УСТРОЙСТВО ОЦЕНКИ ВРЕМЕНИ РЕАКЦИИ ЧЕЛОВЕКА НА ДВИЖУЩИЙСЯ ОБЪЕКТ

Устройство относится к медицинской технике и предназначено для оценки времени реакции человека на движущийся объект.

Одним из методов повышения надежности и эффективности профессиональной деятельности человека является диагностика и прогнозирование его функционального состояния. Простым и достаточно точным психофизиологическим показателем функционального состояния является время реакции на движущийся объект [1].

Известно устройство для психологических исследований, содержащее генератор тактов, первый выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, первый счетчик, первый блок индикации, первый триггер и блок переключателей, отличающееся тем, что в него введены первый дешифратор, входы которого соединены с выходами первого счетчика, а выходы с входами первого блока индикации, последовательно соединенные второй счетчик, второй дешифратор, второй блок индикации, второй, третий, четвертый, пятый триггеры, третий и четвертый блоки индикации, коммутатор, третий элемент И, преобразователь кода и первый, второй индикаторы, С-входы первого и второго счетчиков соединены с выходами первого и второго элементов И, а R-входы объединены с R-входами третьего счетчика, первого, второго, третьего четвертого и пятого триггеров и соединены с одним из выводов блока переключателей, два других вывода которого соединены с S-входами первого и второго триггеров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя кодов, третий вход которого соединен с выходом третьего триггера, С-вход которого соединен с первым выходом коммутатора, второй выход которого соединен с входом четвертого блока индикации, а вход коммутатора соединен с выходом второго дешифратора, D-вход третьего триггера соединен с шиной положительного потенциала, первый и второй выходы преобразователя кода соединены с S-входами четвертого и пятого триггеров, выходы которых соединены с индикаторами, третий выход преобразователя кодов соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с С-входом третьего счетчика, выход которого соединен с входом третьего блока индикации, второй вход третьего элемента И соединен с вторым выходом генератора, четвертый и пятый выходы преобразователя кодов соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И. Устройство измеряет время ошибки реагирования на движущийся объект с индикацией упреждения или запаздывания реакции испытуемого [2].

Известно устройство для определения уровня психофизиологического развития, содержащее источник светового сигнала для регистрации времени реакции на движущийся объект и выявления точности контроля произвольных движений исследуемым объектом, отличающееся тем, что оно содержит электронный блок с кнопками управления скоростью и подачей светового сигнала на индикаторную линейку, снабженную равномерно распределенными светодиодами, счетчик времени и подпружиненную пластинку, под которой расположен микровыключатель, соединенный с электронным блоком [3].

Недостатком устройств является низкая точность измерения времени реакции на движущийся объект, обусловленная ограниченным числом светодиодов индикации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для осуществления оценки быстроты зрительно-моторной реакции, состоящее из двух жестко закрепленных стоек и закрепленных на них металлических направляющих с желобом, выполненным с возможностью фиксации на нем метки-цели, соединенной с датчиком положения, шарика, выполненного с возможностью скатываться по желобу под углом в 5° и проходить через фиксированную метку-цель, причем датчик положения выполнен с возможностью запуска электросекундомера в момент прохождения шариком метки-цели, при этом электросекундомер вмонтирован в панель управления и снабжен кнопкой для его остановки, предназначенной для фиксации времени быстроты зрительно-моторной реакции путем нажатия испытуемым на указанную кнопку при наблюдении прохождения шариком метки-цели. Устройство измеряет зрительно-моторную реакцию человека на движущийся объект и позволяет достоверно и точно оценить ее при различных видах зрения [4].

Недостатком устройства является отсутствие регистрации преждевременных реакций упреждения.

Технический результат предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей за счет измерения времени реакции упреждения.

Технический результат достигается тем, что устройство, состоящее из двух жестко закрепленных стоек и закрепленных на них металлических направляющих с желобом, выполненным с возможностью фиксации на нем метки-цели, соединенной с первым датчиком положения, шарика, выполненного с возможностью скатываться по желобу под углом в 5° и проходить через фиксированную метку-цель, датчик положения выполнен с возможностью формирования сигнала в момент прохождения шариком метки-цели; кнопки «Стоп», предназначенной для фиксации времени быстроты зрительно-моторной реакции путем нажатия испытуемым на указанную кнопку при наблюдении прохождения шариком метки-цели, причем новым является то, что дополнительно введены второй датчик положения, пульт испытуемого, первый-третий одновибраторы, первый-четвертый RS-триггеры, элемент исключающее ИЛИ, первый-третий элементы ИЛИ, первый-третий элементы И, генератор частоты 1 кГц, первый-второй двоичные счетчики, схема сравнения, регистр, дешифратор и блок индикации, причем кнопка «Стоп», размещена в пульте испытуемого, выход кнопки «Стоп» соединен с S-входом первого RS-триггера и с входом второго одновибратора, выход первого датчика положения соединен с S-входом второго RS-триггера и с входом первого одновибратора, выход второго датчика положения соединен с входом третьего одновибратора и с четвертым входом регистра; прямые выходы первого и второго RS-триггеров соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, второй вход первого элемента И соединен с инверсным выходом второго RS-триггера, а выход - с S-входом третьего RS-триггера, второй вход второго элемента И соединен с инверсным выходом первого RS-триггера, а выход - с S-входом четвертого RS-триггера, выходы третьего и четвертого RS-триггеров соединены соответственно с вторым и первым входами регистра; выходы первого и второго одновибраторов соединены с входами элемента исключающее ИЛИ, выход которого соединен с счетным входом первого счетчика, R-вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый выход - с вторым входом третьего элемента И, второй выход - с первым входом первого элемента ИЛИ; первый вход третьего элемента И соединен с выходом генератора, а выход - с счетным входом второго счетчика, R-вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выходы - с третьими входами регистра и с первыми входами схемы сравнения, выходы которой соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ; выход третьего одновибратора соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и R-входами первого-четвертого RS-триггеров, первый и второй выходы регистра соединены соответственно первым и вторым входами блока индикации, третьи выходы - с входами дешифратора, выходы которого соединены с третьими входами блока индикации.

Заявляемое устройство благодаря введению второго датчика положения, пульта испытуемого, трех одновибраторов, четырех RS-триггеров, элемента исключающее ИЛИ, трех элементов ИЛИ, трех элементов И, генератора частоты 1 кГц, двух двоичных счетчиков, схемы сравнения, регистра, дешифратора и блока индикации позволяет измерить как время запаздывания, так и время упреждения реакции испытуемого.

На фиг. 1 представлен общий вид механической части устройства, на фиг. 2 - структурная схема электрической части устройства, на фиг. 3-6 - временные диаграммы его работы.

Заявляемое устройство размещается на столе и содержит две жестко закрепленные стойки 1 с закрепленными на них металлическими направляющими с желобом 2 и крепежными уголками-фиксаторами 6 на обоих концах; металлический шарик 3, метку-цель 4, первый-второй индукционные датчики положения 5 и 7, пульт испытуемого 8 с кнопкой «Стоп» 9, первый-третий одновибраторы 10, 11 и 21, первый-четвертый RS-триггеры 12, 13, 22 и 23, элемент исключающее ИЛИ 14, первый-третий элементы ИЛИ 15, 25 и 27, первый-третий элементы И 16, 17 и 20, генератор 18 частоты 1 кГц, первый-второй двоичные счетчики 19 и 24, схему сравнения 26, регистр 28, дешифратор 29 и блок 30 индикации.

Второй индукционный датчик положения 7 размещается на таком расстоянии от первого индукционного датчика положения 5, чтобы металлический шарик 3 проходил расстояние между ними за время, большее максимально допустимой запаздывающей реакции испытуемого, принятой равной 300 мс.

Первый-второй одновибраторы 10-11 предназначены для формирования короткого импульса по фронту поступающего сигнала и могут быть выполнены на микросхеме типа АГ1.

Третий одновибратор 21 предназначен для формирования короткого импульса по срезу поступающего сигнала и может быть выполнен на микросхеме типа АГ1.

Первый счетчик 19 является двухразрядным двоичным счетчиком, второй счетчик 24 - многоразрядным двоичным счетчиком.

Дешифратор 29 предназначен для преобразования параллельного двоичного кода в код, необходимый для индикаторов времени реакции блока индикации 30.

Блок индикации 30 предназначен для отображения результатов тестирования и содержит помимо индикаторов времени реакции индикаторы запаздывающей или упреждающей реакции испытуемого.

Остальные узлы и элементы устройства соответствуют прототипу или общеизвестны.

Устройство работает следующим образом. При включении питания RS-триггеры 12, 13, 22 и 23, двоичные счетчики 19 и 24 и регистр 28 обнуляются (цепи не показаны), генератор 18 формирует на выходе последовательность импульсов с частотой 1 кГц, на вторые входы схемы сравнения 21 подается двоичный цифровой код, соответствующий времени 300 мс.

Испытуемый находится перед столом, на котором расположено устройство. По желобу 2 под углом 5 градусов свободно скатывается металлический шарик 3 диаметром 2,5 см.

При запаздывающей реакции испытуемого при проходе шарика 3 мимо метки-цели 4 индукционный датчик положения 5 первым генерирует электрический сигнал (фиг. 3а), который поступает на S-вход RS-триггера 13. На прямом выходе RS-триггера 13 устанавливается уровень логической единицы, который проходит через элемент И 17, работающего в режиме вентиля, так как на втором входе элемента И 17 уровень логической единицы с инверсного выхода RS-триггера 12. Сигнал логической единицы с выхода элемента И 17 поступает на S-вход RS-триггера 23 и устанавливает на его прямом выходе уровень логической единицы (фиг. 3б), который поступает на первый вход регистра 28.

Одновременно сигнал с выхода датчика положения 5 поступает на вход одновибратора 10, который по фронту сигнала формирует короткий импульс (фиг. 3в). Импульс с выхода одновибратора 10 через элемент исключающее ИЛИ 14 поступает на счетный вход счетчика 19 (фиг. 3е). На выходе младшего разряда счетчика 19 формируется уровень логической единицы (фиг. 3ж), который открывает элемент И 20, работающий в режиме вентиля. Частота с выхода генератора 18 через открытый элемент И 20 поступает на счетный вход счетчика 24.

Испытуемый прослеживает глазами движущийся по направляющим с желобом 2 вперед-вниз шарик 3 и нажимает кнопку 9 «Стоп» пульта 8 в момент предполагаемого совпадения положения движущегося шарика 3 с меткой-целью 4. Электрический сигнал с выхода кнопки 9 «Стоп» (фиг. 3г) поступает на S-вход RS-триггера 12. На прямом выходе RS-триггера 12 устанавливается уровень логической единицы, который не проходит через элемент И 16, работающий в режиме вентиля, так как на втором входе элемента И 16 - уровень логического нуля с инверсного выхода RS-триггера 13.

Одновременно сигнал с выхода кнопки 9 «Стоп» поступает на вход одновибратора 11, который по фронту сигнала формирует короткий импульс (фиг. 3д). Импульс с выхода одновибратора 11 через элемент исключающее ИЛИ 14 поступает на счетный вход счетчика 19 (фиг. 3е). На выходе младшего разряда счетчика 19 формируется уровень логического нуля (фиг. 3ж), на выходе старшего разряда - уровень логической единицы. Сигнал с выхода младшего разряда счетчика 19 закрывает элемент И 20, на выходах счетчика 24 сохраняется двоичный код, соответствующий времени запаздывания реакции испытуемого в мс. Сигнал с выхода старшего разряда счетчика 19 через элемент ИЛИ 15 поступает на R-вход счетчика 19, счетчик 19 обнуляется.

Металлический шарик 3 скатывается далее по желобу 2 и проходит мимо индукционного датчика положения 7, который генерирует электрический сигнал (фиг. 3з). По фронту сигнала в регистр 28 записывается сигнал о запаздывающей реакции с выхода RS-триггера 23 и код с выхода счетчика 24. Сигнал о запаздывающей реакции поступает на индикатор запаздывающей реакции блока 30 индикации, код, соответствующий времени запаздывания реакции испытуемого, через дешифратор 29 поступает на индикаторы времени реакции блока индикации 30. По срезу сигнала с датчика положения 7 одновибратор 21 формирует короткий импульс (фиг. 3и), который через элемент ИЛИ 25 поступает на R-вход счетчика 24, счетчик 24 обнуляется. Одновременно импульс с выхода одновибратора 21 поступает на R-входы RS-триггеров 12, 13 и 23 и обнуляет их.

При упреждающей реакции испытуемого первым формируется сигнал с выхода кнопки 9 «Стоп» (фиг. 3а), который поступает на S-вход RS-триггера 12. На прямом выходе RS-триггера 12 устанавливается уровень логической единицы, который проходит через элемент И 16, работающий в режиме вентиля, так как на втором входе элемента И 16 - уровень логической единицы с инверсного выхода RS-триггера 13. Сигнал логической единицы с выхода элемента И 16 поступает на S-вход RS-триггера 22 и устанавливает на его прямом выходе уровень логической единицы (фиг. 36), который поступает на второй вход регистра 28.

Одновременно сигнал с выхода кнопки 9 «Стоп» поступает на вход одновибратора 11, который по фронту сигнала формирует короткий импульс (фиг. 3в). Импульс с выхода одновибратора 11 через элемент исключающее ИЛИ 14 поступает на счетный вход счетчика 19 (фиг. 3е). На выходе младшего разряда счетчика 19 формируется уровень логической единицы (фиг. 3ж), который открывает элемент И 20, работающий в режиме вентиля. Частота с выхода генератора 18 через открытый элемент И 20 поступает на счетный вход счетчика 24.

Далее металлический шарик 3 проходит мимо индукционного датчика положения 5, который генерирует электрический сигнал (фиг. 3г), поступающий на S-вход RS-триггера 13. На прямом выходе RS-триггера 13 устанавливается уровень логической единицы, который не проходит через элемент И 17, работающий в режиме вентиля, так как на втором входе элемента И 17 - уровень логического нуля с инверсного выхода RS-триггера 12.

Одновременно сигнал с выхода датчика положения 5 поступает на вход одновибратора 10, который по фронту сигнала формирует короткий импульс (фиг. 3д). Импульс с выхода одновибратора 10 через элемент исключающее ИЛИ 14 поступает на счетный вход счетчика 19 (фиг. 3е). На выходе младшего разряда счетчика 19 формируется уровень логического нуля (фиг. 3ж), на выходе старшего разряда - уровень логической единицы. Сигнал с выхода младшего разряда счетчика 19 закрывает элемент И 20, на выходе счетчика 24 сохраняется двоичный код, соответствующий времени упреждения реакции испытуемого в мс. Сигнал с выхода старшего разряда счетчика 19 через элемент ИЛИ 15 поступает на R-вход счетчика 19, счетчик 19 обнуляется.

Металлический шарик 3 скатывается далее по желобу 2 и проходит мимо индукционного датчика положения 7, который генерирует электрический сигнал (фиг. 3з). По фронту сигнала в регистр 28 записывается сигнал о упреждающей реакции с выхода RS-триггера 22 и код с выхода счетчика 24. Сигнал о упреждающей реакции поступает на индикатор упреждающей реакции блока индикации 30, код, соответствующий времени упреждения реакции испытуемого, через дешифратор 29 поступает на индикаторы времени реакции блока индикации 30. По срезу сигнала с датчика положения 7 одновибратор 21 формирует короткий импульс (фиг. 3и), который через элемент ИЛИ 25 поступает на R-вход счетчика 24, счетчик 24 обнуляется. Одновременно импульс с выхода одновибратора 21 поступает на R-входы RS-триггеров 12, 13 и 22 и обнуляет их.

При небольшой запаздывающей или упреждающей реакции испытуемого, когда сигналы с выхода датчика положения 5 и с выхода кнопки 9 «Стоп» частично совпадают (перекрываются) во времени, устройство работает аналогичным образом. Временные диаграммы работы устройства представлены на фиг. 4.

При незначительной запаздывающей или упреждающей реакции испытуемого, когда сдвиг во времени относительно друг друга сигналов с выхода датчика положения 5 (фиг. 5а) и с выхода кнопки 9 «Стоп» (фиг. 56), равен длительности импульсов, формируемых одновибраторами 10 (фиг. 5в) или 11 (фиг. 5г), на выходе элемента исключающее ИЛИ 14 сформируется сигнал, длительность которого равен сумме длительностей импульсов с выхода одновибраторов 10 и 11 (фиг. 5д).

При любой реакции испытуемого сигнал с выхода элемента исключающее ИЛИ 14 поступает на счетный вход счетчика 19. На выходе младшего разряда счетчика 19 формируется уровень логической единицы (фиг. 5е), который открывает элемент И 20, работающий в режиме вентиля. Частота с выхода генератора 18 через открытый элемент И 20 поступает на счетный вход счетчика 24. Двоичный код с выходов счетчика 24 поступает на первые входы схемы сравнения 26, которая при значении двоичного кода, равного или большего 300 мс, формирует на выходах «равно» или «больше» уровень логической единицы (фиг. 5и). Сигнал с выхода схемы сравнения 26 последовательно через элементы ИЛИ 27 и 25 поступает на R-вход счетчика 24 и последовательно через элементы ИЛИ 27 и 15 на R-вход счетчика 19, которые обнуляются. На выходе младшего разряда счетчика 19 формируется уровень логического нуля (фиг. 5е), который закрывает элемент И 20. На выходах схемы сравнения 26 «равно» или «больше» и на выходе элемента 27 устанавливается уровень логического нуля (фиг. 5и). При поступлении сигнала с датчика положения 7 (фиг. 5ж) по его фронту в регистр 28 записывается нулевой код с выхода счетчика 24, который через дешифратор 29 поступает на индикаторы времени реакции блока индикации 30, где отображается нулевое значение времени реакции испытуемого.

При точной реакции испытуемого, когда сигналы с выхода датчика положения 5 (фиг. 6а) и с выхода кнопки 9 «Стоп» (фиг. 6б) полностью совпадают во времени, RS-триггеры 12 и 13 одновременно устанавливаются в единицу, однако на выходах элементов И 16 и 17 сохраняется уровень логического нуля, так как на их вторые входы поступает уровень логического нуля с инверсного выхода соответствующего RS-триггера.

На выходах одновибратора 10 (фиг. 6в) и одновибратора 11 (фиг. 6г) импульсы формируются одновременно, на выходах элемента исключающее ИЛИ 14 и счетчика 19 сохраняются уровни логического нуля, элемент И 20 не открывается. При поступлении сигнала с датчика положения 7 (фиг. 6д) по его фронту в регистр 28 записывается нулевой код с выхода счетчика 24, который через дешифратор 29 поступает на индикаторы времени реакции блока индикации 30, где отображается нулевое значение времени реакции испытуемого (точная реакция). По срезу сигнала с датчика положения 7 одновибратор 21 формирует короткий импульс (фиг. 6е), который поступает на R-входы RS-триггеров 12, 13 и обнуляет их.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет измерить как время запаздывания, так и время упреждения реакции испытуемого и повысить тем самым достоверность оценки реакции на движущийся объект.

Источники информации

1. Сурнина О.Е., Лебедева Е.В. Половые и возрастные различия времени реакции на движущийся объект у детей и взрослых // Физиология человека. 2001. Т. 27. №4. С. 56-60.

2. Патент 2080091, МПК А61В 5/16, РФ. Устройство для психологических исследований // Фромберг Э.М., Алгазин А.Б., Бабиков В.П. - Опубл. 27.05.1997.

3. Свидетельство на полезную модель 29649, МПК А61В 5/16, РФ. Устройство для определения уровня психофизиологического развития // Аганянц Е.К., Перминова Т.А. - Опубл. 27.05.2003.

4. Патент 2467678, МПК А61В 3/00, РФ. Способ оценки быстроты зрительно-моторной реакции и устройство-тренажер для его осуществления // Левашов О.В., Павлов С.Ф. - Опубл. 27.11.2012.

5. Патент 2369326, МПК А61В 5/16, РФ. Способ оценки времени реакции человека на движущийся объект // Петухов И.В. - Опубл. 10.10.2009.

6. Патент 2400138, МПК А61 В5/16, РФ. Способ определения времени реакции человека на движущийся по направлению к нему объект // Петухов И.В., Пуртов А.В., Репин Д.С.- Опубл. 27.09.2010.