устройство для измерения частоты пульса

Формула изобретения

1 Устройство для измерения частоты пульса, содержащее оптоэлектронный преобразователь, первый и второй усилители, фильтр низких частот, триггер Шмитта, генератор измерительных импульсов, электронный ключ, логическую схему И - НЕ, счетчик частоты, индикатор и кнопку пуска, причем выход оптоэлектронного преобразователя соединен с входом первого усилителя, а его выход - с входом фильтра низких частот, выход которого подключен на первый вход второго усилителя, выход второго усилителя соединен с входом триггера Шмитта, выход генератора измерительных импульсов соединен с третьим входом логической схемы И - НЕ, выход которой подключен на первый вход счетчика частоты, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит схему автоматической регулировки усиления, регистр памяти и формирователь команд управления, при этом вход схемы автоматической регулировки усиления соединен с выходом второго усилителя, а ее выход подключен к второму входу второго усилителя, выход триггера Шмитта соединен с первым входом логической схемы И - НЕ и первым входом электронного ключа, выход которого подключен к первому входу формирователя команд управления, первый и второй выходы последнего соединены соответственно с вторым входом электронного ключа и вторым входом логической схемы И - НЕ, выход счетчика частоты соединен с первым входом регистра памяти, выход которого подключен к индикатору, третий, четвертый и пятый выходы формирователя команд управления соединены соответственно с вторым входом регистра памяти, со вторым входом счетчика частоты и входом оптоэлектронного преобразователя, а к второму и третьему входам формирователя команд управления подключена кнопка пуска.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в медицинской практике для диагностики частоты пульса пациента.

Для контроля и измерения частоты пульса предложено множество способов, большинство из которых основаны на регистрации биопотенциалов сердца или перемещения стенок сосудов (артерий, вен).

Известно устройство [1], реализующее измерение частоты пульса, выходным сигналом которого служат биопотенциалы сердца, снимаемые с помощью чашечных электродов. Они закрепляются на левой стороне груди человека так, чтобы R-зубец ЭКГ имел максимальную амплитуду, а все другие биопотенциалы - минимальную. Сигнал от датчиков усиливается биоусилителем с регулируемым коэффициентом усиления до уровня, достаточного для работы порогового устройства - триггера Шмитта. Для повышения помехозащищенности измерительной схемы включен ждущий мультивибратор, сигнал которого и является счетным. Параметры этого сигнала постоянны, а частота следования определяется частотой пульса. Дальнейшая схема обработки является обычной схемой счетчика частоты.

Недостатком устройства является необходимость ручной регулировки коэффициента усиления биоусилителя, так как значение R-зубца ЭКГ в процессе измерения может изменяться: увеличиваться или уменьшаться.

Наиболее близким по сути к заявляемому устройству является устройство измерителя пульса [2], основу которого составляет оптоэлектронный преобразователь, состоящий из ИК-светодиода и фотодиода. Данное устройство содержит следующие элементы: оптоэлектронный преобразователь, два усилителя, фильтр низкой частоты, триггер Шмидта, дифференцирующую RC-цепь, три ждущих одновибратора, две логические схемы И-НЕ, генератор измерительной частоты, два RS-триггера, электронный ключ, счетчик частоты, индикатор, две кнопки управления (фиг. 3).

Устройство работает следующим образом. При включении питания схемы ИК-светодиод начинает излучать сигнал, который частично отражается от пальца, если последний приложен к оптоэлектронному преобразователю E1. Этот сигнал улавливается фотодиодом и усиливается первым усилителем A1. Далее, пройдя через фильтр низких частот Z1, сигнал поступает на вход второго усилителя A2, на выходе которого его амплитуда достигает значения, достаточного для работы схемы триггера Шмитта D1. Формируемые прямоугольные импульсы, соответствующие ударам пульса, проходят через дифференцирующую RC-цепь и запускают ждущий одновибратор D2. Одновибратор D2 выполняет две функции: блокирует триггер D1 и запускает схему цифрового пересчета, если предварительно была нажата кнопка SB1 - "счет". Блокирование триггера D1 делает считывание сигналов пульса более надежным, так как часть периода следования ударов пульса триггер D1 закрыт. Выходной импульс блока D2 в режиме "счет" через схему совпадения D3 запускает два других одновибратора D4 и D5. Одновибратор D4 задает время измерения импульса, а другой одновибратор D5 вырабатывает сигналы фиксированной длительности, осуществляющие пересчет. В результате подачи сигналов одновибратора D5 и генератора G1 на вход схемы совпадения D7, на ее выходе формируются пачки импульсов, определяющие коэффициент пересчета. Например, если в одном импульсе счета присутствуют 5 импульсов от генератора G1, то осуществляется режим умножения на 5. Это позволяет сократить полное время счета частоты пульса до нескольких секунд. Эти пачки импульсов поступают на вход счетчика частоты D8 и по окончании времени измерения, определяемого одновибратором D4, на счетчике фиксируется число, равное количеству ударов пульса в минуту. По окончании счета триггер D6 переходит в нулевое состояние и запрещает прохождение импульсов через схему совпадения D3. Одновременно с помощью триггера D9 открывается ключ K1 и загорается индикаторное табло HL1. Для повторения цикла измерения следует нажать кнопку SB2 - "сброс". В итоге гасится табло HL1, очищается счетчик D8.

Недостатком данного устройства является невысокая точность отсчета измеряемого параметра. Это связано с выбором компромисса между временем и точностью измерения частоты пульса. В устройстве осуществляется подсчет импульсов за определенный период времени (как правило не превышающий несколько секунд) с последующим осреднением за одну минуту. Другим недостатком устройства является его сильная зависимость от условий проведения измерений. При неудачном контакте пальца с оптоэлектронным преобразователем возможна нехватка усиления в схемах A1 и A2. При значительном увеличении коэффициента усиления в схемах A1 и A2 возможны ложные срабатывания из-за помех. В итоге устройство позволяет осуществлять измерение частоты пульса только лишь в 80 - 90% случаев.

Предлагаемое устройство для измерения частоты пульса содержит следующие элементы: оптоэлектронный преобразователь, два усилителя, фильтр низкой частоты, схему автоматической регулировки усиления (АРУ), триггер Шмитта, генератор измерительных импульсов, электронный ключ, логическую схему И-НЕ, формирователь команд управления, счетчик частоты, регистр памяти, индикатор и кнопку пуска.

Общим для выбранного заявителем прототипа и предлагаемого устройства является наличие в них оптоэлектронного преобразователя, первого и второго усилителей, фильтра низких частот, триггера Шмитта, генератора измерительных импульсов, электронного ключа, логической схемы И-НЕ, счетчика частоты, индикатора и кнопки пуска.

Отличительные от прототипа признаки следующие:

- схема автоматической регулировки усиления,

- регистр памяти,

- формирователь команд управления,

а также связи между указанными устройствами, приведенные в формуле изобретения.

Существенное значение имеет введение в схему формирователя импульсной последовательности на основе оптоэлектронного преобразователя, первого и второго усилителей с фильтром низкой частоты, а также триггера Шмитта и схемы автоматической регулировки усиления второго усилителя. Это позволяет жестко стабилизировать амплитуду импульсных сигналов ударов пульса, что очень важно при измерении длительности импульса. В этом случае обеспечивается измерительная база для сравнения длительности импульсов различных пульсов. Существенным является условие работы формирователя команд управления. После запуска схемы при замыкании кнопки SB1 одновременно включаются ИК-излучатель оптоэлектронного преобразователя и электронный ключ. Именно импульсная последовательность ударов пульса, поступая на формирователь команд управления, синхронизирует режим работы всего устройства.

Предлагаемое устройство для измерения частоты пульса показано на чертеже, фиг. 1.

Оно содержит оптоэлектронный преобразователь 1, выход которого соединен с входом первого усилителя 2. Выход первого усилителя 2 соединен со входом фильтра низких частот 3, выход которого подключен на первый вход второго усилителя 4. Выход последнего соединен со входом схемы АРУ 5 и входом триггера Шмитта 6. Выход схемы АРУ 5 подключен ко второму входу второго усилителя 4. Выход триггера Шмитта 6 соединен с первым входом ключевой логической схемы И-НЕ 10 и первым входом электронного ключа 7. Выход электронного ключа 7 соединен с первым входом формирователя команд управления 8, а его первый выход подключен ко второму входу электронного ключа 7. Второй, третий и четвертый выходы формирователя команд управления 8 соединены соответственно со вторым входом логической схемы И-НЕ 10, вторым входом регистра памяти 12 и вторым входом счетчика частоты 11, а пятый выход - подключен на вход оптоэлектронного преобразователя 1. Выход генератора измерительных импульсов 9 соединен с третьим входом логической схемы И-НЕ 10, а ее выход - с первым входом счетчика частоты 11. Выход счетчика частоты 11 соединен с первым входом регистра памяти 12, а его выход подключен к индикатору 13. Кнопка пуска SB1 соединена со вторым и третьим входами формирователя команд управления 8.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии схема обнулена и со второго выхода формирователя команд управления 8 на второй вход схемы И-НЕ 10 приложен потенциал уровня логического нуля, что определяет закрытое состояние логической схемы И-НЕ 10, ИК-излучатель оптоэлектронного преобразователя 1 не работает. При нажатии кнопки SB1 формирователь команд управления 8 переводит в активный режим ИК-излучатель оптоэлектронного преобразователя 1, создавая потенциал уровня логической единицы на его входе (см. временные диаграммы, фиг. 2б). Одновременно на выходах первом и втором формирователя команд управления 8 присутствуют потенциалы уровня логической единицы, что открывает электронный ключ 7 и переводит в активный режим схему И-НЕ 10. При установке оптоэлектронного преобразователя 1, например, в области аорты, т.е. при контроле центрального артериального пульса, появятся импульсы фототока, которые, пройдя две ступени усиления (усилители 2 и 4) и фильтр низкой частоты 3, за счет схемы АРУ 5 достигнут определенного уровня. Усиленный импульсный сигнал фиксированного уровня, проходя через триггер Шмитта 6, приобретает необходимую крутизну фронтов для уверенной работы цифровой части устройства (фиг. 2а). Импульсная последовательность, проходя через электронный ключ 7, является опорной серией для работы формирователя команд управления 8. Одновременно импульсная последовательность ударов пульса поступает на первый вход схемы И-НЕ 10, куда поступают сигналы от генератора измерительных импульсов 9 (фиг. 2в). В моменты совпадения уровней логических единиц на входах логической схемы И-НЕ 10 на ее выходе будут присутствовать пачки импульсов с частотой измерительного генератора 9, которые обрабатываются счетчиком частоты 11 (фиг. 2г). Число импульсов, которое поступает на вход счетчика 11, пропорционально длительности центрального артериального пульса. Для соответствующей градуировки измеряемого параметра процесс измерения ограничивается во времени, которое определяется количеством ударов пульса. Например, после прохождения трех ударов пульса формирователь команд управления 8 заканчивает процесс измерения. На его первом, втором и пятом выходах создаются потенциалы уровня логического нуля. На третьем выходе формируется короткий импульс (фиг. 2д), разрешающий считывание/индикацию содержимого счетчика 11. На индикаторе 13 появляется величина измеренной частоты пульса. При повторном нажатии кнопки SB1 формирователь команд управления 8 на четвертом и третьем выходах создает короткие импульсы для обнуления счетчика 11 и регистра памяти 12. Устройство переходит в исходное состояние и готово к повторному измерению.

Заявляемое устройство может быть реализовано на доступной элементной базе, отличается простотой управления и надежностью измерения контролируемого параметра.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:

1. А.с. СССР N 216903. Портативный пульсоинтенсиметр.

2. Ефремов В. Н. Нискевич М.И. Измеритель пульса / В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 90 // Сост. Н.Ф. Назаров. - М.: ДОСААФ, 1985. - С. 27, 29; рис. 1.