ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ СРЕДЫ В ЕМКОСТИ С ЭЛАСТИЧНЫМИ СТЕНКАМИ И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ СРЕДЫ Российский патент 2001 года по МПК G01L23/00 G01L11/00 G01F23/00 G01L7/08 

Настоящее изобретение относится к области измерительной техники, а более точно - к датчику давления среды в емкости с эластичными стенками, к способу измерения давления указанным датчиком и к способу измерения давления крови в кровеносном сосуде.

Указанный датчик может быть использован для измерения статического и динамического давления жидкости, газа, псевдоожиженных порошкообразных сред в эластичном канале, в трубопроводе, в сосудах организма без вскрытия стенки сосуда или емкости, а также осуществлять диагностику сердечно-сосудистой системы по пульсовой волне, включая определение нарушения сердечного ритма, частоту пульса, пульсовое давление, максимальную интенсивность выброса крови из левого желудочка, время изгнания левого желудочка, параметры работы аортального клапана, индекс эластичности магистральных сосудов, физиологический возраст магистральных сосудов, одновременное исследование электрической активности сердечной мышцы и механической работы сердца и сосудов в реальном масштабе времени.

Наиболее близким техническим решением является датчик давления среды, содержащий корпус, на торце которого выполнена выемка и закреплена мембрана, имеющая зеркальную отражающую поверхность, обращенную к волоконно- оптическому преобразователю-зонду перемещений мембраны, имеющему излучающие и приемные световоды и закрепленному в канале корпуса с зазором относительно мембраны (см., например, патент США 3580082, 1969 г.).

В указанном датчике оптические волокна направляют коллимированный свет на мембрану, которая его отражает. В непосредственной близости от светонаправляющих волокон размещены принимающие свет волокна, которые подключены к блоку измерения интенсивности света. При отклонении мембраны изменяется направление отраженного света, следовательно изменяется количество света, попадающего на принимающие свет волокна. Результирующее изменение интенсивности света передается на измерительный блок и служит мерой отклонения мембраны, т.е. давления, оказываемого на мембрану.

Указанный датчик не позволяет осуществлять измерение статического и динамического давления жидкости, газа, псевдоожиженных порошкообразных сред в эластичном канале, в трубопроводе, в сосудах с эластичными стенками без вскрытия стенки сосуда или емкости.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания датчика параметров давления среды в емкости с эластичными стенками, который позволил бы осуществлять замеры статического и динамического давления жидкости, газа, псевдоожиженных порошкообразных сред в эластичном канале, в трубопроводе, в сосудах организма без вскрытия стенки сосуда или емкости, а также осуществлять диагностику сердечно-сосудистой системы по пульсовой волне, включая определение нарушения сердечного ритма, частоту пульса, пульсовое давление, максимальную интенсивность выброса крови из левого желудочка, время изгнания левого желудочка, параметры работы аортального клапана, индекс эластичности магистральных сосудов, физиологический возраст магистральных сосудов, одновременное исследование электрической активности сердечной мышцы и механической работы сердца и сосудов в реальном масштабе времени.

Поставленная задача решается тем, что датчик давления среды в емкости с эластичными стенками, содержащий корпус, на торце которого выполнена выемка и закреплена мембрана, имеющая зеркальную отражающую поверхность, обращенную к волоконно- оптическому преобразователю-зонду перемещений мембраны, имеющему излучающие и приемные световоды и закрепленному в канале корпуса с зазором относительно мембраны, согласно изобретению содержит кожух, выполненный из материала, твердость которого существенно больше твердости эластичной стенки емкости, жестко закрепленный на корпусе коаксиально с корпусом так, что выступает за корпус и образует выступ, длина которого равна или больше определяющего размера корпуса, при этом со стороны выступа на мембране коаксиально закреплен осесимметричный индентор, длина которого приблизительно равна длине выступа кожуха, так что торец индентора и торец выступа предназначены для контактирования с эластичной стенкой емкости.

Полезно, чтобы кожух был размещен на корпусе с возможностью изменения своего положения вдоль продольной оси корпуса для изменения длины выступа.

Выгодно, чтобы кожух был закреплен на корпусе посредством резьбового соединения.

Полезно также, чтобы кожух был закреплен на корпусе посредством цангового соединения.

Целесообразно, чтобы индентор был выполнен из материала, твердость которого существенно больше твердости эластичной стенки емкости.

Полезно, чтобы индентор был закреплен на мембране посредством клея, который при схватывании сохраняет упругие свойства.

Поставленная задача решается также тем, что в способе измерения давления среды в емкости с эластичными стенками согласно изобретению прижимают датчик давления к стенке сосуда, эластичность которой в 10 и более раз больше эластичности мембраны, при этом торец индентора и торец выступа контактируют с эластичной стенкой емкости и обеспечивают прогиб мембраны в заданном диапазоне, измеряют изменение величины зазора между мембраной и торцем волоконно-оптического преобразователя-зонда, преобразуют изменение величины зазора между мембраной и торцем волоконно-оптического преобразователя-зонда в изменение отраженного светового потока, пропорционального изменению давления в емкости.

Поставленная задача решается также тем, что в способе измерения давления крови в кровеносном сосуде согласно изобретению прижимают датчик давления к коже пациента над кровеносным сосудом, эластичность которого в 10 раз и более больше эластичности мембраны, при этом торец индентора и торец выступа неинвазивно контактируют с эластичной стенкой кровеносного сосуда через кожу и обеспечивают прогиб мембраны в заданном диапазоне, измеряют изменение величины зазора между мембраной и торцем волоконно-оптического преобразователя-зонда, преобразуют изменение величины зазора между мембраной и торцем волоконно-оптического преобразователя-зонда в изменение отраженного светового потока, пропорционального изменению давления в кровеносном сосуде, преобразуют величину изменения отраженного светового потока в пульсовую волну, по которой согласно программе осуществляют диагностику сердечно-сосудистой системы и стрессового состояния организма.

Целесообразно, чтобы при диагностике сердечно-сосудистой системы по пульсовой волне определяли нарушения сердечного ритма, частоту пульса, пульсовое давление, максимальную интенсивность выброса крови из левого желудочка, время изгнания левого желудочка, параметры работы аортального клапана, индекс эластичности магистральных сосудов, физиологический возраст магистральных сосудов.

Полезно, чтобы для определения статического артериального давления устанавливали дополнительный информационный канал измерения ЭКГ, определяли фазовый сдвиг между сигналом ЭКГ и пульсовой волной и посредством компьютера по заданному алгоритму определяли статическое артериальное давление и скорость пульсовой волны.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает датчик давления среды (продольный разрез) согласно изобретению;
фиг. 2 - блок-схему устройства для измерения давления среды согласно изобретению;
фиг. 3 - диаграмму пульсовой волны согласно изобретению.

Датчик давления среды в емкости с эластичными стенками содержит корпус 1 (фиг. 1), на торце 2 которого выполнена выемка 3 и закреплена мембрана 4. Мембрана 4 имеет зеркальную отражающую поверхность 5, обращенную к волоконно-оптическому преобразователю-зонду 6 перемещений мембраны. Преобразователь-зонд 6 имеет излучающие и приемные световоды 7, 8 и закреплен в канале 9 корпуса 1 с зазором 10 относительно мембраны 4.

Датчик давления содержит также кожух 11, выполненный из материала, твердость которого существенно больше твердости эластичной стенки емкости 12. Кожух 11 закреплен на корпусе 1 коаксиально с корпусом 1 так, что выступает за корпус 1 и образует выступ 13, длина которого равна или больше размера корпуса 1.

При этом со стороны выступа 13 на мембране 4 коаксиально закреплен осесимметричный индентор 14, длина которого равна длине выступа 13 кожуха 11, так что торец индентора 14 и торец выступа 13 предназначены для контактирования с эластичной стенкой емкости.

Кожух 11 размещен на корпусе с возможностью изменения своего положения вдоль продольной оси корпуса для изменения длины выступа. Возможны различные варианты закрепления кожуха на корпусе.

В описываемом варианте кожух 11 закреплен на корпусе 1 посредством резьбового соединения. Возможен вариант, когда кожух 11 закреплен на корпусе 1 посредством цангового соединения.

Индентор 14 выполнен из материала, твердость которого больше твердости эластичной стенки емкости 12. Индентор 14 закреплен на мембране 4 посредством клея, который при схватывании сохраняет упругие свойства.

Способ измерения давления среды в емкости с эластичными стенками осуществляется следующим образом.

Предварительно датчик 15 (фиг. 2) калибруют в зависимости от упругости материала стенки.

Прижимают датчик 15 давления к стенке 12 (фиг. 1) эластичного сосуда, эластичность которого в 10 раз и более больше эластичности мембраны 4. При этом торец индентора 14 и торец выступа 13 контактируют с эластичной стенкой емкости 12 и обеспечивают прогиб мембраны 4 в заданном диапазоне.

Усиливают сигнал на усилителе 16 (фиг. 2), преобразуют сигнал на аналого-цифровом преобразователе 17 и через блок 18 гальванической развязки подают в системный блок 18 компьютера, после чего выводят на дисплей 20.

Измеряют изменение величины зазора 10 (фиг. 1) между мембраной 4 и торцем волоконно-оптического преобразователя-зонда 6.

Преобразуют изменение величины зазора между мембраной 4 и торцем волоконно-оптического преобразователя-зонда 6 в изменение отраженного светового потока пропорционального изменению давления в емкости.

Способ измерения давления крови в кровеносном сосуде осуществляют следующим образом.

Прижимают датчик 15 давления к коже пациента над кровеносным сосудом, эластичность которого в 10 раз и более больше эластичности мембраны 4. При этом торец индентора 14 и торец выступа 13 неинвазивно контактируют с эластичной стенкой кровеносного сосуда через кожу и обеспечивают прогиб мембраны 4 в заданном диапазоне.

Измеряют изменение величины зазора между мембраной 4 и торцем волоконно-оптического преобразователя-зонда 6. Преобразуют изменение величины зазора между мембраной 4 и торцем волоконно-оптического преобразователя-зонда 6 в изменение отраженного светового потока пропорционального изменению давления в кровеносном сосуде. Преобразуют величину изменения отраженного светового потока в пульсовую волну (фиг. 3), по которой согласно разработанной программе осуществляют диагностику сердечно-сосудистой системы и стрессового состояния организма. На фиг. 3 показана диаграмма изменения давления в кровеносном сосуде в такт ударам сердца, где по оси абсцисс отложено время t (сек), а по оси ординат - давление p (мм рт.ст.) крови. При этом на 1 и 11 участках показана диаграмма нормальной пульсовой волны, а на участке 111 имеется отклонение от нормы - экстрасистола.

При диагностике сердечно-сосудистой системы по пульсовой волне по специальному алгоритму определяют нарушения сердечного ритма, частоты пульса, пульсового давления, максимальной интенсивности выброса крови из левого желудочка, время изгнания левого желудочка, параметры работы аортального клапана, индекс эластичности магистральных сосудов, физиологический возраст магистральных сосудов.

Для определения статического артериального давления устанавливают дополнительный информационный канал измерения ЭКГ. Определяют фазовый сдвиг между сигналом ЭКГ и пульсовой волной и посредством компьютерной обработки по заданному алгоритму определяют статическое артериальное давление и скорость пульсовой волны.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчику давления среды в емкости с эластичными стенками. Датчик давления среды в емкости с эластичными стенками содержит корпус, на торце которого выполнена выемка и закреплена мембрана, имеющая зеркальную отражающую поверхность, обращенную к волоконно-оптическому преобразователю-зонду перемещений мембраны, имеющему излучающие и приемные световоды и закрепленному в канале корпуса с зазором относительно мембраны. Кожух выполнен из материала, твердость которого существенно больше твердости эластичной стенки емкости, жестко закреплен на корпусе коаксиально с корпусом так, что выступает за корпус и образует выступ, длина которого равна или больше размера корпуса. При этом со стороны выступа на мембране коаксиально закреплен осесимметричный индентор, длина которого равна длине выступа кожуха, так что торец индентора и торец выступа предназначены для контактирования с эластичной стенкой емкости. С помощью датчика возможно измерять давление среды в емкости с эластичными стенками, а также измерять давление крови в кровеносном сосуде. 3 с. и 7 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Датчик давления среды в емкости с эластичными стенками, содержащий корпус, на торце которого выполнена выемка и закреплена мембрана, имеющая зеркальную отражающую поверхность, обращенную к волоконно-оптическому преобразователю-зонду перемещений мембраны, имеющему излучающие и приемные световоды и закрепленному в канале корпуса с зазором относительно мембраны, отличающийся тем, что содержит кожух, выполненный из материала, твердость которого больше твердости эластичной стенки емкости, закрепленный на корпусе коаксиально с корпусом так, что выступает за корпус и образует выступ, длина которого равна или больше размера корпуса, при этом со стороны выступа на мембране коаксиально закреплен осесимметричный индентор, длина которого равна длине выступа кожуха, так что торец индентора и торец выступа предназначены для контактирования с эластичной стенкой емкости. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что кожух размещен на корпусе с возможностью изменения своего положения вдоль продольной оси корпуса для изменения длины выступа. 3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что кожух закреплен на корпусе посредством резьбового соединения. 4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что кожух закреплен на корпусе посредством цангового соединения. 5. Датчик по п.1, отличающийся тем, что индентор выполнен из материала, твердость которого существенно больше твердости эластичной стенки емкости. 6. Датчик по п.1, отличающийся тем, что индентор закреплен на мембране посредством клея, который при схватывании сохраняет упругие свойства. 7. Способ измерения давления среды в емкости с эластичными стенками, заключающийся в том, что прижимают датчик давления к стенке сосуда, эластичность которой в 10 и более раз больше эластичности мембраны, при этом торец индентора и торец выступа контактируют с эластичной стенкой емкости и обеспечивают прогиб мембраны в заданном диапазоне, измеряют изменение величины зазора между мембраной и торцом волоконно-оптического преобразователя-зонда, преобразуют изменение величины зазора между мембраной и торцом волоконно-оптического преобразователя-зонда в изменение отраженного светового потока, пропорционального изменению давления в емкости. 8. Способ измерения давления крови в кровеносном сосуде, заключающийся в том, что прижимают датчик давления к коже пациента над кровеносным сосудом, эластичность которого в 10 и более раз больше эластичности мембраны, при этом торец индентора и торец выступа неинвазивно контактируют с эластичной стенкой кровеносного сосуда через кожу и обеспечивают прогиб мембраны в заданном диапазоне, измеряют изменение величины зазора между мембраной и торцом волоконно-оптического преобразователя-зонда, преобразуют изменение величины зазора между мембраной и торцом волоконно-оптического преобразователя-зонда в изменение отраженного светового потока, пропорционального изменению давления в кровеносном сосуде, преобразуют величину изменения отраженного светового потока в пульсовую волну, по которой согласно программе осуществляют диагностику сердечно-сосудистой системы и стрессового состояния организма. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что при диагностике сердечно-сосудистой системы по пульсовой волне определяют нарушения сердечного ритма, частоты пульса, пульсового давления, максимальной интенсивности выброса крови из левого желудочка, времени изгнания левого желудочка, параметров работы аортального клапана, индекс эластичности магистральных сосудов и физиологический возраст магистральных сосудов. 10. Способ по п.8, отличающийся тем, что для определения статического артериального давления устанавливают дополнительный информационный канал измерения ЭКГ, определяют фазовый сдвиг между сигналом ЭКГ и пульсовой волной и посредством компьютерной обработки по заданному алгоритму определяют статическое артериальное давление и скорость пульсовой волны.