Преобразователь движения головы человека в электрический сигнал

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 В 5/10 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 01 КРЫТИ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56). 1. ВезеЫе К,Сг С 3.гь.1 со 1,11 арпег 8. Аррагагцз поге: а зузгешЙог Йегесгщ апй гесогйщ шочешепге оГ где Ней. "Регсер гца 1 апйшогог з 1 сь 11 з",1972 г. 35, с. 725726.2, Авторское свидетельство СССРУ 736957, кл. А 61 В 5/10, 1980(54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДВИЖЕНИЯГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙСИГНАЛ, содержащий шлем, закрепленный неподвижно, три индикаторныекатушки, размещенные на нем, подшпемник, закрепленный на голове человека,две катушки возбуждения, установленные на нем, генератор, подключенныйк катушкам возбуждения, три идентичных канала преобразования, подключенные к своим индикаторным катушкам,каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивныйсчетчик, преобразователь код-напряжение, сумматор, а также источникопорного напряжения, первый выход которого соединен с вторым входом преобразователя код-напряжение, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что; с целью повьппения точности измерений, в каждый канал введены последовательно соединенные с выходом индикаторной катушки усилитель-ограничитель, фазовый детектор, выход которого соединен с вторым входом. сумматора, два компаратора, также подключенные к второму входу сумматора, блок фазовращателей, соединенный с выходом генератора, коммутаторпервый вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, остальные входы - к выходам блОка фазовращателей, вы- ход - к второму входу фазового детектора, а второй и третий выходы источника опорного напряжения - к вторым входам компараторов, выходы которых соединены с первым и вторым. входами реверсивного счетчика.2, Преобразователь по п,1, о т - :л и ч а ю щ и й с я тем, что, индикаторная катушка содержит две секции, причем катушки первой и второй секций соответственно через резистор и конденсагор подключены к выходу усилителя-ограничителя, а другие их выводы - к общей шине.Изобретение относится к медицине, а именно к измерительным приборам для бтраверки движения головы человека, предназначенным для проведения психологических нейрофизиологических, эргономических экспериментов.Известен преобразователь движения головы человека в электрический сигнал, содержащий шлем, фазочувст вительные выпрямители, фильтры и три сумматора 1 .Однако линейность выходных сигналов преобразователя уменьшается с ростом величины угла поворота головы вследствие размагничивающего действия продольной составляющей магнитодви" жущей сиды обмоток синхронизации сельсинов, а из-за вязкого трения в гидравлических демпферах маятников искажается динамическая точность преобразования резких поворотов головы,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь движения головы человека в электрический сигнал, содержащий шлем, закрепленный. неподвижно, подшлемник, закрепленный на голове человека, две катушки возбуждения, расположенные на подшлемнике,генератор, подключенный к катушкам возбуждения, три индикаторных катушки, подключенных к трем идентичным каналам преобразования, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, преоб 35 разаватель код-напряжение, сумматор, а также источник опорного напряжения, первый выход которого соединен с вторым входом преобразователя коднапряжение.Недостатками известного преобразователя являютсв невысокая точность из-за зависимости амплитуды выходного напряжения преобразователя от45 неравномерности воздушного зазора в индуктивной системе (между катушками возбуждения и индикаторными катушками),при движении головы, увеличе" ние нелинейности преобразования с50 ростом угла поворота головы и сложность его конструкции.Цель изобретения " повышение точности измерения. Поставленная цель достигается 55 тем, -то в преобразователе движения головы человека в электрический сигнал, содержащем шлем, закрепленный неподвижно, три индикаторные катушки,размещенные на нем, подшлемник, закрепленный на голове человека, двекатушки возбуждения, установленныена нем, генератор, подключенный к катушкам возбуждения, три идентичных1канала преобразованияподключенныхк своим индикаторным катушкамкаждыйиз которых содержит последовательносоединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, сумматор, а также источник опорного напряжения, первый выход которого соединен с вторым входом преобразователя код-напряжение, в каждый каналвведены последовательно соединенныес выходом индикаторной катушкиусилитель"ограничитель, фазовыйдетектор, выход которого соединенс вторым входом сумматора, два компаратора, также подключенные к второмувходу сумматора, блок фазовращателей,соединенный с выходом генератооа,коммутатор, первый вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, остальные входы - к выходамблока фазовращателей, выход - к второму входу фазового детектора, а второй и третий выходы источника опорного напряжения - к вторым входамкомпараторов, выходы которых соединены с первым и вторым входами реверсивного счетчика,Кроме того, индикаторная катушкасодержит две секции, причем катушкипервой и второй секций, соответственно через резистор и конденсаторподключены к выходу усилителя-ограничителя, а другие их выводы - кобщей шине,1На фиг, 1 изображена схема расположения индикаторных катушек на, шлеме каналов измерения; на фиг,2- система координат движения головы человека, а также схема расположения катушек возбуждения на подшлемнике; на фиг. 3 в . блок-схема одного канала преобразования (схемы остальных двух каналов аналогичны); на фиг, 4 - динамические характеристики преобразователя и отдельных его узлов.Преобразователь состоит из трех идентичных каналов для преобразова-ния трех углов поворота головы чело-, века ( ( , Ц) в электрический сигнал, где д,4, .- углы отклонения головы от нейтрального паложения при ее повороте вокруг осиХ, У, 2 соответственно (причем направление поворота считается положительным) если поворот совершаетсяпротив направления движения часовойстрелки,при наблюдении с конца вектора, обозначающего соответствующуюось вращения.Преобразователь движения головычеловека в электрический сигнал содержит шлем 1, закрепленный неподвижно, три индикаторные катушки 2(а,б,в) размещенные на нем, подшлемник Ззакрепленный на голове человека, две катушки 4 возбужцения (катушки 4 а каналов измерения , и ( икатушки б канала измерения 3, расположенные на нем, генератор 5, подключенный к катушкам 4 возбуждения,три канала преобразования, подключенные к своим индикаторным катушкам2, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик 6, преобразователь 7код-напряжение, сумматор 8, а также 25источник 9 опорного напряжения,первый выход которого соединен свторым входом преобразователя 7код-напряжение.В каждый канал преобразования вве- З 0дены последовательно соединенные свыходом индикаторной катушки 2 усилитель-ограничитель 10, фазовый детектор 11, выход которого соединенс вторым входом сумматора, два компа.ратора 12, также подключенные к второму входу последнего, блок 13 фазо-.вращателей, сЬединенный с выходомгенератора 5, коммутатор 14, первыйвход которого подключен к выходу 40реверсивного счетчика 6, остальныевходы - к выходам блока 13 фазовращателей, выход - к второму входу фазового детектора 11, а второй и третийвыходы источника 9 опорного напряже-ния - к вторым входам компараторов,выходы которых соединены с первым ивторым входами реверсивного счетчика,Индикаторная катушка 2 устройст- ,50 ва содержит две секции 15, причем катушки первой и второй секции соответственно через резистор и конденса. тор подключены к выходу усилителя- ограничителя 10, а другие их концы 55 соединены с общей шиной.Индикаторные катушки 2 а и 2 б индуктивно связаны с катушкой воэбуждення 4 а, а индикаторная катушка 28 с 4 б,Преобразователь движения головычеловека работает следующим образом.В исходном состоянии (момент времени) голова человека находится в нейтральном положении (Я = 0), ревйрсивный счетчйк 6 по цепи "Уст 0" устанавливается в исходное состояние. При движении головы с выхода индикаторной катушки 2 через усилитель-ограничитель 10 на вход фазового детектора 11 поступает прямоугольное переменное напряжение 0 постоянной амплитуды с фазой, прямо пропорционально зависящей от угла поворотаголовы. На другой вход фазового детектора 11.с блока 13 фазовращателей через коммутатор 14 поступает напряжение Б 5, фаза которого при повороте головы меняется скачкообразно в зависимости от кода 01, поступающего с реверсивного счетчика 6 на коммутатор 14. Этот же код 012 поступает на вход преобразователя 7 коднапряжение, где преобразуется в аналоговое напряжение Б 9, и подается на вход сумматора 8, где суммируется с кусочно-аналоговым сигналом с выхо" да фазового детектора Нг, Выход сумматора 8 является выходом преобразователяПусть голова человека, начиная с точки Ч 1 = 0 (фиг. 4), движется в положительном направлении, на вход фазового детектора 11 подается напряжение 0 с начальной фазойЫ- В какой-то момент времени выходное напряжение фазового детектора 0 достигает верхней границы1зоны регистрации Б (фиг. 4 г) и ком- паратор 12 вырабатывает короткий импульс Б соответствующий аналоговому куску поворота головы (фиг. 4 а, 4 б),. Импульс Оо с выхода компаратора 12 поступает на вход прямого счета реверсивного счетчика 6, при этом увеличивается код на выходе реверсивного счетчика Б 1 на единицу, что вызывает переключение коммутатора, и на вход фазового детектора 1 1 подключается следующее опорное напряг жение Б с начальной фазой Ф =;29- ю, при этом на выходе фазового детектора напряжение скачком уменьшается до нуля и далее меняется согласно углу поворота головы. Одновременно на вы- . ходе преобразователя 7 код-напряжение формируется первая ступень анало 3 112492 гового сигнала 11, При дальнейшем увеличении угла поворота головы работа преобразователя происходит аналогично описанному вьппе, Пусть теперь в какой-то момент времени (фиг. 4 а) голова человека меняет направление движения и угол ( начинает уменьшаться , при этом на выходе преобразователя 7 код-напряжение сформировано семь ступеней аналогового 1 О сигнала 0 (Лиг. 4 п) а ко втооомч вхопч Фазового петектооа 11 попклюХ чено напряжение 05 с фазой Рц =й , Начиная с момента времени С 8 выходное напряжение фазового детектора 15 начинает уменьшаться и в момент времени 1 достигает нижней границы эоны регистрации П" .(фиг. 4 г), при этом компаратор 12 вырабатывает короткий импульс П, кОторыи пОстУ пает на вход обратного счета реверсивного счетчика 6. На выходе реверсивного счетчика код, уменьша= ясь на единицУ, переключает коммутатор - к фазовому детектору подклю чается фазовращающая цепь с фазой г = Яи - одновременно преобразо-,66ватель 7 код-напряжение на одну ступень уменьшает свой выходной сигнал, а сигнал фазового детектора 0 скачком увеличивается до нуля и далее изменяется согласно углу поворота головы. При дальнейшем движении головы работа преобразователя аналогична. Полный аналоговый сигнал получают суммируя на сумматоре 8 вы)ходные сигналы с фазового детектора 11 П и с преобразователя 7 код-напряжение 09 (фиг. 4 г, 4 д, 4 е). Экспериментальное исследование предлагаемого и известного преобраг зователей движений. головы человека в электрический сигнал показало, что применение элементов, соединенных по предлагаемой схеме, позволяет формировать выходной сигнал преобразователя, используя участок прямолинейной зависимости выходного сигна. ла фазового детектора от угла поворота головы; в отличие от известной схемы, где используется приблизительно прямолинейные участки синусоидальной зависимости сигнала фазочувствительного выпрямителя, за счет чего повьппается точность предлагаемого преобразователя. Кроме того, применение двухсекционной индикаторной катушки с К и С элементами (в отличие от трехсекционной в известном. устройстве), позволяет упростить индуктивную систему преобразователя Благодаря применению усилителя-ограничителя амплитуда выходного сигнала стабилизирована на уровне,ограничения и не зависит от величины воздушного зазора в индуктивной системе при изменении его в пределах 5-50 мм.1124924 и Обручар Корре Редактор О Зак 8320/ по делам изобретении и открытии113035, Москва, )К, Раушская наб., д. 4 11 г, Ужгор