CN100563558C - 活动监视 - Google Patents

Abstract

提供了一种活动监视器，用于降低通过简单相加来自不同运动传感器的活动值而产生的与当前活动监视器相关的误差。

Description

活动监视

技术领域

本发明涉及活动监视，具体涉及(但并不是排他地涉及)人类的活动监视。

背景技术

人类的身体活动是其健康的一个重要的决定因素。每日的身体活动量在病因学、不同疾病的预防和治疗中被认为是一个主要因素。关于个人的身体活动的信息能够在保持和提高其机能健康状况和生活质量方面给其提供帮助。

一个监视人类活动的已知系统在Bouten等人的文章“A TriaxialAccelerometer and Portable Date Processing Unit for the Assessmentof Daily Physical Activity(一种评估日常身体活动的三轴加速度计和便携式数据处理单元)”(IEEE Transactions on BiomedicalEngineering，Vol.44，NO.3，March 1997)中已经描述了。

依照这个已知的系统，一个由三个正交安装的单轴压阻加速度计组成的三轴加速度计被用来测量包括人类身体加速度的幅度和频率范围的各加速度。一个人戴着这个三轴加速度计度过一段特定的时间。一个附在这个三轴加速度计上的数据处理器被编程以确定从三个正交测量方向输出的加速度计模数的时间积分。这些时间积分被相加并且输出被存储在可以由计算机读出的存储器中。这个三轴加速度计的输出和由于身体活动而产生的能量消耗具有某种关系并且为后者提供了一个度量方法。

该已知的系统允许测量三个方向中的人体加速度。使用集成电路技术领域的现有技术，加速度计可以被制作的小并且重量轻，这样可以佩戴它几天甚至更长时间而不会对佩戴它的个人造成负担。

然而，这种已知系统具有一个大的缺点，它只是将各个加速度计的输出相加，这就意味着对于不是轴旁的运动引入误差。例如，在x轴和y轴之间的z平面上的运动，最大的误差是

(大约41％)。对于第三轴来说，误差可能高达

(大约73％)。

发明内容

因此，需要一种能够克服这些缺点的活动监视器。

依照本发明的一个方面，提供了一种活动监视器，该活动监视器包括：测量单元，所述测量单元包括多个运动传感器用于产生表示所经历的运动的各个传感器信号；处理器，用于从测量单元中接收传感器信号，并根据预定方法对传感器信号进行处理，其特征在于，该处理器用于将各传感器信号作为各个矢量分量来处理，以产生大小和方向的最终合成的矢量。

本发明还提出了一种使用多个运动传感器来监视活动的方法，所述多个运动传感器用于产生表示所经历的运动的各个传感器信号，该方法包括接收传感器信号并按照一个预定方法处理这些传感器信号，其特征在于，将所述传感器信号作为各个矢量分量来处理，以产生大小和方向的最终合成的矢量。

附图说明

图1显示一个框图，它示意地示出体现本发明一个方面的系统的各部件；

图2示意地示出三个加速度计的正交位置；和

图3是体现本发明另一方面的方法的各步骤的流程图。

具体实施方式

图1说明了体现本发明一个方面的活动监视器1。这个活动监视器1包括一个测量单元11，一个处理器12，和一个存储器单元13。这个测量单元11用于产生代表活动监视器1的运动的数据信号，并且将那些数据信号提供给处理器12。处理器12用于处理从该测量单元输出的数据信号，并且能够把这些数据信号、或者处理结果存储到存储器单元13中。数据能够在处理器和存储器单元13之间传输。处理器12还可以连接到外部主机系统2，该外部主机系统2可以是个人电脑(PC)或者其他适当的系统。外部主机系统2能够对活动监视器1中保存的数据进行附加处理。

在使用中，活动监视器1附着到将被监视的对象上。为了举例说明，下面假设这个对象是一个人，尽管非常明显的是这种活动监视器能够用于任何对象。这种活动监视器附着到个人或者对象上一段特定的时间。

测量单元包括三个加速度计，它们被排列在互相正交的方向上。加速度计输出数据信号，这些数据信号代表了加速度计所经历的各自的加速度。这三个加速度计按照常规方式互相正交排列。

在一个人身上，这些方向包括“前后的”、“侧面的”和“垂直的”，它们分别用x、y和z来表示。加速度计包含多条压电材料的带子，这种压电材料是单轴和串联的双压电晶片。这些带子被固定在它的一端。

压电加速度计作为阻尼质量弹簧(damped mass-spring)系统，其中压电带子作为弹簧和阻尼器。由人的运动而引起的这些带子的运动产生了电荷，该电荷导致测量数据信号。在人类运动的情况下，数据信号的频率在0.1到20赫兹这个范围内。数据信号的幅度在-12g和+12g之间。在前面提到的文章中，更加详细地讨论了这些数字。用来测量这种数据信号的适当的压电材料是本领域技术人员公知的。

图2示出了测量单元11中的三个加速度计的正交输出。这些输出分别由a_x、a_y和a_z表示。依照本发明，这些从加速度计输出的数据信号被视为加速度矢量a的正交分量。因此，矢量a的大小为 $a=\sqrt{(a_x^2+a_y^2+a_z^2)}.$ 用这种方式处理加速度计的输出，从而计算矢量a的大小，使得校正先前产生的误差。从而，矢量a的大小就给出了活动监视器1所经历的加速度和的精确反映。另外，加速度矢量a自动包括了一些关于由加速度计测量的净加速度的方向信息。

虽然计算矢量a的大小可能是处理器密集的行为，但在本发明的一个优选实施方案中，提供了一个查找表，用于给出对应于不同的a_x、a_y和a_z值的a的大小。因而a的大小的计算能够简单地通过一个表查找实现。使用查找表能够降低功耗，这是因为查找操作比使用算法计算所需要的结果更加有效率。典型地，结果的精确度需要为+/-1％的量级，这样将被保存的数据就相当有限了。其优势在于，为了提供所需要的结果仅需要有限的存储器资源。

为了清楚起见，图3示出了体现本发明另一方面的一种方法。在步骤A，处理器从三个加速度计接收数据信号。在步骤B，使用所述数据信号计算矢量a，并且在步骤C计算矢量a的大小。如上所讨论的，计算可以由处理器直接进行，或者通过表查找过程来进行。在步骤D，a的最后得到的大小被存储在存储器单元13中。另外，关于a的方向的信息可以被存储在存储器中。

应当容易理解的是，加速度计仅仅是优选的运动传感器，任何适合的运动传感器都可以用在本发明的实施例中，并且获得本发明的优点。

因此应当理解的是，体现本发明的活动监视器和方法能够校正在前述的活动监视器中产生的误差。需要强调的是，在本说明书中用到的术语“包含”或者“包括”是指存在所述的技术特征、整数、步骤或者部件，但是并没有排除另外的一个或多个技术特征、整数、步骤或者部件或者其组合的存在。

Claims (8)

1.一种活动监视器，包括：

一个测量单元，包括多个运动传感器以用于产生表示所经历的运动的各个传感器信号；以及

一个处理器，用于从测量单元中接收传感器信号，并根据一个预定方法对传感器信号进行处理，

其特征在于，该处理器用于将传感器信号作为各个矢量分量来处理，以产生大小和方向的最终合成的矢量。

2.如权利要求1所述的活动监视器，其中运动传感器是加速度计。

3.如权利要求1或2所述的活动监视器，其中运动传感器互相正交排列。

4.如权利要求3所述的活动监视器，其中处理器用于按照下面的表达式计算最终合成的矢量的大小： $a=\sqrt{(a_x^2+a_y^2+a_z^2)},$ 这里的a是该最终合成的矢量的大小，a_x、a_y和a_z是各个传感器信号。

5.如权利要求4所述的活动监视器，其中a的值保存在一个查找表中。

6.一种使用多个运动传感器来监视活动的方法，所述多个运动传感器用于产生表示所经历的运动的各个传感器信号，该方法包括接收传感器信号并按照一个预定方法处理这些传感器信号，其特征在于，将所述传感器信号作为各个矢量分量来处理，以产生大小和方向的最终合成的矢量。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述最终合成的矢量的大小按照下面的表达式确定： $a=\sqrt{(a_x^2+a_y^2+a_z^2)},$ 这里的a是该最终合成的矢量的大小，a_x、a_y和a_z是各个传感器信号。

8.如权利要求6或7所述的方法，包括存储所述最终合成的矢量的方向。

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