Устройство для измерения критической частоты слияния мельканий Советский патент 1989 года по МПК A61B5/16 

СП

О5 О

00 оо

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в психофизиологических исследованиях.

Цель изобретения - повышение достоверности измерения критической частоты слияния мельканий путем исключения фактора привыкания к длительности измери тельной процедуры.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема демультиплексора; на фиг. 3 - функциональная схема управляемого делителя частоты; на ,фиг. 4 - функциональная схема пульта экспериментатора; на фиг. 5 - функциональная схема дешифратора; на фиг. 6 - функциональная схема блока измерения частоты; на фиг. 7 - генератор псевдослучайных чисел; на фиг. 8 - функциональная схема преобразователя кодчисло импульсов;

на фиг. 9 - функциональная схема пульта испытуемого.

Устройство для измерения критической частоты слияния мельканий содержит генератор 1 импульсов, преобразователь 2 код-частота, источник 3 световых сигналов, демультиплексор 4, элемент 5 ИЛИ, реверсивный счетчик 6, регистратор 7, управляемый делитель 8 частоты, пульт 9 экспериментатора, дешифратор 10, блок 11 измерения частоты, ждущий мультивибратор 12 паузы, пульт 13 испытуемого и связи 14 31 между блоками.

Демультиплексор (фиг. 2) содержит элемент НЕ 32 и элементы И 33.

Управляемый делитель 8 частоты (фиг. 3) содержит делители 34 и 35 частоты, элементы И 36 и элемент ИЛИ 37.

Пульт экспериментатора (фиг. 4) содержит группы 38- 40 переключателей кнопочных без самовозврата, формирователь 41 логического :(), формирователь 42 логической «1 и переключатель 43 кнопочный с самовозвратом.

Дешифратор К) (фиг. 5) содержит элементы НЕ 44 п элементы И 45.

Блок 11 изменения частоты (фиг. 6) содержит генератор 46 псевдослучайных чисел, с.чему 47 сравнения, сумматор 48, элемент 49 задержки, элемент И 50, преобразователь 51 код число импульсов, D-триггер 52, фо)мировате. 1ь 53 импульса, элемент НЕ 54, элемент И 55, эле.мент ИЛИ 56, D-триггер 57, формирователь 58 логического «О и связи 59 -62 между функциональными элементами.

Генератор 46 псевдослучайных чисел (фиг. 7) содержит элементы НЕ 63, элементы ИЛИ -НЕ 64, D-триггер 65 и регистр 66 сдвига, сумматор 67 по модулю 2.

Преобразователь 51 код- число импульсов (фиг. 8) содержит элемент И 68, счетчики 69 и 70, схему 71 поразрядного сравнения, элемент НЕ 72, элемент И 73, формирователь 74 импульсов, элемент ИЛИ 75, RS-триггер 76,

Пульт 13 испытуемого (фиг. 9) содержит формирователь 77 логического нуля,

формирователь 78 логической «I группы 79 и 80 пере)лючателей кнопочных с самовозвратом, переключатель 81 кнопочный с самовозвратом, элементы ИЛИ 82 и 83, формирователь 84 импульсов, RS-триггер

85, элемент 86 задержки.

Генератор 1 импульсов предназначен для задания стабильной частоты тактовых импульсов.

Г1реобразователь 2 код-частота служит для преобразования управляющего кода с

5 выхода реверсивного счетчика 6 в частоту световых мельканий, наблюдаемую нспытуе- мым. Преобразователь код-частота, например 12-разрядный, может быть реализован каскадным включением двух шестиразрядных преобразователей код-частота. Из анализа принципиальной схемы следует, цто импульсы на выходе микросхемы являются нерегулярными, т,е. их период при заданном значении управляющего кода в общем случае не является постоянной вели5 чиной. Нерегулярность выходных импульсов можно уменьшить до величины меньшей, чем дифференциальная чувствительность глаза по частоте мельканий путем повы- П1ения частоты на входе преобразователя код частота и включением делителя час0 тоты на выходе преобразователя код-частота для понижения частоты в соответствующее число раз.

Значение частоты на выходе преобразователя 2 код-частота определяется формулой

5 i

Е.. , 4096-И

где П1 0,1,2,...,4095;

п 4000;

0 f - частота импульсов на входе преобразователя 2 код-частота; m значение управляющего кода, поступающего по шине 24 с выхода 12 разрядного реверсивного счетчика 6;

5 II - коэффициент деления частоты дополнительного делителя, предназначенного для понижения частоты с выхода преобразователя 2 код- частота.

В предлагаемом устройстве кГц. При этом максимальное значение Рвых равно примерно 49,988 Гц, причем изменение Енич осуществляется с щагом

Эта величина значительно меньше дифференциальной чувствительности глаза к изменению частоты мельканий, которая оценивается в 0,75-1 Гц, поэтому субъективно испытуемые воспринимают изменение частоты как непрерывное, а не как ступенчатое.

Источник 3 световых сигналов служит для формирования световых сигналов и содержит усилитель тока, нагруженный на све- тоднод, который служит источником световых излучений.

Демультиплексор 4 (фиг. 2) предназначен для подключения выхода (шина 16) управляемого делителя 8 частоты либо к входу «Сложение (шина 15) реверсивного счетчика 6, либо к второму входу элемента ИЛИ 5 (шина 18) в зависимости от сигнала «Направление, поступающего по шине 22 с пульта 13 испытуемого.

Реверсивный счетчик б служит для формирования кода частоты световых мельканий, его хранения, а также для реализации операции вычитания

Регистратор 7 предназначен для регистрации и индикации результатов измерений частоты световых мельканий с выхода преобразователя 2 код--частота. В качестве регистратора частоты может быт1 использован серийно выпускаемый электронный частотомер, имеюший вход ;Вне1 1ний пуск, к которому может быть подключен выход «Реакция пульта 13 испытуемого. По этому сигналу осуществляется сб()ос результатов предыдущего измерения и подготовка частотомера для нового измерения частоты световых импульсов, пс ступающих на вход частоты (шина 28) регистратора 7.

Управ, 1яемый делитель 8 частоты сложит для получения различных частот, с помощью которых в зависимости от кода на его входе управления (шина 17) задаются разные частоты на выходе управляемого делителя 8 частоты (|пина 16). От частоты след вания и.мпульсов на выходе управляемого делителя 8 частоты зависит скорость изменения состояния реверсивного счетчику 6, а с, 1едо- вательно, и скорость из.менения частоты г нетовых мельканий.

На фиг. 3 приведен один из вариан- гов функциональной схемы управляемого Н лителя 8 частоты для случая. в )аспорижении испытуемого имеются четыре скорости (включая нулевую) изменения частоты. Деление частоты генератора 1 импульсов, поступающих по щине 14 на 10, 100 и 400 последовательно соединенными . и лите;|ями 34 на 10 и делителем 35 на 4, :с}зволяет получить три значения частоты. Эти частоты используются для создания трех скоростей изменения частоты световых мельканий. Уровень логической «1 по 17 с выхода дешифратора 10 поступает на один из входов элементов И 36 в зависимости от выбранной испытуемым скорости изменения частоты, разрещая тем самым прохождение импульсов с выходов одного

0

из делителей через соответствующий элемент И 36, а также элемент ИЛИ 37 на информациониый вход демультиплексора 4 по шине 16.

Пульт 9 экспериментатора служит для формирования кодов, управляющих режи мом работы блока 11 изменения частоты, а также формирования сигнала установки реверсивного счетчика 6 и блока 11 изменения частоты в исходное состояние перед началом измерений.

Группа 38 (фиг. 4) переключателей служит для формирования кода детерминированной величины изменения частоты (код а), группа 39 переключателей служит

5 лля формирования кода предельной величины случайной составляющей изменения частоты (код шах), группа 40 переключателей служит для формирования кода последовательности случайной составляющей изменения частоты и переключатель

0 43 служит для установки исходного состояния реверсивного счетчика 6 и блока 11 изменения частоты. По щинам 25-27 коды соответствующих величин поступают на соот- вепствующие входы блока 11 изменения

5 частоты для задания режимов его работы.

Дешифратор 10 служит для управления

работой управляемого делителя 8 частоты

в соответствии с кодом, поступающим с

выхода пульта 13 испытуемого по шине 21.

На фиг. 5 приведена функциональная

0 схема дешифратора 10 для случая задания одного из четырех скоростей (вклк - чая нулевую). Двухразрядный код скорости по щине 21 поступает на вход дешифратора 10 и в зависимости от выбранной скорости из.менения частоты на одно.м

5 из выходов э пемеитов И (щина 17) создается уровень логической «I. Сигналом блокировки, поступающим с выхода ждущего мультивибратора 12 паузы по щине 20, на всех выходах элементов И 45 созда ется уровень «О и тем самым задается нулевая скорость (блокировка) изменения частоты световых мельканий.

Блок 11 изменения частоты служит для формирования кода д случайной составляющей изменения частоты и выполнения пре- образования кода в частоту.

Генератор 46 (фиг. 7) псевдослучайных чисел (ГПСЧ) предназначен для формирования кода q. Регистр ГПСЧ собран на четырех D-триггерах 65 и регистре 66 сдвига

0 и имеет обратную связь с второго и II разрядов через сумматор 67 по модулю 2. Код (J снимается с выходов первых четырех разрядов регистра. Поскольку число д четырехразрядное, то ГПСЧ может сформировать () некоррелирован5 ных чисел д, что достаточно для исключения влияния памяти на результат измерения критической частоты мельканий, так как обычно число измерений равняется

0

К)-13. Если число измерений в одной серии невелико, а эксперимент повторяется неоднократно и при тех же условиях, то испытуемый может запомнить используемую последовательность начальных частот. Для исключения этого предусмотрена возможность формирования 8 разных последовательностей чисел q, что достигается путем установки регистра ГПСЧ в одно из восьми начальных состояний. Запись кода начального состояния, поступающего с пульта 9 экспериментатора по П1ине 27 (вход выбора последовательности), осу цествля- ется сигналом, поступающи.м по 1пине 29 («Сброс) в 2,3, и 4 разряды регистра ГПСЧ. Триггер первого разряда регистра принудительно устанавливается в единичное состояние для выполнения необходимых условий функционирования подобного типа генераторов.

Преобразователь 51 код - число импульсов служит для преобразования кода « + (/) - выхода сумматора, поступающего по П1ипе 60, в соответствующее количество импульсов на выходе элемента И 68 (пш- ма 19).

Ждущий мультивибратор 12 паузы предназначен Д.1Я формирования паузы между и;(мо нмп1ями. За в|)емя паузы, определяемое постоянной BjieMeHn ждущего мульти- вибрато, осуп1еств,1яется блокировка работы дешифратора, производится регистрация частоты II ({нормирование нача.чьной частот1)1.

Пул1)Т 13 испытуемого предназначен для формирования кода управления скоростью и на11рав,:1ением изменения частоты световых ме. 1ьканий, а также ():)()рми- рования сигна,1ов «Реакция (1пина 31) и «Разрешение (шина 30) для разрешения регистрации критической часюты и формирования начальной частоты мельканий.

На . 9 приведен вариант функциональной схемы пульта 13 испытуемого для задания четырех скоростей изменения световых мельканий. Группа 79 переключателей служит для формирования кода скорости «Увеличение, а группа 80 - для формирования кода скорости «Уменьшение. Код скорости QiQ. создается на выходах элементов И 82 (щина 21); код 00 (Q 0, ) код запрета изменения частоты (пулевая скорость), который формируется при отжатом положении переключателей; код 10 (, ) соответствует минимальной скорости изменения частоты; код 01 (Qi 0, () соответствует средней скорости изменения частоты и код 11 (Q| l, Q.2) соответствует максимальной скорости изменения частоты.

Эти коды (кроме 00) образуются соответственно при нажатии испытуемым на один из переключателей или при нажатии одновременно на два переключателя «Увеличение или «Уменьшение,

Па элементах ИЛИ 83 и триггере 85 выполнена схема исключения возможности с задания одновременно двух направлений изменения частоты мельканий. Код направления (О или I) снимается с выхода триггера 85 и по шине 22 подается на управляющий вход мультиплексора 4,

Рассмотрим работу устройства для из0 мерения критической частоты мельканий. Перед началом работы экспериментатор задает режим работы блока 11 изменения частоты с помощью групп 38-40 переключателей пульта 9 экспериментатора,

5 установив на них коды соответственно Q (тина 25), (/„ах (шина 26) и номера используемой в эксперименте случайной последовательности (ujHHa 27). После этого экспериментатор нажимает переключатель 43 пульта 9 экспериментатора и формирует

0 сигнал «Сброс, который по шине 29 устанавливает реверсивный счетчик 6 и триггера 52 и 57 (фиг. 6), 76 (фиг. 8), счетчики 69 и 70 в нулевое состояние, а во второй - четвертый разряды регистра ГПСЧ записы5 oJiPT код одного из восьми начальных состояний. При этом импульсы на входах «Сложение и «Вычитание реверсивного счетчика 6 отсутствуют и световые мель- хания на источнике 3 световых сигналов также отсутствуют, т.е. начальная частота

0 световых мельканий равна нулю.

Далее испытуемый начинает поиск критической частоты. При помощи переключателей «Увеличение (79) или «Уменьшение (80) пульта 13 испытуемого согласно инструкции начинают увеличивать или умень5 тать частоту световых мельканий. В последнем случае реверсивный счетчик 6, который работает без ограничения переполнения, переходит в состояние, когда все его триггеры находятся в «I, т.е. в состоянии наибольшего значения управляющего кода, которое затем уменьшается. Частота световых мельканий при этом мгновенно увеличивается до предельного значения (заведомо превышающего критическую частоту), а затем начинает уменьшаться.

5 При нажатии испытуемым на один из переключателей групп «Увеличение или «Уменьшение пульта 13 испытуемого с выхода «Скорость (шина 21) на вход дешифратора 10 поступает код, сооветствующнй выбранной скорости изменения частоты,

0 По сигналу на одном из выходов дешифратора 10 (шина 17) частота генератора 1 импульсов делится управляемым делителем 8 частоты на число, соответствующее коду нажатой кнопки пульта 13 испытуемого. По сигналу с выхода «Направле5 ние (.шина 22) пульта 13 испытуемого демультиплексор 4 подключает выход управляемого делителя 8 частоты или к входу

«Сложение (шина 15), или к шине 18 и через элемент ИЛИ 5 к входу «Вычитание (шина 23) реверсивного счетчика 6. Импульсы с выхода генератора 1 импульсов поступают также на вход тактовой частоты преобразователя 2 код-частота, частота повторения выходных импульсов которого определяется кодом, формируемым реверсивным счетчиком 6 на его входе кода частоты (шина 24).

Таким образом, скорость изменения частоты на выходе преобразователя 2 код- частота (шина 28) определяется скоростью изменения кода реверсивного счетчика 6, который определяется частотой выходных импульсов управляемого делителя 8 частоты, т.е. в конечном счете - кодом нажа той кнопки пульта 13 испытуемого. Выходные импульсы преобразователя 2 код-час тота, поступая на вход источника 3 световых сигналов, преобразуются в световые мелькания, наблюдаемые испытуемым.

Последовательно нажимая кнопки групп «Увеличение (79) и «Уменьшение (80) пульта 13 испытуемого, испытуемый устанавливает критическую частоту световых мельканий. При этом он имеет возможность остановнть изменение частоты световых мельканий путем отпускания кнопок на пульте 13 испытуемого. Поступление импульсов на вход реверсивного счетчика 6 в этом случае прекращается. Достигну тое значение частоты световых мельканий сохраняется сколь угодно долго. Это позволяет испытуемому в сочетании с различными скоростями изменения частоты световых мельканий, произвольным их уменьшением или увеличением, точно устано вит значение критической частоты.

После установки критической частоты мельканий испытуемый нажимает кнопку 81 пульта 13 испытуемого. При этом сигналом «Реакция с выхода формирователя 84 (шина 31) запускается регистратор 7 и ждущий мультивибратор 12 паузы сигнал с выхода которого (шина 20) блокирует работу дешифратора 10 на время, необходимое для регистрации критической частоты и формирования начальной частоты. Элемент 86 задержки осуществляет задержку импульса запуска блока 11 изменения частоты на время, необходимое для осуществления регистрации критической частоты регистратором 7. Через время, необходимое для регистрации частоты импульсом с выхода элемента 86 задержки (шина 30), запускается блок II изменения частоты.

Согласно заданным с пульта 9 экспериментатора параметрам, на выходе блока I1 изменения частоты (щина 19) формируется последовательность импульсов. Эти импульсы через первый вход элемеита ИЛИ 5 поступают (по щине 23) на вход «Вычн0

тание реверсивного счетчика 6 и таким образом меняют состояние реверсивного счетчика 6. При этом в реверсивном счетчике устанавливается код, соответствую5 щий начальному значенню частоты, сигнал блокировки (шина 20) с выхода ждущего мультивибратора 12 паузы снимается и устройство приводится в исходное состояние. На этом первое измерение заканчИ вается и устройство готово для проведения второго измерения.

В дальнейшем устройство работает аналогично описанному, а испытуемый ведет поиск критической частоты мельканий от сформированного начального значения час5 тоты мельканий.

Рассмотрим работу блока 11 изменения частоты по приведенным функциональным схемам (фиг. 6-8).

В исходном состоянии, которое устанавливается сигиалом «Сброс, поступающим по

шине 29 с выхода «Начало цикла пульта 9 экспериментатора, D-триггера 52 и 57, RS-триггер 76, счетчики 69 и 70 находятся в нулевом состоянии, а во втором - четвертом разрядах регистра ГПСЧ хранит5 ся трехразрядный код начала последовательности случайных чисел.

Блок 1I начинает работу по сигналу, поступающему с выхода «Разрешение пульта 13 испытуемого на вход «Запуск блока 1 1 изменения частоты по шине 30.

0 При этом D-триггер 57 переходит в единичное состояние, в котором находится до прихода очередного тактового импульса по шнне 14. Этот импульс устанавливает в «I D-триггер-52, выходной сигнал которого открывает элемент И 50, в результате

5 чего на вход генератора 46 псевдослучайных чисел начинают поступать тактовые импульсы. Элемент 49 задержки обеспечивает отсутствие дополнительного импульса на шине 6 в момент возвращения D-триг- гера 52 в нулевое состояние, для чего чремя задержки, сигнала этим элементом должно превышать время срабатывания D-триггера 52. После поступления каждого тактового импульса генератор 46 формирует псевдослучайное число д. Если это

5 число удовлетворяет неравенству ., оно принимается для дальнейщего использования, если же неравенство не выполняется, то работа генератора 46 продолжается до тех пор, пока не найдено . Значение яад задается экспериментатором

0 с пульта 9 экспериментатора и поступает в блок 11 по шике 26. Отбор осуществляется с помощью схемы 4/ сравнения. При на выходе схемы 47 сравнения формируется «О, который поступает на D-вход D-триггера 52 через эле мент И 55 и элемент ИЛИ 56, в результате чего следующий тактовый импульс устанавливает в «О D-триггер 52 и формирование новых значений q прекращается. Полученное значение поступает на вход сумматора 48, на второй вход которого с 9 экспериментатора по шин. 25 поступает код а величины постоямн( м составляющей изменения частоты. На выходе сумматора 48 (тина 60) формируется код момент достижения неравенства . т.е. возвращения D-триггера 52 в нулевое состояние, формирователь ,S3 импульса формирует короткий импульс который по тине 62 запускает преобразователь 51 код - число импульсов, устанавливая Н8-трИ1тер 76 в «1. При то.м открЬ)- вается :)лемент И 68 и на в.ход счетчика 69 начинают поступать тактовые импульсы с выхода генератора 1 импульсов по тине 14. Счетчик 69 испсхчьзуется в к;1Ч1 стве делителя на К, где К - масштабный коэффициент, учитывающий преобразование кода (« + (/), поступающего по тине 60 на вход схемы 71 поразрядного сравиения, в число импульсов.

Например, ec.in изменение частогы ос;,- ществляется с inaroM /я;0,012 Гц, то К .

Вьгходной сигнал счетчика 69 посгупает на вход счетчика 70, который обеспечи вает формирование ко,-|ичества импульсов на (цине 19, отвечает значению кода . с учетом смотчика 69 общее количество импульсов, которое- до. гж но поступать на в.ход «Вычитание (lesjep- сивного счетчика 6 по тине 2. че|и 3 -:(ле- мент ИЛИ 5 должно быть оавно Kld+i:/)Ноэтому в тот момент в(Н мечи, KOI да со держимое счетчика 70 становится )1М (/+(/, схема 71 Г1ора.рядного cpap,HeiiH i фиксирует равенство кодов, n(jcTyiiaK)n.x со счетчика 70 и сумматора 60. I IIH -:)том на выходе схемы 71 поразрядного сравнения появляется , которая открывает племен i И 7,3, в результате чег О формироваи Л1, 74 фор.мирует короткий пмпулр)С. Kcjropbiii возвращает в исходное состояние RS-триг- гер 76 и через элемент ИЛИ 75 приводит в нулевое состояние счетчики 69 .и 70. При это.м одновременно закрыв,(екя э.темет И 68, F результате чего поступ.тение импульсов на вход счетчика 69 и на вход «Вычитание реверсивного счетчика б по шине 23 ч.фез элемент ИЛИ 5 прекращается. Та кип образом, в реверсивном счет- чике 6 с поступлением на его вход «Вычитание по шине 23 К(а-(-о) импульсов зафиксирован код, отвечающий мельканиям с частотой Рнач Р«ри, -K(o-|-i/), которая будет служить начальной частотой для следующего измерения.

Формула и. юбретени.ч

Устр(л п;тво для измерении критической частоты с;шяния .мельканий, содержащее

5 пос тедовательно соединенные пульт испытуемого, ждущий мультивибратор, дешифратор, управляемый делитель частоты, де- мультиплексор, реверсивный счетчик, преобразователь код-частота и источник световых мельканий, генератор импульсов, выход которого соединен с вторым входом преобразователя код-частота, и регистратор, первый вход которого соединен с выходом преобразователя код-частота, а второй - с первым выходо.м пульта испы5 туемого, причем второй выход пульта испытуемого соединен с вторым входом дешифратора, третий выход пульта испытуемого - с вторым входом демультиплек- сора, выход генератора импульсов соединен с вторым входом управляемого дели0 теля частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности измерения критической частоты слияния мельканий путем исключения фактора привыкания к длительности измерительной процедуры, оно содержит последовательно соединенные пульт

5 экспериментатора, блок изменения частоты и э.чеменг ИЛИ, причем первый выход пульта экспериментатора соединен с третьим входом реверсивного счетчика и первым вхо. блока изменения частоты , второй

0

40

вхо.

о.лока изменения частоты соединен

с выходом генератора импульсов, а третий -- с четвертым выходом пульта испытуемого, второй, третий и четвертый выходы пульта экспериментатора соединены с соответствующими входами блока изменения час- готы.

22

fj47

16

15

18

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в психофизиологических исследований. Цель изобретения - повышение достоверности измерения критической частоты слияния мельканий путем исключения фактора привыкания к длительности измерительной процедуры. Устройство дополнительно содержит элемент ИЛИ 5, пульт экспериментатора и блок 11 измерения частот. Исключение привыкания к длительности измерительной процедуры достигается использованием случайной последовательности начальных частот исследования. 9 ил.

W

+J

J4

J /

J7

38

Фиг.г

35

J7

;

5

39

W

26 25

LT

W

29

11

19

W

01

55

/

Фиг. 5

/7

7

51

-iLI

5Z

54-Н

5/У

Фиг. 1

::il

tl jTT l--LJ

i-

82

21

(J

2

85

SJ

1

j;

86

50

Фие 9