Устройство для контроля и управления функциональным состоянием оператора Советский патент 1992 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам контроля функционального состояния операторов сложных технических систем по его физиологическим параметрам.

Известны устройства и способы Контроля состояния человека, выполняющего управляющие функции в различных автоматизированных системах и на транспорте. В основе метода их работы лежит измерение таких показателей, как электроэнцефалограмма, поверхностное электрическое сопротивление кожных покровов, критическая частота слияния мельканий и

Др.

Однако известные устройства требуют для получения сигналов контроля отвлечения оператора от выполнения им основной деятельности или требуют установки на тело оператора специальных измерителейпреобразователей, что ограничивает подвижносТь оп ератора на рабочем месте и создает ему условия дискомфорта.

Известен способ контроля состояния человека, свободный от указанных недостатков. В его основе лежит зависимость частоты непроизвольных сокращений бедренных мышц от состояния человека. В нормальном состоянии человека эта частота находится в пределах 5-12 сокращений в минуту.

При снижении уровня бодрствования (засыпании) число сокращений мышц уменьшается до 5 и менее в минуту, а а состоянии утомления число сокращений возрастает и становится более 12 в минуту.

В предлагаемом устройстве оценка состояния оператора производится по числу непроизвольных сокращений бедренных мышц человека.

Близким к предлагаемому является устройство для снятия актограммы, которое состоит из измерителей-преобразователейте изо датчиков, закрепленных на металлической пластине под сиденьем кресла оператора, усилителя электрических сигналов и регистрирующего устройства. Регистрирующее устройство выполнено s виде шлейфового осциллографа или самописца.

Фиксируемая регистрирующим устройством актограмма, содержит информацию о непроизвольных сокращениях бедренных мышц, произвольных и непроизвольных перемещениях центра тяжести человека, помехи. При этом произвольные и непроизвольные перемещения центра тяжести тела человека характеризуются высокой амплитудой колебаний и низкой их частотой, Помехи характеризуются низкой амплитудой сигнала и высокой их частотой. Полезный сигнал имеет среднюю величину амплитуды и частоты сигнала.

Специалист-наблюдатель по результатам анализа актограммы делает вывод о текущем состоянии оператора и прогнозирует момент наступления отказа оператора, как элемента системы человек - машина.

Известное устройство имее,т следующие недостатки: процесс непрерывного диагностирования состояния оператора требует постоянного присутствия специалиста-наблюдателя; специалист-наблюдатель должен иметь достаточно высокую квалификацию для осуществления анализа предъявляемой ему информации; устройство не исключает субъективные ошибки в оценке состояния оператора; устройство не воздействует на оператора при ухудшении его состояния и тем самым не позволяет обеспечить высокую надежность системы человек - машина.

Указанные недостатки не позволяют автом; тизировать процесс; контроля оператора, воздействовать на его состояние и ограничивают область применения известного устройства.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов процесса диагностирования путем устранения субъективной оценки.

Указанная цел достигается тем, что в устройство введен селектор сигналов, который выделяет из потока сигналов только импульсы, соответствующие тремору бедренных мышц, а также измеритель частоты следования этих импульсов; блок анализа и индикации; блок воздействия на состояние оператора,,

На фиг. 1 представлена структурная схема предпагаемого устройства; на фиг. 2 функциональная схема селектора: на фиг. 3 - диаграмма работы селектора.

Устройство содержит блок 1 измерителей-преобразователей, закрепленных на пластине под сиденьем кресла оператора; усилитель (ограничитель) 2 сигналов; селектор 3 сигналов, который обеспечивает выделенив информативных сигналов; измеритель 4 частоты импульсов, выделяемых селектором 3: блок 5 анализа и индикации СОСТОЯНИЙ оператора и блок 6 воздействия на состояние оператора для

восстановления его бдительности.

Блок 1 состоит из нескольких измерителей-преобразователей величины деформации пластины, расположенной под сиденьем кресла оператора, а электрический сигнал.

Усилитель (ограничитель) 2 выполнен на базе известных операционных усилителей. Он преобразует сглгналы, снимаемые с блока 1 в последовательность 1 мпульсоа, ограничивая их по амплитуде.

С усилителя (ограничителя) 2 совокупный поток сигналов и помех поступает на селектор 3, который выделяет импульсы, соответствующие тремору бедрекных мышц и преобразует их в счетные импульсы.

Функциональная схема селектора 3 (фиг. 2) включает Е себя дифференц рующую цепочку НС,ду/од О, одновибратор 7, инвартор 8, схему 9 совпадений. Прм приходе на вход дифференцирующей цепочки переднего фронта импульса формируется сигнал запуска одновибратора 7, С выхода одновибратора 7 на вход схемы совпадения 9 подается импульс напряжения длительностью Те . С приходом заднего фронта vtMпульса на вход дифференц1л,рующей цепочки инвертор 8 формирует сигнал на втором входе схемы 9 совпадемс- я. Схема 9 совпадения формирует счетный импульс, если длительность входного импульса не

превышает длительность импульса, формируемого одновибратором, т.е. Га 5 Ге.

В случае, если длительность импульса на входе в селектор превышает д итeльность импульса, формируемого одновибратором, т.е. Га Ге . то на выходе схемы совпадения счетный импульс не формируется. Длительность импульса, формируемого одновибратором, устанавливается экспериментально и равна 0,5 периода одного колебания бедренных мышц.

Измеритель 4 частоты работает по принципу счета импульсов за некоторые равные промежутки времени, например 3

мин, и выполнен на основе двоичного счетчика импульсов и таймера. С выхода блока 4 на вход блока 5 подается число в двоичном коде, разное числу сокращений бедренных мышц за промежуток времени, определяемый таймером. В основу устройства измерителячастотыположенчастотомер-хронометр Ф5080, выпускаемый в CCCF.

Блок 5 анализа и индикации сравнивает число, снимаемое с измерителя 4 частоты, с лосто$ мными величинами, характерными для каждого из состояний оператора. Эти В8ПИЧИИЫ зафиксированы в дешифраторах двоичного путем соответствующего их синтеза. При совпадении входной величины с зафиксированной в дешифраторе последний выдает сигнал на включение соответствующего транспаранта у оператора вышестоящего звена. При снижении бдительности оператора данный блок выдает сигнал на включение блока б воздействия на состояние оператора. При восстановлении бдительности оператора происходит выключение блока 6. В качестве блока 6 воздействия на состояние оператора могут быть использованы различные известные устройства, например, аппарат АФ-31.

Устройство работает следующим образом.

Произвольные и непроизвольные сокращения бедренных мышц, перемещения тела человека вызывают деформацию пластины под сиденьем кресла оператора. Деформации фиксируются измерителямипреобразователями блока 1. Электрический сигнал с блока 1 в виде последовательности колебаний различной амплитуды, длит льности и частоты следования подается на вход усилителя (ограничителя) 2, где среднеи высокоамплитудные колебания преобразуются в импульсы, длительность которых равна половине периода колебаний. Высокочастотные колебания усилитель не усиливает.

Селектор 3 выделяет импульсы тремора бедренных мышц формирует на вход блока 4 счетные ийпульсы. Измеритель 4 частоты осуществляет счет этих импульсов за чередующиеся равные промежутки времени, например за 3 мин, и результат каждого счета выдает в блок 5 анализа и индикации.

Блок 5 сравнивает частоту тремора с заданными при синтезе дешифраторов уровнями и формирует сигнал на индика цию состояний и сигнал на включение блока 6 воздействия на состояние оператора, если

5 частота тремора его мышц выходит за установленные допуски. Блок 6 воздействует из состояние оператора и тем самым предотвращает его отказ. После возвращения оператора в рабочее состойние с

0 соответствующего дешифратора подается сигнал на выключение блока 6.

Совокупность указанных отличительных признаков позволяет: автоматизировать процесс диагностирования состояния

5 оператора и исключить присутствие специалиста-наблюдателя; исключить субъективность в оценке состояния оператора; повысить бдительность оператора и тем самым надежность системы человек - машина.

Положительный зффект состоит а том, что процесс диагностирования автоматизируется и повышается его достоверность, а также повышается качество и надежность

5 функционирования человеко-машинной системы за счет повышения надежности основного управляющего злемента системы человека-оператора.

Экономический эффект достигается путем исключения из процесса диагностирования человека-наблюдателя и величиной возможного ущерба наносимого ненадежной работой операторов в человеко-машинных системах.

Ф о р м у л а и 3 о б р е те н и я Устройство для контроля и управления функциональным состоянием оператора, содержащее последовательно соединенные

0 блок измерителей-преобразователей, закрепленных на пластине под сиденьем кресла оператора, усилитель, отличающеес я тем, что, с целью повышения достоверности результатов процеса диагностирования путем устранения субъективной оценки, в устройство введены последовательно соединенные селектор сигналов, измеритель частоты, блок анализа и индикации и блок воздействия на состояние оператора, причем вход селектора импульсов соединен с выходом усилителя.

i Б/кж измеритеаей- п1ко§ро.

Т

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам контроля функционального состояния операторов сложных технических систем. Цель изобретения - повышение достоверности результатов процесса диагностирования путем устранения субъективной оценки. Устройство состоит из последовательно соединенных блока измерителей-преобразователей деформации пластины под креслом оператора в электрический сигнал, усилителя-ограничителя, селектора, измерителя частоты, блока анализа индикации, блока воздействия на состояние оператора. 3 ил.

Qkffimof

itmsmi

бт анёшза и Ш1л {Щ1ги

Влок KoAeuemSuff ив опдют

Фаг.

Фиг.3