DD218732A3 - Sauerstoff-mess- und warngeraet - Google Patents
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Abstract
DIE ERFINDUNG BETRIFFT EIN SAUERSTOFF-MESS- UND WARNGERAET, DAS IN DER ANAESTHESIE- UND INTENSIVUEBERWACHUNG, INSBESONDERE IN VERBINDUNG MIT NARKOSE- UND BEATMUNGSGERAETEN ODER ANDEREN EINRICHTUNGEN MIT GESTEUERTEM ATEMGASDURCHSATZ VERWENDUNG FINDEN KANN. DAS GERAET UNTERSCHEIDET EINDEUTIG NORMALZUSTAENDE VON ALARMZUSTAENDEN, WOBEI DIESE IN ABHAENGIGKEIT VON DER UEBERSCHREITUNG ODER UNTERSCHREITUNG DES EINGESTELLTEN GRENZBEREICHES UNTERSCHEIDBAR SIND. DAS SIGNALLEITUNGSSYSTEM NUTZT OHNE ZUSAETZLICHER SCHALTELEMENTE EIN MESSLEITUNGSSYSTEM, WELCHE DURCH EINE SINNVOLLE VERKNUEPFUNG DURCHSCHALTE- ODER SPERREFFEKTE BEWIRKT.
Description
Sauerstoff-Meß- und Warngerät . ' .
Anwendungsgebiet der Erfindung:
Die Erfindung betrifft ein Sauerstoff-Meß- und Warngerät, das in der Anästhesie und Intensivüberwachung, insbesondere bei Narkose- und Beatmungsgeräten oder anderen Einrichtungen mit gesteuertem Atemgasdurchsatz Verwendung finden kann und das kontinuierlich die gesamte Sauerstoffkonzentration digital mißt bzw. eine digitale Parametermessung des Atemgases ermöglicht . Dieses entweder mit dem Atmungs-Rohrleitungssystem eines" Patienten oder direkt mit der Umgebungsatmosphäre verbundene Sauerstoff-Meß- und Warngerät ist mit zwei unabhängig voneinander einstellbaren Grenzwertschaltern versehen, welche die Grenzgrößen für die erforderliche Sauerstoffkonzentration anzeigen. Pur den Fall auftretender Grenzwertverletzungen wird ein über entsprechende Schaltkreise optisches und akustisches Alarmsignal ausgelöst. · ;
— 2 -
α α
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:
Es ist ein für den medizinischen Bereich bestimmtes Sauerstoff-Meßr· und Warngerät bekannt, bei dem der Sauerstoff aus', dem umgebenden Gasgemisch durch 'die Kunststoffmembran eines Sensors in das.. Innere seiner Doppelmeßzelle diffundiert, Wodurch an · ihren Elektroden eine elektrochemische Raktion verursacht wird (Oxyc.om loo D Prospekt 6191.11 /. Drägerwerk AG, DE). Dabei werden zwei'Meßströme erzeugt, die.dem Sauerstoffpartialdruck proportional sind.,Bei Gleichheit dieser beiden Meßströme erfolgt eine Anzeige und sind die beiden Meßströme ungleich, wird Funktionsstörung, signalisiert« Die Meßanlage ist mit der optischakustischen Warneinrichtung derart signalverknüpft, daß bei Unterschreitung der manuell einstellbaren Grenzgröße eine, akustische Warnung und bei gestörter.Punktion eine optische Warnung erfolgt. , . .· . . ..' „
Pernerhin ist ein Sauerstoff-Warngerät bekannt, bei dem die An- : zeige 'durch Anwendung" des Meßprinzips der Polarograph!« erfolgt,· und zwar hier mit einem Sensor, der eine als Einwegzelle konzipierte Elektrode enthält (OXYGEN MONITOR - mono 2 /Roche Bio- . Electronics, US). Der optische Grenzwertalarm wird mittels blinkendem schwarzen Dreieck in der Ziffernanzeige sichtbar gemacht. .-'.·· . '
Nach dem gleichen Meßprinzip funktioniert, die Anzeige bei einem weiteren Sauerstoff-Warngerät, das mit Überschreitung oder Unterschreitung der einstellbaren Grenzgrößen warnt (oxygen Monitor QM-15 / Bechman Instruments Prance, PR). Zur Signalisierung der Grenzwertverletzungen werden bei diesem Warngerät -herkömmliche Signallampen verwendet.
Und schließlich ist noch ein Sauerstoff-Meß- und Warngerät bekanntgeworden, das. die gesamte Sauerstoff dichte innerhalb eines Inkubators für Früh- und Neugeborene, eines Sauerstoffzeltes oder anderer Narkosebeatmungseinheiten mißt und das in der.Lage ist Gasverluste bzw. Fehlleistungen in der Sauerstoffzuführung wahrzunehmen und zu warnen (oxygen Monitor OMD - loo / Aika Medical Corp., JP). Auch hier wird ein polarogisphischer Sensor
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zur Messung der Sauerstoffdichte verwendet, die mittels Flüssigkeitskristall (LCD), digital angezeigt wird. Obergrenze und .Untergrenze der Sauerstoff dichte sind getrennt·., einstellbar und das Verlassen des Grenzbereiches wird sowohl optisch durch digitale Anzeige als auch akustisch durch diskontinuierlich hörbare Töne gewarnt. ~ . Dieses und die anderen digital anzeigenden Sauerstoff-Meß— und Warngeräte sichern zwar genaue Sauerstoffmessungen, doch die optische Signalisierung von Grenzwertverletzungen ist entweder vernachlässigt oder nur mit zusätzlichem Aufwand und insofern auch nicht optimal gelöst worden.
Ziel der Erfindung: . ''
Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der aufgezeigten Nachteile und die Vermeidung eines aufwendigen Schaltungsaufbaus. Ihr Zweck besteht besonders darin, unter Beibehaltung der vorhandenen Schaltungselemente und der digi-talen Ziffernanzeige bzw. Symbolanzeige neben einer einwandfreien Sauerstoffmessung gleichfalls eine in wirtschaftlicher und ergonomische r Hinsicht optimale Warnung zu ermöglichen. Außerdem soll die optische Alarmsignalisierung lichtstark und auf relativ weite Entfernung nochwahrnehmbar sein.
Darlegung des Wesens der Erfindung:'
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Sauerstoff-Meß- und Warngerät zu entwickeln, das eindeutig die Normalzustände (keine Grenzverletzung) von den.Alarmzuständen (Grenzwertverletzung) unterscheidet, indem entweder nur die gemessene Sauerstoffkonzentration auf dem Anzeigefeld sichtbar gemacht wird oder dieses zusätzlich über'seine gesamte Größe blinkt. Es wird weiterhin angestrebt, das Verlassen des eingestellten Grenzbereiches in Abhängigkeit von seiner Überschreitung oder Unterschreitung unterscheidbar anzuzeigen. ' '.
.Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Signal-Teitiingssystein und eine Schaltkreisverknüpfung in der Weise, daß den beiden, .,die Obergrenze und die üntergrenze'· getrennt.einstellbaren Grenzwertgebern zwei parallele die Sauerstoff-Konzentration über einen Analog/Digitalwandler messende und die GrenzwertVerletzung über eine erste und eine.zweite Grundschaltung signalisierende Schaltkreise nachgeschaltet sind, die über Tastenschalter und über.eine der Anzeigeeinheit vorgeschalteten Transistorenschaltung einerseits ein digitales Signal im BGD-Kcde abgeben, und über einen Dekoder eine 7-Segment-Kodierung zur Ansteuerung der Anzeigetableaus ermöglichen sowie andererseits einen Durchschalt- oder Sperreffekt wahrend einer Grenzverletzung bewirken»
.Gemäß der Erfindung ist davon auszugehen, daß der erste · Grenzwertgeber an den einen Tastenschalter und .an' einen für den oberen Grenzwert bestimmten Komparator sowie der zweite Grenzwertgeber an den anderen Tastenschalter und an einen für den unteren Grenzwert bestimmten Komparator angeschlossen sind und davon, daß dem zweiten Tastenschalter über den ersten Tastenschalter und den beiden Komparatoren eine dem. · Sauerstoff—Partialdruck proportionale Spannung von einem Sauerstoffwandler über einen Meßverstärker zugeführt ist. ·
In weiterer Ausbildung der Erfindung weist der über die beiden Tastenschalter hergestellte Schaltkreis'zwei zum Anzeige-.tableau mit Vorzeichenanzeige geführte und unter Zwischenschaltung einer Diode miteinander verbundene Signalverknüpfungen auf und besitzt dieser Schaltkreis eine weitere Signalverknüp-
*
•fung zum Analog/Digitalwandler, die einerseits mit dem Dekoder und über diesen mit dem Anzeigetableaus und andererseits zur zeitmultiplexen Ansteuerung mit diesen über die zuständigen Transistoren verbunden ist. Der erfindungsgemäß über . die beiden Kompara'tpren hergestellte. Schaltkreis verfügt über zwei mit den Komparatoren signalverknüpfte logische
Grundschaltungen, von denen die eine ein von beiden Komparatoren beschaltetes NAND-Gatter enthält, das erstens über einen Multivibrator mit dem Dekoder- und direkt mit dem . Vorzeichen-Anzeigetableau und zweitens mit einem NASJDi-Gatter
eines akustischen Signalgebers verbunden ist und deren andere Grundschaltung im direkten Zugang des für den unteren Grenzwert zuständigen ^Comparators zu dem Transistor besteht, der in die zum Vorzeichen-Anzeigetableau führende Signalverknüpfungen der ersten Grundschaltung des zweiten Schalt- " kreises und in die des ersten Schaltkreises eingreift«
Zweckmäßigerweise kann der akustische Signalgeber kurzzeitig block-iert werden. Dieses wird ermöglicht, dadurch, daß das NAND-Gatter des Signalgebers eingangsseitig noch mit einem .' Zeitgeber und über diesen mit einer Taste "Alarm reset" sowie .ausgangsseitig an einem Multivibrator und über diesen mit einer Warnhupe verbunden ist.
Die digitale Ziffernanzeige ist bevorzugt so ausgelegt, daß eine zusätzliche Anzeige der ersten Stelle hinter dem Komma erfolgen kann. Das wird möglich gemacht, durch eine Taste "cal", die in die Signalverknüpfung zum hinteren Digiteingang . der Anzeigetableaus zwischen diesen und dem vorgeordneten Transistor geschaltet ist.
Durch Zuführung einer Referenzspannung U- an die Grenzwertgeber, einer .Betriebsspannung U-g an die mit den Digiteingängen der Anzeigetableaus verbundene Transistoren sowie an den Digit-Vorzeicheneingang und einen entsprechenden Schaltungsanschluß auf Masse ist ein zuverlässiger Funktionsverlauf gemäß dem Ausführung s bei spiel herstellbar. . ..
Ausführungsbeispiel:
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese verdeutlicht die logische Verknüpfung des erfindungsgemäßen Sauerstoff-Meß- und Warngerät mit integrierten Schaltkreisen,
denen ein Sauerstoffwandler 1 und zwei .Grenzwertgeber 2,3 vorgeschaltet sind. Mit diesen sind zum einen ein Meßver- ;stärker 4 und zum anderen zwei Komparatoren 5,6 verbunden, die ihrerseits mit zwei Tastenschaltern 7, 3 signalverknüpf t sind. ; Die beiden Komparatoren 5,6 stehen mit einem NAND-Gatter 9 einer Grundschaltung in Verbindung, der noch zugeordnet sind ein Multivibrator 15 und ein Signalgeber mit einer Taste "Alarm reset" lo, einem Multivibrator 11, einem von diesem und dem NAND-Gatter 9 beschalteten zweiten NAND-Gatter. 13 sowie einem weiteren Multivibrator 16 und einer Warnhüpe 18-r Eine weitere Grundschaltung ist hergestellt mittels eines Transistors 24, der einerseits mit dem Ausgang des Komparators 6, andererseits mit dem Ausgang des Multivibrators 15 und einem Vorzeichen-Anzeigetableau 19 einer Anzeigeeinheit verbunden ist« Beide Grundschaltungen sind Bestandteil eines zweiten Schaltkreises.
Die beiden genannten Tastenschalter 7,8 ermöglichen die Ausgabe von Doppelfunktionen. Zu. diesem Zweck ist,der eine Ausgang des Tastenschalters 7 an den einen Eingang des Tastenschalters 8 angeschlossen, während sein anderer Ausgang eine Signalverknüpfung mit dem Vorzeichen-Anzeigetableau 19 ausweist. Beim Tastenschalter. 8 hingegen ,ist der eine Ausgang an einen Analog-Digitalwandler 14 und der andere Ausgang einmal über eine Diode 12 an die zum Vorzeichen—Anzeigetabeau geführte Signalverknüpfung des Tastenschalters 7 und zum anderen über eine weitere Signalverknüpfung an das Vorzeichen-Anzeigetableau 19 gelegt.
Der dem ersten Schaltkreis zugeordnete Anaiog-Digitalwand-, ler 14, welcher aus einem'in der Sehalttechnik unter der Bezeichnung C 52o D bekannten 3-digit-Analog/Digitälwandlerschaltkreis besteht, ist mit seinen:Ausgängen an einen Dekoder 17 und über diesen an die Anzeigetableaus 19, 2o sowie an Transistoren 21 bis 23 angeschlossen, die ihrerseits.eine
Verbindung zu den Digiteingängen der Anzeigetableaus 19, 2o herstellen. Dem Transistor:23 ist noch eine Taste "cal"25' nachgeordnet., so' daß damit ein 3-digit~Anzeigebereich geschaffen ist.
Bei diesem erfindungsgemäß geschalteten Sauerstoff-Meß- -und Warngerät liefert der Sauerstoffwandler 1 eine elektrische Spannung, die dem Sauerstoff-Partialdruck proportional ist. . Diese wird mit dem Meßverstärker 4, der aus einer Operationsverstärkerstufe besteht, auf einen Einheitspegel von 1 Volt Gleichspannung verstärkt und über· die Tastenschalter 7, 8 (nichtrastend) auf den Eingang des Analog/Digitalwandlers 14 gelegt» Gleichzeitig erfolgt durch den Meßverstärker 4 eine Anpassung an den Sauerstoffwandler 1 (Kalibrierung).
Der Analog/Digitalwandler 14 wandelt das analoge Ausgangssignal des Meßverstärkers 4 in ein digitales Signal Im BCD-Kode um, das nachfolgend durch den unter der Bezeichnung D 147 C bekannten integrierten Schaltkreis des Dekoders -17 in eine 7-Segment-Kodierung gewandelt wird. Diese 7-Segment-Kodierung steuert die Anzeigetableaus 19, 2o an und zeigt die Sauerstoffkonzentration im. Anzeigebereich zwischen 0 und 99 VoI".% digital an. Außerdem erfolgt durch den Analog/ Digitalwandler 14 eine zeitmultiplex^ Ansteuerung der Anzeigetableaus 19, 2o über die Transistoren 21 bis 23»"
Der obere Grenzwert (Maximum) und der untere Grenzwert (Minimum) sind im Bereich von 2o bis 99 Vol.% einstellbar. Dazu werden mittels der Grenzwertgeber 2, 3 stufenlos Vergleichsspannungen im 3ereich von o,2 bis 1 Volt eingestellt und auf die ihnen zugeordnete Komparatoren sowie wahlweise mit Betätigung des Tastenschalters 7 bzw* des Tastenschalters'8 auf den Eingang des Analog/Digitalwandlers 14 durchgeschaltet. Auf der Anzeigeeinheit erscheint dann je nach Betätigung des entsprechenden Tastenschalters 7, 8 der eingestellte obere bzw. untere Grenzwert. Mit der Freigebe dieser Tastenschalter 7, 8 erfolgt sofort die erneute Anzeige des Meßwertes.
Die Betätigung des entsprechenden Tastenschalters 7, 8 hat außerdem zur Folge, daß die Anzeige des oberen Grenzwertes mit dem Vorzeichen "plus" und des unteren Grenzwertes mit dem Vorzeichen "minus11 signalisiert wird. Dieses ist möglich durch die Doppelfunktion der beiden Tastenschalter 7, 8,-indem beim oberen Grenzwert alle Anschlüsse über die Diode 12 verlaufen,und beim unteren Grenzwert nur ein Anschluß auf Masse hergestellt wird. . .
Die Komparatoren 5,6 werden vorzugsweise mittels bekannter OperationsverstärkerSchaltkreise realisiert. Dabei wird der , Meßwert bei dem Komparator 5 auf den invertierenden Eingang., bei dem Komparator 6 auf den nichtinvertierenden Eingang des jeweiligen Operationsverstärkerkreises gelegt, .so daß nach der Beschaltung der beiden, anderen Eingänge mit den zugehörigen Vergleichsspannungen ein sogenanntes Pensterdiskriminator entsteht. Solange sich der Meßwert innerhalb des Bereiches der eingestellten Grenzwerte befindet, liegen beide Komparatoren 5, 6 ausgangsseitig auf Η-Pegel«, überschreitet oder unterschreitet der Meßwert die eingestellten Vergleichsspannungen des oberen oder .unteren Grenzwertes, kippt der entsprechende Komparator und führt ausgangsseitig L^-Pegel. Über die eine logische Grundschaltung bzw. das JJAiFD-Gatter 9 und das NAND-Gatter 13 erfolgt 'eine Ansteue-.-rung der astabilen Multivibratoren 15, 16 und zwar für Blinkfrequenz ,zum Multivibrator 15 und für akustische'Signalgabe zum Multivibrator 16. Diese beide Multivibratoren 15, 16, die aug je einen Gatter des bekannten TTL-Schaltkreises DHo D sowie jeeinem Triggerschaltkreis A 3o2 bestehen, beginnen nach Aufhebung ihrer Blockierung - aμsgelöst durch Η-Pegel an ihren Eingängen - zu takten, so daß . im Rhythmus der Taktfrequenz ausgangsseitig L/H-Pegel (Rechteckspannung) anliegen. Über die Verbindung des Multivibrators 15 mit der He11-Dunkel-Steuerung des Dekoders 17 wird ein Alarmzustand eingeleitet und es erfolgt eine im
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2-Hz-Rhythmus blinkende Anzeige des Meßwertes. Gleichzeitig wird das Vorzeichen-Anzeigetableau 19 so angesteuert, daß z.B. bei Verletzung des oberen Grenzwertes alle An- . Schlüsse für das Vorzeichen durch den Multivibrator 15 rhythmisch nach Masse- durchgeschaltet werden, wodurch eine blinkende Anzeige des Vorzeichens "plus" erreicht ist, während bei Verletzung des unteren Grenzwertes durch L-Pegel am Ausgang des Komparators 6 der Transistor 24 gesperrt wird, was schließlich zum rhythmischen Aufleuchten des Symboles "minus" führt.
Während einer Grenzwertverletzung kann der Multivibrator für die Zeit von 6o Sekunden blockiert werden. Diese Blockierung wird erreicht, indem der bevorzugt aus, einem bekannten Triggerschaltkreis A 3o2 und einem ebenso bekannten TTL-NAND-Gatter bestehenden Zeitgeber 11 durch Betätigen der Taste"Alarm reset" Io ein L-Pegel an seinem Ausgang führt. Dies wiederum hat zur Folge, daß für die Zeit von 6o Sekunden die Warnhupe 18, also das akustische Signal abgeschaltet ist, hingegen die Grenzverletzung immer noch optisch durch das Blinken der Anzeige einschließlich Vorzeichen signalisiert wird. . '
Wie schon weiter vorn dargelegt, kann durch Betätigen' der Taste "cal" 25 eine zusätzliche Anzeige der ersten Stelle hinter dem Komma erfolgen, was zur genauen Kalibrierung des Meßverstärkers 4 und Sauerstoffwandler 1 erforderlich ist.
; - Io -
Claims (4)
- Erfindungsanspruch: ' ·, ' '1..Sauerstoff-Meß- und Warngerät, mit zwei unabhängig -voneinander einstellbaren Grenzwertgebern und einer digitalen Ziffernanzeige, die über Schaltkreise miteinander verbunden sind, dadurch,gekennzeichnet, daß den beiden, die Obergrenze und die Untergrenze getrennt einstellbaren Grenzwertgebern (2,3) zwei parallele die Sauerstoff-Konzentration über einen Analog/Digitalwandler (14) messende'und die Grenzwertverletzung über eine erste und eine zweite Grundschaltung (mit 5»6). signalisierende Schaltkreise nachgeschaltet sind, die über Tastenschalter (7,8) und über eine der Anzeigeeinheit (19,2o) vorgeschalteten Transistorenschaltung ('21 bis 24) . einerseits ein digitales Signal im BCD-Kode abgeben'undüber einen Dekoder (17) eine 7-Segment-Kodierung zur An- ·' steuerung der Anzeigetableaus (19,2o) ermöglichen sowie andererseits einen. Durchschalt-oder Sperreffekt .während ··. einer .Grenzverletzung-'"bewirken·
- 2. Sauerstoff-Meß- und Warngerät nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Grenzwertgeber (2) an den- Tastenschalter (7) und an einen für den oberen Grenz- : wert /bestimmten Komparator (5) sowie der zweite Grenzwertgeber (3) an den Tastenschalter (8) und an einen für den1 unteren Grenzwert bestimmten Komparator (6) angeschlos— ; sen sind und daß dem zweiten Tastenschalter (8) über den ersten Tastenschalter (7) und den beiden.·Komparatoren (5>6) eine dem Sauerstoff-Partialdruck.proprtionale· Spannung von einem Sauerstoffwandler (1) über einen Meßverstärker (4) zugeführt ist·' ' . ι3* Sauerstoff-MeS- und Warngerät kach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der über die beiden Tastenschalter (7,8) hergestellte Schaltkreis zwei zum Anzeigetableau (19) geführte und unter Zwischenschaltung einer Diode (12)- 11 -miteinander verbundene Signalverknüpfungen aufweist und eine weitere Signalverknüpfung zum Analog/Digitalwand·^- ler (14) besitzt, die einerseits mit dem Dekoder (17) und über diesen mit den Anzeigetableaus (19,2o) und andererseits mit diesem über die Transistoren ' (21 bis 23) verbunden ist«
- 4. Sauerstoff-Meß- und Warngerät nach Punkt 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,: daß der über die beiden Komparatoren (5,6) hergestellte Schaltkreis zwei mit dem Komparatoren (5,6) signalverknüpfte logische Grundschaltungen aufweist, deren eine Grundschaltung ein von beiden Komparatoren (.5,6) beschaltetes NANG-Gatter (9) enthält, das erstens über einen Multivibrator mit dem Dekoder (17) und direkt mit dem Anzeigetableau (19) und zweitens mit einem -NAND-Gatter (13) eines akustischen Signalgebers verbunden ist und deren andere Grundschaltung im direkten Zugang des für den unteren Grenzwert zuständigen Komparators (6) zu dem Transistor (24) besteht, der in die zum Vorzeichen-Anzeigetableau (19) führende Signalverknüpfungen' der ersten Grundschaltung des zweiten Schaltkreises und in die des ersten Schaltkreises eingreift. ..5* Sauerstoff-Meß-und Warngerät nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß das NAND-Gatter (13) des Signalgebers ein-gangsseitig noch mit dem Zeitgeber (11) und über diesen mit einer Taste "Alarm reset" (lo) sowie ausgangsseitig an einenMultivibrator (16) und über diesen mit einer Warnhupe (18) verbunden ist. .
- 6. Sauerstoff-Meß- und Warngerät nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Taste "cal" (25) in die Signalverknüpfung zum hinteren Bigiteingang des Anzeigetableaus (2o) zwischen diesen und dem Transistor (23) geschaltet ist.1 Seite Zeichnungen
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