JPH0131897B2 - - Google Patents

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JPH0131897B2
JPH0131897B2 JP56092011A JP9201181A JPH0131897B2 JP H0131897 B2 JPH0131897 B2 JP H0131897B2 JP 56092011 A JP56092011 A JP 56092011A JP 9201181 A JP9201181 A JP 9201181A JP H0131897 B2 JPH0131897 B2 JP H0131897B2
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Japan
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circuit
measured
heating
temperature sensing
time
Prior art date
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JP56092011A
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Japanese (ja)
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Tatsuo Togawa
Tetsu Nemoto
Hirohisa Tsubakimoto
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Anima Corp
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Anima Corp
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電流により加熱された抵抗線を使
用して被測定呼気の流量を測定する呼気測定装置
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a breath measuring device that measures the flow rate of breath to be measured using a resistance wire heated by an electric current.

呼気及び吸気の単位時間当りの流量の測定は、
被検者の肺疾患の診断や呼吸機能障害の回復度の
臨床検査、更には環境医学、産業医学或はスポー
ツ医学の分野において広く必要とされている。
Measurement of the flow rate per unit time of exhalation and inspiration is as follows:
It is widely needed in the fields of diagnosis of lung diseases in subjects, clinical examination of the degree of recovery from impaired respiratory function, and also in the fields of environmental medicine, industrial medicine, and sports medicine.

被測定呼気の流管の上流側において、被測定呼
気を熱パルスにより加熱し、この加熱された被測
定呼気をその加熱位置から所定距離隔つた流管の
下流側において感温素子により検出し、加熱時か
ら検出時までの時間を測定することにより、被測
定呼気の流速を測定し、それに基づいて被測定呼
気の流量を測定することが行なわれている。以下
この明細書で使用する呼気とは、呼吸によつて生
ずる呼気及び吸気を含めた流体の状態を指すもの
とする。
The exhaled breath to be measured is heated by a heat pulse on the upstream side of the flow tube of the exhaled breath to be measured, and the heated exhaled breath to be measured is detected by a temperature sensing element on the downstream side of the flow tube separated by a predetermined distance from the heating position, The flow rate of the exhaled breath to be measured is measured by measuring the time from the time of heating to the time of detection, and the flow rate of the exhaled breath to be measured is measured based on the measured time. Hereinafter, exhalation as used in this specification refers to the state of fluid including exhalation and inspiration caused by breathing.

この場合、被測定呼気の流量をLml/secとし、
測定用の流管の断面積をScm2とすると、被測定呼
気の平均流速vは次式で与えられる。
In this case, the flow rate of exhalation to be measured is Lml/sec,
When the cross-sectional area of the flow tube for measurement is Scm 2 , the average flow velocity v of exhaled breath to be measured is given by the following equation.

v=L/S(cm/sec) (1) 流管内の上流側に設けられた被測定呼気の加熱
部と、流管の下流側に設けられた感温部間の距離
をd(cm)とし、加熱部における被測定呼気への
加熱時から、感温部における加熱された被測定呼
気の検出迄に要する時間をTとすると、次式が成
立する。
v=L/S (cm/sec) (1) The distance between the heating section for exhaled air to be measured, which is provided on the upstream side of the flow tube, and the temperature sensing section, which is provided on the downstream side of the flow tube, is d (cm). If T is the time required from the heating of the exhaled breath to be measured in the heating section to the detection of the heated exhaled breath to be measured in the temperature sensing section, then the following equation holds true.

T=1/LS・d(sec) (2) この場合加熱部の発熱体として、直径D、長さ
lのW線を使用し、W線の密度をP(g/cm3)そ
の熱伝導率をCp、(cal/g〓)抵抗値をR、印
加電圧をV、その通電時間をtとすると、被測定
呼気に与えられる熱量△Tは、次式で与えられ
る。
T=1/LS・d(sec) (2) In this case, a W wire with a diameter D and a length l is used as the heating element of the heating part, and the density of the W wire is P (g/cm 3 ), and its thermal conductivity is When the rate is Cp, the (cal/g〓) resistance value is R, the applied voltage is V, and the energization time is t, the amount of heat ΔT given to the breath to be measured is given by the following equation.

△T=V2/R・t・1/4.2×πD2/4l・P・Cp(
3) (2)式で明らかなように、被測定呼気の流量Lが
増加して行くと、これに反比例して時間Tが減少
して行く。このため、特にその被測定流体の流量
が大幅に変化するような測定系においては、加熱
部においての被測定流体の加熱時間周期の設定が
困難となる。即ちこの加熱時間周期を余り大きく
設定するとその流量が時間に対して急激に且つ広
範囲で変化する被測定呼気に対して正しい加熱を
行なうことができず呼気の流量の変化に正確に追
従した測定ができなくなる。一方、加熱時間周期
を余り短かくすると単位時間ごとに流管の下流側
で検出される呼気に対して次の時間周期における
加熱の影響が与えられ、且つ感温素子の前回の感
温の影響が残存したまゝ次回の検出が行なわれる
ので、その検出が不正確になる。
△T=V 2 /R・t・1/4.2×πD 2 /4l・P・Cp(
3) As is clear from equation (2), as the flow rate L of exhalation to be measured increases, the time T decreases in inverse proportion to this. Therefore, especially in a measurement system where the flow rate of the fluid to be measured changes significantly, it is difficult to set the heating time period of the fluid to be measured in the heating section. In other words, if this heating time period is set too long, it will not be possible to perform correct heating for the exhaled breath to be measured, whose flow rate changes rapidly and over a wide range over time, making it impossible to perform measurements that accurately follow changes in the exhaled air flow rate. become unable. On the other hand, if the heating time period is made too short, the exhaled air detected on the downstream side of the flow tube for each unit time will be affected by the heating in the next time period, and the effect of the previous temperature sensing of the temperature sensing element will be affected. Since the next detection will be performed with the residual remaining, the detection will be inaccurate.

この発明は従来の装置における上述の諸難点を
解決し、時間に対してその流量が急激且つ大幅に
変化する呼気に対して高精度で且つ効率よく加熱
を行なわせることを可能にし、呼気流量の急激且
つ大幅な変化に対応して常に精度のよい流量測定
を実現し得る呼気測定装置を提供するものであ
る。
This invention solves the above-mentioned difficulties in conventional devices, and makes it possible to heat exhaled air, whose flow rate changes rapidly and significantly over time, with high precision and efficiency. An object of the present invention is to provide an exhalation measuring device that can constantly measure the flow rate with high accuracy in response to sudden and large changes.

この発明によると、被測定呼気が流入される流
管内に、この被測定呼気を瞬時的に加熱する加熱
手段が設けられ、この加熱手段によつて加熱され
た被測定呼気の通過位置に感温素子が設けられて
この感温素子の出力によつて駆動手段が駆動され
て加熱手段が加熱され、この加熱手段の駆動周期
に基づいて被測定呼気の流量が測定される。
According to this invention, a heating means for instantaneously heating the exhaled air to be measured is provided in the flow tube into which the exhaled air to be measured flows, and a temperature sensor is placed at a position through which the exhaled air heated by the heating means passes. A driving means is driven by the output of the temperature sensing element to heat the heating means, and the flow rate of the exhaled breath to be measured is measured based on the driving cycle of the heating means.

この発明においては、この種の呼吸測定装置に
おいて、流管内に設けられた検出手段により、流
管内に被測定呼気がないことが検出されるとその
検出期間においては予備加熱手段によつて加熱手
段が駆動されて予備加熱が行なわれ、時間に対し
て流量の変化が急激であり、且つ大幅に流量が変
化する呼気に対しても常に精度のよい呼吸測定が
行なわれる。
In the present invention, in this type of respiration measurement device, when the detection means provided in the flow tube detects that there is no breath to be measured in the flow tube, the heating means is activated by the preheating means during the detection period. is driven to perform preheating, and respiration measurement is always performed with high precision even for exhaled air, where the flow rate changes rapidly over time and the flow rate changes significantly.

以下、この発明の呼吸測定装置をその実施例に
基づき図面を使用して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The respiration measurement device of the present invention will be described in detail below based on embodiments thereof with reference to the drawings.

第1図はこの発明の構成を示す図で、流管11
内に図示していないマウスピースから被検者の被
測定呼気Fが導入され、この流管11の上流側に
おいて、流管11の内周面に被測定呼気Fの流れ
方向に直角に乱流発生体12が設けられる。この
乱流発生体12は、例えば被測定呼気Fの流れに
直角な面上に、金属線でメツシユ状体が形成され
た構成を有する。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the present invention, in which a flow tube 11
The exhaled breath F to be measured from the subject is introduced from a mouthpiece (not shown) in the flow tube 11, and on the upstream side of the flow tube 11, a turbulent flow is created on the inner peripheral surface of the flow tube 11 at right angles to the flow direction of the exhaled breath F to be measured. A generator 12 is provided. The turbulent flow generator 12 has a structure in which a mesh-like body is formed of metal wire on a plane perpendicular to the flow of the exhaled breath F to be measured, for example.

流管11に導入される被測定呼気Fは一般には
層流で流れに直角な面内で、或る速度分布を有す
る。この導入された層流状の被測定呼気Fは、こ
の乱流発生体により乱流となり、流れに直角な面
内で一様な平均速度を有する状態になる。
The exhaled air F to be measured introduced into the flow tube 11 is generally a laminar flow and has a certain velocity distribution in a plane perpendicular to the flow. The introduced laminar flow of breath F to be measured becomes turbulent due to the turbulent flow generator, and has a uniform average velocity in a plane perpendicular to the flow.

流管11内においてこの乱流発生体12の下流
側に発熱体13が、流管11の直径方向に張りわ
たされる。この発熱体13は、例えば直径5μの
W線で形成され、この発熱体13から被測定呼気
を加熱する熱パルスが被測定呼気に与えられる。
即ち、発熱回路部14が設けられ、この発熱回路
部14では定温度型抵抗線ヒータからなる加熱回
路18に対して加熱パルス幅設定回路10から発
生した所定パルス幅の加熱パルスSHが与えられ、
この加熱パルスSHによつて加熱回路18が励起さ
れ、励起された加熱回路18に接続された発熱体
13が発熱して被測定呼気がこの加熱パルスによ
つて加熱される。
A heating element 13 is placed in the flow tube 11 on the downstream side of the turbulence generator 12 in the diametrical direction of the flow tube 11 . The heating element 13 is formed of a W wire having a diameter of 5 μm, for example, and a heat pulse for heating the exhaled breath to be measured is applied from this heating element 13 to the exhaled breath to be measured.
That is, a heating circuit section 14 is provided, and in this heating circuit section 14, a heating pulse S H of a predetermined pulse width generated from a heating pulse width setting circuit 10 is applied to a heating circuit 18 consisting of a constant temperature resistance wire heater. ,
The heating circuit 18 is excited by this heating pulse S H , the heating element 13 connected to the excited heating circuit 18 generates heat, and the breath to be measured is heated by this heating pulse.

流管11に対して発熱体13を含む発熱回路部
14の下流側には感温回路部15が設けられる。
感温回路部15には感温素子19が設けられ、こ
の感温素子19の出力端子間に感温回路20が接
続され、この感温回路20の出力端には増幅整形
回路21が接続されて、この増幅整形回路21の
出力端にフイルター9が接続される。増幅整形回
路21の出力段には図示していない比較回路が接
続され、この比較回路に与えられている基準信号
設定器からの基準信号と検出パルスSSが比較さ
れ、これが基準値を越えると、シユミツト回路7
からは、作動信号SDが発せられる。即ち感温素子
19で検出される加熱された被測定呼気に対応し
たパルスが増幅整形され、フイルター9により直
流分が阻止され、フイルター9の出力信号はミニ
マムホールド回路8を経て、シユミツト回路7に
与えられ、シユミツト回路7の出力端から作動信
号SDが得られる。この作動信号SDによつて時間設
定回路16が駆動され、所定時間後に時間設定回
路16から時間設定信号STが発せられる。
A temperature sensing circuit section 15 is provided downstream of the heat generating circuit section 14 including the heating element 13 with respect to the flow tube 11 .
The temperature sensing circuit section 15 is provided with a temperature sensing element 19, a temperature sensing circuit 20 is connected between the output terminals of this temperature sensing element 19, and an amplification shaping circuit 21 is connected to the output terminal of this temperature sensing circuit 20. A filter 9 is connected to the output end of this amplification and shaping circuit 21. A comparison circuit (not shown) is connected to the output stage of the amplification and shaping circuit 21, and the detection pulse S S is compared with the reference signal from the reference signal setter given to this comparison circuit, and if this exceeds the reference value, , Schmitt circuit 7
An actuation signal S D is emitted from. That is, the pulse corresponding to the heated breath to be measured detected by the temperature sensing element 19 is amplified and shaped, the DC component is blocked by the filter 9, and the output signal of the filter 9 is sent to the Schmitt circuit 7 via the minimum hold circuit 8. and an actuation signal S D is obtained from the output of the Schmitt circuit 7. The time setting circuit 16 is driven by this operating signal S D , and after a predetermined time, the time setting signal ST is generated from the time setting circuit 16.

呼気の測定に際しては、呼気に対してその呼気
を発する人体から与えられる熱量が、被検者につ
いてそれぞれ異なるので、この補正をすることが
必要である。このために第1図の実施例では感温
素子19は第1、第2の感温素子19―1,19
―2からなり、それぞれが互にその位置をずらし
て配設されている。呼気の測定を行なう場合に、
第1の感温素子19―1に対してずらして配設さ
れた第2の感温素子19―2が呼気に対して人体
から与えられる熱量を分離検出するので、感温回
路20で被測定流体に対して人体から与えられる
熱量の影響を除去した測定を行なうことができ
る。
When measuring exhaled air, the amount of heat given to exhaled air by the human body that emits the exhaled air differs for each subject, so it is necessary to make corrections for this. For this reason, in the embodiment shown in FIG.
-2, each of which is arranged with its position shifted from the other. When measuring exhaled breath,
Since the second temperature sensing element 19-2, which is arranged offset from the first temperature sensing element 19-1, separates and detects the amount of heat given by the human body to exhaled air, the temperature sensing circuit 20 It is possible to perform measurements that remove the influence of the amount of heat given to the fluid by the human body.

流管11内に呼気が流入された測定状態におい
て、加熱パルス幅設定回路10から加熱パルスSH
が発せられ、この加熱パルスSHによつて加熱回路
18に接続した発熱体13が加熱されると、その
加熱時に発熱体13部分を流れる被測定流体が加
熱される。
In the measurement state in which exhaled air flows into the flow tube 11, the heating pulse S H is output from the heating pulse width setting circuit 10.
is emitted, and when the heating element 13 connected to the heating circuit 18 is heated by this heating pulse S H , the fluid to be measured flowing through the heating element 13 is heated at the time of heating.

この加熱された被測定流体が感温素子19部分
を通過すると、感温素子19が加熱されて、その
抵抗値が上昇する。第2図に示すようにこの感温
素子19を一辺とするブリツジ34が構成され、
そのブリツジ34の検出端子間に増幅器35が接
続される。被測定流体に温度変化が生じてブリツ
ジ34が不平衡状態になると、増幅器35から検
出信号SCが発せられる。
When this heated fluid to be measured passes through the temperature sensing element 19, the temperature sensing element 19 is heated and its resistance value increases. As shown in FIG. 2, a bridge 34 having one side of this temperature sensing element 19 is constructed,
An amplifier 35 is connected between the detection terminals of the bridge 34. When a temperature change occurs in the fluid to be measured and the bridge 34 becomes unbalanced, the amplifier 35 generates a detection signal S C.

この検出信号Scが抵抗37とコンデンサ38
よりなる積分回路36に与えられ、積分回路36
の出力は、コンデンサ39に与えられて、検出信
号Sc中の直流分が阻止される。直流分が阻止さ
れた検出信号Scが増幅器40,41により増幅
整形されて、増幅器41の出力端に整形された検
出パルスSSが得られる。この検出パルスSCが感温
回路部15の比較増幅器42の非反転入力端子に
与えられる。
This detection signal Sc is connected to the resistor 37 and capacitor 38.
The integrator circuit 36
The output of Sc is applied to a capacitor 39, and the DC component in the detection signal Sc is blocked. The detection signal Sc with the DC component blocked is amplified and shaped by amplifiers 40 and 41, and a shaped detection pulse S S is obtained at the output end of the amplifier 41. This detection pulse S C is applied to the non-inverting input terminal of the comparison amplifier 42 of the temperature sensing circuit section 15 .

一方、増幅器41の出力端子は、比較増幅器4
3の非反転入力端子に接続され、比較増幅器43
の出力端子には、ダイオード44の陰極側が接続
される。ダイオード44の陽極側はコンデンサ4
5の一端に接続され、このコンデンサ45の他端
は接地される。ダイオード44の陽極側は、比較
増幅器46の非反転端子に接続され、比較増幅器
43と46との非反転端子が互に接続される。比
較増幅器46の出力端は抵抗47及び48を介し
て可変抵抗器49の可変端子に接続される。抵抗
47と48の接続点は比較増幅器42の反転入力
端に接続される。
On the other hand, the output terminal of the amplifier 41 is connected to the comparator amplifier 4
3, and is connected to the non-inverting input terminal of the comparison amplifier 43.
The cathode side of the diode 44 is connected to the output terminal of the diode 44 . The anode side of the diode 44 is connected to the capacitor 4
5, and the other end of this capacitor 45 is grounded. The anode side of the diode 44 is connected to the non-inverting terminal of the comparison amplifier 46, and the non-inverting terminals of the comparison amplifiers 43 and 46 are connected to each other. The output terminal of comparison amplifier 46 is connected to the variable terminal of variable resistor 49 via resistors 47 and 48. The connection point between resistors 47 and 48 is connected to the inverting input terminal of comparator amplifier 42.

ダイオード44の陽極側にはダイオード50の
陰極側が接続され、このダイオード50陽極側は
スイツチ素子51の出力端に接続される。比較増
幅器42の出力端には、反転回路52が接続され
ている。
The anode side of the diode 44 is connected to the cathode side of the diode 50, and the anode side of this diode 50 is connected to the output terminal of the switch element 51. An inverting circuit 52 is connected to the output terminal of the comparison amplifier 42.

比較増幅器41の出力端に得られる検出パルス
SSが予め設定した所定値より小さな波高値である
と、比較増幅器43の出力信号は所定値より小さ
く、ダイオード44は導通状態にある。ダイオー
ド44の導通状態では、コンデンサ45の電荷が
放電し、比較増幅器46の出力端には負電圧が現
われて、反転回路52の出力端には作動信号SD
発生しない。
Detection pulse obtained at the output terminal of the comparator amplifier 41
When S S has a peak value smaller than a predetermined value, the output signal of the comparator amplifier 43 is smaller than the predetermined value, and the diode 44 is in a conductive state. When the diode 44 is conductive, the charge in the capacitor 45 is discharged, a negative voltage appears at the output of the comparison amplifier 46, and no activation signal S D is generated at the output of the inversion circuit 52.

しかし、検出パルスSCの波高値が所定の設定値
を越えると、ダイオード44が遮断状態となり、
比較増幅器42の反転端子に所定の基準電圧が設
定され、反転回路52の出力端子に作動信号SD
発生する。スイツチ素子51の励起端子t1にリセ
ツト信号を与えると、コンデンサ45に正パルス
が印加されて、リセツト操作を行なうことができ
る。
However, when the peak value of the detection pulse S C exceeds a predetermined set value, the diode 44 becomes cut off,
A predetermined reference voltage is set at the inverting terminal of the comparison amplifier 42, and an actuation signal S D is generated at the output terminal of the inverting circuit 52. When a reset signal is applied to the excitation terminal t1 of the switch element 51, a positive pulse is applied to the capacitor 45 and a reset operation can be performed.

作動信号SDは、第3図に示すように、NOR回
路60の入力端子に与えられ、NOR回路60の
出力端子はNOR回路61の一つの入力端子に接
続される。NOR回路61の出力端子はNOR回路
60の他の入力端子に接続される。NOR回路6
1の出力端子はNOR回路62の一つの入力端子
に接続される。NOR回路62の出力端子はNOR
回路63の一つの入力端子に接続され、この
NOR回路63の出力端子はNOR回路62の他の
入力端子に接続される。NOR回路63の他の入
力端子には、NAND回路64の出力端子が接続
され、このNAND回路64の一つの入力端子に
コンデンサ65の一端が接続され、コンデンサ6
5の他端は接地される。
The actuation signal S D is applied to an input terminal of a NOR circuit 60, and the output terminal of the NOR circuit 60 is connected to one input terminal of a NOR circuit 61, as shown in FIG. An output terminal of NOR circuit 61 is connected to another input terminal of NOR circuit 60. NOR circuit 6
1 output terminal is connected to one input terminal of the NOR circuit 62. The output terminal of the NOR circuit 62 is NOR
connected to one input terminal of the circuit 63;
An output terminal of NOR circuit 63 is connected to another input terminal of NOR circuit 62. The output terminal of a NAND circuit 64 is connected to the other input terminal of the NOR circuit 63, and one end of a capacitor 65 is connected to one input terminal of this NAND circuit 64.
The other end of 5 is grounded.

NAND回路64のコンデンサ65が接続され
る端子には、抵抗66を介して所定の電源が印加
される。コンデンサ65の両極板間にはスタート
スイツチ67が接続されている。NOR回路62
の出力端には反転回路68の入力端子が接続さ
れ、この反転回路68の出力端子はNAND回路
69の一つの入力端子に接続される。NAND回
路69の他の入力端子には発振器25から20KHz
の基準信号が与えられている。反転回路68の出
力端子が他の反転回路70を介してNAND回路
71の一つの入力端子に接続される。この
NAND回路71の他の入力端子には発振器25
から20KHzの基準信号が与えられる。
A predetermined power supply is applied via a resistor 66 to a terminal of the NAND circuit 64 to which a capacitor 65 is connected. A start switch 67 is connected between the two plates of the capacitor 65. NOR circuit 62
An input terminal of an inverting circuit 68 is connected to the output terminal of the inverting circuit 68 , and an output terminal of the inverting circuit 68 is connected to one input terminal of a NAND circuit 69 . The other input terminal of the NAND circuit 69 has a 20KHz output from the oscillator 25.
A reference signal is given. An output terminal of the inverting circuit 68 is connected to one input terminal of a NAND circuit 71 via another inverting circuit 70. this
The other input terminal of the NAND circuit 71 is connected to the oscillator 25.
A 20KHz reference signal is given from

NAND回路69及び71のそれぞれの出力端
子は、NOR回路72のそれぞれの入力端子に接
続される。このNOR回路72の出力端子は、直
列に接続されたアツプダウンカウンタ73,74
及び75のクロツク端子にそれぞれ接続される。
又カウンタ73,74及び75のそれぞれの制御
端子tcには、反転回路68の出力端子が接続され
ている。アツプダウンカウンタ73,74及び7
5の各リセツト端子tRにはゲート回路10―Gの
出力端子がそれぞれ接続される。
The respective output terminals of the NAND circuits 69 and 71 are connected to the respective input terminals of the NOR circuit 72. The output terminal of this NOR circuit 72 is connected to up/down counters 73 and 74 connected in series.
and 75 clock terminals, respectively.
Further, the output terminal of the inverting circuit 68 is connected to the control terminal tc of each of the counters 73, 74, and 75. Up-down counters 73, 74 and 7
The output terminals of the gate circuits 10-G are connected to each reset terminal tR of the gate circuit 10-G.

カウンタ73,74及び75の各出力端子t01
t02,t03及び各制御端子が一括された端子が、
NOR回路76の入力端子にそれぞれ接続される。
このNOR回路76の出力端子はNOR回路77を
介してNAND回路64の入力端子の一つに接続
されている。
Each output terminal t 01 of the counters 73, 74 and 75,
The terminal where t 02 , t 03 and each control terminal are grouped together is
They are respectively connected to input terminals of the NOR circuit 76.
The output terminal of this NOR circuit 76 is connected to one of the input terminals of the NAND circuit 64 via a NOR circuit 77.

始動時においては、スイツチ67が投入され、
同時にトランジスタ30のベースに対してスイツ
チ回路6の出力信号Smが与えられてパルス幅設
定回路10から加熱パルスSHが発せられる。パル
ス幅設定回路10の出力端にパルスカウンタ演算
回路3が接続され、パルスカウン演算回路3の出
力端に表示器2が接続されて、加熱パルスSHによ
る被測定流体の加熱状態が演算表示されるような
構成となつている。この加熱パルスSHがゲート回
路10―Gを通じてアツプダウンカウンタ73,
74,75をリセツトし、同時にSHがNOR回路
61の入力端子T1に与えられるので、NOR回路
62の出力端子の信号の論理値が“1”となる。
反転回路62を介して、各カウンタ73,74,
75の制御端子tcの信号の論理値は“0”に設定
され、各カウンタ73,74,75はクロツク端
子CKに与えられる発振器25の20KHzの信号を計
数して行く。
At the time of starting, the switch 67 is turned on,
At the same time, the output signal Sm of the switch circuit 6 is applied to the base of the transistor 30, and the heating pulse S H is generated from the pulse width setting circuit 10. A pulse counter calculation circuit 3 is connected to the output end of the pulse width setting circuit 10, and a display 2 is connected to the output end of the pulse counter calculation circuit 3, so that the heating state of the fluid to be measured by the heating pulse S H is calculated and displayed. It is structured like this. This heating pulse S H passes through the gate circuit 10-G to the up-down counter 73,
74 and 75 are reset, and at the same time S H is applied to the input terminal T1 of the NOR circuit 61, the logic value of the signal at the output terminal of the NOR circuit 62 becomes "1".
Each counter 73, 74,
The logic value of the signal at the control terminal tc of the clock 75 is set to "0", and each counter 73, 74, 75 counts the 20 KHz signal of the oscillator 25 applied to the clock terminal CK .

被測定流体に与えられた熱パルスが検出体19
で検出されて、反転回路52から作動信号SDが発
せられると、この作動信号SDは、NOR回路60
の入力端子T2に与えられる。然る時には、NOR
回路62の出力端子の信号の理論値は“0”とな
り、反転回路68を介して、各カウンタ73,7
4,75の制御端子tcの信号の論理値が“1”と
なつて各カウンタはダウンカウント動作に制御さ
れクロツク端子に与えられる信号で、すでに計数
されている計数値をダウンカウントして行く。
The heat pulse given to the fluid to be measured is detected by the detection object 19.
When the actuation signal S D is detected by the inverting circuit 52 and the actuation signal S D is detected, the actuation signal S D is sent to the NOR circuit 60.
is applied to the input terminal T 2 of . When the time comes, NOR
The theoretical value of the signal at the output terminal of the circuit 62 is "0", and the signal is sent to each counter 73, 7 via the inverting circuit 68.
When the logical value of the signal at the control terminal tc of the counters 4 and 75 becomes "1", each counter is controlled to perform a down-count operation, and the already counted value is down-counted by the signal applied to the clock terminal.

すでに計数されている計数値が計数され尽して
出力端子t01,t02,t03の信号がすべて論理値“0”
となると、この時すでに制御端子tcの信号の論理
値は“0”となつているので、これがNOR回路
76で検知され、NOR回路76の出力端に時間
設定信号STが現われる。
The count values that have already been counted are exhausted and the signals at the output terminals t 01 , t 02 , and t 03 all have a logical value of “0”.
At this time, since the logic value of the signal at the control terminal tc has already become "0", this is detected by the NOR circuit 76, and the time setting signal S T appears at the output terminal of the NOR circuit 76.

流管11内に被測定呼気が存在しない状態にお
いては、感温回路部15から作動信号SDが発生せ
ず、従つて一致回路26からは時間設定信号ST
供給されない。よつてこの時間設定信号STの有無
により流管11内の被測定呼気の有無を判定する
ことができる。
When there is no breath to be measured in the flow tube 11, the temperature sensing circuit section 15 does not generate the activation signal S D , and therefore the coincidence circuit 26 does not supply the time setting signal S T. Therefore, the presence or absence of the exhaled air to be measured in the flow tube 11 can be determined based on the presence or absence of this time setting signal ST .

即ち、一致回路26の出力端子がタイマー4の
入力端子に接続され、このタイマー4の出力端子
がスイツチ回路6のゲート端子に接続される。タ
イマー4は所望の周期が時間設定可能に構成さ
れ、流管11内の呼気の最抵流量に対応した周
期、即ち最低流量における発熱体13と感温素子
19間の呼気の通過所要時間が設定されている。
That is, the output terminal of the matching circuit 26 is connected to the input terminal of the timer 4, and the output terminal of the timer 4 is connected to the gate terminal of the switch circuit 6. The timer 4 is configured such that a desired period can be set, and the period corresponding to the maximum resistance flow rate of exhaled air in the flow tube 11, that is, the time required for exhaled air to pass between the heating element 13 and the temperature sensing element 19 at the lowest flow rate is set. has been done.

このタイマー4で設定された最低周期に対応す
る時間の間一致回路26からは時間設定信号ST
発せられないと流管11内に被測定呼気が存在し
ないものとされる。
If the time setting signal ST is not emitted from the matching circuit 26 during the time corresponding to the lowest cycle set by the timer 4, it is determined that there is no breath to be measured in the flow tube 11.

この発明においては、この検出手段によつて被
測定呼気が存在しないことが検出されている期間
中は、予備加熱手段が駆動して加熱手段を作動さ
せて予備加熱が行なわれる。
In this invention, during the period in which the detecting means detects that the breath to be measured does not exist, the preheating means is driven to operate the heating means to perform preheating.

即ち、タイマー4に予め設定された最小流量に
対応する最低周期の間に一致回路26から時間設
定信号STが与えられると、タイマー4はゲート信
号Sgを発し、このゲート信号Sgがスイツチ回路
6のゲート端子に与えられる。ゲート端子にゲー
ト信号Sgが与えられるスイツチ回路6は遮断さ
れ、スイツチ回路6からの出力信号Smの加熱パ
ルス幅設定回路10への入力が阻止される。
That is, when the timer 4 is given the time setting signal S T from the coincidence circuit 26 during the minimum cycle corresponding to the minimum flow rate set in advance, the timer 4 emits the gate signal Sg, and this gate signal Sg is sent to the switch circuit 6. is applied to the gate terminal of The switch circuit 6 to which the gate signal Sg is applied to the gate terminal is cut off, and the input of the output signal Sm from the switch circuit 6 to the heating pulse width setting circuit 10 is blocked.

この状態では加熱パルス幅設定回路10は、一
致回路26から供給される時間設定信号STによつ
て駆動され、パルス幅設定回路10からは所定パ
ルス幅の加熱パルスSHが発せられ、加熱回路18
に与えられる。
In this state, the heating pulse width setting circuit 10 is driven by the time setting signal S T supplied from the coincidence circuit 26, and the heating pulse S H having a predetermined pulse width is emitted from the pulse width setting circuit 10, and the heating pulse width setting circuit 10 is driven by the time setting signal S T supplied from the matching circuit 26. 18
given to.

一方、タイマー4において予め設定された最小
流量に対応する最低周期の間に、一致回路26か
ら時間設定信号STが与えられないと、タイマー4
はゲート信号Sgを発しない。この状態において
はスイツチ回路6はパルス発生器5からの例えば
10Hzのパルス信号によつて駆動されて出力信号
Smを発する。この出力信号Smによつてパルス幅
設定回路10から予備加熱パルスSHが発せられ
る。
On the other hand, if the time setting signal S T is not given from the coincidence circuit 26 during the minimum period corresponding to the minimum flow rate set in advance in the timer 4, the timer 4
does not emit gate signal Sg. In this state, the switch circuit 6 receives e.g.
Output signal driven by 10Hz pulse signal
Emit Sm. A preheating pulse S H is generated from the pulse width setting circuit 10 in response to this output signal Sm.

又予備加熱時においては、例えば第1図に示す
ようにパルス幅設定回路10とアツプダウンカウ
ンタ24間にゲート回路10―Gを接続すること
により、パルス幅設定回路10からの加熱パルス
SHのアツプダウンカウンタ24への入力が阻止さ
れるような構成となつている。以上の動作を要約
して第6図を参照して説明すると、加熱パルスSH
が時刻t1に発生するとSHがゲート回路10―Gよ
り送出されアツプダウンカウンタ24はリセツト
され、アツプダウンカウンタ24はアツプカウン
トを開始し、加熱パルスSHにより被測定呼気が加
熱され、その加熱された呼気がその流速に応じた
時間の後に感温回路部15を通過し、その時刻t2
に感温回路部15から出力SCが得られ、これにも
とづいて作動信号SDが得られ、その作動信号SD
よりアツプダウンカウンタ24はダウンカウント
状態とされる。アツプダウンカウンタ24の計数
値がゼロになるとその時刻t3に時間設定信号ST
発生し、これにより加熱パルスSHが再び発生され
る、これと共にタイマ4がリセツトされ、その出
力Sgが高レベルとなつており、従つてパルス発
生器5の出力パルス(例えば10Hz)はスイツチ回
路6から出力されない。
In addition, during preheating, for example, as shown in FIG.
The configuration is such that the input of S H to the up-down counter 24 is blocked. To summarize the above operation and explain it with reference to Fig. 6, the heating pulse S H
occurs at time t1 , S H is sent from the gate circuit 10-G, the up-down counter 24 is reset, the up-down counter 24 starts counting up, and the exhaled breath to be measured is heated by the heating pulse S H , The heated exhaled air passes through the temperature sensing circuit section 15 after a time corresponding to its flow rate, and at time t 2
An output S C is obtained from the temperature sensing circuit section 15, and an actuation signal S D is obtained based on this, and the up-down counter 24 is placed in a down-counting state by the actuation signal S D. When the count value of the up-down counter 24 reaches zero, a time setting signal ST is generated at that time t3 , which causes the heating pulse S H to be generated again. At the same time, the timer 4 is reset, and its output Sg becomes high. Therefore, the output pulse (for example, 10 Hz) of the pulse generator 5 is not output from the switch circuit 6.

このようにして時間設定信号STの周期は被測定
呼気の流速が速いと短かく、流速が遅いと長くな
る。被測定呼気の流速が所定値以下に遅くなる
と、例えばゼロになると第6図において最後に発
生した時刻t4の時間設定信号STによりタイマ4が
リセツトされ、これより最小流量に対応する最低
周期の間にそのタイマ時間が経過すると、その時
刻t5にタイマ4の出力Sgが低レベルになり、パル
ス発生器5の出力がスイツチ回路6の出力Smと
して出力される。従つてこの各信号Smごとに予
備加熱パルスSHが発生し、かつ第1図に示すよう
にゲート回路10―Gによりこの加熱パルスSH
アツプダウンカウンタ24へ入力されて、加熱パ
ルスSHごとにアツプダウンカウンタ24はリセツ
トされる。従つてアツプダウンカウンタ24は被
測定呼気が流入すると直ちに測定が開始されるこ
とになる。
In this way, the period of the time setting signal ST becomes shorter when the flow rate of the exhaled breath to be measured is high, and becomes longer when the flow rate is slow. When the flow rate of exhaled air to be measured slows down to a predetermined value or less, for example, when it becomes zero, the timer 4 is reset by the time setting signal ST at time t4, which occurred last in FIG. When the timer time elapses during that time, the output Sg of the timer 4 becomes low level at that time t5, and the output of the pulse generator 5 is outputted as the output Sm of the switch circuit 6. Therefore, a preheating pulse S H is generated for each signal Sm , and as shown in FIG . The up-down counter 24 is reset every time. Therefore, the up-down counter 24 starts measuring immediately when the exhaled air to be measured flows in.

このように実施例においては、呼気の測定時に
は発熱体13から被測定呼気に対して加熱パルス
が発せられて、感温回路部15でこの加熱された
被測定呼気が検出されるまでの時間の2倍の間隔
で時間設定信号STに基づく加熱パルスが逐次発せ
られるような構成となつている。この加熱パルス
の発生間隔は実施例のように検出までの時間の2
倍に限らず、呼気の測定条件に応じて最適な値に
設定することが可能である。更に被検者の呼吸に
おいてその呼気及び吸気を分離して完全に測定す
ることが必要な場合には、第5図に示すように発
熱体13を狭んで両側に二組の感温素子19,1
9′を配設すればよい。この場合に使用される回
路はすでに第1図に示す実施例において説明した
ものと構成及び動作が同一なので、その重複説明
は省略する。
In this embodiment, when exhaled breath is measured, a heating pulse is emitted from the heating element 13 to the exhaled breath to be measured, and the time required for the heated exhaled breath to be detected by the temperature sensing circuit section 15 is determined. The configuration is such that heating pulses based on the time setting signal S T are sequentially emitted at twice the interval. The generation interval of this heating pulse is 2 times the time until detection as in the embodiment.
The value is not limited to double, but can be set to an optimal value depending on the measurement conditions of exhaled breath. Furthermore, if it is necessary to separate and completely measure expiration and inhalation of the subject's respiration, the heating element 13 is narrowed and two sets of temperature sensing elements 19 are installed on both sides, as shown in FIG. 1
9' may be provided. Since the circuit used in this case has the same structure and operation as that already explained in the embodiment shown in FIG. 1, a redundant explanation thereof will be omitted.

被測定呼気は特にその呼吸の開始時点において
は時間に対してその流量が急激に変化し、又その
流量変化範囲も極めて広い。予備加熱手段が存在
しないと流管11に対して被測定呼気が存在しな
い状態から、流管11内に呼気がマウスピースを
介して流入されて、被測定呼気の急激な流量の増
大が生じた場合に、被測定呼気に対する発熱体1
3による加熱が効果的に行なわれず、感温素子1
9による検出が精度よく行なわれないことがあ
る。
The flow rate of exhaled breath to be measured changes rapidly over time, especially at the beginning of the breath, and the flow rate variation range is also extremely wide. If the preheating means were not present, exhaled air would flow into the flow tube 11 through the mouthpiece from a state where no exhaled air to be measured existed in the flow tube 11, resulting in a rapid increase in the flow rate of the exhaled air to be measured. In this case, the heating element 1 for the exhaled breath to be measured
3 is not effectively heated, and the temperature sensing element 1
9 may not be performed accurately.

しかし、この発明においては、その実施例で説
明したような予備加熱手段を具備させることによ
り、急激且つ広範囲にその流量が変化する被測定
呼気に対しても、効果的に加熱が行なわれ、感温
素子19による高感度、高精度の流量測定が実現
可能となる。特に努力性肺活量或は最大換気量に
対応する呼気の測定に際しては、この予備加熱手
段は欠くことができないものである。
However, in the present invention, by providing the preheating means as explained in the embodiment, even the exhaled breath to be measured whose flow rate changes rapidly and over a wide range can be effectively heated. Highly sensitive and highly accurate flow rate measurement using the thermal element 19 can be achieved. This preheating means is indispensable especially when measuring exhaled air corresponding to forced vital capacity or maximum ventilation.

第4図はこの発明の呼吸測定装置で得られた呼
気量lと加熱時から検出時までの時間との関係を
示すもので、広い流量について直線性が極めて良
好であることが示されている。
Figure 4 shows the relationship between the expiratory volume l obtained with the respiration measuring device of the present invention and the time from the time of heating to the time of detection, and shows that the linearity is extremely good over a wide range of flow rates. .

以上詳細に説明したように、この発明によると
呼気の流量測定に際して、例えば努力性肺活量や
最大換気量に対応する呼気のように、時間に対し
て急激に流量が変化し、その変化量が広範囲にわ
たる呼気測定においても、被測定呼気に対する加
熱が効果的に行なわれ、感温素子による検出も高
感度且つ高精度で行なわれ得る呼吸測定装置を提
供することができる。
As explained in detail above, according to the present invention, when measuring the flow rate of exhaled air, the flow rate changes rapidly over time, such as exhaled air corresponding to forced vital capacity or maximum ventilation, and the amount of change varies over a wide range. It is possible to provide a respiration measuring device in which the exhaled breath to be measured is effectively heated even in exhaled breath measurement over a long period of time, and detection using a temperature sensing element can be performed with high sensitivity and accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の呼吸測定装置の実施例の構
成を示すブロツク図、第2図及び第3図はこの発
明の呼吸測定装置の実施例の構成を示す具体的な
回路図、第4図はこの発明の呼吸測定装置の実施
例で得られた測定特性図、第5図はこの発明の呼
吸測定装置の他の実施例の主要部の構成を示す
図、第6図はこの発明の動作を説明するためのタ
イムチヤートである。 4:タイマー、11:流管、13:発熱体、1
4:発熱回路部、15:感温回路部、16:時間
設定回路、17:加熱パルス発生回路部、18:
加熱回路、19:感温素子、26:一致回路。
FIG. 1 is a block diagram showing the structure of an embodiment of the respiration measurement device of the present invention, FIGS. 2 and 3 are specific circuit diagrams showing the structure of the embodiment of the respiration measurement device of the invention, and FIG. 5 is a diagram showing the measurement characteristics obtained in an embodiment of the respiration measuring device of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the main part of another embodiment of the respiration measuring device of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing the operation of the present invention. This is a time chart to explain. 4: Timer, 11: Flow tube, 13: Heating element, 1
4: Heat generation circuit section, 15: Temperature sensing circuit section, 16: Time setting circuit, 17: Heating pulse generation circuit section, 18:
Heating circuit, 19: Temperature sensing element, 26: Matching circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 流管内の被測定呼気を瞬時的に加熱する加熱
手段と、この加熱手段により加熱された前記被測
定呼気の通過位置に設けられる感温素子と、この
感温素子の検出出力により前記加熱手段を駆動す
る駆動手段と、この感温素子の検出出力による加
熱手段の駆動周期に基づいて前記被測定呼気の流
量を測定する呼吸測定装置において、前記感温素
子の検出出力が所定期間ないことを検出する検出
手段と、この検出手段により被測定呼気が上記流
管内にないことが検出されている期間中は前記加
熱手段を駆動し予備加熱を行なう予備加熱手段と
を有することを特徴とする呼吸測定装置。
1. A heating means for instantaneously heating the breath to be measured in the flow tube, a temperature sensing element provided at a position where the breath to be measured heated by the heating means passes, and a detection output of the temperature sensing element to heat the heating means In the respiration measurement device that measures the flow rate of the exhaled breath to be measured based on the drive cycle of the heating means based on the detection output of the temperature sensing element, the detection output of the temperature sensing element is not detected for a predetermined period of time. Breathing characterized by having a detection means for detecting the breath and a preheating means for preheating the heating means during a period when the detection means detects that the breath to be measured is not in the flow tube. measuring device.
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