Електронний пульсометр з термоелектричним джерелом живлення

Реферат: UA 90767 U UA 90767 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до вимірювальної техніки, зокрема до електронних пульсометрів, що призначені для вимірювання та запису частоти серцевого ритму людини. Такі пульсометри дають можливість стежити за фізичною формою людини та її змінами в процесі життя, при навантаженнях під час важкої роботи або спортивних тренувань, а також в період хвороби, коли відбувається збій в роботі серцево-судинної системи. Електронні пульсометри дозволяють контролювати збільшення фізичних навантажень, порівнювати етапи тренування спортсменам і людям, які займаються фізичними вправами заради підтримання форми або зниження ваги, щоб поліпшити стан організму, схуднути і не втратити здоров'я. Людям, які хворіють на серцево-судинні захворювання, важливо контролювати оптимальну частоту серцебиття, рекомендовану лікарем для зниження ризику перевантаження серцевого м'язу. Також пульсометри широко використовується під час тренувань та змагань спортсменами циклічних видів спорту, таких як бігові види легкої атлетики (особливо біг по шосе), лижні гонки, велоспорт, плавання тощо. Відомі електронні пульсометри для вимірювання частоти серцевого ритму [1-7], які використовують як джерело електричної енергії хімічні гальванічні джерела живлення. З відомих аналогів найбільш близьким аналогом є електронний пульсометр [1], виконаний у вигляді наручного годинника. Він містить датчик вимірювання частоти серцевого ритму, аналого-цифровий перетворювач, запам'ятовуючий пристрій, цифровий дисплей, корпус та джерело живлення. У свою чергу, датчик містить в собі два електроди, за допомогою яких відбувається вимірювання різниці потенціалів на поверхні шкіри людини в момент скорочення серцевого м'язу. Принцип роботи такого пульсометра полягає в передачі електронних сигналів роботи серця, які виникають завдяки його скороченню або ударам, від датчика до аналогоцифрового перетворювача, який їх обробляє та виводить значення частоти серцевих скорочень (пульсу) у цифровому вигляді на дисплей. Крім цього всі результати вимірювань можуть бути збережені у вбудовану пам'ять пристрою для подальших їх досліджень. До переваг такого електронного пульсометра можна віднести високу швидкодію і точність вимірювань, простоту зчитування інформації, можливість збереження результатів вимірювань тощо. Однак основним недоліком такого пульсометра є наявність хімічних гальванічних джерел живлення, які потребують періодичної заміни та містять у своєму складі отруйні речовини такі як різного роду луги, свинець, кадмій, ртуть, цинк, нікель тощо. Утилізація і переробка таких гальванічних елементів практично відсутня. Хімічні гальванічні елементи мають ще один недолік - у період, коли закінчується їх термін придатності, виникає проблема достовірності показів електронного пульсометра. Ця проблема є дуже важливою, оскільки пульсометр показує, як впливає підвищення фізичної активності на серцебиття людини, а також дає можливість контролювати стан організму людини. Задачею запропонованої корисної моделі є заміна в електронному пульсометрі хімічного гальванічного джерела живлення на таке, що не має вказаних недоліків. Поставлена задача вирішується тим, що електронний пульсометр, що містить датчик вимірювання частоти серцевого ритму, аналого-цифровий перетворювач, запам’ятовуючий пристрій, цифровий дисплей, корпус та джерело живлення, згідно з корисною моделлю, джерелом живлення є термоелектричний перетворювач, який використовує тепло тіла людини. Промислове використання запропонованого електронного пульсометра з термоелектричним джерелом живлення не вимагає застосування спеціальних технологій та матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівного напрямку. На кресленні представлено схематичну конструкцію електронного пульсометра з термоелектричним джерелом живлення. Такий пульсометр містить корпус 1 у вигляді наручного годинника, датчик вимірювання частоти серцевого ритму 2, аналого-цифровий перетворювач 3, мікросхему з мікроконтролером 4, стабілізатор напруги 5, запам'ятовуючий пристрій 6, цифровий дисплей 7 та термоелектричне джерело живлення. В свою чергу, термоелектричне джерело живлення складається з термоелектричного перетворювача 8, радіатора 9, який сприймає тепло тіла людини, та радіатора 10, що відводить тепло з холодної грані термоелектричного перетворювача 8 у навколишнє середовище. Радіатори 9 та 10 представляють собою корпус 1, виконаний у вигляді наручного годинника. Термоелектричний перетворювач 8 представляє собою мікромодуль, що складається із сукупності з'єднаних в послідовне електричне коло напівпровідникових термопарних елементів, проміжки між якими заповнені електроізоляційним епоксидним компаундом, та двох керамічних пластин, які щільно контактують з верхньою і нижньою гранями термопарних елементів, а також двох електричних виводів [8-9]. Такий термоелектричний мікромодуль виготовлений на базі сучасних високоефективних термоелектричних матеріалів на основі Ві-Те. Технологія виготовлення таких мікромодулів забезпечує щільність упаковки на рівні 2500 віток термоелектричного матеріалу n 1 UA 90767 U 2 5 10 15 20 25 30 та р-типів провідності на 1 см площі мікромодуля. Експериментально підтверджено, що таке термоелектричне джерело живлення може в повній мірі замінити звичайний хімічний гальванічний елемент та забезпечити роботу електронного пульсометра. Запропонований електронний пульсометр з термоелектричним джерелом живлення працює наступним чином. При розміщенні такого пульсометра на відповідній ділянці тіла людини (наприклад на зап'ясті) датчик вимірювання частоти серцевого ритму 2 вимірює різницю потенціалів на поверхні шкіри людини в момент скорочення серцевого м'яза та передає електронні сигнали роботи серця до аналого-цифрового перетворювача і, який їх обробляє та виводить на цифровий дисплей 7. При цьому джерелом електричного живлення такого пульсометра є термоелектричний перетворювач 8, який використовує тепло тіла людини. При безпосередньому контакті корпусу 1 електронного пульсометра з тілом людини виникає різниця температур між відповідними гранями термоелектричного перетворювача 8 і, таким чином, внаслідок ефекту Зеєбека генерується електрична напруга, яка за допомогою стабілізатора напруги 5 підтримується на рівні U=1,5 В та забезпечує електричне живлення пульсометра. Експериментально підтверджено, що таке термоелектричне джерело живлення може в повній мірі замінити звичайний хімічний гальванічний елемент та забезпечити роботу електронного пульсометра. Запропонований пульсометр дає можливість проводити цілодобовий моніторинг частоти серцевого ритму людини та має ряд переваг, зокрема джерело живлення такого електронного пульсометра не містить шкідливих речовин, які потребують періодичної утилізації, стабільне в часі та не потребує затрат на обслуговування. Література: 1. Patent US 5810736 A. Wrist pulse monitor // Opher Pail. - 1998. 2. Patent EP 1281353 A1. Pulsometer and measuring system comprising the same // Masanao Kawatahara. - 2003. 3. Patent CN 2717388 Y. Wrist watch type pulsometer // - 2005. 4. Patent EP 0925757 B1. Pulsometer and pulsation indication method // Ichiro Seiko (Epson Corporation AOSHIMA), Tsukasa Seiko (Epson Corporation Kosuda), Chiaki Seiko (Instruments Inc. Nakamura). - 2009. 5. Patent CN 100508876 С. Wrist watch for detecting human body physiological state // - 2009. 6. Patent CN 101108126 B. Pulsometer worn on wrist and associated control method // - 2010. 7. Patent CN 101330868 В. Monitoring apparatus for monitoring a user's heart rate and/or heart 35 rate variation, and watch including the monitoring apparatus // - 2011. 8. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник. - К.: Наукова думка, 1979. - 768 с. 9. Анатычук Л.И. Термоэлектричество. Т. 2. Термоэлектрические преобразователи энергии. - Киев, Черновцы: Институт термоэлектричества, 2003. - 376 с. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Електронний пульсометр, що містить датчик вимірювання частоти серцевого ритму, аналогоцифровий перетворювач, запам'ятовуючий пристрій, цифровий дисплей, корпус та джерело живлення, який відрізняється тим, що джерелом живлення є термоелектричний перетворювач, який використовує тепло тіла людини. 2 UA 90767 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3