运动信息测量装置和测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种运动信息测量装置和测量方法，其中，该运动信息测量装置包括：摩擦发电单元和信号处理单元，摩擦发电单元与待检测对象固定，信号处理单元与摩擦发电单元连接，摩擦发电单元用于在待检测对象运动的过程中，其内部产生相对摩擦以输出相应的原始电信号；信号处理单元用于对原始电信号进行处理以得到待检测对象的运动信息。本发明的技术方案可在无需外部电源的情况下通过摩擦发电单元来对探测待检测对象运动状态的进行探测，摩擦发电单元输出相应的原始电信号，以供信号处理单元进行处理，并得到待检测对象的运动信息，从而实现对待检测对象的运动信息的低功耗测量。
【专利说明】
运动信息测量装置和测量方法
技术领域
[0001]本发明涉及智能检测技术领域，特别涉及一种运动信息测量装置和测量方法。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高，人们对自身的健康越发的关注起来，通过相应的运动以保持身体健康，成为当下的一种潮流。在这种大环境下，各式各样的运动检测设备随之应运而生。
[0003]然而，目前市面上的运动检测设备其体积较大和功耗较高，无法满足用户所期待的轻便、续航能力长的需求，从而导致用户的认可度较低，大大影响了推广。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种运动信息测量装置和测量方法，用于解决现有技术中运动检测设备体积大、功耗高的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种运动信息测量装置，包括:
[0006]摩擦发电单元，与待检测对象固定，用于在所述待检测对象运动的过程中，所述摩擦发电单元的内部产生相对摩擦以输出相应的原始电信号；
[0007]信号处理单元，与所述摩擦发电单元连接，用于对所述原始电信号进行处理以得到所述待检测对象的运动信息。
[0008]可选地，还包括:光电耦合器，设置于所述摩擦发电单元和所述信号处理单元之间，所述光电耦合器的输入端与所述摩擦发电单元连接，所述光电耦合器的输出端与所述摩擦发电单元连接，所述光电耦合器用于将所述摩擦发电单元输出的原始电信号的转化为相应的稳压电信号；
[0009]所述信号处理单元用于对所述稳压电信号进行处理以得到所述待检测对象运动的运动信息。
[0010]可选地，所述光电親合器包括:发光单元、感光单元和封装体，所述发光单元和所述感光单元相对设置且封装于所述封装体内；
[0011]所述发光单元与所述摩擦发电单元连接，所述感光单元与所述信号处理单元连接；
[0012]所述发光单元用于根据所述原始电信号以发出相应亮度的光；
[0013]所述感光单元根据所述发光单元的发光亮度以产生相应的所述稳压电信号。
[0014]可选地，所述发光单元包括:光电二极管，所述光电二极管的阳极与所述摩擦发电单元的正极连接，阴极与所述摩擦发电单元的负极连接；
[0015]所述感光单元包括:光电三极管，所述光电三极管的集电极与供电电源连接，发射极与所述信号处理单元连接，基极为光敏面。
[0016]可选地，所述摩擦发电单元为接触-分离式摩擦纳米发电机或滑动式摩擦纳米发电机。
[0017]可选地，当所述摩擦发电单元为接触-分离式摩擦纳米发电机时，所述接触-分离式摩擦纳米发电机包括:相对设置且彼此分离的第一摩擦层和第二摩擦层，所述第一摩擦层背向所述第二摩擦层的一侧设置有第一导电层，所述第二摩擦层背向所述第一摩擦层的一侧设置有第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层之间设置有弹性隔垫物；
[0018]当所述摩擦发电单元为滑动式摩擦纳米发电机时，所述滑动式摩擦纳米发电机包括:相互贴合的第三摩擦层和第四摩擦层，所述第三摩擦层背向所述第四摩擦层的一侧设置有第三导电层，所述第四摩擦层背向所述第三摩擦层的一侧设置有第四导电层。
[0019]可选地，还包括:数据发送单元，与所述信号处理单元连接，用于将所述运动信息发送至外部设备。
[0020]可选地，还包括:存储单元，与所述信号处理单元连接，用于将所述运动信息进行存储。
[0021 ] 可选地，所述运动信息包括:运动幅度、运动频率和运动时长中的至少一者。
[0022]可选地，当所述运动信息包含有运动幅度时，所述信号处理单元具体用于提取出所述原始电信号的振幅，并从预设的第一对应关系表中查询出与所述振幅对应的运动幅度，以作为所述待检测对象的运动幅度；
[0023]当所述运动信息包含有运动频率时，所述信号处理单元具体用于提取出所述原始电信号的频率，以作为所述待检测对象的运动频率；
[0024]当所述运动信息包含有运动时长时，所述信号处理单元具体用于统计出够接收到所述原始电信号的时长，以作为所述待检测对象的运动时长。
[0025]为实现上述目的，本发明还提供了一种运动信息测量方法，所述运动信息测量方法基于上述的运动信息测量装置，所述运动信息测量方法包括:
[0026]步骤S1、在待检测对象运动的过程中，摩擦发电单元的内部产生相对摩擦以输出相应的原始电信号；
[0027]步骤S2、信号处理单元对所述原始电信号进行处理以得到所述待检测对象的运动
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[0028]可选地，当所述的运动信息测量装置中包括有光电耦合器且光电耦合器包括发光单元和感光单元时，所述步骤SI和步骤S2之间还包括:
[0029]步骤Sla、所述发光单元根据所述原始电信号以发出相应亮度的光；
[0030]步骤Slb、所述感光单元根据所述发光单元的发光亮度以产生相应的所述稳压电信号；
[0031]所述步骤S2具体包括:所述信号处理单元对所述稳压电信号进行处理以得到所述待检测对象运动的运动信息。
[0032]本发明具有以下有益效果:
[0033]本发明提供了一种运动信息测量装置和测量方法，其中该运动信息测量装置包括:摩擦发电单元和信号处理单元，摩擦发电单元与待检测对象固定，信号处理单元与摩擦发电单元连接，摩擦发电单元用于在待检测对象运动的过程中，其内部产生相对摩擦以输出相应的原始电信号;信号处理单元用于对原始电信号进行处理以得到待检测对象的运动信息。本发明的技术方案可在无需外部电源的情况下，通过摩擦发电单元来对探测待检测对象运动状态的进行探测，摩擦发电单元输出相应的原始电信号，以供信号处理单元进行处理，并得到待检测对象的运动信息，从而实现对待检测对象的运动信息的低功耗测量。
【附图说明】
[0034]图1为本发明实施例一提供的一种运动信息测量装置的结构示意图；
[0035]图2为本发明中一种接触-分离式摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0036]图3为本发明中一种滑动式摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0037]图4为本发明实施例二提供的一种运动信息测量方法的流程图；
[0038]图5为本发明实施例三提供的一种运动信息测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0039]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种运动信息测量装置和测量方法进行详细描述。
[0040]图1为本发明实施例一提供的一种运动信息测量装置的结构示意图，如图1所示，该运动信息测量装置包括:摩擦发电单元I和信号处理单元2。其中，摩擦发电单元I与待检测对象固定，信号处理单元2与摩擦发电单元I连接，摩擦发电单元I用于在待检测对象运动的过程中，其内部产生相对摩擦以输出相应的原始电信号;信号处理单元2用于对原始电信号进行处理以得到待检测对象的运动信息。
[0041]需要说明的是，本实施例中的“待检测对象”具体可以为用户的运动部位或者用户所操作的运动器械。
[0042]在本实施例中，可在无需外部电源的情况下，通过摩擦发电单元I来对探测待检测对象运动状态的进行探测，摩擦发电单元I输出相应的原始电信号，以供信号处理单元2进行处理，并得到待检测对象的运动信息。由上述内容可见，本实施例提供的运动信息测量装置可实现对待检测对象的运动信息的低功耗测量。
[0043]可选地，摩擦发电单元I具体可以为接触-分离式摩擦纳米发电机或滑动式摩擦纳米发电机。
[0044]图2为本发明中一种接触-分离式摩擦纳米发电机的结构示意图，如图2所示，该接触-分离式摩擦纳米发电机包括:相对设置且彼此分离的第一摩擦层7和第二摩擦层8，第一摩擦层7背向第二摩擦层8的一侧设置有第一导电层9，第二摩擦层8背向第一摩擦层7的一侧设置有第二导电层10，第一导电层9和第二导电层10之间设置有弹性隔垫物。在待检测对象进行运动的过程中，接触-分离式摩擦纳米发电机会产生相应的振动，第一摩擦层7和第二摩擦层8实现接触和分离(摩擦层的运动方向如图2中双向箭头所示)，从而产生脉冲式的原始电信号(一般为周期脉冲)，并通过第一导电层9和第二导电层10以进行输出。
[0045]图3为本发明中一种滑动式摩擦纳米发电机的结构示意图，如图3所示，该滑动式摩擦纳米发电机包括:相互贴合的第三摩擦层11和第四摩擦层12，第三摩擦层11背向第四摩擦层12的一侧设置有第三导电层13，第四摩擦层背12向第三摩擦层11的一侧设置有第四导电层14。在待检测对象进行运动的过程中，接触-分离式摩擦纳米发电机会产生相应的振动，第三摩擦层11和第四摩擦层14产生相对滑动(摩擦层的运动方向如图3中双向箭头所示)，从而产生脉冲式的原始电信号，并通过第三导电层13和第四导电层14以进行输出。
[0046]需要补充说明的是，本实施例中，摩擦发电单元I的正极和负极(两个导电层或者与两个导电层连接的导电引出结构)是由两个摩擦层的材料决定的，当摩擦层的材料为正极性摩擦材料时，则与该摩擦层电连接的导电层为正极；当摩擦层的材料为负极性摩擦材料时，则与该摩擦层电连接的导电层为负极。其中，正极性摩擦材料是指在摩擦后容易失去电子而带正电荷的材料，例如:氧化硅、玻璃、纸、尼龙、铝、铜、金;负极性摩擦材料是指在摩擦后容易得到电子而带负电荷的材料，例如:聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯。
[0047]本领域技术人员应该知晓的是，本发明中的摩擦发电单元I不仅限于图2和图3中所示结构，图2和图3中所示的摩擦发电单元I的结构不会对本发明的技术方案产生限制，本发明中的摩擦发电单元I还可以为其他结构的摩擦纳米发电机，例如具备多层摩擦层的摩擦纳米发电机，具体情况此处不再详细描述。
[0048]基于摩擦纳米发电机的发电原理，在本实施例中的摩擦发电单元I所输出的原始电信号的振幅(电流变化的最大值)与待检测对象的运动幅度相关，且待检测对象的运动幅度越大，则原始电信号的振幅越大;此外，摩擦发电单元I输出的原始电信号的频率也与待检测对象的运动频率相关，一般情况下两者相等。
[0049]基于上述事实，本实施例中可选地，信号处理单元2可对原始电信号进行处理，以得到待检测对象的运动幅度、运动频率和运动时长中的至少一者。
[0050]具体地，信号处理单元2可提取出原始电信号的振幅，并从预先设置的第一对应关系表中查询出与振幅对应的运动幅度，以作为待检测对象的运动幅度;信号处理单元2可提取出原始电信号的频率，以作为待检测对象的运动频率;此外，信号处理单元2还可统计出够接收到原始电信号的时长，以作为待检测对象的运动时长(待检测对象部运动时，则摩擦发电单兀I没有输出)。
[0051]需要说明的是，可以预先检测待检测对象的处于不同运动幅度时摩擦发电单元I所输出的原始电信号的振幅，以生成相应的第一对应关系表，并将该第一对应关系表存储于信号处理单元2内。
[0052]在实际测量过程中发现，信号处理单元2在处理原始电信号(周期脉冲)时容易将其作为杂波而过滤掉，从而导致无法测量。此外，由于摩擦发电单元I输出的原始电信号为高压低电流(100V左右)的脉冲信号，瞬间高点压容易击穿信号处理单元2，从而导致信号处理单元2的损坏。
[0053]本实施例中，为解决上述问题，在摩擦发电单元I和信号处理单元2之间设置光电親合器3，光电親合器3的输入端与摩擦发电单元I连接，光电親合器3的输出端与摩擦发电单元I连接，光电耦合器3用于将摩擦发电单元I输出的原始电信号的转化为相应的稳压电信号。此时，信号处理单元2可对稳压电信号进行处理以得到待检测对象运动的运动信息。
[0054]具体地，信号处理单元2可提取出稳压电信号的振幅，并从预先设置的第二对应关系表中查询出与该振幅对应的运动幅度，以作为待检测对象的运动幅度;信号处理单元2可提取出稳压电信号(与原始电信号的周期相等)的频率，以作为待检测对象的运动频率;此夕卜，信号处理单元2还可统计出够接收到原始电信号的时长，以作为待检测对象的运动时长(待检测对象部运动时，则摩擦发电单元I没有输出)。
[0055]需要说明的是，可以预先检测待检测对象的处于不同运动幅度时光电耦合器3所输出的稳压电信号的振幅，以生成相应的第二对应关系表，并将该第二对应关系表存储于信号处理单元2内。
[0056]本实施例中，可选地，光电耦合器3包括:发光单元、感光单元和封装体，发光单元和感光单元相对设置且封装于封装体内，发光单元与摩擦发电单元I连接，感光单元与信号处理单元2连接，发光单元用于根据原始电信号以发出相应亮度的光，感光单元根据发光单元的发光亮度以产生相应的稳压电信号。
[0057]进一步可选地，发光单元包括:光电二极管，光电二极管的阳极与摩擦发电单元I的正极连接，阴极与摩擦发电单元I的负极连接;感光单元包括:光电三极管，光电三极管的集电极与供电电源4连接，发射极与信号处理单元2连接，基极为光敏面。本实施例中，通过光电二极管和光电三极管来构成光电親合器3，其体积小、结构简单、功耗低，从而更有利于运动信息测量装置的小型化、低功耗化。
[0058]本领域技术人员应该知晓的是，上述光电親合器3包括光电二极管和光电三极管的情况为本实施例中的优选方案，其不会对本发明的技术方案产生限制，本发明中的光电耦合器3还可以采用其他的结构，此处不再一一举例。
[0059]本实施例中，可选地，运动信息测量装置还包括:数据发送单元5和存储单元6，数据发送单元5和存储单元6均与信号处理单元2连接。数据发送单元5用于将运动信息发送至外部设备，以供外部设备进行后续处理或直接显示;存储单元6用于将运动信息进行存储，以供用户后期随时查询或调用。
[0060]本发明实施例一提供了一种运动信息测量装置，可在无需外部电源的情况下通过摩擦发电单元来对探测待检测对象运动状态的进行探测，并输出相应的原始电信号，信号处理单元对该原始电信号进行处理以得到待检测对象的运动信息，该运动信息测量装置体积小、结构简单、功耗低。
[0061]图4为本发明实施例二提供的一种运动信息测量方法的流程图，如图4所示，该运动信息测量方法基于上述实施例一中的运动信息测量装置。具体地，运动信息测量装置包括:摩擦发电单元和信号处理单元，该运动信息测量方法包括:
[0062]步骤S1、在待检测对象运动的过程中，摩擦发电单元的内部产生相对摩擦以输出相应的原始电信号。
[0063]步骤S2、信号处理单元对原始电信号进行处理以得到待检测对象的运动信息。
[0064]对于步骤SI和步骤S2的具体描述，可参见上述实施例一中摩擦发电单元和信号处理单元的相应内容，此处不再赘述。
[0065]图5为本发明实施例三提供的一种运动信息测量方法的流程图，如图5所示，与上述实施例二中不同的是，本实施例中的运动信息测量装置不但包括:摩擦发电单元和信号处理单元，还包括:光电耦合器，光电耦合器设置在摩擦发电单元和信号处理单元之间，光电耦合器包括:发光单元、感光单元和封装体，发光单元和感光单元相对设置且封装于封装体内，发光单元与摩擦发电单元连接，感光单元与信号处理单元连接。
[ΟΟ??]该运动信息测量方法包括:
[0067]步骤S1、在待检测对象运动的过程中，摩擦发电单元的内部产生相对摩擦以输出相应的原始电信号。
[0068]步骤Sla、发光单元根据原始电信号以发出相应亮度的光。
[0069]步骤Slb、感光单元根据发光单元的发光亮度以产生相应的稳压电信号。
[0070]步骤S2、信号处理单元对稳压电信号进行处理以得到待检测对象运动的运动信息。
[0071]对于步骤S1、步骤Sla、步骤Slb和步骤S2的具体描述，可参见上述实施例一中摩擦发电单元、发光单元、感光单元、信号处理单元的相应内容，此处不再赘述。
[0072]本发明实施例二和实施例三均提供了一种运动信息测量方法，可在无需外部电源的情况下通过摩擦发电单元来对探测待检测对象运动状态的进行探测，并输出相应的原始电信号，信号处理单元对原始电信号/稳压电信号进行处理以得到待检测对象的运动信息，整个测量过程功耗较低。
[0073]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明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发明的保护范围。
【主权项】
1.一种运动信息测量装置，其特征在于，包括: 摩擦发电单元，与待检测对象固定，用于在所述待检测对象运动的过程中，所述摩擦发电单元的内部产生相对摩擦以输出相应的原始电信号； 信号处理单元，与所述摩擦发电单元连接，用于对所述原始电信号进行处理以得到所述待检测对象的运动信息。2.根据权利要求1所述的运动信息测量装置，其特征在于，还包括: 光电耦合器，设置于所述摩擦发电单元和所述信号处理单元之间，所述光电耦合器的输入端与所述摩擦发电单元连接，所述光电耦合器的输出端与所述摩擦发电单元连接，所述光电耦合器用于将所述摩擦发电单元输出的原始电信号转化为相应的稳压电信号； 所述信号处理单元用于对所述稳压电信号进行处理以得到所述待检测对象运动的运动信息。3.根据权利要求2所述的运动信息测量装置，其特征在于，所述光电耦合器包括:发光单元、感光单元和封装体，所述发光单元和所述感光单元相对设置且封装于所述封装体内； 所述发光单元与所述摩擦发电单元连接，所述感光单元与所述信号处理单元连接； 所述发光单元用于根据所述原始电信号以发出相应亮度的光； 所述感光单元根据所述发光单元的发光亮度以产生相应的所述稳压电信号。4.根据权利要求3所述的运动信息测量装置，其特征在于， 所述发光单元包括:光电二极管，所述光电二极管的阳极与所述摩擦发电单元的正极连接，阴极与所述摩擦发电单元的负极连接； 所述感光单元包括:光电三极管，所述光电三极管的集电极与供电电源连接，发射极与所述信号处理单元连接，基极为光敏面。5.根据权利要求1所述的运动信息测量装置，其特征在于，所述摩擦发电单元为接触_分离式摩擦纳米发电机或滑动式摩擦纳米发电机。6.根据权利要求5所述的运动信息测量装置，其特征在于，当所述摩擦发电单元为接触-分尚式摩擦纳米发电机时，所述接触-分尚式摩擦纳米发电机包括:相对设置且彼此分离的第一摩擦层和第二摩擦层，所述第一摩擦层背向所述第二摩擦层的一侧设置有第一导电层，所述第二摩擦层背向所述第一摩擦层的一侧设置有第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层之间设置有弹性隔垫物； 当所述摩擦发电单元为滑动式摩擦纳米发电机时，所述滑动式摩擦纳米发电机包括:相互贴合的第三摩擦层和第四摩擦层，所述第三摩擦层背向所述第四摩擦层的一侧设置有第三导电层，所述第四摩擦层背向所述第三摩擦层的一侧设置有第四导电层。7.根据权利要求1所述的运动信息测量装置，其特征在于，还包括: 数据发送单元，与所述信号处理单元连接，用于将所述运动信息发送至外部设备。8.根据权利要求1所述的运动信息测量装置，其特征在于，还包括: 存储单元，与所述信号处理单元连接，用于将所述运动信息进行存储。9.根据权利要求1所述的运动信息测量装置，其特征在于，所述运动信息包括:运动幅度、运动频率和运动时长中的至少一者。10.根据权利要求9所述的运动信息测量装置，其特征在于， 当所述运动信息包含有运动幅度时，所述信号处理单元具体用于提取出所述原始电信号的振幅，并从预设的第一对应关系表中查询出与所述振幅对应的运动幅度，以作为所述待检测对象的运动幅度； 当所述运动信息包含有运动频率时，所述信号处理单元具体用于提取出所述原始电信号的频率，以作为所述待检测对象的运动频率； 当所述运动信息包含有运动时长时，所述信号处理单元具体用于统计出够接收到所述原始电信号的时长，以作为所述待检测对象的运动时长。11.一种运动信息测量方法，其特征在于，所述运动信息测量方法基于上述权利要求1-10中任一所述的运动信息测量装置，所述运动信息测量方法包括: 步骤S1、在待检测对象运动的过程中，摩擦发电单元的内部产生相对摩擦以输出相应的原始电信号； 步骤S2、信号处理单元对所述原始电信号进行处理以得到所述待检测对象的运动信息。12.根据权利要求11所述的运动信息测量方法，其特征在于，当所述的运动信息测量装置采用权利要求3中所述的运动信息测量装置时，所述步骤SI和步骤S2之间还包括: 步骤Sla、所述发光单元根据所述原始电信号以发出相应亮度的光； 步骤Slb、所述感光单元根据所述发光单元的发光亮度以产生相应的所述稳压电信号；所述步骤S2具体包括:所述信号处理单元对所述稳压电信号进行处理以得到所述待检测对象运动的运动信息。
【文档编号】G01C23/00GK105953815SQ201610232232
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】朱琳
【申请人】京东方科技集团股份有限公司