Устройство для измерения объемной скорости внешнего дыхания — SU 1623611 (original) (raw)
)5 А 6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ ПИСАН ОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ мерения объемной скорости внешнего ания за счет коррекции нелинейност ем кусочно-линейной аппроксим ередаточной функции. Устройство сжит последовательно соединенные п азователь 1 расхода воздуха в пер авления, электроманометр 3, усилитеАЦП 6, программируемый вычислител егистрэтор 8, а также дополнительно енные блок 1 л пптенциометров, ком Ор 5, пневматический клапан 2, генер 1, регистр 10, ЦАП 13, триггер 12 и ко атор 9 Зил,и пувции одер- реобепад ль 4, ь 7 и.Семенюк роцессорфункций я техника,вве- утаНИЯ ОБЪДЫХАНИЯ ицинСкой ность иэат мп Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для исследования функций внешнего дыхания,Цель изобретения - повышение точности измерения объемной скорости пу 1 ем коррекции нелинейности преобразователя.На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для измерения объемной скорости внешнего дыхания; на фиг, 2 - струкгурная схема алгоритма функционирования устройства; на фиг. 3 - графики зависимости выходного напряжения усилителя от входного напряжения (а) и вычисленных значений от входного напряжения (б).Устройство содержит преобразователь 1 расхода воздуха, пневматический клапан 2, электроманометр 3, усилитель 4, коммутатор 5, АЦП 6, программируемый вычислитель 7, регистратор 8, компаратор 9, регистр 10, генератор 11, триггер 12, ЦАП 13, блок 14 потенциометров.Алгоритм работы устройства определяется программой функционирования, хранящейся в ПЗУ вычислителя 7, Блок-схема алгоритма (фиг, 2) позволяет реализовать ссемблера. на58 СИК 80, илиня,ме ык программу на языке микропроцессора К другого высокого уроОбозначения про 18 - начало по на ых блоков нопки "Сб О: К 580 И вод, К 580 И сов в перио грамм н катию к ия пг - на вы импуль Ро . К 55- К 53 -19 - инициализ дин порт на ввод, д становление перио ком режиме; 20 - "Кнопка21 - "Кнопка 2 22 - режим ли 23- режим опр оррекции;ич нажата";нажата";неаризации;еделениг но ой функци к24 - выдача кодчающего потенциом25 - "Конец пре26 - прием кодячейку ОЗУ;27 - "Все потен28 - увеличениедача кода коммутатциометра;29 - вычисле30 в .запомин а, подклюкоммутатортр 12;бразованияВ с АЦП П фапись ние К = 8+1/Я ание К в ячей ах ОЗУ;(56) Автоматизированный микропный прибор для исследоввниявнешнего дыхания, - Медицинска1987, В 2, с. 18-21.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕЕМНОЙ СКОРОСТИ ВНЕШНЕГО(57) Изобретение относится к метехнике и позволяет повысить то циометры опрошены; адреса ячейки ОЗУ, выора, следующего потен 162361131 - "Режим линеаризации";32 - "Кнопка Пуск нажата (после подключения пациента к трубке)";33 - выдача кода коммутатора, подключающего усилитель;34 - "Конец преобразования АЦП";35 - прием кода й с АЦП и запись вячейку ОЗУ;36 - выбор параметра К 1,37 - "Переход на следующий участокаппроксимации;38 - подсоединение к компаратору через коммутатор следующего потенциометра, включение клапана, установка триггерав "1";39 - задержка на время установлениянового значения, восстановление;40 - вычисление йМ К 1;Ф41 - запоминание йв ОЗУ;42 - вывод М на регистрирующий прибор;43 - "Режим линеаризации";44 - "Кнопка "Стоп" нажата";45 - конец измерения.Плюс обозначает "Да", минус - "Нет".На графике зависимости выходного напряжения усилителя от входного напряжения (фиг. За) показаны скачки выходногонапряжения в узлах аппроксимации из-заподачи нового уровня смещения.На графике зависимости вычисленныхзначений от входного напряжения (фиг. Зб)показана коррекция нелинейности трактаза счет аппроксимации кусочно-линейнойфракцией. Штрихпунктиром показаны участки функции с разрывом, если бы не подавался на каждом участке новый уровеньсмещения на усилитель.Устройство для измерения обьемнойскорости внешнего дыхания мажет работать в двух режимах; режиме линеаризациивыходной характеристики преобразователярасхода по заданным коэффициентами коррекции и режиме определения новой функции коррекции (коэффициентов коррекции)взамен предшествующей.В режиме линеаризации выходной характеристики устройство работает следующим образом.В начале работы, перед измерением, понажатию кнопки "Сброс", а затем кнопкипульта управления в ячейках оперативнойпамяти вычислителя 1 запоминаются коды,соответствующие напряжениям, выставленным на потенциометрах блока 14 потенциометров. Так, сначала к аналогоцифровомупреобразователю б через коммутатор 5 подсоединяется потенциометр 15 блока 14 и получен 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ный код й 1 запоминается в ячейке оперативной памяти.Затем последовательно к аналого-цифровому преобразователю 6 подсоединяются потенциометры 15, 17 и в ячейкахзапоминаются коды йг, йз й+1,где - количество интервалов кусочно-линЕйной функции.Таким образом, количество потенцио.метров блока 14 зависит от выбранного числа интервалов кусочно-линейной функции ина единицу больше этого числа,Коэффициенты коррекции определяются путем деления кодов йг йн 1 на й 1. Так,коэффициент первого участка характеристик определяется как К 1= йг/й 1, а последй +1него К = К 1 =й 1При линейной характеристике преобразователя й 1 = йг ==й 1+1 и все К 1. К равныединице,Полученные частные от деления запоминаются в ячейках блока 7 и служат в дальнейшем для коррекции результатовизмерений.После вычисления и запоминания коэффициентов коррекции производится собственно измерение и линеаризация величинобьемной скорости, Эта программа начинает работать по нажагию кнопки "Пуск".При прохождении потока воздуха Ч через преобразователь 1 на его выходе возниает разность давлений Л Р, Эта разностьдавлений поступает через клапа: 2 на входэлектроманометра 3, на выходе его появляется разность потенциалов Ж., которая усиливается усилителем 4,Выходное напряжение с усилителя 1 поступает через коммутатор 5 на вход аналого-цифрового преобразователя б и в видекода Й запоминается в оперативной памятивычислителя 7.Пуск АЦП осуществляется импульсамипрограммного таймера. Период этлк импульсов определяет интервал дискретизации сигнала и составляет, например, 10 мс,Далее текущий код М поступает в центральный процессор вычислителя 7. По еговеличине определяется, на каком участкекусочно-линейной функции лежит этот отсчет,Из ячеек оперативной памяти выбирается значение коэффициента коррекции, соответствующее данному участку, Еслитекущее значение переходит на следующийучасток кусочно-линейной функции по сравнению с предыдущими значениями, то наусилитель 4 подается новый уровень смещения, Программируемый вычислитель 7 пода 16236115 10 15 20 30г. ,3 ) 40 45 50 55 ет на коммутатор 5 код, который подключает потенциометр данного участка функции к компаратору 9 и отключает пневматический клапан 2, На триггер 12 подается сигнал с программируемого вычислителя 7, который устанавливает триггер 12 в состояние "1", Сигнал с триггера 12 запускает регистр 10 на запись кода в регистр, С приходом каждого импульса с генератора 11 в регистр последовательно записывается код состояния компаратора 9. Первый импульс записывает в старший разряд регистра 10 состояние компаратара 9, сравнивающего напряжение на выходе усилителя 4 при перекрытом потоке воздуха и напряжение, поступающее с потенциометра данного участка. Первый же импульс сбрасывает триггер в состояние "О" Код с регистра поступает на ЦАП 13, и выходное напряжение с ЦАП поступает на вход смещения усилителя 4. Следующий импульс с генератора 11 записывает в следующий разряд регистра 1 О состояние комцардторд, определяемое уточненным значением смещения усилителя 4 и потенциометром, Каждый последующий импульс с генердторд 11 приближает величину кода в регистре 10 к соответствующему напряженин нд цотенциометре.Всего для полной здцио ьоцд в реи-.т 10 с генератора 11 поступает кол: честно импульсов, соответствующее ддрядн бисти регистра, например 12. Зтцт код, цреш рд зующийся ЦАП 13 в напряг циц с;е ц;. ия, будет храниться е регистре 10 дц цоядлецич следующего импульса нд вь:;д . триг.рд 12Затем программируем,лй вычислитель, включает клапан 2 и воссгдцдвливд", нд коммутаторе 5 код, который цодсце:ц 1 цяе 1 усилитель 4 к АЦП б Затем прои.ц ди 1 ся вычисление скорректированного знд ения по формуле (1),Вычисленный результдг М, отправляется в оперативную память и затем ныд,ется на регистратор 8. Нд экран мониторд выводится кривая зависимости скорости 1 цтокд от времени.Так же, как и цри оцределеци озфициентов коррекции, описанные нюше опера. ции по измерению и линедриз.-.ци обьемн-и скорости осуществляются цо комацддм, которые считаются с ПЗУ и преобразуются е уг рдвляющие сигналы в центральном процессоре вычислителя 7.В режиме определения новой функции коррекции взамен предшествуощей устройство работает следующим образом.На преобразователь 1 расхода подается постоянный поток воздуха с эталонного генератора потока. Далее вы пол н яется почти та же программа, что и при измерении, которая вызывается по нажатию кнопки "2". Определяются коэффициенты коррекции, регистрируется величина потока, производится коррекция линейности по формуле (1) и результат измерений выводится на регистратор 8. Эти операции проводятся периодически, например каждые 1-2 с,Если заданный с эталонного генератора поток находится в диапазоне первого участка кусочно-линейной функции и на регистраторе 8 отображается величина, не соответствующая этому потоку, то оператор, вращая потенциометр 14, изменяет код В 2 и коэффициент коррекции первого участка К 1, При этом меняется наклон первого участка характеристики, а значит, и регистрируемая величина. Изменяя поток с эталонного генератора соответственно в диапазоне последующих участков характеристики и вращая соответствующие потенциометры, можно менять коэффициенты коррекции на этих учдстках,Следовательно, проводя периодические кдлибровки, можно изменять, в случае необходимости, харак геристику аппроксимируюцей функции. Формула изобретения устрг йств; для измерения обьемной скорцсги внешне;о дыхания, содецжащее цц.,лцдцвдтель о соединенные прг бразовдтель расходд воздуха в церецддддвления, ".; цктромдном тр, усилитель, аналого цифров," и цреобрдователь, программируемый еычисли 1 ель и регистрдтор, входы которого подключены к первым выходам вычислителя, д второй выход вычислителя соединен с уцрдвляк щим входом аналого-цифрового преобрдзондтеля, о т л и ч д ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точног.ти измерения объемной скорости путем коррекции нелинейности црс;обрдзовдтеля, в неговведены блок потенциометров, коммутатор, цнЕвмдтический клацдн, генер.пор, регистр, цифро,"налоговый цреобрдзовдтель, триггер и комцаратор, причем выходы цотенциометров и усилителя соединены через коммутатор с входом аналого-цифрового преобразователя и первым в,одом компард орд, второй вход которого подключен к выходу усилителя, а выход - к информационному входу регистра, третьи выходы программируемого вычислителя подсоединены к управляющим входам коммутатора, четвертыи выхог, - к установочному входу триггера, д пятый выход - к управляющему входу клапана, который включен между преобразователем расхода и электроманометром, выход генератора подключен насинхровходы триггера регистра, информационные выходы которого соединены через цифроаналоговый преобразователь с вторым входом усилителя, а выход триггераподсоединен к разрешающему входу регистра.1623611Составитель Д.Николаев Редактор М,циткина Техред М,Моргентал Корректор Л.Пилипенк Заказ 150 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101