Пульсотахометр

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (И) (59 4 А 61 В 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 (21) 3844459/28-14 (22) 14.01.85 (46) 15.08.86. Бюл, ¹ 30 (72) P. Д. Столяренко и О. Д. Макеев (53) 615.47(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 661383, кл. G Ol R 23/02, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 805996, кл. А 61 В 5/02, 1978. (54)(57) 1, ПУЛЬСОТАХОИЕТР, содержа-, щий последовательно соединенные счетчик пульсовых импульсов, блок сдвиговых регистров и блок суммирования, регистр результата, блок индикации и блок управления, первый выход. которого подключен к входу сброса счетчика пульсовых импульсов, вторые выходы — соответственно к вторым входам блока сдвиговых регистров, третьи выходы — соответственно к вторым входам блока суммирования, а четвертый выход к второму входу регистра результата, отличающийся тем, что, с целью измерения средней частоты пульса с заданной статической, точностью, в него введены селек-, тор пульсового сигнала, выход которого подключен к счетному входу. счетчика пульсовых импульсов, последовательно соединенные блок умножения и селектор приращений частоты, выходы которого подключены соответственно к входам блока управления, пятые выходы которого соединены соответственно с первыми входами умножения, вторые.входы которого подключены соответственно к выходам счетчика пульсовых импульсов, причем выходы блока суммирования соединены соответственно с входами регистра результата, выходы которого подключены соответственно к входам блока индикации и вторым входам селектора приращений частоты.

2. Пульсотахометр по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что в нем блок управления содержит последовательно соединенные тактовый генера тор, выход которого подключен к шине тактирования, счетчик импульсов, выход которого подключен к входу сброса счетчика пульсовых,импульсов, к первому из второй группы входов блока сдвиговых регистров и к первому из первой группы входов блока умножения, адресный счетчик и дешифратор, первый выход которого подключен к второму из первой группы входов блока умножения, второй и третий выходы — соответственно к первому и вто- рому из второй группы входов блока суммирования, а четвертый выход — к второму входу регистра результата, последовательно соединенные первый триггер, первый элемент И, выход которого также подключен к второму из второй группы входов блока сдвиговых регистров, и реверсивный счетчик, второй вход которого подключен к пятому выходу дешифратора, а выход — к первому входу первого триггера, второй вход которого подключен к второму выходу дешифратора, последовательно соединенные второй триггер, пЕрвый и второй входы которого подключены соответственно к выходу счетчика импульсов и к четвертому выходу дешифратора, и второи элемент И, второй вход которого подключен к выходу тактового генератора, а выход — к второму входу адресного

1250244 счетчика, второй выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, и регистр, выходы которого подключены соответственно к третьим входам реверсивного счетчика, перИзобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения частоты пульса, и может быть использовано в автоматических системах непрерывного наблю5 дения пациентов.

Цель изобретения — измерение средней частоты пульса с заданной статической точностью.

На фиг. 1 представлена структур в 10 ная электрическая схема пульсотахометра, на фиг. 2 — структурная электрическая схема блока управления, а фиг, 3 — структурная электрическая схема блока сдвиговых регистров; на фиг. 4 — структурная электрическая схема блока суммирования, на фиг. 5 — временные диаграммы, поясняющие работу пульсотахометра; на фиг. 6 и 7 — сравнительные точ- 20 ностные характеристики прототипа и .пульсотахометра.

Пульсотахометр содержит (фиг. 1) последовательно соединенные селектор 1 пульсоного сигнала, счетчик 25

2 пульсовых импульсов, блок 3 сдвиговых регистрон, блок 4 суммирования регистр 5 результата и блок 6 индикации и последовательно соединенные блок 7 умножения, селектор 8 прира- 3р щений частоты, вторые. входы которого подключены соответственно к выходам регистра 5 результата, и блок 9 управления, первый выход которого под. ключен к входу сброса счетчика 2 пульсоных импульсов, вторые выходы — соответственно к вторым входам блока 3 сдвиговых регистров, третьи выходы — соответственно к вторым входам блока 4 суммирования чет-

Э 40 вертый выход — к второму входу регистра 5 результата, а пятые выходы.соответственно с первыми входами блока 7 умножения, вторые входы ковые входы — соответственно к. выходам селектора приращений частоты, а вт6рой и третий входы — соответственно к второму. и пятому выходам дешифратора. торого соединены соответственно с выходами счетчика 2 пульсовых импульсов, При этом блок 9 управления содержит (фиг. 2) последовательно соединенные тактовый генератор 10, выход которого подключен к шине тактирования, счетчик ll импульсов, выход которого подключен к входу сброса счетчика 2 пульсовых импульсов, к первому из второй группы входов блока 3 сдвиговых регистров и к первому из первой группы входов блбка 7 умножения,:адресный счетчик 12 и дешифратор 13, перный выход которого подключен к второму из первой группы входов блока 7 умножения, второй и третий выходы — соответственно к первому и второму из второй группы входов блока 4 суммирования, а четвертый выход — к второму входу регистра 5 результата, последовательно соединенные первый триггер 14, первый элемент И 15, выход которого также подключен к второму из второй группы входов блока 3 сдвиговых регистров, и реверсивный счетчик 16, второй вход которого подключен к пятому выходу дешифратора 13, а выход — к первому входу первого триггера 14, второй вход которого подключен к второму выходу дешифратора 13, последовательно соединенные второй триггер 17, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу счетчика 11 импульсов и к четвертому выходу дешифратора 13, и второй элемент И 18, второй вход которого подключен .к выходу тактового генератора 10, а выход — к второму входу адресного счетчика 12, второй выход которого соединен с вторым рходом первого элемента И 15, и регистр 19, выходы которого подключены

15 -где 11 — количество сдиговых регист ров 21 в блоке 3 сдвиговых регистров, выбираемое из двоичного ряда и =2 (К=1, к

2,3,...).

20 По окончании текущего интервала Т накопленное число СИ N заносится в блок 3 сдвиговых регистров и в блок

7 умножения, а счетчик 2 пульсовых импульсов сбрасывается. В блоке 7 г5 умножений накопленный результат приводится к одной минуте путем умножения на число n:

F; =N1 П.

Приведенное текущее значение частоты пульса F; поступает в селектор

8 приращений частоты, на втором входе которого присутствует предшествующее прйведеииое значение Р, измеренное за предыдущий интервал Т.

Селектор 8 приращений частоты выделяет модуль приращения частоты

b Fl Ф

ЬР; = 1 „— F,.Ä )

Это приращение поступает в блок 9 управления, где используется для формирования числа сдвигов последовательных накоплений N, занесенных

1 з в блок 3 сдвиговых регистров за несколько предыдущих интервалов Т. Текущее значение Б, поступившее в блок 3 сдвиговых регистров, продвигается в регистрах 21 сдвига пропорционально приращению Ь Р . Если при1 ращение отсутствует, то сдвиг производится один раз, т.е. происходит обычное скользящее усреднение. Чем больше значение приращения ЬР, тем большее число сдвигов производится блоком 9 управления, обеспечивающим тем -cam1M вычисление средней частоты пульса в процессе ее роста по меньшему количеству интервалов Т.

Суммированием по всем и сдвиговыи з 125 соответственно к третьим входам реверсивного счетчика 16, первые входы - соответственно к выходам селектора 8 приращений частоты, а второй и третий входы — соответственно к второму и пятому выходам дешифратора

13.

Кроме того, блок 3 сдвиговых регистров содержит (фиг. 3) последовательно соединенные буферный lO регистр 20, информационные входы которого подключены соответственно к выходам счетчика 2 пульсовых импульсов, а вход управления — к выходу счетчика 11 импульсов (фиг. 2), и едвиговые регистры 21, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами последовательно включенных элементов 22 задержки, вход первого из которых подключен к выходу первого элемента И 15 (фиг. 2). Блок

4 суммирования содержит (фиг. 4) последовательно соединенные адресный счетчик 23, мультиплексор 24, вторые, входы которого подключены соответственно к выходам сдвиговых регистров 21 (фиг. 3), и сумматор 25, тактовый вход которого подключен к шине тактирования, а выходы — соответственно к входам регистра 5 резуль3 тата, и буферный регистр 26, информационные входы которого соединены соответственно с выходами сумматора

25, а выходы — соответственно с вторыми входами сумматора 25, причем входы управления адресного счетчика

23 и буферного регистра 26 подключены к третьему выходу дешифратора 13 а их входы сброса — к второму выходу дешифратора 13 (фиг. 2

Блок 7 умножения (фиг. 3) целесообразно выполнять в виде .сдвигового регистра, информационные входы которого соединены соответственно с выходами счетчика 2 пульсовых им- 45 пульсов, а.первый и второй входы управления — соответственно с выходом счетчика 11 импульсов и с первым 2Гыходом дешифратора 13 (фиг. 2). Селектор 8 приращений частоты (фиг. 3) 50 целесообразно. выполнять. в виде параллельного многоразрядного сумматора, первые входы которого соединены соответственно с.выходами блока 7 умножения, вторые входы — соответствен- 55 но с выходами регистра 5 результата, а тактовый вход — с шиной тактирования.

0244 4

Пульсотахометр работает следующим образом.

По поступающим с датчика пульса (не показан) сигналам селектор 1 пульсового сигнала формирует соответствующие каждой пульсовой волне синхроимпульсы (СИ) (фиг. 5а) фиксированной амплитуды и длительности, которые поступают на счетчик 2 пуль- совых импульсов. Счет СИ производится в течение промежутка времени Т, задаваемого блоков 9 управления.

Т = — — с и

1250244 регистрам 21, выполняемым блоком 4 суммирования, образуется число

tf

F, = :Е" Н, представляющее теку1=4 щее среднее значение частоты импульса, приведенное к одной минуте, и имеющее меньшую статистическую погрешность усреднения по сравнению с прототипом при динамических из,менениях частоты пульса.

Полученное значение частоты пульса затем заносится" в регистр 5 ре зультата и поступает в селектор 8 приращений частоты. Блок 6 индикации производит визуализацию значения частоты пульса в течение следующего интервала Т. По окончании интервала

Т в регистр 5 результата записывает- ся новое число, соответствующее среднему числу ударов пульса в минуту, полученному в течение нового интервала Т.

В одном из вариантов выполнения пульсотахометра, когда число сдвиговых регистров 21 s блоке 3 сдвиговых регистров равно восьми, а интервал Т накопления информации в счетчике 2 пульсовых импульсов составляет 7,5 с блок 9 управления (фиг. 2) формирует команды Kl, К2, К3, К4, К5, К6 и К7 (фиг ° 5), с помощью которых выполняются следующие операции:

K1 — перезапись данных из счетчика 2 пульсовых импульсов в блок 7 умножения и в блок 3 сдвиговых регистров, а также сброс счетчика 2 пульсовых импульсов;

К2 — сдвиг информации влево на три двоичных разряда в блоке 7 умножения;

КЗ вЂ” занесение информации 4Г„ о приращении частоты в регистр 19, установка в единичное состояние .первого триггера 14, сброс адресного счетчика 23 и буферного регистра

26;

К4 — сдвиг информации 6Р вправо ( на один двоичный разряд, перезапись информации из регистра 19 в реверсивный счетчик 16;

К5 — сдвиг в блоке 3 сдвиговых регистров (от одного до восьми сдвиговых импульсов);

Кб — управление адресацией мультиплексора 24 и запись промежуточного результата в буферный регистр

2G; дешифратором 13, выполненным в виде матрицы элементов памяти, адресный

20 вход которой соединен с адресным счетчиком 12. Адресный счетчик 12 устанавливается в исходное состояние командным импульсом Kl а перебор адресов .обеспечивается ТИ, поступающими через второй элемент

И 18; на второй вход которого подается строб от второго триггера

17. Фронты этого строба формируются задними фронтами командных импульсов К1 и К7, Командой К2 обеспечивается сдвиг содержимого в блоке 7 умножения числа N на три двоичных разряда влево, что соответствует умножению на

Л=8. Полученное в результате умножения значение текущей частоты пульса в дополнительном коде F поступает на первый вход селектора 8 приращений частоты, на второй вход которого поступает предыдущее значение частоты пульса иэ регистра 5 результата.

Поскольку суммирование двух чисел, одно из которых представлено в до40 полнительном коде, эквивалентно опе45 рации вычитывания, то полученный реб зультат представляет собой модуль приращения частоты пульса 1Ь Р„.l в текущем цикле Т. Этот результат заносится в регистр 19 блока 9 управления командой КЗ (фиг. 5д).

Поскольку эа интервал накопления

T=7,5 с максимально возможные.приращения частоты при Физических нагрузках могут достигать 14 1/мин, а при отсутствии приращения для обеспечения скользящего усреднения число сдвигов должно быть не менее одного, то число импульсов сдвига Р

55 ф

К7 — занесение результата из блока 4 суммирования в регистр 5 результата.

Командный импульс Kl (фиг. 5б) формируется счетчиком Il импульсов из непрерывной последовательности тактовых импульсов (ТИ), поступающей от тактового генератора 10.

Ю Каждые 7,5 с число И; синхроимпульсов, накопленное в счетчике 2 пульсовых импульсов, заносится по переднему фронту Kl в буферный регистр 20, в блок 7 умножения, а задним фронтом

t5 К1 счетчик 2 пульсовых импульсов сбрасывается. Команды К2, К3, К4, Кб и К7 (фиг. 5r-е, и, к) формируются

1250244 для случая п =8 может быть определе- пульса (aF

Р» «i +1

l > «Fi1 регистрах 21 блока.З сдвиговых ре2 гистров запишется текущее значение

Поэтому содержимое регистра 19 N; и лишь в последнем (восьмом) ределится на два путем сдвига вправо гйстре сохранится значение N; со4ю на один разряд передним фронтом им- ответствующее предыдущему интервалу пульса команды К4, а затем получен- Т. Тем самым сводится к минимуму ный результат по заднему фронту ко- 1ð статистическая погрешность, своймандного импульса К4 заносится на ственная обычному скользящему усредреверсивный счетчик 16. Поскольку по нению при изменяющейся частоте пульзаднему фронту импульса КЗ взводит- са. ся первый триггер 14 (фиг. 5ж), то На фиг. 6, 7 показана реакция импульсы с выхода адресного счетчи- 1 прототипа и пульсотахометра на изка 12 через первый элемент И15 пос- менение частоты пульса пациента в витупают на вычитающий вход реверсив- де кривой с (фиг. 6). Кривые 1 и С ного счетчика 16 и в виде команды (фиг. 6) представляют зависимости от д иговых регистров. времени показаний соответственно проКоличество импульсов в пачке К5 gp тотипа и пульсотахометра при числе определяется числом,. занесенным в сдвиговых регистров, равном 8, и в реверсивный счетчик 16, плюс один интервале Т, равном 7,5 с. На фиг. 7 импульс, и составляет не менее од- . представлены рассчитанные значения ного и не более восьми импульсов погрешности измерения . 8- частоты (фиг. 5з). Последовательно задержи- 2S пульса в моменты смены показаний проваясь на элементах 22 задержки, им- тотипа (крестики d ) и пульсотахометпульсы команды К5 продвигают теку- ра (кружки 8 ). щее значение N; вправо и заносят его в Р е

Как следует и следует из приведенных данв первых сдвиговых регистров 21. ных, на начальном участке кривой

Содержимое всех восьми сдвиго- Зо общая погрешность может быть сниже4 вых регистров 21 суммируется блоком на в шесть раз за счет уменьшения суммирования (фиг. 4). Операция статистической составляющей .общей суммирования проводится параллельным . погрешности измерения средней часмногоразрядным, сумматором 25, муль- тоты пульса. На стационарном участке

26. ес а ия типлексором 24 и буферным регистром погрешности прототипа

35 па и пульсотахоАдресация мулвтиплексора 24 обес- метра при равном числе сдвиговых сдвиговых репечивается двоичным адресным счет.- гистров будут одинаковы. чиком 23 по команде К6, содержащей Таким образом, предложенный пульпачк из 8 у из импульсов, при этом про- сотахометр, обеспечивая уменьшение межуточная сумма, получаемая в каж- „ статистической составляющей погрешдой иттерации при суммировании, за- ности в динамическом режиме, позволяносится в буферный регистр 26. Сброс ет повысить точность измерения средадресного счетчика 23 и буферного ней частоты пульса при проведении

Н регистра 26 проводится командой К4. проб с нагрузкой и в задача задачах мониапример, если приращение частоты торного наблюдения пациентов

1250244

l 250244

Л Аолу Ф сулмирайчям брезувыттста

Фиг Л

1 250244

Умии

ГОО

t,ñ у 10 И 60 УО 710

go/ к х к к х

"к о ооо ооо

8,с

0 70

Редактор N. Дыпын

Заказ 4353/4 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5. Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 ь

Составитель Э. Балуев

Техред Э.Чижмар Корректор И. Муска