ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПУЛЬСА ПРИ ЕГО ИЗМЕНЕНИЯХ

1. Область техники, к которой относиться полезная модель
Полезная модель относится к области медицины и медицинской техники и может быть использована в устройствах контроля сердечной деятельности.
2. Уровень техники
В качестве аналогов полезной модели являются Измеритель частоты пульса (RU 2108059 C1, 10.04.1998 (Измеритель частоты пульса) / Сорва Г.П. [UA], Вервейко А.И. [UA], Шарико А.Г. [UA] публ. 10.04.1998.) и Устройство для изменения частоты пульса (Авторское свидетельство СССР №1211662, 15.02.1986 (Устройство для измерения частоты пульса) / Авакян Ц.М. (RU), Азарян К.С.(RU), Айдинова В.П. (RU), Анджелов Г.О. (RU), Бадалян С.Г. (RU), Геворкян Д.М. (RU), Хуршудян Л.С.(RU) публ. 15.02.1986.), но в отличии от указанных выше приборов полезная модель определяет значение частоты сердечных сокращений, усредненное за заданное количество ударов пульса и уточняемое с каждым ударом пульса, что позволяет повысить точность измерения среднего значения частоты пульса при его изменениях.
3. Раскрытие полезной модели
Цель полезной модели - повышение точности измерения среднего значения частоты пульса при его изменениях.
Полезная модель работает следующим образом (фиг. 1).
с
Перед началом измерения сигналом, поданным на шину начальной установки (НУ) счетные триггеры 2 и 3, счетчики 15-18 импульсов, одновибраторы 22 и 23 и регистр 24 памяти приводятся в нулевое состояние. Поступление первого пульсового импульса с датчика 1 пульса через логический элемент 6 (6.1-6.2) на счетный вход триггера 2 переводит последний в единичное состояние. После этого импульсы с выхода генератора 4 начинают поступать через элемент И-НЕ 10 на счетный вход счетчика 15. Заполнение счетчика 15 продолжается до тех пор, пока приход второго пульсового импульса с выхода датчика 1 через логический элемент 6 (6.1-6.2) на счетный вход триггера 2 не вернет последний в нулевое состояние. Таким образом, на счетчике 15 будет зафиксирован двоичный код, значение которого пропорционально величине мгновенного периода Т измеряемого пульса и частоте генератора 4. Например, при частоте генератора 4, равной 4,27 Гц, на счетчике 15 будет зафиксирована величина Т=4,27-Т.
Во время действия каждого пульсового импульса, кроме первого, пока триггер 2 находится в нулевом состоянии, импульсы с выхода генератора 5 через элемент И-НЕ 12 поступают на счетный вход управляемого делителя частоты, а с выхода последнего на счетный вход счетчика 16. Это продолжается до тех пор, пока на выходе переноса счетчика 16 не появится сигнал его переполнения, который осуществит запуск одновибратора 22 и импульс с инверсного выхода последнего, пройдя через элемент И-НЕ 11, установит счетчики 15 и 16 и управляемый делитель 19 частоты в нулевое состояние, а, пройдя через логический элемент 6 (6.1-6.2), в единичное состояние триггер 2, прекратив тем самым прохождение импульсов с выхода генератора 5 через элемент И-НЕ 12.
c
c
с
Если на счетный вход управляемого делителя 19 частоты поступает N импульсов с выхода элемента И-НЕ 12, то на его выходе появится N·T/K импульсов, которые заполняют счетчик 16 до переполнения, где K - коэффициент, определяемый параметрами делителя 19 частоты, например, для шестиразрядного управляемого делителя частоты K=64. Пусть модуль счетчика т.е. число импульсов, которыми его можно заполнить до переполнения, равен М, тогда N-T/K=М или N=М·K/Т. Подставив выражение, получаем N=64 М/4,27·Т.
Таким образом, размер N пачки импульсов, образованной на выходе элемента И-НЕ 12, обратно пропорционален величине мгновенного периода измеряемого пульса, т.е. прямопропорционален величине мгновенного пульса. Если счетчик 16 шестиразрядный и его модуль М=64, получают N=16·(60/Т), где 60/Т - число ударов в минуту мгновенного пульса.
м
м
с
с
Эта пачка импульсов поступает на счетный вход управляемого делителя частоты, коэффициент деления, которого К установлен набором блока 26 тумблеров, а с выхода делителя 20 импульсы поступают на вход прямого счета счетчика 18 импульсов и через логический элемент 8 (8.1-8.2) на счетный вход счетчика, Таким образом, в эти счетчики записывается код, равный N·К, точнее, эта величина добавляется к содержимому счетчиков 17 и 18, полученному в предыдущем периоде пульса. По окончании пачки импульсов на выходе элемента И-НЕ 12, импульс с прямого выхода одновибратора 22 разрешает перепись содержимого счетчика 17 в регистр 24 памяти, а импульс с его инверсного выхода запускает одновибратор 23, импульс с инверсного выхода которого, пройдя через элемент И-НЕ 14, устанавливает счетчик 17 и делители 20 и 21 частоты в нулевое состояние, а, пройдя через логический элемент 7 (7.1-7.2), - устанавливает в единичное достояние счетный триггер 3, разрешая тем самым поступление импульсов с выхода генератора 5 через элемент И-НЕ 13 на вход обратного счета счетчика 18 и на счетный вход делителя 21 частоты, коэффициент деления которого К установлен набором блока 26 тумблеров, а с выхода делителя 21 импульсы через логический элемент 8 (8.1-8.2) поступают на счетный вход счетчика 17. После того, как содержимое счетчика 18 описано до нуля, на его выходе появляется сигнал, который, пройдя через логический элемент 7 (7.1-7.2) на счетный вход триггера 3, возвращает последний в нулевое состояние, прекратив прохождение импульсов с выхода генератора 5 через 2 элемент И-НЕ 13. При этом в счетчике 17 записан код, величина которого в 1/К раз меньше величины кода, который записан в счетчике 18, а в последний переписано содержимое регистра 24.
с
Таким образом, к приходу очередного пульсового импульса полезная модель оказывается в состоянии, аналогичном ее состоянию после окончания первого пульсового импульса, с той лишь разницей, что в счетчике 17 оказывается, зафиксировано предыдущее содержимое счетчика 18, уменьшенное в 1/К раз, а в счетчике 18 - предыдущее содержимое счетчика 17.
м
с
Следовательно, делители 20 и 21 частоты, счетчики 17 и 18 и регистр 24 образуют цифровой фильтр, дискретная передаточная характеристика которого равна К·(1+Z)/(1-К·Z).
с
с
м
С учетом приведенной выше характеристики пачки N импульсов, поступающей на вход этого фильтра, для коэффициентов К и могут быть выбраны, 4 например, следующие значения: К=7/8, К=1/256.
Таким образом, в полезной модели усреднение мгновенных значений периода пульса производится с помощью цифрового фильтра, образованного счетчиками 17 и 18, прямая связь между которыми осуществляется через регистр 24, а обратная - через управляемый делитель 21 частоты. Поскольку цифровой фильтр осуществляет преобразование непрерывно, т.е. с поступлением каждого нового значения на его вход на третьем счетчике фиксируется средний пульс, полученный с каждым импульсом пульса.
Изменяя набор блока 26 тумблеров, легко перестроить характеристики цифрового фильтра, что эквивалентно изменению периода усреднения.
4. Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена функциональная схема полезной модели; на фиг. 2 - временные диаграммы ее работы.
Полезная модель (фиг. 1) содержит датчик 1 пульса, счетные триггеры 2 и 3, генераторы 4 и 5 импульсов, логические элементы 6-9, элементы И-НЕ 10-14, счетчики 15-18 импульсов, управляемые делители 19-21 частоты, одновибраторы 22 и 23, регистр 24 памяти, цифровой индикатор 25 и блок 26 тумблеров.
На временной диаграмме (фиг. 2) показаны сигналы на выходах элементов 1-3, 9, 10, 12, 13, 16, 18, 22 и 23. Временной масштаб на этой диаграмме для наглядности искажен. Из этой диаграммы видно, что каждый мгновенный пульсовый период, кроме первого, уменьшается на величину Δ, которая пропорциональна длине пачки N и обратно пропорциональна частоте генератора 5. Для приведенных параметров полезной модели максимальный размер пачки N=4096 импульсов и, выбрав частоту генератора 5 достаточно большой, например 1 МГц, можно уменьшить погрешность Δ до пренебрежимо малой величины порядка единиц м.с.
5. Осуществление полезной модели
Полезная модель может быть применена в области медицины и медицинской технике для повышения точности измерения физиологических характеристик человека (частоты пульса) с целью улучшения диагностирования и контроля заболеваний.