CN109074718A - 坠落检测系统 - Google Patents
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Abstract
一种坠落检测系统包括被构造成检测宿主的加速度和方向的至少一个传感器、具有报警模式的至少一个指示器设备和操作地连接至所述至少一个传感器和所述至少一个指示器设备的控制器。控制器被编程成接收由所述至少一个传感器生成的数据、将所接收的数据的至少一部分与表示坠落事件的至少一个指定参数进行比较并且基于比较，激活所述至少一个指示器设备以进入所述报警模式。所述至少一个指定参数包括下述的至少一个：超过预定阈值的加速度；加速事件前后宿主的开始方向和最终方向之间的变化；在加速事件后的预定时间内宿主没有移动；或者其任意组合。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年4月15日提交的名称为“呼吸速率检测系统、坠落检测系统和用于自给式呼吸装置的测距系统”的美国临时申请No.62/323,266以及2017年4月13日提交的名称为“坠落检测系统”的美国发明申请No.15/486,897的优先权，以上所述申请的全部内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及一种坠落检测系统，尤其涉及一种被构造成自动检测坠落事件并在发生坠落事件后发出警报的坠落检测系统。
背景技术
在许多领域中，非常希望可以检测并指示个体是否坠落。例如，消防是一种危险的工作，其具有许多可能导致消防员坠落的已知和未知的危险。已经开发了各种各样的个人报警安全系统(PASS)设备来检测消防员缺乏运动。通常，PASS设备被构造成使用3轴加速度计监控移动。如果PASS设备未在诸如20秒的预定时长内检测到用户移动，PASS设备就进入预报警状态。如果在预报警状态期间检测到运动，PASS设备自动重置并返回至监控模式。然而，倘若PASS设备未在附加的预定时长(例如10秒或总共30秒)内检测到运动，PASS设备就进入报警模式，直至被手动重置。
尽管现有的PASS设备在消防员坠落的情况下提供重要的报警功能，但是它们仍存在许多缺点。如果发生坠落事件(坠落、建筑倒塌、杂物坠落)，消防员处于危险之中，传统的PASS设备需要30秒才能进入全报警模式以警告他人消防员已经坠落。在最糟糕的情况下，这个时长对于坠落的消防员来说可能是生与死的差别。此外，现有的PASS设备可能在诸如站在梯子上或等待进入火场等的常规消防操作期间被激活到预报警状态。这种情况下是不希望激活PASS设备的，因为这会将消防员的注意力从手头的任务中转移开来。此外，现有的PASS设备不能检测坠落事件的类型(例如，从楼梯上摔下来、从地板或屋顶坠落或者从梯子摔下)，或者坠落事件后消防员相对于参考平面(例如地面)的方向。因此，现有的PASS设备无法提供消防员在坠落后可能遇到的遇险类型的信息。
已经开发了诸如通过拨打紧急号码的类似的坠落检测设备以供消费者使用，从而在用户诸如通过按压按钮而手动激活设备时，进行报警。其他设备可在检测到坠落后自动发出警报。然而，这些设备被构造成在检测到超过预定阈值的加速度或力后激活。因此，这些设备会在不涉及坠落的情况下被激活，例如，从较高位置跳下的情况下被激活。此外，由于这些设备通常被松散地穿戴在用户的身上，这些设备不能在检测到坠落事件时检测用户的方向。
近来，已经开发了利用移动电话的加速度计检测坠落事件的移动电话应用程序。这些应用程序与PASS设备相似的是，它们进入预报警模式预定的时间量，从而使得用户可以选择将应用程序恢复至监控状态。此外，这些设备不能检测坠落事件的类型，或者坠落事件后用户相对于参考平面的方向。
尽管现有技术存在各种坠落检测系统，然而该领域仍持续需要改善的坠落检测系统。例如，需要一种改进的坠落检测系统，其消除系统进入全报警模式之前的预定预报警期。该领域进一步需要一种改进的坠落检测系统，其被构造成检测坠落事件的类型，并基于坠落事件的类型激活警报。该领域还需要一种改进的坠落检测系统，其被构造成检测坠落事件后用户相对于参考平面的方向。
发明内容
总体来说，提供一种改进的坠落检测系统，其消除了系统进入全报警模式前的预定的预报警期。优选地，提供一种改进的坠落检测系统，其被构造成检测检测坠落事件的类型，并基于坠落事件的类型激活警报。优选地，提供了种改进的坠落检测系统，其被构造成检测坠落事件后用户相对于参考平面的方向。
在一些优选但非限制性实施例或方案中，提供一种坠落检测系统，其可具有：被构造成检测宿主的加速度的至少一个传感器；具有报警模式的至少一个指示器设备；以及操作地连接至所述至少一个传感器和所述至少一个指示器设备的控制器，控制器被编程或构造成接收由所述至少一个传感器生成的数据，将所接收的数据的至少一部分与表示坠落事件的至少一个指定参数进行比较，并且基于比较，激活或引起至少一个所述指示器设备激活以进入所述报警模式。所述至少一个指定参数可包括下述的至少一个：超过预定阈值的加速度；加速事件前宿主的开始方向和加速事件后宿主的最终方向之间的变化；在加速事件后的预定时长内宿主缺乏移动；或者其任意组合。
在其他优选但非限制性实施例或方案中，加速事件的预定阈值可以是至少大约3G。加速事件后的预定时长可以在大致0秒至大致5秒的范围。所述至少一个传感器可以被构造成检测静态加速度和动态加速度中的至少一种。所述至少一个传感器可以是下述中的至少一种：3轴加速度计、6轴加速度计、全方位磁强计或者其任意组合。所述至少一个指示器设备可以是视觉指示器设备。视觉指示器设备可以是发光二极管或红外发射器中的至少一种。所述至少一个指示器设备可以是听觉指示器设备。听觉指示器设备可以是扬声器或压电蜂鸣器中的至少一种。所述至少一个指示器设备可以是远程信号指示器设备，其被编程或构造成与至少一个远程设备无线通信。远程信号指示器设备可被编程或构造成发送无线短程信号和无线远程信号中的至少一种至远程设备。可提供重置机构，以在激活后关闭至少一个指示器。可提供电源以给下述的至少一个供电：控制器，所述至少一个传感器，所述至少一个指示器设备或者其任意组合。
在其他优选但非限制性实施例或方案中，提供一种自给式呼吸装置，其可具有安装在刚性框架上的箱和坠落检测系统，其中，所述刚性框架被构造成利用一个或多个带子安装在用户的后背上。坠落检测系统可具有：至少一个传感器，其连接至所述刚性框架以检测穿戴所述刚性框架的用户的加速度；至少一个指示器设备，其具有报警模式；和控制器，其被编程或构造成接收由至少一个传感器生成的数据，将所接收数据的至少一部分与表示坠落事件的至少一个指定参数进行比较，并且基于比较，激活或引起所述至少一个指示器设备激活以进入所述报警模式。所述至少一个指定参数包括下述的至少一个：超过预定阈值的加速度；加速事件前宿主的开始方向和加速事件后宿主的最终方向之间的变化；在加速事件后的预定时长内宿主缺乏移动；或者其任意组合。
在其他优选但非限制性实施例或方案中，加速事件的预定阈值可以是至少大约3G。加速事件后的预定时长可以是大致0秒至大致5秒的范围。所述至少一个传感器可以被构造成检测静态加速度和动态加速度中的至少一种。所述至少一个传感器可以是下述中的至少一种：3轴加速度计、6轴加速度计、全方位磁强计或者其任意组合。所述至少一个指示器设备可以是视觉指示器设备、听觉指示器设备和远程信号指示器设备中的至少一种。重置机构可用于在激活后关闭至少一个指示器。
现在将在以下编号的条项中阐述进一步优选和非限制性的实施例或方案。
条项1：一种坠落检测系统，包括：
至少一个传感器，其被构造成检测宿主的加速度和方向；
至一个指示器设备，其具有报警模式；和
控制器，其操作性地连接至所述至少一个传感器和所述至少一个指示器设备，所述控制器被编程或配置成：
接收由所述至少一个传感器生成的数据；
将所接收的数据的至少一部分与表示坠落事件的至少一个指定参数进行比较；并且
基于比较，激活或引起所述至少一个指示器设备激活以进入所述报警模式，
其中，所述至少一个指定参数包括下述的至少一个：超过预定阈值的加速度；加速事件前宿主的开始方向和加速事件后宿主的最终方向之间的变化；在加速事件后的预定时长内宿主缺乏移动；或者前者的任意组合。
条项2：如条项1所述的坠落检测系统，其中，所述加速事件的所述预定阈值是至少大约3G。
条项3：如条项1或2所述的坠落检测系统，其中，所述加速事件后的预定时长在大致0秒至大致5秒的范围内。
条项4：如条项1-3中任一项所述的坠落检测系统，其中，所述至少一个传感器被构造成检测静态加速度和动态加速度中的至少一种。
条项5：如条项1-4中任一项所述的坠落检测系统，其中，所述至少一个传感器是下述中的至少一种：3轴加速度计、6轴加速度计、全方位磁强计或者其任意组合。
条项6：如条项1-5中任一项所述的坠落检测系统，其中，所述至少一个指示器设备是视觉指示器设备。
条项7：如条项1-6中任一项所述的坠落检测系统，其中，所述视觉指示器设备是发光二极管和红外线发射器中的至少一种。
条项8：如条项1-7中任一项所述的坠落检测系统，其中，所述至少一个指示器设备是听觉指示器设备。
条项9：如条项1-8中任一项所述的坠落检测系统，其中，所述听觉指示器是扬声器或压电蜂鸣器中的至少一种。
条项10：如条项1-9中任一项所述的坠落检测系统，其中，所述至少一个指示器设备是远程信号指示器设备，其被编程或构造成与至少一个远程设备无线通信。
条项11：如条项1-10中任一项所述的坠落检测系统，其中，所述远程信号指示器设备被编程或构造成将无线短程信号和无线远程信号中的至少一种发送至所述至少一个远程设备。
条项12：如条项1-11中任一项所述的坠落检测系统，进一步包括在激活后关闭所述至少一个指示器的重置机构。
条项13：如条项1-12中任一项所述的坠落检测系统，进一步包括电源，用于为下述的至少一者供电：所述控制器，所述至少一个传感器，所述至少一个指示器设备或者其任意组合。
条项14：一种自给式呼吸装置(SCBA)，包括：
箱，其安装于刚性框架上，所述刚性框架被构造成利用一个或多个带子安装在用户的后背上；和
坠落检测系统，其包括：
至少一个传感器，其连接至所述刚性框架并且被构造成检测穿戴所述刚性框架的用户的加速度和方向；
至少一个指示器设备，其具有报警模式；和
控制器，其操作地连接至所述至少一个传感器以接收由所述至少一个传感器检测的数据，针对表示坠落事件的预定特性分析由所述至少一个传感器检测的所述数据，并且在检测到具有表示所述坠落事件的预定特性的数据时，激活所述至少一个指示器至报警模式，
其中，所述坠落事件的所述预定特性包括超过预定阈值的加速事件；加速事件前用户的开始方向和加速事件后用户的最终方向之间的变化；在加速事件后用户缺乏移动。
条项15：如条项14所述的SCBA，其中，所述加速事件的所述预定阈值是至少3G。
条项16：如条项14或15所述的SCBA，其中，所述加速事件后的预定时长是0秒至5秒。
条项17：如条项14-16中任一项所述的SCBA，其中，所述至少一个传感器被构造成检测静态加速度和动态加速度。
条项18：如条项14-17中任一项所述的SCBA，其中，所述至少一个传感器是下述中的至少一种：3轴加速度计、6轴加速度计、全方位磁强计。
条项19：如条项14-18中任一项所述的SCBA，其中，所述至少一个指示器设备是视觉指示器设备、听觉指示器设备和远程信号指示器设备中的至少一种。
条项20：如条项14-19中任一项所述的SCBA，进一步包括在激活后关闭所述至少一个指示器的重置机构。
通过参照附图考虑下述说明和所附权利要求，本发明的这些和其他特征和特性、连同操作方法和结构的相关元件的功能以及部件的组合和生产的经济性将变得明了，所有附图形成本说明书的一部分，其中在各附图中相似的附图标记表示对应部件。然而，应该清楚地理解，附图仅为了示出和说明的目的，不构成对本发明的限制。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选但非限制性实施例或方案的坠落检测系统的示意图；
图2是被构造成与图1的坠落检测系统一同使用的自给式呼吸装置的透视图；和
图3是激活图1的坠落检测系统的报警模式的步骤的流程图。
具体实施方式
为了下文的描述，术语“端”、“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“横”、“纵”及其衍生词在描述本发明时均按照附图中的取向。然而，可以理解本发明可以采取多种替代变型和步骤顺序，除非明确相反说明。还可以理解附图中示出以及在下文中描述的具体设备和过程仅仅是本发明的示例性实施方式。因此，与本文公开的实施方式相关的具体尺寸和其他物理特性不应被认为是限制性的。
正如在说明书以及权利要求中使用的，单数形式的“一”和“该”包括复数含义，除非上下文另有清楚指示。正如在说明书以及权利要求中使用的，本文公开的所有范围或比率应理解成涵盖包含在其中的任意和所有子范围或子比率。在一个方案或实施例中，记载的范围或比率“1至10”应被理解成包括在最小值1和最大值10之间(包括1和10)的任何和所有子范围；即，所有从最小值1或大于1起始并且截止于最大值10或小于10的子范围或子比率，例如但不限于1至6.1、3.5至7.8，以及5.5至10。
正如说明书以及权利要求书中使用的，术语“坠落事件”表示用户从第一位置到第二位置的意外位置变化，其中，第一位置和第二位置在用户相对于地面的方向或高度上不同。
正如说明书以及权利要求书中使用的，术语“加速事件”表示物体的加速度偏离预定范围，例如但不限于1G至3G。
正如说明书以及权利要求书中使用的，术语“基本平行”表示两个物体(如果延伸则理论上相交)，诸如细长物体并且包括基准线，之间的相对角度为0°至5°或0°至3°或0°至2°或0°至1°或0°至0.5°或0°至0.25°或0°至0.1°，包括所述的值。正如说明书以及权利要求书中使用的，术语“基本垂直”表示两个物体(如果延伸则理论上相交)，诸如细长物体并且包括基准线，之间的相对角度为85°至95°或87°至93°或89°至91°或89.5°至90.5°或89.9°至90.1°，包括所述的值。
参照附图1-3，在不同的优选但非限制性实施例或方案中，本公开涉及一种坠落检测系统100，其被构造成自动检测坠落事件并在发生坠落事件后发出警报。如本文所讨论的，坠落检测系统100可被构造成检测坠落事件的类型，并且基于坠落事件的类型激活警报。此外，坠落检测系统100可被构造成检测坠落事件后用户相对于参考平面的方向。在各种实施例中，坠落检测系统100可与用户穿戴的其他设备，诸如用于支撑诸如自给式呼吸装置(SCBA)的设备的安全带、皮带或框架一起使用。
坠落检测器
参见图1，在一优选但非限制性实施例或方案中，坠落检测系统100具有至少一个传感器102(以下称为“传感器102”)，传感器102被构造成检测宿主(host)在三维空间中的方向和加速度，其中宿主例如为用户或被构造成由用户穿戴的物体。传感器102操作地连接至控制器104，控制器104被构造成接收由传感器102检测的信息、分析由传感器102检测的信息以确定信息是否表示坠落事件并且在检测到坠落事件的情况下激活一个或多个指示器设备106(下文称为“指示器设备106”)。
在一些实施例或方案中，传感器102、控制器104和指示器设备106可接收在壳体108内以限定一体式坠落检测系统100。可密封壳体108以防止水进入接收传感器102、控制器104和指示器设备106的壳体的内部。壳体108可由耐热材料制成，由此，壳体108即使暴露于高热(500°F)也能保持坠落检测系统100的功能。在其他实施例中，坠落检测系统100的组件可以以被构造成相互作用的单独的项提供。坠落检测系统100可具有电源110，从而为坠落检测系统100的各种组件供电。在一些实施例中，电源110可以与壳体108成一体，使得单个电源110提供电能给传感器102、控制器104和指示器设备106。在其他实施例中，可提供多个电源110，每个电源110为传感器102、控制器104和指示器设备106中的至少一个供电。
如本文讨论，坠落检测系统100被构造成由用户直接穿戴或间接穿戴。直接穿戴例如是连接至用户的身体和/或衣物。间接穿戴例如是连接至由用户携带的设备。例如，坠落检测系统100可以是手镯、项链、皮带或用户穿戴的其他配件的形式，例如附接至用户的手腕、腰部、颈部或其他身体部位。如本文讨论，在其他示例中，坠落检测系统100可连接至用户携带的背包或其他配件。
传感器
在各种实施例或方案中，坠落检测系统100的传感器102以这种方式连接至用户，即能够感测用户身体随时间的位置变化，诸如加速度、方向、距离。传感器102可以是被构造成测量加速度的电子或电子机械设备。在一些实施例或方案中，传感器102可被构造成测量诸如重力的静态加速度，和/或诸如由移动或震动导致的力的动态加速度。例如，传感器102可以是被构造成检测三个参考轴上的加速度(即X、Y、Z轴上的平移)的加速度计。在其他实施例中，传感器102可以是被构造成检测三个参考轴上的加速度以及绕三个轴中的每个轴的旋转的加速度计(即，6轴加速度计)。在进一步的实施例中，传感器102可以是全方位磁强计。通过测量由重力引起的静态加速度的大小，传感器102可被用于确定坠落检测设备100相对于地面的倾斜角度。类似地，通过感测动态加速度的大小，传感器102可被用于确定坠落检测设备100移动的方向。传感器102可以连续地或间歇地操作，间歇地操作例如可以是以预定的非活动间隔分开的预定活动间隔来操作。在每个实施例或方案中，传感器102被构造成感测坠落检测设备100的加速度，其具有表示坠落事件的预定特性。
本领域的技术人员可以理解的是，传感器102可以是单个传感器，也可以是如上所述的两个或多个传感器的阵列。例如，传感器102可以具有组合在一起且被构造成感测由于诸如由笛卡尔坐标系定义的三维空间中的平移和/或旋转引起的加速度的多个单轴或双轴传感器。
控制器
由传感器102获取的数据例如通过有线或无线连接的方式被传送至控制器104，以分析、确定数据是否包含传感器102被构造用来检测的坠落事件的任何预定特性。例如，预定特性可包括自由落体、撞击和缺乏运动。基于该数据的特性(即，数据是否包含与坠落事件的预定特性相关的信息)，控制器104可激活指示器设备106，从而提供已发生坠落事件的警报。
正如本文所使用的，控制器104包括或者可操作地执行适当的定制或传统软件以执行和实施本发明的方法的处理步骤和系统，由此形成专门的和特定的计算系统。控制器104可包括多个离散的计算机可读介质组件以分析由传感器102感测的信息，并在所述信息包含表示坠落事件的预定特性时激活指示器设备106。例如，该计算机可读介质可包括诸如易失性介质、非易失性介质、可移除介质、不可移除介质、暂时性介质、永久性介质等控制器104可读取的任意介质。作为进一步的实施例，该计算机可读介质可包括：计算机存储介质，例如是以任何方法或技术实现存储信息的介质，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据；随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可电擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其他存储器技术；CD-ROM、数字视频磁盘(DVD)或其他光盘存储器；磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁存储设备；或者可以用于存储所需信息并可以由控制器104访问的任何其他介质。进一步地，该计算机可读介质可包括通信介质，诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他调制数据信号形式的数据，例如载波或其他传送机制并且可包括任何信息传递介质、有线介质(例如有线网络和直接有线连接)和无线介质(例如声信号、射频信号、光信号、红外信号、生物信号、条形码信号等)。当然，上述的任何组合也应包括在计算机可读介质的范围内。控制器104进一步可包括具有易失性存储器和非易失性存储器形式的计算机存储介质的系统存储器，例如ROM和RAM。具有适当的基于计算机例程的基本输入/输出系统(BIOS)有助于在控制器104内的组件之间传送信息并且通常存储在ROM中。系统存储器的RAM部分一般包含可立即访问或当前由处理单元操作的数据和程序模块。处理单元例如是操作系统、应用程序编程接口、应用程序、程序模块、程序数据和其他基于指令的计算机可读代码。
指示器
当控制器104确定由传感器102感测的信息包含坠落事件的预定特性时，控制器104可通过有线或无线控制激活指示器设备106。在一些优选但非限制性实施例或方案中，指示器设备106可以是视觉指示器设备106a、听觉指示器设备106b、远程信号指示器设备106c或上述任意组合。例如，指示器设备106可具有在控制器104激活指示器设备106时被照亮的一个或多个光源，例如一个或多个发光二极管(LED)。所述一个或多个光源可以在指示器设备106被激活时被持续点亮。可替换地，所述一个或多个光源可以以预定间隔或预定顺序被间歇性地点亮。视觉指示器设备106a可设在壳体108上和/或在与坠落检测设备100连通的外部设备上。例如，视觉指示器设备106a可设在由用户穿戴的头盔或与用户连接或者由用户穿戴的其他设备上。在一些实施例中，视觉指示器设备106a可具有至少一个被构造成由热成像传感器感测的红外光源。
在其他优选但非限制性实施例或方案中，指示器设备106可以是具有至少一个扬声器和/或压电蜂鸣器的听觉指示器设备106b。所述至少一个扬声器和/或压电蜂鸣器可以与坠落检测系统100的壳体108成一体和/或位于与坠落检测设备100连通的外部设备上。在进一步的实施例或方案中，指示器设备106可以是远程信号指示器设备106c，其被构造成提供远程信号至外部设备。例如，指示器设备106可无线地发送信号至外部设备以指示已发生坠落事件。远程信号可以是远程信号(900MHz)或短程信号(2400MHz)。短程信号可被构造成用于自坠落检测设备100至诸如另一用户的另一本地设备的传输。远程信号可以被构造成用于自坠落检测设备100使用移动电话网络或具有移动或主要命令中心的基站至远程设备的传输。在一些实施例中，远程设备可以是火灾现场的事故指挥中心。指示器设备106可被构造成在检测到坠落事件后指示坠落检测设备100的位置。
在一些优选但非限制性实施例或方案中，指示器设备106可被构造成基于不同的坠落事件激活不同类型的警报。例如，如果传感器102检测的坠落事件表示从楼梯上摔下来，指示器设备106可激活诸如视觉指示器设备106a的第一指示器类型。如果传感器102检测的坠落事件表示建筑倒塌，指示器设备106可激活诸如远程信号指示器设备106c的第二指示器类型。本领域普通技术人员可以理解，可以根据传感器102检测的坠落事件的类型同时或顺序地激活多个指示器设备106。
在一些优选但非限制性实施例或方案中，指示器设备106可在其被激活后重置。例如，可设有诸如按钮的重置机构112，使得在激活之后可以关闭指示器设备106。重置机构112可直接设置在坠落检测系统100的壳体108上，使得用户可以手动重置指示器设备106。可替换地，或附加地，重置机构112可设置在与坠落检测系统100无线通信的外部设备上以使得可以远程重置指示器设备106。
SCBA系统
坠落检测系统100可以集成在被构造成由用户携带或穿戴的设备上。在一些优选但非限制性实施例或方案中，坠落检测系统100可用在戴在用户头上的头盔上。在其他优选但非限制性实施例或方案中，坠落检测系统100可被构造成与自给式呼吸装置(SCBA)一同使用。存在各种SCBA及类似的系统，其中一些可通过Mine Safety Appliances公司获得。这些SCBA可被构造成用于诸如消防或工业使用的各类运用。参见图2，SCBA 200具有箱202、连接至箱202的压力调节器204、将压力调节器204连接至面罩208的空气管线206。箱202被安装并支撑于刚性框架210上，刚性框架210穿戴在用户的后背上。一对肩带212和一根束缚带(belt strap)214被连接至框架210。肩带212和束缚带214被构造成使得SCBA 200可以以与背包类似的方式穿戴，其中箱202和框架210定位在使用者的背部上。
坠落检测系统100可以集成于SCBA 200。在一些优选但非限制性实施例或方案中，坠落检测系统100的至少一部分可连接至SCBA 200的框架210。例如，至少可将坠落检测系统100的传感器定位在SCBA 200的框架210上。将坠落检测系统100的至少一部分定位在框架210带来了数个优点。当由用户穿戴时，无论用户的身高和体重如何，框架210被定位成靠近用户的重心。此外，框架210的位置相对于用户的身体基本保持不变。以此方式，传感器102的读数可用来基于框架210的方向确定用户的方向。
坠落检测系统操作
坠落检测系统100可被构造成检测传感器102的方向变化(并且由此检测用户的方向变化)、测量传感器102所经历的加速度(并且由此测量用户经历的力)并感测传感器102的移动(并且由此感测用户的移动)。控制器104可以将该信息用作分析传感器102在三维空间的移动(并且由此用户的移动)是否可定性为坠落事件的标准。
在消防领域，在火灾现场穿戴SCBA 200的用户主要处于直立位置或爬行位置，其中，在直立位置，SCBA 200和框架210被取向在相对于地面基本竖直的方向，在爬行位置，SCBA 200和框架210被取向在相对于地面平行且偏离的基本水平的方向。传感器102可用于检测框架210的方向，并由此检测用户的方向。控制器104可利用传感器102检测的信息来确定框架210的方向是否落入期望方向，并由此确定用户的方向是否落入期望方向。例如，传感器102的期望方向可以是在离地面大约36英寸的高度处的竖直方向(即，基本垂直于地面)，或者相对于地面竖直地偏离大约24英寸的水平方向(即，基本平行于地面)。未在这些期望方向内(或者在距这些期望方向的预定范围内)的传感器102的方向可表示用户已经坠落，并且可能需要帮助。例如，用户的非典型方向包括但不限于：用户颠倒或者仰面躺着。如本文所论述，控制器104可将来自传感器102的与传感器102的方向相关的数据用作标准以决定是否应当通过激活指示器设备106来启动报警模式。例如，控制器104可将传感器102的非典型方向(并且由此用户的非典型方向)用作启动报警模式的触发条件。
除了使用传感器102/框架210的方向来确定用户的方向，坠落检测系统100可使用与传感器102检测到的加速度相关的信息，并将该信息与用户经历的力相关联。在一些实施例中，坠落检测系统100可使用与传感器102检测的加速事件期间的加速度的大小和持续时间相关的信息，并将该信息与用户经历的力相关联。根据传感器102检测的加速度的大小(和可选的加速的持续时间)，如果加速度大小(和可选的加速的持续时间)超过预定阈值(3G)，控制器104可通过激活指示器设备106而启动报警模式。例如，竖轴线上的零加速测量值表示自由落体状态。该零加速测量值之后可以接着是大的正加速度，例如，在用户自由落体后撞到地面时。如果零测量值之后的加速度的正测量值超过预定阈值(3G)，控制器104可通过激活指示器设备106而启动报警模式。一些加速事件是典型的(即，从卡车上跳下)，而其他事件(从屋顶掉下，被砖块击中)会对用户造成伤害。以此方式，低于预定阈值的加速事件可被忽略，而高于预定阈值的加速事件会导致激活指示器设备以提供用户已经坠落的报警。
除了使用传感器102/框架210的方向来确定用户的方向和用户经历的加速度外，坠落检测系统100还可以在经历加速事件后使用与传感器102的运动(以及由此用户的运动)相关的信息。在一些优选但非限制性实施例或方案中，控制器104可被构造成在经历加速事件后，检测用户是静止还是移动。例如，在经历加速事件后，如果用户在诸如0-5秒的预定时间段内没有移动，该信息可表示用户已经坠落且无法移动。控制器104可激活指示器设备106以指示用户已经坠落且需要帮助。
参见下面的表Ι，其示出了诸如从较高位置坠落、从楼梯摔下、由建筑倒塌导致的坠落、以及由于被物体击中导致的坠落等的各种坠落事件。虽然不是穷尽的清单，然而表Ι列出的坠落事件是消防员在火灾现场遇到的最典型坠落事件。对于每个坠落事件，控制器104分析来自传感器102的与加速事件前用户的方向、坠落期间的加速度大小、撞击期间的加速度大小、用户的最终方向以及坠落后的移动相关的信息来确定是否应当激活警报。
表Ι
例如，在从较高位置坠落中，例如从屋顶坠落，用户最初可能处于直立位置，在坠落后最终成为非竖直位置。此外，用户在自由落体期间会经历零加速度，并且在撞击时经历大的加速度。根据用户能否在坠落之后的预定时间段内(0-5秒)移动，控制器104可自动激活指示器设备106。
在控制器104分析来自传感器102的方向、加速度和运动信息后，控制器104可确定该信息是否表示坠落事件，诸如上述表Ι所列的其中一种坠落事件，并自动激活指示器设备106。在一些实施例中，控制器104可激活指示器设备106以通过短程信号与坠落用户附近的其他用户通信。在其他实施例中，指示器设备106可向用户提供已经发生坠落事件的视觉或听觉指示，询问用户确认是否需要帮助。例如，如果用户在经历坠落事件后能够安全移动，用户可通过重置机构112关闭指示器设备106。
以上说明了坠落检测系统100和SCBA 200的结构，以下将参考图3说明坠落检测系统100的使用方法。最初，传感器102被构造成检测用户的初始位置(方框300)(例如站立或爬行)，并将这个值用作参考位置。控制器104可连续地更新参考位置，以考虑在使用坠落检测系统100期间用户位置的变化。传感器102被构造成检测在三维空间内用户的所有移动，并将这些移动与加速度测量相关联(方框302)。利用传感器数据，控制器104确定传感器102测量的加速度是否超过预定阈值(方框304)。如果加速度测量值未超过预定阈值，控制器104继续针对任何可能超过加速度阈值的加速度值监控传感器数据。如果控制器104检测到来自传感器102的加速度数据超过预定阈值，控制器104分析加速事件之后与用户位置相关的传感器数据(方框306)。控制器104同样分析加速事件之后与用户移动相关的传感器数据(方框308)。如果在加速事件后的预定时长内检测到用户的移动，控制器104将不激活报警模式(方框310)。然而，如果在加速事件后的预定时长内未检测到用户移动，控制器104激活报警模式(方框310)，其中激活指示器设备106以指示用户已坠落。
尽管出于说明的目的已经基于目前被认为是最实用和优选的实施例对本发明进行了详细描述，但应当理解这些细节仅仅是为了此目的并且本发明不限于公开的实施例，而是相反意在覆盖在权利要求的精神和范围内的修改和等同布置。例如，应当理解本发明设想，在可能的范围内，任意实施例的一个或多个特征可与任意其他实施例的一个或多个特征组合。
Claims (20)
1.一种坠落检测系统，包括：
至少一个传感器，其被构造成检测宿主的加速度和方向；
至少一个指示器设备，其具有报警模式；和
控制器，其操作地连接至所述至少一个传感器和所述至少一个指示器设备，所述控制器被编程或被配置成：
接收由所述至少一个传感器生成的数据；
将所接收的数据的至少一部分与表示坠落事件的至少一个指定参数进行比较；并且
基于比较，激活或引起所述至少一个指示器设备激活以进入所述报警模式，
其中，所述至少一个指定参数包括下述的至少一个：超过预定阈值的加速度；加速事件前宿主的开始方向和加速事件后宿主的最终方向之间的变化；在加速事件后的预定时长内宿主缺乏移动；或者前者的任意组合。
2.如权利要求1所述的坠落检测系统，其中，所述加速事件的所述预定阈值是至少大约3G。
3.如权利要求1所述的坠落检测系统，其中，所述加速事件后的预定时长在0至大约5秒的范围内。
4.如权利要求1所述的坠落检测系统，其中，所述至少一个传感器被构造成检测静态加速度和动态加速度中的至少一种。
5.如权利要求1所述的坠落检测系统，其中，所述至少一个传感器是下述中的至少一种：3轴加速度计、6轴加速度计、全方位磁强计或者其任意组合。
6.如权利要求1所述的坠落检测系统，其中，所述至少一个指示器设备是视觉指示器设备。
7.如权利要求6所述的坠落检测系统，其中，所述视觉指示器设备是发光二极管和红外线发射器中的至少一种。
8.如权利要求1所述的坠落检测系统，其中，所述至少一个指示器设备是听觉指示器设备。
9.如权利要求8所述的坠落检测系统，其中，所述听觉指示器设备是扬声器或压电蜂鸣器中的至少一种。
10.如权利要求1所述的坠落检测系统，其中，所述至少一个指示器设备是远程信号指示器设备，其被编程或构造成与至少一个远程设备无线通信。
11.如权利要求10所述的坠落检测系统，其中，所述远程信号指示器设备被编程或构造成将无线短程信号和无线远程信号中的至少一种发送至所述至少一个远程设备。
12.如权利要求1所述的坠落检测系统，进一步包括在激活后关闭所述至少一个指示器设备的重置机构。
13.如权利要求1所述的坠落检测系统，进一步包括电源，用于为下述的至少一者供电：所述控制器、所述至少一个传感器、所述至少一个指示器设备或者其任意组合。
14.一种自给式呼吸装置(SCBA)，包括：
箱，其安装于刚性框架上，所述刚性框架被构造成利用一个或多个带子安装在用户的后背上；和
坠落检测系统，其包括：
至少一个传感器，其连接至所述刚性框架以检测穿戴所述刚性框架的用户的加速度和方向；
至少一个指示器设备，其具有报警模式；和
控制器，其操作地连接至所述至少一个传感器和所述至少一个指示器设备，所述控制器被编程或被配置成接收由所述至少一个传感器生成的数据、将所接收的数据的至少一部分与表示坠落事件的至少一个指定参数进行比较并且基于比较，激活或引起所述至少一个指示器设备激活以进入所述报警模式，
其中，所述至少一个指定参数包括下述的至少一个：超过预定阈值的加速度；加速事件前宿主的开始方向和加速事件后宿主的最终方向之间的变化；在加速事件后的预定时长内宿主缺乏移动；或者前者的任意组合。
15.如权利要求14所述的SCBA，其中，所述加速事件的所述预定阈值是至少大约3G。
16.如权利要求14所述的SCBA，其中，所述加速事件后的预定时长在大致0秒至大致5秒的范围内。
17.如权利要求14所述的SCBA，其中，所述至少一个传感器被构造成检测静态加速度和动态加速度中的至少一种。
18.如权利要求14所述的SCBA，其中，所述至少一个传感器是下述中的至少一者：3轴加速度计、6轴加速度计、全方位磁强计或者其任意组合。
19.如权利要求14所述的SCBA，其中，所述至少一个指示器设备是视觉指示器设备、听觉指示器设备和远程信号指示器设备中的至少一种。
20.如权利要求14所述的SCBA，进一步包括在激活后关闭所述至少一个指示器设备的重置机构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181221 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |