RU86861U1 - DEVICE FOR CONTROL AND EVALUATION OF PHYSIOLOGICAL PROCESSES - Google Patents

Abstract

1. Устройство контроля и оценки физиологических процессов, содержащее микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первый коммутатор, датчики грудного дыхания, брюшного дыхания, кожно-гальванической реакции, артериального давления, сердечно-сосудистой активности, датчик двигательной активности, микрофон, блок питания, предварительные усилители, усилители сигналов, фильтры, первый и второй цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), инструментальный усилитель и блок сопряжения с персональным компьютером, снабженный гальванической развязкой, при этом датчики через усилители и фильтры соединены с соответствующими входами коммутатора, управляющий вход которого связан с первой шиной микроконтроллера, а выход с первым входом инструментального усилителя, второй вход инструментального усилителя подключен к выходу первого ЦАП, третий вход - к выходу второго ЦАП, а выход - к входу АЦП, входы первого и второго ЦАП и группа входов-выходов АЦП связаны с второй шиной микроконтроллера, третья шина которого связана с блоком сопряжения с персональным компьютером, а микрофон через соответствующий предварительный усилитель и детектор огибающей подключен к соответствующему входу коммутатора, отличающееся тем, что в него введен дополнительный канал, выполненный с возможностью подключения к его входу датчика по выбору оператора и включающий второй электронный коммутатор, к выходам которого подключены первый и второй подканалы обработки сигналов с соответствующего датчика, при этом первый подканал включает соединенные последовательно предварительный усилитель и фильтр, второй - предварительный усилитель, фил1. A device for monitoring and evaluating physiological processes, containing a microcontroller, an analog-to-digital converter (ADC), the first switch, sensors for chest breathing, abdominal breathing, galvanic skin response, blood pressure, cardiovascular activity, a motor activity sensor, a microphone, a block power supply, pre-amplifiers, signal amplifiers, filters, the first and second digital-to-analog converters (DAC), instrumental amplifier and interface unit with a personal computer, equipped with galvanic isolation, while the sensors are connected through amplifiers and filters to the corresponding inputs of the switch, the control input of which is connected to the first bus of the microcontroller, and the output with the first input of the instrumentation amplifier, the second input of the instrumental amplifier is connected to the output of the first DAC, the third input is connected to the output of the second DAC, and the output is connected to the ADC input, the inputs of the first and second DACs and the ADC I/O group are connected to the second bus of the microcontroller, the third bus of which is connected to the interface unit with a personal computer, and the microphone is connected to the corresponding input of the switch through the corresponding preamplifier and the envelope detector, characterized in that an additional channel is introduced into it, made with the possibility of connecting a sensor of your choice to its input operator and including a second electronic switch, to the outputs of which the first and second subchannels of processing signals from the corresponding sensor are connected, while the first subchannel includes a preamplifier and a filter connected in series, the second - a preamplifier, fil

Description

Область, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к медицине, в частности к психологии, психофизиологии, касается устройства медико-биологического назначения, предназначенного для регистрации и оценки быстротекущих физиологических реакций человека, и может использоваться при исследовании и диагностике психических процессов и состояний. Кроме того, изобретение может найти применение в криминалистике, педагогике. Особо успешно изобретение может использоваться при выявлении у человека возможно скрываемой им информации в ходе расследования преступлений (правонарушений), в процессе отбора и проверки нанимаемого на работу или работающего персонала.The invention relates to medicine, in particular to psychology, psychophysiology, relates to a device for medical and biological purposes, designed to record and evaluate the rapid physiological reactions of a person, and can be used in the study and diagnosis of mental processes and conditions. In addition, the invention may find application in forensics, pedagogy. Particularly successfully, the invention can be used in identifying a person with information that he possibly hides during the investigation of crimes (offenses), during the selection and verification of a hired or working staff.

Уровень техникиState of the art

Для проведения психофизиологических исследований в медицине и других областях широко применяются различные устройства сбора и анализа физиологических реакций человека, к которым относятся полиграфы, анализаторы стрессов по голосу, тензометрические платформы и т.п. Эти устройства регистрируют и осуществляют обработку реакций человека на воспринимаемые им стимулы.To conduct psychophysiological studies in medicine and other fields, various devices for collecting and analyzing physiological reactions of a person are widely used, which include polygraphs, voice stress analyzers, tensometric platforms, etc. These devices record and process human responses to stimuli that they perceive.

Из патента US 4940059 известен полиграф с улучшенной регистрацией кардиосигнала, который наряду с частотой сердечных сокращений использует информацию об артериальном давлении.From US Pat. No. 4,940,059, a polygraph with improved cardiac signal registration is known, which uses blood pressure information along with a heart rate.

Из международной заявки WО03/057003 известен неинвазивный полиграф, основанный на оптическом анализе. Устройство генерирует серию импульсов в инфракрасном диапазоне, эти импульсы отражаются от субъекта, поступают на приемник, связанный с процессором, и подвергаются анализу, а результаты анализа отображаются на дисплее.From international application WO03 / 057003, a non-invasive polygraph based on optical analysis is known. The device generates a series of pulses in the infrared range, these pulses are reflected from the subject, fed to a receiver connected to the processor, and are analyzed, and the analysis results are displayed.

Устройство, раскрытое в публикации US 2007270659, позволяет дистанционно детектировать ложные сведения в информации, получаемой от испытуемого субъекта с использованием, по крайней мере, одного физиологического параметра, передаваемого на расстояние. Интерпретатор использует полиграфический инструмент для оценки физиологического параметра и информации.The device disclosed in publication US 2007270659 allows you to remotely detect false information in the information received from the test subject using at least one physiological parameter transmitted over a distance. The interpreter uses a printing tool to evaluate physiological parameters and information.

Среди отечественных разработок можно выделить устройство по патенту RU2010326, которое использует целый рад параметров - динамику сердечно-сосудистой активности, дыхания, кожно-гальванические реакции. Устройство содержит микропроцессор, блок приема информации, датчики физиологических параметров. Однако достоверность этого устройства низка и не достаточна для получения надежного заключения.Among domestic developments, one can distinguish the device according to patent RU2010326, which uses a whole range of parameters - the dynamics of cardiovascular activity, respiration, galvanic skin reactions. The device contains a microprocessor, an information receiving unit, sensors of physiological parameters. However, the reliability of this device is low and not sufficient to obtain a reliable conclusion.

Наиболее близким к настоящему изобретению является устройство контроля и оценки физиологических параметров по патенту RU2203614. Известное устройство содержит микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), коммутатор, датчики грудного дыхания, брюшного дыхания, кожно-гальванической активности, артериального давления, сердечно-сосудистой активности, датчик двигательной активности, блок питания, предварительные усилители, усилители сигналов, фильтры, первый и второй цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), инструментальный усилитель и блок сопряжения с персональным компьютером, снабженный гальванической развязкой. Датчики через предварительные усилители, фильтры и усилители сигналов соединены с соответствующими входами коммутатора, управляющий вход которого связан с первой шиной микроконтроллера, а выход с первым входом инструментального усилителя, второй вход инструментального усилителя подключен к выходу первого ЦАП, третий вход - к выходу второго ЦАП, а выход - к входу АЦП, входы первого и второго ЦАП и группа входов-выходов АЦП связаны со второй шиной микроконтроллера, третья шина которого связана с блоком сопряжения с персональным компьютером. Это устройство позволяет получить данные о наличии в полученной информации ложных сведений с достаточно высокой достоверностью. Однако и это устройство не обеспечивает достаточную объективность результатов, применяется в узкой специфической области исследований, надежность его не высока, и, прежде всего устройство не удобно в эксплуатации ввиду трудностей обращения с датчиками физиологических параметров. Датчики приходится подгонять и перенастраивать под конкретного испытуемого, операторы быстро утомляются, что также сказывается на надежности результатов.Closest to the present invention is a device for monitoring and evaluating physiological parameters according to patent RU2203614. The known device contains a microcontroller, an analog-to-digital converter (ADC), a switch, sensors for chest respiration, abdominal breathing, skin galvanic activity, blood pressure, cardiovascular activity, a motor activity sensor, a power supply, preamplifiers, signal amplifiers, filters, the first and second digital-to-analog converters (DACs), a tool amplifier and a personal computer interface unit equipped with galvanic isolation. Sensors through pre-amplifiers, filters and signal amplifiers are connected to the corresponding inputs of the switch, the control input of which is connected to the first bus of the microcontroller, and the output is from the first input of the instrument amplifier, the second input of the instrument amplifier is connected to the output of the first DAC, the third input is to the output of the second DAC, and the output is to the ADC input, the inputs of the first and second DACs and the group of ADC inputs and outputs are connected to the second bus of the microcontroller, the third bus of which is connected to the interface unit with a personal computer m This device allows you to obtain data on the presence in the received information of false information with a sufficiently high reliability. However, this device does not provide sufficient objectivity of the results, it is used in a narrow specific field of research, its reliability is not high, and, first of all, the device is not convenient in operation due to difficulties in handling sensors of physiological parameters. Sensors have to be customized and reconfigured for a particular subject, the operators quickly get tired, which also affects the reliability of the results.

Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании устройства контроля и оценки физиологических процессов, устраняющего отмеченные недостатки известных решений.The problem to which the invention is directed is to create a device for monitoring and evaluating physiological processes that eliminates the noted drawbacks of the known solutions.

Технический результат, достигаемый при использовании представленного изобретения, заключается в повышении надежности и удобства эксплуатации. Конструкция датчиков и их совместное использование в ходе контроля физиологических процессов приводит к получению синергетического эффекта, объективно выражающегося в значительном сокращении времени на обследование и получение заключения и в снижении утомляемости оператора. Отмечена высокая достоверность заключений по результатам обследования с использованием представленного устройства.The technical result achieved by using the presented invention is to increase the reliability and ease of use. The design of the sensors and their joint use during the control of physiological processes leads to a synergistic effect, objectively expressed in a significant reduction in the time for examination and obtaining an opinion and in reducing operator fatigue. The high reliability of the conclusions of the survey using the presented device is noted.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство контроля и оценки физиологических процессов, содержащее микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первый коммутатор, датчики грудного дыхания, брюшного дыхания, кожно-гальванической реакции, артериального давления в виде микрофона, сердечно-сосудистой активности, датчик двигательной активности, блок питания, предварительные усилители, усилители сигналов, фильтры, первый и второй цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), инструментальный усилитель и блок сопряжения с персональным компьютером, снабженный гальванической развязкой, при этом датчики через усилители и фильтры соединены с соответствующими входами коммутатора, управляющий вход которого связан с первой шиной микроконтроллера, а выход с первым входом инструментального усилителя, второй вход инструментального усилителя подключен к выходу первого ЦАП, третий вход - к выходу второго ЦАП, а выход - к входу АЦП, входы первого и второго ЦАП и группа входов-выходов АЦП связаны с второй шиной микроконтроллера, третья шина которого связана с блоком сопряжения с персональным компьютером, а микрофон через соответствующий предварительный усилитель и детектор огибающей подключен к соответствующему входу коммутатора, введен дополнительный канал, выполненный с возможностью подключения к его входу датчика по выбору оператора и включающий второй электронный коммутатор, к выходам которого подключены первый и второй подканалы обработки сигналов с соответствующего датчика, при этом первый подканал включает соединенные последовательно предварительный усилитель и фильтр, второй - предварительный усилитель, фильтр, усилитель сигналов и дополнительный фильтр, а выходы подканалов через третий электронный коммутатор, управляющим входом соединенный с микроконтроллером, подключены ко входу первого коммутатора, датчики кожно-гальванической реакции и сердечно-сосудистой активности размещены в одинаковых пластмассовых корпусах с подпружиненными крышками, при этом между каждой крышкой и основанием корпуса установлен шарнир, выполненный с возможностью установки датчиков на пальцах разных размеров, датчик кожно-гальванической реакции имеет два упомянутых корпуса, в каждом из которых размещен электрод, через внешний разъем соединенный с кабелем для связи с коммутатором, датчики грудного и брюшного дыхания включают датчик усилия, размещенный в пластмассовом корпусе, и стропы, имеющие возможность охвата грудной клетки испытуемого и передачи усилия на датчик усилия при их натяжении, при этом датчик сердечно-сосудистой активности представляет собой датчик плетизмограммы или датчик фотоплетизмограммы.The technical result is achieved due to the fact that the device for monitoring and evaluating physiological processes, containing a microcontroller, an analog-to-digital converter (ADC), a first switch, sensors for chest respiration, abdominal respiration, skin galvanic response, blood pressure in the form of a microphone, cardiac vascular activity, motor activity sensor, power supply, preamplifiers, signal amplifiers, filters, first and second digital-to-analog converters (DACs), instrumental amplifier and SRB voltage with a personal computer, equipped with galvanic isolation, while the sensors through amplifiers and filters are connected to the corresponding inputs of the switch, the control input of which is connected to the first bus of the microcontroller, and the output is from the first input of the instrument amplifier, the second input of the instrument amplifier is connected to the output of the first DAC, the third the input is to the output of the second DAC, and the output is to the input of the ADC, the inputs of the first and second DACs and the group of ADC inputs and outputs are connected to the second bus of the microcontroller, the third bus of which is connected to an interface with a personal computer, and the microphone is connected to the corresponding input of the switch through the corresponding preamplifier and envelope detector, an additional channel is introduced, configured to connect a sensor of his choice at the operator’s choice and including a second electronic switch, the outputs of which are connected to the first and second subchannels signal processing from the corresponding sensor, while the first subchannel includes a pre-amplifier and a filter connected in series, the second - a preamplifier, a filter, a signal amplifier and an additional filter, and the outputs of the subchannels through a third electronic switch, the control input connected to the microcontroller, connected to the input of the first switch, the sensors of the skin-galvanic reaction and cardiovascular activity are placed in the same plastic cases with spring-loaded covers, at the same time, a hinge is installed between each cover and the base of the body, made with the possibility of installing sensors on fingers of different sizes, a skin-galv sensor This reaction chamber has two mentioned cases, in each of which an electrode is placed, through an external connector connected to a cable for communication with the switch, chest and abdominal breathing sensors include a force sensor located in a plastic case, and slings that can cover the subject’s chest and transmit efforts on the force sensor when they are tensioned, while the cardiovascular activity sensor is a plethysmogram sensor or a photoplethysmogram sensor.

Технический результат усиливается за счет того, что датчик плетизмографии включает пьезоэлемент и толкатель, установленный с возможностью передачи воспринимаемого им усилия на пьезоэлемент, и вывода электрического сигнала, пропорционального производной силы воздействия на толкатель, через кабель, связанный с выводами пьезоэлемента.The technical result is enhanced due to the fact that the plethysmography sensor includes a piezoelectric element and a pusher installed with the possibility of transmitting the force perceived by it to the piezoelectric element, and outputting an electrical signal proportional to the derivative of the force acting on the pusher through a cable connected to the conclusions of the piezoelectric element.

Кроме того, технический результат усиливается за счет того, что датчик фотоплетизмограммы включает инфракрасный излучатель и фотоприемник светового потока, проходящего через периферические сосуды испытуемого.In addition, the technical result is enhanced by the fact that the photoplethysmogram sensor includes an infrared emitter and a photodetector of the light flux passing through the peripheral vessels of the subject.

Описание фигур чертежейDescription of the figures of the drawings

Сущность изобретения будет более понята из дальнейшего описания со ссылками на чертежи, на которых:The invention will be better understood from the following description with reference to the drawings, in which:

на фиг.1 представлена схема внешнего подключения устройства,figure 1 presents a diagram of the external connection of the device,

на фиг.2 показана функциональная схема устройства,figure 2 shows a functional diagram of a device

на фиг.3 иллюстрируется устройство датчика кожно-гальванической реакции,figure 3 illustrates the device of the sensor of the skin-galvanic reaction,

на фиг.4 показано устройство датчика дыхания,figure 4 shows the device of the respiratory sensor,

на фиг.5 - устройство датчика плетизмограммы, аfigure 5 - device plethysmogram, and

на фиг.6 устройство датчика фотоплетизмограммы.Fig.6 device sensor photoplethysmogram.

Описание предпочтительного варианта изобретенияDescription of a preferred embodiment of the invention

Устройство контроля и оценки физиологических процессов 1 рассчитано на работу совместно с персональным компьютером 2, который обеспечивает обработку и отображение получаемой информации, ее запись, хранение, печать результатов тестов.The device for monitoring and evaluating physiological processes 1 is designed to work in conjunction with a personal computer 2, which provides processing and display of the received information, its recording, storage, printing of test results.

Устройство 1 содержит датчик кожно-гальванической реакции 3, датчик грудного дыхания 4, датчик брюшного дыхания 5, датчик двигательной активности 7, датчик сердечно-сосудистой активности 6, который представляет собой датчик плетизмограммы или датчик фотоплетизмограммы, дополнительный канал 8 (для простоты описания датчик, подключенный в дополнительный канал, также иногда обозначается позицией 8) для подключения второго датчика кожно-гальванической реакции или датчика двигательной активности по выбору оператора, микрофон 9, датчик артериального давления 10. Выходы датчиков 3-7 и датчика дополнительного канала 8 подключены к предварительным усилителям 14-20 и далее к фильтрам 22-29, формирующим необходимую полосу пропускания. Генераторы тока 12 и 10 формируют ток порядка 2 мкА для работы датчиков кожно-гальванической реакции 3. Усилители 32, 33 и фильтр 35 и дополнительный фильтр 36 служат для выделения и дополнительного усиления фазической составляющей сигнала датчиков кожно-гальванической реакции 3 и 8, если в дополнительный канал подключен датчик кожно-гальванической реакции. Коммутаторы 11 и 38 служат для выбора типа датчика, подключенного к дополнительному каналу 8.The device 1 contains a skin-galvanic reaction sensor 3, a chest breathing sensor 4, an abdominal breathing sensor 5, a motor activity sensor 7, a cardiovascular activity sensor 6, which is a plethysmogram sensor or photoplethysmogram sensor, additional channel 8 (for simplicity of description, the sensor connected to an additional channel, also sometimes indicated by 8) for connecting a second skin-galvanic reaction sensor or a motor activity sensor of the operator’s choice, microphone 9, arterial sensor nogo pressure sensors 10. The outputs 3-7 and supplemental channel sensor 8 is connected to the pre-amplifiers 14-20 and then to filters 22-29, forming the desired bandwidth. Current generators 12 and 10 generate a current of the order of 2 μA for the operation of the sensors of the skin-galvanic reaction 3. Amplifiers 32, 33 and the filter 35 and the additional filter 36 are used to isolate and additionally enhance the phase component of the signal of the sensors of the skin-galvanic reaction 3 and 8, if an additional channel is connected to the sensor of the skin-galvanic reaction. Switches 11 and 38 are used to select the type of sensor connected to additional channel 8.

Микрофон 9 подключен к усилителю 21 и далее к детектору огибающей 30. Датчик артериального давления собран на основе интегрированного датчика давления Motorola, встроенного в устройство 1, и манжеты, соединяемой с устройством шлангом через пневморазъем. Фильтры 31, 37 и усилитель 34 усиливают сигнал с датчика и формируют необходимую полосу пропускания.The microphone 9 is connected to an amplifier 21 and then to an envelope detector 30. The blood pressure sensor is assembled on the basis of an integrated Motorola pressure sensor integrated in device 1 and a cuff connected to the device by a hose through a pneumatic connector. Filters 31, 37 and amplifier 34 amplify the signal from the sensor and form the necessary bandwidth.

Сформированные сигналы датчиков через третий-четвертый коммутаторы 38, 39 и первый коммутатор 40 поступают на вход инструментального усилителя 43 (усилитель с регулируемым коэффициентом усиления). Инструментальный усилитель 43 позволяет согласовать размах сигналов датчиков 3-7, датчика канала 8, микрофона 9 и датчика 10 с входным диапазоном аналого-цифрового преобразователя 45. Кроме того, усилитель служит для компенсации постоянной составляющей сигналов датчиков, для чего на один из его входов поступает напряжение с цифро-аналогового преобразователя 41 (ЦАП). ЦАП 42 служит для регулировки усиления инструментального усилителя. Выход усилителя подключен ко входу 12-разрядного АЦП 45. Управление ЦАП и АЦП осуществляется по шине 46 от микроконтроллера 48.The generated sensor signals through the third or fourth switches 38, 39 and the first switch 40 are fed to the input of the instrumental amplifier 43 (amplifier with adjustable gain). The instrumental amplifier 43 allows you to coordinate the signal span of the sensors 3-7, the channel 8 sensor, microphone 9 and sensor 10 with the input range of the analog-to-digital converter 45. In addition, the amplifier serves to compensate for the constant component of the sensor signals, for which one of its inputs voltage from digital-to-analog converter 41 (DAC). DAC 42 is used to adjust the gain of the instrument amplifier. The output of the amplifier is connected to the input of a 12-bit ADC 45. The DAC and ADC are controlled via bus 46 from the microcontroller 48.

Микроконтроллер 48 служит для приема и предварительной обработки оцифрованных сигналов от АЦП 45, управления ЦАП 41, 42, управления коммутаторами по шине 47. Обмен цифровой информацией с персональным компьютером 2 осуществляется по шинам 49, 51 и 53 через гальваническую развязку 50 и USB драйвер 52.Microcontroller 48 is used to receive and pre-process digital signals from ADC 45, control DAC 41, 42, control switches on bus 47. Digital information is exchanged with personal computer 2 via buses 49, 51 and 53 through galvanic isolation 50 and USB driver 52.

Питание устройства осуществляется от шины USB персонального компьютера. Блок питания 54 представляет собой изолирующий конвертер 54+6 В±5 В, обеспечивающий гальваническую развязку от персонального компьютера 2, выходы которого подключены к стабилизаторам 55, формирующим соответствующие напряжения питания для блоков устройства 1 (связи не показаны). Со стабилизаторов 55 напряжение также подается на входные разъемы датчиков 4-8 (связи не показаны), что позволяет подключить к устройству активные датчики.The device is powered from the USB bus of a personal computer. The power supply 54 is an isolating converter 54 + 6 V ± 5 V, providing galvanic isolation from a personal computer 2, the outputs of which are connected to stabilizers 55, forming the corresponding supply voltage for the units of the device 1 (communication is not shown). From the stabilizers 55, the voltage is also supplied to the input connectors of the sensors 4-8 (communication not shown), which allows you to connect active sensors to the device.

Датчики кожно-гальванической реакции 3, плетизмограммы и фотоплетизмограммы 6 конструктивно выполнены в виде одинаковых /однотипных пластмассовых корпусов 56 с подпружиненной крышкой 57. Шарнир 58 между крышкой 57 и основанием 58 корпуса 56 датчика позволяет устанавливать датчики на пальцы испытуемых, имеющие разные размеры. Такая конструкция позволяет быстро без подгонки устанавливать датчики и обеспечивает оптимальный прижим чувствительных элементов.Sensors of the skin-galvanic reaction 3, plethysmograms and photoplethysmograms 6 are structurally made in the form of the same / same type plastic cases 56 with a spring-loaded cover 57. The hinge 58 between the cover 57 and the base 58 of the sensor housing 56 allows sensors to be installed on fingers of different sizes. This design allows you to quickly install sensors without adjustment and provides optimal clamping of sensitive elements.

Датчик кожно-гальванической реакции имеет два корпуса 56, в каждом из которых установлен электрод 59. Датчик плетизмограммы имеет пьезоэлемент 60, усилие на который передается толкателем 61. Датчик фотоплетизмограммы имеет инфракрасный излучатель 62 и интегральный фотоприемник 63. Датчик дыхания состоит из датчика усилия 64, размещенного в пластмассовом корпусе 65, и строп 66. Такая конструкция позволяет быстро устанавливать датчик и имеет повышенную прочность от разрушения при избыточных усилиях на стропу.The skin-galvanic reaction sensor has two housings 56, each of which has an electrode 59. The plethysmogram sensor has a piezoelectric element 60, the force of which is transmitted by the follower 61. The photoplethysmogram sensor has an infrared emitter 62 and an integrated photodetector 63. The respiratory sensor consists of a force sensor 64, placed in a plastic case 65, and a sling 66. This design allows you to quickly install the sensor and has increased tensile strength with excessive efforts on the sling.

Устройство используется следующим образом.The device is used as follows.

Выходы датчиков 3-10 через усилители и фильтры поочередно подключаются через коммутатор 40 к входу инструментального усилителя 43. С выхода инструментального усилителя 43 сигнал поступает на 12-разрядный АЦП 45.The outputs of the sensors 3-10 through amplifiers and filters are alternately connected through a switch 40 to the input of the instrument amplifier 43. From the output of the instrument amplifier 43, the signal is fed to a 12-bit ADC 45.

Инструментальный усилитель 43 позволяет согласовать размах сигналов датчиков с входным диапазоном АЦП 45. Кроме того, усилитель 43 служит для компенсации постоянной составляющей сигналов датчиков, для чего на один из входов подается напряжение с первого ЦАП 41.The instrumental amplifier 43 allows you to match the amplitude of the sensor signals with the input range of the ADC 45. In addition, the amplifier 43 serves to compensate for the constant component of the sensor signals, for which voltage is supplied to one of the inputs from the first DAC 41.

Первый коммутатор 04, АЦП 45, первый и второй ЦАП 41 и 42 управляются микроконтроллером 48. Значения усиления и смещения по каждому каналу передаются в микроконтроллер 48 из персонального компьютера по каналу. Микроконтроллер 48 производит первичную обработку сигналов датчиков и затем передает цифровую информацию в компьютер.The first switch 04, the ADC 45, the first and second DACs 41 and 42 are controlled by the microcontroller 48. The gain and offset values for each channel are transmitted to the microcontroller 48 from the personal computer via the channel. The microcontroller 48 performs primary processing of the sensor signals and then transmits digital information to the computer.

Перед включением устройства на различные участки тела испытуемого для регистрации физиологических параметров помещают соответствующие датчики.Before turning on the device, appropriate sensors are placed on various parts of the body of the subject to record physiological parameters.

В процессе тестирования испытуемому через определенные промежутки времени предъявляют ряд тестовых вопросов. Эти вопросы касаются склонностей, способностей, личностных качеств и имеют нейтральный, проверочный и контрольный характер. При предъявлении контрольных вопросов, ответ на которые не соответствует реальному положению, возникает эмоциональный всплеск, что через некоторый небольшой период времени выражается в скачкообразном изменении показателей. Измерения производятся непрерывно и информация о них передается через схему обработки на микроконтроллер и затем на персональный компьютер. Персональный компьютер производит накопление и обработку полученных данных и в соответствии с заложенной программой распечатывает предварительное заключение и полиграмму.In the process of testing, the test subject is presented with a series of test questions at regular intervals. These questions relate to inclinations, abilities, personal qualities and have a neutral, verification and control character. Upon presentation of control questions, the answer to which does not correspond to the real situation, an emotional outburst occurs, which after a short period of time is expressed in an abrupt change in indicators. Measurements are made continuously and information about them is transmitted through a processing circuit to a microcontroller and then to a personal computer. The personal computer accumulates and processes the received data and, in accordance with the program laid down, prints out a preliminary report and a polygram.

Микроконтроллер 48 осуществляет прием и обработку информации от персонального компьютера согласно протоколу обмена. Кроме того, он обеспечивает хранение значений усиления и смещения по каждому измерительному каналу, управление электропитанием, выбор измерительного канала, прием результатов преобразования и выдачу результатов преобразования в персональный компьютер, а также формирование тестового сигнала для контроля исправности датчиков и соединительных проводов.Microcontroller 48 receives and processes information from a personal computer according to an exchange protocol. In addition, it provides storage of gain and bias values for each measuring channel, power management, selection of the measuring channel, reception of the conversion results and the output of the conversion results to a personal computer, as well as the generation of a test signal to monitor the health of sensors and connecting wires.

Персональный компьютер 2 реализован в виде пакета прикладных программ, интегрированных в единую среду и обеспечивающих выполнение следующих функций: ввод сигналов контролируемых физиологических процессов и их визуализация (или их параметров) в виде графиков с масштабе реального времени, сохранение введенных данных для последующей работы с ними, просмотр полиграммы (сохраненных данных в графическом виде) в режиме диалога, вывод на печатающее устройство полученной полиграммы (в целом или фрагментарно), одновременный просмотр полиграмм двух обследований, ввод с клавиатуры дополнительных маркеров в системе реального времени, математическая обработка данных и формирование протокола обследования в табличной форме, просмотр, коррекция и вывод на печать сформированного протокола, создание библиотеки вопросников и их использование в процессе проведения психофизиологического обследования, автоматическое выделение вопросов, имеющих наибольшую эмоциональную значимость для испытуемого, написание и последующее редактирование оператором заключения по результатам обследования, вывод на печать.Personal computer 2 is implemented as a package of application programs integrated into a single environment and providing the following functions: input of signals of controlled physiological processes and their visualization (or their parameters) in the form of graphs with real-time scale, saving the entered data for subsequent work with them, viewing a polygram (saved data in a graphical form) in a dialogue mode, outputting to a printing device the received polygram (in whole or in fragments), simultaneous viewing of a polygram surveys, input of additional markers in the real-time system from the keyboard, mathematical processing of data and generation of the examination protocol in tabular form, viewing, correction and printing of the generated protocol, creating a library of questionnaires and their use in the process of conducting a psychophysiological examination, automatic selection of questions, having the greatest emotional significance for the subject, writing and subsequent editing by the operator of the conclusion on the results of examinations Niya, printing.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

В схеме устройства использованы стандартные элементы, широко известные и описанные в патентной литературе датчики (кроме раскрытых здесь оригинальных), и блоки. Все элементы схемы устройства изготавливаются промышленно. Для специалиста не составит проблемы изготовить и использовать представленное устройство с учетом сведений, приведенных выше.The device’s circuitry uses standard elements, widely known and described in the patent literature, sensors (except for the original ones disclosed here), and blocks. All elements of the device circuit are manufactured industrially. It is not a problem for a specialist to make and use the presented device, taking into account the information above.

Следовательно, изобретение отвечает условию промышленной применимости.Therefore, the invention meets the condition of industrial applicability.

Claims (3)

1. Устройство контроля и оценки физиологических процессов, содержащее микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первый коммутатор, датчики грудного дыхания, брюшного дыхания, кожно-гальванической реакции, артериального давления, сердечно-сосудистой активности, датчик двигательной активности, микрофон, блок питания, предварительные усилители, усилители сигналов, фильтры, первый и второй цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), инструментальный усилитель и блок сопряжения с персональным компьютером, снабженный гальванической развязкой, при этом датчики через усилители и фильтры соединены с соответствующими входами коммутатора, управляющий вход которого связан с первой шиной микроконтроллера, а выход с первым входом инструментального усилителя, второй вход инструментального усилителя подключен к выходу первого ЦАП, третий вход - к выходу второго ЦАП, а выход - к входу АЦП, входы первого и второго ЦАП и группа входов-выходов АЦП связаны с второй шиной микроконтроллера, третья шина которого связана с блоком сопряжения с персональным компьютером, а микрофон через соответствующий предварительный усилитель и детектор огибающей подключен к соответствующему входу коммутатора, отличающееся тем, что в него введен дополнительный канал, выполненный с возможностью подключения к его входу датчика по выбору оператора и включающий второй электронный коммутатор, к выходам которого подключены первый и второй подканалы обработки сигналов с соответствующего датчика, при этом первый подканал включает соединенные последовательно предварительный усилитель и фильтр, второй - предварительный усилитель, фильтр, усилитель сигналов и дополнительный фильтр, а выходы подканалов через третий электронный коммутатор, управляющим входом соединенный с микроконтроллером, подключены ко входу первого коммутатора, датчики кожно-гальванической реакции и сердечно-сосудистой активности размещены в одинаковых пластмассовых корпусах с подпружиненными крышками, между каждой крышкой и основанием корпуса установлен шарнир, выполненный с возможностью размещения датчиков на пальцах разных размеров, датчик кожно-гальванической реакции имеет два упомянутых корпуса, в каждом из которых размещен электрод, через внешний разъем соединенный с кабелем для связи с коммутатором, датчики грудного и брюшного дыхания включают датчик усилия, размещенный в пластмассовом корпусе, и стропы, имеющие возможность охвата грудной клетки испытуемого и передачи усилия на датчик усилия при их натяжении, а датчик сердечно-сосудистой активности представляет собой датчик плетизмограммы или датчик фотоплетизмограммы.1. A device for monitoring and evaluating physiological processes, containing a microcontroller, an analog-to-digital converter (ADC), a first switch, sensors for chest respiration, abdominal breathing, skin galvanic response, blood pressure, cardiovascular activity, a motor activity sensor, a microphone, a unit power supplies, pre-amplifiers, signal amplifiers, filters, first and second digital-to-analog converters (DACs), instrumentation amplifier and a personal computer interface unit equipped with galvanic isolation, while the sensors are connected through amplifiers and filters to the corresponding inputs of the switch, the control input of which is connected to the first bus of the microcontroller, and the output is from the first input of the instrument amplifier, the second input of the instrument amplifier is connected to the output of the first DAC, the third input to the output of the second DAC and the output is to the ADC input, the inputs of the first and second DACs and the group of ADC inputs and outputs are connected to the second bus of the microcontroller, the third bus of which is connected to the interface unit with a personal computer, and the microphone is cutting the corresponding preamplifier and envelope detector is connected to the corresponding input of the switch, characterized in that an additional channel is introduced into it, configured to connect a sensor of its choice to the input of the operator and including a second electronic switch, the outputs of which are connected to the first and second signal processing subchannels from the corresponding sensor, while the first subchannel includes a pre-amplifier and a filter connected in series, the second - a pre-amplifier, fil lt, a signal amplifier and an additional filter, and the subchannel outputs through the third electronic switch, the control input connected to the microcontroller, are connected to the input of the first switch, the sensors for skin-galvanic reaction and cardiovascular activity are placed in identical plastic cases with spring-loaded covers, between each cover and a hinge mounted with the base of the housing, configured to place sensors on fingers of different sizes, the skin-galvanic reaction sensor has two cases, in each of which an electrode is placed, through an external connector connected to a cable for communication with the commutator, chest and abdominal breathing sensors include a force sensor located in a plastic case, and slings that can cover the subject's chest and transmit force to the force sensor when their tension, and the sensor of cardiovascular activity is a plethysmogram sensor or a photoplethysmogram sensor. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик плетизмограммы включает пьезоэлемент и толкатель, установленный с возможностью передачи воспринимаемого им усилия на пьезоэлемент и вывода электрического сигнала, пропорционального производной силы воздействия на толкатель, через кабель, связанный с выводами пьезоэлемента.2. The device according to claim 1, characterized in that the plethysmogram sensor includes a piezoelectric element and a pusher installed with the possibility of transmitting the perceived force to the piezoelectric element and outputting an electrical signal proportional to the derivative of the force acting on the pusher through a cable connected to the conclusions of the piezoelectric element. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик фотоплетизмограммы включает инфракрасный излучатель и фотоприемник светового потока, проходящего через периферические сосуды испытуемого.

3. The device according to claim 1, characterized in that the photoplethysmogram sensor includes an infrared emitter and a photodetector of the light flux passing through the peripheral vessels of the test person.