人體疲勞測(cè)試器

張愛迪

你學(xué)習(xí)用功是否疲勞，是否需要及時(shí)休息?有時(shí)連自己也不很清楚，只在極度疲勞時(shí)才會(huì)出現(xiàn)頭昏眼花的現(xiàn)象。

這個(gè)疲勞測(cè)試器可以測(cè)出你是否疲勞以及疲勞的程度，雖然不一定十分精確，但它的趣味性和一定的實(shí)用性。必將吸引你自己動(dòng)手制作一個(gè)。

一、工作原理

人體疲勞測(cè)試器的電路如圖1所示。實(shí)質(zhì)上，它是一個(gè)以單結(jié)晶體管(也叫雙基極二極管)vT為核心元器件而構(gòu)成的頻率可調(diào)式超低頻張弛振蕩器。VT所輸出的振蕩信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管VD產(chǎn)生同步閃光。通過(guò)觀察閃光，可以進(jìn)行自我測(cè)試身體，尤其是眼睛是否疲勞。

眾所周知，人的眼睛有一個(gè)重要的被稱為“視覺(jué)暫留特性”(也稱“視覺(jué)惰性”)的現(xiàn)象。即人們所看到的物體消失后，其圖像在眼睛中并不會(huì)隨之立即消失。而是仍將留下0.1s～0.2s的短暫視覺(jué)印象。

正是由于人眼有這個(gè)特性，所以人們看電影、看電視和在普通熒光燈下工作時(shí)，雖然上述這三樣?xùn)|西都存在著一定的閃動(dòng)頻率，但人眼所看到的畫面或運(yùn)動(dòng)物體等卻是連續(xù)的，而不是閃動(dòng)或斷續(xù)的。

實(shí)踐證明：當(dāng)頻率連續(xù)可調(diào)節(jié)的閃光作用于人眼時(shí)，人眼對(duì)斷續(xù)閃光剛剛產(chǎn)生連續(xù)融合感覺(jué)的頻率(稱“臨界閃爍頻率”)，與人的疲勞程度和飲酒量等有關(guān)。當(dāng)人疲勞、尤其是用眼過(guò)度時(shí)，人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，所感覺(jué)到的臨界閃爍頻率將會(huì)顯著下降，人體疲勞測(cè)試器正就是利用這一參數(shù)變化來(lái)測(cè)試人的疲勞程度的。

電路工作過(guò)程：閉合電源開關(guān)sA，由單結(jié)晶體管VT與電位器RP、電容器c等組成的超低頻張弛振蕩器通電工作。電池G的6V電壓通過(guò)電阻器R1、R2，加在單結(jié)晶體管VT的第一基極b1和第二基極b2之間，并通過(guò)電位器RP向電容器c充電。

當(dāng)電容器c兩端的充電電壓較小時(shí)，單結(jié)晶體管VT的發(fā)射極e電流很小，VT處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)電容器c兩端充電電壓達(dá)到單結(jié)晶體管VT的峰點(diǎn)電壓時(shí)，VT的發(fā)射極e與第一基極h1間導(dǎo)通，c通過(guò)發(fā)射結(jié)和R2放電。使并聯(lián)在R2兩端的發(fā)光二極管VD點(diǎn)亮。這時(shí)電路處于“張”階段。

當(dāng)電容器c兩端電壓降至單結(jié)晶體管VT的谷點(diǎn)電壓時(shí)。VT的發(fā)射結(jié)因反向偏器而截止，電路處于“弛”階段。隨后，電池G又通過(guò)電位器RP向電容器c充電，并重復(fù)上述過(guò)程。

由于電路一張一弛，周而復(fù)始，所以就形成了張弛振蕩。張弛振蕩器的工作頻率取決于電位器RP和電容器c的數(shù)值大小。由于電容器c的容量較大，故在電阻器R2及發(fā)光二極管VD兩端輸出的是超低頻脈沖電壓，發(fā)光二極管VD發(fā)出的是人眼睛能夠分辨出來(lái)的閃爍光。

對(duì)于發(fā)光二極管VD所發(fā)出的按一定頻率閃爍的亮光，不疲勞的人可以準(zhǔn)確地看出亮光在閃爍。而疲勞的人由于視覺(jué)暫留時(shí)間延長(zhǎng)，便不能夠看出亮光在閃爍。

通過(guò)改變發(fā)光二極管VD發(fā)光的閃爍頻率，讓被測(cè)者判斷亮光是否閃爍，即可測(cè)試出被測(cè)者是否疲勞以及疲勞的程度等。由于大多數(shù)人在正常情況下所能感測(cè)到的臨界閃爍頻率為每秒30Hz～40Hz，所以，需要將電位器RP的頻率調(diào)整范圍設(shè)計(jì)在20Hz～50Hz之間。

二、元器件選擇

VT選用BT32或BT33型單結(jié)晶體管，要求分壓比大于0.5以上。該管的外形與引腳排列如圖2所示，它的外形與一般金屬外殼的小功率二三極管類似，辨認(rèn)管腳的方法是：

將管腳對(duì)準(zhǔn)自己，從管殼凸出塊開始，按順時(shí)針?lè)较颍来螢榘l(fā)射極e、第一基極hl和第二基極h2。挑選時(shí)，可用萬(wàn)用表測(cè)量單結(jié)晶體管h1、h2極間的直流電阻Rbb，一般為3kn一10kn。安裝時(shí)，嚴(yán)防管腳焊接錯(cuò)。

VD宜用5mm高亮度紅色發(fā)光二極管。這里采用發(fā)光二極管VD做發(fā)光源，相比較白熾小燈泡而言，具有發(fā)光惰性小、工作頻率高、耗電省及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

R1、R2均用RTX-1／8W型碳膜電阻器。RP用WS5-1型小型有機(jī)實(shí)芯電位器，亦可用WH9-1型合成膜電位器等。c用CD11-10V型電解電容器。SA用CKB-I型撥動(dòng)開關(guān)。c用4節(jié)5號(hào)干電池串聯(lián)(配帶塑料電池架)而成，電壓6V。

三、制作與使用

圖3所示為該人體疲勞測(cè)試器的印制電路板接線圖。印制電路板用刀刻法制作，實(shí)際尺寸僅為30mm×25mm。

焊接好的電路板按照?qǐng)D4所示，裝入體積合適的絕緣密閉小盒(如塑料香皂盒等)內(nèi)。盒面板開孔固定撥動(dòng)式電源開關(guān)SA，并分別開孔引出發(fā)光二極管VD的發(fā)光帽、伸出電位器RP的軸柄。在電位器RP的軸柄上安裝一只合適的旋鈕，并在面板上刻出旋鈕調(diào)節(jié)擋位。

裝配成的人體疲勞測(cè)試器，只要元器件質(zhì)量保證，接線無(wú)誤，不需任何調(diào)試便可滿意工作。由于采用發(fā)光二極管VD做光源，所以不論在白天或夜晚均可使用。

使用時(shí)，一般可采取對(duì)比測(cè)試法。即被測(cè)試者先觀察圖4所示發(fā)光二極管VD的閃光，并順時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)電位器RP的旋鈕(指示刻度由0至10)，閃光頻率隨之不斷提高。

當(dāng)被測(cè)試者觀察不出發(fā)光二極管VD的間斷閃爍時(shí)，這時(shí)如果別人(已知是不疲勞者)仍能看出發(fā)光二極管VD的間斷閃爍，說(shuō)明被測(cè)試者已疲勞；如果別人也同樣看不出間斷閃爍，則說(shuō)明被測(cè)試者不疲勞。

也可采取自我測(cè)試法。在已知自己不疲勞時(shí)(可在休息良好、身體恢復(fù)得最為徹底的星期天早晨醒來(lái)時(shí)進(jìn)行)，順時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)動(dòng)電位器RP旋鈕(指示刻度由0至10)，在疲勞測(cè)試器上找出剛剛不能看出發(fā)光二極管VD間斷閃爍的一點(diǎn)(即“臨界閃爍頻率”點(diǎn))，并做好記號(hào)，將刻度劃分成為左邊的“閃爍區(qū)”和右邊的“非閃爍區(qū)(指眼睛分辨不出間斷閃爍)”兩部分。

以后在進(jìn)行自我測(cè)試時(shí)，如果在“閃爍區(qū)”內(nèi)的刻度處就看不出明快的間斷閃爍光，并感覺(jué)眼前直冒火星時(shí)，說(shuō)明自己已經(jīng)疲勞了；并且指示刻度的數(shù)字越小，說(shuō)明越疲勞。