KR20210145212A - 접촉 상태 검출 장치 및 웨어러블 기기 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 접촉 상태 검출 장치(100) 및 웨어러블 기기를 제공하며, 상기 접촉 상태 검출 장치는(100) 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 포함하며, 상기 제1 전극(111)과 상기 제2 전극(112)은 교류 신호 및 제1 신호를 수신하여 차동 신호를 출력하고, 상기 차동 신호는 상기 제1 신호 및 제2 신호를 포함하고, 상기 제1 신호는 피측정물(110)의 생리 정보의 검출 신호이고, 상기 제2 신호는 상기 교류 신호가 상기 제1 전극(111) 및 상기 제2 전극(112)에 의해 변조된 후 형성된 신호이며; 상기 샘플링 회로는 상기 제1 전극(111) 및 상기 제2 전극(112)에 연결되며, 상기 샘플링 회로(121)는 상기 차동 신호를 샘플링하여 타겟 샘플링 신호를 획득하고, 상기 타겟 샘플링 신호는 상기 제1 신호에 대응하는 제1 샘플링 신호 및 상기 제2 신호에 대응하는 제2 샘플링 신호를 포함한다. 상기 접촉 상태 검출 장치(100)는 높은 접촉 임피던스 또는 분극 전압으로 인한 전극 접촉 상태 검출의 불량 문제를 해결하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
Description
본 출원의 실시예는 전자 영역에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접촉 상태 검출 장치 및 웨어러블 기기에 관한 것이다.
주지하다시피, 심전도 검사는 현대 의료 검사의 중요한 항목이 되었다.
심전도를 검출하는데 사용되는 의료 전문 기기에서 리드 탈락 검출 기능은 리드(손발의 클립 또는 가슴의 흡착 볼)가 떨어질 때 경보를 보내 작업자에게 리드가 피측정물(인체 또는 기타)에 올바르게 연결되지 않았음을 알린다. 즉 리드가 탈락되었음을 알린다.
기술의 발전에 따라, 특히 반도체 기술의 발전으로 소형 심전도 검출 제품은 다양한 휴대형 및 웨어러블 제품 분야에서 널리 사용되고 있다. 심전도 검출에 사용할 수 있는 웨어러블 기기는 병원의 전문 기기를 대체할 수는 없지만 건강 모니터링 및 질병 예방 분야에서는 대체할 수 없는 역할을 한다.
그러나 웨어러블 제품은 크기와 미관적 요소를 고려하여 상대적으로 작은 면적의 건식 전극을 사용하게 된다(의료 전문 기기를 사용할 때는, 생리 식염수를 피측정물에 적용하여 피측정물의 전기 전도도를 증가시킨다). 이는 건식 전극과 피측정물 간의 접촉 임피던스를 극도로 높게 만들거나 피부 표면이 매우 건조한 경우와 같이 심각한 임피던스 불일치가 발생할 수 있다. 이러한 시나리오에서 기존의 의료 전문 기기의 리드 탈락 검출 방안을 사용하여 웨어러블 기기의 전극 접촉 상태를 검출하면 실패하거나 일부 부작용이 나타날 수 있다. 예를 들어, 접촉 임피던스가 매우 높거나 분극 전압이 높으면 오경보가 발생할 수 있다; 또한, 접촉 저항이 너무 높으면 검출 신호의 플리커 노이즈가 증폭되어 심전도 신호에 영향을 미치는 신호 대 잡음비가 감소할 수 있다; 또한 접촉 임피던스가 매우 높으면 증폭기가 포화되어 심전도 검출을 효과적으로 수행할 수 없다. 또한 의료 전문 기기의 리드 오프 검출 방안은 구성 요소가 너무 많고 그에 따라 제조 비용이 너무 많이 들기 때문에 일반적으로 웨어러블 기기에 적용해서 전극 접촉 상태 검출을 수행할 수 없다.
따라서, 높은 접촉 임피던스 또는 분극 전압으로 인한 전극 접촉 상태 검출 불량 문제를 해결하여 제조 비용을 절감할 수 있는 접촉 상태 검출 방안이 당업계에서 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 높은 접촉 임피던스 또는 분극 전압으로 인한 전극 접촉 상태 검출의 불량 문제를 해결하여 제조 비용을 절감할 수 있는 접촉 상태 검출 장치 및 웨어러블 기기를 제공한다.
제1 양태로, 웨어러블 기기에 적용할 수 있는 접촉 상태 검출 장치를 제공하며,
상기 접촉 상태 검출 장치는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 교류 신호 및 제1 신호를 수신하여 차동 신호를 출력하고, 상기 차동 신호는 상기 제1 신호 및 제2 신호를 포함하고, 상기 제1 신호는 피측정물의 생리 정보의 검출 신호이고, 상기 제2 신호는 상기 교류 신호가 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 의해 변조된 후 형성된 신호이며;
상기 접촉 상태 검출 장치는 샘플링 회로를 더 포함하고, 상기 샘플링 회로는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 연결되며, 상기 샘플링 회로는 상기 차동 신호를 샘플링하여 타겟 샘플링 신호를 획득하고, 상기 타겟 샘플링 신호는 상기 제1 신호에 대응하는 제1 샘플링 신호 및 상기 제2 신호에 대응하는 제2 샘플링 신호를 포함하며;
상기 제1 샘플링 신호는 상기 피측정물의 생리 신호를 표시하기 위해 사용되고, 상기 제2 샘플링 신호는 상기 제1 전극과 상기 피측정물의 접촉 상태 및/또는 상기 제2 전극과 상기 피측정물의 접촉 상태를 검출하기 위해 사용된다.
상기 제1 전극 또는 제2 전극과 상기 피측정물이 접촉하는 경우(제1 신호가 존재함), 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 전압차가 변하게 되므로, 이에 대응하여, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 의해 출력되는 차동 신호가 변하게 된다; 상응하게, 상기 제1 전극 및/또는 상기 제2 전극과 피측정물이 접촉하는 경우, 상기 제1 전극 및/또는 상기 제2 전극과 피측정물이 비접촉하는 경우에 비해, 상기 교류 신호가 제1 전극 및 상기 제2 전극에 의해 변조된 후에 형성된 변조 신호는 변하게 된다; 이때, 상기 샘플링 신호 중의 제1 신호를 통해 피측정물의 생리 파라미터 정보의 검출을 구현할 수 있으며, 이에 기초하여, 상기 제2 신호를 통해 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극과 피측정물 간의 접촉 상태 여부를 나타내어 생리 정보 검출을 구현함과 동시에 전극 접촉 상태 검출을 수행할 수 있다.
또한, 상기 교류 신호를 통해 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 구동하여 상기 피측정물의 생리 정보를 검출함으로써 생리 정보 검출을 구현함과 동시에, 상기 타겟 샘플링 신호에서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 의해 변조된 상기 교류 신호를 상기 제1 전극 및/또는 상기 제2 전극과 상기 피측정물의 접촉 상태 신호를 표시하는데 재사용할 수 있어 접촉 상태 검출 장치의 구성 요소의 수를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 장치를 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 교류 신호는 고주파 신호이다.
상기 검출 신호는 저주파 신호이고 상기 교류 신호를 고주파 신호로 구성함으로써, 한편으로는 상기 타겟 샘플링 신호에서 제1 샘플링 신호와 제2 샘플링 신호를 구별하기 쉽고, 다른 한편으로는, 상기 검출 신호에 대한 상기 교류 신호의 간섭을 감소시킬 수 있으므로, 상기 검출 신호의 신호 대 잡음비가 증가한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 교류 신호의 주파수는 상기 검출 신호의 주파수보다 크다.
상기 교류 신호의 주파수를 상기 검출 신호의 주파수보다 더 크게(또는 훨씬 더 크게) 구성함으로써, 한편으로는 상기 대상 샘플링 신호에서 제1 샘플링 신호와 제2 샘플링 신호를 구별하기가 더 쉽고, 다른 한편으로는, 상기 검출 신호에 대한 상기 교류 신호의 간섭을 감소시킬 수 있으므로, 상기 검출 신호의 신호 대 잡음비가 증가한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 샘플링 회로는 타겟 위상 및 타겟 주파수로 상기 차동 신호를 샘플링할 수 있고, 상기 제2 샘플링 신호는: 상기 교류 신호의 주파수, 상기 타겟 주파수 및 상기 타겟 위상 중 적어도 하나의 요인의 영향을 받는다.
상기 제2 샘플링 신호에 영향을 미치는 요인(상기 교류 신호의 주파수, 상기 타겟 주파수 및 상기 타겟 위상)을 기반으로, 합리적인 제2 샘플링 신호를 설계하거나 구성하여, 원하는 검출 정확도 또는 정확도 비율을 달성할 수 있다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 타겟 위상은 180도의 정수 배가 아니다.
상기 타겟 위상을 180도의 정수 배가 아니게 하면, 상기 제1 샘플링 신호와 상기 제2 샘플링 신호를 구별하는 어려움을 줄일 수 있고, 이에 따라 접촉 상태 검출 장치의 검출 효과를 향상시킬 수 있다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 타겟 위상은 90도의 정수 배이다.
상기 타겟 위상을 90도의 정수 배로 하면, 상기 제1 샘플링 신호와 상기 제2 샘플링 신호를 구별하는 어려움을 최소화할 수 있고, 이에 따라 접촉 상태 검출 장치의 검출 효과를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 타겟 주파수는 상기 교류 신호의 주파수 이상이거나, 또는 상기 타겟 주파수와 상기 교류 신호의 주파수 간의 차이가 상기 검출 신호의 주파수보다 크다.
상기 샘플링 회로의 샘플링 파라미터 설계를 통해, 상기 타겟 샘플링 신호가 상기 제1 샘플링 신호 및 상기 제2 샘플링 신호를 포함함을 보장할 수 있고, 이에 따라 상기 샘플링 회로의 샘플링 효과가 증가될 수 있고 상기 접촉 상태 검출 장치의 검출 효과가 향상될 수 있다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 타겟 주파수는 상기 교류 신호 주파수의 정수 배 또는 분수 배이다.
상기 타겟 주파수를 상기 교류 신호의 주파수의 정수 배 또는 분수 배로 구성하면, 4배 이상의 샘플링 레이트로 교류 신호를 샘플링하는 것에 비해, 전력 소비를 효과적으로 줄일 수 있고 그에 따라 웨어러블 기기의 수명을 증가시킬 수 있다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 타겟 주파수는 상기 교류 신호의 주파수의 2배 이상이다.
상기 타겟 주파수를 상기 교류 신호의 주파수의 2배 이상으로 구성하면, 상기 샘플링 회로의 샘플링이 Naix 샘플링 법칙을 만족하여 샘플링 효과를 보장할 수 있다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 접촉 상태 검출 장치는 제1 전원을 더 포함하며, 상기 제1 전원은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 각각 연결되어 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 상기 교류 신호를 각각 출력한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 접촉 상태 검출 장치는 제3 전극을 더 포함하고, 상기 제3 전극은 상기 교류 신호를 수신하기 위해 사용되며, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이, 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이에는 동일한 주파수, 진폭 및 위상을 갖는 신호가 존재한다.
제3 전극을 설치하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 대한 기준 전극을 설치하는 것과 동일하게, 상기 차동 신호의 후속 신호 처리 과정을 단순화하여 상기 접촉 상태 검출 장치를 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 접촉 상태 검출 장치는 제2 전원 및 제3 전원을 더 포함하며, 상기 제2 전원은 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극에 각각 연결되고, 상기 제3 전원은 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극에 각각 연결되어, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이 및 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이에 동일한 주파수, 진폭 및 위상을 갖는 신호가 존재한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 접촉 상태 검출 장치는 아날로그 프론트 엔드를 더 포함하며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 상기 아날로그 프론트 엔드를 통해 상기 샘플링 회로에 연결되고, 상기 아날로그 프론트 엔드는 상기 차동 신호를 수신하고 상기 차동 신호를 디지털 신호로 변환하는데 사용되며, 상기 샘플링 회로는 상기 디지털 신호를 샘플링하여 상기 타겟 샘플링 신호를 생성하는데 사용된다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 아날로그 프론트 엔드는 필터, 차동 증폭기, 아날로그-디지털 컨버터 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 접촉 상태 검출 장치는 디지털 처리 회로를 더 포함하고, 상기 디지털 처리 회로는 상기 샘플링 회로에 연결되며, 상기 디지털 처리 회로는 상기 타겟 샘플링 신호를 수신하고 상기 타겟 샘플링 신호에 기초하여 상기 제1 샘플링 신호 및 상기 제2 샘플링 신호를 생성한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 디지털 처리 회로는 상기 웨어러블 기기의 메인 컨트롤러에 연결되고, 상기 메인 컨트롤러는 상기 웨어러블 기기에서 각 모듈의 조작을 제어하는데 사용되며; 상기 메인 컨트롤러는 상기 제2 샘플링 신호를 수신하고 상기 제2 샘플링 신호에 기초하여 사전 경보 신호를 출력할지 여부를 결정하거나, 또는 상기 메인 컨트롤러는 상기 디지털 처리 회로에 의해 전송된 사전 경보 신호를 수신하는데 사용되며, 상기 사전 경보 신호는 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극과 상기 피측정물이 탈락 상태인 것을 알리기 위해 사용된다.
제2 양태로, 웨어러블 기기를 제공하며, 이 기기는 제1 양태 또는 제1 양태 중 어느 하나의 상기 접촉 상태 검출 장치를 포함한다.
샘플링 신호 중의 제1 신호를 통해 피측정물의 생리 파라미터 정보의 검출을 구현할 수 있으며, 이에 기초하여, 상기 제2 신호를 통해 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극과 피측정물 간의 접촉 상태 여부를 나타내어 생리 정보 검출을 구현함과 동시에 전극 접촉 상태 검출을 수행할 수 있다. 또한, 상기 교류 신호를 통해 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 구동하여 상기 피측정물의 생리 정보를 검출함으로써 생리 정보 검출을 구현함과 동시에, 상기 타겟 샘플링 신호에서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 의해 변조된 상기 교류 신호를 상기 제1 전극 및/또는 상기 제2 전극과 상기 피측정물의 접촉 상태 신호를 표시하는데 재사용할 수 있어 접촉 상태 검출 장치의 구성 요소의 수를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 장치를 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 접촉 상태 검출 장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 출원의 실시예의 접촉 상태 검출 장치에 있어서 제1 전극 및 제2 전극과 피측정물의 위치 관계에 대한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 출원의 실시예의 제3 전극을 포함하는 접촉 상태 검출 장치의 개략적인 구조도이다.
도 4 및 도 5는 본 출원의 실시예의 접촉 상태 검출 장치에서 전극과 피측정물에 의해 형성되는 등가 회로의 개략도이다.
도 6은 도 1에 도시된 접촉 상태 검출 장치에서 다양한 장치 간의 전송 신호의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 출원의 실시예의 접촉 상태 검출 장치에 있어서 제1 전극 및 제2 전극과 피측정물의 위치 관계에 대한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 출원의 실시예의 제3 전극을 포함하는 접촉 상태 검출 장치의 개략적인 구조도이다.
도 4 및 도 5는 본 출원의 실시예의 접촉 상태 검출 장치에서 전극과 피측정물에 의해 형성되는 등가 회로의 개략도이다.
도 6은 도 1에 도시된 접촉 상태 검출 장치에서 다양한 장치 간의 전송 신호의 개략적인 구조도이다.
다음은 첨부 도면을 참조하여 본 출원의 실시예에 따른 기술 방안을 설명한다.
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 접촉 상태 검출 장치(100)의 개략적인 구조도이다. 접촉 상태 검출 장치(100)는 웨어러블 기기에 적용될 수 있으며, 이 웨어러블 기기는 건강 팔찌/시계, 심박수 팔찌/시계, 블루투스 헤드셋, 유선 헤드셋, 휴대용 기기 등을 포함하지만 이에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 또한, 접촉 상태 검출 장치(100)는 전극과 피측정물 간의 접촉 상태를 검출해야 하는 모든 전자 기기에 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 전자 기기는 의료용 심전도 검출 기기일 수 있으며, 접촉 상태 검출 장치(100)는 의료용 심전도 검출 장치의 전극과 피측정물(예: 인체)의 접촉 상태를 검출하여 전극이 탈락되었는지 여부를 결정한다. 즉, 접촉 상태 검출 장치(100)는 전극 접촉 상태 검출 장치 또는 전극 탈락 검출 장치일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 접촉 상태 검출 장치(100)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 포함할 수 있다. 제1 전극(111)과 제2 전극(112)은 교류 신호 및 제1 신호를 수신하여 차동 신호를 출력하며, 차동 신호는 제1 신호 및 제2 신호를 포함하고, 제1 신호는 피측정물(110)의 생리 정보의 검출 신호이고, 제2 신호는 교류 신호가 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 의해 변조된 후 형성된 신호이다; 접촉 상태 검출 장치(100)는 샘플링 회로(121)를 더 포함할 수 있으며, 샘플링 회로(121)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 연결되고, 샘플링 회로(121)는 차동 신호를 샘플링하여 타겟 샘플링 신호를 획득하고, 타겟 샘플링 신호는 제1 신호에 대응하는 제1 샘플링 신호 및 제2 신호에 대응하는 제2 샘플링 신호를 포함한다.
여기서, 제1 샘플링 신호는 피측정물(110)의 생리 신호를 표시하기 위해 사용되고, 제2 샘플링 신호는 제1 전극(111)과 피측정물(110)의 접촉 상태 및/또는 제2 전극(112)과 피측정물(110) 간의 접촉 상태를 검출하기 위해 사용된다.
여기서, 샘플링 회로(121)는 아나로그-디지털 컨버터(ADC)를 통해 신호(예를 들어, 차동 신호)에 대해 상관 샘플링(즉, ADC 샘플링 주파수와 ADC 샘플링 위상이 미리 정해진 관계를 만족하는 샘플링)을 수행할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터의 샘플링 데이터(즉, 타겟 샘플링 신호)는 제1 전극(111) 및/또는 제2 전극(112)과 피측정물(110) 간의 임피던스 정보를 추출하기 위한 계산 및 분석에 사용되어, 제1 전극(111) 및/또는 제2 전극(112)과 피측정물(110) 간의 접촉 상태를 결정하는데 사용될 수 있다.
다시 말해, 샘플링 회로(121)는 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있으며, 이 아날로그-디지털 컨버터는 차동 신호를 샘플링하여 타겟 샘플링 신호를 획득하는데 사용된다.
제1 전극(111) 또는 제2 전극(112)과 피측정물(110)이 접촉하는 경우(제1 신호가 존재함), 제1 전극(111)과 제2 전극(112) 간의 전압차가 변하게 되므로, 이에 대응하여, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 의해 출력되는 차동 신호가 변하게 된다. 상응하게, 제1 전극(111) 및/또는 제2 전극(112)과 피측정물(110)이 접촉하는 경우, 제1 전극(111) 및/또는 제2 전극(112)과 피측정물(110)이 비접촉하는 경우에 비해, 교류 신호가 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 의해 변조된 후에 형성된 변조 신호는 변하게 된다. 이때, 샘플링 신호 중의 제1 신호를 통해 피측정물(110)의 생리 파라미터 정보의 검출을 구현할 수 있으며, 이에 기초하여, 제2 신호를 통해 제1 전극(111) 또는 제2 전극(112)과 피측정물(110) 간의 접촉 상태 여부를 나타내어 생리 정보 검출을 구현함과 동시에 전극 접촉 상태 검출을 수행할 수 있다.
예를 들어, 제2 신호의 진폭(또는 진폭의 감소량)을 사전 설정된 임계값과 비교함으로써, 제1 전극(111) 및/또는 제2 전극(112)과 피측정물(110) 간의 접촉 상태를 결정할 수 있다. 선택적으로, 사전 설정된 임계값은 제1 전극(111) 및/또는 제2 전극(112)과 피측정물(110) 간의 비접촉 상태에서의 제2 신호의 진폭일 수 있다. 선택적으로, 제2 신호의 진폭이 사전 설정된 진폭 이상인 경우, 제1 전극(111) 또는 제2 전극(112)과 피측정물(110)은 비접촉 상태이다. 예를 들어, 제2 신호의 양의 진폭이 제1 임계값 이상인 경우, 제1 전극(111)과 피측정물(110)은 비접촉 상태이고, 제2 신호의 음의 진폭의 절대값이 제2 임계값 이상인 경우, 제2 전극(112)과 피측정물(110)은 비접촉 상태이다. 제1 임계값 및 제2 임계값은 같거나 같지 않을 수 있다. 선택적으로, 제1 임계값 및 제2 임계값은 웨어러블 디바이스가 전극 접촉 상태 검출을 수행하기 위한 임계값일 수 있다. 선택적으로, 제1 임계값 및 제2 임계값은 의료 전용 기기의 리드 접촉 상태 검출에 사용되는 임계값보다 클 수 있으므로, 높은 접촉 임피던스로 인한 오검출을 방지할 수 있다.
또한, 교류 신호를 통해 제1 전극(111)과 제2 전극(112)을 구동하여 피측정물(110)의 생리 정보를 검출함으로써 생리 정보 검출을 구현함과 동시에, 타겟 샘플링 신호에서 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 의해 변조된 교류 신호를 제1 전극(111) 및/또는 제2 전극(112)과 피측정물(110)의 접촉 상태 신호를 표시하는데 재사용할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(111) 및/또는 제2 전극(112)의 탈락 여부를 나타내는 신호는 접촉 상태 검출 장치(100)의 구성 요소의 수를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 장치를 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 샘플링 회로(121)의 샘플링 파라미터는 차동 신호에 대한 샘플링 회로(121)의 샘플링 효과를 개선하도록 설계될 수도 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 샘플링 회로(121)는 타겟 위상 및 타겟 주파수로 차동 신호를 샘플링할 수 있고, 제2 샘플링 신호는: 교류 신호의 주파수, 타겟 주파수 및 타겟 위상 중 적어도 하나의 요인의 영향을 받는다.
예를 들어, 제2 샘플링 신호의 신호 유형은: 교류 신호의 주파수, 타겟 주파수 및 타겟 위상 중 적어도 하나의 요인의 영향을 받는다. 선택적으로, 제2 샘플링 신호의 유형은 직류 신호 유형 및 교류 신호 유형을 포함하지만 이에 제한되지 않으며, 교류 신호 유형은 상이한 주파수의 교류 신호를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 타겟 위상이 90도의 정수 배고 타겟 주파수와 교류 신호의 주파수가 같으면, 제1 샘플링 신호는 직류 신호이다; 만약 타겟 위상이 90도의 정수 배고 타겟 주파수와 교류 신호의 주파수가 같지 않으면, 제1 샘플링 신호는 교류 신호이다.
제2 샘플링 신호에 영향을 미치는 요인(교류 신호의 주파수, 타겟 주파수 및 타겟 위상)을 기반으로, 합리적인 제2 샘플링 신호를 설계하거나 구성하여, 원하는 검출 정확도 또는 정확도 비율을 달성할 수 있다.
즉, 본 출원에서 제1 전극(111), 제2 전극(112) 및 샘플링 회로(121) 간의 회로 구조에 기초하여, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 구동하는 교류 신호 및 샘플링 회로의 샘플링 파라미터에 대해 설계를 수행하여, 원하는 제2 샘플링 신호를 획득할 수 있다.
예를 들어, 타겟 위상이 180도의 정수 배가 아니게 하면, 제1 샘플링 신호와 제2 샘플링 신호를 구별하는 어려움을 줄일 수 있고, 이에 따라 접촉 상태 검출 장치(100)의 검출 효과를 향상시킬 수 있다. 다른 예로, 타겟 위상이 90도의 정수 배로 하면, 제1 샘플링 신호와 제2 샘플링 신호를 구별하는 어려움을 최소화할 수 있고, 이에 따라 접촉 상태 검출 장치의 검출 효과를 효과적으로 향상시킬 수 있다. 선택적으로, 타겟 위상은 교류 신호의 위상이 0 위상일 때 차동 신호를 샘플링하기 위해 샘플링 회로(121)에 의해 사용되는 위상일 수 있다.
다른 예로, 타겟 주파수가 교류 신호의 주파수 이상이거나, 타겟 주파수와 교류 신호의 주파수 간의 차이가 검출 신호의 주파수보다 크다. 따라서, 타겟 샘플링 신호가 제1 샘플링 신호 및 제2 샘플링 신호를 포함함을 보장할 수 있고, 이에 따라 샘플링 회로(121)의 샘플링 효과가 증가될 수 있고 접촉 상태 검출 장치(100)의 검출 효과가 향상될 수 있다. 선택적으로, 타겟 주파수는 교류 신호 주파수의 정수 배 또는 분수 배이다. 예를 들어, 타겟 주파수는 교류 신호의 주파수의 2배 이상이다. 타겟 주파수를 교류 신호의 주파수의 2배 이상으로 구성하면 샘플링 회로(121)의 샘플링이 Naix 샘플링 법칙을 만족하여 샘플링 효과를 보장할 수 있다.
또한 교류 신호는 검출 신호의 신호 대 잡음비를 증가시키도록 설계할 수도 있다.
예를 들어, 교류 신호는 고주파 신호이다. 검출 신호는 저주파 신호이고 교류 신호는 고주파 신호로 구성되므로, 한편으로는 타겟 샘플링 신호에서 제1 샘플링 신호와 제2 샘플링 신호를 구별하기 쉽고, 다른 한편으로는, 검출 신호에 대한 교류 신호의 간섭을 감소시킬 수 있으므로, 검출 신호의 신호 대 잡음비가 증가한다.
다른 예를 들면, 교류 신호의 주파수는 검출 신호의 주파수보다 크다. 교류 신호의 주파수를 검출 신호의 주파수보다 더 크게(또는 훨씬 더 크게) 구성함으로써, 한편으로는 대상 샘플링 신호에서 제1 샘플링 신호와 제2 샘플링 신호를 구별하기가 더 쉽고, 다른 한편으로는, 검출 신호에 대한 교류 신호의 간섭을 감소시킬 수 있으므로, 검출 신호의 신호 대 잡음비가 증가한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 출원의 일부 실시예에서, 접촉 상태 검출 장치(100)는 제3 전극(113)을 더 포함할 수 있다. 제3 전극(113)은 교류 신호를 수신하기 위해 사용되며, 제1 전극(111)과 제3 전극(113) 사이, 제2 전극(112)과 제3 전극(113) 사이에는 동일한 주파수, 진폭 및 위상을 갖는 신호가 존재한다.
제3 전극(113)을 설치하여 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 대한 기준 전극을 설치하는 것과 동일하게, 차동 신호의 후속 신호 처리 과정을 단순화하여 접촉 상태 검출 장치를 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 출원의 일부 실시예에서, 접촉 상태 검출 장치(100)는 교류 신호 소스(124)를 더 포함할 수 있으며, 교류 신호 소스(124)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 연결되고, 교류 신호 소스(124)는 교류 신호를 생성하는데 사용된다. 선택적으로, 교류 신호 소스(124)는 전류 소스 또는 전압 소스일 수 있다. 선택적으로 교류 신호는 정현파 또는 구형파일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 출원의 일부 실시예에서, 접촉 상태 검출 장치(100)는 아날로그 프론트 엔드(122)를 더 포함하며, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 각각 아날로그 프론트 엔드(122)를 통해 샘플링 회로(121)에 연결된다. 아날로그 프론트 엔드(122)는 차동 신호를 수신하고 차동 신호를 디지털 신호로 변환하는데 사용되며, 샘플링 회로(121)는 디지털 신호를 샘플링하여 타겟 샘플링 신호를 생성하는데 사용된다.
예를 들어, 아날로그 프론트 엔드(122)는 필터, 차동 증폭기, 아날로그-디지털 컨버터 중 적어도 하나를 포함한다. 구체적으로, 필터는 수신된 신호에서 잡음 신호를 필터링하고, 차동 증폭기는 수신된 차동 신호를 차동 증폭하고, 아날로그-디지털 컨버터를 통해 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하여 샘플링 회로(121)에서 디지털 신호를 샘플링하여 타겟 샘플링 신호를 출력할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 출원의 일부 실시예에서, 접촉 상태 검출 장치(100)는 디지털 처리 회로(123)를 더 포함하고, 디지털 처리 회로(123)는 샘플링 회로(121)에 연결된다. 디지털 처리 회로(123)는 타겟 샘플링 신호를 수신하고 타겟 샘플링 신호에 기초하여 제1 샘플링 신호 및 제2 샘플링 신호를 생성한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실제 제품에서 교류 신호 소스(124), 아날로그 프론트 엔드(122), 샘플링 회로(121) 및 디지털 처리 회로(123)는 센서(120)의 구성 요소로 사용되어 접촉 상태 검출 장치의 통합 수준을 높일 수 있다. 이에 따라 접촉 상태 검출 장치의 점유 부피가 감소하고 웨어러블 기기에 대한 적용 가능성이 향상된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 출원의 일부 실시예에서, 디지털 처리 회로(123)는 웨어러블 기기의 메인 컨트롤러(130)에 연결되고, 메인 컨트롤러(130)는 웨어러블 기기에서 각 모듈의 조작을 제어하는데 사용된다. 여기서, 메인 컨트롤러(130)는 제2 샘플링 신호를 수신하고 제2 샘플링 신호에 기초하여 사전 경보 신호를 출력할지 여부를 결정하거나, 또는 메인 컨트롤러(130)는 디지털 처리 회로에 의해 전송된 사전 경보 신호를 수신하는데 사용된다. 사전 경보 신호는 제1 전극(111) 또는 제2 전극(112)과 피측정물(110)이 탈락 상태인 것을 알리기 위해 사용된다.
도 2 및 도 3은 본 출원의 실시예에서 전극과 피측정물 간의 위치 관계를 개략적으로 나타낸 구조도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 접촉 상태 검출 장치(100)가 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)만을 포함하는 경우, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 모두 피측정물(110)과 접촉한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 접촉 상태 검출 장치(100)가 제3 전극(113)을 더 포함하는 경우, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 모두 피측정물체(110)와 접촉하고 있다. 제3 전극(113)은 피측정물(110)과 접촉할 수도 있고, 피측정물(110)과 접촉하지 않을 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 출원의 실시예의 접촉 상태 검출 장치에서 전극과 피측정물에 의해 형성되는 등가 회로의 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 출원의 일부 실시예에서, 접촉 상태 검출 장치(100)는 제1 전원(1151)을 더 포함한다. 제1 전원(1151)은 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 각각 연결되어 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 교류 신호를 각각 출력한다. 여기서, 제1 전극(111)과 피측정물 사이에는 제1 저항(1152) 및 제1 커패시터(1153)가 형성된다.
즉, 제1 전극(111), 제2 전극(112) 및 제1 전원(1151)에 의해 형성되는 등가 회로는 다음과 같이 설명될 수 있다: 제1 전원(1151)의 일단은 제1 전극(111)에 연결되고, 제1 전원(1151)의 타단은 제2 전극(112)에 연결되며, 제1 전극(111)은 제1 저항(1152)을 통해 제2 전극(112)과 연결되고, 제1 커패시터(1153)는 제1 저항(1152)과 병렬로 연결된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 출원의 다른 실시예에서, 접촉 상태 검출 장치(100)는 제2 전원(1161) 및 제3 전원(1171)을 더 포함한다. 제2 전원(1161)은 제1 전극(111) 및 제3 전극(113)에 각각 연결되고, 제3 전원(1171)은 제2 전극(112) 및 제3 전극(113)에 각각 연결되어, 제1 전극(111)과 제3 전극(113) 사이 및 제2 전극(112)과 제3 전극(113) 사이에 동일한 주파수, 진폭 및 위상을 갖는 신호가 존재하게 된다.
즉, 제1 전극(111), 제2 전극(112), 제3 전극(113) 및 제1 전원(1151)에 의해 형성되는 등가 회로는 다음과 같이 설명될 수 있다: 제3 전극(113)의 일단은 제2 전원(1161)을 통해 제1 전극(111)의 일단에 연결되고, 제3 전원(1171)을 통해 제2 전극(112)의 일단과 연결되며, 제3 전극(113)의 타단은 제2 저항(1162)을 통해 제1 전극(111)의 타단과 연결되고, 제3 저항(1172)을 통해 제2 전극(112)의 타단과 연결되며, 제2 커패시터(1163)는 제2 저항(1162)과 병렬로 연결되고, 제3 커패시터(1173)는 제3 저항(1172)과 병렬로 연결된다.
도 6은 도 1에 도시된 접촉 상태 검출 장치에서 다양한 구성 요소 간의 전송 신호의 개략적인 구조도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 접촉 상태 검출 장치(100)에서 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 아날로그 프론트 엔드(122)로 차동 신호를 출력하고, 아날로그 프론트 엔드(122)는 차동 신호를 디지털 신호로 변환하며, 샘플링 회로(121)는 타겟 주파수 및 타겟 위상을 갖는 신호로 디지털 신호를 샘플링하여 타겟 샘플링 신호를 출력하며, 디지털 처리 회로(123)는 타겟 샘플링 신호에 기초하여 제1 샘플링 신호 및 제2 샘플링 신호를 생성하고, 제1 샘플링 신호 및 제2 샘플링 신호를 메인 컨트롤러(130)로 출력한다. 선택적으로, 디지털 처리 회로(123)는 제2 샘플링 신호에 기초하여 전술한 사전 경보 신호를 생성하고, 사전 경보 신호를 메인 컨트롤러(130)로 출력할 수도 있다.
또한, 본 출원은 전술한 접촉 상태 검출 장치(100)를 포함할 수 있는 웨어러블 기기를 제공한다.
본 분야의 기술자는 본 명세서에 개시된 실시예와 결합하여 설명된 각 실시예의 유닛 및 알고리즘 단계가 전자 하드웨어 또는 컴퓨터 소프트웨어와 전자 하드웨어의 조합에 의해 구현될 수 있음을 인식할 수 있다. 이러한 기능이 하드웨어에 의해 실행되는지 소프트웨어에 의해 실행되는지는 기술 방안의 특정 응용 및 설계 제약 조건에 따라 다르다. 전문 기술자는 설명된 기능을 구현하기 위해 각 특정 응용에 대해 상이한 방법을 사용할 수 있지만 이러한 구현은 본 청구 범위를 벗어나는 것으로 간주되어서는 안 된다.
또한, 본 출원의 다양한 실시예에서 각 기능 유닛은 하나의 처리 유닛으로 통합될 수도 있고, 각 유닛이 물리적으로 단독으로 존재할 수도 있고, 둘 이상의 유닛이 하나의 유닛으로 통합될 수도 있다.
상기 기능이 소프트웨어 기능 유닛의 형태로 구현되어 독립된 제품으로 판매 또는 사용되는 경우에는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있다. 이러한 이해를 바탕으로, 본 출원의 기술 방안은 본질적으로 또는 기존 기술에 기여하는 부분 또는 그 기술 방안의 일부에 대해 소프트웨어 제품의 형태로 구현되거나 구현될 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어 제품은 저장 매체에 저장되며, 컴퓨터 기기(개인용 컴퓨터, 서버 또는 네트워크 기기 등이 될 수 있음)가 본 출원의 다양한 실시예에서 설명된 방법의 전체 또는 일부 단계를 실행할 수 있도록 하는 여러 명령을 포함한다. 앞서 언급한 저장 매체에는: U 디스크, 모바일 하드 디스크, 읽기 전용 메모리(ROM, Read-Only Memory), 랜덤 액세스 메모리(RAM, Random 교류cess Memory), 자기 디스크 또는 광 디스크 및 기타 프로그램 코드를 저장할 수 있는 매체가 포함된다.
위의 내용은 본 출원의 구체적인 실시예일 뿐이며, 본 출원의 보호 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 본 분야의 기술자는 본 출원에 개시된 기술적 범위 내에서 변경 또는 대체를 쉽게 생각할 수 있는데, 이는 모두 본 출원의 보호 범위에 포함된다. 따라서 본 출원의 보호 범위는 청구 범위의 보호 범위를 기준으로 한다.
100: 접촉 상태 검출 장치, 110: 피측정물, 111: 제1 전극, 112: 제2 전극, 113: 제3 전극, 1151: 제1 전원, 1152: 제1 저항, 1153: 제1 커패시터, 1161: 제2 전원, 1162: 제2 저항, 1163: 제2 커패시터, 1171: 제3 전원, 1172: 제2 저항, 1173: 제3 커패시터, 120: 센서, 121: 샘플링 회로, 121: 아날로그 프론트 엔드, 123: 디지털 처리 회로, 124: 교류 신호 소스, 130: 메인 컨트롤러.
Claims (17)
- 접촉 상태 검출 장치에 있어서,
상기 접촉 상태 검출 장치는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 교류 신호 및 제1 신호를 수신하여 차동 신호를 출력하고, 상기 차동 신호는 상기 제1 신호 및 제2 신호를 포함하고, 상기 제1 신호는 피측정물의 생리 정보의 검출 신호이고, 상기 제2 신호는 상기 교류 신호가 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 의해 변조된 후 형성된 신호이며;
상기 접촉 상태 검출 장치는 샘플링 회로를 더 포함하고, 상기 샘플링 회로는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 연결되며, 상기 샘플링 회로는 상기 차동 신호를 샘플링하여 타겟 샘플링 신호를 획득하고, 상기 타겟 샘플링 신호는 상기 제1 신호에 대응하는 제1 샘플링 신호 및 상기 제2 신호에 대응하는 제2 샘플링 신호를 포함하며;
상기 제1 샘플링 신호는 상기 피측정물의 생리 신호를 표시하기 위해 사용되고, 상기 제2 샘플링 신호는 상기 제1 전극과 상기 피측정물의 접촉 상태 및/또는 상기 제2 전극과 상기 피측정물의 접촉 상태를 검출하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 교류 신호는 고주파 신호인 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 교류 신호의 주파수는 상기 검출 신호의 주파수보다 큰 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샘플링 회로는 타겟 위상 및 타겟 주파수로 상기 차동 신호를 샘플링할 수 있고, 상기 제2 샘플링 신호는: 상기 교류 신호의 주파수, 상기 타겟 주파수 및 상기 타겟 위상 중 적어도 하나의 요인의 영향을 받는 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 타겟 위상은 180도의 정수 배가 아닌 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 타겟 위상은 90도의 정수 배인 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 타겟 주파수는 상기 교류 신호의 주파수 이상이거나, 또는 상기 타겟 주파수와 상기 교류 신호의 주파수 간의 차이가 상기 검출 신호의 주파수보다 큰 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 타겟 주파수는 상기 교류 신호 주파수의 정수 배 또는 분수 배인 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 타겟 주파수는 상기 교류 신호의 주파수의 2배 이상인 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 상태 검출 장치는 제1 전원을 더 포함하며, 상기 제1 전원은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 각각 연결되어 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 상기 교류 신호를 각각 출력하는 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 상태 검출 장치는 제3 전극을 더 포함하고, 상기 제3 전극은 상기 교류 신호를 수신하기 위해 사용되며, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이, 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이에는 동일한 주파수, 진폭 및 위상을 갖는 신호가 존재하는 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 11에 있어서,
상기 접촉 상태 검출 장치는 제2 전원 및 제3 전원을 더 포함하며,
상기 제2 전원은 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극에 각각 연결되고, 상기 제3 전원은 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극에 각각 연결되어, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이 및 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이에 동일한 주파수, 진폭 및 위상을 갖는 신호가 존재하는 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 상태 검출 장치는 아날로그 프론트 엔드를 더 포함하며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 상기 아날로그 프론트 엔드를 통해 상기 샘플링 회로에 연결되고, 상기 아날로그 프론트 엔드는 상기 차동 신호를 수신하고 상기 차동 신호를 디지털 신호로 변환하는데 사용되며, 상기 샘플링 회로는 상기 디지털 신호를 샘플링하여 상기 타겟 샘플링 신호를 생성하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 13에 있어서,
상기 아날로그 프론트 엔드는 필터, 차동 증폭기, 아날로그-디지털 컨버터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 상태 검출 장치는 디지털 처리 회로를 더 포함하고, 상기 디지털 처리 회로는 상기 샘플링 회로에 연결되며, 상기 디지털 처리 회로는 상기 타겟 샘플링 신호를 수신하고 상기 타겟 샘플링 신호에 기초하여 상기 제1 샘플링 신호 및 상기 제2 샘플링 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 15에 있어서,
상기 디지털 처리 회로는 상기 웨어러블 기기의 메인 컨트롤러에 연결되고, 상기 메인 컨트롤러는 상기 웨어러블 기기에서 각 모듈의 조작을 제어하는데 사용되며; 상기 메인 컨트롤러는 상기 제2 샘플링 신호를 수신하고 상기 제2 샘플링 신호에 기초하여 사전 경보 신호를 출력할지 여부를 결정하거나, 또는 상기 메인 컨트롤러는 상기 디지털 처리 회로에 의해 전송된 사전 경보 신호를 수신하는데 사용되며, 상기 사전 경보 신호는 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극과 상기 피측정물이 탈락 상태인 것을 알리기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 접촉 상태 검출 장치. - 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항의 상기 접촉 상태 검출 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 기기.
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