RU2631364C1 - Telemetric sensor for controlling wakefulness on electrodermal activity signals - Google Patents

Telemetric sensor for controlling wakefulness on electrodermal activity signals Download PDF

Info

Publication number
RU2631364C1
RU2631364C1 RU2016135283A RU2016135283A RU2631364C1 RU 2631364 C1 RU2631364 C1 RU 2631364C1 RU 2016135283 A RU2016135283 A RU 2016135283A RU 2016135283 A RU2016135283 A RU 2016135283A RU 2631364 C1 RU2631364 C1 RU 2631364C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
wrist
wakefulness
matrix
electrode
Prior art date
Application number
RU2016135283A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Васильевич Дементиенко
Original Assignee
Акционерное Общество "Нейроком"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Нейроком" filed Critical Акционерное Общество "Нейроком"
Priority to RU2016135283A priority Critical patent/RU2631364C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2631364C1 publication Critical patent/RU2631364C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K28/00Safety devices for propulsion-unit control, specially adapted for, or arranged in, vehicles, e.g. preventing fuel supply or ignition in the event of potentially dangerous conditions
    • B60K28/02Safety devices for propulsion-unit control, specially adapted for, or arranged in, vehicles, e.g. preventing fuel supply or ignition in the event of potentially dangerous conditions responsive to conditions relating to the driver
    • B60K28/06Safety devices for propulsion-unit control, specially adapted for, or arranged in, vehicles, e.g. preventing fuel supply or ignition in the event of potentially dangerous conditions responsive to conditions relating to the driver responsive to incapacity of driver
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/02Alarms for ensuring the safety of persons
    • G08B21/06Alarms for ensuring the safety of persons indicating a condition of sleep, e.g. anti-dozing alarms

Landscapes

  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: sensor contains a wrist bracelet for the operator, on the inner surface of which electrodes are fixed for recording the galvanic skin reaction associated with the current source and the microprocessor-based signal processing unit installed in the body that is placed on the outer surface of the bracelet, a radio communication channel with wakefulness facilities. And the electrodes are placed on the opposite surfaces of the bracelet, one of the electrodes is reference, it is partially enclosed by the wrist and is placed on the side of the body with the possibility of abutment to the dorsal surface of the hand and galvanic contact with it, and the other - in the form of a matrix of independent electrodes with the possibility of galvanic contact with the inner surface of the wrist. Independent electrodes are connected via individual current sources and the multiplexer - to a signal processing unit with the possibility of periodically interrogating matrix elements with the allocation of the signal with the greatest amplitude for controlling the wakefulness facilities.
EFFECT: increasing the signal-to-noise ratio.
5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицинскому приборостроению и может быть использовано при конструировании носимых элементов контроля функционального состояния оператора.The invention relates to medical instrumentation and can be used in the design of wearable elements for monitoring the functional state of the operator.

Известно, что электродермальная активность (ЭДА) является достоверным показателем психоэмоционального состояния человека и имеет ряд технических применений, в частности, для контроля бодрствования оператора. Так, в промышленную эксплуатацию введена телеметрическая система контроля бодрствования машиниста (ТСКБМ), разработки ЗАО «НЕЙРОКОМ». Телеметрический датчик на браслете предназначен для получения информации об относительном изменении электрического сопротивления кожи и передачи по радиоканалу в цифровом виде на приемник (http://www.neurocom.ru/ru2/rail/tskbm.html). Изменение электрического сопротивления происходит в результате импульсного выброса микроскопического количества пота потовой железой. Именно этот импульс и является полезным сигналом, который анализируется в алгоритме ТСКБМ. Регистрация ЭДА на руке осуществляется посредством двух выпуклых электродов овальной формы, которые прилегают к запястью и прикрепляются с помощью браслета или ремешка по типу часового.It is known that electrodermal activity (EDA) is a reliable indicator of the psychoemotional state of a person and has a number of technical applications, in particular, to control the wakefulness of the operator. So, the telemetric system for monitoring the wakefulness of the driver (TSKBM), developed by ZAO NEUROKOM, was put into commercial operation. The telemetric sensor on the bracelet is designed to obtain information about the relative change in the electrical resistance of the skin and digitally transmitted to the receiver via a radio channel (http://www.neurocom.ru/ru2/rail/tskbm.html). The change in electrical resistance occurs as a result of a pulsed ejection of a microscopic amount of sweat by the sweat gland. It is this impulse that is the useful signal that is analyzed in the TSKBM algorithm. Registration of EDA on the arm is carried out by means of two convex oval-shaped electrodes that are adjacent to the wrist and are attached using a bracelet or watch strap.

Известно устройство для многоканальной регистрации специфических сигналов ЭДА - кожно-гальванической реакции (КГР). КГР на ладонной поверхности руки (RU №137669 U1, Центр ТЭС, 27.02.2014 - прототип). Устройство содержит многоканальный блок датчиков в узлах решетки с числом датчиков не менее пяти, многоканальный АЦП, блок определения величины запаздывания КГР в разных точках ладони и блок выявления сигнала с максимальным уровнем, блок визуализации и регистрации. Прижим матрицы датчиков, размещенных на перчатке, осуществляется пневматической манжетой, референтный электрод закрепляется на запястье той же руки, на которую надета перчатка. Датчики потенциалов кожи располагаются в матрице в 5 рядов, 18 датчиков потенциалов кожи располагаются на ладонной поверхности с шагом 10 мм, еще 3 датчика потенциалов кожи - на проксимальной фаланге пальцев со второго по четвертый, а референтный электрод 2 располагается на запястье той же руки. Однако это устройство предназначено для исследовательских целей, а выходной сигнал чувствителен к силе поджатия пневматической системы, а, кроме того, не ставится задача повышения помехозащищенности выходного сигнала.A device for multichannel registration of specific signals of EDA - skin-galvanic reaction (RAG). RAG on the palm surface of the hand (RU No. 137669 U1, Center TPP, 02.27.2014 - prototype). The device contains a multi-channel sensor block in the nodes of the array with a number of sensors of at least five, a multi-channel ADC, a block for determining the latency of the RAG at different points of the palm, and a signal detection unit with a maximum level, a visualization and registration unit. The clamp of the matrix of sensors placed on the glove is carried out by a pneumatic cuff, the reference electrode is fixed on the wrist of the same hand on which the glove is worn. Skin potential sensors are arranged in a 5-row matrix, 18 skin potential sensors are located on the palm surface in 10 mm increments, 3 more skin potential sensors are located on the proximal phalanx of the fingers from the second to fourth, and the reference electrode 2 is located on the wrist of the same hand. However, this device is intended for research purposes, and the output signal is sensitive to the compressive force of the pneumatic system, and, in addition, the task is not to increase the noise immunity of the output signal.

Наиболее близким к патентуемому является телеметрический датчик, описанный в патенте (RU №2376159 С1, НЕЙРОКОМ, оп. 20.12.2009 - прототип). Датчик для запястья машиниста содержит браслет по типу браслета для наручных часов, к которому присоединен собственно чувствительный узел телеметрического датчика - два электрода для контакта с кожным покровом машиниста при надевании на руку. Элементы радиосхемы (АЦП, приемопередатчик и антенна) размещены в корпусе датчика.Closest to patentable is the telemetric sensor described in the patent (RU No. 2376159 C1, NEUROKOM, op. 20.12.2009 - prototype). The sensor for the driver’s wrist contains a bracelet similar to a wristwatch, to which the sensor unit of the telemetry sensor itself is attached - two electrodes for contact with the driver’s skin when put on the hand. The elements of the radio circuit (ADC, transceiver and antenna) are located in the sensor housing.

Недостатком устройства является получение на выходе значения сигнала КГР, характеризующего невысокое отношение сигнал-шум.The disadvantage of this device is that the output value of the RAG signal, characterizing a low signal-to-noise ratio.

Настоящее изобретение направлено на решение технической проблемы формирования устойчивого сигнала КГР с повышенным отношением сигнал/шум, который может быть успешно использован в системах контроля бодрствования.The present invention is directed to solving the technical problem of forming a stable RAG signal with an increased signal to noise ratio, which can be successfully used in wakefulness monitoring systems.

Патентуемый телеметрический датчик для контроля бодрствования по сигналам электродермальной активности содержит браслет для запястья оператора, на внутренней поверхности которого закреплены электроды для регистрации кожно-гальванической реакции, связанные с источником тока и микропроцессорным блоком обработки сигналов, установленными в корпусе, который размещен на наружной поверхности браслета, радиоканал связи со средствами поддержания бодрствования.Patented telemetry sensor for monitoring wakefulness according to signals of electrodermal activity contains a wristband for the operator’s wrist, on the inner surface of which electrodes for recording the skin-galvanic reaction are fixed, connected to a current source and a microprocessor-based signal processing unit installed in the case, which is located on the outer surface of the bracelet, radio channel of communication with means of maintaining wakefulness.

Отличие состоит в том, что электроды размещены на противолежащих поверхностях браслета, один из электродов является референтным, выполнен частично охватывающим запястье и размещен со стороны корпуса с возможностью прилегания к дорсальной поверхности руки и гальванического контакта с ней, а другой - в форме матрицы независимых электродов с возможностью гальванического контакта с внутренней поверхностью запястья. Независимые электроды подключены через индивидуальные источники тока и мультиплексор к блоку обработки сигналов с возможностью периодического опроса элементов матрицы с выделением сигнала с наибольшей амплитудой для управления средствами поддержания бодрствования.The difference is that the electrodes are placed on opposite surfaces of the bracelet, one of the electrodes is a reference one, made partially covering the wrist and placed on the side of the body with the ability to adhere to the dorsal surface of the hand and galvanic contact with it, and the other in the form of a matrix of independent electrodes with the possibility of galvanic contact with the inner surface of the wrist. Independent electrodes are connected through individual current sources and a multiplexer to the signal processing unit with the possibility of periodically interrogating the matrix elements with the selection of the signal with the largest amplitude to control the means of maintaining wakefulness.

Датчик может характеризоваться тем, что референтный электрод выполнен частично охватывающим запястье не менее чем на 0,5 периметра, а также тем, что площадь референтного электрода составляет 10-50 кв. см.The sensor can be characterized by the fact that the reference electrode is partially covering the wrist by at least 0.5 perimeters, as well as the fact that the area of the reference electrode is 10-50 square meters. cm.

Датчик может характеризоваться также тем, что матрица независимых электродов выполнена на гибкой подложке из диэлектрического материала, электроды имеют преимущественно квадратное сечение площадью 1-5 кв. мм с зазорами между электродами - 0,5-2 мм при общем числе электродов 25-35 штук, а также и тем, что отношение площади единичного электрода матрицы к площади референтного электрода составляет 0,001 и ниже.The sensor can also be characterized by the fact that the matrix of independent electrodes is made on a flexible substrate of dielectric material, the electrodes have a predominantly square section of 1-5 square meters. mm with gaps between the electrodes - 0.5-2 mm with a total number of electrodes of 25-35 pieces, as well as the fact that the ratio of the area of a single electrode of the matrix to the area of the reference electrode is 0.001 or lower.

Технический результат - повышение отношения сигнал/шум за счет оптимизации топологии измерительных электродов, а также уменьшение разрядности измерительного АЦП.The technical result is an increase in the signal-to-noise ratio due to optimization of the topology of the measuring electrodes, as well as a decrease in the bit depth of the measuring ADC.

В основе изобретения лежат следующие положения, установленные заявителем. Известно, что каждая потовая железа в теле человека состоит из потового протока, который открывается наружу потовой порой. Сигнал КГР характеризуется скачкообразным изменением проводимости/электрического сопротивления, регистрируется между референтным электродом, контактирующим с телом человека, и измерительным электродом, размещенным на поверхности кожи, где присутствуют потовые поры, при пропускании через электроды электрического тока.The invention is based on the following provisions established by the applicant. It is known that every sweat gland in the human body consists of a sweat duct, which opens outward by sweat pores. The RAG signal is characterized by an abrupt change in conductivity / electrical resistance, is recorded between the reference electrode in contact with the human body and the measuring electrode located on the skin surface, where sweat pores are present, when an electric current is passed through the electrodes.

Ниже дана оценка регистрации сигнала КГР при использовании малого (м) и большого (б) измерительных электродов при наличии референтного электрода неизменной площади, когда регистрируются скачки проводимости (А) или скачки электрического сопротивления (Б).Below, we estimate the recording of the RAG signal when using small (m) and large (b) measuring electrodes in the presence of a reference electrode of constant area, when conduction jumps (A) or jumps in electrical resistance (B) are recorded.

А. При сравнении скачков проводимости при открытии потовой железы для малого (м) и большого (б) электродов отношение относительных скачков имеет вид: γ=Sэб/Sэм, так как:A. When comparing the jumps in conductivity when opening the sweat gland for small (m) and large (b) electrodes, the ratio of relative jumps has the form: γ gm / γ gb = S eb / S em , since:

γg=(Gэ0-Gэж)/Gэ0,γ g = (G e0 -G ezh ) / G e0 ,

Gэ0=gs⋅Sэ,G e0 = g s ⋅S e ,

Gэж=gs⋅(Sэ-Sж)+gож⋅Sж, Ezh G = g s(S E -S x) + g standby ⋅S w,

γg=1-Gэж/Gэ0,γ g = 1-G ezh / G e0 ,

γg=Sж/Sэ⋅(1-gож/gs),γ g = S w / S e ⋅ (1-g standby / g s),

где gs - удельная проводимость кожи с закрытой потовой железой (См/см2);where g s is the specific conductivity of the skin with a closed sweat gland (S / cm 2 );

gож - удельная проводимость в области открытой потовой железы (См/см2);g aw - conductivity in the open sweat gland (Cm / cm 2 );

Sэ - площадь электрода (см2);S e - electrode area (cm 2 );

Sж - площадь железы (см2);S W - the area of the gland (cm 2 );

Gэ0 - проводимость под электродом с закрытой потовой железой (См);G e0 - conductivity under the electrode with a closed sweat gland (cm);

Gэж - проводимость под электродом с открытой потовой железой (См);G ezh - conductivity under the electrode with an open sweat gland (cm);

γg - отношение изменения проводимости к ее начальному значению.γ g is the ratio of the change in conductivity to its initial value.

При gож>>gs, а так всегда и бывает, поскольку пот имеет гораздо большую проводимость (раствор соли в воде), чем эпидермис, то отношение изменения проводимости к ее начальному значению имеет вид: γg=Sж/Sэ⋅gож/gs.When g ozh >> g s , and it always happens, since sweat has a much higher conductivity (salt solution in water) than the epidermis, the ratio of the change in conductivity to its initial value has the form: γ g = S w / S e ⋅ g oz / g s .

Б. При сравнении скачков сопротивления при открытии потовой железы для малого (м) и большого (б) электродов отношение относительных скачков имеет вид: γρмρб=Sэб/Sэм, так как:B. When comparing jumps in resistance when opening the sweat gland for small (m) and large (b) electrodes, the ratio of relative jumps has the form: γ ρm / γ ρb = S eb / S em , since:

γρ=(Rэ0-Rэож)/Rэ0,γ ρ = (R e0 -R eog ) / R e0 ,

Rэ0s/Sэ,R e0 = ρ s / S e ,

1/Rэж=(Sэ-Sж)/ρs+Sжож),1 / R ezh = (S e -S w ) / ρ s + S w / ρ ozh ),

γρ=1-Rэож/Rэ0,γ ρ = 1-R eog / R e0 ,

γρ=Sж/Sэ⋅(1-ρsож),γ ρ = S w / S e ⋅ (1-ρ s / ρ ozh ),

где ρs - удельное сопротивление кожи с закрытой потовой железой (Ом/см2);where ρ s is the specific resistance of the skin with a closed sweat gland (Ohm / cm 2 );

ρож - удельное сопротивление в области открытой потовой железы (Ом/см2);ρ ozh - resistivity in the open sweat gland (Ohm / cm 2 );

Sэ - площадь электрода (см2);S e - electrode area (cm 2 );

Sж - площадь железы (см2);S W - the area of the gland (cm 2 );

Rэ0 - сопротивление электрода отн. тела с закрытой потовой железой (Ом);R e0 - electrode resistance rel. body with closed sweat gland (Ohm);

Rэож - сопротивление электрода отн. тела с открытой потовой железой (Ом);R ezh - the resistance of the electrode rel. open sweat gland bodies (ohms);

γρ - отношение изменения сопротивления к его начальному значению.γ ρ is the ratio of the change in resistance to its initial value.

При ρs>>ρор, а так всегда и бывает, поскольку пот имеет гораздо меньшее удельное сопротивление, чем эпидермис, то отношение изменения сопротивления к его начальному значению имеет вид: γρ=Sж/Sэ⋅ρsож.When ρ s >> ρ op , and it always happens, since sweat has a much lower resistivity than the epidermis, the ratio of the change in resistance to its initial value has the form: γ ρ = S w / S e ⋅ρ s / ρ aw .

Вышеприведенный анализ показывает, что если под электродом находится одна потовая железа и она там присутствует при изменении размеров электрода, то уменьшение площади электрода в N раз увеличивает скачок проводимости или сопротивления так же в N раз. Минимальная относительная величина скачка при измерениях КГР, которую необходимо зарегистрировать, составляет γ=10-5, что требует применения АЦП с 18 эффективными разрядами. При разумном разбиении площади электрода, например 10 на 10 частей, выигрыш в скачке составляет 100 раз (γ=10-3), а разрядность измерительного АЦП возможно уменьшить с 18 до 11.The above analysis shows that if there is one sweat gland under the electrode and it is present there when the electrode size is changed, then reducing the electrode area by N times increases the jump in conductivity or resistance by N times as well. The minimum relative magnitude of the jump in measurements of the RGR, which must be recorded, is γ = 10 -5 , which requires the use of an ADC with 18 effective discharges. With a reasonable partition of the electrode area, for example 10 into 10 parts, the gain in the jump is 100 times (γ = 10 -3 ), and the bit depth of the measuring ADC can be reduced from 18 to 11.

Ограничением для уменьшения площади электрода является тепловой шум сопротивления электрода с закрытой потовой железой, при котором скачок напряжения сравнивается со среднеквадратичной величиной шумов. В рассмотренном выше случае при типичном значении ρs=100 кОм/см2 и исходном размере электрода 1 см2 сопротивление с малым электродом увеличится до величины 10 МОм. Это соответствует среднеквадратичной величине тепловых шумов около 1 мкВ в полосе 8 Гц. При допустимом измерительном напряжении 1 В между электродами скачок напряжения при γ=10-3 составит 1 мВ, что на три порядка больше уровня тепловых шумов.The limitation for reducing the area of the electrode is the thermal noise of the resistance of the electrode with a closed sweat gland, in which the voltage jump is compared with the rms value of the noise. In the case considered above, with a typical value of ρ s = 100 kΩ / cm 2 and an initial electrode size of 1 cm 2, the resistance with a small electrode will increase to 10 MOhm. This corresponds to a rms thermal noise of about 1 μV in the 8 Hz band. With a permissible measuring voltage of 1 V between the electrodes, the voltage jump at γ = 10 -3 will be 1 mV, which is three orders of magnitude higher than the level of thermal noise.

Фактически, измерительное устройство будет ограничиваться шумами объекта, которые как минимум не изменяются с уменьшением площади электрода, а в действительности пропорциональны ей, т.е. уменьшаются с уменьшением площади электрода. Полезный же сигнал КГР (скачок) обратно пропорционален площади, т.е. увеличивается с уменьшением площади электрода, что свидетельствует об очевидном выигрыше в отношении сигнал/шум.In fact, the measuring device will be limited by the noise of the object, which at least does not change with decreasing electrode area, but is actually proportional to it, i.e. decrease with decreasing electrode area. The useful RAG signal (jump) is inversely proportional to the area, i.e. increases with decreasing electrode area, which indicates an obvious gain in signal-to-noise ratio.

Соответственно, при правильном построении схемы измерения становится возможным в несколько раз повысить точность фиксации сигнала КГР. Такой технический результат не следует явным образом из рекомендаций уровня техники делать электрод для анализа электрических свойств биологических объектов секционированным, поскольку эти рекомендации направлены на решение других задач.Accordingly, with the correct construction of the measurement circuit, it becomes possible to several times increase the accuracy of the fixation of the RGR signal. Such a technical result does not follow explicitly from the recommendations of the prior art to make the electrode for analysis of the electrical properties of biological objects partitioned, since these recommendations are aimed at solving other problems.

Существо изобретения поясняется на чертежах, где:The invention is illustrated in the drawings, where:

фиг. 1 представлена блок-схема датчика;FIG. 1 is a block diagram of a sensor;

фиг. 2 - топология размещения электродов на внутренней поверхности браслета;FIG. 2 - topology of the placement of electrodes on the inner surface of the bracelet;

фиг. 3 - блок-схема блока регистрации сигналов КГР.FIG. 3 is a block diagram of a RAG signal recording unit.

На фиг. 1 представлена блок-схема телеметрического датчика. Датчик 1 выполнен в виде надеваемого на руку оператора браслета 10, имеющего наружную 11 и внутреннюю 12 поверхности. На наружной поверхности 11 браслета в корпусе 13 размещены источник тока, микропроцессорный блок обработки сигналов, элементы радиоканала связи со средствами поддержания бодрствования. На внутренней 12 поверхности браслета 10 на противолежащих поверхностях друг напротив друга размещена пара электропроводящих электродов 21, 22 для регистрации КГР. Электроды 21 и 22 размещены таким образом, чтобы между ними обеспечивалась гальваническая развязка 23, в простейшем случае реализации - это свободные от электродов части пластикового ремешка или вставки из неэлектропроводного материала. Электроды 21 и 22 имеют разную площадь и конструктивное исполнение.In FIG. 1 is a block diagram of a telemetry sensor. The sensor 1 is made in the form of a bracelet 10 worn on the operator’s hand, having an outer 11 and inner 12 surface. On the outer surface 11 of the bracelet in the housing 13 there is a current source, a microprocessor-based signal processing unit, elements of a radio communication channel with wakefulness support means. On the inner 12 surface of the bracelet 10 on opposite surfaces opposite each other, a pair of electrically conductive electrodes 21, 22 for registering the RAG is placed. The electrodes 21 and 22 are placed in such a way that galvanic isolation 23 is provided between them, in the simplest implementation case, these are parts of a plastic strap or insert made of non-conductive material that are free of electrodes. The electrodes 21 and 22 have a different area and design.

Электрод 21 является референтным, выполнен частично охватывающим запястье не менее чем на 0,5 периметра со стороны дорсальной поверхности руки с возможностью прилегания к коже и обеспечения с ней гальванического контакта. Площадь электрода 21 может составлять 25-50 кв.см или более при ширине браслета 10 около 3 см. Электрод 21 размещен симметрично относительно корпуса 13.The electrode 21 is a reference, made partially covering the wrist at least 0.5 perimeter from the side of the dorsal surface of the hand with the ability to adhere to the skin and provide galvanic contact with it. The area of the electrode 21 can be 25-50 square cm or more with a width of the bracelet 10 of about 3 cm. The electrode 21 is placed symmetrically with respect to the housing 13.

Электрод 22 выполнен в форме матрицы 221 независимых электродов 222 (фиг. 2), подключенных отдельными проводниками к блоку 30 обработки сигналов. Проводники, связывающие электроды 222 со схемой регистрации, размещаются в теле браслета 10.The electrode 22 is made in the form of a matrix 221 of independent electrodes 222 (Fig. 2) connected by individual conductors to the signal processing unit 30. Conductors connecting the electrodes 222 with the registration circuit are located in the body of the bracelet 10.

Блок 30 обработки сигналов выполнен с возможностью периодического опроса электродов 222 матрицы с выделением сигнала с наибольшей амплитудой для управления средствами поддержания бодрствования.The signal processing unit 30 is configured to periodically interrogate the matrix electrodes 222 with a signal with the highest amplitude being selected to control the wakefulness support means.

Более подробно схема регистрации сигналов КГР приведена на фиг.3. Каждый независимый электрод 222 подключен к одному полюсу индивидуального генератора 31 тока, другой полюс которого подключен к общему референтному электроду 21. Число генераторов 31 тока совпадает с числом электродов 222 матрицы.In more detail, the registration scheme of the RAG signals is shown in Fig.3. Each independent electrode 222 is connected to one pole of an individual current generator 31, the other pole of which is connected to a common reference electrode 21. The number of current generators 31 coincides with the number of matrix electrodes 222.

Управляющие входы микроконтроллера 32 подключены к генераторам 31 тока и обеспечивают циклическую подачу измерительного тока между каждым электродом 222 матрицы 221. Одновременно выходной сигнал от каждого генератора 31 тока, снимаемый с нагрузочного резистора и пропорциональный КГР, поступает на входы мультиплексора 33. С выхода мультиплексора 33 сигнал поступает на вход модуля 34 выделения наибольшего по амплитуде сигнала, который формирует сигнал бодрствования по параметрам КГР в блоке 35 поддержания бодрствования.The control inputs of the microcontroller 32 are connected to the current generators 31 and provide a cyclic supply of the measuring current between each electrode 222 of the matrix 221. At the same time, the output signal from each current generator 31, taken from the load resistor and proportional to the RGR, is fed to the inputs of the multiplexer 33. From the output of the multiplexer 33 is fed to the input of the module 34 highlight the largest amplitude signal, which generates a wakeful signal according to the parameters of the RAG in the block 35 maintain wakefulness.

Матрица 221 независимых электродов 222 может быть выполнена на гибкой подложке из диэлектрического материала и конструктивно образована непосредственно в теле наручного браслета. Площадь единичного электрода 222 составляет несколько кв. мм, преимущественно 1-5 кв. мм. Электроды 222 удобно выполнить квадратного сечения с зазорами между электродами 0,5-2 мм и разместить рядами. Общее число электродов 222 может составлять 25-35 штук. Электроды могут располагаться, например, тремя рядами, как показано на фиг. 2.The matrix 221 of independent electrodes 222 can be made on a flexible substrate of dielectric material and structurally formed directly in the body of the wrist bracelet. The area of a single electrode 222 is several square meters. mm, mainly 1-5 square meters. mm The electrodes 222 are conveniently square in size with gaps between the electrodes of 0.5-2 mm and placed in rows. The total number of electrodes 222 may be 25-35 pieces. The electrodes may be arranged, for example, in three rows, as shown in FIG. 2.

Например, если площадь единичного электрода 222 составляет около 5 кв. мм, а электрода 21 - около 3000 кв. мм (длина 100 мм, ширина 30 мм), то отношение составляет около 10-3. Для лучшего результата следует стремиться к еще большему уменьшению указанного отношения, но путем снижения площади именно единичного электрода 222, вплоть до размера устья потовой железы.For example, if the area of a single electrode 222 is about 5 square meters. mm, and the electrode 21 is about 3000 square meters. mm (length 100 mm, width 30 mm), the ratio is about 10 -3 . For a better result, one should strive to further reduce this ratio, but by reducing the area of a single electrode 222, up to the size of the mouth of the sweat gland.

Выполнение микропроцессорного блока обработки сигналов, радиоканала связи со средствами поддержания бодрствования и самих средств поддержания бодрствования известно из уровня техники и как не характеризующее изобретение в настоящем описании не приводится.The implementation of a microprocessor-based signal processing unit, a radio communication channel with means of maintaining wakefulness and the means of maintaining wakefulness themselves is known from the prior art and is not described in the present description as not characterizing the invention.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Браслет надевается на руку оператора так, чтобы корпус 13 с референтным электродом 21 находился со стороны дорсальной (наружной) поверхности запястья, в этом случае матрица 221 электродов 222 окажется на внутренней стороне запястья. При подключении блока 30 обработки сигналов проводится циклический опрос токовых сигналов КГР с электродов 222 посредством мультиплексора 33.The bracelet is put on the operator’s hand so that the case 13 with the reference electrode 21 is located on the dorsal (outer) surface of the wrist, in this case, the matrix 221 of the electrodes 222 will be on the inner side of the wrist. When the signal processing unit 30 is connected, a cyclic polling of the current RAG signals from the electrodes 222 is carried out by means of a multiplexer 33.

Затем в модуле 34 проводится выделение наибольшего по амплитуде сигнала, по которому в соответствии с алгоритмами «параметры сигналов КГР - состояние бодрствования», разработанными ЗАО «НЕЙРОКОМ» и используемыми в серийно выпускаемой продукции (см. http://www.neurocom.ru/ru2/auto/vigiton.html), реализуется целевое назначение телеметрического датчика в составе «Телемеханическая Система Контроля Бодрствования Машиниста», «Система поддержания работоспособности водителя» и др.Then, in module 34, the signal with the highest amplitude is selected, according to which, in accordance with the algorithms “RAG signal parameters - wakefulness”, developed by CJSC NEYROKOM and used in mass-produced products (see http://www.neurocom.ru/ ru2 / auto / vigiton.html), the intended purpose of the telemetric sensor is being implemented as part of the “Telemechanical System for Monitoring the Wake of the Driver,” “The System for Maintaining Driver Efficiency”

Повышение отношения сигнал/шум за счет оптимизации подбора топологии измерительных электродов позволяет повысить надежность систем контроля психофизиологического состояния оператора.Increasing the signal-to-noise ratio by optimizing the selection of the topology of the measuring electrodes makes it possible to increase the reliability of monitoring systems of the psychophysiological state of the operator.

Claims (5)

1. Телеметрический датчик для контроля бодрствования по сигналам электродермальной активности, содержащий браслет для запястья оператора, на внутренней поверхности которого закреплены электроды для регистрации кожно-гальванической реакции, связанные с источником тока и микропроцессорным блоком обработки сигналов, установленными в корпусе, который размещен на наружной поверхности браслета, радиоканал связи со средствами поддержания бодрствования, отличающийся тем, что электроды размещены на противолежащих поверхностях браслета, один из электродов является референтным, выполнен частично охватывающим запястье и размещен со стороны корпуса с возможностью прилегания к дорсальной поверхности руки и гальванического контакта с ней, а другой - в форме матрицы независимых электродов с возможностью гальванического контакта с внутренней поверхностью запястья, при этом независимые электроды подключены через индивидуальные источники тока и мультиплексор к блоку обработки сигналов с возможностью периодического опроса элементов матрицы с выделением сигнала с наибольшей амплитудой для управления средствами поддержания бодрствования.1. A telemetry sensor for monitoring wakefulness according to signals of electrodermal activity, comprising a wrist strap for the operator’s wrist, on the inner surface of which electrodes for recording a skin-galvanic reaction are fixed, connected to a current source and a microprocessor-based signal processing unit mounted in a housing that is located on the outer surface a wristband, a radio channel of communication with means of maintaining wakefulness, characterized in that the electrodes are placed on opposite surfaces of the wristband, one the in of the electrodes is a reference, made partially covering the wrist and placed on the side of the body with the ability to adhere to the dorsal surface of the hand and galvanic contact with it, and the other in the form of a matrix of independent electrodes with the possibility of galvanic contact with the inner surface of the wrist, while the independent electrodes are connected through individual current sources and a multiplexer to the signal processing unit with the possibility of periodic polling of the matrix elements with the selection of the signal with the greatest a Amplitude for controlling wakefulness. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что референтный электрод выполнен частично охватывающим запястье не менее чем на 0,5 периметра.2. The sensor according to claim 1, characterized in that the reference electrode is made partially covering the wrist by at least 0.5 perimeters. 3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что площадь референтного электрода составляет 10-50 кв. см.3. The sensor according to claim 1, characterized in that the area of the reference electrode is 10-50 square meters. cm. 4. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что матрица независимых электродов выполнена на гибкой подложке из диэлектрического материала, электроды имеют преимущественно квадратное сечение площадью 1-5 кв. мм с зазорами между электродами - 0,5-2 мм при общем числе электродов 25-35 штук.4. The sensor according to claim 1, characterized in that the matrix of independent electrodes is made on a flexible substrate of dielectric material, the electrodes have a predominantly square section of 1-5 square meters. mm with gaps between the electrodes - 0.5-2 mm with a total number of electrodes 25-35 pieces. 5. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что отношение площади единичного электрода матрицы к площади референтного электрода составляет 0,001 и ниже.5. The sensor according to claim 1, characterized in that the ratio of the area of a single electrode of the matrix to the area of the reference electrode is 0.001 or lower.
RU2016135283A 2016-08-30 2016-08-30 Telemetric sensor for controlling wakefulness on electrodermal activity signals RU2631364C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135283A RU2631364C1 (en) 2016-08-30 2016-08-30 Telemetric sensor for controlling wakefulness on electrodermal activity signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135283A RU2631364C1 (en) 2016-08-30 2016-08-30 Telemetric sensor for controlling wakefulness on electrodermal activity signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2631364C1 true RU2631364C1 (en) 2017-09-21

Family

ID=59931081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016135283A RU2631364C1 (en) 2016-08-30 2016-08-30 Telemetric sensor for controlling wakefulness on electrodermal activity signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2631364C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683914C1 (en) * 2017-10-17 2019-04-02 Акционерное Общество "Группа Компаний "Сервиссофт" Device of telemetric monitoring of alert state of steerer of ship crew watch-based turn
WO2019177489A1 (en) * 2018-03-12 2019-09-19 Общество С Ограниченной Ответственностью "Хилби" Method for measuring an electrocutaneous reaction of a person, and device
RU2791965C1 (en) * 2022-08-11 2023-03-15 Акционерное Общество "Нейроком" Wrist biometric device for bridge watch monitoring system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60250287A (en) * 1984-05-28 1985-12-10 Seikosha Co Ltd Wristwatch
US6265978B1 (en) * 1996-07-14 2001-07-24 Atlas Researches, Ltd. Method and apparatus for monitoring states of consciousness, drowsiness, distress, and performance
WO2009112983A1 (en) * 2008-03-14 2009-09-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and system for maintaining a state in a subject
RU2376159C1 (en) * 2008-10-03 2009-12-20 Закрытое акционерное общество "НЕЙРОКОМ" Telemetry system to control locomotive operator "be-awake" state
US20120046571A1 (en) * 2009-02-26 2012-02-23 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Method and apparatus for detecting ethanol

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60250287A (en) * 1984-05-28 1985-12-10 Seikosha Co Ltd Wristwatch
US6265978B1 (en) * 1996-07-14 2001-07-24 Atlas Researches, Ltd. Method and apparatus for monitoring states of consciousness, drowsiness, distress, and performance
WO2009112983A1 (en) * 2008-03-14 2009-09-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and system for maintaining a state in a subject
RU2376159C1 (en) * 2008-10-03 2009-12-20 Закрытое акционерное общество "НЕЙРОКОМ" Telemetry system to control locomotive operator "be-awake" state
US20120046571A1 (en) * 2009-02-26 2012-02-23 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Method and apparatus for detecting ethanol

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683914C1 (en) * 2017-10-17 2019-04-02 Акционерное Общество "Группа Компаний "Сервиссофт" Device of telemetric monitoring of alert state of steerer of ship crew watch-based turn
WO2019177489A1 (en) * 2018-03-12 2019-09-19 Общество С Ограниченной Ответственностью "Хилби" Method for measuring an electrocutaneous reaction of a person, and device
RU2791965C1 (en) * 2022-08-11 2023-03-15 Акционерное Общество "Нейроком" Wrist biometric device for bridge watch monitoring system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9833192B2 (en) Finger mounted physiology sensor
EP2734109B1 (en) Wearable device and a method of manufacturing the same
RU2618296C2 (en) Adjustable sensor device for reading physiological parameters
EP2840964B1 (en) A method and a device for measuring muscle signals
KR100886814B1 (en) Humidity sensor for diaper and management system therefor
KR100895297B1 (en) A multi channel electrode sensor apparatus for measuring a plurality of physiological signals
KR102691367B1 (en) biometric data measurement device
US20180344171A1 (en) Sensor band for multimodal sensing of biometric data
US4697599A (en) Apparatus for locating and detecting pain
JP2023076835A (en) biological information sensor
RU2631364C1 (en) Telemetric sensor for controlling wakefulness on electrodermal activity signals
US20170303810A1 (en) Capacitive Electrocardiography (ECG) Physiological Monitoring Systems
WO2016178602A1 (en) Sensor unit
RU2519955C1 (en) Sensor for measuring impedance of human body section
EP0158336A2 (en) Apparatus for locating and detecting pain
WO2015189476A1 (en) Electrode band for sensing bio-electrical signal
CA3132984C (en) Leadless electrocardiogram monitor
JP2012176120A (en) Body moisture meter
KR101552269B1 (en) Non-invasive active dry electrode and electrode module having the electrode for wireless brain-to-computer interfacing
Marani et al. A new system for continuous monitoring of breathing and kinetic activity
KR101974905B1 (en) Unconstrained Type Bio Signal Measuring Sensor And Bio Signal Measuring System Having The Same
KR20150102472A (en) Measuring device human body impedance having strain sensor
JP7360947B2 (en) Disturbance indicator for wearable devices
WO2019177489A1 (en) Method for measuring an electrocutaneous reaction of a person, and device
JPH04158835A (en) Perspiration sensor and sensing of perspiration