CN110441824A - 床或椅子离开感测设备及其使用 - Google Patents
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Abstract
一种床或椅子离开感测设备(13)，其待被放置在床或椅子中、上或相对于床或椅子放置，并适于检测人离开床或椅子，该感测设备包括压电传感器(30)和适于通过处理来自压电传感器(30)的信号来确定人何时离开床的数据处理装置(33)，其特征在于，该床或椅子离开感测设备(13)包括加速度计传感器(34)，并且所述数据处理装置(33)适于基于对来自所述压电传感器(30)的信号和来自所述加速度计传感器(34)的信号的组合处理来确定人离开床或椅子。
Description
技术领域
本发明涉及一种床或椅子离开感测设备，该设备待被放置在床或椅子中或上或待相对于床或椅子放置，并且适于检测人离开床或椅子，该设备包括压电传感器和数据处理装置，所述数据处理装置适于通过处理来自压电传感器的信号来确定人何时离开床或椅子。
背景技术
EP 0 778 003 A2公开了一种存在检测设备，其包括具有压电元件的软带，该压电元件待固定在床垫的表面上；以及存在和不存在判断装置，该判断装置基于来自压电元件的信号判断床上存在和不存在人。压电元件通过屏蔽线连接到电路单元，例如，该电路单元待布置在地板上并且包括不存在和存在判断装置，该屏蔽线对用户来说可能不舒服，甚至是成为绊脚的危险源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灵敏度高、可靠性高、误差率低、用户操作起来方便且舒适的床或椅子离开感测设备。
本发明利用独立权利要求的特征来解决这个问题。通过将加速度计传感器作为除压电传感器外的第二独立传感器，并基于对来自所述压电传感器的信号和来自所述加速度计传感器的信号的组合处理来确定人离开床或椅子，提供两个独立的传感器(双传感器技术)。因为提供了完整信息，并且一个传感器的结果能够由另一传感器的结果证明，因此，这使得离开床或椅子的确定更加可靠。压电传感器的使用确保了高灵敏度的测量。
优选地，如果满足来自压电传感器的信号的条件和来自加速度计传感器的信号的条件，特别是在预定的时间段内满足，则确定人离开床或椅子。这允许可以连续地评估来自压电传感器和加速度计传感器的信号，其中通过证明在预定的时间段内是否满足这两个条件来优选地实现组合处理。然而，可以对取决于来自压电传感器和加速度计传感器的信号的单个条件进行评估，以确定离开床或椅子。
优选地，监测所述条件中的第一条件，并且仅当满足所述条件时，开始对来自其他传感器(尤其是压电传感器)的值进行采样以确定是否满足相应的第二条件。这实现了节电操作，因为大多数情况下，只有来自其中一个传感器(例如加速度计传感器)的信号被监测或采样，而来自另一个传感器的值仅在满足第一个条件后的短时间内被采样。在完全电池供电的感测设备中，此特征尤其有利，因为它显著延长了电池寿命。优选地，如果在预定的时间段内没有满足另一条件，则停止对来自第二传感器的值进行采样，这也有助于节省能耗。
优选地，数据处理装置适于根据加速度计传感器输出的信号确定感测设备的倾斜角度和/或倾斜角度随时间的变化。在这种情况下，如果在预定的时间段内倾斜角度的变化超过第一阈值，则能够认为床或椅子的离开条件已满足，这很容易确定并且产生可靠的结果。
优选地，如果来自压电传感器的信号或处理信号从高于预定的第二阈值的高水平下降到低于特定的第三阈值的低水平，则认为满足床或椅子离开条件，其中第二阈值指示该人在起床期间在受监控的床或椅子上显着移动，第三阈值指示该人在一段时间内离开被监视的床或椅子。
为了方便，床或椅子离开感测设备包括无线发射器。在已确定人离开床或椅子的情况下，数据处理装置适于控制无线发射器发送无线床或椅子离开信号。
在优选实施例中，床或椅子离开感测设备由电池供电，特别是完全由电池供电。压电传感器、数据处理装置和加速度计传感器优选地设置在感测设备的同一外壳内。在本实施例中，感测设备是自保持的单一单元，其中所有电气部件都布置在同一外壳内。由于此特征，该感测设备紧凑并且没有干扰的外部接线。
优选地，加速度计传感器在床或椅子离开感测设备的主平面中提供至少二维加速度数据，更优选三维加速度数据。
无线发射器优选地通过蓝牙协议进行通信和/或作为蓝牙网络的一部分。
本发明的感测设备可以有利地应用于监测老年人、残疾人、痴呆患者、癫痫患者等人和/或在医院、疗养院、养老院、私人住宅等建筑物内离开床或椅子。床一般是供人躺在上面的家具，包括沙发、躺椅、长榻、沙发床等各种床。椅子一般是供人坐在上面的家具，包括扶手椅、安乐椅、凳子、长椅、悬臂椅等。
优选地，床或椅子离开感测设备适于根据对来自压电传感器的信号和来自加速度计传感器的信号的组合处理来确定人进入或重新进入床或椅子。这能够以类似于确定离开床或椅子的方式来实现。
附图说明
在下文中，应参照附图基于优选实施例对本发明进行说明，附图中：
图1示出床或椅子离开感测设备的外壳部分的示意图；
图2示出图1的外壳部分和相应的外壳部分的侧视图；
图3示出用于说明床或椅子离开感测设备的应用的示意图；并且
图4示出床或椅子离开感测设备的压电传感器的横截面图。
具体实施方式
床或椅子离开感测设备13包括具有外壳部分11、12的外壳10，所述外壳部分11、12能够通过未示出的连接元件彼此连接以形成外壳10，例如，可以通过与外壳部分11、12一体成型的夹具、螺钉或以任何其他方式(例如通过焊接)来彼此连接。外壳部分11、12围绕各自的周边彼此接触，在这里它们也彼此连接。
在安装状态下，外壳部分11、12包围它们之间的空腔16，稍后描述的功能元件优选地布置在该空腔中。在安装状态下，外壳10优选为平的，即外壳10沿中心轴线的延伸(见图2)很小，例如最多为外壳10在其他两个方向上延伸的20％(见图1)。由于此特征，当将感测设备13放置在床或椅子中或者上时，感测设备13不会干扰用户。
外壳部分11、12可通过圆周或环形橡胶垫圈14彼此密封。外壳部分11、12中的一个或两个可包括圆周形槽以容纳橡胶垫圈14。在外壳部分11、12的安装状态下，橡胶垫圈14确保外壳部分11、12之间包围的空腔16被密封，以防环境中的灰尘和湿气进入。外壳部分11、12，因此外壳本身优选为非柔性的或刚性的，这将感测设备13与待放置在床垫上的柔性垫区分开来。外壳部分11、12可以由聚合物，特别是热塑性材料制成。
床或椅子离开感测设备13包括具有陶瓷层20和金属板20的压电元件30或简称压电元件，陶瓷层20可具有圆盘的形式，并且金属板20形成压电传感器30的第一电极35。陶瓷层20优选地涂覆在金属板22上。例如，用作多层压电传感器30衬底的金属板22可以由黄铜制成且可以是圆形的。
金属板22的外径Dm(见图4)优选至少20mm、更优选至少25mm、甚至更优选至少30mm，例如35mm。金属板22的内孔直径dm优选最多10mm，更优选最多8mm，甚至更优选最多6mm，例如4mm。金属板22的厚度tm优选至多0.5mm、更优选至多0.3mm、甚至更优选至多0.2mm，例如0.1mm。
陶瓷层20的外径Dc优选至少10mm、更优选至少15mm、甚至更优选至少20mm，例如25mm。陶瓷层20的外径Dc优选地比金属板22的外径Dm小至少10％，更优选至少15％、甚至更优选至少20％、最优选至少25％，因此，留下金属板22的环形外部部分，用于例如通过焊接将引线27连接到金属板22，从而连接到第一电极。
陶瓷层22的内径dc，例如为4.5mm到6.5mm，例如5.5mm，优选地比金属板22的内径dm大至少5％，更优选至少10％，甚至更优选至少15％，最优选至少20％。通过该特征，优选地从陶瓷层20的内边缘向内延伸至少0.5mm，更优选地至少1mm，例如1.5mm的金属板22为紧固件25提供安装表面。紧固件25头部的直径优选小于陶瓷层20的内径dc，使得紧固件25仅作用或压在金属板22上，而不作用在陶瓷层20上。通过这种方式，能够防止紧固件25使陶瓷层20开裂，所述开裂会显著降低压电元件的灵敏度。
在与金属板22相对的一侧上，陶瓷层20优选地包括导电的、优选圆形的第二电极23，例如以银涂层形式存在于陶瓷层20上。第二电极23的外径De优选至少10mm、更优选至少15mm、甚至更优选至少20mm，例如23mm。
第二电极23的内径de，例如6mm至10mm，如7mm，优选地比陶瓷层20的内径dc大至少5％，更优选地至少10％，甚至更优选地至少15％，最优选地至少20％。通过该特征，优选地从第二电极23的内边缘向内延伸至少0.5mm、更优选地至少1mm，例如1.5mm的陶瓷层作为金属板22和第二电极23之间的绝缘体以避免短路。例如，通过焊接将第二引线28连接到第二电极23。
压电传感器30可以具有安装孔24，诸如螺钉之类的紧固件25能够延伸通过该安装孔24，以将压电传感器30安装到外壳10或外壳部分11之一。压电传感器30能够位于直径比陶瓷层20直径小得多的安装座26上。通过安装座26，以与安装座26的长度l或高度相对应的距离将压电元件安装到相应的外壳部分11上。外壳10和压电传感器30之间的机械连接由安装座26建立，或在其他实施例中以任何其他方式建立。安装孔24优选位于压电传感器30的中心或中心区域。如图1所示安装座26优选布置在床或椅子离开感测设备13的中心或中心区域。安装座26能够采用圆柱形或任何其他合适的形式。外壳10上的所有外部冲击都将通过安装座26转移到压电传感器30上。
安装座26的外径Db优选小，即小于金属板22或压电传感器30的外径Dm的一半、更优选小于1/3、甚至更优选小于1/4。由于此特征，金属板22及具有其的陶瓷层22能够在其大部分上摆动或振荡，从而允许通过压电传感器30进行敏感度测量。即，通过外壳10和压电传感器30之间的机械连接，并且由于紧固件25仅正点地或在与压电传感器30的面积相比的小面积(例如小于10％或小于5％)内固定压电传感器30，因此大多数压电传感器30在作用于床或椅子离开感测设备13的力的影响下能够自由弯曲或振荡。压电传感器30的弯曲或振荡通过陶瓷层20中的压电效应在电极23、35之间产生相应的电信号。如下所述，指示床或椅子离开感测设备13移动的电信号通过引线27、28或任何其他方式从压电传感器30传输到数字处理器33。
床或椅子离开感测设备13包括数字处理器33，例如微控制器或微处理器，其通过引线27、28与压电传感器30的电极23、35电连接。在优选实施例中，数字处理器33安装在印刷电路板29上，可以例如通过焊接将引线27、28连接到该印刷电路板29上。数字处理器33和压电传感器30的电极23、35之间还可以进行其他电气连接。模拟电路，如放大器、滤波器和/或A/D转换器，能够布置在压电传感器30和数字处理器33之间。
床或椅子离开感测设备13包括加速度计传感器34，或简称为加速度计34，其与数字处理器33电连接。加速度计传感器34固定地安装到床或椅子离开感测设备13，并且优选地适于在空间中三个相互垂直的方向上测量加速度。因此，加速度计传感器34优选为三轴加速度计传感器。根据加速度计传感器34的信号输出，数字处理器33能够确定空间中床或椅子离开感测设备13的三维方向。在实际实施例中，加速度计传感器34可以是安装到也承载数字处理器33的印刷电路板29的电气部件。
如图3所示，床或椅子离开感测设备13被放置在床54中或上、或与床有其他机械联系、或与床54相连，例如在床垫55上或下。如下所述，数字处理器33适于通过对来自压电传感器30和加速度计传感器34的信号的组合处理来监测人在床54中的移动，并基于对人的移动的评估来确定人离开床时的时间点。数字处理器33优选还可以适于根据对人的移动的评估来确定人进入或重新进入床54的时间点。
另外，床或椅子离开感测设备13包括无线发射器31，其优选地采用适于通过无线通信接收和发送通信数据，特别是与外部无线接收器17进行无线通信的无线收发器的形式。数字处理器33配置为控制用于数字通信的无线发射器31。在实际实施例中，无线发射器31可以是安装到也承载数字处理器33的印刷电路板29的电气部件。
在某些应用中，外部接收器17可以是警报装置，其适于通知负责人某人离开了由床或椅子离开感测设备13监控的床54。外部接收器17可以是适于向负责人的寻呼机或移动电话发送无线信号的收发器设备。该收发器设备能够是壁挂式的和/或由主电源供电，而不限于这些特征。床或椅子离开感测设备13和/或外部接收器17的其他应用是可能的。床或椅子离开感测设备13的发射器31和外部接收器17优选通过蓝牙协议相互通信。在优选实施例中，发射器31和接收器17通过蓝牙网络相互连接，从而允许扩展发射器31和接收器17之间的范围。
优选地，床或椅子离开感测设备13由电池供电，即其包括至少一个电池32。这样做的优点是，床或椅子离开感测设备13的功能不依赖于交流主电源，并且能够避免床或椅子离开感测设备13和固定交流电源插头之间的电线连接。
电池32能够布置在数字处理器33的印刷电路板29上，或如图1和图2所示，将其与数字处理器33分开。在后一种情况中，电池32通过导体37与数字处理器33或印刷电路板电连接。电池32能够优选地是可更换的。为了使电池32可接近，外壳部分11优选包括覆盖电池室的可拆卸盖38，电池室中布置有电池32。例如，盖38可通过螺钉或任何其他合适的紧固件固定到外壳部分11上。盖38优选地通过环形密封件39相对于外壳部分11被密封，以保护外壳10的内部免受灰尘和湿气的影响。
当电池32电量低时，即电池32的电量水平低于阈值，因此应予以更换时，床或椅子离开感测设备13，特别是数字处理器33，优选地适于通过无线发射器31向外部设备(例如外部接收器17)发送指示电池电量水平低的无线电池电量低信号。外部接收器17适于以适当的方式通知用户或服务人员，允许他们更换感测设备13中的电池32。
感测设备13优选包括光学指示器44。光学指示器44可包含一个或更多个LED。光学指示器44可具有用于指示感测设备13的不同状态或事件的编码，例如颜色编码。光学指示器44可适于例如通过红色来指示电池32的电量水平较低。光学指示器44还可以指示其他事件，例如感测设备的启动或通电，和/或每次检测到离开床或椅子以及通过无线发射器31发送床或椅子离开信号。
光学指示器44优选地布置在承载数字处理器33的印刷电路板29上，在那儿，光学指示器44所朝向的外壳部分12的材料至少是半透明的，使得从外壳10的外部能够感知到光学指示器44的照明。光学指示器44也可以布置在感测设备13的外壳10的容纳部中。
在下文中解释了床离开感测设备13的优选模式运行。
当一个人在床54上睡觉时，数字处理器33可以优选处于低功耗模式或休眠模式。在休眠模式下，对加速度计34的值进行采样，但对压电传感器30的值不进行采样。如果与对压电传感器30的监测相比，对加速度计34的监测所消耗的能量更小，则可以节省功耗。换句话说，当加速度计34采集加速度数据时，数字处理器33正在休眠。
当分配给加速度计34的存储器已满或已对预定数量的加速度数据进行了采样，加速度计34唤醒数字处理器33。数字处理器33使用来自加速度计的3D数据连续计算床离开感测设备13的实际三维方位角。利用一算法对所产生的倾斜数据再次进行处理，该算法输出一段时间内的角度变化。
如果床离开感测设备13在任何方向上的倾斜角度变化超过第一阈值，数字处理器33将被唤醒，即从休眠模式变为唤醒模式，启动计时器，并开始以定义的采样率连续地从压电传感器30采样测量值。
数字处理器33包括计算(优选放大)压电传感器30在一段时间内的变化的算法。床离开感测设备13在任何方向上的倾斜角度变化超过第一阈值(作为第一条件)，并且压电传感器30的输出从超过第二阈值的高水平变为低于特定第三阈值的低水平(作为第二条件)，其中第二阈值指示该人在起床期间在被监视的床上显着移动，第三阈值指示该人已经离开被监视的床，如果这两个条件在一定的时间段内都满足(即，在计时器超过时间阈值之前)，则数字处理器30确定人离开床，并通过无线发射器31触发和/或发送床离开信号。上述对来自加速度计34的信号的第一条件和来自压电传感器30的第二条件的评估称为组合处理。
然而，如果从对压电传感器30的值开始采样后，在上述时间段内，来自压电传感器30的信号继续高于特定的第三阈值(仅满足第一条件，但不满足第二条件)，则数字处理器33估计此人仍在床上，即在床上移动但是没离开床。因此，在这种情况下，数字处理器33确定这个人没有离开床并返回休眠模式。
综上所述，数字处理器33在被加速度计34唤醒后，根据累积的加速度数据进行分析，并做出相应的决定，要么返回休眠状态，要么读取或采样来自压电传感器30的数据。
Claims (15)
1.一种床或椅子离开感测设备(13)，其待放置在床或椅子中、上，或相对于床或椅子放置，并适于检测人离开床或椅子，所述床或椅子离开感测设备包括压电传感器(30)和数据处理装置(33)，所述数据处理装置(33)适于通过处理来自压电传感器(30)的信号来确定人何时离开床或椅子，其特征在于，该感测设备(13)包括加速度计传感器(34)，并且所述数据处理装置(33)适于基于对来自所述压电传感器(30)的信号和来自所述加速度计传感器(34)的信号的组合处理来确定人离开床或椅子。
2.如权利要求1所述的感测设备，其特征在于，如果满足来自压电传感器(30)的信号的条件和来自加速度计传感器(34)的信号的条件，则确定人离开床或椅子。
3.如权利要求2所述的感测设备，其特征在于，监测所述条件中的第一条件，并且如果满足所述第一条件，则开始对来自另一传感器(30；34)的值进行采样以确定是否满足相应的第二条件。
4.如权利要求3所述的感测设备，其特征在于，待监测的所述第一条件是来自加速度计传感器(34)的信号的条件，并且所述第二条件是来自压电传感器(30)的信号的条件。
5.如权利要求3或4所述的感测设备，其特征在于，如果在预定的时间段内没有满足第二另一条件，则停止对来自所述另一传感器(30；34)的值进行采样。
6.如前述权利要求中任一项所述的感测设备，其特征在于，所述数据处理装置(33)适于根据加速度计传感器(34)输出的信号确定感测设备(13)的倾斜角度和/或所述倾斜角度随时间的变化。
7.如权利要求6所述的感测设备，其特征在于，如果在预定时间段内所述倾斜角度的变化超过第一阈值，则认为床或椅子离开条件已满足。
8.如前述权利要求中任一项所述的感测设备，其特征在于，如果来自压电传感器(30)的信号从高于第二预定阈值的水平下降到低于第三预定阈值，则认为床或椅子离开条件已满足。
9.如前述权利要求中任一项所述的感测设备，其特征在于，所述床或椅子离开感测设备(13)包括无线发射器(31)，其中，所述数据处理装置(33)适于控制所述无线发射器(31)，以在已确定人离开床或椅子的情况下发出无线床或椅子离开信号。
10.如前述权利要求中任一项所述的感测设备，其特征在于，所述床或椅子离开感测设备(13)由电池供电。
11.如前述权利要求中任一项所述的感测设备，其特征在于，所述压电传感器(30)、数据处理装置(33)和加速度计传感器(34)布置在所述感测设备(13)的同一外壳(10)内。
12.如权利要求10和11所述的感测设备，其特征在于，所述数据处理装置(33)适于控制所述无线发射器(31)，以在至少一个电池(32)的电量水平低于阈值时发出电池电量低信号。
13.如前述权利要求中任一项所述的感测设备，其特征在于，所述压电传感器(30)安装在安装座(26)上，与外壳(10)的外壳部分(11)之间的距离为l。
14.如权利要求13所述的感测设备，其特征在于，所述安装座(26)的外径(Db)小于压电传感器(30)的外径(Dm)的一半。
15.将前述权利要求中任一项所述的感测设备(13)用于检测人离开床或椅子的用途。
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