安全人机工程学综合实验指导书1.docx

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安全人机工程学综合实验指导书1

《安全人机工程学》

实验指导书

杨轶芙编

实验学时：

6学时

目录

实验一手指灵活性测试-1-

实验二动觉方位辨别能力的测定-3-

实验三暗适应测试实验-5-

实验四明度适应测试-8-

实验五选择、简单反应时测定实验-10-

实验六听觉实验-15-

实验七动作稳定性测试-22-

实验一手指灵活性测试

『实验目的』

测定手指、手、手腕灵活性以及手眼协调能力。

『实验仪器』

采用EP707A型手指灵活性测试仪。

该仪器的主要技术参数如下：

1、手指灵活性测试100孔

2、指尖灵活性测试M6、M5、M4、M3螺栓各25个

3、计时范围0～9999.99秒

4、电源电压220V50HZ

5、消耗功率10W

6、外形尺寸505×310×48

7、重量3.5千克（净重）

『实验内容』

（一）手指灵活性测试（插孔插板）

1、使用者接上电源打开电源开关，此时计时器即全部显示为0000.00。

然后插上手指灵活性插板（有100个φ1.6mm孔），按复位按键被试即可进行测试。

2、被试用优势手拿住镊子钳住φ1.5针，插入开始位，计时器开始计时

3、依次用镊子（从左至右，从上至下）钳住φ1.5针插满100个孔，最后插终止位，计时会自动结束，记录下插入100个棒所需要的时间；

4、每次重新开始需按“复位”键清零。

（二）指尖灵活性测试

1、使用者接上电源打开电源开关，此时计时器即全部显示为0000.00。

然后插上指尖灵活性插板（M6、M5、M4、M3螺栓各25个），按复位按键被试即可进行测试。

2、当被试用优势手放入起始点第一个M6垫圈起，计时器开始计时，然后拧上螺母，直至最后一个，计时器停止记时。

3、每次重新开始需按“复位”键清零。

『实验结果』

实验1手指灵活性测试

被试姓名

优势手

测试方式

（插/拔）

测试用时

实验2指尖灵活性测试

被试姓名

优势手

测试方式

（拧上/拧下）

测试用时

『思考题』

1.举出5种对手指灵活性要求较高的职业。

2.结合生活实际，设想几种练习手指灵活性的方法。

实验二动觉方位辨别能力的测定

『实验目的』

本实验的目的是掌握左右臂位移的动觉感觉性的测量方法。

『实验仪器』

采用EP207动觉方位辨别仪。

该仪器的主要组成部分如下：

1．一个半圆仪和与半圆仪圆心处的轴相连的一个鞍座（滑动臂）。

2．九个制止器座套及三个制止器，圆周上0度到30度是间隔30度，在30度到150度之间间隔20度。

3．对各度数的标记共有两行，上行度数按顺时针方向，下行度数按逆时针方向。

4．滑动臂下面有活动档块，两侧有螺丝限位，调节螺丝可微调滑动臂与指针和刻度三者之间的误差。

『实验步骤』

1、被试遮上眼睛，根据实验要求在某一制止器套座上插上制止器。

2、被试把胳臂放在滑动臂上，并根据被试手臂的长短在被试的中指与食指之间选择一个合适的螺孔（共有三个螺孔）旋上手指夹杆，让被试的食指和夹住夹杆。

3、如被试用右臂，就必须按顺时针方向摆动，左臂则按逆时针方向摆动。

4、被试摆动手臂，直到碰到制止器为止时。

被试记住自己手臂的位置后，手臂复位。

5、主试拿去制止器，然后让被试重新摆动手臂，被试如感到和刚才位置相同时，告知主试。

6、主试则通过滑动臂下的红指针所指刻度数和制止器所放在的位置的误差值，了解被试辨别自我身体姿态和身体某一部分运动的内部感觉能力

7、按上述程序重做几次，并将结果进行比较，检验被试练习动觉感受性是否提高。

『实验结果』

如果要检验通过练习动觉感受性是否提高，应按上述程序重做几遍并将结果进行比较。

动觉方位辨别能力数据记录表

（每人左右手各做十次）

被试姓名

手臂

（左/右）

制止器刻度

实际刻度

误差值

实验三暗适应测试实验

『准备知识』

暗适应是视觉在环境激烈变化的一种重要适应功能,亦是感知觉在适应表现上最为典型的一种。

人之所以能在繁星点点的夜晚到烈日炎炎的白昼,光照度可差108～1010倍的,变化幅度十分巨大的周围环境中工作，正是因为有很好的视觉适应机制。

视觉适应的机制包括瞳孔大小的变化,视网膜光化学适应和神经的适应。

由于瞳孔的变化只能使进入眼球的光线有10～20倍（或说17倍）的变化。

视网膜光化学适应过程时间较长,达到完全适应约需45分钟。

初期进行得较快的最初5分钟内约将完成整过程的60%,而这5分钟的关键就是运用了神经的适应,此时视觉器官中的锥体细胞和杆细胞都在发挥作用。

在现实应用最为广泛的亦是该段时间,作为驾驶员的夜间驾驶的适应上,最初的30秒水准就是一项重要指标之一。

暗适应的表现是个体由亮处转入暗处,在暗环境中的视觉适应性逐步提高的过程。

据一些应用实验材料表明影响其因素的有：

1、受光刺激的时间越长,达到完全适应所一时间越长；

2、缺氧因素;缺氧对暗适应有明显影响,使暗适应的视阈坛高（疲劳时处于缺氧状态是个体的一种常见反映）；

3、暗环境的照明强度越弱和个体观察时间越短,其视觉感受性越弱等等。

为满足暗适应的实验和实际应用所需,此实验设备采用固定的强光光源作为亮处环境,被试同学在强光的环境适应30秒后突然熄灭呈现在弱的光环境下的字标,检测被试的视敏度，作为个体视觉机能的重要指标。

视敏度：

是辨认物体细节的敏锐程度。

感受性：

反映客观事物的个别属性的感觉能力，可用感觉阅限的大小来度量。

此实验设备是采用空间视敏度指标作为被试暗适应能力的测量指标。

空间视敏度是指分辨物体细节和轮廓的能力,常以能看出两个物体的最小间距来表示,以视角来进行计算,其公式如下：

   v=1/a（分）v为视敏度,a为视角

   a=A/d*57.3 A为物体高度,d为物体到眼距离,57.3=一弧度

『实验目的』

1.掌握暗适应的测定方法。

2.了解视觉适应机制。

『实验仪器』

本实验采用夜间视力检查仪，型号为EP404。

装置如图所示：

主要技术指标：

组成：

主机（观察窗、强光照明、弱光照明、控制电路、操作面板）、遥控盒，电源线，四块薄膜数字板。

技术参数：

     1、定时；30s

     2、定时精度；小于0.1

     3、照明：

               大灯照明：

大于2000lx

               小灯照明：

小于1.5lx 

     4、测试过程自动控制

     5、可更换的四种数字板。

『实验内容』

1.完成实验前准备工作（连接仪器，接通电源、选择好暗适应时照度、更换数字板）。

2.被试同学坐在观察窗前，双眼须舒服的紧贴观察窗口。

3.实验指导语：

这是一个暗适应能力的测试，你须将脸部紧贴观察窗，睁大眼晴注视正前方白板，大灯熄灭后，前方窗口遮板下落，将暴露10行数字，尽你可能将数字由上至下分段读出，直在10行数字读完或遮板再次挡住数字板。

4.被试同学理解理解指导语后，按"开始"键，实验开始。

5.主试根据被试的口头报告，对应呈现的数字板的原稿，统计被试的识别程度（正确的报告行数）。

6.测试结束机器自动复零，为下次测试作好动作的准备。

『实验结果』

表1实验数据记录表

被试姓名

数字板

开始报告时间

正确报告行数

『思考题』

1.统计每个被试同学对四种数字板的识别程度，以最低值为准，转换成相对应的视力值。

2.以视力值为纵坐标，以对应某视力值所用时间为横坐标画出暗适应曲线。

（可用秒表记录每组开始报告时间）。

实验四明度适应测试

『准备知识』

明度是有机体对物体表面亮度的感觉，明度亦是有机体的主观心理量是人体对亮度刺激的反映结果，因而对同一亮度的物体，个体的感觉也不一样，明度实验仪就是测量个体差异的一种常用心理实验仪器。

 『实验目的』

学习使用明度辨别仪，掌握视觉适应机制。

『实验仪器』

明度实验仪是一种用来测定人眼对亮度刺激感受性的仪器，常用来测量人的明度差别阈限。

它有左右两个观察窗，用来观察明度，每个观察窗有一个对应的调节旋钮和刻度盘。

调节旋钮，可以改变光源的亮度，亮度大小可以从刻度盘上读出。

实验时，主试通常调节左旋钮确定左眼观察窗的亮度（标准刺激），然后被试调节右旋钮，直到他认为左右观察窗的亮度一样为止，通过两个刻度读数的差异，可知不同个体的明度感受性。

本实验采用型号EP405明度实验仪进行测试。

主要参数如下：

1）电源电压220V、50HZ

2）消耗功率25W

3）外形尺寸250×180×150

4）重量2KG

『实验内容』

1.使用者接上电源打开电源开关。

2.主试者旋转左调节旋钮从刻度盘上取出一定值，此时左眼观察窗的明度度为标准刺激。

3.被试端坐仪器前面40cm处，以左观察窗的明度为准调节右旋钮，调至被试认为左右观察窗明度为一致时报告给主试者，主试者比较左右刻度值并记录，此时左右刻度值的刻度差为被试者的个体差异。

『实验记录』

被试姓名

左刻度值

右刻度值

刻度差

实验五选择、简单反应时测定实验

『实验目的』

简单反应是比较视、听两种感觉器官反应时间的差别。

本仪器通过四个半导体四色发光二极管一起点亮作为光刺激，而声刺激则是通过仪器内部的压电蜂鸣器发出声响，用四孔光电反应键（任一孔），作为被试的反应部件。

选择反应是比较在四种颜色的光刺激下的选择反应时间，本仪器通过四个半导体四色发光二极管作为光刺激，用对应四种颜色的四孔光电反应键作为反应部件。

本实验主要用于反应时间的研究。

本实验分别测量在不同声、光条件下和在不同光色条件下的反应速度。

『实验仪器』

实验采用EP202/203型反应时运动时测定仪。

该仪器的主要技术参数如下：

简单反应时测时范围:

100μs～99.9999s

使用环境温度:

0～40℃

分辨率:

100μs

精度:

1/10000±1个字

时间显示:

8位高亮度LED数码管

选择反应时测时范围:

100μs～99.9999s

使用环境温度:

0～40℃

分辨率:

100μs

精度:

1/10000±1个字

时间显示:

8位高亮度LED数码管

刺激呈现:

红、绿、黄、蓝半导体发光二极管，压电蜂鸣器

反应键:

四孔光电式无触点反应键

使用电源:

交流220V±22V50HZ

消耗功率:

10瓦

反应键盘尺寸:

95*50*9mm3

外形尺寸:

230*170*65mm3

重量:

1KG

『实验内容』

（一）、选择反应时的测定：

熟悉仪器的面板及使用：

仪器示意图

将光电反应键盘的RS232－9芯插头插入主机上的插座，如要接打印机，请将连接打印机的RS232－25芯插头也插入主机上对应的插座上。

将主机连接220伏交流电源的插头插入220伏电网的插座上。

确认所有连接无误、可靠后，打开主机上的电源开关，此时显示器显示“n1－－－－n4”：

1.按下1号键，选择n1为选择反应时，显示器显示“－－－－－－20”，为测试次数。

2.按动1号功能键，选择测试次数，显示器将依次显示“－－－－－－40”，“－－－－－－60”，“－－－－－－80”，“－－－－－20”，本仪器自动设置在20次。

3.选择好测试次数以后，主试同学按下2号启动键，测试开始。

4.四种颜色的光刺激将自动呈现，呈现次序是无规则的，但每一种颜色刺激的呈现总次数将是设置的测试次数的1/4，如测试次数为20次，则每一种颜色的呈现总次数为5次；如测试次数为60次，则每一种颜色的呈现总次数为15次。

5.被试同学根据不同颜色刺激的呈现，用手指按下反应键盘上的对应颜色的圆孔，按错一次仪器将自动按出错处理，其时间不计入统计。

如时间超过99.9999S，也按出错处理。

6.当所设置的测试次数完成后，仪器内的蜂鸣器自动鸣响1秒，以告知实验结束。

7.连续按动3号显示键，显示器将依次显示：

1—＃＃＃＃＃＃总平均时间

2－＃＃＃＃＃＃红颜色的平均反应时间

3－＃＃＃＃＃＃绿颜色的平均反应时间

4－＃＃＃＃＃＃蓝颜色的平均反应时间

5－＃＃＃＃＃＃黄颜色的平均反应时间

6－＃＃＃＃＃＃实验所设置的测试次数

7—————＃＃出错次数

8.如需进行新的实验，按下复位键，仪器复位，再按以上的说明进行操作。

（二）、简单反应时的测定：

将光电反应键盘的RS232－9芯插头插入主机上的插座，如要接打印机，请将连接打印机的RS232－25芯插头也插入主机上对应的插座上。

将主机连接220伏交流电源的插头插入220伏电网的插座上。

确认所有连接无误、可靠后，打开主机上的电源开关，此时显示器显示“n1－－－－n4”：

1.按下4号键，选择n4为简单反应时，显示器显示“L－－－－－－S”

2.如需进行的是光的反应时间的测试，按下1号键，选择L光反应时间的测试；如是选择声的反应时间的测试，则按下4号键，选择声反应时间的测试，选择好以后，显示器显示“－－－－－－20”，及测试次数。

3.按动1号功能键，选择测试次数，显示器将依次显示“－－－－－－40”，“－－－－－－60”，“－－－－－－80”，“－－－－-20”，本仪器自动设置在20次。

4.选择好测试次数以后，被试同学将手指放在反应键盘四个圆孔的任一圆孔之中，主试同学按下2号启动键，测试开始。

5.仪器将自动呈现声或者光（四种颜色的灯同时点亮）刺激，被试根据声（光）刺激的呈现，手指离开反应键盘上的圆孔，仪器将自动记录刺激呈现到被试手指离开反应键盘圆孔之间的时间，为声（光）的反应时间。

6.实验途中，如被试手指不放回反应键盘的圆孔之中，仪器将自动进入等待状态，直到被试手指重新放回反应键盘园孔之中，进行下一次测试。

7.当所设置的测试次数完成后，仪器内的蜂鸣器自动鸣响1秒，以告知实验结束。

8.连续按动3号显示键，显示器将依次显示：

1—＃＃＃＃＃＃平均反应时间

2—————＃＃实验所设置的测试次数

9.如需进行新的实验，按下复位键，仪器复位，再按以上的说明进行操作。

『实验记录』

要求每位同学除记录自己的实验数据外，至少收集五名其他同学的实验数据。

分别算出所收集所有被试同学的的简单反应时和选择反应时的平均数和标准差。

表1选择反应时数据记录表

（一人做20次）

被试姓名

总平均时间

红颜色的平均反应时间

绿颜色的平均反应时间

蓝颜色的平均反应时间

黄颜色的平均反应时间

测试次数

出错次数

20

40

20

40

20

40

表2简单反应时数据记录表

（一人做声光各20次）

被试姓名

刺激源（声/光）

测试次数

平均反应时间

『思考题』

1、比较选择反应时与简单反应时的差异，并说明原因。

根据测定结果讨论反应时的个体差异。

实验六听觉实验

『实验目的』

1、通过听觉实验仪的应用，初步理解纯音听觉阈限与不同频率的关系。

2、检验响度与声波频率关系，测

量和绘制响度阈限曲线和等响曲线。

『实验仪器』

本实验采用EP304S型听觉实验仪、高保真双声道耳机

听觉实验仪是在测定可听到声波频率，证实声音的响度阈限和声波频率的关系，检验响度与频率的关系，测量等响曲线等一系列听觉实验的常用仪器，并帮助学生掌握实验方法。

EP304S听觉实验仪为听觉实验提供了一个较为理想的音源。

它是一种能产生频率在25赫兹到20千赫兹内的所有点频的正弦波信号发生器。

EP304S型听觉实验仪使用方法：

1、接上电源线，把耳机插到“耳机输出”1至4孔的任一孔，最多可同时上插4付。

2、无误后，打开电源开关，仪器频率显示“40――0”，40表示初始音量为40DB，0表示初始频率为0HZ。

3、按下一次左右声道按钮，打开相应的左右声道，对应的指示灯点亮。

根据实验内容，可同时或分别选用左右声道。

4、通过按下“数字/频率”选择按钮，以选择固定点频方式或自由输入频率方式，“数字”对应的指示灯亮表示选择自由输入频率方式，如要输入3678HZ频率，则按下上方标有3，6，7，8的按钮，屏幕上会显示“3678”，若输入数字有误，可按下上方标有“删除”的按钮，逐一删除，当确定输入正确后按下上方标有“确定”的按钮，此时被试者可听到频率是3678HZ的音频信号。

再次输入新的频率时，可按上方标有“0”到“9”的按钮重新输入新的数字，此时原先输入的音频信号保持到新的频率输入完毕且按下“确定”按钮后。

输入频率值为25HZ—20KHZ，低于下限或高于上限值，仪器会自动设置为下限或上限值。

（注：

每输完一个新的频率值必须按下“确定”按钮才能产生该频率的音频信号，在输入新的频率之前如果按下了其他非数字功能的按钮，液晶屏上会显示为“0”，测试者可再次输入新的频率）“频率”对应的指示灯亮表示选择固定点频率方式，如需15千赫兹频率，则按下下方标有15KHZ的按钮，频率显示“15000”，此时被试者可听到频率是15千赫兹的音频信号。

（默认状态为固定点频方式）

5、测试者调节音量调节旋钮，顺时针方向旋转旋钮，音量增强，逆时针旋转，音量减弱。

如要显示音量变化值，按下“音量/频率”键，切换显示音量值和频率值。

（在任何时间，都可以按下此键，查看对应的音量和频率值）

『准备知识』

能够在听觉器官引起声音感觉的波动称为声波，其频率范围为20—20000赫兹。

影响听觉强度的主观感觉的响度与作用在人耳上的声强有关也与声波的频率相关。

刺激阈就是反映声波强度和频率二者组合指标的一种听感阈值。

听力图乃是记录听力测验的图表。

如右图的听力图是不同比例成人对于各种频率的声音的可感受耳（即正常）所听到的声音范围，最低的一条曲线是刚刚能够听见的最小强度称为闻阈（响度阈限），即可闻阈限（或听觉阈限），而最上的一条则为刚刚能够忍受的最大强度听觉上限称为痛阈（耐受阈限），即最大可听阈。

这些曲线是通过以下技术来获得的：

被试者在听功能较好的一只耳上戴上耳机，接受某个纯音刺激。

例如，一个刺激1000赫并且是在可闻阈以下的音，被试者不可能听到它。

测试者慢慢地提高声音的强度，当被试者第一次报告“听到了”，测试者记下这个听觉阈限水平值，并作为听力图上可闻阈曲线上1000赫时的一点。

然后，测试者继续缓慢地提高声音强度水平，当被试者第一次报告耳朵感到搔痒或产生疼痛时，测试者记下这时的感觉阈限值，并将其作为痛阈点。

对于其他各个频率，重复进行同样的实验，直至可闻阈曲线与痛阈曲线完全形成为止。

曲线的下界是最小可闻阈，曲线的上界是最大可闻阈。

常人无法听到20赫以下和20，000赫以上的声音，但对3000赫的声音刺激却是最敏感的，这部分也正是人类语言频率密集的区域。

在这里所见的限界值均表示着音强度的刺激阈，中间的区域意味着人所有的听感觉大小。

其中，“50％”那条曲线是最令人感兴趣的。

说明其中一半的人具有高于这这阈限曲线的听觉敏锐度，而另一半的人员则相反。

由于不良听觉敏锐度能用来较好地定义失听（或耳聋），所以50％的这一曲线亦常用来作为听觉缺失的参照标准。

听感阈值的测定即是听觉研究的最重要的基础课题之一，同时，这种研究的成果和规律对电声器材与通讯器材的设计、医用测听器的校准和聋症的诊断等领域有很大的助益。

根据sivian等（1933）以及很多的学者的研究，声音的听觉应以对数分贝（dB）来划分响度等级，这是因为人耳的听感强弱具有对数的性质，同时采用对数，因为可方便地表示声学中较大的强度范围，又便于运算强度倍率时只需dB相加而无需相乘。

其次声波强度均可以dB表示，不因测量指标不同而改变。

1、声压级：

0dB被规定为在1KHz时人耳刚能听闻（闻阈）时的声压值为2X10-5帕（Pa）。

2、声强级：

声强是单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的声波能量，用符号I来表示，其单位为W/m2。

而声强级是声强的对数标度，它是根据人耳对声音强弱变化的分辨能力来定义的，用符号L来表示，其单位为分贝，L与I的关系为：

L=lg

式中规定I0=10-12W/m2（频率为1000赫兹）

0dB音的能量上作为基准，既是1cm2承担1音的强度10*log101/10…-16）dB表示。

规定为1KHz人耳刚能听闻时的声强值为10-12瓦/米。

3、感觉能级（响度级）：

它是选取频率为1000赫兹的纯音为基准声音，并规定它的响度级在数值上等于其声强级数值（注意：

单位不相同！

），然后将被测的某一频率声音与此基准声音比较，若该被测声音听起来与基准音的某一声强级一样响、则这基准音的响度级（数值上等于声强级）就是该声音的响度级，亦即某声音听起来与1KHz声音一样响时的声压级。

费兰切和莫桑运用实验，对响度与频率的关系进行研究。

他们选用1000Hz在不同声级水平上的纯音作为标准音。

让被试者在某一选择频率，调节强度与标准音相等。

经过一系列实验、比较得出等响度轮廓线，图中每条曲线上各点的响度感觉是一样的，这就构成了等响曲线。

由等响曲线可知：

在低响度范围内，听觉器官大大削弱了对高频和低频的响度感觉。

在音高阈限测定中的可听曲线，就是等响曲线为0方的等响曲线。

从等响曲线上可以看出，在低强度时曲线呈V字型；在高强度时，响度曲线趋向平化，即在相同强度时有近似的响度。

对于响度级的研究可采用间接对比的方法进行。

先选定一定强度的1000赫纯音作为标准刺激，用频率的声音为比较刺激，由听者调节比较纯音的强度，直至和标准纯音响度感觉相等，于是得出图示的一组曲线，图中每条曲线上各种频率的声音的响度感觉是相等的，所以称为等响曲线，这个等响曲线具体表明了响度级的特征。

为了便于说明和区别各条等响曲线，同样采用分级的办法。

取图中参考音调1000赫的垂直线与等响曲线相交点的强度级为各等响曲线的级别，叫做等响级，单位是（phon），就是说任一条曲线上的响度级相当于同样响的参考音调1000赫声音的强度级（1000赫纯音的强度级就是它的响度级）。

例如在20的等响曲线上，一个强度级为20分贝的1000赫声音，与一个强度级为37分贝的100赫声音听起来是一样响的，它们的响度级都是20。

乐音的音高是音调高低的主观感觉，主要由声波的频率决定，但也受强度的影响。

为了在可听的范围内测量强度对于乐音音高的影响，S.S.Stevens对150～12000Hz的11个频率的乐音做过实验。

他让两个频率稍有差别的乐音交替出现，并让被试者调节其中一个乐音的强度，直到他觉得两个乐音的