瞌睡检测器及与其互锁的唤醒单元.pdf

一种迅速、精确和高度实用性的瞌睡检测器及与其互锁的唤醒单元。通过检测瞌睡在因瞌睡引起事故之前唤醒车辆的驾驶者。借助于位于颞部附近一对眼镜的一个眼镜腿处的应力阻抗效应应力传感器头(1)检测眨闪的波形，并然后借助于一微型计算机(2)判断瞌睡。使用毫高斯AC磁场产生器(4)用于唤醒。

1.  一种瞌睡检测装置，包括：
(a)一高灵敏度的应力传感器，附加在眼镜框颞部弓上，其位置在用户颞部附近；以及
(b)一微型计算机，从由高灵敏度的应力传感器提供的信息检测用户的眼帘眨眼运动，并基于检测的信息确定用户的瞌睡。

2.  根据权利要求1的一种瞌睡检测装置，其中高灵敏度应力传感器是组合非晶形磁致伸缩细导线和CMOS多谐振荡器电路的应力阻抗效应的应力传感器。

3.  一种瞌睡检测和唤醒装置，包括：
(a)一高灵敏度应力传感器，附加在眼镜框颞部弓上，其位置在用户颞部附近；
(b)一微型计算机，从由高灵敏度的应力传感器提供的信息检测用户的眼帘眨眼运动，并基于检测的信息确定用户的瞌睡；以及
(c)一唤醒装置，基于来自微型计算机的瞌睡信号操作。

4.  根据权利要求3的一种瞌睡检测和唤醒装置，其中高灵敏度应力传感器是组合非晶形磁致伸缩细导线和CMOS多谐振荡器电路的应力阻抗效应的应力传感器。

5.  根据权利要求3的一种瞌睡检测和唤醒装置，还包括一毫高斯超低频AC磁场产生器，其基于来自微型计算机的瞌睡信号被驱动，其中由毫高斯超低频AC磁场产生器产生的磁场施加到用户的脑。

6.  根据权利要求3的一种瞌睡检测和唤醒装置，其中用于产生毫高斯超低频AC磁场的一个线圈和一个驱动电路，配置在用户脑附近。

7.  根据权利要求3的一种瞌睡检测和唤醒装置，其中用于产生毫高斯超低频AC磁场的一个线圈和一个驱动电路，配置在用户颞部附近。

瞌睡检测器及与其互锁的唤醒单元
技术领域
本发明涉及瞌睡检测装置及与其操作连接的唤醒装置，作用是在车辆驾驶者或工厂的安全巡视人员值班时，通过检测它们的瞌睡并唤醒它们而防止交通事故或工业事故。
背景技术
迄今，在研发用于车辆驾驶者的瞌睡传感器方面已报导有各种尝试，这包括(1)一种适于通过摄像机检测驾驶者面部图象，由它们眼帘的运动确定它们的瞌睡，(2)一种适于监视心脏跳动或脉搏，及(3)一种适于监视腕部与小手指之间皮肤的电阻变化。所有这些，仍然有许多有待克服的缺陷，并尚未付诸实用。
更具体来说，上述方法例如有以下缺陷：(1)图象监视方法的缺陷在于，诸如在白天和夜晚光量的突然变化，使得难以识别图象，(2)心脏跳动或脉搏监视方法的缺陷是，难以在有经验的驾驶者的平静与瞌睡之间作出区分，以及(3)用于监视皮肤电阻变化的方法没有科学基础，且难以依据皮肤的湿度确定这种变化。
同时，本发明人先前已发明了一种瞌睡传感器(登记号2009287)，其基于如果眼帘闭合达0.5秒或更长这样的事实，则这指示重度瞌睡，而与个体间的差异无关。
本发明的公开
然而，上述瞌睡传感器通过固定在眼镜框上的磁场传感器，适于检测附加眼帘与眼帘一同运动非常小的磁体的磁场，其呈现的实际缺陷是需要附加磁场。
其它所提出的在检测并确定它们瞌睡之后唤醒瞌睡人员的传统方法，使用电子声音警告或产生刺激性气味，诸如柠檬气味。然而，所有这些方法要依靠来自外部感觉器官的刺激，要耗费时间实现生理上的唤醒。此外，瞌睡瞌睡可能立即加深，或依据个体之间的差异有效性可能显著变化。由于这些原因，这些方法尚未被付诸实用。
本发明是鉴于以上作出的，且本发明的目的是要提供一种敏捷、精确而高度实用瞌睡检测装置，以及与其操作连接的唤醒装置。
为此，本发明提供了以下诸装置。
[1]一种瞌睡检测装置，装有一高灵敏度的应力传感器，其附加在眼镜框颞部弓上，其位置在用户颞部附近，以及一微型计算机，从由高灵敏度的应力传感器提供的信息检测用户的眼帘眨眼运动，并基于检测的信息确定用户的瞌睡。
[2]在以上[1]所述的瞌睡检测装置中，高灵敏度应力传感器是组合非晶形磁致伸缩细导线和CMOS多谐振荡器电路的应力阻抗效应的应力传感器。
[3]一种瞌睡检测和唤醒装置，装有一高灵敏度的应力传感器，其附加在眼镜框颞部弓上，其位置在用户颞部附近，以及一微型计算机，从由高灵敏度的应力传感器提供的信息检测用户的眼帘眨眼运动，并基于检测的信息确定用户的瞌睡，以及一唤醒装置，其基于来自微型计算机的瞌睡信号操作。
[4]在以上[3]中所述瞌睡检测和唤醒装置中，高灵敏度应力传感器是组合非晶形磁致伸缩细导线和CMOS多谐振荡器电路的应力阻抗效应的应力传感器。
[5]以上[3]中所述瞌睡检测和唤醒装置，还装有基于来自微型计算机的瞌睡信号驱动的毫高斯超低频AC磁场产生器，其中由毫高斯超低频AC磁场产生器产生的磁场施加到用户的脑。
[6]在以上[5]中所述瞌睡检测和唤醒装置中，用于产生毫高斯超低频AC磁场的一个线圈和一个驱动电路，配置在用户脑附近。
[7]在以上[5]中所述瞌睡检测和唤醒装置中，用于产生毫高斯超低频AC磁场的一个线圈和一个驱动电路，配置在用户颞部附近。
本发明的构成，是通过改进由本发明人先前发明的超灵敏应力传感器(在Japanese Unexamined Patent Apllication Publication No.10-170355中的应力阻抗效应装置)用于实用，并通过将其固定在眼镜框上使得其传感器头压向驾驶者头部颞部附近。使用这一结构，检测眼帘运动而无需把磁体附加到眼帘，并通过一微型计算机确定瞌睡。
此外，本发明的构成使用了与传统工作方法完全不同的原理。根据本发明，施加毫高斯量级的一微型AC磁场以激励体内水分子或生命离子用于唤醒的效应。通过基于由本发明人已经发明的“微脉冲磁场产生器，与血液循环促进，免疫抵抗力的提高及使用这种原理的组织再生系统”(Patent Apllication No.2001-286611)的唤醒实验，已发明新的唤醒方法。
附图的简要说明
图1是表示本发明的一实施例的用于车辆驾驶者的瞌睡检测与唤醒系统的示意图。
图2是表示本发明的一实施例地用于车辆驾驶者的瞌睡检测与唤醒系统的框图。
图3是表示根据本发明用于唤醒的毫高斯超低频波产生器配置的图示。
图4示出根据本发明的高灵敏度应力检测器及其电路。
图5是一频率特性图，表示由根据本发明的高灵敏度应力检测器(部分1)的应力引起的电压振幅变化。
图6是一曲线图，表示由根据本发明的高灵敏度应力检测器(部分2)的应力引起的电压振幅变化。
图7是根据本发明的高灵敏度应力检测器的一配置图。
图8是一曲线图，表示根据本发明的高灵敏度应力检测器(应力传感器)应力检测结果。
实施本发明的最佳模式
现在将参照附图说明本发明的一实施例。
图4是根据本发明的一高灵敏度应力检测器及其电路图。图5是一频率特性图，表示由高灵敏度应力检测器(部分1)的应力引起的电压振幅的变化。
图4中，标号11标记负磁致伸缩Co_72.5Si_12.5B₁₅非晶形导线(直径30μm及长度30mm；拉制直径为130μm并由旋转水下快速淬火方法制成非晶形导线，并在475℃加热两分钟，同时施加4kg/mm²的张力，然后快速冷却到室温制成具有-3×10^-6的磁致伸缩非晶形导线)。正弦波AC电源12连接到非晶形导线11。标号13标记内部电阻，用于保持AC电流的固定振幅。
图5示出当从正弦波AC电源12提供频率f振幅15mA的正弦波AC电流时，同时向非晶形导线11施加张力时，非晶形导线两端电压的振幅Em的测量结果。
从曲线图明显可见，当大约6kg/mm[60Mpa(兆帕)]的张力F施加到非晶形导线11时，非晶形导线11两端的电压振幅Em在从50kHz到MHz的频率f的频率范围内增加，同时在从1MHz到大约20MHz的范围降低。可看到，在频率f增加到50kHz或更高时，非晶形导线11两端电压的振幅Em增加，指示非晶形导线11呈现集肤效应。
图6示出在上述高灵敏度应力检测器中分别由在f＝400kHz和20MHz应力引起的电压振幅(部分2)的变化。
本实施例示出当400MHz和20MHz及振幅20mA的正弦电流分别提供给测量中使用的CoSiB非晶形导线时，导线两端电压振幅Em变化的测量结果，该结果示于图5，且非晶形导线具有正磁致伸缩[(Fe_0.5Co_0.5)_72.5Si_12.5B₁₅；直径30μm；长度20mm；磁致伸缩＝5×10^-6]，同时向导线施加张力负荷W。
当f＝20MHz时，在CoSiB导线情形下导线两端的电压振幅Em在1-克负荷(13Mpa张力)降低20％。CoSiB非晶形导线具有306Mpa的最大张力强度与3.4％的最大变形(伸长)，使得变形的应变因子(电磁量/伸长变化)将为1286。这是一个非常高的值，即具有最高灵敏度的普通半导体变形应变的大约200应变因子的大约6.5倍。直径20μm的CoSiB非晶形导线呈现4000的应变因子。FeCoSiB导线呈现大约400的应变因子，这指示提供了张力退火的细的非晶形导线明显呈现高的应变因子。
图7是根据本发明高灵敏度应力检测器的一种配置，而图8示出高灵敏度应力检测器(应力传感器)的应力检测结果。
非晶形导线21的感应脉冲电压转换为DC电压E-输出，作为由RC峰值保持电路24的输出电压，使用肖特基势垒二极管SBD23作为缓冲器。顺便来说，IC芯片20由74AC04组成。R指示20kΩ，C指示100pF，R_L指示10Ω，C_H指示1000pF，且R_H指示510kΩ。
如果振荡频率为14.35MHz，脉冲宽度为14ns(纳秒)，脉冲电流高度为30Ma，则在1-克负荷下输出电压Eout降低15％。应力传感器的应变因子大约为960，其大约为半导体应变仪应变因子200的五倍。如果FeCoSiB导线用作为头，则应变因子大约为170，但应力检测特性表现高度线性，并观察到6g(82MPa)宽的动态范围。
以下将说明本发明的特性。
图1是表示用于车辆驾驶者的瞌睡检测与唤醒系统的构成例子的一示意图，其示出本发明的一实施例。图2是用于车辆驾驶者的瞌睡检测和唤醒系统的一框图。
这些图中，标号1表示应力阻抗效应传感器头，标号2表示传感器电阻电路/微型计算机(8-位微型计算机)，标号3表示一电池，标号3A表示一发光二极管，标号4表示配置在驾驶者座椅枕9中的唤醒毫高斯超低频产生器，标号5表示其毫高斯脉冲产生线圈，标号6表示CMOS多谐振荡器，标号6D表示用于在接收来自发光二极管3A的光时驱动CMOS多谐振荡器6的一开关，标号7表示驾驶者A的眼镜框的颞部弓，标号8表示车辆转向轮，及标号9表示驾驶者座椅枕。
一个高密度安装型或IC型非晶形磁致伸缩导线应力阻抗效应传感器头1固定到驾驶者A的眼镜框的颞部弓7。头部1是15mm直径的圆柱体传感器头，其表面装有20-微米直径的CoSiB负磁致伸缩非晶形导线。头1被稍微压向驾驶者A的头部颞部附近。
应力阻抗效应传感器头1检测由眼睛肌肉由眨眼收缩引起的皮肤变形应力，且眨眼波形提供给固定到驾驶者A眼镜框的颞部弓7的微型计算机2。如果由微型计算机2进行的信息处理指示眼帘有0.4秒钟或更长的闭合，则确定为重度瞌睡。
应力阻抗效应传感器头1装有CMOS电路，以进行脉冲操作，功耗大约为5毫瓦。微型计算机2进行亮度级操作，功耗大约为20毫瓦。因而，可使用钮扣电池作为电池3。应力阻抗效应传感器1进行间歇性检测，例如进行5秒钟间隔的2秒钟检测操作。
现在将说明展示本发明一实施例的唤醒装置。
图3是一示意图，表示根据本发明用于唤醒的毫高斯超低频产生器的配置。
在图中，标号4表示唤醒毫高斯超低频产生器，标号5表示用于产生毫高斯超低频AC磁场的线圈，以及标号6表示作为线圈驱动电路用于产生毫高斯超低频AC磁场的CMOS多谐振荡器。驱动电路6包括电路A和电路B。
电路A(脉冲电压产生器电路)的组成包括，一个方波电压振荡器电路(多谐振荡器)6A，其具有两个CMOS反相器Q₁和Q₂，R和C，一个差分电路(R_d，C_d)6B，该电路把来自方波电压振荡器的振荡电路(多谐振荡器)6A的电压转换为脉冲电压，以及CMOS反相器Q₃，用于整形和放大差分电路6B的脉冲电压。振荡频率f表示为f＝0.1/RC[Hz]，以及R＝50kΩ与C＝5到50μF用来获得1到10Hz。
电路B由一方波电压振荡器电路构成(多形振荡器)，该电路具有两个CMOS反相器Q₄和Q₅，3R和C，以及用于整形和放大方形波电压的CMOS反相器Q₆。电路B是一方形波振荡器电路，具有大约0.5Hz的振荡频率，并适于通过一输出电压在其正电压半周期闭合一模拟开关AS6D，以便向一线圈5施加电路A的一脉冲电流，用于产生毫高斯超低频AC磁场。这样，产生毫高斯脉冲磁场。
更具体来说，在唤醒毫高斯超低频产生器4中，当接收到来自微型计算机2的瞌睡信号时，发光二极管3A被驱动发光，引起开关(光响应开关)6D接通。这转而驱动CMOS多谐振荡器6向直径为12cm的100-砸毫高斯脉冲产生线圈5提供5-mA，4-Hz电流。这样，毫高斯超低频产生器4具有使用CMOS多谐振荡器电流6的简单构成，并消耗大约1瓦特，于是使用两个AAA-规格的电池可多次操作。
唤醒原理是创新的。毫高斯AC磁场引起体内水分子簇和生命离子在地磁中回旋加速器谐振。产生质子交换的驻波环以提供分子本身有机化细胞核，促使活体生命活性的激活，从而唤醒休眠的大脑。
因而，毫高斯AC磁场产生线圈5最好安装在驾驶者座椅枕9或驾驶者(用户)帽子(未示出)中，使得其接近大脑。
毫高斯产生例如可以5分钟间隔进行10秒钟，而不是操作连接到应力阻抗效应传感器1。
小的毫高斯脉冲产生线圈可固定到眼镜框的颞部弓，以便向颞部施加磁场，或有唤醒功能的超小型声波产生器或振荡器可附加到眼镜框的颞部弓。
应当理解，本发明不限于上述实施例。反之，本发明是要函盖包含在其精神和范围内的各种修改型。
如以上详细说明，通过本发明可获得以下的优点：
(A)能够通过迅速，精确和高度实用的瞌睡检测装置及与其操作连接的唤醒装置。
(B)特别地，为实用而改进的高灵敏度应力传感器固定到眼镜框上，使得其传感器头压向驾驶者头部颞部附近。实用这一结构，能够检测眼帘运动而不在眼帘上附加磁体，并由微型计算机确定瞌睡。
(C)此外，使用与传统唤醒方法完全不同的原理用于唤醒车辆驾驶者。这使得能够通过施加微小的AC毫高斯量级磁场以激励驾驶者体内水分子或生命离子，而唤醒驾驶者。
(D)例如能够检测车辆驾驶者等的瞌睡，并在他/她导致交通事故之前即可唤醒驾驶者。
(E)瞌睡检测和唤醒装置可整体安装在眼镜框上。
工业应用
根据本发明瞌睡检测装置及与其操作连接的唤醒装置，当它们安装在车辆中及驾驶者上时，使得能够防止交通事故，或当它们在观察安装到安全监视系统及安全巡视人员上时，有助于防止工业事故。于是，可预期根据本发明的装置的应用范围广泛。