertoimen muutosta, ja voi olla tarvetta määrittää verrannollisuuskerroin uudestaan.The polarization of the electret film 53 decreases with time. For this reason, there may be a need to monitor the change in the proportionality factor, and there may be a need to redefine the proportionality factor.
5 Patenttijulkaisussa US 2001/0024712A1 esitetään eräitä tapoja toteuttaa elektreettikalvoanturi.US 2001 / 0024712A1 discloses some ways of implementing an electret film sensor.
Patenttijulkaisussa US2003/0233034A1 esitetään potilaan elintoiminnoista aiheutuvien voimien monitoroimiseen soveltuva mittaustuoli.US2003 / 0233034A1 discloses a measuring chair suitable for monitoring the forces exerted by a patient's vital signs.
1010
Artikkelissa "Air mattress sensor system with balancing tube for unconstrained measurement of respiration and heart beat movements", Physiol. Meas. 26 (2005) sivut 412-422 esitetään ilmapatja elintoimintojen monitoroimiseksi.In "Air mattress sensor system with balancing tube for unconstrained measurement of respiration and heart beat movements", Physiol. Meas. 26 (2005) pages 412-422 discloses an air mattress for monitoring vital signs.
1515
YHTEENVETOSUMMARY
Nyt esillä olevan keksinnön tavoitteena on järjestää laite ja menetelmä 20 elektreettikalvoanturiin kohdistettavan voiman muutoksen ja mainitun elektreettikalvoanturin tuottaman signaalin muutoksen välisen verrannollisuuskertoimen määrittämiseksi.It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for determining a proportional coefficient between a change in force applied to an electret film sensor and a change in the signal produced by said electret film sensor.
Ihmisten tai eläinten elintoimintojen mittaamiseen sovitetussa laitteis-25 tossa voima-anturina käytettävä elektreettikalvoanturi kalibroidaan käyttämällä kalibrointivoiman tuottamiseksi dynaamisen kaiuttimen pu-hekelaa. Kelaan johdetaan amplitudiltaan tunnettu vaihtovirta, jolloin magneettikentässä olevan kelan kehittämän voiman muutos tunnetaan. Anturisignaalin muutoksen ja anturiin kohdistuvan voiman muutoksen 30 välinen verrannollisuussuhde voidaan tällöin määrittää tunnetun voiman muutoksen sekä tätä vastaavan mittaussignaalin muutoksen avulla.In an adapted apparatus for measuring human or animal vital functions, an electret film transducer used as a force transducer is calibrated using a dynamic coil speaker coil to generate calibration power. An alternating current of known amplitude is applied to the coil, whereby the change in force generated by the coil in the magnetic field is known. The relationship between the change in the sensor signal and the change in force on the sensor 30 can then be determined by the change in the known force and the corresponding change in the measurement signal.
Keksinnön ensimmäisen aspektin mukaan järjestetään menetelmä 35 elektreettikalvoanturin kalibroimiseksi patentti vaati m u ksen 1 mukaisesti.According to a first aspect of the invention, there is provided a method 35 for calibrating an electret film sensor according to claim 1.
66
Keksinnön toisen aspektin mukaan järjestetään menetelmä elektreetti-kalvoanturin kalibroimiseksi patenttivaatimuksen 2 mukaisesti.According to another aspect of the invention, there is provided a method of calibrating an electret membrane sensor according to claim 2.
Keksinnön kolmannen aspektin mukaan järjestetään menetelmä poti-5 laan tai eläimen elintoimintojen aiheuttamien voimien mittaamiseksi patenttivaatimuksen 10 mukaisesti.According to a third aspect of the invention, there is provided a method of measuring the forces exerted by a patient or animal in accordance with claim 10.
Kalibrointi voidaan suorittaa esimerkiksi johtamalla kaiuttimen kelaan vaihtovirtaa jonka taajuus on välillä 2-10 Hz. Tällöin kalibroinnissa 10 käytettävä taajuus vastaa likimäärin ballistokardiografisen signaalin taajuusspektrin voimakkainta komponenttia.Calibration can be performed, for example, by applying AC current at a frequency between 2 and 10 Hz to the speaker coil. In this case, the frequency used for calibration 10 approximately corresponds to the strongest component of the frequency spectrum of the ballistocardiographic signal.
Kaiuttimen kelan kehittämä voima kytketään mekaanisesti kalibroitavan elektreettikalvoanturin pintaan. Kalibrointi voidaan näin suorittaa taa-15 juudella, joka on olennaisesti kaiuttimen akustisen -10dB alarajataa-juuden alapuolella. Kaiuttimen ei näin tarvitse olla suurikokoinen riittävän alhaisen kalibrointitaajuuden järjestämiseksi. Erässä suoritusmuodossa kaiuttimen kalvon ripustuksen läpimitta voi olla esimerkiksi pienempi tai yhtä suuri kuin 250 mm.The force generated by the speaker coil is applied to the surface of the electret film sensor to be calibrated mechanically. Calibration can thus be performed on the back-15 hair, which is substantially below the loudspeaker -10dB lower bound hair. Thus, the speaker does not have to be large in size to provide a sufficiently low calibration frequency. In one embodiment, the diameter of the speaker membrane hanger may be, for example, less than or equal to 250 mm.
2020
Kalibroinnissa käyttökelpoisia sarjavalmisteisia kaiuttimia on saatavissa kaupallisesti edulliseen hintaan. Eräässä suoritusmuodossa kaiuttimen rakennetta ei tarvitse muuttaa.Serial loudspeakers useful in calibration are available at commercially low prices. In one embodiment, the speaker structure does not need to be modified.
25 Keksintö ja sen keskeiset ominaisuudet sekä keksinnön avulla saavutettavat edut käyvät alan ammattimiehelle paremmin ilmi patenttivaatimuksista sekä seuraavasta kuvauksesta, jossa keksintöä selostetaan tarkemmin muutamien valikoitujen esimerkkien avulla.The invention and its essential features, as well as the advantages obtained by the invention, will be more apparent to those skilled in the art from the claims and the following description, in which the invention will be described in more detail by means of a few selected examples.
3030
KUVIEN LYHYT KUVAUSBRIEF DESCRIPTION OF THE IMAGES
Kuva 1 esittää kolmiulotteisena näkymänä elektreettikalvoanturin päällä istuvaa potilasta, kuva 2 esittää kolmiulotteisena näkymänä elektreettikalvoanturia, 35 7 kuva 3 esittää sivukuvantona elintoimintojen aiheuttamien voimien tutkimiseen soveltuvaa laitetta, kuva 4 esittää esimerkinomaisesti ballistokardiografiasignaalia, 5 kuva 5a esittää kolmiulotteisena näkymänä dynaamista kaiutinta, kuva 5b esittää sivukuvantona dynaamista kaiutinta, 10 kuva 6a esittää sivukuvantona mittausjärjestelyä kaiuttimen kelavoi-mien mittaamiseksi, kuva 6b esittää sivukuvantona mittausjärjestelyä kaiuttimen kelavoi-mien mittaamiseksi, jolloin kelavoima on järjestetty siirty- 15 mään voimamittarille kaiuttimen ripustuksen kautta, kuva 7 esittää sivukuvantona mittausjärjestelyä jossa elektreettikal-voanturin päälle on asetettu dynaaminen kaiutin, 20 kuva 8 esittää esimerkinomaisesti kaiuttimeila tuotettua signaalia, kuva 9a esittää sivukuvantona kaiutinta jossa kaiutinkartion ripustus ulkonee suhteessa kehykseen, 25 kuva 9b esittää sivukuvantona kaiutinta jossa on kehykseen liitetty korotuskappale, kuva 9c esittää sivukuvantona kaiutinta jossa on ripustukseen liitetty korotuskappale, 30 kuva 10a esittää sivukuvantona elektreettikalvoanturin päälle asetettua kaiutinta jonka kartioon tai pölysuojaan on liitetty välikappale voiman välittämiseksi anturille, 35 kuva 10b esittää sivukuvantona kaiuttimen ja elektreettikalvoanturin yhdistelmää jossa välikappaleen ja elektreettikalvoanturin välissä on kytkentäainetta, 8 kuva 11 esittää bailistokardiografiasignaalia jossa kuvan 4 mukaiset elektreettikalvoanturin signaaliarvot on muutettu voima-arvoiksi, 5 kuva 12a esittää elektreettikalvoanturia johon on liitetty kalibrointikai-utin, ja kuva 12b esittää alustaa johon on liitetty kalibrointikaiutin.Fig. 1 is a three-dimensional view of a patient sitting on an electret film sensor, Fig. 2 is a three-dimensional view of an electret film sensor, Fig. 3 is a side view of a device for investigating vital forces, Fig. 6b shows a side view of a measuring arrangement for measuring speaker coil forces, Fig. 6b shows a side view of a measuring arrangement for measuring speaker coil forces, wherein the coil force is arranged to transfer to a power meter via speaker suspension, Fig. 7 is a side view of a measuring arrangement dynamic speaker, Fig. 8 shows an example of a signal produced by a loudspeaker, Fig. 9a shows a side view of a speaker with k Fig. 9b is a side elevation view of a speaker having a raised portion attached to the frame, Fig. 9c is a side elevation view of a speaker having a raised portion attached to the frame, 30 Fig. 10a is a side elevation view of a Fig. 10b is a side elevational view of a combination of a speaker and an electret film transducer having a coupling agent between the spacer and an electret film transducer; with a calibration speaker attached.
1010
YKSITYISKOHTAINEN KUVAUSDETAILED DESCRIPTION
Elektreettikaivoanturiin 50 kohdistuvan anturiin 50 kohdistuvan voiman 15 muutoksen AF2 ja sitä vastaavan signaalin muutoksen ASemf välinen verrannollisuuskerroin k2 määritetään käyttäen apuna dynaamista kaiutinta 100.The proportional coefficient k2 between the change AF2 of the force 15 on the sensor 50 applied to the electret well sensor 50 and the corresponding signal change ASemf is determined using the dynamic speaker 100.
Viitaten kuvaan 5a, dynaaminen kaiutin käsittää magneettikentässä B1 20 liikkuvan kelan 110, johon on kytketty kalvo 120. Kelaan 110 kytketty virta Icoil aiheuttaa kelaan magneettikenttää vastaan kohtisuoran voiman Fcoil, joka pyrkii liikuttamaan kelaa 110 ja siihen liitettyä kalvoa 120. Kaiutin 100 tuottaa ihmiskorvin kuultavissa olevaa ääntä ainakin yhdellä taajuudella joka on välillä 16 - 20 000 Hz silloin kun kalvo pää-25 see liikkumaan ja kelan 110 kautta johdetaan vastaavan taajuuden omaava vaihtosähkövirta Icon·Referring to Figure 5a, the dynamic loudspeaker comprises a coil 110 movable in a magnetic field B1 20 with a diaphragm 120. The current Icoil applied to the coil 110 causes a force Fcoil perpendicular to the magnetic field of the coil to move the coil 110 and its associated diaphragm 120. sound at at least one frequency between 16 and 20,000 Hz when the diaphragm head-25 moves and coil 110 is fed with an alternating current of the same frequency Icon ·
Kuvassa 5b on esitetty tarkemmin dynaamisen kaiuttimen 100 tyypillinen rakenne. Kaiuttimessa on magneetti 130, joka voi käsittää kesto-30 magneetin 131, keskitapin 133, pohjakiekon 134 ja aukollisen kiekon 132. Keskitapin 133 ja aukollisen kiekon 132 välissä on magneettikenttä B1. Magneettikenttään on sijoitettu kela 110, joka on mekaanisesti kytketty kalvoon 120 ja pölysuojaan 150. Kelaa 110 kutsutaan myös puhekelaksi. Kalvo 120 voi olla esimerkiksi pahvia, muovia, im-35 pregnoitua kangasta, kuitulevyä tai metallivaahtoa. Kalvo 120 on tyypillisesti katkaistun kartion muotoinen. Pölysuoja on tyypillisesti muodoltaan kupu. Magneetti 130 liittyy kehykseen 140 tyypillisesti kehysrivoilla 9 142. Kalvo 120 on liikkuvasti kiinnitetty kehykseen 140 joustavan ja/tai taipuisan ripustuksen 160 (engl. surround) avulla. Ripustus 160 on il-matiivis rengasmainen kaivorakenne, joka keskittää kaiutinkartion 120 ja mahdollistaa kaiutinkartion 120 liikkumisen ääntä tuotettaessa. Ri-5 pustus on esimerkiksi kumia, muovia tai pahvia.Figure 5b illustrates in more detail the typical structure of dynamic speaker 100. The loudspeaker has a magnet 130, which may comprise a duration 30 magnet 131, a center pin 133, a bottom disk 134, and an aperture disk 132. Between the center pin 133 and the apertured disk 132 is a magnetic field B1. A magnetic coil 110 is disposed within the magnetic field and is mechanically coupled to the diaphragm 120 and the dust shield 150. The coil 110 is also called a voice coil. The film 120 may be, for example, cardboard, plastic, im-35 impregnated fabric, fibreboard or metal foam. The diaphragm 120 is typically in the form of a truncated cone. The dust cover is typically in the form of a dome. The magnet 130 is attached to the frame 140 typically by frame ribs 9 142. The diaphragm 120 is movably secured to the frame 140 by means of a flexible and / or flexible hanger 160 (surround). Suspension 160 is an unidirectional annular well structure that centers the speaker cone 120 and allows the speaker cone 120 to move while producing sound. The Ri-5 body is made of, for example, rubber, plastic or cardboard.
Viitaten kuvaan 6a, kelaan 110 johdettua sähkövirtaa Icoil vastaava kelan 110 kehittämä voima FCoil voidaan mitata konventionaalisella voimamittarilla 910, joka voi olla esimerkiksi jousivaaka. Kaiuttimen 100 10 kalvo 120 tai pölysuoja 150 voidaan asettaa työntämään voimamittarin tuntoelintä 912. Jos mitataan vetovoimaa, niin tuntoelin 912 on ainakin tilapäisesti kiinnitettävä kaiuttimeen 100 esimerkiksi liimaamalla. Kaiutin 100 ja voimamittari 910 voidaan kiinnittää kehykseen 920.Referring to Fig. 6a, the force FCoil generated by the coil 110 corresponding to the electric current Icoil applied to the coil 110 can be measured by a conventional force meter 910, which may be, for example, a spring scale. The diaphragm 120 of the loudspeaker 100 10 or the dust shield 150 may be positioned to push the sensing element 912 of the force meter. Loudspeaker 100 and power meter 910 may be mounted on frame 920.
15 Kuvan 6a mukaisella järjestelyllä voidaan määrittää kelan 110 ohjaus-virran Icoil muutoksen AIref ja tätä vastaavan voiman FCOil muutoksen AFref välinen verrannollisuuskerroin k^ kl=^ML· (3)The arrangement according to Fig. 6a can be used to determine the proportionality coefficient k ^ kl = ^ ML · (3) between the change in the control current Icoil of the coil 110 and the change AFref of the corresponding force FCOil.
^REF^ REF
2020
Verrannollisuuskerrointa määritettäessä sähkövirta ICOil voi olla vaihtovirtaa, ja voiman FCoil hetkelliset arvot tallentaa mainittua vaihtovirtaa vastaavan voimamuutoksen AFref määrittämiseksi. Vaihtovirran taajuus voi olla esimerkiksi välillä 2-10 Hz. Vaihtovirran taajuus voi olla 25 olennaisesti yhtä suuri kuin 6 Hz. Ballistokardiografiasignaalin tärkein taajuuskomponentti on tyypillisesti noin taajuudella 6 Hz.In determining the proportionality factor, the electric current ICOil may be alternating current, and the instantaneous values of the force FCoil will be stored to determine the force change AFref corresponding to said alternating current. For example, the AC frequency may be in the range of 2 to 10 Hz. The AC frequency may be substantially equal to 6 Hz. The most important frequency component of a ballistic cardiography signal is typically at about 6 Hz.
Kuvan 6a mukainen mittausjärjestely voidaan toteuttaa siten, että kelan liike keskiasennosta ei ole niin suuri, että ripustuksen aiheuttama kal-30 voa keskiasentoon palauttava olennaisesti vaikuttaisi mittaustulokseen.The measuring arrangement according to Fig. 6a may be implemented in such a way that the movement of the coil from the middle position is not so great that the result of the suspension caused by the suspension to return to the middle position would substantially affect the measurement result.
Kuvan 6a mukaisessa järjestelyssä voidaan käyttää myös tasavirtaa Iref, jolloin verrannollisuuskerroin ki voidaan määrittää kaavalla: 10 k,=^SL· (4)In the arrangement of Fig. 6a, a direct current Iref can also be used, whereby the proportionality factor ki can be determined by the formula: 10 k, = ^ SL · (4)
* REF* REF
FRef on ohjausvirtaa Iref vastaava voima. Kaavaa (4) käytettäessä on varmistuttava että voimamittarin lukema on nolla silloin kun kelan virta 5 on nolla. Kaava (3) redusoituu siis kaavaksi (4) silloin kun muutoksen vertailukohtana on noliavirta ja nollavoima.FRef is the force corresponding to the control current Iref. When using formula (4), make sure that the power meter reading is zero when coil current 5 is zero. Thus, formula (3) is reduced to formula (4) when the change reference is zero current and zero force.
Kuvan 6a järjestelyn sijasta voidaan verrannollisuuskertoimen ki määrittämiseksi käyttää myös kuvassa 6b esitettyä järjestelyä, jossa voi-10 mamittarilla 910 mitataan kaiuttimen ripustuksen 160 kautta välittyvää kelavoimaa FCoil· Ripustus 160 asetetaan työntämään levyä 914, joka edelleen välittää voiman Fcoil voimamittarille 910. Verrannollisuuskertoimen ki määrittämiseksi tehtävät voimanmuutosmittaukset voidaan suorittaa myös siten, että voimamittariin 910 ei kohdistus vetovoimia. 15 Määritetty verrannollisuuskerroin ki vastaa tällöin erityisesti kuvan 7 mukaista kalibrointitilannetta.Instead of the arrangement of Fig. 6a, the arrangement shown in Fig. 6b may be used to determine the proportionality factor ki, where the power 10 transmitted through the speaker hanger 160 is used to measure the coil force FCoil · The hanger 160 is may also be performed such that no force is applied to the force gauge 910. 15 The proportionality factor ki determined here corresponds in particular to the calibration situation shown in Figure 7.
Viitaten kuvaan 7, dynaamista kaiutinta 100 voidaan käyttää suuruudeltaan tunnetun vaihtelevan voiman Fcoil kohdistamiseksi elektreetti-20 kalvoanturiin 50. Kalibrointijärjestely käsittää mittauslaitteiston 200 lisäksi ainakin kaiuttimen 100, kaiuttimen ohjauslaitteen 180 ja virtajoh-dot 182. Kalibrointijärjestely voi lisäksi käsittää kytkimen 190, kytkimen johtimet 192, sekä liitynnän 185 ohjauslaitteen 180 ja signaalinkäsittely-yksikön 250 välillä.Referring to Figure 7, the dynamic speaker 100 may be used to apply a variable force Fcoil of known magnitude to the electret 20 membrane sensor 50. The calibration arrangement comprises at least a speaker 100, a loudspeaker control device 180, and power wires 182. The calibration arrangement may further comprise a switch 190 and an interface 185 between the control device 180 and the signal processing unit 250.
2525
Kaiutin 100, ohjauslaite 180 ja/tai kytkin 190 voivat olla mittauslaitteiston 200 osia.The speaker 100, the control device 180 and / or the switch 190 may be part of the measuring apparatus 200.
Kaiuttimen 100 ripustuksen 160 ulkoneva osuus voi puristua elektreet-30 tikalvoanturia 50 vasten. Ripustuksen 160 ja anturin 50 välinen kontaktipinta on tyypillisesti renkaanmuotoinen. Renkaanmuotoiseen kontaktipintaan välittyvä puristuspa!ne P1 välittää anturiin 50 kelan 110 kehittämän voiman Fcoil· 11The protruding portion of the hanger 160 of the speaker 100 may be pressed against the electret 30 ladder sensor 50. The contact surface between the suspension 160 and the sensor 50 is typically annular. The pressure applied to the annular contact surface P1 transmits to the transducer 50 the force generated by the coil 110 Fcoil · 11
Anturi 50 voi olla olennaisesti vaakasuoralla alustalla 60. Kaiuttimen 100 magneetilla 130 on yleensä huomattava massa, joten kaiuttimen 100 painoa voidaan käyttää hyväksi kaiuttimen 100 puristamiseksi anturia 50 vasten.The sensor 50 may be on a substantially horizontal substrate 60. The magnet 130 of the speaker 100 generally has a considerable mass, so that the weight of the speaker 100 may be utilized to press the speaker 100 against the sensor 50.
55
Ohjauslaite 180 voi tuottaa kaiuttimen 100 kelalle 110 suuruudeltaan vaihtelevaa ohjaus virtaa Icoil- Tunnetun verrannollisuuskertoimen k1 avulla voidaan nyt määrittää ohjausvirran ICoil muutosta AICoil vastaava kelan voiman FCoil muutos AFCoil- 10The control device 180 can produce a variable control current Icoil for the coil 110 of the loudspeaker 100. The known proportional coefficient k1 can now determine the change in the coil force FCoil corresponding to the change in the control current ICoil AICoil.
Ohjauslaite 180 voi erityisesti olla sovitettu tuottamaan vaihtovirtaa tai vaihtojännitettä jonka taajuus on välillä 2-10 Hz, sopivimmin 6 Hz.In particular, the control device 180 may be adapted to provide an alternating current or an alternating voltage having a frequency in the range of 2 to 10 Hz, preferably 6 Hz.
Ohjauslaitteen 180 tuottaman vaihtovirran taajuus voi vaihtoehtoisesti 15 myös olla välillä 3 - 10 kertaa tutkittavan potilaan 10 sydämen 20 lyön-titaajuus. Jos potilaan sydämen lyöntitaajuus on esim. 2 Hz (=120 lyöntiä minuutissa), niin vastaava kalibrointitaajuus voi olla 6 - 20 Hz. Tätä samaa kalibrointitaajuutta voidaan käyttää myös kuvan 6 mukaisessa verrannollisuuskertoimen ^ määrityksessä.Alternatively, the AC output frequency of the control device 180 may also be between 3 and 10 times the heart rate of the patient 10 being examined. For example, if the heart rate of the patient is 2 Hz (= 120 bpm), the corresponding calibration frequency may be from 6 to 20 Hz. This same calibration frequency can also be used in the determination of the proportionality factor ^ in Figure 6.
2020
Ohjauslaite 180 voi olla sovitettu tuottamaan amplitudiltaan vakiona pysyvää vaihtovirtaa, joka on olennaisesti riippumaton kelan 110 impedanssista. Esimerkiksi kelan 110 lämpiäminen voi olennaisesti vaikuttaa kelan resistanssiin.The control device 180 may be arranged to provide a constant amplitude of constant amplitude that is substantially independent of the impedance of the coil 110. For example, heating of the coil 110 can substantially affect the resistance of the coil.
2525
Ohjauslaite 180 voi olla sovitettu tuottamaan amplitudiltaan vakiona pysyvää vaihtojännitettä. Tällöin ohjausvirta riippuu kelan 110 ja johtimien 182 impedanssista, joka voi riippua toimintalämpötilasta.The control device 180 may be adapted to provide an alternating voltage of constant amplitude. The control current then depends on the impedance of the coil 110 and the conductors 182, which may depend on the operating temperature.
30 Ohjauslaite 180 voi olla sovitettu tuottamaan samaa vaihtelevaa ohja-usvirtaa Icoil kuin mitä käytettiin kuvan 6a tai 6b mukaisessa järjestelyssä.The control device 180 may be adapted to provide the same variable control current Icoil as used in the arrangement of Figure 6a or 6b.
Eletreettikalvon kalibroimiseksi voidaan siis järjestää kaiuttimen 100 ja 35 ohjauslaitteen 180 yhdistelmä, jolloin mainittu ohjauslaite 180 on sovitettu tuottamaan mainitun kaiuttimen kelalle 110 vaihteleva ohjausvirta Icoil jonka taajuus on välillä 2-10 Hz, ja jolloin mainittua vaihtelevaa 12 ohjausvirtaa Icon, vastaava kelan 110 kehittämän voiman FCoil muutos AFcoil on tunnettu. Lisäksi, mainittu tunnettu voimamuutos AFCoil on voitu mitattu voimamittauslaitteella 910.Thus, a combination of speaker control device 180 of speaker 100 and 35 can be provided for calibrating the ethereal membrane, said control device 180 being adapted to provide coil 110 of said speaker with a varying control current Icoil having a frequency between 2 and 10 Hz change AFcoil is well known. In addition, said known force change AFCoil may have been measured by a force measuring device 910.
5 Kuvassa 8 on esimerkinomaisesti esitetty vaihtelevaa ohjausvirtaa Icoil, siis toisin sanoen ohjausvirran muutoksia AICoil vastaavat mittaussignaalin SEmf hetkellisarvot ajan funktiona. Mittaussignaalista SEmf voidaan määrittää signaalimuutoksia kuten esimerkiksi maksimi- ja minimiarvojen välinen erotus ASemf· 10Fig. 8 shows, by way of example, the instantaneous values of the measuring signal SEmf as a function of time for the varying control current Icoil, i.e. the changes in the control current AICoil. Signal changes can be determined from the measurement signal SEmf, such as the difference between maximum and minimum values ASemf · 10
Kalibroinnin tavoitteena on määrittää elektreettikalvoanturiin 50 kohdistuvan voiman muutoksen AF2 ja vastaavan signaalin muutoksen ASemf välinen verrannollisuuskerroin k2. Verrannollisuuskerroin k2 voidaan määrittää kaavalla (5), jos tunnetaan signaalimuutoksen ASEmf 15 aiheuttanut kelavoiman muutos AFCoil: k2=—C-QIL (5) ASemfThe purpose of the calibration is to determine the proportional factor k2 between the force change AF2 applied to the electret film sensor 50 and the corresponding signal change ASemf. The proportionality factor k2 can be determined by equation (5) if the change in coil force caused by the signal change ASEmf 15 is known AFCoil: k2 = —C-QIL (5) ASemf
Ohjausvirran muutoksen AICoil aiheuttama kelavoiman muutos AFCoil 20 voidaan puolestaan määrittää kaavan (6) tai (7) avulla: AFCoil =kj -ΔΙC0IL (6) 25 mcoil=^S2!L&Fref (7)The change in coil force AFCoil 20 caused by the control current change AICoil can in turn be determined by equation (6) or (7): AFCoil = kj -ΔΙC0IL (6) 25 mcoil = ^ S2! L & Fref (7)
A1REFA1REF
Määritetty kelavoiman muutos AFCoil sijoitetaan kaavaan (5) verrannol-lisuuskertoimen k2 määrittämiseksi. Kaavat (6) ja (7) perustuvat lineaa-risuusoletukseen.The determined coil force change AFCoil is plotted in formula (5) to determine the proportionality factor k2. Formulas (6) and (7) are based on the linearity assumption.
3030
Ohjausvirran Icoil muutoksen AICoil suuruus verrannollisuuskerrointa k2 määritettäessä (kuva 7) voi olla yhtä suuri tai erisuuri kuin ohjausvirran Icon muutos AIref verrannollisuuskerrointa ^ määritettäessä (kuvat 6a ja 6b).The magnitude of the change AICoil of the control current Icoil when determining the proportionality factor k2 (Figure 7) may be equal to or different from the change of the control current Icon AIref when determining the proportionality factor ^ (Figures 6a and 6b).
1313
Jos tiedetään että ohjausvirran toinen muutos AICoil on yhä suuri kuin ohjausvirran ensimmäinen muutos AIrEF, niin silloin stabiilisuusoletuk-sen perusteella voidaan määrittää että kelavoiman toinen muutos 5 AFcoil on yhtä suuri kuin kelavoiman ensimmäinen muutos AFref. Tällöin ei siis ole välttämätöntä mitata ohjausvirran muutosta AICoil- Kuvien 6a, 6b ja 7 tilanteissa voidaan esimerkiksi käyttää samaa ohjauslaitetta 180, joka on sovitettu tuottamaan amplitudiltaan vakiona pysyvää vaihtovirtaa tai vaihtojännitettä.If it is known that the second change in control current AICoil is still large than the first change in control current AIrEF, then, based on the stability assumption, it can be determined that the second change in coil force 5 AFcoil is equal to the first change in coil force AFref. 6a, 6b and 7, for example, the same control device 180, which is adapted to provide a constant amplitude of alternating current or alternating voltage, may be used.
1010
Mittaussignaali SEMf voi olla esimerkiksi AD-muuntimen 230 tuottamaa digitaalista signaalia. On edullista jos verrannollisuuskerroin k2 kompensoi mahdollisimman monta mittausketjun potentiaalisista virhelähteistä. Verrannollisuuskerroin k2 voidaan määrittää anturin 50 signaa-15 liite, signaalille joka on vahvistettu esimerkiksi vahvistimella 210, ja/tai optoerottimen 220 tuottamalle signaalille.The measurement signal SEMf may be, for example, a digital signal produced by the AD converter 230. It is advantageous if the proportionality factor k2 compensates for as many potential sources of error in the measurement chain as possible. The proportionality factor k2 may be determined by the signal-15 attachment of the sensor 50, for a signal amplified, for example, by an amplifier 210, and / or a signal produced by an opto-separator 220.
Viitaten takaisin kuvaan 7, kytkin 190 voidaan sovittaa käynnistämään ohjauslaite 180 silloin kun kaiutin asetetaan anturin 50 pinnalle. Kytkin 20 190 ja/tai ohjauslaite 180 voidaan sovittaa välittämään signaalinkäsit tely-yksikölle 250 tietoa siitä että kaiutin on anturin 50 pinnalla ja/tai että ohjauslaite 180 on toiminnassa. Signaalinkäsittely-yksikkö 250 voi tällöin määrittää automaattisesti signaalin vaihteluvälin ASEmf· Muis-tiyksikköön 240 tallentuvaan signaaliin voidaan automaattisesti liittää 25 lisätieto joka ilmaisee että kysymyksessä on kalibrointisignaali.Referring back to Figure 7, the switch 190 may be adapted to actuate the control device 180 when the speaker is positioned on the surface of the sensor 50. The switch 20 190 and / or the control device 180 may be adapted to transmit to the signal processing unit 250 information that the speaker is on the surface of the sensor 50 and / or that the control device 180 is in operation. The signal processing unit 250 can then automatically determine the signal range ASEmf · The signal stored in the memory unit 240 may automatically be provided with 25 additional information indicating that it is a calibration signal.
Määritetty verrannollisuuskerroin k2 ja/tai tunnettu kelavoiman muutos AFrEf ja/tai määritetty kelavoiman muutos AFCoil voidaan tallentaa muistiin 200.The determined proportionality factor k2 and / or the known coil change AFrEf and / or the determined coil change AFCoil can be stored in the memory 200.
3030
Muistiin voidaan myös tallentaa ainakin yksi parametri joka riippuu tunnetulla tavalla verrannollisuuskertoimesta k2. Verrannollisuuskerroin k2 ja/tai mainittu parametri voi olla jälkikäteen yhdistettävissä anturia 50 käyttäen suoritettuihin tai suoritettaviin mittauksiin. Mainittu parametri 35 voi siis olla esimerkiksi määritetty kelavoiman muutos AFcoil tai tämän käänteisarvo.The memory can also store at least one parameter which depends on the proportionality factor k2 in a known manner. The proportionality factor k2 and / or said parameter may be subsequently combined with measurements made or to be made using sensor 50. Said parameter 35 may thus be, for example, the determined coil force change AFcoil or its inverse value.
1414
Viitaten kuvaan 9a, kaiuttimen ripustus 160 voi olla ulkoneva siten että ripustus 160 työntyy esiin määrän u1 suhteessa kehykseen 140. Viitaten kuvaan 9b, ulkoneman määrää u1 voidaan pienentää liittämällä kehykseen korotuskappale 144. Viitaten kuvaan 9c, ulkoneman mää-5 rää u1 voidaan kasvattaa liittämällä ripustukseen korotuskappale 146.Referring to Fig. 9a, the speaker hanger 160 may be protruding so that the hanger 160 protrudes by the amount u1 relative to the frame 140. Referring to Fig. 9b, the protrusion amount u1 may be reduced by attaching a raised member 144. Referring to Fig. 9c extension piece 146.
Jos esimerkiksi testi mittauksin todetaan että kaiuttimen 100 ripustus 160 ei välitä samaa voimaa F1 kuin mikä kehittyy kelassa 110, voidaan käyttää esimerkiksi kuvan 10a mukaista järjestelyä, jossa kaiutinkarti-10 oon 120 ja/tai pölysuojaan 150 kiinnitetään voimaa välittävä välikappale 170. Välikappale 170 voi olla esimerkiksi muovista koneistettu sy-linterimäinen kappale, jossa on tasainen pää voiman kohdistamiseksi anturin 50 pintaan.For example, if it is determined by test measurements that the hanging 160 of the speaker 100 does not transmit the same force F1 as is generated by the coil 110, the arrangement shown in FIG. 10a may be used for example, a machined cylindrical body having a flat end for applying force to the surface of the sensor 50.
15 Kaiuttimen 100 kelan mukana liikkuvan osan läpimitta, siis ripustuksen ulkoläpimitta on dial. Jos kelavoima FCoil siirretään anturille 50 ripustuksen 160 välityksellä, niin läpimitan dial tulee olla pienempi kuin anturin 50 pituus ja leveys. Läpimitta dial voi olla esimerkiksi pienempi tai yhtä suuri kuin 250 mm. Jotta kaiutin olisi helposti siirrettävissä ja/tai 20 säilytettävissä, läpimitta dial voi olla pienempi tai yhtä suuri kuin 125 mm. Vaikka ohjaustaajuus olisi välillä 2-10 Hz, niin käytettävä kaiutin 100 voi olla huomattavasti pienempi kuin sellainen kaiutin jonka akustisen taajuusvasteen -1QdB alarajataajuus on 10 Hz.15 The diameter of the portion of the loudspeaker 100 moving with the coil, i.e. the outside diameter of the hanger, is dial. If the coil force FCoil is transmitted to the transducer 50 via a suspension 160, the diameter dial should be less than the length and width of the transducer 50. For example, the diameter of the dial may be less than or equal to 250 mm. The diameter of the dial may be less than or equal to 125 mm to make the speaker easy to move and / or store. Even if the control frequency is in the range of 2 to 10 Hz, the speaker 100 used may be considerably smaller than a speaker having a lower limit of 10 Hz for the acoustic frequency response -1QdB.
25 Kelan 110 liikevara tyypillisesti kasvaa läpimitan dial kasvaessa. Läpimitta dial voi olla esimerkiksi suurempi tai yhtä suuri kuin 60 mm kelan 110 riittävän liikevaran järjestämiseksi. Jos liikevara on liian pieni, niin kela 110 voi olla kalibroitaessa lähellä ääriasentoaan, jolloin voi olla mahdollista että aiemmin määritetty verrannollisuuskerroin ki ei 30 päde.25 The travel of the reel 110 typically increases as the diameter dial increases. For example, the diameter of the dial may be greater than or equal to 60 mm to provide sufficient space for the coil 110. If the stroke is too small, the coil 110 may be close to its extreme position during calibration, and it may be possible that the previously determined proportional coefficient ki 30 does not apply.
Viitaten kuvaan 10b, välikappaleen 170 ja anturin 50 välissä voi olla nestemäistä kytkentäainetta 171. Kytkentää!ne 171 voi olla esimerkiksi vettä tai silikonirasvaa. Tällöin välikappaleen 170 ja anturin 50 välinen 35 liitos voi hetkellisesti välittää myös vetovoimia.Referring to Figure 10b, there may be a liquid coupling agent 171 between the spacer 170 and the sensor 50. The coupling 171 may be, for example, water or silicone grease. In this case, the connection 35 between the spacer 170 and the sensor 50 can also momentarily transmit the pulling forces.
15 ihmisen tai eläimen elintoiminnot aiheuttavat kehon pinnalta mitattavissa olevia voimia, joita voidaan monitoroida tai mitata elektreettikal-voanturilla. Elektreettikalvoanturia voidaan käyttää erityisesti sydämen ja/tai verisuoniston toiminnan tutkimiseen. Verisuoniston toiminta voi 5 käsittää verisuoniston elastisuuden tutkimisen. Elektreettikalvoanturia voidaan käyttää erityisesti ballistokardiografiasignaalin mittaamiseen.15 Human or animal vital functions produce forces that can be measured from the surface of the body, and can be monitored or measured by an electret caliper. The electret film transducer can be used in particular to study cardiovascular function. Vascular function may include examination of vascular elasticity. The electret film sensor can be used in particular to measure a ballistocardiographic signal.
Määritettyä verrannollisuuskerrointa k2 voidaan käyttää elektreettikal-voanturin mielivaltaisten signaaliarvojen Semf muuttamiseksi kaiib-10 roiduiksi voima-arvoiksi, joiden yksikkönä on esimerkiksi Newton (N).The determined proportionality factor k2 can be used to convert arbitrary signal values Semf of an electret caliper into cubic-10 power values, such as Newton (N).
Verrannollisuuskertoimen k2 ansiosta elektreettikalvoanturilla 50 mitattuja signaaleita voidaan verrata muilla laitteistoilla tai antureilla mitattuihin signaaleihin. Verrannollisuuskertoimen k2 ansiosta anturisignaa-15 Iin arvoja voidaan verrata muilla laitteistoilla tai antureilla määritettyihin viitearvoihin. Verrannollisuuskertoimen k2 ansiosta anturisignaalien perusteella laskettuja parametreja voidaan verrata muilla laitteistoilla tai antureilla määritettyihin vastaaviin parametreihin.Thanks to the proportionality factor k2, the signals measured with the electret film transducer 50 can be compared with those measured with other equipment or sensors. Thanks to the proportionality factor k2, the values of the sensor signal-15 Iin can be compared with reference values determined by other equipment or sensors. Thanks to the proportionality factor k2, the parameters calculated from the sensor signals can be compared with corresponding parameters determined by other equipment or sensors.
20 Kuvassa 11 esitetään kuvaa 4 vastaava ballistokardiografiasignaali, jossa anturisignaalin arvot on muutettu voima-arvoiksi käyttämällä verrannollisuuskerrointa k2. Kuvan 4 pystyasteikon yksikkönä on newton (N). Sydämen lihasvoima aikaansaa paine-eron, jonka seurauksena veri syöksyy (ejektio) sydämestä aorttaan ja keuhkovaltimoon. Esimer-25 kiksi ballistokardiografiasignaalin I- ja J-piirteiden välinen signaalimuutos ASu (kuva 4) kerrottuna verrannollisuuskertoimella k2 antaa tulokseksi parametrin AF2u, jonka yksikkönä on newton (N), ja joka kuvaa sydämen vasemman kammion maksimaalista lihasvoimaa. Ballistokar-diografiasignaaiia voidaan käyttää apuna määritettäessä myös muita 30 sydämen suoristuskykyparametreja kuten esimerkiksi sydämen ulostuloa (engl. cardiad output) tilavuusvirtausta (yksikkönä esim. ml/s) ja/tai paineen nousunopeutta (dp/dt, jossa p=paine ja t = aika).Figure 11 shows a ballistocardiography signal corresponding to Figure 4, in which the values of the sensor signal are converted to force values using a proportional factor k2. The vertical scale of Figure 4 is in Newton (N). The muscular strength of the heart causes a difference in pressure, which causes blood to flow (ejection) from the heart to the aorta and pulmonary artery. For example, the signal change ASu (Fig. 4) multiplied by the proportional factor k2 between the I and J features of the ballistocardiography signal results in the parameter AF2u, expressed in Newton (N), which describes the maximum muscle force in the left ventricle of the heart. The balloon cardiography signal can also be used to determine other cardiac output parameters, such as cardiad output, volume flow (in units of ml / s, for example) and / or pressure rise rate (dp / dt, where p = pressure and t = time). .
Mittaamalla suonen seinämän tai suonien seinämien kautta välittyvien 35 painepulssien aikaero eri etäisyyksillä sydämestä voidaan tehdä päätelmiä suonien elastisuuden asteesta ja vallitsevasta verenpaineen tasosta.By measuring the time difference of pressure pulses transmitted through the vessel wall or vessel walls at different distances from the heart, conclusions can be drawn on the degree of elasticity of the vessels and the prevailing blood pressure level.
1616
Viitaten kuvaan 3, potilas 10 tai eläin voi vaihtoehtoisesti olla myös makaavassa asennossa kiihtyvyysvoimia mittaavan elektreettikalvo-anturän 50 päällä.Alternatively, with reference to Figure 3, the patient 10 or animal may also be in a supine position on an electret film transducer 50 for measuring acceleration forces.
55
Sydämen ja verisuoniston toimintaa voidaan tutkia myös elektreettikal-voanturilla 50, joka on asetettu mittaamaan valtimon seinämän läpi välittyviä painepulsseja potilaan 10 kaulalle 11, tai raajoihin.Cardiovascular function can also be examined with an electrethine caliper 50, which is positioned to measure pressure pulses transmitted through the artery wall to the neck 11 of the patient 10, or to the extremities.
10 Elektreettikalvoanturia 50 voidaan käyttää myös hengityksen aiheuttamien muuttuvien voimien monitoroimiseen.The electret film transducer 50 may also be used to monitor respiratory variable forces.
Mittauslaitteiston 200 muistissa 240 voi olla varastoituna tietokone-ohjelma verrannollisuuskertoimen k2 määrittämiseksi. Mainittu tietoko-15 neohjelma voi olla myös varastoituna tietokoneella luettavissa olevalla tietovälineellä, esimerkiksi CD-ROM-levyllä. Oletetaan että tunnetaan kaiuttimen ohjausvirran ensimmäistä muutosta AIREf vastaava voima-muutos AFref- Mainittu tietokoneohjelma voi tälläin käsittää tietoko-neohjelmakomponentteja, jotka signaalinkäsittely-yksikön 250 suorit-20 tamina ovat: - ohjausvirran toista muutosta AIcoil vastaavan anturisignaalin muutoksen ASEmf määrittämiseksi, ja - verrannollisuussuhteen k2 määrittämiseksi mainitun anturisignaalin muutoksen ASemf, tunnetun voimamuutoksen AFref, ohjausvirran en- 25 simmäisen muutoksen AIREF ja ohjausvirran mainitun toisen muutoksen AIcoil perusteella.The memory 240 of the measuring apparatus 200 may have stored a computer program for determining the proportionality factor k2. Said computer program may also be stored on a computer readable medium, such as a CD-ROM. Assuming that the force change AFref- corresponding to the first change in speaker control current AIREf is known, said computer program may now comprise computer program components executed by a signal processing unit 250 to: said change in sensor signal ASemf, the known force change AFref, the first change in control current AIREF, and said second change in control current Alcoil.
Useista eri potilaista 10 mitattuja signaaleita SEmf voidaan tallentaa ja/tai käsitellä viitearvotietokannan luomiseksi. Signaalit voidaan tal-30 lentää sellaisenaan tietokantaan, tai niistä voidaan laskea erilaisia parametreja ja tunnuslukuja, jotka tallennetaan tietokantaan. Tietokanta voi olla tallennettuna esimerkiksi muistissa 240.The measured signals SEmf from a variety of patients 10 may be stored and / or processed to create a reference database. The signals can be stored as such in the database, or they can calculate various parameters and parameters which are stored in the database. For example, the database may be stored in memory 240.
Kalibroitua mittaussignaalia SEmf voidaan käyttää hyväksi potilaan 10 35 terveydentilan diagnosoimiseksi, jolloin varsinainen diagnostinen menetelmä käsittää kaikki seuraavat vaiheet: - potilaan elintoimintojen aiheuttamien voimien kytkemisen anturiin 50, 17 - anturisignaalin Semf mittaamisen, - signaaliarvojen korjaamisen verrannollisuussuhteen k2 avulla, - ainakin yhden parametrin määrittämisen korjattujen signaaliarvojen perusteella, 5 - ainakin yhden relevantin viitearvon valitsemisen, - mainitun parametrin ja mainitun viitearvon välisen poikkeaman määrittämisen, sekä - potilaan terveydentilan määrittämisen mainitun poikkeaman perusteella.The calibrated measurement signal SEmf can be utilized to diagnose a patient's state of health, the actual diagnostic method comprising all of the following steps: connecting patient vital forces to sensor 50, 17 measuring sensor signal Semf, correcting signal values by at least one parameter - selecting at least one relevant reference value; - determining a deviation between said parameter and said reference value; and - determining a patient's health based on said deviation.
1010
Todettakoon että näistä ainakin relevantin viitearvon valitseminen ja terveydentilan määrittäminen poikkeaman perusteella ovat tyypillisesti lääkärin suorittamia toimenpiteitä. Näistä ainakin viitearvon valitseminen voidaan periaatteessa myös suorittaa myös automaattisesti. Rele-15 vantin viitearvon valinta tietokannasta voidaan suorittaa automaattisesti esimerkiksi laitteistoon 200 syötettyjen potilaan sukupuolen, iän, rodun (esim. kaukaasialainen tai afro-amerikkalainen), liikuntatottumusten, ja/tai potilaan tunnettujen sairauksien perusteella.It should be noted that the selection of at least a relevant reference value and the determination of a medical condition based on the abnormality are typically procedures performed by a physician. Of these, at least the selection of a reference value can in principle also be performed automatically. The selection of a reference value for the relay-15 rim from the database can be made automatically based on, for example, patient gender, age, race (e.g., Caucasian or African American), physical activity, and / or known patient conditions.
20 Kauttimen käyttöön perustuvaa kalibrointia voidaan käyttää anturin ja/tai koko mittausketjun asianmukaisen toiminnan testaamiseen. Näin voidaan mm. yksinkertaisesti varmistaa että signaalinkäsittelyssä käytettävät digitaalisessa muodossa olevat kertoimet ja analogisten komponenttien toiminta-asetukset ovat halutun mukaiset. Anturin ikäänty-25 minen ja anturin ominaisuuksien muuttuminen on testattavissa vertaamalla anturin signaaliarvoja aiemmin mitattuihin saman anturin signaaliarvoihin, tai tarkastelemalla verrannollisuuskertoimen k2 muutoksia.20 Calibrator-based calibration can be used to test proper operation of the sensor and / or the entire measuring chain. This can be used for example. simply ensure that the digital coefficients used in signal processing and the operation settings of the analog components are as desired. Sensor aging and change in sensor characteristics can be tested by comparing sensor signal values with previously measured signal values of the same sensor, or by examining changes in the proportionality factor k2.
Viitaten kuvaan 12a, kalibroinnissa käytettävä kaiutin 100 voi olla liitetty 30 anturin 50 pinnalle esimerkiksi liimalla. Kaiutin voi olla pysyvästi liitettynä anturikalvon keskelle tai reunalle. Kaiutin voi olla pienikokoinen, jolloin sen ripustuksen läpimitta voi olla esimerkiksi pienempi kuin 25 mm. Anturi 50 voidaan asettaa alustan 60 päälle jotta kaiuttimen 100 kelan kehittämä voima puristaa elektreettikalvoa 53. Riittävän staatti-35 sen puristuksen aikaansaamiseksi kaiuttimen 100 ja anturin 50 yhdistelmän päälle voidaan lisäksi asettaa Potilas 10 tai muu riittävän raskas esine (ei esitetty).Referring to Figure 12a, the speaker 100 used for calibration may be connected to the surface of the sensor 50, for example by glue. The speaker may be permanently attached to the center or edge of the transducer membrane. The loudspeaker may be small in size, for example, with a hanging diameter less than 25 mm. The transducer 50 may be placed over the substrate 60 so that the force generated by the coil of the speaker 100 compresses the electret film 53. In order to provide sufficient static-35 compression, the Patient 10 or other object of sufficient weight (not shown)
1818
Viitaten kuvaan 12b, kalibroinnissa käytettävä kaiutin 100 voi olla myös alustaan 60 liitetty komponentti. Kaiutin 100 voi olla sijoitettuna esimerkiksi tuolin istumaosaan siten että tuolille asetettu anturi koskettaa 5 kaiutinta 100. Kaiuttimen 100 rakenne voi olla suunniteltu kestämään alustalle istuvan potilaan painoa. Kaiutin 100 voi olla sijoitettu avoimeen tai suljettuun onteloon 61. Potilas 10 tai muu riittävän raskas esine (ei esitetty) voidaan asettaa anturin 50 päälle, jotta kaiuttimen 100 kelan kehittämä voima puristaa elektreettikalvoa 53.Referring to Figure 12b, the speaker 100 used for calibration may also be a component connected to the substrate 60. The speaker 100 may be located, for example, in the seat portion of the chair such that a sensor placed on the chair contacts the 5 speakers 100. The structure of the speaker 100 may be designed to withstand the weight of a patient sitting on a platform. The speaker 100 may be disposed in an open or closed cavity 61. A patient 10 or other object of sufficient weight (not shown) may be placed over the sensor 50 so that the force generated by the coil of the speaker 100 compresses the electret film 53.
1010
Mittauslaitteisto 200, ja erityisesti sen signaalinkäsittely-yksikkö 250 voidaan myös sovittaa analysoimaan anturisignaalin Semf perusteella kohdistaako potilas 10 anturiin 50 ajan funktiona muuttuvia voimia F2(t), jotka ovat 2-10 Hz taajuusalueella. Signaalinkäsittely-yksikkö 250 15 voi tällöin automaattisesti BKG-signaalin voimistumisesta tai katoamisesta havaita milloin potilas 10 asettuu anturin 50 päälle tai nousee pois anturin 50 päältä. Potilaan 10 asettuminen anturin päälle ja/tai nouseminen pois anturin päältä voidaan havaita myös hetkellisen potilaan painosta aiheutuvan suuren voimamuutoksen aiheuttaman suuren 20 signaalin Semf muutoksen perusteella. Mittauslaitteisto voi olla sovitettu suorittamaan kaiuttimen 100 avulla tapahtuva kalibrointi automaattisesti potilaan 10 asettuessa anturille 50 ja/tai potilaan 10 noustessa pois. Automaattinen kalibrointi voidaan suorittaa erityisesti silloin kun kaiutin 100 on liitetty anturikalvoon 50 (kuvat 12a ja 12b).The measuring apparatus 200, and in particular its signal processing unit 250, can also be adapted to analyze on the basis of the sensor signal Semf whether the patient 10 applies to the sensor 50 variable forces F2 (t) in the frequency range 2 to 10 Hz as a function of time. The signal processing unit 250 15 can then automatically detect when the BKG signal is gaining or disappearing when the patient 10 settles on the sensor 50 or rises off the sensor 50. The positioning of the patient 10 on the sensor and / or the rise from the sensor may also be observed based on a large change in signal Semf of a major force change due to a momentary change in patient weight. The measuring apparatus may be adapted to perform calibration by loudspeaker 100 automatically when patient 10 rests on sensor 50 and / or patient 10 exits. Automatic calibration can be performed especially when the speaker 100 is connected to the sensor diaphragm 50 (Figs. 12a and 12b).
2525
Keksintö ei ole rajoitettu vain edellä selityksessä tai kuvissa kuvattuihin suoritusmuotoihin. Kuvat 1-3, 5a-7, 9a-10b, 11-12b ovat skemaattisia. Tarkoituksena on rajoittaa keksintöä ainoastaan siten, kuin on esitetty oheisten patenttivaatimusten suojapiirinä.The invention is not limited only to the embodiments described above in the specification or figures. Figures 1-3, 5a-7, 9a-10b, 11-12b are schematic. The invention is intended to be limited only by the scope of the appended claims.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20075266A FI120988B (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Method and apparatus for calibrating a power sensor based on an electret membrane |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20075266A FI120988B (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Method and apparatus for calibrating a power sensor based on an electret membrane |
FI20075266 | 2007-04-18 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20075266A0 FI20075266A0 (en) | 2007-04-18 |
FI20075266A FI20075266A (en) | 2008-10-19 |
FI120988B true FI120988B (en) | 2010-05-31 |
Family
ID=38009919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20075266A FI120988B (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Method and apparatus for calibrating a power sensor based on an electret membrane |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI120988B (en) |
-
2007
- 2007-04-18 FI FI20075266A patent/FI120988B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20075266A0 (en) | 2007-04-18 |
FI20075266A (en) | 2008-10-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI94589B (en) | Method and apparatus for measuring physical condition | |
Ouyang et al. | Self‐powered pulse sensor for antidiastole of cardiovascular disease | |
Geddes | Handbook of blood pressure measurement | |
JP2577984B2 (en) | Blood pressure measurement device | |
Koivistoinen et al. | A new method for measuring the ballistocardiogram using EMFi sensors in a normal chair | |
EP3471610B1 (en) | Cardiovascular and cardiorespiratory fitness determination | |
KR20100059198A (en) | Scale-shaped apparatus for diagonizing health status and method thereof | |
JP2019516454A (en) | Method and apparatus for determining the position and / or orientation of a wearable device on a subject | |
JP2006130310A (en) | Biological signal measuring apparatus and method | |
JP2001514916A (en) | Handheld non-invasive blood pressure measurement device | |
CN104427928A (en) | Systems, methods and related apparatus for determining physiological parameters | |
Alametsä et al. | Ballistocardiogaphic studies with acceleration and electromechanical film sensors | |
JP6670376B2 (en) | A method and apparatus for estimating the aortic pulse transit time (aortic PTT) from time differences measured between a plurality of reference points on a ballistocardiogram (BCG wave). | |
US20070239041A1 (en) | Non-invasive Venous Pressure Measurement | |
Watanabe et al. | Ballistocardiogram (BCG) measurement by a differential pressure sensor | |
CN110638435B (en) | Heart physiological parameter measuring method, device, terminal and computer storage medium | |
JP2010187928A (en) | Method, apparatus, and program for evaluating mechanical function of blood vessel to be measured, and storage medium | |
Ciaccio et al. | Tonometric arterial pulse sensor with noise cancellation | |
Riedel et al. | A simulator for oscillometric blood-pressure signals to test automated noninvasive sphygmomanometers | |
FI120988B (en) | Method and apparatus for calibrating a power sensor based on an electret membrane | |
EP2765910B1 (en) | System and method to determine tissue compression | |
Gonzalez-Landaeta et al. | Heart rate detection from an electronic weighing scale | |
Tu et al. | Optimizing a new blood pressure sensor for maximum performance based on finite element model | |
WO2016035041A1 (en) | Apparatus and method for non-invasive pressure measurement of a fluid confined in a vessel with elastic or rigid walls fitted with an elastic window | |
US20190320942A1 (en) | Method and device for detecting mechanical systolic events from a balistocardiogram |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Ref document number: 120988 Country of ref document: FI |
|
PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: BALLOX OY Free format text: BALLOX OY |
|
MM | Patent lapsed |