TWI731987B - 感測器裝置及控制感測器裝置之方法 - Google Patents

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Abstract

根據各種實施例，可提供一種感測器裝置。該感測器裝置可包括：氣流感測器，經配置為基於氣流以產生電壓；以及輸出電路，經配置為基於該電壓以輸出測量資料；其中該氣流感測器經配置以將該電壓作為電源提供給該輸出電路。

Description

感測器裝置及控制感測器裝置之方法
各種實施例一般關於一種感測器裝置及控制感測器裝置之方法。
測量運動員呼吸量表現的儀器通常被隔離到實驗室或需要可能是繁複且昂貴的專門的設備。測量通常在實驗室或跑步機中進行，故不能模擬真實的室外條件。運動和健身愛好者因此不容易獲得呼吸量測量。因此，可能需要改進的呼吸測量。
根據各種實施例，可提供一種感測器裝置。該感測器裝置可包括：氣流感測器，經配置為基於氣流以產生電壓；以及輸出電路，經配置為基於該電壓以輸出測量資料；其中該氣流感測器經配置以將該電壓作為電源提供給該輸出電路。
根據各種實施例，可提供一種控制感測器裝置之方法。該方法可包括：控制氣流感測器以產生基於氣流的電壓；控制輸出電路以輸出基於該電壓的測量資料；以及控制氣流感測器以將該電壓作為電源提供給該輸出電 路。
100、108‧‧‧感測器裝置
102‧‧‧氣流感測器
104‧‧‧輸出電路
106、126‧‧‧線
110‧‧‧電池
112‧‧‧氧氣感測器
114‧‧‧二氧化碳感測器
116、230‧‧‧濕度感測器
118‧‧‧壓力感測器
120‧‧‧溫度感測器
122、204‧‧‧加速度計
124‧‧‧感應織帶
128‧‧‧流程圖
130~134‧‧‧步驟
200‧‧‧功能方塊圖
202‧‧‧微控制器單元
206‧‧‧32.768kHz XTAL
208‧‧‧32MHz XTAL
210‧‧‧電池ADC
212‧‧‧DC-DC電路
214‧‧‧5V檢測電路
216‧‧‧RF天線
218‧‧‧按鈕開關
220‧‧‧充電器IC
222‧‧‧微型MEMS氣流感測器
224‧‧‧LED指示器
226‧‧‧聲音產生器
228‧‧‧UV O2感測器/氣壓計
232‧‧‧CO2/VOC感測器
在圖式中，在所有不同視圖中，相同參考符號一般表示相同部件。圖式未必按比例繪製，而是一般著重於例示本發明之原理。為清晰起見，可任意擴大或縮小各種特徵或元件之尺寸。在以下說明中，將參照以下圖式來說明本發明之各種實施例。
圖1A顯示根據各種實施例之感測器裝置。
圖1B顯示根據各種實施例之感測器裝置。
圖1C顯示根據各種實施例之控制感測器裝置的流程圖。
圖2顯示根據各種實施例之呼吸測量裝置的功能方塊圖。
以下將參考隨附圖式進行詳細說明，該圖式以例示之方式顯示可用以實現本發明之具體細節及實施例。將足夠詳細地說明這些實施例，以使所屬技術領域中具有通常知識者能夠實現本發明。可使用其他實施例，且可在不背離本發明之範圍下作出結構及邏輯上之改變。各種實施例未必相互排斥，乃因一些實施例可與一個或複數個其他實施例組合而形成新的實施例。
在本文中，如在此說明書中所述的感測器裝置可包括記憶體，該記憶體例如用於在感測器裝置內所執行之處理。實施例中所使用之記憶體可以是揮發性記憶 體，例如動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory；DRAM)，或者是非揮發性記憶體，例如可程式化唯讀記憶體(Programmable Read Only Memory；PROM)、可擦除可程式化唯讀記憶體(Erasable PROM；EPROM)、電可擦除可程式化唯讀記憶體(Electrically Erasable PROM；EEPROM)、或快閃記憶體(例如一浮動閘極記憶體(floating gate memory))、電荷俘獲記憶體、一磁阻式隨機存取記憶體(Magnetoresistive Random Access Memory；MRAM)或相變隨機存取記憶體(Phase Change Random Access Memory；PCRAM)。
在實施例中，「電路」可理解為任一種邏輯執行實體，其可為專用電路或處理器，該處理器用於執行儲存於記憶體、韌體、或其任意組合中之軟體。因此，在實施例中，「電路」可以是硬接線邏輯電路或可程式化邏輯電路，例如可程式化處理器，諸如微處理器(例如複雜指令集電腦(Complex Instruction Set Computer；CISC)處理器或精簡指令集電腦(Reduced Instruction Set Computer；RISC)處理器)。「電路」亦可為用於執行軟體之處理器，該軟體例如是任一種電腦程式，諸如使用虛擬機程式碼(例如Java)之電腦程式。以下將更詳細描述的各個功能之任何其他種類之實作方式亦可根據替代實施例而被理解為「電路」。
說明書中之用語「包括(comprising)」應理解為具有廣泛的含義，類似於用語「包含(including)」，且 將理解為意味包含所述的整數或步驟、或整數或步驟之群組，但不排除任何其他整數或步驟、或整數或步驟之群組。此定義亦適用於用語「包括(comprising)」諸如「包括(comprise)」及「包括(comprises)」的變型。
在此說明書中參照的任何先前技術不是且不應被視為承認或以任何形式建議在澳大利亞(或任何其他國家)之公知常識所引用的先前技術組成的一部分。
為使本發明可易於理解並實際實行，現在將藉由舉例而非限制方式參考圖式來說明特定實施例。
針對裝置提供各種實施例，並針對方法提供各種實施例。應理解，裝置之基本性質亦適用於方法，反之亦然。因此，為簡潔起見，將省略對此種性質之重複說明。
應理解，本文針對特定裝置所述之任一性質亦可適用於本文所述之任一種裝置。應理解，本文針對特定方法所述之任一性質亦可適用於本文所述之任一種方法。此外，應理解，對於本文所述之任一種裝置或方法，在所述裝置或方法中未必必須包含所有所述組件或步驟，而是亦可包含僅某些(而非全部)組件或步驟。
本文之用語「耦接(coupled)」(或「連接(connected)」可理解為電氣耦接或機械耦接，例如附接或固定，或僅僅接觸而無任何固定，並且應瞭解，可以提供直接耦接或間接耦接(換言之，並未直接接觸之耦接)。
測量運動員呼吸量表現的儀器通常被隔離到 實驗室或需要可能是繁複且昂貴的專門的設備。測量通常在實驗室或跑步機中進行，故不能模擬真實的室外條件。運動和健身愛好者因此不容易獲得呼吸量測量。
為了解決上述問題，根據各種實施例，可提供一種呼吸吸入(breath intake)測量裝置，其目的是在提供健身愛好者在他們訓練中無障礙地穿戴。它也可以用於職業運動員/教練，他們希望在整個運動過程中繪製他們球員的進展情況和統計值。
根據各種實施例，可提供一種呼吸吸入測量裝置(例如智慧型可攜式健身呼吸分析儀)。
圖1A顯示根據各種實施例之感測器裝置100。該感測器裝置100可包括氣流感測器102，經配置為基於氣流以產生電壓。該感測器裝置100可進一步包括輸出電路104，經配置為基於該電壓以輸出測量資料。該氣流感測器102可配置以將該電壓作為電源提供給該輸出電路104。該氣流感測器102和該輸出電路104可彼此耦接，如由線106表示，例如電氣耦接，例如使用線或電纜及/或機械耦接。
換言之，感測器裝置可包括氣流感測器，其可產生電壓，該電壓可用作測量訊號和作為電源。
圖1B顯示根據各種實施例之感測器裝置108。該感測器裝置108可(類似於圖1A的感測器裝置100)包括氣流感測器102，經配置為基於氣流以產生電壓。該感測器裝置108可(類似於圖1A的感測器裝置100)進一步 包括輸出電路104，經配置為基於該電壓以輸出測量資料。該感測器裝置108可進一步包括電池110，如下所述。該感測器裝置108可進一步包括氧氣感測器112。該感測器裝置108可進一步包括二氧化碳感測器114。該感測器裝置108可進一步包括濕度感測器116。該感測器裝置108可進一步包括壓力感測器118。該感測器裝置108可進一步包括溫度感測器120。該感測器裝置108可進一步包括加速度計(accelerometer)122。該感測器裝置108可進一步包括感應織帶(strap)124，如下所述。該氣流感測器102可配置以將該電壓作為電源提供給該輸出電路104。該氣流感測器102、該輸出電路104、該電池110、該氧氣感測器112、該二氧化碳感測器114、該濕度感測器116、該壓力感測器118、該溫度感測器120、該加速度計122和該感應織帶124可彼此耦接，如由線126表示，例如電氣耦接，例如使用線或電纜及/或機械耦接。
根據各種實施例，該電池110可經配置以對該氣流感測器102及/或該輸出電路104供電。
根據各種實施例，該氣流感測器102可經配置以提供用於對該電池110充電的電壓。
根據各種實施例，該氣流可以是呼吸氣流(breath)。
根據各種實施例，該氣流感測器102可包括或可以是渦輪機(turbine)或微機電系統中的至少一個。
根據各種實施例，該輸出電路104可包括或 可以是介面。
根據各種實施例，該介面可根據藍牙、低功耗藍牙和通用串列匯流排中的至少一個來配置。
根據各種實施例，該感測器裝置108可以是感測器面罩。
根據各種實施例，該感應織帶124可經配置以將該感測器裝置108附接到使用者的頭部或使用者的臉部。
圖1C顯示根據各種實施例之控制感測器裝置的流程圖128。在步驟130中，可控制氣流感測器以產生基於氣流的電壓。在步驟132中，可控制輸出電路以輸出基於該電壓的測量資料。在步驟134中，可控制氣流感測器以將該電壓作為電源提供給該輸出電路。
根據各種實施例，該方法可進一步包括控制經配置以對該氣流感測器和該輸出電路供電的電池。
根據各種實施例，該氣流感測器可經控制以提供用於對該電池充電的電壓。
根據各種實施例，該氣流可以是呼吸氣流。
根據各種實施例，該氣流感測器可包括或可以是渦輪機或微機電系統中的至少一個。
根據各種實施例，該方法可進一步包括控制氧氣感測器。
根據各種實施例，該方法可進一步包括控制二氧化碳感測器。
根據各種實施例，該方法可進一步包括控制濕度感測器。
根據各種實施例，該方法可進一步包括控制壓力感測器。
根據各種實施例，該方法可進一步包括控制溫度感測器。
根據各種實施例，該方法可進一步包括控制加速度計。
根據各種實施例，該輸出電路可包括或可以是介面。
根據各種實施例，該介面可根據藍牙、低功耗藍牙和通用串列匯流排中的至少一個來配置。
根據各種實施例，該感測器裝置可以是感測器面罩。
根據各種實施例，該感測器裝置可包括感應織帶，經配置以將該感測器裝置附接到使用者的頭部。
根據各種實施例，可提供一種呼吸吸入測量裝置，其可以是輕量型，且在模擬真實室外條件的同時不限制使用者的可呼吸性(breathability)。
根據各種實施例，該呼吸吸入測量裝置可在身體活動期間用於呼吸吸入量的測量。
根據各種實施例，可提供覆蓋使用者的嘴及/或鼻的至少一部分的裝置(例如面罩)，該裝置可包括：控制器單元；感測器；用於風扇葉片在面罩內移動的渦輪機 (其可以給出氣流的估計，從而給出吸入和呼出的空氣的體積，並且其中該渦輪機的運動也可驅動視需要的發電機/電池，其可對該面罩的電氣部件提供電力)；以及用於將資料發送到可穿戴裝置、遠程伺服器或行動電腦裝置的發射器，其中該資料被轉換成用於佩戴者評選可用的統計值。
根據各種實施例，可提供覆蓋使用者的嘴和鼻的輕質半罩式面罩。可在頭部背面處提供一種用於支撐的面罩感應織帶，如半罩式呼吸器。
根據各種實施例，大尺寸的通氣口可位於該面罩的前面，該面罩內置矽膜閥門，用以最大限度地減少氣流的阻礙。該閥門可確保氣流僅在一個方向發生，以防止空氣回流和熱積聚。這也可以提高感測器對進入空氣的測量的精度。
根據各種實施例，可使用微機電系統(microelectromechanical system；MEMS)氣流感測器或微型風力渦輪機來測量氣流。除了測量氣流外，該微型風力渦輪機也可產生能量以對健身呼吸分析儀自動供電。
低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy；BLE)連接可允許整理的資料容易且無線地上傳到行動電話的應用程式(app)。通用串列匯流排(USB)連接可允許將資料上傳到任何連接的個人電腦(PC)或膝上型電腦。
圖2顯示根據各種實施例之呼吸測量裝置的功能方塊圖200。微控制器單元(MCU)202可提供USB通訊介面及/或BLE通訊介面。加速度計204、32.768kHz XTAL(晶體)206、32MHz XTAL 208、電池ADC(模擬數位轉換器)210、DC(直流)-DC電路212(其可提供賦能/VLOAD訊號)、5V檢測電路214、RF(射頻)天線216、按鈕開關218、充電器IC(積體電路)220、微型MEMS氣流感測器(或微型風力渦輪機)222和LED(發光二極體)指示器224、聲音產生器226(其可經配置以產生蜂鳴聲)、UV(紫外線)O2感測器/氣壓計228、濕度感測器230和CO2/VOC感測器232可連接到MCU 202。除了測量氣流速度之外，該微型MEMS氣流感測器(或微型風力渦輪機)222可作為功率產生器而倍增。
各種實施例可允許運動愛好者追蹤呼吸吸入量，其與改善的健康和健身程度、改善的耐力程度和運動表現、改善的心專注(mental focus)和腦健康有關。根據各種實施例的裝置能夠使使用者知道他/她在運動期間是否以適當的方式呼吸，並可以推薦建議和通知以改善呼吸技巧或呼吸模式。
根據各種實施例的可攜式裝置可允許愛好運動員在整個運動狀態下(甚至是在室外)測量他們的呼吸週期和體積。在訓練期間測量呼吸模式可助於放大球員的不良行為。
根據各種實施例的裝置可與其他外部感測器耦接以用於全譜分析。該外部感測器可例如是：高速攝像機、心率感測器及/或溫度計。當根據各種實施例的裝置與其他感測器耦接時，可更容易地由教練校正運動和壓力。 當與根據各種實施例的面罩中的氧氣感測器、二氧化碳感測器、濕度感測器、壓力感測器及/或溫度感測器耦接時，根據各種實施例的健身呼吸分析儀可估計身體處理氧氣的效率。揮發性有機化合物(VOC)感測器會告知使用者環境空氣是否對該使用者有害。
各種實施例可在可穿戴產品中使用。
根據各種實施例，可提供低成本設備(換言之，可能不需要昂貴的設備)。
以下實例關於另外的實施例。
實例1是一種感測器裝置，包括：氣流感測器，經配置為基於氣流以產生電壓；以及輸出電路，經配置為基於該電壓以輸出測量資料；其中該氣流感測器經配置以將該電壓作為電源提供給該輸出電路。
在實例2中，實例1之標的可視需要包括電池，經配置以對該氣流感測器和該輸出電路供電。
在實例3中，實例1至實例2中任一者之標的可視需要包括該氣流感測器經配置以提供用於對該電池充電的電壓。
在實例4中，實例1至實例3中任一者之標的可視需要包括該氣流是呼吸氣流。
在實例5中，實例1至實例4中任一者之標的可視需要包括該氣流感測器包括渦輪機或微機電系統中的至少一個。
在實例6中，實例1至實例5中任一者之標 的可視需要包括氧氣感測器。
在實例7中，實例1至實例6中任一者之標的可視需要包括二氧化碳感測器。
在實例8中，實例1至實例7中任一者之標的可視需要包括濕度感測器。
在實例9中，實例1至實例8中任一者之標的可視需要包括壓力感測器。
在實例10中，實例1至實例9中任一者之標的可視需要包括溫度感測器。
在實例11中，實例1至實例10中任一者之標的可視需要包括加速度計。
在實例12中，實例1至實例11中任一者之標的可視需要包括該輸出電路包括介面。
在實例13中，實例1至實例12中任一者之標的可視需要包括該介面根據藍牙、低功耗藍牙和通用串列匯流排中的至少一個來配置。
在實例14中，實例1至實例13中任一者之標的可視需要包括該感測器裝置是感測器面罩。
在實例15中，實例1至實例14中任一者之標的可視需要包括感應織帶，經配置以將該感測器裝置附接到使用者的頭部。
實例16是一種控制感測器裝置之方法，該方法包括：控制氣流感測器以產生基於氣流的電壓；控制輸出電路以輸出基於該電壓的測量資料；以及控制氣流感測 器以將該電壓作為電源提供給該輸出電路。
在實例17中，實例16之標的可視需要包括控制經配置以對該氣流感測器和該輸出電路供電的電池。
在實例18中，實例16至實例17中任一者之標的可視需要包括該氣流感測器經控制以提供用於對該電池充電的電壓。
在實例19中，實例16至實例18中任一者之標的可視需要包括該氣流是呼吸氣流。
在實例20中，實例16至實例19中任一者之標的可視需要包括該氣流感測器包括渦輪機或微機電系統中的至少一個。
在實例21中，實例16至實例20中任一者之標的可視需要包括控制氧氣感測器。
在實例22中，實例16至實例21中任一者之標的可視需要包括控制二氧化碳感測器。
在實例23中，實例16至實例22中任一者之標的可視需要包括控制濕度感測器。
在實例24中，實例16至實例23中任一者之標的可視需要包括控制壓力感測器。
在實例25中，實例16至實例24中任一者之標的可視需要包括控制溫度感測器。
在實例26中，實例16至實例25中任一者之標的可視需要包括控制加速度計。
在實例27中，實例16至實例26中任一者之 標的可視需要包括該輸出電路包括介面。
在實例28中，實例16至實例27中任一者之標的可視需要包括該介面根據藍牙、低功耗藍牙和通用串列匯流排中的至少一個來配置。
在實例29中，實例16至實例28中任一者之標的可視需要包括該感測器裝置是感測器面罩。
在實例30中，實例16至實例29中任一者之標的可視需要包括該感測器裝置包括感應織帶，經配置以將該感測器裝置附接到使用者的頭部。
儘管已參照具體實施例具體地顯示並說明本發明，然而熟習此項技術者應理解，在不背離由隨附申請專利範圍所界定之本發明之精神及範圍之條件下，可對本發明作出形式及細節上之各種改變。本發明之範圍係由隨附申請專利範圍表示，且因此旨在包括處於申請專利範圍之等效內容之意義及範圍內之所有變化。
100‧‧‧感測器裝置
102‧‧‧氣流感測器
104‧‧‧輸出電路
106‧‧‧線

Claims (20)

  1. 一種感測器裝置，包括：氣流感測器，經配置為基於呼吸氣流的氣流以產生電壓，其中該氣流經由該感測器裝置中的膜閥門而被限制在一個方向上；以及輸出電路，經配置為基於該電壓以輸出測量資料；其中該氣流感測器經配置以將該電壓作為電源提供給該輸出電路。
  2. 如請求項1所記載之感測器裝置，其進一步包括：電池，經配置以對該氣流感測器和該輸出電路供電，且該氣流感測器經配置以提供該電壓給該電池充電。
  3. 如請求項1所記載之感測器裝置，其中該氣流感測器包括渦輪機和微機電系統中的至少一個，其中該渦輪機和該微機電系統中的至少一個經配置以提供該電壓給電池充電。
  4. 如請求項3所記載之感測器裝置，其中該渦輪機和該微機電系統中的至少一個經配置以測量氣流，該氣流包括吸入和呼出的空氣的體積。
  5. 如請求項1所記載之感測器裝置，其進一步包括：氧氣感測器；及/或二氧化碳感測器；及/或濕度感測器；及/或溫度感測器；及/或加速度計。
  6. 如請求項1所記載之感測器裝置，其進一步包括：壓力感測器。
  7. 如請求項1所記載之感測器裝置，其中該輸出電路包括介面，其中該介面根據藍牙、低功耗藍牙和通用串列匯流排中的至少一個來配置。
  8. 如請求項1所記載之感測器裝置，其中該感測器裝置是覆蓋使用者的嘴和鼻的感測器面罩，在該感測器面罩的前面處具有通氣口，其中該通氣口包括該膜閥門，且該通氣口的尺寸可最大限度地減少氣流的阻礙。
  9. 如請求項1所記載之感測器裝置，其進一步包括：感應織帶，經配置以將該感測器裝置附接到使用者的頭部。
  10. 如請求項8所記載之感測器裝置，其中該感測器面罩進一步包括控制器單元。
  11. 一種控制感測器裝置之方法，包括以下步驟：控制氣流感測器以產生基於呼吸氣流的氣流的電壓，其中該氣流經由該感測器裝置中的膜閥門而被限制在一個方向上；控制輸出電路以輸出基於該電壓的測量資料；以及控制該氣流感測器以將該電壓作為電源提供給該輸出電路。
  12. 如請求項11所記載之控制感測器裝置之方法，其進一步包括：控制經配置以對該氣流感測器和該輸出電路供電的電池；以及控制該氣流感測器以提供該電壓給 該電池充電。
  13. 如請求項11所記載之控制感測器裝置之方法，其中該氣流感測器包括渦輪機和微機電系統中的至少一個，其中該渦輪機和該微機電系統中的至少一個經配置以提供該電壓給電池充電。
  14. 如請求項13所記載之控制感測器裝置之方法，其中該渦輪機和該微機電系統中的至少一個經配置以測量氣流，該氣流包括吸入和呼出的空氣的體積。
  15. 如請求項11所記載之控制感測器裝置之方法，其進一步包括：控制氧氣感測器；及/或控制二氧化碳感測器；及/或控制濕度感測器；及/或控制溫度感測器；及/或控制加速度計。
  16. 如請求項11所記載之控制感測器裝置之方法，其進一步包括：控制壓力感測器。
  17. 如請求項11所記載之控制感測器裝置之方法，其中該輸出電路包括介面，其中該介面根據藍牙、低功耗藍牙和通用串列匯流排中的至少一個來配置。
  18. 如請求項11所記載之控制感測器裝置之方法，其中該感測器裝置是覆蓋使用者的嘴和鼻的感測器面罩，在該感測器面罩的前面處具有通氣口，其中該通氣口包括該膜閥門，且該通氣口的尺寸可最大限度地減少氣 流的阻礙。
  19. 如請求項11所記載之控制感測器裝置之方法，其中該感測器裝置包括感應織帶，經配置以將該感測器裝置附接到使用者的頭部。
  20. 如請求項18所記載之控制感測器裝置之方法，其中該感測器面罩進一步包括控制器單元。
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