CN105278320B - 包括用于测量环境温度的设备的可佩戴设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括用于测量环境温度的设备的可佩戴设备。可佩戴设备(2)包括用于测量环境温度的设备，其包括红外传感器(18)。在环境温度测量模式下，控制电路(30)多次激活所述红外传感器，使得所述红外传感器能够在特定时间段内提供多个测量信号。然后布置用于处理测量信号的电路(30)，以便提供与所述测量信号的至少一部分对应的温度值，并针对这些温度值的至少一部分取平均值，以获得被视为代表所述环境温度的平均温度值。本发明还涉及一种用于测量环境温度的方法，可以通过该可佩戴设备实施所述方法。
Description
技术领域
本发明涉及包括温度测量设备的可佩戴设备领域，该温度测量设备也被称为温度计并被布置为测量环境温度。具体地说，本发明涉及可以佩戴在用户手腕上的设备，例如配备此类温度计的手表。
背景技术
已经提出可佩戴设备，尤其是配备温度计的手表，因为环境温度的显示是许多用户所赞赏的有用信息。一般而言，使用的温度传感器是电阻型传感器或者由热电偶形成。此类传感器指示其直接环境的温度。尤其是在手表的情况下，当在这种情况下布置温度计时，测量的主要是表壳内的温度。但是，人体是能量源，当将手表佩戴在手腕上时，该能量源通常对表壳内部的温度具有显著影响。因此，当将手表佩戴在手腕上时，难以(如果并非不可能)精确地测量环境温度。实际上，必须取下手表并将其放在非加热支架上，然后必须等待相对长的一段时间，直到手表的温度接近于环境温度以便最终执行环境温度的测量。这种情况对于用户而言极其不便，这使得温度测量功能在可佩戴物体，尤其是手表中鲜有吸引力。某些配置设法使传感器最大距离地远离手腕和/或使其与直接接触人体的部件热隔离。但是，这些解决方案在技术上很复杂，并且难以在手表中实施。
发明内容
本发明的目标是提供一种设备，所述设备尤其可佩戴在用户手腕上，并且包括温度计，所述温度计使能提供正确的环境温度测量，同时避免佩戴者的体温。
为此，本发明涉及一种可佩戴设备，其包括被布置为测量环境温度的温度测量设备，该测量设备包括红外传感器(IR传感器)、用于所述红外传感器的控制电路以及用于处理由所述红外传感器提供的测量信号的电路，其中在环境温度测量模式下，该红外传感器被布置为能够接收来自该可佩戴设备外部的红外辐射。在环境温度测量模式下，所述控制电路被布置为能够多次激活所述红外传感器，使得所述红外传感器能够在特定时间段内提供来自该可佩戴设备外部的红外辐射的多个测量信号。在该环境温度测量模式下，所述处理电路被布置为提供与所述多个测量信号的至少一部分对应的温度值，并且针对这些温度值的至少一部分取平均值，以便获得被视为代表所述环境温度的平均温度值。
本发明基于发明者的以下发现：内部空间的温度通常足够准确地对应于界定该空间的表面和位于该空间中的物体的温度的平均值。在以下情况下尤其如此：由于存在的不同材料的热惯性，该空间在特定时间段内处于热稳定状态。因此，本发明使用红外传感器，其允许获得位于用户周围区域中的材料的温度测量，这些温度测量与用户的温度无关。该红外传感器被包括在可佩戴设备中，所述可佩戴设备能够在佩戴时经受各种移动。当所述传感器未被覆盖时，因此可获得特定时间段内对应于所述红外传感器的不同定向的多个测量。这些测量的平均值基本对应于环境温度。发明者然后观察到，通过简单地应用这种适用于封闭空间的一般方法，针对外部的测量通常不会给出正确的结果。下面提及的优选实施例给出一种用于外部的有效解决方案。
根据一个优选实施例，所述可佩戴设备包括倾角计，其被布置为测量地面基准方向与所述红外传感器的定向方向之间的角度。在环境温度测量模式下，所述控制电路被布置为仅当所述定向方向位于特定角空间内时才激活所述红外传感器，或者所述处理电路被布置为当所述红外传感器的定向方向位于该角空间之外时，排除从所述红外传感器接收的测量信号。
在一个特定的变型中，所述地面基准方向是垂直轴，并且所述定向方向由所述红外传感器的有效表面的法向量限定。所述角空间则由使该垂直轴作为中心轴的直立圆锥限定，所述角空间的顶点位于该圆锥的顶部。因此，对于针对外部的温度测量，当所述红外传感器沿着天空方向定向时，所述温度测量被停止或者这些测量被消除，因为来自天空的红外辐射通常给出非常低的温度，该温度无论如何都不对应于环境温度。由于所述倾角计，只能选择这样的温度测量：这些温度测量对应于所述红外传感器朝着所述可佩戴设备的周围区域中的表面的定向。
本发明还涉及一种用于通过包括在可佩戴设备中的红外传感器测量环境温度的方法，其中该方法包括以下步骤：
A)在特定时间段内，通过移动所述可佩戴设备，执行对来自所述可佩戴设备外部的红外辐射的多个测量，所述红外辐射冲击在所述红外传感器的有效表面上，其中所述红外传感器将多个测量信号传输到用于处理这些测量信号的电路；
B)通过所述处理电路，提供与所述多个测量信号的至少一部分对应的温度值；
C)获取所述温度值的平均值，以便获得被视为代表所述环境温度的平均温度值。
本发明的其它特定特性是从属权利要求的主题，并且将在下面的具体实施方式中解释。
附图说明
应该在下面借助于作为非限制性实例给出的附图描述本发明，这些附图是：
-图1是根据本发明的手表的平面图；
-图2是图1的部分截面的图；以及
-图3是根据本发明的手表的另一个实施例的平面图。
具体实施方式
首先将根据图1和2，描述根据本发明的可佩戴设备2的一般实施例，可佩戴设备2包括被布置为测量环境温度的温度测量设备。在附图中所示的实施例中，该可佩戴设备是手表，其包括表壳4、表蒙6、表盘8和表带10。它还包括模拟显示12和数字显示14。提供数字显示以便尤其显示环境温度的测量。但是，在一个变型中，规定模拟显示用于使用一个指针作为指示器以及表盘8上的关联温度刻度来指示环境温度，以便不需要数字显示来指示环境温度。
温度测量设备包括红外传感器18，其被布置在单元16中以便测量周围红外辐射。该单元由小盒20形成，红外传感器布置在小盒20的内壁上，面向该传感器的有效表面的壁由对红外辐射(IR辐射)透明的凸耳(lug)形成。因此，红外传感器被布置为能够从其中包括测量设备的可佩戴设备外部接收红外辐射。盒20被容纳在表壳4的侧凹槽内。更具体地说，在图1和2中所示的变型中，以这样的方式提供表壳的侧凹槽：布置红外传感器18，且红外传感器18的有效表面的法向量22主要位于包括手表的“6点-12点”轴26并垂直于表壳4的总体平面(表盘8的平面)的平面(对应于图2的割平面)内。上述法向量相对于表壳的中心沿着“12点”方向定向，并且能够沿着远离表带10的角方向，相对于所述轴26具有小于三十度(30°)的角位移。在图2的实例中，没有角位移并且所述法向量因此与轴26平行。因为在其中表带被附接到表壳的区域内提供传感器，所以在表壳4的侧面上的表带的中心内提供凹槽24。为了保证表壳4的紧密封闭和保护测量单元16，在该测量单元正面的外侧上提供了锁紧盘28。安装该盘以便借助传统密封条或者通过所属技术领域的技术人员已知的另一种方法(例如通过粘合)来密封。该盘被设计为对红外辐射基本透明。例如，该盘由锗晶体形成，锗晶体具有金属外观并因此在可见范围内基本不透明。
将注意，附图中所示的配置是示意图，并且所属技术领域的技术人员可以通过以下操作提供不同的变型：修改用于将表带附接到表壳的设备和/或通过采用释放法向量22的方向周围的区域的配置来设计表带。将观察到，法向量22的向上的上述角位移允许通常由表带占据的区域(必须释放该区域以便允许使用相对大的开口接收红外辐射)变得更小。选择传感器18在表壳4的位于表盘“12点”位置的延伸部分中的区域内的放置，以便当手表2被佩戴在用户手腕上时，允许沿着优选方向执行红外辐射的测量。实际上，传感器18的法向量的所述定向意味着在手表佩戴者的前臂的大多数位置中，能够防止检测来自该佩戴者的辐射。然后，在佩戴者的就座位置中，该传感器的定向方向通常低于水平面，这使能自动执行主要向下定向的测量，并且防止朝着天空定向的外部测量，其原因已经在发明内容中解释。这在佩戴者站立时也部分地成立，其中该定向方向主要在水平面之下(尽管接近)并且远离佩戴者的身体。但是，在就座位置中，定向方向可能指向佩戴者的腿部。在这种情况下，可以提供滤波器以便消除寄生测量，如下面将解释的那样。
红外传感器18经由柔性衬底32电连接到电子单元30，柔性衬底32具有导电引线(electric conductor track)和电路连接器34，电路连接器34将柔性衬底的至少一个区域连接到印刷电路36(电子单元30被布置在印刷电路36上)的至少一个相应区域。该电子单元形成红外传感器的控制电路以及用于处理由该红外传感器提供的测量信号的电路。在环境温度测量模式下，所述控制电路被布置为使能多次激活红外传感器，以便该传感器能够在特定时间段内提供多个测量信号。然后，在该环境温度测量模式下，所述处理电路被布置为提供与多个测量信号的至少一部分对应的温度值，并且针对这些温度值的至少一部分取平均值，以便获得被视为代表环境温度的平均温度值。
将注意，在一个变型中，所述控制电路和处理电路能够由单独的专用电路形成。还将注意，所述控制电路和/或处理电路的至少一部分可以被包括在测量单元16中，并且甚至包括在专门针对本申请设计的红外传感器中。因此，可构想电子电路的不同级别的集成。在一种已知方式中，将温度传感器包括在测量单元16中，以便增加传感器18测量红外辐射的精确度(假设传感器18产生的测量信号取决于其温度)。
因为总体上处于热平衡的空间内的环境温度足够准确地对应于界定该空间的辐射表面和位于该空间中的物体的平均温度，所以在一个变型中规定布置测量单元16以及其中的红外传感器18，以便在环境温度测量模式下，该传感器至少在给定几何平面中，在至少二十度(20°)的孔径角内接收来自可佩戴设备外部的红外辐射。因此，表壳的总体平面内的孔径α和/或该总体平面的横剖面内的孔径β(并且包括轴26)具有至少20°的值。在另一个优选变型中，至少在给定几何平面中，该孔径具有至少三十五度(35°)的值。将注意，用于测量物体温度的红外传感器通常具有相对小的孔径，以便接收仅来自该物体的红外辐射。相比之下，在此处描述的变型中，提供相对大的孔径，以便针对每个测量获得的温度已经对应于不同表面和/或物体的特定温度平均值。
在一个特定的变型中，处理电路30包括滤波器，其被布置为从红外传感器在给定时间段内提供的多个测量信号中消除特定信号，或者从对应的温度值中消除特定值。更具体地说，该滤波器至少消除位于所确定的范围之外的测量信号或温度值。在一个变型中，根据先前测量，尤其是根据这些先前测量的平均值以及预定义或计算的标准偏差，确定该范围。这使能消除例如来自热源或特定材料的测量，这些材料很容易积聚太阳辐射，例如无风晴天下某些在室外的沥青。
根据一个优选实施例，尤其是对于也基于图2描述的外部环境温度的测量，可佩戴设备包括倾角计40。该倾角计被布置为测量地面基准方向与红外传感器的定向方向之间的角度。在环境温度测量模式下，红外传感器的控制电路被布置为当该定向方向位于特定角空间内时，激活红外传感器。备选地，用于处理测量信号的电路被布置为当定向方向位于特定角空间之外时，排除从红外传感器接收的测量信号。在一个优选变型中，地面基准方向是垂直轴，并且上述定向方向由红外传感器18的有效表面的法向量22限定。此外，所选择的角空间由使该垂直轴作为中心轴的直立圆锥限定，该角空间的顶点位于该圆锥的顶部，即，它不是倒锥体。
该优选实施例对于外部测量非常有利，因为可以因此排除传感器沿着水平面以上的方向定向时的测量，在这种情况下的测量很可能完全错误，因为这些测量来自天体辐射。在一个变型中，可定义另一个角空间，以便尤其排除受手表2的用户或佩戴者体温影响的测量。在一种已知方式中，所述倾角计可以由三轴加速度计形成，该加速度计允许准确地确定垂直方向，并且因此针对可佩戴设备的每个基准轴(尤其是轴26)，在三个维度中给出空间的定向，因为该倾角计是可佩戴设备不可缺少的一部分。
在一个特定的变型中，所述可佩戴设备包括用于根据在该红外传感器的对应红外辐射测量期间由倾角计测量的红外传感器定向方向来对所述处理电路确定的温度值加权的部件。在这种情况下，定义环境温度的平均值是加权平均值。
图3是根据本发明的手表42的一个特定实施例的平面图。在该平面图中示出红外传感器18，以便可以理解其在表壳4A中的布置，但实际上它位于该表壳内部。在此将不会再次描述已经描述的引用。该手表由于红外传感器18在表壳4A中的特定布置而有所不同，即，红外传感器18的有效表面的法向量22A从表壳的侧边48离开。在图3中所示的实例中，在角形部分50中部分地提供表壳内用于布置红外辐射测量单元的侧凹槽。该孔径被侧壁29封闭，从而形成对IR辐射基本透明的窗口。在一个变型中，法向量22A沿着朝着表壳顶部的方向(即，向上沿着覆盖显示12的表蒙的方向)，相对于表壳的总体平面具有第一角度，其小于三十度(30°)。然后，沿着顺时针方向，该法向量相对于与该总体平面垂直并包括“6点-12点”轴26的平面的第二角度θ大于二十度(20°)并且小于六十度(60°)。这种布置是有利的，因为它首先使手表能够配备传统表带10A，表带10A具有由两个角形部分之间的销形成的与表壳的附接。然后，这种布置确保当将手表佩戴在用户手腕上时，红外传感器进行的大部分测量对应于传感器在水平面以下的定向方向(尤其是当用户站立时)。
本发明还涉及一种用于通过被包括在可佩戴设备中的红外传感器测量环境温度的方法。因为该方法尤其通过根据本发明的可佩戴设备实施，所以提供上面解释的该可佩戴设备的特性，以便实施根据本发明的方法的不同变型。因此，将在该方法的描述中避免不必要的重复。
一般而言，用于通过被包括在可佩戴设备中的红外传感器测量环境温度的方法的特征在于，它包括以下步骤：
A)在特定时间段内，通过移动所述可佩戴设备，执行对来自所述可佩戴设备外部的红外辐射的多个测量，所述红外辐射冲击在所述红外传感器的有效表面上，其中所述红外传感器将多个测量信号传输到用于处理这些测量信号的电路；
B)通过所述处理电路，提供与所述多个测量信号的至少一部分对应的温度值；
C)针对所述温度值的至少一部分取平均值，以便获得被视为代表所述环境温度的平均温度值。
在一个优选变型中，按照基本规律的间隔，连续进行步骤A)中提供的多个测量。在用于测量环境温度的方法的一个优选的实际实例中，规定在每个设想的测量中，通过被包括在可佩戴设备中的倾角计，测量地面基准方向与红外传感器的定向方向之间的角度。使用该角度测量，仅当定向方向位于特定角空间内时，红外传感器的控制电路才激活红外传感器，或者当定向方向位于该角空间之外时，用于处理测量信号的电路排除从红外传感器接收的测量信号。在一个优选变型中，所述地面基准方向是垂直轴，并且所述定向方向由红外传感器的有效表面的法向量限定。所述角空间由使该垂直轴作为中心轴的直立圆锥限定，所述角空间的顶点位于该圆锥的顶部。
根据一个特定的变型，所述方法包括以下步骤：根据在所述红外传感器的对应测量期间由所述倾角计测量的角度来对所述温度值加权。
根据一个特定的实际实例，所述方法的特征在于，仅当所述控制电路确定所述红外传感器的所述定向方向与最后一个测量或最后多个测量相比已显著改变时，所述控制电路才激活所述红外传感器以便提供新的测量信号。备选地，所述用于处理测量信号的电路通过选择这样的温度值而取提供的平均值：这些温度值的至少一部分对应于显著不同的定向方向。
根据另一个特定的实际实例(其中假设将可佩戴设备佩戴在用户手腕上)，当环境温度测量功能有效时，定期地自动重复根据本发明的用于测量环境温度的方法。这允许定期进行新的环境温度测量，而可佩戴设备(尤其是手表)的用户不必采取任何特定的行为。因此，自动更新环境温度的显示，并且因此保持准确。该显示可以是永久的，并且环境温度测量模式可以是持续的或周期性的。还可以在请求时提供环境温度的显示。借助后一个实际实例，可快速显示正确的环境温度值。
尽管本发明针对用户手腕上的可佩戴设备提供尤其有利的应用，但该应用还可以在其它设备中实施，例如在移动电话或电子平板计算机中实施。
Claims (20)
1.一种可佩戴设备(2；42)，其包括被布置为测量环境温度的温度测量设备，其特征在于，所述测量设备包括红外传感器(18)、用于所述红外传感器的控制电路以及用于处理由所述红外传感器提供的测量信号的电路(30)，其中在环境温度测量模式下，该红外传感器被布置为能够接收来自该可佩戴设备外部的红外辐射；其特征在于，在所述环境温度测量模式下，所述控制电路被布置为能够多次激活所述红外传感器，使得所述红外传感器能够在特定时间段内提供多个测量信号；并且其特征在于，在该环境温度测量模式下，所述处理电路被布置为提供与所述多个测量信号的至少一部分对应的温度值，并且针对这些温度值取平均值，以便获得被视为代表所述环境温度的平均温度值；
其中，所述可佩戴设备包括倾角计(40)，其被布置为测量地面基准方向与所述红外传感器的定向方向之间的角度；并且其特征在于，在所述环境温度测量模式下，所述控制电路被布置为仅当所测量的定向方向位于特定角空间内时才激活所述红外传感器，或者所述处理电路被布置为当所测量的定向方向位于所述角空间之外时排除从所述红外传感器接收的测量信号。
2.根据权利要求1的可佩戴设备，其特征在于，在所述环境温度测量模式下，所述红外传感器被布置为能够至少在给定几何平面中，在至少二十度(20°)的孔径角内接收所述外部的红外辐射。
3.根据权利要求1的可佩戴设备，其特征在于，在所述环境温度测量模式下，所述红外传感器被布置为能够至少在给定几何平面中，在至少三十五度(35°)的孔径角内接收所述外部的红外辐射。
4.根据任一上述权利要求的可佩戴设备，其特征在于，所述处理电路包括滤波器，所述滤波器被布置为从所述多个测量信号中消除特定信号或从所述温度值中消除特定值，其中该滤波器至少消除位于所确定范围之外的测量信号或温度值。
5.根据权利要求1的可佩戴设备，其特征在于，所述地面基准方向是垂直轴，并且所述定向方向由所述红外传感器的有效表面的法向量(22；22A)限定；并且其特征在于，所述角空间由使该垂直轴作为中心轴的直立圆锥限定，所述角空间的顶点位于该圆锥的顶部。
6.根据权利要求1的可佩戴设备，其特征在于，所述可佩戴设备包括用于根据在所述红外传感器的对应测量期间由所述倾角计测量的角度来对所述温度值加权的部件。
7.根据权利要求1至3中的任一权利要求的可佩戴设备，其特征在于，所述可佩戴设备被布置为佩戴在用户的手腕上。
8.根据权利要求7的可佩戴设备(2)，其特征在于，所述可佩戴设备形成手表，并且其特征在于，将所述红外传感器布置在该手表的表壳(4)内，且所述红外传感器的有效表面的法向量(22)主要位于包括“6点-12点”轴(26)并与所述表壳的总体平面垂直的平面内，其中所述法向量相对于所述表壳的中心沿着“12点”方向定向并且相对于所述“6点-12点”轴具有小于三十度(30°)的角位移。
9.根据权利要求7的可佩戴设备(42)，其特征在于，所述可佩戴设备形成手表，并且其特征在于，将所述红外传感器布置在该手表的表壳(4A)内，且所述红外传感器的有效表面的法向量离开所述表壳的两个侧边之一，其中该法向量具有相对于所述表壳的总体平面的第一角度，以及具有沿着顺时针方向相对于与该总体平面垂直并包括“6点-12点”轴(26)的平面的第二角度(θ)，所述第一角度小于三十度(30°)，所述第二角度大于二十度(20°)并且小于六十度(60°)。
10.根据权利要求8的可佩戴设备，其特征在于，所述红外传感器被布置在所述表壳的侧凹槽内，其中该侧凹槽在外侧被大体上对所述红外辐射透明的凸耳(28)或壁(29)所封闭。
11.根据权利要求9的可佩戴设备，其特征在于，所述红外传感器被布置在所述表壳的侧凹槽内，其中该侧凹槽在外侧被大体上对所述红外辐射透明的凸耳(28)或壁(29)所封闭。
12.一种用于通过包括在可佩戴设备中的红外传感器测量环境温度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A)在特定时间段内，通过移动所述可佩戴设备，执行对来自所述可佩戴设备外部的红外辐射的多个测量，所述红外辐射冲击在所述红外传感器的有效表面上，其中所述红外传感器将多个测量信号传输到用于处理这些测量信号的电路；
B)通过所述处理电路，提供与所述多个测量信号的至少一部分对应的温度值；
C)针对所述温度值取平均值，以便获得被视为代表所述环境温度的平均温度值；
其中，所述方法用于通过被包括在所述可佩戴设备中的倾角计来测量地面基准方向与所述红外传感器的定向方向之间的角度；并且其特征在于，仅当所述定向方向位于特定角空间内时，所述红外传感器的控制电路才激活所述红外传感器，或者当所述定向方向在对应测量期间位于该角空间之外时，所述处理电路排除从所述红外传感器接收的测量信号。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述红外传感器被布置为至少在给定几何平面中，在至少二十度(20°)的孔径角内接收来自该可佩戴设备外部的红外辐射。
14.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述红外传感器被布置为至少在给定几何平面中，在至少三十五度(35°)的孔径角内接收来自该可佩戴设备外部的红外辐射。
15.根据权利要求12至14中的任一权利要求的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：消除位于所确定范围之外的测量信号或温度值。
16.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述地面基准方向是垂直轴，并且所述红外传感器的所述定向方向由所述红外传感器的有效表面的法向量限定；并且其特征在于，所述角空间由使该垂直轴作为中心轴的直立圆锥限定，所述角空间的顶点位于该圆锥的顶部。
17.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据在所述红外传感器的对应测量期间由所述倾角计测量的角度来对所述温度值加权。
18.根据权利要求12的方法，其特征在于，仅当所述控制电路确定所述红外传感器的所述定向方向与最后一个测量或最后多个测量相比已显著改变时，所述控制电路才激活所述红外传感器以便提供新的测量信号，或者所述处理电路通过选择这样的温度值而取所述平均值：这些温度值的至少一部分对应于显著不同的定向方向。
19.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述可佩戴设备被布置为佩戴在用户的手腕上；并且其特征在于，当环境温度测量功能有效时，定期地自动重复根据权利要求12至17中的任一权利要求的用于测量环境温度的方法。
20.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述可佩戴设备被布置为佩戴在用户的手腕上；并且其特征在于，当环境温度测量功能有效时，定期地自动重复根据权利要求12至17中的任一权利要求的用于测量环境温度的方法。
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