Электромагнитный метод сущность метода кратко

Обновлено: 04.07.2024

Автоматизация производства влечёт за собой сокращение до минимума моторных функций человека-оператора и расширение сенсорных функций. Основной поток информации при такой деятельности идёт через зрение, например, от приборного щита, часто насыщенного приборами сверх меры. Поэтому существует проблема оптимизация условий приёма информации оператором. Например, возникают вопросы – какой маршрут обзора приборного щита рационален? Как расположить приборы? С какой скоростью воспринимается информация? и т.д. Один из эффективных методов анализа деятельности оператора-наблюдателя основан на регистрации движения глаз. Для регистрации движения глаз служат методы окулографии.

У физиологов существуют две точки зрения на роль движения глаз. Либо движение - это просто наведение на чувствительное место дна сетчатки fovea centralis изображения объекта. Либо моторика глаз оказывает непосредственное воздействие на оценку пространственных свойств объектов и весь процесс формирования зрительных образов.

Различают два вида движений глаз – макродвижения и микродвижения. К макродвижениям относятся скачок глаза и фиксация взгляда на каком-либо объекте. Информация получается при фиксации глаза. Существуют различные данные о скорости таких движений. Если скачок происходит менее чем на 1 0 , то на это уходит 10 – 20 мс, скачок до 10 0 занимает около 60 мс, 20 0 - 70 мс, 30 0 – 90 мс, 40 0 100-120 мс. Наибольшая скорость наблюдается при скачке на 20 0 и может достигать ~ 400 0 /с.

Ещё один вид макродвижений глаз - плавное просматривающее движение, когда глаз остаётся фиксированным на движущемся объекте.

Микродвижения – это непроизвольные движения, которыми сопровождается процесс фиксации неподвижных объектов. Видами микродвижений являются дрейф, тремор (частота дрожаний 30 – 150 Гц, амплитуда 20 – 40 ’’ ) и мелкие непроизвольные скачи (микросаккады). Микросаккады происходят на десятки угловых минут за 10 – 20 мс.

Окулографический анализ особенно эффективен в тех случаях, когда проектированию средств отображения информации предшествует лабораторный эксперимент на модели такого средства. С помощью окулографии выполняются следующие работы:

1) анализ маршрутов обзора на основе окулографии;

2) анализ распределения плотности точек фиксации зрения (по панели, по информационным элементам этой панели);

3) анализ данных по продолжительности фиксаций глаз на отдельных элементах поля обзора;

4) сравнение окулографических данных с опросом испытуемых.

Для регистрации движений глаз могу использоваться следующие методы:

1) визуальные наблюдения за перемещением зрачков испытуемого;

2) механическая запись движения глаз. К поверхности глаза прижимается рычаг или эластичный баллончик с газом и через систему рычагов осуществляется запись на бумаге. Очень громоздко и неудобно. Методы 1 и 2 устарели;

3) киносъёмка движения глаз;

4) запись роговичного блеска. Следят за отражением луча света, отражённого от роговицы;

5) отражение от специального зеркальца, укреплённого на роговице;

6) электроокулографический метод;

7) телевизионный метод. В нём используются две телекамеры, причём одна камера направлена на объект, а другая – на глаза испытуемого. Вначале человек говорит, куда смотрит. Туда и направляется камера, отслеживающая объект. Это калибровка системы;

8) электромагнитный метод. В этом методе на присоске к глазному яблоку присоединяется миниатюрная магнитная катушка, а на лице крепятся 4 другие катушки. В них индуцируется ЭДС как во вторичной обмотке трансформатора. Но таким образом можно регистрировать перемещения глаза не более 3 минут, так как при этом у испытуемых возникают неприятные ощущения.

Электроокулография нашла применение в результате очень существенных преимуществ. В этом методе к глазу не прикасаются, незначительные перемещения головы не влияют на результат измерений, время записи не ограничено и запись можно проводить дистанционно.

Принципиальная основа метода ЭОГ

Электроокулография возможна благодаря разности потенциалов между роговицей и сетчаткой, т.е. между передним и задним полюсами глазного яблока. Роговица заряжена положительно, а сетчатка - отрицательно. Разность потенциалов составляет приблизительно 6 мВ. Эта разность называется корнео-ретинальным потенциалом КРП. Электрическая ось глазного яблока совпадает со зрительной осью глаза. По-существу, глаз представляет собой поворачивающийся диполь. Если прикрепить электроды к переносице и к виску, то при повороте диполя к носу на носовом электроде будет положительный потенциал, а височный электрод примет отрицательный потенциал. Таким образом, знак потенциала указывает, в какую сторону повёрнут глаз, а величина сигнала есть мера степени поворота. Представление о типичных величинах сигнала ЭОГ можно получить из примера: при сопротивлении кожи порядка 2000 Ом поворот глаза на 30 0 меняет разность потенциалов на ~ 1 мВ. Электроды имеют вид чашек диаметром 5 мм, впадины которых заполнены электропроводной пастой. Перед установкой электродов кожа обезжиривается смесью спирта и эфира. В космонавтике принято при установке электродов протирать дополнительно кожу пемзой, чтобы удалить с её поверхности омертвевшие клетки эпителия. В результате сопротивление между электродами снижается до 2 – 3 кОм.

В электроокулографии используются монополярные и биполярные отведения. Монополярные отведения используют один общий опорный электрод. Оперный электрод обычно устанавливается у основания спинки носа. При биполярных отведениях потенциалы снимаются с парных электродов (над глазом и под ним, на виске и у переносицы). Обычно величина сигнала около 15 мкВ на 1 0 поворота глаза. Если для снятия ЭОГ используются 2 пары электродов, то совмещённая регистрация горизонтальных и вертикальных составляющих сигнала называется векторной электроокулограммой в отличие от регистрации отдельных горизонтальных и вертикальных движений с временной развёрткой. Для уменьшения помех используют электрод заземления, накладываемый на мочку уха, у верхнего края середины лба или на предплечье. Сигналы ЭОГ регистрируются на энцефалографе или на ВЭКС (векторном электрокардиоскопе). Векторная ЭОГ очень подходит для изучения маршрутов обзора объекта (например, приборной панели). Раздельная регистрация горизонтальных и вертикальных движений глаз применяется при анализе основных временных характеристик движения глаз, амплитуды отдельных скачков или общей глазодвигательной активности человека-оператора. Эту операцию удобно проводить на электроэнцефалографе.

1) анализ маршрутов обзора на основе окулографии;

2) анализ распределения плотности точек фиксации зрения (по панели, по информационным элементам этой панели);

3) анализ данных по продолжительности фиксаций глаз на отдельных элементах поля обзора;

4) сравнение окулографических данных с опросом испытуемых.

Для регистрации движений глаз могу использоваться следующие методы:

1) визуальные наблюдения за перемещением зрачков испытуемого;

3) киносъёмка движения глаз;

4) запись роговичного блеска. Следят за отражением луча света, отражённого от роговицы;

5) отражение от специального зеркальца, укреплённого на роговице;

6) электроокулографический метод;

Принципиальная основа метода ЭОГ

Электромагнитные методы очистки грунтов от загрязнений основаны на действии различных электромагнитных полей как на сами вещества-загрязнители, так и на естественные химикоминеральные компоненты грунтов. С помощью этих методов загрязнители могут удаляться из массива, разрушаться на месте или могут быть локализованы защитными экранами.[ . ]

Электромагнитный метод контроля в медицине и биологии начали использовать в начале XX века. Так, в 1924 году было установлено, что кожа обладает способностью флюоресцировать синеватым цветом, оттенки которого у разных людей неодинаковы. Интенсивность и цвет флюоресценции кожи зависит от ее пигментации, кровенаполнения, состояния рецепторов, желез и др.[ . ]

Метод кинетической хемилюминесценции, реализованный в приборе типа ЛИК, может быть использован для оценки активности воды по энергетическому состоянию ассоциатов (через концентрацию и энергию связи ион-радикалов в комплексах) и интенсивности воздействующих факторов среды (акустические и электромагнитные поля, включая вихревые электромагнитные поля) по временным изменениям параметров ион-радикалов, синтезу относительно стойких активных форм кислорода (перекиси водорода), эмиссии свободных радикалов (ОН , Н02 ), в том числе при пиннинге вихрей, так как перенос электронов из ион-кристаллических ассоциатов сопровождается образованием макроскопических пакетов реакционно-способных свободных радикалов.[ . ]

Методы дистанционного зондирования основаны на том, что юбой объект излучает и отражает электромагнитную энергию в оответствии с особенностями его природы. Различия в длинах оли и интенсивности излучения могут быть использованы для зучения свойств удаленного объекта без непосредственного кон-акта с ним [69].[ . ]

Методы концентрирования основываются на способах разделения изотопов. В них используется либо различие массы изотопов (электромагнитное разделение, диффузия, термодиффузия, центрифугирование), либо различие нулевой энергии колебаний ядер в молекулах или молекул в кристаллических решетках или жидк(их телах, которое, в свою очередь, связано с различием массы изотопов (фракционная перегонка, применение обменных реакций, электролиз).[ . ]

Метод основан на измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами свинца.[ . ]

Электромагнитное экранирование является одним из основных методов защиты от низкочастотных и радиоизлучений. Экранирование может быть полным или частичным. Для электромагнитного экранирования используются главным образом материалы с высокой электрической проводимостью (медь, латунь, алюминий и его сплавы, листовые материалы из стали, металлические сетки).[ . ]

Уровень электромагнитных излучений АТС и методы их измерения также нормируются (табл. 5.14).[ . ]

Основным методом исследования при изучении ионосферы является изучение отражения электромагнитных волн (радио) от верхних ионизированных частей ионосферы. Сильное электромагнитное поле. Космические и солнечные материальные излучения играют большую роль. Примерно от 500 до 100 км от уровня геоида [3] . Температура повышается непрерывно кверху. На 235,6 км, по наблюдениям Уиппля [5], она равняется 100° С .[ . ]

Рассеяние электромагнитного излучения — один из наиболее эффективных методов исследования структуры и свойств вещества. Даже при ограничении только видимой областью спектра исследование светорассеяния может быть использовано для решения широкого круга самых различных проблем. Прекрасный обзор современного состояния этой области дан в работе Дебая [1].[ . ]

Абсорбционный метод спектрального газового анализа для контроля оксида углерода. Метод основан на свойстве молекул веществ избирательно поглощать часть проходящего через них электромагнитного излучения. Специфичность спектра поглощения позволяет качественно определять состав газовых смесей, а интенсивность абсорбционного спектра связана с количеством поглощающего энергию вещества. Инфракрасные спектрометры-газоанализаторы нашли применение при контроле содержания оксида углерода на уровне ПДК и ниже.[ . ]

Флуоресцентные методы газового анализа для контроля диоксида серы и сероводорода. Явление флуоресценции — свойство возбужденных молекул вещества испускать свет под воздействием электромагнитного излучения. При облучении пробы газа, содержащего диоксид серы, ультрафиолетовым светом (214 нм) молекулы S02 переходят из возбужденного в нормальное состояние, разряжаясь частично на флуоресценцию (максимум интенсивности флуоресценции в данном случае лежит в области волн 350 нм). Интенсивность излучения, пропорциональная содержанию диоксида серы, регистрируется фотоумножителем.[ . ]

Рассмотрим основные методы защиты от электромагнитных излучений. К ним следует отнести рациональное размещение излучающих и облучающих объектов, исключающее или ослабляющее воздействие излучения на персонал; ограничение места и времени нахождения работающих в электромагнитном поле; защита расстоянием, т. е. удаление рабочего места от источника электромагнитных излучений; уменьшение мощности источника излучений; использование поглощающих или отражающих экранов; применение средств индивидуальной защиты и некоторые др.[ . ]

Одним из практически полезных методов почвенного контроля является метод изучения поверхностных радиоволн в различных его вариантах. К поверхностным радиоволнам относят электромагнитные волны, которые при своем распространении как бы прижаты к земной поверхности. Примером поверхностных радиоволн могут служить волны, излучаемые радиовещательными станциями.[ . ]

Исследования различных схем и методов детектирования поглоще-, ния в СВЧ-диапазоне показали, что наиболее чувствительным является оптико-акустический метод детектирования [60, 61], основанный на преобразовании поглощаемой газом электромагнитной энергии в тепловую и регистрации пульсации давления в замкнутой ячейке чувствительным датчиком давления. На рис.[ . ]

Общее определение спектрометрических методов охватывает все методики, основанные на явлениях испускания или поглощения (и, возможно, связанной с этим флуоресценции) электромагнитного излучения в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра. Мы не будем касаться спектроскопии, хотя в хронологическом порядке спектроскопия была первым из этих методов, и ограничимся рассмотрением спектрометрии и в особенности методов измерения спектров испускания. Основным принципом, на котором базируются такие аналитические методы, является тот факт, что любой элемент, находясь в возбужденном состоянии, имеет собственный специфический спектр испускания. Это определяет широкое применение спектрометрии испускания для выяснения состава смесей или соединений и необходимость ее использования при исследовании пылевых частиц.[ . ]

Для защиты населения от’неионизирующих электромагнитных излучений, создаваемых радиотелевизионными средствами связи и радиолокаторами, также используется метод защиты расстоянием. С этой целью устраивают санитарно-защитную зону, размеры которой должны обеспечить предельно допустимый уровень напряженности поля в населенных местах. Коротковолновые радиостанции большой мощности (свыше 100 кВт) размещают вдали от жилой застройки, вне пределов населенного пункта.[ . ]

Автоматический титрометр ТФ-1 основан на методе фотометрического титрования и предназначен для определения концентраций кислот, щелочей, солей металлов и некоторых окислителей и восстановителей. Измерительная ячейка снабжена электромагнитной вибрационной мешалкой. Фотоэлектрическая система состоит из источника света — лампы накаливания и фоторезистора. Измерение расхода титрующего раствора осуществляется с помощью дифференциальной индукционной катушки, реагирующей на перемещение поршня ти-тровальной бюретки. Минимальная определяемая концентрация —0,001 вес.%. Основная погрешность, продолжительность цикла и запаздывание такие же, как у прибора ТП-1. Допускается наличие в анализируемой жидкости механических примесей до 0,05 вес.% при крупности частиц до 0,05 мм.[ . ]

Лазерная локация относится к дистанционным методам исследований. В основе ее — рассеяние электромагнитных волн на компонентах воздушного бассейна. Импульс лазерного излучения посылается в пространство по заранее выбранной трассе, пересекающей исследуемую область атмосферы. Рассеянная часть излучения регистрируется чувствительными приемником. По интенсивности принятого излучения оценивается его концентрация, по запаздыванию — расстояние, а по спектральному составу — вид загрязнения. Пространственное разрешение результатов достигает 100 метров, а радиус лазерной локации может измеряться многими километрами. Энергопотребление измерительного комплекса — несколько киловатт, для обслуживания достаточно трех человек.[ . ]

Продемонстрируем возможности непараметрических методов статистики при обработке данных по скоростям коррозии, полученных на коррозиметре Моникор-2. Были получены два массива данных скорости коррозии до и после магнитной обработки жидкости с использованием электромагнитной установки УМПЛ. Используя медианный критерий, оценим, оказывает ли влияние магнитная обработка на коррозионную активность жидкости.[ . ]

Опубликованные данные свидетельствуют о том, что электромагнитное поле является мощным физическим раздражителем, который может вызвать функциональные и органические нарушения всех систем организма. В связи с этим необходимо вести постоянный контроль за уровнем интенсивности полей от источников излучения, а также владеть методами математического расчета напряженности электромагнитного поля. Это имеет большое значение при выборе оптимальных гигиенических условий для разМв щения радиостанций вблизи населенных мест, организации санитарно-защитных зон для охраны населения от вредного воздействия полей. Принято биологические оценки проводить по злектр11 ческой составляющей ЭМИ.[ . ]

При очистке семенного материала используют следующие методы: выделение семян в электрическом или электромагнитном поле; гидросепарация семян; очистка на пневмогравитационных установках.[ . ]

Спектрофотометрия, основанная на поглощении определенного электромагнитного излучения в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, среди всех инструментальных методов анализа является наиболее важной и следовательно, может •оказаться ценной для анализа загрязнений атмосферы.[ . ]

Для сохранения озонового пояса Земли существуют как пассивные методы (уменьшение выбросов в атмосферу фреонов, замена их экологически безопасными веществами), так и активные. В США и России начаты работы по активным методам, основанным на сложных физико-химических процессах (инициируемых специальными воздействиями), способствующих либо уменьшению скорости разрушения озона в стратосфере, либо его образованию. Это химическое воздействие на стратосферу в районе “озоновой дыры” в Антарктиде с применением этана и пропана, которые будут связывать атомарный хлор, разрушающий озон, в пассивный хлористый водород. И, наконец, самые современные методы с помощью электромагнитного излучения, электрических разрядов, лазерного излучения, которые в результате фотодиссоциации кислорода будут способствовать образованию озона (Старик, Фаворский и др., 1993). Все это в конечном счете дает возможность уничтожить “озоновые дыры” в околополярных пространствах и сохранить озоновый экран, а значит и земную цивилизацию.[ . ]

Как правило, в научно-технической и медицинской литературе под электромагнитными полями понимают электромагнитные колебания в частотном диапазоне от 0 Гц до 300 ГГц, хотя инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, излучение видимого диапазона, ионизирующие излучения также имеют электромагнитную природу. Пример электромагнитных колебаний наглядно иллюстрирует известный закон философии о переходе количественных изменений в качественные - с изменением частоты электромагнитных колебаний происходят качественные изменения в свойствах электромагнитного поля, характере воздействия на биологические объекты и, соответственно, в методах защиты.[ . ]

Технология очистки промышленных сточных вод представляет собой комбинацию механических, физико-химических методов и методов электрообработки. На предварительной стадии очистки технологии включают гравитационный отстой, пенную флотацию, гидрофобную фильтрацию, электромагнитную обработку, электрохимическое введение коагулянта. На стадии тонкой очистки - электрофлотацию, фильтрацию и контактное осветление на зернистых загрузках. Дополнительное введение реагентов позволяет эффективней использовать коагулянт и окислять растворенные органические компоненты загрязнений. Фильтрующие свойства зернистых загрузок восстанавливаются обратной промывкой очищенной водой по истечении фильтроцикла.[ . ]

Отличные результаты, полученные исследователями при измерениях скоростей Гольфстрима, не должны давать повод для увлечения электромагнитным методом в тех практических случаях, когда неизбежные погрешности могут превышать измеряемую величину. Если бесспорным является преимущество метода при измерениях, например приливных течений (охватывающих всю толщу вод) в высоких и средних широтах, то столь же бесспорной является неприменимость метода при исследовании поверхностных слабых течений, даже в средних широтах, и полная несостоятельность метода при попытках применения его в низких широтах, где вертикальные составляющие напряженности геомагнитного поля малы.[ . ]

Процессы в неорганических сверхпроводниках имеют важное значение как для объяснения электрофизических процессов в ассоциатах воды, так и для разработки методов и аппаратуры, позволяющих осуществлять регистрацию слабых электромагнитных излучений, в том числе излучений, возникающих при фазовых переходах ассоциатов. Именно способность слоистых сверхпроводящих структур к взаимодействиям с магнитными полями сверхмалой напряженности (интенсивностью менее 0,1 мТл) является основой подобия свойств воды и сверхпроводящих материалов, магнитная чувствительность которых характерна лишь для джозефсонов-ских эффектов.[ . ]

Кондиционирование осадков сточных вод, включая избыточный активный ил, имеет большое значение для их последующего сгущения [13 - 47], сушки и утилизации [41 - 92]. Известно несколько физических методов их кондиционирования, например тепловая обработка, аэробная стабилизация, радиационная обработка, наложение внешних электромагнитных полей.[ . ]

Одним из направлений экологических знаний является экология человека, приобретающая в современном мире социальную и экономическую значимость.- С экологией человека тесно связана инженерная экология, решающая задачи создания инженерных методов исследования и защиты окружающей природной среды. Однако когда речь идет об инженерно-экологических проблемах, как правило, говорится о загрязнении воздуха, воды, почвы, реже - о шумовом и электромагнитном загрязнениях среды, а некоторые вопросы вообще остаются вне сферы внимания. Поэтому особую значимость имеет комплексный Подход к проблеме инженерно-экологического обеспечения производственных предцриятий на основе единой методологии, с учетом последних достижений в различных отраслях Знаний (охрана окружающей среды, промышленная безопасность, инженерная защита окружающей среды и др.).[ . ]

Экспериментальным подтверждением резонансного характера (стимулирования) гидратации вблизи точек фазовых переходов, а также дистантного взаимодействия ассоциатов вследствие их фонон-фононного взаимодействия, могут являться результаты, полученные авторами работы [48] с использованием хемилюминесцентного метода анализа радикалов в воде, а также ранее полученные результаты исследований возбуждения, поляризации и распада электрохимически активированных водных аэрозолей в полях электромагнитных волн [34,48].[ . ]

Подобный анализ, проделанный Шулейкиным, имеет большое значение именно для проблем оптики моря, так как газовые включения, вызывающие рассеяние света наряду с молекулярным рассеянием, являются именно частицами, не проводящими электричества. Так как, помимо газовых включений, в морской воде оказываются взвешенными и мельчайшие твердые частички (измельченный грунт, бактерии, планктон и пр.), то является необходимым исследовать эффект рассеяния света и для частиц с показателем преломления, большим единицы, и для частиц с показателем преломления, меньшим единицы. Для вычисления Шулейкин воспользовался методом Ми, основанным на электромагнитной теории света [8].[ . ]

Электромагнитный способ неразрушающего контроля за состоянием зданий и сооружений является высокоточным методом, позволяющим определить наличие дефектов в поверхностных слоях различных материалов с точностью до десятых долей миллиметра. Суть данного метода заключается в измерении степени взаимодействия магнитного поля переменного характера катушки преобразователя с постоянным электромагнитным полем вихревых токов в поверхностных слоях обследуемой конструкции.

В каких случаях применяется электромагнитный метод?

Электромагнитный метод обследования состояния зданий и сооружений применяется для получения сведений о структуре, толщине и наличии скрытых дефектов в фундаментах, трубопроводах, подрельсовом основании железных дорог, а также для определения характера протекания оползневых процессов в водных бассейнах, основаниях дорог, грунтах. Кроме того, данный вид неразрушающего контроля используется для контроля конструкций, изготовленных с применением электропроводящих материалов.

С помощью электромагнитного метода можно определить размер и форму деталей, выявить такие виды дефектов, как:

поверхностные, а также глубинные трещины;
неметаллические включения;
пустоты;
межкристаллическую коррозию и многое другое.

Есть и ограничения на применение данного метода измерений: с его помощью можно выявить подповерхностные и поверхностные дефекты, глубина которых составляет 0,1-0,2 мм, а протяженность – свыше 1 мм, находящиеся на глубине не более 1 мм от поверхности.

Оборудование для электромагнитного обследования зданий и сооружений

Основным типом оборудования, используемым для электромагнитного обследования зданий, является электромагнитный индикатор трещин, предназначенный для выявления поверхностных трещин различного характера в немагнитных и магнитных металлах. Прибор измеряет изменения магнитного поля в зоне трещин, на основе чего специалисты получают нужные сведения. Использование электромагнитного индикатора трещин характеризуется следующими преимуществами:

не требуется зачистка, либо какая-нибудь другая дополнительная подготовка обследуемой поверхности;
прибор можно применять даже для обследования грубых, поврежденных коррозией поверхностей;
электромагнитный индикатор определяет наличие трещин через слой краски или изоляции толщиной до 2 мм, а также в зоне сварных швов;
прибор настраивается автоматически, а для начала работы его достаточно только установить на контролируемой поверхности и нажать кнопку настройки.

Оснащенные самым современным оборудованием, и обладающие богатым опытом работы, специалисты нашей компании качественно и быстро выполнят техническое обследование конструкций зданий и сооружений электромагнитным методом.

В статье даётся краткая характеристика видов движения глаз и приводится анализ методов и систем регистрации окуломоторной активности.

Движения глаз — естественная составляющая зрительного восприятия. Даже при относительной неподвижности взгляда, глаза совершают микродвижения. Всего известно восемь видов движения глаз [1], которые относят к микро– и макродвижениям.

Макродвижения глаз характеризуют изменение направления взгляда и поддаются контролю. Их разделяют на макросаккады (резкие изменения направления взгляда), прослеживающие движения (плавное смещение взгляда вслед движущемуся объекту фиксации), вергентные движения (сведение и разведение зрительных осей), нистагм (колебательные движения глаз в совокупности с прослеживающими движениями) и торзионные движения (вращательные движения глаз относительно зрительной оси).

Микродвижения глаз — естественный фон окуломоторной активности, не поддающийся контролю и прослеживающийся в момент фиксации точки. Микродвижения глаз разделяют на тремор (частые колебания глаз), дрейф (плавное смещение взгляда, прерываемое микроскачками) и микросаккады (быстрое перемещение глаз, возникающие при смене точек фиксации).

Каждый вид обладает характерными свойствами, а прослеживаемость видов зависит от чувствительности и точности методов, регистрирующих окуломоторную активность. Такие методы можно разделить на две группы: контактные и бесконтактные. К первой относятся электроокулография, фотооптический и электромагнитный методы. Вторая группа включает фотоэлектрический метод и видеорегистрацию (кинорегистрацию).

Электромагнитный метод (Рисунок 1) основан на измерении эквивалентного напряжения, в которое переводится любое движение глаз.

Индукционный излучатель закрепляется с помощью присоски (контактной линзы или кольца) на глазном яблоке, приёмные катушки помещаются вокруг головы. Излучатель создаёт переменное электромагнитное поле в приёмных катушках. Перемещение излучателя вызывает изменение напряжённости электромагнитного поля. Далее этот сигнал усиливается и передаётся на вход регистрирующего осциллографа.

Рис. 1. Схема установки для регистрации окуломоторной активности электромагнитным методом [3]: 1 — приёмные катушки; 2 — индукционный излучатель; 3 — тестовое изображение; 4 — усилители сигналов; 5 — регистрирующий осциллограф

Н. Ю. Вергилес [2] предложил обратный способ: к глазному яблоку присоской крепится приёмная катушка, а пара излучателей помещается вокруг головы, создавая переменное магнитное поле вокруг глазного яблока. При изменении направления взгляда в приёмной катушке наводится электродвижущая сила, фаза которой связана с углом поворота глаза. Полученный сигнал поступает на вход несимметричного нерезонансного усилителя, после передаётся на вход регистрирующего устройства. Усилители заранее настраиваются на частоту излучения.

Чувствительность электромагнитного метода позволяет изучать макро– и микродвижения глаз, одновременно их горизонтальную и вертикальную составляющие. Калибровка проводится в начале эксперимента.

Использование присосок и жёсткая фиксация головы — главные недостатки метода, время регистрации окуломоторной активности ограничивается до 20–30 минут. Метод не применим в повседневной и профессиональной деятельности. Ограничения накладываются также на испытуемых, в экспериментах не могут участвовать дети и люди с повышенным внутриглазным давлением (глаукомой).

Функциональность метода повышается использованием контактной линзы [4], но останется необходимость в доработке линзы под особенности склеры каждого испытуемого.

Применение взаимоиндуктивных преобразователей [5, 6] повышает время непрерывной регистрации. Один короткозамкнутый виток в виде дюралюминиевого кольца прикрепляется к глазному яблоку, на оправу очков крепятся приёмные катушки. При изменении положения глаза с кольцом, относительно приёмных катушек, наводится электродвижущая сила, которая и регистрируется. Такой способ не ограничивает движения головы, а время регистрации увеличивается на 10–15 минут.

Основным назначением электромагнитного метода является лабораторный эксперимент. Он представляет собой эффективное средство психофизиологического и психофизического исследования восприятия и механизмов окуломоторной активности.

Важной составляющей контактных методов, в том числе электромагнитного, является присоска. Она выполняет роль каркаса, несущего миниатюрные устройства.

Присоска может крепиться к центральной части склеры (центральная присоска (Рисунок 2)) или к височной части (боковая присоска (Рисунок 3)).

Рис. 2. Конструкция центральной присоски: 1 — резиновый баллончик; 2 — корпус; 3 — зеркало; 4 — стеклянная пластинка

Рис. 3. Конструкция боковой присоски: 1 — зеркало; 2 — корпус; 3 — резиновый баллончик

Корпус присосок обычно делается из лёгких материалов, например, пластмассы. Перед установкой глазное яблоко анестезируется. Резиновым баллончиком создаётся пониженное давление в камере, образованной поверхностью глаза и корпусом присоски, обеспечивая её устойчивое положение. Веки глаза фиксируются, что позволяет избежать смещения присоски и исключить моргательные движения.

Конструкция присоски сохраняется независимо от метода, заменяются только вспомогательные устройства.

Фотооптический метод основан на записи отражённого света: на глазное яблоко устанавливается присоска с миниатюрным зеркальцем, от которого отражается узкий пучок света, направленный осветителем, и попадает на вход фоторегистрирующего устройства (Рисунок 4).

Рис. 4. Схема установки для регистрации окуломоторной активности фотооптическим методом: 1 — глазное яблоко; 2 — присоска с зеркалом, 3 — осветитель, 4 — экран регистрации; 5 — фотоаппарат; 6 — проектор; 7 — тестовое изображение

Фотооптический метод [7] дал возможность исследовать особенности движений глаз при наблюдении за сложными объектами и в процессе чтения, показал взаимосвязь различных видов движений. С его помощью были описаны основные виды окуломоторной активности человека.

Фотооптический метод позволяет раскрыть микроорганизацию окуломоторной активности. В связи с чем возможно зарегистрировать такие параметры движений глаз, как амплитуда, скорость дрейфа, ускорение микросаккад, частота физиологического нистагма, что дополняет характеристику познавательных процессов, внимания и зрительного восприятия. Этот метод исследований является исключительно лабораторным, так как не приспособлен к оперативной обработке и представления получаемых во время эксперимента данных, использоваться может только в затемнённом помещении при жёсткой фиксации головы испытуемого. За счёт применения присосок время исследований ограничивается до 20–30 минут.

В основе электроокулографии лежит измерение разности потенциалов в тканях, прилегающих к глазнице. Разность потенциалов существует между роговицей и склерой, внутренней и наружной сторонами сетчатки. Движения глаз регистрируются с помощью электродов, которые устанавливаются вокруг глазных впадин (около височных углов, верхнего и нижнего края глаза) (Рисунок 5).

При горизонтальных движениях глаз происходит изменение разности потенциалов на участках кожи слева и справа от глаза. При вертикальных — сверху и снизу. Знак потенциала говорит о направлении взгляда, величина изменения разности потенциалов отражает угол поворота [8].

Рис. 5. Схема расположения электродов: 1 — электрод; 2 — усилитель

Точность электроокулографии зависит от продолжительности исследования, чем дольше проходит эксперимент, тем больше погрешность, связанная с использованием усилителя. Каждое измерение предполагает последующую корректировку дрейфа нуля. Сильное влияние оказывают также индивидуальные особенности окуломоторного аппарата, плохой контакт электродов с поверхностью кожи, частота моргания.

Метод применим во внелабораторных условиях, но не предназначен для использования в повседневной или профессиональной деятельности.

Исследования с использованием электроокулографии не нарушают естественных условий зрительной активности, могут проводиться неограниченное время, при любом освещении.

В основе фотоэлектрического метода лежит преобразование отражённого от роговицы пучка инфракрасного света в электрический сигнал.

При перемещении глаз количество отражённого света изменяется и соответственно изменяется величина фототока или фотосопротивления.

Усиливая выходной сигнал, возможно получить запись движения глаз.

Одна из вариаций фотоэлектрического метода (Рисунок 6) была предложена А. Д. Владимировым и Е. Д. Хомской [9].

Изображение глаза проецируется на матовое стекло, покрытое фотосопротивлением и разделённое вертикальной перегородкой. Движение глаза вызывает смещение его изображения и изменение освещённости светочувствительного слоя. Фотосопротивления подключаются к схеме, на выходе изменение напряжения соответствует движению глаза.

За одно измерение возможно отследить одну из составляющих движения глаз — вертикальную или горизонтальную.

Для одновременной регистрации двух составляющих используется роговичный блик, изменение его положения даёт информацию о перемещении взгляда.

Рис. 6. Схема установки для фотоэлектрического метода: 1 — глаз испытуемого; 2 — осветитель; 3 — объектив; 4 — фотосопротивления; 5 — матовое стекло с изображением радужки глаза

Фотоэлектрический метод требует жёсткой фиксации головы, но даёт возможность длительного измерения и имеет бесконтактный характер. Его основным назначением является лабораторный эксперимент, позволяющий изучить механизмы управления движениями глаз, зрительные эффекты, сопровождающие окуломоторную активность. Он обеспечивает монокулярное измерение длительности, частоты фиксаций, скорости, частоты колебаний преимущественно макродвижений глаз.

Метод видеорегистрации включает две взаимосвязанные процедуры: видеосъёмку глаз испытуемого и программное определение направления взгляда на каждом кадре видеоряда. Источником информации о направлении взгляда служат край или центр зрачка, кровеносные сосуды склеры или роговичный блик. Этот метод более предпочтителен за счёт бесконтактного характера измерения глазодвигательной активности. Возможна моно– и бинокулярная регистрация.

Первые вариации этого метода основывались на киносъёмке глаз испытуемого, покадровом анализе плёнки и совмещении траектории перемещения взгляда с тестовым изображением.

Например, метод [11], который применяли Judd, McAllister и Steele: голова испытуемого фиксировалась, к ней прикреплялся металлический шарик, служивший началом координат, на роговицу глаза наносилась маленькая точка китайскими белилами, положение которой определялось на каждом кадре.

Или метод фоторегистрации Dodge и Cline [12], заключавшийся в получении ряда сдвинутых относительно друг друга изображений глаза. Изображения впоследствии анализировались.

При съёмке глаз без дополнительной подсветки получить информацию о направлении взгляда сложно. Такой способ отличается высокой чувствительностью к условиям освещения поверхности лица и трудоёмкостью покадровой обработки материала.

Распознавание объекта (радужки или зрачка) в видеопотоке не даёт достаточно информации для определения направления взгляда, важно следить за объектом, совмещая при этом определение точки пересечения оптической оси глазного яблока и плоскости экрана, на котором представлен некоторый зрительный раздражитель.

Другая разновидность метода видеорегистрации предполагает подсвечивание глаза точечным источником инфракрасного излучения и скоростную съёмку инфракрасной видеокамерой. Такой способ применяется в устройствах компании Tobii.

Tobii REX [13], Tobii EyeX [13], Tobii TheEyeTribe [14] — устройства, отслеживающие направление взгляда. Точность определения позволяет использовать их для лабораторного эксперимента и повседневной деятельности. Они дополняют стандартные средства управления компьютером (мышь, клавиатуру), позволяют выполнять некоторые операции при помощи взгляда, например, переключение между элементами интерфейса. Не требуют жёсткой фиксации головы пользователя, но сильная подвижность влияет на точность определения. Калибровка производится в начале работы с устройством, за счёт отслеживания движения головы данные первой калибровки дополняются.

Ни один из перечисленных методов не является универсальным. Каждый обладает определёнными достоинствами, выбор зависит от цели использования, если это медицинские исследования, важна точность вычисления направления взгляда и возможность распознавания вида движения: тремор, дрейф, нистагм и т. д. Когда задача сводится к управлению устройствами посредством взгляда, важным критерием будет удобство метода.

Если исследование должно проводиться длительное время и с высокой точностью, следует использовать электромагнитный метод в совокупности с контактными линзами.

В случаях, когда голова испытуемого должна оставаться подвижной, целесообразно пользоваться видеорегистрацией, но потребуется сложная обработка экспериментального материала.

Основные термины (генерируются автоматически): глазное яблоко, электромагнитный метод, направление взгляда, фотоэлектрический метод, фотооптический метод, движение глаз, лабораторный эксперимент, микродвижение глаз, резиновый баллончик, тестовое изображение.

Электромагнитный метод сущность метода кратко

В каких случаях применяется электромагнитный метод?

Оборудование для электромагнитного обследования зданий и сооружений

Похожие статьи

Движения глаз — естественная составляющая зрительного.

Разработка структуры и алгоритма встроенного программного.

Метод проекций яркости при поиске зрачка на изображении

Модернизация робота-хирурга Da-Vinci | Статья в журнале.

Почему глаза двигаются вместе?

Использование голографической интерферометрии при оценке.

Оптические просветления кожи и крови: перспективы.

Применение электроокулографии для управления указателем.