人机学3人的生理特性.docx

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人机学3人的生理特性

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人的生理特性制作孟现柱mengxz12ymaxbook118comhttpmaxbook118com教学目标1知道人的视觉和听觉特征掌握感觉阀人的反应时间视角视距视野错觉适应听阀掩蔽效应等概念2了解人的反应时间的特点知道如何缩短人的反应时间教学的重点难点1教学重点感觉知觉感觉阀人的反应时间视角视距视野错觉适应听阀掩蔽效应2教学难点感觉知觉感觉阀人的反应时间掩蔽效应本章目录第一节感觉与知觉感觉知觉感知反应过程第一节感觉与知觉感觉知觉感知反应过程第一节感觉与知觉感觉知觉感知反应过程一感觉的基本特征人的感觉分类基本特征1感受性感觉阈限2感官与刺激关系3感觉的相互作用4适应一感觉的基本特征人的感觉分类基本特征1感受性感觉阈限2感官与刺激关系3感觉的相互作用4适应一感觉的基本特征人的感觉分类基本特征1感受性感觉阈限2感官与刺激关系3感觉的相互作用4适应一感觉的基本特征人的感觉分类基本特征1感受性感觉阈限2感官与刺激关系3感觉的相互作用4适应一感觉的基本特征人的感觉分类基本特征1感受性感觉阈限2感官与刺激关系3感觉的相互作用4适应一感觉的基本特征人的感觉分类基本特征1感受性感觉阈限2感官与刺激关系3感觉的相互作用4适应一感觉的基本特征人的感觉分类基本特征1感受性感觉阈限2感官与刺激关系3感觉的相互作用4适应二知觉的基本特征1知觉的整体性2知觉的理解性3知觉的恒常性4知觉的选择性二知觉的基本特征1知觉的整体性2知觉的理解性3知觉的恒常性4知觉的选择性二知觉的基本特征1知觉的整体性2知觉的理解性3知觉的恒常性4知觉的选择性二知觉的基本特征1知觉的整体性2知觉的理解性3知觉的恒常性4知觉的选择性第二节视觉特征眼球的基本结构第二节视觉特征物体发出的或反射的光透射到视网膜上在视网膜上产生光化学反应视神经把神经冲动传到到大脑形成视觉视觉三要素视觉物体光视觉器官一视觉的基本参数1色觉可视波长和强度效应2视角3视力4视野5视距一视觉的基本参数1色觉可视波长和强度效应2视角3视力4视野5视距一视觉的基本参数1色觉可视波长和强度效应2视角3视力4视野5视距一视觉的基本参数1色觉可视波长和强度效应2视角3视力4视野5视距一视觉的基本参数1色觉可视波长和强度效应2视角3视力4视野5视距静视野在垂直面内的静视野最大范围角度为120度以视水平线为准最大仰角为50度最大俯角为70度静视野在水平面内双眼总的最大视野是200度就单眼而言以视中心线为准向内侧为60度向外侧为100度有效视野在视野边缘上人只能模糊的看到有无物体存在但辨不清其详细形状能够清楚辨认物体形状的视野为有效视野静视野的有效视野是以视中心线为轴上30度下40度左右各为15度～20度其中在中心3度以内为最佳视野区色觉视野人眼在不同颜色刺激下的色觉视野是不同的称为色觉视野人眼对白色视野最大对黄蓝红色依次减小而对绿色视野最小一视觉的基本参数1色觉可视波长和强度效应2视角3视力4视野5视距二视觉特征1常见的几种视觉现象1适应2眩光3视错觉4调节适应二视觉特征1常见的几种视觉现象1适应2眩光3视错觉4调节二视觉特征1常见的几种视觉现象1适应2眩光3视错觉4调节形状错觉1长短错觉形状错觉2长短错觉形状错觉3方位错觉形状错觉3方位错觉形状错觉4对比错觉形状错觉5透视错觉色彩错觉运动错觉二视觉特征1常见的几种视觉现象1适应2眩光3视错觉4调节2视觉损伤与视觉疲劳视觉损伤和视觉疲劳引起的视力下降常会导致工作效率的降低和事故的发生2视觉损伤与视觉疲劳视觉损伤和视觉疲劳引起的视力下降常会导致工作效率的降低和事故的发生3视觉的运动规律1运动快慢2运动顺序3估计准确性4优先顺序5接受性6协调性7颜色辨认顺序3视觉的运动规律1运动快慢2运动顺序3估计准确性4优先顺序5接受性6协调性7颜色辨认顺序3视觉的运动规律1运动快慢2运动顺序3估计准确性4优先顺序5接受性6协调性7颜色辨认顺序3视觉的运动规律1运动快慢2运动顺序3估计准确性4优先顺序5接受性6协调性7颜色辨认顺序3视觉的运动规律1运动快慢2运动顺序3估计准确性4优先顺序5接受性6协调性7颜色辨认顺序3视觉的运动规律1运动快慢2运动顺序3估计准确性4优先顺序5接受性6协调性7颜色辨认顺序3视觉的运动规律1运动快慢2运动顺序3估计准确性4优先顺序5接受性6协调性7颜色辨认顺序第三节听觉特征耳包括外耳中耳和内耳三部分一听觉知识

1人耳听到声音的范围只有频率在20～20000HZ范围内的声音才能引起听觉人耳的听觉具有对高频声较敏感而对低频声不敏感的特性2声音的度量1声音的物理度量声压声压级声强声强级2声音的主观度量响度响度级2声音的度量1声音的物理度量声压声压级声强声强级2声音的主观度量响度响度级2声音的度量1声音的物理度量声压声压级声强声强级2声音的主观度量响度响度级2声音的度量1声音的物理度量声压声压级声强声强级2声音的主观度量响度响度级2声音的度量1声音的物理度量声压声压级声强声强级2声音的主观度量响度响度级2声音的度量1声音的物理度量声压声压级声强声强级2声音的主观度量响度响度级二听觉特征1听阈2听觉的辨别阈限3辨别方向和距离4听觉的掩蔽二听觉特征1听阈2听觉的辨别阈限3辨别方向和距离4听觉的掩蔽二听觉特征1听阈2听觉的辨别阈限3辨别方向和距离4听觉的掩蔽二听觉特征1听阈2听觉的辨别阈限3辨别方向和距离4听觉的掩蔽阅读材料听阈复原需要经历一段时间掩盖声去掉以后掩蔽效应并不立即消除这个现象称为残余掩蔽或听觉残留其量值可代表听觉的疲劳程度掩盖声也称疲劳声它对人耳刺激的时间和强度直接影响人耳的疲劳持续时间和疲劳程度刺激越长越强则疲劳程度越高第四节其它感觉机能及其特征

一肤觉人体各部分触觉敏感性触觉阈限对皮肤适当的机械刺激在皮肤表面下的组织将引起位移理想情况小到0001mm的位移就足够引起触觉身体部位不同触觉刺激定位的能力不同指尖和舌尖定位平均误差仅1mm左右而在上臂腰部和背部定位平均误差有1cm左右面部口唇指尖触觉最敏感而手背背部等处较不敏感女性比男性略为敏感如果皮肤表面相邻两点同时受到刺激人只能感受到一个刺激如果接着将两个刺激略为分开并使人感受到有两个分开的刺激点这种能被感知到的两个刺激点间最小的距离称为两点阈限其中以手反映的两面点阈限值最低第四节其它感觉机能及其特征

一肤觉第四节其它感觉机能及其特征

一肤觉二本体感觉二本体感觉二本体感觉三嗅觉嗅觉感受器嗅细胞位于上鼻道及鼻中隔后上部的嗅上皮嗅细胞的纤毛受到空气中物质分子的刺激时有神经冲动传向嗅球进而传向更高级的嗅觉中枢引起嗅觉由于它们的位置较高平静呼吸时气流不易到达因此在嗅一些不太显著的气味时要用力吸气使气流上冲才能到达嗅上皮三嗅觉在600种气味物质中存在7种基本气味樟脑味麝香味花卉味薄荷味乙醚味辛辣味和腐腥味大多数具有同样气味的物质具有共同的分子结构每一个嗅细胞只对一种或两种特殊的气味反应嗅球中不同部位的细胞只对某种特殊的气味起反应不同性质的气味刺激有其相对专用的感受位点和传输线路非基本气味则由于它们在不同线路上引起的不同数量冲动的组合特点在中枢引起特有的主观嗅觉感受四味觉味觉的感受器是味蕾味蕾由味觉细胞和支持细胞组成味觉细胞顶端的味毛是味觉感受的关键部位众多的味道是由甜咸酸和苦四种基本的味觉组合而成的人舌表面不同部分对不同味刺激的敏感程度不一样一般舌尖部对甜味道比较敏感舌两侧对酸味比较敏感舌两侧前部对咸味比较敏感而软腭和舌根部对苦味比较敏感味觉的敏感度往往受食物或刺激物本身温度的影响在20-30℃之间味觉的敏感度最高第五节人的反应一反应时间

反应时间是指人从接受外界刺激到作出反应的时间反应时间包括知觉时间和动作时间三减少反应时间的途径1合理的选择感知类型比较各类感觉的反应时间发现听觉的反应时间最短约01～02s其次是触觉和视觉所以在设计各类机器时应根据操纵控制情况合理选择感觉通道尽量选用反应时间短通道去控制和调节机器2适合人的生理心理要求按人机学原则设计机器机器的外观造型和操纵机构是否适宜人的操作要求以及操作者的生物力学特性等都是直接影响动作时间的重要因素3作者操作技术的熟练程度直接影响反应速度应通过训练来提高人的反应速度作业与思考1名词解释感觉知觉反应时间2简述减小反应时间的途径响度级建立在两个声音主观比较的基础上选择1000Hz的纯音作基准音若某一噪声听起来与该纯音一样响则该噪声的响度级在数值上就等于这个纯音的声压级dB响度级用LN表示单位是"方"如某噪声听起来与声压级为80dB频率为1000Hz的纯音一样响则该噪声的响度级就是80方响度级与响度间的关系听阈是指人在某频率下刚好听到该声音的最小声级的分贝数痛阀是指刚刚使人耳感受到痛觉的声压听阈和痛阀与频率和声压有关低于听阈的声音不能产生听觉人耳的可听范围就是听阈与痛阈之间的所有声音声波刺激作用的时间对听觉阈值有重要的影响一般识别声音所需的最短持续时间为20～50ms辨别阈限是指听觉系统能分辨出两个声音的最小差异辨别阈限与声音的频率和强度都有关系人耳对频率的感觉最灵敏能感觉出频率微小的变化而对强度的感觉不如对频率的感觉灵敏二者都是在低频低强度时辨别阈限较高另外在频率500HZ以上的声频及声强辨别阈限大体上趋于一个常数根据声音到达两耳的强度和时间先后可以判断声源的方向如声源在右侧时声波到达左耳所需时间就稍长另外由于头部的屏蔽作用及距离之差会使两耳感受到声强的差别如果声源在听者的上下方或前后方就较难确定其方位这时通过转动头部可判断其方位判断声源的距离主要依靠声压和主观经验多种声音时人耳只能听到最强的声音而较弱的声音就听不到一个声音被其它声音的干扰而发生听觉困难只有提高该声音的强度才能产生听觉的现象称声音的掩蔽被掩蔽声音的听阈提高的现象称掩蔽效应作业时噪声对正常作业的监视声及语言的掩蔽不仅使听阈提高加速耳疲劳而且影响语言的清晰度直接影响作业人员间信息的交换可能导致事故肤觉触觉感受器温度感受器痛觉感受器触觉是微弱的机械刺激触及皮肤浅层的触觉感受器而引起的压觉是较强的机械刺激引起皮肤深部组织变形而产生的感觉两者性质上类似常称触压觉触觉能辨别物体大小形状硬度光滑程度以及表面机理等机械性质的触感触觉感受器有游离神经末梢触觉小体触盘毛发神经梭状小体环层小体等操作者能够靠触觉准确地控制各种人机系统的操纵装置肤觉触觉感受器温度感受器痛觉感受器温度觉分为冷觉和热觉两种这两种温度觉是由两种不同范围的温度感受器引起的冷感受器在肤温度低于30℃时发放冲动热感受器在皮肤温度高于30℃时发放冲动47℃时为最高肤觉触觉感受器温度感受器痛觉感受器各个组织器官内都有一些特殊的游离神经末梢在一定刺激如冷热接触或压力等强度下就会产生兴奋而出现痛觉机体不同部位的痛觉敏感度不同皮肤和外粘膜有高度痛觉敏感性角膜的中央有人体最痛的痛觉敏感性痛觉具有重要的生物学意义痛觉的产生将导致机体产生一系列保护性反应本体感觉耳前庭系统保持身体的姿势及平衡运动觉系统感受四肢和身体不同部分的相对位置人在进行各种操作活动的同时能给出身体及四肢所在位置的信息这种感觉称为本体感觉运动觉系统肌肉的纺锤体给出肌肉拉伸程度及拉伸速度的信息肌腱中各个不同位置的感受器给出关节运动程度的信息指示运动方向深部组织中的层板小体对形变很敏感能给出深部组织中压力的信息骨骼肌肌腱和关节囊中的本体感受器分别感受肌肉被牵引的程度肌肉收缩的程度和关节伸屈的程度进而使人感觉到身体各部位所处的位置和运动无需眼睛观察运动觉系统肌肉的纺锤体给出肌肉拉伸程度及拉伸速度的信息肌腱中各个不同位置的感受器给出关节运动程度的信息指示运动方向深部组织中的层板小体对形变很敏感能给出深部组织中压力的信息在训练技巧性的工作中运动觉系统有非常重要的地位例如在打字中因为有来自手指臂肩等部肌肉及关节中的运动觉感受器的反馈操作者的手指就会自然动作而不需操作者本身有意识地指令手指往哪里去按1反应时间随感觉通道听觉触觉视觉嗅觉的不同而异另外刺激作用于同器官的不同位置其反应时间也不相同330-1100味觉400-1000痛觉210-390嗅觉180-240温觉150-230冷觉150-200视觉120-160听觉110-160触觉反应时间ms感觉器官二反应时间的影响因素2反应时间随刺激性质光电声不同而异二反应时间的影响因素刺激反应时间光电击声音光和电击光和声音声音和电击光声和电击1761431421421421311273对于同一种性质的刺激来说一般情况是对弱刺激的反应时间较长刺激增加到中等强度与极强时反应时间短二反应时间的影响因素刺激对刺激开始的反应时间ms对中间的反应时间ms声中强度弱强度阈限119184779121183745光强弱1622051672034对于需要辨别两种刺激信号时若两刺激信号的差异愈大则其可辨性愈好反应时间愈短反之其反应时间愈长二反应时间的影响因素要辨别的刺激白和黑红和绿红和黄红和橙红和橙加25红红和橙加50红红和橙加75红10和13mm线段10和125mm线段平均反应时间ms197208217246252260271296298要辨别的刺激10和12mm线段10和115mm线段10和11mm线段10和105mm线段相差16Hz纯音相差12Hz纯音相差8Hz纯音相差4Hz纯音平均反应时间ms305313324345290299311334二反应时间的影响因素5反应时间随刺激的清晰度和可辨性对比强烈不同而异信号愈清晰易辨认则反应时间愈短反之则反应时间延长因此在设计灯光信号时要考虑信号与背景的亮度比设计标志信号时要考虑信号与背景的颜色对比设计声音信号时要考虑信号与背景的信噪比及频率的不同等例如在重要的控制室里要求有一定的隔光隔音措施就是为了保证操作者的反应速度6当刺激信号的持续时间不同时反应时间随刺激时间的增加而减少刺激信号的持续时间越长反应时间越短但这种影响关系也有一定的限度当刺激持续时间达到某一界限时再增加刺激时间反应时间却不再减少二反应时间的影响因素光刺激持续时间ms36122448反应时间1911891871841847反应时间随刺激的数目不同而异反应时间随刺激信号数的增加而明显的延长二反应时间的影响因素刺激选择目反应时间ms118723163364443454856532757086039619106228复杂反应包括选择反应和辨别反应这些反应由于在反应潜伏期中包括识别判断和选择等因素的影响其反应时间比较长而且错误反应的次数会随刺激复杂程度的加大将随之增加二反应时间的影响因素要辨别的刺激白和黑红和绿红和黄红和橙红和橙加25红红和橙加50红红和橙加75红10和13mm线段10和125mm线段平均反应时间ms197208217246252260271296298要辨别的刺激10和12mm线段10和115mm线段10和11mm线段10和105mm线段相差16Hz纯音相差12Hz纯音相差8Hz纯音相差4Hz纯音平均反应时间ms3053133243452902993113349反应时间随运动器官手脚腿躯干不同而异使同一部位但动作特点不同其所需的最少平均时间也不同二反应时间的影响因素动作部位动作特点最少平均时间s手抓取直线的曲线的007022旋转克服阻力不克服阻力072022脚直线的克服阻力的036072腿直线的脚向侧面036072～146躯干弯曲倾斜072～16212610对于手的动作随着出手距离增加反应时间相应加长对于反应动作的出手方向不同反应时间也不同如图如以出手方向②的反应时间为100则方向③为102方向①为123方向④为128方向⑤为129在方向⑥的位置上向左或向右移动速度没有差别一般说来手作返回身体方向的动作比离开身体方向的动作反应要快些二反应时间的影响因素出手距离cm204060平均反应时间ms525596670标准差ms50717411反应时间随执行器官右手左手右脚左脚不同而异二反应时间的影响因素视距是指人在控制系统中正常的观察距离观察各种显示仪表时若视距过远或过近对认读速度和准确性都不利一般应根据观察物体的大小和形状在380～760mm之间选择最佳视距不同工作任务视距的推荐值任务要求举例视距离眼至视觉对象cm固定视野直径cm备注最精细的工作安装最小部件表电子元件12～2520～40完全坐着部分地依靠视觉辅助手段小型放大镜显微镜精细工作安装收音机电视机25～3540～60坐着或站着中等粗活在印刷机钻井机床旁工作50以下至80坐或站粗活包装粗磨50～15030～250多为站着远看黑板开汽车150以上250坐或站人眼对光亮变化的顺应性称为适应暗适应是指人从光亮处进入黑暗处时需要经过一定时间约30min以后才能逐渐看清被视物这种视觉感受性逐渐提高的过程叫暗适应明适应是指人从暗处进入亮处时需要经过一定时间约1min以后才能看清视物的适应过程人在明暗急剧变化的环境中视力会短暂下降若明暗频繁会产生视觉疲劳为此在需要频繁改变亮度的场所采用缓和照明当视野内出现亮度过高或对比度过大的光时眼睛常常无法适应这种刺眼或耀眼的强光线叫眩光眩光多来源于外界物体表面过于光亮亮度对比过大或直接强光照射眩光可使人眼感到不舒服使可见度下降并引起视力的明显下降眩光造成的影响主要有使暗适应破坏产生视觉后象降低视网膜上的照度减弱观察物体与背景的对比度观察物体时产生模糊感觉等从而影响操作者的正常作业人在观察物体时由于视网膜受到光线的刺激使得视觉印象与物体的实际大小形状存在差异这种现象称视错觉主要类型有形状错觉色彩错觉及物体运动错觉等常见的形状错觉有长短错觉方向错觉对比错觉大小错觉远近错觉及透视错觉等色彩错觉有对比错觉大小错觉温度错觉距离错觉及疲劳错觉等调节是借助于水晶体曲率的变化以保证在视网膜上获得清晰视象的一种生理功能水晶体曲率可以在一定范围内调节在看得清楚的目标不断向近处移动时开始感到不清楚的位置称为调节近点注视目标愈接近调节近点愈易引起视疲劳因此视觉工作距离不应短于32个调节近点当视觉近点距离超过25厘米时就称为远视眼调节功能随年龄增加而下降但增加照明有助于扩大调节范围提高调节的准确性在生产过程中切屑粒火花飞沫热气流烟雾化学物质以及强光或有害光都会造成对眼的伤害眼睛承受的可见光的最大亮度值约为106cdm2越过此值视网膜会受伤直视高亮度光源如激光太阳光等会引起黄斑烧伤眩光或照度剧烈而频繁变化的光可引起视觉机能的降低低照度或低质量的光环境会引起各种眼的折光缺陷或提早形成老花300mm以下的短波紫外线可引起可引起紫外线眼炎常受红外线照射可引起白内障1长时间看近物或细小物体睫状肌持续地收缩引起视觉疲劳甚至导致睫状萎缩使调节能力降低2当照度不足时极易引起视觉疲劳眼痛头痛视力下降而且整个神经中枢系统和机体活动也将受到抑制引起全身性疲劳疲倦食欲下降肩上肌肉僵硬发麻等自律神经失调症状此外还可能形成近视眼睛的水平运动比垂直运动快即先看到水平方向的东西后看到垂直方向的东西所以一般显示器的外形常设计成横向长方形视线运动的顺序习惯于从左到右从上至下顺时针进行对物体尺寸和比例的估计水平方向比垂直方向准确迅速不易疲劳当眼睛偏离视中心时在偏离距离相同的情况下观察率优先的顺序是左上右上左下右下人的眼睛对直线轮廓比曲线轮廓更易于接受双眼的运动总是协调的易辨认的单一颜色顺序是红绿黄白当两种颜色相配一起时易辨认的顺序是黄底黑字黑底白字蓝底白字白底黑字声压是由于声波的存在而引起的压力增值单位为Pa声波在空气中传播时形成压缩和稀疏交替变化所以压力增值是正负交替的但通常讲的声压是取均方根值叫有效声压故实际上总是正值人耳可听声的声压变化范围为2×10-5～20pa为了计量方便及符合人的生理特点常用声压的相对值声压级来表示单位Db其数学表达式为式中p声压pap0参考基准声压2×10-5pa在垂直于声波传播方向上单位时间内通过单位面积的平均声能称为声强用I表示单位为Wm2常有耳可听声的声强变化范围为10-12～102Wm2为了计量方便常用声强的相对值声强级来表示单位Db其数学表达式为LI10lgII0式中LI声压级dBI声强Wm2I0基准声强为10-12Wm2响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念它不仅取决于声音的强度还与频率及波形有关用N表示单位为宋sone一个1000HZ的纯音在绝对阈限以上40dB的响度定义为1宋其它声音听起来比这一声音大几倍就说该声音的响度为几宋第一节感觉与知觉第二节视觉特征第三节听觉特征第四节其它感觉机能及其特征第五节人的反应感觉是有机体对客观事物的个别属性的反映是感官受到光声气味温度硬度等物理化学刺激而得到的主观经验有机体对客观世界的认识从感觉开始感觉是知觉思维情感等复杂心理现象的基础感觉类型感觉器官适宜刺激刺激起源识别外界的特征作用视觉眼可见光外部色彩明暗形状大小位置远近运动方向等鉴别听觉耳一定频率范围的声波外部声音的强弱和高低声源的方向和位置等报警联络嗅觉鼻腔顶部嗅细胞挥发的和飞散的物质外部香臭辣等挥发物的性质报警鉴别味觉舌面上的味蕾被睡液溶解的物质接触表面甜酸苦咸辣等鉴别皮肤感觉皮肤及皮下组织物理和化学物质对皮肤的作用直接和间接接触触觉痛觉温度觉和压力等报警深部感觉机体神经和关节物质对机体的作用外部和内部撞击重力和姿势等调整平衡感觉半规管运动刺激和位置变化内部和外部放置运动直线运动和摆动等调整人体各主要感觉器官的适宜刺激及其识别外界的特征知觉是人对事物的各个属性各个部分及其相互关系的综合的整体的反映知觉并不是感觉的简单相加而是由各种感官联合活动所产生的有机综合人们通常把感觉和知觉总起来称为感知人的感知反应过程是通过各种感官感受器接受外部信息刺激经过神经中枢进行分析判断并作出决定再下达给运动器官执行器改变被操纵对象的状态人的感觉按感觉器官分8种通过眼耳鼻舌肤五个器官产生的感觉称为五感此外还有运动感平衡感内脏感觉等感受器都有一定的感受性和感觉阈限感受性是指有机体对适宜刺激的感觉能力感觉阈限是指刚好能引起某种感觉的刺激值感觉阈限越低感觉越敏锐刺激超过一定强度最大阈值时刺激不仅无效还会引起不适或痛觉甚至产生损伤4978ms20784ms2直线加速度21×10-3rads2角加速度4×10-7味觉913