Устройство для ориентации слепых

Устройство даш Ь рйентации слепых
Полезная модель относится к медицинской технике, нредназначенной для ориентирования слепых в пространстве.
Известны технические системы и приборы в помощь инвалидам по зрению и слепым для ориентации в окружающей их обстановке, основанные на использовании ультразвукового излучения.
Может служить примером способ акустического представления пространственной информации для инвалидов по зрению (патент № 2085162, A61F 9/08, БИ №21 1997г.) , который заключается в излучении ультразвукового импульса, разделении в бинауральном приемнике эхосигнала на два ультразвуковых микрофона, усилении, переработке в каждом канале приема и последующем восприятии сигналов звуковым анализатором человека; переработка сигналов осуществляется путем временного растяжения.
Сигнал, получаемый данным методом, несет информацию главным образом о расстоянии до объекта, и его временное растяжение требует сложной схемотехники и соответственно громоздкой аппаратурной реализации.
Известно также устройство для ориентации слепых, выбранное в качестве прототипа (патент №2040921, A61F 9/08, БИ №22 1995 г.) - 21.
Устройство содержит очки, стекла которых выполнены из оптически прозрачного материала и состоят из двух частей - внешней и внутренней, образующих между собой замкнутую полость. На внутренней поверхности внешних частей стекол нанесено маскирующее покрытие. На внутренней поверхности внешней части одного из стекол размещены передающий узел, который выполнен в виде микросхемы, и передающий излучатель; на внутренней поверхности внешней части другого стекла размещены приемный узел, выполненный в виде микросхемы, и приемный излучатель, A61F9/08
на входе которого установлен фильтр, прозрачный для рабочей частоты . Здесь же размещен блок сигнализации в виде преобразователя электрического сигнала в акустический сигнал. Передающий и приемный излучатели закреплены над окнами, выполненными в маскирующем покрытии, в которых соответственно размещены фокусирующие элементы, выполненные в виде зонированных линз, представляющих собой голограмму линзы Френеля. На выходе приемного узла включен пороговый блок, опорный вход которого соединен с выходом передающего узла посредством отрезка проводника, пропущенного через отверстие в носовой перемычки оправы очков. Входы питания передающего и приемного узлов соединены с блоком питания, размещенным в отдельном корпусе, носимом в кармане.
Недостатком устройства является ограниченность информации, поступающей к пользователю: звуковой сигнал вырабатывается устройством непосредственно перед столкновением с препятствием, не давая информации о расстоянии до препятствия, о его положении относительно человека, что ограничивает свободную ориентацию слепого в окружающем пространстве.
Предлагаемое устройство решает задачу улучшения ориентации слепого в окружающем пространстве за счет увеличения объема воспринимаемой информации путем введения величин, характеризующих расстояние до объекта и его положение в пространстве относительно пользователя.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для ориентации слепых, содержащее очки, стекла которых выполнены из оптически прозрачного материала и состоят из двух частей - внешней с нанесенным на внутренней стороне маскирующим покрытием и внутренней, образующих между собой полость, первый канал передачи, содержащий передающий излз атель с фокусирующим устройством, расположенный над окном, выполненном в маскирующем слое, первый канал приема, содержащий последовательно соединенные приемный излучатель с фокусирующим устройством, расположенный над своим окном в маскирующем слое, и
полосовой фильтр, блок сигнализации, содержащий цепь преобразования электрического сигнала в акустический или тактильный и устройство сигнализации, и блок питаиия, дополнительно содержит второй канал передачи, который, как и первый канал передачи, состоит из последовательно соединенных генератора прямоугольных импульсов, усилителя мощности и передающего излучателя с фокусирующим устройством, второй канал приема, который, как и первый канал приема, состоит из последовательно соединенных приемного излучателя с фокусирующим устройством и полосового фильтра, причем первый и второй приемные каналы подключены к блоку сигнализации, который состоит из двух цепей, содержащих последовательно соединенные детектор, усилитель мощности и устройство сигнализации и образующих цепи для получения информации о пространственном положении препятствия, а для получения информации о расстоянии до препятствия блок сигнализации дополнительно содержит третью цепь, содержащую полусумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами синхронных детекторов соответственно первого и второго каналов приема, и генератор, управляемый напряжением, вход которого соединен с выходом полусумматора, а выход - со вторыми входами усилителей мощности соответственно первого и второго каналов приема, при этом первые входы синхронных детекторов подключены к выходам полосовых фильтров соответствующего канала приема, а вторые входы - ко вторым выходам усилителей мощности соответствующего канала излучения.
Сущность полезной модели поясняется на Фиг. 1 - Фиг. 2.
Здесь:
1- Генератор прямоугольных импульсов 1-го канала излучения;
2- Генератор прямоугольных импульсов 2-го канала излучения;
3- Усилитель мощности 1-го канала излучения;
jjOvl /S
6- Излучатель 2-го канала излучения;
7- Приемный излучатель 1 -го канала нриема;
8- Приемный излучатель 2-го канала приема;
9- Полосовой фильтр 1-го канала нриема;
10- Полосовой фильтр 2-го канала приема;
11- Блок сигнализации;
12, 13 - Синхронные детекторы;
14, 15 - Усилитель мощности с коэффициентом усиления,
управляемым напряжением;
16- Полусумматор;
17- Генератор, управляемый напряжением; 18,19 - Головные телефоны (наушники).
Устройство для ориентации слепых содержит очки, стекла которых выполнены из оптически прозрачного материала В.В. Козелкин, И.Ф. Усольцев Основы инфракрасной техники - М.: Машиностроение, 1985г. Материалы для оптических систем ИК - приборов - 3 и состоят из двзгх частей - внешней и внутренней. На внутренней стороне внешних частей стекол очков нанесено маскируюш;ее покрытие. Части стекол образуют полость между собой - 2.
Па Фиг. 1 представлена блок-схема устройства для ориентации слепых. Излучаюшая, передающая часть устройства содержит два канала излучения, каждый из которых содержит последовательно соединенные генераторы прямоугольных импульсов 1, 2, усилители мощности 3, 4 и излучатели 5, 6 с фокусирующими устройствами, например, светодиоды, размещенные в диэлектрическом тубусе. Приемная часть устройства также содержит два канала приема излучения, каждый из которых состоит из последовательно соединенных приемников излучения 7, 8 с фокусирующими устройствами, например, фотодиодов, и полосовых фильтров 9, 10. Устройство включает в себя блок сигнализации 11, который состоит из трех цепей, первая и вторая из которых содержат последовательно соединенные
-W
синхронные детекторы 12, 13, двухвходовые усилители мощности 14, 15 и устройство сигнализации, например, стереофонические головные телефоны 18, 19 (например, наушники ТМБА). Третья цепь блока сигнализации содержит полусумматор 16, первый и второй входы которого соединены с выходами синхронных детекторов 12, 13 первого и второго каналов приема, и генератор, управляемый напряжением, 17, вход которого соединен с выходом полусумматора 16, а выход - со вторыми входами усилителей мощности 14, 15. Первая и вторая цепи блока сигнализации предназначены для получения информации о пространственном положении препятствия, а третья цепь - для получения информации о расстоянии до препятствия. Вторые входы синхронных детекторов 12, 13 каналов приема подключены на вторые выходы усилителей 3, 4 соответствующего канала излучения. Конструктивно первый передающий и первый приемный каналы расположены между внешней  внутренней частями правых стекол очков поверх маскирующего покрытия, и соответственно второй передающий и второй приемный каналы - между внешней и внутренней частями левьгх стекол очков поверх маскирующего покрытия. Причем, в маскирующем покрытии выполнены окна, против которых располагаются соответствующие приемники и излучатели со своими фокусирующими устройствами. Блок сигнализации и блок питания (на схеме не указан) располагаются в дужках очков.
Внешняя и внутренняя части стекол герметично закрывают электронную часть конструкций. На концах дужек очков на уровне ушной раковины расположены наушники (например, ТМВА), которые не вставляются в ухо, тем самым позволяют не терять восприятие окружающих звуков.
Устройство для ориентации слепых работает следующим образом.
При включении источника питания нажатием кнопки на дужке очков, где расположен блок питания, необходимое напрял :ение питания подается на передающие и приемные каналы. Для получения информации о
0{
пространственном положении препятствия здесь применен стереофонический эффект, для чего генераторы прямоугольных импульсов 1, 2 вырабатывают импульсные сигналы с разной частотой. Генератор прямоугольных импульсов 1 первого канала вырабатывает импульсный сигнал частотой, например, 1 1сГц, а генератор импульсов 2 - импульсный сигнал частотой, например, 3 кГц, что позволяет разнести сигналы в каналах для стереофонического эффекта восприятия сигнала. Эти разные по частоте сигналы усиливаются по мощности на усилителях 3, 4 первого и второго канала соответственно и излучаются источниками электромагнитного излучения 5, 6 в окружающее пространство. При отсутствии препятствия, расположенного в радиусе действия устройства, излучаемая энергия сигнала рассеивается в окружающей среде, и на входах приемных излучателей фотоприемников (например, фотодиода) 7, 8 сигнал отсутствует.
При наличии препятствия отраженный сигнал первого и второго каналов излучения попадает на приемные излучатели 7, 8 соответственно первого и второго каналов приема. Далее сигналы, проходя через полосовые фильтры 9, 10, которые отсекают помехи и пропускают рабочую частоту излучения первого и второго канала соответственно, поступают на синхронные детекторы 12, 13, куда одновременно приходит сигнал с усилителей мощности 3, 4 первого и второго каналов излучения соответственно, что позволяет г олучить на выходах синхронных детекторов 12, 13 напряжение, обратно пропорциональное квадрату расстояния до объекта. Напряжения Uin U2 первого и второго каналов соответственно с синхронных детекторов 12, 13 суммируются на полусумматоре 16, на выходе которого мы получаем напряжение U(Ui+U2)/2. Это напряжение воздействует на генератор, управляемый напряжением, 17, на выходе которого сигнал будет постоянной амплитуды, но переменной частоты. Чем ближе будет расположен объект (препятствие), тем выше будет тон сигнала, его частота. Затем напряжение принятого и преобразованного сигнала поступает на вторые входы усилителей мощности 14, 15. Таким образом, мы
w
получаем сигнал, несущий информацию о расстоянии до препятствия.
Кроме этого, устройство позволяет получить информацию о пространственном положении препятствия. Для этого напряжение сигнала с синхронных детекторов 12, 13 подается на первые входы усилителей мощности 14, 15 соответственно первого и второго каналов приема, от уровня которого зависит коэффициент усиления усилителей. На выходе синхронного детектора 12 первого канала приема сигнал будет иметь напряжение, равное напряжению сигнала на выходе синхронного детектора 13 второго канала приема при условии, что до препятствия излученные сигналы с обоих каналов излучения прошли равные расстояния. При неравенстве этих расстояний амплитуда напряжения на выходе синхронного детектора одного из каналов будет больше, чем на выходе синхронного детектора другого канала.
Разница этих напряжений находится в пропорциональной зависимости от углового положения препятствия (Фиг. 2) и содержится в интенсивности принятого сигнала
E(l-sin a) / (  d), где
d - расстояние между излучателями, а - угол расположения препятствия относительно человека, Е - интенсивность принятого сигнала.
Чем больше угол расположения препятствия относительно человека, тем больше будет разница амплитуд звукового сигнала, большая амплитуда соответствует ближе расположенной части препятствия. Таким образом, на входы усилителей 14, 15 поступает два сигнала, один из которых несет информацию в частоте, а другой в амплитуде. Уровень громкости мелодии зависит от расстояния и углового положения препятствия относительно человека, эта информация через головные телефоны (наушники) 18, 19 в стерео звуковом виде поступает к человеку.
Таким образом, устройство позволяет пользователю лучше ориентироваться в окружающем его пространстве. Конструкция устройства не создает дискомфорта пользователю, наушники расположены на уровне
ушной раковины, а не в ушах, что позволяет не терять связи с окружающим миром, блок питания, расположенный в душках очков, рассчитан на минибатарейки, что позволяет избежать использования проводников как при отдельно расположенном блоке питания. Конструкция устройства проста и надежна в эксплуатации.
tms