Измеритель частоты пульса

 

Изобретение относится к медицинской технике. Измеритель содержит датчик 1, формирователь 3, генератор 2 тактовых импульсов /Г/, делитель 5 частоты, два регистра 8 и 9 /Р/, два счетчика 7 и 10, блок 13 /6/ сравнения, блок 11 индикации, элемент И6 /И/ и сумматор 12/С/. Выходы Г2 и Б13 соединены со входами И6. Выход С12 подключен к информационному входу Р9. Вход записи Р9 соединен с выходом И6 и счетным входом С10. Измеритель позволяет при точности 0,1 уд/мин уменьшить энергопотребление, массу и габариты устройства за счет использования К-МОП технологии, т.к. дает возможность уменьшить тактовую частоту до 1 МГц. 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к цифровым устройствам для измерения частоты пульса, и может быть использовано в спортивной медицине, в системах непрерывного наблюдения за больным, в диагностических целях, а также при проверке и настройке кардиостимуляторов.

Известен цифровой пульсотахометр, содержащий датчик, формирователь сигналов пульса, генератор эталонной частот, счетчик, цифровой индикатор, формирователь сигналов сброса, два делителя частоты с одинаковым коэффициентом пересчета, дешифратор и управляемый делитель частоты [1].

Недостатком такого технического решения является низкое быстродействие преобразования пульсового периода в частоту пульса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является измеритель частоты пульса, содержащий датчик пульса, последовательно соединенные первый счетчик и регистр, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом второго счетчика, индикатор, последовательно соединенные деталь частоты, формирователь эталонного времени, третий счетчик и дешифратор, выход которого подключен к индикатору, блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом регистра, а выход - с вторым входом второго счетчика и третьим входом третьего счетчика, формирователь импульсов, выход которого соединен с вторыми входами первого и третьего счетчиков, блок сравнения, формирователя эталонного времени и делителя частоты, выход которого соединен с первым входом первого счетчика, при этом выход датчика пульса соединен с входом формирователя импульсов и вторым входом регистра, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, а выход генератора тактовых импульсов соединен с первыми входами делителя частоты и второго счетчика, выход которого соединен с третьим входом блока сравнения [2].

Недостатком известного измерителя частоты пульса является высокое энергопотребление и большие габариты из-за необходимости использования генератора тактовых импульсов с высокой частотой. При этом, однако, обеспечиваются высокие точностные характеристики.

Цель изобретения - уменьшение энергопотребления и габаритов устройства при сохранении точностных характеристику Поставленная цель достигается тем, что в измеритель частоты пульса, содержащий датчик, соединенный с формирователем импульсов, генератор тактовых импульсов, подключенный через делитель частоты к счетному входу первого счетчика, выход которого соединен с информационным входом регистра, блок сравнения и второй счетчик, выход которого подключен к блоку индикации, введены второй формирователь, элемент И, сумматор и второй регистр, при этом первый и второй входы элемента И подключены к выходам соответственно генератора тактовых импульсов и блока сравнения, выход первого формирователя импульсов подключен к входу второго формирователя, к входу блокировки первого счетчика, к входу записи первого регистра и к входам установки второго регистра и второго счетчика, счетный вход последнего подключен к выходу элемента И и к входу записи второго регистра, выходы первого и второго регистров подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выходом соединенного с входом блока сравнения и информационным входом второго регистра, а выход второго формирователя соединен с входом установки первого счетчика.

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя частоты пульса; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу измерителя частоты пульса.

Измеритель частоты пульса содержит датчик 1, генератор 2 тактовых импульсов, первый формирователь 3 импульсов, второй формирователь 4 импульсов, делитель 5 частоты, элемент И 6, первый счетчик 7, первый 8 и второй 9 регистры, второй счетчик 10, блок индикации 11, сумматор 12 и блок 13 сравнения.

В предлагаемом измерителе частоты пульса элементы соединены следующим образом.

Выход датчика 1 соединен с входом первого формирователя 3 импульсов, выход которого соединен с входом второго формирователя 4 импульсов, вход делителя 5 частоты и первый вход элемента И6 соединен с выходом генератора 2 тактовых импульсов. Вход установки, вход блокировки и счетный вход первого счетчика 7 соединены соответственно с выходом второго формирователя 4 импульсов, выходом первого формирователя 3 импульсов и с выходом делителя 5 частоты, информационный вход и вход записи первого регистра 8 соответственно соединены с выходом первого счетчика 7 и выходами первого формирователя 3 импульсов и с входом установки второго регистра 9, выход элемента И6 соединен с входом записи второго регистра 9 и счетным входом второго счетчика 10, вход установки которого подключен к входу установки регистра 9. Выход второго счетчика 10 соединен с входом блока индикации 11. Выходы первого 8 и второго 9 регистров подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 12, выход которого соединен с информационным входом второго регистра 9 и входом блока 13 сравнения, выходом соединенного с вторым входом элемента И6.

Предлагаемый измеритель частоты пульса работает следующим образом.

Пульсовые импульсы, следующие с периодом Т (фиг. 2,а) с выхода датчика 1 поступают на вход первого формирователя 3 импульсов. Короткий импульс, сформированный на выходе последнего, поступает на вход второго формирователя 4 импульсов. С выхода второго формирователя 4 импульсов снимается короткий импульс (фиг. 2, c), который поступает на вход установки первого счетчика 7, что приводит к обнулению последнего.

Тактовые импульсы с частотой f_т (фиг. 2, e), например 1 мГц, с выхода генератора 2 тактовых импульсов поступают на вход делителя 5 частоты с коэффициентом деления k (например 10³). Выходной сигнал делителя 5, характеризующийся частотой f₃, поступает на счетный вход первого счетчика 7. Увеличение выходного кода первого счетчика 7 (фиг. 2, d) происходит до прихода следующего пульсового импульса на вход формирователя 3 импульса. При этом на выходе последнего, как описывалось выше, формируется короткий импульс (фиг. 2, b), поступающий на вход блокировки первого счетчика 7. Вследствие этого на время действия импульса на входе блокировки первого счетчика 7 на выходе последнего фиксируется код, пропорциональный пульсовому периоду T: N = f₃T.

Импульс с выхода формирователя 3 импульсов обнуляет второй регистр 9, второй счетчик 10 и переписывается выходной код N первого счетчика 7 в первый регистр 8. Код N, содержащийся в первом регистре 8, и ноль, содержащийся во втором регистре 9, подаются соответственно на первый и второй входы сумматора 12, с выхода которого результаты суммирования подаются на информационные входы второго регистра 9 и на блок сравнения 13, для проверки соотношения KN ≥ N_ср т. е. происходит сравнение результата суммирования с постоянным кодом N_ср, например 60000, установленным при подготовке измерителя частоты пульса к работе.

Процессом суммирования управляет сигнал с генератора 2 тактовых импульсов (частотой f_т), который поступает на первый вход элемента И6 (фиг. 2, e). Этот сигнал проходит на выходе элемента И6 (фиг. 2, m) при наличии на его втором входе логической единицы (фиг. 2, k), которая присутствует при условии, что код суммы меньшей кода N_ср.

С выхода элемента И6 импульсы частоты f_т (фиг. 2, m) поступают на вход записи второго регистра 9 и счетный вход второго счетчика 10, каждым импульсом частоты f_т выходной код сумматора записывается во второй регистр 9. После чего происходит сравнение суммы с кодом N_ср, а выходной код второго счетчика 10 увеличивается на единицу, т.е. последний производит подсчет циклов суммирования "K" (фиг. 2, m). При достижении условия KN≥ N_ср на выходе узла сравнения 13 появляется сигнал логического нуля (фиг. 2,k), который закрывает элемент И6, т.е. прекращает суммирование и подсчет циклов суммирования. Аналитическая запись процесса, происходящего при измерении параметра, имеет вид: 1-й цикл O + N = N < N_ср, 2-й цикл N + N = 2N < N_ср, 3-й цикл 2N + N = 3N < N_ср,...

К-й цикл (K - 1) N + N = KN ≥ N_ср.

Выходной код счетчика 10, при выполнении условия N_ср/f₃ = 60,представляющий собой численное значение частоты пульса, поступает на блок индикации 11 для визуализации.

Таким образом, при условии f₃ ≅ f_т для предлагаемого устройства точность определяется частотой заполнения f₃ и величиной кода N_ср. Так, для получения точности измерения 0,1 уд./мин при f₃ = 1 кГц достаточно выбрать код N_ср = 600000.

Отсутствие в предлагаемом измерителе зависимости между точностью измерения и частотой f_т вспомогательной, позволяет использовать для реализации измерителя элементную базу с более низкими требованиями к быстродействию, например по К-МОП технологии, в частности первый счетчик 6 и второй регистр 8 могут быть реализованы на элементах К 561 ИЕ 14, К 561 ИР 9.

По сравнению с известными измерителями частоты пульса предлагаемый измеритель имеет низкое энергопотребление и меньшие массу и габариты, что является важным фактором для портативных устройств контроля сердечной деятельности человека. При этом сохранены точностные характеристики известных устройств.

Источники информации.

1. Авт. свид. СССР N 740230, кл. A 61 B 5/02, 1978.

2. Авт. свид. СССР N 1326240, кл. A 61 B 5/03, 1984

Формула изобретения

Измеритель частоты пульса, содержащий датчик, соединенный с формирователем импульсов, генератор тактовых импульсов, подключенный через делитель частоты к счетному входу первого счетчика, выход которого соединен с информационным входом регистра, блок сравнения и второй счетчик, выход которого подключен к блоку индикации, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергопотребления и габарита устройства при сохранении точностных характеристик, в него введены второй формирователь, элемент И, сумматор и второй регистр, при этом первый и второй входы элемента И подключены к выходам соответственно генератора тактовых импульсов и блока сравнения, выход первого формирователя импульсов подключен к входу второго формирователя, к входу блокировки первого счетчика, к входу записи первого регистра и к входам установки второго регистра и второго счетчика, счетный вход последнего подключен к выходу элемента И и к входу записи второго регистра, выходы первого и второго регистров подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выходом соединенного с входом блока сравнения и информационным входом второго регистра, а выход второго формирователя соединен с входом установки первого счетчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2