CN108801446A - 振动传感器 - Google Patents

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Abstract

一个示例公开了一种振动传感器，包括：RF接收器电路，被配置成接收RF输入信号；RF信号表征电路，被配置成测量设定时间段内所述RF输入信号的属性；其中所述RF输入信号的所述属性基于所述振动传感器与发射所述RF输入信号的RF源之间的物理运动而改变；以及振动仿形电路，被配置成将所述RF输入信号的所述属性映射到振动水平。

Description

振动传感器
技术领域
本说明书涉及用于振动感测的系统、方法、设备、装置、制品和指令。
背景技术
用于测量生物参数(例如，心率变化(HRV)、皮肤电位、EKG脑电波、声压等)的生物反馈系统需要大量的硬件和电路系统(例如，探针线、加速计、光学传感器、半电池电位传感器、麦克风等)。类似地，振动测量系统可以具有重大的硬件和电路系统需求。
发明内容
根据示例实施例，一种振动传感器，包括：RF接收器电路，被配置成接收RF输入信号；RF信号表征电路，被配置成测量设定时间段内所述RF输入信号的属性；其中所述RF输入信号的所述属性基于所述振动传感器与发射所述RF输入信号的RF源之间的物理运动而改变；以及振动仿形电路，被配置成将所述RF输入信号的所述属性映射到振动水平。
在另一个示例实施例中，所述属性为以下各项中的至少一项：RF输入信号功率水平、一组RF输入信号值的标准偏差(SD)；在预定时间段内超过阈值数量的RF输入信号特性的数量；对一组RF输入信号值的包络函数(EF)分析；或接收信号强度(RSS)。
在另一个示例实施例中，所述振动传感器包括在生物反馈装置中；并且所述振动水平的变化指示用户压力水平的变化。
在另一个示例实施例中，所述属性是一组RF输入信号值的标准偏差(SD)；并且所述振动仿形电路被配置成响应于所述一组RF输入信号值的所述标准偏差的增大来增大所述振动水平。
在另一个示例实施例中，所述属性是在预定时间段内超过阈值数量的RF输入信号特性的数量；并且所述振动仿形电路被配置成响应于在所述时间段内超过所述阈值数量的所述多个RF输入信号特性的增加来增大所述振动水平。
在另一个示例实施例中，所述RF输入信号特性是RF输入信号功率幅值。
在另一个示例实施例中，所述属性是对一组RF输入信号值的包络函数(EF)分析；并且所述振动仿形电路被配置成响应于所述一组RF输入信号值的所述包络函数的增大来增大所述振动水平。
在另一个示例实施例中，所述属性是基于标准偏差(SD)、在预定时间段内超过阈值数量的RF输入信号特性的数量、以及对一组RF输入信号值的包络函数(EF)分析的组合；并且所述振动仿形电路被配置成响应于所述属性的变化来增大所述振动水平。
在另一个示例实施例中，所述RF信号表征电路被配置成通过移除周期性来过滤所述属性。
在另一个示例实施例中，所述振动传感器嵌入在生物反馈装置中；并且所述振动仿形电路被配置成将所述振动水平转化为相对松弛指示符(RRI)。
在另一个示例实施例中，所述振动仿形电路被配置成呈现所述相对松弛指示符：以图形方式在显示器上；以听觉方式在扬声器上、以视觉方式作为光信号、或者以物理方式用触觉反馈装置。
在另一个示例实施例中，所述振动传感器被配置成以RF频率接收所述RF输入信号，所述RF频率至少具有等于或小于用户的物理移动的波长的波长，所述物理移动包括以下各项中的至少一项：行走、奔跑、手臂移动、头部移动、颈部移动、心跳移动、或其它自发的或无意识的肌肉移动。
在另一个示例实施例中，所述振动传感器包括在振动监测装置中；并且所述振动监测装置被配置成：生成机械共振外形；最小化机械共振频率的幅值；或最大化机械共振频率的幅值。
在另一个示例实施例中，所述振动传感器包括在工业或消费者装置中；并且超过阈值的所述振动水平的增大：指示可以预测所述工业或消费者装置即将失效的异常振动；或改变所述工业或消费者装置的操作。
在另一个示例实施例中，所述振动水平被输入到优化电路，所述优化电路被配置成改变机器人装置或自主车辆的操作。
在另一个示例实施例中，所述RF输入信号从以下各项中的至少一项导出：远场输入信号、蓝牙输入信号或WIFI输入信号。
在另一个示例实施例中，另外包括：第二装置，被配置成将所述RF输入信号传输到所述振动传感器。
在另一个示例实施例中，所述振动传感器包括在自主车辆系统中；并且所述自主车辆系统被配置成确定一个或多个车辆乘坐者的压力水平，并且作为响应，改变所述自主车辆的操作。
在另一个示例实施例中，所述振动仿形电路被配置成将一组较高振动水平映射到警觉的或完全清醒的乘坐者状态；并且所述振动仿形电路被配置成将一组较低振动水平映射到受损的或瞌睡的乘坐者状态；
根据示例实施例，一种可穿戴装置，包括：振动传感器，包括：RF接收器电路，被配置成接收RF输入信号；RF信号表征电路，被配置成测量设定时间段内所述RF输入信号的属性；其中所述RF输入信号的所述属性基于所述振动传感器与发射所述RF输入信号的RF源之间的物理运动而改变；以及振动仿形电路，被配置成将所述RF输入信号的所述属性映射到振动水平；并且其中所述可穿戴装置为以下各项中的至少一项：耳塞、助听器、头带、耳机或智能电话。
以上讨论并不旨在表示当前或未来权利要求组的范围内的每个示例实施例或每种实施方式。随后的附图和具体实施方式也例证了各个示例实施例。
在结合附图考虑以下具体实施方式时，可以更彻底地理解各个示例实施例。
附图说明
图1是振动传感器的示例。
图2是行走的人所穿戴的振动传感器的示例。
图3是人行走时可穿戴装置中的振动传感器的示例信号强度变化。
图4是坐着的人所穿戴的振动传感器的示例。
图5是人在放松的同时坐着时可穿戴装置中的振动传感器的示例信号强度变化。
图6是人在有压力的同时坐着时可穿戴装置中的振动传感器的示例信号强度变化。
图7是操作可穿戴生物反馈装置中的振动传感器的示例。
图8是用于托管用于启用振动传感器的指令的示例系统。
虽然本公开可采用各种修改和替代形式，但是本公开的细节已通过举例的方式示出在附图中并且将更加详细地进行描述。然而，应理解的是，除了所描述的特定实施例之外，其它实施例也是可能的。落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物以及替代性实施例也被涵盖。
具体实施方式
现在呈现的是用射频(RF)(即，远场)通信来捕获振动信息的RF振动感测技术。振动信息从发射RF信号的RF源与接收RF信号的RF振动传感器之间的RF信号链路的属性变化导出。
在一个示例中，RF振动传感器被结合到可穿戴装置(例如，耳塞、助听器、头带、耳机、智能电话等)中并且可以作为振动传感器(例如，用户所穿戴或携带的)与RF源(例如，智能电话)之间的RF信号属性变化而捕获物理移动。
根据这些RF信号属性变化，如果振动传感器包括在生物反馈装置中，则相对松弛指示符(RRI)可以生成并且呈现给用户。RRI可以呈现给用户：在显示器上；经由声音、振动或光信号；或者通过一些其它的用户可识别的方式，由此用户现在具有关于压力的附加信息和/或意识到压力并且然后可以试着改善其松弛状况。
较高的RF输入信号频率可以用较大的保真度来测量用户的头部、颈部或其他肌肉的微移动。
虽然随后的大多数讨论描述了生物反馈型装置中的振动传感器的实施例，但是这些RF振动感测技术可以可替代地结合到各种工业和/或消费者装备、装置或系统中。此类实施例可以标识异常变化，所述异常变化可以预测即将发生的机械失效、或帮助制造商、或修理实体、调谐装备、装置或系统到最佳振动水平(例如，更安静的、更吵闹的、寿命更长的等操作)。
根据RF源与RF振动传感器之间的距离，在替代实施例中，RF振动感测技术还可以与近场通信信号组合。
此RF振动感测技术不需要任何附加硬件，只要装置已包括RF接收器即可。因此，RF振动传感器可以被配置成以非侵入性方式与耳塞、耳机、助听器等一起工作和/或嵌入到其中。相比之下，其它生物反馈技术(如传导性、心率、基于加速计的生物反馈装置)需要附加硬件，所述附加硬件给用户造成了负担。
包括RF振动传感器的可穿戴无线装置可由诸如以下各项的其它电路和系统支持：无线电功能、微处理器、数字信号处理器、音频放大器、数据处理单元、人机接口单元、近场天线、或远场天线。
图1是振动传感器101的示例100。示例100示出了被耦合成接收RF输入信号102并输出振动水平104的振动传感器101。振动水平104取决于振动传感器101与RF源108之间的物理运动106。振动传感器101包括RF接收器电路110、RF信号表征电路112和振动仿形电路114。
在一个示例实施例中，RF接收器电路110被配置成接收RF输入信号102，RF信号表征电路112被配置成测量设定时间段内RF输入信号102属性，并且振动仿形电路被配置成将RF输入信号102属性映射到振动水平104。RF输入信号102属性基于振动传感器101与发射RF输入信号102的RF源108之间的物理运动106而改变。
根据RF输入信号102的哪个特性与振动传感器101的使用案例最相关，RF输入信号102属性在本文中被广义地限定为至少包括：RF输入信号功率水平、一组RF输入信号值的标准偏差(SD)、RF输入信号峰值频率(PF)、对一组RF输入信号值的包络函数(EF)分析、接收信号强度(RSS)等等。
在各个示例中，用以下技术中的一种技术来计算RF输入信号102属性。
根据第一技术，RF输入信号102属性从一组RF输入信号值(例如，信号强度)的时变标准偏差(SD)函数导出。SD函数是用于量化一组RF输入信号102数据的变化量或离差量的度量。
低SD指示RF输入信号102的数据点倾向于接近一组RF输入信号102数据的平均值，同时高SD指示RF输入信号102的数据点在较宽的数值范围内扩散。在一些示例实施例中，RF输入信号102属性的值直接通过SD函数值给出。
振动仿形电路114将高SD映射到较高的振动水平104并且将低SD映射到较低的振动水平104。在生物反馈示例实施例中，高SD指示用户的高物理运动并且因此可被解释为较有压力的用户。
根据第二技术，RF输入信号102属性从RF输入信号102的时变峰值频率(PF)函数导出。PF函数是用于量化一组RF输入信号102数据中在预定时间段内超过阈值数量的RF输入信号特性的数量的度量。在一个示例中，RF输入信号102的特性是RF输入信号102的功率幅值。
低PF指示RF输入信号102的数据点倾向于接近RF输入信号102组的平均值，同时高PF指示RF输入信号102数据点在较宽的数值范围内扩散。在一些示例实施例中，RF输入信号102属性的值直接通过PF函数值给出。
振动仿形电路114将高PF映射到较高的振动水平104并且将低PF映射到较低的振动水平104。在生物反馈示例实施例中，高PF指示用户的高物理运动并且因此可被解释为较有压力的用户。
根据第三技术，RF输入信号102属性从对一组RF输入信号值的时变包络函数(EF)分析导出。EF是用于通过概述信号的极值来量化振荡RF输入信号102的包络的度量。
低EF指示RF输入信号102的数据点倾向于稳定，而高EF指示RF输入信号102的数据点在较宽的数值范围内扩散。在一些示例实施例中，RF输入信号102属性的值直接通过EF给出。
振动仿形电路114将高EF映射到较高的振动水平104并且将低EF映射到较低的振动水平104。在生物反馈示例实施例中，高EF指示用户的高物理运动并且因此可被解释为较有压力的用户。
根据第四技术，第一、第二和第三技术的组合可用于导出RF输入信号102属性。利用此第四技术，可以消除RF输入信号102值中所记录的与非人员压力相关的移动。例如，通过与非人员压力相关的移动产生的周期性衰退将周期性分量添加到一组RF输入信号102数据。可以过滤除此类周期性分量，使得仅对用户压力相关物理移动数据进行另外分析。过滤功能可以是第一、第二和第三或其它技术的组合。
RF输入信号102属性可以以多种方式输出(例如，呈现给用户)。例如，在生物反馈使用案例中，RF输入信号102属性可以以以下方式呈现：以图形方式在显示器上；以听觉方式在扬声器上、以视觉方式用光信号、或者以物理方式使用振动装置。然而，在基于机器的使用案例中，RF输入信号102属性可被呈现为被路由到各个电路或用于控制各个设备/系统功能的一个或多个控制信号。
在某些自动化示例实施例中，RF输入信号102属性被自主车辆用于确定一个或多个车辆乘坐者的压力水平并因此改变自主车辆的操作。
在一个示例自主车辆实施例中，测得的高于第一属性阈值的RF输入信号属性可被解释为乘坐者是完全清醒且警觉的并且对于驾驶员来说，自主车辆脱离了较大控制，也许关掉了某些自动驾驶功能。然而，测得的低于第二属性阈值的RF输入信号属性可被解释为乘坐者被受损(例如，睡着、酒精等)并且自主车辆获得较大控制，也许载着乘坐者回家。
在另一个自动化示例实施例中，RF输入信号102属性被自主车辆用于确定一个或多个车辆系统异常地执行、并且发起另外的车辆诊断法来维持车辆的安全裕量。
在其它示例实施例中，RF输入信号102属性被结合到工业设置、零售设置、学校或家庭中的机器人系统中。
在各个实施例中，RF输入信号102属性可以从远场RF输入信号、蓝牙输入信号或WIFI信号导出。可以使用蓝牙标准，因为这样可以伸出到10米的距离，从而实现相对较低的功耗。蓝牙和低功耗蓝牙(BLE)使用2.5GHz的ISM频带。这里使用了远场传输，因为范围(10米)远远大于传输系统的波长(0.12米)。
图2是行走的人206所穿戴的振动传感器101的示例200。例如，具有无线发射器204的电视202将音频发射到戴着助听器208的人206。
行走移动产生了人206与无线发射器204之间的物理运动210。围绕人206的RF(射频)场在人206行走时改变。然而，如果人不行走，而是用其头部做出小的移动，RF场也会改变。
图3是人206(参见图2)行走时可穿戴装置中的振动传感器101的示例300信号强度变化。水平轴302是以秒为单位的时间，同时竖直轴304以dbm为单位呈现了RF输入信号102功率水平(千瓦(mWatt)的对数功率)。
平均RF输入信号102功率水平由于区域中的RF信号的相消反射而有规律地减小，所述相消反射是由于具有不同长度的视线路径和非视线路径。
图4是坐着的人406所穿戴的振动传感器101的示例400。例如，具有无线发射器404的电视402将音频发射到戴着助听器408的人406。虽然人406不再行走时，但是微移动(例如，头部、颈部、面部等)产生了人406与无线发射器404之间的物理运动410。
头部和颈部的神经包括到神经系统最有活力且最重要的器官的神经。在这个区域中，我们还找到了将中枢神经系统连接到头部和颈部的器官、皮肤和肌肉的主要脑神经和脊神经。所有这些结构一起工作来控制人406的身体的各个部位并且从身体的内部结构接收感知消息。不太放松的状况将会导致头部的小的强制移动，所述小的强制移动可由振动传感器101检测到。
图5是人406(参见图4)在放松的同时坐着时可穿戴装置中的振动传感器101的示例500信号强度变化。水平轴502是以秒为单位的时间，同时竖直轴504以dbm为单位呈现了RF输入信号102的功率水平。RF输入信号102的功率水平的平均值并未通过区域中的RF信号的相消反射而减小。
因为人非常放松，因此其用于调节身体的下意识行为的自主神经系统将不会导致头部的小的强制移动并且RSS水平并未减小。
图6是人406(参见图4)在有压力的同时坐着时可穿戴装置中的振动传感器101的示例600信号强度变化。水平轴602是以秒为单位的时间，同时竖直轴604以dbm为单位呈现了RF输入信号102功率水平。RF输入信号102功率水平的平均值通过区域中的RF信号的相消反射而减小。
因为人不放松，因此其用于调节身体的下意识行为的自主神经系统将会导致头部的小的强制移动并且RSS水平减小。
振动传感器101的某些示例实施例对RF输入信号102的功率水平变化进行分析以区分具有较低频率的主腿部肌肉步伐振动水平的行走的人(例如，图3)与具有较高频率的微颈部肌肉振动水平的坐着但有压力的人(例如，图6)。例如，由于行走而造成的RF输入信号102变化(例如，由于信号反射)与人406所在的房间的尺寸强相关，而人406的头部移动与房间的尺寸不那么强相关，因为所述头部移动是微移动。
图7是操作可穿戴生物反馈装置中的振动传感器101的示例700。在此示例700中，可穿戴装置在人的头部所戴的耳塞中。可穿戴耳塞从电视接收音频。
人在没有其它移动对象的安静环境中坐在椅子上并且启动生物反馈装置702。虽然坐着的人由于大的肌肉移动(例如，在行走时)而因此随时间推移不会很打扰RF输入信号功率水平，但是如果人不以其他形式放松，人的自主神经系统会发起头部、颈部等的小的强制移动。
装置开始记录RF输入信号功率水平704。在随时间推移分析了RF输入信号功率水平之后计算(例如，由图1的振动仿形电路114)相对松弛指示符(RRI)706。
然后将RRI传输到人的智能电话或者也许还到电视，以显示RRI(例如，作为数字或以随时间变化的图显示)708。
然后，人可以决定关注显示的RRI并且试着降低其RRI且变得更加放松710。通过生物反馈装置立即将人的努力记录下来并且过程进行重复712。借助于此准实时生物反馈法，人可以能够体验更快的松弛。
图8是用于托管用于启用振动传感器的指令的示例系统800。系统800示出了输入/输出数据802与电子设备804接口连接。电子设备804包括处理器806、存储装置808和非暂态机器可读存储介质810。机器可读存储介质810包括指令812，指令812用存储装置808内的数据来控制处理器806如何接收输入数据802并将输入数据转变为输出数据802。在本说明书其他地方讨论了机器可读存储介质810中所存储的示例指令812。在替代示例实施例中，机器可读存储介质是非暂态计算机可读存储介质。
处理器(如中央处理单元(CPU)、微处理器、专用集成电路(ASIC)等)控制存储装置(如用于暂时数据存储的随机存取存储器(RAM)、用于永久数据存储的只读存储器(ROM)、固件、闪存、外部和内部硬盘驱动器等等)的整体操作。处理器装置用总线来与存储装置以及非暂态机器可读存储介质通信并且执行实现机器可读存储介质中所存储的一个或多个指令的操作和任务。在替代示例实施例中，机器可读存储介质是计算机可读存储介质。
将容易理解的是，如本文中大体上描述的以及附图中展示的，实施例的部件可以以广泛的各种不同的构型来安排和设计。因此，如附图中表示的对各个实施例的更加详细的描述并非旨在限制本公开的范围、而仅仅是表示各个实施例。尽管在附图中呈现了实施例的各个方面，但是除非明确指示，否则附图并不一定按比例绘制。
本发明可以在不背离本发明的精神或必要特性的情况下以其它具体形式体现。所描述的实施例应在所有方面均被视为仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而非由此详细描述来指示。属于权利要求的等效物的含义和范围内的所有变化均应包含在其范围内。
贯穿本说明书，对特征、优点或类似语言的引用并非暗示可利用本发明实现的所有特征和优点应该或已经存在于本发明的任何单个实施例中。相反，指代特征和优点的语言应理解为意指结合实施例所描述的具体特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书，对特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定是指同一个实施例。
此外，所描述的本发明的特征、优点和特性可以以任何适当的方式组合到一个或多个实施例中。相关领域技术人员将认识到，鉴于本文中的描述，可以在没有特定实施例的具体特征或优点中的一个或多个具体特征或优点的情况下实践本发明。在其它实例中，在某些实施例中可以认识到可能并不存在于本发明的所有实施例中的附加特征和优点。
贯穿本说明，对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的引用意指结合所指示的实施例所描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书，短语“在一个实施例中”、“在实施例中”以及类似语言可以但不一定都是指同一个实施例。

Claims (10)

1.一种振动传感器，包括：
RF接收器电路，被配置成接收RF输入信号；
RF信号表征电路，被配置成测量设定时间段内所述RF输入信号的属性；
其中所述RF输入信号的所述属性基于所述振动传感器与发射所述RF输入信号的RF源之间的物理运动而改变；以及
振动仿形电路，被配置成将所述RF输入信号的所述属性映射到振动水平。
2.根据权利要求1所述的传感器：
其中所述属性为以下各项中的至少一项：RF输入信号功率水平；一组RF输入信号值的标准偏差(SD)；在预定时间段内超过阈值数量的RF输入信号特性的数量；对一组RF输入信号值的包络函数(EF)分析；或接收信号强度(RSS)。
3.根据权利要求1所述的传感器：
其中所述振动传感器包括在生物反馈装置中；并且
其中所述振动水平的变化指示用户压力水平的变化。
4.根据权利要求1所述的传感器：
其中所述属性是一组RF输入信号值的标准偏差(SD)；并且
其中所述振动仿形电路被配置成响应于所述一组RF输入信号值的所述标准偏差的增大来增大所述振动水平。
5.根据权利要求1所述的传感器：
其中所述属性是在预定时间段内超过阈值数量的RF输入信号特性的数量；并且
其中所述振动仿形电路被配置成响应于在所述时间段内超过所述阈值数量的RF输入信号特性的所述数量的增加来增大所述振动水平。
6.根据权利要求1所述的传感器：
其中所述属性是对一组RF输入信号值的包络函数(EF)分析；并且
其中所述振动仿形电路被配置成响应于所述一组RF输入信号值的所述包络函数的增大来增大所述振动水平。
7.根据权利要求1所述的传感器：
其中所述属性是基于标准偏差(SD)、在预定时间段内超过阈值数量的RF输入信号特性的数量、以及对一组RF输入信号值的包络函数(EF)分析的组合；并且
其中所述振动仿形电路被配置成响应于所述属性的变化来增大所述振动水平。
8.根据权利要求1所述的传感器：
其中所述RF信号表征电路被配置成通过移除周期性来过滤所述属性。
9.根据权利要求1所述的传感器：
其中所述振动传感器嵌入在生物反馈装置中；并且
其中所述振动仿形电路被配置成将所述振动水平转化为相对松弛指示符(RRI)。
10.一种可穿戴装置，包括：
振动传感器，包括：
RF接收器电路，被配置成接收RF输入信号；
RF信号表征电路，被配置成测量设定时间段内所述RF输入信号的属性；
其中所述RF输入信号的所述属性基于所述振动传感器与发射所述RF输入信号的RF源之间的物理运动而改变；以及
振动仿形电路，被配置成将所述RF输入信号的所述属性映射到振动水平；并且
其中所述可穿戴装置为以下各项中的至少一项：耳塞、助听器、头带、耳机或智能电话。
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