DE3222279A1 - Pulse frequency measuring instrument - Google Patents

Pulse frequency measuring instrument

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DE3222279A1 DE19823222279 DE3222279A DE3222279A1 DE 3222279 A1 DE3222279 A1 DE 3222279A1 DE 19823222279 DE19823222279 DE 19823222279 DE 3222279 A DE3222279 A DE 3222279A DE 3222279 A1 DE3222279 A1 DE 3222279A1
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Edwin Dr.-Ing. 7410 Reutlingen Muz
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02416Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
    • A61B5/02427Details of sensor

Abstract

A pulse frequency measuring instrument having an optotransmitter and an optoreceiver is proposed. A luminescent diode is used as optotransmitter and a phototransistor as optoreceiver. The current source of the luminescent diode is provided by a Darlington transistor stage which, for its part, is controlled by the collector-emitter voltage of the phototransistor. Measurement is therefore largely independent of the measuring conditions and of the control of the components. The measuring instrument is used, above all to scan the periodic filling of peripheral blood vessels. <IMAGE>

Description

~Pulsfrequerz-Meßgerät"~ Pulse frequency measuring device "

Die Erfindung geht aus von einem Pulsfrequenz-Meßgerät nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein solches Meßgerät ist aus der DE-OS 28 24 899 bekannt.The invention is based on a pulse frequency measuring device of the type of the main claim. Such a measuring device is known from DE-OS 28 24 899.

Dieses Meßgerät ist jedoch an einem Träger angeordnet, der um das Handgelenk gelegt werden muß. Ein anderer Meßort ist nicht vorgesehen. Bei dem bekannten Meßgerät kann als Lichtsender eine Luminiszenzdiode vorgesehen sein, die über einen Verstärker pulsierend angesteuert wird. Dadurch ist ein hoher Aufwand an Schaltmitteln mit einer erhöhten Störanfälligkeit erforderlich.However, this measuring device is arranged on a carrier which is around the Wrist must be placed. Another measuring location is not planned. With the well-known Measuring device can be provided as a light transmitter, a luminescent diode that has a Amplifier is controlled pulsating. As a result, there is a high level of complexity in terms of switching means with an increased susceptibility to failure is required.

Zum Bestimmen der Herzpulsfrequenz wird die periodische Füllung peripherer Blutgefäße herangezogen. Als Meßgröße dient die Absorption von Strahlen geeigneter Wellenlänge im Durchlicht oder in der Reflektion.To determine the heart rate, the periodic filling becomes more peripheral Blood vessels used. The absorption of rays is more suitable as a measured variable Wavelength in transmitted light or in reflection.

Ein photoelektrisches Meßgerät kann in der Diagnostik nicht ohne weiteres universell eingesetzt werden.A photoelectric measuring device cannot easily be used in diagnostics can be used universally.

Abhängig von der Meßstelle, beispielsweise dem Ohrläppchen, der Fingerkuppe oder der Stirn, ergeben sich bei einem bestimmten Lichtstrom, also einem bestimmten Senderstrom durch die Luminiszenzdiode, unterschiedliche Photoströme, also Arbeitsströme für das Meßgerät. Außerdem weist die Reflexion oder die Durchlässigkeit des Gewebes bei verschiedenen Patienten stark unterschiedliche Werte auf.Depending on the measuring point, for example the earlobe, the fingertip or the forehead, result from a certain luminous flux, i.e. one certain Transmitter current through the luminescent diode, different photo currents, i.e. working currents for the meter. It also exhibits the reflection or the permeability of the fabric values differ greatly in different patients.

Das vom als Pulsaufnehmer dienende Meßgerät abgegebene Signal muß zunächst verstärkt werden, bevor es einem Anzeige- oder Registriergerät zugeführt wird Verstärker arbeiten aber bekanntermaßen nur dann zufriedenstellend oder optimal, wenn die jeweiligen Stufen aneinander angepaßt sind. Es sind deshalb Schaltungen entwickelt worden, bei denen die Größe des Arbeitswiderstands in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt des als Empfänger dienenden Verstärkers gesteuert wird. Bei einem Feldeffekttransistor beispielsweise kann die Steuerleistung von der Kollektor-Emitter-Spannung eines Phototransistors so abhängig gemacht werden, daß der Widerstand der Arbeitsstrecke des Feldeffekttransistors größer wird, wenn sich der Arbeitsstrom des Phototransistors verkleinert.The signal emitted by the measuring device serving as a pulse pick-up must are first amplified before it is fed to a display or recorder However, as is well known, amplifiers will only work satisfactorily or optimally, when the respective stages are matched to one another. They are therefore circuits have been developed in which the size of the work resistance as a function of Operating point of the amplifier serving as a receiver is controlled. With a field effect transistor for example, the control power from the collector-emitter voltage of a Phototransistor can be made dependent so that the resistance of the working path of the field effect transistor becomes larger when the working current of the phototransistor scaled down.

Derartige Nachführungssysteme regeln allerdings stets auch das Meßsignal aus.Such tracking systems always regulate the measurement signal the end.

Es muß deshalb durch eine Filterkombination sichergestellt werden, daß die Nachführung im Bereich der erwarteten Meßfrequenz nicht wirksam ist. Dies ist besonders schwierig deshalb, weil die Pulsfrequenz des Menschen nicht sehr hoch ist.It must therefore be ensured by a filter combination, that the tracking in the range of the expected measuring frequency is not effective. this is particularly difficult because the human pulse rate is not very high is.

Das erfindgungsgemäße Meßgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat den Vorteil, daß die Messung der Pulsfrequenz auf optoelektronischem Weg erfolgt und durch die Steuerung des Sendestroms vom Empfänger her der Sender auf den Empfänger abgestimmt wird. Auf diese Weise wird ein Arbeitsstrom erzielt, der an den Arbeitswiderstand des nachfolgenden Meßverstärkers angepaßt ist, und zwar unabhängig vom Ort der Messung, von den Eigenschaften des Körpers des Patienten und von der Streuung der Daten der Bauteile.The measuring device according to the invention with the characterizing features of The main claim has the advantage that the measurement of the pulse frequency is based on optoelectronic Path takes place and by controlling the transmission current from the receiver, the transmitter is tailored to the recipient. In this way a working current is achieved which is adapted to the working resistance of the following measuring amplifier, and regardless of the location of the measurement, of the characteristics of the patient's body and on the spread of the data of the components.

Das Meßgerät verbraucht in nicht angelegtem Zustand nur sehr wenig Strom, wenn das vom Sender ausgestrahlte Licht in den Empfänger zurückgespiegelt wird (DE-GM 79 10 225). Dies ist besonders wichtig für tragbare Geräte, deren Stromversorgung aus einer Batterie erfolgt.The measuring device consumes very little when it is not applied Electricity, when the light emitted by the transmitter is reflected back into the receiver becomes (DE-GM 79 10 225). This is especially important for portable devices, their power supply takes place from a battery.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Als Verstärkerstufe hat sich ein Darlington-Transistor wegen seiner Kompaktheit und seiner hohen Verstärkung besonders bewährt. Durch das Einschalten eines Tiefpasses wird die Messung durch die niedrige Pulsfrequenz nicht beeinträchtigt. Bei voll durchgeschaltetem Volltransistor begrenzt ein Beg renzungswi derstand den Senderst rom.Further advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims. A Darlington transistor has been used as the amplifier stage its compactness and its high gain particularly proven. By the Switching on a low pass does not result in the measurement due to the low pulse frequency impaired. When the full transistor is fully switched on, a limit switch is limited derstand the transmitter current rom.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen Stromlaufplan eines Ausführungsbei spieles.The only drawing figure shows a circuit diagram of an embodiment game.

Eine Luminiszenzdiode liegt mit ihrer Kathode an einem Minusanschluß 8 und mit ihrer Anode am Emitter eines als Verstärkerstufe dienenden Darlington-Transistors 3. Zwischen dem Kollektor des Darlington-Transistors 3 und einem Plusanschluß 9 ist ein Begrenzungswiderstand 6 vorgesehen. Ein Phototransistor 2 ist mit seinem Emitter an den Minusanschluß 8 gelegt.A luminescent diode has its cathode connected to a negative connection 8 and with its anode at the emitter of a Darlington transistor serving as an amplifier stage 3. Between the collector of Darlington transistor 3 and a positive terminal 9 a limiting resistor 6 is provided. A phototransistor 2 is with his Emitter connected to negative terminal 8.

Zwischen dem Kollektor des Phototransistors 2 und dem Plusanschluß 9 ist ein Arbeitswiderstand 7 vorgesehen. Der Steueranschluß des Darlington-Transistors 3 ist über einen Widerstand 4 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Arbeitswiderstand 7 und dem Kollektor des Phototransistors 2 verbunden.Between the collector of the phototransistor 2 and the positive terminal 9 a working resistor 7 is provided. The control connection of the Darlington transistor 3 is via a resistor 4 to the connection point between the working resistor 7 and the collector of the phototransistor 2 connected.

Zwischen dem Steueranschluß des Darlington-Transistors 3 und dem Minusanschluß 8 liegt ein Kondensator 5. Der Verbindungspunkt zwischen dem Arbeitswiderstand 7 und dem Kollektor des Phototransistors 2 dient als Signalausgang 10.Between the control connection of the Darlington transistor 3 and the minus connection 8 there is a capacitor 5. The connection point between the working resistor 7 and the collector of the phototransistor 2 serves as a signal output 10.

Wird eine Betriebsspannung an die Anschlüsse 8 und 9 angelegt, fließt über den Begrenzungswiderstand 6 und die Arbeitsstrecke des Darlington-Transistors 3 ein Sendestrom durch die Luminiszenzdiode 1. Die Luminiszenzdiode 1 emittiert Licht. Das emittierte Licht wird vom Phototransistor 2 empfangen.If an operating voltage is applied to terminals 8 and 9, flows via the limiting resistor 6 and the working path of the Darlington transistor 3 a transmission current through the luminescent diode 1. The luminescent diode 1 emits Light. The emitted light is received by the phototransistor 2.

Der Phototransistor 2 führt nun einen Arbeitsstrom, der am Arbeitswiderstand 7 einen Spannungsabfall verursacht. Dieser Spannungsabfall gilt als Meßgröße am Signalausgang 10. Je großer der Spannungsabfall am Arbeitswiderstand 7 ist, desto niedriger wird die Steuerspannung am Steuereingang des Darlington-Transistors 3 und desto niedriger wird der Sendestrom durch die Luminiszenzdiode 1. Kurzfristige Änderungen des Spannungsabfalls am Arbeitswiderstand 7 werden durch den Tiefpaß, der aus dem Widerstand 4 und dem Kondensator 5 gebildet ist, aufgefangen. Mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung wird ein für den Phototransistor 2 optimaler Arbeitspunkt unabhängig vom Wert des Arbeitswiderstandes 7, vom Wert der Betriebsspannung zwischen den Anschlüssen 8 und 9 und von der Streuung der Werte der Bauteile eingestellt LeerseiteThe phototransistor 2 now carries an operating current that is applied to the operating resistance 7 causes a voltage drop. This voltage drop is considered to be the measured variable on Signal output 10. The greater the voltage drop across the load resistor 7, the more The control voltage at the control input of Darlington transistor 3 is lower and the lower the transmission current through the luminescent diode 1. Short-term Changes in the voltage drop across the load resistor 7 are caused by the low-pass filter, which is formed from the resistor 4 and the capacitor 5, collected. With help this circuit arrangement becomes an operating point which is optimal for the phototransistor 2 regardless of the value of the working resistance 7, the value of the operating voltage between the connections 8 and 9 and adjusted by the spread of the values of the components Blank page

Claims (6)

Ansprüche 1. Pulsfrequenz-Meßgerät mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger zum Abtasten einer periodischen Füllung peripherer Blutgefäße, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß als Lichtsender (1) eine Luminiszenzdiode und als Lichtempfänger (2) ein Phototransistor verwendent sind und daß der Sendestrom der Luminiszenzdiode (1) mit Hilfe der Kollektor-Emitter-Spannung des Phototransistors (2) steuerbar ist. Claims 1. Pulse rate measuring device with a light transmitter and a Light receiver for scanning a periodic filling of peripheral blood vessels, thereby it is noted that the light transmitter (1) is a luminescent diode and the Light receiver (2) a phototransistor are used and that the transmission current of the Luminous diode (1) using the collector-emitter voltage of the phototransistor (2) is controllable. 2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Sendestrom der Luminiszenzdiode (1) über eine Verstärkerstufe (3) steuerbar ist.2. Measuring device according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t, that the transmission current of the luminescent diode (1) can be controlled via an amplifier stage (3) is. 3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit der Arbeitsstrecke des Phototransistors (2) ein Arbeitswiderstand (7) liegt und daß der Steuereingang der Verstärkerstufe (3) an den Arbeitswiderstand (7) angeschlossen ist.3. Measuring device according to claim 2, characterized in that in series a working resistance (7) lies with the working path of the phototransistor (2) and that the control input of the amplifier stage (3) is connected to the working resistor (7) is. 4. Meßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen den Arbeitswiderstand (7) und den Steuereingang der Verstärkerstufe (3) ein Tiefpaß (4, 5) geschaltet ist.4. Measuring device according to claim 2 or 3, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that between the working resistor (7) and the control input of the amplifier stage (3) a low-pass filter (4, 5) is connected. 5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß als Verstärkerstufe (3) ein Darlington-Transistor verwendet ist.5. Measuring device according to one of claims 2 to 4, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that a Darlington transistor is used as the amplifier stage (3) is. 6. Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß wr Begrenzung des Sendestroms der Luminiszenzdiode (1) in Serie zur Arbeitsstrecke des Darlington-Transistors (3) ein Beg renzungswiderstand (6) geschaltet ist.6. Measuring device according to claim 5, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t, that wr limitation of the transmission current of the luminescent diode (1) in series with the working path of the Darlington transistor (3) a limiting resistor (6) is connected.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0220549A1 (en) * 1985-10-17 1987-05-06 Siemens Aktiengesellschaft Measuring device for the intracardiac recording of blood oxygen saturation
US4907594A (en) * 1987-07-18 1990-03-13 Nicolay Gmbh Method for the determination of the saturation of the blood of a living organism with oxygen and electronic circuit for performing this method

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DE2824899A1 (en) * 1978-06-07 1979-12-20 Keiper Trainingsysteme Gmbh Heart beat measurement appts. - has both sensor and indicator on support fitted round wrist, with clamp and switch

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