СИСТЕМА СБОРА И ОБРАБОТКИ ПОЛЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Полезная модель «система сбора и обработки полетной информации» относится к системам контроля и диагностики эргатических систем управления с человеком-оператором в контуре управления, а в частности - к системам контроля и диагностики летательных аппаратов, в т.ч. в процессе их движения.
Известна «система сбора полетной информации» [1], содержащая на борту летательного аппарата датчики состояния отдельных агрегатов летательного аппарата, датчик звуковой информации (переговоров), блок сбора и преобразования информации, соединенный входами с выходами датчиков состояния отдельных агрегатов летательного аппарата, контрольный бортовой накопитель информации и запасной бортовой накопитель информации, соединенные входами с выходами блока сбора и преобразования информации, и блок регистрации звуковой информации (переговоров), соединенный входом с выходом датчика звуковой информации (переговоров). (Выделенное курсивом - признаки общие с предметом полезной модели).
Недостатки известной системы - отсутствие информации о состоянии аргатической системы управления, в частности летательного аппарата на пункте управления воздушным движением, в т.ч. информации о техническом состоянии летательного аппарата и о состоянии человека-оператора (частоте пульса сердца, его аритмии и тахикардии, а также об артериальном давлении крови в организме человека-оператора) в каждый момент времени, а также сигнала, в масштабе реального времени, о выходе, хотя бы одного из контролируемых параметров, за допустимые пределы.
Известна, как более близкая по технической сущности к предлагаемой полезной модели, «система сбора и обработки полетной информации» [2], содержащая на борту летательного аппарата подсистему сбора и передачи информации, объединяющую датчики состояния отдельных агрегатов летательного
аппарата, датчик звуковой информации (переговоров), блок сбора и преобразования информации, соединенный входами с выходами датчиков состояния отдельных агрегатов летательного аппарата, контрольный бортовой накопитель информации и запасной бортовой накопитель информации, соединенные входами с выходами блока сбора и преобразования информации, блок регистрации звуковой информации (переговоров), соединенный входом с выходом датчика звуковой информации (переговоров), блок обработки и подготовки информации, соединенный входами с выходами блоков сбора и преобразования информации и регистрации звуковой информации, и блок передачи информации, соединенный входами с выходами блока обработки и подготовки информации, и на пункте управления воздушным движением подсистему сбора и обработки информации, включающую блок приема информации, соединенный по каналу радиосвязи с выходом блока передачи информации подсистемы сбора и передачи информации, блок записи (исходной) информации, соединенный входами с выходами блока приема информации, и блок экспресс-обработки и анализа информации, соединенный входами с выходами блока приема информации. (Выделенное курсивом - признаки общие с предметом полезной модели).
Недостатки известной системы сбора и обработки полетной информации - отсутствие в пункте управления воздушным движением информации, о состоянии человека-оператора в контуре управления (частоте сокращений сердца, его тахикардии и аритмии и об артериальном давлении крови в организме), а также сигнала, в масштабе реального времени, о выходе, хотя бы одного из контролируемых параметров, за допустимые пределы.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей системы сбора и обработки полетной информации путем вывода информации, в дополнение к информации о техническом состоянии летательного аппарата и звуковых сигналах (переговорах человека-оператора), информации о физиологическом и/или эмоциональном состоянии человека-оператора (информации о частоте пульса сердца, его аритмии и тахикардии и об артериальном давлении крови в организме человека-оператора), а также сигнала, в масштабе реального
времени, о выходе, хотя бы одного контролируемых параметров, за допустимые пределы.
Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей системы путем сбора полетной информации в пункте управления воздушным движением, в дополнение к информации о техническом состоянии летательного аппарата и переговорах человека-оператора, информации о физиологическом и/или эмоциональном состоянии (информации о частоте сокращений сердца, его тахикардии и аритмии и об артериальном, верхнем (систолическом) и нижнем (диастолическом), давлении крови в организме) человека-оператора, а также в генерировании в масштабе реального времени сигналов предупреждения о выходе, хотя бы одного из контролируемых параметров, за допустимые пределы.
Технический результат обеспечивается тем, что в систему сбора и обработки полетной информации, содержащую на борту летательного аппарата подсистему сбора и передачи информации, включающую датчики состояния отдельных агрегатов летательного аппарата, датчик звуковой информации (переговоров), блок сбора и преобразования информации, соединенный входами с выходами датчиков состояния отдельных агрегатов летательного аппарата, контрольный бортовой накопитель информации и запасной бортовой накопитель информации, соединенные входами с выходами блока сбора и преобразования информации, блок регистрации звуковой информации (переговоров), соединенный входом с выходом датчика звуковой информации (датчика переговоров человека-оператора, пилота и/или штурмана), блок обработки и подготовки информации, соединенный входами с выходами блоков сбора и преобразования информации и регистрации звуковой информации, и блок передачи информации, соединенный входами с выходами блока обработки и подготовки информации, а выходами - с выходами подсистемы сбора и передачи информации, а на пункте управления воздушным движением - подсистему приема и обработки информации, включающую блок приема информации, соединенный по каналу радиосвязи с выходом блока передачи информации подсистемы сбора и передачи
информации, блок записи исходной информации, соединенный входами с выходами блока приема информации, и блок экспресс-обработки и анализа информации, соединенный входами с выходами блока приема информации, в подсистему сбора и передачи информации введен блок контроля состояния человека-оператора, включающий датчик пульса сердца человека-оператора, генератор тактовых импульсов, субблок контроля аритмии сердца человека, субблок контроля частоты пульса сердца, субблок контроля артериального давления и субблок предупредительной сигнализации, причем, в субблоке контроля аритмии сердца человека содержится источник постоянного потенциала, первый задатчик (задатчик постоянного потенциала), соединенный входом с выходом источника постоянного потенциала, первый пороговый элемент, соединенный первым входом с выходом датчика пульса сердца, а вторым входом с выходом первого задатчика, первый формирователь импульсов, соединенный входом с выходом порогового элемента, первый кольцевой регистр сдвига, соединенный входом (шиной) сдвига с выходом первого формирователя импульсов, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, а вторым входом с выходом первого разряда первого регистра сдвига, второй элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, а вторым входом - с выходом второго разряда первого регистра сдвига, второй формирователь импульсов, соединенный входом с выходом третьего разряда первого регистра сдвига, третий формирователь импульсов, соединенный входом с выходом четвертого разряда первого регистра сдвига, первый элемент задержки, соединенный входом с выходом второго формирователя импульсов, второй элемент задержки, соединенный входом с выходом третьего формирователя импульсов, первый счетчик импульсов, соединенный счетным (информационным) входом с выходом первого элемента И, а входом обнуления - с выходом второго элемента задержки, второй счетчик импульсов, соединенный счетным (информационным) входом с выходом второго элемента И, а входом обнуления - с выходом второго элемента задержки, первый элемент сравнения, соединенный поразрядно первыми входами с выходами первого счетчика
импульсов, а вторыми входами - с выходами второго счетчика импульсов, первую группу элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами первого счетчика импульсов, а вторыми входами - с первым выходом первого элемента сравнения, вторую группу элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами второго счетчика импульсов, а вторыми входами - с первым выходом первого элемента сравнения, третью группу элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами первого счетчика импульсов, а вторыми входами - с третьим выходом первого элемента сравнения, четвертую группу элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами второго счетчика импульсов, а вторыми входами - с третьим выходом первого элемента сравнения, первую группу элементов ИЛИ, соединенную поразрядно первыми входами с выходами третьей группы элементов И, а вторыми входами - с выходами второй группы элементов И, вторую группу элементов ИЛИ, соединенную поразрядно первыми входами с выходами четвертой группы элементов И, а вторыми входами - с выходами первой группы элементов И, арифметический узел, соединенный первыми входами поразрядно с выходами первой группы элементов ИЛИ, вторыми входами - поразрядно с выходами второй группы элементов ИЛИ, а третьим входом, входом синхронизации, - с выходом первого элемента задержки, пятую группу элементов И, соединенную первыми входами поразрядно с выходами арифметического узла, вторым входом - с выходом третьего формирователя импульсов, первый регистр памяти результата, соединенный первыми входами поразрядно с выходами пятой группы элементов И, вторым входом - с выходом второго формирователя импульсов, и первый индикатор результата контроля (индикатор текущего значения аритмии сердца объекта контроля), в субблоке контроля частоты пульса сердца - третий элемент И, соединенный первым входом с выходом датчика пульса сердца, второй кольцевой регистр сдвига, соединенный входом (шиной) сдвига с выходом генератора импульсов, первый триггер, соединенный первым входом с выходом первого (младшего) разряда второго регистра сдвига, вторым входом - с выходом старшего разряда второго регистра
сдвига, а первым выходом - со вторым входом третьего элемента И, четвертый формирователь импульсов, соединенный входом со вторым выходом первого триггера, второй элемент задержки, соединенный входом с выходом четвертого формирователя импульсов, третий счетчик импульсов, соединенный счетным (информационным) входом с выходом третьего элемента И, а входом обнуления (сброса) - с выходом третьего элемента задержки, шестая группа элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами третьего счетчика импульсов, а вторыми входами - со вторым выходом первого триггера, второй регистр памяти результата контроля (частоты сокращений сердца), соединенный установочными (информационными) входами поразрядно с выходами шестой группы элементов И, а входом обнуления (сброса) с выходом разряда на единицу предыдущего старшему разряду второго регистра сдвига, второй индикатор результата контроля (частоты пульса, сокращений, сердца), соединенный входами поразрядно с выходами второго регистра памяти результата контроля, в субблоке контроля артериального давления - обратный преобразователь включающий упор ограничения, выполненный из магнитомягкого материала, и соленоид, в составе сердечника соленоида (постоянного магнита), катушки соленоида, мембраны и штока, механически жестко связанного с мембраной и катушкой, четвертый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора тактовых импульсов, второй триггер, соединенный первым входом с выходом датчика пульса сердца, пятый элемент И, соединенный первым входом с выходом датчика пульса сердца, а вторым входом - с первым выходом второго триггера, третий триггер, соединенный первым входом с выходом пятого элемента И, пятый формирователь импульсов, соединенный входом с первым выходом второго триггера, шестой формирователь импульсов, соединенный входом с первым выходом третьего триггера, четвертый элемент задержки, соединенный входом с выходом шестого формирователя импульсов, а выходом - со вторыми входами второго и третьего триггеров, четвертый счетчик импульсов, соединенный счетным (информационным) входом с выходом четвертого элемента И, а входом обнуления (сброса) - с выходом четвертого
элемента задержки, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), соединенный поразрядно входами, с выходами четвертого счетчика импульсов, а выходом - со входом соленоида обратного преобразователя, седьмая группа элементов И, соединенных поразрядно первыми входами с выходами четвертого счетчика импульсов, а вторым входом с выходом пятого формирователя импульсов, восьмая группа элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами четвертого счетчика импульсов, а вторыми входами - с выходом шестого формирователя импульсов, пятый элемент задержки, соединенный входом с выходом четвертого элемента задержки, третий регистр памяти результата контроля, соединенный информационными (установочными) входами поразрядно с выходами седьмой группы элементов И, а входом обнуления (сброса) - с выходом пятого элемента задержки, четвертый регистр памяти результата контроля, соединенный информационными (установочными) входами поразрядно с выходами восьмой группы элементов И, а входом обнуления (сброса) - с выходом пятого элемента задержки, третий индикатор результата контроля (верхнего значения контролируемого параметра), соединенный входами поразрядно с выходами третьего регистра памяти результата контроля, и четвертый индикатор результата контроля (нижнего значения контролируемого параметра), соединенный входами поразрядно с выходами четвертого регистра памяти результата контроля, второй задатчик (допустимого значения аритмии сердца), а в субблоке предупредительной сигнализации - второй задатчик (задатчик допустимого уровня аритмии сердца человека-оператора), второй элемент сравнения, соединенный поразрядно первыми входами с выходами первого регистра памяти результата контроля, а вторыми входами - с выходами второго задатчика, третий задатчик (верхнего допустимого значения частоты пульса сердца), третий элемент сравнения, соединенный поразрядно первыми входами с выходами второго регистра памяти результата контроля, а вторыми входами - с выходами третьего задатчика, четвертый задатчик (нижнего допустимого значения частоты пульса сердца), четвертый элемент сравнения, соединенный поразрядно первыми входами с выходами второго регистра памяти результата контроля, а
вторыми входами - с выходами четвертого задатчика, пятый задатчик (верхнего допустимого значения артериального давления крови), пятый элемент сравнения, соединенный поразрядно первыми входами с выходами третьего регистра памяти результата контроля, а вторыми входами - с выходами пятого задатчика, шестой задатчик (нижнего допустимого значения артериального давления крови), шестой элемент сравнения, соединенный поразрядно первыми входами с выходами четвертого регистра памяти результата контроля, а вторыми входами - с выходами шестого задатчика, элемент ИЛИ, соединенный входами с третьим выходом второго элемента сравнения, с первым выходом третьего элемента сравнения, с третьим выходом четвертого элемента сравнения, с первым выходом пятого элемента сравнения и с третьим выходом шестого элемента сравнения, и предупредительный сигнализатор (выхода хотя бы одного из контролируемы параметров за поле допуска), соединенный входом с выходом элемента ИЛИ, кроме того, датчик пульса сердца выполнен на пьезоэлементе и установлен в обратном преобразователе на его упоре или на штоке.
Функциональные схемы системы сбора и обработки полетной информации представлена на фиг.1, на фиг.2 - схема ее блока контроля состояния человека-оператора, на фиг.3 - схема субблока контроля аритмии сердца блока контроля состояния человека-оператора, на фиг.4 - схема субблока контроля частоты пульса сердца блока контроля состояния человека-оператора, на фиг.5 - схема субблока контроля артериального давления крови блока контроля состояния человека-оператора, а на фиг.6 - схема субблока предупредительной сигнализации блока контроля состояния человека-оператора.
Система сбора и обработки полетной информации содержит (см. фиг.1) на борту летательного аппарата подсистему 1 сбора и передачи информации, а в пункте управления воздушным движением подсистему 2 приема и обработки информации. Подсистема 1 сбора и передачи информации, расположенная на борту летательного аппарата, включает датчики состояния отдельных агрегатов летательного аппарата (на чертеже не показаны), датчик звуковой информации (переговоров, на чертеже не показан), блок 3 сбора и преобразования информации,
соединенный входами с выходами датчиков состояния отдельных агрегатов летательного аппарата, блок 4 регистрации звуковой информации (переговоров), соединенный входом с выходом датчика звуковой информации (переговоров), контрольный бортовой накопитель 5 информации и запасной бортовой накопитель 6 информации, соединенные входами с выходами блока 3 сбора и преобразования информации, блок 7 обработки и подготовки информации, соединенный входами с выходами блока 3 сбора и преобразования информации и блока 4 регистрации звуковой информации (переговоров), и блок 8 передачи информации, соединенный входами с выходами блока 7 обработки полетной информации. Подсистема 2 приема и обработки информации, расположенная в пункте управления воздушным движением, содержит блок 9 приема информации, соединенный по каналу радиосвязи с выходом блока 8 передачи информации подсистемы 1 сбора и передачи информации, блок 10 экспресс-обработки и анализа информации, соединенный входами с выходами блока приема информации, и блок 11 записи исходной информации, соединенный входами с выходами блока 9 приема информации, а в подсистеме 1 сбора и передачи информации, дополнительно, введен блок 12 контроля состояния человека-оператора, соединенный выходами со входами блока 7 обработки и подготовки информации. Блок 12 контроля состояния человека-оператора (см. фиг.2), включает датчик 13 пульса сердца, генератор 14 тактовых импульсов, субблок 15 контроля аритмии сердца, субблок 16 контроля частоты пульса сердца, субблок 17 контроля артериального давления крови и субблок 18 предупредительной сигнализации. Субблок 15 контроля аритмии сердца (см. фиг.3) включает источник 19 постоянного потенциала, первый задатчик 20 (задатчик постоянного потенциала), соединенный входом с выходом источника 19 постоянного потенциала, пороговый элемент 21, соединенный первым входом (а) с выходом датчика 13 пульса сердца, а вторым входом (b) - с выходом первого задатчика 20, первый формирователь 22 импульсов, соединенный входом с выходом порогового элемента 21, первый кольцевой регистр 23 сдвига, соединенный входом (шиной) сдвига с выходом первого формирователя 22 импульсов, первый элемент
24 И, соединенный первым входом (а) с выходом генератора 14 тактовых импульсов, а вторым входом (b) с выходом (а) первого разряда первого регистра 23 сдвига, второй элемент 25 И, соединенный первым входом (а) с выходом генератора 14 импульсов, а вторым входом (b) - с выходом (b) второго разряда первого регистра 23 сдвига, второй формирователь 26 импульсов, соединенный входом с выходом (с) третьего разряда первого регистра 23 сдвига, третий формирователь 27 импульсов, соединенный входом с выходом (d) четвертого разряда первого регистра 23 сдвига, первый элемент 28 задержки, соединенный входом с выходом второго формирователя 26 импульсов, второй элемент 29 задержки, соединенный входом с выходом третьего формирователя 27 импульсов, первый счетчик 30 импульсов, соединенный счетным (информационным) входом (а) с выходом первого элемента 24 И, а входом (с) обнуления - с выходом второго элемента 29 задержки, второй счетчик 31 импульсов, соединенный счетным (информационным) входом (а) с выходом второго элемента 25 И, а входом (с) обнуления - с выходом второго элемента 29 задержки, первый элемент 32 сравнения, соединенный поразрядно первыми входами (а) с выходами первого счетчика 30 импульсов, а вторыми входами (b) - с выходами второго счетчика 31 импульсов, первую группу элементов 33 И, соединенных первыми входами (а) поразрядно с выходами первого счетчика 30 импульсов, а вторыми входами - с    первым выходом (а) первого элемента 32 сравнения, вторую группу элементов 34 И, соединенных первыми входами (а) поразрядно с выходами второго счетчика 31 импульсов, а вторыми входами - с первым выходом (а) первого элемента 32 сравнения, третью группу элементов 35 И, соединенных первыми входами (а) поразрядно с выходами первого счетчика 30 импульсов, а вторыми входами (b) - с третьим выходом (с) первого элемента 32 сравнения, четвертую группу элементов 36 И, соединенных первыми входами (а) поразрядно с выходами второго счетчика 31 импульсов, а вторыми входами (b) - с третьим выходом (с) первого элемента 32 сравнения, первую группу элементов 37 ИЛИ, соединенных поразрядно первыми входами (а) с выходами второй группы элементов 34 И, а вторыми входами (b) - с выходами третьей группы
элементов 35 И, вторую группу элементов 38 ИЛИ, соединенных поразрядно первыми входами (а) с выходами первой группы элементов 33 И, а вторыми входами (b) - с выходами четвертой группы элементов 36 И, арифметический узел 39, соединенный первыми входами (а) поразрядно с выходами первой группы элементов 37 ИЛИ, вторыми входами (b) - поразрядно с выходами второй группы элементов 38 ИЛИ, а третьим входом (с), входом синхронизации, - с выходом первого элемента 28 задержки, пятую группу элементов 40 И, соединенную первыми входами (а) поразрядно с выходами арифметического узла 39, а вторым входом (b) - с выходом третьего формирователя 27 импульсов, первый регистр 41 памяти результата контроля, соединенный информационными (установочными) входами (а) поразрядно с выходами пятой группы элементов 40 И, а входом (с) обнуления (сброса) - с выходом второго формирователя 26 импульсов, и первый индикатор 42 результата контроля (индикатор значения аритмии сердца объекта контроля), соединенный входами поразрядно с выходами первого регистра 41 памяти результата контроля. Субблок 16 контроля частоты сокращений сердца (см. фиг.4) включает третий элемент 43 И, соединенный первым входом (а) с выходом датчика 13 пульса сердца, второй кольцевой регистр 44 сдвига, соединенный входом (шиной) сдвига с выходом генератора 14 импульсов, первый триггер 45, соединенный первым входом (а) с выходом (а) первого (младшего) разряда второго регистра 44 сдвига, вторым входом (b) - с выходом (q) старшего разряда второго регистра 45 сдвига, а первым выходом (а) - со вторым входом (b) третьего элемента 43 И, четвертый формирователь 46 импульсов, соединенный входом со вторым выходом (b) первого триггера 45, третий элемент 47 задержки, соединенный входом с выходом четвертого формирователя 46 импульсов, третий счетчик 48 импульсов, соединенный счетным (информационным) входом (а) с выходом третьего элемента 43 И, а входом (с) обнуления (сброса) - с выходом третьего элемента 47 задержки, шестую группу элементов 49 И, соединенных первыми входами (а) поразрядно с выходами третьего счетчика 48 импульсов, а вторыми входами (b) - со вторым выходом (b) первого триггера 45, второй регистр 50 памяти результата
контроля, соединенный установочными (информационными) входами (а) поразрядно с выходами шестой группы элементов 49 И, а входом (с) обнуления (сброса) с выходом (q-1)-го разряда (на единицу младшего, предыдущего, старшему разряду) второго регистра 44 сдвига, и второй индикатор 51 результата контроля, соединенный входами поразрядно с выходами второго регистра 50 памяти результата контроля. Субблок 17 контроля артериального давления (см. фиг.5) содержит обратный преобразователь, включающий упор 52 ограничения, выполненный из магнитомягкого материала, и соленоид 53, состоящий из постоянного магнита (сердечника соленоида), катушки соленоида, мембраны и штока, на внешней поверхности упора 52 или штока соленоида 53 размещен датчик 13 пульса сердца, шток соленоида 53 механически жестко связан с его мембраной и катушкой, четвертый элемент 54 И, соединенный первым входом (а) с выходом генератора 14 тактовых импульсов, второй триггер 55, соединенный первым входом (а) с выходом датчика 13 пульса сердца, пятый элемент 56 И, соединенный первым входом (а) с выходом датчика 13 пульса сердца, а вторым входом (b) - с первым выходом (а) второго триггера 55, третий триггер 57, соединенный первым входом (а) с выходом пятого элемента 56 И, пятый формирователь 58 импульсов, соединенный входом с первым выходом (а) второго триггера 55, шестой формирователь 59 импульсов, соединенный входом с первым выходом (а) третьего триггера 57, четвертый элемент 60 задержки, соединенный входом с выходом шестого формирователя 59 импульсов, четвертый счетчик 61 импульсов, соединенный счетным (информационным) входом (а) с выходом четвертого элемента 54 И, а входом (с) обнуления (сброса) - с выходом четвертого элемента 60 задержки, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 62, соединенный поразрядно входами, с выходами четвертого счетчика 61 импульсов, а выходом - со входом соленоида 53 обратного преобразователя, седьмая группа элементов 63 И, соединенных поразрядно первыми входами (а) с выходами четвертого счетчика 61 импульсов, а вторыми входами {b) с выходом пятого формирователя 58 импульсов, восьмая группа элементов 64 И, соединенных первыми входами (а) поразрядно с выходами четвертого счетчика
61 импульсов, а вторыми входами (b) - с выходом шестого формирователя 59 импульсов, пятый элемент 65 задержки, соединенный входом с выходом четвертого элемента 60 задержки, третий регистр 66 памяти результата контроля, соединенный информационными (установочными) входами (а) с выходами седьмой группы элементов 63 И, а входом обнуления (сброса) (с) - с выходом пятого элемента 65 задержки, четвертый регистр 67 памяти результата контроля, соединенный информационными (установочными) входами (а) с выходами восьмой группы элементов 64 И, а входом обнуления (сброса) (с) - с выходом пятого элемента 65 задержки, третий индикатор 68 результата контроля (верхнего значения артериального давления крови), соединенный входами поразрядно с выходами третьего регистра 66 памяти результата контроля, и четвертый индикатор 69 результата контроля (нижнего значения артериального давления крови), соединенный входами поразрядно с выходами четвертого регистра 67 памяти результата контроля. Субблок 18 предупредительной (световой и/или звуковой) сигнализации (см. фиг.6) содержит второй задатчик 70 (допустимого значения аритмии сердца), второй элемент 71 сравнения, соединенный поразрядно первыми входами (а) с выходами первого регистра 41 памяти результата контроля, а вторыми входами (b) - с выходами второго задатчика 70, третий задатчик 72 (верхнего допустимого значения частоты ритма сердца), третий элемент 73 сравнения, соединенный поразрядно первыми входами (а) с выходами второго регистра 50 памяти результата контроля, а вторыми входами (b) - с выходами третьего задатчика 72, четвертый задатчик 74 (нижнего допустимого значения аритмии сердца), четвертый элемент 75 сравнения, соединенный поразрядно первыми входами (а) с выходами второго регистра 50 памяти результата контроля, а вторыми входами (b) - с выходами четвертого задатчика 74, пятый задатчик 76 (верхнего допустимого значения артериального давления крови), пятый элемент 77 сравнения, соединенный поразрядно первыми входами (а) с выходами третьего регистра 66 памяти результата контроля, а вторыми входами (b) - с выходами пятого задатчика 76, шестой задатчик 78 (нижнего допустимого значения артериального давления крови), шестой элемент 79
сравнения, соединенный поразрядно первыми входами (а) с выходами четвертого регистра 67 памяти результата контроля, а вторыми входами (b) - с выходами шестого задатчика 78, элемент 80 ИЛИ, соединенный входами с третьим (с) выходом второго элемента 71 сравнения, с первым выходом (а) третьего элемента 73 сравнения, с третьим выходом (с) четвертого элемента сравнения 75, с первым выходом (а) пятого элемента 77 сравнения и с третьим выходом (с) шестого элемента 79 сравнения, и сигнализатор 81 выхода контролируемого(ых) параметра(ов) за поле допуска, соединенный входом с выходом элемента 80 ИЛИ, причем датчик 13 пульса сердца выполнен на пьезоэлементе и установлен в обратном преобразователе на его упоре 52 или на штоке его соленоида 53.
Система сбора и обработки полетной информации, поблочно, работает следующим образом.
14
14
Техническое состояние летательного аппарата контролируется датчиками (на схеме не показаны) отдельных агрегатов летательного аппарата, звуковая информация (переговоры экипажа летательного аппарата - датчиком звуковой информации (на чертеже не показан), а состояние организма человека-оператора - датчиком 13 пульса сердца человека-оператора подсистемы 1 сбора и передачи информации. В подсистеме 1 сбора и передачи информации (см. фиг.1), через блок 3 сбора и преобразования информации состояние датчиков состояния отдельных агрегатов летательного аппарата преобразуется из аналоговой формы представления в дискретную (цифровую) и фиксируется в памяти блоков 5 и 6 бортовых накопителей. Звуковая (речевая) информация с выхода датчика звуковой информации (переговоров) поступает на вход блока 4 записи звуковой информации, где она преобразуется из аналоговой формы в дискретную (цифровую) и фиксируется в памяти блока 4. В исходном состоянии палец О объекта контроля (человека-оператора) размещается в скобе обратного преобразователя, на оси его соленоида 53, а генератор 14 вырабатывает импульсы высокого потенциала U с постоянной частотой f. В блоке 12 контроля состояния человека-оператора (см. фиг.2), соединенном входом с выходом датчика
19
20
п
13
20
п
20
13
20
21
21
22
13 пульса сердца,  вырабатываются численные значения частоты и аритмии сердечной деятельности человека-оператора, верхнего и нижнего давления крови в его организме, а также предупредительный сигнал о выходе хотя бы одного из параметров, характеризующих состояние человека-оператора, за поле допуска. Блок 7 обработки и подготовки информации упорядочивает входную информацию о техническом состоянии летательного аппарата по степени убывания приоритетности и, вместе со звуковой информацией и информацией о состоянии человека-оператора, через блок 8 передачи информации, по каналу связи, отправляет в подсистему 2 приема и обработки информации. Подсистема 2 приема и обработки информации, принятую блоком 9 информацию, в блоке 10 ранжирует по критерию значимости (по степени важности, по приоритету) а в блоке 11 записи информации фиксирует исходную информацию. В блоке 12 контроля состояния человека-оператора, в его субблоке 15 аритмии сердца, на выходе источника 19 постоянного потенциала генерируется высокий постоянный потенциал U, на выходе первого задатчика - заданное значение U=U, при U<U на выходах порогового элемента 21, формирователей 22, 26 и 27, элементов И 24, 25, 33, 34, 35, 36 и 40, элементов задержки 28 и 29, счетчиков 30 и 31, на первых и третьих выходах элемента сравнения 32, на выходах групп элементов ИЛИ 37 и 38, на выходах арифметического узла 39 и на выходах регистра 41 - низкие, нулевые потенциалы, (цепи установки устройства в исходное состояние на чертежах не показаны). Задатчиком 20 устанавливается значение порога срабатывания U=U. Первым импульсом с выхода датчика 13 пульса сердца на время превышения U над значением порога U, устанавливаемым задатчиком 20, на выходе порогового элемента 21 устанавливается высокий потенциал U. По переднему фронту каждого импульса U высокого потенциала с выхода порогового элемента 21 на выходе формирователя 22 генерируется короткий импульс высокого потенциала U, которым состояние регистра 23 сдвига изменяется на очередное, т.е. единица из нулевого разряда регистра 23 переводится в его первый разряд, из первого разряда - во второй, из второго - в третий, из третьего - в четвертый, из четвертого - в первый разряд
30
31
30
1
31
2
30
31
30
31
30
31
30
31
30
30
31
30
и т.д. по кольцу. Первым импульсом с выхода датчика 13 пульса сердца устанавливается высокий потенциал на выходе (а) первого разряда регистра 23 и первом входе (а) элемента 24 И, элемент 24 И открывается и импульсы с выхода генератора 14 тактовых импульсов поступают на счетный вход (а) счетчика 30. Вторым импульсом ритма (пульса) сердца через пороговый элемент 21 и формирователь 22 выход (а) первого разряда регистра 23 обнуляется, а на выходе (b) его второго разряда устанавливается высокий потенциал, которым открывается элемент И 25, а импульсы с выхода генератора 14, через элемент И 25, поступают на счетный вход (а) счетчика 31. В счетчике 30 фиксируется число импульсов N пропорциональное длительности импульса высокого потенциала на выходе (а) первого разряда регистра 23, а в счетчике 31 фиксируется число импульсов U пропорциональное длительности импульса на выходе (b) второго разряда регистра 23. Содержимое счетчиков 30 - N=T и 31 - N=T сравнивается элементом 32 сравнения. По результатам сравнения на первом выходе элемента 32 сравнения устанавливается высокий потенциал при N>N, а остальные его выходы оказываются обнуленными, на втором выходе элемента сравнения 32 устанавливается высокий потенциал при N=N, а на третьем выходе - при N<N при нулевых потенциалах на двух других его выходах. Высоким потенциалом с первого выхода (а) элемента сравнения 32 открываются группы элементов И 33 и 34, а высоким потенциалом с третьего выхода (с) элемента сравнения 32 открываются элементы И 35 и 36. Управление открыванием групп элементов И 33, 34, 35 и 36 обеспечивает вывод содержимого счетчиков 30 и 31 на первые (а) и вторые (b) входы арифметического узла 39. При N<N, содержимое счетчика 30, число N, через группы элементов И 35 и ИЛИ 37, поступает на первые входы (а) арифметического узла 39, а содержимое счетчика 31, через группы элементов И 36 и ИЛИ 38 - на вторые входы (b) арифметического узла 39. При N>N, содержимое счетчика 30, число N, через группы элементов И 33 и ИЛИ 38, поступает на вторые входы (b) арифметического узла 39, а содержимое счетчика 31, через элементы И 34 и ИЛИ 37 - на первые входы (а) арифметического узла 39. Третьим импульсом
39
30
31
31
30
30
1
31
2
1
2
39
30
31
1
2
39
31
30
2
1
39
39
39
пульса сердца на выходе (с) третьего разряда регистра 23 устанавливается высокий потенциал, а второй его выход (b) обнуляется. По переднему фронту высокого потенциала с выхода (с) третьего разряда регистра 23 сдвига на выходе формирователя 26 генерируется короткий импульс высокого потенциала, которым без задержки во времени обнуляется регистр 41 памяти результата контроля, и с задержкой во времени τ, через элемент задержки 28 запускается арифметический узел 39, который вычисляет значение N=N(N)/N(N), а т.к. N=T, и N=T, где T и Т - длительности импульсов высокого потенциала на выходах (а) первого и второго (b) разрядов регистра 23 сдвига, то N=N/N=T/T или N=N/N=T/T, но аритмия α≤1, тогда N=α. Четвертым импульсом сокращения сердца на выходе (d) четвертого разряда регистра 23 устанавливается высокий потенциал, а выходы (a, b и с) его остальных разрядов обнулены. Передним фронтом высокого потенциала с выхода (d) четвертого разряда регистра 23 сдвига формирователь 27 генерирует короткий импульс высокого потенциала, которым без задержки во времени открываются элементы И 40 и содержимое арифметического узла 39, значение N=α, через группу элементов 40 И, поступает на первые входы (а) первого регистра 41 памяти результатов контроля, а с задержкой во времени τ, через элемент задержки 29 счетчики 30 и 31 обнуляются, при этом в регистре 41 памяти результата контроля сохраняется содержимое выходов арифметического узла 39 - N=α. В регистре 39 результата контроля аритмии сердца по каждой последовательности из четырех импульсов сердечных сокращений фиксируется относительный коэффициент а ритмичности работы сердца, и чем он ниже, тем опаснее состояние объекта контроля. Численные значения α аритмии сердечной деятельности, содержимое выходов регистра 41, отображаемое индикатором 42, - высокорепрезентативный, объективный параметр, характеризующий состояние организма человека. В блоке 16 контроля частоты сердечных сокращений, каждым импульсом с выхода генератора 14 тактовых импульсов, единичный потенциал последовательно пробегает все разряды регистра 44. По переднему
48
48
13
48
13
13
62
фронту высокого потенциала с выхода (а) первого разряда регистра 44 первый триггер 45 устанавливается в единичное состояние, на его первом выходе (а) и на втором входе (b) третьего элемента И 43 устанавливаются высокие потенциалы. При этом третий элемент И 43 открывается, а импульсы с выхода датчика 13 пульса сердца, через элемент 43 И, поступают на счетный вход (а) счетчика 48 импульсов. По переднему фронту импульса с выхода разряда (q-1), на единицу младшего максимальному, в регистре 44 сдвига, второй регистр 50 памяти результата контроля обнуляется, а по переднему фронту с выхода (q) старшего разряда регистра 44 сдвига триггер 45 обнуляется, на его единичном выходе (а) устанавливается низкий потенциал, а на его нулевом выходе (b) - высокий потенциал. Тогда элемент И 43 закрывается, счетчик 48 останавливается, его содержимое N, через группу элементов И 49, поступает на информационные входы (а) второго регистра 50 памяти результата. Но при числе разрядов регистра 44 Q, содержимое третьего счетчика 48 и второго регистра 50 однозначно определяется по N=f/Q, а т.к. Q=const, то значение N=f, т.е. содержимое второго регистра 50 памяти результата контроля, отражаемое вторым индикатором 51, несет объективную информацию о частоте f сердечных сокращений. Этот параметр, также однозначно характеризует физическое и/или психологическое состояние организма человека. В блоке 17 контроля артериального давления в исходном состоянии второй 55 и третий 57 триггеры, четвертый счетчик 61 импульсов и третий 55 и четвертый 56 регистры памяти результатов контроля обнулены, а на выходе цифроаналогового преобразователя 62 - нулевой потенциал U, в катушке соленоида 53 обратного преобразователя отсутствует ток. При нулевом значении тока в катушке (в ее обесточенном состоянии), катушка, мембрана и шток находятся в исходном свободном состоянии, определяемом исходным состоянием мембраны. (Цепи обнуления в исходное состояние на чертеже не показаны). При токе в катушке, отличном от нулевого значения, ее положение в пространстве (в осевом направлении соленоида 53), а вместе с нею и мембраны со штоком и датчиком 13 пульса сердца, изменяется и зависит от значения тока, коэрцитивной силы постоянного магнита
14
у
53
53
у
у
вых
у
c
э
m
д
вых
э
э
э
0
0
m
п
п
д
д
п
д
c
0
у
п
0
0
у
53
a
-0,5
и жесткости (эластичности) мембраны. Датчик 13 пульса сердца по каждому импульсу артериального давления (сокращения сердца) генерирует единственный импульс высокого потенциала при его равенстве или превышении внешнего компенсирующего давления. При единичном потенциале на выходе (b) третьего триггера 57 четвертый элемент И 54, по второму входу (b) открыт, и импульсы с выхода генератора 14 тактовых импульсов, через четвертый элемент И 54, поступают на счетный (информационный) вход (а) четвертого счетчика 61 импульсов, состояние его выходов дискретно во времени, с периодом T=1/f, изменяется на одну дискрету (единицу), в результате чего и состояние выхода ЦАП 62, а следовательно, и значение тока I в катушке соленоида 53 изменяется. За полный цикл работы четвертого счетчика 61 импульсов пилообразно, от нуля до максимума изменяется ток в катушке соленоида 53 и положение в пространстве катушки, мембраны и штока, но тогда пилообразно изменяется и сила F(t), действующая в осевом направлении, в сторону упора 52. Расположенная между штоком и упором ногтевая фаланга О пальца человека подвергается механическому воздействию по пилообразному во времени F(t) закону (графику). При изменении тока I в катушке (напряжения U на клеммах катушки) соленоида 53, его передаточная функция определяется по W(s)=X(s)/U=k[(1+sT)(1+sT+Т)], где Х - перемещение катушки, Т=L/R - постоянная времени электромагнита, R и L - активное сопротивление и индуктивность катушки соленоида 53, соответствующие ее начальному положению, T=(mk) (m - масса подвижных частей, k - жесткость мембраны); Т=k/k (здесь k - коэффициент демпфирования); k=2kI/kR) - коэффициент передачи соленоида 53 (k - коэффициент пропорциональности между силой F электромагнита и током I в катушке). Соленоид 53 с силой F, через шток воздействует на палец человека и создает внешнее избыточное давление на артерию P(t)=F(t)/S (здесь S - площадь механического контакта с пальцем человека). На выходе датчика 13 пульса сердца генерируются короткие импульсы высокого потенциала при наступлении равенства артериального давления и внешнего компенсирующего давления (ΔP(t)=0). По первому импульсу с
а
ав
в
a
aн
н
61
aн
62
61
ан
61
aв
ав
ан
70
д
72
д
74
н
76
в
78
н
41
выхода датчика 13 пульса сердца, при Р=Р=Р(1)≠0 (или при P=P=P(t)≠0) триггер 55 переводится в единичное состояние, на его единичном выходе (а) устанавливается высокий потенциал, передним фронтом которого пятый формирователь 58 генерирует на своем выходе короткий импульс высокого потенциала, при этом группа элементов 63 И открывается и содержимое счетчика 61 N≡P фиксируется регистром 66 и отображается индикатором 68. Генерируемый на выходе АЦП 62 пилообразный во времени потенциал U обеспечивает фиксацию N≡P, а по мере изменения содержимого четвертого счетчика 61 импульсов и тока в катушке соленоида 53, при наступлении очередного равенства ΔР=0, на выходе датчика 13 пульса сердца генерируется второй короткий импульс высокого потенциала, которым, через пятый элемент И 56, третий триггер 57 переводится в единичное состояние, при этом четвертый элемент И 54 закрывается, четвертый счетчик 61 импульсов останавливается, по переднему фронту высокого потенциала с единичного выхода триггера 57 формирователем 59 генерируется короткий импульс высокого потенциала, которым содержимое счетчика 61 N≡P фиксируется в четвертом регистре 67 памяти результатов контроля и отображается индикатором 69. С задержкой во времени на выходе четвертого элемента 60 задержки генерируется импульс высокого потенциала, которым обнуляются триггеры 44 и 46 и четвертый счетчик 61 импульсов. В регистрах 66 и 67 зафиксированы значения верхнего Р и нижнего Р артериального давления. В дальнейшем цикл контроля повторяется. Выходная информация выражена численно, не зависит от субъективных факторов наблюдателя, генерируется в масштабе реального времени, репрезентативна и достоверна. В блоке 18 предупредительной сигнализации допустимое значение N≡α аритмии сердца устанавливаются задатчиком 70, верхнее значение N≡f частоты пульса сердца - задатчиком 72, нижнее значение N≡f частоты пульса сердца - задатчиком 74, верхнее значение N≡P артериального давления - задатчиком 76 и нижнее значение N≡P артериального давления - задатчиком 78. Вторым элементом 71 сравнения содержимое N первого регистра
70
41
70
41
70
50
72
50
72
50
72
50
63
50
74
50
74
66
76
66
76
66
76
67
78
67
78
67
78
41 памяти результатов контроля сравнивается с содержимым N задатчика 70, на первом выходе второго элемента 71 сравнения генерируется высокий потенциал при N>N (два других его выхода остаются под низкими потенциалами), на третьем выходе элемента 71 сравнения генерируется высокий потенциал при N<N (два других его выхода остаются под низкими потенциалами). Третьим элементом 73 сравнения содержимое N второго регистра 50 памяти результатов контроля сравнивается с содержимым N задатчика 72, на первом выходе элемента 73 сравнения генерируется высокий потенциал при N>N (два других его выхода остаются под низкими потенциалами), на третьем выходе элемента 73 сравнения генерируется высокий потенциал при N<N (два других его выхода остаются под низкими потенциалами). Четвертым элементом 75 сравнения содержимое N второго регистра 50 сравнивается с содержимым задатчика 74 N, при этом на первом выходе элемента 75 сравнения генерируется высокий потенциал при N>N (два других его выхода остаются под низкими потенциалами), на третьем выходе элемента 75 сравнения генерируется высокий потенциал при N<N (два других его выхода остаются под низкими потенциалами). Пятым элементом 77 сравнения содержимое N третьего регистра 66 памяти результатов контроля сравнивается с содержимым N задатчика 76, на первом выходе элемента 77 сравнения генерируется высокий потенциал при N>N (два других его выхода остаются под низкими потенциалами), на третьем выходе элемента 77 сравнения генерируется высокий потенциал при N<N (два других его выхода остаются под низкими потенциалами). Шестым элементом 79 сравнения содержимое N четвертого регистра 67 памяти результатов контроля сравнивается с содержимым N задатчика 78, на первом выходе элемента 79 сравнения генерируется высокий потенциал при N>N (два других его выхода остаются под низкими потенциалами), на третьем выходе элемента 79 сравнения генерируется высокий потенциал при N<N (два других его выхода остаются под низкими потенциалами). Содержимое (высокий, единичный, потенциал) первого и третьего выходов элемента 71 сравнения, первого выхода элемента 73 сравнения, третьего выхода элемента 75 сравнения, первого
41
70
50
73
50
73
66
76
67
78
выхода элемента 77 сравнения и третьего выхода элемента 79 сравнения, через элемент 80 ИЛИ, поступает на вход сигнализатора 81. Сигнализатором 81 генерируется звуковой и/или световой сигнал(ы) предупреждения о выходе одного из контролируемых параметров работы сердца за пределы допуска, т.е. при выполнении хотя бы одного из неравенств N<N, N>N, N<N, N>N или N<N.
Т.о., система сбора и обработки полетной информации обеспечивает получение предупредительной сигнализации о выходе хотя бы одного контролируемого параметра за поле его допуска, численной объективной, высокорепрезентативной информации о текущих значениях контролируемых параметров, в масштабе реального времени, что расширяет функциональные возможности устройства. Достоинством предлагаемой системы является и то, что артерия фаланги пережимается только периодически, чем обеспечивается возможность длительной регистрации кривых изменения аритмии сердца, его частоты и артериального, как систолического, так и диастолического, давления, а также возможность объективно, в реальном масштабе времени, получать предупреждение о нарушении работы сердца. Последнее особенно важно в отношении высокодинамичных эргатических систем с человеком-оператором в контуре управления, например в авиации, т.к. сигнал о выходе любого из контролируемых параметров за допустимые пределы может быть использован в целях предупреждения (недопущения) аварийных ситуаций, со значительными людскими и материальными потерями, или минимизации их последствий. Выходную информацию о работе сердца человека-оператора допустимо, наравне с информацией о техническом состоянии эргатической системы, фиксировать на машинных носителях для анализа нарушений ее функционирования.
Источники информации:
1. Лившиц Г.И. Оранжевый и «черный ящик». // Наука и жизнь, №1. - Москва: 1993. - с.16-20.
2. Скубилин М.Д., Письменов А.В., Головин С.Г., Бублей С.Е. Система сбора и обработки полетной информации. // Технология и конструирование в электронной аппаратуре, №2 (56). - Одесса: 2005. - с.6-9.