Устройство детектора эмоций

Проблема здоровья детей сегодня, как никогда актуальна. Это связано с тем, что за последние годы резко снизился уровень психоэмоционального благополучия современных детей и подростков; всё чаще встречаются такие явления, как детская и подростковая тревожность и агрессивность. Психологическое неблагополучие детей и подростков, в частности, касающееся эмоциональной сферы, имеет далеко идущие последствия. Многие исследователи связывают некоторые типы нарушения поведения у детей (побеги, школьные прогулы, бродяжничество, воровство, грабежи, убийства) с различными формами психогенных расстройств, в частности, с депрессивными состояниями. Но, несмотря на большое количество публикаций, в изучении данной проблемы остается больше вопросов, чем ответов, что существенным образом ограничивает возможности школьных психологов и педагогов в отношении коррекционной работы. Поэтому мы задали такой вопрос: « А можно ли создать устройство для измерения психоэмоционального состояния учащихся, а также учителей?». Ведь от настроения учителя также зависит микроклимат класса на уроке. Цель исследования- создать устройство для исследования психоэмоционального состояния учащихся школы.

Для достижения цели необходимо решить ряд задач:

-исследовать зависимость психоэмоционального состояния человека от его физических данных;

-разработать оптимальную конструкцию прибора для измерения психоэмоционального состояния;

-изготовить «детектор эмоций»;

-провести измерения психоэмоционального состояния учащихся школы с помощью детектора эмоций.

-проанализировать ситуации, при которых состояние учащихся отклоняется от нормы;

Программа исследования: Для получения достоверных данных и решения исследовательских задач использовались следующие методы:

• Теоретический анализ литературы по проблеме;

• Метод измерений;

• Экспериментальный;

• Сравнительно-аналитический.

Предмет исследования – создание детектора эмоций;

Объект исследования– психоэмоциональное состояние учащихся.

2. 1 Зависимость психоэмоционального состояния человека от физических особенностей организма человека

Известно что при сильном волнении пульс часто бьётся, а ладони могут становится более влажными. Поэтому наше устройство представляет прибор, реагирующий на изменение проводимости кожи человека. Когда человек нервничает, проводимость кожного покрова увеличивается. Поэтому измеряя уровень этой проводимости можно с некоторой долей вероятности говорить о том, в каком психоэмоциональном состоянии находится человек- нервничает он или совершенно спокоен.

Устройство для определения влажности кожного покрова, по сути представляет собой омметр, дающий сравнительную оценку его электрического сопротивления. Ясно, что в спокойном состоянии это сопротивление достаточно велико, а при волнении может снижаться в несколько раз. Но здесь надо учитывать, что влажность кожи зависит от возраста. В детстве и молодости она выше, а с возрастом она уменьшается. Поэтому действие прибора должно основываться также и на других факторах, указывающих на повышение психоэмоционального состояния, например учащение пульса человека при волнении. Пульс можно «прощупать» с помощью чувствительного микрофона. Его сигнал в виде последовательности электрических импульсов предварительно усиливается каскадом с транзистором , а затем его мощность повышается составным транзистором.

2. 2 Устройство детектора эмоций.

Принципиальная схема детектора показана на рисунке. Прибор состоит из двух блоков, действующих независимо. Первый из них «прощупывает» пульс с помощью электретного микрофона ВМ1. Его сигнал в виде последовательности электрических импульсов предварительно усиливается каскадом с транзистором VT4, после чего его мощность увеличивается составным транзистором на элементах VT5, VT6. Выходом блока служит оптический индикатор на светодиоде HL2, вспышки которого отмечают колебания пульса.

Второй блок устройства даёт возможность оценить влажность ладоней. Это явление не обязательно совпадает с учащением пульса, а потому является полезным подспорьем во время контроля. К тому же влажность кожи зависит от возраста. В детстве и в молодости она выше, а с возрастом уменьшается. Поэтому, пользуясь этим показателем, полезно знать индивидуальную норму испытуемого в спокойном состоянии.

Устройство для определения влажности кожного покрова представляет собой омметр, дающий сравнительную оценку его электрического сопротивления. Ясно, что в спокойном состоянии это сопротивление достаточно велико, а при волнении может снижаться в несколько раз.

Датчиком устройства служат два трубчатых электрода Х1,Х2, удерживаемых ладонями. Электроды присоединены к «плюсу» батареи питания GB1 и к базовой цепи транзистора VT1. Последний входит в цепочку усилительных каскадов с транзисторами VT2, VT3. Выход этого усилителя снабжён в качестве нагрузки светодиодом HL1, свечение которого указывает на повышенную влажность кожи, что в свою очередь свидетельствует о том, что человек волнуется.

На входе усилителя предусмотрен делитель напряжения с постоянным резистором R1 и переменным R2. Это позволяет устанавливать порог отсчёта сопротивления, отвечающий относительно нормальному эмоциональному состоянию испытуемого. При этом делитель следует установить в положение, когда светодиод едва заметно светится. Чем выше контролируемая влажность и проводимость кожи, тем большее смещение подаётся на базу транзистора VT1, сильнее отпирается выходной каскад и растёт яркость свечения. Подстройка делителем R1,R2 порога срабатывания блока позволяет вводить поправки в измерения, необходимые при снижении напряжения питания по мере разряда источника.

Поскольку токовая нагрузка на источник не превышает 20 мА, а используется он эпизодически и короткое время, в нём можно использовать гальваническую 9-0вольтовую батарейку типа «Кроны». Малые токовые нагрузки позволяют применить резисторы мощностью от 0,125 Вт.

Для электродов Х1, Х2 лучше взять трубки из алюминия или нержавеющей стали диаметром примерно 25 мм и длиной 100мм. К одному из краев трубки следует приклепать стандартный лепесток, к которому будет припаян конец соответствующего гибкого проводника, связывающего электрод со входом усилителя.

2. 3 Устройства, используемые при создании детектора эмоций

Резисторы a)Постоянный Пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току проходящему через него.

Б)Переменный- электрический аппарат, служащий для регулировки и получения требуемой величины сопротивления. Как правило, состоит из проводящего элемента с устройством регулирования электрического сопротивления. Изменение сопротивления может осуществляться как плавно, так и ступенчато. Изменением сопротивления цепи, в которую включен реостат, возможно достичь изменения величины тока или напряжения. При необходимости изменения тока или напряжения в небольших пределах реостат включают в цепь последовательно. Для получения значений тока и напряжения от нуля до максимального значения применяется потенциометрическое включение реостата, являющего в данном случае регулируемым делителем напряжения.

Конденсатор

Двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Транзистор

Электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике.

Светодиоды

Полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом или контактом металл-полупроводник, создающие оптическое излучение при пропускании через них электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, их спектральные характеристики зависят в том числе от химического состава использованных в них полупроводников.

Микрофон электретный

Разновидность конденсаторного микрофона. Принцип действия электретного конденсаторного микрофона основан на способности некоторых диэлектрических материалов (электретов) сохранять поверхностную неоднородность распределения заряда в течение длительного времени. Обладает высокой чувствительностью.

2. 4 Измерение психоэмоционального состояния учащихся

Для исследования психоэмоционального состояния учащихся мы взяли с 5-го по 9-ый класс и измеряли их «настроение» в течении недели. Для более полной картины мы решили исследовать эмоциональное состояние детей на 1, 3 и последнем уроках, чтобы проследить, как меняется настрой детей по мере увеличения уроков и продолжительности учебного времени. Также мы решили выявить уроки, на которых состояние детей меняется, как в положительную, так и в отрицательную сторону. А также нам было интересно, меняется ли психологическое состояние учащихся к концу недели.

Для проведения измерений мы создали свою шкалу эмоций:

1- нормальное состояние (лампочка еле теплится);

2- лёгкое волнение (лампочка горит неярко);

3- сильное волнение (лампочка горит ярко).

Измерения проводились до и после уроков в течении недели. И вот какие результаты мы получили: психологическое напряжение учащихся зависит от дня недели, оно возрастает в середине недели и спадает к концу недели.

Сильное волнение мы наблюдали редко. Например, ученик не сделавший домашнее задание, перед уроком испытывал сильное волнение. Также мы зафиксировали максимальное волнение учащихся после беседы со следователем. Т. е. если использовать прибор длительное время, то мы можем выявить учащихся, находящихся в стрессовом состоянии длительное время.

Также в результате исследования мы выяснили, что психоэмоциональное состояние учащихся зависит от предмета. Наши ученики испытывают некоторое волнение перед такими предметами как математика и химия , а также историей.

Нам было интересно выяснить, испытывают ли волнение наши учителя перед уроками и после. Они с удовольствием приняли участие в наших исследованиях и также прошли измерения, которые показали, что все они находятся в спокойном состоянии.

Итак, наш прибор прошёл первичную проверку и результаты показали, что данные, полученные в результате исследования, достоверны. Поэтому прибор может быть использован психологической службой школы. Конечно, для этого его необходимо поместить в корпус для предотвращения от механических повреждений.

3. Заключение

Современные ученики очень часто подвергаются стрессовым ситуациям, которые связаны в первую очередь с учебной деятельностью. Это и сложность программ, и большая нагрузка, а также страх перед предстоящими экзаменами. Как следствие- детская и подростковая тревожность и агрессивность. Поэтому мы поставили перед собой цель –создать прибор для исследования психоэмоционального состояния учащихся. В ходе работы мы познакомились с основами радиотехники, приобрели практические навыки работы с различными радиотехническими устройствами. Нам было интересно работать над созданием прибора, а затем проводить с помощью него исследования среди учащихся.

Мы получили интересные результаты, которые имеют важное значение для поддержания здоровья учащихся. В дальнейшем, мы продолжим свои исследования, чтобы получить более полную картину зависимости психоэмоционального состояния учащихся от различных факторов. Думаем, что умение использовать различные физические законы и явления в различных областях науки является одной из важнейших компетенций современного выпускника.