CN105556251A - 运动传感器 - Google Patents

Abstract

一种运动传感器，包括：外壳；旋转元件，所述旋转元件被固定于所述外壳并且被布置成响应于所述外壳在表面上的运动而绕所述旋转元件的旋转轴旋转；至少一个双极性磁体，所述至少一个双极性磁体被固定于所述旋转元件以便随旋转元件的所述旋转一起绕所述旋转元件的旋转轴旋转；以及换能器，所述换能器被固定于所述外壳并且与所述旋转元件并列，所述换能器被布置成响应于所述至少一个双极性磁体的所述旋转所导致的磁场变化而改变其输出电压。

Description

运动传感器

技术领域

本发明一般涉及运动传感器领域，且更具体地，涉及基于旋转设备内的一个或多个双极性磁体的部署的运动传感器。

背景技术

运动传感器常常被用于检测物体相对于表面的运动。例如，车辆中的速度计是一种响应于车辆车轮的旋转来检测沿路面的运动速度的运动传感器。运动传感器常被用于马达控制中以检测和控制马达的角动量。

此处结合来自纽约州奥兰治堡的Radiancy公司提供的no！no！电动剃刀来解说运动传感器的另一项应用，该电动剃刀被分别描述在美国专利序列号6,825,445、7,170,034、7,202,446、8,319,152、8,367,974以及8,389,906中，上述专利的每一个的所有内容通过引用合并与此。具体来说，为了避免皮肤灼伤，响应于检测到的运动对包括发热元件的刀头进行控制。

图1A示出电动剃刀10的实施例的高级示意图，电动剃刀10包括：壳20；第一滚筒30，其具有绕其圆周设置的凹槽35；发电机40；带50；控制器60；发热元件70；以及第二滚筒80，其可以简单地改为是轮子或其它固定的支撑(未示出)。壳20固定住第一滚筒30和第二滚筒80，以便于在与皮肤表面90并排时提供壳20的平滑滑行运动，从而允许沿皮肤在2个相对方向中的任意一个方向上的平滑运动，如箭头所示。在一些实施例中，允许仅在一个方向上的滑行以便于确保适当处理。

发电机40被耦合到控制器60的输入，而发热元件70被耦合到控制器60的输出。带50被布置成容纳在凹槽35内并且将凹槽35所经受的第一滚筒30的角动量转换给发电机40。控制器60由此接收到来自发电机40的电信号，该电信号的幅值和符号响应于外壳20沿皮肤表面90的运动的速度和方向。控制器60被布置成响应于检测到的运动来控制发热元件70，且具体来说，响应于检测到的第一滚筒30的运动来向发热元件70供电。可选地(未示出)，发热元件70的位置被进一步响应于控制器60来调整，这通常是通过响应于在预定行进方向上检测到的运动超过预定的最小值来将发热元件70和皮肤表面90之间的距离设置成剃须位置，并且在缺少这一检测到的运动时将发热元件70和皮肤表面90之间的距离设置成准备位置来实现的。第二滚筒80提供对于外壳20相对于皮肤表面90的第二滚动支撑。

然而，使用带50来将第一滚筒30的运动转换给发电机50是麻烦的并且导致故障，因为从皮肤表面90剃下的毛发很容易阻碍其平滑的运动。将发电机50集成到第一滚筒30内是昂贵的，因为这需要与旋转体的电气连接。

图1B示出了电动剃刀100的实施例的高级示意图，其与图1A中的电动剃刀10在所有方面都类似，除了提供了多个发热元件70，并且电动剃刀100附加地展示了供电线110。供电线110可为电动剃刀100提供基于输电线的电源、DC电源和/或冷却液而不超出发明范围。

Lutz的美国公开的专利申请S/N2003/0128026(其全部内容通过引用合并与此)涉及用于感测转子位置以及在包括感测环形磁体以及两个模拟霍尔效应传感器的电动马达中的一较宽的速度范围内检测旋转速度的设备。对于感测环形磁体的需求增加了成本、可能限制分辨率并且还可能驱动最小尺寸限制。

Timken公司的世界知识产权组织国际公布WO2004/008075A2(其全部内容通过引用合并与此)涉及用于感测绝对角位置的装置和方法。一个或多个线性位置传感器被放置在轴或其它旋转部件的降低表面附近。轴的旋转改变了传感器和降低表面之间的气隙，由此生成可被处理以确定旋转部件的各个工作参数的信号。对降低表面的需求以及用于确保线性位置传感器的正确输出的材料需求增加了机械设计的复杂度，并且要求对线性位置传感器和降低表面的相对位置的谨慎控制，这也增加了成本。

可能期望以降低的成本提供被布置成检测旋转动作的运动传感器，优选地适合用于电动剃刀或其它美容/医疗治疗装置的运动传感器。

发明内容

因此，主要目的在于克服现有技术的缺点中的至少一些。这是通过在某些实施例中提供具有附连有一个或多个双极性磁体的旋转元件来实现的。还提供了被布置成响应于磁场变化该改变其输出电压的换能器，所述换能器于所述旋转元件并列，以便检测由于一个或多个双极性磁体的旋转导致的磁场变化。换能器的输出由控制器接收，该控制器被布置成响应于换能器的变化的输出来缺点旋转元件的角旋转。在一个实施例中，换能器是霍尔效应传感器。在其它实施例中，换能器中可存在不止一个传感器。

此处的各实施例实现了一种美容或医疗治疗设备，包括：外壳；控制器；响应于所述控制器的治疗元件；以及运动传感器，所述控制器被布置成接收来自所述运动传感器的信息并且响应于该信息调整所述治疗元件的操作，所述运动传感器包括：旋转元件，所述旋转元件被固定于所述外壳并且被布置成响应于所述外壳在要被治疗的皮肤表面上的运动而绕所述旋转元件的旋转轴旋转；至少一个双极性磁体，所述至少一个双极性磁体被固定在所述旋转元件内以便与旋转元件一起旋转；以及换能器，所述换能器固定于所述外壳并且与所述旋转元件并列，所述换能器被布置成读取所述至少一个双极性磁体的至少一个磁场分量(MFC)，并且提供指示所述旋转元件的旋转的输出信号。

在一个实施例中，所述至少一个双极性磁体的磁轴垂直于所述旋转轴，并且所述换能器平行于所述旋转轴。在一个进一步实施例中，所述至少一个双极性磁体包括被设置成彼此正交的两个双极性磁体，并且所述换能器由两个磁场传感器组成，并且每一个所述磁场传感器与所述两个双极性磁体中的特定的一个并列。在又一进一步实施例中，所述换能器是霍尔效应传感器，并且可选地，所述霍尔效应传感器是二维霍尔效应传感器和三维霍尔效应传感器中的一种。

在一个实施例中，所述美容或医疗治疗设备还包括被布置成接收所述换能器的输出信号的运动确定器，所述运动确定器被布置成响应于所述接收到的输出信号来确定所述外壳在所述表面上的运动的速率，并且输出所述关于所确定的运动的信息给所述控制器。在一个进一步实施例中，所述运动确定器被配置成缺点速度。在又一进一步实施例中，所述运动确定器被布置成确定所述外壳相对于所述皮肤表面的运动的方向。在又一进一步实施例中，所述运动确定器被布置成确定所述外壳在所述皮肤表面上的位置。在又一进一步实施例中，所述运动确定器被布置成确定以下中的至少两者：速度；所述外壳相对于所述皮肤表面的运动的方向；以及所述外壳在所述皮肤表面上的位置。

在一个实施例中，MFC彼此垂直。在另一实施例中，所述至少一个双极性磁体以所述旋转元件的旋转轴为中心。

此处的各独立实施例实现了一种运动传感器，包括：外壳；旋转元件，所述旋转元件被固定于所述外壳并且被布置成响应于所述外壳在表面上的运动而绕所述旋转元件的旋转轴旋转；至少一个双极性磁体，所述至少一个双极性磁体被固定于所述旋转元件内以便随旋转元件的所述旋转一起绕所述旋转元件的旋转轴旋转；以及换能器，所述换能器被固定于所述外壳并且与所述旋转元件并列，所述换能器被布置成响应于所述至少一个双极性磁体的所述旋转所导致的磁场变化而改变其输出电压。

在一个实施例中，所述至少一个双极性磁体包括被设置成彼此正交的两个双极性磁体。在另一实施例中，所述换能器是霍尔效应传感器。在一个进一步实施例中，所述霍尔效应传感器是二维霍尔效应传感器和三维霍尔效应传感器中的一种。

在一个实施例中，所述至少一个双极性磁体包括被设置成彼此正交的两个双极性磁体，并且所述换能器包括两个霍尔效应传感器，每一个所述霍尔效应传感器被设置成彼此正交。

在一个实施例中，所述运动传感器还包括被布置成接收所述换能器的输出信号的运动确定器，所述运动确定器被布置成响应于所述接收到的输出信号来确定所述外壳在所述表面上的运动的速率。在一个进一步实施例中，所述运动传感器被布置成响应于所述接收到的输出来确定所述旋转元件的旋转速率，所述运动的速率响应于所确定的旋转速率来确定。在另一进一步实施例中，所述运动确定器被布置成：接收来自所述换能器的至少一个磁向量分量；归一化所述接收到的至少一个磁向量分量；以及响应于经归一化的接收到的至少一个磁向量分量来确定所述运动速率。

在一个实施例中，所述运动传感器被适配成被放置在美容或医疗治疗设备中。在另一实施例中，所述运动传感器被适配成检测所述外壳在所述表面上的运动的速度和方向。在一个实施例中，所述旋转元件的直径小于20mm。在另一实施例中，所述旋转轴和所述换能器之间的距离小于20mm。

其它特征和优点会从以下附图和说明书中显现出来。

附图说明

为了更好地理解本发明并示出本发明可如何发挥作用，现在将纯粹作为示例地参考附图，其中相同的附图标记贯穿始终指示相应的元件或部件。

现在具体详细地参考附图，要强调的是，所示的细节是作为示例且只是出于对本发明的优选实施例的说明性讨论的目的，并且是为了提供什么被认为是对本发明的原理和概念方面最有用和容易理解的描述而呈现的。在这一点上，未尝试比基本理解本发明所必需的更详细地示出本发明的结构细节，参考附图的描述使得在实践中可如何实施本发明的若干形式对本领域技术人员而言是明显的。在附图中：

图1A示出基于发热元件的剃刀的高级框图，其中展示了带驱动的运动传感器；

图1B示出基于发热元件的剃刀的高级框图，其中展示了带驱动的运动传感器、多个发热元件以及供电线；

图2A示出具有单个双极性磁体的示例性运动传感器的高级框图；

图2B示出具有一对双极性磁体的示例性运动传感器的高级框图；

图3A示出采用图2B的运动传感器的图1A的基于发热元件的剃刀的实施例；

图3B示出采用图2B的运动传感器的图1B的基于发热元件的剃刀的实施例；

图4A-4C示出各种基于发热元件的剃刀，其中现有技术的运动传感器被替换为此处所描述的运动传感器；

图5A-5B示出被紧固到旋转元件的示例性双极性磁体的实施例与并列的换能器的传感器之间的某些关系的实施例；

图6A和6B示出运动传感器的示例性实施例的各个视图，其中旋转元件被实现为圆筒；

图7A-7G示出位于距传感器的不同距离处的根据旋转元件的旋转而旋转的一对正交的双极性磁体的绘图；以及

图8示出提供运动传感器的方法的高级流程图，且更具体地，示出运动确定器的操作的方法的细节。

具体实施方式

在详细地解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解本发明的应用不限于在以下描述中阐述或者在附图中示出的组件的构造和安排的细节。本发明适用于其他实施例或者适用于以各种方式实践或实现。同样，应当理解本文中所采用的词组和术语是出于描述目的，而不应被视为限制。

图2A示出示例性运动传感器200的高级框图，运动传感器200包括：外壳210；被布置成响应于在表面90上的运动而绕旋转轴230旋转的旋转元件220，旋转元件220被固定到外壳210并且被布置成响应于外壳210在表面250上的运动而旋转；双极性磁体240，其被固定到旋转元件220并且被布置成响应于旋转元件220的旋转而绕旋转轴230旋转。在一个实施例中，表面250是皮肤表面。换能器260被固定到外壳210并且与旋转元件220并列，并且被设置成足够靠近旋转元件220以便于响应于双极性磁体240的旋转所导致的磁场变化而改变其输出电压。运动确定器270被布置成接收换能器260的输出并且响应于换能器260的输出来确定外壳210相对于表面250的运动的速率，如以下将进一步描述的。运动确定器270被进一步布置成输出指示所确定的运动速率的信号。在一个实施例中，运动确定器270被进一步布置成确定外壳210相对于表面250运动的方向，并且进一步输出指示该运动方向的信号，指示运动方向的输出信号可与指示运动速率的输出信号组合，而不超出本发明的范围。

换能器260可由一个或多个霍尔效应传感器来实现，并且每一个霍尔效应传感器可以是一维霍尔效应传感器、二维(2D)霍尔效应传感器、或三维(3D)霍尔效应传感器，而不超出本发明的范围。有利的，2D或3D霍尔效应传感器或两个1D霍尔效应传感器可进一步提供要由运动确定器270来确定的方向信息。

运动确定器270可以ASIC、FPGA、控制器、通用微控制器、模拟电路、采用或不采用比较器、或状态机来实现，而不受限于此也不超出本发明的范围。以下将进一步描述运动确定器270的操作的细节。

术语双极性磁体意在包括具有不多于2个极的任何磁体。因此，例如，以上描述的感测环形磁体不被称为双极性磁体，因为其呈现4个或更多个极。条状磁体或碟装磁体都满足双极性磁体的定义。

图2B示出示例性运动传感器300的高级框图，运动传感器300类似于运动传感器200，除了提供了被设置成彼此成直角的一对双极性磁体240。另外，在一个实施例中，换能器260包括一对换能器，各自与特定的一个双极性磁体240并列。优选地，每一个换能器260是1D霍尔效应传感器。虽然运动传感器300示出一对双极性磁体240，但这不意味着以任何方式进行限定，3个或更多个磁体均匀地围绕旋转元件220分布并且布置成绕旋转轴230旋转也可被实现，而不超出本发明的范围。

图3A示出美容/医疗治疗装置400(诸如电动剃刀)的实施例，其可类似于电动剃刀10，除了运动传感器300被提供以代替带驱动的传感器。具有固定于其中的一个或多个双极性磁体(示出其中彼此成直角的两个双极性磁体240)的旋转元件220响应于外壳210沿表面90的运动而旋转。如箭头所指示的运动的速率(并且优选地运动的方向)由运动确定器270响应于换能器260来确定。控制器60与运动确定器270通信并且响应于所确定的运动和所期望的治疗方案来致动治疗元件280。

治疗元件280可包括一个或多个发热元件70、热源、光源、剃刀或任何类型的美容或医疗治疗机构，例如用于治疗皮肤或去除毛发的机构。可能存储多个或组合的这类治疗元件280，而不超出本发明的范围。

第二滚筒80是可选的，并且可由例如一个或多个支撑壁或外壳替代，使得仅使用一个滚筒。

图3B示出美容/医疗治疗装置450(诸如电动剃刀)的实施例，其可类似于电动剃刀100，除了运动传感器300被提供以代替带驱动的传感器。具有固定于其中的一个或多个双极性磁体(示出其中彼此成直角的两个双极性磁体240)的旋转元件220响应于外壳210沿表面90的运动而旋转。如箭头所指示的运动的速率(并且优选地运动的方向)由运动确定器270响应于换能器260来确定。控制器60与运动确定器270通信并且响应于所确定的运动并且根据所期望的治疗方案来致动多个治疗元件280。运动确定器270被示为与控制器60分开，但是将运动确定器270集成到控制器60中是优选的。

运动确定器270可检测外壳210的运动的位置、位移、速度、加速度、减速度、移动、以及方向中的一个或多个，而不超出本发明的范围。

此处提到的术语运动或运动的速率可表示以下中的一个或多个：移动、方向、位移、位置、距离、速度、加速度、以及减速度，并且可被实现为指示所提到的术语中的任意一个的一个或多个模拟/数字信号。

运动确定器270(其可被实现为控制器60的一部分)被布置成接收来自一个或多个换能器260的一个或多个信号，并检测感兴趣的运动的速率。例如，它可从一个磁体移动中检测出移动，或者从来自两个霍尔效应传感器(各自与滚筒220的一个特定双极性磁体240并列)的两个信号中检测出速度或滑行距离。

图4A-4C示出如题为“HairRemovalandRe-GrowthSuppressionApparatus”(毛发移除和抑制再生装置)的WIPO公布WO2013/011505(其所有内容通过应用合并与此)中所描绘的各种剃刀，其中现有技术的运动传感器被替换为本文所描述的运动传感器。图4A和4B各自示出带有毛发再生抑制的剃刀的特定实施例，剃刀包括：外壳210；治疗头510；旋转元件220和与旋转元件220并列的换能器260。一个或多个双极性磁体240(未示出)被固定到旋转元件220，如以上所描述的。图4C描绘了带有毛发再生抑制的剃刀的特定实施例，剃刀包括：外壳210；治疗头510；旋转元件220和与旋转元件220并列的换能器260。旋转元件220被示为管状或圆筒状元件，其中插入了彼此成直角的第一和第二双极性磁体240。

在一些进一步的细节中，图4A描绘了被放置在外壳210的任意一侧或两侧的一个或多个换能器260，其下方具有旋转元件220，诸如侧轮。图4B描绘了被放置在外壳210的正面和/或背面区域的一个或多个换能器260，其下方具有旋转元件220，诸如轮子或滚筒。图4C描绘了被放置在滚筒旋转元件220上方的换能器260，其中滚筒旋转元件220可处于外壳210的正面或背面区域，优选地被设置为不中断治疗头510的动作，其中旋转元件220可包括彼此成直角的两个双极性磁体240。

换能器260被优选地放置在旋转元件的旋转轴上方，并且其中运动传感器是美容或医疗治疗设备的一部分，并且表面是人的皮肤表面。以此方式，换能器260不干扰滚筒的滑行，并且在换能器和滚筒之间可存在小的气隙。双极性磁体240优选地被放置成与旋转轴垂直，并且以旋转轴为中心，以维持从滚筒220两侧的良好读数。期望的是使磁体尽可能地大以提供足够的磁场。换能器的传感器240优选地面向旋转轴并且被放置在双极性磁体240前面的中线中以最大化磁场读数。

图5A-5B示出被紧固到旋转元件220的示例性双极性磁体240的实施例与换能器260的传感器550之间的某些关系的实施例。参见图5A，轴560被定义在旋转轴230和换能器260的传感器550的中心之间。平行的磁场分量(MFC)565与轴560共线并且代表传感器550所读取的双极性磁体240的MFC。为了清楚，以上是以单个双极性磁体240来阐述的，但是可以理解，这可以是多个双极性磁体240实施例的一部分，其中有两个双极性磁体240，各自具有相关联的传感器550。在每一组磁体240/传感器550中，传感器550读取对应的MFC，并且可从两个MFC中推导出运动。双极性磁体240的平行磁场570被进一步描绘，示出与轴560成逆时针的约45°的角。垂直的MFC580(其余MFC565正交)表示由传感器550读取的双极性磁体240的垂直MFC。在另一实施例中，2D或3D传感器可读取两个MFC565和580，并且在这一实施例中，可通过使用单个双极性磁体240来推导运动。仅读取垂直MFC580而不是MFC565也是可能的，如所描绘的。在某些实施例中，平行的磁场分量(MFC)565读数在幅值上比垂直MFC580的读数更强，在这类实施例中，可使用两个MFC565，各自在其相应的相关联双极性磁体240之前。在同一换能器260上可存在若干个传感器550。

图5B示出与图5A相同的入射关系，其中另一双极性磁体240的平行磁场570与轴560成逆时针的约135°角。图5B可类似地表示第二传感器550所经受到的场，第二传感器550可与图5A的传感器550相同，然而与第二双极性磁体240并列。第一和第二双极性磁体240相对于彼此绕轴230旋转90°。因此，图5A和5B可示出单个实施例，其中提供了一对传感器550，各自与一对双极性磁体240中的一个相关联。第一和第二传感器550可被放置在换能器260的同一平面，换能器可被实现为PCB，其上焊接着两个传感器550，用于提供相应双极性磁体240的等同的MFC(优选的具有类似幅值)。

图6A和6B示出运动传感器的示例性实施例，其中旋转元件220被实现为圆筒，其中图6A示出旋转元件220与换能器260组合成的组装件，而图6B示出与图6A相同的布置，其中为了清楚，移除了旋转元件220。第一和第二双极性磁体240被提供在沿着圆筒220的轴向长度上的不同的对称位置，第一和第二双极性磁体240被设置到旋转元件220中，彼此成直角。第一和第二双极性磁体240的每一个都被示为圆柱形磁体，但不作为限制。换能器260展示出一对传感器550，各自分别与一个特定双极性磁体240对齐，并且与之并列，以便在相应的双极性磁体240随圆筒220绕旋转轴230旋转时感测变化的磁场。每一个传感器550的轴560被分别示为与每一个相应双极性磁体240的磁场570平行。进一步示出了双极性磁体240中的一个的平行MFC565。另一个双极性磁体240旋转开90°，并且相应的传感器550因而经受来自相关联的双极性磁体240的具有可忽略的量的MFC(沿图5B示出的方向)565。

以上是在其中提供了一对双极性磁体240(各自配备一个相关联的传感器550)的实施例中描述的，然而这不意在以任何方式进行限制，圆筒状的旋转元件220可配备一个单个双极性磁体240，而不超出本发明的范围。一个或多个传感器550可以是2D或3D传感器，诸如双1D、2D或3D霍尔效应传感器，并可因此提供来自单个双极性磁体240的方向信息。

图7A-7G示出描绘位于距传感器的不同距离处的根据旋转元件220的旋转而旋转的一对正交的双极性磁体240的绘图，其中x轴表示以度为单位的旋转位置，而y轴表示相应传感器的输出信号的幅值。双极性磁体240在各示例中为3mm长度，并且第一双极性磁体240的绘图被示为实线，而第二双极性磁体240的绘图被视为虚线。

图7A示出在1mm的传感器距离处的绘图，然而可能期望的是实现直径为5mm的滚筒220，使得滚筒220一方面可在皮肤的曲率上滑行，另一方面也不会过度地滑动或下沉到柔软的皮肤中。在滚筒220和磁体240被保护层覆盖的情况下，则磁体的长度可通常为3-4mm，因此不太可能传感器550会被布置成感测相距1mm的磁体，如图7A中所示，因为还需要用于允许滚筒移动的气隙。然而，如果这样的条件被实现，诸如通过不覆盖磁体240，或者涂敷非常薄的覆盖，则传感器550的信号可能大约如所示出的。图中较高斜率区域720可更被感兴趣，例如以便于感测和计算速度。如果是以等同于滚筒220的90度分辨率(即等同于滚筒220的圆周的四分之一)的准确性来确定速度或位置，则预先标识峰值可能足够了。在这样的实施例中，霍尔效应传感器260的输出可以例如由模拟比较器来与预定值作比较，以标识是否达到峰值730和731。可为每一个信号定义正和负的阈值，以便容易地确定滚筒220是否以及何时抵达各个90度位置中的一个。如果两个信号的最小和最大值的幅值的绝对值是大致相同的，则这两个信号的阈值可以是相同的。以此方式，对于5mm直径的滚筒，得到了约4mm的分辨率。可进一步响应于所检测到的峰值的顺序来确定移动的方向。例如，如果检测到第一传感器550的最大峰值，并且随后检测到第二传感器550的最小峰值，则这可被定义为负方向上的移动。峰值检测之间的时间可被测量，诸如通过使用微控制器或通过以硬件来实现定时器，这将导致通过测量检测到峰值之间的时间来确定速度。控制器60可被设置为具有预定的最大时间，或者最小速度，在从运动确定器270接收到时，这将导致控制器60在最大延迟时间(d/vmin)后停止治疗，其中d是峰值之间的最小距离分辨率，而vmin是所允许的最小速度。此外，考虑更周到的算法可允许在校准过程或设计阶段中学习信号的形状，以及根据信号强度计算每一时刻滚筒的相位。根据相位变化，可推导距离移动变化dx。可计算速度v，如果例如信号被每隔dt秒采用(dt可以是在例如500us-500ms的范围内)，则v＝dx/dt。因此，速度可被更快且以更高分辨率计算。然而，在信号具有较小斜率的位置处(诸如在区域710)可能存在限制，在这类情况下，较高斜率的信号可被读取。具体来说，如果存在彼此差90度相位的两个双极性磁体240，则很可能其中一个信号具有较高的斜率差。在诸如730和731之类的峰值位置，可能期望的是读取另一信号(该另一信号则不在峰值)以便更好地标识和追踪信号的斜率。由于双极性磁体240被固定，因此可能足以读取双极性磁体240中的一个的MFC的变化的速率，以便于计算例如速度或检测移动。为了检测移动的方向，则需要两个信号，因为它们中分开的任意一个在前后移动中对称，然而两个一起则取决于移动方向推动另一个。可制作一个查询表，其中滚筒的相位是第一和第二信号的函数。可采用类似的方法来感测一个磁体的两个MFC而不是感测两个MFC(每个磁体一个MFC)，信号之间的更大的差异可产生，并且图的形状也可能不同。

图7B示出在2mm的传感器距离处的绘图；可以看到，幅值比图7A的幅值小，然而较高斜率区域720保持在相对更大部分的信号中，几乎到达最小731和最大730峰值。这样的信号可被认为更接近于线性，并因此可更好地将信号的线性变化与实际运动相关联。由于此处的峰值相差90度，因此当一个信号处于最小或最大范围时，另一信号处于接近线性范围，并且可通过测量采样之间的差异来追踪其差异。由于噪声可能出现并且信噪比(SNR)可能受限制，因此线性逼近可简单化运动(诸如速度)的计算，并且改善响应时间。线性霍尔效应传感器可提供指示MFC强度的模拟信号。通过将这些信号读取到运动确定器270的微控制器实施例以及实施一个简单算法，可以高分辨率、在滚筒的每个相位、并且以低成本来计算速度。

图7C示出3mm传感器距离处的绘图；尽管幅值比图7A的幅值小得多(这是不太期望的)，但是较高斜率区域720接近于直线，因此在这些区域测得的变化dh除以采样速率可与速度紧密地成比例v～dh/dt。定义幅值(诸如通过校准或基于固定设置)可给出常数c，于是v＝c*dh/dt，其中dh从信号中的一个或两个的相关区域(诸如最大变化)中确定，并且可选的，信号可被归一化，使得它们的变化可被比较。

图7D示出4mm传感器距离处的绘图；通过将磁体分开仅多1毫米，信号的幅值与图7C的幅值相比小得多。因此，将双极性磁体240放置得靠近换能器260的霍尔效应传感器以便具有更大的幅值和更好的信号比的信号可能是有利的。

图7E示出6mm传感器距离处的绘图；虽然信号的幅值比图7D的信号小得多但是信号在零幅值区大致线性，并且保持近乎线性几乎直到最小/最大峰值。因此，即使将换能器260的传感器550放置在距双极性磁体2406mm处也是可能的。

图7F示出10mm传感器距离处的绘图；而图7G示出12mm传感器距离处的绘图；在这类实施例中，峰值区域可能变得更大而峰值更小，然而移动可仍然在同一时刻至少被一个传感器被检测到。速度测量准确性可能被限制，然而位置和方向可仍然被找出。可以看到，随着距离增加，幅值下降。此外，可以看到，对于每个绘图，注意到一个线性区，并且可发现一个其中幅值随旋转剧烈变化的区。

图7A示出了三个区，剧烈变化区710；线性区720；以及最大幅值区730，出于简化，这三个区被调出在图的正侧，可以理解，相同的命名出现在图的负侧。参见图7G，只有最大幅值区可清晰标识，因此紧密相隔的布置(诸如图7A-7E的布置)是优选的，以提供改善的辨识度。

图8示出提供运动传感器270的方法的高级流程图，更具体地，示出运动确定器的操作的方法的细节。在步骤1000，提供被布置成相对于表面滚动的装置，该装置配备有布置成在装置相对于表面滚动时旋转的旋转元件。至少一个双极性磁体附连到该旋转元件并被布置成与其一起旋转。

在步骤1010，传感器(诸如霍尔传感器，其可以是1D、2D或3D线性传感器)与步骤1000的旋转元件并列，并且被布置成响应于一个或多个双极性磁体的旋转所导致的MFC的变化而改变其输出电压(或其它指示信号，诸如数字字)。传感器可以是多个单独的传感器，各自可与一个特定双极性磁体相关联。优选地，传感器被放置离开在滚筒在其上滑行的平面的某一点处。这允许滚筒成为外壳的一部分，不减少外壳的宽度，并且不太可能接触设备在其上滑行的表面(皮肤)。因此，传感器在表面的上方(或至少在较高的层)，例如其可被放置在表面的对角，但是指向滚筒的中心。这还允许将滚筒内的磁体放置在其圆筒中的选定位置(仍然优选地在滚筒的中心，如果从侧视图看的话)，并且不需要靠近其边缘中之一，如果期望从滚筒的两个侧切面之一来测量磁场，则就将是这种情况。将传感器放置在滚筒上方(如此处所描述的，不是与滚筒旋转轴共线)还将允许形成预设的气隙，该气隙影响磁体和传感器之间的距离，这一气隙优选地在滚筒上方或者大约在滚筒的中心上方，使得它不太可能诸如被毛发去除设备中的毛发弄脏，因为它更远离表面。

在可选的步骤1020中，执行初始校准来标识步骤1010的传感器对于步骤1000的选择元件的至少一次完整旋转所读取的最大和最小强度值并将其存储在存储器中，或者至少一个信号的最小/最大峰值的阈值值可被存储或预定义以在信号的改变之间转换以计算实际的速度或距离。在一些实施例中，关系可以被视为线性的，或者可实现查询表(根据该查询表可计算速度或距离)，或者可实现用于响应于信号的变化来测量任何运动指示的其它指示性数据，而不超出本发明的范围。

在步骤1030，响应于旋转元件的旋转，从阶段1010的传感器读取至少两个MFC强度值，读取的值标记磁向量组件(MVC)。MVC可以是模拟电压或数字字或者描述MFC读数的其它信号。优选的是读取两个MFC，以便确定诸如方向之类的运动(为此需要至少两个MFC)以及速度和距离(这可能最好使用每一时刻的两个MFC来计算)，然而在一些实施例中，用1D传感器来读取一个MFC可能已足够确定存在运动以及找出位置/速度，即使这具有较低的准确性并且不能直接推导表面90上的运动的方向，即滑行的方向。

在可选步骤1040，响应于阶段1020的校准对读数值归一化以获得经归一化的MVC(NMVC)。在其中使用两个传感器和两个磁体并且它们具有导致所得到的MVC变化的实质性的容差的实施例中，可选阶段1040可能被需要。然而，如果两个磁体被固定在相对于它们的传感器的等同位置，并且它们的容差较小，则预期的最小/最大峰值可预先被确定，并且在例如这种情况下，可不需要校准或归一化。然而，这一归一化和/或校准仍然能够提高准确性，诸如计算速度的准确性。

在步骤1050，响应于MVC来确定步骤1000的装置的运动的速度，在执行可选步骤1040的情况下，这是借助于NMVC来实现的。在一个实施例中，最接近最大幅值的传感器读数被无视，而正交传感器读数被使用，因为正交读数可能处于大致线性或近线性区。也可实现用于计算运动的其它算法，诸如使用一个或多个阈值、计算信号的斜率、使用阈值、执行线性或非线性逼近或估算、使用软件和/或硬件形式的过滤器。还可确定除了速度以外的其它度量，因此可能需要找出滚筒的距离或位置，以便例如在指定的皮肤位置处提供有限的治疗，并且在这种情况下，速度不需要被找出。

在步骤1060，响应于MVC来标识运动的方向。具体来说，可基于至少两个正交MVC的随时间的至少2个读数来确定方向。

如果速度和方向都是需要的，则步骤1050和1060可进行，例如可替代地诸如通过查询表或相位逼近根据MVC图上的MVC位置来计算位置，随后可在不计算速度的情况下找出方向和位置，这可允许以更低时间速率来对传感器采样或者不知晓采样何时发生，诸如不在固定的实时间隔而是根据需要来采样。然而，如果传感器没有以正确的速率采样，而滚筒已在不受传感器监视的情况下经过了大于360度(一整圈)，则可能无法知晓滚筒所行经的准确位置或距离。

因此，基于与旋转元件一起旋转的至少一个双极性磁体，可确定速度和方向以及其它运动指示。

美容/医疗治疗装置可指的是具有外壳的设备，或者具有若干组件的装置，诸如连接到固定单元的手持机头(HP)，其中HP可形成例如此处所描述的外壳。因此，传感器可被实现在独立的消费者设备以及专业装备中。

应当理解，为了清楚起见在单独的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可在单个实施例中被组合地提供。相反，为简洁起见而在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可分开地或以任何适当的子组合来提供。在本申请的权利要求书中和本发明的说明书中，除了上下文由于表达语言或必要的含义而要求的，术语“包括”或诸如“包含”或“含有”的变型用于包括的意思，即，在本发明的各实施例中，具体化列出的特征的存在，但不排除其他特征的存在或增加。

除非另行定义，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有如本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。尽管可在实践或测试本发明时使用类似于或等效于本文所描述的方法，但是合适的方法在本文中进行了描述。

本文中提到的所有出版物、专利申请、专利、以及其它引用文献通过引用整体结合于此。在冲突的情况下，包括定义的专利说明书将优先。另外，材料、方法、以及示例仅是说明性的，而不旨在进行限制。没有承认任何参考文献构成现有技术。对引用文件的讨论描述的是它们的作者的声称，申请人保留质疑任何引用的文件的准确性和相关性的权利。应清楚理解，尽管这里提到多个现有技术难题，但这种参考并不构成对这些文献中任何文献在任何国家形成本领域公职常识部分的承认。

本领域技术人员将理解，本发明不限于在上文中具体示出和描述的内容。确切而言，本发明的范围由所附权利要求书限定，并且包括上述各种特征的组合和子组合以及本领域技术人员在阅读上述描述后将理解的其变体和修改。

Claims (24)

1.一种美容或医疗治疗设备，包括：

外壳；

控制器；

响应于所述控制器的治疗元件；以及

运动传感器，所述控制器被布置成接收来自所述运动传感器的信息并且响应于该信息调整所述治疗元件的操作，

所述运动传感器包括：

旋转元件，所述旋转元件被固定于所述外壳并且被布置成响应于所述外壳在要被治疗的皮肤表面上的运动而绕所述旋转元件的旋转轴旋转；

至少一个双极性磁体，所述至少一个双极性磁体被固定在所述旋转元件内以便与旋转元件一起旋转；以及

换能器，所述换能器固定于所述外壳并且与所述旋转元件并列，所述换能器被布置成读取所述至少一个双极性磁体的至少一个磁场分量(MFC)，并且提供指示所述旋转元件的旋转的输出信号。

2.如权利要求1所述的美容或医疗治疗设备，其特征在于，所述至少一个双极性磁体的磁轴垂直于所述旋转轴，并且所述换能器平行于所述旋转轴。

3.如权利要求2所述的美容或医疗治疗设备，其特征在于，所述至少一个双极性磁体包括被设置成彼此正交的两个双极性磁体，并且所述换能器由两个磁场传感器组成，并且所述磁场传感器中的每一个与所述两个双极性磁体中的特定的一个并列。

4.如权利要求3所述的美容或医疗治疗设备，其特征在于，所述换能器是霍尔效应传感器。

5.如权利要求4所述的美容或医疗治疗设备，其特征在于，所述霍尔效应传感器是二维霍尔效应传感器和三维霍尔效应传感器中的一种。

6.如前述权利要求中的任意一项所述的美容或医疗治疗设备，其特征在于，还包括被布置成接收所述换能器的输出信号的运动确定器，所述运动确定器被布置成响应于所述接收到的输出信号来确定所述外壳在所述表面上的运动的速率，并且输出所述关于所确定的运动的信息给所述控制器。

7.如权利要求6所述的美容或医疗治疗设备，其特征在于，所述运动确定器被布置成确定速度。

8.如权利要求6所述的美容或医疗治疗设备，其特征在于，所述运动确定器被布置成确定所述外壳相对于所述皮肤表面的运动的方向。

9.如权利要求6所述的美容或医疗治疗设备，其特征在于，所述运动确定器被布置成确定所述外壳在所述皮肤表面上的位置。

10.如权利要求6所述的美容或医疗治疗设备，其特征在于，所述运动确定器被布置成确定以下中的至少两者：速度；所述外壳相对于所述皮肤表面的运动的方向；以及所述外壳在所述皮肤表面上的位置。

11.如权利要求1所述的美容或医疗治疗设备，其特征在于，所述MFC彼此垂直。

12.如权利要求1所述的美容或医疗治疗设备，其特征在于，所述至少一个双极性磁体以所述旋转元件的旋转轴为中心。

13.一种运动传感器，包括：

外壳；

旋转元件，所述旋转元件被固定于所述外壳并且被布置成响应于所述外壳在表面上的运动而绕所述旋转元件的旋转轴旋转；

至少一个双极性磁体，所述至少一个双极性磁体被固定于所述旋转元件内以便随旋转元件的所述旋转一起绕所述旋转元件的旋转轴旋转；以及

换能器，所述换能器被固定于所述外壳并且与所述旋转元件并列，所述换能器被布置成响应于所述至少一个双极性磁体的所述旋转所导致的磁场变化而改变其输出电压。

14.如权利要求13所述的运动传感器，其特征在于，所述至少一个双极性磁体包括被设置成彼此正交的两个双极性磁体。

15.如权利要求13所述的运动传感器，其特征在于，所述换能器是霍尔效应传感器。

16.如权利要求15所述的运动传感器，其特征在于，所述霍尔效应传感器是二维霍尔效应传感器和三维霍尔效应传感器中的一种。

17.如权利要求13所述的运动传感器，其特征在于，所述至少一个双极性磁体包括被设置成彼此正交的两个双极性磁体，并且所述换能器包括两个霍尔效应传感器，每一个所述霍尔效应传感器被设置成彼此正交。

18.如前述权利要求13-17中的任意一项所述的运动传感器，其特征在于，还包括被布置成接收所述换能器的输出信号的运动确定器，所述运动确定器被布置成响应于所述接收到的输出信号来确定所述外壳在所述表面上的运动的速率。

19.如权利要求18所述的运动传感器，其特征在于，所述运动传感器被布置成响应于所述接收到的输出来确定所述旋转元件的旋转速率，所述运动的速率响应于所确定的旋转速率来确定。

20.如权利要求18所述的运动传感器，其特征在于，所述运动确定器被布置成：

接收来自所述换能器的至少一个磁向量分量；

归一化所述接收到的至少一个磁向量分量；以及

响应于经归一化的接收到的至少一个磁向量分量来确定所述运动速率。

21.如权利要求13或14所述的运动传感器，其特征在于，所述运动传感器被适配成被放置在美容或医疗治疗设备中。

22.如权利要求13或14所述的运动传感器，其特征在于，所述传感器被适配成检测所述外壳在所述表面上的运动的速度和方向。

23.如权利要求13所述的运动传感器，其特征在于，所述旋转元件的直径小于20mm。

24.如权利要求13所述的运动传感器，其特征在于，所述旋转轴和所述换能器之间的距离小于20mm。