专利名称:冲击传感器和包括冲击传感器的系统的制作方法
冲击传感器和包括冲击传感器的系统 相关申请
本申请要求2007年3月23日提交的美国临时专利申请No. 60/919,370的优先权，其全部公开内容通过引用结合于此。
、发明背景
本发明一般涉及冲击传感器和包括此类冲击传感器的系统，尤其涉及 供人员(诸如执法人员、军事人员等)在可能威胁生命的冲击的状况下使 用的冲击传感器和系统。
防弹盔甲被用在许多应用中，包括例如保护车辆和个人免遭射弹和其
它威胁的冲击。穿在人身上用于保护其免遭例如射弹、刀、朿u、长钉以及 其它威胁的防弹衣已经出现了数十年。 一般而言，防弹衣保护人体躯干的 关键部分免遭诸如由发射射弹产生的穿透和严重钝伤。单片和多组件陶瓷 板已被用于多种硬防弹衣(即包括硬防弹组件或板的防弹衣)。例如参见
美国专利No. 6,253,655和加拿大专利No. 2,404,739，该专利的公开内容通 过引用结合于此。在美国专利No. 7,284,470中公开了改进型的硬防弹衣系 统，该专利的公开内容通过引用结合于此。为使用者提供提高的舒适度的 相对软或柔性的防弹衣通常包括例如由杜邦公司的凯夫拉@0^^丫1^尺@)防 弹级纤维/织物制成的防弹板或包。在2006年4月17日提交且转让给本发 明的受让人的美国专利申请S/N. 11/405,221中公开了改进的软防弹衣系 统，该申请的公开内容通过引用结合于此。
虽然硬和软防弹衣在防护射弹威胁方面都非常有效，但可能期望在射 弹或其它剧烈冲击的情况下提供警报以例如通知指挥所或基地。在那方面 上，装备了防弹衣的个体可能且的确发生受伤，从而要求向这些个体提供 帮助。而且，即使没有受伤，冲击仍表明该个体可能需要立即帮助。
除防弹衣领域之外，已经多次尝试提供感测穿戴者何时己经受到对象的冲击的系统。例如，在竞技比赛中，已经使用可穿戴的压电力传感器来
监测传递给竞赛者身体的力的量。参见例如IEEE CS的《普适计算(Pervasive Computing" (2005年6月一9月)中Chi, E.H.的"在竞技中引入可穿戴 的力传感器(Introducing Wearable Force Sensors in Martial Arts)"。在这样的 系统中，竞赛者所穿的身体防护装置设置有这样的力传感器。 一旦感测到 冲击，无线发射机就将感测到的冲击的信号发送至裁判的计算机，该计算 机记分并显示点数。
可穿戴的力感测系统还已经被开发用于可穿戴计算的领域。例如，可 从马萨诸塞州沃尔瑟姆市的伊莱克森公司买到的ELEKTEX织物已经用于 形成可穿戴的无线织物键盘和控制器。该织物通过检测经由其保持电流流 过的错综导电纤维网上的导电性而工作。运行专用软件的处理器监测该织 物，从而确定当织物被按压时哪里出现变形。
许多当前可获得的力传感器系统具有功耗要求，这使传感器系统不适 合与诸如装备有防弹衣的人员之类的移动人员一起使用。其它类型力传感 器系统并不具有用来在例如射弹冲击的情况下提供可靠的灵敏度的适当的 稳健性。
因此，虽然已经在多个领域开发了可穿戴的力和冲击传感器，但仍需 要开发适于供处于可能威胁生命的冲击情况下的人员——尤其是配备有防 弹衣系统的人员——使用的传感器系统。
发明内容
在一个方面中，本发明提供一种冲击传感器系统，其包括至少一个冲
击传感器，该冲击传感器包括至少第一导电层、至少第二导电层、以及第 一导电层与第二导电层之间的至少一个绝缘层。绝缘层使第一导电层与第
二导电层保持成隔开的非接触关系。在对第一导电层的冲击(例如，诸如 预定力等之类的预定性质的冲击)之际第一导电层和绝缘层可变形，以使 得第一导电层与第二导电层之间的间距在该冲击之际减小。冲击传感器系 统还包括与冲击传感器相连接的电路系统，用来测量由第一导电层与第二 导电层之间的间距的减小引起的冲击传感器的至少一个电性质的变化。
7在一个实施例中，第一导电层的至少一部分在冲击之际接触第二导电层。在这样的实施例中，冲击传感器可以开关的方式工作，而电流仅在第一导电层与第二导电层之间接触之际流过该电路系统的至少一部分。在另一实施例中，该电路系统测量由第一导电层与第二导电层之间的间距减小引起的冲击传感器的电容的变化。
冲击传感器系统还可包括至少第二绝缘层和至少第三导电层。第二绝缘层可位于第三导电层与第二导电层之间。第二绝缘层使第三导电层与第二导电层保持成隔开的非接触关系。在对第二导电层的冲击(例如预定性质的)之际第二导电层和第二绝缘层可变形，以使得第二导电层与第三导电层之间的间距在冲击之际减小。电路系统还适于测量由第二导电层与第三导电层之间的间距减少引起的冲击传感器的至少一个电性质的变化。
在另一实施例中，第二导电层的至少一部分在冲击之际接触第三导电层。在这样的实施例中，冲击传感器可以开关的方式工作，而电流仅在第二导电层与第三导电层之间接触之际流过该电路系统的至少一部分。在另一实施例中，该电路系统测量由第二导电层与第三导电层之间的间距减小引起的冲击传感器的电容的变化。
冲击传感器系统可包括定位成例如网格的多个冲击传感器。
本发明的冲击传感器的绝缘层可例如具有小于1 mm的厚度。被这样的绝缘层分隔开的导电层(例如第一导电层和第二导电层)可例如具有约20 pm到约1000 nm的范围的厚度。
在另一方面中，本发明提供一种开关，其包括至少第一导电层、至少第二导电层以及第一导电层与第二导电层之间的至少一个绝缘层。绝缘层使第一导电层与第二导电层保持成隔开的非接触关系。在力(例如预定性质的)对第一导电层的冲击或作用之际第一导电层和绝缘层可变形，以使得在该力的冲击或作用之际第一导电层接触第二导电层。
在另一方面中，本发明提供一种系统，该系统用于检测对穿戴该系统的人的冲击，其包括如上所述的冲击传感器、用来监测该冲击传感器系统并确定是否已经发生冲击的至少一个控制系统、以及与控制系统操作连接的至少一个通信系统。通信系统例如可适于在控制系统确定冲击之际发送信号。
控制系统可包括例如微处理器。通信系统例如可包括蜂窝电话或无线电模块。该系统还可包括与控制系统操作连接的记录系统。该记录系统例如可适于在控制系统确定冲击之际记录环境声音。
该系统还可包括致动器，该致动器适于在由人员手动激活之际经由通信系统发送警报。
冲击传感器例如可适于感测射弹对传感器的穿透。
在若干个实施例中，通信系统包括与控制系统连接的通信单元。通信单元包括无线发射机，其与远离该通信单元定位的通信系统的至少一个其它组件通信。通信系统例如还可包括远离该通信单元定位、且包括与通信单元通信的无线接收机的蜂窝电话或无线电模块。
在又一方面中，本发明提供供人穿的防弹衣系统，其包括防弹衣的至少一部分和至少一个冲击传感器。冲击传感器例如可以是如上所述的冲击传感器。该防弹衣系统还可包括至少一个控制系统，其用来监测冲击传感器以确定是否已经发生冲击。该防弹衣系统还可包括与如上所述的控制系统操作连接的通信系统。
在本发明的若干个实施例中，可设置与控制系统通信连接的通信端口，其适于连接至计算机以允许输入控制数据。此外，可设置与控制系统操作连接的诸如音频源之类的指示器(例如扬声器)，以在控制系统确定冲击之际或在手动激活之际提供警报(例如听得见的警报)。
根据结合附图的以下详细说明将能最好地领会和理解本发明及其属性和其伴随的优点。
附图简述
图1A示出本发明的系统的实施例，其中以横截面示出了本系统的冲击传感器。
图1B示出以防弹背心(例如避弹背心、防刺背心和/或防扎背心)形式的包括本发明的系统的防弹衣的实施例，其中该系统的通信系统远离该系统的冲击传感器的若干其它组件。图2示出在非刺穿冲击之后的诸如在图1中描述的之类的冲击传感器的实施例。
图3A示出在被诸如子弹之类的物体穿透或刺穿之后的图1的冲击传感器。
图3B示出在包括操作为开关的本发明的冲击传感器的电路中，测得电压(v)与时间的函数关系的图形化表示的屏幕截图。
图4示出本发明的多层冲击传感器的实施例。
图5示出用于定位冲击点的本发明的多部分冲击传感器的实施例。
图6示出本发明的冲击传感器的一部分或截面的立体图。
图7示出与结合本发明的冲击传感器使用的控制软件相关联的设置页的屏幕截图。
图8A示出使用无线电的通信系统的一个实施例。
图8B示出使用无线电的通信系统的另一实施例。
发明详细描述
在本发明的若干个实施例中， 一种例如开路、开关或电容器形式的冲击传感器在供人员(例如执法人员、战术小组人员、SWAT人员、军事人员等)在可能威胁生命的冲击的状况下使用时提供高效的功耗特性、适当的灵敏度以及适当的稳健性。在该方面，如图1A中所示的本发明的系统10的一个实施例包括冲击传感器20，其包括第一导电层30和第二导电层40。在所示实施例中，第一导电层30是相对于穿戴者身体的外层。第一导电层30和第二导电层40被保持成彼此隔开的非接触关系(例如通过图1A中的间距"d"表示)，直到发生冲击(例如预定水平的力)。 一旦物体冲击第一导电层30，第一导电层30的至少一部分向第二导电层40变形。传感器20的这种变形导致传感器20的至少一个电学性质(例如电阻、电容等)的可测量变化。例如，可通过例如诸如电池50之类的电源跨第一导电层30与第二导电层40保持电压差。 一旦第一导电层30变形得足以接触第二导电层40，就形成闭合电路，或其电阻相比于开路状态和可测量的电流结果减小。 一般而言，在发生充分的冲击使第一导电层30与第二导电层40接触之前，没有电流流过传感器20。因此，传感器20的功率需求相对低(实
际上在冲击之前为零)，而且电池50的寿命会持续延长的时段。此外，可测量的电容值变化起因于冲击开始使传感器20变形，从而减小了冲击区域中绝缘层60的厚度。
在本发明的若干个实施例中，第一导电层30和第二导电层40被保持成通过定位在第一导电层30与第二导电层40之间的可变形绝缘层60 (即绝缘、非导电材料层)彼此隔开的非接触关系。绝缘层60防止第一导电层30与第二导电层40在正常(未冲击)状况下接触，从而将传感器20保持于开路开关的状态。 一旦有适当的力的冲击，绝缘层60就变形以例如使得变形的第一导电层30与第二导电层40接触。
图2示出物体作用在传感器20的第一导电层30上的冲击的效果，以及产生的第一导电层30 (以及绝缘层60)的变形局部地减小了第一接触层30与第二导电层40之间的间距(例如，使第一接触层30与第二接触层40接触)。图3A示出诸如子弹、刀刃、长钉或刀之类的穿刺或穿透物体作用在传感器20上的冲击的效果。在不限制任何特定工作机制的情况下，认为第一导电层30在传感器20中的所产生孔的外围周围的部分与第二导电层40形成接触，从而使该电路闭合，其中传感器20电接触从而以例如类似于开关的方式起作用。在图3B中示出了在该电路中测得的所得电压的图形表示。在时间O.O时，穿透冲击发生，使电路闭合，且使电流流过该电路。超过预定阈值的电流或电压变化可被确定为冲击事件。
在导电层30和40中可使用各种材料。例如，这样的材料可包括柔性金属板。还可使用导电机织织物(例如金属机织织物或镀金属的机织织物)、导电碳材料、聚合物/金属复合材料以及导电聚合材料。多种绝缘材料也适合于在绝缘层60中使用。例如，可使用多种绝缘机织织物、绝缘凝胶、绝缘聚合物材料(包括但不限于开孔泡沬、聚合物薄板或膜、弹性聚合物珠、聚合物织物以及其它聚合物材料)和/或其它绝缘材料。本领域技术人员清楚的是，可通过选择合适物理性质的绝缘材料来容易地确定使传感器20指示冲击所需的力的大小。在该方面，绝缘层60的厚度和变形性决定提供诸如图2和3A中所示之类的感测冲击事件所需冲击力的量。 一般而言，优选将绝缘层60保持为相对薄或厚度最小化，从而将第一导电层30与第二导电层40之间的间距保持相对小，以提供改善的冲击灵敏度。例如，绝缘层60的厚度可小于约1 mm、小于约0.5 mm以及甚至小于约0.25 mm。导电层30和40优选有充分的厚度和韧性，从而在例如图3A所示的传感器20穿透时获得正结果。例如，导电层30和/或40的厚度范围可为约20pm到约1000 ,，或约20 jim到约500 |im。
在本发明的若干个研究中，传感器20包括由被塑料分隔开的铝板形成的导电层30和40。在本发明的若干个其它研究中，可将能买到的双面铜印刷电路板(PCB)材料用作传感器20。可从英国的克罗斯和布雷德利有限公司(Cross and Bradley Ltd)买到零件号为PCL3-17/25-FR的柔性PCB材料，其中铜外层为17pm厚，而中间绝缘层为25 pm厚。在再其它研究中，可从韩国的Anjin电子(Anjinelectron)买到的导电织物(由镀有金属(例如镍、铜、银等)的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维织成的织物)被用作导电外层，而绝缘聚合物膜的薄层被用作绝缘层。图3B中所述的结果是包括用于其间具有用作绝缘层60的绝缘聚合物膜的导电层30和40的这种导电织物的冲击传感器的结果。导电层被粘附至绝缘层。可使用本领域中已知的双面胶带或其它粘合材料来粘合本发明的冲击传感器的多层。优选避免缝合方法，因为缝合会导致在导电层之间形成导电接触。
图4示出本发明的多层传感器20'的实施例，其包括第一导电层30'、第二导电层40a，以及第三导电层40b'。第一绝缘层60a'将第一导电层30'与第二导电层40a,分开。第二绝缘层60b，将第二导电层40a，和第三导电层40b，分开。提供具有多层或层叠开关的传感器可例如提供冗余以便改善可靠性。而且，绝缘层厚度和组成的差别可提供由不同冲击力引起的不同感测状态，从而能分别或区别不同冲击的本质/力。 一旦对这样的多层传感器的外层施加沖击力，外层的变形就将该力/冲击传送至传感器的内层，从而使其如上所述地变形。被绝缘层分开的各组或各对导电层可例如如上所述地与电路电连接，以测量与对传感器的冲击相关的电性质的任何变化。
例如，如图5中所示，可将本发明的传感器120划分成电隔离的多个部分122。提供这样的网格系统可允许确定穿戴者身体上发生冲击的位置。图6示出叠加在例如美国专利No. 6,253,655禾口/或美国专利申请S/N. 11/405,221中所描述的硬或软防弹衣系统200的一部分上的诸部分122中的 一个。如以上结合例如传感器20所讨论地，传感器120的诸部分122的每
一个包括通过中间绝缘层160与第二导电层140分开的第一导电层130。 用于与本发明的防弹衣系统联用的冲击传感器可按照除上述开路或开
关的方式或形式之外的方式或形式工作。在该方面，在若干实施例中，可 测量电容的变化。这样的冲击传感器可具有类似于图1A的冲击传感器40 的结构。然而，代替如上所述地监测短路或从基本开路的电阻减至例如几 千欧的电阻值(例如由导电层之间的接触引起)，可监测当冲击开始使冲 击传感器变形并使绝缘厚度局部更薄时会出现的电容的突然变化。导电层 之间的间距"d"的变化使电容瞬间增大。例如，可使用将电容值用作频率 发生电路的一部分的振荡器来检测电容值的变化。在这样的系统中，可检 测频率的突然变化。
或者，本发明的冲击传感器可包括在冲击时产生电压的材料。例如，
本发明的防弹衣系统可包括一种冲击传感器，其包括毗邻防弹衣的压电材 料(例如聚偏氟乙烯或PVDF压电膜)。该压电膜可以是单层膜或薄板(相 对于层叠板)，其在膜、薄板或其它形式的冲击传感器变形或应变时容易 产生电压尖峰。不需要在膜或薄板上保持电压。如果电压例如高于与预定 性质的冲击相关联的特定阈值，则可使用由冲击传感器的变形或应变产生 的电压来例如触发电子电路"唤醒"并发送警报信号(如以下将进一步描 述的)。
再者，冲击传感器可测量来自冲击的冲击波。这样的冲击传感器可例 如包括凝胶层(例如用凝胶填充或注满的泡沫材料)。当发生冲击时，冲 击波穿过材料行进(类似于在池塘中掷入卵石之后产生的波纹)。该冲击 传感器包括监测这种冲击波的传感器。该传感器可例如包括因冲击波的抵 达而变形的压电元件。或者，传感器可包括话筒。阈值可例如被设置成在 检测到预定性质的冲击之际产生警报信号。
返回图1A，本发明的系统10还可包括控制系统70。控制系统70可例 如包括处理器72 (例如微处理器)。微处理器72可例如包括软件，用来监
13测一部分为传感器20 (或如上所述的其它冲击传感器)的电路的状态，从 而确定测得的电压/电流或测得的其它信号是否高于阈值或在与冲击事件相
关联的范围内。系统10还可包括声音记录系统74 (包括例如话筒76和记 录存储器(诸如可移动微磁盘或本领域中已知的其它数字存储介质))。 一旦确定冲击事件，记录系统74可被激活，以使得话筒76在冲击事件之 后的一时段内测量/记录与局部环境有关的声音/语音。
系统10还可包括与其通信连接的通信系统80。通信系统80优选可操 作地将冲击事件的信号发送回指挥所或基地(例如在装备有传感器20的警 官的情况下，发送回警察局或控制中心)。在一个实施例中，由天线100 表示的现有蜂窝电话基础设施被用来发送消息/信息。通信系统80可例如包 括用来实现频调拨号的双频调多频(DTMF)解码器系统82，其被大多数 公共交换电话网(PSTN)用于拨号，而且还被用来提供转移少量数据。还 可提供与天线86通信连接的蜂窝电话模块84。还可使用无线宽带互联网服 务，因为它变得更常用。还可在本发明中使用无线增强911 (E911)服务。
在另一实施例中，第一响应者和其它应急人员所携带的现有标准无线 电装置被用来发送来自冲击传感器20的消息200和信息。通信模块210通 过无线电装置的远程扬声器/话筒插孔连接至无线电装置200。通信使用该 无线电装置的电力。 一旦事件发生，话筒就对无线电装置馈送并向预定的 无线电信道广播用户定义的危难呼叫和用户位置，同时在预定时间量内连 续记录实时馈送。可通过使用USB连接实现用户编程。或者，可将用于通 信模块的电子电路作为单独的单元200包括进来，该单元200可通过远程 扬声器/话筒插孔互连至警用无线电装置200。该单元还可具有连接至用户 选择的远程扬声器/话筒230的能力。
系统IO例如可包括通信端口 81 (例如USB端口或无线通信模块)， 用于系统10连接至运行有诸如微软视窗⑧(MICROSOFT WINDOWS⑧)通用 操作系统的个人计算机以如下所述地对系统10的某些方面编程。通信端口 81可例如是通信系统80的一部分。
除发送至指挥所或基地之外，在冲击或穿透(诸如枪击)的情况下， 通信系统80还可与其邻近区或其范围中的其它通信系统80通信。这样的通信可例如通过通信单元80a (诸如如下进一步描述的射频发射机/接收机) 实现，而且可提供将接收警报消息并基于其迅疾行动的附加保证。通信单 元80a可例如发送可被其范围内的类似系统10的所有系统接收的信号。
在另一实施例中，第一响应者和其它应急人员所携带的现有标准无线 电装置用来发送来自冲击传感器20的消息200和信息。通信模块210通过 无线电的远程扬声器/话筒插孔连接至无线电装置200。通信模块200使用 该无线电装置的电力。 一旦有来自传感器20的事件通知，模块210就间歇 地侦听话筒对无线电装置的馈送并向预定的无线电信道广播用户定义的危 难呼叫和用户位置，同时在预定时间量内连续记录实时馈送。可通过使用 USB连接实现用户编程。或者，可将用于通信模块的电子电路作为单独的 单元220包括进来，该单元200可通过远程扬声器/话筒插孔互连至警用无 线电装置200。该单元还可具有连接至用户选择的远程扬声器/话筒230的 能力。
在若干实施例中，如上所述的通信系统80或其一部分远离系统10的 其它电子电路，但与它们无线地通信。例如，如图1B所示，电子电路系统 的用来监测部分为传感器20的电路(在图1B中示为防弹衣200内的虚线 的周界)的状态的那部分可与传感器20有线连接，传感器20与背心形式 的防弹衣相关联。如此处所使用，术语"防弹衣"指的是穿在使用者身上 的防弹衣。这样的防弹衣可防弹、防刺和/或防扎，例如在美国司法部的国 家司法研究所的个人防弹衣防弹NIJ标准一0101.06和国家司法研究所的个 人防弹衣NIJ标准一0115.00中所定义的一样。在冲击或刺穿事件的情况下 (或在其它数据将被发送的情况下)，无线信号可例如经由通信单元80a 的RF发射机/收发机被发送至"远程"通信系统80。远程通信系统80可例 如被保持在距传感器20的短距离内。在所示实施例中，通信系统80位于 附连至使用者裤腿的口袋内。不过，通信系统可例如位于与用户相关联的 对其方便的任何位置。通信系统80例如可以是第一响应者或其它应急人员 携带的标准无线电单元。或者，它可以是蜂窝电话模块。
无线通信单元80a可例如类似于经由射频(RF)与车辆(例如-汽车) 通信的车辆遥控钥匙(key fob)地工作。这样的设备需要非常低的功率。实际上，在这些设备中使用的电池很少(如果要的话)需要更换。各个系 统IO可具有其自身的序列码或其它唯一标识符。
通信系统80可例如"学习"与哪一个系统IO相关联。在一个实施例
中，系统10可设置有其上具有唯一序列号的标签。当一个或多个系统10 抵达目的地(例如警察局、军事指挥所等)时，可将系统10连接(例如通 过USB电缆、通过无线连接)至计算机并从计算机安装所有相关数据，包 括例如系统序列号、文本和语音消息的电话号码以及预记录的语音消息(参 见图7和以下讨论)。可将各个系统的序列号例如保存到蜂窝电话模块84 的存储器中。或者，可通过例如条形码、RFID等将信息手动地输入和/或传 送。
在另一实施例中，将开关82a放置成与通信单元80a通信连接。当系 统10从制造商处运来时，系统10中的通信单元80a可例如处于非发射模 式。这种模式或状态可例如帮助保存电池电力。而且，如果系统10的通信 单元80a处于发射模式，则规定可能不允许空运。 一旦抵达其最终目的地， 可通过致动开关82a将通信单元80a激活。在若干实施例中，当通信系统 80被放置成与计算机通信(例如通过USB连接)、而且开关82a被开动(无 论它之前是否已被致动)时，通信单元80a发射RF能量的短突发，从而提 供与与系统10相关联的序列号和/或其它信息。此程序使制造商对所发射信 息的条型编码或其它标记不必要，而且避免了顾客处对相应条形码读取器 (或其它传感器/读取器系统)的需要。
将通信系统80定位在系统10的余下部分的远程可例如提供多个优点。 例如，通信系统80与其它组件相比相对大，而且在不对用户造成不方便的 情况下，难以将通信系统80定位在防弹衣200上或其中。如果通信系统80 是无线电装置，则尤其有这种情况。而且，通信系统80的远程定位可简化 与防弹衣200相关联的组件的布线和可靠性。而且，在系统10的其它组件 的功率要求低的情况下，电池50可被密封且不可替换。通信系统80可包 括它自己的电源88 (例如电池)。电池88可以是可替换和/或可充电的电 池。电池88可保持长时间可操作(例如超过一年)。在若干实施例中，通 信系统80感测电池88何时电力低(使用本领域中已知的感测系统)，并发信号给例如指挥站或基地告知应更换电池88。
系统10还可包括用来监控系统10的状态的一个或多个子系统。在如 图1A所示的一个实施例中，可将电阻器34放置成跨两个导电层30和40 电连接，优选远离传感器20的实际电势触点。电阻器34便于对系统IO中 的短路或开路进行电子检查。在该方面，可将来自电池50的功率周期性地 跨导电层30和40施加，以检查电流(优选为非常小的电流，这是因为使 用了具有相对高电阻的电阻器)在流动以指示传感器电路未中断。或者， 可作出检查以确定电容是否处于正确的量级。对电容的检查具有不对电池 50加以连续消耗的优点。这样的系统检査还将提供系统10中是否有短路的 指示。当通信系统80与系统IO通信时，短路还会如上所述地触发警报。 可将在系统10的周期性检查中检测到的任何问题传达给通信系统80，以告 知用户，并因此提供与防弹衣/背心200相关联的系统10可能没有正常工作 的警告。
在其中使用商用蜂窝电话通信网络的情况下，通过使通信系统80呼叫 预定或固定电话号码，然后在该号码应答之前挂掉，可避免系统测试发射 的文本或语音费用。然而，接收的电话可使用通信领域已知的系统和方法 将传入号码记入日志或者另外记录。
在另一实施例中，例如，通信系统80的蜂窝电话模块84可被编程以 如上所述地呼叫预定电话号码并挂断。JE可实现手动激活。接电话系统可 在接收到呼叫之际，回拨与通信系统80相关联的电话号码。 一旦建立连接 (例如在数次响铃之后)，呼叫的电话可挂断。通信系统80对呼叫信号的 此接收完成了系统10和通信系统80的测试。 一旦成功完成这样的测试， 则通信系统80的蜂窝电话模块84上的诸如绿色LED之类的指示或其它指 示可被激活，从而指示该测试成功完成。如果已检测到问题(例如一个或 多个接触中断、电池50被确定为低，等等)，则通信系统80的蜂窝电话 模块84不呼叫预定电话号码(或多次呼叫且不挂断)，从而提供对问题的 指示。此外，成功测试指示器(例如蜂窝电话模块84上的绿色LED)将不 被激活，而且用户将知道存在问题。
在另一实施例中，可将蜂窝电话模块84编程为周期性地呼叫特定电话号码(例如每24小时)。如上所述，可将它编程为在例如两次响铃之后挂 断(如果不存在故障或问题)。在此实施例中，指挥所或总部可设置有电
话系统300 (参见图1B)，后者适合于接收来自蜂窝电话模块84的呼叫， 记录其号码并记录呼叫时间。在于适当的时间限制内未接收到呼叫的情况 下，电话系统300将突出显示可能的故障，从而指挥所或总部将能够与用 户接触以解决该问题。如果已存在故障或要报告的问题，则可将蜂窝电话 模块84编程为当它呼叫电话系统300时不挂断。蜂窝电话模块84可例如 等待若干或多次响铃(例如六次响铃)，直到电话系统300应答然后报告 故障的细节。电话系统300可将报告的细节写入日志，并在指挥所或总部 处突出显示以便进一步行动。
替代地，可在这样的自检方法中使用可从商用蜂窝电话服务获得的文 本和/或语音消息发送业务。
传感器20有可能被无意地或意外地冲击、穿透或刺破。在若干实施例 中，在如上所述的事件下，警报程序启动。此外，还启动可由使用者检测 到的指示或本地警报。例如，可经由音频源78 (例如扬声器)启动诸如听 得见的警报之类的警报。此外，通信单元80可设置有振动机构89(如蜂窝 电话领域已知)，该振动机构例如可每数秒振动(例如每15秒)以指示使 用者警报呼叫正在进行。以此方式，用户方便地获知紧急呼叫已被发射。 此外，如果事件来自错误的警报(例如传感器20的无意刺穿)，则使用者 可呼叫指挥所或基地取消相关联的警报，从而避-免实际的支援和/或营救行 动。
在本发明的若干个研究中，控制系统和通信系统包括可从西门子公司 获得的MC56 GSM调制解调器(美国三带版本)、PIC微控制器 (PIC16F6520) 、 ISD4001声音记录芯片、MT88L70 DTMF音频解码器(米 特尔半导体)、SSM2167音频VOGAD (声控增益调节器件)(模拟器件)、 CP2102 USB接口 (硅实验室)、电压调节器、驻极体话筒、双频带 800/1900 MHz天线以及SIM (订户识别模块)卡和固定器。
可在本发明中使用任何数量的系统操作和通信方案。例如，在一个实 施例中，如上所述，话筒76—旦感测到冲击事件就开始记录。 一旦与基地建立通信链路，就可经由例如可从蜂窝电话服务获得的短消息业务(SMS)
将文本SOS消息发送至一个或多个接收方。还可将预先记录的消息发送至 基地。系统的话语标识可便于操作员理解警报而不需要计算机、数据库或 等介入。同样，还可发射在感测到冲击事件之际启动的预定量的环境记录。 在传送任何记录之后或一旦形成连接立即可使用话筒76来传送实时声音/ 音频。不过，对时间的声音记录会继续。还可通过蜂窝电话模块84建立双 向通信。还可使用蜂窝电话模块84经由因特网发送信息，或者可通过本领 域已知的例如处理器72和辅助硬件来直接建立无线因特网连接。
蜂窝式电话模块84和无线电装置200还可用作定位器(使用本领域已 知的三角测量法)。还可使用或者可替代地使用诸如GPS等其它定位系统。 可通过音频源78发出警报以辅助定位各个穿用的传感器20。
在本发明中可使用多种蜂窝电话协议，包括GSM、 CDMA、 GPRS、 UMTS、 PCS以及其它。例如，GSM通常提供相对快的连接时间。它在欧 洲广泛使用，而且在美国受到欢迎。
图7示出与蜂窝式电话模块84通信连接的计算机所使用的图形用户界 面的示例，其用于对系统IO的操作的某些方面编程。用户例如可使用该用 户界面来输入例如包括本发明的系统的防弹背心的穿戴者的姓名。还可输 入主语音呼叫电话号码和备用语音电话号码以例如在冲击事件之际呼叫。 同样，可输入用于短消息业务文本/数据消息的一个或多个(在所示实施例 中为三个)电话号码。如上所述，还可输入系统IO的序列号，该序列号用 以将通信系统80与系统10的余下部分相关联。还提供控制，用于启动警 报消息、辅助消息以及测试消息的记录。 一旦输入所需数据，就可致动更 新按钮以将数据传送至系统10 (例如通过通信/数据端口 81)。还可保存此 类数据，并从与计算机相关联的数据磁盘或硬盘驱动器再次调用它们。
虽然己经结合包括蜂窝电话的通信系统一般地描述了本发明，但本发 明中的通信还可或替代地通过如警察和其它应急人员通常携带的无线电系 统实现。如图1A中所示，可提供模块90以将系统10通信地连接至诸如警 用无线电系统之类的无线电系统，或连接至在军事应用中使用的安全无线 电系统。诸如图1B的射频通信单元80a之类的低功率发射机/收发机还可用作系统10与这样的通信系统之间的中间通信链路。
除如上所述地在感测到冲击事件之际建立通信链路之外，还可通过手
动致动器92手动地建立静默警报/通信链路，以在装备有系统10的个人需
要帮助时发送静默警报。
上述描述和附图陈述了当前的本发明的优选实施例。当然，鉴于上述
示教，在不背离本发明的范围的情况下，各种修改、添加、和替换设计对 于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。本发明的范围由所附权利要
求而不是上述描述指示。落入权利要求
的等价物的含义和范围的所有改变 和变化都包含在权利要求
的范围内。
权利要求
1.一种冲击传感器系统，包括
至少一个冲击传感器，其包括
至少一个第一导电层；
至少一个第二导电层；以及
所述第一导电层与所述第二导电层之间的至少一个绝缘层，所述绝
缘层使所述第一导电层和所述第二导电层保持成隔开的非接触关系，在对
所述第一导电层的冲击之际所述第一导电层和所述绝缘层可变形，以使得
所述第一导电层与所述第二导电层之间的间距在所述冲击之际减小；以及
与所述冲击传感器连接的电路系统，用来测量由所述第一导电层与所述第二导电层之间的间距的减小引起的所述冲击传感器的至少一个电性质的变化。
2. 如权利要求
1所述的冲击传感器系统，其特征在于，所述第一导电 层的至少一部分在所述冲击之际接触所述第二导电层，而且其中电流仅在所述 第一导电层与所述第二导电层之间接触之际流过所述电路系统的至少一部分。
3. 如权利要求
1所述的冲击传感器系统，其特征在于，所述电路系统 测量由所述第一导电层与所述第二导电层之间的所述间距的减少引起的所述 冲击传感器的电容的变化。
4. 如权利要求
l所述的冲击传感器系统，其特征在于，所述冲击传感器还包括至少第二绝缘层和至少第三导电层，所述第二绝缘层被定位在所述第 三导电层与所述第二导电层之间，所述第二绝缘层使所述第三导电层和所述第 二导电层保持成隔开的非接触关系，在对所述冲击传感器的冲击之际所述第二 导电层与所述第二绝缘层可变形，以使得所述第二导电层与所述第三导电层之间的间距在所述冲击之际减小；所述电路系统还适合于测量由所述第二导电层 与所述第三导电层之间的所述间距的减小引起的所述冲击传感器的至少一个 电性质的变化。
5. 如权利要求
l所述的冲击传感器系统，其特征在于，包括定位成网 格的多个冲击传感器。
6. —种系统，其用于检测对穿戴所述系统的人员的冲击，所述系统包括冲击传感器系统，包括至少一个冲击传感器，其包括. 至少一个第一导电层； 至少一个第二导电层；以及所述第一导电层与所述第二导电层之间的至少一个绝缘层，所 述绝缘层使所述第一导电层和所述第二导电层保持成隔开的非接触 关系，在对所述第一导电层的冲击之际所述第一导电层和所述绝缘 层可变形，以使得所述第一导电层与所述第二导电层之间的间距在 所述冲击之际减小；以及与所述冲击传感器连接的电路系统，用来测量由所述第一导电层与 所述第二导电层之间的间距的减小引起的所述冲击传感器的至少一个电 性质的变化；以及至少一个控制系统，用来监控所述电路系统并确定是否已经发生冲击；以及与所述控制系统可操作地连接的至少一个通信系统，所述通信系统适于在 所述控制系统确定冲击之际发射信号。
7. 如权利要求
6所述的系统，其特征在于，所述第一导电层的至少一 邻分在所述冲击之际接触所述第二导电层，而且其中电流仅在所述第一导电层 与所述第二导电层之间接触之际流过所述电路系统的至少一部分。
8. 如权利要求
6所述的系统，其特征在于，所述电路系统测量由所述 第一导电层与所述第二导电层之间的所述间距的减少引起的所述冲击传感器 的电容的变化。
9. 如权利要求
6所述的系统，其特征在于，所述控制系统包括微处理器。
10. 如权利要求
6所述的系统，其特征在于，还包括与所述控制系统可 操作地连接的记录系统，所述记录系统适于在所述控制系统确定冲击之际记录 环境声音。
11. 如权利要求
6所述的系统，其特征在于，还包括致动器，所述致动器适于在由人员手动激活之际经由所述通信系统发送警报。
12. 如权利要求
6所述的系统，其特征在于，所述冲击传感器适于感测射弹的穿透。
13. 如权利要求
6所述的系统，其特征在于，所述通信系统包括与所述 控制系统连接的通信单元，所述通信单元包括无线发射机，所述无线发射机与 远离所述通信单元定位的所述通信系统的至少一个其它组件通信。
14. 一种供人穿戴的防弹衣系统，包括防弹衣的至少一部分，以及与所述防弹衣的至少一部分相关联的至少一个冲击传感器。
15. 如权利要求
14所述的防弹衣系统，其特征在于，所述至少一个冲击传感器毗邻所述防弹衣的至少一个部分，且包括至少第一导电层； 至少第二导电层；以及所述第一导电层与所述第二导电层之间的至少一个绝缘层，所述绝缘层使 所述第一导电层和所述第二导电层保持成隔开的非接触关系，在对所述第一导 电层的冲击之际所述第一导电层和所述绝缘层可变形，以使得所述第一导电层 与所述第二导电层之间的间距在所述冲击之际减小。
16. 如权利要求
15所述的防弹衣系统，其特征在于，还包括与所述冲击传感器连接的电路系统，其用来测量由所述第一导电层与所述第二导电层之间的所述间距的减小引起的所述冲击传感器的至少一个电性质的变化；以及 至少一个控制系统，其用来监控所述电路系统并确定是否已经发生冲击。
17. 如权利要求
16所述的防弹衣系统，其特征在于，所述第一导电层 的至少一部分在所述冲击之际接触所述第二导电层，而且其中电流仅在所述第 一导电层与所述第二导电层之间接触之际流过所述电路系统的至少一部分。
18. 如权利要求
16所述的防弹衣系统，其特征在于，所述电路系统测 量由所述第一导电层与所述第二导电层之间的所述间距的减少引起的所述冲 击传感器的电容的变化。
19. 如权利要求
18所述的防弹衣系统，其特征在于，还包括至少第二 绝缘层和至少第三导电层，所述第二绝缘层被定位在所述第三导电层与所述第二导电层之间，所述第二绝缘层使所述第三导电层和所述第二导电层保持成隔 开的非接触关系，在对所述冲击传感器的冲击之际所述第二导电层与所述第二 绝缘层可变形，以使得所述第二导电层与所述第三导电层之间的间距在所述冲 击之际减小，所述电路系统还适于测量由所述第二导电层与所述第三导电层之 间的所述间距的减小引起的所述冲击传感器的至少一个电性质的变化。
20.如权利要求
19所述的防弹衣系统，其特征在于，还包括与所述控制系统可操作地连接的通信系统，所述通信系统适于在所述控制系统确定冲击 之际发射信号。
专利摘要
一种冲击传感器系统包括至少一个冲击传感器(20)，该至少一个冲击传感器包括至少第一导电层(30)、至少第二导电层(40)、以及在第一导电层(30)与第二导电层(40)之间的至少一个绝缘层(60)。绝缘层使第一导电层与第二导电层保持成隔开的非接触关系。在对第一导电层的冲击之际第一导电层和绝缘层可变形，以使得第一导电层与第二导电层之间的间距在预定性质的冲击之际减小。冲击传感器系统还包括与冲击传感器相连接的电路系统，用来测量由第一导电层与第二导电层之间的间距的减小引起的冲击传感器的至少一个电性质的变化。
文档编号F41H1/02GKCN101641565SQ200880009175
公开日2010年2月3日 申请日期2008年3月14日
发明者E·J·贝克, J·A·亨德里克森, P·A·法兰克, T·G·贾尔斯 申请人:矿井安全装置公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan