Пульсотахометр Советский патент 1992 года по МПК A61B5/24 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к приборам для измерения частоты пульса.

Известны цифровые пульсотахометры, содержащие датчик пульса (электроды), уси- литель-детектор, центральный микропроцессор, генератор опорной частоты, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство и индикатор (дисплей) 1

Недостатком этого устройства является его сложность и большое энергопотребление, что делает его непригодным для применения в переносном варианте.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержащее последовательно соединенные датчик пульса, формирователь, одновибратор и первый триггер, выход которого подключен к генератору импульсов, соединенному с входом счетчика, вход- сброс которого подключен к выходу одновибратора, а выходы соединены с входами блока индикации, а также генератор

пилообразного напряжения, три постоянных резистора и источник опорного напряжения 2.

Недостаток известного устройства заключается в том, что для изменения времени устранения устройства необходимо изменить величину двух резисторов: в генераторе пилообразного напряжения и в рези- стивном делителе. В известном устройстве переключатель мгновенный-средний двухсекционный. Однако в медицинской практике часто возникает необходимость изменить время усреднения не дискретно, а плавно, в течение процесса измерения частоты пульса в зависимости от ряда факторов: ритмичности частоты пульса, величины физической нагрузки, цели исследования и т.д. Очевидно, что обеспечить одновременное точное и плавное изменение величины двух резисторов в большом диапазоне в известном устройстве достаточно сложно.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

(Л

С

vj

4 О 00 00

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой пульсотахометр дополнительно введены второй триггер, ключ, схема И, повторитель, аналоговый коммутатор с де- ч шифратором, интегратор тока, нуль-орган, переменный резистор и конденсатор, причем выход генератора пилообразного напряжения, ключ, первый постоянный резистор, переменный резистор и повторитель соединены последовательно, управляющий вход ключа соединен с выходом одновибратора и установочным входом второго триггера, к входу повторителя подключена также первая обкладка конденсатора, вторая обкладка конденсатора заземлена, первый и второй входы аналогового коммутатора с дешифратором соединены и через второй постоянный резистор подключены к выходу нуль-органа и установочному входу первого триггера, вход Д которого подключен к напряжению логической единицы, третий вход аналогового коммутатора с дешифратором соединен с источником опорного напряжения, а четвертый вход - с выходом повторителя, выход переполнения счетчика соединен со счетным входом второго триггера, вход Д которого подключен к напряжению логического нуля, а выход - к первым входам схемы И и дешифратора аналогового коммутатора, вторые входы схемы И и дешифратора аналогового коммутатора соединены с выходом первого триггера, выход схемы И подключен к входу установки генератора пилообразного напряжения, первый и второй выходы аналогового коммутатора с дешифратором через интегратор подключены к входу нуль-органа и через третий постоянный резистор - к своим третьему и четвертому выходам,

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого цифрового пульсотахометра; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Пульсотахометр содержит датчик пульса 1, формирователь 2, одновибратор 3, триггеры 4 и 5, ключ 6, генератор пилообразного напряжения 7. схему И 8, повторитель 9, аналоговый коммутатор с дешифратором 10, интегратор тока 11, нуль- орган 12, генератор импульсов 13, счетчик результата 14, индикатор 15, постоянные резисторы 16, 17,18, переменный резистор 19, конденсатор 20, источник опорного напряжения отрицательной полярности 21. Предлагаемый цифровой пульсотахо- метр работает в режиме измерения мгно- венного и среднего значения частоты пульса. Сигнал пульса, получаемый на выходе датчика пульса 1, преобразуется формирователем 2 в прямоугольные импульсы,

следующие с частотой пульса. Эти импульсы запускают одновибратор 3, длительность импульса которого намного меньше минимального периода пульса., Выходной импульс одновибратора 3 включает на время своей длительности ключ 6, устанавливает в Г триггер 4 и устанавливает в О счетчик результата 14. Задний фронт импульса одновибратора 3 устанавливает по вход-сбросу в Г триггер 5.

Во время действия импульса одновибратора 3 положительное напряжение на конденсаторе 20 стремится по экспоненциальному закону к уровню положительного,

напряжения на выходе генератора пилообразного напряжения 7 за счет тока по цепи: генератор 7, открытый ключ б, резисторы 17, 19. Если величина резистора 19 равна нулю, то за время длительности импульса одновибратора 3 напряжение на конденсаторе 20 становится равным напряжению на выходе генератора пилообразного напряжения 7. В случае, если величина резистора 19 не равна нулю, а частота входного сигнала изменилась, то напряжение на конденсаторе 20 достигнет нового значения напряжения на выходе генератора пилообразного напряжения 7 за несколько импульсов одно- вибратора 3. Так как во время длительности

импульса одновибратора 3 триггер 4 находится в состоянии 1, а триггер 5 - в состоянии О, то в аналоговом коммутаторе с дешифратором 10 замкнут ключ с адресом 10. При этом напряжение на выходе нульоргана 12 равно нулю и напряжение на выходе интегратора тока также равно нулю (меньше порога срабатывания нуль-органа 12). После окончания импульса одновибратора 3 триггеры 4 и 5 находятся в состоянии

1, воздействуют на входы схемы И 8, выход которой устанавливает генератор пилообразного напряжения 7 в исходное состояние, т.е. в состояние, когда его выходное напряжение равно нулю. Кроме

этого после окончания импульса одновибратора 3 и установки триггера 5 и состояние 1 открывается генератор импульсов 13 и замыкается ключ с адресом 11 в коммутаторе 10. При этом начинается подсчет числа

импульсов счетчиком результата 7 и линейный рост напряжения на выходе интегратора тока 11 за счет тока, протекающего через резистор 16 от источника опорного напряжения отрицательной полярности 21. По истечении некоторого постоянного времени, определяемого частотой генератора импульсов 13 и полной емкостью счетчика результата 14, возникает импульс переполнения, который возвращает триггер

4 в состояние О по счетному входу. При

этом в аналоговом коммутаторе с дешифратором 10 ключ с адресом 11 размыкается, а ключ с адресом ОГ замыкается, схема И 8 прекращает удерживать генератор пилообразного напряжения 7 в исходном со- стоянии и на выходе последнего начинается формирование линейно нарастающего напряжения, пропорционального периоду сигнала пульса. С момента замыкания ключа с адресом 01 в аналоговом коммутаторе с дешифратором 10, начинается линейное падение выходного напряжения интегратора тока 11, со скоростью, определяемой величиной положительного напряжения на конденсаторе 20. Счетчик результата 14 продолжает счет, так как триггер 5 еще находится в состоянии 1. Когда напряжение на выходе интегратора тока 11 достигнет нуля, нуль-орган 12 сработает и установит триггер 5 в состояние О по установочному входу. При этом генератор импульсов 13 прекратит свою работу, а в аналоговом коммутаторе с дешифратором 10 замкнется ключ с адресом 00. В счетчике результата 14 будет зафиксирован результат измере- ния, а интегратор тока 11 совместно с нуль- органом 12 перейдет в режим установки нуля черкез резистор 18.

Изложенное можно подтвердить следующими доводами. Напряжение Ui-пн на вы- ходе генератора пилообразного напряжения 7 к моменту очередного срабатывания формирователя 2, т.е. за период пульса Тх, равно игпн кТх,(1)

где к - коэффициент пропорциональности.

Длительность прямого хода интегратора тока 11 (интервал tr-ta фиг. 2) ТПх опреде- Мсч

ляется Тпх

fr

(2),

Unx

Rie Cv

(3),

где Меч - емкость счетчика результата 14, fr - частота сигнала генератора импульсов 13.

За время прямого хода Тпх напряжение на выходе интегратора тока 11 достигнет величины Unx, определяемой как Тпх Uon

где Uon - напряжение опорного источника 22, Rie- величина сопротивления резистора 16, Синт - емкость конденсатора интегратора тока 11.

Длительность обратного хода Т0х интегратора тока 11 определяется из выражения, аналогичного выражению (3) для прямого хода

Rie Синт Uox(U )

охГ-. /

UPOBT

где Uox Unx - напряжение но выходе интегратора тока 11, с которого начинается обратный ход, UROBT - напряжение на выходе повторителя 9, определяющее скорость спадания напряжения на выходе интегратора тока 11. В случае Rig - 0, напряжение 1)гпн Uncut - кТх. Подставляя в (4) Unx - Uox из (3) и Тпх из (2), получим

т Riet и°п Nc4

Rl6 UnOBT fr

(5)

Результат измерения равен числу импульсов, пбступивших в счетчик результата 14 за время обратного хода интегратора тока 11 (т.е. после импульса переполнения).

U

оп

UnOBT

Nc

(6)

для случая Ri9 О

NUon . .1 рез + NCM

С)

51015 20 25

30

35

40

45

50 55

Как видно из (7) результат измерения зависит только от стабильности источника опорного напряжения, а стабильность резисторов и конденсаторов не влияет на конечный результат измерения.

В режиме измерения мгновенного пульса (Rig 0) постоянная времени цепи заряда (разряда) конденсатора 20 (Ri Сзо) значительно меньше длительности импульса одновибратора 3, что позволяет практически точно отслеживать изменения напряжения на выходе генератора пилообразного напряжения 7 конденсатором 20.

В режиме усреднения, когда величина Rig не равна нулю, постоянная времени заряда (разряда) конденсатора 20, равная (Ri + Rig) C20 достаточно велика и изменения напряжения на выходе генератора 7 в каждом периоде не успевают полностью отсле- живаться конденсатором 20, т.е. происходит сглаживание разброса периодов входного сигнала. Причем время усреднения (степень сглаживания) регулируется одним переменным резистором 19 непосредственно в процессе проведения измерения частоты пульса.

Формула изобретения

Пульсотахометр, содержащий последовательно соединенные датчик пульса, формирователь, одновибратор и первый триггер, выход которого подключен к генератору импульсов, соединенному с в пдом счетчика вход сброса которого подключен к выходу одновибратора, а выходы соо.чинемы с входами блока индикации, а также генератор пилообразного напряжения, три постоянных резистора и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений пу- тем регулирования времени усреднения значения частоты пульса в него введены второй триггер, ключ, элемент И, повторитель, аналоговый коммутатор с дешифратором, интегратор, нуль-орган и регулируемый интегратор, причем выход генератора пилообразного напряжения, ключ, первый постоянный резистор, регулируемый интегратор и повторитель соединены последовательно, управляющий вход ключа соединен с выходом одновибратора, первый и второй входы аналогового коммутатора с дешифратором соединены и через второй постоянный резистор подключены к выходу нуль-органа и установочному входу

первого триггера, D вход которого является входом сигнала логической единицы, третий вход аналогового коммутатора с дешифратором соединен с источником опорного напряжения, а четвертый вход - с выходом повторителя, выход переполнения счетчика соединен со счетным входом второго триггера, D-вход которого подключен к напряжению логического нуля, а выход - к первым входам элемента И и дешифратора аналогового коммутатора, вторые входы элемента И и дешифратора аналогового коммутатора соединены с выходом первого триггера, выход элемента И подключен к входу установки генератора пилообразного напряжения, первый и второй выходы аналогового коммутатора с дешифратором через интегратор подключены к входу нуль-органа и через третий постоянный резистор - к своим третьему и четвертому выходам.

Пульсотахометр относится к медицинской технике, а именно к приборам для измерения частоты пульса. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет плавного регулирования времени усреднения значения частоты пульса. Поставленная цель достигается тем, что в пульсотахометр дополнительно введены: второй триггер 4, ключ 6, схема И, повторитель, аналоговый коммутатор с дешифратором, интегратор 11 регулируемый интегратор 19. Пульсотахометр работает в режиме измерения мгновенного и среднего значения частоты пульса 2 ил.

Фие.1

//1 /

+ Лог. /

Вых.З