JPS5876755A - 酸素分圧測定用の測定表示装置の自動キャリブレーションのための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、酸素弁「を測定するだめの菰瞠を調整・指
示する自動キヤリプレーシ」ンのための方法および装置
に関する。

医療測定技術分野で１よ、体組織中の１１目１を経皮的
に測定するためのポーラログラフセンサ／ｊ〜、一般的
に公知である。ポーラログラフセンサの１−性は長期間
使用する間に変化し、特に電解液の乾燥により変化する
。さらに、ごのセンサ（／１１バラシータは、一度のほ
かに、特に〕気ｎ−Ｊノよび４（１１−１湿度のような
周囲の環境に依存１Ｊる。

ポーラログラフセンサ゛では複雑な化学的・物Ｉｌｌ的
関係が存在するので、装置を１１１整・指示するＩ；め
のキャリブレーションを行な・うには、０、）間がかか
り、か〕熟練したスタッフを必曹とする。Ｍ！されたセ
ンサの一ト方ではＩａ者においＣ約１００　％の湿度が
存在することを１４處しなＧノればならない９− ので、完全なキャリブレーション方法は、ゼロバランス
調整と、これに続く湿ｆ１１００％に対するキャリブレ
ーション埴の決定とからなる。ポーラログラフセンサの
ｌ；めのキャリブレーション方法は、たとえばドイツ特
許第２，６０８，７２７号およびドイツ特許公開番号第
２，９４５，２０７号において既に公知である。これら
の方法によりキャリブレーションを行なうには、標準ガ
スすなわち補助ガスが必要である。

さらに、ボテンシオスタッ（ヘセンサおよびポーラログ
ラフセンサの電気的なキ１７リプレーシヨンが、ドイツ
特許第２，９２９．３８７Ｍにおいて公知である。そこ
で述べられた目的によれば、試験ガスまたはキャリブレ
ーション溶液でのキレリプレージョン間隔は、操作電極
の紅時的な活性変化を自動的に固定しかつ補償すること
により、および任意の単一の測定点で成る時間的な点に
おける測定電極の活性とキ１７リプレーシヨンされたば
かりの操作電極の活性とを比較することにより、かなり
延長されている。しかしながら、少な（と１０− ｂ日常の測定１こおけるスタッフのト１１リプレージョ
ン方法の実施を完全に不要とするために、およびギヤリ
プレージョン方法（こお（ｊるキ１１リブＬノージョン
ガス４なわち補助ガスの使用を不仰どするために、この
発明による方払おＪ、びこの発明１こ祉〕゛り装置に対
η−る要請が存在１ノた。さら（こ、１−ＩＩリル−シ
ョン方法はセンサの操作待ｔ）１−線Ｊ−：　Ｋ　Ｊｉ
りる申−のＫ（に対しくＩど４−Ｊでなく、特竹細内の
全操作輪１１１１わたり実施されるべきＣある。

したがって、　Ｑ４を訂請求の範囲第１１ｔＬＪ３Ｊひ
第ｔ）項にｄｊい−（それぞれ記載されたこの発明【、
Ｉ、自動キャリアレージョン方法おＪ、び自ｕ＋　、ｔ
：　ｔｒリノ１ノージョン装騎の実用を目的とＪるもの
（・あり、これらは酸素弁Ｉｆ、　Ｉｌｌ定のためのボ
ー″７１１グラノＬンリおよび対応の調整・指示狐賀の
使用者が、ピン９および調整・指示装置の組合わせの調
整・１ｈ小精瓜が自動キャリフレージョンに、よつ（不
１’ｈ　！ｊＬ　Ｌ、−、、損われることなく、日常の
測定のためのｆｔ、’ｓ間のかかる複雑なキャリフレー
ジョンをｔｊなう必飲性を解消する。

この発明の思想の他の有利な局面は、従属項において特
徴づけられている。

公知の手動キャリブレーション方法に比べて、この発明
は、センサおよび対応の調整・指示装置の組合わせにつ
いて、使用者にとって単純であり、迅速かつ自動的なキ
ャリブレーションが行ない得るという効果を与える。

このａｍをスイッチオンにした後、使用者は自動的にキ
ャリブレーションされた測定・指示装置を入手できる。

特に熟練したスタッフは、この装置のキャリブレーショ
ンではもはや必要ではない。

キャリブレーション手順は、センサの操作特性線の単一
の点に対してのみ行なわれるのではな（、ポーラログラ
フセンサの特性線はキャリブレーションの間完全にトレ
ースされており、かつ操作点は、特性線の最も傾斜の小
さな部分の点ｔこおいて自動的に固定される。さらに、
正確な測定のために、キヤリプレーショ・ン溶液または
標準ガスを用いてキャリブレーション手順を実行する可
能性をも有している。

この発明の例示的な実施例１．Ｌ１訂軸な動作の説明に
関連する図面を１！照して以下において述べられる。

第１図は、自動キャリブレーションｈａのこの発明によ
る一実施例のブロック図を示１゜第２図は、第１図の装
置の一部の有利な実施例の略図的接続図を示す。第３図
は、１１１ｍ分圧の様々な値に対するポーラログラムの
典型的な進行を示す図である。

この発明によれば、かつ第１図に明らか＜ｒ　Ｊ、うに
、中央処理装置は、出力整合回＋ｔＩＩ（インターフェ
ース）３および分極電圧発生ｖ！Ａ２４−介しく、ポー
ラログラフセンサ１を動作させ、このポーラ１゛１グラ
フセンザの出力信号（分極信号）ｌＪ、ア′）−１，Ｊ
グーディジタルコンバータ６で嚢ＷＡされＩ；後に、入
力整合回路（インターフェース）１）を介して、中央処
理装置４に伝達され、中央処理装置（Ｊこの信号を記憶
のために読み幽きメモリＥ３に伝達づる。

気圧１のセル１１の出力信号が、アノログ−ディジタル
フンバータ１０で斐換されて、人ツノ整合−１１３− 路（インターフェース）９を介して中央処ＤＩ！１４１
２４に伝えられる。限界プログラムは、実際のポーラロ
グラムの値と比較するためにリードオンリメモリ７に記
憶されている。

センサ１は、酸素分圧測定のための公知の方法で構成さ
れており、センサ自身とセンサの測定表面に隣接する測
定対象物とを加熱するための装置が設けられている。

さらに説明される方法では中央処理ｔｉ１４が自動キャ
リブレーション手順のための開始信号を与えると、中央
処Ｗ！４１１１４は出力整合回路（インターフェース）
３に制御信号を与える。出力整合回路３は、分極電圧発
生器２がセンサ１に可変分極電圧を与えることを可能と
する。

分極電圧の時間的な進行は三角形の形状をしている。適
切な初期値で始まり、分極電圧は、１ミリボルト／秒な
いし１０ミリボルト／秒の一定速度で、好ましくは４ミ
リボルト／秒ないし６ミリボルト／秒の一定速度で、プ
リセットし得る最大値０．５ボルトないし５ボルト、好
ましくはＯ１１４− ５ボルトないし２．０ボルトまで増大する。最大値に達
した後には、初期値から最大値にまで第１の例で増加し
たのと同一のかつ一定の速度で分極電圧がこの初期値ま
で戻る。たとえば、この初期値は０．０５ボルトである
。しかしながら、この初期値はセンサの形式、温度およ
び他のパラメータに依存することを注意すべきである。

この発明の好ましい実施例では、キャリブレーション方
法を実行する際の時間を節約するためには、分極電圧が
、測定の見地から特に重要である特ｉ’ｌＪの成る範囲
内でのみ上述された増加またｔよ減少速度で増加または
減少することを可能とすること／ｆｉ好ましく、かつ増
加方向または減少方向にＪ３いて分極電圧の増加速度で
特性線の他の範囲をＩ・レースすることが好ましい。増
加方向または減少方向における分極電圧の段階的変化も
また、特性線のこの範囲内で観察されてもよく、セン勺
の特定のプログラムの進行は、後に述べられ・る限界プ
ログラムの進行から大きな確串で予め決定され得る。

ポーラログラフセンサ１は、このセンサに特有の分極信
号を供給し、これはアナログ−ディジタルコンバータ６
の入力に加えられる。ディジタル化されたセンサ１の測
定信号は、入力整合回路（インターフェース）５を介し
て、中央処］１ｌｖｔ置４に伝えられ、これは記憶のた
めに読み書きメモリに伝えられる。

リードオンリメモリ７では、電気信号の形態で限界プロ
グラムが記憶されており、この信号の値は、多数のプロ
グラムによる測定を比較することにより実験的に決定さ
れており、かつこの電気信号は調整・指示装置の製造過
程において適当なディジタルフォーマットでリードオン
リメモリ７に入力されている。

中央処理装［４は、読み書きメモリ８に記憶された現実
のポーラログラムの値を、リードオンリメモリ７内に記
憶された限界プログラムと比較する。中央処理装［４は
、センサ１の特性線上の様々な点におけるゼロポイント
からのセンサに特有の理論的な残余電流偏差を演算し、
この残余ｗｍ偏差についで決定した値を記憶のために読
み書きメモリ８内に設けられた記憶領域ｒ伝達する。こ
の比較にＪ：って、許容誤差帯の外側どなるポーラログ
ラムが認識され、センサ１のキャリブレーション可能な
範囲を決定することができ、か゛〕特竹線上の操作点が
固定される。

気圧計のセル１１が、周囲の空気の大気圧を測定する。

アナログ−ディジタルコンバータ１０は、気圧に相当す
るアナログ信号を、対応のディジタル信号に変換する。

ディジタル化された大気圧の電気信号は、入力整合回路
（インターフ」：−ス）９を介して、中央５１！１理装
置４に伝えられる。

大気圧みよび１１１１！ｉ！！・指示装置上で選ばれ得
るセンサ１の温度に比例した電気信号のために、中央処
理装［４４，１、相対湿度１００％にお（Ｊる酸素分圧
の理論値を演算し、上述したように、この相対湿ｔｉｉ
　ｏｏ％は、使用に際してセンサ１の測定表面の下方で
発生する。

自動キャリブレーション方法の間、ポーラログラフセン
サ１は第２図による保持１２１２内にあり、この保持装
置は調整・指示装置の表面プレー１７− トに取付けられている。

パルス状の電流によって、センサおよびセンサの測定表
面に隣接する測定対象物を電気的に加熱するための１ｌ
ｉｌｌが、図示はしないがセンサ１に埋め込まれている
。同様に図示しないが、温度センサが、センサ１の温度
を測定し、かったどえばパルス輔礎調によって、閉制御
回路を介して、センサのＩ！度を制御する。

保持！１１ｆ１２内に設けられたセンサ１３は、センサ
の加熱電流で誘起された磁場を検出し、かつ比較器１４
に対応する信号を入力する。たとえば、このセンサ１３
は誘導センサであってもよいが、他の磁場感応センサも
また用いられ得る。比較器１４は、誘導センサ１３で検
出された電気信号を、調整・指示装置（より、センサ１
の加熱電流回路へ伝えられた加熱電流パルスと比較し、
双方の信号が位相／りロスオーバーの点で許容できるも
のであるならば、自動キャリブレーション方法を開始す
るための開始信号を、入力整合回路５の入力側を介して
中央処理装置４に入力する。

　１８− 上述した開始信号を発生Ｊるための装置！ＩＳよ、測定
・指示装置に取付けられたセンｖ１が保持装置１２内に
成る場合にのみ、自助キャリアレージョン方法がトリガ
されることを確保する。比較Ｇａ１１４が２個の人力信
号が一部しｌこことを見い出ｕ１坪ないので、危険な結
果を多分ｂＩ；６１ノ、か］たとえばセンサ１が＋ヤリ
シレージョンｌＪ法の間適切な保持装置１２内に固定さ
れておらヂ患査に対１ノて既に使用され′【いる場合に
起こり得る誤ったキＩＩリプレージョンは、解消される
。Ｌンリが１１１リプレージヨンのために岨っ１．：測
定・調整装殖に対して誤って接続されている、たと、ｔ
ば第２の酸素分圧測定のための１１ｉ１整・指示装置の
Ｊ：うな曲の＠置によってキャリブレーションが開始さ
れることは、このようにしてＩｉｌ／＃される。

第２図は、主１１リプレー２３２手順の間〜持装置１２
内に固定されているボーシログラノヒンリ１を示しでお
り、ここにおいてセンサ１３はＬン＋Ｊ−１からパルス
形状の加熱ｗＡ流の結果としての信号を受取るために同
定されている。加熱電流に比例する信号と比較するため
に、センサ］３は、人力された信号を比較器１４に仏達
し、他７ｊ’　Ｌｔ較為からの出力信号は、入力ｕａｔ
ｇＪ路すを介して中央処理部［４に与えられる。調整・
指示＃Ａ置と一体のガス混合チトンバ１５からの麻酔１
１スでキ１１リプレージョンするために、保持Ｍ［１２
内亀−固定されたセンサ１の測定表向に伝達される。

第３図は、分ａ！南ｌＸｆ、　Ｕに対して分極電流■の
飽和ＩＨ４Ｅｉｌｋｌｏに対Ｊる比＊ｔｉプロントした
クフノである。第３図は、酸素分圧の３４１の値、Ｊな
わち０％０□、２１％０２　（周囲の空気）および１０
０％０２に対づる同一のポーラログラフし創１のポーラ
ログラムの典型的な進行過板を小１゜既に述べた限界ボ
ーシログラムの適切な許畜原差帯が、各ケースにつき破
線で小される。

この発明によるキ１シリブレーション方法の好ましい変
形においては、センサ１は調整・指示装置の表面におけ
る保持＠［１２内に存在する。キ１１リプレージョンガ
スすなわち樟単ガス（・センサーをキャリブレーション
するために、酸素分圧測定のだめの調整・指示装置と一
体のガス混合ヂ１νンパ１５からたとえばＮ２０のよう
な混合ガスが、キャリブレーションの間セン＋ｊ１の測
定表面を流れる。ガス混合チャンバ１５の出ｎ間［１は
、保持装［１２の１−ぐ近くに）ｈ当に設置Ｊられてい
る。キ１１リプレージョンに必要なガスは、特を二図示
しない適切な接続部によって、たどえば病院の固定され
たカス供給管から調整・指示装置に供給され１りる。

混合ガスがセンサを流れる間、ポーラ「］ククラが既に
述べた方法でトレースされる。Ｌンリの特性線上で、こ
の点が、特ｉ！１ＩＩｉｆｌ−線がぞの網小鎮が開始す
る定義された傾斜に達する操作点として選択される。ボ
ーシログラムが１−述の１３　ＦＡ　’Ｃ決定された後
、センサ１の測定表面が周囲の空気（２１％０２）にざ
らされ、周囲の空気のｍ水分圧に対するポーラログラム
がさらに、土）本の方法にＪ５り固定された分極電圧で
決定され、次にこのボーシログラムが２１％０２に対し
て外１Φされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の自動キ１１リプレージョン２１− ＠随によるｍ＝一実施例のブロック図である。第２図は
、第１図のｖＥ置の一部の好ましい実施例のブロック図
である。第３１１７Ｉ１．ｔ、、酸素分圧の様々な埴ｉ
こ対するポーラ「１グラムの典型的な進（１過稈を示す
グラフである。 図において、１；１セン廿、２は分１■−発生器、３は
出力整８Ｉｉ′Ｉｌ路、４）ま中央処Ｉｌ！！装置、５
は入力整合回路、６はアナログ−ディジタルコンバータ
、７はリードオンリメモリ、８１．Ｌ読み書ぎメモリ、
９は入ツノ整合回路、１０１よアナログ−ディジタルコ
ンバータ、１１は気圧耐、１２は保持装置、１３１よセ
ンサ、１４は比較器および１５はガス混合チャンバを示
す。 特許出願人　ヘリゲ・／ｉピルシャフト・ミツト・ベシ
ュレンクタ・ハツトラング −２２＝ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　センサにより酸素分圧を測定するための調整・
   指示装置の自動キャリブレーションのための方法であっ
   て、 セットされ得る初期値から操作範囲の上限によりプリセ
   ットされた最大値まで一定速度で増加する分極電圧をセ
   ンサに加え、 前記最大値に達した後に、分極電圧を増加速度と等しい
   減少速度で初期値まで減少させ、センサに印加された分
   極電圧の８値に関連する実際の電流値を、測定しかつ読
   み幽きメモリ内に記憶し、 多数のポーラログラムから実験的に形成された限界ポー
   ラログラムであってリードオンリメモリ内に記憶された
   所望の電流値ど、記憶された実際の電流値とを中央処理
   装置で比較し、 Ｏ値からのセンサの理論的残余電流輪差を、所望の値か
   らの実際の電流値の偏差から決定し残余電流偏差の値を
   保持するためのメモリの領域内に、センサの０ポイント
   を固定するために前記残余電流偏差の値を記憶し、 センサの特性線が操作範囲内で最も緩い傾斜を示す点に
   おいて、前記センサの操作点を固定し、かつ 周囲の空気の測定された大気圧信号のために、周囲の空
   気の１索分圧の理論的値を、センサの選択した温度に対
   して１００％相対湿度まで外挿する各ステップを備える
   ことを特徴とする、自動キャリブレーション方法。 （２）　ガス混合チャンバからのガス混合物を前記セン
   サの測定表面に流し、 ガス混合物をセンサ上に流を間、前記各ステップに基づ
   いてポーラログラムをトレースし、最小値から開始しプ
   リセットされ得る定義された傾斜に達する所までで、セ
   ンサの特性線上の点を決定し、 センサ上でのガス混合物チャンバからのガス混合物の流
   れを停止し、 前記センサの測定表面を周囲の空気に対して露出し、か
   つ 周囲の空気の酸素分圧についてのポーラｎグラムを、前
   記センサ上を混合ガスが流れる間Ｌツトされた分極電圧
   でトレースし、酸基濃度２１％まで外挿する、各ステッ
   プをざらに備える、特許請求の範囲第１項記載の方法。 （３）　測定の見地から特に重１ｖな成る範囲では、セ
   ンサの特性線が増加速度まｌこ（Ｊ減少速１衰の第１の
   一定値Ｗ、で上昇または下降し、他の範囲では特性線は
   、増加または減少速度の第２の値Ｗ２で上昇または下降
   し、かつ前記第２の値Ｗ２は、第１の値Ｗ＋の値よりも
   大きいことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   Ｆｋ　。 （４）　前記分極電圧は、センサーの特性線の成る範囲
   において増加方向または減少方向に段階的に変化し、こ
   のセンサ特有のポーラ【】グラムの進行過程は、限界ポ
   ーラログラムの進行過程から予め決定される、特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 （５）　センサにより酸素分圧測定のための調整・指示
   装置の自動キャリブレーションのためのｖｔ置であって
   、 分極電圧が出力整合回路３および分極電圧発生器２から
   センサ１に印加され、この分極電圧は中央処理ＷＡ置４
   で制御されて一定速度で初期値から操作範囲の上限によ
   りプリセットされた最大値まで増加し、かつ最大値まで
   増加した後に増加速度と等しい減少速度で減少し、 印加された分極電圧の結果としてのセンサ１により発生
   された測定信号を、アナログ−ディジタルコンバータ６
   でアナログ−ディジタル変換をし、かつ入力整合回路５
   でマツチングした後に、中央処理装置４により読み書き
   メモリ８内に記憶し、アナログ−ディジタルコンバータ
   １０でアナログ−ディジタル変換をした後に、気圧計の
   セル１１で測定された気圧値を、入力整合回路９を介し
   て中央処理装置４に供給し、多数のポーラログラムから
   形成され、ディジタル化された例示的に決定された限界
   ポーラログラムに相当（る電気例月を、リードオンリメ
   モリ７内に記憶し、限界ポーラｎグラムに引当する＆！
   ＊された所望の電流値を、中央処］！！！装置４内で、
   記憶されかつ前記センサに特有のポーラログラムに相当
   づる現実の電流値と比較し、 ０値からセンサ１の理論的な残余Ｗｉ流！＃４差を、所
   望の値からの実際の電流値の１斧より決定し、前記残余
   電ｍｓ差の鎗を、センサ１の０点を固定するために、前
   記値を保持するための読み轡きメモリ８の領域内に記憶
   し、 センサ１の操作点を、ヒンリ−の特ｔ！１輪が一作範囲
   内で最も緩い傾斜を示１点にＪ−ｊいて固定し、かつ 周囲の空気中の酸素分圧の１！Ｉ！論的植を、周囲の空
   気の測定された気圧信号のために、Ｌシリ１の選択した
   温度に対１６１００％まで外挿でる、ことを備える自動
   キャリブレーション川ｌＡ１１１゜（６）　パルス状の
   加熱電流にＪ、り加熱されるセンサを備え、 ５− センサ１が調整・指示装置の表面プレート上の保持装置
   １２に固定されており、前記調整・指示装置によって前
   記センサ１に与えられた加熱電流パルスを、前記保持装
   置１２内のセンサ１３により決定し、 調整・指示装置によってセンサ１に与えられた加熱電流
   パルスを、コンパレータ１４において、センサ１３によ
   り入力された電気信号と比較し、かつ 比較器１４に与えられた電気入力信号が、位相関係／ク
   ロスオーバーに関し許容されるならば、比較器１４が信
   号を前記入力整合回路５を介して前記中央処理装置４に
   入力し、これは自動キャリブレーション方法のためのト
   リガとなる、特許請求の範囲第５項記載の装置。 （７）　ガス混合チャンバ１５が装置内に設けられてお
   り、前記チャンバからガス混合物が、保持装置１２内に
   保持されたセンサ１の測定表面上に伝達され、 中央５１！ｌ珊装置４を介してトリガする時間同期信６
   一 号によって、 セットされ得る初期値から操作範囲の上限によりプリセ
   ットされた蝦大値まで一定速瓜で増加でる分極電圧をセ
   ンサに加え、 前記熊大値に達した後に、分極ミルを増加速度と等しい
   減少速度で初期値まで減少ｋ（ｕ、センサに印加された
   分極Ｍ圧の８舶１；Ｔ　ｒ９Ｊ　ｉ’ｌ！りる実際の電
   流値を、測定しかつ読みｌｉきメモリ内に記憶し、 多数のポーラログラムから形成された実験的に形成され
   た限界ポーラログラムであ−）でリードオンリメモリ内
   に記憶された所望の電流ｆｉ１ど、記憶された実際の電
   流値とを中央処ｌ！ｌ！装ｗ（・比較し、０４［からの
   センサの理論的残余電流ＦＡ差を、所望の値からの実際
   の電流値の偏差から決定し残余電流偏差の値を保持する
   ためのメモリの領域内に、センサの０ポイントを固定づ
   るため（、二前記残余電流偏差の値を記憶し、゛ センサの特性線が操作範囲内で蝋も緩い傾斜を示す点に
   おいて、前記センサの操作点を固定し、かつ 周囲の空気の測定された大気圧信号のために、周囲の空
   気の酸素分圧の理論的値を、センサの選択した湿度に対
   して１００％相対湿度まで外挿する各ステップによるポ
   ーラログラムを前記測定表面上に混合ガスを流しつつセ
   ンサ１上で走査し、センサ１の特性線上の点を最小値か
   ら開始し、この特性線がプリセラ１〜された定義された
   傾斜に達する所で決定し、 センサ１の測定表面を、ガス混合ヂャンバ１５からのガ
   スの流れから遮断した後に周囲の空気にさらし、かつ センサ１上を混合ガスが流れる間セラ１〜された分極電
   圧で、周囲の空気の酸素分圧についてのポーラログラム
   を決定し、かつ２１％の酸素濃度まで外挿する、特許請
   求の範囲第６項記載の装置。 （８）　センサ１はポーラログラフセンサである、特許
   請求の範囲第５項記載ないし第７項のいずれかに記数の
   装置。 （９）　前記センタ１３は誘導しンリである、特許請求
   の範囲第６項記戦の装置。