TWI504857B - Sensing wafer and sensing system - Google Patents

Description

感測晶片及感測系統

本發明是有關於一種晶片及系統，特別是指一種感測晶片及感測系統。

現今將具有加速規之加速度感測系統應用於角度變化的判斷時，主要是藉由電腦、手機，或PDA等電子裝置來輔助做計算，也就是說，目前具有加速規的加速度感測系統無法自行將感測到的加速度向量轉換為對應的角度，而是需要將資料輸出至額外的處理器來做計算，且轉換的過程牽涉到複雜的計算，並再透過該處理器將運算後的角度回傳至該感測系統，如此輸入與輸出的方式會降低感測的效率。而目前還未能使計算過程簡化並將處理器結合該加速規，這使得該加速度感測系統需要透過該些裝置才能實現。因此，如何將計算方式簡化且將處理器結合該加速規而成為一感測晶片，以提升加速度向量的轉換效率，即是當前值得解決的課題。此外，若將多個上述的感測晶片同時應用於加速度感測系統中，便能同時感測多個待測體，也將提升感測系統的感測效率和應用範圍。

因此，本發明之目的，即在提供一種感測晶片及感測系統，不需搭配額外的處理器來將感測到的加速度向量轉換為轉動角度，且能簡化計算方式。

本發明之另一目的，即在提供一種感測系統，能同時感測多個待測體，以提升感測效率。

於是，本發明感測晶片，耦接一控制器，且適用於一待測體，並能感測該待測體的運動變化，該感測晶片包含一感測單元、一儲存單元、一運算單元，及一輸出單元。

該感測單元能感測該待測體之運動而產生一加速度向量。該儲存單元用以儲存該感測單元所產生的加速度向量。該運算單元能將儲存於該儲存單元中的加速度向量轉換為該待測體運動之轉動角度。該輸出單元能輸出該運算單元轉換出的轉動角度至該控制器。

較佳地，其中，當該輸出單元超過一預設時間未能收到該控制器傳送一接收角度之指令，該感測晶片即進入一休眠狀態。

於是，本發明感測系統，包含至少一感測晶片，及一控制器。

該感測晶片用以設於一待測體，並包括一感測單元、一儲存單元、一運算單元，及一輸出單元。該感測單元能感測該待測體之運動而產生一加速度向量。該儲存單元用以儲存該感測單元所產生的加速度向量。該運算單 元能將儲存於該儲存單元中的加速度向量轉換為該待測體運動之轉動角度。該輸出單元能輸出該運算單元轉換出的轉動角度。該控制器耦接於該感測晶片，並對該輸出單元傳送一接收角度之指令以取得轉動角度。

較佳地，其中，當該感測晶片之輸出單元超過一預設時間未能收到該控制器傳送一接收角度之指令，該感測晶片即進入一休眠狀態。

較佳地，其中，該感測晶片還包括一供該控制器讀取以辨識該感測晶片的辨識單元。

較佳地，該感測系統包含多個感測晶片，用以分別設於多個待測體。

本發明之功效在於：透過該感測單元產生一加速度向量，再藉由該運算單元將該加速度向量轉換為該待測體運動之轉動角度並簡化其運算，如此一來，即不需要額外的處理器來轉換該加速度向量，且能立即由該輸出單元輸出該轉動角度至該控制器供判斷。故該感測晶片與控制器的搭配使用，能提升加速度向量的轉換效率。除此之外，該感測系統可為多個感測晶片同時使用，以提升感測效率。

1‧‧‧感測晶片

11‧‧‧感測單元

12‧‧‧儲存單元

13‧‧‧運算單元

14‧‧‧輸出單元

15‧‧‧辨識單元

2‧‧‧控制器

3‧‧‧待測體

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是本發明的一第一較佳實施例，說明一感測晶片；及 圖2是本發明的一第二較佳實施例，說明一感測系統。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明之一第一較佳實施例為一感測晶片1，該感測晶片1耦接一控制器2，且設置於一待測體3上，並能感測該待測體3的運動變化，該感測晶片1包含一感測單元11、一儲存單元12、一運算單元13，及一輸出單元14。

該感測單元11能感測該待測體3之運動而產生一加速度向量。而當該感測單元11未偵測到該待測體3的運動變化時，該感測晶片1將進入一休眠狀態以降低耗電量，並待該控制器2或該待測體3其一做動，進而解除該休眠狀態。

該儲存單元12用以儲存該感測單元11所產生的加速度向量。

該運算單元13能將儲存於該儲存單元12中的加速度向量轉換為該待測體3運動之轉動角度。具體來說，該加速度向量係以一直角座標系統呈現，且該直角座標系統係由相互垂直的一第一座標軸、一第二座標軸及一第三座標軸所定義，該運算單元13能利用座標轉換法及獨立座標的計算方法，以得到該加速度向量與該第一座標軸所夾之一第一角度、該加速度向量所垂直之平面與該第二座標軸所夾之一第二角度，及該加速度向量所垂直之平面 與該第三座標軸所夾之一第三角度，並利用該第一角度、第二角度及第三角度而計算出該待測體3運動之轉動角度。其具體計算方式已揭露於台灣專利申請案第101128997號，一併列入本案參考。

該輸出單元14能輸出該運算單元13轉換出的轉動角度至該控制器2，而該控制器2能計算出該轉動角度相對於一理想角度之偏移量，以得知該待測體3之運動變化。而當該輸出單元14超過一預設時間未能收到該控制器2傳送一接收角度之指令時，該感測晶片1即進入該休眠狀態以降低耗電量。詳細來說，該控制器2會對該輸出單元14傳送一接收角度之指令以取得轉動角度，若該輸出單元14與該控制器2的連結關係因某些因素導致異常，以致於該輸出單元14未能收到該控制器2傳送一接收角度之指令時，將造成該感測晶片1持續不斷的運作，但該輸出單元14無法傳輸轉動角度至該控制器2，如此該感測晶片1不僅耗電且易發生資料量的堆積，所以設定該感測晶片1能在超過該預設時間後進入該休眠狀態。

本實施例可運用在醫療照護等方面，例如：病患姿態判別、頭部角度之監測、跌倒之偵測與判斷等，以即時做出適當的處置或預防。舉例來說，本實施例可應用於一病患的手腕復健療程，醫護人員將感測晶片1貼設於該病患的手腕上。當手腕擺動時，該感測晶片1之感測單元11能感測該手腕的加速度向量，並儲存於該儲存單元12，再透過該運算單元13將該加速度向量轉換為一轉動角 度，最後藉由該輸出單元14將該轉動角度輸出至該控制器2，以提供醫護人員相關的感測資訊。

參閱圖2，本發明之一第二較佳實施例為一感測系統，用以感測三個待測體3，並包含三個感測晶片1，及一控制器2。在本實施例中，該等待測體3之數量及該等感測晶片1之數量分別為三個，但該等待測體3之數量及該等感測晶片1之數量亦可分別為一個、二個或四個以上，並不以本實施例揭露為限。

本發明之第二較佳實施例的每一感測晶片1與第一實施例的感測晶片1大致相同，惟，在第二較佳實施例中，該感測晶片1還包括一辨識單元15。該辨識單元15供該控制器2讀取以辨識該感測晶片1。具體來說，該辨識單元15為可擦除程式的唯讀記憶體(EPROM)，用來儲存每一感測晶片1的辨識資訊，但不以唯讀記憶體為限，只要能在設定後供該控制器2辨識該感測晶片1的皆屬本範圍。

本實施例可適用於不同的情境，通常應用於醫療行為中，能監控患者不同部位的行為以做出適當地診斷和照護，例如：監測病患手腳等多處關節的復健姿勢，可將該等感測晶片1分別設置於多處關節，並於每一感測晶片1的辨識單元15輸入辨識資料，如手肘關節、膝蓋關節等，使該控制器2能讀取該辨識單元15而能得知是患者哪個部位的轉動角度，並提供醫護人員相關的感測資訊，以即時做出適當的處置或預防。此外，每當醫護人員於該感 測系統增加一感測晶片1時，能設定該控制器2耦接於該感測晶片1，故本實施例也能同時監控多個病患，以降低人力成本，進而大幅提高醫療效率與品質。

綜上所述，透過該等感測晶片1與該控制器2的搭配使用，該感測系統能對患者所運動的多個部位作監控，且即時回傳各部位運動的轉動角度，並加以判斷且提供相關感測資訊給醫護人員，且每一感測晶片1之運算單元13能立即藉由簡單之運算方式將該加速度向量轉換為該轉動角度，不須額外的處理器來處理轉換過程，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧感測晶片

11‧‧‧感測單元

12‧‧‧儲存單元

13‧‧‧運算單元

14‧‧‧輸出單元

2‧‧‧控制器

3‧‧‧待測體

Claims (4)

1. 一種感測晶片，耦接一控制器，且適用於一待測體，並能感測該待測體的運動變化，該感測晶片包含一感測單元，能感測該待測體之運動而產生一加速度向量；一儲存單元，用以儲存該感測單元所產生的加速度向量；一運算單元，將儲存於該儲存單元中的加速度向量轉換為該待測體運動之轉動角度；及一輸出單元，能輸出該運算單元轉換出的轉動角度至該控制器，其中，當該輸出單元超過一預設時間未能收到該控制器傳送一接收角度之指令，該感測晶片即進入一休眠狀態。
2. 一種感測系統，包含至少一感測晶片，用以設於一待測體，並包括：一感測單元，能感測該待測體之運動而產生一加速度向量；一儲存單元，用以儲存該感測單元所產生的加速度向量；一運算單元，將儲存於該儲存單元中的加速度向量轉換為該待測體運動之轉動角度；及一輸出單元，能輸出該運算單元轉換出的轉動角度；及一控制器，耦接於該感測晶片，並對該輸出單元傳 送一接收角度之指令以取得轉動角度，其中，當該感測晶片之輸出單元超過一預設時間未能收到該控制器傳送該接收角度之指令，該感測晶片即進入一休眠狀態。
3. 如請求項2所述感測系統，其中，該感測晶片還包括一供該控制器讀取以辨識該感測晶片的辨識單元。
4. 如請求項2所述感測系統，包含多個感測晶片，用以分別設於多個待測體。