CN106377266A - 一种基于眼部识别的疲劳监测装置 - Google Patents

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吴双
张鹤
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Abstract

本发明提供一种基于眼部识别的疲劳监测装置，包括柔性基底和层合在所述柔性基底上的一系列压电结构单元组成的压电阵列，所述压电结构单元包括压电材料层、上下电极层和最外保护层，各个压电结构单元之间由导线连接，所述压电阵列通过导线连接电压测量设备。本发明相比现有技术中的上述疲劳监测系统具有较低成本、方便准确、灵敏可靠等优势，如果推广使用具有良好的竞争力。本发明的监测装置适用于各类机动车驾驶员，几乎对人体没有束缚作用，能够自己提供能量，能够在较长时间内实时反馈眨眼行为，及时提示驾驶员的疲劳状态和疲劳程度，再辅以声光警报系统就有效的防止驾驶员发生疲劳驾驶，进而大幅减少因疲劳驾驶而产生的交通事故。

Description

一种基于眼部识别的疲劳监测装置
技术领域
本发明涉及压电传感装置及其应用。
背景技术
我国交通安全问题亟待改善。截至2015年底，我国机动车保有量达到2.79亿，而交通事故已经成为威胁人民生命财产安全的重大隐患，仅2015年，全国共接报涉及人员伤亡的道路交通事故21017起，共造成72387人死亡。而所有交通安全事故中，由于疲劳驾驶引发的交通事故占有很大比例。目前市面上，对驾驶员进行疲劳检测的设备或技术，都因为在实施条件、成本造价、驾驶体验等方面的局限性，而难以大范围的推广使用。
随着柔性电子技术的蓬勃发展，柔性传感器在生物医学领域应用也越来越多，由于其贴合生物组织、体积微小、灵敏度高，在生理信号传感上具有很大的优越性。我们将柔性电子技术和压电传感技术结合，就能得到一种性能优越、便利实用的疲劳检测设备。压电材料的研究和应用经过长时间的技术积累已经趋于成熟，如果应用在驾驶员疲劳检测上，能做到灵敏准确可实施性高，能够在一定程度上减少疲劳驾驶，改善交通安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于眼部识别的疲劳监测装置，能够识别人在不同精神状态下的不同眨眼行为，并给出相应的疲劳程度作为驾驶参考。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种基于眼部识别的疲劳监测装置，所述装置包括柔性基底和层合在所述柔性基底上的一系列压电结构单元组成的压电阵列，所述压电结构单元包括压电材料层、上下电极层和最外保护层，各个压电结构单元之间由导线连接，所述压电阵列通过导线连接电压测量设备。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：
所述装置通过胶粘层直接粘贴在人体眼周皮肤处，通过柔性基底将应变传递到压电结构单元中。
所述最外保护层为封装在所述柔性基底及压电阵列之外的透明的PI有机薄膜。
所述装置通过胶粘层直接粘贴在人体眼周皮肤处，通过柔性基底将应变传递到压电结构单元中。
所述装置粘贴在上眼睑和眉骨之间的皮肤上。
所述柔性基底、压电材料层、上下电极层和最外保护层都采用微米级别的超薄材料制成，所述装置的整体厚度也控制在微米级别。
电压测量设备包括蓝牙传输模块、电荷放大器、降噪滤波电路和电压测量电路，所述设备能通过所述蓝牙传输模块将电信号无线传输到外部测量设备，实时反映输出电压水平。
目前常见的疲劳监测系统主要有两种，一种是通过影像识别驾驶员的生理信号（眨眼、点头等）来判断疲劳状态；另一种是通过车载计算机分析驾驶员的驾驶行为（急刹、变道等）来判断疲劳状态。
本发明的有益效果是：本发明相比现有技术中的上述疲劳监测系统具有较低成本、方便准确、灵敏可靠等优势，如果推广使用具有良好的竞争力。本发明的监测装置适用于各类机动车驾驶员，因为采用超薄设计，几乎对人体没有束缚作用，能够自己提供能量，能够在较长时间内实时反馈眨眼行为，经过简单的电信号分析就能够及时提示驾驶员的疲劳状态和疲劳程度，再辅以声光警报系统就有效的防止驾驶员发生疲劳驾驶，进而大幅减少因疲劳驾驶而产生的交通事故。整个系统节能环保，高效精准，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的压电结构单元的结构示意图。
图2为本发明的传感装置的整体示意图。
图3为本发明的拉伸状态的工作原理图。
图4为本发明的松弛状态的工作原理图。
图5为本发明的电压输出示意图。
图中标号：1-压电传感单元，2-柔性基底，3-压电结构单元，4-压电材料层，5-上电极层，6-下电极层，7-蓝牙模块。
具体实施方式
参照附图。
本发明的疲劳监测装置包括多个压电传感单元1（图1），所述压电传感单元1包括柔性基底2和层合在所述柔性基底2上的一系列压电结构单元3组成的压电阵列，所述压电结构单元3包括压电材料层4、上电极层5、下电极层6和最外保护层，上下电极层将压电材料层4包覆其中，压电材料层4是产生电信号的功能性元件，上下电极层各个压电结构单元3之间由导线连接，所述压电阵列通过导线连接电压测量设备。
所述疲劳监测装置通过胶粘层直接粘贴在人体眼周皮肤处，并通过柔性基底将人体眼周的皮肤产生的应变传递到压电结构单元中。通常使用中，该装置粘贴在上眼睑和眉骨之间的皮肤上。
所述最外保护层为封装在所述柔性基底及压电阵列之外的PI有机薄膜。
所述柔性基底2、压电材料层4、上下电极层和最外保护层都采用微米级别的超薄材料制成，压电层采用0.5微米PZT薄膜，压电传感单元的整体厚度也在控制在微米级别，不影响人眼正常功能
电压测量设备包括蓝牙传输模块、电荷放大器和降噪滤波电路，所述设备能通过所述蓝牙传输模块将电信号无线传输到外部测量设备，实时反映输出电压水平。
压电结构单元3由导线互联，并集成在超薄的柔性基底2上，可以自由拉伸压缩（如图3所示）。将传感器（图2）贴于眼周，可以随着眨眼产生的皮肤应变产生相应的电信号。
由于人体处于疲劳状态时眨眼的速度和频率相较正常状态有所不同，根据输出的电信号就可以判断人是否处于疲劳状态（图4）：当人处于正常驾驶状态的时候，电压变化频率保持稳定，眨眼瞬间的电压值波动比较迅速；而当人处于疲劳状态时，电压变化的频率增大，眨眼瞬间的电压值波动比较迟缓。

Claims (7)

1.一种基于眼部识别的疲劳监测装置，其特征在于：所述装置包括压电传感单元，所述压电传感单元包括柔性基底和层合在所述柔性基底上的一系列压电结构单元组成的压电阵列，所述压电结构单元包括压电材料层、上下电极层和最外保护层，各个压电结构单元之间由导线连接，所述压电阵列通过导线连接电压测量设备。
2.如权利要求1所述的一种基于眼部识别的疲劳监测装置，其特征在于：所述压电阵列中的压电结构单元采用串并联结合的方式连接。
3.如权利要求1所述的一种基于眼部识别的疲劳监测装置，其特征在于：所述最外保护层为封装在所述柔性基底及压电阵列之外的PI有机薄膜。
4.如权利要求1所述的一种基于眼部识别的疲劳监测装置，其特征在于：所述装置通过胶粘层直接粘贴在人体眼周皮肤处，通过柔性基底将应变传递到压电结构单元中。
5.如权利要求4所述的一种基于眼部识别的疲劳监测装置，其特征在于：所述装置粘贴在上眼睑和眉骨之间的皮肤上。
6.如权利要求1所述的一种基于眼部识别的疲劳监测装置，其特征在于：所述柔性基底、压电材料层、上下电极层和最外保护层都采用微米级别的超薄材料制成，所述装置的整体厚度也控制在微米级别。
7.如权利要求1所述的一种基于眼部识别的疲劳监测装置，其特征在于：电压测量设备包括蓝牙传输模块、电荷放大器和降噪滤波电路，所述设备能通过所述蓝牙传输模块将电信号无线传输到外部电压测量设备，实时反映输出电压水平。
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