TWI686174B - 用於可攜式電子裝置的呼吸感測器 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種用於可攜式設備的呼吸感測器，特別是可攜式電信裝置或可穿戴設備，該感測器包含如麥克風的聲波感測裝置和氣體感測裝置。本發明還涉及包含這種感測器的電子裝置。另外，提供了允許基於聲波感測裝置的輸出訊號校準氣體體積的方法。

Description

用於可攜式電子裝置的呼吸感測器

本發明涉及可攜式電子裝置的呼吸感測器。本發明還涉及一種包含這種呼吸感測器的可攜式裝置，並涉及一種估算感測氣體的體積的方法。本發明特別是針對於使用者的呼吸感測器，以識別與疾病有關的一或多種特定的分子。

這種呼吸感測器已知是以呼吸測試器的形式，例如估計酒精的消耗量。這些已知的裝置體積龐大，能耗高。這使得它們難以被集成到可攜式電子裝置中，例如智慧型手機或一般可穿戴式設備，以向使用者提供氣體感測能力，例如用於監測他們用於定期溝通或處理的電子裝置內的環境或健康情況。

另外，這些氣體感測器相當昂貴，這特別與它們必須滿足的氣體體積確定功能有關。事實上，為了能夠獲得環境空氣中給定分子的濃度或使用者的呼吸，必須對待分析的空氣體積進行校準。在呼氣測試器中，精確的校準是必要的，且可通過使用具有進氣管和排氣管以及機械彈簧加載開關的相當龐大且昂貴的機構來實現，只要尚未達到校準的體積其會允許氣流進入分析腔室，接著會切換管道系統以使得額外的空氣直接通過排氣管排出而不進入測量腔室。

其他的方法試圖通過基於統計數據的軟體演算法、裝置的幾何形狀和/或氣體進入時間來模擬氣體流量來擺脫體積校準的機械部分。但到目前為止，這些模型仍沒有提供足夠可靠的結果。

此外，例如從專利號US 2014/0208829A1或US2015/0226585A1等美國專利中已知具有化學感測器的可攜式電子裝置。

本發明的目的是提供一種克服了本領域中觀察到的問題的呼吸感測器。特別地，本發明的目的是提供一種呼吸感測器，其建立與使用者呼吸的氣體體積成比例的測量值。

本發明的目的通過請求項1的用於可攜式電子裝置的第一呼吸感測器來實現。用於可攜式電子裝置的本發明的呼吸感測器，特別是可攜式電信裝置或可穿戴設備包括：聲波感測裝置(特別是麥克風)、以及對至少一種類型的分子敏感的氣體感測裝置、以及第一呼吸感測裝置和第二呼吸感測裝置，其中的聲波感測裝置、氣體感測裝置和第一呼吸感測裝置被設置成可觸及氣流，特別是使用者的呼吸，而第二呼吸感測裝置與氣流隔離。使用第二呼吸感測裝置可以鑑別由於設備的移動或由於環境的緣故，從進入設備的氣流中區分來自使用者呼吸的流量貢獻。

根據一個實施例，呼吸感測器可以包括多於一個氣體感測裝置以能夠感測多於一種類型的分子。

根據一個實施例，第一呼吸感測裝置和第二呼吸感測裝置可以屬於同一類型，特別是熱敏電阻或濕度感測器或風速計，特別是熱線風速計。使用這些感測器可以獲得可靠的流量數據，並且易於被集成到包含聲波感測裝置和氣體感測裝置的感測裝置中。

該目的還通過可攜式電子裝置的第二呼吸感測器，特別是根據請求項3的可攜式電信裝置或可穿戴設備來實現。呼吸感測器包括：聲波感測裝置(特別是麥克風)；以及對至少一種類型的分子敏感的第一氣體感測裝置；以及對至少一種其他類型分子的敏感的第二氣體感測裝置，特別是對二氧化碳或一濕度感測器敏感。環境空氣中的二氧化碳濃度按體積計為0.04％，而這個百分比在呼出氣中按體積計為3.5％至5％。使用對二氧化碳有響應的第二氣體感測裝置，可以利用CO₂ 濃度的重要變化來識別使用者吹入呼吸感測裝置的時間。在使用濕度感測器的情況下，還可以利用通常與環境中的濕度不同的使用者呼出氣體的濕度。因此，當使用者的呼吸進入感測器時，濕度感測器的訊號將看到濕度的變化。

根據一個實施例，呼吸感測器可以包括另外的氣體感測裝置以感測多於一種類型的分子。

根據一個實施例，聲波感測裝置可以設置在基板上，並且第一氣體感測裝置和第二氣體感測裝置堆疊在聲波感測裝置上，特別是一其中一者在另一者之上或在另一者旁。因此可以形成僅需要小體積的集成裝置。

該目的還通過根據請求項5的用於可攜式裝置的第三呼吸感測器，特別是可攜式電信裝置或可穿戴設備來實現。第三呼吸感測器包括：聲波感測裝置(特別是具有膜的麥克風)、對至少一種分子敏感的氣體感測裝置，且還包括訊號分析裝置，用於確定直流電訊號對從聲波感測裝置接收的總電子訊號的貢獻，並被配置為在預定的時段（time frame）上對直流電訊號進行積分。直流電訊號貢獻是使用者呼吸期間施加到聲波感測裝置上的壓力的測量值。通過隨著時間的推移積分這個值，就可以得到一個與呼吸的氣體體積成正比的測量值。

根據一個實施例，呼吸感測器可以包括另外的氣體感測裝置以感測多於一種類型的分子。

根據一個實施例，訊號分析裝置還可以被配置為將從氣體感測裝置接收的電子訊號在預定的時段上積分，並確定從氣體感測裝置接收到的積分電子訊號與積分直流電訊號的比例。兩個積分之間的比例與使用者呼吸中目標分子的濃度成比例，因此可用於監測裝置使用者的健康狀況。

根據一個實施例，氣體感測裝置可以基於金屬氧化物（metal oxide，MOX）尤其是一氧化錫、奈米碳管（CNTs）、金奈米粒子、矽奈米線、石英晶體微天平（quartz crystal microbalance，QCM）、比色感測器（colorimetric sensor）、以及導電聚合物（conductive polymer）中的至少其中之一者。這些技術提供可靠的結果，且同時具有低能耗，特別是奈米管。此外，它們的製造可以與聲波感測裝置的製造過程集成，且可以使用通用的CMOS基座。基於氣體感測器的MOX具有非選擇性的優勢，而其他技術如奈米碳管則具有選擇性。

根據一個實施例，氣體感測裝置可以設置在聲波感測裝置的活動板之中或之上或固定板之中或之上。通過將氣體感測裝置直接提供在聲波感測裝置的其中一層上，可以簡化裝置的設計。特別地，根據一個變型，作為氣體感測裝置的一部分的熱板可以是聲波感測裝置的活動板或固定板的一部分。這將進一步降低製造成本。

此外，本發明的目的還在於一種可攜式電子裝置，尤其是通訊裝置，其包括如上所述的呼吸感測器。

根據一個實施例，可攜式電子裝置可以進一步包括具有孔的殼體，其中，呼吸感測器的氣體感測裝置和聲波感測裝置位於相同的孔內和/或與孔對齊。因此，無需在可攜式電子裝置的殼體中增加額外的孔，就有可能為該裝置添加新的功能，即氣體感測以監測環境或監測一些健康指標。根據實施例，只有參考感測器需要定位在別處。

本發明的目的還通過使用第一呼吸感測器來感測人或動物的呼吸的方法來實現。該方法包括以下步驟：在一預定的時段上，將第一呼吸感測裝置和第二呼吸感測裝置接收到的訊號的差值積分，以確定與使用者呼吸的一氣體體積成比例的一訊號。通過該實施例，可以從訊號中去除不源自使用者呼吸的氣體流量貢獻，從而提高裝置的準確性。

根據一個實施例，該方法可以包括在相同的預定的時段將氣體感測裝置的電子訊號積分的步驟。通過這樣做，可以獲得與來自使用者的呼吸氣流中目標分子的量成比例的測量值。

此外，本發明的目的還通過使用第三呼吸感測器來感測人或動物的呼吸的方法來實現。該方法包括以下步驟：確定直流電訊號對從聲波感測裝置接收的總電子訊號的貢獻，以及在預定的時段上對直流電訊號進行積分，以確定與使用者呼吸的氣體體積成比例的訊號。直流電訊號貢獻是使用者呼吸期間施加到聲波感測裝置上的壓力的測量值。通過隨著時間的推移積分這個值，就可以得到一個與呼吸的氣體體積成正比的測量值。

根據一個實施例，預定的時段的開始由該第一呼吸感測裝置和該第二呼吸感測裝置的訊號之間的差值或該直流電訊號貢獻超過預定的一閾值的一時間點觸發。

此外，本發明的目的還通過使用第二呼吸感測器來感測人或動物的呼吸的方法來實現。該方法包括以下步驟：當該第二氣體感測裝置或該濕度感測器的訊號超過一第一閾值時，開始將從該第一氣體感測裝置接收到的訊號在一預定的時段內積分，以及當來自該第二氣體感測裝置的該訊號或來自該濕度感測器的該訊號超過該第一閾值時，在該預定的時段上開始將從該第二氣體感測裝置接收到的該訊號積分，以確定與使用者的呼吸的氣體體積成比例的訊號。呼出空氣中的CO₂ 含量和濕度是可以直接歸因於使用者呼吸的參數，並且因此允許以高精度確定氣體流量。

根據一個實施例，該預定的時段的結束由下述隨後的一時間點觸發，在該時間點處，訊號的差值或來自第二氣體感測裝置的訊號或來自直流電訊號貢獻的下降到預定的一第二閾值以下，特別是低於該第一閾值，或差值的積分或當來自第二氣體感測裝置訊號或當直流電訊號的貢獻超過一第三閾值時。

優選地，該方法可以進一步包括基於從該氣體感測裝置接收的該訊號和與該氣體體積成比例的該訊號來確定一比例的步驟，以及使用代表通過一不同的感測方法獲得的比例的數值來校準該比例的步驟。為了確定目標比例之間的比例因子，例如，給定分子每體積的濃度，例如可以使用使用者血液中給定分子或相應分子的已知濃度。因此，當醫生採集血液樣本時，使用者吹入裝置，並且從氣體感測裝置獲得的與氣體體積成比例的訊號的比值將對應於使用者血液中分子濃度的數值。

將參照描述本發明的附加特徵和優點。在說明書中，參考了旨在說明本發明的優選實施例的圖式。應該理解，這些實施例並不代表本發明的全部範圍。本發明已經就分析使用者的呼吸呈現，但是替代地或者附加地，根據本發明的呼吸感測裝置也可以用於分析環境空氣。

圖1示意性地繪示出了電子裝置1的切口，相對於其它圖，對於本發明的所有實施例共同的特徵將進一步描述如下。

電子裝置，尤其是移動通訊裝置，包括殼體3、顯示裝置5和具有聲波感測裝置（這裡是麥克風9）的呼吸感測器7和對至少一種類型的分子敏感的氣體感測裝置11，氣體感測裝置11連接到包含各種電子部件和電性互連的主板13以及用於電子裝置1的數據處理的輸入/輸出裝置（未示出）。主板13包括用於處理來自呼吸感測器7的訊號的訊號分析裝置63。呼吸感測裝置不僅使用一個氣體感測裝置11，而是還可以包括其它氣體感測裝置以能夠感測多種類型的分子。

呼吸感測器7被放置在殼體3中的開口或孔15中。在此，開口15被格柵(grid)17覆蓋，從而保護呼吸感測器7不受灰塵如灰塵的污染。呼吸感測器7也可以定位成位於殼體3中的孔15的下方，但與其對齊。

電子裝置1可以是手機、智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、個人電子助手、追踪設備、電子手錶、電子可穿戴設備等。

根據本發明，在一個感測器中，呼吸感測器7將麥克風9的功能與電子裝置1組合起來，並且在其上堆疊氣體感測裝置11，用於分析進入呼吸感測器7的氣體。氣體感測裝置11被配置為分析使用者的呼吸，例如，進行呼氣測試或識別指示疾病的某些分子。在不背離本發明的情況下，呼吸感測器7也可以被配置為分析環境空氣，例如，除了分析使用者的呼吸之外還可檢查空氣品質。

通過將氣體感測裝置11堆疊在麥克風上，從而可將其輸出訊號基於進入呼吸感測器7的氣體的物理和/或化學特性的兩個功能組合，因而可在殼體3中僅使用相同的孔15。這使得殼體3和電子裝置1的設計保持簡單和具有成本效益。

圖2示出了根據如請求項5至8的本發明第一實施例的呼吸感測器21的放大視圖。呼吸感測器21例如可以用作圖1所示的電子裝置中的呼吸感測器7。

呼吸感測器21包括一個聲波感測裝置，這裡是麥克風23。本實施例中的麥克風23是一種在智慧型手機等行動電話中易於使用的MEMS麥克風。MEMS麥克風是一種將聲音訊號轉換為電子訊號的聲學感測器。麥克風23包括設置在基板29上方的柱狀結構27a、27b上的活動板25。該柱狀結構也可以通過在基板29內設置空腔而獲得。麥克風23進一步包括設置在活動板25之上並與活動板25相距一定距離的剛性板31，也被稱為背板或固定板。剛性板31包括穿孔33a~33e。

活動板25和剛性板31形成電容器，並且由聲振動引起的容量變化被轉換成導致麥克風23輸出端處的電子訊號的電容變化。

電容變化是由通過穿孔33a至33e的聲音的聲波引起的。如雙箭頭35所示，活動板25響應由聲波引起的氣壓變化而彎曲。活動板25因此像膜一樣運動。該運動將調節活動板25和剛性板31之間的間隙37，而可調節兩個板之間的電容。在基板29、柱狀結構27a、柱狀結構27b與活動板25之間的腔室41內形成的空氣經由通風路徑39流出並返回。該腔室41因此形成一種聲共振器，其經由通風路徑39與呼吸感測器21的外部連接。

呼吸感測器21還包括設置在麥克風23上方的氣體感測裝置43。

它包括具有多個穿孔47a至47e的氣敏層45。在該實施例中，穿孔47a至47e沿著呼吸感測器21的厚度方向X與麥克風23的穿孔33a至33e對齊。通過這樣做，進入呼吸感測器21的空氣或氣體，例如當使用者說話或呼吸到電子裝置時，使用者的呼吸可以到達麥克風23。同時，可以使用相同的流量分析空氣或氣體。

在該實施例中，氣敏層45是金屬氧化物基的感測裝置。檢測原理是基於吸附半導體表面上的氣體分子時，薄膜電阻的變化。金屬氧化物的一個例子是氧化錫。根據本發明的變型，氣體感測裝置43可以包括奈米碳管（CNT）、金奈米粒子、矽奈米線、石英晶體微天平（QCM），比色感測器、和導電聚合物。這些技術具有能耗低的優點。可以選擇和/或組合選擇性和非選擇性技術。

根據該實施例的變型，可以使用圖2中用虛線示出的普通殼體51將麥克風23和氣體感測裝置43一起封裝到一個裝置中。殼體51優選地具有與麥克風23和氣體感測裝置43的孔對準的穿孔53a至53e。

呼吸感測器21可以是裝置陣列或堆疊的一部分。

呼吸感測器21還包括一個訊號分析裝置，集成到呼吸感測器21中或者是為電子裝置1的電子部件的一部分。

圖3示意性地示出了具有呼吸感測器21和訊號分析裝置63的電子裝置61。訊號分析裝置63被配置為建立表示氣體體積的測量值，以確定其存在歸因於某種疾病的分子與氣體體積的比例。獲得表示氣體體積的測量值的方法如圖4所示。

在步驟71中，訊號分析裝置63接收來自麥克風23和氣體感測裝置43的訊號。接收到的訊號是類比或數位訊號，可以通過應用濾波器等處理。

在步驟73中，訊號分析裝置63從由聲波感測裝置接收的電子訊號中確定直流電（direct current）訊號的貢獻，因此這裡是麥克風23。

當使用者吹入孔15時，撞擊在活動板25上的氣流將推動活動板25並由此改變電容。然而，與麥克風交談時的聲波相比，當吹入麥克風時由氣流產生的訊號將導致靜態訊號轉化為直流訊號貢獻X_DC 。因此直流訊號是壓力的測量值。

此外，如步驟75所示，通過對呼吸持續時間內的直流貢獻進行積分，得到與通過呼吸感測器21的氣體體積V成比例的測量值。

（方程式1）

其中t₀ 對應於呼吸的開始並且t₁ 對應於呼吸的結束。

當呼氣到呼吸感測器21時，氣體感測裝置43將捕捉到目標分子的類型以確定使用者的健康狀況，並且獲得訊號Y(t)，該訊號Y(t)是對在氣體感測裝置43上的瞬間t撞擊的分子的量的測量值。通過在呼吸持續時間內積分Y(t)，從而像在方程式1中那樣從t₀ 到t₁ ，可獲得與呼吸中分子S的量成比例的測量值。

（方程式 2）

這兩個積分的比例因此與氣流量相關的目標分子的量成比例，這將成為衡量健康狀況的指標。

為了獲得比例因子α，系統必須被校準。獲得該因子α的一種方式是將呼吸測量值與其他類型的測量值相關聯。例如，血液中目標的分子的濃度P可以由專業人員確定。在取血時，使用者吹氣進入呼吸感測器21，以便在相同的健康狀況下確定方程式1和2中的兩個積分。數值P通過比例因子α與呼吸測量相關聯，因此比例因子α可以基於P和兩個積分來確定。

→

（方程式 3）

確定了比例因子之後，則可跟隨使用者呼吸中分子濃度的演變。使用者將能夠識別P_sensed 中的波動，以便於及時尋求醫療建議。

在本實施例中，呼吸的開始t₀ 是直流電訊號貢獻超過預定的第一閾值的時刻。呼吸的結束t₁ 可以由直流電訊號貢獻下降到第二閾值以下的隨後的時間點觸發，特別是下降到第一閾值以下時。根據一個變型，時段的結尾還可以是直流電訊號貢獻的積分超過第三閾值的時刻。

圖5示意性地示出了根據第二實施例的電子裝置81的切口，特別是關於請求項1和2。在圖1至圖4的描述中已經使用的具有圖式標記的特徵將不再描述，而是參考上面的描述。

除了如圖1所示的特徵之外，第二實施例還包括第一呼吸感測裝置83和第二呼吸感測裝置85。第一呼吸感測裝置83配置在氣體感測裝置11附近的孔15內。第二呼吸感測裝置85配置在遠離第一呼吸感測裝置的位置，與使用者的呼吸氣流隔離。因此，在使用中，第二呼吸感測裝置85不感測使用者的呼吸，而僅測量環境的氣體流量。在該實施例中，第二呼吸感測裝置85設置在殼體3的第二孔87中，殼體3的第二孔87也可以由柵格89覆蓋。殼體3中的第二孔87例如可以是放置電子裝置81的揚聲器的孔。

圖6示出了第二實施例中使用的呼吸感測器91的一部分。除了已經關於圖2的呼吸感測器21描述的元件之外，呼吸感測器91還包括第一呼吸感測裝置83。

第一呼吸感測裝置83和第二呼吸感測裝置85在本實施例中是相同的類型，並且可以例如是熱敏電阻、濕度感測器或風速計其中一者，特別是熱線風速計(hot-wire anemometer)，且允許像第一實施例中那樣測量氣體流量而不是壓力。因此，呼吸感測裝置也可以被認定是氣體感測裝置。由於第二呼吸感測裝置85的訊號與使用者的呼吸是隔離的，因此接收到的兩個訊號之間的差值可以歸因於使用者的呼吸，所以由裝置的移動或環境中存在的氣流引起的任何氣流都可以從訊號中消除。因此，如同在第一實施例中那樣，在訊號分析裝置中隨時間積分兩個信號之間的差異也將給出使用者呼吸的氣體體積的測量值。

當使用熱敏電阻時，如NTC電阻來測量溫度，且一旦觀察到第一呼吸感測裝置83和第二呼吸感測裝置85之間的溫差就檢測到呼吸存在。因此可利用呼吸與環境之間的溫度差來檢測熱敏電阻中電阻變化時的流動。

當使用風速計時，可使用加熱電阻。由呼吸產生的流動引起的電阻器的冷卻可透過電阻的變化來觀察。

當使用濕度感測器時，人們則是善用呼吸中與環境相比的不同濕度水平。

圖7示出了使用根據第二實施例的呼吸感測器來獲得表示氣體體積的測量值的方法。

在步驟101中，呼吸感測器91的訊號分析裝置63接收來自第一呼吸感測裝置83和第二呼吸感測裝置85的訊號。該接收到的訊號是類比或數位訊號，可以通過濾波器等來處理。

在步驟103中，訊號分析裝置63確定從第一呼吸感測裝置83和第二呼吸感測裝置85接收到的訊號之間的差值。

此外，如步驟105所示，通過在呼吸持續時間內對訊號的差值進行積分可獲得與穿過呼吸感測器21的氣體體積V成正比的測量值，如第一實施例所示。

在第二實施例中，呼吸的開始t₀ 是從第一呼吸感測裝置和第二呼吸感測裝置接收的訊號之間的差超過預定的第一閾值的時刻。呼吸的結束t₁ 可以由差值下降到第二閾值以下的隨後的時間點觸發，特別是下降到第一閾值以下。根據一個變型，時段的結束也可以是訊號差值的積分超過第三閾值的時刻。

來自氣體感測裝置43的訊號的積分以與第一實施例相同的方式實現。此外，第二實施例的呼吸感測器91的校準可以以與上面關於第一實施例所述相同的方式實現，即例如通過比較由操作者使用不同的方法確定的比例的數值與積分的比例來校準。

圖8示意性地示出了根據本發明的呼吸感測器121的第三實施例，特別是關於請求項3或4。在圖1至圖7的描述中已經使用的具有圖式標記的特徵將不再描述，而是參考上面的描述。

根據第三實施例的呼吸感測器，除了聲波感測裝置23（這裡是麥克風）和對至少一種類型的分子敏感的第一氣體感測裝置43之外，還包括對至少一種其他類型的分子(特別是二氧化碳)敏感的第二氣體感測裝置123。

測量二氧化碳具有與使用者呼吸中的呼出氣體直接相關的優點。而環境空氣中的二氧化碳濃度按體積計為0.04％，而這個百分比在呼出氣中按體積計為3.5％至5％。使用響應於二氧化碳的第二氣體感測裝置123，可以利用大約為二氧化碳濃度100倍的重大變化來確定使用者吹入呼吸感測裝置的時段。

根據第三實施例的變型，呼吸感測器可以包括濕度感測器，作為CO₂ 感測裝置的補充或替代。在使用濕度感測器的情況下，還可以利用與使用者的呼吸中的呼出空氣直接相關的參數。實際上，使用者呼出氣體的濕度量通常與環境中的一濕度量不同。因此，當使用者呼氣到感測器時，來自濕度感測器的訊號將看到濕度的變化。

圖9示出了根據第三實施例的確定與使用者呼吸的氣體體積成比例的測量值的方法。

在步驟131中，呼吸感測器121的訊號分析裝置63接收來自第二氣體感測裝置123或濕度感測器的訊號以及來自第一氣體感測裝置43的訊號。接收到的訊號是類比或數位訊號，可以通過濾波器等來處理。

在步驟133中，訊號分析裝置63在呼吸持續時間內對從第二氣體感測裝置123或濕度感測器接收到的訊號進行積分，使得與通過呼吸感測器121的氣體體積V成正比的測量值如第一實施例和第二實施例中那樣。

在第三實施例中，呼吸的起點t₀ 是CO₂ 訊號中第二氣體感測裝置123檢測到陡峭的上升或大於第一閾值的值的時刻，這是由於環境空氣中的二氧化碳含量與呼出氣中的二氧化碳含量之間的差值大約為100倍。呼吸的結束t₁ 可以由CO₂ 下降到第二閾值以下的特定時間點觸發，特別是下降到第一閾值以下，或者在訊號中觀察到重大的負斜率。根據一個變型，時段的結束也可以是CO₂ 含量訊號的積分超過第三閾值的時刻。

在步驟135中，來自第一氣體感測裝置43的訊號在相同的時段內被積分，就像在第一實施例和第二實施例中那樣。

第三實施例的呼吸感測器121的進一步校準可以以與上面關於第一實施例所描述的相同的方式來實現，即例如通過比較由操作者使用不同方法確定的比例的數值與積分的比例來校準。

先前討論的所有實施例都不是作為限制，而是用作說明本發明的特徵和優點的實施例。應該理解的是，上述特徵中的一些或全部也可以以不同方式組合。

1‧‧‧電子裝置3‧‧‧殼體5‧‧‧顯示裝置7‧‧‧呼吸感測裝置9‧‧‧聲波感測裝置、麥克風11‧‧‧氣體感測裝置13‧‧‧主板15‧‧‧開口、孔17‧‧‧格柵21‧‧‧呼吸感測器23‧‧‧聲波感測裝置、麥克風25‧‧‧活動板27a、27b‧‧‧柱狀結構29‧‧‧基板31‧‧‧固定板、剛性板、背板33a-33e‧‧‧穿孔35‧‧‧雙箭頭（活動板的移動）37‧‧‧間隙39‧‧‧通風路徑41‧‧‧腔室43‧‧‧氣體感測裝置45‧‧‧氣敏層47a至47e‧‧‧穿孔49‧‧‧氣流51‧‧‧殼體53a至53e‧‧‧穿孔61‧‧‧電子裝置63‧‧‧訊號分析裝置71‧‧‧接收訊號的步驟73‧‧‧確定訊號的直流部分的步驟75‧‧‧積分直流訊號81‧‧‧電子裝置83‧‧‧第一呼吸感測裝置85‧‧‧第二呼吸感測裝置87‧‧‧第二孔89‧‧‧柵格91‧‧‧呼吸感測器101‧‧‧接收來自第一呼吸感測裝置83和第二呼吸感測裝置85的訊號103‧‧‧確定兩個訊號之間的差值105‧‧‧在時段內積分差值121‧‧‧呼吸感測器123‧‧‧第二氣體感測裝置131‧‧‧從第二氣體感測裝置123接收訊號133‧‧‧積分接收到的訊號135‧‧‧積分來自第一氣體感測裝置43的訊號

圖1繪示出具有感測器的電子裝置，其具有與本發明的所有實施例相同的特徵。 圖2示意性地繪示出了根據本發明的呼吸感測器的第一實施例。 圖3示意性地繪示出了根據第一實施例的呼吸感測器的訊號分析裝置。 圖4示出了確定與使用者呼吸的氣體體積成比例的測量值的方法。 圖5繪示出了根據本發明第二實施例的具有呼吸感測器的電子裝置。 圖6示意性地繪示出了根據本發明的呼吸感測器的第二實施例的一部分。 圖7示出根據第二實施例的確定與使用者呼吸的氣體體積成比例的測量值的方法。 圖8示意性地繪示出了根據本發明的呼吸感測器的第三實施例。 圖9示出了根據第三實施例的確定與使用者呼吸的氣體體積成比例的測量值的方法。

1‧‧‧電子裝置

3‧‧‧殼體

5‧‧‧顯示裝置

7‧‧‧呼吸感測器

9‧‧‧聲波感測裝置、麥克風

11‧‧‧氣體感測裝置

13‧‧‧主板

15‧‧‧開口、孔

17‧‧‧格柵

63‧‧‧訊號分析裝置

Claims (23)

1. 一種用於可攜式電子裝置的呼吸感測器，該呼吸感測器包含：一聲波感測裝置；一氣體感測裝置，對至少一類型的分子敏感；以及一第一呼吸感測裝置和一第二呼吸感測裝置，其中該聲波感測裝置、該氣體感測裝置和該第一呼吸感測裝置被設置為可觸及一使用者的呼吸，而該第二呼吸感測裝置與該使用者的呼吸的氣流相隔離。
2. 如請求項1所述之呼吸感測器，其中該第一呼吸感測裝置和該第二呼吸感測裝置為相同的類型。
3. 如請求項2所述之呼吸感測器，其中該第一呼吸感測裝置和該第二呼吸感測裝置為一熱敏電阻、一濕度感測器、一風速計或一熱線風速計其中一者。
4. 一種用於可攜式電子裝置的呼吸感測器，該呼吸感測器包含：一聲波感測裝置；一第一氣體感測裝置，對至少一類型的分子敏感；以及一第二氣體感測裝置，對至少一其他類型的分子敏感，其中該聲波感測裝置設置在一基板的上方，並且該第一氣體感測裝置和該第二氣體感測裝置堆疊在該聲波感測裝置上方。
5. 一種用於可攜式電子裝置的呼吸感測器，該呼吸感測器包含：一聲波感測裝置；一氣體感測裝置，對至少一類型的分子敏感；以及 一訊號分析裝置，用於確定一直流電訊號對從該聲波感測裝置接收的一總電子訊號的貢獻，並且用於在一預定的時段上對該直流電訊號進行積分。
6. 如請求項5所述之呼吸感測器，其中該訊號分析裝置還用於在該預定的時段上，對從該氣體感測裝置接收的一電子訊號積分，並且確定從該氣體感測裝置接收的該電子訊號的積分和該直流電訊號的積分的比例。
7. 如請求項1或5中其中一項所述之呼吸感測器，其中該氣體感測裝置為基於一氧化錫、奈米碳管(CNTs)、一金奈米粒子、一矽奈米線、一石英晶體微天平(QCM)、一比色感測器、以及一導電聚合物之金屬氧化物(metal oxide，MOX)中的至少其中之一者。
8. 如請求項7所述之呼吸感測器，其中該氣體感測裝置設置在該聲波感測裝置的一活動板之中或之上，或者位於一固定板之中或之上。
9. 如請求項1或5中其中一項所述之呼吸感測器，該聲波感測裝置為一麥克風。
10. 一種可攜式電子裝置，包括請求項1至9中任一項所述的呼吸感測器。
11. 如請求項10所述之可攜式電子裝置，更包含：一殼體，具有一孔，其中該呼吸感測器的該氣體感測裝置和該聲波感測裝置位於該孔內和/或與該孔對齊。
12. 一種使用根據請求項1所述的呼吸感測器來感測人或動物的呼吸的方法，包含以下步驟： -在一預定的時段上，將該第一呼吸感測裝置接收到的一訊號和該第二呼吸感測裝置接收到的一訊號的一差值積分，以確定與該呼吸的一氣體體積成比例的一訊號。
13. 如請求項12所述之方法，包含在相同的該預定的時段將該氣體感測裝置的一電子訊號積分的步驟。
14. 如請求項12或13中任一項所述之方法，其中，該預定的時段的開始由該差值或一直流電訊號的貢獻超過預定的一第一閾值的時間點觸發。
15. 如請求項12所述之方法，其中，該預定的時段的結束由下述隨後的一時間點觸發，在該時間點處，該差值或來自該第二氣體感測裝置的該訊號、或來自該直流電訊號的貢獻下降到預定的一第二閾值以下、或該差值的一積分或當來自該第二氣體感測裝置的該訊號或當該直流電訊號的貢獻超過一第三閾值時。
16. 如請求項12所述之方法，還包括基於從該氣體感測裝置接收的該訊號和與該氣體體積成比例的該訊號來確定一比例的步驟，以及使用代表通過一不同的感測方法獲得的比例的數值來校準該比例的步驟。
17. 一種使用如請求項5至8中任一項所述的呼吸感測器來感測人或動物的呼吸的方法，包含以下步驟：確定從該聲波感測裝置接收的該總電子訊號的該直流電訊號貢獻；以及在該預定的時段上積分該直流電訊號，以確定與該呼吸的該氣體體積成比例的一訊號。
18. 如請求項17中任一項請求項所述之方法，其中該預定的時段的開始由該第一呼吸感測裝置和該第二呼吸感測裝置的訊號之間的一差值或該直流電訊號的貢獻超過預定的一第一閾值的一時間點觸發。
19. 一種使用如請求項4或5中任一項所述的呼吸感測器感測人或動物的呼吸的方法，包含以下步驟：當該第二氣體感測裝置的一訊號或該濕度感測器的一訊號超過一第一閾值時，開始將從該第一氣體感測裝置接收到的一訊號在一預定的時段內積分；以及當來自該第二氣體感測裝置的該訊號或來自該濕度感測器的該訊號超過該第一閾值時，在該預定的時段上開始將從該第二氣體感測裝置接收到的該訊號積分，以確定與使用者的一呼吸的一氣體體積成比例的一訊號。
20. 如請求項19所述之方法，其中該預定的時段的結束由下述隨後的一時間點觸發，在該時間點處，該第一呼吸感測裝置接收到的該訊號和該第二呼吸感測裝置接收到的該訊號的一差值、或來自該第二氣體感測裝置的該訊號、或來自該直流電訊號的貢獻下降到預定的一第二閾值以下，或當該差值的積分或來自該第二氣體感測裝置的該訊號或該直流電訊號的貢獻超過一第三閾值時。
21. 如請求項19所述之方法，更包含基於從該氣體感測裝置接收的該訊號和與該氣體體積成比例的該訊號來確定一比例，以及使用代表通過一不同的感測方法獲得的比例的數值來校準該比例的步驟。
22. 如請求項12所述之方法，該預定的時段的結束由下述隨後的一時間點觸發，在該時間點處，該差值或來自該第二氣體感測裝置的該訊號、或來自一直流電訊號的貢獻低於一第一閾值時。
23. 如請求項19所述之方法，其中該預定的時段的結束由下述隨後的一時間點觸發，在該時間點處，該第一呼吸感測裝置接收到的該訊號和該第二呼吸感測裝置接收到的該訊號的一差值、或來自該第二氣體感測裝置的該訊號、或來自一直流電訊號的貢獻低於一第一閾值時。

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