Измеритель частоты пульса

(21) 4740892/ (22) 21.09.89 (46) 07,04.92 (71) Ижевский институт и Фи тут Уральског (72) С,И.Юран В.И.Заболотск3) 612,47 (О 6) Авторско 986391, кл. Бюл, 14 13ельскохозяйственныйко-технический инст.отделения АН СССРВ,А.Алексеев,и В,И.Вахрушев(5да свидетельство СССРА 61 В 5/02, 1983. ГОсудАРстВенный КомитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯИПРИ ГКНТ СССР 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, Мотя вероятность индикации ложных измерений снижена, при воздействии артефактов устройство будет регистрировать и искаженные результаты измерений.Наиболее близким по техницеской сущности к предложенному изобретению является устройство, которое содер 2(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ПУЛЬСА (57) Измеритель частоты пульса отно сится к медтехнике и содержит датчик 1 пульса, Формирователь 2 импульсов генератор 3, счетчик 4, регистры 5, 13, индикатор 6, делитель 7, блоки8, 12 логических ключей, формирователь 9 импульсов сброса, элемент 1 О 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 иРяд других блоков.Недостатком данного устройства является низкая точность измерения приналичии артефактов, Регистрация показаний частоты пульса при воздействии артефактов в значительной степени искажает общий результат измерения за счет включения в него резкоотличающихся значений даже при наличии импульсов экстраполяции, чтовозможно при контроле физиологического состояния сельскохозяйственныхживотных в условиях крупных животноводческих ферм и комплексов, когдана животное воздействуют, например,шум трактора или кормораздатчика, а.также возникающие в процессе дойкии кормления стрессовые ситуации.Целью изобретения является повышение точности измерения за счетуменьшения артефактов,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, второй регистр, цифровой компаратор, вторые входы которого подключены к сигнальным входам первого и второго блоков логических ключей и выходу счетчика, и элемент ИЛИ-НЕ, выходкоторого соединен с вторым входом элемента И, вь 1 ход 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 первь 1 м выходом формирователяимпульсов, второй выход которого соединен с входом установки делителя.Известны устройства, позволяющиеконтролировать пульс в условиях помех. Однако эти устройства не позволяют исключать из результата измерения данные, искаженные воздействиемартефактов, так как в них отсутствует совокупность блоков: формировательимпульсов, первый и второй блоки логических ключей, второй регистр, цифровой компаратор элемент задержки,элементы И и ИЛИ-НЕ, а также связьмежду ними,Таким образом предложенная в устройстве совокупность признаков соответствует критерию "существенныеотличия".На фиг, 1 представлена структурная схема предложенного устройства;на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; нафиг. 3 - вариант реализации Формирователя импульсов; на фиг. 4 - временные Диаграммы, поясняющие работуформирователя импульсов; на Фиг, 51 О 15 20 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, последовательно соединенные элемент 10 задержки и элемент И 11 и последовательносоединенные второй блок 12 логических ключей, второй регистр 13, цифро 25 вой компаратор 14, вторые входы которого подключены к сигнальным входампервого 8 и второго 12 блоков логических ключей и выходу счетчика 4,и элемент ИЛИ-НЕ 15, выход которогоЗ 0 соединен с вторым входом элемента И11, выход которого подключен к входууправления первого блока 8 логических ключей, при этом вход элемента10 задержки соединен с входом управления второго блока 12 логических35ключей, с входом формирователя 9импульсов сброса и первым выходомформирователя 2 импульсов, второй вы ход которого соединен с входом уста 40 новки делителяВозможный вариант датчика 1 пульса содержит фотоэлектрический преобразователь и формирователь импульсов,соответствующих ударам пульса, и45 может быть выполнен на основе схемыизмерителя пульса, где в нем используются каскады на микросхемах РА 1,ПА 2 и 001,В качестве цифрового компаратора14 можно использовать четырехразрядные компараторы 564 ИП 2, элемент 10задержки, обеспечивающий надежностьзаписи информации со счетчика 4 впервый регистр 5 после окончания пе 55реходных процессов можно реализо 1вать на одновибраторе. В качествеформирователя 9 импульсов сброса также используется стандартная схема одновибратора.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 выходаФормирователя 9 импульсов сброса;д - счетчика 4; е - второго регистра 13 ж - элемента ИЛИ-НЕ 15; зэлемента 10 задержки; и - элементаИ 11. Цифрой 1 обозначена работаустройства при нормальной пульсовойдлительности, 11 - при аномальнойпульсовой длительности.Возможный вариант Формирователя2 импульсов (фиг. 3) содержит первыйодновибратор 16, второй одновибратор17, вырабатывающий импульс длительностью о =10 мс, причем длительность импульса на выходе первого одновибратора 16 выбирается на 0,30,53 больше длительности импульса навыходе второго одновибратора 17,например, ц =10,04 мс, что необходимо для повышения устойчивости работы устройства, генератора 18 импульсов с 1=1 кГц и схему 19 совпадения.Временнь;е диаграммы, поясняющиеработу Формирователя 2, приведенына фиг. 4, где к - сигнал на выходедатчика 1 пульса л - напряжение навыходе первого одновибратора 16;и - напряжение на выходе схемы 19совпадения; н - напряжение на выходе второго одновибратора 17.Принципиальная электрическая схема делителя 7 содержит счетчики намикросхемах РР 1 где накапливаетсятекущее значение пульсовой длительности, счетчики на РР 2, работающиев режиме вычитания, и счетчики наРРЗ, в которых накапливается частное от деления 60000 импульсов и числа импульсов, соответствующих пульсовой длительности.Измеритель частоты пульса работает следующим образом,Рассмотрим снацала работу устройства при отсутствии артефактов (1).Отрицательным перепалой сигнала(Фиг. 4,к) соответствующего уларапульса вырабатываемого датчиком 1пульса запускается первый олновиб-ратор 16 вырабатывающий импульс со(Фиг. 4,л) который включает второйолновибратор 17, вырабатывающий импульс длительностью 0,01 с (Фиг.2,6), 5 1 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 По перелнему фронту этого импульсаФормируется короткий (около 100 нс)импульс (фиг. 2,в) с помощью формирователя 9 (второй выход), которыйустанавливает в исходное состояниесчетчик 4 и производит по входу начальной установки начальную установку и запуск делителя 7. По заднемуфронту импульса (фиг. 2,б) с помощьюФормирователя 9 (первый выход) осуществляется формирование аналогичного импульса (Фиг. 2,г) поступающегона вход сброса делителя 7.По окончании импульса н, с первого одновибратора 16 (Фиг. 3) на первом входе схемы 19 совпадения устанавливается потенциал логическойединицы (Фиг. 4,л) и на выход схемы19 совпадения с генератора 18 будутпоступать импульсы частотой 1 кГц(фиг. 4,м), которые, пройдя на входустановки знаменателя в блоке делителя 7, запоминаются в нем. По окончании пачки импульсов сигналом с первого одновибратора 16 длительностью0,01 с (фиг, 2,6), запускается второй одновибратор 17 (фиг. 2,6 и4,н), управляющий генератором 3, частота которого, например б ИГц,Следовательно, с генератора 3 насчетный 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 ключей 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 172Если коды чисел, записанные вовтором регистре 13 и счетчике 4, соападуют, то на выходах "больше" и"меньше" цифрового компаратора 14будут присутствовать логические нули,а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 15 сформируется уровень логической единицы(фиг. 2,ж), который поступает на одиниз входов элемента И 11, на второйвход которого воздействует импульс спервого выхода формирователя 2, прошедший через элемент 10 задержки(Фиг. 2,3). Время задержки выбирается из условия завершения всех переходных процессов, связанных со сменой информации во втором регистре 13и счетчике 4, Сигнал с выхода элемента И 11 (фиг. 2,и) поступает науправляющий вход первого блока 8 логических ключей и разрешает переписьсодержимого счетчика 4 в первый регистр 5, с выхода которого результатизмерения проходит на индикатор 6.Точность сравнения кодов в цифровомкомпараторе 14 может задаваться исключением из процесса сравнения младших разрядов и подбирается опытнымпутем,В случае воздействия артефактов(фиг. 2) (под артефактами понимается появление ложных сигналов с датчика 1 пульса, например, при движениичеловека или животного, стрессовыхситуациях у животных на Ферме и др.),приводящих к однократному изменениюдлительности одной пульсовой волны,например, ее увеличению (фиг. 2,а),в счетчике 4 сформируется отличноеот действительного значение частотыпульса (фиг, 2,д) . В этом случае коды чисел, поступающие со счетчика 4и с второго регистра 13 на входы цифрового компаратора 14, оказываютсянеравными (фиг, 2,е). В результатесравнения кодов на выходе цифровогокомпаратора 14 появится уровень логической единицы, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 15 - логический нуль(фиг. 2,ж), который запрещает перепись содержимого счетчика 4 в первыйрегистр 5 а момент прихода импульсас элемента 10 задержки (фиг. 2,э,и) .Аномальное значение частоты пульсане регистрируется, а на индикаторе 6воспроизводится значение, полученноеа предыдущем цикле.В следующий пульсовой цикл аномальное значение ритма сердца перепи 1 О15 20 2530 3540455055 при появлении одного аномального периода пульса из регистрации исключается даа 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,г) счетчики, собранные на микросхемах РР 1, устанавливаются в исходное состояние, после чего с второго выхода формирователя 2 импульсов на вход Т начинают поступать импульсы частотой 1 кГц в течение пульсовой длительности. После окончания пачки импульсов в счетчиках РР 1 сформируется код числа И,соответствующий пульсоаойдлительности, Импульсом, сформированным на втором выходе формирователя 9 импульса сброса (фиг. 2,в), по входу РЕ производится начальная установка счетчиков на РР 2 (происходит перезапись содержимого счетчиков на РР 1. в счетчики на РР 2) и сброс по входу К счетчиков на РРЗ, С этого момента на вход "-1" первого счетчика на РР 2 начинают поступать импульсы с частотой 6 ИГц с генератора 3. Счетчики на РР 2 работают в режиме вычитания, то есть записанное число М импульсами генератора 3 уменьшается до нуля. В момент обнуления последнего счетчика РР 2 с его выхода й 0 на счетный вход Т 1 первого счетчика на РРЗ проходит и записывается один импульс и одновременно в счетчики на РР 2 вновь вводится код числа И со счетчиков на РР 1. Процесс повторяется столько раз, сколько значений М укладывается в 60000 импульсов, следующих в течение времени 0,01 с с генератора 3, то есть осуществляется операция деления 60000/М и результат записывается в счетчиках на РРЗ.Таким образом предложенное устройство позволяет повысить точность 4172 8сывается ао 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 .осред 5 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 3 о б р е т е н и я20Измеритель частоты пульса, содержащий последовательно соединенные датчик пульса, формирователь импульсов и генератор, а также счетчик и первый регистр, соединенный с индика тором, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения влияния артефактов, в него введены делитель,2 10счетный 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, первыйвыход которого соединен с входомсброса делителя, а второй выход - свходами начальной установки делителяи счетчика, последовательно соединенные элемент задержки и элемент И ипоследовательно соединенные второйблок логических ключей, второй регистр, цифровой компаратор, вторыевходы которого подключены к сигнальным входам первого и второго блоковлогических ключей и выходу счетчика,и элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И,выход которого подключен к входу управления первого блока логическихключей, при этом вход элемента задержки соединен с входом управлениявторого блока логических ключей, свходом Формирователя импульсов сбросаи с первым входом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с входом установки делителя.155 ЭИ155 ИЕ Фпг. Редактор С.Кулакова И.Самборска Кор Тираж Подписи енного комитета ло изобретениям и открыт 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 ри ГКНТ С оизводственно-издательский комбинат "Патент", г.уагород, ул. Гагарина, 101 аказ 1125НИИПИ Государс оставитель А.Дмитрехред А,КРавчук ввз155 ИЕ 5