CN107278137B - 具有伸展传感器的可穿戴装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例提供了用于可穿戴传感器装置的技术和配置。在一个实例中，所述装置可以包括柔性衬底和导电织物部件，所述导电织物部件包括第一长度并且可以被可附接地安装在所述柔性衬底上。所述导电织物部件响应于向所述柔性衬底直接或间接施加外力而可以在所述第一长度与大于所述第一长度的第二长度之间伸展，并且至少部分地基于所述施加的外力的量来生成电参数。可以对其它实施例进行描述和/或要求保护。

Description

具有伸展传感器的可穿戴装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年3月20日提交的题为“WEARABLE APPARATUS WITH A STRETCHSENSOR(具有伸展传感器的可穿戴装置)”的美国申请号14/664,095的优先权，所述美国申请出于所有目的通过引用以其全文结合在此。
技术领域
本公开的实施例总体上涉及传感器设备领域，并且更具体地涉及具有可以适形于人体的伸展传感器的可穿戴感测系统。
背景技术
随着各种技术的改进，可穿戴感测设备或系统越来越受欢迎。可穿戴感测系统可能需要舒适地附接至人体，并且可以能够测量和量化人体和/或不同身体部位(比如关节、手腕、手指、脚踝、膝盖等等)的伸展、拉紧或弯曲。然而，用于监测伸展、拉紧、弯曲等等的现有传感器可能具有在人体的可移动点周围有效地进行感测的有限能力。此外，现有传感器可能比较昂贵，可能具有集成到可穿戴设备中的有限能力，可能易碎或易遭到破坏，或者可能提供有限的准确度。
附图说明
结合附图通过以下详细描述将很容易理解实施例。为了方便本描述，相同的参考数字指代相同的结构元件。在附图的各图中通过示例的方式而非通过限制的方式展示了实施例。
图1是展示了根据一些实施例的与本公开的教导相结合的示例可穿戴传感器装置的框图。
图2是展示了根据一些实施例的可以用在可穿戴传感器装置中的示例伸展传感器的示意图。
图3是根据一些实施例的被配置用于处理可穿戴传感器装置的伸展传感器所提供的读数的电路系统的示例实施方式的示意图。
图4是展示了根据实施例的作为所施加的外力的函数的伸展传感器输出的曲线图。
图5至图8展示了根据一些实施例的包括适形运动感测系统的示例可穿戴传感器装置100的不同视图。
图9是根据一些实施例的用于组装可穿戴传感器装置(比如适形(例如，可穿戴)运动感测系统)的过程流程图。
图10展示了根据各实施例的适用于与图1和/或图5至图8(比如包括适形运动感测系统的可穿戴传感器装置)的各个部件一起使用的示例计算设备1000。
具体实施方式
本公开的实施例包括用于可穿戴传感器装置的技术和配置。根据实施例，所述装置可以包括柔性衬底和导电织物部件，所述导电织物部件包括第一长度并且可以被可附接地安装在所述柔性衬底上。所述导电织物部件响应于向所述柔性衬底直接或间接施加外力而可以在所述第一长度与大于所述第一长度的第二长度之间伸展，并且至少部分地基于所施加的外力的量来生成电参数。
在以下具体实施方式中，参照形成其一部分的附图，在附图中，相同的数字通篇指代相同的部分，并且在附图中，通过说明的方式示出了可以在其中实践本公开的主题的实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以做出结构上或逻辑上的改变。因此，以下详细说明不应被认为具有限制意义，并且实施例的范围由所附权利要求书及其等效物来限定。
出于本公开的目的，短语“A和/或B”意指(A)、(B)、(A)或(B)、或者(A和B)。出于本公开的目的，短语“A、B和/或C”意指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)、或者(A、B和C)。
本说明可能使用基于视角的描述，比如顶部/底部、中/外、上方/下方等等。这些描述仅用于方便讨论并且不旨在将本文中所描述的实施例的应用局限于任何特定定向。
本说明可能使用短语“在一个实施例中(in an embodiment)”或“在实施例中(inembodiments)”，所述短语可以各自是指相同或不同实施例中的一个或多个实施例。此外，如关于本公开的实施例所使用的术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“具有(having)”等是同义的。
本文中可以使用术语“与…耦合(coupled with)”及其衍生物。“耦合(coupled)”可以意指以下各项中的一项或多项。“耦合”可以意指两个或更多个元件进行直接的物理、电气或光学接触。然而，“耦合”还可以意指两个或更多个元件间接地接触彼此，但仍彼此协作或交互，并且可以意指一个或多个其他元件在据说要彼此耦合的元件之间耦合或连接。术语“直接耦合(directly coupled)”可以意指两个或更多个元件直接接触。
图1是展示了根据一些实施例的与本公开的教导相结合的示例可穿戴传感器装置100的框图。装置100可以包括适形本体102(包括例如用虚线指示的柔性衬底)，所述适形本体被配置用于可附接至用户身体112以便实施与用户身体112以及用户活动的运转相关联的测量。在实施例中，适形本体102可以采取不同的形状和/或大小(比如条带、环带等等)，以便适形于用户身体112的不同部位。适形本体102可以由弹性织物、弹性体、聚合物或其他合适的材料制成。
装置100可以包括伸展传感器160，所述伸展传感器被布置在适形本体102上并且被配置用于提供伸展传感器160响应于可能由于外力造成的伸展而生成的电参数的测量值。在一些实施例中，伸展传感器160可以包括基于导电织物的传感器，被配置用于提供传感器160可以例如响应于外力的施加(比如膝盖或手臂的弯曲)而生成的电阻参数的读数。伸展传感器160的实施例将参照图2至图4进行描述。
装置100可以进一步包括可以被布置在待与用户身体112接触的适形本体102周围的多个传感器104、106。例如，可以将传感器104、106放置在包括适形本体102的柔性衬底的内侧或外侧，以使得能够进行与用户身体112相关联的测量。在一些实施例中，传感器104、106可以内置于(例如，嵌入、粘合至等等)适形本体102的柔性衬底中。传感器104、106可以提供与各种用户身体功能相关的读数。例如，传感器104、106可以包括(但可以不限于)肌电图(EMG)传感器、温度传感器、汗液化学传感器、运动传感器、光学光电二极管、心电图(ECG)电极、皮肤电反应(GSR)传感器、压电晶体、压力传感器等等。
应注意，传感器104、106、160仅出于说明的目的示出在图1中并且不限制装置100的实施方式。将理解，在装置100中可以使用任何数量或类型的传感器。
装置100可以进一步包括被布置在适形本体102周围并且被配置用于提供对与用户身体112相关联的运动相关的测量的一个或多个惯性测量单元(IMU)108和110。IMU 108和110在适形本体102周围的布置将参照图5至图8详细地进行讨论。
装置100可以进一步包括可以与传感器104、106和160电可连接的传感器前端模块142。传感器前端模块142可以包括印刷电路板(PCB)并且可以被布置在包括适形本体102的柔性衬底上。在实施例中，传感器前端模块142可以被布置在包括适形本体102的柔性衬底的外侧上。
传感器前端模块142可以包括被配置用于接收和处理传感器104、106和160所提供的读数的电子电路系统144。电路系统144可以被进一步配置用于为传感器104、106提供电力和激励(如果需要的话)、将传感器信号转能成电压、放大并调节传感器信号。用于读取和处理来自伸展传感器160的信号的电子电路系统144的示例应用将参照图3进行描述。
前端模块142(例如，电路系统144)可以经由布线114与传感器104、106和160电耦合。布线114可以包括用于将对应传感器与传感器前端模块142电连接的电线。
装置100的IMU中的某个IMU(例如，IMU 108)可以集成到提供传感器前端模块142的PCB或者数字节点192中(下文所述)。IMU中的某个IMU(例如，IMU 110)可以被布置在适形本体102的其他部分中，例如，在距传感器前端模块142一定距离处。如所示出的，IMU 110可以经由IMU布线116与传感器前端模块142电耦合。IMU布线116可以被配置成包括用于承载为IMU 110提供的电力信号、接地和数据信号的多线总线的多个有线连接。布线114和IMU布线116可以内置(例如，嵌入、刺绣、编织、压印等等)于适形本体102的柔性衬底中。
装置100可以进一步包括可以与传感器前端模块142机械和电耦合的数字节点192。例如，传感器前端模块142可以包括用于提供与数字节点192的机械和电耦合的接口150(例如，电连接器(比如多引脚接触))。数字节点192可以被配置用于进一步处理传感器104、106、160以及IMU 108和110所提供的读数。
在一些实施例中，数字节点192可以包括具有被配置用于处理传感器104、106、160所提供的读数(信号)的处理器132的处理单元140。处理单元140可以包括具有当在处理器132上被执行时可以使处理器132进行信号处理的指令的存储器134。数字节点192可以包括被配置用于向数字节点192并且更一般地向装置100的部件供电的电池154。数字节点192可以包括用于将由于处理传感器读数而产生的经处理的数据传输到例如外部设备184(例如，移动或静止的计算设备)以用于进一步处理的无线电设备156。数字节点192可以包括用于将传感器前端模块142的接口150配对的配对连接器(未示出)。
数字节点192可以包括装置100运转所必需的其他部件158。例如，其他部件158可以包括用于使得装置100能够借助于一个或多个有线或无线网络和/或利用任何其他合适的设备(比如外部设备184)进行通信的(多个)通信接口。
总之，数字节点192可以被配置用于向传感器前端模块142、传感器104、106、160以及IMU 108、110供电并且进行数据采集、处理和传输。数字节点192可以进一步被配置用于借助于网络(例如，局域无线网，未示出)对感测到的信号进行信号去噪、特征提取、分类、数据压缩以及无线传输。
图2是展示了根据一些实施例的可以用在可穿戴传感器装置中的示例伸展传感器的示意图。更具体地，图2展示了伸展传感器(比如参照图1所描述的传感器160)的顶视图200、侧视图260和实施方式280。所描述的实施例可以用导电织物作为伸展感测设备，如下文中所解释的。
如所已知的，在电子纺织品等等中，导电织物可以用在用于屏蔽电子部件免受电磁干扰的柔性屏蔽系统中。一些导电织物(例如，由银涂覆的尼龙制成的Medtex 180)还可以由于其抗菌性质而用在用于伤口敷料的医学应用中。某些导电织物(比如Medtex 180)可以演示其响应于可能由于外力的施加而造成的伸展的电气特性(例如，电阻)的可重复变化。
导电织物可以在其饱和之前演示电阻在相对有限的动态范围中的变化。例如，可以将导电织物伸展大约其原长度的10％以便在其饱和之前获得相应的(例如，成比例的)电阻变化(例如，增大)。换言之，如果将织物伸展超过大约其原长度的10％，则导电织物电阻可以保持恒定。当被伸展超过特定限制(例如，超过大约其原长度的20％)时，导电织物还可以展现变形(蠕变)。
所描述的实施例提供了施加到导电织物的外力的消散，以防止导电织物伸展超过可以与饱和相对应的特定长度(例如，超过其原长度的10％)。消散的幅值可以限定可以施加到导电织物的外力的极限。因此，外力可以在导电织物的已确定伸展范围内用导电织物伸展能力来进行测量。
例如，导电织物如果被安装在柔性衬底(比如具有确定的弹性的弹性体衬底(例如，具有合适厚度的硅橡胶或胶乳橡胶))上，则可以用作电阻伸展换能器。此方法可以经由力消散提供所期望的伸展力测量范围并且可以通过利用柔性衬底的弹性性质来减少蠕变。
参照图2，传感器160可以包括具有确定长度的导电织物部件202。如在上文中所描述的，导电织物部件202由于其响应于导电织物部件202的伸展的电阻变化(例如，增大)而可以充当电阻伸展传感器。例如，非伸展状况下的导电织物部件202的电阻可以为大约10欧姆并且可以响应于伸展增大到大约12欧姆。
导电织物部件202可以包括电气触点204、206，所述电气触点可以被布置在如所示出的导电织物部件202的对应端周围，以用于提供伸展传感器160响应于导电织物部件202的伸展所生成的电参数(例如，电阻)的读数。在实施例中，电气触点204、206可以包括粘合铜箔、导电涂料、导电胶等等。导电线A和B可以用于例如通过焊接或借助于导电胶提供至电气触点204、206的电连接。可以将电线A与电线B之间的电阻变化转换成电路系统144所输出的(例如，成比例的)电压，参照图3详细地对此进行描述。
导电织物部件202可以被布置(例如，可附接地安装)在具有确定的(第一)厚度的柔性衬底208上。柔性衬底208可以被可附接地安装在具有确定的(第二)厚度的另一个柔性衬底210上。柔性衬底208的第一厚度可以大于柔性衬底210的第二厚度。衬底208和210可以包括弹性体(例如，硅弹性体)、聚合物等等。可以直接或间接地(例如，经由衬底210，如所示出的)将外力F施加到柔性衬底208(并且相应地到导电织物部件202)。导电织物部件202响应于向柔性衬底208直接或间接施加外力F可以在确定的(第一)长度与大于第一长度的第二长度之间伸展，并且用于基于在如所示出的方向上施加的外力F来生成电参数(例如，电阻)。在实施例中，所生成的电参数(例如，电阻)可以与所施加的外力F成比例。
外部伸展力F的期望部分可以在引起较薄衬底210伸展时消散。与较薄衬底210的总延伸(伸展)相比，可以略微地伸展较厚衬底208。导电织物部件202被安装在较厚衬底208上并且可以通过向衬底210施加的相对较大的外力F而经受期望的伸展(例如，大约其长度的10％)。因此，可以防止导电织物部件202通过很大的伸展力F而变得饱和。
伸展传感器160的外力F的测量范围可以由衬底208与衬底210的相对厚度(例如，衬底208与衬底210的厚度之比)来控制。伸展传感器160的灵敏度及其动态范围可以通过选择衬底208与衬底210的期望相对厚度(例如，比值)而被调整到期望的水平。相对厚度越大，动态测量范围就越大并且伸展传感器160的伸展的灵敏度越小。
如所描述的，导电织物部件202可以被安装在柔性衬底208上，所述柔性衬底可以被安装在柔性衬底210上。衬底208、210均可以包括具有期望弹性的弹性体。因此，衬底208、210可以在移除了外部伸展力F之后基本上立即地恢复其原形状和长度。进而，也可以迫使导电织物部件202恢复其原长度，从而减少或消除蠕变。柔性衬底208的厚度可以确保导电织物部件202响应于可以施加到利用伸展传感器的可穿戴传感器装置(比如装置100)的实际应用中的外力F而保持在期望的伸展范围内(例如，可以不伸展超过其原长度的10％)。
与常规的可穿戴传感器设备解决方案相比，实施有如上文中所描述的伸展传感器的可穿戴传感器装置可以提供多个优点。例如，所描述的伸展传感器160可以根据柔性衬底208、210的厚度来实现期望的(例如，相对较小的)形状因数(比如大约10mm×20mm×3mm)以及期望的轮廓和重量。因此，可以将伸展传感器160集成到小型可穿戴设备(比如腕表带)中。所描述的伸展传感器160可以适形于用户的身体形状并且适用于各种可穿戴设备应用(比如可穿戴设备或智能服装)。在一些实例中，配置有上文描述的伸展传感器的多个可穿戴传感器装置可以应用到用户的身体以形成身体区域网络，从而使得能够托管不同的应用。
进一步地，伸展传感器160的特性在期望的时间段内可以是高度可重复的且稳定的，因为传感器160可以被配置用于基本上立即地且基本上无蠕变地恢复其原大小、形状和电阻。同样地，伸展传感器的动态范围和灵敏度可以通过选择柔性衬底208、210的厚度来进行调整。同样地，上文中所描述的伸展传感器160可能需要比已知的常规伸展传感器更低的电源。
图3是根据一些实施例的被配置用于处理可穿戴传感器装置的伸展传感器所提供的读数的电路系统的示例实施方式的示意图。更具体地，图3的示意图可以提供包括图1的装置100的电路系统144的示例至少部分实施方式的电路系统300。在实施例中，伸展传感器160可以在与图2的电线A和B相对应的输入点A、B处与电路系统300耦合。
如所描述的，伸展传感器160的电阻变化可以在伸展导电织物部件202时发生。输入点A和B以及电阻R39可以形成与电气触点204、206耦合的电阻分压器电路，以用于响应于由于导电织物部件202的伸展造成的电阻变化而生成电压。分压器电路可以由直流(DC)电压源V传感器_AFE来激励。电阻改变引起了点A处的电压改变，所述电压改变被馈送至耦合至电阻分压器电路的放大器U8B的输入端。由于伸展传感器160的织物部件的电阻发生改变，因此其引起了放大器U8B的输入端处的相应的(例如，成比例的)电压改变。放大器U8B可以被配置用于接收所生成的电压并且用于提供与导电织物部件202的伸展相对应的(例如，成比例的)输出电压信号。电阻R43和R41可以用于根据装置100的应用来设置电压的增益(放大)。1V2可以是向R41施加的基准电压。元件C41、R43和R42、C40可以形成用于去除高频噪声并保留低频伸展信号的低通滤波器。这些滤波器的截止频率可以根据装置100的应用进行选择。输出信号P0_3_AFE包括与传感器160的伸展相对应的(例如，成比例的)信号并且可以连接至ADC(未示出)的输入端以用于数字化和进一步处理。
图4是展示了根据实施例的作为所施加的外力的函数的伸展传感器输出的曲线图。更具体地，曲线图400展示了在下文中所描述的可穿戴膝带的应用中所使用的伸展传感器的输出(例如，电阻)。如所示出的，传感器输出提供了以膝盖弯曲角度显现的与所施加的外力基本上线性的相关性。可以对伸展传感器进行校准以用于测量期望范围内的外力。在图4中，所期望的力测量范围与膝盖角度范围相对应。因此，可以对伸展传感器进行校准以测量期望角度范围内的膝盖弯曲角度，从而提供了基本上线性的曲线402。如上文中所描述的，这种校准可以通过选择柔性衬底208、210的相对厚度(例如，厚度比)(图2)来完成。在替代性实施例中，传感器输出可以为所施加的外力提供非线性响应。
参照图1至图3所描述的可穿戴传感器装置(例如，具有伸展传感器160的装置100)可以用在各种各样的应用中。例如，装置100可以包括可以用于例如关节康复(例如，物理治疗)、运动应用等等的可穿戴适形运动感测系统。这种适形运动感测系统可以包裹在不同的用户身体部位(比如胸部、膝盖、手腕、颈部等)周围。
图5至图8展示了根据一些实施例的包括适形运动感测系统的示例可穿戴传感器装置100的不同视图。例如，适形运动感测系统可以结合膝带、脚踝帽、背心、服装(例如，紧身服装)等等用在任何人体关节上。
图5展示了安装(例如，可移除地附接)在膝带502上的适形运动感测系统500。适形运动感测系统500可以包括装置100的部件。例如，适形运动感测系统500可以包括柔性衬底102。如所示出的，适形本体102可以包括适形带，所述适形带可以容置装置100的部件。更具体地，适形本体102可以容置伸展传感器160、其他传感器(例如，104、106)、IMU布线(在图6中所示出的)、数字代码192、IMU 110、布线114、传感器前端模块142、以及IMU 108(在图5中不可见)。为了测量关节运动，适形运动感测系统500可以被配置成使得可以将IMU 108和110放置在关节的任一侧。
如参照图1所描述的，集成计算部件、无线电设备以及用于向适形运动感测系统500的部件供电的电池的数字节点192可以经由接口150(例如，连接器，未示出)与系统500耦合。
图6展示了根据一些实施例的从膝带拆卸的适形运动感测系统500。如所示出的，将IMU 110与传感器前端节点142(未示出)电连接的IMU布线116可以包括具有沉积在适形本体102内的蜿蜒的(例如，正弦波型、锯齿形形状的)图案的多线总线602。
图7和图8展示了根据一些实施例的包括伸展传感器的适形运动感测系统的示例图。具体地，图7展示了适形运动感测系统500的示例配置，并且图8展示了适形运动感测系统500的示例实施方式。下文中的说明包括参照图1的部件，因为所述部件可以实现在示例适形运动系统500中。
参照图7和图8，形成适形本体102的衬底740可以创建在基底弹性衬底(例如，硅橡胶板或胶乳橡胶板)上，然后被另一个弹性体薄板覆盖层覆盖并且从所有侧面进行密封，如下文中所描述的。衬底740上的不同部件之间的电连接(与图1的布线114相对应)可以包括超薄的
Figure BDA0001385572390000101
绝缘的多股电线702、704。
PCB 706可以包括具有电路系统144以及到数字节点192的接口连接器150的传感器前端模块142并且可以被安装在背衬材料上的衬底740上。传感器104、106可以包括柔性EMG电极710、712，所述柔性EMG电极可以用例如导电胶或可焊接铜制带粘合至衬底740并且电线键合。电线键合区域用数字714、716来指示。基于导电织物的伸展传感器160可以粘合至背衬材料718上的衬底740、电线键合并且连接至PCB 706。
伸展传感器160下方适形本体102和背衬材料718的基本上三角形形状可以提供用于消散伸展传感器160上的过度伸展力，从而防止伸展传感器160变饱和。在实施例中，背衬材料718可以与柔性衬底208相对应，并且衬底740可以与图2的柔性衬底210相对应。
可以在背衬材料730上将IMU 110安装在衬底740的一端周围，如所示出的。PCB706可以向IMU 110供电。可以将来自IMU 110的读数(数据信号)路由回PCB 706以用于由数字节点192进行处理和进一步传输。如在上文中所描述的，系统500可以穿戴在用户身体上(例如，在膝盖上)。当膝盖完全挠曲时，PCB 706与IMU 110之间的距离可以增至超过原距离的50％(例如，在伸展本体102之前)。为了承受此伸展，可以使用被配置用于承载电力线、接地线和信号线的多线总线720(与IMU布线116相对应)。总线720可以使用
Figure BDA0001385572390000111
涂覆的电线并且可以以正弦波蜿蜒图案铺设在衬底740上，如所示出的。总线720可以在由数字722、724、726指示的多个点处锚定(例如，粘合)至衬底740。在形成内部电连接时，另一个(例如，较薄的)柔性衬底(例如，弹性体，未示出)可以覆盖在衬底740的顶部，从而形成适形本体102以及最终完全组装成的适形运动感测系统500。所覆盖的弹性体板和基底衬底可以例如用可伸展粘合剂在整个外围进行密封。
图9是根据一些实施例的用于组装可穿戴传感器装置(比如适形(例如，可穿戴)运动感测系统)的过程流程图。过程900可以与参照图1至图8所描述的装置实施例中的一些一致。在替代性实施例中，可以利用更多或更少的操作(或不同的操作顺序)来实践过程900。
过程900可以始于框902并且包括将伸展传感器(例如，160)布置在包括适形运动感测系统的适形本体506的衬底上。伸展传感器可以包括柔性衬底和导电织物部件，所述导电织物部件包括第一长度并且被可附接地安装在所述柔性衬底上，如参照图2和图3所讨论的。所述导电织物部件响应于向所述柔性衬底直接或间接施加外力而可以在所述第一长度与大于所述第一长度的第二长度之间伸展，并且至少部分地基于所述施加的外力的量(例如，与所述施加的外力成比例地)来生成电参数。
在框904处，过程900可以包括将数字节点布置在包括可穿戴系统的适形本体的衬底上。将数字节点布置在衬底上可以包括将印刷电路板(PCB)安装在衬底上，PCB包括到数字节点192的接口连接器150，如参照图1、图7和图8所描述的。
在框906处，过程900可以包括在伸展传感器与数字节点之间提供连接路径以用于将数字节点与伸展传感器通信地耦合，从而使得能够接收和处理伸展传感器所提供的电参数。连接路径可以包括参照图1、图7和图8所描述的布线114。
在框908处，过程900可以包括将一个或多个传感器布置在衬底上，所述布置可以包括在到数字节点的接口连接器与一个或多个传感器之间提供连接路径，以使得能够接收和处理一个或多个传感器所提供的测量值。所述传感器可以包括传感器104和106，并且连接路径可以包括图1的布线114。
在框910处，过程900可以包括将一个或多个惯性测量单元(IMU)布置在适形本体周围，并且在IMU与PCB之间提供有线连接路径，以使得能够接收和处理IMU所提供的测量值。IMU可以包括图1的IMU 110和IMU 108。连接路径可以部分地包括图1的IMU布线116和布线114。
在框912处，过程900可以包括提供电路系统(例如，图1的142)以用于接收和处理伸展传感器所提供的电参数的读数，包括将电路系统布置在PCB中或者在数字节点中并且将电路系统与数字节点通信地耦合。
图10展示了根据各实施例的适用于与图1(比如图1的可穿戴传感器装置100和/或图5至图8的适形运动感测系统500)的各个部件一起使用的示例计算设备1000。在一些实施例中，示例计算设备1000的各个部件可以用于对数字节点192进行配置。在一些实施例中，示例计算设备1000的各个部件可以用于对外部设备184进行配置。如所示出的，计算设备1000可以包括一个或多个处理器或处理器核1002以及系统存储器1004。出于本申请(包括权利要求书)的目的，术语“处理器”和“处理器核”可以被认为是同义的，除非上下文另外明确要求。处理器1002可以包括任何类型的处理器(比如中央处理单元(CPU)、微处理器等等)。处理器1002可以被实施为具有多核的集成电路(例如，多核微处理器)。计算设备1000可以包括大容量存储设备1006(比如固态驱动器、易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM)等等))。通常，系统存储器1004和/或大容量存储设备1006可以是任何类型的临时和/或永久存储设备，包括但不限于易失性和非易失性存储器、光学存储设备、磁存储设备、和/或固态大容量存储设备等等。易失性存储器可以包括但不限于静态和/或动态随机存取存储器。非易失性存储器可以包括但不限于电可擦除可编程只读存储器、相变存储器、电阻存储器等等。系统存储器1004和/或大容量存储设备1006可以包括被配置用于执行例如被统称为计算逻辑1022的与数字节点192有关的操作的编程指令的对应副本。
计算设备1000可以进一步包括输入/输出(I/O)设备1008(比如显示器、软键盘、触敏屏、图像捕获设备等等)和通信接口1010(比如网络接口卡、调制解调器、红外接收器、无线电接收器(例如，近场通信(NFC)、蓝牙、WiFi、4G/5G LTE)等等)。
通信接口1010可以包括可以被配置用于根据以下各项来操作设备1000的通信芯片(未示出)：全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、通用移动电信系统(UMTS)、高速分组接入(HSPA)、演进型HSPA(E-HSPA)、或长期演进(LTE)网络。通信芯片还可以被配置用于根据以下各项进行操作：GSM演进的增强型数据(EDGE)、GSM EDGE无线电接入网络(GERAN)、通用陆地无线电接入网络(UTRAN)、或者演进型UTRAN(E-UTRAN)。通信芯片可以被配置用于根据以下各项进行操作：码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、数字增强型无绳电信(DECT)、演进数据优化(EV-DO)、其衍生物、以及被指定为3G、4G、5G及其之后的任何其他无线协议。在其他实施例中，通信接口1010可以根据其他无线协议进行操作。
在实施例中，计算设备1000可以例如经由通信接口1010与可穿戴传感器装置100或系统500相关联。在一些实施例中，装置100或系统500可以包括伸展传感器160、传感器104和106、IMU 110(与传感器前端模块142以及数字节点192耦合)，并且可以与被实施为本文中所描述的计算设备1000的外部设备184通信地耦合。
上述计算设备1000的元件可以经由系统总线1012耦合至彼此，所述系统总线可以表示一条或多条总线。在多条总线的情况下，它们可以由一个或多个总线桥(未示出)桥接。这些元件中的每个元件均可以执行其在本领域中已知的常规功能。具体地，系统存储器1004和大容量存储设备1006可以被用来存储实施与可穿戴传感器装置100(比如图1的数字节点192)相关联的操作的程序指令的工作副本和永久副本。各个元件可以通过由(多个)处理器1002支持的汇编指令或可以编译成这种指令的高级语言来实施。
计算逻辑1022的编程指令的永久副本可以在工厂中或在现场通过例如分布式介质(未示出)(比如CD盘(CD))或者通过通信接口1010(从分布式服务器(未示出))被放置到永久存储设备1006中。也就是说，具有代理程序的实施方式的一个或多个分布式介质可以用于分布所述代理并且用于对各个计算设备进行编程。
元件1008、1010、1012的数量、能力和/或容量可以根据计算设备1000是用作静止计算设备(比如机顶盒或台式计算机)还是移动计算设备(比如平板计算设备、膝上型计算机、游戏控制台或智能电话)而发生改变。它们的构成是以其他方式已知的，并且因此将不进行进一步描述。
处理器1002中的至少一个处理器可以与具有被配置用于实践参照图1至图8所描述的实施例的方面的计算逻辑1022的存储器封装在一起。对于一个实施例，处理器1002中的至少一个处理器可以与具有计算逻辑1022的存储器封装在一起以形成系统级封装(SiP)或片上系统(SoC)。对于至少一个实施例，SoC可以用在例如但不限于计算设备(比如图1的外部设备184)中。在另一个实施例中，SoC可以用于形成图1的数字节点192。
在各种实施方式中，计算设备1000可以包括膝上型计算机、上网本、笔记本、超级本、智能电话、平板计算机、个人数字助理(PDA)、超移动PC、移动电话、或者数码相机。在进一步实施方式中，计算设备1000可以是对数据进行处理的任何其他电子设备。
示例1是一种装置，包括：柔性衬底和导电织物部件，所述导电织物部件包括第一长度并且被可附接地安装在所述柔性衬底上，其中，所述导电织物部件响应于向所述柔性衬底直接或间接施加外力而用于在所述第一长度与大于所述第一长度的第二长度之间伸展，并且用于至少部分地基于所述施加的外力的量来生成电参数。
示例2可以包括如示例1所述的主题，其中，所述柔性衬底为第一柔性衬底，其中，所述装置进一步包括第二柔性衬底，其中，所述第一柔性衬底被可附接地安装在所述第二柔性衬底上，其中，所述外力被施加到所述第二柔性衬底上。
示例3可以包括如示例2所述的主题，其中，所述第一柔性衬底包括第一厚度并且所述第二柔性衬底包括第二厚度，其中，所述第一厚度大于所述第二厚度，其中，所述施加外力的范围与所述第一厚度和所述第二厚度相对应，其中，所述施加外力的所述范围用于使得所述导电织物部件的所述伸展能够在所述第一长度与所述第二长度之间。
示例4可以包括如示例2所述的主题，其中，所述第一柔性衬底和所述第二衬底至少包括以下各项中所选的一项：弹性织物、弹性体、或者聚合物，其中，所述施加的外力对应于所述第一厚度与所述第二厚度之比。
示例5可以包括如示例2所述的主题，其中，所述第二柔性衬底可伸展至第三长度，其中，所述第三长度比所述第二长度大至少一个数量级。
示例6可以包括如示例1所述的主题，进一步包括：电气触点，所述电气触点被布置在所述导电织物部件的对应端周围，以用于提供响应于所述导电织物部件在所述第一长度与所述第二长度之间的所述伸展而生成的所述电参数的读数；以及电路系统，所述电路系统与所述电气触点耦合，以用于接收和处理所述电参数的读数。
示例7可以包括如示例6所述的主题，其中，所述电参数包括电阻，其中，所述电路系统包括：电阻分压器电路，所述电阻分压器电路与所述电气触点耦合，以用于响应于由于所述导电织物部件的所述伸展造成的电阻变化而生成电压；以及放大器，所述放大器耦合至所述电阻分压器电路，以用于接收所述生成的电压并且用于响应于所述导电织物部件的所述伸展而提供输出电压信号。
示例8可以包括如示例1至7中任一项所述的主题，其中，所述第二长度大于所述第一长度大约所述第一长度的10％。
示例9可以包括如示例2所述的主题，其中，所述装置是具有适形于人体部位的本体的可穿戴系统，其中，所述第二柔性衬底可布置在所述可穿戴系统的所述适形本体上。
示例10可以包括如示例9所述的主题，其中，所述适形本体包括所述第二柔性衬底。
示例11可以包括如示例9所述的主题，其中，所述装置进一步包括：一个或多个惯性测量单元(IMU)，所述一个或多个IMU被布置在所述适形本体周围；以及数字节点，所述数字节点与所述一个或多个IMU通信地耦合，以用于向所述一个或多个IMU供电并且用于接收、转换和处理所述IMU所提供的测量值并且用于向外部聚合设备提供所述经处理的测量以用于进一步处理。
示例12可以包括如示例11所述的主题，其中，所述数字节点经由对应的一个或多个有线连接与所述一个或多个IMU通信地耦合，所述对应的一个或多个有线连接被布置在所述可穿戴系统的所述适形本体中。
示例13可以包括如示例11所述的主题，进一步包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被布置在所述适形本体中并且与所述数字前端节点通信地耦合，以用于向所述数字节点提供所述传感器的读数。
示例14可以包括如示例13所述的主题，其中，所述一个或多个传感器至少包括以下各项中所选的一项：肌电图(EMG)传感器、温度传感器、汗液化学传感器、或者运动传感器。
示例15可以包括如示例14所述的主题，其中，所述可穿戴系统包括可穿戴膝带、可穿戴胸带、可穿戴颈带、可穿戴腕带、或者可穿戴脚带，其中，所述外部聚合设备包括移动计算设备。
示例16是一种可穿戴系统，包括：伸展传感器，所述伸展传感器包括柔性衬底和导电织物部件，所述导电织物部件包括第一长度并且被可附接地安装在所述柔性衬底上，其中，所述导电织物部件响应于向所述柔性衬底直接或间接施加外力而用于在所述第一长度与大于所述第一长度的第二长度之间伸展，并且用于至少部分地基于所述施加的外力的量来生成电参数；以及电路系统，所述电路系统与所述伸展传感器通信地耦合，其中，所述电路系统用于接收和处理所述伸展传感器所提供的所述电参数的读数。
示例17可以包括如示例16所述的主题，其中，所述可穿戴系统进一步包括：本体，所述本体适形于人体部位；一个或多个惯性测量单元(IMU)，所述一个或多个IMU被布置在所述适形本体周围；以及数字节点，所述数字节点与电路系统和所述一个或多个IMU通信地耦合，以用于：向所述一个或多个IMU供电；接收、转换和处理所述IMU所提供的测量值以及所述伸展传感器所提供的所述电参数；以及向外部聚合设备提供所述经处理的测量值以用于进一步处理。
示例18可以包括如示例17所述的主题，其中，所述柔性衬底为第一柔性衬底，其中，所述可穿戴系统进一步包括第二柔性衬底，其中，所述第一柔性衬底被可附接地安装在所述第二柔性衬底上，其中，所述第二柔性衬底可布置在所述可穿戴系统的所述适形本体上。
示例19可以包括如示例17所述的主题，其中，所述数字节点经由对应的一个或多个有线连接与所述一个或多个IMU通信地耦合，所述对应的一个或多个有线连接被布置在所述可穿戴系统的所述适形本体中。
示例20可以包括如示例17所述的主题，其中，所述一个或多个有线连接包括用于承载电力信号、接地信号以及与所述一个或多个IMU相对应的一个或多个信号的多线总线。
示例21可以包括如示例17所述的主题，进一步包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被布置在所述适形本体中并且与所述数字前端节点通信地耦合，以用于向所述数字节点提供所述传感器的读数。
示例22是一种制造可穿戴系统的方法，包括：将数字节点布置在包括所述可穿戴系统的适形本体的衬底上；将伸展传感器布置在所述衬底上，所述伸展传感器包括柔性衬底和导电织物部件，所述导电织物部件包括第一长度并且被可附接地安装在所述柔性衬底上，其中，所述导电织物部件响应于向所述柔性衬底直接或间接施加外力而用于在所述第一长度与大于所述第一长度的第二长度之间伸展，并且用于至少部分地基于所述施加的外力的量来生成电参数；以及在所述伸展传感器与所述数字节点之间提供连接路径以用于将所述数字节点与所述伸展传感器通信地耦合，从而使得能够接收和处理所述伸展传感器所提供的所述电参数。
示例23可以包括如示例22所述的主题，其中，将所述数字节点布置在所述衬底上包括将印刷电路板(PCB)安装在所述衬底上，所述PCB至少包括到所述数字节点的接口连接器，其中，所述方法进一步包括：将一个或多个传感器布置在所述衬底上；以及在到所述数字节点的所述接口连接器与所述一个或多个传感器之间提供连接路径，以使得能够接收和处理所述一个或多个传感器所提供的测量值。
示例24可以包括如示例23所述的主题，进一步包括：将一个或多个惯性测量单元(IMU)布置在所述适形本体周围；以及在所述IMU与所述PCB之间提供有线连接路径，以使得能够接收和处理所述IMU所提供的测量值。
示例25可以包括如示例23所述的主题，其中，将所述数字节点布置在所述衬底上包括提供用于接收和处理所述伸展传感器所提供的所述电参数的读数的电路系统，其中，提供包括：将所述电路系统布置在所述PCB中或者在所述数字节点中；以及将所述电路系统与所述数字节点通信地耦合，其中，将伸展传感器布置在包括适形本体的所述衬底上包括：将所述伸展传感器布置在所述柔性衬底上；以及将所述柔性衬底可附接地安装在包括适形本体的所述衬底上。
以对理解所要求保护的主题最有帮助的方式将各个操作依次描述为多个分立操作。然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必需依赖于顺序。使用任何合适的硬件和/或软件以便根据期望来配置，可以将本公开的实施例实施到系统中。
虽然已经出于描述的目的在本文中展示和描述了某些实施例，但是可以在不脱离本公开的范围的情况下用适合于实现相同目的的各种各样的替代性和/或等效实施例或实施方式来代替所示出和描述的实施例。本申请旨在覆盖本文中所讨论的实施例的任何修改或变化。因此，显然意图是，本文中所描述的实施例仅受权利要求书及其等效物限制。

Claims (25)

1.一种用于感测的装置，包括：
第一柔性衬底，具有第一厚度；
第二柔性衬底，具有第二厚度，其中，所述第二柔性衬底包括基本上三角形形状，其中，所述第一柔性衬底被可附接地安装在所述第二柔性衬底上，其中，所述第一厚度大于所述第二厚度；以及
导电织物部件，所述导电织物部件包括第一长度并且被可附接地安装在所述第一柔性衬底上，其中，所述导电织物部件响应于向所述第二柔性衬底施加外力而用于在所述第一长度与大于所述第一长度的第二长度之间伸展，并且用于至少部分地基于所施加的外力的量来生成电参数，其中所述第一柔性衬底的第一厚度和所述第二柔性衬底的第二厚度定义由所述电参数指示的所述施加外力的测量范围，
其中所述第一厚度和所述第二厚度被选择成提供相对厚度之比以控制所施加外力的测量范围以及阻止所述导电织物部件伸展超出所述第二长度，并且其中所述第二柔性衬底的所述三角形用于消散过度伸展力。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述外力被施加到所述第二柔性衬底上。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述施加外力的所述范围用于实现所述导电织物部件在所述第一长度与所述第二长度之间的所述伸展。
4.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一柔性衬底和所述第二柔性衬底至少包括以下各项中所选的一项：弹性织物、弹性体、或者聚合物，其中，对外力的施加对应于所述第一厚度与所述第二厚度之比。
5.如权利要求2所述的装置，其中，所述第二柔性衬底可伸展至第三长度，其中，所述第三长度比所述第二长度大至少一个数量级。
6.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
电气触点，所述电气触点被布置在所述导电织物部件的相应端周围，用于提供响应于所述导电织物部件在所述第一长度与所述第二长度之间的所述伸展而生成的所述电参数的读数；以及
电路系统，所述电路系统与所述电气触点耦合，用于接收和处理所述电参数的读数。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述电参数包括电阻，其中，所述电路系统包括：
电阻分压器电路，所述电阻分压器电路与所述电气触点耦合，用于响应于由于所述导电织物部件的所述伸展造成的电阻变化而生成电压；以及
放大器，所述放大器耦合至所述电阻分压器电路，用于接收所生成的电压并且用于响应于所述导电织物部件的所述伸展而提供输出电压信号。
8.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述第二长度比所述第一长度大所述第一长度的10％。
9.如权利要求2所述的装置，其中，所述装置是具有适形于人体部位的适形本体的可穿戴系统，其中，所述第二柔性衬底可布置在所述可穿戴系统的所述适形本体上。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述适形本体包括所述第二柔性衬底。
11.如权利要求9所述的装置，其中，所述装置进一步包括：
一个或多个惯性测量单元(IMU)，所述一个或多个IMU被布置在所述适形本体周围；以及
数字节点，所述数字节点与所述一个或多个IMU通信地耦合，用于向所述一个或多个IMU供电并且用于接收、转换和处理所述IMU所提供的测量值并且用于向外部聚合设备提供经处理的测量值以用于进一步处理。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述数字节点经由相应的一个或多个有线连接与所述一个或多个IMU通信地耦合，所述相应的一个或多个有线连接被布置在所述可穿戴系统的所述适形本体中。
13.如权利要求11所述的装置，进一步包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被布置在所述适形本体中并且与所述数字前端节点通信地耦合，用于向所述数字节点提供所述传感器的读数。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述一个或多个传感器至少包括以下各项中所选的一项：肌电图(EMG)传感器、温度传感器、汗液化学传感器、或者运动传感器。
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述可穿戴系统包括可穿戴膝带、可穿戴胸带、可穿戴颈带、可穿戴腕带、或者可穿戴脚带，其中，所述外部聚合设备包括移动计算设备。
16.一种可穿戴系统，包括：
伸展传感器，所述伸展传感器包括：
第一柔性衬底，具有第一厚度；
第二柔性衬底，具有第二厚度，其中，所述第二柔性衬底包括基本上三角形形状，其中，所述第一柔性衬底被可附接地安装在所述第二柔性衬底上，其中，所述第一厚度大于所述第二厚度；以及
导电织物部件，所述导电织物部件包括第一长度并且被可附接地安装在所述第一柔性衬底上，其中，所述导电织物部件响应于向所述第二柔性衬底施加外力而用于在所述第一长度与大于所述第一长度的第二长度之间伸展，并且用于至少部分地基于所施加的外力的量来生成电参数，其中所述第一柔性衬底的第一厚度和所述第二柔性衬底的第二厚度定义由所述电参数指示的所述施加外力的测量范围，其中所述第一厚度和所述第二厚度被选择成提供相对厚度之比以控制所施加外力的测量范围以及阻止所述导电织物部件伸展超出所述第二长度，并且其中所述第二柔性衬底的所述三角形用于消散过度伸展力；以及
电路系统，所述电路系统与所述伸展传感器通信地耦合，其中，所述电路系统用于接收和处理所述伸展传感器所提供的所述电参数的读数。
17.如权利要求16所述的可穿戴系统，其中，所述可穿戴系统进一步包：
适形本体，所述适形本体适形于人体部位；
一个或多个惯性测量单元(IMU)，所述一个或多个IMU被布置在所述适形本体周围；以及
数字节点，所述数字节点与电路系统以及所述一个或多个IMU通信地耦合，用于：
向所述一个或多个IMU供电；
接收、转换和处理所述IMU所提供的测量值以及所述伸展传感器所提供的所述电参数；以及
向外部聚合设备提供经处理的测量值以用于进一步处理。
18.如权利要求17所述的可穿戴系统，其中，所述第二柔性衬底能布置在所述可穿戴系统的所述适形本体上。
19.如权利要求17所述的可穿戴系统，其中，所述数字节点经由相应的一个或多个有线连接与所述一个或多个IMU通信地耦合，所述相应的一个或多个有线连接被布置在所述可穿戴系统的所述适形本体中。
20.如权利要求17所述的可穿戴系统，其中，所述一个或多个有线连接包括用于承载电力信号、接地信号以及与所述一个或多个IMU相对应的一个或多个信号的多线总线。
21.如权利要求17所述的可穿戴系统，进一步包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被布置在所述适形本体中并且与所述数字前端节点通信地耦合，用于向所述数字节点提供所述传感器的读数。
22.一种制造可穿戴系统的方法，包括：
将数字节点布置在所述可穿戴系统的适形本体上；
将伸展传感器布置在所述适形本体上，包括：
提供具有第一厚度的第一柔性衬底；
提供具有第二厚度的第二柔性衬底，其中，所述第二柔性衬底包括基本上三角形形状；
将所述第一柔性衬底可附接地安装在所述第二柔性衬底上，其中，所述第一厚度大于所述第二厚度；
将包括第一长度的导电织物部件可附接地安装在所述第二柔性衬底上，其中，所述导电织物部件响应于向所述第二柔性衬底施加外力而用于在所述第一长度与大于所述第一长度的第二长度之间伸展，并且用于至少部分地基于所述施加的外力的量来生成电参数，其中提供所述第一和第二柔性衬底包括提供具有第一厚度和第二厚度的第一和第二柔性衬底，所述第一厚度和第二厚度定义由所述电参数指示的所述施加外力的测量范围，其中所述第一厚度和所述第二厚度被选择成提供相对厚度之比以控制所施加外力的测量范围以及阻止所述导电织物部件伸展超出所述第二长度，并且其中所述第二柔性衬底的所述三角形用于消散过度伸展力；以及
在所述伸展传感器与所述数字节点之间提供连接路径以将所述数字节点与所述伸展传感器通信地耦合，从而使得能够接收和处理由所述伸展传感器提供的所述电参数。
23.如权利要求22所述的方法，其中，将所述数字节点布置在所述适形本体上包括将印刷电路板(PCB)安装在所述适形本体上，所述PCB至少包括到所述数字节点的接口连接器，其中，所述方法进一步包括：
将一个或多个传感器布置在所述适形本体上；以及
在至所述数字节点的所述接口连接器与所述一个或多个传感器之间提供连接路径，以使得能够接收和处理由所述一个或多个传感器提供的测量值。
24.如权利要求23所述的方法，进一步包括：
将一个或多个惯性测量单元(IMU)布置在所述适形本体周围；以及
在所述IMU与所述PCB之间提供有线连接路径，以使得能够接收和处理由所述IMU提供的测量值。
25.如权利要求23所述的方法，其中，将所述数字节点布置在所述适形本体上包括提供用于接收和处理由所述伸展传感器提供的所述电参数的读数的电路系统，其中，提供包括：
将所述电路系统布置在所述PCB中或者布置在所述数字节点中；以及
将所述电路系统与所述数字节点通信地耦合，
其中，将伸展传感器布置在适形本体上包括：
将所述伸展传感器布置在所述柔性衬底上；以及
将所述柔性衬底可附接地安装在适形本体上。
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