DE1516939C3 - Elektronenstrahl-Oszilloskop für die Wiedergabe von physiologischen Meßsignalen bei Auftreten von Störsignalen - Google Patents

Description

Stellenschalters oder Ableitungswählers (schweize- Es sind noch zusätzliche Schaltmittel vorgesehen,

rische Patentschrift 352 453), oder des Wahlschalters die erfindungsgemäß durch die Zeitablenkvorrichfür die, Ablaufgeschwindigkeit des Äufzeichnungs- tung getriggert werden und während oder nach einem trägers (französische Patentschrift 1359 691). Es jeden Rücklaufintervall einen kurzzeitigen Kurzhandelt sich daher nicht um eine automatische 5 Schluß des Koppelgliedes 3a, 4 a bzw. 3 ft, Ab beperiodische Betätigung des Schnellstarts in verhält- wirken. Dazu liegt parallel zum Querwiderstand 4 a nismäßig kurzen Zeitintervallen während der Auf- bzw. 4 b der ÄC-Koppelglieder des Verstärkers ein zeichnung bzw. sichtbaren Darstellung des von einer Kurzschlußzweig 14 a bzw. 14 ft mit einem Untergleichen Meßstelle oder von der gleichen Ableitung brechungskontakt 13 a, 13 ft, für dessen Betätigung stammenden Signals. Dagegen entspricht die be- ίο über ein Gestänge 12 ein unmittelbar oder mittelbar kannte Kopplung des Schnellstarts auch mit einem von dem Zeitablenkteil 8 gesteuertes Relais 11 vorautomatisch in bestimmten Zeitintervallen umschal- handen ist. Der Steuerkreis 16, 23, 24 zwischen Zeittenden Ableitungswähler nicht der Lehre der Erfin- ablenkgenerator 8 und Relais 11 enthält z. B. noch dung, weil längst die Notwendigkeit bekannt war, eine Impulsformerstufe 21 und einen nachgeschaltemit jeder Ableitungsumschaltung auch den Schnell- 15 ten Verstärker 10 für den Relaishaltestrom, der etwa start zu betätigen und somit die Automatisierung der aus kurzen, mit dem Zeitabstand der Zeitablenk-Ableitungsumschaltung noch keinen Fortschritt in periode aufeinanderfolgenden Rechteckimpulsen bebezug auf die Automatisierung der Schnellstart- steht. Zum Beispiel kann ein monostabiler Multibetätigung in regelmäßigen Intervallen während der vibrator die Impulsformerstufe 21 bilden, der nach Aufzeichnung oder sichtbaren Darstellung der von 20 Erreichen jedes Maximums der Sägezahnspannung einer gleichen Ableitung oder Meßstelle stammenden für die Zeitablenkung angestoßen wird und dann Signals bedeutete. Bei der Erfindung wird vielmehr jeweils für ein in der Zeitdauer einstellbares kurzes in günstiger Weise der Umstand benutzt, daß im Intervall den Arbeitsstrom an das Relais 11 liefert. Rücklaufintervall des schreibenden Elektronen- Dadurch zieht in diesem Intervall das Relais 11 an Strahls, so kurz es auch sein mag, sowieso immer die 25 und schließt die beiden Kurzschlußkontakte 13 a laufende Wiedergabe eines gleichen Signals unter- und 13 ft, wodurch der Verstärker 5 »verriegelt« und brachen wird, und somit in diesem Intervall die Ein- die Koppelkondensatoren 3 a und 3 ft über Verstärfügung einer Verriegelungspause für den Verstärker ker-Null umgeladen werden.

durch Betätigung durch den Schnellstart nicht mehr Bei üblichen Zeitablenkungsgeschwindigkeiten von

stört, als schon durch die Zeitablenkung zwangläufig 30 50 bis 25 mm/s und einer gebräuchlichen Größe der geschieht. Bei einer Ausführungsform des Erfin- Sichtfläche der Kathodenstrahlröhre von beispielsdungsgedankens kann indessen das Kurzschließen weise 75 mm Durchmesser würde sich die von der der Querwiderstände der ÄC-Glieder während des Sägezahnspannung der Zeitablenkung getriggerte Rücklaufes der Zeitablenkung für den schreibenden periodische Verriegelung und damit die Rückführung Elektronenstrahl oder auch durch ein aus dem Meß- 35 der Null-Linie alle 1,5 bis 3 Sekunden wiederholen signal abgeleitetes Triggersignal zu Beginn des und der Start des Elektronenstrahls immer am glei-Elektronenstrahlvorlaufes ausgelöst werden. chen Punkt der K-Achse der Sichtfläche erzwungen

An Hand des Blockschaltbildes eines Oszilloskops werden. Die erforderliche Verriegelungszeit, d. h. gemäß der Erfindung sei diese erläutert (Fig. 1). die Zeit des Kurzschlusses des Koppelgliedes richtet Die wiederzugebenden Signale, z. B. die biologischen 4° sich nach der Umladezeitkonstante der im Eingriff Aktionsspannungen, werden von Abnahme-Elek- befindlichen ÄC-Glieder, das ist die Zeitkonstante troden 1 aufgenommen und zunächst üblicherweise des am Ausgang kurzgeschlossenen Gliedes, also das einem Vorverstärker 2 zugeführt. Zwischen diesem Produkt aus dem Innenwiderstand der speisenden und einem Endverstärker 5 für die Vertikalablenk- Stufe (Generatorinnenwiderstand) und der Kondenspannung bzw. zwischen zwei Verstärkerstufen liegt 45 satorkapazität. Eine Zeitkonstante von etwa 10 ms das bis zu niedrigen Frequenzen durchlässige RC- läßt sich ohne Schwierigkeit erreichen, so daß mit Koppelglied, das aus einem Koppelkondensator 3 a einer angenommenen Verriegelungszeit von 50 ms, bzw. 3 ft und einem Querwiderstand 4 α bzw. 4 ft also mit einer einzigen Umladung während einer besteht. Da das gewählte Ausführungsbeispiel einen gegenüber der Zeitkonstante fünffachen Zeit die Gegentaktverstärker darstellt, sind diese Organe 5°' Störsignale auf das e~⁵-fache des Ausgangswertes, doppelt vorhanden. Der im allgemeinen hochohmige das ist etwa 0,7% des Ausgangswertes, verkleinert Querwiderstand 4 a liegt zwischen dem Ausgang des würden. Da sich die Umladung in kurzen Abständen Koppelkondensators und Verstärker-Null 15. Die wiederholen soll, könnten auch große Störspannungen beiden Ausgänge des Gegentakt-Endverstärkers 5 unwirksam gemacht werden.

führen in bekannter Weise zu den beiden vertikal 55 Für den genauen Zeitpunkt der Auslösung der übereinanderliegenden Ablenkplatten 6 a und 6 ft der periodischen Verriegelung bzw. Umladung der Kop-Kathodenstrahlröhre 20 und erzeugen dort ein der pelglieder werden besonders zwei günstige Möglich-Signalamplitude proportionales elektrisches Feld, keiten empfohlen. Zunächst könnte von der Ablenkdem der schreibende Kathodenstrahl folgt. schaltung bei Beginn des Rücklaufs ein Impuls ge-

Den beiden anderen, horizontal gegenüberliegen- 60 wonnen werden. Hierbei ist es belanglos, ob die den Ablenkplatten 7a und 7 ft wird die von einem Zeitablenkung freilaufend vom Signal, synchroni-Sägezahn-Generator 8 gelieferte Zcitablenkspannung siert oder freilaufend nicht synchronisiert, freilaufend zugeführt, der synchron oder durch besonders an eigengetriggert oder vom Signal getriggert ist. Die seinem Eingang 9 aufgenommene Triggersignale ge- Rücklaufzeit müßte dann selbstverständlich mindesteuert werden muß. Die Schaltung dieser einzelnen 65 stens so lange dauern, wie die Kondensatorumladung elektronischen Organe kann als'fachgeläufig voraus- in der Verriegelungsphase es erfordert, gesetzt werden. Die Stromversorgung der einzelnen Die andere Möglichkeit besteht darin, daß die VerOrgane ist mit 19 a, 19 ft usw. angegeben. . riegelung zu Beginn des Strahlvorlaufs ausgelöst

5 6

wird, und zwar ebenfalls durch einen aus der Ab- einfache Lösung des Problems an, den Verriegelenkschaltung gewonnenen Impuls beim Start des lungszeitpunkt von zwei Bedingungen bestimmen zu Hinlaufs. Dabei müßte aber der Startort des Strahls lassen, nämlich durch die Rücklaufphase der Zeitzweckmäßigerweise so weit vor den Schirmrand ver- ' ablenkung und durch das Auftreten eines markanten legt werden, daß die Verriegelungszeit vor Sichtbar- 5 Signals, etwa der .R-Zacke der Herzaktionsspannung, werden des Strahls auf dem Schirm abgelaufen ist. gegebenenfalls unter Einfügen von Verzögerungs-Bei diesem Verfahren geht während der Verriege- Intervallen, die Entriegelung aber nach einer festen lungszeit Signalinformation verloren, was jedoch Zeitspanne ab Eintritt des markanten Signals, also nicht schwer wiegt, wenn man bedenkt, daß die im der .R-Zacke, auszulösen, wenn erfahrungsgemäß Beispiel angenommene Verriegelungszeit von 50 ms io das sich wiederholende Signal eine Phase verschwinbei 50 mm/s Ablenkgeschwindigkeit nur eine Infor- dender Amplitude durchläuft. Dabei ist jedoch Vormationslücke von 2,5 mm längs der A"-Achse be- aussetzung, daß es sich im wesentlichen um ein deutet. periodisch sich wiederholendes Signal gleicher

Das erfindungsgemäße Verfahren der Verriegelung Grundstruktur handelt, was bei Herzaktionsspandes Signalverstäfkers von Oszilloskopen und die zu- 15 nungen normalerweise der Fall ist.
gehörige Einrichtung kann nun noch vervollkomm- Um diese Lösung zu realisieren, deren Verständnet werden. Es wäre nämlich vorteilhaft, wenn das nis das herausgezeichnete Blockschaltbild Fig. la Ende der Verriegelungszeit, also die Freigabe des erleichtert, dient zweckmäßig als Impulsformer 21 Verstärkers (Entriegelung) so gelegt würde, daß die wieder ein monostabiler Multivibrator, der den ReSpannung des zu erwartenden Signals in diesem 20 laisspeisestrom an seinem Ausgang 24 liefert. Der Augenblick gerade Null ist. Dies läßt sich einmal da- Impulsformer 21 wird an seinem Eingang 23 a durch durch einrichten, daß an Stelle eines monostabilen ein Und-Tor 29 getriggert, dessen einer Eingang an Multivibrators 21 zur Speisung des Verriegelungs- den Signalübertragungsweg über den Zweig 22 α und relais ein Flip-Flop oder bistabiler Multivibrator 21 dessen anderer Eingang an den Zeitablenkgenerabenutzt wird, der zum Start der Verriegelung durch 25 tor 8 über den Zweig 23 angeschlossen ist, wobei die Sägezahnspannung der Zeitablenkschaltung, zur selbstverständlich, wie durch die Kästchen 31 und 32 Beendigung der Verriegelung aber beim Null-Durch- angedeutet, Impulsformungs- und/oder Verzögegang des Signals durch den Verstärker 5 getriggert rungsglieder zwischengeschaltet sein können, die wird. Die Schaltung wäre dann bei Verwendung derart bemessen sind, daß der Verriegelungszeiteines Flip-Flops als Impulsformer 21 so auszulegen 30 punkt in eine erwünschte Phase des Signalvorlaufs bzw. zu ergänzen, wie gestrichelt gezeichnet ist. An- und des Rücklaufs oder des Beginns des Vorlaufs gestoßen wird das Flip-Flop wieder durch den Zeit- der Zeitablenkung fällt. Die Zeitdauer der Verriegeablenkgenerator 8, und zwar von den Spitzen der lung ist dagegen am Impulsformer fest oder variier-Sägezahnspannung. Sein Ausgang 24 liefert dann bar eingestellt. Bei dieser Lösung kann es darüber einen konstanten Strom, der nach Verstärkung im 35 hinaus sinnvoll sein, die Zeitablenkung durch das Verstärkungsglied 10 das Relais 11 speist und die Signal zu triggern, wozu der gestrichelt angedeutete Verriegelung des Signalverstärkers 5 auslöst. Der am Leitungszweig 30 zwischen dem Signalübertragungs-Ausgang 24 des Flip-Flops 21 stehende Impuls wird zweig 29 und dem Zeitablenkgenerator 8 dient,
nun über den Zweig 25 einem Und-Tor 27 züge- Durch beide Alternativlösungen wird eine, wenn führt, dessen zweiter Eingang über die Leitung 22 40 auch geringe, aber unschöne Bildverschiebung veran den Signalübertragungszweig 29, etwa an den mieden, die entstehen würde, wenn der Verstärker Ausgang des Signalverstärkers 5 angeschlossen und im Augenblick einer großen Signalamplitude entals Sperreingang (Umkehrstufe) ausgebildet ist. Somit riegelt wird. In einem solchen Falle würde, da die steht an den mit dem zweiten Eingang des Flip-Flops Y-Ablenkung an einem definierten Ort des Schirmes 21 verbundenen Ausgang 28 des Und-Tores 27 nur 45 freigegeben wird, die Signal-Null-Linie je nach dem dann ejn Impuls zum Zurückwerfen des Flip-Flops Momentanwert des Signals bei der Freigabe etwas zur Verfügung, wenn das Flip-Flop 21 selbst vorher höher oder tiefer starten und nach Maßgabe der angestoßen war und das Signal einen Nulldurchgang Zeitkonstante des /?C-Gliedes nach der Mitte einhat. ' laufen.

Um aber zu gewährleisten, daß dies nicht zu früh- 50 Im übrigen läßt sich die Dauer der Verriegelungszeitig erfolgt, also die Verriegelungszeit lange genug phase durch entsprechende Bemessung der Organe ist, kann man in,den Steuerzweig25 noch ein Ver- des verwendeten monostabilen Multivibrators festzögerungsglied, etwa einen monostabilen Multivibra- legen.

tor 26, einfügen. Dann müßte allerdings der Eingang An Stelle eines mechanischen Relaisschalters des Zweiges 25 in das Und-Tor 27 ebenfalls als 55 könnte selbstverständlich auch ein vollständig elek-Sperreingang ausgebildet sein, so daß auf jeden Fall tronisch wirkendes Relais benutzt werden, ähnlich das Flip-Flop 21 nicht früher in seine Null-Lage zu- wie am letzten Ausführungsbeispiel gezeigt. Außerrückgeworfen werden kann, als durch die einstell- dem lassen sich noch Verzögerungsanordnungen trefbare Zeitdauer der Rechteckimpulse des monostabi- fen, die eine Verriegelung erst nach einem gewissen len Multivibrators 26 bestimmt ist. Letztere Variation 60 Zeitraum beginnen oder beenden lassen (nach Einist im Blockschaltbild durch gepunktete Darstellung treffen des entsprechenden Triggerimpulses),
eines zweiten Und-Tores 27a (mit zwei Sperreingän- Die Erfindung führt somit zu einer praktisch wertgen) und des monostabilen Multivibrators 26 ge- vollen Verbesserung bei der Wiedergabe von kleinen kennzeichnet. Beide Wege sind jedoch nur dann Signalspannungen mit Hilfe eines Oszilloskopes. Für gangbar, wenn die Nullage des Signals genau genug 65 den Einsatz solcher Geräte, z. B. bei der Überdefmiert ist, was leider gerade bei biologischen Meß- wachung der Herztätigkeit von Patienten, ist die ersignalen und Verstärkern mit sehr niedriger Grenz- zielte Störungsfreiheit der Signalwiedergabe von frequenz nicht der Fall ist. Es bietet sich dann als großer Bedeutung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen '

Claims (3)

1 2 leitungswähler zwischengeschaltet, mit dessen Hilfe Patentansprüche: eine bestimmte Auswahl zwischen den einzelnen Elektroden oder Elektrodenkombinationen durch

1. Elektronenstrahl-Oszilloskop für die Wie- Umschaltung getroffen werden kann. Da der Verdergabe von physiologischen Meßsignalen bei 5 stärker eines Elektrokardiographen gemäß den beAuftreten von Störsignalen, deren Größe die- stehenden Normvorschriften (DIN 13 401) bis zu jenige der Meßsignale übertreffen kann, mit einer unteren Grenzfrequenz von 0,3 Hz dimensioeinem mindestens ein i?C-Glied enthaltenden niert sein muß, ergibt sich hieraus, daß die Koppel-Wechselspannungsverstärker, bei dem zur schnei- glieder am Eingang bzw. zwischen den einzelnen len Umladung des oder der Koppelkondensatoren io Verstärkerstufen sehr große Zeitkonstanten aufder jeweilige diesen nachgeschaltete Widerstand weisen müssen. Wird z. B. auf andere Elektroden des jeweiligen i?C-GIiedes kurzzeitig kurz- bzw. auf andere Ableitungen umgeschaltet, so sind geschlossen wird, wobei die verstärkten Meß- die Kondensatoren jeweils von der vorher anliegensignale an die vertikalen Ablenkplatten der den Spannung auf einen bestimmten Wert aufgeladen. Elektronenstrahlröhre des Oszilloskops gelegt 15 Für die nachfolgend angewählte Ableitung müssen werden, und mit einem Zeitablenkteil zur Steue- daher diese Kondensatoren umgeladen werden, was rung der Spannung an den horizontalen Ablenk- infolge der großen Zeitkonstante mehrere Sekunden platten, um den Auftreffpunkt des Elektronen- dauern würde, wenn nicht besondere Maßnahmen Strahles zeitproportional horizontal zu verschie- eingreifen würden. Diese störenden Spannungen, die ben und nach Durchlauf des D.urchmessers der 20 eine Gleichspannung darstellen, entstehen durch die Bildröhre an den Ausgangspunkt zurückzuführen, Polarisation zwischen der Hautoberfläche und den dadurch gekennzeichnet, daß das Kurz- Elektroden. Sie betragen im allgemeinen ein Mehr- r schließen des oder der Widerstände der RC-GUe- faches der Nutzmeßspannung. \

der selbsttätig und periodisch durch die Steuer- Die besonderen Maßnahmen, um den Umladevorspannung der Zeitablenkung oder durch das 25 gang zu beschleunigen, bestehen darin, daß der Aus-Meßsignal bewirkt wird. gang jedes als Tiefpaß wirkenden i?C-Gliedes kurz-

2. Elektronenstrahl-Oszilloskop nach An- zeitig mit dem Bezugspotential (Verstärker Null) spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurz- kurzgeschlossen wird, so daß sich die Koppelkonschließen des oder der Widerstände der RC- densatoren in Millisekunden oder Bruchteilen davon Glieder durch die Steuerspannung der Zeit- 30 über den sehr kleinen Innenwiderstand der Vorablenkung während des Elektronenstrahlrück- stufen umladen können. Diese Möglichkeit des laufs ausgelöst wird. schnellen Umladens wird mit »Schnellstart« bezeich-

3. Elektronenstrahl-Oszilloskop nach An- net. Während des Umladens ist somit der Verstärker spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurz- »verriegelt«. Nach dem kurzzeitigen Umladevorgang schließen' des oder der Widerstände der RC- 35 und nach Aufhebung des Kurzschlusses ist dann der Glieder durch ein aus dem Meßsignal abgeleite- Verstärker wieder »entriegelt« und funktionsbereit; tes Triggersignal zu Beginn des Elektronenstrahl- er kann dann das Nutzsignal ohne Übersteuerung Vorlaufes ausgelöst wird. verstärken. Nähere Einzelheiten über den Schnellstart und Möglichkeiten seiner Durchführung sind

40 in der schweizerischen Patentschrift 352453 und in

der französischen Patentschrift 1 359 691 beschrieben. Bei den bekannten schreibenden Registriergeräten

Vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronen- wird der »Schnellstart« vor dem Start des Papierstrahl-Oszilloskop für die Wiedergabe von physiolo- Vorschubes während der Dauer von etwa 1 bis 3 Se- & gischen Meßsignalen bei Auftreten von Störsignalen, 45 künden durch Drücken einer Taste durchgeführt, deren Größe diejenige der Meßsignale übertreffen Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zukann, mit einem mindestens ein 7?C-GIied enthalten- gründe zu erreichen, daß bei Oszilloskopen zur unden Wechselspannungsverstärker, bei dem zur schnei- mittelbaren Sichtbarmachung des Signalverlaufes len Umladung des oder der Koppelkondensatoren dieser Umladevorgang der Kondensatoren selbstder jeweilige diesen nachgeschaltete Widerstand des 5.0 tätig während des Rücklaufes des Elektronenstrahls jeweiligen i?C-Gliedes kurzzeitig kurzgeschlossen bzw. kurzzeitig während des Beginns des Vorlaufes wird, wobei die verstärkten Meßsignale an die ver- bewirkt wird. Diese Aufgabe wird gelöst, indem ertikalen Ablenkplatten der Elektronenstrahlröhre des findungsgemäß das Kurzschließen des oder der Oszilloskops gelegt werden, und mit einem Zeit- Widerstände der /?C-Glieder selbsttätig und periablenkteil zur Steuerung der Spannung an den hori- 55 odisch durch die Steuerspannung der Zeitablenkung zontalen Ablenkplatten, um den Auftreffpunkt des oder durch das Meßsignal bewirkt wird. Elektronenstrahles zeitproportional horizontal zu Durch die Erfindung wird somit vorteilhaft die

verschieben und nach Durchlauf des Durchmessers Totzeit während des Rücklaufes bzw. zu Beginn des der Bildröhre an den Ausgangspunkt zurückzuführen. Vorlaufes des schreibenden Elektronenstrahles zur

Für die Registrierung oder für die unmittelbar 60 Umladung der Koppelkondensatoren ausgenutzt, sichtbare Wiedergabe dieser Herzaktionsspannungen Von Registrierverstärkern sind Schnellstartein-

mit Hilfe von Registriergeräten oder Kathodenstrahl- richtungen bekannt, die entweder unmittelbar röhren (Oszilloskopen) werden am menschlichen manuell betätigt werden müssen, um in jeder Phase Körper mehrere Elektroden angelegt, von denen die eines Meßvorganges die etwa durch aufgetretene entsprechenden Spannungen zum Registriergerät oder 65 Störsignale erforderlich gewordene Umladung der ,Oszilloskop geleitet werden. Hierbei ist zumeist noch Koppelkondensatoren zu beschleunigen, oder welche zwischen den Elektroden und dem Verstärkereingang automatisch mit der Betätigung anderer Einrichtundes Registriergerätes oder des Oszilloskops ein Ab- gen des Gerätes eingeschaltet werden, z. B. des Meß-