SU1124924A1 - Преобразователь движени головы человека в электрический сигнал - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ ГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащий шлем, закрепленньй неподвижно, три индикаторные катушки, размещенные на нем, подшлемник , закрепленньй на голове человека, две катушки возбуждени , установленные на нем, генератор, подключенный к катушкам возбуждени , три идентичных канала преобразовани , подключенные к своим индикаторным катушкам, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напр жение , сумматор, а также источник опорного напр жени , первьй выход которого соединен с вторым входом преобразовател  coд-нaпp жeниe, отличающийс  тем, что-, с целью повьш1ени  точности измерений, в каждый канал введены последовательно соединенные с выходом индикаторной катушки усилитель-ограничитель, фазовьй детектор, выход которо1го соединен с вторым входоМосумматора, два компаратора , также подключенные к второму входу сумматора, блок фазовращателей , соединенный с вьтходом генератора, коммутатор, лервый вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, остальные входы к выходам блрка фазовращателей, выход - к второму входу фазового детектора , а второй и третий выходы источника опорного напр жени  - к вторым входам компараторов, выходы которых соединены с первым и вторым. . входами реверсивного счетчика. 2. Преобразователь по п.1, от Сличающийс  тем, что, индикаторна  катушка содержит две секции , причем катушки первой и второй секций соответственночерез резистор и конденсатор подключены к выходу усилител -ограничител , а другие их выводы - к общей шине.

Description

Изобретение относитс  к медицине а именно к измерительным приборам дл /проверки движени  головы челове ка, предназначенным дл  проведени  психологических,, нейрофизиологических , эргономических экспериментов .. Известен преобразователь движени  головы человека в электрический сигнал, содерАсащий шлем, фазочувствительные вьшр мители, фильтры и три сумматора Л . Однако линейность выходных сигна лов преобразовател  уменьшаетс  с ростом величины углэ поворота грловы вследствие размагничивающего действ продольной составл ющей магнитодвижущей силы обмоток синхронизации сельсинов, а из-за в зкого трени  в гидравлических демпферах ма тников искажаетс  динамическа  точность.пр образовани , резких поворотов головы Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  преобразователь движени  головы человека в электрический сигнал, соде жащий шлем, закрепленный, неподвижно подшлемник, закрепленный на голове человека, две катушки возбуждени , расположенные на подшлемнике, генератор , подключенный к катушкам возбуждени , три индикаторных катушки, подключенных к трем идентичным кана лам преобразовани , каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, преоб-разователь код-напр жение, сумматор а также источник опорного напр жени , первый выход которого соединен с вторым входом преобразовател  код напр жение Недостатками известного преобраз вател  ЯВЛЯЮТСЯ невысока  точность из-за зависимости амплитуды выходного напр жени  преобразовател  от неравномерности воздушного зазора в индуктивной системе (между катушками возбуждени  и индикаторными катушками ), при движении головы, увеличение нелинейности преобразовани  с ростом угла.поворота головы и сложность его конструкции. Цель изобретени  - повышение точ ности измерени . Поставленна  цель достигаетс  тем, -ITO в преобразователе движени  головы человека в электрический сигнал , содержащем шлем, закрепленный неподвижно, три индикаторные катушки, размещенные на нем, подшлемник, закрепленный на голове человека,, две катушки возбулсдени ,. установленные на нем, генератор, подключенный к катушкам возбуждени ,, три идентичных канала преобразовани , .подключенных к своим индикаторным катушкам,, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напр жение, сумматор , а также исто11ник опорного напр жени , первьй выход которого соединен с вторым входом преобразова- . тел  код-напр жение, в каждьй канал введены последовательно соединенные с выходом индикаторной катушки усилитель-ограничител }, фазовый детектор, выход которого соединен с вторым входом сумматора, два компараторЗ; , также подключенные к второму входу сумматора, блок фазовращателей, соединенный с выходом генератооа, коммутатор, первый вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика , остальные входы - к выходам блока фазовращателей, выход - к второму входу фазового детектора, а второй и третий выходы источника опорного напр жени  - к вторым входам компараторов, вькоды которых соединены с первым и вторым входами реверсивного счетчика. Кроме того, ивдикаторна  катушка содержит две секции, причем катушки первой и второй секций, соответственно через резистор и конденсатор подключены к выходу усилител -ограничител , а другие их выводы - к общей шине. На фиг. 1 изображена схема расположени  индикаторных катушек на , шлеме каналов измерени ; на фиг.2 система координат движени  головы человека, .а также схема расположе- ни  катушек возбуждени  на подшлемнике; на фиг, 3 - блок-схема одного канала преобразовани  (схемы остальHbtx двух каналов аналогичны) ; на фиг, 4 - динамические характеристики преобразовател  и отдельных его узлов. Преобразователь состоит из трех идентичных каналов дл  преобразовани  трех углов поворота головы чело-, века tf, J tpz , Ч электрический сигнал, где Ср у 2 Рз УГЛЫ отклоН нени  головы от нейтрального полоени  при. ее повороте вокруг оси , Y, Z соответственно (причем наравление поворота считаетс  полоительным ), если поворот совершаетс  i ротив направлени  движени  часовой 5 стрелки,при наблюдении с конца вектора , обозначающего соответствующую ось вращени .

Преобразователь движени  головы человека в электрический сигнал со- 10 ержит шлем 1, закрепленный неподвижно , три индикаторные катущки 2 ,. (а,б,в), размещенные на не, подшлемник 3, .закрепленный на голове человека , две катушки 4 возбуждени  (катуш- is ки 4а каналов измерени  Cf, и qtкатушки 4 S канала измерени  , расположенные на нем, генератор 5, подключенный к катушкам 4 возбуждени , три канала преобразовани , подклю- 20 ченные к своим индикаторным катушкам 2, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик 6, преобразователь 7 код-напр жение, сумматор 8, а также 25 источник 9 опорного напр жени , первый вькод которого соединен с вторым входом преобразовател  7 код-напр жение.

В каждьй канал преобразовани  вве-зо дены последовательно соединенные с выходом индикаторной катушки 2 усилитель-ограничитель 10, фазовый детектор 11, выход которого соединен с вторым входом сумматора, два компа - с ратора 12, также подключенные к второму входу последнего, блок 13 фазо- . вращателей, сбединенный с выходом генератора 5, коммутатор 14, первый вход которого подключен к выходу Q реверсивного счетчика 6, остальные входы - к выходам блока 13 фазовращателей , выход - к второму входу фазового детектора 11, а второй и третий выходы источника 9 опорного напр же- д, ни  - к вторым входам компараторов, выходы которых соединены с первым и вторым входами реверсивного счетчика .

Индикаторна  катушка 2 устройст- .50 ва содержит две секции 15, причем катушки первой и второй секции соответственно через резистор и конденсатор подключены к выходу усилител ограничител  10, а другие их концы 55 соединены с общей шиной.

Индикаторные катушки 2а и 26 индуктивно св заны с катушкой возбуждени  4а, а индикаторна  катушка 28 с 46.

: Преобразователь движени  головы человека работает следук цим образом.

В исходном состо нии (момент времени t(j) голова человека находитс  внейтральном положении (Cf 0), реверсивный счетчик 6 по цепи Уст О устанавливаетс  в исходное состо ние . При движении головы с выхода индикаторной катушки 2 через усилитель-ограничитель 10 на вход фазового детектора 11 поступает пр моугольное переменное напр жение Ug посто нной амплитуды с фазой, пр мо пропорционально завис щей от угла поворота головы. На другой вход фазового детектора 11.с блока 13 фазовращателей через коммутатор 14 поступает напр жение U- фаза которого при повороте головы мен етс  скачкообразно в зависимости от кода Цо поступающего с реверсивного счетчика 6 нА коммутатор 14. Этот же код поступает на вход преобразовател  7 коднапр жение , где преобразуетс  в аналоговое напр жение Ua, и подаетс  на вход сумматора 8, где суммируетс  с кусочно-аналоговым сигналом с выхода фазового детектора Uj-. Выход сумматора 8  вл етс  выходом преобразовател . .Пусть голова человека, начина  с точки Ср О (фиг. 4), движетс  в положительном направлении, на вход фазового детектора 11 подаетс  напр жение Uj с начальной фазой Ф -jp . В какой-то момент времени выходное напр жение фазового детектора Up достигает верхней границы зоны регистрации U (фиг. 4г) и компаратор 12 вырабатывает короткий импульс и д соответствующий аналоговому куску поворота головы (фиг. 4а, 4б).. Импульс с выхода компаратора 12 поступает на вход пр мого счета реверсивного счетчика 6, при этом увеличиваетс  код на выходе реверсивного счетчика V на едй:ницу, что вызывает переключение коммутатора, и на вход фазового детектора 11 подключаетс  следующее опорное напр г жение Ue с начальной фазой Р -1) при этом на выходе фазового детектора напр жение скачком уменьшаетс  до нул  и далее мен етс  согласно углу поворота головы..Одновременно на выходе преобразовател  7 код-напр жение формируетс  перва  ступень аналоJ 1 гового сигнала Uo, При дальнейшем увеличении угла поворота головы работа преобразовател  происходит ана логично описанному вьше. Пусть теперь в какой-то момент времени tg (фиг. 4а) голова человека мен ет н правление движени  и угол q начинае уменьшатьс  , при этом на выходе пр образовател  7 код-напр жение сформировано семь ступеней аналогового сигнала Ug (Аиг. 4п). а ко BTODOMV Bxonv Фазового аетектора 11 попключено напр жение U с фазной /Рц 211 Начина  с момента времени tg выходное напр жение фаз ового детектора начинает уменьшатьс  и в момент вре мени достигает нижней границы зоны ре1:истрации Uj (фиг. 4г), при этом компаратор 12 вырабатывает короткий импульс и j который поступает на вход обратного счета реверсивного счетчика 6. На выходе реверсивного счетчика код, уменьша-  сь на единицу, переключает коммутатор - к фазовому детектору подклю чаетс  фазовращающа  цепь с фазой , 27 - одновременно преобразователь 7 код-напр жение на одну сту пень уменьшает свой выходной сигнал а сигнал фазового детектора U скач ком увеличиваетс  до нул  и далее измен етс  согласйо углу поворота головы. При дальнейшем движении головы работа преобразовател  аналоФиг .1 4. « гична. Полный аналоговый сигнал получают ,j суммиру  на сумматоре 8 выходные сигналы с фазового детектора 11 Uij и с преобразовател  7 код-напр жение Ug (фиг. 4г, 4д, 4е). Экспериментальное исследование предлагаемого и известного преобразователей движений- головы человека в электрический сигнал показало, что применение элементов, соединенных по предлагаемой схеме, позвол ет формировать выходной сигнал преобразовател , использу  участок пр молинейной зависимости выходного сигнала фазового детектора от угла пово- , рота гoлoвыj в отличие от известной схемы, где используетс  приблизительно пр молинейнь еучастки синусоидальной зависимости сигнала фазочувствительного выпр мител , за счет чего повьшаетс  точность предлагаемого преобразовател . Кроме того, применение двухсекционной индикаторной катушки с R и С элементами (в отличие от трехсекционной в известном. устройстве), позвол ет упростить индуктивную систему преобразовател  ., Благодар  применению усилител -вграничител  амплитуда выходного сигнала стабилизирована на уровне.ограничени  и не зависит от величины воздушного зазора в индуктивной системе при изменении его в пределах 5-50 мм. 2а ,

7k .iJJiLLLJ.

n

t I { I Ml I fit

i.SlNS№fS№N S

Vn

1 I 1 f

::

V.

8

Claims (2)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ ГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащий шлем, закрепленный неподвижно, три индикаторные катушки, размещенные на нем, подшлемник, закрепленный на голове человека, две катушки возбуждения, установленные на нем, генератор, подключенный к катушкам возбуждения, три идентичных канала преобразования, подключенные к своим индикаторным катушкам, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напря жение, сумматор, а также источник' опорного напряжения, первый выход которого соединен с вторым входом преобразователя код-напряжение, отличающийся тем, что·, с целью повышения 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, коммутатор, .первый вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, остальные входы к выходам блрка фазовращателей, выход - 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 Сличающийся тем, что, индикаторная катушка содержит две секции, причем катушки первой и второй секций соответственно’через резистор и конденсатор подключены к выходу усилителя-ограничителя, а другие их выводы - к общей шине'.