DE4324374C2 - Vorrichtung zum Erfassen von Körperdehnungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Körperdehnungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Medizintechnik werden zur Überwachung der Vitalfunktionen Atmung und Herztätigkeit sowie zur plethysmografischen Messung von Muskelkontraktionen und Stauungsvorgängen bei Patienten Sensoren benutzt, die am Patientenkörper befestigt werden. Es kommen aber auch Sensoren zum Einsatz, die in der Umgebung des Patientenkörpers angeordnet werden und deshalb auch als berührungslose Sensoren bezeichnet werden.

Berührungslose Atemsensoren sind überwiegend mattenförmig ausgebildet, wobei durch den aufliegenden Patienten hervorgerufene Bewegungen auf die Matte einwirken, wodurch ein Signal erzeugt wird, das mit elektronischen Mitteln ausgewertet wird. Diese Mattensensoren können pneumatisch, piezoelektrisch oder kapazitiv arbeiten und sind in der Regel großflächig wirkende Drucksensoren.

Kapazitive Mattensensoren sind in der Regel als Plattenkondensator ausgeführt und bestehen aus zwei oder mehreren parallel zur Mattenoberfläche angeordneten elektrisch leitfähigen Folien, die durch eine elastische Isolierschicht voneinander getrennt sind, wodurch Körperdehnungen, z. B. infolge der Atmung, den Abstand zwischen den Folien partiell verändern. Die dadurch auftretenden Kapazitätsänderungen des Plattenkondensators werden mit bekannten Mitteln gemessen und ausgewertet.

Durch die EP 0 205 931 B1 ist eine derartige Vorrichtung bekannt geworden, die die Lebensfunktionen eines Menschen, insbesondere eines Säuglings, mittels einer kapazitiv arbeitenden Unterlage als Lebenszustands-Monitor mit einer mit der Unterlage verbundenen Meß- und Anzeigevorrichtung zur Aufbereitung und Verstärkung der von der kapazitiv arbeitenden Unterlage übertragenen Signale aufweist.

Dieser kapazitive Mattensensor weist den Nachteil aller Mattensensoren auf, daß auch Bewegungen aus fremden Quellen erfaßt werden und dadurch verfälschte Endwerte, wie beispielsweise ein nicht vorhandener Atemvorgang, erhalten werden können.

Nachteilig bei diesem Sensorentyp ist des weiteren, daß sie nicht in der Lage sind, Verlauf und Stärke des Atmungsvorgangs abzubilden, sondern lediglich eine wahrscheinliche Aussage über deren Vorhandensein oder Nichtvorhandensein zuzulassen.

Derartige Mattensensoren funktionieren nur, wenn der Patient unmittelbar auf der Matte liegt.

Ungewöhnliche Schlafstellungen sind insbesondere bei Kindern nicht ungewöhnlich und können bei der Funktionsweise derartiger kapazitiver Mattensensoren zu Funktionsstörungen führen, da die Lebensfunktions-Überwachung nur in einem räumlich begrenzten Bereich stattfindet.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der EP 0 205 931 B1 wird auf d ie Möglichkeit verwiesen, den Pulsschlag bei einem Kind durch einen auf die Haut des Kindes aufgebrachten, drahtlos mit der als Empfänger dienenden Matte verbundenen Sensor, zu messen. Eine detaillierte Beschreibung zur Anordnung und Ausbildung dieses Körpersensors ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen und daher nicht bewertbar.

Am Körper befestigte Sensoren, auch Körpersensoren genannt, besitzen gegenüber den berührungslosen Mattensensoren den Vorteil, daß Bewegungen des Kopfes oder der Extremitäten sowie von außen einwirkende Bewegungen sehr viel weniger als Verfälschung in das gemessene Signal eingehen.

Bekannt ist hier vor allem die Methode der Impedanzplethysmografie, wobei Elektroden, ähnlich wie bei einer EKG-Ableitung, auf dem Thorax befestigt werden und der sich Atem- und Herzrythmussynchron verändernde komplexe Widerstand zwischen den Elektroden gemessen wird.

Der Nachteil bei der Anwendung von EKG-Elektroden ist eine große Störanfälligkeit bei der Übergangswiderstands-Änderung zwischen Elektrode und Haut und des weiteren die Tatsache, daß zur Signalübertragung Kabel an den Patienten angeschlossen werden müssen, was insbesondere bei Kleinkindern und Säuglingen zu zusätzlichen Gefährdungen führt.

Des weiteren ist in der US 42 52 129 eine Vorrichtung zur Messung von Körperdehnungen beschrieben, welche als Sensorprinzip eine Frequenzmodulation eines Oszillators, hervorgerufen durch Veränderungen einer Induktivität oder einer Kapazität infolge von Körperdehnungen, nutzt.

Dieser bekannte Sensor erfordert allerdings eine Kraftkopplung zum Körper und ist deshalb nicht als berührungslos arbeitender Sensor zu betrachten.

Außerdem wird das Signal mittels Kabel übertragen, welches gleichfalls zur Stromversorgung des Sensors Verwendung findet.

Ein kapazitives Abstandsmeßverfahren, das ohne Kraftkopplung arbeitet, ist aus der Veröffentlichung "Archiv für technisches Messen (ATM)", Blatt J86-15 (Juni 1968), S. 125ff., bekannt.

Dieses Meßverfahren bedingt aber eine Erdung des Meßobjektes, was bei der medizinischen Anwendung zumindestens eine Kontaktierung der Haut des Patienten erfordert. Die Meßwert-Übertragung erfolgt in üblicher, bekannter Weise.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen von Körperdehnungen der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß diese mit einem Körpersensor arbeitet, zusätzlich aber über die Vorteile eines berührungslosen Sensors verfügt und zudem kostengünstig und anwenderfreundlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß zur Kopplung zwischen der Sensorvorrichtung und der Auswertevorrichtung im elektrischen Streufeld des Kondensators mindestens zwei elektrisch leitfähige Flächen angeordnet sind, die durch mindestens einen Koppelkondensator miteinander elektrisch verbunden sind, daß der mindestens eine Koppelkondensator und die elektrisch leitfähigen Flächen Bestandteil des elektrischen Parallelschwingkreises sind, der auf die Frequenz des Oszillators der Sensorvorrichtung abgestimmt ist und daß das Signal des Schwingkreises induktiv gekoppelt der Auswertevorrichtung zugeführt wird.

Ein weiteres wichtiges Erfindungsmerkmal ist, daß die zwei voneinander isolierten Leiter des Kondensators mit der Oberfläche des zu überwachenden Körpers oder Körperteils eine weitere Kondensatoranordnung bilden.

Der kapazitive Sensor enthält dabei auf einem isolierenden Substrat zwei, vorzugsweise koplanar angeordnete Kondensatorelektroden und den mit eigener Stromversorgung versehenen Oszillator.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der kapazitive Sensor als nichtelastischer Gürtel mit Klettverschluß ausgebildet und weist, auf der dem Körper oder Körperteil zugewandten Seite, einen isolierenden elastischen oder nichtelastischen Stoff als Abstandshalter auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Stromversorgung für den Sensoroszillator aus einer chemischen Spannungsquelle über einen, mit einem Magneten durch eine Schutzumhüllung hindurch zu betätigenden Schaltkontakt.

Zum Empfang des durch den Sensorkondensator verursachten Streufeldes - ein Feld, das an der Messung nicht teilhat, aber existiert und erfindungsgemäß zur Signalübertragung dient - wird vorzugsweise eine als mattenförmige Unterlage ausgebildete Sonde benutzt, die eine Vielzahl von in der Ebene einer Trägerfolie hintereinander angeordneter leitfähiger Flächen enthält, die mittels Koppelkondensatoren untereinander verbunden und mittels einer Induktionsspule zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet sind.

Bei dieser Sonde sind die Koppelkondensatoren vorzugsweise dadurch realisiert, daß sich nebeneinanderliegende leitfähige Flächen isolierend überlappen oder daß zwei nebeneinanderliegende leitfähige Flächen von einer zusätzlichen leitfähigen Fläche überlappt werden.

Eine Auskopplung des von der Sonde empfangenen Signals auf den Wellenwiderstand eines Übertragungskabels erfolgt vorzugsweise induktiv mittels einer, galvanisch von den übrigen Bauteilen der Sonde getrennten, an die Induktionsspule angekoppelten Auskoppelspule.

Die elektronische Schaltung besteht mindestens aus einem Mischer, einem Mischeroszillator, einem Tiefpaß mit Verstärkung und einem Komparator oder Schmitt-Trigger, dem bei weiterer analoger Signalverarbeitung, vorzugsweise ein Frequenz-Spannungswandler, bestehend aus einem Monoflop und einem Tiefpaß sowie ein Differenzierer nachgeschaltet wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die sich insbesondere durch eine kostengünstige Herstellung auszeichnet, werden sowohl Sensoroszillator als auch Mischeroszillator als Quarzoszillatoren ausgeführt, wobei Quarze gleicher Nennfrequenz eingesetzt werden und eine Ziehung der Quarzfrequenz mit bekannten Mitteln bereits die gewünschte Frequenzdifferenz in Höhe der zu erwartenden Sensorfrequenzänderungen ergibt.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld eines in Verbindung mit der Kleidung oder unmittelbar an dem Körper oder Körperteil befestigten Sensorkondensators durch die Körperdehnungen ohne bestehende Kraftkopplung mit dem Körper selbst in seiner Frequenz moduliert wird und das Streufeld des Sensorkondensators mit einer Sonde empfangen und in einer, mit der Sonde durch ein Kabel verbundenen elektronischen Schaltung, in ein Signal umgewandelt wird, das den Dehnungen des Körpers oder Körperteils proportional ist.

Dazu werden zwei voneinander isolierte Leitergebilde als Kondensatorelektroden des Sensorkondensators mit der Kleidung und/oder einem eingebrachten isolierenden und elastischen Stoff als Dielektrikum derart in die Nähe des Körpers oder Körperteils oder an seiner Oberfläche gebracht, damit sich eine dehnungsabhängige Abstandsänderung zwischen der leitfähigen Körperoberfläche und mindestens einer Kondensatorelektrode ergibt, wobei die Körperoberfläche zur berührungsfreien Messung aber nicht kontaktiert sein muß, sondern lediglich dazu verwendet wird, die zwei zwischen jeder Kondensatorelektrode und der Körperoberfläche entstehenden, Teilkondensatoren zu einem einzigen Sensorkondensator in Reihe zu schalten, der dann zwischen den zwei Kondensatorelektroden kontaktiert und benutzt wird.

Daraus folgt als weitere Möglichkeit, daß die Dehnungen des Körpers oder Körperteils lediglich nur eine der zwei Kondensatorelektroden oder eine zusätzliche dritte Elektrode als leitfähige Brücke über den zwei Kondensatorelektroden antreiben. Wenn sich zwischen den Kondensatorelektroden oder zwischen Kondensatorelektroden und der leitfähigen Brücke ein geeigneter dehnbarer Stoff befindet, ist die Wirkung dieselbe.

Bei Betrieb des Sensorkondensators mit einer Wechselspannung besteht ein elektrisches Feld nicht nur zwischen den Kondensatorelektroden und dem Körper bzw. einer zusätzlichen Brückenelektrode, sondern es besteht auch ein elektrisches Feld, ein Streufeld, außerhalb des Körpers zwischen den Kondensatorelektroden, das erfindungsgemäß zur Telemetrie der Körperdehnungen benutzt wird.

Der in den frequenzbestimmenden Zweig eines Oszillators in der Weise eingeschaltete Sensorkondensator nimmt mit seiner Spannung an den Schwingungen teil und verändert mit seinen Kapazitätsänderungen die Frequenz dieser Schwingungen unmittelbar, wodurch ein dehnungsproportional frequenzmoduliertes elektrisches Feld entsteht.

Die im dielektrischen Raum des Streufeldes stattfindenden Ladungsverschiebungen verursachen zwischen geeignet angebrachten leitfähigen Flächen Potentiale, die einen - zwischen diesen Flächen geschalteten - Koppelkondensator speisen.

Zur Vergrößerung der empfangswirksamen Fläche einer Sonde können beliebig viele leitfähige Flächen mit jeweils dazwischengeschalteten Koppelkondensatoren aneinandergereiht werden. Dadurch wird an den am weitesten auseinanderliegenden leitfähigen Flächen die Überlagerung der Spannungen aller Koppelkondensatoren wirksam.

Die Verbindung von Koppelkondensator(en) und leitfähigen Flächen mit einer Induktionsspule zu einem elektrischen Schwingungskreises, der auf die Mitte der Frequenz abgestimmt ist, mit welcher der Sensorkondensator betrieben wird, ergibt eine Resonanzüberhöhung des Signals.

Die Signalauskopplung aus dem Schwingungskreis erfolgt durch induktive oder kapazitive Widerstandstransformation auf den Wellenwiderstand eines Übertragungskabels, das zur Übertragung des Signals zu einer elektronischen Schaltung dient.

In der elektronischen Schaltung wird das von der Sonde gelieferte Signal gegebenenfalls mittels einer Vorstufe selektiv verstärkt und in einem Mischer mit der Wechselspannung eines Mischeroszillators, dessen Frequenz nicht oder nur wenig von der Frequenz des Streufeldes abweicht, gemischt, wodurch eine Wechselspannung mit der Summe und der Differenz der Frequenzen von Sensoroszillator und Mischeroszillator entsteht, aber die Frequenzdifferenz so niedrig ist, daß sie mit Mitteln der Niederfrequenztechnik, insbesondere Operationsverstärkerschaltungen, direkt weiterverarbeitet werden kann.

Das am Mischerausgang entstehende Frequenzsignalgemisch wird mit einem Tiefpaß in der Weise gefiltert, daß nur die Wechselspannung mit der Frequenzdifferenz, das Schwebungssignal, erhalten wird.

Der Zeitverlauf des Schwebungssignals ist in der Regel sinusförmig und wird durch einen Komparator oder Schmitt-Trigger in eine Rechteckspannung gleicher Frequenz umgeformt. Dieses Signal kann bereits als dehnungsproportionales Ausgangssignal verwendet werden, wenn eine digitale Weiterverarbeitung erfolgen soll.

Um ein analoges Ausgangssignal zu erhalten, wird das vom Komparator oder Schmitt-Trigger gelieferte Rechtecksignal von einem nachgeschalteten Monoflop in einen rechteckigen Zeitverlauf gleicher Frequenz aber mit einem Tastverhältnis gewandelt, das sich zur Frequenz des Schwebungssignals proportional verhält.

Von dem sich anschließenden Tiefpaß wird dann der zeitliche Mittelwert gebildet, der den Körperdehnungen proportional ist.

Mit dem Differenzierer wird das bis jetzt erhaltene Signal von einem Nullpunktfehler befreit. Das Ausgangssignal ist damit gleichzeitig den Änderungen der Körperdehnungen proportional. Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz im medizinischen Bereich bei der Überwachung der Vitalfunktionen Atmung und Pulsschlag von Säuglingen und Kleinkindern, aber auch bei Erwachsenen und ist wegen ihrer unkritischen Handhabung, ihrer hohen Sicherheit und Zuverlässigkeit gut geeignet für den Einsatz im Heimbereich bei Bedienung durch nichtmedizinisches Personal.

Darüber hinaus ist für die Erfindung ein vorteilhafter Einsatz außerhalb der Medizintechnik denkbar, wenn mit kapazitiven Sensoren gemessene Größen über kurze Distanzen drahtlos übertragen werden müssen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht sind.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Übersichtsschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Darstellung des sensorischen Teils der Vorrichtung zur Atemüberwachung;

Fig. 3 einen Blockschaltplan der elektronischen Schaltung.

In Fig. 1 ist, zum Teil schematisch, ein Meßaufbau dargestellt. Ein Sensoroszillator 8, bestehend aus einem Transistor Ts, einem Quarz Qs und den Widerständen Rbs und Rcs schwingt auf seiner Quarzfrequenz und erzeugt an den Anschlüssen des Quarzes eine Wechselspannung. An diese Wechselspannung ist ein Sensorkondensator angeschlossen, der vorzugsweise aus einem isolierenden Substrat 1 mit darauf angeordneten koplanaren Leitergebilden als Kondensatorelektroden 2 besteht. Wenn diesen Kondensatorelektroden 2 ein leitender Körper 5 oder Körperteil angenähert wird, beispielsweise eine leitfähige Hautoberfläche, erhöht sich die Kapazität des Sensorkondensators. Als weitere Folge tritt ein, daß sich die Frequenz des Sensoroszillators 8 durch sogenanntes "Ziehen" der Quarzfrequenz geringfügig ändert. Das elektrische Feld zwischen den Kondensatorelektroden 2 erzeugt im dielektrischen Raum Ladungsverschiebungen, die ein Potential zwischen den leitfähigen Flächen 11 erzeugen. Dieses Potential speist den Koppelkondensator 12, dem eine Induktionsspule 16 parallelgeschaltet ist. Dadurch liegt ein stromgespeister Parallelschwingungskreis vor, der durch Abgleich in Resonanz mit der Frequenz des Sensoroszillators 8 gebracht wird. Durch eine, vorzugsweise induktive Auskopplung der Signalspannung aus dem Schwingungskreis mit einer Auskoppelspule 17, wird eine galvanische Trennung von Sonde und elektronischer Schaltung und gleichzeitig eine Anpassung an den Wellenwiderstand eines Kabels 18 erreicht.

In der elektronischen Schaltung wird aus der, mit dem Kabel 18 übertragenen Signalspannung, ein Signal erzeugt, das den Änderungen der Kapazität des Sensorkondensators proportional ist und mit einfachen Mitteln in beliebiger Weise angezeigt oder weiterverarbeitet werden kann.

Dazu wird die Signalspannung mit Hilfe eines Mischers 21 mit der Spannung eines Mischeroszillators 20 gemischt. Am Ausgang des Mischers 21 erhält man dadurch eine Spannung, deren Frequenz ein Gemisch aus der Summe und aus der Differenz der Frequenzen von Sensoroszillator 8 und Mischeroszillator 20 ist. Der Tiefpaß 22, der auch eine Signalverstärkung bewirken kann, beseitigt die höherfrequente Frequenzsumme, daß nur noch eine Frequenz im Bereich der Schwebung, die Schwebungsfrequenz, vorliegt. Mit einem Komparator oder Schmitt- Trigger 23 als Flankenformer wird daraus ein rechteckförmiges Signal erzeugt, dessen Frequenz direkt proportional zu den Änderungen der Kapazität zwischen den Kondensatorelektroden 2, der Sensorkapazität, ist. Das Frequenzsignal kann direkt zur Ansteuerung von digitalen elektronischen Bauelementen zur weiteren Meßwertverarbeitung zugeführt werden.

Dieses Ausführungsbeispiel soll aufzeigen, daß mit der Erfindung die zu einer Telemetrie mindestens notwendigen vier Funktionsglieder - Meßwertaufnehmer, Modulator, Sender und Antenne - in nur einem einzigen, einfach aufgebauten Sensoroszillator 8, ohne weitere zusätzliche Bauelemente, vereinfacht werden können. Es soll weiterhin aufgezeigt werden, daß der zum Empfang des Signals und zur Rückgewinnung der Meßgröße erforderliche Aufwand gering ist. Von Vorteil sind insbesondere die Verwendung eines Sender/Empfänger Quarzpaares, bestehend aus zwei in ihrer Frequenz identischen Schwingquarzen, die aus Sicherheitsgründen oft gewünschte und mit der Erfindung gegebene Möglichkeit der induktiven Signalkopplung und der insgesamt niedrige Herstellungsaufwand.

Fig. 2 zeigt, wie die Erfindung zur Atmungsüberwachung verwendet werden kann. Auf einem flexiblen, nicht dehnbaren Substrat 1 sind zwei koplanare leitfähige Streifen als Kondensatorelektroden 2 des Sensorkondensators angeordnet. Dieses Band wird wie ein Gürtel über oder zwischen Kleidungsstücken locker um den Thorax eines zu Überwachenden gelegt. Eine Fixierung wird vorzugsweise durch ein Klettband, bestehend z. B. aus Haken 3 und Schlingen 4, erreicht. Zusätzlich zur Kleidung, die die Funktion eines Abstandshalters 6 hat, kann der Gürtel - auf der dem Körper oder Körperteil 5 zugewandten Seite - isolierend mit einem zusätzlichen elastischen Abstandshalter 6, etwa einem Schaumstoff, belegt sein. Die Dehnungen des leitfähigen Körpers oder Körperteils 5 durch den Atemvorgang bewirken, daß sich der Abstand zwischen den Kondensatorelektroden 2 und dem Körper oder Körperteil 5 ändert. Damit sich die Kapazität des Sensorkondensators und die Frequenz des Sensoroszillators 8, wodurch das Streufeld 7 mit den atmungsabhängigen Körperdehnungen frequenzmoduliert vorliegt. Auf dem Substrat 1 sind die Bauteile des Sensoroszillators 8, die Spannungsquelle 9 und ein magnetisch betätigbarer Schaltkontakt 10 untergebracht, wodurch ein Kabelanschluß entfällt. Der Schaltkontakt 10 schaltet den Sensoroszillator ab, wenn der Sensor z. B. in seiner Verpackung gelagert wird, um die Lebensdauer der Spannungsquelle 9 zu erhöhen.

Dieser kapazitive Sensor berührt die Körperoberfläche nicht und liegt auch nicht mit konstanter Kraft an, was nach einiger Zeit als belästigend empfunden werden könnte. Er arbeitet ohne Kabelanschluß mit sehr langer Batterielebensdauer und ist auch von ungeschultem Personal problemlos zu handhaben.

Wie die Fig. 2 weiter zeigt, besteht die Sonde zum Empfang des Streufeldes 7 aus einer Vielzahl von, in der Ebene ihrer Trägerfolie 13 parallel zueinander angeordneten, kapazitiv miteinander gekoppelten, leitfähigen Flächen 11 als Empfangsflächen, vorzugsweise ausgeführt als Metallfolienstreifen. Die kapazitive Kopplung erfolgt entweder durch Koppelkondensatoren 12 oder durch eine isolierende Überlappung eines Ansatzes 14 an den Metallfolienstreifen 11 oder durch zusätzliche - vorzugsweise ebenfalls als Metallfolienstreifen ausgebildete - leitfähige Flächen 15, die nebeneinander liegende Metallfolienstreifen 11 isolierend überlappen, so daß in jedem Fall die Funktion der Koppelkondensatoren 12 gewährleistet wird. Als Dielektrikum für die, durch Überlappung erzeugten, Koppelkondensatoren wirkt die Trägerfolie 13. Das elektrische Streufeld 7 des Sensors erzeugt im dielektrischen Raum eine Ladungsverschiebung und damit zwischen den Metallfolienstreifen 11 ein Potential. Dieses Potential speist die Koppelkondensatoren 12, wodurch das empfangene Gesamtpotential an den am weitesten voneinander entfernten Metallfolienstreifen 11 abgegriffen werden kann. Vorteilhaft ist es, mit dem Gesamtpotential einen elektrischen Schwingungskreis zu speisen, der aus der Induktionsspule 16 und der Zusammenschaltung aller Koppelkondensatoren 12 sowie aller Metallfolienstreifen 11 besteht. In Resonanz mit der Frequenz des Sensors ergibt sich eine Überhöhung des Gesamtpotentials. Das Signal wird vorzugsweise induktiv mit einer Auskoppelspule 17 auf den Wellenwiderstand eines Kabels 18 transformiert und einer elektronischen Schaltung zugeführt.

Die Anordnung der Metallfolienstreifen 11 in der Ebene ihrer Trägerfolie 13 kann so große Abmessungen annehmen, daß mühelos z. B. eine ganze Bettfläche ausgefüllt wird, wodurch die Zuverlässigkeit dieser Überwachungsanlage sehr groß ist. Die Herstellung einer derartigen Sonde als Matte zum Unterlegen ist einfach.

Mit der in Fig. 3 gezeigten elektronischen Schaltung wird aus dem durch das Kabel 18 gelieferten Signal ein analoges Ausgangssignal out erzeugt, das den Atembewegungen des zu Überwachenden proportional ist.

Das zunächst in der Vorstufe 19 ggf. selektiv verstärkte Signal wird in einem Mischer 21 mit der Frequenz des Mischeroszillators 20 gemischt und von einem Tiefpaß 22 von den höherfrequenten Mischprodukten befreit. Das Ergebnis ist eine in der Nähe der Schwebung liegende Frequenz, deren Größe den Atembewegungen proportional ist. Ein Komparator oder Schmitt-Trigger 23 formt daraus einen rechteckigen Signalverlauf, der zum Ansteuern eines Monoflops 24 benutzt wird. Der arithmetische Mittelwert der Ausgangsspannung des Monoflops 24 wird durch den Tiefpaß 22 gebildet. Es ist ein Signal, das sich etwa proportional zum geatmeten Luftvolumen verhält. Ein nachgeschalteter Differenzierer 26 befreit dieses Signal von einem vorhandenen Nullpunktfehler, wodurch sich eine gute Nullpunktstabilität ergibt, und das erhaltene Signal out dem geatmeten Luftvolumenstrom (airflow) sehr ähnlich ist.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Erfassen von Körperdehnungen mit einer an der Kleidung, an einem Körper oder an einem Körperteil (5) angeordneten Sensorvorrichtung, die aus einem Kondensator besteht, der aus zwei voneinander isolierten elektrischen Leitern gebildet wird, dessen Kapazität sich in Abhängigkeit von der Körperdehnung ändert und im frequenzbestimmenden Zweig eines Oszillators (8) angeordnet ist, einer Signalübertragungsvorrichtung und einer Signalauswertevorrichtung mit einem Referenzoszillator, einem Mischer (21) und einem Tiefpaßfilter, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kopplung zwischen der Sensorvorrichtung und der Auswertevorrichtung im elektrischen Streufeld (7) des Kondensators mindestens zwei elektrisch leitfähige Flächen (11) angeordnet sind, welche durch mindestens einen Koppelkondensator (12) miteinander elektrisch verbunden sind, daß der mindestens eine Koppelkondensator (12) und die elektrisch leitfähigen Flächen (11) Bestandteil eines elektrischen Parallelschwingkreises sind, der auf die Frequenz des Oszillators (8) der Sensorvorrichtung abgestimmt ist und daß das Signal des Schwingkreises induktiv gekoppelt der Auswertevorrichtung zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei voneinander isolierten Leiter des Kondensators mit der Oberfläche des zu überwachenden Körpers oder Körperteils (5) eine weitere Kondensatoranordnung bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Sensor auf einem isolierenden Substrat (1) zwei Kondensatorelektroden (2) und den mit eigener Stromversorgung versehenen Oszillator (8) enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelektroden (2) koplanar angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Sensor als ein Gürtel mit einem Klettverschluß ausgebildet ist und auf der - dem Körper oder Körperteil (5) zugewandten Seite - einen isolierenden, elastischen oder nichtelastischen Stoff als Abstandshalter (6) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gürtel als nichtelastischer Gürtel ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Stromversorgung des Oszillators (8) auf dem isolierenden Substrat (1) angeordnete Stromversorgungseinrichtung eine chemische Spannungsquelle ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Spannungsquelle (9) einen magnetischen betätigbaren Schaltkontakt (10) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von zur Kopplung zwischen der Sensorvorrichtung und der Auswertevorrichtung im elektrischen Streufeld (7) des Kondensators angeordneten elektrisch leitfähigen Flächen (11), die mittels Koppelkondensatoren (12) miteinander verbunden sind und mittels einer Induktionsspule (16) zu dem Schwingkreis zusammengeschaltet sind, in der Ebene einer isolierenden Trägerfolie (13) aufeinanderfolgend angeordnet sind und eine mattenförmige Unterlage bilden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelkondensatoren (12) durch isolierende Überlappung der elektrisch leitfähigen Flächen (11) oder durch zusätzliche elektrisch leitfähige Flächen (15), die die nebeneinanderliegenden elektrisch leitfähigen Flächen (11) isolierend überlappen, ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Sonde mit der elektronischen Schaltung verbindendes Kabel (18) induktiv oder kapazitiv mittels einer, galvanisch von den übrigen Bauteilen der Sonde getrennten Auskoppelspule (17) oder kapazitivem Spannungsteiler an die Induktionsspule (16) angekoppelt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Sensoroszillator 8 als auch der Mischeroszillator (20) Quarzoszillatoren sind, die Quarze gleicher Nennfrequenz aufweisen.