Пульсотахометр

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОЦиллистичЕских

РЕСПУБЛИК (5П5 А 61 В 5/024

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4820552/14 (22) 03,05.90 (46) 23.11.92, Бюл. ¹ 43 (71) Научно-производственное объединение по радиоэлектронной медицинской аппаратуре "РЭМА" (72) Е.Л.Катонов и В,Л. Котляров (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 464304, кл. А 61 В 5/02, от 18.06.71. (54) ПЧЛЬСОТАХОМЕТР (57) Пульсотахометр относится к медицинской технике, а именно к приборам для изИзобретение относится к медицинской технике, в частности к приборам для измерения частоты пульса.

Известны цифровые пульсотахометры, содержащие датчик пульса (электроды), усилитель-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, входсброс которого подключен к выходу одновибратора, а выходы соединены с входами блока индикации, а также генератор

„„SU ÄÄ 1776384 А1 мерения 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, 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 резистивном 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.

1776384

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой пульсотахометр дополнительно введены второй триггер, ключ, схема И, повторитель, аналоговый коммутатор с де, 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 вто= рого 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. подключен ы к входу нул ь-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, нульорган 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 пульсотахометр работает в режиме измерения "мгно венного" и "среднего" значения частоты пульса. Сигнал пульса, получаемый на выхо де датчика пульса 1, преобразуется формирователем 2 в прямоугольные импульсы, 10

20 равна нулю, а частота входного сигнала из25 менилась, то напряжение на конденсаторе

20 достигнет нового значения напряжения

35

50 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

"1" триггер 4 и устанавливает в "0" счетчик результата 14. Задний фронт импульса одновибратора 3 устанавливает по вход-сбросу в "1" триггер 5.

Во время действия импульса одновиб-, ратора 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 6, резисторы 17, t9. 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 на выходе генератора пилообразного напряжения 7 за несколько импульсов одновибратора 3. Так как во время длительности импульса одновибратора 3 триггер 4 находится в состоянии "1", а триггер 5 — в состоянии "0", то в аналоговом коммутаторе с дешифратором 10 замкнут ключ с адресом

"10". При этом напряжение на вцходе 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 эа 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 "0" по счетному входу. При

1776384 этом в аналоговом коммутаторе с дешифратором 10 ключ с адресом "11" размыкается, а ключ с адресом "01" замыкается, схема

"И" 8 прекращает удерживать генератор пилообразного напряжения 7 в исходном состоянии 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 "0" 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 измерения, а интегратор тока 11 совместно с нульорганом 12 перейдет в режим установки нуля через резистор 18.

Изложенное можно подтвердить следующими доводами, Напряжение Огяи на выходе генератора пилообразного напряжения 7 к моменту очередного срабатывания формирователя 2, т.е. за период пульса Тх, равно Огпн = к Тх (1) где к — коэффициент пропорциональности.

Длительность прямого хода интегратора тока 11 (интервал t1 t2 фиг. 2) Тпх определяется Тпх =

Ncv

Ф (2), тг где Йсч — емкость счетчика результата 14, fr — частота сигнала генератора импульсов

13.

За время прямого хода Т» напряжение на выходе интегратора тока 11 достигнет величины U», определяемой как

Тпх Ооп (3), R16 Синт где U» — напряжение опорного источника

22, К1б — величина сопротивления резистора

16, Сиит — емкость конденсатора интегратора тока 11, Длительность обратного хода Тох интегратора тока 11 определяется из выражения, аналогичного выражению (3) для прямого хода

R16 С унт U ox (g)

Тох

Оповт где Uox- Unx — напряжение нз выходе интегратора тока 11, с которого начинается обратный ход, U«» — напряжение на выходе повторителя 9, определяющее скорость спадания напряжения на выходе интегратора тока 11. В случае йщ-О, напряжение O nuU..., - кТ». Подставляя в (4) Unx- Оох иэ (3) и Тпх иэ(2), получим

Т R16 Uon Йох

В16 Оповт fr

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

Йрез Tow tr N v (6) Ыю споет для случая Rto = 0

Ооп

Npes = — чг- Ncv х

Как видно иэ (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 (Вю - О) постоянная времени цепи заряда (разряда) конденсатора 20 (Rtz С2о) значительно меньше длительности импуль35 са одновибратора 3, что позволяет практически точно отслеживать изменения напряжения на выходе генератора пилообразного напряжения 7 конденсатором 20.

В режиме усреднения, когда величина

К1э не равна нулю, постоянная времени заряда (разряда) конденсатора 20, равная (R>1

+ Ящ) Сю достаточно велика и изменения напряжения на выходе генератора 7 в каждом периоде не успевают полностью отсле45 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, фор55 мирователь, одновибратор и первый триггер, выход которого подключен к генератору импульсов, соединенному с в:одом счетчика вход сброса которого подключен к выходу одновибратора, а выходы со дине1776384 ны с входами блока индикации, а также генератор пилообразного напряжения, три постоянных резистора и источник опорного напряжения, отл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью повышения точности измерений путем 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, 0 вход которого является входом сигнала логической единицы. третий вход аналогового коммутатора с дешифратором соединен с источником опорного

5 напряжения, а четвертый вход — с выходом повторителя, выход переполнения счетчика соединен со счетным входом второго триггера, 0-вход которого подключен к напряжению логического нуля, а выход — к первым

10 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 установ15 ки 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

20 третьему и четвертому выходам.

1776384

ДрЯ !

Ьи

Ю

End ф 90» гоЯ

Составитель Е. Катонов

Техред М.Моргентал Корректор Л. Ливринц

Редактор Н. Козлова

Заказ 4086 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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