Устройство для измерения объемной скорости внешнего дыхания Советский патент 1991 года по МПК A61B5/08 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для исследования функций внешнего дыхания.

Цель изобретения - повышение томности измерения объемной скорости путем коррекции нелинейности преобразователя.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для измерения объемной скорости внешнего дыхания; на фиг. 2 - структурная схема алгоритма функционирования устройства; на фиг. 3 - графики зависимости выходного напряжения усилителя от входного напряжения (а) и вычисленных значений от входного напряжения (б).

Устройство содержит преобразователь 1 расхода воздуха, пневматический клапан 2, электроманометр 3, усилитель 4, коммутатор 5, АЦП 6, программируемый вычислитель 7, регистратор 8, компаратор 9, регистр 10, генератор 11. триггер 12, ЦАП 13, блок 14 потенциометров.

Алгоритм работы устройства определяется программой функционирования, хранящейся в ПЗУ вычислителя 7. Блок-схема алгоритма (фиг. 2) позволяет реализовать

программу на языке ассемблера, например микропроцессора КР58СИК80, или языке другого высокого урорня

Обозначения программных блоков: 18-началопо нажатию кнопки Сброс. 19-инициализация К580ИК55- один порт на ввод, два - на вывод, К580ИК53 - установление периода импульсов в периодическом режиме;

20- Кнопка 1 нажата :

21- Кнопка 2 нажата ;

22- режим линеаризации;

23- режим определения новой функции коррекции;

24- выдача кода коммутатора, подключающего потенциометр 12;

25- Конец преобразования АЦП

26- прием кода R с АЦП и запись в ячейку ОЗУ;

27- Все потенциометры опрошены ;

28- увеличение адреса ячейки ОЗУ, выдача кода коммутатора, следующего потенциометра;

29- вычисление Kj Rj+1/Ri;

30-запоминание К) в ячейках ОЗУ;

(Л

С

31- Режим линеаризации ;

32- Кнопка Пуск нажата (после подключения пациента к трубке);

33- выдача кода коммутатора, подключающего усилитель;

34- Конец преобразования

35- прием кода NI с АЦП и запись в ячейку ОЗУ;

36- выбор параметра Kj;

37- Переход на следующий участок аппроксимации ;

38- подсоединение к компаратору через коммутатор следующего потенциометра, включение клапана, установка триггера

в Г;

39- задержка на время установления нового значения, восстановление;

40- вычисление Ni-K) ;

41- запоминание в ОЗУ;

42- вывод на регистрирующий при- бор;

43- Режим линеаризации ;

44- Кнопка Стоп нажата ;

45- конец измерения.

Плюс обозначает Да, минус - Нет.

На графике зависимости выходного напряжения усилителя от входного напряжения (фиг. За) показаны скачки выходного напряжения в узлах аппроксимации из-за подачи нового уровня смещения.

Ма графике зависимости вычисленных значений от входного напряжения (фиг. 36) показана коррекция нелинейности тракта за счет аппроксимации кусочно-линейной фракцией. Штрихпунктиром показаны уча- стки функции с разрывом, если бы не подавался на каждом участке новый уровень смещения на усилитель.

Устройство для измерения объемной скорости внешнего дыхания может рабо- тать в двух режимах; режиме линеаризации выходной характеристики преобразователя расхода по заданным коэффициентами коррекции и режиме определения новой функции коррекции (коэффициентов коррекции) взамен предшествующей.

В режиме линеаризации выходной характеристики устройство работает следующим образом.,

В начале работы, перед измерением, по нажатию кнопки Сброс, а затем кнопки пульта управления в ячейках оперативной памяти вычислителя 7 запоминаются коды, соответствующие напряжениям, выставленным на потенциометрах блока 14 потенцио- метров. Так, сначала к аналого-цифровому преобразователю 6 через коммутатор 5 подсоединяется потенциометр 15 блока 14 и полученный код RI запоминается в ячейке оперативней памяти.

Затем последовательно к аналого-цифровому преобразователю 6 подсоединяются потенциометры 15, 17 и в ячейках запоминаются коды R2. R3... Км.где I - количество интервалов кусочно-линейной функции.

Таким образом, количество потенцио- метров блока 14 зависит от выбранного числа интервалов кусочно-линейной функции и на единицу больше этого числа.

Коэффициенты коррекции определяются путем деления кодов Ra... RM на RL Так, коэффициент первого участка характеристик определяется как Ki R2/R1, а последR| + 1 него Kj Ж -р- .

При линейной характеристике преобразователя RI R2 .. Р| тивсеК1 Ki равны единице.

Полученные частные от деления запоминаются в ячейках блока 7 и служат в даль- нейшем для коррекции результатов измерений.

После вычисления и запоминания коэффициентов коррекции производится собственно измерение и линеаризация величин объемной скорости. Эта программа начинает работать по нажагию кнопки Пуск.

При прохождении потока воздуха V через преобразователь 1 на его выходе возникает разность давлений Д Р Эта разность давлений поступает через клана i 2 на вход электроманометра 3, на выходе его появляется разность потенциалов Д, которая усиливается усилителем 4.

Выходное напряжение с усилителя i поступает через коммутатор 5 на вход аналого-цифрового преобразователя бив виде кода NI запоминается в оперативной памяти вычислителя 7.

Пуск АЦП осуществляется импульсами программного таймера. Пер иод этих импульсов определяет интервал дискретизации сигнала и составляет, например, 10 мс.

Далее текущий код NI поступает в центральный процессор вычислителя 7. По его величине определяется, на каком участке кусочно-линейной функции лежит этот отсчет.

Из ячеек оперативной памяти выбирается значение коэффициента коррекции, соответствующее данному участку. Если текущее значение переходит на следующий участок кусочно-линейной функции по сравнению с предыдущими значениями, то на усилитель 4 подается новый уровень смещения. Программируемый вычислитель 7 подает на коммутатор5 код, который подключает потенциометр данного участка функции к компаратору 9 и отключает пневматический клапан 2. На триггер 12 подается сигнал с программируемого вычислителя 7, который устанавливает триггер 12 в состояние 1. Сигнал с триггера 12 запускает регистр 10 на запись кода в регистр. С приходом каждого импульса с генератора 11 в регистр последовательно записывается код состояния компаратора 9. Первый импульс записывает в старший разряд регистра 10 состояние компаратора 9, сравнивающего напряжение на выходе усилителя 4 при перекрытом потоке воздуха и напряжение, поступающее с потенциометра данного участка. Первый же импульс сбрасывает триггер в состояние О Код с регистра поступает на ЦАП 13, и выходное напряжение с ЦАП поступает на вход смещения усилителя 4. Следующий импульс с генератора 11 записывает в следующий разряд регистра 10 состояние компаратора, определяемое уточненным значением смещения усилителя 4 и потенциометром. Каждый последующий импульс с генератора 11 приближает величину кода в регистре 10 к соответствующему напряжению на потенциометре.

Всего дл-я полной запись кода в регистр 10 с генератора 11 поступает количество импульсов, соответствующее отрядности регистра, например 12. Этот vo/i, преи фа зующийся ЦАП 13 в напряжение счечг ния будет храниться в регистре 1C до пояплепич следующего импульса на вы-од 1 трип ору 12

Затем программируемый рычислитель 7 включает клапан 2 и восстанавливав на коммутаторе 5 код. который подсоединяет усилитель 4 к АЦП 6 Затем прои.и мдится вычисление скорректированного значения по формуле (1).

Вычисленный результат N i отправляется в оперативную память и затем выдается на регистратор 8. На экран монитора выводится кривая зависимости скорости потока от времени.

Так же, как и при определении коэффициентов коррекции, описанные выше операции по измерению и линеаризации оОьемнси скорости осуществляются по командам, которые считаются с ПЗУ и преобразуются р уг рэв- ляющие сигналы в центральном процессоре вычислителя 7.

В режиме определения новой функции коррекции взамен предшествующей устройство работает следующим образом.

На преобразователь 1 расхода подается постоянный поток воздуха с эталонного генератора потока. Далее выполняется почти та же программа, что и при измерении, которая вызывается по нажатию кнопки 2м. Определяются коэффициенты коррекции, регистрируется величина потока, производится коррекция линейности по формуле (1) и результат измерений выводится на регистратор 8. Эти операции проводятся периодически, например каждые 1-2 с.

Если заданный с эталонного генератора

поток находится в диапазоне первого участка кусочно-линейной функции и на регистра- торе 8 отображается величина, не соответствующая этому потоку, то оператор, вращая потенциометр 14, изменяет код

На и коэффициент коррекции первого участка KL При этом меняется наклон первого участка характеристики, а значит, и регистрируемая величина. Изменяя поток с эталонного генератора соответственно в диапазоне

последующих участков характеристики и вращая соответствующие потенциометры, можно менять коэффициенты коррекции на этих участках.

Следовательно, проводя периодическис калибровки, можно изменять, в случае необходимости, характеристику аппроксимирующей функции.

Формула изобретения

Устройств , для измерения обьемной скорости внешнего дыхания, содержащее последовательно соединенные прг бразо- вятель расхода воздуха в перепяддлвления.

т/ектроманом- тр, усилитель, аналою цифрою и преобразователь, программируемый вычислитель и регистратор, входы которого подключены к первым выходам вычислителя, я второй выход вычислителя соединен с

управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения обьемной скорости путем коррекции нелинейности преобразователя, в него введены блок потенциометроп. коммутатор, пневматический клапан, генератор, регистр, цифро-аналоговый преобразователь, триггер и компаратор, причем выходы потенциометров и усилителя соединены через коммутатор с входом

аналого-цифрового преобразователя и первым вводом компаратора, второй вход которого подключен к выходу усилителя, а выход - к информационному входу регистра, третьи выходы программируемого вычислителя подсоединены к управляющим входам коммутатора, четвертый выхог. - к установочному входу триггера, а пятый ьыход - к управляющему входу клапана, который включен между преобразователем расхода и электроманометром, выход генератора подключен на

синхровходы триггера регистра, информа- рым входом усилителя, а выход триггера ционные выходы которого соединены через подсоединен к разрешающему входу реги- цифроаналоговый преобразователь с вто- стра.

Изобретение относится к медицинской технике и позволяет повысить точность измерения объемной скорости внешнего дыхания за счет коррекции нелинейности путем кусочно-линейной аппроксимации передаточной функции. Устройство содержит последовательно соединенные преобразователь 1 расхода воздуха в перепад давления, электроманометр 3, усилитель 4, АЦП 6, программируемый вычислитель 7 и регистратор 8, а также дополнительно введенные блок 1 потенциометров, коммутатор 5, пневматический клапан 2, генератор 11, регистр 10, ЦАП 13, триггер 12 и компаратор 9 3 ил,

иг I

зе

4J

Awr

X

Ub

Фиг.З