用于脉冲传递的系统和方法

专利名称:用于脉冲传递的系统和方法
技术领域：
本发明的实施例涉及用于从电子武器中提供脉冲的系统和方法。
技术背景
常规的电子武器提供剌激信号作为脉冲系列给载荷。每个刺激信号的 脉冲所传递的电荷数量在武器的制造公差之内变化，并随可对武器呈现的 各种载荷而变化。该载荷可在刺激期间改变。因此，给载荷的刺激在脉冲 系列中是稍微不均匀的，并意图使其从一个载荷到另一个载荷或者从一种 武器到另一种常用类型武器中保持均匀。
在一些应用中，期望增加载荷所经受的脉冲的均匀性，例如，以提供 更加精确的传递刺激的记录，使用最小化的能量来实现剌激，以及总体上 节约武器所消耗的能量。除非节约能量，否则电子武器可以使用的时间段 是不能延长的。没有本发明，常规的技术不能实现这些益处。
根据本发明各个方面的实现方式解决了上述问题和其它问题，并提供 上述的益处，以及根据本发明在此的公开内容对本领域技术人员而言将是 显而易见的其它益处。

发明内容
根据本发明各个方面的方法引导电流流过对象，所述方法由设备执行。
该方法包括，以任何实现顺序根据目标来使电容充电；使电容放电，其 中电流导致疼痛或者骨骼肌的收縮，从而干扰对象的自主运动；监测电流 的电荷；以及调整该目标。放电提供被监测的该电流。响应于该电流而调整该目标。
根据本发明各个方面，通过引导电流流过对象来干扰对象运动的设备 包括变压器、电容、探测器和处理器。该变压器具有与对象耦合的次级 绕组以提供电流。电容与次级绕组串联。探测器探测由电容和次级绕组提 供并流过该对象的电荷量。处理器响应于探测器来控制电容的再充电。
根据本发明各个方面的另一个方法引导电流流过对象，所述方法由设 备执行。该方法包括，以任何实现顺序使电容充电；根据目标使电容放 电；监测电流的电荷；以及调整该目标。放电提供被监测的该电流。响应 于该电流而调整目标。
根据本发明各个方面的另一个方法引导电流流过对象，所述方法由设 备执行。该方法包括，以任何实现顺序存储能量；释放所存储的能量； 监测电流；以及响应于监测的结果来重复释放能量。该电流响应于与所存 储能量的释放。电流在包括电弧的电路中传递，并且对象处于以足以形成 该电弧的电压。电流用于干扰对象的自主运动。
根据本发明各个方面的存储器包括指定的脉冲系列的指示，以及根 据该指示调整流过对象的电流的指令。


现将参照附图进一步描述本发明的实施例，其中相同的标记指代相同 的元件，以及
图1是根据本发明各个方面的用于传递脉冲给载荷的设备的功能方框
图；
图2是根据本发明各个方面的在不同载荷状况下的电流-时间曲线图；
图3是根据本发明各个方面的方法的数据流图，其用于调整传递给载 荷的电荷数量；
图4是由图3的方法所探测和调整的状态表；以及 图5是用于实现图1设备的电路的示意图。
具体实施方式
7根据本发明的各个方面，对人或者动物对象的运动的干扰可通过传递 多个电流脉冲流过该对象而实现。服务于这个目的的设备可是电子武器。 电子武器包括使电流流过对象的任何武器，例如，手持武器(例如，眩晕 枪，警棍，盾)；发射线栓飞镖的枪，装置或者地雷；向对象发射的无线弹 丸(例如，通过手持枪，装置或者地雷)；或者固定于对象的限制设备(例 如，带电带，背带，衣领，脚镣，手铐)。
根据本发明各个方面，对人或者动物对象的运动进行干扰的设备传递 电流脉冲流过对象并可进一步记录传递的日期和时间。
诸如警察，军队士兵或者普通公民之类的个人可期望干扰对象的自主 运动。对象的运动可包括所有或者部分对象的向着和/或离开该个人的运 动。个人可因防御性或者进攻性目的(例如，自卫，保护他人，保卫财产， 区域的进入控制，威胁消除)而期望干扰对象的运动。
对对象运动的干扰可包括使用疼痛依从性以阻碍动作和/或中断骨骼 肌的自主控制。中断骨骼肌的自主控制可暂停对象的运动。
电流流过载荷(包括对象)的有效传递可取决于传递电路的阻抗和载 荷阻抗之间的匹配程度。传递电路阻抗可在制造公差和电路元件的范围内 变化。载荷阻抗可取决于对象、环境条件、对象行为和/或从设备的传递电 路流过对象的电路构成。
根据本发明各个方面的能量脉冲可包括具有多于一个有效部分的电信 号，其中该有效部分被设计为具有很少或者没有效果的部分所分隔。有效 部分可具有任何适当的脉冲宽度、脉冲电荷、电压和/或电流。每个有效脉 冲致使骨骼肌的收縮。脉冲的有效率可致使自主骨骼肌强直类型的反应从 而暂停对象的运动。
根据当前发明各个方面，传递指定(例如，均匀)脉冲可改进使运动 暂停的有效性。脉冲传递的有效性取决于，除其它外，传递路径的特性(例 如，载荷状况)，设备中所用元件的电学特性，以及设备的运行状况。脉冲 传递的有效性(例如，每个有效脉冲)可通过补偿，除其它外，载荷状况 的变化，元件值，以及运行状况而实现。
载荷状况可根据大气状况(例如，下雨，潮湿，干燥，高温，寒冷)、 对象位置、对象运动、相对于对象的电极(例如，探头)布置、电极布置说明书第4/18页
随时间的变化(例如，对象移动、电极变为嵌入的、电极从对象脱落)、对 象类型(例如，人或动物)、对象覆盖物(例如，衣服)、电极和对象之间 的空气隙的尺度，和/或电极和对象之间的空气隙的电离而变化。
元件的电学特性可根据公知的因素而变化，该因素包括元件类型、制 造工艺、材料类型、使用时间以及温度。 一些元件可具有在相当大公差内 的特性(也即，值)。
运行状况可包括温度、湿度、武器使用时间、电池状况、特殊使用 的持续时间、传递脉冲的数量、采用电离能量传递的脉冲的数量以及脉冲 传递的频率。
根据本发明各个方面，用于干扰对象运动的设备，例如图1-5的系统 100，可传递指定(例如，均匀)脉冲至相当大范围的载荷状况内，并伴随 着元件值的变化和运行状况的变化。指定脉冲的传递增加了脉冲对对象作 用的有效性和预见性。
图1的系统100，将脉冲传递至载荷114。载荷114可包括如上所述在 常规环境(例如，包括了衣服、天气、运动、人体化学和攻击性)中的人
或者动物对象。设备ioo可还记录传递(例如，触发力)的日期和时间。
触发力的记录可指示传递了脉冲系列。脉冲系列的传递记录减少了对记录 关于各个脉冲特性的信息以估计脉冲系列对对象的作用的需要，其中对脉 冲进行补偿以对应于指定脉冲的一个或多个。脉冲可由算法(也即，存储 于存储器中并由处理器或者信号产生器使用的指令和数据)或者由描述期 望电路结构或者涉及脉冲生成的电学特性的数据来规定。
指定的电流脉冲可具有从大约5微秒到大约200微秒，优选从大约50 微秒到大约150微秒，的持续时间。指定的脉冲系列可包括以每秒从大约 10到大约40个脉冲的速率传递的两个或多个脉冲。系列可持续从大约5 秒到大约60秒，优选从大约10秒到大约40秒。
系统100包括处理器102、存储器103、能量源108、能量存储电路110、 电流传递112和电荷探测器120。触发器104提供触发力指示给系统100。 响应于该触发，系统100可，除其它外，如在此描述的启动发射、传递电 流脉冲和/或传递系列电流脉冲。系统100可还包括常规机械或者电子安全 机械装置或者开关。 9处理器指导脉冲的传递并可指导传递的记录。脉冲的传递可包括控制 能量存储，控制脉冲形成，监测传递，以及为下一个被传递的脉冲调整运 行参数。例如，处理器102与存储器103协作以记录传递。处理器102监
测由第一个脉冲传递给载荷的电荷数量。处理器102为下一个脉冲确定对
存储能量数量的调整，以提供由该下一个脉冲传递的指定电荷数量。用于
下一个脉冲的电荷可是(a)与试图由第一个脉冲传递的电荷相同，(b)足以 使累积传递电荷到达指定量的电荷，或者(c)与第一个脉冲实际传递的电荷
相关的电荷(例如，均匀电荷，以固定量或者百分比增加或者减少的电荷)。
处理器102可中断(例如，中止)脉冲或者脉冲系列的传递。
处理器包括执行所存储的程序的任何电路。例如，处理器102可包括 常规微处理器、微控制器、微序列器和/或信号处理器。处理器可执行在此 描述的关于相对时间、时刻和/或数字或者模拟信号的任何控制功能。例如， 处理器102可包括定时器和模数转换器。定时器105为处理器102所提供 的任何和所有控制信号提供参考时间基准。定时器105也记录时刻和日期。 处理器102所接收的信号可为任何常规的数字和/或模拟格式。如果信号是 模拟格式，处理器102可包括适当的转换器，例如，模数转换器106。
处理器102由存储于存储器103的程序运行。运行时，处理器102响 应于来自触发器104 (例如，触发力)的信号而开始或者延长脉冲的传递。 响应于来自触发器104的信号，处理器102可将传递事件记录在存储器103 内的日志中。处理器102以任何常规方式来控制在此描述的能量源108、能 量存储电路110、电流传递112以及电荷探测120以及其它的。
存储器与处理器协作来执行处理器的任何功能。存储器操作包括存储 由处理器检索和执行的程序指令，以及存储由处理器使用的固定和变化的 数据。例如，存储器103首先接收来自处理器102的数据并提供数据给处 理器102。存储器103也可存储关于系统100的每次运行的信息(例如，传 递日期和时间，相应的电荷目标量，电荷传递的历史描述)。存储器103可 以任何常规方式存储用于指定脉冲或者脉冲系列的算法或者数据。存储器 包括任何常规类型的半导体存储器，包括可编程存储器。例如，存储器103 包括ROM、 RAM和闪存电路。存储器103和处理器102可在一个基底上 形成。系统100可包括对处理器102和/或存储器103进行外部访问以交换信息(例如，程序、日志、时间同步、指定脉冲特性)的接口 (未示出)。 可使用任何常规的接口和通信协议(例如，无线、因特网、手机)来实现 访问。
触发器接收外部输入。可由用户和/或对象提供给触发器的外部输入。 触发器可提供信号给处理器以启动或继续期望的功能。例如，触发器104
包括具有探测器(例如，开关、绊网、束中断(beambreak)、运动传感器 和振动探测器)的任何电路，以探测用户的输入并生成由处理器102接收 的信号。触发器可启动或控制系统100的调整功能。
系统100的功能模块可为闭环控制而协作。闭环控制包括常规反馈控 制技术，该技术基于，除其它外，相关功能的过去表现的影响而实现未来 功能的调整。触发器104可启动或者继续在循环中的任何功能模块的功能 (例如，能量源、能量存储电路、传递电路以及电荷探测器)。触发器104 可启动传递记录的存储。
能量源提供能量以干扰运动。能量源也可提供能量给系统100的电路。 能量源可包括用于接收、转换和传递能量的任何常规电路。能量源可传递 能量给能量存储电路。例如，能量源108可包括电池、张弛振荡器以及从 该电池产生的高压电源(例如，从大约100伏特到大约50， 000伏特)。能 量源108可包括电压转换电路(例如，电源、变压器、直流-交流转换器、 直流-直流转换器)。能量源108可基本上包括预先充电电容器(例如，在 带电弹丸发射之前充电)。
运行时，能量源108接收来自处理器102的启动信息而给能量存储电 路提供能量(例如，脉冲或者脉冲系列)。能量源108可接收中止信号而停 止运行(例如，响应于安全开关)，以停止给能量存储电路供应能量。
能量源108可接收来自处理器102的调整信息(例如，控制信号)。调 整信息可描述能量供应的任何方面。例如，调整信息可包括调整脉冲宽度、 脉冲数量、脉冲率、脉冲振幅和/或极性中的任何一个或多个的信息。
能量存储电路接收源的能量并以与该源所提供的电压相同或者不同的 电压来存储能量(例如，使电容充电)，并且从存储中提供能量(例如，使 电容放电)以给载荷提供电流。能量存储电路可提供所存储的能量数量的 指示(例如，电容两端的电压)。例如，在能量存储电路110中存储能量包
ii括使电容充电。从能量存储电路110中释放能量包括使电容放电。能量存 储电路110提供与当前存储的能量数量对应的指示。例如。信号V可在任 何时候给处理器102提供存储能量的程度(例如，当前量)的指示。信号
V可相应于上述电容两端的电压。信号V也可指示能量传递功能的程度(例
如，在放电开始之后任何时间的电容两端电压)。
能量存储电路110可包括，例如， 一个或多个被充电至相同或者不同 电压的电容器。能量存储电路110可还包括一个或多个由处理器102控制 的开关，以管理能量的存储和/或所存储能量的释放。能量存储电路110可 为一个脉冲存储能量，并且释放能量以形成用于流过对象传递的一个脉冲。 能量存储电路110可包括用于为了多于一个的脉冲存储和释放能量，或者 为了脉冲系列间断地释放能量的电路。能量存储电路IIO可包括多个电容， 例如， 一个电容用于脉冲系列的每一个。能量存储电路110从能量源108 接收能量，并提供能量给电流传递电路112。能量存储电路IIO可给电荷探 测器120提供所存储的电荷的指示(例如，如上所述的信号V)。
电流传递电路接收来自能量存储电路的能量并将能量释放给载荷(例 如，对象)。电能量作为具有电压的电流被提供。当然，电流运送电荷。电 流传递电路可向载荷提供能量传递的指示(例如，测量电流)。从能量存储 电路接收能量可包括将接收到的能量转换为不同的形式(例如，更高的电 压)。释放能量可包括为能量到载荷的传递建立路径(例如，将间隙中的空 气电离)，探测载荷是否存在，以及探测路径是否形成(例如，探测相对低 的路径电阻)。从电容提供或者释放能量可包括将电容放电至载荷或者至与 载荷耦合的电路。
在载荷与电流传递电路串联的应用中，向载荷提供能量传递的指示可 包括提供该串联电路中电流的指示。提供电流的指示可包括提供指示传递 给载荷的电流量的比例电流。传递电路可区分用于路径形成(例如， 一个 或者多个电弧)的能量和传递给载荷的其它能量。
例如，电流传递电路112从能量存储电路110接收能量，提供能量给 载荷114，并向电荷探测器120提供能量传递的指示。。电荷探测器120可 监测信号I一段时间。信号I指示在电流传递112中流动以传递至载荷的电 流。通过将信号I在一段时间内积分，电荷探测器120提供流过载荷传递的电荷量的指示。为了给路径形成提供电离电压，电流传递112可包括升 压变压器。路径形成可横跨如上所述的一个或多个间隙发生。
电荷探测器指示流过载荷传递的电荷数量。传递的电荷数量可由提供 给电荷探测器的信号的分析而得到。通过探测传递的电荷，根据本发明的 系统解释上述的损失和变化。通过解释损失和变化，根据本发明的系统在 对象中产生脉冲，所述脉冲的特性与指定的脉冲特性具有较少的变化。损 失和变化可包括能量存储中的损失、电流传递电路112中的损失、至载荷 的路径的变化中的损失、载荷变化中的损失、发射系统中的损失(如果存 在的话)，从一种形式到另一种的能量转换中的能量损失，元件中的不完整 性的损失，元件特性变化的损失，从系统到载荷的能量转移中的损失，和/ 或环境状况中的变化的能量损失。
电荷探测器可接收指示当前存储在能量存储电路中的能量数量。电荷 探测器可分析在传递之前和之后所存储的能量数量以提供流过载荷传递的 电荷数量的指示。电荷探测器可将电压或者电流在一段时间内积分以探测 流过载荷传递的电荷数量。在脉冲形状变化的应用中积分是优选的。
例如，系统100可包括只有信号I，只有信号V，或者有信号I和V两
者的电路。电荷探测器120可监测信号I 一段时间。信号I指示在电流传递 112中流动以传递至载荷的电流。通过将信号I在一段时间内积分，电荷探 测器120提供传递给载荷的电荷的指示。电荷探测器120可接收信号V。 信号V指示当前由能量存储电路110存储的能量数量。通过从放电步骤之 后剩余的存储能量中减去充电步骤之后的存储能量，电荷探测器120计算 能量中的差别并将该差别与传递给载荷的电荷相联系。
电荷探测器120可包括减法电路，其指示传递之前存储在能量存储电 路110中的能量和传递之后存储电路110中剩余能量之间的差别。该减法 电路可包括模拟技术(例如，采样-保持)和/或数字技术。
电荷探测器120可包括与载荷14串联以监测流过载荷的电流(例如， 作为分路两端的电压)的分流器以及输出作为流过分流器的电流的积分的 电荷指示的积分器。电流(或者电压)的积分可在一时段内执行，该时段 包括电流向载荷114传递之前，期间，和/或之后的时间持续期。
处理器102可通过结合适当的信号处理技术来执行电荷探测器120的
13一个或多个功能。
系统100可包括发射器或者推进器(未示出)。发射器或者推进器可将 系统100的全部或者部分向对象(或者载荷)推动。例如，向对象的部分 推动可包括电极和传导系绳，所述传导系绳将该电极与随发射器保持的传 递电路耦合。该部分推动可包括非系绳(例如，无线)弹丸，其包括能量
源108的全部或者部分、能量存储电路110、电流传递电路112和/或电荷 探测器120。在无线弹丸的情况下，提供流过载荷传递的电荷的指示可包括 将来自弹丸的指示无线通信到随发射器保持的电路(例如，系统100的基 部部分(未示出))。
如上所述，系统100传递系列电流脉冲给载荷(例如，对象)。每个电 流脉冲传递许多电荷流过载荷。根据本发明各个方面，系统100可改进由 每个脉冲传递流过载荷的电荷数量的均匀性。
在传递非均匀指定脉冲的应用中，系统100的使用可减小指定传递和 实际传递之间的误差。
系统100可通过，除其它外，监测由当前电流脉冲流过对象所传递的 电荷，将当前脉冲传递的电荷与有效电荷数量(例如，目标量)相比较， 以及调整由下一个脉冲传递的电荷数量来改进传递电荷的均匀性或者减小 误差。
监测电荷数量可如上所述实现。传递电荷与目标量的比较可以任何方 式实现，包括使用处理器来比较传递电荷数量与目标电荷数量。根据比较 可执行调整以实现每个脉冲所传递电荷的均匀性或者减小每个脉冲的误 差。
传递电荷给对象的脉冲可具有路径形成部分和刺激部分。刺激部分可 具有如为欠阻尼、过阻尼或者临界阻尼所指定的形状。传递的脉冲可从指 定形状变化。为实现电荷传递的均匀性或者减小电荷传递的误差的调整可 通过主要调整脉冲的刺激部分实现。
例如，图2是3个脉冲的图表，每个脉冲具有路径形成部分(A)和刺 激部分(分别为B， C或D)。将该3个脉冲重叠以作比较。在这个示例中， 路径形成部分的极性是刺激部分的相反极性。可使用其它极性。刺激部分 对应于从系统100传递流过载荷114的临界阻尼脉冲。图2的y轴代表电流。电流I210代表路径形成部分的峰值电流。电流 1212代表刺激部分的峰值电流。1210的绝对值可比1212的绝对值大几个数 量级。
图2的x轴代表时间。时间T202为讨论方便而选择为原点。时间T201 可对应于响应外部输入的触发的时间。每个脉冲的路径形成部分的传递在 时间T202开始，并持续到时间T203。时间T203对应于给载荷传递刺激的 开始。为了多达2英寸(5cm)的电弧，从时间T202到时间T203的持续 时间可是少于大约l微秒。在时间T203发生初始极性反转。时间T204、 T205和T206对应于传递给对象适当的存储电荷数量(例如，95%)的时 间。
图2的每个电流脉冲的积分由交叉影线指示。积分确定了针对脉冲的 那个部分(例如，路径形成、刺激、路径形成和刺激)由电流提供的电荷。 例如，区域A代表对于第一个脉冲的时间T202和时间T203之间的电流积 分(所有3个脉冲相同)。区域A对应于主要在路径形成期间传递的电荷数 量。区域B、 C和D分别对于3个脉冲的每一个对应于从时间T203到时间 T204，从时间T203到时间T205，以及从时间T203到时间T206所传递的 电荷。区域B、 B+C和B+C+D对应于为刺激而传递的相应的电荷数量。
积分可在时间T202之前开始并可在时间T206之后继续，以包括电流 脉冲的路径形成和刺激部分两者。例如，图2的电流从时间T201到时间 T207的积分为3个脉冲的每一个确定提供给路径形成和刺激的电荷。
区域B代表对刺激而言少于期望量和/或有效量(例如，目标量)的传 递电荷数量。区域B+C是对刺激而言传递的电荷数量就是期望量和/或有效 量。区域B+C+D是对刺激而言大于期望量和/或有效量的传递电荷数量。
每个脉冲的电荷数量的传递大于有效量(例如，区域B+C+D)代表由 能量源108提供的能量的浪费。电荷数量的传递小于有效量(例如，区域 B)代表不期望的结果。针对每个电流脉冲的有效电荷数量的传递(例如， 区域B+C)对应于指定电荷数量的传递。
每个脉冲的有效电荷数量可被设计为在对象中达到期望结果或者对象 响应。例如，少于50微库仑的电荷对疼痛依从性可以是有效的(例如，具 有大约4到8微秒的脉冲宽度)。少于50微库仑到大约250微库仑的电荷(优选从大约80微库仑到大约150微库仑)，对于暂停自主运动可是更有
效的(例如，具有大约9微秒到大约1000微秒的脉冲宽度)。
对将由下一个脉冲传递的电荷数量的调整补偿了上述的变化和损失以 在该下一个脉冲中提供更接近的指定电荷数量(例如，区域B+C)。调整可 提供指定电荷数量而不改变电流脉冲的形状(例如，欠阻尼、临界阻尼、 过阻尼)。
根据本发明各个方面，调整可包括由脉冲基准(pulse basis)补偿脉冲。 例如，调整可包括探测由紧接的在前脉冲传递的电荷数量，以及调整将由 下一个脉冲传递的电荷数量，以补偿与指定的下一个脉冲的预期偏移。
调整可包括基于选定的在前脉冲来提供下一个脉冲，例如选择作为趋 势的一部分和/或作为最差的情况。调整可包括基于以任何形式(例如，平 均数、中数、中值、移动平均数、过滤)的多个在前脉冲提供下一个脉冲。 调整可包括监测由当前脉冲传递的电荷并在传递了有效电荷数量时停止当 前脉冲的传递。调整可通过，除其它外，基于由当前脉冲传递给载荷的电 荷数量而调整为下一个脉冲存储的能量数量而实现。
例如，当由当前脉冲传递的电荷数量为大约目标量(例如，区域B+C) 时，不调整为下一个脉冲存储的能量数量。当由当前脉冲传递的电荷数量 少于目标量(例如，区域B)时，增加为下一个脉冲存储的能量数量。当 由当前脉冲传递的电荷数量大于目标量(例如，区域B+C+D)时，减少为 下一个脉冲存储的能量数量。
调整传递的电荷数量可通过，除其它外，改变能量源所提供的能量形 式或者数量，改变能量存储电路所存储的能量形式或者数量，和/或改变电 流传递电路提供的能量形式或者数量而实现。能量的形式可通过改变电压 幅度，电流幅度，输出阻抗，脉冲持续时间，脉冲幅度，脉冲数量，和/或 脉冲重复率而改变。
例如，调整传递的电荷数量可包括改变由能量源108提供给能量存储 电路110的能量数量(例如，改变能量源108以恒定速率提供能量给能量 存储电路110的时间量)。如果能量由能量源108通过能量脉冲传递给能量 存储电路110，调整可包括改变所提供的脉冲数量和/或脉冲幅度。
例如，调整传递的电荷数量可包括改变在能量存储电路110的输入和/
16或输出处能量的转换，所存储的能量数量(例如，电容器的电容，电容的 数量，能量源108的充电程度，以及放电至电流传递电路112的程度)。如 果能量存储电路110通过脉冲将能量传递给电流传递电路112，则调整可还 包括改变所提供的脉冲数量和/或脉冲幅度。
在能量存储电路110中存储能量可包括将电容充电至己调整的终止电 压。调整传递的电荷数量可包括将电容放电至己调整的终止电压。
调整传递的电荷数量可包括改变来自电流传递电路112的电流传递持
续时间(例如，开关是打开或者关闭的开始或者停止时间)，改变电压转换 (例如，电压倍增)，改变电弧形成持续时间，改变电弧形成的峰值电压， 改变传递的峰值电流，和/或改变传递给载荷的路径的阻抗。
根据本发明各个方面，由设备执行的方法提供，除其它外，流过载荷 (例如，对象)的指定脉冲，记录事件是一致的保证，对于元件特性值变 化的补偿，载荷变化的补偿，和/或如上所述的能量节约(例如，能量浪费 的减少)。根据本发明各个方面的方法可涉及目标。目标包括一个或多个值， 如上所述，例如，限制值(例如，终止电压，终止电荷，终止持续时间， 终止时间)。
根据本发明各个方面，提供脉冲的方法可基于由紧接的在前脉冲传递 的电荷对下一个脉冲做出调整。这样的方法可是重复的。这样的方法可响 应于用户打开设备保险的控制(例如，用户将安全开关移至安全位置之外) 而开始它的第一个重复。该方法可对脉冲系列的每一个脉冲而重复(例如，
在5到60秒内每秒10到40次重复)。对于每一个重复，可参考目标做出 调整。对于每一次重复，根据已调整的目标存储能量。例如，图3的方法 300包括存储能量过程304，提供剌激过程306，探测电荷过程308，计划 调整过程310，增加目标过程312，减少目标过程314，以及目标302。
每当获得足够的输入信息时，方法300的每一个过程可实施它的功能。 例如，各过程可连续地，并行地，同时地，或者以部分重叠的方式执行它 们的功能。实施方法300的系统可以编程数字处理器，逻辑电路和/或模拟 控制电路的任何组合来执行一个或多个过程。可以任何常规方式来达到进 程间通信(例如，子程序调用、指针、堆栈、通用数据区、消息、中断、 异步信号、同步信号)。例如，方法300可由处理器102执行，其中处理器它功能。
存储在存储器103中并由方法300的操作进行修正的数据可包括目标
302。
目标302可包括数值，其由方法300读取和更新以达到流过载荷的指定(例如，均匀)电荷传递。目标302可代表如上所述的限制值(例如，除其它外，意图用于下一个脉冲的存储能量的数字量)。目标302可设置为初始值。该初始值可是最大值，最小值，或者中间范围值。目标302可设置为解释如上所述的预期损失。
目标302可包括描述能量存储电路110的能量，电容，和/或电压的一个或多个数字量的表示；描述能量源108的能量，脉冲重复率，脉冲幅度，峰值电压，和/或峰值电流的一个或多个数字量的表示；和/或描述能量源电路108，能量存储电路110，和/或电流传递电路112的电压转换的一个或多个量的表示。目标302可包括替代任何数字量的配置设置(例如，为了电容的选择，变压器匝数比的选择，用于自动幵关的限制值的选择，脉冲重复率的选择)。
目标302可还包括一组历史值和/或用于任何适当数量的在前尝试以提供指定电荷数量的尝试的数量。增加目标过程312和减小目标过程314可使用历史值，除其它外，来执行二分査找以建立下一个目标，提供滞后，和/或建立极限以减少不期望的目标改变。
对于一系列不同的指定脉冲，目标302可包括相应的指定系列(或者算法)。另外， 一个目标302可包括一组描述一个指定的若干方面的值。
存储能量过程包括用于存储能量的任何方法。存储能量过程可存储用于形成一个或多个脉冲的能量。例如，存储能量过程304为一个脉冲存储能量并指示准备就绪状态。目标302可对应于终止电压，能量源108在该电压停止提供能量给能量存储电路110。过程304可控制在电容中的能量存储直到对应于目标302的终止电压。因此，调整目标302改变终止电压。过程304可控制在电容中的能量存储直到终止电压，其中该电容的容量对应于目标302;因此，调整目标302改变电容的容量。
存储能量过程304可控制充电功能。例如，存储能量过程304可读取目标302并控制能量从能量源108到能量存储电路110的转移直到对应于目标302的能量数量。如上所述，能量存储电路110可接收递增地给电容充电直到终止电压的脉冲。充电至终止电压可通过适当数量的脉冲实现，
其中每个脉冲具有与峰值电压同样的终止电压(例如，能量源108提供可
编程电压幅值的输出脉冲)。
作为另一个示例，能量存储电路110可响应于来自存储能量过程304的控制而根据目标302提供期望电容。存储能量过程304可保留在电容改变之前所使用的终止电压。如上所述，充电至终止电压可通过适当数量的脉冲达到，其中每个脉冲具有作为峰值电压的终止电压。
作为另一个示例，存储能量过程304可控制能量源与能量存储的耦合直到到达限制条件。该限制条件可对应于目标302。该条件可是能量的目标量或者充电的目标持续时间。
一旦出现目标302已经实现的指示，存储能量过程304可，提供准备
就绪状态。
存储能量过程304可响应于触发器104和/或响应于由提供刺激过程306所提供的"下一个"状态而开始。
提供刺激过程包括如上所述的传递刺激给载荷以干扰运动的任何方法。提供刺激过程可包括提供如上所述的刺激信号作为一个或多个脉冲。这种过程可还包括发射和/或路径形成。提供刺激过程306可控制放电功能。例如，提供刺激过程306响应于如上所述的准备就绪状态并开始传递由过程304存储的能量(例如，在目标302实现之后)。过程306可包括为了通过电流传递电路112将电流传递载荷114而将能量存储电路110的电容放电。如上所述，对于每一个准备就绪状态电流可在一个脉冲中传递。过程306可通过给过程304指示"下一个"状态而为了另一个脉冲请求能量的存储。
探测电荷过程包括探测流过载荷(例如，对象)传递的电荷数量以及提供，作为结果的电荷量的指示的任何方法。探测电荷过程可通过将电流积分和/或减去电压来探测电荷数量。例如，探测电荷过程308可响应于上述的准备就绪状态而开始对传递电流积分。积分可在预定持续时间中持续。如果积分的结果在每单位时间内的改变不超过阈值，积分可中断。当积分中断或者终止时，过程308报告所探测的电荷。
19探测电荷过程308可使用从指示放电已经开始的初始状态中减去最终 状态来计算电荷。如上所述，电容两端的电压可指示最终和/或初始状态。
计划调整过程包括确定探测结果和目标之间差别的任何方法。如果差 别是显著的，则期望调整目标。调整正负号和调整量可基于差别的正负号 和幅值。这种过程可确定由脉冲(或者脉冲系列)传递的电荷与每脉冲(或
者脉沖系列)目标电荷之间的差别。例如，计划调整过程310通过减法确 定由一个脉冲传递的电荷数量与目标302代表的电荷之间的差别。
在减法之前，计划调整过程可将该结果和/或目标转换和/或调整至共同 的单位。例如，过程310可使用表达式Q: (1/2) CV^来从电压(目标302) 计算出电荷，其中Q是电荷，C是电容，以及V是如上所述的终止电压。 过程310可确定传递电荷数量和有效电荷数量之间的差别，而目标302可 表达为用于传递的存储能量数量时。
计划调整过程识别状态。计划调整过程可识别当前脉冲的状态并计划 针对下一个脉冲的调整。例如，过程310探测(表400的)无电弧形成状 态402，未达目标状态404，目标状态406，以及超出目标状态408。
当路径形成不成功并且不能传递刺激时，产生无电弧形成状态402。 过程310通过探测到传递电流量少于阈值量而探测到无电弧形成状态。响 应于该无电弧形成状态，过程310可安排针对刺激的存储能量数量不发生 改变。进一步响应于无电弧形成状态，过程410可以一方式来调整至路径 形成的目标，该方式的类型在2006年5月3日提交的U.S.专利申请序列号 11/381,454中被描述，在此合并作为参考。通过调整路径形成的目标，可改 变图2中的区域A。从而，对于图2，从时间T202到时间T203的积分可 指示不同的传递电荷。根据本发明各个方面，电荷刺激的调整可响应于路 径形成的目标，刺激电荷的目标302，以及传递的电荷(例如，从时间T201 至时间T207)。
当传递给载荷的电荷数量(例如，图2区域B)少于期望量时，产生 未达目标状态404。响应于未达目标状态，过程310安排存储能量数量的增 加，从而在下一个脉冲中增加了传递给载荷的电荷数量。
当传递给载荷的电荷数量(例如，图2区域B+C)大约是有效电荷数 量时，产生目标状态406。响应于目标状态，过程310为下一个脉冲安排与用于当前脉冲的能量数量大致相同的存储(例如，目标302中没有改变)。
当传递给载荷的电荷数量(例如，图2区域B+C+D)大于有效电荷数 量时，产生超出目标状态408。响应于超出目标状态，过程310安排存储能 量数量的减少，从而在下一个脉冲中减少了传递给载荷的电荷数量。
方法300第一次重复时的目标302可影响最大能量的存储。在这种情 况下，在随后的重复中过程310为脉冲系列将目标朝期望目标值而减少。 第一个脉冲可被期望为相对最大的脉冲。
方法300第一次重复时的目标302可对于能量节约实现最小能量的存 储。此后，对于过程310为脉冲系列将目标302朝期望值而增加。对于不 可预知的传递状态，目标302可在第一次重复之前设置为中间范围值。
表400提出存储能量数量的调整，其为下一个脉冲增加和减少存储量。 过程310不仅可提出能量存储的改变方向(例如，增加，减少，不变)，还 提出能量存储的改变量。改变量可与先前改变量或者随过程310的每次实 施而变化的量相同(例如，二分查找)。改变量可由过程310、过程312禾口/ 或过程314确定。
探测电荷过程308和确定差别过程310助、作以执行监测功能。监测可 包括使用电荷探测器120和处理器102来探测由电流传递电路112传递的 流过载荷的电荷数量。
增加目标过程为目标(或者目标组)确定一或多个值或者组值，该值 通常对应于目标的增加。例如，过程312响应于确定传递的电荷数量少于 有效量的过程310来修改目标302。过程312可确定增加量和/或执行由过 程310提出的增加量。如上所述，增加量可随每次实施而变化。
减少目标过程为目标(或者目标组)确定一或多个值或者组值，该值 通常对应于目标的减少。例如，过程314响应于确定传递的电荷数量大于 有效数量的过程310来修改目标302。过程314可确定减少量和/或执行由 过程310提出的减少量。如上所述，减少量可随每次实施而变化。 增加目标过程312和减少目标过程314，协作以执行调整功能。
上述参考图1-5描述的功能的实现可包括用于提供能量的电源(例如， 可编程，开关模式，电池)，用于存储能量的电容器(例如，用于路径形成 和/或刺激的电容器)，开关(例如，火花间隙元件，半导体开关，晶体管
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(IGBJTs)，整流器(SCRs))，用于能量转换的变压器(例如，电压升压)，
用于控制过程的控制器，用于探测电荷的积分器，用于探测被提供以流过
载荷的电流的分流电路，以及用于启动或者继续操作的触发器。例如，图5 的电路500实现如上所述的根据本发明各个方面的系统。
能量源108的功能由电源502和处理器508提供。电源502是可编程 电源，其给路径形成电容器C1充电并给刺激电容器C2和C3充电。处理 器102通过监测信号V1M、V2M和V3M以及当达到各自的限制条件时(例 如，由一个或多个信号V1M、 V2M和V3M指示的终止电压)指导电源502 (例如，经信号PX)中断充电来而控制充电。
能量存储电路110的功能由路径形成电容器C1、开关S1和S2、刺激 电容器C2和C3，以及处理器508提供。处理器508关闭开关Sl并打开开 关S2来给电容器C1充电。
在对象114通过变压器Tl的次级绕组W2和W3使电路完整之前(或 者在电弧形成以使电路完整(具有或者不具有对象)之前)，可给电容器 C2禾卩C3充电。
电流传递电路112的功能由变压器Tl，开关Sl和S2，电容器Cl、 C2、 C3， 二极管D2和D3，以及分流电阻器Rl提供。变压器Tl具有一 个初级绕组Wl和两个次级绕组W2和W3。充电之后，电容器C1、 C2和 C3以及当刺激电流将被传递时，处理器508打开开关Sl并关闭开关S2以 启动从电容器C1到初级绕组Wl的电流流动。绕组Wl中的电流引起次级 绕组W2和W3中的电流处于一电压，该电压足以形成电弧以建立经由载 荷114 (例如，对象)的路径。该电弧允许电流从电容器C2和C3中放电 以流过载荷114。电容器Cl中存储的能量通过使电容器Cl放电而释放。 所释放能量的一部分暂时由变压器T1存储为磁场。当电容器C1充分放电 之后，变压器T1的磁场衰减。该衰减磁场释放这个能量以使通过绕组W2 和W3，对象114， D3， Rl，以及D2的电流延续。分流电阻器R1与载荷 串联。二极管D2和D3分别围绕电容器C2和C3提供旁路电路，尤其为 了传导由次级绕组W2和W3的衰减磁场所延续的电流。因此，流过载荷 的电流也流过电阻器R1，从而提供与用于在时间上对其进行积分的电流成 比例的信号。因而，衰减磁场的能量(通过监测电流来监测)造成了流过对象传递的电荷。
电荷探测器120的功能由积分器504，处理器508以及流过对象的串联 电路提供，其中该串联电路包括，除其它外，电阻器R1以及二极管D2和 D3。如上所述，在充电功能和放电功能之后，处理器102可探测电压值以 探测传递电流量。这样做不能解释上述衰减磁场传递的大量能量。积分器 504将流过载荷114传递的电荷数量的指示输出给处理器102。处理器508 控制积分器504的操作(例如，经信号CI)。
处理器508执行处理器102的所有功能，包括方法300。常规信号调整 电路(未示出)可调整信号506。
能量的释放可根据目标(例如，涉及每脉冲指定电荷数量的目标)而 中断。结果，中断能量释放使流过目标的大量电荷传递中断。传递可由处 理器和开关中断。例如，在任何时间，处理器102可响应于积分器504来 确定流过对象传递的对象电荷数量已经或者将要超出(例如，为了减少区 域D在图2的时间T204处)。中断可通过将对象分流实现(例如，关闭图 5中通常为打开的开关S4)。中断也可通过使电流传递电路的输出阻抗和目 标阻抗不匹配而实现。例如，处理器102可增加与次级绕组串联的电阻， 其中该次级绕组提供流过对象的电流(例如，通过设定开关S3以包括电阻 器R2)。
前面描述了本发明的优选实施例，在不偏离权利要求
中所限定的本发 明的范围的情况下，可以对其进行改变或者修改。尽管出于描述清楚原因， 已经描述了本发明的多个具体实施例，但是意图将本发明的范围通过下面 提出的权利要求
被限定。
权利要求
1、一种由设备执行的方法，所述设备用于通过引导电流流过对象而干扰所述对象的自主运动，所述方法包括
根据目标使电容充电；
使所述电容放电以提供所述电流，其中，所述电流导致干扰所述对象的自主运动的疼痛或者骨骼肌收缩；
监测所述电流的电荷；以及
响应于监测，调整所述目标。
2、 根据权利要求
1所述的方法， 后衰减以使所述电流延续。
3、 根据权利要求
1所述的方法， 述电容的电压。
4、 根据权利要求
1所述的方法， 在所述持续时间上完成。
5、 根据权利要求
1所述的方法，
6、 根据权利要求
l所述的方法，
7、 根据权利要求
1所述的方法， 脉冲。其中，放电包括形成磁场，该磁场稍其中，所述目标包括充电完成时的所其中，所述目标包括持续时间，充电其中，调整包括增加所述目标。 其中，调整包括减少所述目标。 其中，所述目标包括用于充电的一些
8、 一种用于通过引导电流流过对象而干扰所述对象的运动的设备，所 述设备包括具有次级绕组的变压器，所述次级绕组与所述对象耦合以提供所述电流；与所述次级绕组串联的电容；探测器，其探测通过所述电容和所述次级绕组提供的流过所述对象的 电荷量；以及处理器，其响应于所述探测器来控制所述电容的再充电。
9、 根据权利要求
8所述的设备，其中，所述探测器包括积分器。
10、 根据权利要求
8所述的设备，其中，所述探测器包括与所述次级 绕组串联的分流器。
11、 根据权利要求
8所述的设备，还包括二极管，所述二极管允许所 述电流以旁路相对于所述电容经过。
12、 根据权利要求
8所述的设备，还包括第二电容，其与所述变压器的初级绕组串联，用于建立电弧以传递所 述电流。
13、 根据权利要求
8所述的设备，还包括触发器，其中，所述处理器 响应于所述触发器控制所述电容的充电。
14、 一种由设备执行的方法，所述设备用于通过引导电流流过对象而 干扰所述对象的自主运动，所述方法包括使电容充电；根据目标使所述电容放电以提供所述电流，其中，所述电流导致干扰 所述对象的自主运动的疼痛或者骨骼肌收縮； 监测所述电流的电荷；以及 响应于监测，调整所述目标。
15、 根据权利要求
14所述的方法，其中，放电包括形成磁场，该磁场 稍后衰减以使所述电流延续。
16、 根据权利要求
14所述的方法，其中，所述目标包括放电完成时的 所述电容的电压。
17、 根据权利要求
14所述的方法，其中，所述目标包括持续时间，充电在所述持续时间上完成。
18、 根据权利要求
14所述的方法，其中，调整包括增加所述目标。
19、 根据权利要求
14所述的方法，其中，调整包括减少所述目标。
20、 根据权利要求
14所述的方法，其中，所述目标包括传递流过所述 对象的电荷量。
21、 一种由设备执行的方法，所述设备用于引导电流流过对象，所述 方法包括存储能量；释放存储的能量，所述电流响应于所述存储的能量的释放，所述电流 在电路中传递，所述电路包括电弧和处于足以形成所述电弧的电压的所述 对象，所述电流用于干扰所述对象的自主运动；监测所述电流；以及重复释放，其中，释放的重复响应于监测的结果。
22、 根据权利要求
21所述的方法，其中，存储是根据所述监测的结果 而执行的。
23、 根据权利要求
21所述的方法，其中，所述监测的结果包括电荷量 的指示。
24、 根据权利要求
21所述的方法，其中；监测包括将所述电流积分；并且所述监测的结果包括电荷量的指示。
25、 根据权利要求
21所述的方法，其中 释放包括暂时存储和释放第二能量；并且 所述电流还响应于所述第二能量的释放。
26、 根据权利要求
21所述的方法，其中 所述监测的结果包括电荷量的指示；并且 根据将所述量与限值的比较而中断释放。
27、 根据权利要求
21所述的方法，其中，重复释放还响应于目标。
28、 根据权利要求
21所述的方法，其中 所述电流包括脉冲系列；并且所述方法还包括针对所述系列中的每一个脉冲调整所述目标。
29、 根据权利要求
21所述的方法，其中 所述方法还包括根据所述监测的结果调整目标；并且 根据所述目标执行存储能量。
30、 一种存储器，包括 指定的脉冲系列的指示；以及用于根据所述指定的系列的所述指示调整流过对象的电流的指令。
31、 根据权利要求
30所述的存储器，还包括 日志，其记录传递所述电流的日期和时间。
32、 根据权利要求
30所述的存储器，其中，用于调整的指令实现闭环 控制。
专利摘要
根据本发明各个方面，用于通过引导电流流过对象而干扰对象(114)运动的设备(100)包括变压器、电容、电荷探测器(120)，以及处理器(102)。该变压器具有与对象耦合的次级绕组以提供电流。该电容与次级绕组串联并充电至一电压。该电荷探测器探测由该电容和该次级绕组提供并流过该对象的电荷。该处理器响应于由该电荷探测器探测的电荷来设置该电压(例如，为了对下一个脉冲的充电)。
文档编号F41B15/04GKCN101669007SQ200780052421
公开日2010年3月10日 申请日期2007年4月26日
发明者S·N.D.·布龙杜拉 申请人:天射国际公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan