DE3439238C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und umfaßt eine Anordnung zum Anwenden des Verfahrens.

Beim Leistungssport, Training und Gesundheitssport ist es wichtig, die Herzpulsation zuverlässig und ohne Unterbrechungen während der Leistung zu messen, ohne daß die Leistung die Messung stört. Man kennt verschiedene auf Radiowellen und kapazitive Phenomena gegründete drahtlose Meßgeräte, bei denen ein z. B. am Handgelenk zu tragender Empfänger und ein an einer geeigneten Stelle des Körpers befestigter Transmitter benutzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sicheren und einfachen Weg zum Ausführen telemetrischer Messungen anzugeben.

Hierzu dient das Verfahren nach Anspruch 1 und die Anordnung nach Anspruch 3.

Nach dem Verfahren wird das EKG-Signal oder die Herzpulsation einer Person an einer geeigneten Stelle des Körpers in einem separaten Transmitter gemessen und dieses Signal in einem Signalverstärker verstärkt. Mit dem auf einen geeigneten Spannungspegel verstärkten EKG- oder Herzpulsationssignal werden über einen Kraftverstärker drei im Verhältnis zueinander senkrecht installierte Magnetspulen mittels Drehstromsignale, die der Herzpulsation gemäß abgetastet sind, gesteuert. Dieses durch die Spulen geführte Drehstromsignal erzeugt in der Umgebung des Transmitters ein sog. magnetisches Nachfeld gleichzeitig auf eine für jede Spule charakteristische Weise. Durch die Zusammenwirkung der Spulen entsteht hiermit in der Umgebung des Transmitters ein leicht zu messendes dreidimensionales und beinahe zirkular symmetrisches Magnetfeld.

In dem Empfänger sind entsprechenderweise drei im Verhältnis zueinander senkrecht installierte separate Spulenelemente zwecks Anzeige des sich um den Transmitter entstehenden Magnetfeldes angebracht. So kann die Herzpulsationsübertragung zuverlässig und ohne störende Unterbrechungen empfangen werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2, 4 und 5 angegeben.

Mit den erwähnten dreidimensionalen Spulenkonstruktionen des Transmitters und des Empfängers wird durch die Zusammenwirkung der Konstruktionen beinahe sphärisch symmetrische Messung in der Umgebung des Transmitters erzielt und somit eine sehr zuverlässige und ununterbrochene Datenübertragungsverbindung zwischen dem Transmitter und dem Empfänger hergestellt. Es ist festgestellt worden, daß die dem dargestellten Verfahren entsprechenden Anordnungen auch in der Praxis sehr gut funktionieren und sich zur Anwendung sogar bei schwierigsten Sportgattungen wie Schwimmen, Hürdenlauf, Kurzstreckenlauf, Geländelauf, Orientierungslauf, Skilaufen, usw. eignen. Das dargestellte auf Anwendung des Magnetfeldes gegründete Meßverfahren ist außerdem eines der wenigen Meß- und Datenübertragungsverfahren, die im Wasser funktionieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 7 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die telemetrischen Transmitter- und Empfängergeräte der Herzpulsierung und des EKG-Signals sowie die in diesen angebrachten Magnetspulen, die im Verhältnis zueinander in drei senkrechten Richtungen installiert sind, darstellt.

Fig. 2a das von einer Magnetspule gebildete Magnetfeld-Richtungsdiagramm in x-y Koordinaten dargestellt.

Fig. 2b die Kurvenform des EKG-Signals und die Wellenform des in die Spule geführten Drehstromsignals, das ein abgetastetes Magnetfeld erzeugt, darstellt.

Fig. 3 das von drei Magnetspulen erzeugte Magnetfeld-Richtungsdiagramm in x-y-z Koordinaten darstellt.

Fig. 4 die von einer mit einem dreidimensionalen Ferritkern versehenen Spulen gebildeten Magnetfeldvektoren in x-y-z Koordinaten darstellt.

Fig. 5 in Form eines Blockdiagrammes die Schaltung einer der Erfindung entsprechende Anordnung in einem Meßgerät der Herzpulsierung und des EKG-Signals darstellt.

Fig. 6 den Schaltplan des Kraftverstärkers des Transmitters und der daran angeschalteten Transmitterspulen darstellt.

Fig. 7 den Schaltplan der Vorverstärkerstufe des Emfängers und der daran angeschalteten Empfängerspulen darstellt.

In der Fig. 1 ist ein an der Brust zu tragender Transmitter 1 der Herzpulsation und ein am Handgelenk zu tragender Empfänger 2 dargestellt. Mit den in dem Transmitter installierten EKG-Elektroden 3 wird das EKG-Signal der Person angezeigt und elektronisch in ein Drehstromsignal umgewandelt, das im Transmitter 1 in die Spulen eingespeist wird. Während das Drehstromsignal durch die Spulen läuft, wird von ihm in der Umgebung jeder der Spulen 5 die entsprechenden Magnetfelder _x , _y und _x gleichzeitig erzeugt.

Dementsprechend messen die im Empfänger 2 im Verhältnis zueinander senkrecht installierten drei Spulen 7 die Magnetfelder _x , _y und _z in der Umgebung des Empfängers 2. Mit der dargestellten Konstruktion hat man unabhängig von Veränderungen, die in den gegenseitigen Stellungen der Spulen durch Körperbewegungen vorkommen, gesichert, daß in beinahe allen Stellungen zumindest eine der Empfängerspulen 7 das von den Spulen 5 des Transmitters erzeugte Magnetfeld anzeigen kann.

In der Fig. 2a ist eine Magnetspule L dargestellt, durch welche ein der Fig. 2b entsprechend mit dem EKG-Signal 4 der Person abgetastetes Drehstromsignal 6 gespeist ist. Während das Drehstromsignal 6 durch die Spule L läuft, erzeugt es das gerichtete Magnetfeld _x . Der Verlauf dieses Magnetfeldes in der Umgebung der Spule L kann mit äquipotentiellen Flußlinien 8 dargestellt werden. Das Magnetfeld _i , das sich in der Umgebung der Spule punktweise ermessen läßt, ist immer parallel mit einer sich schließenden Flußlinie. Es ist bekannt, daß dieses Feld _i sowohl in seiner Richtung als auch in seiner Feldstärke sehr stark variiert, was das Anzeigen eines von nur einer Magnetspule erzeugten Magnetfeldes erschwert.

In der Fig. 3 sind in x-y-z Koordinaten die Magnetfelder _x , _y und _z dargestellt, die mit dem Drehstromsignal 6 der drei im Verhältnis zueinander senkrecht installierten Magnetspulen 11 erzeugt sind. Das Richtungsdiagramm der durch die Zusammenwirkung der Spulen 11 entstandenen Magnetfelder ist symmetrisch in den Richtungen x, y und z, aber im Felddiagramm kommen Schattenbereiche vor, wo das Magnetfeld in seiner Richung und Stärke weiterhin stark variiert. Indem zur Messung des hiermit entstandenen Magnetfeldes eine auch in drei senkrechten Richtungen messende Spulenkonstruktion 7 im Empfänger 2 benutzt wird, wird durch die Zusammenwirkung der dargestellten Konstruktionen ein vom Standpunkt des Transmitters her fast sphärisch symmetrisch funktionierendes Meßverfahren zwischen dem Transmitter 1 und dem Empfänger 2 erreicht.

In der Fig. 4 ist eine andere Anwendungsform der der Erfindung entsprechenden Anordnung dargestellt, wo eine Spule 9 ist, die mi drei gegeneinander senkrecht befindlichen Ferritkernteilen 10 versehen ist, welche die Magnefeldvektoren _x , _y und _z bilden.

Das in so eine Spule 9 eingespeiste Drehstromsignal 6 erzeugt in der Umgebung der Spule ein in all den Richtungen x, y und z meßbares Magnetfeld. Durch die dargestellte Konstruktion kann man die drei separaten Spulen 11 sowohl in dem Transmitter 1 als auch in dem Empfänger 2 ersetzen und damit ein ähnliches beinahe sphärisch symmetrisches Meßverfahren erreichen.

Die Elektroden des Herzpulsations- und EKG-Signalmeßgerätes sind in der Fig. 5 direkt an die differentiellen Eingangspole 12 und 13 des EKG-Vorverstärkers angeschaltet. Das von dem Vorverstärker 14 gelieferte EKG-Herzsignal wird in einem AGC-Verstärker 15 (AGC = Automatic Gain Control) verstärkt. Mit dem AGC-Verstärker wird der Kraftverstärker 16 gesteuert, in welchem ein die Spulen 17 steuerndes Drehstromsignal erzeugt wird. Das von den Empfängerspulen 18 angezeigte Magnetfeld wird in einem empfindlichen Vorverstärker 19 verstärkt, wonach das Signal in einen EKG-Signalverstärker 20 geführt wird. Aus dem EKG-Verstärker 20 wird das Signal zu einem Mikrocomputer 22 zur Prozessierung geführt. Der Mikrocomputer 22 speichert die von ihm beim Meßvorgang errechneten EKG- und Pulsationsdaten auf einen Halbleiterspeicher 21 ein. Beim Meßvorgang liest der Computer die EKG- und Pulsationsdaten und zeigt sie an einer LCD-Anzeige 23 an.

In der Fig. 6 ist der Schaltplan der Endstufe des Transmitters und die Weise, wie die Transmitterspulen daran angeschaltet sind, dargestellt.

In die Transmitterspulen 17 wird von der Kraftstufe ein sinusförmiges Drehstromsignal 6 eingespeist, das in der Umgebung der Transmitterspulen ein entsprechenderweise alternierendes Magnetfeld 8 erzeugt.

Die Transistoren 24, 25 steuern die Transmitterspulen 17 mit einem von Zeit zu Zeit großen Strom, um das alternierende Magnetfeld 8 zu erzeugen. Die Widerstände 27, 28 beschränken die Grundströme der Transistoren 24, 35. Der Kondensator 29 wird zur Speicherung der für jeden Output-Brust erforderlichen Energie benutzt und durch den Widerstand 26 mit der Speisespannung V+ während der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Output-Burst geladen. Der Kondensator 30 bildet zusammen mit den Transmitterspulen 17 eine LC-Schaltung, deren Resonanzfrequenz durch die Gesamtinduktion der Transmitterspulen 17 und den Kapazitätswert des Kondensators 30 bestimmt ist.

In der Fig. 7 ist die Schaltung der Empfängerspulen 18 an die Vorverstärkerstufe 19 Fig. 5 dargestellt, wo das von den Empfängerspulen 18 angezeigte Magnetfeld 8 auf einen ausreichenden Spannungspegel verstärkt wird zwecks Zuführung in den nächsten Pulsverstärker 20 Fig. 5. Das von dem Pulsverstärker 20 verstärkte Drehstromsignal wird angezeigt und weiter auf einen von dem Mikrocomputer 22 des Empfängers verlangten Spannungspegel verstärkt.

Die Vorverstärkerstufe der Fig. 7 besteht aus drei hintereinandergeschalteten Transistorstufen 31, 32, 33. Die Widerstände 41, 42, 43, 44; 45, 46, 47, 48 und 49, 50, 51, 52 bestimmen die Verstärkung und die Gleichstromvorspannungen jeder Transistorstufe. Die Kondensatoren 34, 38, 39, 40 bestimmen die untere Eckfrequenz des Vorverstärkers. Die höhere Eckfrequenz wird von den integrierenden Kondensatoren 35, 36, 37 bestimmt.

Claims (5)

1. Verfahren zum telemetrischen Messen der Herzpulsation und des EKG-Signals, wonach das Herzpulsations- oder EKG-Sig­ nal einer Person an einer geeigneten Stelle des Körpers gemessen und aus einem separaten Transmitter (1) in einen separaten Empfänger (2) übertragen wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die telemetrische Datenübertragung unter Anwendung eines magnetischen Nahfeldes erfolgt, indem in der Transmittereinheit (1) mit einem am Körper angezeig­ ten und verstärkten Herzpulsations- oder EKG-Signal we­ nigstens eine oder mehrere Magnetspulen (5) gesteuert werden, und indem in dem Empfänger (2) das mit dieser Spule oder diesen Spulen erzeugte Magnetfeld ( _x , _y , _z ) mit einer entsprechenden Spulenkonstruktion (7) angezeigt wird.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Transmitter (1) und in dem Empfänger (2) mit Hilfe von Magnetspulen (11 und 9, 10), die sich zueinander senkrecht befinden, beinahe sphärisch symmetrische Mag­ netfeld-Richtungsdiagramme ( _x , _y , _z ; - _x , _y , _z ) er­ zielt werden.

3. Anordnung zum Anwenden des Verfahrens nach Anspuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in der Transmittereinheit (1) zum Erzielen der telemetrischen Datenübertragung eine Spulenkonstruktion (5) benutzt, die ein Magnetfeld ( _x , _y , _z ) erzeugt, und daß in dem Empfänger (2) zum Anzei­ gen des genannten Magnetfelds eine entsprechende Spulen­ konstruktion (7) vorgesehen ist.

4. Anordnung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenkonstruktion des Transmitters (1) und/oder des Empfängers (2) aus drei Magnetspulen (11) besteht, die zum Erzielen eines wesentlich sphärisch symmetrischen Magnetfeld-Richtungsdiagramms zueinander senkrecht sind.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenkonstruktion des Transmitters und/oder des Empfängers aus einer Spule (9) besteht, die mit drei zueinander senkrecht befindlichen Ferritkernteilen (10) versehen ist.