Устройство для определения ориентации головы Советский патент 1990 года по МПК A61B5/103 

Изобретение относится к медицине, в частности к устройствам для измерения движения головы, и может быть применено .при проведении психологических, нейрофизиологических, эргономических иссле- дований, а также для построения систем человек - техника, в которых для управления используется взор человека.

Цель изобретения - увеличение точности определения ориентации головы.

На фиг. 1 - представлена функциональная схема расположения приемников излучения и излучающего элемента; на фиг. 2 - функциональная схема преобразователя взаимного расположения излучающего эле- мента и приемников излучения в электрический сигнал. .

Устройство для определения ориентации головы содержит два одинаковых преобразователя взаимного расположения излучающего элемента L и приемников излучения Lxmn и Lymn. Каждый преобразователь содержит фазовращатели 1, 2, коммутаторы 3, 4, индикаторы 5, 6 нулевого фазового смещения, последовательно соединенные между собой, усилитель-ограничитель 7, фазовый детектор 8, преобразователь длительности в число импульсов 9, цифровой сумматор 10 и цифроаналоговый преобразователь 11, последовательно соединенные между собой, кварцевый генератор 12, делитель 13, резонансный усилитель 14, последовательно соединенные между собой RS-триггер 15. формирователь импульсов 16, коммутатор 17, счетчик 18, а также схему управления 19 коммутатором 17.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени го- лова оператора ориентируется в центр экрана и нажимается кнопка Установка О. В этом случае концы вектора ориентации головы находятся между приемниками излучения Lx35 и Lx36 и Ly2 и Ly34.

Далее рассмотрим работу устройства только при определении горизонтальной составляющей ориентации головы, поскольку работа устройства Г1ри определении вертикальной составляющей аналогична. При нажатии кнопки Установка О код реверсивного счетчика 18 равен нулю, RS- триггер 15 находится в выключенном состоянии, поэтому коммутатор 3 находится во включенном состоянии, коммутатор 4 - в выключенном. На усилитель-ограничитель 7 поступают через фазовый вращатель 1 сигнал Xi от приемника Lx35 и непосредственно - сигнал Хг от Lx37. Усилитель-ограничитель 7 усиливает поступающий сигнал до уровня, необходимого для фазовой демодуляции. Фазовый детектор 8 сравнивает фазу сигнала, поступающего с усилителя-ограничителя 7 с фазой опорного сигнала резонансного усилителя 14 и на выходе выдает положительный импульс, длительность которого пропорциональна разности фаз поступающих сигналов. Преобразователь 9 длительности импульсов в число импульсов преобразует длительность импульса фазового детектора 8 в цифровой код. Полученный цифровой код соответствует фазе сигнала усилителя-ограничителя 7 и тем самым положению вектора ориентации головы. Указанный цифровой код Uyx через цифровой сумматор 10, поскольку код реверсивного счетчика 18 равен нулю, поступает на выход измерителя и на вход цифроаналогового преобразователя 11, а на выходе последнего имеем аналоговый сигнал Ux, соответствующий этому коду.

Далее допустим, что вектор ориентации головы смещается направо и приближается к приемнику излучения Lx37. В этом случае увеличивается амплитуда сигнала Ха прием- ника Lx37, уменьшается Xi приемника 1х35, поэтому из-за действия фазового вращателя 1 изменяется фаза сигнала, поступающего на вход усилителя-ограничителя 7, при этом меняется длительность импуль- са, вырабатываемого фазовым детектором 8 и тем самым цифровой код преобразователя 9 и соответственно выходные сигналы Uyx и Ux.

Пусть вектор ориентации головы, оме- щаясь направо, попадает прямо на приемник Lx3/. В этом положении сигналы Хз приемника Lx36 и Х приемника Lx38 будут равны. Поэтому фаза сигнала, поступающего от приемников, будет равна фазе опорного сигнала, поступающего из резонансного усилителя 14. В этом случае индикатор нулевого фазового смещения 6 вырабатывает импульс, который переводит RS-триггер 15 во включенное состояние, а последний включает коммутатор 4 и выключает коммутатор 3. Вследствие этого на усилитель-ограничитель 7 поступает через фазовый вращатель 2 сигнал Хз и непосредственно Х4. Перепад выходного сигнала RS-триггера 15 также поступает в формирователь импульсов 16 и схему управления 19 коммутатором 17, Формирователь импульсов 16 формирует короткий импульс, который чеФормула изобретения 1. Устройство для определения ориентации головы, содержащее излучающий элемент, закрепленный на шлеме, устанавливаемом на голове человека, приемники излучения и преобразователь взаимного расположения излучающего элемента и приемников излучения в электрический сигнал, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности определения ориентации головы, оно содержит тест-экран, на задней стенке которого установлены две матрицы Lxmn и Lymn приемников излучения соответственно для измерения горизонтальных и вертикальных составляющих движения головы, в каждой матрице приемники излучения разделены на четыре группы: в

рез коммутатор 17 поступает на суммирую- 15 матрице Lxmn соединены между собой все

25

щий вход реверсивного счетчика 18. Код реверсивного счетчика 18 поступает в цифровой сумматор 10, где суммируется с кодом преобразователя 9 длительности в число импульсов, причем, код преобразова- .20 теля 9 образует младшие разряды, а код реверсивного счетчика 18 - старшие разряды цифрового сумматора 10.

Аналогично измерение происходит при переходе на следующие приемники 1х37. Lx39. Тогда реверсивный счетчик 18 присум- мирует еще один импульс. При изменении направления движения вектора ориентации головы налево схема управления 19 переведет коммутатор 17 в другое положение и импульсы, сформированные в формирователе 16, будут вычитываться из кода реверсивного счетчика 18.

Для возбуждения излучающего элемента L используется сигнал, поступающий из резонансного усилителя 14. Кварцевый генератор 12 выдает импульсный сигнал, поступающий в делитель импульсов 13, который уменьшает частоту повторения импульсов, преобразуемых в резонансном усилителе 14 в гармонический сигнал. Имприемники излучения каждого столбца и каждый пятый приемник строки, т. е. группу составляет число приемников излучения П

NXS 2 LXJ S + 4Ki , где Ki О, 1,2т;

j 1

,2,3,4- номер группы, в матрице Lymn соединены между собой все приемники излучения каждой строки и каждый пятый приемник столбца, т. е. группу составляет число

m

приемников излучения Nys

Lyj S + 4К2

V

j 1

где К2 О, 1,2, ..., п, к выходам групп приемников излучения подключены два 30 одинаковых преобразователя взаимного расположения излучающего элемента и приемников излучения в электрический сигнал для горизонтальных и вертикальных составляющих движения головы, выходы которых являются выходами устройства, другие входы преобразователей соединены с выходом резонансного усилителя и первым выходом кварцевого генератора, второй выход которого соединен последовательно с делителем и резонансным усилителем.

35

40

пульсы кварцевого генератора 12 используются также в качестве опорных сигналов.в преобразователе 9 длительности в число импульсов.

В предлагаемом устройстве результаты измерений не зависят от линейных смещений головы,так как ориентация головы, т. е. точка фиксации вектора ориентации головы определяется по сигналам приемников излучения, находящимся на экране (точка фиксации определяется относительно экрана), что позволяет производить измерения при движении не только головы, но и самого оператора: ходьбе, изменении места сидения.

Формула изобретения 1. Устройство для определения ориентации головы, содержащее излучающий элемент, закрепленный на шлеме, устанавливаемом на голове человека, приемники излучения и преобразователь взаимного расположения излучающего элемента и приемников излучения в электрический сигнал, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности определения ориентации головы, оно содержит тест-экран, на задней стенке которого установлены две матрицы Lxmn и Lymn приемников излучения соответственно для измерения горизонтальных и вертикальных составляющих движения головы, в каждой матрице приемники излучения разделены на четыре группы: в

матрице Lxmn соединены между собой все

5

0

приемники излучения каждого столбца и каждый пятый приемник строки, т. е. группу составляет число приемников излучения П

NXS 2 LXJ S + 4Ki , где Ki О, 1,2т;

j 1

,2,3,4- номер группы, в матрице Lymn соединены между собой все приемники излучения каждой строки и каждый пятый приемник столбца, т. е. группу составляет число

m

приемников излучения Nys

Lyj S + 4К2

V

j 1

где К2 О, 1,2, ..., п, к выходам групп приемников излучения подключены два 0 одинаковых преобразователя взаимного расположения излучающего элемента и приемников излучения в электрический сигнал для горизонтальных и вертикальных составляющих движения головы, выходы которых являются выходами устройства, другие входы преобразователей соединены с выходом резонансного усилителя и первым выходом кварцевого генератора, второй выход которого соединен последовательно с делителем и резонансным усилителем.

5

0

2. Устройство по п. 1, отличающее- с я тем, что преобразователь взаимного расположения излучающего элемента и приемников излучения в электрический сигнал содержит два фазовращателя, два коммутатора, два индикатора нулевого фазового смещения, последовательно соединенные между собой RS-триггер, формирователь импульсов, третий коммутатор и реверсивный счетчик, схему управления третьим коммутатором, последовательно соединенны.е усилитель-ограничитель, фазовый детектор,- преобразователь-длительности в число импульсов, цифровой сумматор и цифроаналоговый преобразователь, при этом приемники излучения первой группы через фазовый вращатель, а второй группы непосредственно и приемники излучения третьей группы через фазовый враща0

5

п

тель, а четвертый непосредственно подключены соответственно к входам первых и вторых коммутаторов и индикатора нулевого фазового смещения, выходы индикаторов нулевого фазового смещения подключены к RS-входам триггера, выходы триггера соединены с управляющими входами первого и второго коммутаторов, формирователем импульсов и один выход - со схемой управления третьим коммутатором, второй вход которрй подключен к выходу фазового детектора, а выход - к третьему коммутатору, выходы первого и второго коммутаторов - к ограничителю-усилителю, первый вход преобразователя соединен с преобразователем длительности- в число импульсов, второй вход - с индикатором нулевого фазового смещения, фазовым вращателем и излучающим элементом.

Изобретение относится к области медицины, а именно к измерительным приборам движения головы оператора, и может быть использовано при проведении психологических, нейрофизиологических, эргономических экспериментов, а также для построения систем человек - техника, в которых для управления используется взор человека. Цель изобретения - повышение точности определения ориентации головы. Для достижения этой цели устройство для определения ориентации головы содержит излучающий элемент, закрепленный на шлеме, устанавливаемом на голове человека, приемники излучения, установленные на задней стенке тест-экрана в виде двух матриц L_XMN и L_YMN соответственно для измерения горизонтальных и вертикальных составляющих движения головы. В каждой матрице приемники излучения разделены на четыре группы: в матрице L_XMN соединены между собой все приемники излучения каждого столбца и каждый пятый приемник строки в матрице, L_YMN - все приемники излучения каждой строки и каждый пятый приемник столба. К выходам групп приемников подключены два одинаковых преобразователя взаимного излучающего элемента и приемников излучения в электрический сигнал для горизонтальных и вертикальных составляющих движения головы, каждый из которых содержит два фазовращателя 1,2, два индикатора 5 и 6 нулевого фазового смещения, последовательно соединенные между собой RS - триггер 15, формирователь 16 импульсов, третий коммутатор 17 и реверсивный счетчик 18, схему 19 управления третьим коммутатором 17, последовательно соединенные между собой усилитель-ограничитель, фазовый детектор 8, преобразователь 10 длительности в число импульсов, цифровой сумматор 10 и цифроаналоговый преобразователь 11, а также кварцевый генератор 12, делитель 13 и резонансный усилитель 14. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

im im

Векторориентоции

головы L

Направление Ssopa

л

Фиг.1

XfX2X3X4