專利名稱：用于測量和指示活體電阻變化的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的用于指示和測量活體電阻變化的裝置。
背景技術(shù)：
先前，用于測量和顯示活體電阻微小變化的裝置在美國專利No.3,290,589和美國專利No.4,459,995以及美國專利No.6,011,992中已有公開。這些裝置一般包括一個電阻測量電路、一個放大器電路和一個指示器電路。在操作中，裝置利用電阻測量電路測量微小電阻變化從而產(chǎn)生一個指示電阻大小的測量信號。然后通過放大器電路放大該測量信號，該放大的信號用于驅(qū)動一個顯示器，例如測量計(jì)的電磁響應(yīng)指針。讀數(shù)的可靠性不僅取決于裝置的適當(dāng)校準(zhǔn)，還取決于在活體監(jiān)測過程中電路增益和敏感性的精確調(diào)節(jié)。
這種類型的裝置首先由發(fā)明家Hubbard構(gòu)思和研制出來，作為咨詢協(xié)議(counseling protocol)的一部分用于監(jiān)視或檢查(audit)個人。在受檢查人考慮其自身存在的某些方面時(shí)，該裝置用于探測其電阻的微小變化，以便提高其對證他是誰以及他在哪里的能力。探測并可視地察覺電阻發(fā)生的微小、并且有時(shí)非常短暫的變化以及變化的特定模式，對于精確且最大效力地檢查個人是非常重要的。
盡管上述的先前技術(shù)裝置已能夠適用于探測活體的電阻變化，但是它們難以正確地加以校準(zhǔn)，并且難以一直能夠產(chǎn)生可精確察覺的顯示讀數(shù)。這些困難可能來自于如下的特征，即信號非線性以及老化相關(guān)的和溫度相關(guān)的組件變化，其能夠掩蓋或者錯誤地報(bào)告微小但有意義的測量變化。
發(fā)明家Hubbard意識到，信號非線性是使可靠地顯示所需的信息大為復(fù)雜化的重要因素，并且這類裝置的測量范圍和靈敏度調(diào)節(jié)之間的相互作用進(jìn)一步使獲得清晰讀數(shù)的能力復(fù)雜化。Hubbard先生進(jìn)一步認(rèn)定，顯示電阻變化過程中小到0.1秒的微小延遲是另一個使檢查復(fù)雜化的因素，并確定出，最有效的顯示需要以盡可能小的延遲察覺可能的最小電阻變化。

發(fā)明內(nèi)容
這里，本發(fā)明是一種改進(jìn)的用于測量和指示活體電阻和電阻變化的裝置。該裝置利用數(shù)字處理提高顯示響應(yīng)和精度。一個自動的校準(zhǔn)序列基本上補(bǔ)償了組件老化、溫度變化和測量公差對這些非常靈敏的測量的影響。用于靈敏度調(diào)節(jié)裝置的優(yōu)選電路隔離了調(diào)節(jié)裝置對電阻測量電路的影響。
本發(fā)明的這些和其它的特征從下面的優(yōu)選實(shí)施例說明中將變得顯而易見，其中附圖作為其一部分。


在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的用于測量和指示活體電阻變化的優(yōu)選實(shí)施例透視圖的前視圖；圖2是圖1裝置中所用優(yōu)選測量計(jì)16的頂視圖；圖3是裝置10所用電路優(yōu)選實(shí)施例的框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明用于構(gòu)建圖1裝置的優(yōu)選前端電路的示意圖；圖5圖解了圖5A-5E的正確布置，它們依次共同圖解了圖1裝置所用優(yōu)選中央處理單元的框圖；圖6是圖1裝置所用優(yōu)選靈敏度調(diào)節(jié)電路的示意圖；圖7是圖1裝置所用優(yōu)選測量計(jì)電路的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的用于測量和指示活體電阻變化的優(yōu)選實(shí)施例透視圖的前視圖。裝置10包括一個外殼12，其具有窗口14，通過它可以看到測量計(jì)16。正如下文將說明的，測量計(jì)用于顯示本裝置所檢查個人的身體電阻(下文簡稱為“體電阻”)的數(shù)值及其變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，除本文說明的測量計(jì)類型之外的顯示器也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
機(jī)盒12包括一個第二窗口18，用于觀察顯示器20。顯示器20優(yōu)選地是一個液晶顯示器(LCD)，其選擇地顯示如下信息，如日期、時(shí)間、拾音器臂(tone arm)位置、拾音器臂移動、檢查期間經(jīng)過的時(shí)間、所選的顯示語言和其它的相關(guān)信息。
三個按鈕22A-C與顯示器20相連，用于選擇和/或改變顯示語言、時(shí)間、日期等。其中一個按鈕用于從一系列順序顯示的菜單標(biāo)題中選擇期望的菜單。其余兩個按鈕分別用于移動選擇條相對于從多個所列舉的選項(xiàng)中選擇出來的菜單移動。然后第一個按鈕發(fā)揮選擇按鈕的作用，用于選擇所確認(rèn)的選項(xiàng)。
第二組三個按鈕28a-c用于選擇測量計(jì)靈敏度，分別為“低”、“中”和“高”。如下文將詳細(xì)討論的，所選擇的靈敏度是所檢查體電阻變化的函數(shù)，并且一個靈敏度旋鈕26與按鈕28a-c一起工作，從而提供附加的靈敏度調(diào)節(jié)。出于這個目的，在外殼上圍繞旋鈕26標(biāo)記了固定的32節(jié)刻度。該裝置的設(shè)置如下，當(dāng)按鈕28a選擇“低”范圍時(shí)，旋鈕設(shè)定“32”產(chǎn)生的測量計(jì)靈敏度等于當(dāng)按鈕28b選擇中范圍時(shí)旋鈕設(shè)定“1”的靈敏度，而在中范圍內(nèi)，旋鈕設(shè)定“32”產(chǎn)生的測量計(jì)靈敏度等于當(dāng)按鈕28c選擇高范圍時(shí)旋鈕設(shè)定“1”的靈敏度。如下文進(jìn)一步顯示的，低范圍給由體電阻得出的測量信號施加大約為1的增益，中范圍給該信號施加大約為9.5的增益，高范圍給該信號施加大約為(9.5)2或90.25的增益。當(dāng)然，所有這些數(shù)值增益和相互關(guān)系都能夠加以改變，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
裝置10進(jìn)一步包括一個“電池檢查”按鈕29，一個開/關(guān)按鈕31和一個“測量計(jì)微調(diào)”(“meter trim”)按鈕33。
旋轉(zhuǎn)旋鈕24用于如下所述地為測量計(jì)16選擇合適的范圍，使用過這些裝置的用戶典型地稱其為“TA”旋鈕。因此本文使用術(shù)語“TA”表示不時(shí)的測量計(jì)范圍設(shè)定。TA旋鈕24優(yōu)選地與外殼內(nèi)的光學(xué)編碼器耦連，其產(chǎn)生指示旋鈕旋轉(zhuǎn)位置的數(shù)值。旋鈕的旋轉(zhuǎn)位置可以方便地看作其逆時(shí)針旋離端點(diǎn)的度數(shù)，但是便利地用由其位置表示的TA值加以討論。因此，旋鈕移動到24A，指示固定地、圓周印記在機(jī)盒12上的數(shù)字刻度36的一個TA值?？潭葍?yōu)選地具有依次標(biāo)記在大約240°弓形上的“0”-“6”的等級，并且在檢查過程中，旋鈕典型地順時(shí)針從0.5的TA值旋轉(zhuǎn)到6.5的TA值。應(yīng)當(dāng)注意，這里選擇的數(shù)字和間隔是為了和先前的裝置保持一致，例如美國4,459,995中圖解和說明的裝置，但任何系列的圍繞任意傳統(tǒng)弓形布置的數(shù)字、字母或其它標(biāo)記都能夠被采用而并不背離本發(fā)明的精神。
一對電極30、32可分離地耦連在外殼12背部的插座(jack)34上，并適合于被受檢查人持握。然而，任何其他的附著到活體上的方法也都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。電極能夠具有任何合適的形狀。優(yōu)選地，受檢查人每個手持握一個電極，然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，大體上為圓柱形的電極能夠由受檢查人舒服地持握，因此是優(yōu)選的。
圖2是優(yōu)選測量計(jì)16的頂視圖。測量計(jì)優(yōu)選地是一個移動線圈測量計(jì)，能夠讀出0-100微安培的滿量程，并具有被分成多個部分的弓形刻度38。從左端起大約三分之一的距離，刻度顯示弓形的小部分，標(biāo)記為“SET”。在操作中和在測量計(jì)的預(yù)操作校準(zhǔn)期間，當(dāng)指針指向刻度尺標(biāo)記為“SET”的部分時(shí)，其指針17被稱作“處于SET”。TA旋鈕24用于在檢查處理期間重復(fù)地將指針帶回SET附近的區(qū)域，并且在檢查程序之前或期間，用按鈕22a-22c和旋鈕26調(diào)節(jié)測量計(jì)的靈敏度，從而獲得恰當(dāng)?shù)挠幸饬x的指針量程。優(yōu)選地，流過受檢查活體的電極電流不超過50微安培。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這個水平能夠保證個人的舒適，同時(shí)在對人進(jìn)行檢查期間能夠提供適當(dāng)響應(yīng)的指針“讀數(shù)”。
圖3是裝置10所用電路優(yōu)選實(shí)施例的框圖。如圖3所示，由數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器479響應(yīng)一系列由中央處理單元400產(chǎn)生的數(shù)字值478產(chǎn)生的模擬輸出信號480驅(qū)動測量計(jì)16。反過來，中央處理單元400響應(yīng)前端電路100、TA電路200和靈敏度電路300的各個響應(yīng)輸入信號190、290和390。
前端電路100在圖4中有示意性的表示。在監(jiān)視操作期間，它產(chǎn)生指示受檢查活體電阻的數(shù)字值。當(dāng)裝置通電之后，它產(chǎn)生在監(jiān)視操作期間使用的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
前端電路100包括一個電阻傳感電路108，用于產(chǎn)生指示體電阻的測量信號，一個電壓跟隨器110，用于從其它系統(tǒng)組件的影響中過濾和隔離測量信號，和一個模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器120a，用于將測量信號轉(zhuǎn)換成指示由電阻傳感電路測得的體電阻的數(shù)字信號。
電阻傳感電路優(yōu)選地是分壓計(jì)類型，其電耦連在正D.C.源電壓VDD和地GND之間。在檢查期間中，電阻傳感電路包括一個4.99K電阻器R1，體電阻Rpc(其是在耦連于插座104的引腳1和3的電極30、32之間感測得到的)，和一個45.3K電阻器R3，所有的都串聯(lián)耦合在D.C.源VDD和地之間。當(dāng)監(jiān)視電極與插座104斷開時(shí)，插座被配置成使引腳2和3電耦連在一起，跨插座設(shè)置一個5K電阻R2。
電阻R1不直接電耦連電極插座104，而是通過一個模擬多路復(fù)用器/多路分離器102與其(及體電阻Rpc)耦連，優(yōu)選地通過Burr BrownMC14051BD。更明確地，R1耦連模擬多路復(fù)用器/多路分離器(下文稱作“復(fù)用器”)102的引腳X。復(fù)用器102被配置成響應(yīng)施加到其引腳A、B、C上的各個相關(guān)選擇信號將其引腳X連接于所選的引腳X0，X1，X2，X3。
復(fù)用器102布置成與在下述的校準(zhǔn)處理期間使用的分壓電阻電路連接。在通常的活體檢查中，將引腳X與引腳X0電耦連，將電阻R1與體電阻Rpc串聯(lián)。結(jié)果是一個模擬測量電壓e0，其根據(jù)如下的分壓公式隨著體電阻的變化而變化，e0=R3R1+Rpc+R3×VDD]]>(公式1)測量信號e0饋送給可運(yùn)算放大器110，其被配置作為電壓跟隨器。優(yōu)選的可運(yùn)算放大器是一個Burr Brown LT1677CS8?？蛇\(yùn)算放大器110的輸出施加給一個24位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器120，優(yōu)選地為BurrBrown ADS 1210U，并在其輸出引腳SDO和SDIO處產(chǎn)生表示測得體電阻的數(shù)字值，其將響應(yīng)施加到引腳SCLK的時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘控制地輸出(clocked into)到中央處理單元(“CPU”)400的引腳66。
校準(zhǔn)特征本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到，將體電阻Rpc表示為測量電壓e0時(shí)，會存在大量的錯誤源。例如，電路電阻值經(jīng)過一段時(shí)間會變化，并可能隨著溫度而變化，影響分壓網(wǎng)絡(luò)的精度。此外，本裝置固體組件的內(nèi)部電壓水平、漏電路和偏移電壓(offset voltage)會隨著老化和/或溫度變化而變化，并且在正常的已指定和未指定組件公差內(nèi)，裝置與裝置之間也會不同。盡管能夠使用具有極其緊密公差的組件使這種誤差最小化，但是這種組件非常昂貴，并且誤差仍然不能夠完全消除。因?yàn)檫@種誤差會掩蓋或者錯誤地報(bào)告微小但有意義的測量結(jié)果變化，所以這種類型的裝置必須包括一個校準(zhǔn)處理，用于使這種誤差最小化。這種先前技術(shù)的校準(zhǔn)程序非常復(fù)雜，典型地要求裝置每年都要返回工廠一次。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，包括一個校準(zhǔn)電路，其能夠在每次給裝置通電時(shí)自我校準(zhǔn)裝置。首先，在多個參考點(diǎn)獲得一個實(shí)際測量信號e0。這些參考點(diǎn)通過用一個已知電阻取代體電阻Rpc加以選擇。這些已知電阻的一些或全部都是標(biāo)準(zhǔn)化值，其與過去的TA值相關(guān)。例如，過去選擇一個等于5k歐姆的體電阻作為在“2”的TA設(shè)定下將測量計(jì)指針帶到SET的電阻，則對于“3”的TA值，12.5k歐姆的體電阻將發(fā)揮相同的作用，等等。
如下所述，本文的校準(zhǔn)程序用一個5k歐姆電阻器、一個12.5k歐姆電阻器和一個短路代替Rpc，從而能夠獲得、數(shù)字化和暫時(shí)保存每個校準(zhǔn)點(diǎn)的測量信號e0的實(shí)際值。然后，由這些保存的信號值計(jì)算一個模型，為每個其它的TA值計(jì)算將測量計(jì)設(shè)定到SET所需的測量信號的數(shù)值。在監(jiān)視處理期間，受檢查的體電阻與保存值進(jìn)行比較，將為所撥入的TA將測量計(jì)設(shè)定到SET，并使用信號值之差驅(qū)動測量計(jì)指針，借此補(bǔ)償上述的組件變化。當(dāng)然，能夠在不背離本發(fā)明的前提下改變校準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)目以及所用的TA值。
因此，CPU 400一通電即發(fā)送適當(dāng)?shù)倪x擇信號到復(fù)用器102的引腳9、10、11，從而使其終端X依次耦連終端X1、X2和X3，分別用4.99K電阻器R2、12.4K電阻器R4和一個與電阻器R1及R3串聯(lián)短路代替Rpc。每個條件下的e0值饋送給可運(yùn)算放大器110，通過轉(zhuǎn)換器120加以數(shù)字化并輸出到中央處理單元400。為R2和R4選擇上述值是因?yàn)?，在監(jiān)視體電阻時(shí)，“2”和“3”的TA范圍在歷史上是最經(jīng)常使用的設(shè)置。短路條件用于容易地提供一個附加數(shù)據(jù)點(diǎn)。也可以使用開路條件。
測量電壓的數(shù)值與電阻器值和D.C.源電壓相關(guān)，根據(jù)如下的公式R3R1+R2+R3×VDD]]>當(dāng)選擇終端X1時(shí)，(公式2)R3R1+R4+R3×VDD]]>當(dāng)選擇終端X2時(shí)，(公式3)R3R1+R3×VDD]]>當(dāng)選擇終端X3時(shí)，(公式4)如果開路條件是期望，則選擇終端X4，產(chǎn)生一個測量信號eerror，其中eerror是檢測到的任何非零電壓，而不是理想的感測零電壓。在開路條件下，測量電壓理論上為零，但是由于組件偏移電壓、漏電流等導(dǎo)致的誤差會產(chǎn)生一個跨R3的電壓，從而可以探測到并最終加以補(bǔ)償。
一旦獲得了所選電阻值R2(4.99K)、R4(12.4K)和零(短路)的測量電壓e0的數(shù)值，就能夠通過CPU 400利用已知的VDD值聯(lián)立地解出上述的公式2-4，計(jì)算出R1和R3的有效值。
一旦計(jì)算出R1和R3的有效值，裝置接著計(jì)算與插座104及與其相關(guān)的內(nèi)引線(lead)有關(guān)的有效電阻。復(fù)用器102將其輸入端X與終端X0相連。使電極30、32與插座104斷開，插座104配置成將其引腳2和3耦連在一起。因此在這個步驟中，電極是斷開的，從而復(fù)用器終端X0連接插座104的引腳2，借此連接R2，R3和地。所獲得的測量信號e0的數(shù)值由通過復(fù)用器引腳X1選擇R2時(shí)獲得的數(shù)值加以補(bǔ)償，其數(shù)值相應(yīng)于有效插座電阻。因?yàn)樵跈z查期間，插座電阻添加到感測的體電阻中，所以要計(jì)算出插座電阻值，之后CPU 400從檢查期間感測到的總體電阻中減掉它。
R1，R3和插座電阻的計(jì)算值在設(shè)定其它的測量信號數(shù)值時(shí)使用，該測量信號數(shù)值用于將測量計(jì)指針設(shè)定在SET，如前所述。歷史上，例如，當(dāng)跨電極設(shè)置5K電阻器時(shí)，2的TA值可理想地將測量計(jì)指針設(shè)定在SET。對于3、4、5的TA值，電阻器值傳統(tǒng)上為12.5K、30K和100K。為了與本類型的先前技術(shù)裝置保持一致，理想地是維持相同的標(biāo)稱關(guān)系，盡管本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠意識到這并不必須。
檢查(auditing)校準(zhǔn)之后，并且在監(jiān)視活體期間，跨電極30、32感測體電阻Rpc的瞬時(shí)值，通過轉(zhuǎn)換器20將最終的測量信號e0數(shù)字化，并傳遞到CPU400，在那里與相應(yīng)于然后撥入TA的數(shù)值進(jìn)行比較，并且使用兩個信號值之差從SET驅(qū)動測量計(jì)指針。
因此，CPU 400共接收兩個輸入。首先，它根據(jù)上面的公式1并考慮插座電阻由測量信號的數(shù)字值計(jì)算所監(jiān)視的體電阻Rpc。這典型地實(shí)時(shí)地進(jìn)行。
然后，CPU減去一個電阻值(RTA)，其是CPU從光學(xué)編碼器旋鈕24的位置計(jì)算出來的。在這一點(diǎn)上，TA旋鈕典型地在檢查程序期間進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而將測量計(jì)的指針設(shè)置在SET上或附近。隨著TA旋鈕旋轉(zhuǎn)，它旋轉(zhuǎn)數(shù)字解碼器200的軸，向CPU產(chǎn)生表示旋鈕旋轉(zhuǎn)位置的數(shù)字值。該數(shù)字值使TA值與旋鈕位置相關(guān)，其表示在旋鈕附近的刻度尺上。施加給CPU 400的數(shù)字位置表示值通過CPU加以處理，從而根據(jù)一個優(yōu)選的公式為所撥入的TA位置計(jì)算一個電阻值
RTA=30.00016611111-0.00002555556(TA),]]>其中TA是TA值。
兩個數(shù)值之差是形成施加給測量計(jì)16的指針驅(qū)動信號的基礎(chǔ)的數(shù)值。指針被驅(qū)離SET的量是差值大小的函數(shù)。如現(xiàn)在將討論的，能夠施加一個可調(diào)節(jié)的“靈敏度”增益，從而控制差值大小移動指針的程度。然而，應(yīng)當(dāng)意識到，差值信號本身不受靈敏度調(diào)節(jié)的影響。
靈敏度特征如前所述，CPU 400通過從RTA中減去取樣體電阻值從測量電壓的每個取樣值計(jì)算跨電極的體電阻。如果差值為“0”，則處理器產(chǎn)生一個通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器與測量計(jì)偶聯(lián)的數(shù)字輸出值，并將測量計(jì)指針設(shè)置在SET。如果差值為正，則指針被驅(qū)動到SET右側(cè)。如果差值為負(fù)值，則指針被驅(qū)動到SET的左側(cè)。如果操作者改變TA旋鈕的位置，則在旋轉(zhuǎn)旋鈕時(shí)將監(jiān)測到的體電阻與新值進(jìn)行比較，直到操作者獲得期望的測量計(jì)讀數(shù)。
指針驅(qū)離SET的距離取決于靈敏度旋鈕20的設(shè)定(圖1)。靈敏度調(diào)節(jié)為信號變化確定測量計(jì)刻度尺上指針移動的增量數(shù)目。增量被方便地稱作“T’s”，因?yàn)樗鼈冊趦?yōu)選的測量計(jì)上是一系列倒轉(zhuǎn)的T’s(圖2)。因此，靈敏度設(shè)定為體電阻的一個給定變化確定指針離開SET的量，并且方便地稱作“歐姆/T”；也就是，在測量計(jì)刻度尺上指針移動一個“T”增量所需的體電阻。
使用下面討論的合適算法，人們能夠使測量計(jì)指針的讀數(shù)更加精確地指示所檢測體電阻的變化。例如，能夠建模非線性的關(guān)系，從而產(chǎn)生先前被丟失的讀數(shù)，該讀數(shù)丟失是由于當(dāng)指針偏離與體電阻改變的關(guān)系在整個TA范圍上已不是線性關(guān)系但仍被假定為是線性關(guān)系造成的。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在較高的TA值處將指針設(shè)定在SET上，以及在較高的TA值處將指針保持在測量計(jì)的顯示范圍內(nèi)，與較低TA值相比要困難得多。因此，高度期望使靈敏度調(diào)節(jié)與范圍調(diào)節(jié)分離，這已經(jīng)如上地加以實(shí)現(xiàn)。而且，還高度地期望自動降低高TA值處的靈敏度，以及自動地增加低TA值處的靈敏度，以便提高裝置的整體可用性。
因此，出于基本上消除TA值可用范圍內(nèi)的掩蓋和錯誤讀數(shù)的可能性的目的，中央處理器400為測量計(jì)驅(qū)動信號提供了一個自動修正增益因子。優(yōu)選的增益因子是對于TA值因子是2.0≤TA≥5.5 1TA＞5.545450.03.00.0001661111111-0.00002555555556×TA-71941.30435]]>對于TA＜2.04999.9565223.00.0001661111111-0.00002555555556×TA-21087]]>因此，由CPU 400發(fā)送給數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的指針驅(qū)動值在施加給轉(zhuǎn)換器之前，首先乘以上面三個因子中合適的一個，根據(jù)光學(xué)編碼器施加給處理器400的引腳36的TA值。使用光學(xué)編碼器是因?yàn)樗鼘囟炔幻舾?，沒有分壓計(jì)遭受的由于磨損導(dǎo)致的壽命受限的可移動接觸，且能夠產(chǎn)生無需模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器即可被CPU利用的高度精確數(shù)字值。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的裝置所使用靈敏度調(diào)節(jié)電路的框圖。CPU400，優(yōu)選的是Nitsubishi Electric M30624FGAQFP并如圖5)所示，在引腳52-54和74接收第一靈敏度信號，這些引腳指示從高、中和低靈敏度范圍按鈕28a-c(圖1)中選擇出的按鈕，并在引腳93接收第二靈敏度信號，該引腳指示靈敏度旋鈕26(圖1)的設(shè)定。
CPU 400感測三個靈敏度范圍按鈕28a-c中哪一個被按壓在引腳52、53、54和73上。靈敏度按鈕28a-c與圖1所示的其它按鈕一起是電子電路矩陣的一部分，其中每個按鈕由唯一的一對在概念上形成矩陣行和列的導(dǎo)體加以服務(wù)。按鈕的按壓可改變與按鈕相關(guān)的導(dǎo)體對的邏輯水平，該對的啟動由處理器感知。例如，三個靈敏度范圍按鈕都與矩陣的行1相關(guān)，則按壓這些按鈕中任何一個都會相應(yīng)地改變與行1有關(guān)的導(dǎo)體的邏輯水平，其通過CPU 400的引腳74加以監(jiān)視。高靈敏度范圍按鈕26a被分配給列1的矩陣地址，因此當(dāng)按壓該按鈕時(shí)，與矩陣的列1相關(guān)的導(dǎo)體會經(jīng)歷邏輯水平改變，其通過CPU的引腳54加以感測。
因此，CPU將測量計(jì)驅(qū)動信號數(shù)字地放大100倍，因?yàn)槠湓谝_54和74感測到了合適的邏輯水平信號(如較早前說明的，高靈敏度設(shè)定提供(9.5)2的增益，而中和低靈敏度按鈕提供的增益分別為9.5和1)同樣地，中靈敏度范圍按鈕26b和低靈敏度范圍按鈕26c分別被指定2和3的列地址，且與這些列相關(guān)的導(dǎo)體分別由CPU的引腳52和53加以監(jiān)視。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，數(shù)字放大的使用消除了與模擬信號值放大相伴的噪音的非期望放大，使體電阻的小變化更容易用對象裝置可視地察覺。
靈敏度旋鈕位置信號532施加給CPU 400的引腳93，在該處其內(nèi)部地耦連產(chǎn)生指示旋鈕設(shè)置的數(shù)字值的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。如圖6所示，靈敏度旋鈕機(jī)械地耦連電位計(jì)526的電刷526A，其順次地耦連在10K電阻器530和10K電阻器532之間，位于DC源電壓VDD和地GND之間的電路內(nèi)。電阻器530、電位計(jì)526和電阻器532形成分壓網(wǎng)絡(luò)。因此，靈敏度旋鈕位置信號532是一個DC水平信號，其隨著旋鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和電刷移離地而增加。
在制造裝置時(shí)的工廠校準(zhǔn)期間，靈敏度設(shè)定的微小未調(diào)節(jié)值被輸入到處理器中。
測量計(jì)驅(qū)動電路圖7是根據(jù)本發(fā)明的裝置使用的優(yōu)選測量計(jì)驅(qū)動電路的框圖。
引腳40和42-45處獲取的來自處理器400的輸出信號被耦連于數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器602。轉(zhuǎn)換器602的模擬輸出信號604優(yōu)選地耦連于一個控制電路606，該電路補(bǔ)償裝置與裝置之間測量計(jì)移動軌道的不同?？刂齐娐?06包括一個可運(yùn)算放大器608，其在引腳2、3、4、5、6分別以“芯片選擇”輸入、“時(shí)鐘”輸入、“數(shù)據(jù)”輸入、“負(fù)載”輸入和“清除”輸入的形式接收來自數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器602的輸出。當(dāng)轉(zhuǎn)換器602在引腳2處接收到合適的“選擇”信號時(shí)，它允許引腳4處的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以由引腳3的時(shí)鐘脈沖確定的速度加以計(jì)時(shí)。最終的模擬輸出信號604在引腳8產(chǎn)生，并施加到電流驅(qū)動電路606，該電路通過測量計(jì)線圈614電磁地驅(qū)動測量計(jì)的指針。
電流驅(qū)動電路606包括一個可運(yùn)算放大器608，其在其非倒相輸入端接收模擬輸出信號604?？蛇\(yùn)算放大器608的輸出部分地反饋給其倒相的輸入端，達(dá)到一個由反饋回路中的數(shù)字電位計(jì)610控制的程度，該反饋回路的電阻由引腳1、2從處理器400接收的數(shù)據(jù)加以設(shè)定。數(shù)字電位計(jì)610在組裝處理期間被調(diào)節(jié)，從而提供期望數(shù)量的測量計(jì)衰減(dampening)，且CPU施加的數(shù)值保存該衰減特征。
測量計(jì)線圈614通過光學(xué)FET 612加以分流，當(dāng)裝置10斷電時(shí)，光學(xué)FET提供跨測量計(jì)線圈的短路。借此，當(dāng)裝置被關(guān)閉時(shí)，光學(xué)FET防止測量計(jì)線圈中由于測量計(jì)物理振蕩產(chǎn)生電磁感生電流，該感生電流會使指針突然移動超過刻度范圍，可能會毀壞指針。
在工廠校準(zhǔn)處理期間，處理器在程序控制下工作，以在LCD顯示器20(圖1)上顯示詢問，從而技術(shù)人員首先用按鈕22B、22C將測量計(jì)指針移動到遠(yuǎn)左側(cè)。當(dāng)測量計(jì)指針與測量計(jì)上的最左端“T”重疊時(shí)，技術(shù)人員被指示按壓選擇按鈕22A。然后，技術(shù)人員被指示用按鈕22B、22C將測量計(jì)指針移動到右側(cè)，直到指針位于SET上，然后按壓選擇按鈕22A。在兩種情況下，每個運(yùn)轉(zhuǎn)端的信號值都隨后被處理器用于計(jì)算使指針移動到期望位置所需的伏特/“T”。
記錄和回放特征根據(jù)裝置的另一個特征，表示TA值、靈敏度和檢查程序期間所有的、或者選擇的、瞬時(shí)的體電阻的數(shù)字值能夠通過RS232端口或者其它的便利接口輸出到個人計(jì)算機(jī)或者其它的存儲裝置。在實(shí)踐中，這些數(shù)值被滿意地時(shí)鐘控制地輸出，并以120Hz的速度存儲作為32位浮點(diǎn)電阻值，16位靈敏度值和16位拾音器臂值。之后，這些所獲得的記錄能夠輸入回裝置的中央處理器單元，用于裝置的實(shí)證，教授或記錄回顧。實(shí)際上，不論數(shù)值是通過檢查活體實(shí)時(shí)產(chǎn)生的，還是通過接收來自個人計(jì)算機(jī)或其他存儲裝置的數(shù)值，裝置響應(yīng)相同。
遙控TA調(diào)節(jié)裝置10的另一個特征是它優(yōu)選的利用遙控TA光學(xué)編碼器輸入的能力，從而操作者能夠舒適地?zé)o需打擾受檢查對象地操作裝置10和進(jìn)行合適的調(diào)節(jié)。遙控TA光學(xué)編碼器電耦連CPU 400的引腳29和30，從而按照編碼器耦連外殼上的旋鈕24的方式(圖1)與CPU通訊。當(dāng)CPU感測引腳29上的信號時(shí)，它通過從引腳35發(fā)送合適的信號給編碼器來解除激勵(deactivate)受TA旋鈕24控制的光學(xué)編碼器。之后，遙控TA編碼器向處理器提供范圍值，直到被操作者解除激勵(deactivate)。
盡管前面的說明包括能夠使本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)踐本發(fā)明的細(xì)節(jié)，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，該說明本質(zhì)上只是例證性的，本領(lǐng)域具有這些知識的技術(shù)人員能夠顯而易見地進(jìn)行許多的修飾和改變。因此，這里的發(fā)明唯一地由其附加的權(quán)利要求限定，因此要求在先前技術(shù)的范圍內(nèi)在允許的廣泛范圍內(nèi)加以解釋。
權(quán)利要求
1.一種用于指示活體電阻變化的裝置，包括電阻測量電路，其具有外引線，用于感測跨過外引線布置的活體的電阻；放大器裝置，用于產(chǎn)生指示所感測活體電阻的模擬測量信號；指示器電路，用于可視地顯示所感測活體電阻的可察覺標(biāo)記表示；數(shù)字處理單元，用于數(shù)字化和數(shù)字地處理測量信號，從而基本上補(bǔ)償組件老化、公差和溫度對測量信號精度的影響；和指示器裝置，其響應(yīng)經(jīng)過處理的測量信號，用于可視地顯示小的所感測到的體電阻變化的可察覺標(biāo)記表示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中數(shù)字處理單元包括為用于感測的放大器裝置用多個電阻值代替體電阻的裝置，所述多個電阻值模擬各種體電阻值，用于將相應(yīng)于多個模擬體電阻值的多個測量信號值數(shù)字化并保存在存儲器中的裝置，用于在為模擬體電阻值所獲得的測量信號值之間插值的裝置，從而為多個附加的體電阻值量化預(yù)期的測量信號值，和基于所述插值為各個體電阻值形成和保存與預(yù)期測量信號值相關(guān)的表格的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中替代裝置包括一個復(fù)用器，其響應(yīng)多個選擇信號值將多個電阻器中的每一個布置在電阻測量電路中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中用于代替的裝置包括一個復(fù)用器，其響應(yīng)多個選擇信號值將多個電阻器中的每一個布置在電阻測量電路中替代外引線。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中用于代替的裝置包括一個復(fù)用器，其響應(yīng)多個選擇信號值分別將從如下構(gòu)成的組中選擇出來的組件布置在電阻測量電路中(1)外引線，和(2)多個電阻器的每一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，包括用于在裝置一通電就自動啟動用于代替的裝置的裝置，從而基于所述插值為各個體電阻值形成和保存與預(yù)期測量信號值有關(guān)的表格。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中數(shù)字處理單元包括用于從用戶可調(diào)節(jié)基值中減去所監(jiān)視到的體電阻值的裝置，從而產(chǎn)生一個經(jīng)過調(diào)節(jié)的測量信號作為給指示器裝置的測量信號，可由用戶操作的手動可定位裝置，從而調(diào)節(jié)該基值，和耦連于手動可定位裝置的光學(xué)編碼器，用于作為手動可調(diào)節(jié)裝置的位置的函數(shù)產(chǎn)生該基值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中手動可定位裝置包括一個手動可旋轉(zhuǎn)旋鈕，以及該光學(xué)編碼器包括一個耦連于所述旋鈕的可旋轉(zhuǎn)的心軸，和用于產(chǎn)生指示該心軸的位置的數(shù)字輸出信號的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，包括用于在減去所監(jiān)測的體電阻之前調(diào)節(jié)來自光學(xué)輸出編碼器的數(shù)字輸出信號大小的裝置，基本上基于如下的公式RTA=30.00016611111-0.00002555556(TA)]]>其中TA是手動可定位裝置的刻度尺位置，和RTA是輸出信號的數(shù)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，包括用于重復(fù)取樣活體電阻值的裝置；用于從經(jīng)過調(diào)節(jié)的基值減去每個取樣值從而獲得測量信號的裝置；和用于將測量信號耦合于指示器裝置的靈敏度調(diào)節(jié)裝置，該靈敏度調(diào)節(jié)裝置包括用于將測量信號乘以一個增益因子的裝置，該增益因子取決于手動可調(diào)節(jié)裝置的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)的用于指示和測量活體電阻微小變化的裝置，其利用中央處理單元數(shù)字地處理感測得到的體電阻并驅(qū)動電阻指示顯示器，同時(shí)補(bǔ)償組件老化、組件公差和組件溫度的影響。該裝置包括一個自動校準(zhǔn)電路，其在每一次開啟裝置時(shí)自動啟動，從而測量和保存多個合成體電阻的測量值，用于形成一個補(bǔ)償模型，隨后感測得到的體電阻與其進(jìn)行比較從而自動地調(diào)節(jié)顯示驅(qū)動測量值。中央處理單元額外地給測量計(jì)驅(qū)動信號增益調(diào)節(jié)一個增益因子，該增益因子取決于用戶選擇的測量計(jì)敏感性設(shè)置，從而預(yù)先避免在監(jiān)測體電阻微小變化過程中遇到的各種困難，這些困難是由于難以設(shè)置特定測量計(jì)范圍值的初始理想測量計(jì)讀數(shù)，以及調(diào)節(jié)測量計(jì)范圍時(shí)的偶然錯誤和意外的測量計(jì)讀數(shù)反轉(zhuǎn)造成的。
文檔編號A61B5/05GK1784172SQ200480007129
公開日2006年6月7日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月19日
發(fā)明者拉菲也特·羅恩·哈波德, 理查德·斯汀內(nèi)特, 特倫特·里列豪根, 約翰·坦普爾斯 申請人:天靈技術(shù)公司