Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen eines abnormalen Gesundheitszustandes eines Lebewesens als Funktion der Körpertemperatur.
Seit vielen Jahren treten in der Viehzucht beträchtliche Verluste durch Infektionen und Krankheiten auf, die nicht rechtzeitig entdeckt werden, um noch Gegenmassnahmen ergreifen zu können. Häufig verenden erkrankte Tiere, wodurch Einnahmeverluste entstehen, was sich in höheren Verbraucherpreisen niederschlägt.
Es sind schon viele Möglichkeiten vorgeschlagen worden, um Verluste bei der Tierhaltung zu reduzieren. Die Verwendung von Antibiotika als Beigabe zum Tierfutter ist allgemeine Praxis geworden. Das hat jedoch in der Öffentlichkeit zu Meinungsverschiedenheiten geführt. Viele Fachleute behaupten, dass das Fleisch von unter Zugabe von Antibiotika gefütterten Tieren für den menschlichen Genuss ungeeignet ist. Selbst wenn die Unschädlichkeit von Antibiotika überzeu- gend nachgewiesen werden könnte, ist die regelmässige Beigabe von Antibiotika zum Tierfutter kostspielig.
Ein Grossteil der in grossen Viehherden auftretenden Krankheiten und Infektionen kann am Ansteigen der Körpertemperatur festegestellt werden. Normalerweise werden die Krankheitssymptome eines infizierten Tieres erst dann erkennbar, wenn die Körpertemperatur einen Wert erreicht hat, bei dem das Fleisch für den menschlichen Genuss bereits untauglich ist. Ist dieses Krankheitsstadium erst erreicht, dann muss eine hohe Antibiotikadosis verabreicht werden, um das Tier zu retten. Häufig hat dies jedoch auch keinen Erfolg, so dass dann das Tier für den menschlichen Verzehr nicht mehr geeignet ist. Es fehlt daher eine Möglichkeit zur Herabsetzung der Verluste in Tierbeständen bei Infektionen und Krankheiten.
Eine derartige Möglichkeit sollte eine frühere Erkennung von Infektionen und Krankheiten gestatten, damit wirksam und mit hohem Wirkungsgrad, aber ohne grosse Mengen von Antibiotika, Gegenmassnahmen eingeleitet werden können.
Es hat sich herausgestellt, dass bei rechtzeitiger Feststellung einer abnormalen Temperaturerhöhung (beispielsweise um etwa 1 C) eine sehr frühe Erkennung einer Krankheit und deren rasche Behandlung möglich ist, bevor das Tier nicht mehr verwendbar wird Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche Änderungen der Körpertemperatur eines Tieres aufgrund von Infektionen oder Krankheiten feststellt, und zwar unabhängig von der Temperatur in der Umgebung des Tieres. Die zu schaffende Vorrichtung soll bequem an einem Tier befestigt werden können, so dass Änderungen der Körpertemperatur festgestellt werden und ein geeignetes Ausgangssignal geliefert wird, wenn die Körpertemperatur bestimmte, vorgegebene Grenzen übersteigt, was auf eine Infektion oder Krankheit des Tieres hindeutet.
Die zu schaffende Vorrichtung soll zweckmässigerweise im Bereich des Halses und Kopfes eines Tieres befestigt werden können und als Fühler einen Thermistor enthalten, der im äusseren Ohrkanal eines der Ohren des Tieres untergebracht wird, um Änderungen der Körpertemperatur feststellen zu können. Die Vorrichtung soll Einrichtungen enthalten, die Körpertemperaturändez rungen, die nur auf Änderungen der Umgebungstemperatur zurückzuführen sind, kompensiert, um das Auftreten falscher Ausgangssignale zu vermeiden. Weiterhin soll die Vorrichtung kompakt aufgebaut und in sich geschlossen sein, sich gegenüber Änderungen der Umgebungstemperatur im Bereich von etwa -32 0C bis etwa +52 0C unempfindlich zeigen und dabei doch exakte Ausgangssignale bezüglich der Körpertem.
peratur des Tieres liefern. Schliesslich soll die Vorrichtung zur Überwachung der Körpertemperatur von Vieh, insbesondere Rindvieh und ähnlichen Tierbeständen, geeignet sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemässe Vorrichtung gekennzeichnet durch eine erste Schaltung zum Erzeugen von Ausgangssignalen, welche eine abnormale Körpertemperatur anzeigen, eine zweite Schaltung, welche erste und zweite temperaturempfindliche Einrichtungen zum Vergleichen der Temperatur des Lebewesens mit der Temperatur der Umgebung enthält und die erste Schaltung aktiviert, damit sie Ausgangssignale liefert, wenn die festgestellte Körpertemperatur um bestimmte Werte von der bekannten Funktion abweicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, die im Bereich von Hals und Kopf eines Tieres, dessen Körpertemperatur gemessen werden soll, befestigt ist;
Fig. 2 eine vergrösserte räumliche Ansicht eines als temperaturempfindliches Element dienenden Thermistors, der im Ohr eines Tieres, dessen Temperatur gemessen werden soll, untergebracht ist;
Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild der vorgesehenen elektronischen Schaltung.
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Schaltung und
Fig. 5 ein Diagramm der typischen Änderung der Körpertemperatur in Abhängigkeit von Änderungen der Umgebungstemperatur.
Die beschriebene Vorrichtung ist ein Temperaturfühler für Rindvieh und ähnliche Tierbestände, welcher Signale liefert, wenn die Körpertemperatur des Tieres bestimmte Grenzen überschreitet, was auf Infektionen oder Krankheiten des Tieres hinweist. Dabei wird ein kleines elektronisches Gerät bequem im Bereich des Halses des Tieres befestigt und mit einem temperaturempfindlichen Element, einem Thermistor, der in den äusseren Bereich eines der Ohren des Tieres eingesetzt worden ist, verbunden. Das elektronische Gerät ist mit einem temperaturkompensierten Verstärker versehen und enthält Einrichtungen, welche Änderungen der Körpertemperatur, die nur auf Änderungen der Umgebungstempera- tur beruhen, kompensieren, so dass keine falschen Signale erzeugt werden.
Wenn das Ausgangssignal des Verstärkers einen bestimmten Schwellwert erreicht, dann wird ein Signalgeber, etwa eine akustische Alarmeinrichtung, erregt, um anzuzeigen, dass das Tier sofort untersucht oder behandelt werden sollte.
Wie Fig. 1 und 2 zeigen, wird die beschriebene Vorrichtung 10 an einem Tier 12 mit Hilfe eines Halsbandes 14 und eines Kopfbandes 16 unter Berührung der genannten Körperpartien befestigt. Das Halsband 14 ist vorzugsweise mit einem herkömmlichen Schnallenverschluss 18 versehen, um einen geeigneten Sitz am Tier bei zunehmendem Wachstum zu ermöglichen. Natürlich können auch andere geeignete Befestigungseinrichtungen benutzt werden, wenn dies gewünscht ist, um die Vorrichtung 10 in der richtigen Position zu halten.
Zwei elektrische Leitungen 20 laufen von der Vorrichtung 10 zu einem Ohr 22 des Tieres und sind mit einem temperaturempfindlichen Element, etwa einem Thermistor 24 (Fig. 2), verbunden. Der Thermistor 24 befindet sich vorzugsweise im äusseren Ohr, um eine geeignete Abschirmung von der umgebenden Luft zu erreichen, so dass die gemessene Temperatur nicht wesentlich davon beeinflusst wird. Alternative Anordnungen des Thermistors sind durch die Bezugszah- len 26 und 28 gekennzeichnet. Diese Stellen bieten ebenfalls eine geeignete Isolierung und gleichzeitig entspricht die vom Thermistor gemessene Temperatur der wirklichen Körpertemperatur. Natürlich kann gegebenenfalls der Thermistor auch an anderen Körperpartien angeordnet und auch entsprechend variiert werden, so beispielsweise in seiner Befestigung.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, Signale zu liefern, die ein Ansteigen der Körpertemperatur eines Tieres infolge Infektion, Krankheit oder dergleichen anzeigen. Dies erlaubt eine frühe Erkennung und gibt Gelegenheit zur sofortigen Behandlung, bevor das Tier unbrauchbar wird. Es wurde festgestellt, dass die Körpertemperatur eines Tieres sich mit der Umgebungstemperatur geringfügig ändert. Bei untersuchtem Rindvieh beispielsweise lag die Körpertemperatur gesunder Stücke normalerweise bei etwa 39 C, falls die Umgebungstemperatur nicht über 20 0C stieg. Für Umgebungstemperaturen über 20 0C jedoch stiegen die Körpertemperaturen gesunder Tiere auf maximal etwa 41 C, wenn die Umgebungstemperatur auf etwa 40 0C stieg.
Diese Veränderungen der Körpgertemperatur in einem gesunden Tier infolge Ver änderungen der Umgebungstemperatur können in Form einer Funktion graphisch dargestellt werden, wie sie Fig. 5 zeigt. Ohne Einrichtungen zur Kompensation der Umgebungstemperatur würden die vom Thermistor erhaltenen Signale zu fehlerhaften Ausgangssignalen der elektronischen Schaltung führen, so dass an einem abnormal heissen Tag ein gesundes Tier als infiziert oder krank gemeldet werden würde. Andererseits könnte für ein tatsächlich krankes Tier eine normale oder eine etwa unter dem normalen Wert liegende Körpertemperatur angezeigt werden, wenn die Umgebung sehr kalt wäre. Deshalb ist eine Temperaturkompensation entsprechend dem Funktionszusammenhang von Körpertemperatur und Umgebungstemperatur in einer Kompensationsschaltung der elektronischen Vorrichtung vorgesehen.
Die Elektronik sorgt also für eine Korrektur der Thermistorsignale, um fehlerhafte Ausgangssignale zu vermeiden.
Fig. 3 zeigt die der beschriebenen Vorrichtung zugrundeliegende elektronische Schaltung, welche die oben genannten und noch andere nützliche Eigenschaften aufweist. Der Block 30 des Blockschaltbildes von Fig. 3 symbolisiert einen Temperaturfühler, vorzugsweise einen Thermistor oder Heissleiter, so wie oben erläutert, der einen variablen Widerstand besitzt, welcher sich umgekehrt proportional zur Körpertemperatur des Tieres verhält. Das Signal des Temperaturfühlers fliesst zu einem Verstärker 32. Da für den Verstärker ein Arbeitsbereich von etwa -32 0C bis etwa +52 0C zweckmässig ist, ist er mit Einrichtungen 34 zur Temperaturkompensation versehen.
Ausserdem ist auch eine Kompensations- schaltung 36 für die Umgebungstemperatur vorgesehen, um die Ausgangssignale des Verstärkers so zu korrigieren, dass kein Einfluss von Änderungen der Körpertemperatur allein infolge von Umgebungstemperaturänderungen, so wie oben erläutert, bleibt. Ohne die Anwendung einer Umgebungstemperaturkompensation 36 wären die Verstärkerausgangssignale wertlos.
Der Block 38 in Fig. 3 stellt einen Schwellenwertdetektor dar, der auf einen bestimmten Pegel eingestellt ist und ein Ausgangssignal liefert, wenn die Ausgangssignale des Verstärkers 32 bestimmte Pegel überschreiten. Bei der Überwachung der Körpertemperaturen von Vieh ist es zweckmässig, dass der Schwellwertdetektor bei einer Zunahme um etwa 1 0C in der Körpertemperatur aufgrund einer Erkrankung oder Infektion (nicht aufgrund der Umgebungstempera- tur) ein Ausgangssignal liefert. Der Block 40 stellt eine Ausgabeeinrichtung dar, die eine hörbare Anzeige der gestiegenen Körpertemperatur liefern kann. Es können natürlich auch andere Signalarten geliefert werden, etwa sichtbare Signale oder elektromagnetische Wellen, wenn dies gewünscht wird.
Bei Anwendungsfällen, wo eine Anzeige nach Erreichen des Schwellwertes nicht erwünscht ist, kann eine analog arbeitende Wandlerschaltung 42 als Ersatz benutzt und zur persönlichen Überwachung verwendet werden, um eine direkte Temperaturanzeige über konventionelle Geräte, etwa Blattschreiber oder Digitalmesseinrichtungen, zu erreichen.
Es soll nun auf Fig. 4 bezug genommen werden, wo die der beschriebenen Vorrichtung zugrundeliegende elektronische Schaltung detaillierter dargestellt ist. Es ist eine Spannungsquelle 44, bestehend etwa aus einer herkömmlichen Batterie oder mehreren Batterien, vorgesehen und in der Einrichtung 10 (Fig. 1) untergebracht. Die Spannung wird über eine erste Widerstandsreihenschaltung 46, 48 und 50 zugeführt.
Diese Widerstände stellen einen ersten Stromweg einer Brükkenschaltung dar. Ein Thermistor 52 sitzt im Ohr eines Tieres, so wie oben beschrieben, und sein Widerstand ist umgekehrt proportional zur gemessenen Körpertemperatur. Ein zweiter Stromweg der Brückenschaltung wird von den Widerständen 54, 56 und 58 über den Thermistor 52 gebildet. Die Transistoren 60 und 62 bilden zusammen mit den Widerständen 54, 64 und 66 einen Differentialverstärker zwischen den Punkten 68 und 70 der Brückenschaltung. Der Widerstand 48 ist variabel und kann so eingestellt werden, dass die Brückenschaltung ausgeglichen ist. Dieser Ausgleichszustand entspricht dem Zustand eines gesunden Tieres und seiner Körpertemperatur. Jeder Anstieg der Körpertemperatur reduziert den Widerstand des Thermistors 52, was zu einem unausgeglichenen Zustand in der Brückenschal- tung führt.
Der Schwellwertdetektor der Schaltung wird von den Transistoren 72 und 74 und vom Widerstand 76 gebildet.
Die Basis des Transistors 72 ist zwischen den Widerstand 64 und den Kollektor des Transistors 62 mit Hilfe der Leitung 78 geschaltet. Der Transistors 74 wird in Basis-Emitter-Schaltung betrieben, wobei die Basis mit dem Kollektor des Transi- stors 72 über eine Leitung 80 verbunden ist. Ein akustischer Alarmgeber 82 liegt zwischen der Spannungsquelle 44 und dem Kollektor des Transistors 74, wobei ein Signal gegeben wird, wenn die Körpertemperatur des Tieres den gegebenen Wert übersteigt, und zwar aus Gründen, die nicht auf die Umgebungstemperatur zurückzuführen sind.
Ein zweiter Thermistor 84 ist mit dem Widerstand 86 in Reihe geschaltet. Beide Elemente zusammen liegen parallel zur Spannungsquelle 44. Eine Diode 88 ist am Punkt 90 zwischen die Widerstände 56 und 58 geschaltet, am Punkt 92 zwischen den Thermistor 84 und den Widerstand 86. Die Einrichtung 36 (Fig. 3) zur Kompensation der Umgebungstempe- ratur wird vom Thermistor 84, den Widerständen 86, 56 und 58 und von der Diode 88 gebildet. Der Thermistor 84 befindet sich in der Vorrichtung 10 (Fig. 1) an einer Stelle, wo er ganz besonders intensiv von der Temperatur der umgebenden Luft beeinflusst wird. Steigt die Umgebungstemperatur an, dann nimmt der Widerstand des Thermistors 84 ab. Dadurch erhält die Diode 88 Vorspannung in Durchlassrichtung und wird leitend.
Nimmt die Umgebungstemperatur ab, dann steigt der Widerstand des Thermistors 84 und die Diode 88 erhält Vorspannung in Sperrichtung. Leitet die Diode 88, dann zieht sie Strom von der Basis des Transistors 62 und erhöht den Schwellwert, an dem der Transistor 72 angesteuert wird.
Die relativen Werte der Schaltungselemente 56, 58, 84 und 86 sind so gewählt, dass der gewünschte Kompensations- effekt erzielt wird. Beim Messen der Körpertemperatur eines Tieres und einer Umgebungstemperatur, die gleich einer Bezugstemperatur ist, etwa 20 C, ist es sinnvoll, dass in der Schaltung keine merkliche Kompensation bewirkt wird. Steigt die Umgebungstemperatur an, so wie in Fig. 5 angedeutet, dann ist es zweckmässig, die Diode 88 in Vorwärts- richtung vorzuspannen. Dies geschieht durch den Thermistor 84. Die Steigung der Kompensationskurve für die Umgebungstemperatur kann durch das Verhältnis der Widerstände 56 und 58 gesteuert werden.
Die Arbeitsweise des Schaltkreises zur Kompensation der Umgebungstemperatur soll nun beschrieben werden. Angenommen, das Tier zeigt keine abnormale Temperatur (infolge Erkrankung oder dergleichen) und die Umgebungstemperatur entspricht der Bezugstemperatur (etwa 20 C), dann ist die Brückenschaltung abgeglichen und die Diode ist nicht in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Steigt die Umgebungstemperatur, dann nimmt der Widerstand des Thermistors 52 für die Körpertemperatur etwas ab, weil die Körpertemperatur leicht ansteigt. Auch der Widerstand des Thermistors 84 nimmt ab, so dass die Diode 88 in Durchlassrichtung vorgespannt wird. Die Widerstandsabnahme des Thermistors 52 führt zu einem unausgeglichenen Zustand in der Brückenschaltung.
Diese Unausgeglichenheit wird jedoch durch den Widerstand 84 und die Diode 88 beseitigt, wobei der Ersatzwiderstand der Parallelschaltung aus den Widerständen 58 und 84 kleiner ist als der Widerstand 58.
Bei niedriger Umgebungstemperatur (unter etwa 20 C) nimmt der Widerstand des Thermistors 52 für die Körpertemperatur leicht zu. Während dieses unausgeglichenen Zustandes in der Brückenschaltung ist die Basis des Transistors 62 negativer als vorher, so dass der Transistor 62 nicht leitet.
Hätte das Tier tatsächlich eine abnormale Körpertemperatur infolge Infektion oder Krankheit, würde eine entsprechende Reduzierung des Widerstandes des Thermistors 52 die Basis des Transistors 62 positiv vorspannen und diesen Transistor leitend machen. Dadurch gelangte eine negative Vorspannung an die Basis des Transistors 72, der von NPN Typ ist und zusammen mit dem Widerstand 76 als Spannungsverstärker arbeitet. Letztlich würde der Transistor 74 leitend und löste einen akustischen Alarmgeber 82 aus, was eine abnormale Körpertemperatur des Tieres anzeigt.
Einige zweckmässige Merkmale der Schaltung sollen nachfolgend noch besonders erwähnt werden. Der Ausgleich der Brückenschaltung kann durch den variablen Widerstand 48 eingestellt werden. Damit lässt sich der Brückenausgleich bei einer gewünschten Bezugstemperatur, bei der die Körpertemperatur des Tieres nicht wesentlich von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird, festlegen. Das Verhältnis der Widerstände 56 und 58 kann so gewählt werden, dass es der Steigung der Kompensationskurve für die Umgebungstemperatur entspricht.
Es sei darauf hingewiesen, dass alle Widerstände in der Brückenschaltung einen niedrigen Temperaturkoeffizienten haben sollten. Damit wird erreicht, dass die Brückenschaltung von Änderungen der Umgebungstemperatur im Bereich von etwa -32 0C bis etwa +52 0C unbeeinflusst bleibt.
Dies wird durch den Block 34 in Fig. 3 symbolisiert. Sehr kleine Widerstandsänderungen treten zwar in allen Brückenwiderständen auf, die Brückenschaltung bleibt aber im wesentlichen ausgeglichen. Ferner sei erwähnt, dass die Verwendung einer Brückenschaltung den Einsatz einer geregelten Spannungsquelle erspart, weil Änderungen der Batteriespannung den Brückenausgleich nicht stören. Es wurde festgestellt, dass die Schaltung noch richtig arbeitet, wenn die Spannungsschwankungen der Energieversorgungsquelle 50% der ursprünglich ausgelegten Spannung betragen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass durch die Verbindung des Thermistors 52, der für die Körpertemperatur benutzt wird, mit dem Kollektor des Transistors 62 Änderungen der Körpertemperatur durch den Transistor 62 verstärkt werden. Der gemeinsame Emitterwiderstand 66 sorgt für ein Signal am Emitter des Transistors 70, so dass er als Verstärker mit geerdeter Basis arbeitet. Diese Aktion bewirkt eine Regeneration und eine Steigerung der Empfindlichkeit gegenüber kleinen Temperaturänderungen.
Obwohl die beschriebene Vorrichtung besonders für Rindvieh und ähnliche Tierbestände geeignet ist, kann sie natürlich auch zur Feststellung der Körpertemperatur anderer Tiere benutzt werden. Statt eines akustischen Alarmgebers, wie in der bevorzugten Ausführungsform, können auch andere Signalgeber benutzt werden.