Устройство для управления режимом работы при трудовой деятельности Советский патент 1989 года по МПК A61B5/00 A61B5/16 

Г

-

сл

Изобретение относится к медицине, конкретнее к гигиене. Цель изобретения - достижение оптимального соотношения между функциональным состоянием организма и величиной физической нагрузки в процессе трудовой деятельности школьника. Устройство содержит датчики 1 установленные на биообъекте 2, блок 3 первичной обработки, блок 4 усреднения и запоминания, коммутатор 5, блок 6 индикации, инструмент 7 со встроенным преобразователем усилий, усилитель 8, блок 9 управления, блок 10 выработки индивидуальной модели соотношения физиологических параметров и нагрузки, блок 11 сигнализации о прекращении работы, блок 12 сигнализации о возобновлении работы. Устройство обеспечивает управление прекращением и возобновлением работы на основе индивидуальной модели соотношения физиологических параметров биообъекта и нагрузки. 3 ил., 1 табл.

I

фиг.

ел

о СП

ел

Изобретение относится к медицине и может испо.тьзоваться при гигиенической регламентации трудовой деятельности Н1ко.ть- никон путем регламентации режима труда и отдыха по оитимальцым критериям, а также нри проведении исследоЕ аний по профессиона.чьному отбору учащихся.

Целью изобретения является достижение оптимального соотно1ления между функциональным c(Jcтoяниeм организма и величиной физической нагрузки а процессе трудовой деятельности иIK(JЛl,пикa.

4а фиг. 1 представлена функциональная схема устройсгва; на фи1 . 2 функ- циона.тьная схема б.юка усреднения-запоминания; на фиг. :i - функциональная схема блока вьцюботки индивидуаль.ной моде. ш соотношения физиологических параметров и нагрузки.

Устройство для управления режимом работы цри трудовой деятельности содержит соедииенные носледовательно датчики 1 фи- .июлогических параметров, установленные на бнообьекте 2. блок 3 первичной обраб()тки, б;и)к 4 усреднения-запоминания и комму- га гор 5, блок Г) индикации, соединешные носледовательно инструмент 7 с вст)оенным преобразова1е. 1ем силий. усилитель 8, выход кото)огч) соединен с вторым входом коммутатора 5 и вторым входом блока 4 ус- реднения-запомипания. выход которого подключен к б. ижу Н индикации.

Гакже соединенные нос.тедовагельно б,тс1К I) управления, блок И) выработки инди видуа,1ьной модели соотношения физиоло- ических нараметров и наГ|Л зки, б.юк И сигна.1нзации о )а1цении работы, выход Korofnno иодк.тючен к третьему входу комму гатор.а 5, блок 12 сигнализации о воз- зобновлении работ 1,1, вход которого соединен с входом блока 11 сигнализации о HjieKpameiniH рабоП), а выход с чет- ЕН ртым входом гато)а 5, второй вход б.юка 10 вы)аботки индивидуа.тьной моде- 1и соотношения (jiH3ii(). io ических царамег ров и нагрузки соединен с первым входо.м б.пока 4 ycpt 1нения-запоминан11Я. третий вход которого соединен с вторым | ыходо.м б,тока 9 управ.лепия.

На фиг. 2 нредставлена функциона.1ь- ная схема блока 4 усредненпя-.запоминания. содержащего ii4-l интеграторы 13, включенные на()ал,ельно че|1ез iexaHii4ei KH связанные переключатели 14.

На фиг. 3 представлена функциональная схема блока 10 выработки индивидуальной моде.1и соотношения (}1изио. 1оги- ческих параметров и нагрузки, который состоит из собсгвепно модели б,тока 15 перемножения iBIIll. сумматора Hi ( 1 ), блока 17 иеремножения (БН 2), б,тока Ж числения ун1)авляемого ко : ффициента моде.ти (Б11 31. коитактов реле ( К Р), ин- тег ратора 19 1У2), причем управление КР производится от б.юка 9 уп)ав.кмшя.

0

0

В результате целой серии исследований по изучению количественной закономерности между состояние.м организма и величиной нагрузки эмпирически найдена математи- с ческая зависимость, выражающаяся с.тедую- шим уравнением:

а i +... -t- х-« - fi w -, |дех|...Хч физиологические параметры организма, выраженные в вольтах;

ai...a, - коэффициенты физиологических пара.метров при онре- деленных видах трудовой деятельности;

(iкоч(})фициент величины нагруз5ки нри онределенны.х видах

трудовой деятельности; wве.шчина нагрузки, выраженная в вольтах;

; :величииа рассогласования между физиологическим состоянием (рг анизма и нагрузкой, выраженная в во. 1ьтах; 11число физиологических параметров.

К)Н)ф((1ициепты а и fi рассчитывают- 5 ся индивидуа.тьно д. 1я каждого школьника и вида г)уд()вой деяте. шности.

Блок выработки индивидуальной моде- .1И соотношения физиологических параметров и паг(П зки реализует предложенную моде.1ь. В.1ияние трудовой деятельности 0 на организм школьников адекватно оценивается на основе учета ноказателей соматических и вегетативных функций и показателей нагрузки. . Минимальный набор фи- зио.тогнческих параметров, нозволяюший изучать п.(менепие функционального состоя- 5 ния о м-апизма школьников - это частота сердечных сокращений, частота дыхания и биоэ.1ект)ическая активность мьинц.

Устройсгво работает следующим образом. Нервый этап. Определение индивидуаль- Q ных коэффициентов и значений пороговых нагрузок.

Школьник (биообъект 2) начинает выполнить трудовую операцию инструментом 7 с всгроеппым преобразовате.чем усилий (не но5 казан). Сигналы с датчиков 1 физиологических иараметров поступают на блок 3 первичной обработки физиологических параметров. Одновременно с выхода усилителя 8 сигнал, пропорциональный величине нагрузки, поступает на второй вход комму0 татора 5 и на второй вход блока 4 усреднения-запоминания, где усредняется за каждые 30 с из 1 мин, запоминается, а затем поступает на блок 6 индикации. Аналогично с выхода блока 3 первичной обработки физиологических параметров фи5 : ,иологические параметры X|(t), ),..., (.) поступают на первый вход блока JO выработки индивидуальной модели соотношения физио.югических параметров и нагрузки и на первый вход блока 4 усреднения-запоминания, где усредняются за каждые 30 с из I мин, запоминаются, а затем поступают на блок 6 индикации. По этим данным составляется таблица.

Информация, поступающая на второй вход коммутатора 5 и первый вход блока 10 выработки индивидуальной модели соотношения физиологически.х параметров и нагрузки, на первом этапе не используется. Информация, поступающая на первый и второй входы блока 4 усреднения-запоминания, используется только на первом и втором этапах, а на остальных этапах не используется. Этот этап длится 44 мин (дли1 1 12

X (1)махс Л 1 (, i I j MvJH

III

22X,(II)MI.CХ(11) ...Х(11)„,W(11)„„,

23Х,(111)„ нXJIID,Х/111),„W(111)„,„

33X dlDnaxc.XJIII)M,,..Х(111)(IIT),,

,(IV)Х,(1У)„...X(IV),.W(IV)«uH

X,(IV) макс

Ilo этой таблице определяются минимальные и максимальные значения каждого физиологического параметра и нагрузки, находящиеся во II и III квартиля), исходя из предложения, что эти значения близки к оптимальным. Из этой же таблицы находим коэффициенты изменения физиологических показателей (К), характеризующие функциональное состояние организма школьника до возникновения его ухудще- ния

1 (lii 1 1-± (II)i

х:(11);,Г

К.

К l liIiIbAJ I LiiIk4. X(II;)MUH

,n(,;(lI)Muj, X.(II).UH

Вычисляется сумма всех коэффициентов S Ki + K2+... + K.

Вычисляем коэффициенты ai, .t,

определяющие вклад каждого физиологичестельность урока за вычетом минутного инструктажа). В таблицу заносятся данные об изменении нагружаемых физиологических параметров, т. е. тех физиологических параметров, которые изменяются в зависимости от данного вида трудовой деятельности.

Затем в этой таблице каждый 4 изио- логический параметр и величина нагрузки

располагаются в порядке возрастания.

Потом каждый ряд этих показателей разбивается на квартили, где величины всех физиологических параметров и нагрузки, попавщие во II и III квартили, рассматриваются в качестве статистической

нормы.

X ( 1)накс XndDnuH

W (I)..KC

W (IT)MUH

X,( IV) „,,,... XJIV),

W (И)„,с

0

кого параметра в общее физиологическое

SSS

состояние ai а-2,..., y-yi AIKIл

Затем, зная коэффициенты ai, а2,...,а и значения Х|(1)«ин, Х2(1)мии,.., х.,(1)м, v(l)M.iH из таблицы и принимая величи- 5 ну 1 0, находим коэффициент р.

Рр - коэффициент величины нагрузки при определенных видах трудовой деятельности и минимальных значениях физиологических параметров и нагрузки. Он необходим для определения пороговых вели- 0 чин FI и р2

aiXi (1 )мин -|-а2Х2 (I )M i.i +...+

+ aflX,(I )N.HH -РР W (1 ).|м. 0;

g IXI (П + 2X1; (1)+... 0. .,,.,

W(1),,H

Затем находим величины Xi и X

Xi a,x,(lll)v.,K. + ajX,,(III).+ ...+

+ a,x(III)«..K.-- (III)M,,K.; X, aix, (lI).ии-f a..X .(lI Ь+...+

+ OCnX,(II)-PFU(II)V.,:.

5

Да. кч находим fKMH iiuibi 1, и 1-, по cj)op- мулсЬ СХ-,

где коэффициент С может быть выбран произвольно, однако с целью упрощения математических преобразований он ыби- раетея равным 0,5, тогда

1-1 0,5 (Х,) ; -j-O.d,). где - | и (- 1пороговые величины значений - , выражепн1 1е li Bo.ibTax.

Второй :1тап. ()п1)еде, параметров модели.

Школьпик 2 пачпнаег iU)Hio,:inHTb трудовую операцию ипег|пменгом 7 г ветроеп- ным иреобразона ге,1ем усилий, нри :)гом информация об усп, П1Ях постуиает через усилитель 8 II.I BTopoi i вход блока 4 усредпения-запоминапия и па )торой вход коммутатора 5, с выхода которого инфо)- мация об уси. птх ностунает на второй вход б, 1ока 10 )аботки индивидуа.чьпой моде.пи соотношения 1|)изио;1огнческих iia)a- метров п нагрузки. Одновременно с началом работ) вк,1ючается блок 9 унрав. ння. (;игна, 11)1 с датчиков I физио,погп- ческих параметров поступают на блок Л нервично обрабогки (|)нзио;к)|-пческих па- )аметров, а с ег о выхода - на нер- вый вход блока 4 усреднения-запоминания и первый вход блока 10 выработки индивидуальной моде, 1и соотноп1епия физио- .магических иарамегров и нагрузки.

Ьлсж 10 )откп индивидуальной .моде- , 1И coornoHieiiHH физиологических параметров и нагрузки В1)1чис, коэффициент исходя из условий минимального методом наискорейн1е| t) спуска из уравнения Х а|Х| + ... + .ч . Вычисление параметра (i ироисходиг автоматически в течение первых 2 мин. Через 2 .мин работы блок 9 унравления выдает сигнал и вычисленное значение |-1 сохраняется на интеграторе и нодаегся на блок перемножения (не показан. Одновременно из блока 9 унравления в блок 4 усреднения- запоминанпя И)Г1ается сигнал и в нем .апоминается ус|1едне||ная велич.ча уси.чий за 2 мин работьг

Третий этаи. Работа.

Работа осуществляется при условпи, что 0, согласпо уравнению aiX|--|- 4-ajX24-...-f а„.х.„ .

При этом в блоке 10 выработки индивидуальной моде, 1и соотношения фн зиологических параметров и нагрузки сохраняется вычис.1енный па вторсш зганс коэффициент (-1 и на его входы подаются значения физиологически.х параметров и нагрузки.

Четвертый этап. Прекращение работы.

Прекращение i)a6oTi i происходит при условии 0,. При превышении величиной значения : вк, 1ючается блок 12 сигпа, 1изапии о возобн(.)влении .работы, нкольник 2 11|)екра1цает работу, сигна. с

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

б.юка 1 1 сигнализации о прекращении работы полается на коммутатор 5, который подключает к б,:|оку 10 выработки инди- видуа. модели соотноп ения физиологи- ческич параметров и нагрузки вместо текущих .значений v(t) значение w . Во время отды.ха нколы1ика 2 модель работает в соответствии с В1)1|)ажением

aiXi-f :с х.. + ... + ;з:, ,, Х прп условии, что 0,5,.

Пятый этан. Возобновление работы.

Воз(.)бн()вление работы происходит нри yi.-ловии 0, 1 ;1 : . П)н условии вк. ночасгся б.юк 12 С1пиа,. 1изаиип о возобнов,-|ении работ, 2 возоб- нов,ЯО работу, сигпа, с блока 12 сигна- . Hi.. о И)зобно1-;,( работ,: подается на коммутаго 1 о, ког()Й подключает к блоку К) выработки 11ндив 1дуальной моде,ui со ,)Г 1он1ен11я физио,:(л ических параметров и нагрузки piMecTo значения v текущее значение v(t). Работа осун1ествляется coi. iacHO у|) ....

|) при ус,1овпп 0,5Х . Ла, 1о ходу экс еримеп а гп этапы чередуются. ,стройс ) обес1 ечи 5ает формирование , о рекра це пи и возобповле1 ии работы па основе 1 1дивидуальной модели соогно1 1е 1ия (,()Г и чески X ара метров биооб|,екта и на рузки.

Формула u .toi ipcieHUH

Устройство д,тя управ; ения режимом работ, ри трудО И)й деятель 1ости, содержа- iee соединенн е ос,1едовате.тьно .чатчики ()) 1чески а 1аметров, б.ток 1ервич- 1ой обрабогки, б.юк усреднения-заномина- нпя и коммутатор, блок индикации, соеди- не1)е оследователь И) и)струме 1т с вст- роен)м 1реобразовате.1ем усилий, уснли- ге.ть, В1,ход которого соединен с вторым входом коммутатора и вторы.м )ходом блока усреднения-запоминания, выход которого одключен к блоку индикации, отличающееся тем, что, с 1.е,пью достижения оптима, соотно 1е11ия между )м состоянием о 1ганизма и величиной )пческой на -рузки в 1 роцессе трудовой деяте,1,ност(, в него введены соединен- последовагель И) блок унравле 1ия, блок выработк и 1дивидуалыюй модели соотно- ення физиологических параметров и нагрузки, б.юк сигнализации о прекращении работ), й)ход которого нодключен к третьему ходу коммутатора, блок сигнализации о нозоб 1ов.ении работы, вход кото- рог ) соеди ен с входом блока сигна- ,1И(ации о рекраще)ии работы, а выходс четве)Т)Гм входом коммутатора, Bro|)oii вход блока выработки индивидуаль- oii моде,1и соотнои е Н1я физиологических 1араметров и нагрузк соединен с нер- в,1м входом блока усред 1ения-за1юминания, г-|) вход KOTOpoi o соединен с вторым вьгходом б, 1ока ,.

Xt W

/KA

Kn

°-T

Ц w i

о1

От блока Э gnpaBtie

HU9

Фиг. 2

Уст.О

/пУГ/

Усгп.О

„Уст.О