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Vorrichtung zur Messung niedriger Wiederhoungsfre-nzen Gliedrige
Wiederholungsfrequenzen, wie zum Beispiel die Herzschlagfrequenz, werden üblicherweise
dadurch bestimmt, daß die Impulse der zu untersuchenden Impuls reihe während einer
vorbestimmten Messperiode gezählt werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil,
daß es verhältnismäßig lange dauert bis das Ergebnis verfügbar ist, und daß Frequenzänderungen
während der Meßperiode nicht erfaßt werden.
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Man hat daher eine Vorrichtung zur Messung niedriger Wiederholungsfrequenzen
vorgeschlagen, bei welcher jeder Impuls der zu untersuchenden Impulsreihe die Entladung
eines mit konstantem Strom aufgeladenen Kondensators herbeiführt, so daß an dEm
Kondensator eine Sägezahnspannung auftritt, deren Amplitude dem Zeitabstand aufeinanderfolgender
Impulse proportional ist und aus der eine Gleichspannung hergeleitet wird, die der
zu messenden Wiederholungsfrequenz umgekehrt proportional ist.
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Bei Verwendung dieser Vorrichtung ist das Messergebnis nach jedem
Impuls sofort verfügbar und können alle Frequenzänderungen genau festgestellt werden.
Die Tatsache, daß die Ausgangsspannung
der zu messenden Wiederholungsfrequenz
umgekehrt proportional ist, stellt jedoch in der Praxis eine Schwierigkeit dar,
weil es kaum möglich ist, eine lineare, in Frequenzen geeichte Skala zu erhalten.
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Die Erfindung hat den Zweck, diesen Nachteil zu beseitigen.
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Gemäß der Erfindung ist dle Vorrichtung derart ausgebildet, daß die
genannte Gleichspannung die Frequenz eines Impulsgenerators moduliert, und daß jeder
von diesem Impulsgenerator erzeugte Impuls die Entladung eines zweiten, gleichfalls
mit konstantem Strom aufgeladenen Kondensators herbeiführt, so daß an dem zweiten
Kondensator eine SAgezahnspannung auftritt, deren Amplitude der zu messenden Wiederholungsfrequenz
proportional ist und aus der eine Messgleichspannung hergeleitet wird.
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Der Impulsgenerator ist vorzugsweise derart auszubilden, daß man leicht
eine lineare Frequenzmodulation erhalten kann. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform
der Erfindung enthält der Impulsgeneratof dazu einen dritten Kondensator, der über
einen verhältnismäßig hohen Widerstand von einer Spannungsquelle atfgeladenwird,
deren Spannung der erstgenannten Gleichspannung proportional ist, wobei die an dem
dritten Kondensator auftretende Spannung dem Emitter eines Unijunction-Transistors
zugeführt wird, der jeweils beim Erreichen einer vorbestimmten Schwellenspannung
leitend wird und einen Impuls abgibt.
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Die Herleitung der Meßgleichspannung aus der Spannung arvi zweiten
Kondensator kann vorteilhaft dadurch erfolgen, daß die am zweiten Kondensator auftretende
Spannung der Basis eines Emitterfolgers zugeführt wird, Und daß die
Basis
eines zweiten Emltterfolgers an einer konstanten Spannung liegt, wobei die Emitter
der beiden Emitterfolger über die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Meßgerätes
miteiander verbunden sind, und zum Meßgerät ein Kondensator parallelgeschaltet ist.
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Vorzug-iSe wird eine Ausftihrung angewendet, bei welcher der erste
und der zweite Kondensator je über einen Ladetransistor aufgeladen werden, von dem
die Basis und der Kollektor an konstante Spannungen angeschlossen sind, und je über
einen Entladetransistor entladen werden, der von den betreffenden impulsen gesteuert
wird. Diese Steuerung kann in zweskm§Blger Weise dadurch erzielt werden, daß die
Impulse der zu untersuchenden Reihe und die vom Impulsgenerator erzeugten Impulse
je eine rtKabile Kippschaltung steuern, der im wirksamen Zustand den zugehörigen
Entladetransistor leitend macht.
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Es ist ftir die beabsichtigte Wirkung von Bedeutung, daß die erstgenannte
Gleichspannung mit größter Genauigkeit dem Zeitabstand aufeinanderfolgender Impulse
der zu untersuchenden Reihe proportional ist. Dieser Anforderung kann man dadurch
entsprechen, daß die am ersten Kondensator auftretende Spannung mittels eines dritten
Emitterfolgers einem vierten und einem fünften Kondensator zugeführt wird, welche
Kondensatoren je über eine zugehörige erste Diode mit dem Emitter des dritten Emitterfolgers,
und je über eine zugehörige zweite Diode mit dem Emitter eines vierten, die erstgenannte
Gleichspannung erzeugenden Emitterfolgers verbunden sind, wobei der vierte und der
fünfte Kondensator abwechselnd und periodisch über Entladetransistoren entladen
werden, die abwechselnd und kurzzeitig durch eine bistabile Kippschaltung eingeschaltet
werden, die von jedem
Impuls der zu untersuchenden Reihe umgekippt
wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt den Teil einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, in dem
die dem Zeitabstand der Impulse der zu untersuchenden Reihe proportionale Gleichspannung
erzeugt wird.
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Fig. 2 zeigt den Teil der gleichen Vorrichtung, in dem mit der genannten
Gleichspannung die Frequenz eines Impulsgenerators gesteuert und aus den Impulsen
dieses Generators eine Meßgleichspannung hergeleitet wird.
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Bei der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung werden die Impulse
der zu untersuchenden Impulsreihe, zum Beispiel die sogenannten R-Spitzen, aus einem
Elektrokardiogramm, über eine Ausgangsklemme 1 (Fig. 1) und einen Kondensator 2
einem Schmitt-Trigger zugeführt, der als Impulsformer dient.
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Wenn der Trigger 3 von der Vorderflanke eines zugeführten Impulses
aus dem Ruhezustand in den Arbeitszustand gebracht wird, wird jeweils über einen
Kondensator 4 eine monostabile Kippschaltung 5 angestoßen, so daß ein rechteckiger
Impuls mit konstanter Zeitdauer erzeugt wird.
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Der Zeitabstand zwischen den von der Kippschaltung 5 erzeugten Impulsen
wird mittels eines Kondensators 6 gemessen, der über einen Ladetransistor 7 mit
konstantem Strom aufgeladen wird; der ICollektor des Transistors 7 ist über einen
hohen Widerstand 8, zum Beispiel von 50.000 Ohm, an einen Punkt mit konstantem Potential
angeschlossen, während die Basis an einer konstanten Spannung liegt. Zum Kondensator
6 ist ein Entladetransistor 9 parallelgeschaltet. Wenn die
monostabile
Kippschaltung 5 in den wirksamen Zustand gebracht wird, wird jeweils über einen
Emitterfolger 10 der Entladetransistor 9 leitend gemacht, wodurch der Kondensator
6 nahezu vollständig entladen wird. Die Ladezeit des Kondensators 6 entspricht jeweils
dem Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen, so daß am Kondensator
6 eine Sägezahnspannung auftritt, deren Amplitude diesem.
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Zeitabstand proportional ist.
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Aus dieser Sägezahnspannung soll nunmehr eine der Amplitude proportionale
Gleichspannung hergeleitet werden. Dazu wird die am Kondensator 6 auftretende Spannung
über einen Widerstand 11 der Basis eines Emitterfolgers 12 zugeführt, dessen Emitterkreis
einen Widerstand 13 erhält. Am Widerstand 13 tritt somit eine Sägezahnspannung auf,
die der Spannung am Kondensator 6 proportional ist. Die am Widerstand 13 auftretende
Spannung wird nunmehr über Dioden 14, bzw. 15 den Kondensatoren 16 und 17 zugeführt.
Diese Kondensatoren sind über Dioden 18, bzw. 19 mit der Basis eines Emitterfolgers
20 verbunden, der über eine Klemme 21 die verlangte Gleichspannung abgibt. Die Dioden
14 und 15 verhindern eine Entladung der Kondensatoren 16 und 17 über den Widerstand
13, während mittels der Dioden 18 und 19 erreicht wird, daß jeweils die höchste
der an den beiden Kondensatoren auftretenden Spannungen dem Transistor 20 zugeführt
werden.
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Die Kondensatoren 16 und 17 werden abwechselnd beim Auftreten eines
Impulses der zu untersuchenden Reihe über einen parallelgeschalteten Entladetransistor
22, bzw. 23. entladen.
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Wird die Kippschaltung 5 in den wirksamen Zustand gebracht, so wird
jeweils über einen Kondensator 24 ein Umschaltimpuls nach einer bistabilen Kippschaltung
25 übertragen. Wenn die Kippschaltung 25 nach einem der beiden stabilen Zustände
umkippt,
wird über den Emitterfolger 26 und den Kondensator 27 dem Transistor 22 ein positiver
Impuls zugeführt, so daß der Kondensator 16 entladen wird. Wird die Kippschaltung
25 in den anderen stabilen Zustand umgekippt, so wird über einem Emitterfolger 28
und einen Kondensator 29 dem Transistor 23 ein positiver Impuls zugeführt, so daß
der Kondensator 17 entladen wird. Durch die beschriebene Wirkung erreicht man, daß
die der Klemme 21 zugeführte Gleichspannung immer genau dem Zeitabstand zwischen
den beiden zuletzt zugeführten Impulsen proportional ist .
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Aus der Fig. 2, in der die Klemme 21 nochmals dargestellt ist, geht
hervor, daß die erzeugte, dem Zeitabstand der Impulse proportionale Gleichspannung
über ein Filter, das aus einem Widerstand 30 und einem Kondensator 31 besteht, der
Basis eines Transistorverstärkers 32 zugeführt wird, an den mittels eines Spannungsteilers
33, 34 eine geeignete Vorspannung angelegt wird, Der Widerstand 34 ist einstellbar,
damit man den Arbeitspunkt des Transistors 32 regeln kann.
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Die am Ausgangswiderstand 35 des Verstärkers 32 auftretende verstärkte
Spannung wird nunmehr einem Ladekreis zugeführt, der einen relativ hohen Widerstand
36 und einen Kondensator 37 enthält. Die Ladegesöhwindigkeit des Kondensators 37
wird dadurch die Spannung-am Widerstand 35 bestimmt. Der Kondensator 37 liegt im
Emitterkreis eines Unijunction-Transistors 38, So bald die Spannung am Kondensator
37 einen bestimmten Schwellenwert erreicht, wird jeweils dib Strecke zwischen dem
Emitter und der unteren Basis des Transistors 38 leitend gemacht, so daß der Kondensator
37 entladen und ein Spannungsimpuls im Widerstand 39 erzeugt
wird.
Der Zeitabstand der im Widerstand 39 auftretenden Impulse ist der Spannung am Widerstand
35 umgekehrt proportional und daher der zu messenden Wiederholungsfreguenz proportional.
Eine der zu messenden Wiederholungsfrequenz proportionale Meßspannung läßt sich
daher erzielen, in dem man eine Spannung erzeugt, die dem Zeitabstand der Impulse
im Widerstand 39 proportional ist.
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Zu diesem Zweck wird eine Schaltung verwendet, die der entsprechenden
Schaltung in der Fig. 1 ähnlich ist. Die im Widerstand 39 auftretenden Impulse werden
nämlich zum Anstoßen einer monqgabilen Kippschaltung 40 verwendet, die im wirksamen
Zustand über einen Emitterfolger 41 einen Entladetransdator 42 leitend macht, so
daß ein Kondensator 43 entladen wird. Dieser Kondensator wird in den Zeitabschnitten
zwischen den Impulsen über einen Ladetransistor 44 mit konstantem Strom aufgeladen.
Am Kondensator 43 tritt nunmehr eine Sägezahnspannung auf, deren Amplitude der zu
messenden Wiederholungsfrequenz proportional ist.
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Aus dieser S§gezahnspannung kann man die erwünschte Neßgleichspannung
herleiten. Dazu könnte man grundsätzlich die in Fig. 1 dargestellte Schaltung mit
den Kondensatoren 16 und 17 anwenden. Weil die Frequenz des Impulagenerators 36
- 39 jedoch erheblich größer als die zu messende Wiederholungsfrequenz ist, zum
Beispiel von der Größenordnung von 60 Hz, kann man eine einfachere Schaltung anwenden.
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Bei dem gezeichneten Ausft!hrungsbeispiel wird die Spannung am Kondensator
43 der Basis eines Emitterfolgers 45 zugeführt, während an der Basis eines Emitterfolgers
46 eine konstante Spannung liegt, die einem Spannungsteiler 47, 48 bntnommen wird,
dessen Widerstand 48 einstellbar ist.
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Zwischen den Emittern der Transistoren 45 und 46 liegt die Reihenschaltung
eines Widerstandes 49 und eines Meßgerätes 50, wobei zum tteßgerät 50 ein Kondensator
51 parallelgeschaltet ist. Am Meßgerät 50 kann man nunmehr die zu messende Wiederholungsfrequenz
unmittelbar ablesen und zwar mit Anwendung einer linearen Skala.