Устройство для контроля бдительности человека-оператора Советский патент 1993 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к системам обеспечения безопасности функционирования, эрратических систем и может быть ис- .пользовано для контроля уровня бдительности человека-оператора, в частности водителя транспортного средства.

Цель изобретения - повышение результатов контроля путем дополнительного анализа величины тонической составляющей электрического сопротивления кожи.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для контроля бдительности человека-оператора. Устройство содержит блок 1 выделения фазической составляющей электрического сопротивления кожи, амплитудный селектор 2, временной селектор 3, состоящий из разрядного ключа 4, времязадающего элемента 5 и ло- . рогового элемента 6, блок 7 запуска временного селектора, блок 8 отработки команд предупредительных сигналов, блок 9 анализа реакции оператора, первый элемент 10 И, блок 11 предупредительной сигнализации, блок 12 перевода эрратической системы в.

аварийный режим функционирования, блок

13 выделения тонической составляющей электрического сопротивления кожи, блок

14 определения порога ТС, блок 15 сравнения, бл ок 16 коррекции порога ТС, второй элемент. 17 И, аналого-цифровой преобразователь 18, формирователь 19 импульсов, элемент 20 ИЛИ, вход 21 устройства. При этом последовательно включены блок 1 выделения фазической составляющей ЭСК, амплитудный селектор 2, разрядный ключ 4, времязадающий элемент 5 и пороговый элемент 6, выход блока 7 запуска временного селектора соединен с времязадающим устройством 5, а его вход - с первым входом блока 9 анализа реакции оператора и с прямым выходом блока 8 отработки команд предупредительных сигналов, инверсный выход которого подключен к одному входу первого элемента 10 И, который другим входом соединен с выходом блока 9 анализа реакции оператора, а выходом - с включенными параллельно блоком 11 предупредительной сигнализации и блоком 12 перевода

С

со О ы

g

эрратической системы в аварийный режим функционирования, первый выход блока выделения тонической составляющей электрического сопротивления кожи соединен со входом блока выделения фазической составляющей электрического сопротивления кожи, второй выход блока выделения тонической составляющей электрического сопротивления кожи соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока определения порога ТС и с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока определения порога ТС, второй вход которого соединен с выходом блока коррекции порога ТС, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно блока анализа реакции оператора, порогового элемента и блока сравнения, второй вход блока анализа реакции оператора соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом порогового элемента, а второй вход соединен с выходом элемента ИЛИ, один из входов которого соединен с выходом формирователя импульса, подключенного к прямому выходу блока отработки команд предупредительных сигналов, вход блока выделения технической составляющей электрического сопротивления кожи является входом устройства.

Устройство работает следующим образом. Электрическое /сопротивление кожи оператора непрерывно измеряется и разлагается на две составляющие с помощью блока 1 выделения фазической составляющей ЭСК и блока 13 выделения тонической составляющей ЭСК. С выхода блока 13 сигнал тонической составляющей, преобразованный с помощью АЦП 18 в цифровую форму, подается на первый вход блока 14 определения порога ТС и на первый вход блока 15 сравнения, на.второй вход которого поступает пороговая величина ТС, вычисленная блоком 14 определения порога ТС на основе величины тонической составляющей в момент включения устройства. При нормальном уровне активности оператора рост величины тонической составляющей ЭСК не превышает порогового значения и на выходе блока 15 сравнения сохраняется сигнал, свидетельствующий о бодрствовании оператора.

В то же время на выходе блока 1 выделения фазической составляющей ЭСК имеется сигнал в виде фазических импульсов, которые поступают на амплитудный селектор 2. С выхода амплитудного селектора 2 нормированные по амплитуде импульсы поступают на вход временного селектора 3, а

и

именно на разрядный ключ 4, который срабатывает под действием импульса, и конденсатор времязадающего элемента 5 (конденсатор на чертеже не показан) полностью разряжается. Последующий заряд этого конденсатора до уровня, необходимого для срабатывания порогового элемента 6, происходит за время выдержки, в течение которого на выходе порогового элемента 6 присутствует сигнал, свидетельствующий о достаточном уровне бодрствования. Если за этот период времени появляется следующий фазический импульс, конденсатор элемента 5 под действием ключа 4 полностью разряжается и на вйходе порогового элемента 6 сохраняется сигнал, свидетельствующий о бодрствовании человека-оператора. В случае одновременного наличия сигналов бодрствования на выходе блока 15 сравнения и на выходе порогового элемента 6, на входе и выходе блока 9 анализа реакции оператора также имеется сигнал, поступающий на один вход первого элемента 10 И.. Так как на инверсном выходе блока 8 отработки команд предупредительных сигналов, соединенном с другим входом первого элемента 10 И, при этом также имеется сигнал, то с.выхода элемента 10 И сигнал поступает в блок 11 предупредительной сигнализации, который при этом сигнализирует о способности человека-оператора к выполнению алгоритмов деятельности, и в блок 12 перевода эргатической системы в аварийный режим функционирования, в котором при этом имеется сигнал, разрешающий нормальное функционирование системы.

В случае снижения уровня бодрствования человека-оператора интервал между фазическими импульсами с выхода блока 1 40 выделения фазической составляющей ЭСК превышает время выдержки временного селектора 3, конденсатор элемента 5 полностью заряжается, пороговый элемент 6 срабатывает и на его выходе исчезает сигнал бодрствования, что приводит к исчезновению сигнала на выходе второго элемента 17 И и на втором входе блока 9 анализа реакции оператора.

В ряде случаев тоническая составляющая ЭСК быстрее, чем фазическая составляющая реагирует на снижение уровня бодрствования, что проявляется в росте величины тонической составляющей, выделенной блоком 13, превышении его порогового значения и срабатывании блока 15 сравнения раньше, чем сработает пороговый элемент 6. В этом случае на выходе второго элемента 17 И и на втором входе блока 9 анализа реакции оператора также исчезает сигнал, что вызывает пропадание

10

15

20

25

30

35

45

50

55

сигнала на выходе блока 9 и на выходе первого элемента 10 И. При этом включается сигнализация в блоке. 11 предупредительной сигнализации и в блоке 12 подготавливается перевод эргэтической системы в аварийный режим функционирования.

Если в течение 6-8 с на выходе первого элемента 10 И отсутствует сигнал, то срабатывает блок 12 перевода эргатической системы в аварийный режим функционирования. Для предотвращения этого оператор должен воздействовать на блок 8 отработки команд предупредительных сигналов, который может быть выполнен в виде рукоятки бдительности. Однако для предотвращения рефлекторного воздействия на блок 8, блок 9 анализа реакции оператора выполнен таким образом, что сигнал на его выходе может восстановиться только при одновременном появлении сигналов на обоих его входах. Поэтому сигнал с прямого выхода блока 8 отработки команд предупредительных сигналов поступает, помимо одного входа блока 9 анализа реакции оператора, на вход элемента задержки 19 и на блок 7 запуска временного селектора, который может быть выполнен, например, в виде делителя напряжения, обеспечивающего частичный разряд конденсатора элемента 5. В результате частичного разряда конденсатора пороговый элемент 6 отключается и на его входе на .3-4 с появляется сигнал. В то же время, после появления сигнала с прямого выхода блока 8 отработки команд предупредительных сигналов на входе формирователя 19 импульса, последний формирует сигнал длительностью несколько секунд, который формирует аналогичный сигнал на выходе элемента 20 ИЛИ. При наличии сигналов на обоих входах второго элемента 17 И, на его выходе в течение 3-4 с также присутствует сигнал. Теперь на обоих входах и на выходе блока 9 анализа реакции оператора присутствует сигнал, поступающий после прекращения воздействия на блок 8 отработки команд предупредительных сигналов, через элемент .10 И на блок 11 предупредительной сигнализации и блок 12 перевода эргатической системы в аварийный режим функционирования, в результате чего прекращается предупредительная сигнализация.и отменяется на 3-4 с команда на перевод эргатической системы, в аварийный режим функционирования.

Известно, что при нормальном уровне бодрствования человека-оператора, в течение этого времени появляется фазический импульс, так как латентный период фазиче- ской реакции не превышает 2-3 с, а также

снизится уровень тонической составляющей ЭСК. Под воздействием фазического импульса разрядный ключ 4 вернет временной селектор 3 в исходное состояние и сиг- нал на его выходе восстановится на время выдержки временной селекции, а предупредительная сигнализация, как и команда на перевод эргатической системы в аварийный режим функционирования. То же самое произойдет, когда уровень тонической составляющей станет ниже порогового значения и восстановится сигнал бодрствования на выходе блока сравнения. В противном случае через 3-4 с вновь включиться предупредительная сигнализация и начнется подготовка к переводу эргатической системы в аварийный режим работы.

Первый элемент 10 И применен в устройстве для исключения возможности со

стороны человека-оператора постоянно воздействовать на блок 8 отработки команд предупредительных сигналов, так как при этом на выходе элемента 10 И будет отсут-. ствовать сигнал, что вызреет включение

предупредительной сигнализации и т.д.

В случаях, когда оператор в ответ на предупредительный сигнал, вызванный повторным превышением порогового значения ТС ЭСК, правильной и своевременной

реакцией подтвердит свою готовность к экстренным действиям, происходит коррекция порога ТС с помощью блока 16 коррекции порога ТС. При этом блок 14 определения порога вычисляет новое пороговое значение на базе текущей величины ТС ЭСК.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает расширенными функциональными возможностями и повышенной достоверностью интерпретации состояния

оператора, так как его дремотное состояние в ряде случаев можно выявить лишь на основе анализа тонической составляющей ЭСК, В свою очередь, повышается эффективность функционирования оператора и

безопасность работы эргатической системы в целом.

Ф о р м у л а. и з о б р е те н и я Устройство для контроля бдительности

человека-оператора, содержащее последовательно включенные блок выделения физической составляющей электрического сопротивления кожи, амплитудный селектор и временной селектор, включающий последовательно соединенные разрядный ключ, времязадающий и пороговый элементы, блок анализа реакции оператора, блок отработки команд предупредительных сигналов, параллельно включенные блок предупредительной сигнализации и блок

перевода эрратической системы в аварийный режим функционирования, первый элемент И, блок запуска временного селектора, выход которого соединен с времязапускаю- щим элементом временного селектора, а вход соединен с первым входом блока анализа реакции оператора и с прямым выходом блока отработки команд предупредительных сигналов, инверсный выход которого подключен к одному входу первого элемента И, который вторым входом соединен с выходом блока анализа реакции оператора, а выходом соединен с блоком предупредительной сигнализации и блоком перевода эргатиче- ской системы в аварийный режим функционирования, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов контроля путем дополнительного анализа тонической составляющей электрического сопротивления кожи, в него введены блок выделения тонической составляющей электрического сопротивления кожи-, аналого-циф- ровой преобразователь, блок определения порога тонической составляющей, блок коррекции порога тонической составляющей, блок сравнения, элемент ИЛИ, формирователь импульса второй элемент И, при этом первый выход блока выделения тонической составляющей электрического сопротивления кожи соединен с входом блока выделения фазической составляющей электрического сопротивления кожи, второй выход блока выделения тонической составляющей

электрического сопротивления кожи соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока определения порога тонической составляющей и с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока определения порога тонической составляющей, второй вход которого соединен с выходом блока коррекции порога тонической составляющей, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно блока анализа реакции оператора, порогового элемента и блока сравнения, второй вход блока анализа реакции оператора соединен

с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом порогового элемента, а второй вход соединен с выходом элемента ИЛИ, один из входов которого соединен с выходом формирователя импульса, подключенного к прямому выходу блока отработки команд предупредительных сигналов, вход блока выделения тонической составляющей электрического сопротивления кожи является входом устройства.

Использование: изобретение относится к системам обеспечения безопасности функционирования эргатических систем. Сущность: устройство содержит блок 1 выделения фазической составляющей (ФС) электрического сопротивления кожи (ЭСК), амплитудный 2 и временной 3 селекторы, блок 11 сигнализации, отработки команд 8 и анализа реакции оператора 2, блок 13 выделения тонической составляющей (ТС) ЭКС и группой блоков 13, 14 для анализа изменения величины ТС ЭСК, что позволяет более адекватно интерпретировать состояние человека-оператора типа бдительность - потеря бдительности. 1 ил.