Międzywydziałowy zespół badawczo-wdrożeniowy INWENTYKA

Międzywydziałowy zespółbadawczo-wdrożeniowy

INWENTYKA

Udzielony patent europejski, decyzja EPO 12.10.2006. Obowiązuje od 18.04.2007.

Autorzy: Jan Orzechowski, Irena Gronowska, Marcin Trzciński, Antoni Latuszek, Włodzimierz Łukasik

Opracowanie i badanie prototypu "Urządzenia do wykrywania stanu

obniżonej uwagi" (UWSOU)które przedstawione jest w opisie patentowym:

" Device for detecting reduced vigilance condition" EP 04460032.8-2215

(WP/2/20030)w publikacji EP 1 501 051 A1

W skład UWSOU wchodzi:

nadajnik odbiornik mikroprocesor źródło zasilania specjalna oprawa okularów

Wykonawcy projektu

• Irena Gronowska • Antoni Latuszek• Przemysław Wacławik

• Jan Orzechowski - • Włodzimierz Łukasik • Jerzy Lasocki• Marcin Trzciński• Piotr Orzechowski

Wydział Fizyki Wydział Mechatroniki

Konsultanci naukowi

• prof dr inż Tadeusz Kryszczyński - Inst.Optyki Stosow.• prof dr hab Zbigniew Zagórski - I Klin.Okulist.AM Lublin

Konsultanci konstr.- technol. • Jerzy Hejnik - konstrukcja i technologia opraw okularowych• mgr inż. Wiesław Gallewicz - produkcja układów hybrydowych

Celem etapu pracy było wykonanie i badania prototypu

urządzenia do wykrywania stanu obniżonej uwagi (UWSOU),

przeznaczonego dla kierowców, strażaków, służb chemicznych,

ratowników i pracowników wykonujących długotrwałą nużącą pracę w warunkach

niebezpiecznych.

Według przyjętego algorytmu wdrażania wynalazku - w tym

etapie przebadano szereg parametrów urządzenia

niezbędnych do zaoferowania producentowi wyrobu

niezawodnego, bezpiecznego w użytkowaniu i dostosowanego do

prawdopodobnych wymagań rynku

Algorytm procedury wdrażania wynalazków w PW (propozycja)

TWÓRCAPOMYSŁ

RzecznicyPatentowi

PW

Opispatentowy

URZĄDPATENTOWY

Zespół doradztwatechnicznego CTT PW ...przeciwsta-

wienia...

Czy pomysłma szanse na

wdrożenie

InstytutyPW,

pracownicy,eksperci

Wybrani wzależności

od tematykiwynalazku

Opinia,ekspertyza

szanswdrożenia

Badaniarynku

Czy jestopłacalna

szansawdrożenia ?

Szukanieproducenta

TAK

NIE$

Informacjewłasne PW

Internet,wystawy,

targi,ogłoszeniaprasowe i

tp.

Czy sąproducenci

?

TAK

przetarg

Zespółprawno-

ekonomicznyCTT PW

Wybranyproducent

Umowalicencyjna

Zespół organizacjiwdrożeń CTT PW orazlaboratoria i warsztaty

Instytutów PW

Wspomaganie zespołu twórców wopracowaniach prototypów,

technologii, oprzyrządowania,organizacji produkcji i sprzedaży

WDROŻENIEWYNALAZKU

DOPRODUKCJI

NIE$

KONIEC

Umowawdrożeniowa

Prace wykonane w etapie przed ofertą dla producenta:

• Badanie istniejącego modelu• Projekt prototypu i jego realizacja• Testowanie prototypu w warunkach

dodatkowego oświetlenia• Badanie przestrzennego rozkładu mocy

wiązki świetlnej i jej biegu w urządzeniu do wykrywania stanu obniżonej uwagi

• Badanie pola widzenia przy użytkowaniu urządzenia UWSOU

Wszystkie badania w tym etapie uwzględniają wymagania

wynikające z takich potrzeb jak:

1. Zastosowania ostrzegawcze i

ratownicze

2. Zastosowania medyczne i

okołomedyczne

ZASTOWANIA OSTRZEGAWCZE-urządzenie przeznaczone jest dla:

• kierowców - zwłaszcza pracujących na długich i monotonnych trasach (autobusy turystyczne !)

• strażaków narażonych na utratę przytomności w wyniku zadymienia

• służb chemicznych narażonych na kontakt z gazami i parami toksycznymi

• ratowników narażonych na wypadki

• pracowników wykonujących nużącą pracę w warunkach niebezpiecznych - dźwigi, suwnice i tp

ZASTOSOWANIA MEDYCZNE I OKOŁOMEDYCZNE -

według opinii lekarzy - urządzenie może pełnić również funkcje

diagnostyczne:

• w okulistyce

• w psychiatrii

• przy ocenie przez psychologa chwilowej kondycji psychofizycznej pracownika (np. pilotów).

Większość wypadków drogowych z tzw. ”niewyjaśnionych przyczyn”

(również tych tragicznych - autokarowych !)była prawdopodobnie spowodowana

zaśnięciem kierowcy.Oferowane przez nas urządzenie może

w znacznym stopniuograniczyć liczbę takich wypadków !

Wydaje się, że producent może się spodziewać wspomagania

ze strony firm ubezpieczeniowych, policji, właścicieli przedsiębiorstw transportowych i tp.

Aktualnie uzyskaneparametry techniczne prototypu :

• długość fali promieniowania = 850 nm• średni prąd I < 1 mA przy napięciuU = 3.0 V • częstotliwość próbkowania f = 10 Hz• czas trwania impulsu T = 0,6 ms• czas pracy z typowym i ogólnie dostępnym ogniwem CR2032 -

8 dni• max.gęstość mocy na powierzchni gałki ocznej <60 W/mm2

(10000 razy mniejsza od dopuszczalnej !)

Dla oceny niezawodności algorytmu pracy

urządzenia przeprowadzono symulację cyfrową wpływu zakłóceń

wynikających z niestabilności położenia urządzenia

względem gałki ocznejużytkownika

... i sprawdzono wyniki analizy cyfrowej

przy pomocy modelu funkcjonalnego...

W wyniku analizy konstrukcyjno-technologicznej

i użytkowej urządzenia wytypowano szereg paramertów

wymagających sprawdzeniana etapie wykonania prototypu:

...czy kierowca nie będziemiał ograniczonego pola widzeniai zobaczy mijające i wyprzedzającego pojazdy ?

Badania przeprowadzono przypomocy perymetru w odniesieniudo szerokości pola widzenia wymaganego dla małego samochodu (ostrzejsze wymagania !)

PERYMETRsrebrny medal, INNOWACJE, Gdańsk 2000

Sprawdzono czy gradientoweprzyciemnienie szkieł skutecznieogranicza oślepianie przy jeździenocą oraz czy boczne oświetleniemoże zakłócać pracę urządzenia:

Testowanie modelu przy dodatkowym oświetleniu

Źródło światła Reakcja

Latarka z włóknem żarowym +

Paląca się zapałka +

Latarka z diodami elektroluminescencyjnymi, biel

Brak reakcji

Pojedyncza dioda elektroluminescencyjna, zieleń

Brak reakcji

Pojedyncza dioda elektroluminescencyjna niebieska

Brak reakcji

Wniosek:

Światło o widmie zbliżonym do widma diody odbiorczej może spowodować zakłócenia pracy urządzenia.

Z tego względu w prototypie urządzenia przewidziano montaż szkieł gradientowych i w niektórych wersjach również z filtrem IR.

Przeprowadzono obliczeniaróżnych wariantów soczewkiwalcowej asferycznej i wpływujej kształtu na konieczność stosowania w produkcji liczbywariantów rozmiarowychurządzenia:

n=1,5 sf=2,0 LED:0,3mm Xf;35,40,45,50,55 mm

W prototypie postanowiono sprawdzić zastosowanie typowejdiody wąskokątnej - której zasto-sowanie jest alternatywne:

Badanie diody wąskokątnej 3 mW/Sr

• Badanie widma

• Badanie przestrzennych rozkładów gęstości mocy

20 mA

15 mA

10 mA

5 mA

Przesunięcie w kierunku fal dłuższych przy wzroście prądu

Badanie widma w funkcji prądu zasilania

Badanie przestrzennych rozkładów gęstości mocy P

d – odległość od soczewki diody

P – gęstość mocy świetlnej

- średnica wiązki świetlnej

P = f(x), y = 0, z = d

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

0

10

20

30

40

50

60 B C Gauss fit of Data1_B

P[u

W/m

m2]

X [um]

dla X > 10 mm

P < 0.25 [ uW/mm2]

P = f(z), x = 0, y = 0, P – jedn. względne

0 2000 4000 6000 8000 100000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600Data: Data1_BModel: ExpDec2Equation: y = A1*exp(-x/t1) + A2*exp(-x/t2) + y0Weighting: y No weighting Chi^2/DoF = 68.54807R^2 = 0.99954 y0 118.25183 ±8.19305A1 721.05494 ±18.26937t1 2622.05225 ±141.52863A2 687.89402 ±24.57382t2 235.49497 ±21.18487

P [je

dn

.wzg

l]

Z [um]

Średnica wiązki w odległości d

d x

[m]

y

[m]

P [W/mm2]

d < 1 mm 4044 ± 130 3184 ± 50 60

d = 10 mm 6872 ± 100 7458 ± 96 9

d = 40 mm 40 000 < 0.25

12

34

S1

S3

S5

S7

S9

0

100

200

300

400

500

600

700

[mV]

[mm]

fotodiody 1…4

ROZKŁAD PROMIENIOWANIA DIODY IR NA FOTODIODACH

600-700

500-600

400-500

300-400

200-300

100-200

0-100

Kooperacją zainteresowane są obecnie firmy:

• "GALWES" - Wiesław Galewicz, 05-075

Wesoła, ul. Przechodnia 1 (zespoły

elektroniczne), • "OPTIMEX" - Jerzy Hejnik , 05-420

Józefów, ul. Lelewela 27 (oprawy okularowe)

Dalsze prace zespołu przewidująpomoc w pracach wdrożeniowych,opracowaniu konstrukcji i techno-logii dostosowanych do możliwoś-ci i wyposażenia technologicznegoprzyszłego producenta, badań rynkui innych wymaganych parametrów.