一种智能睡眠头戴装置及系统的制作方法

本实用新型涉及脑电波采集装置技术领域，尤其涉及一种智能睡眠头戴装置及包括该智能睡眠头戴装置的智能睡眠头戴系统。

背景技术：

如今生活节奏越来越快，睡眠问题日趋严重。睡眠质量长期睡眠紊乱不仅会降低生活质量，影响个人的工作生活，还会引发诸如心血管病、抑郁症等疾病。据脑科学的研究证实，人体脑电波可在一定程度上反应人脑活动的特征。比如人在清醒时，脑电活动以β或α波为主，浅睡时以θ波为主。通过分析脑电波，可以了解人脑是否清醒、是否入眠。在这个过程中，采集脑电波是研究睡眠的关键环节。

医用脑电采集方式通常要在被试者头上涂抹导电凝胶，再用复杂的多导脑电采集设备采集被试者的头皮脑电。这种方式成本高昂，操作繁琐，不便于在家庭日常生活中使用。相比医用脑电这种采集方式，利用干电极采集人体额头部位脑电信号是更加低廉快捷的脑电采集方式。影响脑电信号采集质量的最大挑战是电极与人体皮肤的接触问题。过多的束缚可在一定程度上保证电极与皮肤接触紧密，但是会极大地影响穿戴的舒适性，反而不利于人体放松；反之，束缚不足会影响电极的接触，采集的信号会因噪声过强而变得难以处理。同时，当电极周围有毛发时，会显著降低采集的脑电波信号质量。所以在实际采集脑电信号时，既要避免穿戴装置对人体头部造成压迫感干扰睡眠，又要实现电极与头部皮肤密切贴合，这样才能解决同类产品的可靠性问题。如公开号为cn107714036a的一种脑电信号采集头带，其前额内侧位置设有电极用于采集脑电信号，头带内部设有中空柔性薄壁，用来放置柔性电路板，头带后脑位置采用魔术贴卡扣作为松紧调节结构；当头带勒紧头部时，会造成较强的压迫感，也许会有一两处电极贴合头部，但是无法保证头带上的每处电极都能与额头紧密贴合；并且，该装置只有额头处设有电极，电极的分布不完整，比如缺少在耳部设置电极，不完整的电极分布会导致脑电信息的缺失。

因此，针对上述问题，如何提供一种头戴电极自适应贴合不同形状的头部，舒适无明显压迫感的智能睡眠头戴装置成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种智能睡眠头戴装置及包括该智能睡眠头戴装置的智能睡眠头戴系统，以解决现有技术中的问题。

作为本实用新型的第一个方面，提供一种智能睡眠头戴装置，其中，所述智能睡眠头戴装置包括：头戴外壳、信号采集模块、自适应调节机构与电路结构，所述信号采集模块分别设置在所述头戴外壳和所述自适应调节机构上，所述自适应调节机构设置在所述头戴外壳的内侧，所述电路结构设置在所述头戴外壳内部，所述电路结构与所述信号采集模块通信连接；

所述头戴外壳具有能够容纳用户的额头的弧形结构；

所述信号采集模块用于与用户的额头贴合以采集用户的脑部状态信号；

所述自适应调节机构用于自适应调节所述信号采集模块与用户的额头的贴合程度；

所述电路结构用于对所述用户的脑部状态信号进行处理并将处理后的脑部状态信号发送至上位机进行处理以得到脑部的活动状态。

优选地，所述自适应调节机构包括自适应层和设置在所述自适应层上的支撑部和转动部，所述支撑部位于所述自适应层朝向所述头戴外壳的表面的中间位置，所述转动部位于所述自适应层朝向所述头戴外壳的表面的两侧，所述支撑部能够在所述自适应层受挤压时发生形变，所述转动部远离所述自适应层的一端能够插入所述头戴外壳的凹槽内，所述转动部上设置有通孔，所述转动部能够通过所述头戴外壳的凹槽内设置的能够穿过所述通孔的固定部进行固定，所述转动部能够在所述自适应层被挤压时发生转动。

优选地，所述头戴外壳包括中央外壳和位于所述中央外壳两侧的对称设置的第一外壳和第二外壳，所述第一外壳和所述第二外壳均与所述中央外壳连接，所述自适应调节机构设置在所述中央外壳的内侧。

优选地，所述信号采集模块包括中央电极、第一电极和第二电极，所述中央电极设置在所述自适应调节机构上，所述第一电极与所述第一外壳连接，所述第一电极的一端嵌入所述第一外壳内部，所述第一电极的另一端向外延伸，所述第二电极与所述第二外壳连接，所述第二电极的一端嵌入所述第二外壳内部，所述第二电极的另一端向外延伸，所述第一电极的下边缘和所述第二电极的下边缘均设置导电材料。

优选地，所述信号采集模块还包括加速度陀螺仪传感器，所述加速度陀螺仪传感器与所述电路结构通信连接，所述加速度陀螺仪传感器用于采集用户的惯性信号。

优选地，所述智能睡眠头戴装置还包括第一连接机构和第二连接机构，所述第一连接机构用于连接所述中央外壳与所述第一外壳，所述第二连接机构用于连接所述中央外壳与所述第二外壳。

优选地，所述第一连接机构和所述第二连接机构均包括铰链和套设在所述铰链外侧的波纹管。

优选地，所述电路结构包括信号处理模块和通信模块，所述通信模块与所述信号处理模块连接，所述信号处理模块用于对所述用户的脑部状态信号进行处理，所述通信模块用于实现所述信号处理模块与上位机的通信。

优选地，所述电路结构包括供电模块，所述供电模块分别与所述信号处理模块和通信模块连接，所述供电模块用于为所述信号处理模块和通信模块的工作提供电源供应。

作为本实用新型的第二个方面，提供一种智能睡眠头戴系统，其中，所述智能睡眠头戴系统包括上位机和前文所述的智能睡眠头戴装置，所述上位机与所述智能睡眠头戴装置通信连接。

本实用新型提供的智能睡眠头戴装置，设置有自适应调节机构，通过该自适应调节机构可以根据不同头型的挤压力度使得信号采集模块与用户的额头贴合，这样能够提高脑部状态信号采集的准确性与可靠性，信号采集模块采集到的脑部状态信号经过电路结构的处理后，发送至上位机进行处理得到脑部的活动状态，由于前期的脑部状态信号采集的准确性与可靠性均比较高，因而最终得到的脑部的活动状态更加真实。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型提供的智能睡眠头戴装置的结构示意图。

图2为本实用新型提供的智能睡眠头戴装置的立体图。

图3为本实用新型提供的电路结构的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

作为本实用新型的一个方面，提供一种智能睡眠头戴装置，其中，如图1和图2所示，所述智能睡眠头戴装置包括：头戴外壳100、信号采集模块200、自适应调节机构300与电路结构400，所述信号采集模块200别设置在所述头戴外壳100和所述自适应调节机构300上，所述自适应调节机构300设置在所述头戴外壳100的内侧，所述电路结构400设置在所述头戴外壳100内部，所述电路结构400与所述信号采集模块200通信连接；

所述头戴外壳100具有能够容纳用户的额头的弧形结构；

所述信号采集模块200用于与用户的额头贴合以采集用户的脑部状态信号；

所述自适应调节机构300用于自适应调节所述信号采集模块200与用户的额头的贴合程度；

所述电路结构400用于对所述用户的脑部状态信号进行处理并将处理后的脑部状态信号发送至上位机进行处理以得到脑部的活动状态。

本实用新型提供的智能睡眠头戴装置，设置有自适应调节机构，通过该自适应调节机构可以根据不同头型的挤压力度使得信号采集模块与用户的额头贴合，这样能够提高脑部状态信号采集的准确性与可靠性，信号采集模块采集到的脑部状态信号经过电路结构的处理后，发送至上位机进行处理得到脑部的活动状态，由于前期的脑部状态信号采集的准确性与可靠性均比较高，因而最终得到的脑部的活动状态更加真实。

作为所述脑部状态信号的具体实施方式，所述脑部状态信号具体可以包括脑电波信号和头部惯性信号。

具体地，如图1和图2所示，所述自适应调节机构300包括自适应层330和设置在所述自适应层330上的支撑部310和转动部320，所述支撑部310位于所述自适应层330朝向所述头戴外壳100的表面的中间位置，所述转动部320位于所述自适应层330朝向所述头戴外壳100的表面的两侧，所述支撑部310能够在所述自适应层330受挤压时发生形变，所述转动部320远离所述自适应层330的一端能够插入所述头戴外壳100的凹槽内，所述转动部320上设置有通孔，所述转动部320通过所述头戴外壳100的凹槽内设置的能够穿过所述通孔的固定部进行固定，所述转动部320能够在所述自适应层330被挤压时发生转动。

需要说明的是，所述自适应层具体可以为一块橡胶。

应当理解的是，当所述支撑部310不受压力时为x型；受到额头挤压时会呈一字型向头戴外壳100的内侧表面贴合，同时带动转动部320转动，使自适应层的弧度与人体额头弧度高度吻合，使位于自适应层内侧表面的中央电极与额头皮肤密切贴合。

还应当理解的是，所述支撑部310与所述转动部320配合还能够在所述自适应层受到不同形状的头型挤压时发生与该头型相对应的形变，以实现与头型的密切贴合。

具体地，所述转动部320上设置有通孔，转动部320嵌入头戴外壳所开的凹槽中，通过在通孔中插入固定部来固定所述转动部320。在所述转动部320转动时，以插入的固定部为轴、以所述头戴外壳所开的凹槽为界转动。优选地，所述固定部具体可以为硅胶销和锁定位器。

作为所述头戴外壳100的具体实施方式，如图1和图2所示，所述头戴外壳100包括中央外壳110和位于所述中央外壳110两侧的对称设置的第一外壳120和第二外壳130，所述第一外壳120和所述第二外壳130均与所述中央外壳110连接，所述自适应调节机构300设置在所述中央外壳110的内侧。

进一步具体地，如图1和图2所示，所述中央外壳110包括中央前置外壳111和中央后置外壳112，所述自适应调节机构300位于所述中央后置外壳112上。所述第一外壳120包括相互连接的第一前置外壳121和第一后置外壳122，所述第二外壳130包括相互连接的第二前置外壳131和第二后置外壳132。

具体地，所述信号采集模块200包括中央电极210、第一电极220和第二电极230，所述中央电极210设置在所述自适应调节机构300上，所述第一电极220与所述第一外壳120连接，所述第一电极220的一端嵌入所述第一外壳120内部，所述第一电极220的另一端向外延伸，所述第二电极230与所述第二外壳130连接，所述第二电极230的一端嵌入所述第二外壳130内部，所述第二电极230的另一端向外延伸，所述第一电极220的下边缘和所述第二电极230的下边缘均设置导电材料。

进一步具体地，所述中央电极210与所述自适应调节机构300为可拆卸连接，所述第一电极220与所述第一外壳120之间为可拆卸连接，所述第二电极230与所述第二外壳130之间为可拆卸连接，即所述中央电极210、第一电极220和第二电极230与其相邻的结构之间的连接方式均为可拆卸连接，能够方便所述中央电极210、第一电极220和第二电极230的更换。

应当理解的是，如图1和图2所示，所述第一电极220的下边缘和第二电极230的下边缘设置导电材料，而第一电极220表面上的其他区域和第二电极230表面上的其他区域均使用绝缘材料，这样在用户佩戴该智能睡眠头戴装置时，能够极大减少采集时毛发对耳部脑电波信号的干扰，尤其针对女性用户更能够避免毛发对耳部脑电波信号的干扰。

需要说明的是，所述第一电极220的下边缘和第二电极230的下边缘以图2所示为例，若在佩戴图1和图2所示的智能睡眠头戴装置时，第二电极230佩戴在右耳处，第一电极220佩戴在左耳处，则第一电极220与左耳上部皮肤接触的部分为第一电极220的下边缘，同理，第二电极230与右耳上部皮肤接触的部分为第二电极230的下边缘，即图2所示的第一电极220上的l所指示的部分，以及第二电极230上的r所指示的部分。还应当理解的是，图2所示的l和r应当指的是第一电极220和第二电极230的整个边缘部分，而非一个特定的点。

进一步具体地，所述智能睡眠头戴装置还包括第一连接机构500和第二连接机构600，所述第一连接机构500用于连接所述中央外壳110与所述第一外壳120，所述第二连接机构600用于连接所述中央外壳110与所述第二外壳130。

需要说明的是，所述第一连接机构和所述第二连接机构分别能够用于自适应调节所述第一外壳和第二外壳与头部两侧的贴合程度。具体地，所述第一连接机构500能够使得所述第一外壳靠近中央外壳的地方小幅度转动，以使得第一外壳在不同头型下自适应贴合头部的侧面；所述第二连接机构600能够使得所述第二外壳靠近所述中央外壳的地方小幅度转动，以使得所述第二外壳在不同头型下自适应贴合头部的侧面。

优选地，所述第一连接机构500和所述第二连接机构600均包括铰链和套设在所述铰链外侧的波纹管。

所述第一连接机构用于连接中央外壳与第一外壳，所述第二连接机构用于连接中央外壳与第二外壳，使得第一外壳与第二外壳可以以一定角度转动。优选地，所述第一连接机构和第二连接机构均由铰链模块和波纹管构成，将插入轴的弯曲弹簧电焊固定，再套上波纹管保护。

作为所述信号采集模块200的具体实施方式，所述信号采集模块200还包括加速度陀螺仪传感器（图中未示出），所述加速度陀螺仪传感器与所述电路结构400通信连接，所述加速度陀螺仪传感器用于采集用户的惯性信号。

应当理解的是，所述加速度陀螺仪传感器将采集到的用户的惯性信号发送至电路结构中进行处理，能够使得电路结构在对信号采集模块采集的脑部状态信号进行处理时，有效滤除掉一些干扰信号，以使得处理后的脑部状态信号更加准确。即，所述惯性信号在被所述电路结构进行处理后，能够使得电路结构在对脑电波信号进行处理时有效滤除掉脑电波信号中的一些干扰信号，使得处理后的脑电波信号更加准确。

具体地，如图3所示，所述电路结构400包括信号处理模块410和通信模块420，所述通信模块420与所述信号处理模块410连接，所述信号处理模块410用于对所述用户的脑部状态信号进行处理，所述通信模块420用于实现所述信号处理模块410与上位机的通信。

优选地，所述信号处理模块410包括放大器结构。

进一步具体地，所述电路结构400包括供电模块430，所述供电模块430分别与所述信号处理模块410和通信模块420连接，所述供电模块430用于为所述信号处理模块410和通信模块420的工作提供电源供应。

具体地，所述电路结构400包括信号处理模块410、通信模块420以及供电模块430。信号采集模块410的输出端与信号处理模块410的输入端相通，信号处理模块410的输出端与通信模块420的输入端相通，供电模块430的输出端与信号处理模块410和通信模块420相通，通信模块420的输出端与上位机连接。优选地，信号处理模块410包括放大器结构，放大器结构中包括滤波器；通信模块420具体可以包括蓝牙模块或wifi通信模块；供电模块430包括电池接口、电池以及用于提示设备运行状态的led。

为了方便佩戴，所述头戴外壳100的末端可配备松紧带，利用表带扣调节大小。

本实用新型提供的智能睡眠头戴装置，自适应调节机构可以根据不同的挤压力度使电极与额头贴合，这样提高了脑部状态信号采集的准确性与可靠性；电极采集脑部状态信号，加速度陀螺仪传感器采集惯性信号，并将信号传送至信号处理模块，经过信号处理模块滤波放大，通过通信模块传送至上位机处理脑电信息，识别脑电活动。

作为本实用新型的第二个方面，提供一种智能睡眠头戴系统，其中，所述智能睡眠头戴系统包括上位机和前文所述的智能睡眠头戴装置，所述上位机与所述智能睡眠头戴装置通信连接。

本实用新型提供的智能睡眠头戴系统，设置有自适应调节机构，通过该自适应调节机构可以根据不同头型的挤压力度使得信号采集模块与用户的额头贴合；第一连接机构、第二连接机构能够根据不同头型使得信号采集模块与用户的头部两侧贴合；同时第一电极、第二电极表面特有的表面导电与绝缘部位的分布，可极大减少采集时毛发对耳部脑电波信号的干扰，这样能够提高脑部状态信号采集的准确性与可靠性，信号采集模块采集到的脑部状态信号经过电路结构的处理后，发送至上位机进行处理得到脑部的活动状态，由于前期的脑部状态信号采集的准确性与可靠性均比较高，因而最终得到的脑部的活动状态更加真实。

优选地，所述上位机包括电脑终端或手机app等。

关于本实用新型提供的智能睡眠头戴系统的工作原理可以参照前文的智能睡眠头戴装置的描述，此处不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。