RU3536U1 - Устройство контроля положения костно-мышечного аппарата человека - Google Patents

Abstract

1. Устройство контроля положения костно-мышечного аппарата человека, содержащее датчик положения, выполненный с возможностью фиксации на пользователе и соединенный через электронный узел с сигнализатором, вырабатывающим сигнал-оповещение, отличающееся тем, что датчик положения выполнен в виде тензодатчика, закрепленного на упругой пластине.2. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что электронный узел содержит соединенные пороговый блок и блок задержки.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина упругой пластины выбирается в пределах 50 - 100 мм.

Description

г Предлагаемое устройство относится к области медицины и спорта а именно, к приборам биологической обратной связи и может быть использовано в ортопедии, в частности детской ортопедии для профилактики сутулости, путем самокоррекции осанки, для контроля за положением мышц (силой бицепсов) тренируемого, за функциональным состоянием организма оператора в процессе его работы и пр. Известен способ контроля за осанкой человека, в котором телу человека (элементам костного скелета) придается правильное положение и при отклонении от этого положения до индивидуально заданного предела отклонения, рассматриваемого как недопустимое, регистрируют неправлъное положение и предупреждают о нем пользователя либо оператора с помощью сигнала-оповещения различного рода (звукового, светового или другого воздействия) /RU, С1, 2016545/. Указанный способ используют для профилактики и исправления осанки, путем самокоррекции, а также он может быть использован для контроля за функциональным состоянием организма человека в процессе выполнения им трудовых операций. Устройства, реализующие указанный способ, как правило, содержат датчик положения релейного типа, соединенный через электронный узел, с сигнализатором, воздействующим на органы чувств

человека.

Известно, например, устройство / SU, A3,1800965/ для регистрации наклона головы, содержащее узел крепления, верхний конец которого дугообразно изогнут с возможностью охвата ушной раковины человека, а на нижнем конце закреплен электромагнит, якорь которого свободно подвешен на оси, расположенной над электромагнитом. При этом якорь своим верхним концом взаимодействует с закрепленными на узле нормально-разомкнутыми контактами. Электромагнит через контакты и разъем подключен к источнику питания.

Устройство предназначено для контроля за состоянием водителя транспортного средства.

При вертикальном положении головы якорь своей плоскостью ориенрован вертикально и контакты разомкнуты. При наклоне головы, например вследствие усталости водителя, якорь поворачивается вокруг оси, замыкая контакты. В результате включается электромагнит и якорь притягивается. При этом вновь размыкаются контакты и цепь питания электромагнита прерывается, что приводит к удару якоря по ушной раковине водителя, оповещающему о недопустимом наклоне головы.

Описанное устройство имеет простую конструкцию, однако оно недостаточно удобно в эксплуатации, вследствие того, что практически любой случайный наклон головы вызывает срабатывание устройства. К срабатыванию устройства может также

привести соприкосновение якоря с одеждой водителя, поскольку якорь не фиксируется на его теле.

Кроме того указаное устройство имеет достаточно узкую сферу применения.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является Устройство для контроля осанки /SU, А1, 1768136/, содержащее датчик положения, соединенный через электронный узел, включающий блок задержки, с сигнализатором, вырабатывающим сигнал-оповещение о нарушении осанки. Согласно наиболее простому варианту, датчик положения снабжен элементами крепления для его фиксации на пользователе и включает в себя две подвижные планки, связанные между собой шарниром и оснащенные электрическими контактами, замыкаемыми подпружиненным винтовым регулятором. Датчик положения располагают на спине пользователя таким образом, чтобы шарнир оказался на уровне контролируемого сегмента позвоночника. При заданной позе человека, путем перемещения подпружиненного регулятора, замыкают электрические контакты. При увеличении кривизны контролируемого сегмента позвоночника электрические контакты размыкаются и запускается блок задержки электронного узла, который не пропускает сигналы к сигнализатору при кратковременных (длительностью 1-2с) движениях человека. От электронного узла с блоком задержки сигнал проходит к сигнализатору лишь в том случае, если длительность сигнала превышает время, на которое настроен блок задержки. Прошедший на сигнализатор сигнал в виде звуковой или световой индикации дает пользователю информацию о его неправильном положении и он корректирует свою осанку. ,Выпрямление сегмента позвоночника, к которому прикреплен датчик положения, приводит к замыканию электрических контактов и прекращению работы сигнализатора. Возможность фиксации датчика положения на теле пользователя, а также наличие блока задержки предохраняют устройство от случайного срабатывания вследствие кратковременного движения пациента либо других помех. Однако, достаточно сложная конструкция датчика положения обуславливает необходимость специальной настройки устройства на теле пользователя: установку шарнира на заданный сегмент, замыкание электрических контактов подпружиненным винтовым регулятором, что усложняет эксплуатацию такого устройства для массового потребителя и ограничивает область его применения. Наличие замыкаемых-размыкаемых электрических контактов определяет невысокую надежность и достоверность выдачи сигнала описанного устройства, в частности возможность формирования ложных сигналов. Кроме того, в вышеописанных устройствах используются датчики релейного типа, позволяющие получать информацию только о факте изменения положения , а не количественную информацию об указанном изменении положения костно-мышечного аппарата, что ограничивает функциональные возможности указанных устройств.

устройство контроля положения костно-мышечного аппарата человека, в котором датчик положения имел бы такую конструкцию, которая позволила бы расширить функциональные возможности устройства и повысить его надежность.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве контроля положения костно-мышечного аппарата человека, содержащем датчик положения, выполненный с возможностью фиксации на теле человека и соединенный через электронный узел с сигнализатором, вырабатывающим сигнал - оповещение, согласно техническому решению, датчик положения выполнен в виде тензодатчика, жестко закрепленного на упругой пластине.

Изменение положения костно-мышечного аппарата человека, например, изменение его осанки сопровождается изгибанием плоской пластины и, благодаря жесткому закреплению тензодатчика на этой пластине, деформацией тензодатчика, который под влиянием деформации изменяет свое электрическое сопротивление. Соответствующий величине деформации тензодатчика электрический сигнал преобразуется с помощью электронного узла в сигнал-оповещение пользователя, воздействующий на его органы чувств, например, в звуковой или световой сигнал. Таким образом, упругая пластина с жестко закрепленным на ней тензодатчиком играет роль надежного, удобного в эксплуатации датчика положения, не требующего индивидуальной настройки после фиксации на пользователе.

получать количественную информацию об этом изменении, что расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства, например позволяет использовать его для контроля состояния мышц пользователя,

В многих случаях, например, при использовании устройства для контроля осанки, целесообразно в состав электронного узла включать пороговый блок и блок задержки.

После закрепления на спине пользователя упругая пластина постоянно испытывает незначительные деформации, которые, однако, не свидетельствуют о нарушении осанки. Электрические сигналы тензодатчика с уровнями, соответствующими таким деформациям, не должны приводить к возникновению сигнала-оповещения, что достигается с помощью порогового блока, который вырабатывает выходной сигнал только в случае, когда поступающий на его вход электрический сигнал от тензодатчика превышает заранее устанавливаемый пороговый уровень, соответствующий заданному недопустимому нарушению осанки. Аналогично этому, блок задержки предотвращает появление сигнала- оповещения в случае кратковременного превышения порогового уровня сигналом от тензодатчика, что может иметь место, когда пользователь на короткий интервал времени (2-3с) нагнулся и затем выпрямился.

Для указанных целей также целесообразно выполнять упругую пластину длиной от 50мм до 100мм.

тивный контроль осанки, а при длине больше указанной ношение датчика вызывает неудобство у пациента.

В дальнейшем, устройство, предлагаемое в качестве полезной модели, поясняется описанием примера его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

фиг.1 изображает блок-схему устройства,

фиг.2 - функциональную схему электронного узла и сигналзатора,

изображенных на фиг.1, фиг.З - диаграмму напряжений на выходе блоков, изображенных на

фиг.2, фиг.4 - датчик положения.

Подробное описание устройства контроля положения костномышечного аппарата человека будет дано на примере его выполнения для контроля осанки. Предлагаемое устройство содержит датчик 1 положения /Фиг.1/, подключенный ко входу электронного узла 2, выход которого соединен с сигнализатором 3, вырабатывающим сигнал-оповещение о нарушении осанки.

Схематично изображенный на фиг. 4 датчик 1 положения представляет собой упругую пластину 4, например, из стали, на которой жестко закреплен тензодатчик 5. В качестве тензодатчика 5 может быть использован, например, тензорезистор из константановой проволоки или ленты, либо полупроводниковый тензорезистор, наклеиваемый на упругую пластину 4.

Оптимальная длина упругой пластины 4 находится в пределах 50 100 мм. При длине упругой пластины меньшей нижнего предела затрудняется эффективный контроль осанки, а при длине больше указанного верхнего предела, ношение датчика вызывает неудобство у пользователя.

При иных применениях устройства, например, для контроля за состоянием мышц пользователя, занимающегося на тренажере, или мышц спортсмена пластина 4 может иметь меньшие размеры.

Датчик 1 положения выполнен с возможностью фиксации на теле пользователя. В частности, он может быть снабжен элементами 6 крепления к телу пользоваеля, например, пластырем, либо может вшиваться в элементы одежды, например,подтяжки, либо облегающую футболку.

Электронный узел 2 включает в себя генератор 7 /Фиг.2/ синусоидальных колебаний с частотой fo, мостовую схему 8, в одно из плеч которой включен тензодатчик 5, усилитель 9, детектор 10 огибающей /например, синхронный детектор/, пороговый блок 11

/например триггер Шмитта/, блок 12 задержки, содержащий одновибратор 13 и - НЕ / например, элемент Шиффера/, модулятор 15 и генератор 16 синусоидальных колебаний с частотой fl.

При этом первый выход генератора 7 соединен с мостовой схемой 8, выход которой соединен с усилителем 9, подключенным к первому входу детектора 10 огибающей. Второй выход генератора 7 подключен ко второму входу детектора 10 огибающей, выход которого под . ключей к сигнализатору 3, пороговому блоку 11, и к первому входу модулятора 15. Первый выход порогового блока 11 соединен с перым входом схемы 14 И-НЕ блока 12 задержки, а второй с одновибратором 13, выход которого подключен ко второму входу схемы 14 И-НЕ. Выход указанной схемы 14, являющийся выходом блока 12 задержки, подключен ко второму входу модулятора 15, к третьему входу которого подключен генератор 16 синусоидальных колебаний с частотой fl. Выход модулятора 15 соединен с сигнализатором 3. Сигнализатор 3 содержит электронный блок 17, первый вход которого соединен с выходом модулятора 15, а второй - с выходом детектора 10 огибающей, и два индикатора: акустический излучатель 18, соединенный с первым выходом электронного блока 17 и световой индикатор 19, соединенный со вторым выходом электронного блока 17. Устройство, за исключением датчика 1 положения, акустического излучателя 18 и светового индикатора 19, смонтировано впластмассовом корпусе /не показан/, удобном для ношения в кармане. Электропитание устройства осуществляется от автономных батарей, также размещенных в корпусе. Могут быть предложены и другие варианты выполнения устройства контроля положения костно-мышечного аппарата, не выходящие за пределы объема, определенного прилагаемой формулой полезной модели. В частности, возможно выполнение устройства без порогового блока и блока задержки, например, при использовании устройства для контроля за положением мьппц. Возможно также выполнение устройства с одним индикаторным устройством, например, только с акустическим излучателем.

Ниже будет описана работа устройства на примере его использования для контроля осанки.

Датчик 1 положения, фиксируют / например, с помощью пластыря 6/ на заданном участке спины /как правило в межлопаточной области/ пользователя. При этом изменение кривизны контролируемого участка его спины приводит к деформации тензодатчика 5 на упругой пластине 4. После включения устройства генератор 7 синусоидальных колебаний формирует переменное напряжение с частотой fo, прикладываемое к измерительной мостовой схеме 8, в одно из плеч которой включен тензорезистор 5, изменяющий свое электрическое сопротивление при деформации упругой пластины 4, вызванной нарушением осанки. В исходном состоянии, при правильной осанке, мост 8 сбалансирован и напряжение на его диагонали имеет минимальное /идеально-нулевое/ значение. Для балансирования моста 8 может применяться ручная подстройка посредством изменения одного из сопротивлений /не показан/ в мостовой схеме 8. Переменное напряжение с диагонали мостовой схемы 8 усиливается усилителем 9 и подается на детектор 10 огибающей, выделяющий низкочастотную составляющую сигнала, несущую информацию о текущем значении деформации тензодатчика 5. При этом на второй вход детектора огибающей 10 подается напряжение от генератора 7, задающее пороговый уровень Uo, соответствующий заданному недопустимому нарушению осанки. В ; у зависимости от конкретных задач пороговый уровень может регулироваться пользователем. При малых деформациях тензодатчика 5, напряжение на выходе детектора 10 огибающей (Фиг.З) не превосходит пороговый уровень Uo и формирование звукового сигнала-оповещения п ользователя не происходит. В случае, если напряжение на выходе детектора 10 огибающей превосходит пороговый уровень Uo (недопустимый изгиб контролируемого участка спины) сигналы (логическая 1) с выхода порогового блока 11 поступают на одновибратор 13 и схему 14 И-НЕ блока 12 задержки. Выходной сигнал одновибратора 13 (логическая 1) имеет длительность t3, равную временной задержке, которую классифицируют, как допустимое кратковременное изменение осанки (например, 2-3 с). Таким образом, на выходе схемы 14 И-НЕ выходной сигнал (логическая 1) формируется только тогда, когда на ее входы подаются сигналы: логическая 1 от порогового блока 11 и логический О от одновибратора 13. При этом на выходе блока 12 задержки формируется сигнал логической 1 длительностью (То -t3), когда То t3 и О, если То t3, где То - длительность сигнала на выходе порогового блока 11. С выходов блока 12 задержки и детектора 10 огибающей сигналы поступают на входы модулятора 15, на третий вход которого подается выходное напряжение генератора 16 синусоидальных колебаний с частотой fl. При этом на выходе модулятора 15 возникают пачки синусоидальных колебаний, длительностью (Тоt3), огибающая которых несет информацию о величине деформации в месте установки датчика (уровень нарушения осанки). С выхода модулятора 15 сигнал подается на первый вход электронного блока 17 сигнализатора 3, на второй вход которого подается напряжение

с выхода детектора 10 огибающей. Электронный блок 17 выполняет функцию сопряжения сигналов электронного узла 2 с индикаторами: акустическим излучателем 18 и световым индикатором 19. При этом акустический излучатель 18 выдает сигнал-оповещение пользователя о недопустимом нарушении осанки, с представлением информации по уровню звукового сигнала о величине изгиба контролируемого участка спины, а световой индикатор 19 представляет информацию, в реальном масштабе времени, о любых изгибах контролируемого участка спины,в том числе величина и длительность которых не превосходят заданные недопустимые значения. Для удобства пользователя шкала светового индикатора может быть снабжена контрольными метками, соответствующими недопустимому изменению осанки.

Зву(ковой сигнал - оповещение дает пользователю информацию о его неправильном положении и он корректирует свою осанку. Выпрямление участка спины, к которому прикреплен датчик положения, приводит к выпрямлению тензодатчика и к снижению его электрического сопротивления, резльтатом которого будет снижение сигнала, подаваемого на пороговое устройство, и прекращение работы сигнализатора.

В других вариантах выполнения и использования работа предлагаемого устройства в принципе сходна с вышеописанной. Например, в случае отсутствия порогового блока и блока задержки сигнал с детектора огибающей будет подаваться непосредственно на сигнализатор для выработки сигнала-оповещения, форма представления которого зависит от конкретного назначения устройства. Малые габариты датчика 1 положения, егс плоская форма, отсутствие выступающих элементов позволяют маскировать датчик 1 под одеждой, тем самым обеспечивая возможность работы устройства в разнообразных условиях. Простата конструкции датчика 1 положения, отсутствие замыкаемыхразмыкаемых электрических контаков, пропорциональный принцип его боты упрощает эксплуатацию предлагаемого устройства и расширяет его функциональные возмож ности.

Claims (3)

1. Устройство контроля положения костно-мышечного аппарата человека, содержащее датчик положения, выполненный с возможностью фиксации на пользователе и соединенный через электронный узел с сигнализатором, вырабатывающим сигнал-оповещение, отличающееся тем, что датчик положения выполнен в виде тензодатчика, закрепленного на упругой пластине.

2. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что электронный узел содержит соединенные пороговый блок и блок задержки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина упругой пластины выбирается в пределах 50 - 100 мм.