DE3738901A1 - Vorrichtung zur erfassung der zustandsaenderung einer fluessigkeit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Zustandsänderung einer Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS 27 41 060 bekannt.

Dabei wird durch zwei sich gegenüberliegende Elektro­ magneten ein umlaufendes elektromagnetisches Feld ge­ bildet, durch das der Stab in Schwingung versetzt wird, deren Intensität durch entsprechende Manipulation der Elektromagnete steuerbar ist.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß die orbitale Bewegung des Stabes in vielfacher Hinsicht unbefriedigend verläuft, da es weder möglich ist, aufgrund der Anordnung der Elektromagnete eine absolut gleichförmige Orbitalbe­ wegung des Stabes zu erzeugen, so daß die gewonnenen Meß­ ergebnisse hinsichtlich ihrer Genauigkeit in nicht uner­ heblichem Umfang Wünsche offenlassen, noch bestimmte Mes­ sungen grundsätzlicher Art in wirtschaftlich vertretbarem Rahmen durchzuführen.

Dazu gehört beispielsweise die Messung der sich verändernden Elastizität gerinnenden Blutes, die mit der bekannten Vor­ richtung, wenn überhaupt, nur mit immensem Aufwand bei der Einstellung der Orbitalbewegung möglich ist. Durch die in ihrer reologischen Schubkraft relativ ungleichförmige Orbital­ bewegung des Stabes wird das sich bei der Gerinnung des Blutes herausbildende Fibrinfasergerüst unkontrollierbar diffamiert, so daß eine sich darauf stützende Elastizitätsmessung prak­ tisch keine systematisch vergleichbaren Meßergebnisse liefert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so zu gestalten, daß ihr Anwendungsbereich erweitert und die Meßgenauigkeit erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale ge­ löst.

Wie sich gezeigt hat, wird durch diese Maßnahmen eine absolut gleichförmige Orbitalbewegung des Stabes erreicht, die gleichzusetzen ist mit einer exakt runden Bewegung des Kolbens bzw. des Probengefäßes.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Vorrichtungen, die aufgrund des geschilderten Sachverhaltes nur ungenaue Meßergebnisse lieferten, wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen das Fibrinfasergerüst des gerinnenden Blutes nicht mehr völlig inkonstanten Bildungseffekten ausgesetzt, so daß sowohl eine unverfälschte, exakte Messung des Ge­ rinnungsverhaltens des Blutes, als auch die Messung der strukturbedingten Elastizitätsentwicklung möglich ist. Dies außerdem noch in einer kostenmäßig interessanten Weise.

Eine besonders günstige Kosten/Wirkungs-Relation ist dann gegeben, wenn drei Elektromagnete, die dann in einem Winkel von jeweils 120° zueinander angeordnet sind, im Sinne der Erfindung eingesetzt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Messeinrichtung zur Messung der Orbitalbewegung so zu gestalten, daß ein gegenüber dem Stab fest positionierter sogenannter Hallsensor vorgesehen ist, dem nachgeschaltet ein Permanentmagnet zugeordnet ist und daß im Wirkbereich dieses Permanentmagneten der Stab mit einem Weicheisenring versehen ist, so daß der Hallsensor, der bevorzugt einen integrierten Verstärker aufweist, zwischen dem Permanent­ magneten und dem Weicheisenring angeordnet ist.

Das zustandekommende magnetische Feld durchfließt den Hall­ sensor und kann sowohl als absolute wie auch als relative Größe elektrisch gemessen werden.

Bei einer Änderung der Orbitalbewegung des Stabes erhält man am Ausgang des Hallsensors eine sich proportional zur Schwingamplitude des Stabes einstellende Signalamplitude, die einem Meßgleichrichter zugeführt wird, bevor sie dann in einem angeschlossenen Rechner weiterverarbeitet wird.

Gegenüber den bekannten Meßeinrichtungen, die beispielsweise im Sinne einer kapazitiven Abtastung funktionieren, zeichnet sich die erfindungsgemäße Meßeinrichtung, die praktisch eine induktive Abtastung darstellt, durch eine geringere Störanfälligkeit aus.

Darüber hinaus ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Meßeinrichtung ein weiterer Vorteil zu verzeichnen. Die induktive Abtastung erlaubt einen gewissen Gegen- oder Mit­ kopplungseffekt des durch die zu messende Elastizität reso­ nierenden Stabes, wobei dazu lediglich ein Teil der ge­ wonnenen Signalspannung des Hallsensors gleichgerichtet und zu der die Elektromagneten erregenden Spannung addiert oder subtrahiert wird. Auf diese Art und Weise läßt sich der Stab im Resonanzbereich auf jede be­ liebige Bandbreite einstellen, was die Möglichkeit er­ öffnet, eine Mehrzahl von Vorrichtungen an einen gemein­ samen Rechner anzuschließen, da die fertigungstechnisch bedingten Toleranzen jedes Stabes ausgeglichen werden können, so daß jeder Stab mit gleicher Frequenz schwingt.

Ferner ermöglicht der beschriebene Gegen- oder Mitkopp­ lungseffekt eine Bandbreitenvergrößerung des schwingenden Stabes, mit der die ablesbare Meßgenauigkeit erheblich verbessert wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 eine Einzelheit der Erfindung in schematischer Dar­ stellung gesehen in Richtung der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Einzelheit gemäß der Linie IlI-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Einzelheit der Vorrichtung,

Fig. 5 ein Meßkurvendiagramm wie es sich unter Einsatz der Erfindung ergeben kann.

Ein in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Erfassung der Zustandsänderung einer Flüssigkeit insbesondere der Ge­ rinnung von Blut, besteht in ihrem Grundaufbau aus einem auf einer nichtdargestellten Arbeitsfläche abstellbaren Lagerteil 2, einem daran schwenkbar festgelegten Aufnahme­ kopf 1, in dem ein später ausführlich beschriebener Stab 3 angeordnet ist, der einen aus dem Aufnahmekopf 1 in Richtung des Lagerteiles 2 ragenden Kolben 4 aufweist, so­ wie einem Küvettentisch 10, der innerhalb des Lagerteiles 2 in vertikaler Richtung bewegbar angeordnet ist und an dem eine ebenfalls noch näher zu beschreibende Auswurfein­ richtung 7 festgelegt ist.

In dem Küvettentisch 10 ist ein Probengefäß 6 untergebracht, das der Aufnahme der Flüssigkeit dient, in die dann der Kolben 4 eintauchbar ist.

Auf seiner dem Lagerteil 2 zugewandten Seite ist der Aufnahme­ kopf 1 mit einem Deckel 9 verschlossen.

Ein Stoßdämpfer 8, der an dem Lagerteil 2 angeordnet ist und an dem sich in eingeschwenkter Lage der Aufnahmekopf 1 abstützt, dient zur Dämpfung von möglicherweise auftretenden Erschütterungen, so daß Meßergebnisstörungen weitgehend aus­ geschlossen werden.

Beim Einschwenken des Aufnahmekopfes 1 in das Lagerteil 2 wird durch einen in dem Aufnahmekopf 1 festgelegten Kon­ taktstift 11 ein an dem Lagerteil 2 angeordneter Schalter 5 betätigt, mit dem der Meßvorgang eingeleitet wird.

Die Fig. 2 zeigt sehr deutlich die Ausbildung und Anord­ nung des Stabes 3, der an seinem dem Kolben 4 abgewandten Ende in einer Spannzange 17 festgelegt ist, die aus einer Hülse 19 und dreien darin angeordneten Spannbacken 18 be­ steht, die mittels einer an der dem Stab gegenüberliegenden Stirnfläche der Hülse 19 angeordneten Mutter 20 im Zusammen­ wirken mit einem Konus 35 zentrisch einspannbar ist. Die Spannzange 17 ist in der Höhe verstellbar, wobei sie in der jeweiligen Stellung durch einen Klemmring 21 ge­ halten wird, so daß der Stab 3 und mit ihm der Kolben 4 je nach Erfordernis in seiner vertikalen Position ver­ änderbar ist.

Durch die Anordnung von drei Spannbacken 18 innerhalb der Hülse 19 wird erreicht, daß die bei der Orbitalbewegung des Stabes 3 auftretenden Kräfte in jedem Winkel des Kreisbogens gleich sind. Dadurch wird zusätzlich die exakte Einhaltung der Kreisbahn der Orbitalbewegung des Stabes 3 unterstützt.

Im Bereich des freien Endes des Stabes 3 ist die Vorrichtung mit drei in gleicher Ebene angeordneten Elektromagneten 12 versehen, die zueinander im gleichen Winkel, also im vor­ liegenden Fall im Winkel von 120° stehen und gegenüber dem eine Orbitalbewegung ausführenden Stab 3 ortsfest ange­ ordnet sind.

Im Wirkbereich der Elektromagneten 12, deren Lage zueinander besonders deutlich aus der Fig. 3 ersichtlich ist, ist in dem Stab 3 ein Permanentmagnet 13 angeordnet, mit dem die Elektromagneten 12 in Wechselwirkung stehen.

Die Elektromagneten 12 sind in stetiger gleichgerichteter Folge nacheinander ein- und ausschaltbar, wobei sie so ge­ schaltet sind, daß kurzzeitig zwei benachbarte gleichzeitig magnetisch sind, so daß sich für diese kurze Zeitspanne die Kraftwirkungen zwei Elektromagneten 12 überlagern.

Eine besondere Vereinfachung hinsichtlich eines Wechsels des Kolbens 4 bietet eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die ebenfalls aus der Fig. 2 ersichtlich ist.

Dabei ist der Kolben 4 an einem Aufnahmeflansch 23 fest­ gelegt, in den eine Kugel 22 etwa zur Hälfte eingelassen ist.

Der Stab 3 weist an seiner freien Stirnseite eine zylin­ drische Offnung 24 auf, die den Permanentmagneten 13 be­ herbergt. Gleichzeitig ist aber zur Öffnungsseite hin soviel Platz, daß die Öffnung 24 die freie Kugelkalotte aufnehmen kann, wobei über die Magnetwirkung des Perma­ nentmagneten 13 die Kugel 22 und mit ihr der Aufnahme­ flansch 23 festgehalten wird. Die zugeordnete Stirn­ fläche des Aufnahmeflansches 23 stützt sich an der Stirn­ fläche des Stabes 3 ab.

In idealer Weise wird dadurch der Kolben 4 zwangsweise in eine vorbestimmte Position gebracht und arretiert. Gegenüber den bekannten Befestigungsmöglichkeiten des Kolbens 4 bietet dieses Vorrichtungsmerkmal eine erhebliche Arbeits­ erleichterung.

Zur Messung der Orbitalbewegung ist etwa im Mittenbereich des Stabes 3 eine Meßeinrichtung vorgesehen, die aus einem auf den Stab angeordneten Weicheisenring 16 einem demgegen­ über ortsfest angeordneten Permanentmagneten 15 und einem ebenfalls ortsfest festgelegten und zwischen dem Weich­ eisenring 16 und dem Permanentmagneten 15 angeordneten Hallsensor 14 besteht.

Die Funktionsweise dieser Meßeinrichtung wurde zuvor schon beschrieben.

Die in der Beschreibung zur Fig. 1 bereits erwähnte Aus­ wurfeinrichtung 7 ist detaillierter in der Fig. 4 darge­ stellt. Mit dieser Auswurfeinrichtung 7 besteht die Mög­ lichkeit, nach erfolgter Messung der in dem Probengefäß 6 befindlichen Flüssigkeit diese zusammen mit dem Kolben 4 so zu entfernen, daß eine mögliche infizierende Berührung mit dem Kolben 4 ausgeschlossen ist.

Nach Beendigung des Meßvorgangs der Flüssigkeit wird der Aufnahmekopf 1 der Vorrichtung aus seiner Arbeitsstellung herausgeschwenkt,wobei gleich zu Beginn dieses Ausschwenk­ vorganges durch einen automatisch betätigten Microschalter ein in einem Hohlraum 32 des Lagerteiles 2 einliegender Elektromagnet 26 geschaltet wird.

An einem sich je nach Schaltung hin- oder herbewegenden Stößel 23 des Elektromagneten 26 ist eine Wippe 27 ange­ lenkt, deren Drehachse 34 mit dem Lagerteil 2 verbunden ist und deren anderes Ende schwenkbar an einem Schieber 28 der Auswurfeinrichtung befestigt ist.

Dadurch wird gegenläufig zur Bewegungsrichtung des Stößels 33 der Schieber 28 betätigt.

Durch einen Führungsbolzen 29, der in dem Lagerteil 2 fest­ gelegt ist und in einem Langloch 30 des Schiebers 28 ge­ führt ist, wird die Auswurfeinrichtung längsverschiebbar arretiert.

Wie erwähnt, wird durch das Ausschwenken des Aufnahmekopfes 1 der Elektromagnet 26 betätigt, wobei der Stößel 33 ange­ zogen wird. Durch die Wippe 27 wird der Schieber 28 in Richtung des Probengefäßes 6 bzw. des Kolbens 4 gedrückt, wobei sich ein gabelförmiger Niederhalter 31 des Schiebers 28 über den Aufnahmeflansch 23 schiebt und diesen mitsamt dem Kolben 4 in der Ausgangsposition hält.

Durch weiteres Ausschwenken des Aufnahmekopfes 1 wird gegen die Wirkung der Magnetkraft des Permanentmagneten 13 des Stabes 3 die Kugel 22 aus ihrer Verankerung gelöst, so daß die Öffnung 24 nun frei ist, um einen neuen Kolben zu plazieren. Das Probengefäß 6 zusammen mit dem ein­ liegenden Kolben 4 kann nun entnommen und entsorgt werden, ohne daß eine Bedienungsperson mit der möglicherweise in­ fektiösen Flüssigkeit in Berührung kommt.

Zusammen mit einer Startschaltung für die durchzuführende Messung wird der Elektromagnet 26 ausgeschaltet, so daß der Stößel 33 durch Federkraft aus seiner Position ge­ drückt und über die Wippe 27 der Schieber 28 derart ver­ schoben wird, daß der neu in den Stab 3 eingesetzte Kolben 4 ungehindert in das Probengefäß 6 eintauchen kann.

Eine Verbesserung der Meßkurvendarstellung durch den Ein­ satz der neugestalteten Meßeinrichtung ist in der Fig. 5 dargestellt.

Die Ordinate A gibt dabei den Amplitudenausschlag wieder, während an der Abzisse f die Frequenz abzulesen ist, mit der der Stab 3 schwingt, wobei bei f ₀ die Bandbreitenmitte mit dem höchsten Amplitudenausschlag zu sehen ist. Die als Vollinie gezeichnete Kurve a bildet sich dann aus, wenn durch den Hallsensor 11 ein starker Gegenkopplungseffekt erzielt wird.

Dabei ist der Meßwert genauer an den Koordinaten ablesbar als bei der gestrichelt dargestellten Kurve b. Diese Kurve stellt sich dann ein,wenn durch den Hallsensor 14 ein Mitkopplungseffekt erzeugt wird.
Bezugszeichenliste:
 1 Aufnahmekopf
 2 Lagerteil
 3 Stab
 4 Kolben
 5 Schalter
 6 Probengefäß
 7 Auswurfeinrichtung
 8 Stoßdämpfer
 9 Deckel
10 Küvettentisch
11 Kontaktstift
12 Elektromagnet
13 Permanentmagnet
14 Hallsensor
15 Permanentmagnet
16 Weicheisenring
17 Spannzange
18 Spannbacke
19 Hülse
20 Mutter
21 Klemmring
22 Kugel
23 Aufnahmeflansch
24 Öffnung
25 Gefäßaufnahme
26 Elektromagnet
27 Wippe
28 Schieber
29 Führungsbolzen
30 Langloch
31 Niederhalter
32 Hohlraum
33 Stößel
34 Drehachse
35 Konus

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Erfassung der Zustandsänderung einer Flüssigkeit, insbesondere der Gerinnung von Blut, mit einem die Flüssigkeit aufnehmenden Probengefäß und einem in die Flüssigkeit eintauchenden Kolben, wobei das Proben­ gefäß oder der Kolben am freien Ende eines einseitig ein­ gespannten, vertikal verlaufenden Stabes angeordnet ist, der mittels im Abstand zu ihm festgelegter Elektromagnete in Schwingung versetzt wird, so daß das angeschlossene Probengefäß bzw. der Kolben eine Orbitalbewegung voll­ führen, die durch eine Meßeinrichtung meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens drei, in gleichem Winkel zueinander stehende Elektromagnete (12) vorgesehen sind, die in stetiger, gleichgerichteter Folge nacheinander ein- und ausschalt­ bar sind und jeweils in Wechselwirkung zu einem in dem Stab (3) angeordneten Permanentmagneten (13) stehen, wo­ bei die Elektromagnete (12) so geschaltet sind, daß kurz­ zeitig zwei benachbarte gleichzeitig magnetisch sind und die sich durch die Zustandsänderung der Flüssigkeit ver­ ändernde Orbitalbewegung des Stabes (3) durch die mit einem Rechner gekoppelte Meßeinrichtung gemessen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung aus einem zum Stab (3) ortsfest ange­ ordneten Permanentmagneten (15), einem im Wirkungsbereich des Permanentmagneten (15) an dem Stab (3) festgelegten Weicheisenring (16) und einem zwischen dem Weicheisenring (16) und dem Permanentmagneten (15) ebenfalls ortsfest zum Stab (3) angeordneten und mit einem Verstärker ver­ sehenen Hallsensor (14) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) an einem Aufnahmeflansch (23) festgelegt ist, in dessen dem Kolben (4) abgewandter Seite eine Kugel (22) etwa zu ihrer Hälfte eingefügt ist, die in eine in der freien Stirnseite des Stabes (3) vorgesehene Öffnung (24) hineinragt, an deren Grund der Permanentmagnet (13) ange­ ordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (3) mit seiner dem Kolben (4) abgewandten Seite in eine Spannzange (17) eingespannt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange (17) drei, unter gleichem Winkel zueinander­ stehende Spannbacken (18) aufweist, die in einer Hülse (19) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange (17) in Längsrichtung des Stabes (3) verschiebbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Stab (3) und die Meßeinrichtung in einem Aufnahmekopf (1) angeordnet sind und bei der der Aufnahmekopf (1) schwenkbar an einem Lager­ teil (2) festgelegt ist, in dem das Probengefäß einliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerteil (2) mit einem Schieber (28) versehen ist, der auf seiner dem Proben­ gefäß (6) zugewandten Seite einen gabelförmigen Nieder­ halter (31) aufweist, der sich zu Beginn eines Ausschwenk­ vorganges des Aufnahmekopfes (1) teilweise über den Auf­ nahmeflansch (23) erstreckt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schieber (28) mit einer Endseite eine Wippe (27) angelenkt ist, die mit ihrer Drehachse (34) am Lagerteil (2) festgelegt ist und mit ihrem anderen Ende drehbar an einem Stößel (33) eines Elektromagneten (26) befestigt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lagerteil (2) ein Führungsbolzen (29) festge­ legt ist, der ein Langloch (30) des Schiebers (28) durch­ tritt und diesen in Längsrichtung verschiebbar arretiert.