提高对利用空气压力传感器的高度改变的可检测性的方法及用于确定高度改变的传感器单元的制作方法
【专利摘要】包括压力传感器（9）的传感器单元（2）由人佩戴。所述人的跌倒引起所述压力传感器的高度改变以及取向改变。为了提高对所述跌倒的可检测性，所述气压被定位为使得在跌倒前条件中，误差对所述传感器的测量的贡献最大。该误差是由作用在所述传感器的膜上的重力造成的。
【专利说明】提高对利用空气压力传感器的高度改变的可检测性的方法及用于确定高度改变的传感器单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及提高对利用空气压力传感器的高度改变的可检测性的方法。本发明还涉及用于确定高度改变的传感器单元。
【背景技术】
[0002]已发展出能分辨周围环境中1.5帕斯卡(Pa)左右的压力差的压力传感器。这些传感器的灵敏度实现了用于从对气压的测量结果确定小于I米的海拔差异的应用。这使得它们适于检测佩戴这样的压力传感器的人的运动。在EP1642248中，压力传感器被附接到人并被用于确定高度改变。所确定的高度改变指示所述人的跌倒。
[0003]W02009/101566公开了由这样的压力传感器提供的海拔测量具有约0.5米的可能误差，而该误差取决于所述压力传感器的取向。
[0004]针对跌倒检测器，优选的是小的高度改变也是可检测的。例如当人从他的椅子里跌倒时，压力传感器的测量中的可能误差可以在要检测的高度改变的量级。
【发明内容】
[0005]本发明的目标是提高对利用空气压力传感器的高度改变的可检测性。
[0006]本申请的发明人已经意识到，不是补偿所述压力传感器的测量中的误差，而是在一些应用中，所述误差可以被用于提高对高度改变的可检测性。针对非常灵敏的压力测量，例如用于实现跌倒检测器所要求的那些，该提高的可检测性实现了对小的高度改变的检测(例如从椅子中跌倒)，由此提供了正确检测人的跌倒的改善的可靠性。
[0007]本发明基于这样的认识，即在许多情况中，人在跌倒前的取向不同于人在跌倒后的取向。因此，作为跌倒的结果，被附接到所述人的压力传感器的取向也会改变。
[0008]根据本发明的第一个方面，提供根据权利要求1所述的提高对利用压力传感器的高度改变的可检测性的方法。
[0009]当人处在预定姿势时，所述压力传感器具有其相对于重力方向的优选取向，以提供最大高度测量结果(或最低压力测量结果)，同时所述传感器单元具有相对于所述重力方向的基准取向。所述相对取向为所述压力传感器相对于所述传感器单元的取向的取向，其中，所述压力传感器具有所述优选取向，而所述传感器单元具有所述基准取向。例如可以在安装或调节所述压力传感器在所述传感器单元的外壳(其围绕所述压力传感器)中的所述取向时，使用以要求保护的方法获得的所述相对取向。
[0010]压力传感器相对于重力方向的取向可引起测量误差，并且在本发明中该测量误差被用于增大在所述人处于预定姿势时的所述高度测量结果。所述预定姿势例如可以对应于直立的人或者对应于行走的或坐着的人的姿势。当所述人具有所述预定姿势(例如，为直立的)时，被附接到所述人的所述传感器单元的所述取向具有关于所述重力方向的所述基准取向。所述压力传感器在所述传感器单元中的所述取向被选择为使得:当佩戴所述传感器单元的所述人具有所述预定姿势时，所述误差对所述测量结果的贡献最大。所述压力传感器的该取向被称作优选取向。如果所述压力传感器提供一压力测量结果，那么所述压力传感器将在所述优选取向中提供最低压力测量结果。最低压力测量结果对应于最大高度测量结果。当所述人跌倒或摔倒时，他的姿势改变，引起所述压力传感器的所述取向的改变。所述压力传感器的所述取向改变减小了对所述测量结果的误差贡献。所述误差的该减小的贡献“增加” 了从所述人在其摔倒或跌倒时的高度改变得到的测量值的改变。因此，增大了预定压力或高度改变的所述测量值，由此提高了对压力或高度改变的可检测性。
[0011]在提高对利用空气压力传感器的高度改变的可检测性的方法中，确定所述压力传感器的优选取向的方法可以包括以下步骤:
[0012]-在不存在除重力以外的任何力时，将所述压力传感器旋转到多个取向的第一步骤；
[0013]-获得作为所述压力传感器相对于所述重力方向的所述取向的函数的所述压力传感器的高度(或压力)测量结果的第二步骤；
[0014]-确定得到最大高度测量结果(或最低压力测量结果)的相对于所述重力方向的所述取向的第三步骤，所述压力传感器的所述优选取向对应于所述确定的取向。
[0015]根据本发明的第二个方面，提供一种用于确定高度改变的传感器单元，所述传感器单元能附接到所述人并且包括压力传感器。根据所述提高对利用空气压力传感器的高度改变的可检测性的方法，确定所述压力传感器在所述传感器单元中的所述取向。
[0016]在所述传感器单元被成型为挂件的实施例中，所述基准取向对应于当所述挂件绕直立的人的颈部悬挂时所述挂件相对于重力方向的取向。
[0017]在所述传感器单元的实施例中，所述压力传感器包括用于检测气压的改变的可弯曲或可移动膜。所述膜可以被形成为使得其充当(例如)电容器的一个板，使得响应于压力的改变所述膜的移动引起所述压力传感器的电容的改变。然而，由于所述压力传感器如此灵敏，以致于所述膜可能受垂直于重力作用方向的取向的改变影响。所述膜优选被定位在平面中。所述压力传感器在所述传感器单元中的所述优选取向对应于重力方向垂直于所述平面时所述压力传感器的所述取向。在所述优选取向中，响应于所述重力，所述膜的移动或弯曲导致最大高度测量结果(或最低压力测量结果)。因此，在根据本发明的所述传感器单元中，所述压力传感器在所述传感器单元中的所述取向为使得:在所述人具有所述预定姿势并且所述传感器单元具有所述基准取向时，所述重力方向垂直于所述平面。
[0018]在所述挂件形传感器单元的另外的实施例中，所述压力传感器在所述传感器单元中的所述取向为使得:在所述挂件绕具有对应于行走的或站立的人的姿势的人的颈部悬挂时，所述重力的方向垂直于所述膜被定位在其中的所述平面。在所述挂件具有细长形状(具有最长轴)的另外的实施例中，项绳(neck cord)被附接到所述挂件的两端之一。在所述基准取向中，所述最长轴与所述重力方向平行。所述压力传感器的所述膜具有相对于所述传感器单元为约90度的相对取向，亦即，所述挂件的所述最长轴约垂直于所述膜的所述平面。
[0019]在另一个实施例中，所述传感器单元被成型为腕表，其中，所述基准取向对应于当被附接到垂直下悬的手臂的腕部时，所述传感器单元相对于重力方向的取向。所述压力传感器被定位为使得:在所述表处于所述基准取向时，所述压力传感器提供最大测量误差，得到最低压力测量结果或最大高度测量结果。在另外的实施例中，所述传感器单元包括具有膜的压力传感器，所述压力传感器被安装在所述表中，使得当所述表具有所述基准取向时，所述膜垂直于所述重力方向，使得所述压力传感器提供最低压力测量结果或最大高度测量结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]现在将仅以举例的方式，参考附图描述本发明，其中:
[0021]图1示出了被成型为要被用户佩戴的挂件的传感器单元；
[0022]图2示出了根据本发明的传感器单元的方框图；
[0023]图3示出的流程图图示了根据本发明的确定压力传感器的优选取向的方法；
[0024]图4包括图4a和图4b,其不出了包括膜的压力传感器相对于重力方向的取向；
[0025]图5示出的流程图图示了根据本发明的提高对利用空气压力传感器的高度改变的可检测性的方法；
[0026]图6包括图6a至图6d，其示出了佩戴传感器单元的用户以及在跌倒前和跌倒后的所述传感器单元；
[0027]图7包括图7a和图7b，其示出了佩戴被成型为腕表的另外的传感器单元的另一用户以及在跌倒前和跌倒后的所述传感器单元。
[0028]图8包括图8a和图8b，其示出了被安装在印刷电路板上的压力传感器的范例。【具体实施方式】
[0029]如图1中所示，本发明提供要被用户4佩戴的传感器单元2。在所图示的实施例中，传感器单元2被提供为挂件的形式，所述挂件具有用于绕所述用户的颈部放置的项绳6。可选地，传感器单元2可以被配置为被佩戴在所述用户身体的不同部分处或上，例如腕部、躯干、踝部、骨盆或胸骨，并且将包括用于将传感器单元2附接到所述身体的该部分的合适装置(例如如果单元2被附接到骨盆或胸骨，则为缚带或系带)。
[0030]传感器单元2被用于测量用户4的移动，以及用于处理测量结果以确定例如用户4何时跌倒。可选地，可以在独立于由用户4佩戴的传感器单元2的基础单元(图1中未示出)中执行该处理。在一个实施例中，所述基础单元为固定式单元，并且例如位于所述用户的住所中。在另一个实施例中，所述基础单元为由所述用户携带的便携式单元。在一个实施例中，所述基础单元为适于与所述传感器单元交换数据的移动电话。在另外的实施例中，所述移动电话包括所述传感器单元。
[0031]图2示出了根据本发明的传感器单元的优选实施例。传感器单元2包括测量气压的空气压力传感器9。给定参考海拔(例如海平面)，所述气压可以被转换成传感器单元2的海拔或高度。当被用作跌倒检测器时，所述传感器单元优选地还包括至少一个另外的传感器。所述至少一个另外的传感器优选地包括加速度计8，其测量沿三个正交轴的加速度并且可以被用于增加从与日常生活相关的其他移动识别出与跌倒相关的移动的能力。加速度计8和传感器9的信号输入被提供到处理器10，用于分析。
[0032]传感器单元2也包括发射或接收电路14，并且优选地也包括存储器12。存储器12被用于存储来自加速度计8和压力传感器9的测量结果，并且用于存储处理器10的分析的结果。无线发射或接收电路14被优选地用于将所述分析的所述结果发射到远程(基础)单元或计算机，在其处可以由所述用户或健康护理提供者察看或研究所述结果。
[0033]在本发明的一个实施例中，由传感器单元2中的处理器10分析加速度计8和压力传感器9收集的所述测量结果以确定跌倒的发生。所述无线发射器被用于响应于所确定的所述跌倒的发生而将跌倒警报信号发送到远程的急救服务提供者和/或其他照护者(例如亲属)。可选地，来自加速度计8和传感器9的所述测量结果可以经由发射/收发电路14，被发送到基础单元，所述基础单元分析所述测量结果以确定跌倒的发生并且将跌倒警报信号提供到远程位置。在任一种情况中，可以(接近)实时地执行所述处理，或者在没有检测到危险情况时来自加速度计8和压力传感器8的所述测量结果可以被存储在存储器12或所述基础单元中用于以后处理(即，离线)。
[0034]空气压力传感器9对传感器单元2周围的环境压力敏感。优选地，压力传感器9可以检测I帕斯卡量级的压力改变，但是本发明可应用于具有显著高于或低于I帕斯卡的最大压力改变分辨率的压力传感器。
[0035]所述空气压力传感器优选地包括被封装(例如SMD封装)封闭的集成电路(1C)。传感器IC包括用于检测气压的压力换能器。所述压力换能器例如可以为压阻式换能器或电容式换能器，或利用另一种物理原理的压力换能器。
[0036]为了能测量气压，所述压力换能器对作用在其上的力敏感。所述压力换能器中响应于作用在其上的力可移动或可弯曲的零件被称作膜。所述膜的移动引起诸如电荷、电压、电阻等的电学量的改变。所述力是由围绕所述压力换能器的空气的气压引起的。重力也作用在所述压力换能器上，使得其也对重力敏感。对重力的灵敏度取决于所述压力换能器相对于重力方向的取向，造成取向相关的气压测量误差。所述优选取向为这样的取向，其中在给定高度的所述压力传感器提供最大测量误差，得到最大高度测量或最低压力测量。
[0037]所述传感器IC可 以还包括模拟和数字信号处理电路，以提供对由所述压力换能器提供的输出信号的放大、滤波、温度补偿和线性化，以获得传感器IC压力输出信号。所述传感器IC可以被布置为将测量的压力转换为测量的(相对)高度。取决于所述传感器1C，所述空气压力传感器可以提供压力测量或高度测量。
[0038]优选地，传感器9中的所述压力换能器包括用于检测气压P的改变的膜。尤其地，所述膜可以被形成为使得其充当电容器的一个板，使得响应于因气压的改变引起的外力所述膜的移动造成压力传感器9的电容的改变。然而，由于所述压力传感器如此灵敏，以致于所述膜可能受重力作用方向的改变(即，当压力传感器9的取向改变时)或作用在压力传感器9上的其他加速度影响。
[0039]将压力P转换为高度H的常用公式由下式给出
// P...(Ki；}\
[0040]H.......1ln = 44330 ? 1......(冗.) I
[0041]在该等式中，P。为基准温度(通常为288K)下在基准水平H。的压力。典型地，海平面被用作基准:HQ=0m，PQ=1013.25hPa。由所述压力换能器测量的压力P还取决于所述膜相对于重力方向的取向Φ。当到述膜的垂直方向与所述重力方向平行时，在预定海拔测量的压力为最大或最小，取决于所述膜向上或向下。在所述优选取向中，选择得到的高度测量结果为最大(或压力测量结果为最小)的一个。获得所述最大高度测量结果(或最低压力测量结果的)所述取向被称作所述压力传感器的优选取向。在所述优选取向中，到所述膜的所述法线与所述重力方向的角度Φ约为O度。
[0042]在一个实施例中，所述压力传感器提供压力测量。在另外的实施例中，所述压力传感器被布置为将测量的压力转换为(相对)高度(例如通过使用上文提及的公式)，并提供高度测量。在根据本发明所述的方法和传感器单元中，两个实施例的所述压力传感器均可以被使用，并且为了便于讨论，假设为提供高度测量的压力传感器。所述等式示出压力P的减小引起高度H的增大。在所述优选取向中，确定最低压力测量结果或最大高度测量结果。因此，在说明书和权利要求书中，“最大高度测量结果”对应于“最低压力测量结果”。
[0043]图3示出的流程图图示了确定压力传感器的优选取向的方法。所述优选取向是在不存在除作用于压力传感器9上的重力以外的任何其他力时(B卩，静止状态)确定的。在所述方法中，通过在几个旋转方向中旋转压力传感器9来确定其最灵敏方向，从而改善获得所述压力传感器的这样的取向的可能性，在所述取向中，其最灵敏方向基本上与重力作用的方向对齐，并且所述压力传感器提供所述最大高度测量结果(或最低压力测量结果)。当使用带有膜的压力传感器时，所述压力传感器的所述最灵敏方向垂直于所述膜。在所述优选取向中，到所述膜的所述法线基本上与所述重力方向平行。在其获得该最大高度测量结果的相对于所述重力方向的所述取向被称作优选取向。在所述优选取向中，到所述膜的所述法线与所述重力方向的角约为O度。
[0044]确定所述压力传感器的所述优选取向的方法包括:
[0045]-在不存在除重力5以外的任何力时，将压力传感器9旋转到多个取向的第一步骤100 ；
[0046]-获得作为所述压力传感器相对于所述重力方向的所述取向的函数的所述压力传感器的高度测量结果的第二步骤102 ；
[0047]-确定导致所述最大高度测量结果的所述取向的第三步骤104，所述优选取向对应于所述确定的取向。`
[0048]图4a和图4b示出压力传感器9、9a、9b，其包括具有膜17、17a、17b的压力换能器。所述膜在被取向为所述膜的法线19、19a、19b与重力方向5对齐时，对重力最灵敏。在图4a和图4b中，所述压力传感器的取向Φ、Ab被定义为法线10与重力方向5之间的角。当在保持在基准高度(海平面)以上的高度h的同时旋转压力传感器9a、9b时，获得法线19a、19b与重力方向5之间的角从(^到(K的改变，并且由所述压力传感器提供的所述高度测量结果增大(或压力测量结果减小)。对于从O和90度的取向改变，在保持所述压力传感器在高度h时，所述高度测量结果减小。在所述取向还在90度与180度之间改变的情况中，所述误差贡献再次增加，但具有相反符号，并因此将进一步减小所述高度测量值。如在图4a中进一步示出的，也可以绕与所述重力方向平行的假想线5旋转压力传感器19a和19b (参见圆环21)，而不改变所述法线相对于重力方向5的所述取向$b。图4b示出，在所述优选取向中，法线19与重力方向5平行，使得所述压力传感器提供所述最大测量的高度或最小测量的压力。
[0049]根据本发明的传感器单元2可以被拓展为具有另外的功能和电路，以形成例如移动电话、智能手机、腕表、便携式健康设备、检测用户的特定活动的设备(如跌倒检测设备)、用于监测用户的能量消耗的设备、用于跟踪和控制的设备，等等。[0050]所述传感器单元可以包括外壳，其装入压力传感器9、处理器10和无线发射器14。在一个实施例中，所述处理器可以被包括在所述压力传感器中。所述传感器单元优选地还包括至少一个另外的传感器8。传感器单元2例如可以被用作跌倒检测设备。所述方法可以被用于传感器单元2的设计过程，以确定压力传感器9必须在所述传感器单元的所述外壳中被如何取向。当所述压力传感器相对于其外壳的取向可调节时，优选地在制作程序期间或压力传感器8在传感器单元2中的安装期间，使用所述方法。所述传感器单元的所述取向取决于所述传感器单元被附接到用户4的位置和方式。确定所述压力传感器的所述优选取向的所述方法提供了这样的优势，即针对每种使用条件，所述压力传感器在所述传感器单元中的所述取向均可以被调节到所述优选取向。
[0051]图5示出的流程图图示了提高对利用空气压力传感器的高度改变的可检测性的方法，其中，所述压力传感器被包括在所述传感器单元中。
[0052]在所述方法的第一步骤106中，确定压力传感器4相对于重力方向的优选取向，其中，优选地用上述检测压力传感器的优选取向的方法来确定所述优选取向；
[0053]在第二步骤108中，确定传感器单元2的基准取向Φ2。所述基准取向对应于当所述传感器单元在使用中被附接到所述人并且所述人具有预定姿势(例如直立或使其手臂下悬)时所述传感器单元相对于所述重力方向的取向；
[0054]在第三步骤110中，确定所述压力传感器的相对取向。所述相对取向对应于相对于传感器单元2的取向压力传感器9的取向，其中，所述压力传感器具有相对于所述重力方向的所述优选取向，同时所述传感器单元具有相对于所述重力方向的所述基准取向。
[0055]所述基准取向Φ2对应于在所述传感器单元的使用条件中，当其被附接到所述人4的人体，同时所述人例如坐在椅子中时，传感器单元2相对于所述重力方向的取向。所述传感器单元优选具有轴3，其中，所述压力传感器的相对取向15对应于所述压力传感器相对于所述轴的取向。优选地，所述预定姿势对应于所述人直立，并且优选地在直立时，被附接到所述人的所述传感器单元的所述轴与重力方向5平行(参见图6a和图6b)。当所述人跌倒并且其姿势改为卧位时，传感器单元2的取向和压力传感器9的取向也改变(参见图6c和图6d)。由于所述跌倒，存在所述传感器单元的高度改变和取向改变，两者均对由所述压力传感器提供的测量的值的改变有贡献。
[0056]转到图6，在一个实施例中，传感器单元2被用作跌倒检测设备。所述传感器单元具有挂件的形式，使用项绳6将其附接到人4。人4的跌倒将引起挂件2的取向改变，以及因此所述传感器单元的取向改变。
[0057]为了得益于所述压力传感器的所述取向改变对其测量结果的贡献，优选地，跌倒检测设备2中的压力传感器8在人4处于预定姿势(例如在站立或行走)时，具有所述优选取向(参见图6a)。当例如所述传感器单元包括安装具有膜的压力传感器的印刷电路板(PCB)11并且PCBll被取向为与所述挂件(当其被附接到直立的人时，参见图6a)的最长轴3 (其在使用中平行于所述重力方向)平行时，所述压力传感器将(在使用中)不具有所述优选取向，因为到所述膜的法线不与重力方向5平行。在使用中，压力传感器9相对于重力方向5的所述优选取向可能不与所述挂件(其被绕所述人的颈部佩戴)的最长轴3相对于重力方向5的取向重合。在图6a至图6d中，挂件2具有矩形形状，项绳6被附接到其两端之一，但是其他形状也是可能的并且不被排除。在行走时，挂件形传感器单元的最长轴的所述基准取向大致与重力方向5平行。图6a图示了由于挂件2被附接到项链6并绕颈部佩戴，最可能的是，在跌倒前条件中，传感器单元2将以其最长轴3在垂直方向而悬挂。当人4具有该预定姿势(例如坐着、站立或行走的)时，传感器单元2具有相对于重力方向的基准取向(由此，在所述基准取向中，所述最长轴与重力方向之间存在第二角度Φ2)，同时所述压力传感器具有相对于重力方向的所述优选取向(由此在所述优选取向中，到所述膜的法线与重力方向5之间存在第一角度ΦΡ。在所述优选取向中，所述膜垂直于重力方向5。相对取向15定义所述压力传感器相对于所述传感器单元的所述基准取向的所述优选取向。因此，所述压力传感器被安装为使得膜17具有相对于传感器单元2的相对取向(由Φ 2_ Φ i表示，其中已相对于具有所述重力方向的相同轴测量了小2和Φ1;小2-小1表示所述传感器单元的所述最长轴与被包括在所述压力传感器中的所述压力换能器的所述膜的法线之间的角)，以在所述挂件处于垂直方向时(其中其最长轴(基本上)与所述重力方向平行)获得所述最大测量。在该实施例中，Φ1约为O度并且Φ2约为O度，结果是所述相对取向(^-(^变为约O度。图6b示出这样的实施例，其中压力传感器9被安装在另外的PCB13上，PCB13被取向为垂直于最长轴3的方向并且垂直于重力方向5。在图Sb中示出了其中到所述膜的法线与重力方向平行(约为O度)的另外的实施例，随后讨论该实施例。图6c示出了人4躺在地上的跌倒后条件。图6d示出了当所述用户已跌倒时，所述挂件的最长轴3和到所述膜的法线垂直于重力方向5 (所述膜平行于重力方向5)，结果是最小重力影响的(压力或高度)测量误差。
[0058]在图7a和图7b中所示的另外的实施例中，所述传感器单元被成型为腕表2。所述腕表形传感器单元可以还包括时钟单元以及用于显示时间、日期和例如所述传感器单元的电池状态的显示工具。在图7a中所示的预定姿势中，所述表所附接到的左臂4下悬，即基本上平行于重力方向5。所述人例如可以为站立的或坐着的。所述基准取向小2现在对应于表2在被佩戴于下悬的左臂的手腕上时的取向。传感器单元2被附接到的所述手腕在臂4下悬时达到相对于地面的最低高度。当所述人已跌倒到地面时，参见图7b，腕表2的高度改变因此相对较小(相比于绕`颈部携带的挂件形传感器单元)。当所述人具有所述预定姿势(其左臂下悬)时，传感器单元2中的所述压力传感器的取向对应于所述优选取向，使得重力方向5垂直于所述膜所处于的平面。因此，所述压力传感器被这样安装在表2中，其中所述膜基本上与由闭合的系带6形成的平面18平行。所述传感器单元可以包括PCBlI，其被取向为使得当所述手臂(所述腕表被附接于该手臂)下悬时，其最长轴基本上与重力方向5平行。在该实施例中，在所述基准取向中，PCBll的最长轴与重力方向之间的角Φ2约为O度，并且在所述优选取向中，到所述膜的法线与重力方向5之间的第一角度Ct1约为O度。用被表示为角度01和Φ2的所述基准取向和优选取向，这样的结果是所述相对取向(第一角度Φ:与第二角度小工之间的差)约为O度。在一个实施例中，所述压力传感器位于扩展单元17中，扩展单元17在所述表的上发条钮(winding knob)处被稱合到所述表,在使用中所述压力传感器在所述手臂下悬时具有所述优选取向。
[0059]当被佩戴在右臂的手腕上时，所述基准取向可以旋转180度(假设所述右臂下垂，基本上平行于重力方向)。在另外的实施例中，所述腕表形传感器单元包括另外的压力传感器，其被定位为具有相对于所述压力传感器为180度的取向转变(“背对背”)。处理器10被布置为执行校准程序以确定要使用两个压力传感器中的哪个。在一个实施例中，所述校准程序包括第一步骤，其中，所述腕表被附接到优选的手臂；第二步骤，其中，激活校准模式；第三步骤，其中，所述手臂下悬预定时间，使得其取向与重力方向平行；以及第四步骤，其中，选择提供最大高度测量结果(或最低压力测量结果)的压力传感器，同时关掉另一压力传感器以减少功耗。所述腕表的该另外的实施例提供了可以被佩戴在左臂或右臂的优点。
[0060]为了实现所述压力传感器被固定在所述优选取向，传感器单元2优选地包括两个印刷电路板(PCB ) 11、13(参见图6b和图6d)。所述压力传感器被安装在第一 PCB13上，第一PCB13被电气地并且优选机械地耦合到第二 PCBl I，在第二 PCBll上安装有所述传感器单元的其他部件(例如处理器和加速度计)。优选地，跌倒检测设备2还包括调节工具，其用于调节第一 PCB13的取向，使得所述压力传感器可以被定位到所述优选取向。例如，第一 PCB13的位置可以为相对于第二 PCBll可调节的，由此实现对相对取向15的调节。在另一个实施例中，所述设备包括柔性PCB，使得所安装的压力传感器能够被定位到所述优选取向。
[0061]图8a示出压力传感器9，其包括装入压力换能器的外壳。在一个实施例中，所述外壳为SMD封装，使得在安装在PCB13上之后膜17基本上与所述PCB平行。在图8b中所示的另外的实施例中，所述外壳将所有的引脚都提供在单一侧(类似于单列直插式封装)，使得在安装在PCB13上之后，膜17的取向基本上垂直于PCB13。这对于上文讨论的挂件形和腕表形传感器单元的实施例而言是有利的，其中到所述压力传感器的所述膜的法向相对于传感器单元的最长轴3或第二 PCBll的相对取向约为O度。
[0062]在另外的实施例中，所述压力传感器被安装在压力腔中，所述压力腔被所述传感器单元的外壳包围。所述压力腔还包括到围绕所述传感器单元的环境空气的出口。所述压力腔确保了所述传感器单元外壳的变型(例如由所述外壳的夹紧造成的)不会引起由所述压力传感器测量的气压的改变。在一个实施例中，所述压力传感器相对于所述压力腔的取向为可调节的，使得所述压力传感器可以被定位到优选取向。在另外的实施例中，所述压力腔相对于所述传感器单元的所述外壳的取向为可调节的，使得所述压力传感器可以被定位到优选取向。
[0063]图5和图6图示了人的跌倒引起压力传感器的高度改变和取向改变。所述高度改变和取向改变的结果是测量的海拔下降，由于所述取向改变对所测量的海拔下降的贡献，测量的海拔下降的值大于实际高度改变或海拔改变。在传感器单元2的实施例中，所测量的高度改变被用作用于对压力传感器测量结果的以及(由所述至少一个另外的传感器提供的)另外的传感器信号的进一步分析的触发器。这提供了以下优点:由于由处理器提供的另外的分析取决于测量的海拔下降超过阈值这一现象存在，所述处理器的能耗得以减少。
[0064]在另外的实施例中，所述传感器单元被用作跌倒检测器，其中所述传感器单元被布置为确定正和负的高度改变。负的高度改变源自人的跌倒，而正的高度改变指示所述人确有再次站起，并因此可能不需要帮助。所述传感器单元还被布置为仅在如下情况时发送跌倒警报信号，即:在所确定的负的高度改变后的预定时期内，所确定的负的高度改变没有跟随有确定的正的高度改变。在另外的实施中，所确定的正的高度改变被用于撤销所述跌倒警报信号，条件是所述确定的正的高度改变发生在所确定的负的高度改变之后的预定时期内。所述传感器单元优选被成型为挂件或为腕表。
[0065]在腕戴式传感器单元的另外的实施例中，所述压力传感器的所述膜的质量约为m=(Pl*R*A)/g，其中，在下文描述并解释参数Pl、R、A和g。尽管上文中解释了如何能使重力引起的压力读数的误差最小化，用于最佳高度改变检测，但是在所述传感器(或传感器单元)被戴在腕部的情况中，能针对取向不相关性优化所述误差自身。所述优化由对膜17和传感器9的有效质量的精心设计组成，例如与用户4的等效臂长相关。所述等效臂长为，当所述用户在日常运动中移动时，手腕(或更精确地传感器被附接的点)沿其旋转的典型半径。范例运动包括伸出(例如从架子上取东西)、指点、将所述手臂垂下、手持托盘，等等。所述旋转绕肩膀进行，并且得到的取向不相关性为从所述压力读数得出的高度差不多等于肩膀的高度，与手腕的当前取向(和高度)不相关。
[0066]在每个旋 转角度Θ，重力将对所述压力读数有另一种作用。这可以由下式表示:
[0067]F 重力=m*g*cos ( Θ )(等式 I)
[0068]其中为作用在膜17上的重力，m为所述膜的质量，g为重力加速度(9.81m=s2)，并且Θ为所述手臂与竖直的角度。(在向上指时θ=0°，在下悬时Θ =180° )。同时，在每个旋转时，传感器9都将在另一高度。这可以由下式表示:
[0069]h=h 肩 +R*cos ( Θ )(等式 2)
[0070]其中h为手腕的当前高度，为肩膀的高度，并且R为等效臂长(半径)。随着高度增加，气压减小。对于手臂和身体移动引起的高度改变的范围，该相关性可以被近似为线性形式:
[0071]P (h) =P0-P1^h (等式 3)
[0072]其中P (h)为高度h处的气压，P0为平均大气压(通常为1000hPa),并且P1为压力对高度的一阶相关性。(在不同海拔处可能得到另一种相关性。)所述气压也在所述膜上施力:
[0073]F压力=p (h)*A (等式 4)
[0074]其中Fkj为所述气压施加在所述膜上的力，并且A为所述膜的(等效)表面积。如果目标是对旋转Θ的不相关性，即所述高度读数有效地指示肩膀的高度而非手腕的高度，这两个力应彼此抵消:
[0075]F重力 +F压力=m*g*cos ( Θ )+p (h)*A=FC (等式 5)
[0076]从而F。与相关，但与Θ不相关:
[0077]Fc=p (h 肩)*A=p0*A-p1*h 肩 *A (等式 6 )
[0078]其中使用了等式(3)。在等式(5)中将等式(2)和(3)代入得到
[0079]m*g*cos ( Θ ) +pg^A-p^h 肩 ^A-p^R^cos ( θ ) *A=FC (等式 7 )
[0080]使用等式(6 )将等式(7 )简化为
[0081]HP^g=PfIMiA (等式 8)
[0082]如果所述膜具有恒定质量密度P，即m=P *A*d，其中d为膜厚，消掉膜表面积，并且针对旋转不相关性得出
[0083]P*d=(p1/g)*R (等式 9)
[0084]等式(9)提供每平方面积的优选膜质量，使得针对腕戴式设备，所述压力读数变得与手臂的取向不相关(条件是所述传感器被安装在优选取向，如上文所解释的)。所述等式提供一阶最优值。
[0085]为了实现该不相关性效果，所述传感器需要被安装在优选取向，在所述优选取向，当手臂下悬(即在基准取向)时所述压力读数最低(高度读数最高)。如前文中所描述的，该取向对于最优高度改变可检测性而言也是优选的。紧接着绕肩膀旋转手臂，所述手臂也可以沿手臂的方向旋转，即扭转分量(外翻/内翻)。然而，在所述优选取向，该扭转旋转将使所述压力传感器沿到所述膜的垂直旋转，并因此，对所述膜的重力推或拉将保持不变。
[0086]可以在制作过程中控制膜厚。这可以通过MEMS过程自身，以及通过应用对所述膜的不同涂层或涂层厚度进行。涂层可以用于保护所述膜免受环境影响，如因湿气造成的磨损。高度P1对气压的改变取决于所述传感器被佩戴的海拔。所述等效臂半径R取决于用户:其身体尺寸(矮/高)以及其特有的手势方式(伸出或弯曲手臂)。通过动态地改变质量(每平方面积)，例如通过将配重移入或移出膜(例如通过MEMS技术)进行改进也是可能的。
[0087]尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是应将这种图示和描述视为示例性或示范性而非限制性的，本发明不限于所公开的实施例。
[0088]本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，根据对附图、公开内容以及权利要求书的研究，可以理解并实现对所公开实施例的变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且量词“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或其他单元可以履行权利要求中记载的几个项目的功能。尽管互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地组合这些措施。权利要求书中的任意附图标记均不应被解释为对范围的限制。
【权利要求】
1.一种提高对利用空气压力传感器(9)的高度改变的可检测性的方法，所述空气压力传感器提供高度测量结果，所述空气压力传感器被包括在传感器单元(2)中，所述传感器单元能附接到人(4)，所述方法包括以下步骤: -确定所述压力传感器相对于重力方向(5)的优选取向，在所述优选取向中，所述压力传感器提供最大高度测量结果； -确定所述传感器单元相对于所述重力方向的基准取向，其中，所述基准取向对应于当所述传感器单元被附接到所述人在所述人具有预定姿势时的取向； -确定所述压力传感器的相对取向，所述相对取向对应于所述压力传感器相对于所述传感器单元的取向的取向，其中，所述压力传感器具有所述优选取向而所述传感器单元具有所述基准取向。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器单元(2)具有挂件的形式，并且所述基准取向对应于所述传感器单元在绕所述人(4)的颈部悬挂时的取向，所述预定姿势对应于行走的、站立的或坐着的人的姿势。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器单元(2)具有腕表的形式，并且所述基准取向对应于所述传感器单元在被附接到所述人(4)的手臂的腕部时的取向，所述预定姿势对应于站立的或坐着的人使其手臂处于竖直向下位置时的姿势。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，传感器单元(2)能被附接到所述人的腕部，并且所述基准取向对应于所述传感器单元在被附接到所述人的腕部时的取向，所述预定姿势对应于行走的、站立的或坐着的人的姿势。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，确定所述优选取向的所述步骤包括:` -在不存在除重力以外的任何其他力时，将所述压力传感器(9)旋转到多个取向； -获得作为所述压力传感器的所述取向的函数的所述压力传感器的所述高度测量结果; -确定导致最大高度测量结果的相对于所述重力方向的所述取向，所述优选取向对应于所确定的取向。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述压力传感器(9、9&、％)包括用于检测气压的改变的膜(17、17a、17b)，所述压力传感器对作用在所述膜上的重力敏感，所述优选取向对应于所述压力传感器的这样的取向，在所述取向中，所述膜的法线(19、19a、19b)与重力的方向(5)之间的角约为O度并且所述压力传感器提供最大高度测量结果。
7.一种用于确定高度改变的传感器单元(2)，所述传感器单元能附接到人(4)并且包括用于提供高度测量结果的压力传感器(9)，所述高度测量结果取决于所述压力传感器相对于重力方向的取向，当所述人具有预定姿势时，所述压力传感器具有优选取向并且所述传感器单元具有相对于所述重力方向(5)的基准取向，所述压力传感器被安装在相对于所述传感器单元的取向的相对取向，其中，所述优选取向、所述基准取向和所述相对取向是根据权利要求1至5中任一项所述的方法确定的。
8.根据权利要求7所述的用于确定高度改变的传感器单元(2)，其中，所述压力传感器(9、9a、9b)包括用于检测气压的改变的膜(17、17a、17b)，所述压力传感器的所述取向被定义为所述膜的法线(19、19a、19b)与重力方向(5)之间的角，当所述传感器单元在使用中被附接到所述人使得当所述人具有所述预定姿势、所述传感器单元具有所述基准取向并且所述角约为O度时，所述压力传感器提供所述最大高度测量结果。
9.根据权利要求8所述的用于确定高度改变的传感器单元(2)，其中，所述传感器单元具有挂件的形式，所述挂件具有最长轴(3)，当所述传感器单元在使用中绕坐着的或站立的人的颈部悬挂时，所述最长轴与所述重力方向(5)大致平行，所述压力传感器被安装为使得所述膜(17、17a、17b)的所述法线(19、19a、19b)与所述最长轴(3)大致平行。
10.根据权利要求8所述的用于确定高度改变的传感器单元(2)，其中，所述传感器单元具有腕表的形式，所述腕表具有用于将所述表附接到所述人(4)的所述腕部的系带(6)，所述系带在闭合时包围一平面(18)，所述压力传感器(9)被安装为使得所述膜(17)的所述法线(19)大致垂直于所述平面，当所述传感器单元在使用中被附接到下悬的臂的所述腕部时，所述法线还与所述重力方向(5)平行。
11.根据权利要求8所述的用于确定高度改变的传感器单元(2)，其中，所述传感器单元能附接到缚带，所述缚带在使用中绕所述人(4)的所述腕部被佩戴,所述缚带在闭合时包围一平面，所述压力传感器被安装为使得所述膜(17)与所述平面平行，当所述传感器单元在使用中被附接到具有对应于行走的或站立的人的姿势的所述人的所述腕部时，所述膜的所述法线(19 )还与所述重力方向(5 )平行。
12.根据权利要求7至 11中任一项所述的用于确定高度改变的传感器单元(2)，其中，所述相对取向约为O度。
13.根据权利要求7至11中任一项所述的用于确定高度改变的传感器单元(2)，其中，所述压力传感器(9)相对于所述传感器单元(2)的所述取向是能调节的。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的用于确定高度改变的传感器单元(2)，其中，所述传感器单元还被布置为响应于确定的负的高度改变，向急救服务提供者发送警报信号。
15.根据权利要求14所述的用于确定高度改变的传感器单元(2)，其中，如果在所述确定的负的高度改变之后的预定时间段内确定了确定的正的高度改变，则撤销所述警报信号；或者其中，假定在所述确定的负的高度改变之后的所述预定时间段内没有确定正的高度改变，则在所述确定的负的高度改变预定时间段之后发送所述警报信号。
【文档编号】G08B21/02GK103688135SQ201280035388
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2011年7月20日
【发明者】W·R·T·坦卡特 申请人:皇家飞利浦有限公司