RU209108U1 - DEVICE FOR MONITORING STATE OF OPERATOR OF ERGACY SYSTEM WHEN EXPOSED TO NOISE - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области эргономики. Устройство для контроля состояния оператора эргатической системы при воздействии шума состоит из корпуса, выполненного в виде шара, внутри которого закреплены микрокомпьютер и соединенные с микрокомпьютером по топологии «активная звезда» накопитель с энергонезависимой памятью, блок считывания меток радиочастотной идентификации, блок беспроводного интерфейса, биорадиолокатор и датчик шума, причем: чувствительный элемент датчика шума, излучатель и приемник биорадиолокатора, приемник и передатчик блока беспроводного интерфейса, приемник и передатчик блока считывания меток радиочастотной идентификации выполнены заподлицо внешней поверхности корпуса; корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении и оборудован креплением, встроенным заподлицо с поверхностью корпуса; внутрь корпуса встроен аккумулятор, обеспечивающий электропитание микрокомпьютера, блока считывания меток радиочастотной идентификации, блока беспроводного интерфейса, биорадиолокатора и датчика шума, соединенный с разъемом для подзарядки аккумулятора, встроенным в корпус устройства заподлицо его поверхности; заподлицо поверхности корпуса встроен индикатор исправности устройства, соединенный с микрокомпьютером и аккумулятором; микрокомпьютер выполнен с возможностью определения текущего астрономического времени и расчета оценки состояния оператора эргатической системы по величинам частоты пульса, частоты дыхания оператора и уровня шума. Достигаемый технический результат заключается в упрощении контроля состояния оператора эргатической системы. 4 з.п. ф-лы.The utility model belongs to the field of ergonomics. The device for monitoring the state of the operator of the ergatic system when exposed to noise consists of a body made in the form of a ball, inside which a microcomputer is fixed and a drive with non-volatile memory connected to the microcomputer according to the "active star" topology, a radio frequency identification tag reading unit, a wireless interface unit, a bioradar and a noise sensor, wherein: the sensitive element of the noise sensor, the emitter and receiver of the bioradar, the receiver and transmitter of the wireless interface unit, the receiver and transmitter of the RFID tag reading unit are flush with the outer surface of the housing; the case is made in a dust and moisture protective, shockproof, fire and explosion-proof design and is equipped with a mount built flush with the surface of the case; a battery is built into the case, providing power to the microcomputer, RFID tag reading unit, wireless interface unit, bioradar and noise sensor, connected to the battery charging connector built into the device body flush with its surface; flush with the surface of the case, a device health indicator is built in, connected to the microcomputer and battery; the microcomputer is configured to determine the current astronomical time and calculate the assessment of the state of the operator of the ergatic system by the values of the pulse rate, the operator's breathing rate and the noise level. The achieved technical result consists in simplifying the control of the state of the operator of the ergatic system. 4 w.p. f-ly.

Description

Полезная модель относится к области эргономики и может применяться для информирования оператора эргатической системы о текущем психофизиологическом состоянии, динамике его изменения в реальном времени с возможностью учета оценки текущей и прогностической оценки состояния оператора в контуре управления эргатической системы.The utility model relates to the field of ergonomics and can be used to inform the operator of the ergatic system about the current psycho-physiological state, the dynamics of its change in real time, with the possibility of taking into account the assessment of the current and prognostic assessment of the operator's state in the control loop of the ergatic system.

Из уровня техники известно устройство для мониторинга состояния оператора эргатической системы в условиях воздействия акустических колебаний (патент на полезную модель RU №202550), состоящее из корпуса, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, внутри которого закреплены микрокомпьютер, накопитель с энергонезависимой памятью, аккумулятор и блок приема информации; в одну из внешних боковых граней корпуса заподлицо с ее поверхностью вмонтирован USB-порт; в смежную с ней внешнюю боковую грань корпуса вмонтировано цифровое табло и трехрежимный световой индикатор; накопитель с энергонезависимой памятью, блок приема информации, USB-порт, цифровое табло и трехрежимный световой индикатор соединены проводами с микрокомпьютером; блок приема информации, USB-порт, цифровое табло, трехрежимный световой индикатор и микрокомпьютер соединены проводами с аккумулятором; внешняя боковая грань корпуса, противоположная грани с цифровым табло, выполнена из материала с магнитными свойствами и оборудована креплением, встроенным заподлицо с поверхностью грани; отличающееся тем, что: устройство выполнено в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении; блок приема информации выполнен с возможностью приема по беспроводному интерфейсу информации о частоте пульса, частоте дыхания, температуре тела и влажности кожных покровов человека с датчиков, встроенных в экипировку оператора эргатической системы и подключенных к встроенному в эту экипировку блоку передачи информации; в верхнюю грань корпуса заподлицо ее внешней поверхности встроены и соединены с микрокомпьютером датчик шума, датчик температуры воздуха и датчик влажности воздуха; а микрокомпьютер выполнен с возможностью расчета оценки состояния оператора эргатической системы по величинам уровня шума, температуры воздуха, влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов оператора. Недостатком этого технического решения является отсутствие возможности автоматической идентификации оператора, занявшего рабочее место, для персонификации определения его состояния.From the prior art, a device is known for monitoring the state of the operator of an ergatic system under the influence of acoustic vibrations (patent for utility model RU No. 202550), consisting of a body made in the form of a rectangular parallelepiped with rounded corners, inside of which a microcomputer, a drive with non-volatile memory, a battery are fixed and an information receiving unit; a USB port is mounted flush with its surface in one of the outer side faces of the case; a digital display and a three-mode light indicator are mounted in the outer side face of the case adjacent to it; storage device with non-volatile memory, information receiving unit, USB port, digital display and three-mode light indicator are connected by wires to the microcomputer; information receiving unit, USB port, digital display, three-mode light indicator and microcomputer are connected by wires to the battery; the outer side face of the body, opposite the face with the digital display, is made of a material with magnetic properties and is equipped with a fastener built flush with the surface of the face; characterized in that: the device is made in a dust and moisture protective shockproof fire and explosion-proof design; the information receiving unit is configured to receive via a wireless interface information about the pulse rate, respiratory rate, body temperature and humidity of the human skin from sensors built into the equipment of the operator of the ergatic system and connected to the information transmission unit built into this equipment; a noise sensor, an air temperature sensor and an air humidity sensor are built into the upper face of the housing flush with its outer surface and connected to the microcomputer; and the microcomputer is configured to calculate the assessment of the state of the operator of the ergatic system according to the values of the noise level, air temperature, air humidity, pulse rate, respiratory rate, body temperature and moisture content of the operator's skin. The disadvantage of this technical solution is the lack of the possibility of automatic identification of the operator who has taken the workplace, to personalize the definition of his condition.

Технической задачей полезной модели является развитие арсенала устройств для мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности в рамках поиска способов эффективного ответа общества на большие вызовы с учетом взаимодействия человека и природы, человека и технологий.The technical objective of the utility model is to develop an arsenal of devices for monitoring the state of the operator of the ergatic system in the process of activity in the framework of finding ways for the society to effectively respond to big challenges, taking into account the interaction between man and nature, man and technology.

Решение технической задачи достигается тем, что устройство для контроля состояния оператора эргатической системы при воздействии шума, состоящее из корпуса, выполненного в виде шара, внутри которого закреплены микрокомпьютер и соединенные с микрокомпьютером по топологии «активная звезда» накопитель с энергонезависимой памятью, блок считывания меток радиочастотной идентификации, блок беспроводного интерфейса, биорадиолокатор и датчик шума, причем:The solution of the technical problem is achieved by the fact that the device for monitoring the state of the operator of the ergatic system when exposed to noise, consisting of a body made in the form of a ball, inside which a microcomputer is fixed and a drive with non-volatile memory connected to the microcomputer according to the "active star" topology, a radio frequency label reader identification, wireless interface unit, bioradar and noise sensor, moreover:

чувствительный элемент датчика шума, излучатель и приемник биорадиолокатора, приемник и передатчик блока беспроводного интерфейса, приемник и передатчик блока считывания меток радиочастотной идентификации выполнены заподлицо внешней поверхности корпуса;the sensitive element of the noise sensor, the emitter and receiver of the bioradar, the receiver and transmitter of the wireless interface unit, the receiver and transmitter of the RFID tag reading unit are made flush with the outer surface of the housing;

корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении и оборудован креплением, встроенным заподлицо с поверхностью корпуса;the case is made in a dust and moisture protective, shockproof, fire and explosion-proof design and is equipped with a mount built flush with the surface of the case;

внутрь корпуса встроен аккумулятор, обеспечивающий электропитание микрокомпьютера, блока считывания меток радиочастотной идентификации, блока беспроводного интерфейса, биорадиолокатора и датчика шума, соединенный с разъемом для подзарядки аккумулятора, встроенным в корпус устройства заподлицо его поверхности;a battery is built into the case, providing power to the microcomputer, the RFID tag reader, the wireless interface unit, the bioradar and the noise sensor, connected to the battery recharging connector built into the device case flush with its surface;

заподлицо поверхности корпуса встроен индикатор исправности устройства, соединенный с микрокомпьютером и аккумулятором;flush with the surface of the case, a device health indicator is built in, connected to the microcomputer and battery;

микрокомпьютер выполнен с возможностью определения текущего астрономического времени и расчета оценки состояния оператора эргатической системы по величинам частоты пульса, частоты дыхания оператора и уровня шума.the microcomputer is configured to determine the current astronomical time and calculate the assessment of the state of the operator of the ergatic system by the values of the pulse rate, the operator's breathing rate and the noise level.

Для удобства изготовления устройства его корпус может быть выполнен из двух полушарий, соединенных резьбовым соединением.For ease of manufacture of the device, its body can be made of two hemispheres connected by a threaded connection.

Для удобства визуального контроля состояния устройства его корпус может быть выполнен из оптически прозрачного материала.For the convenience of visual control of the state of the device, its body can be made of an optically transparent material.

Для удобства изготовления устройства его корпус может быть выполнен из пластика.For ease of manufacture of the device, its body can be made of plastic.

Для устройства от наведенных токов его корпус может быть выполнен из армированной резины.For a device from induced currents, its body can be made of reinforced rubber.

Технический результат, достигаемый заявленной совокупностью признаков, заключается в упрощении контроля состояния оператора эргатической системы за счет автоматической идентификации оператора, занявшего рабочее место, в интересах персонификации определения его состояния в процессе деятельности.The technical result achieved by the claimed combination of features is to simplify the control of the state of the operator of the ergatic system by automatically identifying the operator who has taken the workplace, in the interests of personifying the determination of his state in the process of activity.

Составные части заявляемой полезной модели известны из уровня техники:The components of the claimed utility model are known from the prior art:

микрокомпьютером является встраиваемая система (англ. embedded system) - специализированная микропроцессорная система управления, концепция разработки которой заключается в том, что такая система работает, будучи встроенной непосредственно в устройство, но в то же время не воспринимается как компьютер (так как не имеет обычного монитора и клавиатуры, не отображает привычной операционной системы и другого программного обеспечения) - модельный ряд микрокомпьютеров насчитывает тысячи наименований и модификаций;microcomputer is an embedded system - a specialized microprocessor control system, the development concept of which is that such a system works, being built directly into the device, but at the same time is not perceived as a computer (since it does not have a conventional monitor and keyboard, does not display the usual operating system and other software) - the range of microcomputers includes thousands of items and modifications;

накопитель с энергонезависимой памятью может быть реализован согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение №2243588;drive with non-volatile memory can be implemented according to the technical solution set forth in the patent for invention No. 2243588;

биорадиолокатор может быть реализован согласно техническому решению, изложенному в патенте на полезную модель №167288;bioradar can be implemented according to the technical solution set forth in the utility model patent No. 167288;

блок считывания меток радиочастотной идентификации может быть реализован согласно техническому решению, изложенному в патенте на полезную модель №123279;RFID tag reading unit can be implemented according to the technical solution set forth in utility model patent No. 123279;

блок беспроводного интерфейса может быть реализован согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение №2713603;the wireless interface unit can be implemented according to the technical solution set forth in the patent for invention No. 2713603;

датчик шума (интенсивности акустических колебаний в различных частотных диапазонах) может быть реализован согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение №1769381;noise sensor (intensity of acoustic vibrations in different frequency ranges) can be implemented according to the technical solution set forth in the patent for invention No. 1769381;

крепление может быть реализовано согласно техническому решению, изложенному в патенте на полезную модель №191276;fastening can be implemented according to the technical solution set forth in the utility model patent No. 191276;

кабель, которым соединены компоненты заявляемого устройства, обеспечивают двунаправленную передачу сигналов - например, типовой кабель витой пары 6 или 5 категории.the cable that connects the components of the proposed device provides bidirectional signal transmission - for example, a typical twisted pair cable of category 6 or 5.

Перед началом применения заявляемого устройства его закрепляют на рабочем месте оператора эргатической системы с помощью крепления так, чтобы излучатель и приемник биорадиолокатора были направлены в область лица оператора эргатической системы.Before using the proposed device, it is fixed at the workplace of the operator of the ergatic system using a mount so that the emitter and receiver of the bioradar are directed to the face of the operator of the ergatic system.

В снаряжение (экипировку) каждого оператора эргатической системы заранее встраивается метка радиочастотной идентификации. В накопитель с накопитель с энергонезависимой памятью заносится информация о индивидуальных особенностях состояния всех операторов, которые могут работать на конкретном рабочем месте.An RFID tag is pre-embedded in the equipment (equipment) of each operator of the ergatic system. The drive with a drive with non-volatile memory contains information about the individual characteristics of the state of all operators who can work at a particular workplace.

Оператор занимает рабочее место, устройство считывает метку радиочастотной идентификации, идентифицирует оператора.The operator takes the workplace, the device reads the RFID tag, identifies the operator.

В процессе деятельности биорадиолокатор с дискретностью, задаваемой микрокомпьютером, направляет в сторону лица оператора радиосигнал, регистрирует этот сигнал, отраженный телом оператора. По результатам обработки сигналом микрокомпьютер определяет частоту пульса и частоту дыхания оператора.In the process of activity, the bioradar with a discreteness set by the microcomputer sends a radio signal towards the operator's face, registers this signal reflected by the operator's body. According to the results of signal processing, the microcomputer determines the pulse rate and respiratory rate of the operator.

Параллельно с этим датчик шума регистрирует уровни звукового давления (уровни шума) в окружающем пространстве в диапазоне частот от 2 Гц до 31,5 кГц.At the same time, the noise sensor records sound pressure levels (noise levels) in the surrounding space in the frequency range from 2 Hz to 31.5 kHz.

По величинам частоты пульса, частоты дыхания, уровней шума и длительности рабочей смены (определяемой интервалом времени от момента идентификации оператора с помощью метки радиочастотной идентификации до текущего момента времени) микрокомпьютер определяет оценку текущего состояния оператора. Методики определения оценки текущего состояния оператора широко известны и изложены в литературе, например:Based on the values of pulse rate, breathing rate, noise levels and the duration of the work shift (determined by the time interval from the moment the operator was identified using the RFID tag to the current moment in time), the microcomputer determines the assessment of the current state of the operator. Methods for determining the assessment of the current state of the operator are widely known and described in the literature, for example:

Богомолов А.В., Гридин Л.А., Кукушкин Ю.А., Ушаков И.Б. Диагностика состояния человека: математические подходы. М.: Медицина, 2003. 464 с.Bogomolov A.V., Gridin L.A., Kukushkin Yu.A., Ushakov I.B. Diagnostics of the human condition: mathematical approaches. Moscow: Medicine, 2003. 464 p.

Психофизиологические исследования: теория и практика. Под ред. Г.М. Зараковского. М.: Полет, 2005. 304 с.Psychophysiological research: theory and practice. Ed. G.M. Zarakovsky. M.: Flight, 2005. 304 p.

Ушаков И.Б., Кукушкин Ю.А., Богомолов А.В. Физиология труда и надежность деятельности человека. Под ред. А.И. Григорьева. М.: Наука, 2008. 318 с.Ushakov I.B., Kukushkin Yu.A., Bogomolov A.V. Physiology of labor and reliability of human activity. Ed. A.I. Grigoriev. M.: Nauka, 2008. 318 p.

Ушаков И.Б., Богомолов А.В., Кукушкин Ю.А. Паттерны функциональных состояний оператора. М.: Наука, 2010. 390 с.Ushakov I.B., Bogomolov A.V., Kukushkin Yu.A. Patterns of functional states of the operator. M.: Nauka, 2010. 390 p.

Информация о состоянии оператора передается во внешний контур посредством блока беспроводного интерфейса.Information about the state of the operator is transmitted to the external loop through the wireless interface unit.

Микрокомпьютер с заданной дискретностью опрашивает соединенные с ним компоненты устройства, формируя сигнал о исправности всего устройства, определяющий режим свечения соединенного с микрокомпьютером индикатора исправности устройства, встроенного заподлицо поверхности его корпуса.The microcomputer interrogates the device components connected to it with a given discreteness, generating a signal about the health of the entire device, which determines the glow mode of the device health indicator connected to the microcomputer, which is built flush with the surface of its case.

Корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении и оборудован креплением, встроенным заподлицо с поверхностью корпуса.The case is made in a dust and moisture protective, shockproof, fire and explosion-proof design and is equipped with a mount built flush with the surface of the case.

Внутрь корпуса встроен аккумулятор, обеспечивающий электропитание микрокомпьютера, блока считывания меток радиочастотной идентификации, блока беспроводного интерфейса, биорадиолокатора и датчика шума, соединенный с разъемом для подзарядки аккумулятора, встроенным в корпус устройства заподлицо его поверхности.A battery is built inside the case, providing power to the microcomputer, RFID tag reader, wireless interface unit, bioradar and noise sensor, connected to the battery charging connector built into the device body flush with its surface.

Состояние оператора эргатической системы в контексте заявляемой полезной модели определяет функциональную надежность его профессиональной деятельности. Применяя заявляемое устройство оператор эргатической системы обеспечивается информацией о текущем состоянии. Динамика изменения интегрального показателя состояния сохраняется в накопителе с энергонезависимой памятью и может быть использована при решении практических задач анализа динамики состояния в зависимости от режимов и условий эксплуатации эргатической системы.The state of the ergatic system operator in the context of the claimed utility model determines the functional reliability of his professional activity. Using the claimed device, the operator of the ergatic system is provided with information about the current state. The dynamics of changes in the integral indicator of the state is stored in a drive with non-volatile memory and can be used in solving practical problems of analyzing the dynamics of the state depending on the modes and operating conditions of the ergatic system.

Факт покидания оператором рабочего места может быть зафиксирован как с помощью биорадиолокатора (отсутствие в принятом радиосигнале модуляций, обусловленных дыханием и сердцебиением) так и с помощью блока считывания меток радиочастотной идентификации (периодический мониторинг наличия метки радиочастотной идентификации, закрепленной за конкретным оператором, в зоне обзора блока считывания меток радиочастотной идентификации). Тем самым можно определять динамику изменения состояния оператора в течение рабочей смены, накапливая, при необходимости, эту информацию в накопителе с энергонезависимой памятью.The fact that the operator leaves the workplace can be recorded both with the help of a bioradar (absence of modulations in the received radio signal due to breathing and heartbeat) and with the help of an RFID tag reading unit (periodic monitoring of the presence of an RFID tag assigned to a specific operator in the unit’s viewing area reading RFID tags). Thus, it is possible to determine the dynamics of changes in the state of the operator during the work shift, accumulating, if necessary, this information in a drive with non-volatile memory.

Таким образом, цель применения заявляемой полезной модели достигнута.Thus, the purpose of applying the claimed utility model has been achieved.

Описанные элементы заявляемого устройства функционально взаимосвязаны, размещены в одном корпусе и находятся в конструктивном единстве, а совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники - то есть заявляемое устройство представляет собой новое техническое решение.The described elements of the claimed device are functionally interconnected, placed in one housing and are in structural unity, and the totality of its essential features is unknown from the prior art - that is, the claimed device is a new technical solution.

Конструктивное единство заявленного технического решения обеспечивается тем, что элементы, входящие в состав устройства, выполнены в одном корпусе, соединены проводами по топологии «активная звезда», центральным элементом которой является микрокомпьютер, и запитаны от одного источника питания.The structural unity of the claimed technical solution is ensured by the fact that the elements included in the device are made in one housing, connected by wires according to the "active star" topology, the central element of which is a microcomputer, and powered from a single power source.

Функциональная взаимосвязь элементов заявленной системы обеспечивается топологией их проводного соединения. Микрокомпьютер анализирует информацию, поступающую от всех других элементов, управляет функционированием устройства в целом.The functional interconnection of the elements of the claimed system is provided by the topology of their wired connection. The microcomputer analyzes the information coming from all other elements, controls the operation of the device as a whole.

Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации (НШ-2553.2020.8).This work was supported by a grant from the President of the Russian Federation for the state support of leading scientific schools of the Russian Federation (NSh-2553.2020.8).

Claims (5)

1. Устройство для контроля состояния оператора эргатической системы при воздействии шума, состоящее из корпуса, выполненного в виде шара, внутри которого закреплены микрокомпьютер и соединенные с микрокомпьютером по топологии «активная звезда» накопитель с энергонезависимой памятью, блок считывания меток радиочастотной идентификации, блок беспроводного интерфейса, биорадиолокатор и датчик шума, причем: чувствительный элемент датчика шума, излучатель и приемник биорадиолокатора, приемник и передатчик блока беспроводного интерфейса, приемник и передатчик блока считывания меток радиочастотной идентификации выполнены заподлицо внешней поверхности корпуса; корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении и оборудован креплением, встроенным заподлицо с поверхностью корпуса; внутрь корпуса встроен аккумулятор, обеспечивающий электропитание микрокомпьютера, блока считывания меток радиочастотной идентификации, блока беспроводного интерфейса, биорадиолокатора и датчика шума, соединенный с разъемом для подзарядки аккумулятора, встроенным в корпус устройства заподлицо его поверхности; заподлицо поверхности корпуса встроен индикатор исправности устройства, соединенный с микрокомпьютером и аккумулятором; микрокомпьютер выполнен с возможностью определения текущего астрономического времени и расчета оценки состояния оператора эргатической системы по величинам частоты пульса, частоты дыхания оператора и уровня шума.1. A device for monitoring the state of the operator of an ergatic system when exposed to noise, consisting of a body made in the form of a ball, inside of which a microcomputer is fixed and a drive with non-volatile memory connected to the microcomputer according to the "active star" topology, a block for reading RFID tags, a wireless interface block , a bioradar and a noise sensor, wherein: the sensitive element of the noise sensor, the emitter and receiver of the bioradar, the receiver and transmitter of the wireless interface unit, the receiver and transmitter of the RFID tag reading unit are flush with the outer surface of the housing; the case is made in a dust and moisture protective, shockproof, fire and explosion-proof design and is equipped with a mount built flush with the surface of the case; a battery is built into the case, providing power to the microcomputer, the RFID tag reader, the wireless interface unit, the bioradar and the noise sensor, connected to the battery recharging connector built into the device case flush with its surface; flush with the surface of the case, a device health indicator is built in, connected to the microcomputer and battery; the microcomputer is configured to determine the current astronomical time and calculate the assessment of the state of the operator of the ergatic system by the values of the pulse rate, the operator's breathing rate and the noise level. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен из двух полушарий, соединенных резьбовым соединением.2. The device according to claim 1, characterized in that the body is made of two hemispheres connected by a threaded connection. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен из оптически прозрачного материала.3. The device according to claim. 1, characterized in that the body is made of an optically transparent material. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен из пластика.4. The device according to claim 1, characterized in that the housing is made of plastic. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен из армированной резины.5. Device according to claim 1, characterized in that the body is made of reinforced rubber.