2.5 Блок выделения времени выдоха

Блок выделения времени выдоха служит для задания пороговой частоты f_min пропускания счетных импульсов, формируемых при выдохе, и их блокировки по окончании выдоха с целью исключения их результатов измерения счетных импульсов, сформированных на выходе светочувствительного элемента датчика частоты в результате инерционного вращения турбины преобразователя. Для того чтобы не отфильтровать счетные импульсы, возникающие до окончания выдоха, необходимо устанавливать пороговую частоту f_min максимальной, но не превышающей частоты, соответствующей расходу Q_min, когда форсированный выдох считается законченным. Этому, согласно литературным данным, соответствует объемная скорость форсированного выдоха Q_min =50 мл/с. Таким образом, при измерении объема форсированного выдоха с помощью прибора с турбинным расходомером необходимо вести подсчет количества оборотов турбины до тех пор, пока частота ее вращения не уменьшится до величины

(2.5.1)

где К- коэффициент преобразования объема, прошедшего через турбинный расходомер, в количество оборотов турбины в имп/мл.

При измерении объемов дыхания ослабленных больных, детей, очевидно, должна быть выбрана другая, более низкая величина Q_min.

Реализация этих функций обеспечивается выполнением блока выделения времени выдоха в виде последовательно соединенных узла фильтрации и узла блокировки (рисунок 2.5.1) .

Рисунок 2.5.1 Блок выделения времени выхода.

Узел фильтрации служит для задания частотного окна на прохождение через схему "И" информационных импульсов с частотой выше минимальной пороговой частоты следования импульсов f_min, значение которой выбирается как показано выше. Он содержит счетчик импульсов DD16 типа К555ИЕ19 с изменяемым коэффициентом деления за счет подключения к его выходам логических элементовDD5.3÷DD5.4, реализующих функцию «И-НЕ», построенных на микросхеме К555ЛА3.Счетчик импульсов DD16 выдает управляющий сигнал на выделения первого информационного импульса для установки на уровень логической «1» триггера времязадающего узла блока управления. Логический элемент DD5.2 так же построен на базе микросхемы типа К555ЛА3.Он формирует управляющий импульс сброса триггера узла блокировки при подаче питания на устройство и по окончании выдоха.

Триггер DD15.1 типа К564ТМ2. Микросхемы К564ТМ2 содержит по два D-триггера. Установка триггеров в нулевое и единичное состояние производится подачей уровня логической «1» на входы R и S. По спадам тактовых импульсов отрицательной полярности на входе С происходит установка триггера в состояние, соответствующее уровню на входе D перед спадом. Триггер непосредственно не реагирует на изменение сигналов на входе D, играет роль лишь сигнал на этом входе перед спадом импульса отрицательной полярности на входе С. Максимальная тактовая частота до 5МГц. Время установления выходных данных- более 25нс.[24]

Узел блокировки служит для формирования управляющих сигналов, а именно, сигнала запрета на прохождение через схему "И" импульсов с частотой, ниже пороговой частоты f_min, сигнала снятия напряжения питания с источником света датчика вращения турбины, осуществляемых при поступлении на вход узла блокировки управляющего сигнала с выхода узла фильтрации. Узел блокировки выполнен с использованием триггера DD15 типа К564ТМ2, с ключом готовности, состоящим из логических элементов DD4.4÷DD4.5 типа К555ЛА3, на счетном входе, и транзистора VT1 типа ВС847В. Входом узла блокировки является вход R сброса триггера, который служит для его установки в нуль при подаче питания на устройство и по окончании форсированного выдоха.

Задание частотного окна осуществляется узлом фильтрации блока выделения времени выдоха по поступающему на вход R счетчика DD16 информационному сигналу и опорному сигналу с блока управления, поступающему счетный вход С(f) счетчика DD16. При этом счетчик, работая в режиме непрерывного деления частоты опорного сигнала блока управления, осуществляет сравнение периода следования информационных импульсов с полупериодом импульсов фильтрации.

Как указывалось выше, при поступлении первого информационного импульса на вход R счетчика DD16, он обнуляется и на выходе логического элемента DD5.4 формируется высокий уровень напряжения. Пока период следования информационных импульсов меньше полупериода импульсов фильтрации, формируемых в результате деления опорной частоты счетчиком DD16 на выходе логического элемента DD5.4, каждый текущий информационный импульс, поступающий на вход R счетчика DD16, будет обнулять его до того, как произойдет накопление необходимого числа счетных импульсов для изменения состояния выходов счетчика. Этим обеспечивается удержание счетчика в обнуленном состоянии до конца выдоха и наличие высокого уровня напряжения на выходе логического элемента DD5.4. При этом состояние триггера DD15 узла блокировки не меняется и схема "И"5 продолжает пропускать информационные импульсы на регистратор, а узел блокировки поддерживает во включенном состоянии датчик частоты вращения турбины преобразователя.

После прекращения форсированного выхода в преобразователь расхода воздуха, его турбина некоторое время продолжает вращаться по инерции, причем частота вращения турбины быстро уменьшается и, следовательно, также уменьшается частота информационных импульсов.

Когда период следования информационных импульсов станет больше полупериода импульсов фильтрации на выходе логического элемента DD5.4, состояние выходов счетчика DD16 изменится и на выходе логического элемента установится низкий уровень напряжения. Этот уровень меняется на высокий в момент поступления на вход R счетчика DD16 первого импульса , период следования которого больше полупериода импульсов узла фильтрации . Положительный фронт высокого уровня этого сигнала с выхода логического элемента, поступая на вход С триггера DD15.1, сбрасывает его в нуль, а отрицательный перепад напряжения с прямого выхода этого триггера, проходя через конденсатор С2 на вход логического элемента DD5.2, формирует на выходе узла фильтрации управляющий импульс сброса в нуль триггера DD15 узла блокировки и подтверждает по входу R нулевое состояние триггера DD15.1 узла фильтрации.

Триггер DD15 узла блокировки сбрасывается в нуль и низким уровнем своего сигнала с прямого выхода Q запрещает дальнейшее прохождение импульсов через схему "И"5 на регистратор, а также запирает по базе транзистор VT1, разрывая цепь подачи напряжения питания на источник света датчика частоты вращения турбины преобразователя. Источник света датчика гаснет и электрические импульсы с его светочувствительного элемента прекращаются.

Врезультате, несмотря на продолжающееся инерционное вращение турбины преобразователя, первый же импульс, сформированный датчиком частоты вращения турбины во время ее инерционного выбега, заблокирует не только возможность прохождения импульсов с частотой следования ниже заданного частотного окна через схему "И" на регистратор, но и само формирование электрических импульсов датчиком вращения турбины за счет отключения источника света в нем.

Формирование секундного импульса разрешения счета происходит во времязадающем узле после прихода импульсов со схемы «И» и сигнала с инверсного выхода триггера DD15.1 узла фильтрации, причем длительность фронта на входе времязадающего узла должна быть такой, чтобы обеспечить прохождение через логические элементы времязадающего узла только первого импульса. Исходя из этого условия длительность этого сигнала формируется интегрирующей цепочкой R17 C4 и выбирается с учетом величины максимальной частоты информационных импульсов.

(2.5.2)

где V- скорость движения воздуха при выдохе,мл/с;

V=220мл/с

К- коэффициент преобразования, имп/мл

Найдем коэффициент преобразования из формулы:

(2.5.3)

Где Q- измеряемый расход, л/с;

- частота выходного сигнала турбинного преобразователя, Гц.

(2.5.4)

(2.5.5)

Примем R17=2кОм, тогда

(2.5.6)

(2.5.7)

Интегрирующая цепочка R17C4 затягивает фронт сигнала, проходящего через нее, на время τ_2. Таким образом, через время τ₂ на втором входе логического элемента DD6.1 установится запрещающий сигнал и поэтому на его выход пройдет только один первый информационный импульс, поступающий на его вход со схемы "И" одновременно с его поступлением на вход триггера узла фильтрации. Все последующие информационные импульсы, следующие с периодом

(2.5.8)

на вход логического элемента DD6.1 не пройдут.

R17 C2 , R16C3 и логический элемент DD5.2 формируют импульсы на входе R триггера DD15.1.

(2.5.9)

Примем С2=100нФ

(2.5.10)

Аналогично считаются R16C3.

В схеме блока регистрации принимаем следующие элементы:

DD4.4,DD4.5,DD5.2,DD5.3,DD5.4 – К555ЛА3;

DD15,DD15.1– К564ТМ2;

VT1 – ВС847В;

DD16 – К555ИЕ19;

R8,R9- C2-29B-0.125-2кОм±0,05%

R10- C2-29B-0.125-10кОМ±0, 5%

R11- C2-29B-0.125-0.3кОм±0,5%

R12- C2-29B-0.125-1кОм±0,5%

R15,R16- C2-29B-0.25-1,5кОм±0,5%

R17- C2-29B-0.125-2кОм±0,05%

C2,C3- К71-5-160В-100нФ±5%

С4- К71-5-160В-0,07мкФ±2%