Преобразователь угла поворота головы в электрический сигнал Советский патент 1993 года по МПК A61B5/103 

tpuai

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам для регистрации углового положения головы человека или животного в электрический сигнал, предназначенным для проведения психологических, нейрофизиологических и эргономических экспериментов, в частности для оценки моторных расстройств, возникающих в особых условиях операторной деятельности.

Целью изобретения является повышение точности измерения углового положения головы при одновременном упрощении конструкции преобразователя.

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя угла поворота в электрический сигнал.

Преобразователь состоит из источника 1 излучения, образованного источником 2 света, например, лампой накаливания, и поляризационным светофильтром 3, закрепленным на оси электродвигателя 4, из первого приемника 5 излучения, образованного светочувствительным прибором - фотоприемником 6, например, фотодиодом, перед которым размещен второй поляризационный фильтр 7, из второго приемника 8 излучения, аналогичного по составу первому приемнику 5 излучения, выходы блоков 5 и 8 подключены соответственно ко входам формирователей 9 и 10, выходы которых подключены ко входам фазового детектора 11. Один из приемников излучения установлен на голове оператора, другой - на непод-. вижной опоре, причем оба приемника должны быть освещены лучом поляризованного света, исходящего от источника 1 излучения.

.Преобразователь угла поворота в электрический сигнал работает следующим образом.

Поляризационный светофильтр 3, вращающийся с помощью электродвигателя 4 с угловой скоростью ш. определяет направление вектора поляризации светового луча источника 1 излучения, освещающего как первый приемник 5 излучения, установленный на голове, так и второй приемник 8 излучения, установленный на неподвижной опоре.

Известно, что при скрещивании направлений поляризации поляризационных фильтров 3 и 7 свет от источника 2 к фотодиоду 6 практически не проходит, при параллельном расположении направлений поляризации фильтров свет проходит через систему этих фильтров 3 и 7 практически без затухания при вращении фильтра 3 на выходе фотодиода 6, имеем периодический сигнал, близкий по форме к синусоиде, с частотой

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

2 ш (фиг.2а), так же за один полный оборот фильтра 3 скрещивание и параллельное взаимное расположение направлении поляризации фильтров 3 и 7 происходит дважды. На выходе второго приемника излучения имеем аналогичный сигнал (фиг.2б).

Фазы сигналов с выходов блоков 5 и 8 (фиг.2а и 26) зависят от расположения направлений поляризации соответствующих поляризационных фильтров, входящих в состав этих блоков.

При повороте головы происходит изменение ориентации фильтра 7 блока 5, установленного на голове, что приводит к соответствующему изменению фазы периодического сигнала, показанному на фиг.2а пунктирной линией. Соотношение между изменением углового положения головы Дог и изменением фазы Дip периодического сигнала блока 5 определяется как Дуэ 2 Да в силу указанного выше удвоения частоты мельканий света при прохождении через вращающиеся друг относительно друга поляризационные фильтры. Измеряя сдвиг фазы Д р сигнала с выхода блока 5 по отношению к неизменяющейся фазы сигнала с выхода блока 8 определяем угол поворота головы Да 1 /2 Др.

Измерение фазы производится фазовым детектором 11, для чего сигналы с выходов блоков 5 и 8 усиливаются и ограничиваются в формирователях 9 и 10. Затем выходные сигналы блоков 9 и 10 в виде сформированных двоичных сигналов, показанных на фиг.2в и 2г поступают на входы фазового детектора 11, выходной сигнал которого является выходным сигналом описываемого преобразователя.

Наклоны головы, изменение уровня освещенности хотя и приводят к соответствующим изменениям амплитуды сигналов с выходов блоков 5 и 8, однако вследствие применения усиления и ограничения в формирователях 9 и 10 сигналы на входе фазового детектора не реагируют на эти изменения. Фазовые же соотношения передаются схемой без изменений. Таким образом предлагаемый преобразователь обеспечивает определение углового положения головы оператора, при этом предоставляет относительную свободу перемещений оператора (в пределах рабочего места, куда падает поляризованный свет от источника излучения) и исключает ряд причин возникновения погрешности определения угла, присущих прототипу благодаря постоянству направленности вектора поляризации излучателя в зоне возможного расположения головы, что по сравнению с

прототипом повышает точность преобразования углового положения головы в электрический сигнал.

Формула изобретения Преобразователь угла поворота головы в электрический сигнал, содержащий источник и приемник излучения, а также фазовый детектор, отлича ющийся тем, что, с целью повышения точности преобразования при упрощении конструкции, в него введены второй приемник излучения и два формирователя, источник излучения выполнен в виде неподвижного источника света,

0

на оси которого с возможностью вращения установлен первый поляризационный фильтр, при этом приемники излучения размещены по разные стороны оси источника света, а первый приемник излучения установлен на голове испытуемого, второй неподвижен относительно источника излучения, каждый из приемников излучения выполнен в виде фотоприемника, перед каждым из которых размещен соответствующий поляризационный фильтр, выходы фотоприемников подключены через соответствующие формирователи к входу фазового детектора.

Изобретение относится к медицине и может использоваться в психологических или эргономических экспериментах. Цель изобретения - повышение точности преобразования при упрощении конструкции. Преобразователь содержит источник света (С) 2, поляризационный фильтр (Ф) 3, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси. Приемники излучения (П) 5 и 8 размещены по разные сторон оси С2. П 5 (8) содержат Ф7 и фотоприемник 6. 2 ил.

фае.2