SU1724172A1 - Измеритель частоты пульса - Google Patents

Abstract

Измеритель частоты пульса относитс  к медтехнике и содержит датчик 1 пульса, формирователь 2 импульсов , генератор 3, счетчик 4, регистры 5, 13, индикатор 6, делитель 7, блоки 8, 12 логических ключей, формирователь 9 импульсов сброса, элемент 10 задержки, элемент И 11,цифровой компаратор 14, элемент ИЛИ-НЕ 15. 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к медицинской и ветеринарной технике и может быть использовано дл  контрол  физиологического состо ни  человека и животных .

Известны устройства дл  измерени  частоты пульса, позвол ющие за относительно короткое врем  с заданной точностью определить частоту сердечных сокращений. Однако в услови х воздействи  артефактов точность получаемых результатов резко снижаетс .

Известно также устройство дл  индикации ритма сердца, позвол ющее контролировать пульс в услови х по- , мех за счет многоканальной обработки сигналов с датчиков. Хот  веро тность индикации ложных измерений снижена, при воздействии артефактов устройство будет регистрировать и искаженные результаты измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению  вл етс  устройство, которое содер- :

жит последовательно соединенные формирователь импульсов, генератор тактовых импульсов, а также два счетчика , регистр, индикаторный прибор и р д других блоков.

Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность измерени  при наличии артефактов. Регистраци  показаний частоты пульса при воздействии артефактов в значительной степени искажает общий результат измерени  за счет включени  в него резко отличающихс  значений даже при наличии импульсов экстрапол ции, что возможно при контроле физиологического состо ни  сельскохоз йственных животных в услови х крупных животноводческих ферм и комплексов, когда на животное воздействуют, например, шум трактора или кормораздатчика, а. также возникающие в процессе дойки и кормлени  стрессовые ситуации.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  за счет уменьшени  артефактов.

i

Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство, содержащее последовательно соединенные датчик пульса, формирователь импульсов и генератор, а также счетчик и первый регистр, соединенный с индикатором, введены делитель, счетный вход которого соединен с выходом генератора, а выход со счетным входом счетчика, первый блок логических ключей, выходы которого соединены с входами первого ре- гистра, формирователь импульсов сброса , первый выход которого соединен с входом сброса делител , а второй выход - с входами начальной установки делител  и счетчика, последовательно соединенные элемент задержки и элемент И и последовательно соединен ные второй блок логических ключей, второй регистр, цифровой компаратор, вторые входы которого подключены к сигнальным входам первого и второго блоков логических ключей и выходу счетчика, и элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элменте И, выход которого подключен к входу управлени  первого блока логических ключей, при этом вход элемент задержки соединен с входом управлени  второго блока логических ключей, с входом формировател  импульсов сбрса и с первым выходом формировател  импульсов, второй выход которого соединен с входом установки делител .

Известны устройства, позвол ющие контролировать пульс в услови х помех . Однако эти устройства не позвол ют исключать из результата измерени  данные, искаженные воздействием артефактов, так как в них отсутствует совокупность блоков: формировател импульсов, первый и второй блоки логических ключей, второй регистр, цифровой компаратор,, элемент задержки, элементы И и ИЛИ-НЕ, а также св зь между ними.

Таким образом предложенна  в устройстве совокупность признаков соответствует критерию существенные отличи .

На фиг. 1 представлена структурна  схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства; на фиг. 3 вариант реализации формировател  импульсов; на фиг. Ц - временные диаграммы, по сн ющие работу формировател  импульсов; на фиг. 5

5

5

одна из возможных принципиальных электрических схем делител  и счетчика .

Измеритель частоты пульса содержит (фиг. 1) последовательно соединенные датчик 1 пульса, формирователь 2 импульсов , генератор 3, а также счетчик k и первый регистр 5, соединенный с индикатором 6, делитель 7, счетный вход которого соединен с выходом генератора 3, а выход - со счетным входом счетчика 4, первый блок 8 логических ключей, выходы которого соединены с входами первого регистра 5, формирователь 9 импульсов сброса , первый выход которого соединен с входом сброса делител  7, а второй выход - с входами начальной установки делител  7 и счетчика 4, последовательно соединенные элемент 10 задержки и элемент И 11 и последовательно .соединенные второй блок 12 логических ключей, второй регистр 13 цифровой компаратор 14, вторые входы которого подключены к сигнальным входам первого 8 и второго 12 блоков логических ключей и выходу счетчика 4, и элемент ИЛИ-НЕ 15, выход которого соединен с вторым входом элемента И 11, выход которого подключен к входу управлени  первого блока 8 логических ключей, при этом вход элемента 10 задержки соединен с входом управлени  второго блока 12 логических ключей, с входом формировател  9 импульсов сброса и первым выходом формировател  2 импульсов, второй выход Которого соединен с входом установки делител  7.

Возможный вариант датчика 1 пульса содержит фотоэлектрический преобразователь и формирователь импульсов, соответствующих ударам пульса, и может быть выполнен на основе схемы измерител  пульса, где в нем используютс  каскады на микросхемах DA1, DA2 и DD1.

В качестве цифрового компаратора 14 можно использовать четырехразр дные компараторы 564ИП2, элемент 10 задержки, обеспечивающий надежность записи информации со счетчика 4 в первый регистр 3 после окончани  переходных процессов, можно реализовать на одновибраторе. В качестве формировател  9 импульсов сброса также используетс  стандартна  схема од- новибратора.

0

5

0

5

0

5

51

На фиг. 2 представлены эпюры выходных сигналов следующих блоков устройства: а - второго выхода формировател  2 импульсов; б - первого выхода формировател  2 импульсов; в - второго выхода формировател  9 импульсов сброса; г - первого выхода формировател  9 импульсов сброса; д - счетчика k; е - второго регист- ра 13; ж - элемента ИЛИ-НЕ 15; з - элемента 10 задержки; и - элемента И 11. Цифрой I обозначена работа устройства при нормальной пульсовой длительности, II - при аномальной пульсовой длительности.

Возможный вариант формировател  2 импульсов (фиг. 3) содержит первый одновибратор 16, второй одновибратор 17, вырабатывающий импульс длитель- ностью ty 10 мс, причем длительность импульса на выходе первого одновибратора 16 выбираетс  на 0,3 0,5% больше длительности импульса на выходе второго одновибратора 17, например, ty 10,ОА мс, что необходимо дл  повышени  устойчивости работы устройства, генератора 18 импульсов с кГц и схему 19 совпадени .

Временные диаграммы, по сн ющие работу формировател  2, приведены на фиг. , где к - сигнал на выходе датчика 1. пульса; л - напр жение на выходе первого одновибратора 16; м - напр жение на выходе схемы 19 совпадени ; н - напр жение на выходе второго одновибратора 17Принципиальна  электрическа  схема делител  7 содержит счетчики на микросхемах DD1, .где накапливаетс  текущее значение пульсовой длительности } счетчики на DD2, работающие в режиме вычитани , .и счетчики на DD3, в которых накапливаетс  частное от делени  60000 импульсов и чис ла импульсов, соответствующих пульсовой длительности.

Измеритель частоты пульса работает следующим образом.

Рассмотрим сначала работу устрой- ства при отсутствии артефактов (1).

Отрицательным перепадом сигнала (фиг. 4,к) соответствующего удара пульса, вырабатываемого датчиком 1 пульса, запускаетс  первый одновиб- ратор 1б вырабатывающий импульс ty (фиг. ktn), который включает второй одновибратор 17, вырабатывающий импульс длительностью 0,01 с (фиг.2,6}

0

0 5

о

0 г

Q

5

726

По переднему фронту этого импульса формируетс  короткий (около 100 не) импульс (фиг. 2,в) с помощью формировател  9 (второй выход), который устанавливает в исходное состо ние счетчик k и производит по входу начальной установки начальную установку и запуск делител  7. По заднему фронту импульса (фиг. 2,6) с помощью формировател  9 (первый выход) осуществл етс  формирование аналогичного импульса (фиго-2,г) поступающего на вход сброса делител  7.

По окончании импульса (:ц с первого одновибратора 16 (фиг. 3) на первом входе схемы 19 совпадени  устанавливаетс  потенциал логической единицы (фиг. ,л) и на выход схемы 19 совпадени  с генератора 18 будут поступать импульсы частотой 1 кГц (фиг. ,м), которые, пройд  на в.ход установки знаменател  в блоке делите- л  7 запоминаютс  в нем. По окончании пачки импульсов сигналом с первого одновибратора 16 длительностью 0,01 с (фиг. 2,6), запускаетс  второй одновибратор 17 (фиг. 2,6 и ,н), управл ющий генератором 3, частота которого, например 6 МГц. Следовательно, с генератора 3 на счетный вход делител  7 пройдет пачка в 60000 импульсов. Число импульсов с генератора 3 в делителе 7 делитс  на число импульсов, соответствующих пульсовой длительности, поступивших на вход установки знаменател , и частное от делени  накапливаетс  в счетчике k (фиг. 2,д). Например , при пульсовой длительности 0,5 с на установочном входе делител  k в нем будет записано число 500 и, таким образом, число 60000 будет поделено на 500. При этом с выхода делител  7 на счетчик пройдет 120 импульсов, что соответствует 120 ударам пульса в минуту.

Предыдущее же значение содержимого счетчика k по переднему фронту импульса с первого.выхода формировател  2 (фиг. 2,6) перепишетс  через второй блок 12 логических ключей во второй регистр 13 (фиг. 2,б,д,е) и с момента времени А до момента времени Б (фиг. 2,ж). В цифровом компараторе 1 производитс  сравнение кодов чисел второго регистра 13 и текущего значени  частоты пульса с выхода счетчика .

Если коды чисел, записанные во втором регистре 13 и счетчике 4, сов падуют, то на выходах больше и меньше цифрового компаратора 14 будут присутствовать логические нули а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 15 сформируетс  уровень логической единицы (фиг. 2,ж), который поступает на оди из входов элемента И 11, на второй вход которого воздействует импульс с первого выхода формировател  2, прошедший через элемент 10 задержки (фиг. 2,з). Врем  задержки выбираетс  из услови  завершени  всех пе- реходных процессов, св занных со сменой информации во втором регистре 13 и счетчике Ц. Сигнал с выхода элемента И 11 (фиг. 2,и) поступает на управл ющий вход первого блока 8 ло- гических ключей и разрешает перепись содержимого счетчика 4 в первый регистр 5, с выхода которого результат измерени  проходит на индикатор 6. Точность сравнени  кодов в цифровом компараторе 14 может задаватьс  исключением из процесса сравнени  младших разр дов и подбираетс  опытным путем.

В случае воздействи  артефактов .(фиг. 2) (под артефактами понимает с  по вление ложных сигналов с датчика 1 пульса, например, при движении человека или животного, стрессовых ситуаци х у животных на ферме и др.) привод щих к однократному изменению длительности одной пульсовой волны, например, ее увеличению (фиг. 2,а), в счетчике 4 сформируетс  отличное от действительного значение частоты пульса (фиг. 2,д). В этом случае коды чисел, поступающие со счетчика 4 и с второго регистра 13 на входы цифрового компаратора 14, оказываютс  неравными (фиг. 2,е). В результате сравнени  кодов на выходе цифрового компаратора 14 по витс  уровень логической единицы, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 15 - логический нуль (фиг. 2,ж), который запрещает пере- пись содержимого счетчика 4 в первый регистр 5 в момент прихода импульса с элемента 10 задержки (фиг. 2,з,и). Аномальное значение частоты пульса не регистрируетс , а на индикаторе 6

воспроизводитс  значение, полученное в предыдущем цикле.

В следующий пульсовой цикл аномальное значение ритма сердца перепиQ 0 5

0 ,. о 0

5

сываетс  во второй регистр 13. При этом в результате сравнени  кодов чисел в цифровом компараторе 14 на выходе элемента И 11 разрешающий сигнал на перепись текущей информации со счетчика 4 через первый блок 8 логических ключей в первый регистр 5 не вырабатываетс  (фиг. 2,и). Итак, при по влении одного аномального периода пульса из регистрации исключаетс  два периода пульса (фиг. 2,ж, з,и), а индикатор 6 воспроизводит предыдущий нормальный результат измерени .

Принципиальна  электрическа  схема делител  7 и счетчика 4 функционирует следующим образом (фиг. 5).

Импульсом с первого выхода формировател  9 импульса сброса (фиг. 2,г) счетчики, собранные на микросхемах DD1, устанавливаютс  в исходное состо ние , после чего с второго выхода формировател  2 импульсов на вход Т1 начинают поступать импульсы частотой 1 кГц в течение пульсовой длительности . После окончани  пачки импульсов в счетчиках DD1 сформируетс  код числа N,соответствующий пульсовой длительности. Импульсом, сформированным на втором выходе формировател  9 импульса сброса (фиг. 2,в), по входу РЕ производитс  начальна  установка счетчиков на DD2 (происходит перезапись содержимого счетчиков на DD1. в счетчики на DD2) и сброс по входу R счетчиков на DD3. С этого момента на вход -1 первого счетчика на DD2 начинают поступать импульсы с частотой 6 МГц с генератора 3. Счетчики на DD2 работают в режиме вычитани , то есть записанное число N импульсами генератора 3 уменьшаетс  до нул . В момент обнулени  последнего счетчика DD2 с его выхода 0 на счетный вход Т1 первого счетчика на DD3 проходит и .записываетс  один импульс и одновременно в счетчики на DD2 вновь вводитс  код числа N со счетчиков на DD1. Процесс повтор етс  столько раз, сколько значений N укладываетс  в 60000 импульсов , следующих в течение времени 0,ОТс с генератора 3, то есть осуществл етс  операци  делени  60000/N и результат записываетс  в счетчиках на DD3.

Таким образом предложенное устройство позвол ет повысить точность

измерени  частоты пульса за счет ис- ключений аномальных значений, возникающих в услови х воздействи  артефактов , что особенно важно при осреднении результатов измерений за определенный промежуток времени или за определенное число периодов пульса, когда аномальные значени  ритма сердца могут в значительной степени исказить результат измерени . 1

Положительный эффект от использовани  изобретени  выражаетс  в повышении объективности контрол  состо ни  сердечно-сосудистой системы человека и животного.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Измеритель частоты пульса, содержащий последовательно соединенные датчик пульса, формирователь импульсов и генератор, а также счетчик и первый регистр, соединенный с индикатором , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  за счет уменьшени  вли ни  артефактов, в него введены делитель,

   счетный вход которого соединен с выходом генератора,а выход - со счетным входом счетчика, первый блок логических ключей, выходы которого соединены с входами первого регистра, формирователь импульсов сброса, первый выход которого соединен с входом сброса делител , а второй выход - с

   0 входами начальной установки делител  и счетчика, последовательно соединенные элемент задержки и элемент И и последовательно соединенные второй блок логических ключей, второй ре5 гистр, цифровой компаратор, вторые входы которого подключены к сигнальным входам первого и второго блоков логических ключей и выходу счетчика, и элемент ИЛИ-НЕ, выход которого сое0 динен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к входу управлени  первого блока логических ключей, при этом вход элемента задержки соединен с входом управлени 

   5 второго блока логических ключей, с входом формировател  импульсов сброса и с первым входом формировател  импульсов , второй выход которого сое- динен с входом установки делител .