DE1648523A1 - Optischer Dehnungsmesser - Google Patents
Optischer DehnungsmesserInfo
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Description
.7 Stuttgart-1 j, Postiaeh 5141
B0 J?« Weaver
SMBJJ® ISSOiSBXO GGaSGRASlOE9E^ York
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BAD ORIGfJSiAt.
BAD ORIGfJSiAt.
ISE/Äeg.3-554 ~ € -
■bekannte Wieder ander© Gerät® verwenden flexible'Membranen,,
die an einem Seil des Gerätes angeordnet sind und den Druck des Blutstromee unt©s>
der Membran abfühlene
Mit diesen linriehtraigsm weist die Brfladung - obwohl sie bei
oberflächlicher Betrachtung in diese Kategorie zu fallen.
scheint - ihrem ¥esea nach keine Verwandtschaft auf.
Di© erfindimgsgemäss vorgeschlagene Anordnung trägt die Bezeichnung
M Optischer Dehnungsmesser " zu Hecht, denn die geometrische
Zuordnung zwischen Lichtquelle und Fotozelle ist
nicht starr oder fests und die Wirkungsweise ist primär die
eine® Dehnungsmessers ο Die beiden Bauelemente sind in einem
elastischen. Medium eingekapselt und gegenüber jeder Art von
äusstrer Beleuchtmg - bzw· aus s er en BeleuchtimgsSchwankungen «?
unempfindlich gemacht« Das !!entführende Medium zwischen Licht«
quelle (Glühlampe) und Fotozelle ist "der aus elastischerSübstana
bestehende D©hnungsköi?pero Mithin eraeugt jede auf dies® "ia.·=
srinung einwirkend© ICraft-bzwo Kraft ©kombination. - eia Signal
C fesw, eine Signalkombiaation ) als Folge von Veränderungen
des mittleres Lichtweges «Das Gerät kann sowohl zur Abfühlimg
ύόά longitudinal©!! und lateralen Dekiraiiga-oder Eompr ess ions-=
Deformationen als auefe you Iorsionen üienesu Wie umaitteHsaE1-Qrsiohtliekf
weist das srfindungsgeaäss vorgeschlagene Gerät
somit nicht die ähmlictien Gerätsa9 bei d©n®m Lichtquellen«^ EOtoaellen-Aggregat©
iait starrer oder mar teilweise -deforiaies?=·-.
ba^or Anordnung der Bauelemente ferwaaätst w@rden0 innewohnenden ■
Beoohränkungea
Des5 SrflaäBag liegt; ß©ii;lt amiie&sli ti© ImIgßfe© dos Varwirkli
BAD
ISE/Eteg.3554
■ ■
1
Weiterhin "bezweckt die Erfindung die Realisierung eines
optischen Dehnungsmessers, der für die Abtastung aller Arten
von stetig veränderlichen mechanischen Zuständen dienen kann so
etwa Luft-oder Gasdruck - bzw. für die Abfühlung von
kleinen mechanischen Veränderungen, z.B. bei einer Tonabnehmer-Kapsel,
wenn Tonarm und Hadel für eine Befestigung des Abfühlgerätes
geeignet sind·
Der erfindungsgemäss vorges-chlagene Dehnungsmesser ermöglicht
überdies - obwohl er in den Abmessungen relativ klein ist -
eine wirtschaftIiehe Herstellung. J
Die Erfindung ist demnach gekennzeichnet durch einen durch
Einwirkung äusserer Kräfte deformierbaren, elastischen Körper,
durch eine in diesen Körper eingebettete Lichtquelle und eine
,ebenfalls in diesem Körper- in einem gewissen Abstand von der
Lichtquelle eingebettete lichtempfindliche Torrichtung, die
so angeordnet ist, dass sie unter dem Einfluss der Lichtquelle ein elektrisches Signal erzeugt, dessen Grosse in Abhängigkeit
von Deformationen des elastischen Körpers messbaren Schwankungen
unterworfen ist, , .
Ein Anwendungsbeispiel für;den erfindungsgemäss vorgeschlagenen optischen
Dehnungsmesser ist seine "Verwendung für die Atmungs- '
kontrolle eines Patienten durch geeignete Befestigung am
Brustkorb oder Bauch des Patienten. Die Lichtquelle und Fotozelle'
sind in einem elastischen, transparenten Körper eingekapselt und gegenüber allen äusseren Lichteinwirkungen-ouiempfind-Iieh.
gemacht, so dass die Fotozelle nur auf das von der Lieiiquelle
erzeugte Licht ansprechen kann· Eine Ausdehnung bzw. Kontraktion
der Gesamtanordnung infolge der Atmung des Patienten bewirkt
eine variable Dosierung des von der Lichtquelle auf die Foto- ' , zelle fallenden Lichtes als Folge der durch die Deformationen
dee elastischen Körpers verursachten Variationen des mittleren
' Lichtweges· Der Fotozellenausgang kann dann einer geeigneten
elektronischen Schaltung mit einem Anzeigeinstrument zugeführt
109814/0577
ISE/Reg.3554 -■ * - Γ
werden, das direkt in Atemzügen pro Minute geeicht ist.
Die Erfindung wird nun. an Hand der beigefügten Figuren näher
erläutert.Es zeigen: ·
Fig.1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäss
vorgeschlagenen Gerätes?
Fig.2 einen Schnitt längs der linien 2-2 der Fig.1; und Fig»3 die Einwirkung von Kräften auf das in Fig.1 dargestellte
Gerät.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen elastischen Körper 1 von irgendeiner passenden Gestalt, der mittels einer
geeigneten Befestigungsmethode - wie z.B. des in gestrichelten linien dargestellten Befestigungsbandes - am Brustkorb, Arm
usw. eines Patienten befestigt werden kann,
Gemäss Fig.2 besteht der Körper 1 aus einer durchsichtigen und
elastischen Substanz 2, die von einer elastischen und undurchsichtigen Substanz 3 umgeben ist.
Eingekapselt in der Substanz 2 sind eine lichtquelle in Gestalt
einer Glühlampe 4 und eine fotoelektrische Zelle 5. Die Zuleitungen
6 ragen aus dem Körper 1 hervor und dienen zum Anschluss der lichtquelle 4 an eine Stromquelle, während die
Zuleitungen 7 die Fotozelle 5 mit einem geeigneten Messgerät
verbinden. Wie allgemein bekannt, brauchen bei einem Anschluss
eines Messgerätes an eine gemeinsame Stromquelle oder an eine'
gemeinsame Erde nur drei Zuleitungen aus dem Körper herausgeführt werden, weil eine Zuleitung von der Fotozelle und eine
Zuleitung von der lampe miteinander verbunden werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsförmckr Erfindung ist die Fotozelle 5 unter einem Winkel $ von annähernd 45° zur Oberfläche
8 eingebettet, so dass eine Deformation des Körpers den Winkel - Φ verändert und die empfangene lichtmenge beeinflusst, ι
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cm
womit das Ausgangssignal der Fotoaelle zum Messgerät variiert.
Die durchsichtige und elastische Substanz 2 wird in eine Giess*
form gegossen, wobei ein weisser Silikongummi von der Art verwendet
werden kann, wie er in dir USA-Patentschrift 2,845»555
beschrieben ist; es können aber auch latex, elastische organische Kunststoffe oder andere durchsichtige Substanzen Verwendung
finden· Diese ffiessform wird dann, zum Erstarren gebracht
und ergibt einen weissen, elastischen Körper. Dieser wird dann
neuerlich in eine etwas grössere Giessform gegossen, wobei der-,
selbe Silikongummi benützt wird, jedoch für sichtbares und infrarotes
Licht undurchlässig gemacht wird, und zwar durch Zusatz *
eines schwarzfärbenden Mittels wie z.B. Ferocolor 7-1747» ^
Lampenruss, Pulverkohle oder eines der verschiedenen organischen
Farbstoffe. Die sich ergebende Umhüllung 3 wird in geeigneter
!/"eise zum Erstarren gebracht und macht die Fotozelle 5 unempfindlich
gegenüber jedem licht ausser der Beleuchtung durch
die Lichtquelle 4» '
Yfes die Abmessungen betrifft, hat der fertige Körper etwa die
im
Masse: Länge 44·4% Höhe 14.4 mm, Breite 19·ο5 mm. Bei einem Körper dieser Grösee könnte sich der mittlere Abstand 9 in der Grössenordnung von 12.7 mm bewegen, damit eine brauchbare Empfindlichkeit der Fotozelle erzielt wird« Verformt sich der Körper unter dem Einfluss einer äusseren Kraft, so ändert sich der mittlere Abstand 9 mit dem Winkel 0 und bewirkt ein Ausgangssignal zum Messinstrument,
Masse: Länge 44·4% Höhe 14.4 mm, Breite 19·ο5 mm. Bei einem Körper dieser Grösee könnte sich der mittlere Abstand 9 in der Grössenordnung von 12.7 mm bewegen, damit eine brauchbare Empfindlichkeit der Fotozelle erzielt wird« Verformt sich der Körper unter dem Einfluss einer äusseren Kraft, so ändert sich der mittlere Abstand 9 mit dem Winkel 0 und bewirkt ein Ausgangssignal zum Messinstrument,
Die Fig.3 zeigt die Einwirkung verschiedener Kräfte auf den
Körper 1; zwecks Vereinfachung der Zeichnung wurden die Zuleitungen
weggelassen. Die Kräfte A9 A1 können auf den Körper
einwirken, um die durch die Fotozelle empfangene Liohtmenge
2Ü verändern; A1 ist dabei entweder eine Gegenkraft oder eine
stationäre Kraft, In derselben Weise bewirken die Kräfte B, B1
oder C, C eine Änderung des Fotozellen-Auegangssignale» wobei
die Kräfte B1, C Gegenkräfte oder stationäre Kräfte sein können.
- 6;-10 9814/0577
BADOftfGINAt
ISB/Reg.3554 Ϊ668523
Es können auch lorsionskräfte D, D' oder E, E1 die Erzeugung
eines Ausgangs signals bewirken, und die Keifte D1 oder E1
können dabei entweder (xegen-Torsionskräfte oder stationäre
Kräfte sein. Das Ansprechen des Gerätes auf Torsionskräfte
erlaubt eine Anwendung als Torsions-Messgeber, wobei entweder
eine Befestigung zwischen einem treibenden^und einem
angetriebenen Glied oder eine axiale Befestigung längs einer Achse möglich ist»
Bekanntlich kann für die Erregung der Lichtquelle sowohl
Wechselstrom als auch Gleichstrom dienen. Bei Verwendung von Wechselstrom, funktionieren das Gerät und seine Hilfsschaltungen
als Trägersystem, das für die Abtastung kontinuierlicher Änderungen
von mechanischen Zuständen - wie z.B. Luft-oder Gasdruck - Verwendung finden kann. Für die Abtastung von stossweise
auftretenden oder rasch variierenden Vorgängen - wie
etwa Pulsfrequenz oder Atmung - wird vorzugsweise eine Gleichstromerregung gebraucht.Die resultierende Änderung des Stromes
durch die Fotozelle ist das Ergebnis der Deformaxion bzw»
Dehnung des elastischen Körpers und liefert ein analoges
Ausgangssignal, das der verformenden Kraft proportional ist» Dieses Signal kann durch einen herkömmlichen Verstärker verstärkt werden.. Wird- eine Differ ent ialraes sung gewünscht, so
können zwei Dehnungsmesser gemäss der Erfindung verwendet werden,
wobei die Fotozellen in einer Brücken- oder Gegentakt-Anordnung
verbunden sind und ein Differentialverstärker zur Gewinnung eines Gegen uakt-Aus gangs signals dient. -·-."■""
6 Patentansprüche
1 Bl. ■ 25-eiebnungen (3
1 Bl. ■ 25-eiebnungen (3
10 98U/057 7
BAD
BAD
Claims (6)
- ISB/Reg.5554 ' -~? -PAl1ENiDlHSPRiJCHB.Optischer dehnungsmesser, gekennzeichnet durch einen durch Einwirkung äusserer Kräfte deformierbaren, elastischen Körper (1), durch eine in diesem Körper eingebettete Lichtquelle (4) und eine ebenfalls in diesen Körper in einem gewissen Abstand von der Lichtquelle eingebettete lichtempfindliche Torrichtung (5)» die so angeordnet ist, dass sie unter dem Einfluss der Lichtquelle (4) ein elektrisches Signal erzeugt, dessen G-rösse in Abhängigkeit von Deformationen des Körpers messbaren Schwankungen unterworfen ist.
- 2. Optischer Dehnungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Körper (1) aus einem elastischen, für sichtbares und infrarotes Licht durchlässigen Kern (2), in den die Lichtquelle (4) und die lichtempfindliche Vorrichtung (5) eingebettet sind, sowie einer elastischen, für sichtbares und infrarotes Licht undurchlässigen Umhüllung (3) besteht, die den Kern (2) dicht umsehliesst und jede Beeinflussung der lichtempfindlichen Vorrichtung (5) durch äussere Lichtquellen verhindert. ·
- 5"· Optischer Dehnungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet» dass der elastische Körper (1) von der Art eines Quaders ist, dessen Begrenzungsflächen in der Richtung der* grössten Abmessung durch zwei spiegelsymmetrische, konvexe Zylinder-Mantelflächen ersetzt sind ("ErikettM-artige Form )
- 4· Optischer Dehnungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass'die. Lichtquelle (4) und die lichtempfindliche Vorrichtung (5) in einer Linie angeordnet sind, die der Mittellinie des Körpers (1) in Richtung der grössten Abmessung ( Längsrichtung) ■ entspricht» * .1098U/0577tV' 5I■ISE/Reg.3554 f - ^ -
- 5. - Optischer Dehnungsmesser nach Anspruch. 4» dadurch, gekennzeichnet,dass die lichtempfindliche Vorrichtung (5) durch, eine Fotozelle verwirklicht ist, die so angebracht ist, dass sie gegenüber der Mittellinie in Längsrichtung des elastischen Körpers (1) einen . spitzen Winkel (G) aufweist.
- 6. Optischer Dehnungsmesser nach Anspruch 5« dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ( θ ) zwischen der Fotozelle und der Längs- , Mittellinie des elastischen Körpers 45 beträgt.
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