Устройство для определения ориентации головы

(55 А 61 В 5/103 НИЕ ИЗОБРЕТЕН ТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ использовано при проведении психологических, нейрофизиологических, эргономических экспериментов, а также для построения систем человек - техн и ка, в кото р ых 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 Ьпп ИУпи 1 СООтВЕтСтВЕННО ДЛЯ ИЗ- мерения горизонтальных и вертикальных Б кий институт каите,яускен СССР86. РЕДЕЛЕНИ к области медиьным приборам а, и может быть ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ООРИЕНТАЦИИ ГОЛОВЫ1616603 составляющих движения головы, В каждой матрице приемники излучения разделены на четыре группы: в матрицехам соединены между собой все приемники излучения каждого столбца и каждый пятый приемник строки в матрице, узап - 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 Изобретение относится к медицине, вчастности к устройствам для измерениядвижения головы, и может быть применено. при проведении психологических, нейрофизиологических, эргономических исследований, а также для построения системчеловек - 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 преобразователявзаимного расположения излучающего элемента и приемников излучения в электрический сигнал.Устройство для определения ориента ции головы содержит два одинаковых преобразователя взаимного расположенияизлучающего элемента 1 и приемников излученияхщп иущип, Каждый преобразователь содержит фазовращатели 1, 2,коммутаторы 3, 4, индикаторы 5, 6 нулевогофазового смещения, последовательносоединенные между собой, усилитель-ограничитель 7, фазовый детектор 8, преобразователь длительности в число импульсов9, цифровой сумматор 10 и цифроаналоговый преобразователь 11, последовательносоединенные между собой, кварцевый генератор 12, делитель 13, резонансный усилитель 14, последовательно соединенныемежду собой КЯ-триггер 15. формирователь импульсов 16, коммутатор 17, счетчик18, а также схему уп равления 19 коммутатором 17.Устройство работает следующим обра, зои,Пусть в начальный момент времени голова оператора ориентируется в центр экрафазовращателя 1, 2, два индикатора 5 и 6 нулевого фазового смещения, последовательно соединенные между собой ББ-триггер 15, формирователь импульсов 16, третий коммутатор 17 и реверсивный счетчик 18, схему управления 19 третьим коммутатором 17, последовательно соединенные между собой усилитель-ограничитель, фазовый детектор 8, преобразователь 9 длительности в число импульсов, цифровой сумматор 10 и цифроаналоговый преобразователь 11, а также кварцевый генератор 12, делитель 13 и резонансный усилитель 14.1 з, и, ф - лы,2 ил,на и нажимается кнопка "Установка "0". В этом случае концы вектора ориентации головы находятся между приемниками излучения 1 хз 5 и 1-хзб и 1 у 24 и 1 уз 4.5 Далее рассмотрим работу устройства только при определении горизонтальной составляющей ориентации головы, поскольку работа устройства при определении вертикальной составляющей аналогична, При на 10 жатии кнопки "Установка "0" код реверсивного счетчика 18 равен нулю, КЯ- триггер 15 находится в выключенном состоянии, поэтому коммутатор 3 находится во включенном состоянии, коммутатор 4 - в15 выключенном, На усилитель-ограничитель 7 поступают через фазовый вращатель 1 сигнал Х от приемника Ехз 5 и непосредственно - сигнал Х 2 от Ехз 7, Усилитель-ограничитель 7 усиливает поступающий сигнал до20 уровня. необходимого для фазовой демодуляции, Фазовый детектор 8 сравнивает фазу сигнала, поступающего с усилителя-ограничителя 7 с фазой опорного сигнала резонансного усилителя 1425 и на выходе выдает положительный импульс, длительность которого пропорциональна разности фаз поступающих сигналов. Преобразователь 9 длительности импульсов в число импульсов преобразует длительность30 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 код35 Оух 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 анало 40 говый сигнал Ох, соответствующий этому коду,Далее допустим, что вектор ориентации головы смещается направо и приближается к приемнику излучения Ьзт, В этом случае увеличивается амплитуда сигнала Х 2 приемника ЬЗ 7, уменьшается Х 1 приемника ЬЗБ, поэтому из-за действия фазового вращателя 1 изменяется фаза сигнала, поступающего на вход усилителя-ограничителя 7, при этом меняется длительность импульса, вырабатываемого фазовым детектором 8 и тем самым цифровой код преобразователя 9 и соответственно выходные сигналы Оух и ОхПусть вектор ориентации головы, смещаясь направо, попадает прямо на приемник Ьзу. В этом положении сигналы Хз приемника Ьхзб и Х приемника .хзв 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 ВЯ-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 Х 4. Перепад выходного сигнала ВЯ-триггера 15 также поступает в формирователь импульсов 16 и схему управления 19 коммутатором 17, Формирователь импульсов 16 формирует короткий импульс, который через коммутатор 17 поступает на суммирующий 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-. теля 9 образует младшие разряды, а код реверсивного счетчика 18 - старшие разряды цифрового сумматора 10.Аналогично измерение происходит при переходе на следующие приемники Ехзт,хэви. Тогда реверсивный счетчик 18 присуммирует 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 элементаиспользуется 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. Импульсы кварцевого генератора 12 используются также в качестве опорных сигналов в преобразователе 9 длительности в число 45 импульсов.В предлагаемом устройстве результатыизмерений не зависят от линейных смещений головы, так как ориентация головы, т. е. точка фиксации вектора ориентации 50 головы определяется по сигналам приемников излучения, находящимся на экране (точка фиксации определяется относительно экрана), что позволяет производить измерения при движении не только головы, но 55 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 5 приемников излучения в электрический сигнал, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности определения ориентации головы, оно содержит тест-экран, на задней стенке которого установлены две мат рицыхоп иузап приемников излучения соответственно для измерения горизонтальных и вертикальных составляющих движения головы, в каждой матрице приемники излучения разделены на четыре группы: в 15 матрице Ьвп соединены между собой всеприсмники излучения каждого столбца и каждый пятый приемник строки, т. е, группу составляет число приемников излученияПМхя =, Ь Я + 4 К, где К = О, 1, 2,пз;1=1Я = 1, 2, 3, 4 - номер группы, в матрицеул соединены между собой все приемники излучения каждой строки и каждый пятый приемник столбца, т, е, группу составляет числоГпприемников излучения Му =, 1.у Я + 4 К 21 -- 1Где К 2 = О, 1, 2 и, 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 делите лем и резонансным усилителем,161660311У 13 СоставительТехред М,Мо Корректор Н, Ревская пко Редактор М. То аказ 4078 Тираж 554 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 2. Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е ес 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 ВЯ-триггер, формирователь импульсов, третий коммутатор иреверсивный счетчик, схему управления третьим коммутатором, последовательно соединенные усилитель-ограничитель, фазовый детектор, преобразователь длитель ности 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 вращатель, а четвертый непосредственно подключены соответственно к входам первых и вторых коммутаторов и индикатора нулевого фазового смещения, выходы индикаторов 5 нулевого фазового смещения подключены к85-входам триггера, выходы триггера соединены с управляющими входами первого и второго коммутаторов, формирователем импульсов и один выход - со схемой управле ния третьим коммутатором, второй входкоторой подключен к выходу фазового детектора, а выход - к третьему коммутатору, выходы первого и второго коммутаторов - к ограничителю-усилителю, первый вход пре образователя соединен с преобразователем длительности. в число импульсов, второй вход - с индикатором нулевого фазового смещения, фазовым вращателем и излучающим элементом.Чй