Устройство оценки и оптимизации состояния оператора Советский патент 1984 года по МПК G09B7/02 

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике, в част кости к автоматизированньм системам управления и обучения, и может быть использовано в системах интенсивног тренажа и обучения. Известно устройство, содержащее блок питания, контактный блок взаим действия прибор-объект, связанный через коммутатор режимов .его работы (пятипозиционного переключателя), через операционньй усилитель и коммутатор информационных сигналов от биоактивных точек с цифровым инд катором и входным интерфейсом микропроцессора l . Недостатками известного устройства являются его ограниченные возможности по оценке состояния оператора с использованием параметров би активных точек и по воздействию на них с целью активизащи физиологиче кого состояния оператора.Эти недостатки обусловлены тем, что Данные о биоактивных точек используются однопланово в каждый момент времени (в зависимости от положения пятипозиционного переключателя), а воздействие осуществляется в каждый момент времени, одной частотой,что снижает эффективность оценки и оптимизации состояния оператора. Цель изобретения - повьшение эффективности оценки и оптимизации состояния оператора. Поставленная цель достигается тем, что устройство оценки и оптимизации состояния оператора, содержащее переключатель режимов, первый вход которого соединен с выходом контактного блока взаимодействия,а второй вход переключателя режимов соединен с выходом блока питания, блок управления, первым выходом связанный с первым входом блока вво да, первый выход которого соединен входом микропроцессора,систему инди кации, имеет операционный усилитель, генератор импульсов высокой частоты, регулятор импульсов высокой частоты, генератор импульсов низкой частоты, регулятор плавной настройки, делитель, коммутатор и смеситель, а система индикации содержит блок магнитозаписи, блок преобразований, блок акустики, первым входом соединенный с первым входом блока преобразований и вторым входом блока управления, третьим входом подключенного к входу блока Mai lu.гозаписи, первым выходом подключенного к вторым входам блока преобразований и блока акустики, а второй выход блока магнитозаписи связан с вторым входом блока ввода, вторым выходом соединенного с входо регулятора импульсов высокой частоты, выход которого связан с входом генератора импульсов высокой частоты, выходом соединенного с первым входом смесителя, выход которого связан с третьим входом переключателя режимов, выходом соединенного через операционный усилитель с входом блока управления, при этом регулятор плавной настройки выходом связан с входом генератора импульсов низкой частоты, которьй выходом, через делитель и коммутатор соединен с вторым входом смесителя. При этом блок преобразований содержит светоцветоиндикатор, узел частотных фильтров,преобразователь биопотенциал-код, цифровой индикатор и светоиндикатор, при этом входы светоцветоиндикатора соединены с выходами узла частотных фильтров и преобразователя биопотенциал-код. На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - пример функциональной схемы устройства оценки и оптимизации состояния оператора; на фиг. 3 - структурная схема светоцветоблока. Устройство включает микропроцессор 1, блок 2 ввода, блок 3 .управления, операционньй усилитель 4, переключатель 5 режимов Поиск-Оценка состояния - Воздействие, кон.тактный блок 6 взаимодействия прибор-биообъект, блок 7 акустики, для звукоиндикации - при идентифи-кации биоактивных точек и для воспроизведения суггестивных формул и фонового музыкального сопровождения при оптимизации психофизиологического состояния .оператора, блок 8 преобразования для световой индикации - при идентификации и оценке состояния биоактивных точек и цветосветосопровождения музыкального фона - при суггестивном воздействии в режиме оптимизации психофизиологического состояния оператора, блок 9 магнитозаписи суггестивных воздействий, генератор 10 импульсов вьюокой частоты для формирования высокочастотных импульсов воздействия на биоактивные точки, смеситель 11 импул сов низкой и высокой частот,блок 1 автономного питания, регулятор 13 плавной настройки импульсов низкой частоты, генератор 14 импуЛьсов низкой частоты, делитель 15 частот импульсов на основе двоичного счет ка импульсов, регулятор 16 импульс высокой частота, коммутатор 17 уст новки низкочастотных импульсов (позицией 18 обозначен биообъект (биоактивные точки оператора). Блок 8 преобразований включает св етоцветоиндикатор 19 (например, экран цветного телевизора, светоцветоотражатели и набор цветных ламп накаливания, экраны цветомузы кальных установок и др.), узел 20 частотньпс фильтров для преобразова ния музыкальных звуков в-совокупности управляющих сигналов на соответствующие каналы светоцветоиндикатора, преобра:3ователь 21 биопотенциал-код Для преобразования биопотенциала, снятого с биообъект в управляющий сигнал на один из цветовых каналов светоцветоиндикатора, цвет которого по условию соответствует данному состоянию биообъекта, цифровой индикатор 22 для высвечивания или указания числ вого значения измеряемого параметра биообъекта, светоиндикатор 23 для регистрации факта, что контакт блок находится в области биоактивн точки. Переключатель 5 режимов первым входом соединен с выходом контактного блока 6 .взаимодействия, а вторым - с выходом блока 12 питани блок 3 управления первым выходом связан с первым входом блока 2 ввод первьй выход которого соединен с вxoдo I микропроцессора 1. Блок 7 акустики первым входом соединен с первым входом блока 8 преобразован и вторым входом блока 3 управления третьим входом подключенного к вхо ду блока 9 магнитозаписи, первым выходом подключенного к вторьм входам блока 8 преобразований и бл ка 7 акустики, а второй выход блок 9 магнитозаписи связан с вторым входом блока 7 акустики а второй выход блока 9 магнитозаписи связан с вторым входом блока 2 ввода, вто выходом соединенного с входом ре81 . 4 гулятора 16 импульсов высокой частоты, выход которого связан с входом генератора 10 импульсов высокой частоты, выходом соединенного с первым входом смесителя 11, выход которого связан с третьим входом переключателя 5 режимов, выходом соединенного через операционный усилитель 4 с входом блока 3 управления, при этом регулятор 13 плавной настройки выходом связан с входом генератора 14 импульсов низкой частоты, который выходом через делитель 15 и коммутатор 17 соединен с вторым входом смесителя 11. Блок 8 преобразований содержит светоцветоиндикатор 19, узел 20 частотных, фильтров, преобразователь 21 биопотенциал-код, цифровой индикатор 22 и светоиндикатор 23.При этом входы светоцветоиндикатора 19 соединены с выходами узла 20 частотных фильтров и преобразователя 21 биопотендаал-код, В памяти микропроцесса 1 записана предварительно программа управления оценкой и оптимизацией состояний оператора, а также данные о магнитозаписях в блоке 9.Блок 9 содержит типовой многодорожечный магнитофон и набор типовых пленок. Для автоматизированного управления работой блока, он подключен к блоку 2, а последний - к микропроцессору 1. Кроме того, для ручного и полуавтоматического управления блок 9 подключен к блоку 3 управления. Блоки 10 и 14 - генераторы прямоугольных импульсов содержат по две типовые интегральные логические схемы И. Входы каждой схемы через переменные резисторы подключены к общей шине питания, выход калэдой схемы через конденсаторы подключены к входу другой схемы, выход одной из схем является выходом блока. Блок 11 смеситель (аддитивный сумматор) импульсов высокой и низкой частот содержит две типовые интегральные логические схемы И. К первому входу одной из схем подключен выход генератора импульсов высокой частоты, а к второму входу этой же схемы через делитель 15 и коммутор 17 - выход генератора импульсов низкой частоты. Блок 12 включает автономный источник питания. Блоки 13 и 16 включают совокупность потенциометрических датчиков с дискретной и непрерывной установками.Блок 15 содертшт двоичньй счетчик импульсов используемый как делитель частоты. Блок 17 включает переключатель с несколькими входами и одним вьпсодом Число входов зависит от числа диапа зонов низких частот воздействия (от числа выходов или разрядности делителя частоты). Устройство работает следующим об разом. В зависимости от режима работы устройства оператор (обучаемый или исследователь) устанавливает в блок 5 необходимый режим (поиск биоактив ной точки, оценка состояния или воз действие на нее), Рассмотрим последовательно работу устройства в режи мах Поиск - Оценка состояния Воздействие. В режиме Поиск датчика контакт ного блока перемещаются по выбранно му каналу идентифицируемых .биоактив ных точек объекта 18. Сигнал с объе та поступает на вход блока бис ег выхода через блок 5 - на вход блока 4, где усиливается и подается на вход блока 3. Блок 3 в режиме Поис подключает (подает) сигнал от биоак тивной точки либо к одному из блоков 7 и 8, либо к обоим. Последние звуковым и(или) световым,сигналом оповещают о том, что датчик контакт ного блока касается биоактивной точки (находится над ней). В режиме Оценка состояния сигнал с выхода блока 3 коммутируется на вход блоков 8 или (и) 2, а от последнего - к микропроцессору 1. Для приближенной оценки состояния используются показания цифрового индикатора 22 (фиг.З) блока 8.Для более точной оценки состояния информационный сигнал через блок 2 поступает в микропроцессор и обрабатывЬется с учетом статистических данных о предьцхущих измерениях (см.алгоритм). Результаты обработки данных используются для оценки состояния и принятия решения о режимах воздействия. Оценка состояния по известным алгоритмам с применением математических методов, выполненная микропроцессором, либо хранится в его памяти, либо документируется. Для повьппения достоверности оценки состояния в устройстве используется второй информационный канал: контактный блок взаимодействия прибор-биообъет uрез блоки 6-3 подключен к узлу 2 i блока 8 (,3). В зависимости от величины биопотенциала преобразователь вьфабатьюает управляющий сигнал на один из цветоканалов узла 19. В результате на экране высвечивается (появляется) определенный цвет.При этом цвет к определенному состоянию назначается экспериментатором произвольно. В режиме Воздействие участвуют все блоки за исключением блока 4. Оптимизация психофизиологического состояния обеспечивается выбором соотношений частот импульсов низкой и высокой частот, временем воздействия, уровнем и знаком (полярностью) тока (напряжением, выбором суггестивньпс формул и цветосветомузыкального фона). Работа устройства в режиме воздействия заключается в следующем. Каналом воздействия является психологическая установка для индивидуума, вьшолняемая с помощью магнитозаписи в блоке 9 и с использованием блока 8 акустики и светоцветоблока. Содержание воздействия определяется специалистом и может включать приемы создания цветосветозвуковой среды, информационный текст, текст психовоздействия и др. Для реализации такого воздействия в фонотеку блока 8 предварительно записыв аетс я материал (муз ыка,т екст), через коммутатор 3 либо вр5гчную,либо с помощью команды от микропроцессора включаются блоки 7-9. Генераторы 10 и 14 вырабатьюают импульсы прямоугольной формы низкой и высокой час тоты соответственно. Колебания НЧ с блока 14 поступают на делитель 15 частоты и на его выходах можно снимать импульсы -с различной частотой, отличающейся от частоты соседнего диапазона в два раза (больше или меньше).,Для плавной установки (настройки) частоты данного диапазона используется блок 13. Прямоугольные импульсы с различной частотой с выхода делителя 15 поступают на вход коммутатора 17. В зависимости от выбранного режима воздействия, определяемого либо по алгоритму (блоки 1 и 2), либо . экспериментатором, на выходе блока 7 17 появляются импульсы с заданной частотой, которые поступают на вход смесителя 11. На второй вход смесителя 11 поступают импульсы высокой частоты с выхода блока 10. Значения высокой частоты устанавливаются в блоке 16 в зависимости от выбранног режима оптимизации психофизиологического состояния оператора (обучаемого) . На выходе блока 11 появляются комбинированные Колебания импульсы НЧ, заполненные импульсами ВЧ. В режиме Воздействие коммутато 5 подключает контактнбй блок к схемам воздействия. Поэтому смешанные колебания НЧ и ВЧ импульсов с выхода блока 11 через блоки 5 и 6 воздействует на биоактивную точку. При этом уровень и знак тока (напряжения) воздействия устанавливаются в блоке 12. Оциовременно своздействием на биоактивные точки включается блок 9, который или воспроиз водит с помощью блока 7 суггестивны формулы воздействия на подсознание оператора (обучаемого), обеспечивающие либо релаксацию, либо активизацию психофизиологического состояния, или создает сдаетосветомузыкальный фон с помощью блока 8, или обеспечивает многоплановое воздействие, т.е. ущ авляет одновременно двумя каналаки воздействия. Здесь блоки 7 и 8 совмещают две функсЁии: сигнализацию о нахождении БАТК при ее вдентификации и воздействие на психофизиологическое состояние оператора (обучаемого), Один из возможных вариантов алгоритма оценки и оптимизахщи состояния оператора (обучаемого) приве ден ниже. Алгоритмы. Оператор 1. Формирование исходны да1|рых. 1.1.Топография биоактивных точек кожи (БАТК), подлежащих воздействию (перечень симптоматических и общеукрепляющих точек, используемых для оценки и оптимизации психофизиологи ческого состояния оператора или обу чаемого) . 1.2.Правила (например, таблица) сочетания точек при воздействии для достижения заданной цели и последов тельность воздействий. 1.3.Значения параметров воздействия (частоты несущей - низкой частоты и частоты заполнения - высокой частоты, полярность, амплитуда, время и др.) в зависимости от параметров БАТК. Эта группа данных может оформляться по-разному. Как вариант данные оформляются в виде матрицы стратегий воздействия с входами: по столбцам-приведенный вьше перечень параметров воздействия, по строкам - перечень и значение параметров состояний БАТК, элементы матрицы - значение параметров воздействий при данном значении параметров состояний БАТК. 1.4.Благоприятное для данного индивидуума время (суток,недели,года) воздействия на БАТК. 1.5.Выбранный (назначенньй) критерий эффективности воздействия на БАТК (например, результаты анализа физиологических параметров таких, как пульс, время восстановления проводимости БАТК, разность проводимости положительной и отрицательной полярности и др.). 1.6.Исходное состояние индивидуума по выбранному (назначенному) показателю. 1.7.Время (суток, недели, года) воздействия. 1.8.Параметры суточных ритмов индивидуума. 1.9.Вольтагдаерный портрет индивидуума, 1.10.Состояние электромагнитного по-, ля земли в данной географической точке. 1.11.Перечень измеряемых параметров БАТК.- t В Зависимости от используемого алгоритма приведенные данные могут дополняться. Оператор 2. Психофизиологическая установка. 2.1,Проверка условия: ручное-автоматическое включение блоков 7-9. При ручном - переход к оператору 3, при автоматическом - к оператору 2.2. 2.2,Выполнение подпрограммы управления блоками 3,7-9 по психоло- гической установке. Оператор 3. Определение (измерение) параметров БАТК. Перечень параметров БАТК, подлежат щих измерению, зависит от исследования. Примерами таких параметров могут быть приводимости q-на отрицательную и q+ на положительную полярности тока воздействия, их разность uq q - q. температура в области БАТК, емкость и др. 9, Рассмотрим случай, когда за осно ной параметр состояния БАТК принята проводимость q. 3.1.Определение условий оценки параметра: с накоплением (статистический метод) примем И 1, без накопления примем И О.Если И О, переход к оператору 4, Если И 1, выполнить оператор 3.2. 3.2.Сравнение q , со сред ними ,...6+-l+) (g«,a,)v(&g.d.), где Y - логическая операция HJM а, а - границы допустимых отклонений uq. Если переход к оператору 4. Если 8 Т - переход к оператору 3.3. 3.3 Проверка условий управления оптимизацией: примем ,если при воздействие на БАТК приостанавливается и для экспериментатора высвечивается сообщение о причине приостанова, - если воздействие продолжается. Тогда при - переход к оператору 10, при - переход к оператору 4. Оператор 4. Проверка условия uqsO или условия 4. i- Если условие выполняется, воздействие на БАТК прекращается, управление передается оператору 6.Если условие н вьтолняется, управление передается оператору 5. OnepaTojj 5. 5.1.Определение (вычисление, на начение) параметров воздействий на БАТК - значений низкой „ и высокой fg частот воздействий, времени t воздействия, амплитуды U воздействий, полярности (JJ (+ или -) и др Исходными данными для выполнения оператора 5 являются данные, полученные оператором 4, т.е. $ - sign { i - JL и данные оператора 1. 5.2.Управление воздействием по п. 5.1 (время ). Оператор 6. Проверка комплексног показателя эффективности Э€ (f 5 ° действия V -факторами (частотными п казателями) (оценка реакции состояния) . выполняются действия, а 8110 логичные действиям в операторах 3 и 4. Дополнительно для каждого индивидуума определяется взаимосвязь (комплексньй показатель ТЛ ) частотных показателей. Управление зависит от значения если ЗС optfx g; переход к оператору 9, если 5t - переход к оператору 7. Оператор 7. Включение дополнительных средств воздействия (суггестивные аутогенные установки или гипнотические формулы, светоцветомузыка,аэроинофикация и др.).Через время - переход к оператору 4. Оператор 8. Проверка условия кон- ца тренажа. Если условие выполняется - переход к оператору 10, если нет - к оператору 9. Оператор 9. Продолжение процесса тренажа (обучения) с периодическим В1р1ючением устройства оценки и оптимизации состояния оператора (обучаемого) . Оператор 10. Койец воздействия. Сообщение о причинах конца воздействия (конец по времени или по сигналу, что параметры БАТК имеют опасные отклонения от нормы). Таким образом, введение новых элементов и новых связей между ними и имеющимися элементами позволяет существенно повысить эффективность его использования при оценке и оптимизации психофизиологического состояния оператора (обучаемого) , Так в режиме Оценка состояния устройство позволяет оперативно получать данные как приближенные, Tiu и точные. Например, после идентификации биообъекта данные о его состоянии отображаются на цифровом индикаторе через 10-50 мс (время зависит от постоянной времени задержки контактного блока и измеряемого параметра - проводимости, температуры и др.). Точная оценка обеспечивается с одной стороны использованием одновременно нескольких разнотипных источников информации (электропроводдаюсть, полярность, температура, цвётосвет индикатора и др), с другой стороы - использовакием алгоритмического метода и микропроцессора, позволяющих за короткое время накапливать большой объем информации и алгоритмически

n ,

(строго определенно) обрабатьшать эту информацию. Например, микропроцессор, используемьй в устройстве, может хранить и обрабатьгоать информацию объемом порядка 512 тыс..бит. Это позволяет использовать большую глубину ретроспекци и повьюить точность оценки за счет достаточно большого статистического материала.

В режиме Воздействие устройст во йозволяет использовать широкий арсенал физиологического и психологического воздействия. Так частота низкочастотных импульсов мотжет меняться от О до 1000 Гц (в известных методиках и устройствах используется диапазон частот от 0,5 до 200 Гц).Частота заполнения может меняться в любом диапазоне вькоких частот и зависит от частотных параметров, используемых интегральных схем и емкости

1768112

. Конденсаторов в генераторе высо- ких частот. Кроме того, воздействие на биообъект прямоугольными импульсами оказывается более эффективным по сравнению с воздействием синусоидальными колебаниями.

Таким образом, устройство по своим возможностям позволяет реализовать не только известные методики 0 оптимизации состояний биообъектов, но и исследовать вновь разрабатываемые методики, в которых параметры физиологического воздействия отличны от параметров существующих методик J5 Диапазоны низко- и высокочастотного воздействия, их сочетания, амплитуда параметров воздействия и др.).

В устр:ОЙстве возможна реализация различных (существующих и разрабатываемых) методик психологического воздействия на состояние индивидуума совместно с физиологическим воздействием.

1. УСТРОЙСТВО ОЦЕНКИ И ОПТИМИЗАЦИЙ СОСТОЯНИЯ ОПЕРАТОРА,содержащее переключатель режимов, вход которого соединен с выходом контактного блока взаимодействия, а второй вход переключателя режимов соединен с вьгходом блока питания, блок управления, первым выходом связанный с первым входом блока ввода, первый выход которого соединен с входом ьеткропроцессора, систему индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности оценки и оптимизации состояния оператора, оно имеет операционный усилитель, генератор импульсов высокой частоты, регулятор импульсов высокой частоты, генератор импульсов низкой частоты, регулятор плавной настройки, делитель, коммзтатор и смеситель, а система индикации содержит блок магнитозаписи, блок преобразований, блок акустики, первым входсж соединенный с первым входом блока преобразований и вторым входом блока управления, третьим входом подключенного к входу блока магнитозаписи, первьм выходом подключенного к вторым входам блока преобразований и блока акустики, а второй выход блока магнитозаписи связан с вторьм входом блока ввода, вторьм выходом соединенного с входом регулятора импульсов высокой частоты, выход которого связан с входом генератора импульсов высокой частоты, выходом соединённого с первым входом смесителя,выход которого связан с третьим входом переключателя режимов, выходом соединённого -через операционный усилитель с входом блока управления, при этом регулятор плавной настройки выходом связан с входом генератора импульсов низкой частоты, который выходом, через делитель и коммутатор, соединен с вторым входом смесителя. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок 1 преобразований содержит светоцветоЛ индикатор, узел частотных фильтров, преобразователь биопотенциал-код, 00 цифровой индикатор и светоиндикатор, при этом входы светоцветоиндикатора соединены с выходами узла частотных фильтров и преобразователя биопотенциал-код.

Фиг.1

F: 4 Nfc:iP oi4

«м

«о

lP a ivaftg Mto

22

Фае.З