CN106943735A - 一种运动传感器和采集运动量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运动传感器和采集运动量的装置。所述运动传感器，包括腔体、红外发射管和红外接收管，所述红外发射管和所述红外接收管设置在腔体的两侧；所述腔体内装载有一定量的指定液体，使得在所述腔体中所述指定液体和空气各占一定比例；所述红外发射管，用于发射红外信号；所述红外接收管，用于接收所述红外发射管发射出来的红外信号；其中红外发射管所发射的红外信号经过所述腔体中的指定液体和空气到达红外接收管。本发明的技术方案可以实现活动量的精确采集。

Description

一种运动传感器和采集运动量的装置

技术领域

本发明涉及一种运动传感器和采集运动量的装置。

背景技术

目前典型的运动传感器一般包括压阻式运动传感器、电容式运动传感器和压电式运动传感器，其中压阻式运动传感器利用单晶硅材料的压阻效应制成，其受温度影响较大、工艺较复杂和造价高；电容运动传感器以具有可变参数的电容器为力敏感元件，其输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，且联接电路较复杂等；压电式运动传感器利用压电材料的压电效应制成的，其容易受到声音的干扰；而且其输出阻抗高，输出信号弱，传感器输出信号需要经过放大电路放大后才能送检测电路检测。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种运动传感器和采集运动量的装置。

依据本发明的一个方面，提供了一种运动传感器，包括腔体、红外发射管和红外接收管，所述红外发射管和所述红外接收管设置在腔体的两侧；所述腔体内装载有一定量的指定液体，使得在所述腔体中所述指定液体和空气各占一定比例；

所述红外发射管，用于发射红外信号；

所述红外接收管，用于接收所述红外发射管发射出来的红外信号；

其中红外发射管所发射的红外信号经过所述腔体中的指定液体和空气到达红外接收管。

优选地，所述腔体为球形容置腔。

优选地，当所述腔体为球形容置腔时，所述红外接收管与所述红外发射管之间的连线不经过球形容置腔的中心点。

优选地，所述腔体的材质是透明的玻璃或者塑料。

优选地，所述腔体两侧设置有固定卡槽，用于固定所述红外发射管和所述红外接收管。

根据本发明的另一个方面，提供了一种采集运动量的装置，该装置包括：转换电路、处理器和如上述中任一项所述的运动传感器；

运动传感器中的红外发射管，用于根据所述处理器发送的控制指令发射红外信号；

运动传感器中的红外接收管，用于接收所述红外发射管发射出来的红外信号，并根据红外信号产生相应的电流信号发送给转换电路；

所述转换电路，用于将来自所述红外接收管的电流信号转换为相应的电压信号，并将所述电压信号发送给所述处理器；

所述处理器，用于控制所述红外发射管发射红外信号，并接收所述转换电路发送的电压信号，并根据所述电压信号计算运动量。

优选地，所述转换电路包括采样电阻和A/D转换电路：

所述采样电阻，用于将所述红外接收管的电流信号转化为电压模拟信号；

所述A/D转换电路，用于将所述电压模拟信号转化为电压数字信号，并将所述电压数字信号发送给所述处理器。

优选地，所述处理器，还包括发送单元、接收单元、存储单元和计算单元；

所述发送单元，用于发送开始工作的控制指令给所述红外发射管；

所述接收单元，用于接收所述转换电路发送的电压信号；

所述存储单元，用于保存最大值和最小值的初始值，以及用于保存一定时间内来自所述转换电路的电压信号；以及用于保存所述计算单元计算的累加值；

所述计算单元，用于累加一定时间内接收到的电压值，并将累加得到的电压值保存到所述存储单元，计算每两个相同间隔的累加值的差值x_(n+m)-x_n，将所述差值的绝对值|x_(n+m)-x_n|与第一预设值进行比较，若|x_(n+m)-x_n|大于第一预设值，继续判断x_(n+m)-x_n是否大于零，若是，记录x_(n+m)为最大值；若否，记录x_(n+m)为最小值；重复上述操作，当所述累加值从上升阶段进入下降阶段时，确定不等于初始值的所述最大值和所述最小值；计算所述最大值与所述最小值的差值，并将所述最大值与最小值的差值与第二预设值进行比较，若所述差值大于第二预设值，那么记录一个活动量；若所述差值小于第二预设值，那么不记录活动量；将所述最大值与所述最小值设置为初始值，重复上述操作。

本发明的有益效果在于：通过在腔体两侧设置一组红外发射管和红外接收管，使得红外发射管所发射的红外信号经过所述腔体中的指定液体和空气到达红外接收管，通过检测红外接收管的电压值变化，实现被测物体活动量的精确采集。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例中的一种运功传感器的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例中的一种运功传感器的结构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例中的一种采集运动量的装置的结构示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例中的另一种采集运动量的装置的结构示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例中的一种采集运动量的装置100秒内采集到红外接收管的电压值的模拟仿真图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一：

图1示出了根据本发明一个实施例中的一种运功传感器的结构示意图，如图1所示，该运动传感器100包括腔体150、红外发射管110和红外接收管120，

所述红外发射管110和所述红外接收管120设置在腔体150的两侧；所述腔体150内装载有一定量的指定液体130，使得在所述腔体150中所述指定液体130和空气140各占一定比例；

所述红外发射管110，用于发射红外信号；

所述红外接收管120，用于接收所述红外发射管110发射出来的红外信号；

其中红外发射管110所发射的红外信号经过所述腔体150中的指定液体130和空气140到达红外接收管120。

通过图1可知，当运动传感器垂直静止时，红外发射管发射的红外信号经过的所述腔体内的液体与空气的比例是固定的，所以红外接收管接收固定的红外信号；当该运动传感器向某一方向运动时，由于重力作用，所述腔体内液体的液位发生变化，使得所述红外发射管发射的红外信号经过的所述腔体内的液体与空气的比例发生变化，导致所述红外接收管接收的信号发生变化，进而判断被测物体是否产生了运动。由图1可知，本发明设计的运动传感器设计成本低廉、操作便捷。

图2示出了根据本发明一个实施例中的一种运功传感器的结构示意图,如图2所示，在本发明的一个实施例中，腔体150为球形容置腔。当腔体150为球形容置腔时，红外接收管120与红外发射管110之间的连线不经过球形容置腔的中心点O。红外接收管120与红外发射管110之间的连线为P3，红外发射管110与球形容置腔中心点O之间的连线为P2，红外接收管120与球形容置腔中心点O之间的连线为P1，在腔体150两侧设置红外接收管120与红外发射管110的过程中，需要保证P3不经过球形容置腔的中心点O，也就是说P1与P2之间成一定的夹角。这样设置的目的在于，使得红外发射管发射的红外信号到达红外接收管的路径不经过所述球形容置腔的中心，需要说明的是，若红外发射管发射的红外信号到达红外接收管的路径经过所述球形容置腔的中心，则红外接收管接收红外发射信号后将不会产生相应的电流变化，将无法实时精确的采集被测物体的运动量。在此，需要进一步说明的是，腔体150的材质是透明的玻璃或者塑料。腔体150两侧设置有固定卡槽，用于固定所述红外发射管110和所述红外接收管120。

实施例二：

图3示出了一种采集运动量的装置的结构示意图，如图3所示，该装置200包括：转换电路210、处理器220和运动传感器100；

运动传感器100中的红外发射管110，用于根据所述处理器220发送的控制指令发射红外信号；

运动传感器100中的红外接收管120，用于接收所述红外发射管110发射出来的红外信号，并根据红外信号产生相应的电流信号发送给转换电路210；

所述转换电路210，用于将来自所述红外接收管120的电流信号转换为相应的电压信号，并将所述电压信号发送给所述处理器220；

所述处理器220，用于控制所述红外发射管110发射红外信号，并接收所述转换电路210发送的电压信号，并根据所述电压信号计算运动量。

通过图3可知，只要将运动传感器100安装在被测物体上，运动传感器100开始工作时，红外接收管120就会接收到红外发射管110发射的红外信号并产生相应的电流，转换电路210将产生的相应电流转换为相应的电压传送给处理器220，处理器220通过转换电路210获取的电压值，即可计算出被测物体的运动量，因此，运动传感器100可以实时采集被测物体的运动量。

需要说明的是，当腔体150内的液体与空气的比例大于1时，红外接收管120的电压值小于被测物体静止时的基准电压值；

当腔体150内的液体与空气的比例小于1时，红外接收管120的电压值大于被测物体静止时的基准电压值。

图4示出了另一种采集运动量的装置的结构示意图，如图4所示，转换电路210包括采样电阻211和A/D转换电路212：

采样电阻211，用于将红外接收管120的电流信号转化为电压模拟信号；

A/D转换电路212，用于将电压模拟信号转化为电压数字信号，并将电压数字信号发送给处理器220。

如图4所示，所述处理器220还包括发送单元221、接收单元222、存储单元223和计算单元224；

所述发送单元221，用于发送开始工作的控制指令给所述红外发射管110；

所述接收单元222，用于接收所述转换电路210发送的电压信号；

所述存储单元223，用于保存最大值和最小值的初始值，以及用于保存一定时间内来自所述转换电路210的电压信号；以及用于保存所述计算单元224计算的累加值；

所述计算单元224，用于累加一定时间内接收到的电压值，并将累加得到的电压值保存到存储单元223，计算每两个相同间隔的累加值的差值x_(n+m)-x_n，将所述差值的绝对值|x_(n+m)-x_n|与第一预设值进行比较，若|x_(n+m)-x_n|大于第一预设值，继续判断x_(n+m)-x_n是否大于零，若是，记录x_(n+m)为最大值；若否，记录x_(n+m)为最小值；重复上述操作，当所述累加值从上升阶段进入下降阶段时，确定不等于初始值的所述最大值和所述最小值；计算所述最大值与所述最小值的差值，并将所述最大值与最小值的差值与第二预设值进行比较，若所述差值大于第二预设值，那么记录一个活动量；若所述差值小于第二预设值，那么不记录活动量；将所述最大值与所述最小值设置为初始值，重复上述操作。

为了使本发明的方案更加清晰，下面举一个具体的例子进行解释说明。

红外接收管接收红外发射管发射的信号后产生相应的电流，然后通过采样电阻转变成电压信号接入A/D转换电路212，A/D转换电路212的输出端与处理器220连接红外发射管也与处理器220的I/O口连接。处理器220的发送单元221每隔1秒，通过I/O口发送周期为1毫秒(1ms)的20个脉冲信号给红外发射管。同时处理器220的接收单元222从A/D转换电路212中读取20个红外接收管的接收到的20个电压采样值，然后处理器220的计算单元224累加每1秒内接收到的20个电压采样值，并将累加20个电压采样值的和保存在处理器220的存储单元223中，也就是说每1秒的电压值是20个电压采样值累加之后的和。图5示出了根据本发明一个实施例中的一种采集运动量的装置100秒内采集到红外接收管的电压值的模拟仿真图，如图5所示，每一个点就代表每1秒的电压值是红外接收管1秒内接收到红外发射管发射的20个红外信号产生的电流对应的20个电压采样值累加之后的和。采集到如图5所示的100个数据后，进行如下处理以计算量化后的运动量：为了便于描述，以1组数据为例，假如这组数据为：X₁＝3、X₂＝5、X₃＝3、X₄＝1、X₅＝7、X₆＝3和X₇＝2，为了防止采集到的数据变化不明显，利用公式x_(n+m)-x_n计算每间隔1秒的数值的差值，即令m＝2，n＝1～7，并令最大值的初始值为0，最小值的初始值为10，第一预设值为1，第二预设值为5；计算X₃-X₁＝0、X₄-X₂＝-4、X₅-X₃＝4、X₆-X₄＝2、X₇-X₅＝-5，计算得出X₄-X₂的绝对值大于第一预设值1，且X₄-X₂小于0，且X₄小于最小值的初始值10，则记录X₄为最小值；计算得出X₅-X₃的绝对值大于第一预设值1，且X₅-X₃大于0，且X₅大于最大值的初始值0，则记录X₅为最大值；计算得出X₆-X₄的绝对值大于第一预设值1，且X₆-X₄大于0，但是X₆小于X₅，因此，此时的最大值依旧为X₅；计算得出X₇-X₅的绝对值大于第一预设值1，且X₇-X₅小于0，则判断为此时的数据从上升阶段变化到下降阶段，计算最大值X₅与最小值X₄的差值，即计算X₅-X₄＝6。进而判断出X₅-X₄的差值大于第二预设值5，则计数一个活动量。每计数一个运动量后，就将最大值和最小值设置为初始值，重复上述操作，找到下一时间内的最大值和最小值。

利用这种所述的方法，分析图5中的数据，将第一预设值设置为5，第二预设值设置为50，最大值的初始值设置为0，最小值的初始值设置为9999，那么可计算获得9个活动量。需要说明的是，第一预设值设置的目的在于找到一定时间内的最大值和最小值；第二预设值设置的目的是为了将小小的波动排除，精确计数运动量，提高运动传感器的灵敏度。

需要说明的是，为了延长运动传感器的使用寿命，处理器220给红外发射管发送脉冲控制信号，在此，需要进一步说明的是，只有处理器220给红外发射管发送控制信号时，红外发射管才开始工作，当处理器220未给红外发射管发送控制信号时，红外发射管处于休眠状态。

综上所述，通过在腔体两侧设置一组红外发射管和红外接收管，使得红外发射管所发射的红外信号经过所述腔体中的指定液体和空气到达红外接收管，当运动传感器垂直静止时，红外发射管发射的红外信号经过的所述腔体内的液体与空气的比例是固定的，所以红外接收管接收固定的红外信号；当该运动传感器向某一方向运动时，由于重力作用，所述腔体内液体的液位发生变化，使得所述红外发射管发射的红外信号经过的所述腔体内的液体与空气的比例发生变化，导致所述红外接收管接收的信号发生变化，进而判断被测物体是否产生了运动；然后，通过检测红外接收管的电压值变化，实现被测物体活动量的精确采集。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种运动传感器，包括腔体、红外发射管和红外接收管，其特征在于：

所述红外发射管和所述红外接收管设置在腔体的两侧；所述腔体内装载有一定量的指定液体，使得在所述腔体中所述指定液体和空气各占一定比例；

所述红外发射管，用于发射红外信号；

所述红外接收管，用于接收所述红外发射管发射出来的红外信号；

其中红外发射管所发射的红外信号经过所述腔体中的指定液体和空气到达红外接收管。

2.如权利要求1所述的运动传感器，其特征在于，所述腔体为球形容置腔。

3.如权利要求2所述的运动传感器，其特征在于，

当所述腔体为球形容置腔时，所述红外接收管与所述红外发射管之间的连线不经过球形容置腔的中心点。

4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述腔体的材质是透明的玻璃或者塑料。

5.如权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述腔体两侧设置有固定卡槽，用于固定所述红外发射管和所述红外接收管。

6.一种采集运动量的装置，其特征在于，该装置包括：转换电路、处理器和如权利要求1-5中任一项所述的运动传感器；

运动传感器中的红外发射管，用于根据所述处理器发送的控制指令发射红外信号；

运动传感器中的红外接收管，用于接收所述红外发射管发射出来的红外信号，并根据红外信号产生相应的电流信号发送给转换电路；

所述转换电路，用于将来自所述红外接收管的电流信号转换为相应的电压信号，并将所述电压信号发送给所述处理器；

所述处理器，用于控制所述红外发射管发射红外信号，并接收所述转换电路发送的电压信号，并根据所述电压信号计算运动量。

7.如权利要求6所述的电子装置，其特征在于，所述转换电路包括采样电阻和A/D转换电路：

所述采样电阻，用于将所述红外接收管的电流信号转化为电压模拟信号；

所述A/D转换电路，用于将所述电压模拟信号转化为电压数字信号，并将所述电压数字信号发送给所述处理器。

8.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，

所述处理器，还包括发送单元、接收单元、存储单元和计算单元；

所述发送单元，用于发送开始工作的控制指令给所述红外发射管；

所述接收单元，用于接收所述转换电路发送的电压信号；

所述存储单元，用于保存最大值和最小值的初始值，以及用于保存一定时间内来自所述转换电路的电压信号；以及用于保存所述计算单元计算的累加值；

所述计算单元，用于累加一定时间内接收到的电压值，并将累加得到的电压值保存到所述存储单元，计算每两个相同间隔的累加值的差值x_(n+m)-x_n，将所述差值的绝对值|x_(n+m)-x_n|与第一预设值进行比较，若|x_(n+m)-x_n|大于第一预设值，继续判断x_(n+m)-x_n是否大于零，若是，记录x_(n+m)为最大值；若否，记录x_(n+m)为最小值；重复上述操作，当所述累加值从上升阶段进入下降阶段时，确定不等于初始值的所述最大值和所述最小值；计算所述最大值与所述最小值的差值，并将所述最大值与最小值的差值与第二预设值进行比较，若所述差值大于第二预设值，那么记录一个活动量；若所述差值小于第二预设值，那么不记录活动量；将所述最大值与所述最小值设置为初始值，重复上述操作。