Устройство для измерения частоты дыхания Советский патент 1977 года по МПК A61B5/08 

1

Изобретение относится к медицинской диагностической технике и может быть использовано при исследовании и контроле функции внешнего дыхания в клинической и физиологической медицине, биологии, авиации и космонавтике, спорте, охране и гигиене труда.

Известно устройство для измерения частоты дыхания, содержащее датчик дыхания и электрическую схему измерения, состоящую из усилителя, триггера, формирователя импульсов сброса, счетчика импульсов, трехвходовой схемы И, схемы ИЛИ, интегратора и компаратора l .

Однако такое устройство из-за больших габаритов, веса и энергопотребления находит ограниченное применение для исследования частоты дыхания в условиях подвижности испытуемого. Кроме того, запуск осуществляется ручным способом, что представляет значительное неудобство в работе с индикатором.

Целью изобретения является обеспечение измерений в условиях подвижности испытуемого и биологическое управление процессом измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство имеет генератор пилообразного напряжения и формирователь постоянного интервала времени, причем

один из выходов триггера имеет три связи, первая из которых- с входом формирователя импульсов сброса, выход которого соединен со сбросовой цепью счетчика импульсов, входом формирователя постоянного интервала времени и вторым входом трехвходовой схемы И, вторая связь - с входом интегратора, выход которого соединен с опорным входом компаратора, и третья связь - с третьим входом трехвходовой схемы И, выход которой соединен со сбросовой цепью интегратора, выход формирователя постоянного интервала времени соединен с первым входом трехвходовой схемы И и через схему ИЛИ со сбросовой цепьюгенератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом компаратора, выход последнего соединен с входом счетчика импульсов и через схему ИЛИ со сбросовой цепью генератора пилообразного напряжения.

На фиг.1 изображена структурная.схема устройства для измерения частоты дыхания, на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит датчик 1 дыхания предназначенный для преобразования дыхательного процесса в электрический

Сигнал, выход которого соединен с рчодом усилителя .2, усиливающим до ограничения сигнсш дыхания, выход усилителя

2соединен со счетным вход:,ом триггера

3, формирующего временный интервал, пропорциональный длительности дыхательного цикла. Один из выходов триггера

3соединен с входом интегратора 4, осуществляющего преобразование временного интервала, формируемого триггером 3, в пропорционёшьное напряжение, с формирователем 5 для выработки импулй,са сброса выходного счетчика б в нуль,

с третьим входом трехвходовой схемы 7 И, обеспечивающей управление сбросом интегратора 4 в нуль и его блокировку

Выход формирователя 5 соединен со сбросовой цепью счетчика 6, со вторым входом схемы 7 И и с запускающим входом формирователя 8 постоянного интервала времени. Выход формирователя 8 соединен с первым входом схемы 7 .И и через схему 9 ИЛИ со сбросовой цепью генератора 10 пилообразного напряжения. Входы компаратора 11 соединены с выходом интегратора 4 и с выходом генератора 10, а его выход через схему 9 ИЛИ соединен со сбросовой цепью генератора 10 и со счетным входом счетчика 6, генератор 10 вместе с компаратором 11 предназначены для преобразования выходного напряжения интегратора 4 в обратно пропорциональную цифровую величину - частоту дыхания в 1 NMH.

Устройство работает следующим образо

Электрический сигнал,.снимаемый с датчика 1 дыхания и условно cooTBetствующий в интервалах времени to- -tj; 1, (фиг.2,а1 фазе дыхания -вдо ху, а в интервалах tj- t и ts tg-фазе - выдоху, усиливается и oгpaн lивaeтся усилителем 2 (фиг.2,б).

Фронтом ограниченного сигнала дыхания в моменты t , tj, и tj переключается триггер 3 (фиг.2,в), длительность выходных импульсов которого пропорциональна длительности дыхательного цикла.

Устройство работает в два такта. Первый и второй такты соответствуют первому И второму циклу дыхания и нахолятся соответственно в интервалах

времени (to) ч 2(

Во время первого такта интегратор 4 преобразует длительность выходного импульса триггера 3 в напряжение, пропорциональное длительности дыхательного цикла (фиг.2,г). В момент времени tj по окончании первого цикла дыхания, то есть первого такта, триггер 3 тереключается и нулевым потенциалом выхода обеспечивает интегратору 4 рожим хранение и запускает формирователь 5, импульс которого сбрасывает счетчик 6 импульсов в нуль (фиг.2,д). Задний фронт импульса сброса формирователя 5 осуществляет также запуск ФормирователЙ 8 постоянного интервала времени, который сформирует импульс положитель ной полярности (фиг.2,е), снимающий блокировку с генератора 10 пилообразного напряжения. В момент времениi, соответствующий моменту снятия блокировки, генератор 10 Начинает формировать Линейно растущее напряжение, достигеиощеё уровня вы.ходного напряжения интегратора ЧФиг. 2,и) Это обеспечивается тем, что выходные напряжения интегратора 4 и генератора 10 пилообразного напряжения, поступающие на опорный и сигнальный входы компаратора 11, обуславливают его срабатывание в момен их равенства. Компаратор 11 вырабатывает короткий импульс (фиг.2,к)/который поступает в счетчик б и запоминается им, а также через схему 9 ИЛИ поступает на блокировочный вход генератора 10 пилообразного напряжения и осуществляет сброс линайно растущего напряжения.

Таким образом, на выходе генератора 10 будет сформирован один зубец пилообразного напряжения. По истечении . действия импульса компаратора 11 генертор 10 начнет снова формировать линейно растущее напряжений до момента срабатывания компаратора 11.

Частота срабатывания компаратора находится в обратно пропорциональной зависимости от уровня выходного напряжения интегратора 4, Из фиг. 2,и следует, чт

U)

и

Выи ИНТ,

-

tg- i

- длительность пилообразного напряжения, равная периоду следования импульсов компаратора 11) :

выходное напряжение интегратора 4, пропорциональное длитель- ности дыхательного цикла; угол нарастания пилообразного напряжения генератора 10.

и - к т

(2) Выи.имт. t дых

где коэффициент пропорциональности;

АШХ.- длительность цикла дыхания. Частота следования импульсов компаратора 11 (f ) выражается зависимостью

tgoc

(3)

и

Так как tg-ci ConsbK , то число импульсов (п ) компаратора за время работы генератора пилообразного напряжения (Т) определяется из соотношения

к, .т-к, n.r.i.. ,(4,

«ЫХ.МН1. l ДЫ где Т - длительность постоянного временного интервала. Если т выбрать пропорциональным минутному интервалу времени с коэффициен том пропорциональности -i- , то выражение С примет вид i Подставляя (5) в (4) , получаем число импульсов компаратора г соответствующее частоте дыхания в 1 мин. 60 По окончании действия постоянного временного интервала в момент времени 4 генератор 10 блокируется нулевым потенциалом, снимаемым с выхода формирователя 8 через схему 9 ИЛИ. В интервал времени (i - t) потенциалы, при ложенные ко входам схемы 7 И с выходов триггера 3 и формирователей 5 и 8, при нимают нулевое значение, и схема 7 и получает разрешение; и блокирует интегратор 4 до момента времени tg( фиг. 2,жифиг.2,г). В момент времени t происходит смена фазы дыхания, сигнал которой, снимаемый с выхода усилителя 2, переключает триггер 3, в связи с чем на его выходе устанавливается положительный потенциал, накладывающий запрет на схему 7 И, при этом блокировка с интегратора 4 снимается и начинается цикл измерения длительности дыхания за первый такт. За второй такт происходит запуск устройства процессом дыхания, устройство получает биологическое управление обеспечивая преобразование длительности дыхательного цикла в частоту дыхания в 1 мин по принципу, описанному выше. Мгновенное значение частоты дыхания индицируется непрерывно в- цифровом виде счетчика 6. Экономическая эффективность устройства состоит в том, что оно содержит в 6,6 раза меньшее количество функциональных элементов при обеспечении высокой точности измерения частоты дыхания и биологического управления процес сом измерения, что уменьшает потребление электроэнергии, вес и габариты. В связи с этим, устройство можно выполнить в виде компактного, портативно го прибора, переносимого испытуемым, и использовать в медицине, биологии, хране и гигиене труда, спорте, авиации космонавтике, а также в монтированы истемах для наблюдения за состоянием яжелобольных, в аппаратах искусственой вентиляции легких, а также в аппаатуре для контроля дыхания у водолазоь. Биологическое управление процессом змерения упрощает труд исследователя, позволяет автоматизировать исследоваие функции дыхания, а также использовать выходной число-импульсный код стройства для стыковки с аппаратурой биорадиотелеметрии. . Формула изобретения Устройство для измерения частоты дыхания, содержащее датчик дыхания и электрическую схему измерения, состоящую из усилителя, триггера, формирователя импульсов сброса, счетчика импульсов , трехвходовой схемы И , схемы ИЛИ , интегратора и компаратора, о тличающееся тем, что , с целью обеспечения измерений в условиях подвижности пациента и биологического управления процессом измерения, оно снабжено генератором пилообразного напряжения и формирователем постоянного интервала времени, причем один из выходов триггера имеет три связи, первая из которых - с входом формирователя импульсов сброса, выход которого, соединен со сбросовой цепью счетчика импульсов, входом формирователя пос-тоянного интервала времени и вторым входом трехвходовой схемы И , вторая связь - с входом интегратора, выход которого соединен с опорным входом компаратора, и третья связь - с третьим входом трехвходовой схемы И , выход которой соединен со сбросовой цепью интегратора, выход формирователя постоянного интервала времени соединен с первым входом трехвходовой схемы И и через схему ИЛИ со сбросовой цепью генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом компаратора, выход последнего соединен с входом счетчика импульсов и через схему ИЛИ со сбросовой цепью генератора пилообразного напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе; 1. Авторское свидетельство 288844, кл. А 61 В 5/08,1972.

HI

S4Wn

оI

А/л

unm