DE3300836C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches klinisches Thermometer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die derzeit für den praktischen Einsatz zur Verfügung stehenden Temperaturmeßfühler besitzen sämtlich eine nichtlineare Temperatur-Ausgangskennlinie. Bei Temperaturmeßfühlern dieser Art ist es üblich, ein linearisiertes Ausgangssignal unter Anwendung von auf Brückenschaltungen o. dgl. gestützter Hardware-Technik zu gewinnen. In neuerer Zeit sind jedoch Thermometer vorgeschlagen worden, bei denen eine Korrektur zu einem linearen Ausgangssignal durch Anwendung von Techniken auf Software-Basis erfolgt.

Bei einem bisherigen Thermometer wird eine Abweichung in der nicht-linearen Ausgangsgröße eines Thermistors gegenüber einer linearen Ausgangsgröße in einem vorbestimmten Temperaturbereich mit Hilfe einer Korrektureinrichtung korrigiert, in welcher lineare Ausgangsdateneinheiten entsprechend jeder nicht-linearen Ausgangsdateneinheit des Thermistors in Form einer Tabelle in einem Festwertspeicher (ROM) vorabgespeichert sind. Bei der tatsächlichen Temperaturmessung werden die vom Thermistor gelieferten nicht-linearen Ausgangsdaten der Korrektureinrichtung als Eingangssignal eingegeben, und in Abhängigkeit davon werden die richtigen bzw. korrigierten entsprechenden linearen Ausgangsdaten aus dem Festwertspeicher ausgegeben. Nachteilig an diesem System ist jedoch, daß ein Speicher, der eine Tabelle großen Ausmaßes zu speichern vermag, erforderlich ist.

Bei einem anderen bisherigen Thermometer werden eine nicht-lineare Kennlinie angebende Dateneinheiten im voraus gewonnen, und ein Rechenprogramm zur Bestimmung linearer Ausgangsgrößen anhand dieser nicht-linearen Ausgangsgrößen mittels auf diese Daten gestützter Berechnungen wird in einem Mikrorechner geladen. Zur Lieferung der linearen Ausgangsgrößen muß daher der Mikrorechner eine komplexe und zeitraubende Verarbeitung ausführen. Mit anderen Worten: der Benutzer muß warten, bis der Mikrorechner seine Verarbeitungsoperationen ausgeführt hat, bevor er das Meßergebnis erfährt.

In der US-PS 41 61 880 ist ein digitales Thermometer mit einem Mikroprozessor-Computer beschrieben, der gespeicherte Information bezüglich des Ansprechverhaltens einer Meßeinheit hat. Für diese Meßeinheit wird ein Thermistor herangezogen, dessen Widerstandswert sich in einer vorbestimmten und nichtlinearen Beziehung mit der Temperatur verändert. Der Mikroprozessor-Computer weist einen Festwertspeicher auf, welcher mit "stückweise linearisierter Information" vorprogrammiert ist, die die nicht-lineare Beziehung zwischen Widerstandswert und Temperatur des Thermistors annähert.

Weiterhin ist aus der DE-OS 25 46 163 ein elektrisches Meßinstrument zur Temperaturmessung bekannt, bei dem ein Meßfühler und ein Bezugswiderstand vorgesehen sind. Dem Meßfühler ist ein Flankengenerator nachgeschaltet. Ebenso ist dem Bezugswiderstand ein weiterer Flankengenerator nachgeschaltet. Dem Flankengenerator folgt jeweils ein Flanken/Zeit-Umsetzer. Beide Umsetzer sind an ein Differenzglied angeschlossen, das über einen Schaltkreis, ein Tor und einen Zähler mit einer Anzeige verbunden ist. Bei diesem bekannten elektrischen Meßinstrument wird ein Korrektursignal in Abhängigkeit von der Nichtlinearität des Widerstandswertes des Meßfühlers in bezug auf das Temperatursignal erzeugt und dann damit kombiniert, um so eine linearisierte Darstellung der gemessenen Temperatur zu liefern.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches klinisches Thermometer zu schaffen, das keinen Speicher großer Kapazität zur Speicherung einer großen Tabelle entsprechender Daten benötigt und wenig Energie verbraucht.

Diese Aufgabe wird bei einem elektronischen klinischen Thermometer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen nicht-linearen Ausgangsgrößen, welche die mittels eines Thermistors gemessene Temperatur angeben, und linearen Ausgangsgrößen,

Fig. 2 eine graphische Darstellung von Korrekturfaktoren für ein lineares Temperaturausgangssignal,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines elektronischen klinischen Thermometers gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung von linearen und nicht-linearen Ausgangsgrößen bei Verwendung eines Thermistors, in welcher gezählte Größen (Zählstand) auf der lotrechten und die Temperatur auf der waagerechten Achse aufgetragen sind,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung für ein konkretes elektronisches klinisches Thermometer,

Fig. 6 ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 5,

Fig. 7 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Einzelheiten einer bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 vorgesehenen Steuereinheit und

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der durch einen Mikrorechner bei der Temperaturmessung ausgeführten Verarbeitung bzw. Operationen.

Im folgenden ist zunächst anhand von Fig. 1 die Beziehung zwischen einer mittels eines Thermistors gemessenen Temperatur und der angezeigten Temperatur durch Anwendung einer linearen funktionellen Umwandlung bei einem der Meßtemperatur entsprechenden Ausgangssignal beschrieben.

Wenn die Ausgangskennlinie eines Thermistors linear wäre, würde die Kennlinie einer geraden Linie 1 konstanter Steilheit folgen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Da ein Thermistor tatsächlich jedoch eine nicht-lineare Ausgangskennlinie besitzt, entspricht die Kennlinie zwischen den Temperaturwerten von 32° und 42° der Kurve 2. Infolge der nicht-linearen Ausgangskennlinie erscheint mithin die tatsächlich gemessene Temperatur A als Temperatur A′, wobei sich eine Differenz 3 zwischen der gemessenen Temperatur und dem Ausgangssignal des Thermistors als Abweichung der angezeigten Temperatur zeigt. Mit anderen Worten: wenn die Temperatur auf einer Anzeigeeinheit angezeigt wird, entspricht die Differenz 3 (Fig. 1) einem Korrekturfaktor, der angewandt werden muß, wenn lineare Ausgangsgrößen gewünscht werden.

Wenn nun die genannte Ausgangsgrößendifferenz als Korrekturfaktor auf der lotrechten Achse und die gemessene Temperatur auf der waagerechten Achse aufgetragen werden, ergibt sich die graphische Darstellung gemäß Fig. 2. Aus praktischen Gründen muß ein elektronisches klinisches Thermometer im Temperaturbereich zwischen 32° und 42°C eine Auflösung, d. h. Genauigkeit, von mindestens 0,01°C besitzen. Dies bedeutet, daß etwa zehn Bits nötig sind, um die Temperatur als Binärzahl auszudrücken. Eine zweckmäßige Maßnahme besteht somit darin, das nicht-lineare Ausgangssignal eines Thermistors in eine digitale Größe von zehn Bits umzusetzen und dann dieses digitalisierte Ausgangssignal zu einer Größe entsprechend einem linearen Ausgangssignal zu korrigieren.

Im folgenden soll das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip erläutert werden.

Gemäß Fig. 2 besitzt die Tangente an der Korrekturkurve 4 zwischen den Temperaturwerten von 32° und 42°C eine durch b/a ausgedrückte Steilheit von nicht mehr als etwa 0,1, wobei dieser Wert je nach der jeweiligen Schaltung geringfügig unterschiedlich sein kann. Es sei angenommen, daß eine Korrektur vorgenommen wird, um eine Genauigkeit von mindestens 0,01°C zu erreichen. Da Δ b gemäß Fig. 2 eine Genauigkeit von mindestens 0,01°C besitzen soll, wird die von b/a = Δ b/Δ a abgeleitete Gleichung Δ a = (a/b) angewandt. Da, wie erwähnt, b/a = 0,1 gilt, erhält man Δ a = (1/0,1)×0,01 und somit Δ a = 0,1°C. Mit anderen Worten: wenn eine Korrektur in Abständen von 0,1°C vorgenommen wird, kann die Genauigkeit auf mindestens 0,01°C gehalten werden.

Aus den vorstehend geschilderten Gründen wird die Beziehung b/a 0,1<1/2³ auch dann erhalten, wenn die drei Bits niedriger Ordnung von unkorrigierten Zehnbit-Daten gestrichen werden. Bei Verwendung der sieben restlichen Bits höherer Ordnung kann daher eine völlig zufriedenstellende Korrektur zur Gewährleistung einer Genauigkeit innerhalb einer Größenordnung von 0,01°C vorgenommen werden.

Das Blockschaltbild von Fig. 3 veranschaulicht die Grundanordnung eines elektronischen klinischen Thermometers gemäß der Erfindung, das auf dem vorstehend beschriebenen Prinzip basiert.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 enthält einen astabilen Multivibrator 101 mit einem Kondensator C und zwei Umsetzern INV. Die Schwingfrequenz des mit einem als Temperaturmeßelement dienenden Thermistor 100 verbundenen Multivibrators 101 hängt vom temperaturveränderlichen Widerstandswert des Thermistors ab. Ein auf einer konstanten Frequenz schwingender Bezugsoszillator 102 ist mit seinem Ausgang an eine Steuerschaltung 103 angeschlossen, welche die Zahl der Impulse im Oszillator-Ausgangssignal zur Erzeugung eines Auftastsignalimpulses einer vorbestimmten Dauer T _x zu zählen vermag. Vor Beginn eines Zählvorgangs liefert die Steuerschaltung 103 jedoch auf ihrer Ausgangsleitung 104 einen Zähler-Rücksetzimpuls zum Rücksetzen eines Zählers 106. Ein die Schwingungsausgangsimpulskette vom Multivibrator 101 abnehmendes UND-Glied 105 liefert diese Impulse zum Zähler 106 während einer Zeitspanne entsprechend der Dauer des Auftastimpulses, welcher von der Steuerschaltung 103 an die andere Eingangsklemme des UND-Gliedes angelegt wird. Der Zähler 106 erzeugt binäre Ausgangsdaten 107 entsprechend der Zahl von Schwingungsimpulsen, die während der Dauer T _x vom astabilen Multivibrator 101 geliefert werden. Die binären Ausgangsdaten 107 werden an die eine Eingangsklemme einer Addierstufe 111 angelegt. Aus den binären Ausgangsdaten 107 wird ein Signal 108, das aus den sieben Bits höherer Ordnung besteht, als eine Adresse an einen Korrektur-Festwertspeicher 109 angelegt, in welchem Korrekturdaten gespeichert sind. In Abhängigkeit von der aus sieben Bits bestehenden Adresse liefert der Festwertspeicher ein durch die Adresse bezeichnetes Korrekturausgangssignal 110. Die Addierstufe 111 verarbeitet sodann (d. h. addiert im vorliegenden Fall) die binären Ausgangsdaten 107 vom Zähler 106 und das Korrekturausgangssignal 110 vom Festwertspeicher 109 zur Berechnung eines korrigierten Ausgangssignals 112, das einer Rechenschaltung 113 eingespeist wird. Letztere führt eine Rechenoperation (bezogen auf eine lineare Funktion bei der dargestellten Ausführungsform) zur Ableitung einer Temperaturgröße vom korrigierten Ausgangssignal 112 aus. Das Ergebnis dieser Operation wird einer Anzeigeschaltung 114 zur Lieferung einer Temperaturanzeige eingespeist.

Die Zahl der für die Speicherung der korrigierenden Daten bzw. Korrekturdaten im Korrektur-Festwertspeicher 109 erforderlichen Bits muß groß genug sein, um den Korrekturfaktor gemäß der Differenz 3 (vgl. Fig. 1,3) auszudrücken. Wenn die Größe des Korrekturfaktors mit einer Genauigkeit von 0,01°C ausgedrückt und der maximale Korrekturfaktor mit 0,5°C vorausgesetzt wird, so sind 50 Korrekturfaktoren erforderlich (entsprechend der Beziehung 0,5°C/0,01°C = 50). Jede Korrekturdateneinheit kann somit bestimmt werden, wenn sechs Bits zur Verfügung stehen. In der Praxis ist allerdings eine gewisse Abweichung zu erwarten, weil keine zwei Thermistoren einander gleich sind. Die Genauigkeit kann somit dadurch weiter verbessert werden, daß die Differenz in den linearen Ausgangsgrößen des einen Thermistors und eines anderen ermittelt und als Festwertspeicher 109 ein programmierbarer Festwertspeicher (PROM) verwendet wird, in welchem die Differenz im linearen Ausgangssignal als Korrekturgrößen gespeichert wird.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der linearen und nicht-linearen Ausgangsgrößen im Temperaturbereich zwischen 32° und 42°C bei Verwendung der Schaltung gemäß Fig. 3. Auf der lotrechten Achse sind dabei die Zählgrößen für eine Konstante B von 4000 K aufgetragen. Die Zählgrößen sind dem Ausgangssignal des astabilen Multivibrators 101 gemäß Fig. 3 ähnlich. (Wie anhand von Fig. 5 noch näher erläutert werden wird, besteht ein mit 208 bezeichnetes Ausgangssignal aus zwölf Bits, um ein die Zählgröße angebendes Ausgangssignal zu erhalten). Der Festwertspeicher 109 wird zum Korrigieren der Nichtlinearität des Thermistors 100 und des astabilen Multivibrators 101 benutzt. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel bezeichnet die schraffierte Fläche den Bereich, in dem eine Korrektur der Nichtlinearität erforderlich ist. Indem somit nur die schraffierte Fläche als Korrekturdaten im Festwertspeicher 109 gespeichert wird, kann die erforderliche Speicherkapazität kleiner sein.

Unter Zugrundelegung von 4000 K als Konstante B sind die Ergebnisse von in Abständen von 0,1°C zwischen 32° und 42°C vorgenommenen Berechnungen in der nachstehenden Tabelle angegeben, aus welcher hervorgeht, daß die größte Zahl der Korrekturfaktoren (Zählgrößen) etwa 74 beträgt. Demzufolge ist ein Festwertspeicher, der einen Sieben-Bit-Datenausgang (2⁷=128) zu speichern vermag, ausreichend.

Bezüglich der Adresseneingabe zum Festwertspeicher, nämlich der unkorrigierten Daten 108 gemäß Fig. 3, werden Berechnungen ausgeführt, um die Zählgröße entsprechend 0,01°C festzustellen. Da die Differenz in der Zählgröße über den Temperaturbereich von 10°C zwischen 32° und 42°C 1700 (2968-1276=1700) beträgt, ist die Zählgröße für jeweils 0,01°C gleich 1700/(10°C/0,01°C) = 1,7. Mit anderen Worten: um eine Genauigkeit von 0,01°C zu erreichen, muß die Zahl der Korrekturfaktorschritte derart bestimmt werden, daß die Differenz zwischen Korrekturfaktoren 1,7 Zählschritte oder weniger beträgt. In der nachstehenden Tabelle sind die Zählgrößen sowie die entsprechenden Korrekturfaktoren, bezogen auf in Abständen von 0,1°C zwischen den Temperaturwerten von 32° und 42°C mit einer Konstante B von 4000 K durchgeführte Berechnungen, angegeben.

Tabelle

Tabelle

Gemäß der obigen Tabelle liegt der Temperaturbereich, in welchem die Differenz zwischen einem Korrekturfaktor und dem nächsten 1,7 beträgt oder kleiner ist als 1,7, zwischen 34,1°C und 40,0°C. Dieser Temperaturbereich entspricht gut dem für klinische Thermometer erforderlichen Bereich von 35°C bis 38°C. Aus der Tabelle geht hervor, daß die Differenz des Korrekturfaktors zwischen 41,9°C und 42,0°C 3,1 Zählschritte beträgt. Dies entspricht einem Fehler von 0,018°C und stellt eine kleinstmögliche Größe dar. Allgemein gesagt, kann daher beim dargestellten Ausführungsbeispiel auch bei einer Temperaturmessung außerhalb des Bereichs von 35°C bis 38°C eine Auflösung von nicht weniger als 0,02°C erreicht werden.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich somit, daß eine Korrektur in Abständen bzw. Schritten von 0,1°C ausreichend ist, um in einem Temperaturbereich von 35°C bis 38°C eine Genauigkeit von mindestens 0,01°C zu gewährleisten. Im folgenden ist nunmehr die Berechnung der Zahl von Bits erläutert, die für die Adressierung des Festwertspeichers unter diesen Bedingungen erforderlich ist.

Ein Schritt bzw. Inkrement von 0,1°C von einem Temperaturwert zum nächsten ist einer Zählgröße von 17 äquivalent, weil eine Zählgröße von 1,7, wie erwähnt, eine Temperatur von 0,01°C entspricht. Es reicht daher aus, die Festwertspeicher-Adresse für jeden Zählschritt der siebzehn Zählschritte zu ändern. Genauer gesagt: von dem astabilen Multivibrator 101 gelieferten, aus zwölf Bits bestehenden Ausgangssignal sollte der Festwertspeicher mit den durch Streichung oder Unterdrückung der vier Bits niedrigerer Größenordnung erhaltenen acht Bits höherer Größenordnung adressiert werden. Da 2⁴=16 gilt und diese Zahl kleiner ist als die erforderliche Zählgröße von 17, werden die nach Unterdrückung der vier unteren Bits verbleibenden acht höheren Bits zum Adressieren des Festwertspeichers benutzt. Im Fall eines Korrektur-Festwertspeichers, bei dem ein Wort aus sieben Bit-Daten besteht, ist daher eine Speicherkapazität für die durch eine Adresse aus acht Bits zu bezeichnenden 256 Wörter völlig ausreichend.

Obgleich sich die vorstehenden Ausführungen auf berechnete Werte oder Größen beziehen, sind anhand eines Diagramms für den Temperaturbereich von 32° bis 42°C erhaltene lineare Ausgangsgrößen den berechneten Größen praktisch eng angenähert.

Im folgenden sind anhand von Fig. 5 und 6 der Gesamtaufbau und die Arbeitsweise eines elektronischen klinischen Thermometers mit einem Korrektur-Festwertspeicher 109 zum Linearisieren der nicht-linearen Ausgangsgrößen sowie der Recheneinheit 111 zur Ausführung der Korrekturoperation im einzelnen beschrieben.

Eine in Fig. 5 dargestellte Wandlerschaltung 202 zur Umwandlung des Widerstandswerts eines Thermistors 201 in eine Impulszahl nimmt ein Bezugstaktsignal 206 und ein Umwandlungsbefehlssignal 204 von einer Steuerschaltung 227 ab. Wenn das Befehlssignal 204 von der Steuerschaltung 227 auf den logischen Pegel "1" übergeht und damit ein Startsignal darstellt, beginnt die Wandlerschaltung 202 mit ihrer Umwandlungsoperation. Das Signal 204 wird durch ein Umwandlungs-Endsignal 205, das die Wandlerschaltung 202 zur Steuerschaltung 227 liefert, auf den logischen Pegel "0" gesetzt, wodurch die Umwandlungsoperation beendet wird.

Die Wandlerschaltung 202 liefert zu einem Zähler 207 ein Datenimpuls-Ausgangssignal 203, das als Takteingangssignal CLK dient. Der Zähler 207 ist vom umkehrbaren oder reversiblen Zähltyp und weist eine Aufwärts/Abwärts-Klemme U/D zur Bestimmung der Zählrichtung auf. Wenn an der Klemme U/D eine logische "1" anliegt, zählt der Zähler 207 seinen Takteingang in Aufwärtsrichtung. Eine logische "0" an der Klemme U/D läßt den Zähler den Takteingang herabzählen. Die Rücksetzklemme des Zählers 207 ist mit R bezeichnet. Die Ausgangsdaten 208 des Zählers 207 werden einem Dekodierer 212 als Dateneingang bzw. Eingabedaten eingespeist. Der Dekodierer 212 liefert an seiner Ausgangsklemme T 1 ein Ausgangssignal entsprechend einer logischen "1", wenn er vom Zähler 207 eine 200 Impulsen äquivalente Dateneingabe erhält, dies ist dann der Fall, wenn der Thermistor 201 eine Temperatur von 30°C mißt. An der Ausgangsklemme T 2 des Dekodierers 212 erscheint ein Signal, wenn eine logische "0" an der Klemme U/D des Zählers 207 anliegt und der Zähler auf -3 herabzählt, um diese Daten dem Dekodierer 212 einzuspeisen. Das an der Klemme T 1 gelieferte Ausgangssignal ist mit 213 bezeichnet. Dieses Signal wird einem UND-Glied 214 aufgeprägt, an dessen anderem Eingang ein Dekodiersteuersignal 229 von der Steuerschaltung 227 anliegt. Wenn der Thermistor 201 eine Temperatur von 30°C oder mehr mißt, so daß ein Ausgangssignal an der Klemme T 1 des Dekodierers 212 erscheint, und wenn das Dekodiersteuersignal 229 den logischen Pegel "1" besitzt, geht das Ausgangssignal 217 eines durch 2 dividierenden Frequenzteilers 216 auf den logischen Pegel "1" über. Dieses Signal wird dem Daten- bzw. D-Eingang eines Daten- bzw. D-Typ-Flip-Flops 219 aufgeprägt, dessen Takteingangssignal ein von der Steuerschaltung 227 in Synchronismus mit der Hinterflanke des Umwandlungsbefehlssignals 204 erzeugter Leseimpuls 222 ist, damit die Eingangsdaten im Flip-Flop 219 gespeichert werden können. Wenn das Dateneingangssignal des Flip-Flops 219 den logischen Pegel "1" besitzt, geht sein -Ausgangssignal, nämlich ein Aufwärts/Abwärts-Steuersignal 220, auf den logischen Pegel "0" über. Der das -Ausgangssignal an seiner U/D-Klemme abnehmende Zähler 212 wird hierdurch vom Hochzähl- auf den Herabzählzustand umgeschaltet, so daß er die Impulse 203 in Abwärtsrichtung zu zählen beginnt. Weiterhin wird ein Zähler-Rücksetzsignal 211 durch ein UND-Glied 209 gesperrt und nicht durchgelassen. Der aus dem nächsten Umwandlungsbefehlssignal 204 resultierende Dateneingangsimpuls 203 zum Zähler 207 läßt daher letzteren vom Zählstand des vorherigen Hochzählvorgangs abwärts zählen.

Der endgültige Zählstand bei der Herabzähloperation beträgt schließlich Null, wenn die vorher gemessene Temperatur und die eben gemessene Temperatur gleich sind. Ist letztere jedoch höher, so zählt der Zähler 207 über Null hinaus auf einen negativen Wert herab. Wenn dieser Wert bzw. Zählstand beispielsweise -3 (entsprechend einer Temperatur von +0,3°C) oder einen größeren negativen Wert erreicht, erscheint an der Klemme T 2 des Dekodierers 212 ein Ausgangsimpuls 223, der einem Flip-Flop 224 eingespeist wird, das hierauf durch Lieferung eines Signals 225 anspricht, welches anzeigt, daß eine sinnvolle Messung beginnen kann. Dieses Signal wird der Wandlerschaltung 202 aufgeprägt, so daß diese in eine Körpertemperatur-Meßbetriebsart versetzt und dabei die Meßgenauigkeit erhöht wird. Das Signal 225 wird auch über ein UND-Glied 233 an die Wiederanlaufklemme des Mikrorechners 231 angelegt. Das UND-Glied 233 bewirkt eine UND-Verknüpfung zwischen diesem Signal und einem jede Sekunde gelieferten Signal 234, wodurch der Mikrorechner 231 jede Sekunde von seiner Unterbrechungs-Startadresse aus in Betrieb gesetzt wird.

Ein Meßbeginnsignal 230 vom Mikrorechner 231 dient als Abtastbefehl. Wenn dieses Signal in die Steuereinheit 227 eintritt, erzeugt letztere das Umwandlungsbefehlssignal 204, wobei ein der durch den Thermistor 201 gemessenen Temperatur entsprechender Datenausgang 208 erhalten wird, der an eine Addierstufe 240 angelegt wird. Unkorrigierte Daten 241, welche die acht höheren Bits des Binärdatenausgangs 208 umfassen, adressieren einen Korrektur-Festwertspeicher 242, so daß die durch die Acht-Bit-Adresse bezeichneten Korrekturdaten 244 ausgelesen werden. Diese Korrekturdaten werden an die andere Eingangsklemme der Addierstufe 240 angelegt, welche diese Daten zum Datenausgang 208 hinzuaddiert. Die berechnete Summe, nämlich ein korrigierter Datenausgang 244, wird dem Mikrorechner 231 zugeführt. Bei Eingang des die korrigierten Daten angebenden Signals führt der Mikrorechner die vorgeschriebene Verarbeitung aus und bewirkt die Anzeige der richtigen Temperatur. Am Ende der Körpertemperaturmessung liefert der Mikrorechner 231 ein Messung-Endsignal 228 zur Steuerschaltung 227, um wiederum eine Vormeßbetriebsart zur Erfassung des Beginns einer Messung einzuführen. Zur Verringerung des Strombedarfs geht der Mikrorechner 231 zu diesem Zeitpunkt auf einen Bereitschafts- bzw. Wartezustand über.

Bezüglich des Zustands des Zählers 207 ist zu sagen, daß ein Zählstand von weniger als -3 (d. h. -2, -1, 0, +1 . . .) in der Herabzählbetriebsart den Dekodierer 212 den Impuls 223 nicht erzeugen läßt. In diesem Fall ändert das Flip-Flop 224 seinen Zustand nicht, so daß das Signal 225 nicht erscheint. Da der durch 2 dividierende Frequenzteiler 216 zu Beginn des Herabzählvorgangs das dekodierte Ausgangssignal 215 abnimmt, ändert das Ausgangssignal des Frequenzteilers zu diesem Zeitpunkt erneut seinen Zustand, so daß demzufolge das Flip-Flop 219 ebenfalls seinen Zustand ändert. Der resultierende hohe Pegel des Signals 220 versetzt den Zähler 207 in die Hochzählbetriebsart und bei Eingang des Signals 211 in den Rücksetzzustand. Hierdurch wird der Zustand für die Messung einer Temperatur von 30°C oder darüber wieder hergestellt.

Die Schaltung gemäß Fig. 5 ist in C-MOS-Technik ausgeführt. Sobald Strom zugeführt wird, werden das Zähler-Setzsignal 211 sowie die Flip-Flop-Rücksetzsignale 221 und 226 erzeugt, so daß der Zähler und die Flip-Flops rückgesetzt werden. Der Mikrorechner 231 nimmt andererseits ein Rücksetzsignal 232 für die Initialisierung ab, woraufhin der Mikrorechner in den Bereitschafts- bzw. Wartezustand versetzt wird, um den Stromverbrauch einzuschränken.

Zum besseren Verständnis der durch die Erfindung gewährleisteten Vorgänge und Wirkungen ist die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 5 anhand des Zeitdiagramms nach Fig. 6 näher erläutert.

Das Umwandlungsbefehlssignal 204, nämlich ein Impuls mit einer der Umsetz- bzw. Umwandlungszeit äquivalenten Dauer (z. B. 50 ms), wird der Wandlerschaltung 202 durch die Steuerschaltung 227 in Abständen von 4 Sekunden zugeführt. Bei Eingang des Umwandlungsbefehls erzeugt die Wandlerschaltung 202 das Datenimpuls-Ausgangssignal 203. Der Leseimpuls 222 wird am Ende jedes 50 ms-Impulses des Umwandlungsbefehlssignals 204 erzeugt. Es sei nunmehr angenommen, daß der Zähler 207 mit dem Zählen der Impulse 203 begonnen hat, sobald diese durch die Wandlerschaltung nach Maßgabe des Befehlssignals 204 erzeugt werden. Wenn der Zählstand nicht höher ist als 100 (und damit anzeigt, daß die Temperatur den Schwellenwert von 30°C nicht erreicht hat), erscheint das dekodierte Ausgangssignal 213 nicht. Infolgedessen ist die Schaltungsanordnung vom durch 2 dividierenden Frequenzteiler 216 an unwirksam. Wenn der zweite Impuls im Befehlssignal 204 auftritt, beginnt der Zähler 207 wieder zu zählen, wobei er in diesem Fall auf eine Zahl größer als 100 zählt, an diesem Punkt erscheint eine logische "1" an der Ausgangsklemme T 1 des Dekodierers 212, wodurch das Ausgangssignal 217 des Frequenzteilers 216 ebenfalls auf den logischen Pegel "1" gebracht wird. Der Leseimpuls 222 wird in Abhängigkeit vom Umwandlungs-Endsignal 205 von der Wandlerschaltung 202 erzeugt und veranlaßt das Daten-Typ-Flip-Flop 219, das Frequenzteiler-Ausgangssignal 217 zu speichern, wobei das -Ausgangssignal des Flip-Flops, nämlich das Signal 220, auf den logischen Pegel "0" übergeht. Der Zähler 207 wird daher von der Hochzähl- auf die Herabzählbetriebsart umgeschaltet, wobei er aufgrund der nächsten Reihe von Datenimpulsen 203, die von der Wandlerschaltung 202 nach Maßgabe des nächsten Umwandlungsbefehlssignals 204 geliefert werden, abwärts zählt. Im Verlaufe des Abwärtszählvorgangs passiert der Zählstand die 100-Marke, wobei an diesem Punkt ein logischer Pegel "1" an der Ausgangsklemme T 1 des Dekodierers 212 erscheint. Dieses Signal des logischen Pegels "1" wird aufgrund des Leseimpulses 222 im Flip-Flop 219 gespeichert und bringt das Aufwärts/Abwärts-Steuersignal 220 auf den logischen Pegel "1". Wenn das Zähler-Rücksetzsignal 211 (logischer Pegel "1") erscheint, liefert das UND-Glied 219 einen Impuls, weil das Signal 220 nunmehr hoch ist bzw. einen hohen Pegel besitzt, so daß ein Rücksetzimpuls an die Rücksetzklemmen R des Zählers 207 und des Frequenzteilers 216 angelegt wird. Der Zähler 207 hat dabei jedoch keine Temperaturänderung registriert. Wenn daher die Differenz zwischen der vorhergehenden und der letzten Temperaturmessung gleich Null ist, ändert das Rücksetzsignal den Zustand des Zählers 207 nicht, da sein Inhalt stets Null beträgt, weil Aufwärts- und Abwärtszählung einander aufgehoben haben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß der Zähler 207 auf den Zählstand "0" freigemacht wird, wenn er eine negative Zahl von weniger als -3 (nämlich -2 oder -1) gezählt hat. Der Frequenzteiler 216 befindet sich dabei im Rücksetzzustand.

Der Zähler 207 beginnt nunmehr die nach Maßgabe des nächsten Umwandlungsbefehlssignals 204 erzeugten Impulses 203 in Aufwärtsrichtung zu zählen. Wenn dann der Zählstand die Größe 100 übersteigt, wird das an der Ausgangsklemme T 1 des Dekodierers 212 liegende Signal des logischen Pegels "1" mittels des Leseimpulses 222 im Flip-Flop 219 gespeichert, wodurch das Aufwärts/Abwärts-Steuersignal 220 auf den logischen Pegel "0" geführt wird. Wenn das nächste Umwandlungsbefehlssignal 204 eintrifft, zählt der Zähler 207 aufgrund der Datenimpulse 203 abwärts, und wenn die 100-Marke passiert wird, geht die Klemme T 1 des Dekodierers auf den logischen Pegel "1" über. Hierdurch wird das Frequenzteiler-Ausgangssignal 217 auf den logischen Pegel "1" geführt. In diesem Fall sei jedoch angenommen, daß durch den Thermistor eine nennenswerte Temperaturänderung gemessen worden ist, so daß der herabzählende Zähler 207 auf -3 herabzählt, bevor der nächste Leseimpuls 222 geliefert wird. Infolge der Setzzustände liefert daraufhin der Dekodierer 212 an seiner Ausgangsklemme T 2 ein Signal des logischen Pegels "1", nämlich das Signal 223, das an die Takteingangsklemme CLK des Daten-Flip-Flops 224 angelegt wird und letzteres veranlaßt, seinen Dateneingang bzw. die Eingangsdaten zu speichern, während sein Ausgang Q auf den logischen Pegel "1" übergeht. Dieses Ausgangssignal, nämlich das Meßbeginn-Auftastsignal 225, wird an den Mikrorechner 231 angelegt und stellt ein Wiederanlaufsignal dar, durch welches der Mikrorechner von einer vorbestimmten Adresse aus in Gang gesetzt wird, um den korrigierten Datenausgang 244 einzulesen. Letzterer gibt die durch die Addierstufe 240 berechnete Größe an, nämlich die Summe aus dem Datenausgang bzw. den Ausgangsdaten 208 des Zählers 207 und den aus dem Korrektur-Festwertspeicher 242 ausgelesenen Korrekturdaten 243.

Der Aufbau der Steuerschaltung 227 ist in Fig. 7 dargestellt. Eine Einschalt-Rücksetzschaltung 300 liefert das Rücksetzsignal 232, wenn das beschriebene elektronische klinische Thermometer von einer Stromversorgung her mit Strom gespeist wird. Das auch dem Mikrorechner zugeführte Signal 232 bewirkt das Rücksetzen der Logik innerhalb der Steuerschaltung 227. Ein Zeitgeber/Schwingkreis 302 überträgt zur Wandlerschaltung 202 den Bezugstakt 206, der auch als Steuertakt für die Logik in der Steuerschaltung 227 benutzt wird. Der Takt 206 wird beispielsweise von einer aus mehreren Flip-Flops bestehenden Synchronisierschaltung 304 dazu benutzt, die mit dem Takt 206 an der Vorderflanke ihres Eingangssignals synchronisierten Impulse 211 zu erzeugen, und er wird auch von einem Zählerkreis 306 als Zeitgeber-Zähltakt zur Lieferung des Dekodierer-Steuersignals 229 benutzt. Der Schwingkreis 302 erzeugt auch einen Takt 308, der, auf eine Periode von 4 Sekunden eingestellt, als Vormessung-Zeitsteuertakt für die beschriebene Vorausmeßoperation geringer Genauigkeit benutzt wird. Die Periode der Takte 206 und 308 kann durch den Mikrorechner 231 beliebig bzw. frei eingestellt werden. Ein Vorausmeß-Flip-Flop 310 wird durch die Vorderflanke des Takts 308 getriggert und liefert das Meßbeginnsignal 204 über ein ODER-Glied 312. Das andere Eingangssignal des ODER-Glieds 312 ist das Meßbeginn-Auftaktsignal 225, das auf ähnliche Weise das Signal 204 auf den logischen Pegel "1" übergehen läßt. Ein ODER-Glied 314 ist vorgesehen, damit das Rücksetzsignal 211 für die Zähler 207 und 306 in Synchronismus mit dem Befehlssignal 204 oder dem Rücksetzsignal 226 gebildet bzw. erzeugt werden kann. Das Umwandlungs-Endsignal 205 aktiviert die Synchronisierschaltung 304, die daraufhin anspricht, indem sie den Leseimpuls 222 liefert und über ein ODER-Glied 316 die betreffenden Flip-Flops 310 und 322 rücksetzt. Rücksetzsignale 221 und 226 werden durch ein ODER-Glied 320 nach Maßgabe des Einschalt-Rücksetzsignals 232 oder des Messung-Endsignals 228 vom Mikrorechner 231 erzeugt.

Nachstehend ist anhand der Fig. 8a und 8b die durch den Mikrorechner 231 ausgeführte Steuerung beschrieben.

Zunächst wird gemäß Fig. 8a bei Stromzufuhr bzw. beim Einschalten das Meßbeginnsignal 230 auf den niedrigen Pegel gesetzt. Sodann wird das Messung-Endsignal 228 auf den niedrigen Pegel gesetzt, und die Register werden freigemacht, so daß ein Haltezustand in Erwartung einer Unterbrechung eingeführt wird.

Gemäß Fig. 8b ist der Mikrorechner 231 durch das in Abständen von 1 Sekunde erzeugte Unterbrechungs-Startsignal 234 in Gang gesetzt worden, so daß er das Messung-Anlaufsignal 230 liefert. Von da an wird der Zeitgeber gesetzt, und der Mikrorechner wartet den Abschluß einer A/D-Umwandlung, d. h. die Umwandlung der Temperaturinformation in Digitaldaten ab. Wenn die durch den Zeitgeber vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist, wird der korrigierte Datenausgang 244 auf der Datensammelschiene eingelesen, worauf mittels an sich bekannter Einrichtungen Berechnungen und Verarbeitungen auf der Grundlage der Daten durchgeführt werden, die vorherbestimmte Temperatur angezeigt wird usw. Am Ende der Körpertemperaturmessung werden das Messung-Endsignal 228 erzeugt und die Zentraleinheit (CPU) angehalten bzw. abgeschaltet. Die Zentraleinheit geht in den Haltezustand sowohl nach der Ausführung der vorgeschriebenen Berechnungen als auch in den Fällen, in denen die Temperaturmessung nicht abgeschlossen worden ist, über.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung bietet die im folgenden erläuterten Wirkungen und Vorteile.

Zum einen ist es möglich, die erforderliche Genauigkeit der Meßwerte mit einer Speichereinheit zu erreichen, die nur eine kleine Menge von Korrekturdaten zu speichern braucht. Hierdurch wird eine Verkleinerung der benötigten Speicherkapazität realisiert.

Zum anderen ist die vom Mikroprozessor bzw. Mikrorechner ausgeführte Verarbeitung nicht für die Lieferung der korrigierten Größen erforderlich, da diese am Ausgang der Addierstufe geliefert werden. Demzufolge können äußerst genaue Messungen in kurzer Zeitspanne gewährleistet werden, so daß der Strombedarf im Betrieb herabgesetzt wird.

Es wird eine bestimmte Temperatur als Schwellenwert vorgegeben, und der Beginn der tatsächlichen oder eigentlichen Körpertemperaturmessung wird auf der Grundlage der Erfassung eines Temperaturgradienten, von der bestimmten Temperatur aus gemessen, über eine vorbestimmte Zeitspanne hinweg gesteuert. Das elektronische Thermometer bietet demzufolge einen hohen Zuverlässigkeitsgrad.

Da die Korrekturdaten zu Beginn der Messung nach Maßgabe der Erfassung eines Messung-Anlaufsignals aus dem Festwertspeicher kleiner Kapazität ausgelesen werden, bietet das elektronische Thermometer neben der erforderlichen Meßgenauigkeit auch den Vorteil, daß es wenig elektrischen Strom verbraucht, weil der Strom praktisch erst nach dem Beginn der Messung verbraucht wird. Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform können außerdem Temperaturdaten bei einer Vorausmessung zur Erfassung des Meßbeginns sowie Temperaturdaten zum Zeitpunkt der tatsächlichen Messung von einer gemeinsamen Temperaturmeßeinheit erhalten werden. Dieses Merkmal ermöglicht eine Verringerung der Zahl der Bauteile und trägt zur Ausbildung eines kleineren Thermometers bei.

Die Korrekturdaten-Speichereinheit, die eine verkleinerte Kapazität besitzt, kann im Speicher des Mikrorechners angeordnet sein, welcher die Temperaturmeßverarbeitung ausführt. Der Mikrorechner kann dabei so ausgelegt sein, daß er die vom Thermistor erfaßten Temperaturdaten und die durch die Adresse, die durch die höheren Bits der Temperaturdaten gebildet ist, bezeichneten Korrekturdaten addiert.

Claims (3)

1. Elektronisches klinisches Thermometer, mit:

• - einem Thermistor (100) zur Lieferung eines Ausgangssignals, das einer durch den Thermistor (100) gemessenen Temperatur entspricht,
• - einer mit dem Thermistor (100) verbundenen Korrekturdaten-Speichereinheit (109) zur Speicherung mehrerer Korrekturdatensätze, wobei die Korrekturdaten zur Korrektur des Ausgangssignales dienen, um eine Temperaturmessung gewünschter Genauigkeit durch den Thermistor (100) zu ermöglichen, die Korrekturdaten-Speichereinheit (109) durch das Ausgangssignal des Thermistors (100) als Eingangssignal adressierbar ist und der Thermistor (100) das Ausgangssignal als ein Digitalsignal mit einer höheren Auflösung als einer vorbestimmten Temperaturauflösung zu liefern vermag, und
• - einer Linearitäts-Korrektureinheit (111, 113),

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Thermistor (100) über einem RC-Schwingkreis (101) zur Lieferung eines Ausgangssignals, dessen Schwingfrequenz eine Funktion des Thermistorwiderstands ist, und einen Zähler (106) zum Umwandeln der Schwingfrequenz des vom RC-Schwingkreis (101) gelieferten Ausgangssignales in eine eine Anzahl von Impulsen pro Zeiteinheit angebende digitale Größe an die Linearitäts-Korrektureinheit (111, 113) angeschlossen ist,
• - Bits höherer Ordnung des Digitalsignales, die einer Auflösung entsprechend der vorbestimmten Temperaturauflösung zugeordnet sind, als die Eingangsadresse für die Korrekturdaten-Speichereinheit (109) dienen, um aus der Korrekturdaten-Speichereinheit (109) der Eingangsadresse entsprechende Korrekturdaten auszulesen, und
• - die Linearitäts-Korrektureinheit (111, 113) das Ausgangssignal des Zählers (106) und die aus der Korrekturdaten-Speichereinheit (109) ausgelesenen Korrekturdaten mischt, um ein gemischtes Ausgangssignal zu liefern, das an ein lineares Ausgangssignal in einem vorbestimmten Temperaturbereich angenähert ist.

2. Elektronisches klinisches Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearitäts-Korrektureinheit (111, 113) eine Addiereinheit (111) zum Addieren des Ausgangssignales der Temperatur-Meßeinheit (100, 101, 105) zu den aus der Korrekturdaten-Speichereinheit (109) ausgelesenen Korrekturdaten aufweist.