Преобразователь движения головы человека в электрический сигнал

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ ГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащий шлем, закрепленньй неподвижно, три индикаторные катушки, размещенные на нем, подшлемник , закрепленньй на голове человека, две катушки возбуждения, установленные на нем, генератор, подключенный к катушкам возбуждения, три идентичных канала преобразования, подключенные к своим индикаторным катушкам, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение , сумматор, а также источник опорного напряжения, первьй выход которого соединен с вторым входом преобразователя coд-нaпpяжeниe, отличающийся тем, что-, с целью повьш1ения точности измерений, в каждый канал введены последовательно соединенные с выходом индикаторной катушки усилитель-ограничитель, фазовьй детектор, выход которо1го соединен с вторым входоМосумматора, два компаратора , также подключенные к второму входу сумматора, блок фазовращателей , соединенный с вьтходом генератора, коммутатор, лервый вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, остальные входы к выходам блрка фазовращателей, выход - к второму входу фазового детектора , а второй и третий выходы источника опорного напряжения - к вторым входам компараторов, выходы которых соединены с первым и вторым. . входами реверсивного счетчика. 2. Преобразователь по п.1, от Сличающийся тем, что, индикаторная катушка содержит две секции , причем катушки первой и второй секций соответственночерез резистор и конденсатор подключены к выходу усилителя-ограничителя, а другие их выводы - к общей шине.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g g А 61 В 5/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 01 КРЫТИЙ (21) 3573398/28-13 (22) 02.04 83 (46) 23. 11.84. Бюл. Ф,43 (72) И.П. Пиворюнас, З.П. Вайнорис, К.С. Крищюнас, В- А.А. Пташинскас и Н.И. Лаурутене (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 615.475(088.8) (56). 1. Besehle R.Cr., Cirilto L., Wapner S. Apparatus note: à system

for detecting and recording movemente of the Red. "Percep tual and

motor skills",1972 t. 35, с. 725726.

2. Авторское свидетельство СССР

У 736957, кл. А 61 В 5/10, 1980 (прототип). (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ

ГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

СИГНАЛ, содержащий шлем, закрепленный неподвижно, три индикаторные катушки, размещенные на нем, подшлемник, закрепленный на голове человека, две катушки возбуждения, установленные на нем, генератор, подключенный к катушкам возбуждения, три идентичных канала преобразования, подключенные к своим индикаторным катушкам, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, сумматор, а также источник опорного напряжения, первый выход которого соединен с вторым входом преобразователя код-напряжение, о т— л и ч а ю шийся тем, что; с целью повышения точности измерений, в каждый канал введены последовательно соединенные с выходом индикаторной катушки усилитель-ограничитель, фазовый детектор, выход которого соединен с вторым входом. сумматора, два компаратора, также подключенные к второму входу сумматора, блок фазовращателей, соединенный с выходом генератора, коммутатор, .первый вход которого подключен к выходу ревер- I сивного счетчика, остальные входы— к выходам блОка фазовращателей, вы- ход — к второму входу фазового детектора, а второй и третий выходы источника опорного напряжения — к вторым входам компараторов, выходы которых соединены с первым и вторым. входами реверсивного счетчика.

2. Преобразователь по п.1, о т;л и ч а ю шийся тем, что, индикаторная катушка содержит две секции, причем катушки первой и второй секций соответственно через резистор и конденсагор подключены к выходу усилителя-ограничителя, а другие их выводы — к общей шине.

1124924

Изобретение относится к медицине, а именно к измерительным приборам для проверки движения головы человека, предназначенным для проведения психологических,, нейрофизиологических, эргономических экспериментов.

Известен преобразователь движения головы человека в электрический сигнал, содержащий шлем, фазочувст-. 1О вительные выпрямители, фильтры и три сумматора (1) .

Однако линейность выходных сигналов преобразователя уменьшается с ростом величины угла поворота головы

° вследствие размагничивающего действия продольной составляющей магнитодви" жущей сиды обмоток синхронизации сельсинов, а из-за вязкого трения в гидравлических демпферах маятников искажается динамическая точность преобразования резких поворотов головы, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь движения головы человека в электрический сигнал, содержащий шлем, закрепленный. неподвижно, подшлемник, закрепленный на голове человека, две катушки возбуждения, расположенные на подшлемнике, генератор, подключенный к катушкам возбуждения, три индикаторных катушки, подключенных к трем идентичным каналам преобразования, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, преоб35 разаватель код-напряжение, сумматор, а также источник опорного напряжения, первый выход которого соединен с вторым входом преобразователя коднапряжение.

Недостатками известного преобразователя являютсв невысокая точность из-за зависимости амплитуды выходного напряжения преобразователя от

45 неравномерности воздушного зазора в индуктивной системе (между катушками возбуждения и индикаторными катушками),при движении головы, увеличение нелинейности преобразования с

50 ростом угла поворота головы и сложность его конструкции.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается 55 тем, -ITO в преобразователе движения головы человека в электрический сигнал, содержащем шлем, закрепленный неподвижно, три индикаторные катушки, размещенные на нем, подшлемник, закрепленный на голове человека, две катушки возбуждения, установленные на нем, генератор, подключенный к катушкам возбуждения, три идентичных

1 канала преобразования,,подключенных к своим индикаторным катушкам,, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, сумматор, а также источник опорного напряжения, первый выход которого соединен с вторым входом преобразователя код-напряжение, в каждый канал введены последовательно соединенные с выходом индикаторной катушки усилитель"ограничитель, фазовый детектор, выход которого соединен с вторым входом сумматора, два компаратора, также подключенные к второму входу сумматора, блок фазовращателей, соединенный с выходом генепатооа, коммутатор, первый вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, остальные входы — к выходам блока фазовращателей, выход — к второму входу фазового детектора, а второй и третий выходы источника опорного напряжения — к вторым входам компараторов, выходы которых соединены с первым и вторым входами реверсивного счетчика.

Кроме того, индикаторная катушка содержит две секции, причем катушки первой и второй секций, соответственно через резистор и конденсатор подключены к выходу усилителя-ограничителя, а другие их выводы — к общей шине.

На фиг. 1 изображена схема расположения индикаторных катушек на, шлеме каналов измерения; на фиг.2система координат движения головы человека, а также схема расположения катушек возбуждения на подшлемнике; на фиг. 3 †. блок-схема одного канала преобразования (схемы остальных двух каналов аналогичны); на фиг, 4 — динамические характеристики преобразователя и отдельных его узлов.

Преобразователь состоит из трех идентичных каналов для преобразования трех углов поворота головы чело-, века (,, С, (в электрический сигнал rye q „ Ц g> углы Откло нения головы от нейтрального пало1124924 жения при ее повороте вокруг оси

Х, 7, 2 соответственно (причем направление поворота считается положительным) если поворот совершается против направления движения часовой стрелки,при наблюдении с конца вектора, обозначающего соответствующую ось вращения.

Преобразователь движения головы человека в электрический сигнал со- 10 держит шлем 1, закрепленный неподвижно, три индикаторные катушки 2 (а,б,в) размещенные на нем, подшлемник 3,,закрепленный на голове человека, две катушки 4 возбужцения (катуш- 15 ки Фа каналов измерения (q и (g и катушки )S канала измерения g>, рас положенные на нем, генератор 5, подключенный к катушкам 4 возбуждения, три канала преобразования, подключенные к своим индикаторным катушкам

2, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик 6, преобразователь 7 код-напряжение, сумматор 8, а также 25 источник 9 опорного напряжения, первый выход которого соединен с вторым входом преобразователя 7 код-напряжение.

В каждый канал преобразования вве- З0 дены последовательно соединенные с выходом индикаторной катушки 2 усилитель-ограничитель IO фазовый детектор 11, выход которого соединен с вторым входом сумматораy два компа 35 ратора 12, также подключенные к второму входу последнего, блок 13 фазо-. вращателей, сЬединенный с выходом генератора 5, коммутатор 14, первый вход которого подключен к выходу 40 реверсивного счетчика 6, остальные входы — к выходам блока 13 фазовращателей, выход — к второму входу фазового детектора 11, а второй и третий выходы источника 9 опорного напряжения — к вторым входам компараторов, выходы которых соединены с первым и вторым входами реверсивного счетчика.

Индикаторная катушка 2 устройст- 50 ва содержит две секции 15, причем катушки первой и второй секции соответственно через резистор и конденсатор подключены к выходу усилителяограничителя 10, а другие их концы 55 соединены с общей шиной.

Индикаторные катушки 2а и 26 индуктивно связаны с катушкой воэбуждення 4а, а индикаторная катушка 28с 46, Преобразователь движения головы человека работает следующим образом.

В исходном состоянии (момент времени t ) голова человека находится в нейтральном положении (g = О), ревйрсивный счетчйк 6 по цепи "Уст 0" устанавливается в исходное состояние. При движении головы с выхода индикаторной катушки 2 через усилитель-ограничитель 10 на вход фазового детектора 11 поступает прямоугольное переменное напряжение UII постоянной амплитуды с фазой, прямо пропорционально зависящей от угла поворота головы. На другой вход фазового детектора 11.с блока 13 фазовращателей через коммутатор 14 поступает напряжение U, фаза которого при повороте головы меняется скачкообразно в зависимости от кода UI2 поступающего с реверсивного счетчика 6 на коммутатор 14. Этот же код UI2 поступает на вход преобразователя 7 коднапряжение, где преобразуется в аналоговое напряжение U9, и подается на вход сумматора 8, где суммируется с кусочно-аналоговым сигналом с выхода фазового детектора Нг. Выход сумматора 8 является выходом преобразователя..Пусть голова человека, начиная с точки = 0 (фиг. 4), движется в положительном направлении, на вход фазового детектора 11 подается напряжение U с начальной фазой

2Т т = — . В какой-то момент времени

4 выходное напряжение фазового детектора Up достигает верхней границы

1 зоны регистрации U> (фиг. 4г) и ком- паратор 12 вырабатывает короткий импульс U соответствующий аналоговому куску поворота головы (фиг. 4а, 46)..

Импульс U

4924

S 112 гового сигнала U . При дальнейшем увеличении угла поворота головы работа преобразователя происходит аналогично описанному вышее, Пусть теперь в какой-то момент времени (фиг. 4a) голова человека меняет направление движения и угол (начинает уменьшаться, при этом на выходе преобразователя 7 код-напряжение сформировано семь ступеней аналогового сигнала Ug (Лиг . 4п) à Ko BTODOMv вхопч Фазового петектопа 11 попклю, 7 чено напряжение U> с фазой, =2, Начиная с момента времени t8 выходное напряжение фазового детектора начинает уменьшаться-и в момент времени t достигает нижней границы эоны регистрации U" {фиг. 4г), при этом компаратор 12 вырабатывает короткий импульс П, которыи поступает на вход обратного счета реверсивного счетчика 6 . На выходе реверсивного счетчика код, уменьша= ясь на единицУ, переключает коммутатор — к фазовому детектору подключается фазовращающая цепь с фазой P = 2 - одновременно преобразо-, 6

6 ватель 7 код-напряжение на одну ступень уменьшает свой выходной сигнал, а сигнал фазового детектора Ug скачком увеличивается до нуля и далее изменяется согласно углу поворота головы. При дальнейшем движении головы работа преобразователя аналогична. Полный аналоговый сигнал получают,.>суммируя на сумматоре 8 выходные сигналы с фазового детектора

11 U и с преобразователя 7 код-на5 пряжение U< (фиг. 4г, 4д, 4е).

Экспериментальное исследование предлагаемого и известного преобразователей движений- головы человека

1О в электрический сигнал показало, что применение элементов, соединенных по предлагаемой схеме, позволяет формировать выходной сигнал преобразователя, используя участок прямолинейной зависимости выходного сигнала фазового детектора от угла поворота головы; в отличие от известной схемы, где используется приблизительно прямолинейные участки синусо20 идальной зависимости сигнала фазочувствительного выпрямителя, за счет чего повышается точность предлагаемого преобразователя. Кроме того, применение двухсекционной индикатор25 ной катушки с К и С элементами (в отличие от трехсекционной в известном. устройстве), позволяет упростить индуктивную систему преобразователя,, Благодаря применению усилителя-ограничителя амплитуда выходного сигнала стабилизирована на уровне,ограничения и не зависит от величины воздушного зазора в индуктивной системе при изменении его в пределах 5-50 мм.

1124924

Фиг. 2

1124924

Составитель Б. Фигурин

Текред М, Гергель Корректор А. Обручар

Редактор О. Бугир

З 8320/г Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K-35. Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент",,г. Ужгород, ул. Проектная, 4