CN211243380U - 一种低成本无源跌倒检测传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低成本无源跌倒检测传感器，所述传感器包括：壳体、电极A、导电介质和环形电极；壳体为密封的圆柱体，电极A设置在壳体的底部，导电介质位于电极A上方并与之接触，环形电极沿壳体内部圆周方向设置，并且位于导电介质的上方。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，特别是涉及跌倒检测传感器。
背景技术
目前市场上可穿戴设备的老人防跌倒检测传感器，绝大多数都是基于MEMS(微机电系统，Micro Electro Mechanical System)加速度计、陀螺仪、MCU(微控制器，Microcontroller Unit)为基础构建组成的。
根据敏感机理不同，MEMS加速度计可以分为压阻式、热流式、谐振式和电容式等。
压阻式MEMS加速度计容易受到压阻材料影响，温度效应严重、灵敏度低，横向灵敏度大，精度不高；热流式加速度计受传热介质本身的特性限制，器件频率响应慢、线性度差、容易受外界温度影响。因此，热流式和压阻式加速度计主要用于对精度要求不高的民用领域或军事领域中的高g值测量。谐振式微加速度计理论上可以达到导航级的精度，但目前技术状态还达不到实用化。随着MEMS加工能力提升和ASIC(专用集成电路，ApplicationSpecific Integrated Circuit)检测能力提高，电容式MEMS加速度计的精度在不断提升，且环境适应性强，是目前跌倒检测应用最为广泛的MEMS加速度计。
电容式MEMS加速度计的工作原理是用敏感元件将测点的加速度信号转换为相应的电信号，进入前置放大电路，经过信号调理电路改善信号的信噪比，再进行模数转换得到数字信号，最后送入微处理器进行运算得出姿态结果。
电容式MEMS加速度计中一般有个可运动质量块与一个固定电极组成一个电容，当受加速度作用时，质量块与固定电极之间的间隙会发生变化，从而使电容值发生变化。它的优点很突出，灵敏度高、零频响应、受环境(尤其是温度)影响小等，缺点也同样突出，主要是输入输出非线形对应、量程很有限以及本身是高阻抗信号源，所有的电容式MEMS加速度计都具有内部时钟，它是检测电路必不可少的部分，由于泄漏经常会对输出信号产生干扰，导致信噪比低，传感器需内置信号传输、放大、滤波等电路，需要有外部供电才能工作。
从跌倒过程中加速度变化的波形可以看出跌倒检测的复杂性，而跌倒检测最关键要求是能够及时准确地检测出跌倒行为，但可穿戴设备对体积和功耗、成本都有限制，故选用的MCU处理性能会比较弱，不宜做大量的复杂计算。
从上述理论及工作原理可见这种检测方式，对不同的应用对象需要建立复杂的算法模型，跌倒的检测需要传感器与高性能MCU配合才能判断对象的姿态，需一直处于运算工作状态，一是无法降低设备的功耗，二是对MCU的运算性能要求高，否则当对象处于行动状态时，无法处理即时的动态数据。
经购买市场上的此类防跌倒检测设备实测，不但价格高，且跌倒检测误报率非常高，实用性不强，根本满足不了用户的真正需求。
因此希望有一种低成本无源跌倒检测传感器能够解决现有技术中的问题。
实用新型内容
为实现上述目的，本实用新型公开一种低成本无源跌倒检测传感器所述传感器，其包括：壳体、电极A、导电介质和环形电极；壳体为密封的圆柱体，电极A设置在壳体的底部，导电介质位于电极A上方并与之接触，环形电极沿壳体内部圆周方向设置，并且位于导电介质的上方。
优选地，所述环形电极为圆形，所述环形电极的圆心与所述壳体的中心线重合，且所述环形电极紧闭贴合壳体内壁设置。
优选地，所述环形电极的数量为2个或以上。
优选地，所述环形电极互相平行且依次沿等间距设置。
本实用新型提出了一种低成本跌倒传感器，本实用新型仅用简单的开关信号及导通时间参数，即可判断人体的姿态，正常工作状态下本实用新型的跌倒传感器自身不消耗电能，为零功耗，更无需进行运算，用最廉价的单片机就可处理，完全满足跌倒检测要求，抗干扰能力和可靠性更高。
附图说明
图1是低成本跌倒传感器结构示意图。
图2是低成本跌倒传感器倾斜时的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施倒是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
如图1所示，低成本无源跌倒检测传感器所述传感器包括：壳体2、电极A1、导电介质3、第一环形电极4、第二环形电极5、第三环形电极6和第N环形电极7；壳体为密封的圆柱体；电极A1设置在壳体2的底部；导电介质3位于电极A1上方并与之接触；第一环形电极4、第二环形电极5、第三环形电极6和第N环形电极7为圆形，并分别沿壳体2内部圆周方向，紧闭贴合壳体内壁设置，在低成本无源跌倒检测传感器保持垂直状态时，第一环形电极4、第二环形电极5、第三环形电极6和第N环形电极7位于导电介质3的上方，第一环形电极4、第二环形电极5、第三环形电极6和第N环形电极7互相平行依次设置。
在一未图示实施例中，第一环形电极、第二环形电极、第三环形电极和第N环形电极互相平行且依次沿等间距设置。
在另一未图示实施例中，环形电极包括：第一环形电极、第二环形电极和第三环形电极。
所述壳体为非导电材质。
如图2所示，当所述低成本无源跌倒检测传感器倾斜时，所述导电介质3由于惯性分别与所述电极A1、壳体2和第一环形电极4、第二环形电极5接触，导致所述电极A1与第一环形电极4、第二环形电极5导通，并产生导通触发信号，由此判断人体跌倒。
对第一环形电极4、第二环形电极5的输出信号分别设定为二进制高低电平信号，根据所述导通触发信号中的高低电平信号组合，确定所述电极A与环形电极导通的导通情况，并由此判定所述低成本无源跌倒检测传感器的倾斜角度。
导电介质为金属汞，金属汞良好的导电性(电极间的接触电阻一般小于100mΩ)及流动性，工作原理如下：
在人体正常行走动态下，低成本无源跌倒检测传感器保持垂直，重力使汞沉淀在传感器电极A底部，不会与传感器其他的环形电极导通；当人跌倒时，在惯性作用下，汞发生形变并与环形电极接触，由此传感器电极A依次分别与多个环形电极接触导通，产生导通触发信号，由于采用环形电极，任意方向的跌倒姿态皆可输出信号，该信号可直接输出为二进制的高、低电平信号，在实际应用中通过检查传感器输出的高、低电平信号组合，来确立对象与水平面的倾斜角，判断人体的姿态等。
当人恢复正常状态时，金属汞回流沉淀在传感器电极A底部，并与多个环形电极断开接触，低成本无源跌倒检测传感器恢复到初始的开路状态。
如果跌倒造成了严重的后果，比如，导致了人的昏迷，那么人体会在更长的一段时间内都保持静止。这个状态仍然可以通过传感器电极A与其他几组电极导通状态来检测。也就是说，如果发现很长时间内电极A与其他几组电极始终保持导通状态，可以再次给出一个严重报警。
表1 跌倒检测结果逻辑图
(说明：“0”表示非导通状态、低电平；“1”表示导通状态，高电平。)
从上表的跌倒检测结果逻辑可以看出，我们实用新型的跌倒检测传感器，可直接输出二进制的高、低电平信号，抗干扰能力强，仅通过检测4组环形电极导通状态，即可判断人体是否跌倒，根本无需进行复杂的计算。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种低成本无源跌倒检测传感器，其特征在于，所述传感器包括：壳体、电极A、导电介质和环形电极；壳体为密封的圆柱体，电极A设置在壳体的底部，导电介质位于电极A上方并与之接触，环形电极沿壳体内部圆周方向设置，并且位于导电介质的上方。
2.如权利要求1所述的低成本无源跌倒检测传感器，其特征在于，所述环形电极为圆形，所述环形电极的圆心与所述壳体的中心线重合，且所述环形电极紧闭贴合壳体内壁设置。
3.如权利要求2所述的低成本无源跌倒检测传感器，其特征在于，所述环形电极的数量为2个或以上。
4.如权利要求3所述的低成本无源跌倒检测传感器，其特征在于，所述环形电极互相平行且依次沿等间距设置。
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| CN113040758A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-29 | 绍兴优辰科技有限公司 | 一种运用神经网络对孩童、老人异常行为检测的监护系统 |
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