ЭРГОМЕТР Российский патент 2004 года по МПК A63B69/16 A63B22/08 A61H1/00 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для задания и регистрации дозированной физической нагрузки.

Известен эргометр, содержащий педальный и передаточный механизмы, нагрузочное устройство, выполненное в виде ступенчатого вариатора и диска, связанного с валом тормозного устройства, включающего электромагнитную порошковую муфту, индикаторы числа оборотов и мощности (А.С. №536828, публ. 30.11.76 г., БИ №44).

Недостатком этого устройства является ограниченные функциональные возможности, сужающие область применения.

Известен велоэргометр, содержащий механическую нагрузку, педали, тормозной диск, состоящий из двух концентрических колец, электромагнита, магнитопровода и источника питания (А.С. №997656, публ. 23.02.83, БИ №7).

Недостатком этого устройства, как и предыдущего, является ограниченные возможности использования, так как эргометры данного типа обеспечивают постоянство тормозного момента только в узком диапазоне скорости педалирования.

Наиболее близким к изобретению прототипом является эргометр, содержащий механическое нагрузочное устройство в виде электромагнитной порошковой муфты, связанной с педалями и диском, установленном на валу, ролик, соединенный с ползуном регулятора тока, электрически связанном с электромагнитной порошковой муфтой (А.С. №536828, публ. 30.11.76, БИ №44).

Однако данный эргометр имеет узкий диапазон нагрузочного момента, расширение которого необходимо для исследований пациентов разных возрастных групп и различного физического состояния.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей, снижение массы и габаритов, повышение информативности о физическом состоянии пациента.

Поставленная задача решается следующим образом.

В эргометре, содержащем механическое нагрузочное устройство в виде электромагнитной порошковой муфты, связанной с педалями и диском, индикаторы, введены первая и вторая оптронные пары, датчик силы, блок управления, выход которого подключен к входу первого усилителя мощности, выход которого подключен к входу первой оптронной пары, взаимодействующей с первой кодовой дорожкой, нанесенной на диск и образующей датчик скорости, выход которого подключен к входу второго усилителя мощности, выход которого подключен к входу источника тока, первый выход которого подключен к управляемой механической нагрузке, выход которой через ограничивающий резистор обратной связи подключен к второму входу источника тока, а датчик силы, закрепленный на механической нагрузке через генератор подключен к первому информационному входу блока управления, при этом вторая оптронная пара, взаимодействующая с второй кодовой дорожкой, нанесенной на диск, образует датчик функции движения, выход которого через усилитель-дискриминатор подключен к тахометру и второму информационному входу блока управления, к третьему информационному входу которого подключен пульсометре.

Кроме того, первая кодовая дорожка на диске нанесена в виде контрастных чередующихся кольцевых полос переменной ширины, взаимодействующих со световым потоком первой оптронной пары, а вторая кодовая дорожка на диске нанесена в виде эквидистантно расположенных радиальных контрастных полос, взаимодействующих со световым потоком второй оптронной пары.

Существенными отличиями в заявляемом техническом решении являются следующие.

Первая и вторая оптронные пары, взаимодействующие соответственно с первой и второй кодовыми дорожками, нанесенными на диск, механически связанный с электромагнитной тормозной муфтой, датчиком силы и педальным механизмом, позволяют устранить из конструкции эргометра маховик, что снижает массу и габариты, а также повышает точность и упрощает расчет производимой работы и мощности в связи с минимизацией момента инерции, выполняя при этом одновременно функции датчика скорости вращения и датчика функции движения.

Блок управления позволяет управлять работой эргометра, изменяя механическую нагрузку, отображать полученную с датчиков информацию на индикаторной панели, а также осуществлять различные функциональные преобразования: режим стабилизации мощности, торможения, режим стабилизации частоты сердечных сокращений пациента при различных режимах нагрузки и др.

Из изученной научно-технической и патентной литература автору не известно техническое решение с перечисленной совокупностью отличительных признаков, это дает основание сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критериям изобретения.

На фиг.1 представлена блок-схема эргометра. На фиг.2 - диск с нанесенными первой и второй кодовыми дорожками.

Устройство на фиг.1 содержит блок управления 1, выход которого подключен к первому усилителю 2, выход которого подключен к входу первой оптронной пары 4, взаимодействующей с первой кодовой дорожкой диска 3 и образующей с ним датчик угловой скорости, выход которого подключен к второму усилителю 8, выход которого подключен к первому входу управляемого источника тока 9, который подключен к управляемой механической нагрузке 10, выполненной в виде порошковой электромагнитной муфты, связанной с диском 3 и педалями 15, 16, нагрузка 10 через ограничивающий резистор обратной связи 11 подключена ко второму входу управляемого источника тока 9, датчик силы 12, связанный с механической нагрузкой 10, через генератор 13 подключен к первому информационному входу блока управления 1, вторая оптронная пара 5, взаимодействуя с второй кодовой дорожкой диска 3, образует датчик функции движения, выход которого через усилитель-дискриминатор 6 подключен к тахометру 7 и второму информационному входу блока управления, к третьему информационному входу которого подключен пульсометр 14.

Принцип действия эргометра основан на возможности управления тормозным моментом электромагнитной муфты, представляющую собой управляемую током механическую нагрузку, а также на использовании практически полученного, а не заданного расчетным путем значения силы торможения. Информация о силе торможения и скорости педалирования позволяет судить о работе и мощности развиваемой пациентом по преодолению силы торможения и затраченной пациентом энергии, а также корректировать нагрузку в соответствии с заданной программой.

Устройство работает следующим образом. Электрический сигнал с выхода блока управления 1, амплитуда которого пропорциональна значению тормозного момента механической нагрузки 10, поступает на вход усилителя 2, усиленный сигнал запитывает оптронную пару 4, на которой происходит модуляция светового потока, при его взаимодействии с первой кодовой дорожкой на диске 3 в зависимости от положения педалей 15 и 16 эргометра. Электрический сигнал с выхода оптронной пары 4, промодулированный кодовым диском 3, поступает на вход усилителя 8, где нормируется, усиливается до необходимых значений и дальше поступает на управляемый источник тока 9. Изменение тормозного момента на электромагнитной муфте осуществляется изменением амплитуды тока от управляемого источника 9. Стабилизация режима торможения управляемой механической нагрузки 10 осуществляется сигналом с ограничивающего резистора обратной связи 11, который поступает на вход управляемого источника тока 9. Связанный механически с нагрузкой 10 емкостной датчик силы 12 вырабатывает информационный сигнал с частотой, пропорциональной силе, развиваемой пациентом на педалях 15, 16, тормозной муфты. Этот сигнал преобразуется в электрический, который поступает на первый информационный вход блока управления 1. При вращении диска 3 на второй оптопаре 5 происходит модуляция светового потока при взаимодействии со второй кодовой дорожкой с частотой, пропорциональной скорости вращения педалей 15 и 16. Промодулированный оптический сигнал преобразуется и усиливается на усилителе-дискриминаторе 6, который подключен к тахометру 7 и второму информационному входу блока управления, для индикации значения скорости педалирования.

С пульсометра 14 на блок управления 1 поступает информация о частоте сердечных сокращений, в соответствии с которой производится управление механической нагрузкой 10.

На фиг.2 изображен кодовый диск с двумя кодовыми дорожками. Дорожка 1 нанесена в виде контрастных кольцевых полос переменной ширины. На этой дорожке происходит модуляция оптического сигнала при взаимодействии со световым потоком первой оптронной пары 4 в зависимости от пространственного положения электромагнитной тормозной муфты. Дорожка 2 нанесена на диск в виде эквидистантно расположенных (следующих через равные расстояния) радиальных контрастных полос. Здесь происходит модуляция оптического сигнала при взаимодействии со световым потоком второй оптронной пары 5 в зависимости от скорости педалирования.

В изготовленном опытном образце оптронные пары состоят из светодиодов типа АЛ 107 и фотодиодов типа ФД 265. В тормозной электромагнитной муфте в качестве порошкового компонента используется промышленно применимые ферромагнитный порошок и индустриальное масло. Блок управления 1, предназначенный для управления работой эргометра и отображения полученной информации, устанавливается в удобном для врача-оператора месте. Блок управления выполнен на базе микропроцессора КР 1821 ВМ 35 и содержит клавиатуру и панель индикации со световыми индикаторами и звуковым сигнализатором. Тахометр 7 содержит стрелочный микроамперметр на 150 МкА.

Использование эргометра позволяет задавать пациенту дозированную нагрузку в соответствии с его физическим состоянием, проводит автоматическое измерение развиваемой пациентом силы момента мощности, производимой работы, частоты сердечных сокращений, скорости педалирования, времени движения, затраченной пациентом энергии, а также точно поддерживать режим торможения по заданной программе, работать в режиме стабилизации мощности (или в режиме стабилизации частоты сердечных сокращений), увеличивать мощность торможения плавно или ступенчато.

Использование: в медицинской технике для задания и регистрации дозированной физической нагрузки. Сущность изобретения: для расширения функциональных возможностей, снижения массы и габарита, повышения информативности о физическом состоянии пациента, в эргометр введены первая 4 и вторая 5 оптронные пары, датчик силы 12, блок управления 1, выход которого подключен к входу первого усилителя мощности 2, выход которого подключен к входу первой оптронной пары 4, взаимодействующей с первой кодовой дорожкой, нанесенной на диск 3, и образующий датчик скорости, выход которого подключен к входу второго усилителя мощности 8, выход которого подключен к входу источника тока 9, первый выход которого подключен к управляемой механической нагрузке 10, выход которой через ограничивающий резистор обратной связи 11 подключен к второму входу источника тока 9, а датчик силы 12, закрепленный на механической нагрузке через генератор 13, подключен к первому информационному входу блока управления 1 при этом вторая оптронная пара 5, взаимодействующая с второй кодовой дорожкой, нанесенной на диск 3, образует датчик функции движения, выход которого через усилитель-декриминатор 16 подключен к тахометру 7 и второму информационному входу блока управления 1, к третьему информационному входу которого подключен пульсометр 14. Кроме того, первая кодовая дорожка на диске нанесена в виде контрастных чередующихся кольцевых полос переменной ширины, взаимодействующих со световым потоком первой оптронной пары, а вторая кодовая дорожка на диске нанесена в виде эквидистантно расположенных радиальных контрастных полос, взаимодействующих со световым потоком второй оптронной пары. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Эргометр, содержащий механическое нагрузочное устройство в виде электромагнитной порошковой муфты, связанной с педалями и диском, индикаторы, отличающийся тем, что в него введены первая и вторая оптронные пары, датчик силы, блок управления, выход которого подключен к входу первого усилителя мощности, выход которого подключен к входу первой оптронной пары, взаимодействующей с первой кодовой дорожкой, нанесенной на диск и образующей датчик скорости, выход которого подключен к входу второго усилителя мощности, выход которого подключен к входу источника тока, первый выход которого подключен к управляемой механической нагрузке, выход которой через ограничивающий резистор обратной связи подключен к второму входу источника тока, а датчик силы, закрепленный на механической нагрузке, через генератор подключен к первому информационному входу блока управления, при этом вторая оптронная пара, взаимодействующая с второй кодовой дорожкой, нанесенной на диск, образует датчик функции движения, выход которого через усилитель-дискриминатор подключен к тахометру и второму информационному входу блока управления, к третьему информационному входу которого подключен пульсометр. 2. Эргометр по п.1, отличающийся тем, что первая кодовая дорожка на диске нанесена в виде контрастных чередующихся кольцевых полос переменной ширины, взаимодействующих со световым потоком первой оптронной пары, а вторая кодовая дорожка на диске нанесена в виде эквидистантно расположенных радиальных контрастных полос, взаимодействующих со световым потоком второй оптронной пары.