CN101221050A - 陶瓷感测式腕表计步器结构 - Google Patents

Abstract

本发明为一种陶瓷感测式腕表计步器结构，是在一腕表壳体中设置有振动传感器，以感测出使用者运动时的振动信号，该振动信号可经一振动信号感测回路送至一控制电路的微控器，该微控器处理之后，再将该振动信号的数值显示于显示单元上。一对导电接触区配置在该腕表壳体的表面，并至少有一导电接触区配置在腕表壳体的底面，用以检测使用者的心跳信号。

Description

陶瓷感测式腕表计步器结构

技术领域

本发明是关于一种陶瓷感测式腕表计步器结构，特别是关于一种侦测运动者运动信号的腕表型运动信号感测装置。

背景技术

由于现代工商社会的忙碌及人们对运动日渐重视，使得各项运动器材应运而生。而在运动时，运动者为了准确掌握运动量及了解运动者的身体状况，故也有各种型态的人体信号感应器被研发出来。

在各类运动信号感应器中，计步器(Pedometer)由于佩挂方便、操作简易，故目前已被广泛地使用。在不同的计步器产品中，有可贴附在使用者鞋子上、佩挂于使用者腰际、腕表型等不同型态。除了计步器可作为运动信号感测装置外，加速度传感器也常被用作进行运动时加速度感测之用，以进一步评估运动量。此外，心跳脉搏信号传感器也常用来感测使用者进行运动时的心跳脉搏数，以使使用者掌握其身体状况。

目前已知的计步器产品主要是采机械式振动感测元件，其利用一摆动元件碰触一开关以传输讯号并将步数显示于显示器。传统振动感测元件的机构在使用日久后，常有误动作产生，且重锤振动必须过大，否则无法正确计步。另有些传统振动感测元件采用磁簧开关的结构，其利用摆臂具有磁性元件且与开关不接触的方式计数步数，但其制造成本高，且该磁簧式开关易受附近磁场的影响。

美国发明专利第4,460,823号专利案揭露了一种可感测使用者走路或跑步步数的计步结构，是用摆锤、弹性元件、齿轮所组成，以使使用者走路或跑步时能由一计数器来显示步数值。又如美国发明专利第4,560,861号专利案中，揭露了一种利用摆锤及弹性元件等构件所组成的计步结构，以量测使用者运动时的步数。又如美国发明专利第5,117,444号专利案中，揭露了一种利用摆锤、磁性元件、磁簧开关等构件所组成的计步结构，也可量测出使用者运动时的步数。

上述传统技术除了结构复杂、成本高、产生动作噪音之外，其机械式构件使用日久后，常有机械灵敏度改变、元件疲乏等缺失。因此，实有必要针对机械式的运动信号传感器进一步予以改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷感测式腕表计步器结构，采用可产生电子信号的电子式运动信号传感器来感测运动者的运动信号，以克服传统机械式运动信号传感器的缺失。

本发明的另一目的在于提供一种可侦测使用者于运动时的振动信号、加速度信号、心跳脉搏信号的感测装置，以使使用者运动时能准确掌握运动量及了解本身的身体状况。

本发明的再一目的在于提供一种陶瓷感测式腕表计步器结构，其配置有二振动传感器。该第一振动传感器是沿着与地心引力方向成斜角的方向延伸，而第二振动传感器是沿着与X轴方向成斜角方向延伸。

本发明的目的是这样实现的，一种陶瓷感测式腕表计步器结构，该结构用以感测一运动者于运动时的运动信号，该结构包括有：

一腕表壳体，在该腕表壳体的两侧端各结合一腕带，以供使用者佩戴于使用者一只手的腕部；

至少一振动传感器，配置在该腕表壳体内部空间，用以感测出使用者于运动时，在预设轴向的振动信号，并产生一代表该振动信号的电子信号；

一振动信号感测回路，连接于该振动传感器，用以接收该振动传感器所产生的电子信号，并输出振动信号；

至少一导电接触区，其配置在该腕表壳体的底面，在佩戴该陶瓷感测式腕表计步器结构时，会接触使用者的皮肤；

一对导电接触区，配置在该腕表壳体的顶面上，当使用者以另一只手的两根手指分别碰触按压该导电接触区时，可检测出使用者的心跳信号；

一显示单元，配置在该腕表壳体上；

一控制电路，包括有一微控器，经由该振动信号感测回路接收该振动传感器所产生的电子信号，并将该电子信号的数值显示于显示单元上。

该控制电路中包括有一步数信号存储器，连接于该微控器，用以记录该微控器所接收到的振动信号。

该腕表壳体的底面配置有一对导电接触区。

该腕表壳体是以导电材料制成，且其作为该导电接触区。

该振动传感器包括有一沿着X轴方向延伸的第一振动传感器与一沿着Y轴方向延伸的第二振动传感器。

该第一振动传感器与地心引力方向成一角度θ的方向延伸。

该角度θ介于5度至30度之间。

该第二振动传感器是沿着与X轴方向成一角度θ的方向延伸。

该角度θ介于5度至30度之间。

该第一振动传感器与地心引力方向成一角度θ的方向延伸，且第二振动传感器沿着与X轴方向成一角度θ的方向延伸。

该角度θ介于5度至30度之间。

一种陶瓷感测式腕表计步器结构，该结构用以感测一运动者于运动时的运动信号，该结构包括有：

一腕表壳体，在该腕表壳体的两侧端各结合一腕带，以供使用者佩戴于使用者一只手的腕部；

一振动传感器，配置在该腕表壳体内部空间，用以感测出使用者于运动时，在预设轴向的振动信号，并产生一代表该振动信号的电子信号，该振动传感器是沿着与一水平基准线方向成一角度的方向延伸，该水平基准线与地心引力方向成一垂直角度；

一振动信号感测回路，连接于该振动传感器，用以接收该振动传感器所产生的电子信号，并输出振动信号；

至少一导电接触区，其配置在该腕表壳体的底面，在佩戴该陶瓷感测式腕表计步器结构时，会接触使用者的皮肤；

一对导电接触区，配置在该腕表壳体的顶面上，当使用者以另一只手的两根手指分别碰触按压该导电接触区时，可检测出使用者的心跳信号；

一显示单元，配置在该腕表壳体上；

一控制电路，包括有一微控器，经由该振动信号感测回路接收该振动传感器所产生的电子信号，并将该电子信号的数值显示于显示单元上。

该振动传感器与该水平基准线方向间的角度θ为35度。

由于本发明在陶瓷感测式腕表计步器结构中配置了一对以预定角度排列的振动传感器，故当使用者佩戴本发明时可灵敏地感测出其运动时的轻微振动，以提供使用者进行运动时的数值参考。且本发明可有效克服传统机械式振动感测单元的误动作产生、制造成本高、碰撞发出噪音、机械灵敏度改变、元件疲乏等缺失。该陶瓷感测式振动传感器也可改为加速度信号传感器，以侦测运动者运动时的加速度信号。

再者，本发明除可将接收的心跳信号、振动信号、及加速度信号的数值显示于显示单元外，也可将该心跳信号、振动信号、及加速度信号记录于存储器中，以作运动量的分析及记录。

附图说明

图1：显示本发明陶瓷感测式腕表计步器结构的立体图；

图2：显示该陶瓷感测式腕表计步器结构的顶视图；

图3：显示该陶瓷感测式腕表计步器结构的底视图；

图4：显示本发明陶瓷感测式腕表计步器结构内部构件的配置示意图；

图5：显示本发明的控制电路图；

图6显示当第二振动传感器以水平方向排列时，使用者的行进步数与振动传感器的输出电压关系的波形示意图；

图7：显示当第二振动传感器以一斜角方向排列时，使用者行进步数与振动传感器的输出电压关系的波形示意图；

图8：显示本发明另一实施例内部构件的配置示意图；

图9：显示第三振动传感器的摆动角度示意图。

附图标号：

100                    陶瓷感测式腕表计步器结构

1                      腕表壳体

10a                    顶面

10b                    底面

11a、11b               腕带

12a、12b、12c、12d     导电接触区

13                     基板

2                      显示单元

3                      振动传感器

3a                     第一振动传感器

3b                     第二振动传感器

3c                     第三振动传感器

30                     振动信号感测回路

31a、31b               放大滤波电路

32a、32b               信号整形电路

4                      加速度传感器

40                     加速度信号感测回路

41                     放大滤波电路

42                     信号整形电路

5                      脉搏信号感测电路

50                     脉搏信号感测回路

51                     放大滤波电路

52                     信号整形电路

6                      微控器

71                     步数信号存储器

72                     加速度信号存储器

73                脉搏信号存储器

8                 操作按键组

81                开关键

82                模式选择键

83                清除键

9                 基准点

G                 地心引力方向

I                 水平基准线

θ                角度

s、sa             步数信号

sb、s1a、s1b      振动信号

s2                加速度信号

s3                人体脉搏信号

V1、V1’、V2、V2’输出电压

V0                最低电压

具体实施方式

参阅图1、图2、图3所示，本发明的陶瓷感测式腕表计步器结构100包括一腕表壳体1，其具有一顶面10a及底面10b，该腕表壳体1的两侧端各结合一腕带11a、11b，以供使用者佩戴于腕部。

该腕表壳体1的顶面10a配置有一显示单元2和一对导电接触区12a、12b，并有一对导电接触区12c、12d配置在该腕表壳体1的底面10b。本发明是利用已知的心电图(Electrocardiogram，EKG)技术侦测心跳，当使用者将本发明佩戴于腕部时，可使该导电接触区12c、12d接触使用者的皮肤，并以另一只手的两根手指分别按压在该导电接触区12a、12b，此时可使该腕表壳体1内部的电路检测出使用者的心跳信号，并由该显示单元2将其显示出。

本发明的另一实施例中，该陶瓷感测式腕表计步器结构的底面只配置有一导电接触区12c，其可以是单一个导电点、也可直接使用以导电材料所制成的腕表壳体1的导电底面作为该导电接触区。当使用者将其另一只手的两根手指按压在该导电接触区12a、12b时，也同样能侦测使用者的心跳信号。

参阅图4所示，该腕表壳体1内部配置有一基板13，该基板13的表面配置有一第一振动传感器3a、一第二振动传感器3b及一加速度传感器4。

该第一及第二振动传感器3a、3b依据运动者运动时所产生的振动状况，例如每当跑步或行走一步，即会侦测到该振动状况而产生电压变化量。此一电压变化量会送到该基板13的控制电路中。

该第一振动传感器3a及第二振动传感器3b是由压电陶瓷(Piezoelectric Ceramic)制成。第一振动传感器3a是与地心引力方向G成一角度θ的方向延伸。而第二振动传感器3b是沿着与X轴方向成一角度θ的方向延伸。第一振动传感器3a及第二振动传感器3b彼此垂直。较佳地，该第一振动传感器3a与地心引力方向G之间的角度θ介于5度至30度之间，而第二振动传感器3b与X轴的角度θ也介于5度至30度之间。有关讯号的侦测将于后面详细说明。

该加速度传感器4可为单轴式、双轴式或三轴式，用来侦测人体在运动时的加速度信号。

图5是显示本发明的控制电路图，其主要包括一振动信号感测回路30、一加速度信号感测回路40、一脉搏信号感测回路50。当使用者行走时，该振动信号感测回路30中的第一振动传感器3a会感测到振动信号s1a，而第二振动传感器3b会感测到振动信号s1b。该振动信号s1a会经由一放大滤波电路31a作信号的放大及噪声的滤波，然后由一信号整形电路32a作信号波形的整形，再被送到一微控器6中。同样地，该振动信号s1b会经由一放大滤波电路31b作信号的放大及噪声的滤波，然后由一信号整形电路32b作信号波形的整形，再被送到微控器6中。该微控器6接收该振动信号s1a、s1b后，会比对两个振动信号s1a、s1b，将较强的振动信号转换为步数信号，再将该步数信号显示于显示单元2，也可将该步数信号记录于步数信号存储器71中。

加速度信号感测回路40中的加速度传感器4所感测到的加速度信号s2会经由一放大滤波电路41作信号的放大及噪声的滤波，然后由一信号整形电路42作信号波形的整形，再被送到微控器6中。该微控器6接收该加速度信号后，可将加速度信号显示于显示单元2，也可将该加速度信号记录于加速度信号存储器72中。

脉搏信号感测回路50中的脉搏信号感测电路5经由导电接触区12a、12b、12c、12d所感测到的人体脉搏信号s3会经由一放大滤波电路51作信号的放大及噪声的滤波，然后由一信号整形电路52作信号波形的整形，再被送到微控器6中。该微控器6接收该脉搏信号后，可将脉搏信号显示于显示单元2，也可将该脉搏信号记录于脉搏信号存储器73中。

该微控器6连接有一操作按键组8，可供使用者控制本发明的陶瓷感测式腕表计步器结构100。例如该操作按键组8中可包括一开关键81、模式选择键82、清除键83。

请参阅图6及图7。图6显示当第二振动传感器以水平方向排列时，使用者的行进步数与振动传感器的输出电压关系的波形示意图；而图7显示当第二振动传感器以一斜角方向排列时，使用者行进步数与振动传感器的输出电压关系的波形示意图。

任何侦测元件的输出电压必须大于一最低电压值，控制电路才能感应到信号。而当振动传感器依水平方向排列时，其感测的灵敏度不够好。由图6可看到，当使用者在慢跑或行走时，手部向上摆动，该振动传感器产生一输出电压V1，该输出电压V1大于可侦测的最低电压V0，因此可产生一步数信号s。然而，当使用者的手部向下摆动时，一般而言，往下摆动的力量会较小，而产生的输出电压V2比最低电压V0小，因此，无法产生振动信号。换言之，在两次振动的动作中，只会侦测到一次振动。

本发明较佳实施例中，该第二振动传感器3b是以与X轴方向成角度θ的方向排列。由图7可看到，当使用者在慢跑或行走时，手部向上摆动，该振动传感器产生一输出电压V1’，该输出电压V1’大于可侦测的最低电压，因此可产生一步数信号sa。当使用者的手部向下摆动时，产生一输出电压V2’。要注意的是，该输出电压V2’比最低电压V0大，因此也会产生一振动信号sb。换言之，该陶瓷感测式腕表计步器结构能精确侦测到两次的振动，不会遗漏任何信号。

在实际应用时，该第一振动传感器3a与第二振动传感器3b两者，可以仅第二振动传感器3b设计成具有倾斜角度，也可将该第一振动传感器3a与第二振动传感器3b两者皆设计成具有倾斜角度。

图8是显示本发明另一实施例内部构件的配置示意图，图9是显示第三振动传感器的摆动角度示意图。本实施例与前述实施例相异之处在于该基板13的表面是仅配置有一第三振动传感器3c和一加速度传感器4，当本发明水平摆放且静止不动时，该第三振动传感器3c是沿着与一水平基准线I方向成一角度θ＝35度的方向延伸。该水平基准线I与地心引力方向G成一垂直角度。

当使用者在慢跑或行走时，该第三振动传感器3c会以一基准点9为基准而摆动，并产生输出电压，其摆动的最大幅度介于该水平基准线I上下各35度之间。由于此实施例仅设置一第三振动传感器3c，因此可提升本发明对使用者运动强度的感测的灵敏度，不论使用者摆动的力量大或小，该第三振动传感器3c皆灵敏地随之摆动，且因该第三振动传感器3c有较大的摆动空间，而能轻易地产生一大于可侦测的最低电压的输出电压，使控制电路均可侦测到一步数信号，不会遗漏任何信号。

当本发明陶瓷感测式腕表计步器结构水平摆放且静止不动时，该第三振动传感器3c也可沿着与该水平基准线I方向成一角度θ＝5～35度的方向延伸，或其它适当的角度的方向延伸。该水平基准线I与地心引力方向G成一垂直角度。

Claims (13)

1.一种陶瓷感测式腕表计步器结构，该结构用以感测一运动者于运动时的运动信号，其特征在于该结构包括有：

一腕表壳体，在该腕表壳体的两侧端各结合一腕带，以供使用者佩戴于使用者一只手的腕部；

至少一振动传感器，配置在该腕表壳体内部空间，用以感测出使用者于运动时，在预设轴向的振动信号，并产生一代表该振动信号的电子信号；

一振动信号感测回路，连接于该振动传感器，用以接收该振动传感器所产生的电子信号，并输出振动信号；

至少一导电接触区，其配置在该腕表壳体的底面，在佩戴该陶瓷感测式腕表计步器结构时，会接触使用者的皮肤；

一对导电接触区，配置在该腕表壳体的顶面上，当使用者以另一只手的两根手指分别碰触按压该导电接触区时，可检测出使用者的心跳信号；

一显示单元，配置在该腕表壳体上；

一控制电路，包括有一微控器，经由该振动信号感测回路接收该振动传感器所产生的电子信号，并将该电子信号的数值显示于显示单元上。

2.如权利要求1所述的陶瓷感测式腕表计步器结构，其特征在于：该控制电路中包括有一步数信号存储器，连接于该微控器，用以记录该微控器所接收到的振动信号。

3.如权利要求1所述的陶瓷感测式腕表计步器结构，其特征在于：该腕表壳体的底面配置有一对导电接触区。

4.如权利要求1所述的陶瓷感测式腕表计步器结构，其特征在于：该腕表壳体是以导电材料制成，且其作为该导电接触区。

5.如权利要求1所述的陶瓷感测式腕表计步器结构，其特征在于：该振动传感器包括有一沿着X轴方向延伸的第一振动传感器与一沿着Y轴方向延伸的第二振动传感器。

6.如权利要求5所述的陶瓷感测式腕表计步器结构，其特征在于：该第一振动传感器与地心引力方向成一角度θ的方向延伸。

7.如权利要求6所述的陶瓷感测式腕表计步器结构，其特征在于：该角度θ介于5度至30度之间。

8.如权利要求5所述的陶瓷感测式腕表计步器结构，其特征在于：该第二振动传感器是沿着与X轴方向成一角度θ的方向延伸。

9.如权利要求8所述的陶瓷感测式腕表计步器结构，其特征在于：该角度θ介于5度至30度之间。

10.如权利要求5所述的陶瓷感测式腕表计步器结构，其特征在于：该第一振动传感器与地心引力方向成一角度θ的方向延伸，且第二振动传感器沿着与X轴方向成一角度θ的方向延伸。

11.如权利要求10所述的陶瓷感测式腕表计步器结构，其特征在于：该角度θ介于5度至30度之间。

12.一种陶瓷感测式腕表计步器结构，该结构用以感测一运动者于运动时的运动信号，其特征在于该结构包括有：

一腕表壳体，在该腕表壳体的两侧端各结合一腕带，以供使用者佩戴于使用者一只手的腕部；

一振动传感器，配置在该腕表壳体内部空间，用以感测出使用者于运动时，在预设轴向的振动信号，并产生一代表该振动信号的电子信号，该振动传感器是沿着与一水平基准线方向成一角度的方向延伸，该水平基准线与地心引力方向成一垂直角度；

一振动信号感测回路，连接于该振动传感器，用以接收该振动传感器所产生的电子信号，并输出振动信号；

至少一导电接触区，其配置在该腕表壳体的底面，在佩戴该陶瓷感测式腕表计步器结构时，会接触使用者的皮肤；

一对导电接触区，配置在该腕表壳体的顶面上，当使用者以另一只手的两根手指分别碰触按压该导电接触区时，可检测出使用者的心跳信号；

一显示单元，配置在该腕表壳体上；

一控制电路，包括有一微控器，经由该振动信号感测回路接收该振动传感器所产生的电子信号，并将该电子信号的数值显示于显示单元上。

13.如权利要求12所述的陶瓷感测式腕表计步器结构，其特征在于：该振动传感器与该水平基准线方向间的角度θ为35度。

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