(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視された生体の抵抗の変化を表示するためのユーザーによって操作される装置であって、
外部リード間に置かれた生体の前記抵抗を感知するための、該外部リードを有する抵抗測定回路、
前記感知された生体抵抗を示すアナログ測定信号を生み出すための、前記抵抗測定回路に結合された増幅器手段、
表示される変化の精度への、構成部品のエージング、許容差、及び温度の影響が、実質的に相殺されるような方法で、前記アナログ測定信号をデジタル化し、デジタル方式で処理するための、デジタル処理装置、及び、
前記感知された生体抵抗を表す、視覚的に知覚可能な印を表示するための、前記処理された測定信号に応答する表示器手段、
を備え、
前記デジタル処理装置が、
生体抵抗の代わりに、前記増幅器手段によって感知されるべき、同様に複数の生体抵抗値をシミュレートする複数の電気抵抗値に置き換えるための手段、
シミュレートされた生体抵抗値に対応する測定信号をデジタル化し、前記複数のシミュレートされた生体抵抗値に対応する得られた複数の較正された測定値を、メモリ内に格納するための手段、
前記格納された較正された測定値に基づき、更なる生体抵抗値の各々と関連付けられるべき較正された測定値を計算するための補償手段、
前記生体の電気抵抗値を監視する間に、前記監視された生体のデジタル化された測定値と選択されたユーザー調整可能な基準値との間の差分を表す表示器駆動用の一連のデジタル差分値を生み出すための手段であって、該ユーザー調整可能な基準値はユーザーによって較正された測定値から選択される、前記手段、
手動位置付け可能手段であって、該手動位置付け可能手段の位置を調整することにより、複数の前記基準値から選択するようにユーザーによって操作可能な前記手段、
前記監視された生体の感知された抵抗における変化によってもたらされる、表示器駆動用の差分値における変化の大きさを制御するための感度調整手段、及び、
自動修正利得率を前記表示器駆動用の値に前記選択された基準値の関数として適用して、処理された測定信号を生み出すための手段であって、該利得適用手段は、前記選択された基準値が５ｋΩ未満の生体抵抗値に対応する場合には、第１の非線形利得を適用し、前記選択された基準値が１００ｋΩを超える生体抵抗値に対応する場合には、第２の非線形利得を適用し、これらの間の生体抵抗値についての利得は本質的に定数とし、前記第１の非線形利得は前記定数よりも大きく、基準値が減少するに従って増加し、前記第２の非線形利得は前記定数よりも小さく、基準値が増加するに従って減少する、前記手段、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記デジタル処理装置が、更なる生体抵抗値の各々と関連付けられる較正された測定値をメモリに格納するための手段を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記増幅器が電圧フォロワ増幅器である、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記置き換え手段が、生体抵抗の代わりに、前記抵抗測定回路内に複数の電気抵抗値の各々を配置するように、複数の選択信号値に応答するマルチプレクサを含み、
前記デジタル処理装置が、前記装置を較正するための選択信号を生み出すための手段を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記置き換え手段が、(1)前記外部リード、及び(2)複数の電気抵抗値のそれぞれの抵抗値、から成る群より選択された構成部品を、前記抵抗測定回路内に配置するように、複数の選択信号値に応答するマルチプレクサを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記生体の監視に先立って、前記置き換え手段、前記デジタル化手段、及び前記補償手段を自動的に作動させるための手段を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記手動位置付け可能手段が、手動回転可能なノブから構成され、かつ、
前記ノブに結合される回転可能なスピンドルを含み、前記スピンドルの位置を示すデジタル出力信号を生み出す、光学エンコーダー手段、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記デジタル出力信号の大きさRTAが、実質的に以下の式によることを特徴とする請求項７に記載の装置。
0005165889.tif 000008
ここで、TAは、前記手動位置付け可能手段の位置におけるTA値であって、前記ＲTAが、前記選択された基準値に使用される。
【請求項９】
前記アナログ測定信号を繰り返しサンプリングするための手段、
（ａ）少なくともいくつかのサンプリングされた値と、（ｂ）前記ユーザー調整可能な基準値との間の差分を獲得して、デジタル差分値の各々を獲得するための手段、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記利得適用手段によって適用される前記第１の非線形利得が、実質的に以下の式で表される関係によることを特徴とする請求項１に記載の装置。
利得＝  4999.956522/(RTA-21087)
ここで、RTA＝  3.0/{0.00016611111-0.00002555556(TA)}  であり、
TAは、前記手動位置付け可能手段の位置におけるTA値であって、前記ＲTAが、前記選択された基準値に使用される。
【請求項１１】
前記利得適用手段によって適用される前記第２の非線形利得が、実質的に以下の式で表される関係によることを特徴とする請求項１に記載の装置。
利得＝  45450/(RTA-71941)
ここで、RTA＝  3/{0.00016611111-0.00002555556(TA)}  であり、
TAは、前記手動位置付け可能手段の位置におけるTA値であって、前記ＲTAが、前記選択された基準値に使用される。
【請求項１２】
前記光学エンコーダーは前記装置に固定されておらず、デジタルエンコーダーで生み出されたデジタル値を前記デジタル処理装置へ通信するための通信手段を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１３】
前記手動位置付け可能手段として、固定された光学エンコーダーと固定されていない光学エンコーダーの両方を備え、更に、
遠隔光学エンコーダーで生み出されたデジタル値を前記デジタル処理装置へ通信するための通信手段、及び、
前記遠隔デジタルエンコーダーからの遠隔デジタル値が前記デジタル処理装置へ通信される間、固定されたデジタルエンコーダーを停止させるための手段、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１４】
前記表示器手段が、
文字盤を有するメーター、電流が中を流れた際に磁場を生成するためのコイル、及び、該磁場によって前記コイルを通過する電流の量にほぼ比例する量だけ前記文字盤に沿って傾く指示針、
前記処理された測定信号を表すアナログ電気信号を前記コイルに結合するための手段、及び、
前記装置の電源が入っていない時にコイルを閉じて前記コイルの回りに本質的に短絡の状態をもたらし、前記メーターのコイル内に電磁誘導された電流によって該メーターが物理的に動き、前記針を破損しうるように針が突然あるいはスケールを外れて動くことを防止する、光学FET、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の抵抗の変化を表示及び測定するための改良された装置に関するものである。
【０００２】
本出願は、2003年3月19日に出願された米国仮特許出願第60/455,948号に基づく優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００３】
生体の抵抗の小さな変化を測定、及び表示するための装置が、前に、米国特許第3,290,589号、及び米国特許第4,459,995号、ならびに米国特許第6,011,992号で開示された。これらの装置は、一般的には、抵抗測定回路、増幅器回路、及び表示器回路を含む。作動中、その装置は、抵抗測定回路を利用して、小さい抵抗の変化を測定して、抵抗の大きさを示す測定信号を生成する。次に、その測定信号は増幅器回路で増幅され、その増幅された信号は、計器の電磁応答針のような表示器を駆動するために使用される。読み取り値の信頼性は、装置の厳密な較正のみならず、生体が監視される時の回路利得及び感度の正確な調整にもまた依存していた。
【０００４】
カウンセリング手順の一部として、個人を監視、又は検査するのに使用するために、この形式の装置が、第一に、発明者Hubbardによって考えられ、開発された。検査対象の人が、自分は何者であり、自分はどこにいるのかに直面する能力を高めるために、自分自身の存在の様相を見る時の、その人の電気抵抗の小さな変化を検出するために、その装置を利用する。非常に小さく、時々全くつかの間の抵抗の変化の発生、ならびに変化の特定のパターンを検出し、視覚的に気付く能力は、個人の正確かつ最大限効果的な検査に必須である。
【０００５】
前述の従来技術の装置は、生体内の抵抗変化を検出するのに適している一方で、正しく較正することが困難であり、かつ正確に感知された表示器の読み取り値を一貫して作り出す手法で動作することも困難であった。これらの問題は、信号の非線形性のような特性、ならびに、小さいが重要な測定変化を隠す、又は誤って伝え得る老朽化に関係する、及び温度に関係する構成部品の変化、から生じることが明らかである。
【０００６】
信号の非線形性が、必要な情報の信頼性のある表示を大いに難しくする重要な要素であること、及び、そのような装置についてのレンジと感度調整との間の相互作用が、明確な読み取り値を獲得する能力をさらに悪化させることを、発明者Hubbardは認識した。さらに、Hubbard氏は、抵抗変化を表示するときの0.1秒程度のわずかな遅延を、検査を難しくさせる更なる原因として識別し、最も効果的な表示が、さらに、起こり得る最も小さい抵抗変化ができるだけ小さい遅延で感知されることも必要とするということを定めた。
【０００７】
(本発明の要約)
本出願の発明は、生体内の抵抗、及び抵抗変化を測定し、表示するための改良された装置である。本装置は、表示応答及び精度を高めるために、デジタル処理を利用する。自動較正の連続は、構成部品のエージング、温度変化、及び製造許容誤差のこれらの非常に敏感な測定値への影響を、実質的に相殺する。感度調整に好ましい回路は、それらの調整を、抵抗測定回路に影響を及ぼすことから切り離す。
【０００８】
本発明のこれら、及び他の機能は、図面がその一部を形成する好ましい実施形態の以下の説明から、理解されるであろう。
【０００９】
(好ましい実施形態の説明)
図1は、生体の抵抗の変化を測定、及び表示するために、本発明により構成された装置の好ましい実施形態の全体をとらえた正面図である。装置10は、それを通して計器16が見える窓14を有する覆い12を備える。以下に説明するように、その計器は、この装置によって検査される人の生体抵抗(以後、単純に「生体抵抗」)の値、及びその変化を表示するために利用される。本出願で説明する計器の形式以外の表示装置も、本発明の技術的範囲内であることを、当業者は認識するであろう。
【００１０】
覆い12は、表示装置20を表示するための第二の窓18を含む。表示装置20は、日付、時間、トーンアーム位置、トーンアームの移動、検査セッションの間の経過時間、選択された表示言語、及び他の適切な情報のような情報を選択的に表示する液晶表示装置(LCD)が好ましい。
【００１１】
3つのボタン22A-Cは、表示言語、時間、日付等を選択及び/又は変えるように、表示装置20と関連付けられる。ボタンの1つは、一連の連続的に表示されたメニュータイトルから、所望のメニューを選択するために使用される。残りの2つのボタンは、それぞれ、メニューに対して選択バーを動かして、複数の列挙された選択肢の中から選択するために利用される。次に、第一のボタンは、選択ボタンとして機能して、そのように特定された選択肢を選択する。
【００１２】
3つのボタンの第二のセット28a-cは、それぞれ、「低」、「中」、及び「高」の計器感度を選択するために利用される。以下に詳細に説明するように、選択された感度は、検査対象の生体の抵抗変化の関数であり、感度ノブ26は、ボタン28a-cと連係して動作して、更なる感度調整を提供する。その目的のため、固定された32個の区分目盛が、ノブ26の周りの覆いにプリントされる。ボタン28aで選択された「低」レンジでの「32」のノブ設定は、ボタン28bで選択された中レンジでの「1」のノブ設定と等価な計器感度をもたらし、中レンジでの「32」のノブ設定は、ボタン28cで選択された高レンジでの「1」のノブ設定に等しい計器感度をもたらすように、装置は構成される。さらに以下に示すように、低レンジは、生体抵抗から得られた測定信号に、ほぼ1の利得を課し、中レンジは、信号に、ほぼ9.5の利得を課し、高レンジは、信号に、ほぼ(9.5)2又は90.25の利得を課す。当然、これらの数値利得、及び関係のすべては、本発明の技術的範囲から外れることなく、変化することができる。
【００１３】
装置10は、さらに、「バッテリー試験」ボタン29、オン/オフボタン31、及び「計器調整」ボタン33を含む。
【００１４】
回転ノブ24は、以下に説明するように、計器16の適切なレンジを選択するために利用され、典型的には、これらの装置の熟練したユーザーによって「TA」ノブと呼ばれる。従って、時々、計器レンジの設定を参照するために、「TA」という語が本出願で使用される。TAノブ24は、覆いの中で、ノブの回転位置を示すデジタル値を作り出す光学エンコーダーに結合されることが好ましい。ノブの回転位置は、その反時計回りの終点から回転された度数の観点から便宜的に考えられることができるが、その位置で表現されたTA値の観点から説明されることが都合がよい。従って、ノブは、24Aにおいて、覆い12に刻印された、外周に配置された固定数値目盛36上のTA値に形成される。目盛は、ほぼ240°の弧によって、「0」から「6」まで示された段階で与えられることが好ましく、ノブは、典型的には、検査手順の間、TA値0.5からTA値6.5まで、時計回りに回転する。数、及び間隔は、米国特許第4,459,995号で示され、説明されたような従来装置と一致するように選択され、任意の都合の良い弧のまわりに配置された数、文字、又は他の印の如何なる列も、本発明の技術的範囲から外れることなく利用することができるであろう、ということに注目すべきである。
【００１５】
一対の電極30、32は、覆い12の背面において、ジャック34に取り外せるように繋がれ、検査される人が持ち運べるようにされる。しかしながら、生体への取り付けの如何なる、及び全ての多数の他の方法も、同様に、本発明の技術的範囲内である。電極は、任意の適当な形状とすることができる。検査対象の人が、両方の手で電極を持ち運ぶことが好ましいが、しかしながら、一般的な円筒電極が、検査対象の人が快適に掴むことができ、それゆえ好ましいことがわかった。
【００１６】
図2は、好ましい計器16の上面図である。計器は、全目盛の振れで、0から100μアンペアまで読み取ることができる可動コイル計器であり、かつ、正確な目盛38が区分に分けられることが好ましい。その左端からの距離のほぼ1/3のところで、目盛は、「SET」と印された弧の小部分を表示する。作動中、及び前作動較正の間、針17が「SET」と表示された目盛の部分を指すとき、その針は、「SETの位置である」と言われる。TAノブ24は、検査プロセスの間、周期的に針をSETに近い領域に戻すために使用され、計器の感度は、適切に意味の有る針の振れを獲得するように、検査手順の前又は間に、ボタン22a-22c及びノブ26を使って調整される。わずか50マイクロアンペア程度の電極電流が、検査対象の人の体を通って流れることが好ましい。このレベルは、検査の間、人が監視されるとき、正確に応答する針の「読み取り値」を提供すると同時に、人の快適さを確実にするということがわかった。
【００１７】
図3は、装置10で利用される回路の好ましい実施形態のブロック図である。図3に示すように、計器16は、中央演算処理装置400で作られた一連のデジタル値478に応じて、デジタル-アナログコンバーター479で生成されたアナログ出力信号480によって、駆動される。中央演算処理装置400は、フロントエンド回路100、TA回路200、及び感度回路300からのそれぞれの入力信号190、290、及び390に順に応答する。
【００１８】
図4において、フロントエンド回路100を概略的に示している。監視動作の間、それは、検査対象の生体の電気抵抗を示すデジタル値を生み出す。装置に電源が入ると、それは、監視動作の間に使用するための較正データを作成する。
【００１９】
フロントエンド回路100は、生体抵抗を示す測定信号を生み出すための抵抗感知回路108、その測定信号をフィルタリングし、他のシステム構成部品の影響から切り離すための電圧フォロワ110、及び、その測定信号を、抵抗感知回路で測定された生体抵抗を示すデジタル値に変換するためのアナログ-デジタルコンバーター120aを備える。
【００２０】
抵抗感知回路は、正のDC電源電圧VDDとグランドGNDの間に電気的に結合された分圧器形式であることが好ましい。検査セッションの間、抵抗感知回路は、4.99Kの抵抗器R1、(ジャック104のピン1及び3に繋がれた電極30、32間で感知される)生体抵抗RPC、及び45.3Kの抵抗器R3を備え、それらは全て、DC電源VDDとグランドの間に、直列に繋がれる。監視電極がジャック104から切り離されたとき、ジャックは、ピン2及び3を一つに電気的に結合するように構成され、ジャック間に5Kの抵抗器R2を置く。
【００２１】
抵抗器R1は、電極ジャック104に直接電気的に結合されないが、そのかわり、Burr Brown製MC14051BDが好ましいアナログマルチプレクサ-デマルチプレクサ102を通して、それに(及び、生体抵抗RPCに)結合される。より具体的には、R1は、マルチプレクサ/デマルチプレクサ(以後、「マルチプレクサ」)102のピンXに繋がれる。マルチプレクサ102は、そのピンA、B、Cに与えられたそれぞれの関連選択信号に応じて、そのピンXを、選択されたピンX0、X1、X2、X3に接続するように構成される。
【００２２】
マルチプレクサ102は、以下に説明する較正プロセスの間に使用するための分圧抵抗器を持つ回路内に、置かれる。生体の通常検査の間、それは、ピンXをピンX0に電気的に結合し、生体抵抗RPCと直列に、抵抗器R1を置く。その結果は、次の分圧方程式により、生体抵抗の変動によって変化するアナログ測定電圧e0である。
0005165889.tif 000002
この測定信号e0は、電圧フォロワとして構成された演算増幅器110に与えられる。好ましい演算増幅器は、Burr Brown製LT1677CS8である。演算増幅器110の出力は、Burr Brown製ADS 1210Uが好ましい24bitアナログ-デジタルコンバーター120に与えられ、測定された生体抵抗を表すデジタル値が、その出力ピンSDO及びSDIOにおいて作成されて、ピンSCLKに与えられたクロックパルスに応じて、中央演算処理装置(「CPU」)400のピン66にクロック入力される。
【００２３】
較正機能
生体抵抗RPCを測定電圧e0で表すことにおいて、エラーの多数の原因が在り得ることを、当業者は認識する。例えば、回路抵抗の値は、時間によって変化することができ、また、温度によっても変化することができ、分圧器ネットワークの精度に影響を及ぼす。さらに、装置の固体構成部品内の内部電圧レベル、漏れ電流、及びオフセット電圧は、老朽化、及び/又は温度変化によって変化することができ、かつ、通常の規定された、及び規定されない構成部品の許容差内で、装置によって変化することができる。そのようなエラーを最小化するために、極端にきつい許容差を持つ構成部品を利用することができるが、そのような構成部品はかなり高価であり、なおも、エラーは完全には取り除かれない。このようなエラーは、小さいが意味のある測定値の変化を隠す、又はその誤った報告という結果になり得るので、この形式の装置は、そのようなエラーを最小化するように意図された較正プロセスを含むことが不可欠であった。このような従来技術の較正手順は、かなり複雑であり、かつ、典型的に、年に一度、装置を工場に戻すことを必要とした。
【００２４】
本発明の一面により、装置が起動される度に装置を自己較正することのできる較正回路が、含まれる。第一に、多数の基準点において、実際の測定信号e0が得られる。生体抵抗RPCを既知の抵抗で置き換えることにより、基準点を選択する。これらの既知の抵抗のうちの幾つか、又は全ては、過去にTA値と関連付けられた標準化された値である。例えば、5kΩに等しい生体抵抗は、TA設定値が「2」において、計器の針をSETに持って来る抵抗として、過去に選択されており、12.5kΩの生体抵抗は、TA値が「3」の場合に、計器の針をSETに持って来る抵抗として過去に選択された等である。
【００２５】
以下に説明するように、ここで、較正手順は、そのような各較正点における測定信号e0の実際の値を獲得し、デジタル化し、かつ一時的に格納できるように、RPCを5kΩ抵抗器、12.5kΩ抵抗器、及び短絡で置き換える。次に、その他のTA値の各々について計器をSETに位置付けるであろう測定信号の値について、これらの格納された信号値から、モデルを計算する。監視プロセスの間、検査対象の生体の抵抗値が、ダイヤルを回して選択されたTAについて、計器をSETに位置付けるであろう格納値と比較されて、その信号値間の差が、計器の針を駆動するために使用され、それにより、上で説明した構成部品の変化を補償する。当然、較正点の数、ならびに利用されたTA値は、本発明から外れることなく、変化することができる。
【００２６】
従って、CPU400は、起動時に、マルチプレクサ102のピン9、10、11に適当な選択信号を送り、その端子Xを端子X1、X2、及びX3に順次結合させ、それぞれ、RPCの代わりに、抵抗器R1及びR3と直列に、4.99K抵抗器R2、12.4K抵抗器R4、及び短絡を置く。各状況下のe0の値は、演算増幅器110に与えられ、コンバーター120によってデジタル化され、中央演算処理装置400に出力される。「2」及び「3」のTAレンジが、生体抵抗を監視する時、歴史的に最も一般的に使用される設定値であったので、R2及びR4について、上記の値が選択された。更なるデータ点を簡単に提供するために、短絡状態を使用する。同様に、開放状態も使用することができるであろう。
【００２７】
以下の式により、測定電圧の値は、抵抗器の値、及びD.C.電源電圧と関係付けられる。
0005165889.tif 000003
0005165889.tif 000004
0005165889.tif 000005
【００２８】
開放状態が望まれる場合には、端子X4を選択し、eerrorの測定信号を生じることができるであろう、ここで、eerrorは、理想的に感知されるゼロ電圧ではなく、検出される任意の非ゼロの電圧である。開放状態では、測定電圧は、理論上ゼロであるが、構成部品オフセット電圧、漏れ電流等によるエラーは、R3の両端に電圧を生じさせることができ、従って、検出され、最終的に補償される。
【００２９】
R2(4.99K)、R4(12.4K)、ゼロ(短絡)という選択された抵抗器の値についての測定電圧e0の値が得られると、VDDの既知の値を使って、上記の式2-4の連立解より、R1及びR3の実効値がCPU400によって計算される。
【００３０】
R1及びR3の実効値が計算されると、装置は、次に、それとともに関連付けられるジャック104及び内部リードと関連付けられる実効電気抵抗を計算する。マルチプレクサ102は、その入力Xを、端子X0に接続する。電極30、32がジャック104から切り離されて、ジャック104は、そのピン2及び3を電気的に一つに結合するように構成される。従って、このステップの間、電極は切り離され、そのため、マルチプレクサの端子X0は、ジャック104のピン2、従ってR2、R3、及びグランドに接続される。このように獲得された測定信号e0の値は、マルチプレクサのピンX1によってR2が選択された時に得られた値から、実効ジャック抵抗に対応する量によって相殺される。検査の間、ジャック抵抗が、感知された生体抵抗に上乗せされるので、ジャック抵抗の値が計算され、その後、検査の間、CPU400によって、感知された全ての生体抵抗値から減算される。
【００３１】
前に説明したように、R1、R3、及びジャック抵抗の計算値は、計器針をSETに位置付ける他の測定信号値をセットすることに使用される。歴史的に、例えば、電極間に5K抵抗器が置かれたとき、2というTA値が、理想的には計器針をSETに位置付けるであろう。3、4、5というTA値では、従来より、抵抗器の値は12.5K、30K、及び100Kであった。この形式の従来技術の装置との整合性を保つために、これらの同じ公称関係を維持することが望ましいが、とはいえ、別の状況ではこれは必須ではないということを、当業者は認識するであろう。
【００３２】
検査
較正の後、生体の監視の間、生体抵抗RPCの瞬時値が、電極30、32の間で感知され、その結果として生じる測定信号e0は、コンバーター120によってデジタル化され、CPU400に渡されて、そこで、そのときダイヤルを回して選択されたTAに対応する値と比較され、その2つの信号値間の差は、計器針をSETから動かすために使用される。
【００３３】
従って、CPU400は、これまでのところ、2つの入力を受け取る。第一に、それは、上記の式1により、測定信号のデジタル値から、監視された生体抵抗(RPC)を計算し、ジャック抵抗を考慮に入れる。これは、典型的には、リアルタイムで行われる。
【００３４】
次に、CPUは、光学エンコーダーノブ24の位置から計算した抵抗値(RTA)を引く。この点に関して、検査手順の間、TAノブは、典型的には、計器の針をSETに又はその近くに位置付けるように、回転される。TAノブを回転させる時、それは、デジタルエンコーダー200のスピンドルを回転させ、ノブの回転位置を示すデジタル値をCPUに向けて生成する。そのデジタル値は、ノブの位置と関連付けられるTA値と相互関係があり、それは、ノブに隣接した目盛りで示される。CPU400に与えられた、位置を示すデジタル値は、次の好ましい式により、ダイヤルを回して選択されたTA位置についての抵抗値を計算するように、CPUによって処理される。
0005165889.tif 000006
ここで、TAは、TA値であり、このＲTAが、請求項中の「基準値」に使用される。
【００３５】
2つの値の間の差は、計器16に与えられる針駆動信号の礎を形成する値である。針がSETから離れて動いた量は、その差の大きさの関数である。ここで説明するように、調整可能な「感度」利得を加えて、その差の大きさが針を動かす度合いを制御することができる。しかしながら、その差分信号自身は、感度調整によって影響を受けないということが、理解されるであろう。
【００３６】
感度機能
前で説明したように、CPU400は、サンプリングされた生体抵抗値をRTAから引くことにより、測定電圧のサンプリングされた各値から、電極間の生体抵抗を計算する。差が「0」である場合には、プロセッサは、デジタル-アナログコンバーターを通して計器に繋がれるデジタル出力値を作成し、計器の針をSETに位置付ける。差が正である場合には、針は、SETの右へ動かされる。差が負の値である場合には、針は、SETの左へ動かされる。オペレーターが、TAノブの位置を変える場合には、装置のオペレーターが所望の計器読み取り値を得るまで、監視された生体抵抗は、ノブが回転されるにつれて新たな値と比較される。
【００３７】
針がSETから動かされる距離は、感度ノブ20(図1)の設定値に依存する。感度調整は、信号の変化に対して針が動く、計器の目盛りでの増分数を定める。増分は、好ましい計器において、一連の反転されたT'sのように見える(図2)という点で、便宜的に「T's」と言われる。このように、感度設定は、生体抵抗の所定の変化に対する針のSETからの移動量を定め、かつ便宜的に「Ω/T」と表される、すなわち、計量目盛りで、針を1「T」増分量動かすのに必要な生体抵抗の変化である。
【００３８】
以下で説明する適切なアルゴリズムを使って、監視された生体抵抗の変化をより正確に示す計器針の読み取り値を作成することができる。例えば、針の振れと生体抵抗の変化との間の関係が、TAの全レンジについて線形でないとき、線形関係が仮定されるので、前に読み落とされた読み取り値を生み出すように、関係の非線形性をモデル化することができる。さらに、より高いTA値において、針をSETに位置付けさせること、及び、低いTA値より高いTA値において、針を計器の表示範囲内に維持することは、ずっと困難であるということがわかった。その結果は、高及び低のTA値における有用性の減少であった。それゆえ、感度調整をレンジ調整から切り離すことが非常に望ましく、それは、上で説明したように行われた。さらに、装置の全体的な有用性を増大させるように、より高いTA値において、自動的に感度を下げ、低のTA値において、自動的に感度を上げることが、非常に望ましい。
【００３９】
従って、TA値の使用可能なレンジ全体にわたって、隠蔽された、及び誤った読み取り値の可能性の除去を実質的に高める目的のため、中央プロセッサ400が、計器駆動信号に、自動修正利得率を提供する。好ましい利得率は、以下のとおりである。
0005165889.tif 000007
【００４０】
その結果として、CPU400によってデジタル-アナログコンバーターに送られる針駆動値は、コンバーターに与えられる前に、光学エンコーダーによってプロセッサ400のピン36に与えられたTA値による、上記の3つの利得率のうちの適当な1つで、初めに乗算される。光学エンコーダーは、感温性ではなく、摩擦による磨耗に苦しむ電位差計の寿命制限可動接触がなく、かつ、アナログ-デジタル変換なくCPUで利用することのできる非常に正確なデジタル値を生み出すので、利用される。
【００４１】
図6は、本発明による装置で利用される感度調整回路のブロック図表現である。三菱電機製M30624FGAQFPが好ましい、図5に示すCPU400は、ピン52-54及び74において、高、中、及び低感度レンジボタン28a-c(図1)から選択されたボタンを示す第一の感度信号を受け取り、ピン93において、感度ノブ26(図1)の設定値を示す第二の感度信号を受け取る。
【００４２】
CPU400は、3つの感度レンジボタン28a-cのうちのどれが押されたかを、ピン52、53、54、及び73で感知する。感度ボタン28a-cは、図1に示す他のボタンと共に、電子回路行列の一部であり、そこでは、各ボタンは、概念的に行列の行及び列を形成する導線の固有のペアにより提供される。ボタンを押すことは、そのボタンと関連付けられる導線ペアの論理レベルを変化させ、そのペアの作動がプロセッサによって感知される。例えば、3つの感度レンジボタンは全て、行列の行1と関連付けられ、従って、それらのボタンのうちのいずれかを押すことは、行1と関連付けられる導線の論理レベルを変化させ、それはCPU400のピン74によって監視される。高感度レンジボタン26aは、列1の行列アドレスを割り当てられ、従って、そのボタンが押されたとき、行列の列1と関連付けられる導線が論理レベルの変化を受け、それは、CPUのピン54で感知される。
【００４３】
このように、CPUは、ピン54及び74において、適切な論理レベル信号を感知したので、その計器駆動信号を、倍率100でデジタル方式で増幅する。前で説明したように、高の感度設定が、(9.5)2の利得を提供する一方で、中及び低の感度ボタンは、それぞれ、9.5及び1の利得を提供する。
【００４４】
同様に、中の感度レンジボタン26b、及び低の感度レンジボタン26cは、それぞれ、2及び3の列アドレスを割り当てられ、これらの列と関連付けられる導線は、それぞれ、CPUのピン52及び53によって監視される。デジタル増幅の使用は、アナログ信号値の増幅に伴うであろうノイズの望ましくない増幅を取り除き、対象装置で知覚できる生体抵抗の小さい変化を、より視覚的に示すということを、当業者は認識するであろう。
【００４５】
感度ノブ位置信号532が、CPU400のピン93に与えられ、そこで、それは、ノブの設定値を示すデジタル値を生み出すアナログ-デジタルコンバーターに内部結合される。図6に示すように、感度ノブは、DC電源電圧VDDとグランドGNDの間の回路内で、10K抵抗器530と10K抵抗器532の間に直列に繋がれた電位差計526のワイパー526Aに、機械的に結合される。抵抗器530、電位差計526、及び抵抗器532は、分圧器ネットワークを形成する。従って、感度ノブ位置信号532は、ノブが時計回りに回転し、ワイパーがグランドから動くにつれて増加するDCレベル信号である。
【００４６】
装置が製造されるとき、工場較正の間、感度設定についての調整不可能な公称値が、プロセッサに入力される。
【００４７】
計器駆動回路
図7は、本発明により構成された装置で使用される好ましい計器駆動回路のブロック図である。
【００４８】
ピン40及び42-45で受け取られたプロセッサ400からの出力信号は、デジタル-アナログコンバーター602に結合される。コンバーター602からのアナログ出力信号604は、装置によって変化する計器の動きの弾道特性を補償する制御回路606に結合されることが好ましい。制御回路606は、ピン2、3、4、5、6において、それぞれ、「チップ選択」入力、「クロック」入力、「データ」入力、「ロード」入力、及び「クリア」入力の形で、デジタル-アナログコンバーター602からの出力を受け取る演算増幅器608を備える。コンバーター602が、ピン2において、適当な「選択」信号を受け取るとき、それは、ピン4におけるデジタルデータを、ピン3におけるクロックパルスで定められる速度でクロック入力することを可能にする。その結果として生じるアナログ出力信号604が、ピン8において作られ、計器コイル614によって電磁的に計器の針を動かす電流駆動回路606に与えられる。
【００４９】
電流駆動回路606は演算増幅器608を備え、その演算増幅器608は、その非反転入力において、アナログ出力信号604を受け取る。演算増幅器608の出力は、その抵抗がピン1、2においてプロセッサ400から受け取られたデータによってセットされるフィードバックループ内の、デジタル電位差計610によって制御される程度まで、その反転入力に部分的にフィードバックされる。組み立てプロセスの間、デジタル電位差計610は、望ましい量の計器湿度を提供するように調整され、CPUによって与えられる値は、その湿度特性を維持する。
【００５０】
計器コイル614は、装置10の電源が切られた時、その計器コイルの両端に短絡を提供する光学FET612によって、分流される。そのため、装置が停止されて、針に損傷を与え得るような急なオフスケールの針の動きを引き起こす場合には、光学FETは、計器コイル内の電磁誘導電流が計器の物理震動から生じることを防ぐ。
【００５１】
工場較正プロセスの間、技術者が初めに、ボタン22B、22Cを使って、計器の針をずっと左へ動かすように、プロセッサは、LCDディスプレイ20(図1)上に問い合わせを表示するように、プログラム制御のもとで作動する。計器の針が、計器上の最も左の「T」に重なるとき、技術者は、選択ボタン22Aを押すように指示される。次に、技術者は、針がSET上になるまで、ボタン22B、22Cを使って計器の針を右へ動かすように指示され、次に、選択ボタン22Aをたたくように指示される。両方の例において、次に、移動のどの端における信号値も、針を望ましい位置に動かすのに必要とされるボルト/「T」を計算するために、プロセッサで利用される。
【００５２】
録音及び再生機能
本装置の更なる機能により、検査手順の時間の間、全ての又は選択されたTA値、感度、及び生体抵抗を表すデジタル値が、RS232ポート、又は他の都合のよいインターフェースによって、パソコン又は他のストレージ装置に出力され得る。実際には、これらの値は、32ビット浮動小数点抵抗値、16ビット感度値、及び16ビットトーンアーム値として、120Hzの速度で、充分にクロック出力され、格納された。後で、装置の実演のために、これらの保存記録を、装置の中央演算処理装置に入力し戻して、目的又は記録検討を教示することができる。実際上、装置は、生体を検査することにより、又は、パソコン又は他のストレージ装置から値を受け取ることにより、値をリアルタイムで作成しようとなかろうと、同じように応答する。
【００５３】
遠隔TA調整
装置10の更なる機能は、検査対象を狂わせることなく、オペレーターが快適に装置10を操作し、適切に調整できるように、遠隔TA光学エンコーダーの入力を利用できるその好ましい能力である。遠隔TA光学エンコーダーは、CPU400のピン29及び30に電気的に結合されて、覆い上のノブ24(図1)に結合されたエンコーダーと同じ手法で、CPUと通信する。CPUは、ピン29において信号を感知するとき、ピン35から光学エンコーダーに適切な信号を送ることにより、TAノブ24によって制御されるそのエンコーダーを停止させる。その後、遠隔TAエンコーダーは、オペレーターによって停止されるまで、プロセッサにレンジ値を提供する。
【００５４】
前述の説明は、当業者が本発明を実施することを可能にする詳細を含む一方で、本質的に例示的なものであり、かつ、これらの教示の恩恵を受ける当業者には、多くの変更及び変形が明らかであることを、認識すべきである。従って、本出願の発明は、ここに添付された特許請求の範囲のみによって定められ、その特許請求の範囲は、従来技術に鑑みて許される程度に広く解釈されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明により構成された、生体の抵抗の変化を測定し表示するための装置の好ましい実施形態の全体を捉えた正面図である。
【図２】図1の装置で使用された好ましい計器16の上平面図である。
【図３】ここでは、装置10により利用される回路の好ましい実施形態のブロック図である。
【図４】ここでは、本発明により、図1の装置を構成するための好ましいフロントエンド回路の概略図である。
【図５】その次に、ともに、図1の装置で使用される好ましい中央演算処理装置のブロック図を示す図5A-5Eの、正しい配置を示している。
【図６】図1の装置で使用される好ましい感度調整回路の概略図である。
【図７】図1の装置で使用される好ましい計器駆動回路の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７】
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