专利名称：口腔护理装置的声学监测的制作方法
技术领域：
本公开涉及口腔护理装置。更具体地讲，本公开涉及以声学方式监测口腔护理装置的一种或多种特性。
背景技术：
作为技术背景，人们使 用口腔护理装置来清洁牙齿。口腔护理装置清洁牙齿的效果取决于(除了其它方面的原因)人们使用口腔护理装置的方式和使用这种方式刷牙的持续时间。例如，已证实建议的刷牙时间为大约两分钟。然而，大多人并没有按照建议的时间来刷牙。大多数人刷牙的时间更接近一分钟或更短时间，而不是两分钟。此外，许多人在清洁牙齿时还可能对牙刷用力过大以尽量使牙刷达到难以触及的部位。遗憾的是，对牙刷用力较大将导致施加到牙齿表面和齿龈上的压力也较大。作用于牙齿的这种过大压力可能导致牙釉质的过早磨损，并且类似地可能导致齿龈发炎和齿龈退缩。因此，需要自动监测人们对口腔护理装置的使用情况并告知使用者其刷洗习惯，例如用于清洁牙齿的时长以及使用者在刷牙时用力或压力的大小。
发明内容
在一个实施方案中，一种以声学方式来测定电动口腔护理(POC)工具的一种或多种特性的监测装置包括换能器和处理器，其中换能器接收由POC工具产生的声音并且将该声音转换成代表该声音的信号；换能器与处理器电气通信，并且将代表该声音的信号发送给处理器；处理器基于上述代表该声音的信号来测定POC工具的一种或多种特性。在另一个实施方案中，系统包括电动口腔护理(POC)工具和监测装置，其中P0C工具清洁牙齿并产生声音；监测装置与POC工具声通信并且接收由POC工具产生的声音；并且监测装置基于由监测装置接收到的声音来测定POC工具的一种或多种特性。在另一个实施方案中，一种用于测定电动口腔护理(POC)工具的一种或多种特性的方法包括接收由POC工具产生的声音；识别该声音的一种或多种声学特性；以及基于该声音的一种或多种声学特性来测定POC工具的一种或多种特性。
附图中所述仅为示意性实施方案，并非旨在限制由权利要求书所限定的本发明。当结合以下附图进行阅读时，可以更好地理解以下对示例性实施方案的详细说明，其中类似的参考数字表示类似的结构，其中图I描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方案的电动口腔护理工具和监测装置；图2描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方案的电动口腔护理工具的横截面示意图3A描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方案由电动口腔护理工具产生的声首的不意图；图3B描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方案由电动口腔护理工具产生的声音和背景噪音的示意图；图4描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方案的监测装置的方框图；图5描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方案的监测装置的方框图；图6描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方案由电动口腔护理工具产生的声首的不意图；图7A-C描述了用于测定根据本文所示和所述的一个或多个实施方案的电动口腔护理装置的一种或多种特性的方法；
图8描述了用于测定根据本文所示和所述的一个或多个实施方案的电动口腔护理装置的一种或多种特性的方法；并且图9描述了用于测定根据本文所示和所述的一个或多个实施方案的电动口腔护理装置的一种或多种特性的方法。
具体实施例方式在对各实施方案进行描述之前，首先对刷头可能会做的各种类型的运动进行指导性定义。如本文所用，术语“角运动”是指任何角位移。“线性运动”是指沿着直的或基本上直的线路或方向的移动。“曲线运动”是指既不完全是线性地也不完全是成角度地而是这两种方式的组合(例如曲线地)的运动。这些运动可为匀速运动或周期运动。匀速运动是指不改变方向或路径的运动(即单向)。周期运动是指倒转方向或路径的运动。匀速角运动被称为旋转运动，虽然本文的部件可被描述为“可旋转地安装的”，但这仅仅旨在指可能是角运动，无论是周期性的还是匀速的。周期性角运动被称为摆动运动。曲线运动也可为匀速的(即单向的)或周期性的(即倒转方向的)运动。周期线性运动被称为“往复运动”。“轨道运动”是一种围绕某个轴的角运动，所述轴不同于移动组件例如转轴，且距离该移动组件的中心有一定的距离。该距离在本文中称为轨道运动的偏移范围。轨道运动可为匀速角运动或周期性角运动。上述运动可沿刷毛载体、牙刷、牙刷头部等的一个或多个轴线进行。因此，根据描述刷毛载体在其运动期间的位置所需的轴坐标数目，本文所述的运动可为一维运动、二维运动或三维运动。一维运动是指一种能够由单个坐标(例如，x，Y或Z坐标)描述的运动。通常，只有线性运动是一维的。例如，基本上仅沿Y轴运动的周期性线性运动是一种一维运动(本文称为“脉冲运动”或“上下运动”)。二维运动是指需要用两个坐标(例如，X和Y坐标)来描述刷毛载体的行进路径的刷毛载体的运动。发生在单个平面中的角运动为二维运动，因为刷毛载体上的某个点将需要两个坐标来描述其行进路径。三维运动是指需要用三个坐标(例如，X，Y和Z坐标)来描述刷毛载体的行进路径的刷毛载体的运动。三维运动的一个实例是刷毛载体沿螺旋线路径的运动。多重运动牙刷公开于The Procter andGamble Company拥有的专利号为2003/0084527的美国专利中，该专利以引用方式并入本文。下文使用图I所示的电动口腔护理(POC)工具14作为实例来描述本发明。然而，如本文所述的声学监测也适用于附加的电动工具，例如电动剃刀、电动手持工具、电动厨房用具、电动手持真空吸尘器和电动吹风机。图I大致描述了用于以声学方式监测POC工具14的系统10的一个实施方案。使用者12可用POC工具14来清洁其牙齿，在POC工具14使用期间可产生声音16 (例如，声波)。系统10包括监测装置18，所述监测装置18接收由POC工具14产生的声音16并且基于声音16来测定POC工具14的一种或多种特性。所述监测可自动进行，使用者12只需完成极少操作或无需任何操作。通过监测装置18测定的特性的类型包括但不限于P0C工具14是接通的还是断开的、使用POC工具14清洁使用者牙齿的时间量、POC工具14施加到牙齿上的压力、POC工具14处于哪种刷洗模式、POC工具14的制造商、以及POC工具14的型号。也可测定POC工具14的其它特性。POC工具14产生的声音16的声学特性可用来测定一种或多种POC工具14的特性。声音16的声学特性包括但不限于振幅、频率、振幅变化、频率变化、以及它们的组合。通过监测POC工具14的特性可帮助使用者12改进其刷洗习惯。例如，系统10可帮助使用者12确认其刷牙时间未达到建议时间，或使用者12在清洁其牙齿时施加的压力 过大。又如，系统10可建议使用者12在POC工具14上安装新的刷头，或提醒使用者12P0C工具14中的电池电量即将耗尽。上述建议和提醒均基于通过所监测到的声学特性来测定的使用时间而给出。此外，如果在一段时间内(例如，一个月)对上述特性进行连续监测和记录，就可提供一段关于使用者口腔卫生日常惯例和习惯的历史。该历史可供使用者12或口腔护理专业人员进行分析以便改进使用者的刷洗习惯并/或提出建议。参见图2，其示出了 POC工具14的一个实施方案。POC工具14包括致动器14a、刷头14b、电源14p和开关14s。致动器14a可产生线性运动、旋转运动或振动运动，这些运动通过驱动机构14d传送给刷头14b。POC工具14中的致动器14a包括电动马达、压电马达、电化学聚合物驱动的马达、任何其它合适的装置、或它们的任何组合。致动器14a能够将电能(例如，来自电源14p)转换成运动能以便如本文所述地操作刷头14b。例如，在一个实施方案中，致动器14a可为能够产生旋转运动的旋转电动马达。致动器14a可通过驱动机构14d耦接到刷头14b，所述驱动机构具有一个或多个齿轮、轴、带、驱动轴、其它合适组件、或它们的任何组合。如上所述，在致动器14a的驱动下，刷头14b可经历匀速的或周期性的角运动、线性运动或曲线运动。刷头14b可仅旋转，或沿平行于其旋转轴线的轴线旋转并从POC工具14移进移出。刷头14b可与使用者的牙齿接触，通过刷头14b接触牙齿的运动来清洁牙齿。牙膏或其它合适材料与POC工具14结合使用以改善清洁过程的效果。刷头14b通常为可移除式，当需要时或当旧刷头磨损时可用新的刷头来替换。POC工具14具有提供能量操作致动器14a的电源14p。电源14p允许POC工具14以无线方式操作，即，无需连接另一个电源例如常见的家用110伏电源插座的导线或电缆。电源14p可为例如可再充电电池或不可再充电电池。可再充电电池采用锂离子或镍-金属氢化物技术，而不可再充电电池采用碱或锌-碳技术。也可采用其它类型的可再充电电池和不可再充电电池技术，包括那些目前已知的和尚待开发的技术。除了电池以外，电源14p还包括其它类型的能源。POC工具14具有允许使用者12将其接通和断开的开关14s。开关14s可电耦接至IJ电源14p和致动器14a，以使开关14s能够将电源14p与致动器14a接通(例如当开关14s “接通”时)或断开(例如当开关14s “断开”时)。开关14s可为滑动开关、按钮开关、或任何类型的合适开关。除此之外，POC工具还可具有“自动接通”开关，当使用者将刷头顶住其牙齿时，所述POC工具14自动接通。当使用者将POC工具14移离其牙齿因而压力被释放时，POC工具14自动关闭。POC工具14在运转时产生声音。该声音可由组成POC工具的任何组件例如致动器14a、刷头14b、驱动机构14d、和开关14s的运动而引起。如本文所述，驱动机构14d可包含齿轮和/或其它合适部件，当POC工具14在运转时所述部件中的一些或全部可单独地产生声音。此外，声音还可由刷头14b在清洁过程中与牙齿的接触运动产生。因此，POC工具14产生的声音是由组成POC工具14的各个组件中的一些或全部所产生的声音的集成结果。POC工具14还包括能够产生声音的专用声学装置14t。所述专用声学装置14t可为扬声器、蜂鸣器、压电换能器、其它合适的装置、或它们的任何组合。所述专用声学装置14t可产生声音，所述声音采用来自POC工具14的信息进行编码，所述信息能够被监测装置(例如图I中的监测装置18)接收。所述信息包括P0C工具14何时被接通和断开、使 用POC工具14清洁牙齿的时间、POC工具14施加到牙齿上的压力、POC工具14处于哪种刷洗模式、POC工具14的制造商、以及POC工具14的型号。也可对其它类型的信息进行编码。所述信息可使用数字技术(例如，通断键控)或模拟技术(例如，振幅或频率调制)来进行编码。例如，所述专用声学装置14t可利用通断键控向监测装置发送数字信息。在本实例中，专用声学装置14t可发送IOkHz的声学信号，所述信号快速接通(即，逻辑“I”)并断开(即，逻辑“O”)以创建包含所述信息的数据的数字流。也可使用其它信息编码方法。如果POC工具14具有专用声学装置14t，则专用声学装置14t可专门用于以声学方式向监测装置发送关于POC工具14的信息。即，在本实施方案中，监测装置可仅识别专用声学装置14t产生的声音。在另一个实施方案中，监测装置可识别专用声学装置14t产生的声音以及如上所述的POC工具14的其它组件产生的声音。对于本发明的公开内容来讲，除非另外指明，POC工具14产生的声音包括专用声学装置14t (如果使用它的话)产生的声音以及POC工具14的其它组件(例如，致动器14a、刷头14b、替换物等)产生的声音。例如，在一个实施方案中，致动器14a可通过例如“发出咯咯声”来改变其声音，以产生监测装置能够接收到的经过信息编码的声音。在另一个实施方案中，用于POC工具14的每一类别或类型的刷头14b均具有其独特的声音，能够被发送给监测装置以警示监测装置一个新的或不同的刷头正在使用。在一个实施方案中，所述独特的声音可令使用者感到愉悦。在另一个实施方案中，所述独特的声音可令使用者识别出品牌。再参见图1，监测装置18可包括任何智能装置，包括但不限于智能电话、个人数字助理、上网本、GPS装置、写字板、电子阅读器、iPad、移动游戏机(例如，Nintendo DS、Nintendo DSi XL、Sony PSP)、个人计算机、mp3播放器、iPod或专用监测设备。术语“智能装置”是指任何能够运行一种或多种软件应用的便携式装置。智能装置也能够连接到因特网或一个或多个计算机网络。例如，监测装置18包括Blackberr/或iPhQnet品牌的智能电话。也可使用其它类型的监测装置，包括那些目前可用的和尚待开发的。监测装置18也可为专门开发用于POC工具的专用监测设备。例如，POC工具14和专用监测设备可共同开发，捆绑销售。作为另外一种选择，监测装置18可整合到用于对POC工具14的电池(当其不在使用时)进行充电的基座中。简而言之，预期许多类型的可接收由POC工具14产生的声音的设备均可用作监测装置18。监测装置18具有显示器18d，所述显示器18d允许向使用者12显示POC工具14的特性(例如，刷洗时间)。监测装置18还可具有键18k或任何其它类型的输入界面，所述输入界面允许使用者12输入信息或告知监测装置18使用者12已准备刷牙。参见图3A，坐标图20描述了由POC工具随着时间的推移产生的声音。垂直轴“A”表示声音的振幅，而水平轴“t”表示时间。在时间20a期间，POC工具未运转，因此图示中不存在由POC工具14所产生的声音。然而，如图所示，接收到了一小部分的背景噪音。对于本发明的公开内容来讲，“背景噪音”为能够被监测装置接收到(即，“听到”)的非POC工具的声源产生的声音。例如，由于大多数人是在浴室中刷牙，因此背景噪音可能包括水池中水流动的声音、冲马桶的声音、淋浴或盆浴的声音。此外，背景噪音还包括其他人讲话的声音或收音机播放的声音。应当理解，也有可能存在监测装置未接收到背景噪音的时段。因此，监测装置接收到的声音为由POC工具产生的声音和背景噪音的混合音。如本文所述，监测装置被够造成分析其接收到的声音以确定该声音的某些声学特性。这使得监测装置可以测定POC工具的一种或多种特性。 仍然参见图3A，在时间20b处，POC工具被接通，此时声音振幅出现了快速尖峰或增长。时间20b处的该尖峰或瞬时现象可能是由致动器起动瞬间开关的运动或致动器、驱动机构、或刷头的运动而引起的。该尖峰具有可被监测装置检测到的独特的频率标记。在时间20c期间，POC工具在运转中，因此产生具有相对恒定振幅的声音。参见图3B,坐标图22描述了由POC工具产生的声音与背景噪音混合后的声音。垂直轴“A”表示声音的振幅，而水平轴“t”表示时间。在时间22a期间，POC工具在运转中，但存在背景噪音(例如，人说话的声音，或开灯关灯的声音)，且其振幅高于POC装置产生的声音的振幅。在时间22b期间，背景噪音减小了，POC工具产生的声音成为监测装置接收到的主要声音。因此，监测装置被构造成当背景噪音的振幅高于或低于POC工具产生的声音的振幅时，测量已接通并保持运转的POC工具所引起的声音振幅的增长。图4描述了根据一个实施方案的监测装置(例如，图I中的监测装置18)的方框图24。监测装置包括换能器24t和处理器24p。换能器24t能够接收由POC工具(未示出)产生的声音16并且将该声音转换成代表声音16的信号26t。换能器24t可为麦克风或任何其它合适的装置。在本实施方案中，换能器24t可将声音16转换成模拟信号而发送给处理器24p。处理器24p包括压缩器24c、自动增益控制器24a、平均电路24v和检测电路24d。在某些实施方案中，压缩器24c可为动态范围压缩器，并且可对相对大振幅瞬间背景噪音进行补偿。压缩器24c从换能器接收信号26t (代表该声音)并产生压缩信号26c，使压缩器24c在信号26t的振幅高于压缩器阈值时对其进行衰减处理。这种情况下，允许压缩器24c减小背景噪音的尖峰，例如说话声等。压缩器阈值可由监测装置的制造商设定，也可由使用者在使用现场按照校准程序(如本文所述)来设定。在一个实施方案中，压缩器阈值可为-IOdB(分贝)。除了压缩器阈值以外，压缩器24c还具有对应的增高时间，即当信号从压缩器阈值以下过渡到压缩器阈值以上时压缩器24c作出反应的时间。同样，压缩器24c也可具有对应的释放时间，即当信号从压缩器阈值以上过渡到压缩器阈值以下时压缩器24c作出反应的时间。增高时间和释放时间取值范围均为约10至约50毫秒，在另一个实施方案中为约20至约40毫秒，且在另一个实施方案中为约25至约35毫秒。在一个实施方案中，增高时间为约38毫秒，释放时间为约49毫秒。如果信号低于压缩器阈值，则压缩器24c允许它们通过而不被衰减。然而，如上所述，在本文的一些实施方案中，压缩器24c对高于压缩器阈值的信号要进行衰减。所述衰减可为线性的或非线性的，并且压缩器24c可基于信号高出压缩器阈值的程度来使信号衰减。在一个·实施方案中，当信号超过压缩器阈值时，所述衰减为约20-30 I。自动增益控制器24a (或AGC 24a)接收压缩信号26c并且产生增益调整信号26a，使得增益调整信号26a的振幅处在基于AGC时段的AGC振幅范围内。与压缩器24c相比，AGC 24a的响应时间可能相对较长。在一个实施方案中，AGC时段为约5至约7秒。这意味着AGC 24a基于压缩信号的前5至7秒内的平均振幅来调整其增益。AGC 24a线性地放大压缩信号或使压缩信号衰减，从而确保其输出(即，增益调整信号26a)的平均振幅落在AGC振幅范围内。由于相对于监测装置的换能器的位置不同而造成POC工具产生的声音信号或强或弱，对此均可采用AGC 24a进行补偿。POC工具离换能器越远，AGC 24a的增益就越高。因此，AGC 24a独立于POC工具的位置和背景噪音的振幅产生具有相对恒定振幅的增益调整信号26a。平均电路24v从AGC 24a处接收增益调整信号26a，并且基于平均时段产生该声音的平均振幅26v，所述平均时段在一个实施方案中可为约200毫秒。因此，平均电路24v的响应速度快于AGC 24a，在一个实施方案中，快约10倍。检测电路24d接收平均电路24v产生的平均振幅26v，并且通过测定平均振幅是否超过振幅阈值并至少持续最小阈值持续时间来测定POC工具是否接通。在一个实施方案中，振幅阈值为约-108dB，并且最小阈值持续时间为约876毫秒。即，平均振幅26v必须保持在约_108dB以上并持续至少约876毫秒以便让处理器测定出POC工具已被接通。如果平均振幅26v曾经降至该振幅阈值以下，则处理器测定POC工具已被断开。预期其它实施方案可使用不同的振幅阈值和/或最小阈值持续时间。图4所示监测装置的方框图24被认为是一种模拟电路，因为其所有组件均主要采用模拟值进行运转。该模拟电路能够处理及时前行并寻找连续波峰的声学信号。由于不采用POC工具产生的声学信号(以及与其混合的背景噪音)的频率，该模拟电路也可在时域中运转。虽然图4的方框图24是向压缩器24c、AGC 24a、平均电路24v和检测电路24d传播的声音的示意图，但也可采用其它的布局结构。具体地，可改变AGC 24a和压缩器24c的布局。在一个实施方案中，AGC 24a可在压缩器24c的前面。在另一个实施方案中,AGC 24a和压缩器24c可并行设置，且它们各自的输出在发送给检测电路24d之前可先进行加总。预期处理器的各组件也可使用其它方式进行布局。换能器24t或处理器24p可添加其它组件以便于监测装置的操作。例如，换能器24t和压缩器24c之间可添加带通滤波器以便除去背景噪音，上述背景噪音处在POC工具产生的声音的频率范围之外。又如，换能器24t或处理器24p可添加一个或多个增益放大器以便对信号进行适当标度。这包括放大信号(即，增益放大率大于I)或使信号衰减(即，增益放大率小于I)。例如,可在平均电路24v和检测电路24d之间添加增益放大器。预期监测装置还可添加其它类型的装置或电路，如本领域已知的那样。图5描述了根据另一个实施方案的监测装置(例如，图I的监测装置18)的方框图28。该实施方案的监测装置包括换能器28t和处理器28p。换能器28t能够接收由POC工具(未不出)产生的声音16并且将该声音转换成代表声音16的信号。换能器28t包括麦克风28m和模数转换器28a。麦克风28m可将声音16转换成信号30m并发送给模数转换器28a。模数转换器28a可将信号30m(其可为模拟信号(例如，模拟电压信号))转换成数字信号30a并发送给处理器28p。模数转换器28a可为12位、16位，或任何其它合适的装置。数字信号30a包括串行信号或平行信号。例如，模数转换器28a可通过串行外围接口(SPI)母线将串行信号发送给处理器28p。也可使用其它类型的串行母线或平行母线。处理器28p可为计算机、微处理器、微控制器、数字信号处理器、或任何其它合适的处理器，所述处理器能够从模数转换器28a接收数字信号30a并根据数字信号30a来测定POC工具的一种或多种特性。该测定可由计算机程序来完成，所述程序由处理器28p读 取并执行。该计算机程序可存储在电耦接到处理器28p的存储器28x中。该计算机程序包括计算机可读取且计算机可执行的指令，所述指令实现本文所示和所述的算法或方法中的一种或多种，以分析数字信号30a并且基于此信号来测定POC工具的一种或多种特性。处理器28p能够在时域、频域或同时在两者中执行多种算法。如上所述，算法(例如，方法)可由处理器28p执行的计算机指令来实现。也预期处理器28p可执行一种或多种算法以便测定POC工具的一种或多种特性。所述一种或多种算法可由处理器并行或串行执行。处理器28p能够在存储器28x中存储数字信号30a (其表示由POC工具产生的声音)，使得处理器28p能够保持数字信号30a的从现在至过去某个时间的历史。该历史的长度可变，例如大约10秒。即，处理器28p可存储数字信号30a的从现在至过去约10秒的历史。这包括数字信号的许多样本。当数字信号30a的新样本被发送给处理器28p时，历史中的最老样本将被替换以便历史中总是具有数字信号30a的最新样本。历史的长度可基于所执行的算法类型或基于可用的存储器28x的数量进行调整。处理器28p执行的算法能够分析历史并基于该历史(当然，其表示由POC工具产生的声音以及任何背景噪音的历史)来测定POC工具的一种或多种特性。由于处理器28p可保持数字信号30a的历史，因此由处理器28p执行的算法可在该历史中选择一个具体的时间点(称作“分析时间”)来分析数字信号30a。例如，如果历史具有10秒的长度，则该算法可将分析时间设定为现在并分析先前10秒的数字信号30a。作为另外一种选择，该算法可将分析时间设定为历史内的任何时间。例如，该算法可将分析时间设定为过去5秒，在该情况下处理器具有5秒的“历史数据”(即，从过去10秒至过去5秒)和5秒的“未来数据”(即，从过去5秒至现在)以供分析。如果处理器28p使用不同的算法来分析数字信号30a的历史，则每种算法可使用不同的分析时间。例如，第一种算法可使用现在作为分析时间，并且第二种算法可使用过去2秒的时间作为分析时间。除了设定分析时间以外，由处理器28p执行的算法还能够限定一个或多个“时窗”，所述时窗包括数字信号30a的历史的连续部分。例如，该算法可将某个窗限定为I秒，即，一秒连续的数字信号30a数据。如果历史的长度为10秒，则该历史共包含10个一秒窗。用于分析的基准点可根据信号的不同而灵活选择，一些时窗可能选择相对过去的基准点进行分析，而另一些时窗可能选择相对未来的基准点进行分析。根据分析时间的不同，一些窗可能处在过去中(即，历史数据)而另一些窗可处在未来中(即，未来数据)。如本文所述，所述算法可分析一系列时窗以便确定由POC工具产生的声音的一种或多种声学特性。图5所示的监测装置能够以数字方式处理和分析声学信号。例如，监测装置能够检测声音的峰值；即，其能够测量该声音在时域中的声学特性。然而，在以数字方式处理声学信号的过程中，也有可能对该信号的各个频率分量进行分析。当分析由POC工具产生的声音时，监测装置能够分析信号的暂时峰值、信号的频率分量、或两者都分析。该分析能够最终使用(在时域和/或频域中的)特性 的任何组合来测定POC工具的一种或多种特性。由POC工具产生的声音包括离散的正弦波的加合，所述正弦波各自具有特定的频率、振幅和相位(例如，傅立叶级数)。因此，监测装置可使用离散傅立叶变换(DFT)和/或快速傅立叶变换(FFT)通过将声学信号转换成一系列频率来分析该声学信号。DFT和FFT可采用处理器执行的计算机可读取且计算机可执行的指令(例如，软件)来实现。在使用DFT和FFT将声学信号分解成一系列离散的频率分量之后，可分析这些频率分量的相对振幅以便测定POC工具的一种或多种特性。这包括存在或缺少某一特定频率或频率范围。例如，如果POC工具在运转时总是产生特定频率的声音，则该特定频率的存在可用来确定POC工具正在运转(即，接通的)。除了检测声学信号中特定频率的存在或缺少以外，特定频率处振幅的变化也可包含关于POC工具的一种或多种特性的信息。此外，具体形式的频率处理还包括标记检测或匹配。这包括匹配频率强度是如何随着时间的推移而变化的(即，通过提取振幅信息)。可被检测和分析的其它类型的声学特性包括，例如1)瞬态增高时间(例如，以毫秒为单位)；2)瞬态频谱(例如，以赫兹为单位)；3)以速度无任何变化的固定速度运行的稳态致动器(例如，马达)的频谱；4)在固定速度运行的稳态中以音质检测的方式检测到的可单个解析的频率(例如，以赫兹为单位)；以及5)可单个解析的频率的可计量的变化或缺额(例如，以赫兹为单位)。对于上述实例I至4，可匹配频率标记来检测POC工具的一种或多种特性。对于上述实例5，可检测频率和/或振幅的变化。这些算法中的一种或多种的结果可进行组合(例如，加合)以便检测POC工具的一种或多种特性。这些和其它的声学特性可按照本领域已知的方式进行分析。图6描述了与背景噪音混合的由POC工具产生的声音的坐标图40。垂直轴“A”表示声音的振幅，而水平轴“t”表示时间。用于分析的示例性基准时间(在信号历史中)标注在时间轴的t = O处。坐标图40示出了从t = -2至t = 0这2秒的数字信号,所述数字信号可由处理器存储为数字信号的历史。由处理器执行的算法可将分析时间设定为t =h，其可为约过去一秒(相对于当前时间来讲)。因此，时间t = ta5可为相对于分析时间to来讲未来的O. 5秒，而时间t = t_0.5可为相对于分析时间h来讲过去的O. 5秒，虽然它们两者相对于现在来讲均为过去。图6还描述了四个时窗，它们的持续时间均为O. 25秒。时窗Wfi2和w_3相对于分析时间h来讲处在过去中。时窗W1相对于分析时间h来讲处在未来中。如本文所述，时窗也可具有其它持续时间，各具体算法可限定自己的时窗，并且各时窗可互不相同。每个时窗可分析一次或多次，对每个时窗进行重复相同分析所得的结果可随后在方便的时间内取其平均值。改变窗的大小(例如，每个窗的样本数目)，然后对多个时窗的结果进行平均化或加权处理，使得检测过程与信号的具体特性可以更好地适配(即，校准)。图7A-C描述了对一种或多种时窗进行分析的实例。具体地讲，图7A示出了在单个时窗内捕获的多个声音样本(即，沿水平轴的样本S1-S9)。例如,一种分析可测定该时窗内信号的平均振幅。这种情况下，允许该系统通过搜寻某个振幅范围内的一定数目的连贯峰值来识别信号的增高(例如，起始)部分。该时窗内的任何样本均可作为分析时间，先前或未来样本的振幅可与之进行比较。例如，图7B示出了分析时间(S5)处的样本如何与相同时窗内的未来样本(S8，S9)进行比较。同样，图7C示出了分析时间(S5)处的样本如何与相同时窗内的过去样本(S1, S2)进行比较。该比较允许系统测定POC工具的一种或多种特性。例如，如果该比较表明振幅增加值达到最小量，则该系统可假定POC工具在该时窗期间被接通了。也可使用其它类型的比较和分析。
图8描述了根据本发明实施方案的用于测定POC工具的一种或多种特性的方法的流程图50。该方法可在处理器例如本文所述图5所示的处理器上实施。该方法包括可按任何合适的顺序执行的许多步骤。该方法的步骤52包括接收由POC工具产生的声音。这也包括背景噪音。该方法的步骤54包括识别出该声音的一种或多种声学特性，例如时域和/或频域特性。并且该方法的步骤56包括基于该声音的一种或多种声学特性来测定POC工具的一种或多种特性。如图5所示，该方法可用计算机可读取且计算机可执行的指令来实现，所述指令由处理器读取并执行。该方法包括软件算法和子程序，如本领域已知的那样。图9描述了根据本发明另一实施方案的用于测定POC工具的一种或多种特性的方法的流程图60。该方法可用图4所示方框图进行模拟，并且由于其仅分析该声音基于时间的特性，故可作为时域算法看待。图9所示的流程图60包括使用放大器等的(模拟)硬件来实施的许多步骤。流程图60也可用计算机可读取且计算机可执行的指令来实现，所述指令由如图5所示的处理器读取并执行。该方法的步骤62包括接收由POC工具产生的声音。这也包括背景噪音。该方法的步骤64包括压缩该声音使得该声音的振幅在其高于压缩器阈值时进行衰减。该方法的步骤66包括对该声音执行自动增益控制器(AGC)功能。该步骤中，声音的振幅得以调整并落在基于AGC时段的AGC振幅范围内。该方法的步骤68包括基于平均时段来测定声音的平均振幅，所述平均时段在一个实施方案中可为200毫秒。最后，该方法的步骤70包括通过测定平均振幅是否超过了振幅阈值并持续至少最小阈值持续时间来测定POC工具是否被接通。图10描述了根据本发明另一实施方案的用于测定POC工具的一种或多种特性的方法的流程图80。由于该方法仅分析该声音基于频率的特性，故可作为频域算法看待。图10所示的流程图80可用计算机可读取且计算机可执行的指令来实现，所述指令由处理器读取并执行。流程图80包括可按任何合适的顺序执行的许多步骤。该方法的步骤82包括接收由POC工具产生的声音。这也包括背景噪音。该方法的步骤84包括测定用于后续分析的频率分量或值。频率范围可表示为F1, F2, . . , Fn，其中F1为该范围内的第一频率，F2为该范围内的第二频率，等等。每个频率范围(具有其频率集)可均独一无二，并且频率范围可重叠。例如，一个频率范围可为约IOOOHz至约1200Hz。另一种频率范围可为约800Hz至约900Hz。这些频率范围可基于由POC工具产生的声音的频率来确定。由于(如本文所述)由POC工具产生的声音可由其各种组件产生，因此该声音可能具有多种频率。该方法的步骤86包括测定用于后续分析的时窗。如本文所述，监测装置可记录并存储表示POC工具产生的声音(包括背景噪音)的数字信号的过去历史，并且该历史可被划分成一系列可被单个分析的时窗。例如，可存储10秒的过去历史，所述历史可被划分成10个一秒长的时窗,20个半秒长的时窗,或任何其它合适数目的时窗。该方法的步骤88包括测定每个时窗的每个频率范围内的声音的振幅。因此，如果有N个频率范围，则每个时窗将对应有N个振幅。该步骤包括对每个时窗执行DFT或FFT。最后，该方法的步骤90包括分析每个时窗的N个振幅并且基于该分析来测定POC工具的一种或多种特性。例如，为了测定POC工具是否已被接通，该分析需要测定F1频率范围的振幅是否从一较低阈值提高至一较高阈值并至少持续一最小时段。其它分析可能需要测定一种或多种频率范围的振幅的变化。预期该分析也可在缺少一种或多种频率范围的振幅(例如，低于阈值的振幅)的情况下进行。·
再参见图I，监测装置18和POC工具14所处的声学环境可能变化较大。例如，监测装置18可在浴室中使用，因为这是大多数人刷牙的场所。浴室的声学特性取决于(尤其是)房间的大小、墙壁的构造和位置、以及此房间中的物件(例如，地毯、装饰物和窗帘)的类型和位置。此外，与监测装置和POC工具之间的距离也相关。POC工具距离监测装置越近，其产生的声音信号与背景噪音相比就越强。最后，背景噪音也构成了声学环境的一部分。为了对这些因素进行补偿并改善监测装置18的操作，可使用校准程序来设定监测装置的一些或全部参数，例如，本文所述图4所示的压缩器的压缩器阈值。也可设定其它硬件和/或软件参数，例如，用于模拟处理或数字处理的增益值、灵敏度、阈值、以及噪声最低限度水平。校准程序可能相对简单，仅需要执行一次(例如，当POC工具14和监测装置18初次投入使用时)。校准程序的一个实例如下所示。第一，将监测装置18放置在稳定表面上，换能器(例如，麦克风)指向POC工具的方向。优选地，换能器应在高度上尽可能靠近POC工具，但这也并非必须的，因为换能器通常具有全方向拾音模式。第二，转动POC工具并使其在短期内(例如，约10秒)与换能器保持恒定距离。一般来讲，此时应当不存在其它显著的或大的背景噪音。第三，在POC工具被断开的情况下，仅对持续较短时间(例如，约10秒)的背景噪音(没有其它大的声音)进行采样。该步骤允许监测装置18对监测装置(例如，换能器、滤波器、模数转换装置等)加上房间的背景噪音所构成的有效混合噪音进行测量。这些校准步骤允许监测装置18基于监测装置18所处房间的声学特性来调整这些参数。这些参数可存储在监测装置18的存储器中，并且可在随后使用监测装置18测定POC工具的一种或多种特性时调用。在校准程序期间，监测装置18可对一个或多个参数进行调整以改善各组件(即，硬件或软件)的操作，上述组件用于检测由POC工具产生的声音的声学特性。例如，如果监测装置18的实施方案使用压缩器，则校准程序可调整压缩器阈值、压缩比率、增高时间和/或释放时间以改善压缩器的操作。这些参数可同时调整或逐个调整。同样，如果监测装置18使用自动增益控制(AGC)电路，则校准程序可调整上升时间或AGC振幅范围以改善AGC电路的操作。如果监测装置18的实施方案使用频域算法，则校准程序可允许监测装置18捕集POC工具以及背景噪音的频率特性。这种情况下，允许监测装置18在随后测定POC工具的特性时只分析受关注的频率(即，POC工具产生的声音的频率)，而忽略其它频率(S卩，背景噪音的频率)。仍然参见图1，现在描述POC工具14和监测装置18的一般操作。当使用者12准备使用POC工具14时，使用者12可将监测装置18放置在附近。作为另外一种选择，监测装置18可能已设置在适当位置，对POC工具14产生的声音进行监测。然后使用者12可告知监测装置18其将准备使用POC工具14。此步通过例如按压监测装置18上的一个或多个键18k或其它类型的输入界面来完成。作为一种可供选择的替代方案，监测装置18可被编程以识别出使用者的语音，因而使用者12可说出一个单词或短语(例如，“开始”)来执行该任务。在另一个实施方案中，使用者12 “接通”POC工具后，监测装置18将识别出由POC工具14产生的声音并“启动”，即使用者12 —开始刷洗，监测装置18就“启动”。当监测装置18被告知使用者12已准备好刷牙时，使用者12即可拿起POC工具14开始刷牙。然后，监测装置18接收由POC工具14产生的声音，并根据由POC工具14产生的该声音来测定POC工具14的一种或多种特性。如本文所述，POC工具14产生的声音包括其机械部件(例如，致动器、刷头等)产生的声音、专用声学装置产生的声音、或它们的组 合。也如本文所述，此类特性包括POC工具的使用时长、使用者12施加到其牙齿上的压力大小等。在使用者12刷牙完毕并且监测装置18已测定POC工具14的一种或多种特性(对于该次特定刷洗时间来讲)之后，监测装置18可将这些特性存储在存储器中。监测装置18可长时期存储这些特性(例如，一个月、三个月、一年等)以便监测装置18保存使用者刷洗习惯的历史。该历史可供使用者12或使用者的口腔护理专业人员(例如，牙医)用来确定使用者12刷牙是否正确。基于该历史，使用者12能够改进其刷洗习惯以便预防龋齿和其它口腔(例如，口部)或组织(例如，齿龈和牙齿)疾病。监测装置18也可在监测装置18的显示器18d上显示这些特性以便使用者12可立即看到它们。监测装置18也能够向使用者12提出关于其刷洗习惯和/或POC工具14自身的建议。例如，监测装置18可基于POC工具14产生的声音的声学特性或使用者上次替换刷头时的输入(例如，通过键18k)来建议提高刷牙频率或更换刷头。又如，监测装置18能够测定何时需要更换POC工具的电池。本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲是指所引用的数值和围绕该数值的功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。除非明确地排除或另有限定，本文所引用的每篇文献，包括任何交叉引用的或相关的专利或专利申请，均全文以引用方式并入本文。对于任何文件的引用不应当解释为是对其作为本文所公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术，或者其单独地或者与任何其它参考文献的任何组合，或者参考、提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中术语的任何含义或定义与引入以供参考的文件中术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。虽然已经举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明实质和范围的情况下可以做出多个其它改变和变型。因此，权利要求书旨在涵盖在本发明范围内的所有此类改变和变型。
权利要求
1.一种监测装置(18)，所述装置用于以声学方式来测定电动口腔护理(POC)工具(14)的一种或多种特性，所述装置包括换能器(24t)和处理器(28p)，其中 所述换能器(24t)接收由所述电动口腔护理(POC)工具(14)产生的声音(16)并且将所述声音(16)转换成代表所述声音(16)的信号； 所述换能器(24t)与所述处理器(28p)电气通信并且将代表所述声音(16)的信号发送给所述处理器(28p);并且 所述处理器(28p)基于代表所述声音(16)的信号来测定所述电动口腔护理(POC)工具(14)的一种或多种特性。
2.如前述权利要求所述的装置(18)，其中所述电动口腔护理(POC)工具(14)的一种或多种特性包括下列特性中的至少一种 所述电动口腔护理(POC)工具(14)是否被接通或断开； 使用所述电动口腔护理(POC)工具(14)清洁牙齿的时间量(20c)； 所述电动口腔护理(POC)工具(14)施加到牙齿上的接触压力； 所述电动口腔护理(POC)工具(14)的制造商； 所述电动口腔护理(POC)工具(14)的型号；以及 所述电动口腔护理(POC)工具(14)的刷洗模式。
3.如前述权利要求中任一项所述的装置(18)，其中所述装置(18)为智能装置或专用监测装置。
4.如前述权利要求中任一项所述的装置(18)，其中所述换能器(24t)包括麦克风(28m)，并且所述信号包括模拟信号。
5.如权利要求4所述的装置(18)，其中所述处理器(28p)包括压缩器(24c)和自动增益控制器(AGC) (24a)、平均电路(24v)、和检测电路(24d)，其中 所述压缩器(24c)接收代表所述声音(16)的信号并且产生压缩信号，使得当所述信号的振幅高于压缩器(24c)阈值时所述压缩器(24c)使所述信号的振幅衰减； 所述AGC(24a)接收所述压缩信号并且产生增益调整信号，使得所述增益调整信号的振幅在基于AGC (24a)时段的AGC (24a)振幅范围内； 所述平均电路(24v)接收所述增益调整信号并且基于平均时段来测定所述声音(16)的平均振幅；并且 所述检测电路(24d)接收所述平均振幅，并且通过测定所述平均振幅是否超过了振幅阈值并持续至少最小阈值持续时段来测定所述电动口腔护理(POC)工具(14)是否被接通。
6.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述换能器(24t)包括麦克风(28m)和模数转换器(28a)，并且所述处理器(28p)包括微处理器，其中 所述麦克风(28m)接收由所述电动口腔护理(POC)工具(14)产生的声音(16)，将所述声音(16)转换成代表所述声音(16)的模拟信号(30m),并将所述模拟信号(30m)发送给所述模数转换器(28a)； 所述模数转换器(28a)将所述模拟信号(30m)转换成数字信号(30a)，并且将所述数字信号(30a)发送给所述微处理器；并且 所述微处理器基于所述数字信号(30a)来测定所述电动口腔护理(POC)工具(14)的一种或多种特性。
7.如前述权利要求中任一项所述的装置，所述装置还包括与所述处理器(28p)电气通信的显示器(18d)，其中所述处理器(28p)将所述电动口腔护理(POC)工具(14)的一种或多种特性发送给所述显示器(18d)或基于所述电动口腔护理(POC)工具(14)的一种或多种特性提出建议。
全文摘要
本发明公开了一种装置，所述装置用于以声学方式来测定电动口腔护理(POC)工具的一种或多种特性。所述装置包括换能器和处理器，其中换能器接收由POC工具产生的声音并将该声音转换成代表该声音的信号；换能器与处理器电气通信，并将代表该声音的信号发送给处理器；处理器基于代表该声音的信号来测定POC工具的一种或多种特性。
文档编号A46B15/00GK102905578SQ201180025613
公开日2013年1月30日 申请日期2011年5月20日 优先权日2010年5月26日
发明者何塞·塔德奥·维加拉·德卡斯特罗, 马克·爱德华·法瑞尔, 伊丽莎白·简·文策尔, 罗伯特·约瑟夫·迪卡米洛 申请人:吉列公司