CN106659384A - 环形皮肤传感器 - Google Patents

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Abstract

一种传感和逻辑系统包括环形、导电皮肤传感器以及由该环形、导电皮肤传感器围绕的电组件，该环形导电皮肤传感器被定制大小和形状以形成与人类皮肤的电连接。

Description

环形皮肤传感器
背景
导电皮肤传感器可被结合到各种不同电子设备中。
附图简述
图1A、1B、2A和2B示出了示例性可穿戴电子设备。
图3是示例计算设备的框图。
详细描述
导电皮肤传感器，亦称皮肤电反应(GSR)接触，可被包括在诸如腕带的可穿戴电子设备中。例如，GSR接触可被用于检测压力水平或该设备的穿戴者的其它特性。被包括以测量皮肤电阻的两个导电的皮肤传感器，如果被保持与穿戴者的皮肤的恒定接触，就可提供更精确的测量。然而，在给定手腕移动并且不同用户的手腕的形状和尺寸不同的情况下，可能难以维持两个传感器与皮肤紧密接触。为提供用户皮肤电阻的精确测量，一些导电皮肤传感器可做得更大而且多节以改善与用户皮肤的接触。
在另一示例中，传感和逻辑系统包括环形导电皮肤传感器以及由该环形导电皮肤传感器围绕的电组件，该环形导电皮肤传感器被定制大小和形状以形成与人类皮肤的电连接。
该导电皮肤传感器可以是环形的，以便基本上围绕期望的电组件。在一些示例中，期望的电组件是这样的组件，其还必须被置于接近穿戴者的皮肤，诸如光学心率传感器。这样，通过将导电皮肤传感器提供于围绕另一身体传感组件，该导电皮肤传感器连同附加的身体传感组件可被保持与皮肤接触。此外，在某些示例中，期望的电组件可以是非柔性的，诸如光学心率传感器、功率连接器或其它组件。通过将该非柔性导电皮肤传感器和可穿戴电子设备的其它非柔性的组件结构上对齐，该可穿戴电子设备中存在的非柔性区域的数量可被减少。通过提供更柔性且舒适的可穿戴设备，这可有益于用户体验。
一个导电皮肤传感器可被置于可穿戴电子设备的第一侧(例如，在手腕的下侧)而另一导电皮肤传感器可被置于该设备的对侧(例如，手腕的顶侧)。可穿戴电子设备的柔性和闭锁方面可被配置，使得两个导电皮肤传感器被保持与穿戴者的皮肤密切接触。
尽管以下在便携式可穿戴电子设备的上下文中描述，但本公开的导电皮肤传感器的示例可用不同类型的传感和逻辑系统来实现。例如，导电皮肤传感器可被用于不打算被用户穿戴的，以及替代地打算被用户通过将身体部分(例如，手或脚)放置在导电皮肤传感器上来接触的静止或移动装备中。
图1A和1B示出了可穿戴电子设备10形式的示例传感和逻辑系统的各个方面。所示的设备是带状的并且可被戴在手腕上。设备10包括连接欠弯曲区域14的至少四个弯曲区域12。在一些示例中，设备10的弯曲区域可以是弹性体的。紧固部件16A和16B被布置在设备的两端。弯曲区域和紧固部件使该设备能够被闭合成环并且被佩戴在用户的手腕上。在其他实现中，更加伸长的带状可穿戴电子设备可被穿戴在用户的二头肌、腰、胸、踝、腿、头或身体其他部分上。例如，该设备可采取眼镜、头带、袖标、护踝带、胸带或植入组织中的植入式设备的形式。
可穿戴电子设备10包括集成在区域14中的各种功能组件。具体地，该电子设备包括计算系统18、显示器20、扬声器22、通信套件24以及各种传感器。这些组件从一个或多个能量存储单元26中汲取能量。电池(例如锂离子电池)是适合该目的的一种类型的能量存储单元。替代的能量存储单元的示例包括超级以及究极电容器。如附图所示，在佩戴于用户手腕上的设备中，该能量存储单元可被弯曲以适合手腕。
一般而言，能量存储单元26可以是可替换的和/或可再充电的。在一些示例中，再充电能量可通过通用串行总线(USB)端口30提供，该端口包括磁性锁来可释放地固定互补的USB连接器。在其他示例中，该能量存储单元可通过无线感应或环境光充电来再充电。在又一些其他示例中，该可穿戴电子设备可包括机电部件以通过用户偶然的或有意的身体运动对能量存储单元充电。例如，电池或电容器可通过集成进设备10中的机电发电机来被充电。该发电机可被机械电枢驱动，当用户移动并且穿戴设备10时该机械电枢转动。
在可穿戴电子设备10中，计算系统18位于显示器20之下并且可操作地耦合到该显示器，以及扬声器22、通信套件24和各种传感器。该计算系统包括数据存储机27来保持数据和指令以及逻辑机28来执行指令，参考图3进一步描述该计算系统的各个方面。
显示器20可以是任何合适类型的显示器。在一些配置中，可使用轻薄、低功耗发光二极管(LED)阵列或液晶显示(LCD)阵列。在一些实现中，LCD阵列可从背后照亮。在其他实现中，反射式LCD阵列(例如，硅上的液晶，LCOS阵列)可经由环境光从正面照亮。弯曲显示器也可被使用。此外，AMOLED或量子点显示器可被使用。
通信套件24可包括任何适当的有线或无线通信部件。在图1A和1B中，该通信套件包括USB端口30，其可被用于在可穿戴电子设备10和其他计算机系统之间交换数据以及提供再充电电能。该通信部件可进一步包括双向蓝牙、Wi-Fi、蜂窝、近场通讯和/或其他无线电设备。在一些实现中，该通信套件可包括额外的针对光通信、视距(例如，红外)通信的收发机。
在可穿戴电子设备10中，触摸屏传感器32与显示器20耦合并且被配置成接收来自用户的触摸输入。该触摸屏可以是电阻式、电容式或基于光学的。按钮传感器可被用于探测可包括摇臂的按钮34的状态。来自按钮传感器的输入可被用于执行主页键或开关特征、控制音频音量、打开或关闭话筒或其它功能。
图1A和1B示出了可穿戴电子设备10的各种其他传感器。这样的传感器包括话筒36、可见光传感器38、紫外线传感器40、以及环境温度传感器42。话筒向计算系统18提供可被用于测量环境声级或接收来自穿戴者的语音命令的输入。来自可见光传感器、紫外线传感器和环境温度传感器的输入可被用于评估穿戴者所处环境的各方面——即温度、整体照明水平以及该穿戴者在室内或在室外。
图1A和1B示出了当可穿戴电子设备10被穿戴时接触穿戴者的皮肤的一对环形接触传感器模块44A和44B。环形接触传感器模块可包括独立的或协作的传感器元件来提供多个传感功能。例如，环形接触传感器模块可提供测量用户的皮肤的电阻和/或电容的电阻和/或电容传感功能。计算系统18可使用这样的输入来评估该设备是否正被穿戴、用户的压力水平，或其它属性。在一些实现中，该传感功能可被用于确定可穿戴电子设备正被多紧密地穿戴着。在所示的配置中，两个环形接触传感器模块之间的间隔提供用于皮肤电阻的更准确的测量的相对较长的电气路径长度。在一些示例中，环形接触传感器模块也可提供穿戴者的皮肤温度的测量。在所示配置中的被布置在环形接触传感器模块44B内部的是以光学脉搏率传感器模块46为形式的一个电子元件。光学脉搏率传感器可包括LED发射器和匹配的光电二极管以便检测通过皮肤中毛细血管的血流并从而提供穿戴者的脉搏率的测量。被布置在环形接触传感器模块44A内部的是以USB端口30为形式的一个电组件。
可穿戴电子设备10可同样包括诸如加速计48、陀螺仪50、以及磁力计51之类的运动传感部件。该加速计和陀螺仪可提供沿三条正交轴的惯性和/或旋转速率数据以及关于三条轴的旋转数据，作为结合的六个自由度。例如，该传感数据可被用于提供步数计/卡路里计数功能。来自加速计和陀螺仪的数据可与来自磁力计的地磁数据结合以便进一步定义惯性和按照地理方位的旋转数据。该可穿戴电子设备可同样包括全球定位系统(GPS)接收机52来确定穿戴者的地理位置和/或速度。在一些配置中，GPS接收机的天线可以是相对柔性的并且延伸到弯曲区域12。
计算系统18经由本文所述的传感功能被配置成获取关于可穿戴电子设备10的穿戴者的各种形式的信息。必须怀着对穿戴者的隐私的最大的尊敬来获取及使用这样的信息。因此，传感功能可在穿戴者的选择参与的约束下被实施。在其中个人数据在设备上被收集并且为了处理而传输至远程系统的实现中，该数据可以是匿名化的。在其他示例中，个人数据可被限于可穿戴电子设备，并且只有非个人的汇总数据传输至远程系统。
图2A和2B分别示出图1A和1B(例如，可穿戴电子设备)的传感和逻辑系统的内表面的底部和顶部。可穿戴电子设备10以腕带的形式被示出，具有对应于腕带的内部分的当可穿戴电子设备在被用户穿戴时面对用户皮肤的内表面。
如上面解释的，该传感和逻辑系统可包括一个或多个环形接触传感器模块。在一个示例中，每个接触传感器模块可包括围绕电组件的一个导电皮肤传感器。如在图2A和2B中所示，传感和逻辑系统包括以下详细解释的两个接触传感器模块，第一接触传感器模块44A和第二接触传感器模块44B。每个接触传感器模块由腕带组件200来支撑。腕带组件200可包括，一个或多个柔性区域12和一个或多个较不柔性区域14，如以上解释的。
现在参见第一接触传感器模块44A，其被包括在图2A中所示的可穿戴电子设备10的内表面的底部。第一接触传感器模块44A包括围绕光学脉搏率传感器46的第一环形、导电皮肤传感器202，其被定制大小和形状以与人类皮肤接触。
第一皮肤传感器202测量皮肤的导电率，其依赖于皮肤湿度(例如，汗)而改变，也称为皮肤电反应或皮肤电势。第一皮肤传感器202包括电耦合到设备(例如，计算系统18)的电极，该设备被配置用于测量皮肤传感器的电极和第二远侧放置的(被包括作为以下描述的第二皮肤传感器204的一部分的)电极之间的电阻。该电极可包括第一皮肤传感器202的外表面并且可用任何合适的金属或金属合金来构造，诸如在一个示例中为铝。第一皮肤传感器202的朝外的表面可被抛光(例如，使用缎面抛光)以提供对于穿戴者的皮肤而言舒服的光滑表面。此外，在一些示例中，第一皮肤传感器202的该朝外的表面可包括多个突起和/或粗抛光以确保与穿戴者的皮肤接触。
第一皮肤传感器202可以一般地为环形，以围绕光学脉搏率传感器46。第一皮肤传感器202可包括任何数量的直的和/或弯曲的段。例如，第一皮肤传感器202可一般地是具有圆角的矩形，一般地椭圆，一般地多边形等。此外，环形皮肤传感器不需要完全环绕内部的电组件。例如，U形、L形、或C形传感器可被使用。
第二接触传感器模块44B被包括在图2B中所示的可穿戴电子设备的内部的顶部。第二接触传感器模块44B包括围绕功率和数据连接器(诸如通用串行总线(USB)口30)的第二环形导电皮肤传感器204，其被定制大小和形状以与人类皮肤接触。
第二皮肤传感器204可类似第一皮肤传感器202。例如，第二皮肤传感器204可以一般地为环形，以围绕USB口30。第二皮肤传感器204可包括任何数量的直的和/或弯曲的段，可一般地是具有圆角的矩形、一般地椭圆、一般地多边形，U形、L形、C形或可提供与用户皮肤的接触而不箍缩用户或不以其他方式造成用户不舒适的其它形状。
第二皮肤传感器204还包括电耦合到设备的电极，该设备被配置用于测量皮肤传感器的电极和第二远侧放置的电极(例如，第一皮肤传感器202的电极)之间的电阻。该电极可包括第二皮肤传感器204的外表面并且可用任何合适的金属或金属合金来构造，诸如在一个示例中为铝合金。第二皮肤传感器204的朝外的表面可被抛光(例如，使用缎面抛光)以提供对于穿戴者的皮肤而言舒服的光滑表面。此外，在一些示例中，第二皮肤传感器204的朝外的表面可包括多个突起和/或粗抛光以确保与穿戴者的皮肤接触和/或以促进与电能和数据连接器的连接。第一和第二皮肤传感器可相互相同，或者第一和第二皮肤传感器可互不相同(例如，在图2A和2B中所示)。不同可包括大小、形状、材料、抛光，或其它属性。
USB口30包括用于连接到功率和数据连接器的相关联的电接触的多个充电接触垫。充电接触垫可由导电材料(诸如金)形成并被安置在用非导电材料(诸如塑料)形成的框上。非导电材料可被用于隔离被提供到充电接触垫中的每一个以及从充电接触垫中的每一个提供的电功率和/或信号。充电接触垫可被电连接到可穿戴电子设备10内的一个或多个计算系统。例如，被配置成接收功率信号的接触垫可被电连接到电池(例如，图1A和1B的插入在第一和第二接触传感器模块之间的能量存储单元26)和/或再充电系统。被配置成接收数据信号的接触垫可被电连接到可穿戴电子设备10的逻辑系统和/或数据存储系统。
第一接触传感器模块44A和第二接触传感器模块44B可被相互以合适的距离隔开(例如，位于远侧)，以便提供皮肤传感器的电极和接触传感器模块之间的可测量电阻。此外，接触传感器模块可被放置以支撑皮肤传感器密切接触用户的皮肤。例如，接触传感器模块可被集成到可穿戴电子设备的相对的面中，使得皮肤传感器自然地保持与手腕的相对侧的皮肤接触。
此外，如先前所解释的，第一和/或第二导电皮肤传感器可被结合到可穿戴电子设备10的已非柔性的区域中，以减少该可穿戴电子设中存在的非柔性区域的数量。例如，如所示的，USB口30和第二导电皮肤传感器204是包括显示器20和附加组件的刚性显示模块206的组成组件。此外，光学脉搏率传感器46和第一导电皮肤传感器202是包括安全地关闭可穿戴电子设备10的闭锁机构的刚性扣模块210的组成组件。
在一些示例中，刚性扣模块210包括刚性或半刚性枕垫以容纳光学脉搏率传感器46和第一导电皮肤传感器202。该枕垫可包括弹簧、柔性涂敷，和/或将光学脉搏率传感器46和第一导电皮肤传感器202提升超过腕带组件200并迫使光学脉搏率传感器46和第一导电皮肤传感器202进入穿戴者的皮肤确保传感器和穿戴者的皮肤之间的密切接触的其它组件。
此外，计算系统18可被可操作地耦合到第一导电皮肤传感器和第二导电皮肤传感器的每一个，以便接收来自第一和第二导电皮肤传感器的输出以测量穿戴者的皮肤的电阻。计算系统18还可以被可操作地耦合到光学脉搏率传感器和通用串行总线口。
尽管第一导电皮肤传感器202以上被描述为围绕光学脉搏率传感器并被置于接近(作为刚性显示模块的一部分的)显示器，其它配置是可能的。例如，第一导电皮肤传感器202可围绕可穿戴电子设备的不同电组件，诸如GPS接收器、加速度计等，和/或可以是不同刚性模块(诸如刚性电池盒模块)的组成组件。类似地，第二导电皮肤传感器204可围绕不同于USB口的电组件和/或被包括在不同刚性模块中。
导电皮肤传感器和第一接触传感器模块的和/或第二接触传感器模块的电组件在一个示例中可一般地共面。在另一个示例中，电组件可相对于导电皮肤传感器稍微抬起或凹下(例如，小于1mm)。在又一个进一步示例中，电组件可相对于导电皮肤传感器显著抬起或凹下(例如，大于1mm)。
从前述描述中显而易见，本文所描述的方法和过程可被绑定到一个或多个机器的传感和逻辑系统。这样的方法和过程可被实现为计算机应用程序或服务、应用编程接口(API)、库、固件和/或其它计算机程序产品。图1A和1B示出了实施本文所述的方法与过程的传感和逻辑系统的一个非限制性示例。然而，如图3示意性地示出的，这些方法和过程可同样在其他配置和形成因素的传感和逻辑系统上执行。
图3示意性地示出了包括操作地耦合到计算系统314的传感器套件312的形状不受限的传感和逻辑系统310。该计算机系统包括逻辑机316和数据存储机318。该计算系统被操作地耦合到显示子系统320、通信子系统322、输入子系统324和/或在图3中未示出的其他组件。
逻辑机316包括被配置成执行指令的一个或多个物理设备。该逻辑机可被配置成执行作为以下各项的一部分的指令：一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构或其它逻辑构造。这种指令可被实现以执行任务、实现数据类型、转换一个或多个部件的状态、实现技术效果、或以其它方式得到期望结果。
逻辑机316可包括被配置成执行软件指令的一个或多个处理器。作为补充或替换，逻辑机可包括被配置成执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机。逻辑机的处理器可以是单核或多核，且在其上执行的指令可被配置为串行、并行和/或分布式处理。逻辑机的各个组件可任选地分布在两个或更多单独设备上，这些设备可以位于远程和/或被配置用于进行协同处理。逻辑机的各方面可由云计算配置的可远程访问的联网计算设备来虚拟化和执行。
数据存储机318包括被配置成保持可由逻辑机316执行以实现此处描述的方法和过程的指令的一个或多个物理设备。在实现此类方法和过程时，可变换数据存储机的状态(例如，保存不同数据)。数据存储机可包括可移动的和/或内置设备；它可包括光学存储器(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光碟等)、半导体存储器(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)、和/或磁性存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)、以及其他。该数据存储机可以包括易失性的、非易失性的、动态的、静态的、读/写的、只读的、随机存取的、顺序存取的、位置可定址的、文件可定址的、和/或内容可定址的设备。
将理解，数据存储机318包括一个或多个物理设备。然而，本文描述的指令的各方面可另选地通过不由物理设备在有限时长内持有的通信介质(例如，电磁信号、光信号等)来传播。
逻辑机316和数据存储机318的各方面可以被一起集成到一个或多个硬件逻辑组件中。这些硬件逻辑组件可包括例如现场可编程门阵列(FPGA)、程序和应用专用的集成电路(PASIC/ASIC)、程序和应用专用的标准产品(PSSP/ASSP)、片上系统(SOC)以及复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
显示子系统320可用于呈现由数据存储机318所保持的数据的视觉表示。该视觉表示可采用图形用户界面(GUI)的形式。由于此处所描述的方法和过程改变了由存储机保持的数据，并由此变换了存储机的状态，因此同样可以转变显示子系统320的状态以视觉地表示底层数据的改变。显示子系统320可以包括使用实质上任何类型的技术的一个或多个显示子系统设备。可将此类显示子系统设备与逻辑机316和/或数据存储机318组合在共享封装中，或者此类显示子系统设备可以是外围显示子系统设备。图1A和1B的显示器20是显示子系统320的一个示例。
通信子系统322可以被配置成将计算系统314与一个或多个其它计算设备可通信地耦合。通信子系统可以包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统可被配置成用于经由无线电话网络、局域或广域网和/或互连网来进行通信。图1A和1B的通信套件24是通信子系统322的一个示例。
输入子系统324可包括诸如键盘、鼠标、触摸屏或游戏控制器等一个或多个用户输入设备或者与这些用户输入设备对接。在一些实施例中，输入子系统可以包括所选择的自然用户输入(NUI)部件或与其对接。这种元件部分可以是集成的或外围的，并且输入动作的转导和/或处理可以在板上或板外被处理。NUI部件的示例可包括用于语言和/或语音识别的话筒；用于机器视觉和/或姿势识别的红外、色彩、立体显示和/或深度相机；用于运动检测和/或意图识别的头部跟踪器、眼睛跟踪器、加速计和/或陀螺仪；以及用于评估脑部活动的电场感测部件。图1A和1B的触摸屏传感器32和按钮34是输入子系统324的示例。
传感器套件312可包括如上参考图1A和1B所描述的一个或多个不同的传感器——例如触摸屏传感器、按钮传感器、话筒、可见光传感器、紫外光传感器、环境温度传感器、接触传感器、光学脉搏率传感器、加速计、陀螺仪、磁力计和/或GPS接收机。
将会理解，此处描述的配置和/或方法本质是示例性的，这些具体实现或示例不应被视为限制性的，因为许多变体是可行的。本文描述的具体例程或方法可以表示处理策略中的一个或多个。如此，所示或所述的各种动作可以被以所示或所述顺序、以其它顺序、并行地执行或者被省略。
本公开的主题包括各种过程、系统和配置以及本文公开的其他特征、功能、动作和/或属性、以及它们的任一和全部等价物的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

Claims (10)

1.一种传感和逻辑系统，所述传感和逻辑系统包括：
被定制大小和形状以形成与人类皮肤的电连接的环形、导电皮肤传感器；以及
由所述环形、导电皮肤传感器围绕的电组件。
2.如权利要求1所述的传感和逻辑系统，其特征在于，所述电组件包括功率和数据连接器。
3.如权利要求2所述的传感和逻辑系统，其特征在于，所述功率和数据连接器包括通用串行总线口。
4.如权利要求1所述的传感和逻辑系统，其特征在于，所述电组件包括不同于所述环形、导电皮肤传感器的第二传感器。
5.如权利要求1所述的传感和逻辑系统，其特征在于，所述第二传感器是光学脉搏率传感器。
6.如权利要求1所述的传感和逻辑系统，其特征在于，所述环形、导电皮肤传感器是第一环形、导电皮肤传感器，并且进一步包括相对于所述第一环形、导电皮肤传感器位于远侧的第二环形、导电皮肤传感器。
7.如权利要求6所述的传感和逻辑系统，其特征在于，所述第一环形、导电皮肤传感器和所述第二环形、导电皮肤传感器由腕带组件的相对部分支撑。
8.如权利要求6所述的传感和逻辑系统，其特征在于，所述电组件是第一电组件，并且其中所述第二环形、导电皮肤传感器围绕第二电组件。
9.如权利要求8所述的传感和逻辑系统，其特征在于，所述第二电组件和所述第二环形、导电皮肤传感器是刚性显示模块的组成组件，并且所述第一电组件和所述第一环形、导电皮肤传感器是刚性扣模块的组成组件。
10.如权利要求1所述的传感和逻辑系统，其特征在于，还包括耦合到所述环形、导电皮肤传感器和所述电组件的计算系统。
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