Измеритель частоты пульса

 

Измеритель частоты пульса относится к медтехнике и содержит датчик 1 пульса, формирователь 2 импульсов , генератор 3, счетчик 4, регистры 5, 13, индикатор 6, делитель 7, блоки 8, 12 логических ключей, формирователь 9 импульсов сброса, элемент 10 задержки, элемент И 11,цифровой компаратор 14, элемент ИЛИ-НЕ 15. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (i9I SU (Iii щ)5 А 61 В 5/02

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОсудАРстВенный Комитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯИ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4740892/14 (22) 21.09.89 (46) 07.04.92. Бюл. 4 13 (71) Ижевский сельскохозяйственный институт и Физико-технический институт Уральского отделения АН СССР (72) С.И.Юран, В,А.Алексеев, В.И.Заболотских и В.И.Вахрушев (53) 612.47(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

8 986391, кл. А 61 В 5/02, 1983 °

Изобретение относится к медицинской и ветеринарной технике и может быть использовано для контроля физиологического состояния человека и животных

Известны устройства для измерения частоты гульса, позволяющие за относительно короткое время с заданной точностью определить частоту сердечных сокращений. Однако в условиях воздействия артефактов точность получаемых результатов резко снижается.

Известно также устройство для индикации ритма сердца, позволяющее контролировать пульс в условиях помех за счет многоканальной обработки сигналов с датчиков. Хотя вероятность индикации ложных измерений снижена, при воздействии артефактов устройство будет регистрировать и искаженные результаты измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является устройство, которое содер2 (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ 4АСТОТЫ ПУЛЬСА (57) Измеритель частоты пульса относится к медтехнике и содержит датчик

1 пульса, формирователь 2 импульсов, генератор 3, счетчик 4, регистры 5, 13, индикатор 6, делитель 7, блоки 8, 12 логических ключей, формирователь 9 импульсов сброса, элемент 10 задержки, элемент И 11,цифровой компаратор 14, элемент ИЛИ-НЕ

15. 5 ил. жит последовательно соединенные формирователь импульсов, генератор тактовых импульсов, а также два счетчика, регистр, индикаторный прибор и ряд других блоков.

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения при наличии артефактов. Регистрация показаний частоты пульса при воздействии артефактов в значительной степени искажает общий результат измерения за счет включения в него резко отличающихся значений даже при наличии импульсов экстраполяции, что возможно при контроле физиологического состояния сельскохозяйственных животных в условиях крупных животноводческих ферм и комплексов, когда на животное воздействуют, например, шум трактора или кормораздатчика, а. также возникающие в процессе дойки и кормления стрессовые ситуации.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения артефактов. з 17241

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные датчик пульса, формирователь импульсов и генератор, а также счетчик и первый регистр, соединенный с индикатором, введены делитель, счетный вход которого соединен с выходом генератора, а выходсо счетным входом счетчика, первый блок логических ключей, выходы которого соединены с входами первого регистра, Формирователь импульсов сброса, первый выход которого соединен с входом сброса делителя, а второй выход - с входами начальной установки делителя и счетчика, последовательно соединенные элемент задержки и элемент И и последовательно соединен ные второй блок логических ключей, 20 второй регистр, цифровой компаратор, вторые входы которого подключены к сигнальным входам первого и второго блоков логических ключей и выходу счетчика, и элемент ИЛИ-НЕ, выход 25 которого соединен с вторым входом weмента И, выход которого подключен к входу управления первого блока логических ключей„ при этом вход элемента задержки соединен с входом управления второго блока логических ключей, с входом формирователя импульсов сбро" са и с первым выходом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с входом установки делителя.

Известны устройства, позволяющие контролировать пульс в условиях помех. Однако эти устройства не позволяют исключать из результата измерения данные, искаженные воздействием

40 артефактов, так как в них отсутствует совокупность блоков: формирователь импульсов, первый и второй блоки логических ключей, второй регистр, цифровой компаратор,, элемент задержки, элементы И и ИЛИ-НЕ, а также связь между ними.

Таким образом предложенная в устройстве совокупность признаков соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг, 1 представлена структурная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - вариант реализации формирователя импульсов; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу формирователя импульсов; на Фиг. 5

72 4 одна из возможных принципиальных электрических схем делителя и счетчика.

Измеритель частоты пульса содержит (фиг. 1) последовательно соединенные датчик 1 пульса, Формирователь 2 импульсов, генератор 3, а также счетчик 4 и первый регистр 5, соединенный с индикатором 6, делитель 7, счетный вход которого соединен с выходом генератора 3, а выход - со счетным входом счетчика 4, первый блок 8 логических ключей, выходы которого соединены с входами первого регистра 5, формирователь 9 импульсов сброса, первый выход которого соединен с входом сброса делителя 7, а второй выход - с входами начальной установки делителя 7 и счетчика 4, последова- тельно соединенные элемент 10 задержки и элемент И.11 и последовательно соединенные второй блок 12 логических ключей, второй регистр 13, цифровой компаратор 14, вторые входы которого подключены к сигнальным входам первого 8 и второго 12 блоков логических ключей и выходу счетчика 4, и элемент ИЛИ-НЕ 15, выход которого соединен с вторым входом элемента И

11, выход которого подключен к входу управления первого блока 8 логических ключей, при этом вход элемента

10 задержки соединен с входом управления второго блока 12 логических ключей, с входом формирователя 9 импульсов сброса и первым выходом формирователя 2 импульсов, второй вы-ход которого соединен с входом установки делителя 7.

Возможный вариант датчика 1 пульса содержит фотоэлектрический преобразователь и формирователь импульсов, соответствующих ударам пульса, и может быть выполнен на основе схемы измерителя пульса, где в нем используются каскады на микросхемах DA1, DA2 и DD1.

8 качестве цифрового компаратора

14 можно использовать четырехразрядные компараторы 564ИП2, элемент 10 задержки, обеспечивающий надежность записи информации со счетчика 4 в первый регистр 5 после окончания переходных процессов, можно реализовать на одновибраторе. В качестве формирователя 9 импульсов сброса также используется стандартная схема одновибратора.

1724172

На фиг. 2 представлены эпюры выходных сигналов следующих блоков устройства: а - второго выхода формирователя 2 импульсов; б - первого выхода Формирователя 2 импульсов; ввторого выхода формирователя 9 импульсов сброса; г — первого выхода

Формирователя 9 импульсов сброса; д - счетчика 4; е - второго регистра 13; ж - элемента ИЛИ-HE 15; зэлемента 10 задержки; и - элемента

И 11. Цифрой I обозначена работа устройства при нормальной пульсовой длительности, II — при аномальной пульсовой длительности.

Возможный вариант Формирователя

2 импульсов (фиг. 3) содержит первый одновибратор 16, второй одновибратор

17, вырабатывающий импульс длительностью tg =10 мс, причем длительность импульса на выходе первого одновибратора 16 выбирается на 0,30,53 больше длительности импульса на выходе второго одновибратора 17, например, ц„ =10,04 мс, что необходимо для повышения устойциности работы устройства, генератора 18 импульсов с f=l кГц и схему 19 совпадения.

Временнь;е диаграммы, поясняющие работу формирователя 2, приведены на фиг. 4, где к - сигнал на выходе датчика 1 пульса; л — напряжение на выходе первого одновибратора 16; и — напряжение на выходе схемы 19 совпадения; н - напряжение на выходе второго одновибратора 17.

Принципиальная электрическая схема делителя 7 содержит счетчики на микросхемах DDi,,ãäå накапливается текущее значение пульсовой длительности счетчики на 002, работающие в режиме вычитания, и счетчики на

DD3, в которых накапливается частное от деления 60000 импульсов и числа импульсов, соответствующих пульсовой длительности.

Измеритель частоты пульса работает следующим образом, Рассмотрим сначала работу устройства при отсутствии артефактов (1).

Отрицательным перепадом сигнала (фиг. 4,к) соответствующего улара пульса, вырабатываемого датчиком 1 пульса, запускается первый олновиб- ратор l6 вырабатывающий импульс о (Фиг. 4,л)» который включает второй одновибратор 17, вырабатывающий импульс длительностью 0,01 с (фиг.2,6).

По переднему фронту этого импульса формируется короткий (около 100 нс) импульс (фиг. 2, в) с помощью формирователя 9 (второй выход), который устанавливает в исходное состояние счетцик 4 и производит по входу начальной установки начальную установку и запуск делителя 7. По заднему фронту импульса (фиг. 2,б) с помощью формирователя (первый выход) осуществляется формирование аналогичного импульса (фиг. 2,r) поступающего на вход сброса делителя 7.

По окончании импульса tg с первого одновибратора 16 (фиг. 3) íà первом входе схемы 19 совпадения устанавливается потенциал логической единицы (фиг. 4,л) и на выход схемы

19 совпадения с генератора 18 будут поступать импульсы частотой 1 кГц (фиг. 4,м), которые, пройдя на вход установки знаменателя в блоке делителя 7, запоминаются в нем. По окончании пачки импульсов сигналом с первого одновибратора 16 длительностью

0,01 с (фиг. 2,6), запускается второй одновибратор 17 (фиг. 2,6 и

4,н), управляющий генератором 3, цастота которого, например 6 ИГц.

Следовательно, с генератора 3 на счетный вход делителя 7 пройдет пач" ка в 60000 импульсов. Число импульсов с генератора 3 в делителе 7 делится на число импульсов, соответствующих пульсовой длительности, поступивших на вход установки знаменателя, и частное от деления накапливается в счетчике 4 (фиг. 2,д). На" пример, при пульсовой длительности

0,5 с на установочном входе делителя

4 в нем будет записано число 500 и, таким образом, число 60000 будет поделено на 500. При этом с выхода делителя 7 на счетчик 4 пройдет 120 импульсов, что соответствует 120 ударам пульса в минуту.

Предыдущее же значение содержимого счетчика 4 по переднему фронту импульса с первого выхода Формирователя 2 (фиг. 2,6) перепишется через второй блок 12 логических клюцей во второй регистр 13 (фиг. 2,б,д,е) и с момента времени А до момента времени Б (фиг. 2,ж). В цифровом ком- параторе 14 производится сравнение кодов чисел второго регистра 13 и текущего значения частоты пульса с выхода счетчика 4.

7 172

Если коды чисел, записанные во втором регистре 13 и счетчике 4, совпадуют, то на выходах "больше" и

"меньше" цифрового компаратора 14 будут присутствовать логические нули, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 15 сформируется уровень логической единицы (фиг. 2,ж), который поступает на один из входов элемента И 11, на второй вход которого воздействует импульс с первого выхода формирователя 2, прошедший через элемент 10 задержки (фиг. 2,з). Время задержки выбирается из условия завершения всех переходных процессов, связанных со сменой информации во втором регистре 13 и счетчике 4. Сигнал с выхода элемента И 11 (фиг. 2,и) поступает на управляющий вход первого блока 8 логических ключей и разрешает перепись содержимого счетчика 4 в первый регистр 5, с выхода которого результат измерения проходит на индикатор 6.

Точность сравнения кодов в цифровом компараторе 14 может задаваться исключением из процесса сравнения младших разрядов и подбирается опытным путем, В случае воздействия артефактов (фиг. 2) (под артефактами понимается появление ложных сигналов с датчика 1 пульса, например, при движении . человека или животного, стрессовых ситуациях у животных на ферме и др.), приводящих к однократному изменению длительности одной пульсовой волны, например, ее увеличению (фиг. 2,а), в счетчике 4 сформируется отличное от действительного значение частоты пульса (фиг. 2,д) . В этом случае коды чисел, поступающие со счетчика 4 и с второго регистра 13 на входы цифрового компаратора 14, оказываются неравными (фиг. 2,е). В результате сравнения кодов на выходе цифрового компаратора 14 появится уровень логической единицы, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 15 — логический нуль (фиг. 2,ж), который запрещает перепись содержимого счетчика 4 в первый регистр 5 в момент прихода импульса с элемента 10 задержки (фиг. 2,з,и) .

Аномальное значение частоты пульса не регистрируется, а на индикаторе 6 воспроизводится значение, полученное в предыдущем цикле.

В следующий пульсовой цикл аномальное значение ритма сердца перепи1О

55 при появлении одного аномального периода пульса из регистрации исключается два периода пульса (фиг. 2,ж, з,и), а индикатор 6 воспроизводит предыдущий нормальный результат измерения.

Принципиальная электрическая схема делителя 7 и счетчика 4 функционирует следующим образом (фиг. 5).

Импульсом с первого выхода формирователя 9 импульса сброса (фиг. 2,r) счетчики, собранные на микросхемах

001, устанавливаются в исходное состояние, после чего с второго выхода формирователя 2 импульсов на вход Т1 начинают поступать импульсы частотой 1 кГц в течение пульсовой длительности. После окончания пачки импульсов в счетчиках DD1 сформируется код числа N,ñîîòâåòñòâóþùèé пульсовой длительности. Импульсом, сформированным на втором выходе формирователя

9 импульса сброса (фиг. 2,в), по входу РЕ производится начальная установка счетчиков на 002 (происходит перезапись содержимого счетчиков на

DD1. в счетчики на DD2) и сброс по входу К счетчиков на 003. С этого момента на вход "-1" первого счетчика на 002 начинают поступать импульсы с частотой 6 ИГц с генератора 3.

Счетчики на DD2 работают в режиме вычитания, то есть записанное число

N импульсами генератора 3 уменьшается до нуля. В момент обнуления последнего счетчика 002 с его выхода и 0 на счетный вход Tl первого счетчика на 003 проходит и записывается один импульс и одновременно в счетчики на 002 вновь вводится код числа

N co счетчиков íà DD1. Процесс повторяется столько раз, сколько значений N укладывается в 60000 импульсов, следующих в течение времени О,ОТс с генератора 3, то есть осуществляется операция деления 60000/N и результат записывается в счетчиках на 003.

Таким образом предложенное устройство позволяет повысить точность

4172 8 сывается Во второй регистр 13. При этом в результате сравнения кодов чисел в цифровом компараторе 14 на выходе элемента И 11 разрешающий сигнал на перепись текущей информации со счетчика 4 через первый блок 8 логических ключей в первый регистр 5 не вырабатывается (фиг. 2,и). Итак,.

9 172417 измерения частоты пульса за счет исключений аномальных значений, возникающих в условиях воздействия артефактов, что особенно важно при .осред5 нении результатов измерений за определенный промежуток времени или за определенное число периодов пульса, когда аномальные значения ритма сердца могут в значительной степени ис" казить результат измерения. !

Положительный эффект от использования изобретения выражается в повышении объективности контроля состояния сердечно-сосудистой системы человека и животного.

Формул а и з о б р е т е н и я

Измеритель частоты пульса, содержащий последовательно соединенные датчик пульса, формирователь импульсов и генератор, а также счетчик и первый регистр, соединенный с индика- 25 тором, отличающийсятем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения влияния артефактов, в него введены делитель, 2 10 счетный вход которого соединен с выходом генератора,а выход - со счетным входом счетчика, первый блок логических ключей, выходы которого соединены с входами первого регистра, Формирователь импульсов сброса, первый выход которого соединен с входом сброса делителя, а второй выход - с входами начальной установки делителя и счетчика, последовательно соединенные элемент задержки и элемент И и последовательно соединенные второй блок логических ключей, второй регистр, цифровой компаратор, вторые входы которого подключены к сигнальным входам первого и второго блоков логических ключей и выходу счетчика, и элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к входу управления первого блока логических ключей, при этом вход элемента задержки соединен с входом управления второго блока логических ключей, с входом Формирователя импульсов сброса и с первым входом Формирователя импульсов, второй выход которого соединен с входом установки делителя.

1724172

Л l l E

ЙЗВЙВЫВВШЙВЙВЗВИВВВВЗИВВЮ Ий, 1

М- " ll 3 1 II Е

1 ), х л

ЭИ

155не5

r к блок.„!

Фпг. 5

Составитель А.Дмитриева

Техред А,Кравчук Корректор M.Ñàìáoðñêàÿ

Реда ктор С . Кула кова

Заказ 1125 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

3)bQ

f55 <>Е7

»3

i 5m ÈÅ5