Устройство для измерения величины сократимости миокарда Советский патент 1980 года по МПК A61B5/05 A61B5/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ СОКРАТИМОСТИ МИОКАРДА Изобретение относится к медицинской технике, а именно к, кардиологическим диагностическим устройствам. Известно устройство для измерения величины сократимости миокарда. Устройство содержит последовательно под ключенные логарифматор и дифференциа тор. Логарифматор состоит из рперационного усилителя, инвертирующий вход которого через резистор подключен к источнику входного сигнала и с коллектором транзистора, база которого соединена с общей шиной. Эмиттер его соединен с эмиттером второго транзистора и через резистор - с выходом операционного усилителя. База и коллектор второго транзистора соединены с инвертирующим входом второго операционного усилителя, а че рез резистор - с источником положительного напряжения. Неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен через резистор с выходом операционного усилителя .и с общей шиной. Дифференциатор собран на треть ем операционном усилителе, инвертирующий вход которого соединен через RC-цепочку (резистор и конденсатор) с выходом второго усилителя, а через конденсатор и резистор - с соответственным выходом,-образуя при этом цепь отрицательной обратной связи. Неинвертирующие входы первого операционного усилителя логарифматора и .операционного усилителя дифференциатора соединены через резистор с общей Шиной. На вход устройства поступает напряжение, пропорциональное давлению крови в миокарде. На выходе устройства формируется напряжение, пропорциональное индексу сократимости 1 . OcHOBHbjM недостатком устройства является сравнительно низкая точность измерения. Точность выполнения операции логарифмирования зависит от того, насколько точно напряжение на участке эмиттер-коллектор транзистора соответствует логарифму входного тока. В области малых токов транзистор в таком включении с высокой степенью точности воспроизводит логарифмическую зависимость. Однако при токах более 50100 мкА начинает сказываться омиЧеское сопротивление, что приводит к появлению ошибки в виде линейной составляющей. С другой стороны минимальное значение тока через транзистор ограничено наличием входного тока операционкого усилителя, величина которого лежит . в пределах 0,2-1 мкА. В результате этого резко сужается динамический диапазон. Кроме того, использование транзистора в качестве элемента с логарифмической характеристикой приводит к тому, что изменение логарифмической составляющей напряжения при иеменении входной величины в 100 раз не превышает 120 мВ. Это создает необходимость включения в схему дополнительного операционного усилителя для предварительного усиления сигнала, что вносит дополнительные помехи снижающие точность, и усложняет схему логарифматора. В дифференциаторе данного устройства декремент затухания Эквивалентного низкочастотного фильтра 2-го порядка не может быть меньше 1, что приводит к большей погрешности, чем в случае низкочастотного фильтра с декрементом затухания меньше 1.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем что в устройство введены цепочка из последовательно соединенных диодов и резистор, включенный между неинвертирующим входом операционного усилителя Логарифматора и первым резистором, причем резистор обратной связи дифференциатора включен мемоду общей точкой последовательно включенных конденсатора и резистора и выходом операционного усилителя дифференциатора, цепочка последовательно включенных диодов подключена между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя логарифматора, а резистор обратной связи дифференциатора выполнен в виде резистора с отрицательным температурным коэффициентом.

На чертеже изображена электрическая схема устройства для измерения величины сократимости миокарда.

Устройство содержит логарифматор 1 и дифференциатор 2. В логарифматор 1 входит операционный усилитель3, имензщий инвертирующий и неинвертирующий входы. Инвертирующий вход операционного усилителя 3 подключен к входу устройства через резистор 4, а неинвертирующий вход - через ре- зистор 5. Кроме того, инвертирующий вход операционного усилителя 3 через резистор 6 соединен с общей шиной 7. В цепь обратной связи операционного усилителя 3 включены последовательно диоды 8, соединяющие выход с инвертирующим входом его. Количество диодов 8 рассчитывается в зависимос Tlf от задаваемого напряжения на Ъперационного усилителя 3. Выход операционного усилителя 3 является выходом логарифматора 1. Дифференциатор 2 содержит операционнь й усилитель 9, имекяций также инвертирутащий

4

и неинвертирующий входы. К инвертирующему входу усилителя 9. через коненсатор 10, непосредственно связанный с выходом логарифматора 1, подключен резистор 11. Неинвертирующий вход операционного усилителя 9 через резистор 12 .связан с общей шиной 7. Операционный усилитель 9 имеет цепи обратной связи через резистор 13 и конденсатор 14. Цепь обратной связи через конденсатор 14 соединяет выход операционного усилителя 9 с инвертируюйим его входом. Цепь обратной связи через резистор 13 связывает выход операционного усилителя 9 с общей точкой конденсатора 10 и регзистора И. Выход операционного усилителя 9 дифференциатора 2 является выходом устройства. Сопротивление резистора 13 выполнено с отрицательным температурным коэффициентом для компенсации температурного потенциала диодов..

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства подают напряжение, величина которого пропорциональна давлению крови в левом желудочке ( Р). Часть входного напряжения через резисторы 4 и 5 поступает на входы операционного усилителя 3. При этом напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 3

равно:

ВЛ 6

и

и

()

Ток, протекающий через резистор 4 и диоды 8, равен:

u -BxlI .

А(

В результате напряжение на диодах 8 равно:

u,-...(()n.

где i - ток, протекающий через резистор 4 и диод 8; г - активное сопротивление диода;

Т - тепловой ток р-п перехода; (f - температурный потенциал.

1й Х

Т

k - постоянная Больцмана;

где Т - абсолютная температура; q - заряд электрона. Если учесть, что / i , то

1

U..,

где IQ- обратный ток диода.

. При этом UQ не меняется

во времени.

Напряжение на выходе логарифматора 1 будет равно; о

и-о,

BWX. лот 4

}

в Т UjB gsr9 i. p.,jJBn;.gLS

г-sV .Lf РП-Т ---- («в) Оно имеет лннейнута и логарифмич кую составляющие. Для компенсации л нейной составляющей, которая вызва наличием активного сопротивления ди дов, необходимо выполнить условие: Uay.P-e y;Ua)-R5- 9 Q -Re «6 что достигается при выполнении следующего равенства: RS Гд-П R4 Следовательно, напряжение на .выходе логарифматора 1 будет равно UBH RS fttoW ЛОТ9- 6)30 Далее напряжение U вых. лет посту пает через конденсатор 10 и резистор 11 на инвертирующий вход операционного усилителя 9 дифференциатор 2. Выбором величины резистора 13 по лучаем декремент затухания дифферен циатора 2 меньше 1, а подбором зависимости величины этого резистора от температуры компенсируем изменение ив | устройства за счет колебаний Чт йиодов от температуры. Постоянная составляющая (nUg) вы ходного напряжения логарифматора 1 при дифференцировании дает О. Следовательно, выходное напряжение дифференциатора имеет следующее выражение: -n-T-if,где тг - постоянная времени диффере циатора. Учитывая, что u р, получим ). ) что соответствует показателю сократимости миокарда. Итак, повышение точности измерен обосновано тем, что введение п диод позволяет получить в п раз больше выходной сигнал и обойтись без пред варительного усиления при непосредственной подаче выходного сигнала логарифматора на дифференциатор, а совокупность их с резистором в цепи между входом устройства и неинверти рующим входом операционного усилителя приводит к компенсации линейно составляющей на выходе операционног усилителя логарифматора, что дает возможность работать с большим вход ным током и при заданном изменении входных сигналов, использовать обыч1ные интегральные операционные усили1тели без особых требований к входным токам. Соединение второго вывода резистора обратной связи в дифференциаторе с общей точкой последовательно соединенных конденсатора и резистора, связывающего выход логарифматора и инвертирующий вход операционного усилителя, позволяет получить декремент затухания меньше 1, что снижает погрешность дифференциатора. Выполнение сопротивления резистора обратной связи в дифференциаторе с отрицательным температурным коэффициентом для компенсации температурного потенциала диодов позволяет устранить температурную зависимость выходного напряжения устройства за . счет изменения диодов и, следова-. тель, повышает точность измерения уст-, ройством. Кроме того, схема устройства значительно упрощена за счет уменьшения оборудования схемы логарифматора, состоящей из одного операционного усилителя, дибдов и резисторов вместо двух операционных усилителей, двух транзисторов и резисторов. Экономический эффект, ожидаемый от использования единичного образца, в которое предлагаемое устройство входит как основная составная часть, сО ставляет 400 тыс. руб. в год Формула изобретения Устройство для измерения величины сократимости миокарда, содержащее ло1 арифматор, состоящий из операционного усилителя и двух резисторов, первый из которых подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а второй - между н.еинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной устройства, а также дифференциатор, состоящий из операционного усилителя, к инвертирующему входу которого через конденсатор подключен его выход, резистора обратной связи н последовательно соединенных конденсатора и резистора, включеннЕЛХ между выходом логарифматора и инвертирующим входом операционного усилителя дифференциатора, неинвертирующий вход которого соединен через резистор с общей шиной, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены цепочка из последовательно соединенных диодов и резистор, включенный между неинвертирующим входом операционного усилителя логарифматора и первым резистором, причем -резистор обратной связи дифференциатора включен между общей точкой последовательно включенных крнденоатора и резистора и выходом

onepatiHOHHoro усилителя дифференциатора, цепочка последовательно включенных диодов.подключена между иннер-тирующим входом и выходом операционного усилителя логарифматора, а резистор обратной связи дифференциатора выполнен в виде резистора с температурным коэффициентом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Acta blologlca gt Medica С.ег manica, 1975, 34, 197, 773-780.

&

f