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"Vorrichtung zum Anzeigen eines abnormalen Gesundheitszustandes eines
Lebewesens" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen eines abnormalen
Gesundheitszustandes eines Lebewesens als Funktion der Körpertemperatur.
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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.
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Häufig verenden erkrankte Tiere, wodurch Einnahmeverluste entstehen,
was sich in höheren Verbraucherpreisen niederschlägt.
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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.
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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 überzeugend nachgewiesen werden könnte, ist die regelmässige Beigabe
von Antibiotika zum Tierfutter kostspielig.
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Ein Grossteil der in grossen Viehherden auftretenden Krankheiten und
Infektionen kann am Ansteigen der Körpertemperatur festgestellt 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.
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Es hat sich herausgestellt, dass bei rechtzeitiger Feststellung einer
abnormalen Temperaturerhöhung (beispielsweise um etwa 0 1 C) eine sehr frühe Erkennung
einer Krankheit und deren rasche
Behandlung möglich ist, bevor das
Tier nicht mehr verwendbar wird.
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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 geeignei:eE;
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 Körpertemperaturänderungen, die nur auf Änderungen der Umgebungstemperatur zurückzuführen
sind, kompensiert, um das Auftreten falscher Ausgangssignale zu vermeiden.
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Weiterhin soll die Vorrichtung kompakt aufgebaut und in sich geschlossen
sein, sich gegenüber Änderungen der Umgebungstemperatur im Bereich von etwa ;32
C bis etwa 62 C unempfindlich zeigen und dabei doch exakte Ausgangssignale bezüglich
der Körpertemperatur des Tieres liefern. Schliesslich soll die Vorrichtung zur Überwachung
der Körpertemperatur von Vieh, insbesondere Rindvieh und ähnlichen Tierbeständen,
geeignet sein.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch einen
Temperaturfühler für Rindvieh und ähnliche Tierbestände, welcher Signale liefert,
wenn die Körpertemperatur eines Tieres vorgegebene
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 Umgebungstemperatur
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.
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Die Zeichnungen 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 Änderungen der Körpertemperatur
in Abhängigkeit von Änderungen der Umgebungstemperatur.
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Wie Fig. 1 und 2 zeigen, wird die erfindungsgemässe Vorrichtung 10
an einem Tier 12 mit Hilfe eines Halsbandes 14 und eines Kopfbandes 16 unter Berührung
der genannten Körperpartien befestigt.
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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.
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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.
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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 Bezugszahlen 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 Thermisbr auch an anderen Körperpartien angeordnet und auch entsprechend variiert
werden, so beispielsweise in seiner Befestigung.
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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 2000 stieg. Für Umgebungstemperaturen
über 2000 jedoch stiegen die Körper-0 temperaturen gesunder Tiere auf maximal etwa
41 C, wenn die Umgebungstemperatur auf etwa 4000 stieg. Diese Veränderungen der
Körpertemperatur in einem gesunden Tier infolge Veränderungen 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.
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Fig. 3 zeigt die der vorliegenden Erfindung 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 C bis etwa +520C zweckmässig
ist, ist er mit Einrichtungen 34 zur Temperaturkompensation versehen. Ausserdem
ist auch eine Kompensationsschaltung 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 Verstärkerausgangssignal e wertlos.
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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 C in der Körpertemperatur aufgrund einer Erkrankung
oder Infektion (nicht aufgrund der Umgebungstemperatur) 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.
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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 konventionell e Geräte, etwa Blattschreiber oder Digital messeinri chtu ngen,
zu erreichen.
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Es soll nun auf Fig. 4 Bezug genommen werden, wo die der vorliegenden
Erfindung 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 Brückenschaltung 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.
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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 Brückenschaltung führt.
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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 Transistor 74 wird in Basis-Emitter-Schaltung betrieben, wobei die
Basis mit dem Kollektor des Transistors 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.
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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 Umgebungstemperatur 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 Durchtassrichtung
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.
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Die relativen Werte der Schaltungselemente 56, 58, 84 und 86 sind
so gewählt, dass der gewünschte Kompensationseffekt erzielt wird.
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Beim Messen der Körpertemperatur eines Tieres und einer Umgebungstemperatur,
die gleich einer Bezugstemperatur ist, etwa 0 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 Vorwärtsrichtung
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.
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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 2000), dann ist die Brückenschaltung abgeglichen und die
Diode ist nicht in Vorwärtsridhtung 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.
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Bei niedriger Umgebungstemperatur (unter etwa 200C) 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
yorspannen 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.
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Einige zweckmässige Merkmale der Schaltung sollen nachfolgend noch
besonders erwähnt werden. Der Ausgleich der Brückenschaltung kann durch den variablen
Widerstand 48 eingestellt werden.
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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.
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Es sei darauf hingewiesen, dass alle Widerstände in der Brückenschaltung
einen niedrigen Temperaturkoeffizienten haben sollten.
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Damit wird erreicht, dass die Brückenschaltung von Änderungen der
Umgebungstemperatur im Bereich von etwa 3200 bis etwa
+520C 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.
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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 Empfind-1 ichkeit gegenüber kleinen Temperaturänderungen.
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Obwohl die Vorrichtung nach der Erfindung besonders für Rindvieh und
ähnliche Tierbestände geeignet ist, kann sie natürlich auch zur Feststellung der
Körpertemperatur anderer Tiere benutzt werden.
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Statt eines akustischen Alarmgebers, wie in der bevorzugten Ausführungsform,
können auch andere Signalgeber benutzt werden.