Устройство для измерения объемной скорости внешнего дыхания

 

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,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (з»з А 61 В 5/08

ГОСУДАРСТВЕН<ЫИ II .OMHTET

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4634156/14 (22) 09;01.89 (46) 30.01.91. Бал. М 4 (72) Г.Л.Ноткин, В.С.Слюсарь и В.Я.Семенюк (53) 615.475 (088.8) (56) Автоматизированный микроп роцессорный прибор для исследования функций внешнего дыхания. — Медицинская техника, 1987, % 2, с. 18-21. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ СКОРОСТИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ (57) Изобретение относится к медицинской технике и позволяет повысить точность иэИзобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для исследования функций внешнего дыхания.

Цель изобретения — повышение точности измерения объемной скорости пу1ем коррекции нелинейности преобразователя.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для измерения объемной скорости внешнего дыхания; на фиг, 2— струкгурная 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

„„. Ж„„1б23б11 А1 мерения объемной скорости внешнего дыхания эа 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 14 пптенциометров, коммутатор 5, пневматический клапан 2, генератор

11, регистр 10, ЦАП 13, триггер 12 и компаратор 9 3 ил, программу на языке ассемблера. например микропроцессора КР58СИК80, или языке другого высокого уровня.

Обозначения программных блоков:

18 — начало по нажатию кнопки "Сброс";

19 — инициализация пг,.то»: 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 RI с АЦП и запись в ячейку ОЗУ;

27 — "Bce поте н циометры оп рошены?";

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

29 — вычисление KI = Rj+1/R1;

30 — запоминание KI в ячейках ОЗУ;

1623611

31 — "Режим линеаризации?";

32 — "Кнопка Пуск нажата (после подключения пациента к трубке)?";

33 — выдача кода коммутатора, подключающего усилитель;

34 — "Конец преобразования АЦП?";

35 — прием кода N1 с АЦП и запись в ячейку ОЗУ;

36 — выбОр парамЕтра К1, 37 — "Переход на следующий участок аппроксимации?";

38 — подсоединение к компаратору через коммутатор следующего потенциометра, включение клапана, установка триггера в "1";

39 — задержка на время установления нового значения, восстановление;

40- вычисление N i Ni Q;

Ф

41 — запоминание N 1 в ОЗУ:

42 — вывод N i на регистрирующий прибор;

43 — "Режим линеаризации?";

44 — "Кнопка "Стоп" нажата?";

45 — конец измерения.

Плюс обозначает "Да", минус — "Нет".

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

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

Устройство для измерения объемной скорости внешнего дыхания мажет работать 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 потенциометров. Так, сначала к аналого-цифровому преобразователю б через коммутатор 5 подсоединяется потенциаметр 15 блока 14 и получен5

55 ный код R1 запоминается в ячейке оперативной памяти.

Затем последовательно к аналого-цифровому преобразователю 6 подсоединяются потенциометры 15, 17 и в ячейках запоминаются коды Rg, R3... Rl+1,ãäå! — количество интервалов кусочно-линейной функции.

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

Коэффициенты коррекции определяются путем деления кодов R2... 1кн1 на R1. Так, коэффициент первого участка характеристик определяется как К1 = Рг/R1, а последR i+1 него К) =.К) =

R1

При линейной характеристике преобразователя 81=Я =...=Ri 1и всеК1...Ki равны единице, Полученные частные от деления запоминаются в ячейках блока 7 и служат в дальнейшем для коррекции результатов измерений.

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

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

Выходное напряжение с усилителя 1 поступает через коммутатор 5 на вход аналого-цифрового преобразователя 6 и в виде кода Ni запоминается в оперативной памяти вычислителя 7.

Пуск АЦП осуществляется импульсами программного таймера. Период эт лк импульсов определяет интервал дискретизации сигнала и составляет, например, 10 мс, Далее текущий код N1 поступает в центральный процессор вычислителя 7. По e1 o 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 пода1623611

30

) г. .3 .Э

55 ет на коммутатор 5 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 компаратара 9, сравнивающего напряжение на выходе усилителя 4 при перекрытом потоке воздуха и напряжение, поступающее с потенциометра данного участка. Первый же импульс сбрасывает триггер s состояние "0".

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 напряжени«> на поте<щиометре.

Всего для полной запис кодл в ре и-.т

10 с генератора 11 поступает ко<1; честно импульсов. соответствующ< е >1зрядн >сти регистра, например 12. Этот код, пре >< ра зующийся ЦАП 13 в наг<ря>«>»и<: с;е.>;.-. ия, будет храниться е регистре 10 д > по««ле<ч<ч следующего импульса Hrl вь »д. триг» р» 12

Затем программируемь<й <.ычислитель 7 включает клапан 2 и воссга«аллина".t на коммутаторе 5 код, который <1одсг< <<1 <яе1 усилитель 4 к АЦП б. Затем <>рои.ди<с« вычисление скорректированного зн-«гч<ия по формуле (1).

Вычисленный резул ьта г N отг> р, ел «ется в оперативную память и затем <>ь<д, ется на регистратор 8. На экра«монитора в, <>одится кривая зависимости скорое и лтока от времени.

Так же, как и при определе«и««оз1>фициентов коррекции. описа ные нише операции по измерению и линев<>из.-пи<. обьемн и скорости осуществляются по командам, которые считаются с ПЗУ и преобразуются р уг равляющие сигналы в центральном процессоре вычислителя 7.

В режиме определения новой функции коррекции взамен предшеству<ощей устройство работает следующим образо; .

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 "2".

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 регистраторе 8 отображается величина, не соответствующая этому потоку, то оператор, вращая потенциометр 14, изменяет код

Яр и коэффициент коррекции первого участка К1. При этом меняется наклон первого участка характеристики, а значит, и регистрируемая величина. Изменяя поток с эталонного генератора соответственно в диапазоне последующих у <астков характеристики и вращая соответствующие потенциометры, можно менять коэффициенты коррекции на этих участках, Следовательно, проводя периодические калибровки, можно изменять, в случае необходимости, харак геристику ап проксимируюп<ей функции.

Формула изобретения стргйсTB для измерения обьемной скор<>сги внешн<;о дыхания, содег>жащее пп.-.л< д<>ватель«о соединенные прг бразователь расхода воздуха в <<ерепад дaвnei<ия, ".;.ектроманол< тр, усилите,>ь, анало<о цифро<1," и преобра;;ователь, программируемый вычисли>ель и регистратор, входы которого подKëатель, триггер и компаратор, причем выходы потенциометров и усилителя соединены через коммутатор с входом аналого-цифрового преобразователя и первым в.одом компара ора, второй вх,>д которого подключен к выходу усилителя, а выход — к информационному входу р«<истра, третьи выходы программируемого вычислителя подсоединены к управляющим входам коммутатора, четвертыи выхог, — к установочному входу триггера, а пятый выход — к управляющему входу клапана, который включен между преобразователем расхода и электроманометром, выход генератора подключен на

i 623611 синхровходы триггера регистра, информационные выходы которого соединены через цифроаналоговый преобразователь с вторым входом усилителя, а выход триггера подсоединен к разрешающему входу регистра. и ) Гг г ) 1623611

Составитель Д.Николаев

Тех ред М.Моргентал Корректор Л.Пилипенко

Редактор M.Öèòêèíà

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 150 Тираж Подписное

BHVIVlflM Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5