TWI784852B - 應用壓電感測器的感測方法及系統 - Google Patents
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Abstract
本創作提供一種應用壓電感測器的感測方法及系統。感測方法包括以下步驟:將一壓電感測器電性連接一處理器;使壓電感測器呈未接地狀態;驅動壓電感測器朝向一待測物移動;以處理器接收來自壓電感測器的一電子訊號;以及以處理器判斷電子訊號中是否包含一市電訊號,其中若電子訊號中包含此市電訊號,處理器判定壓電感測器與待測物之間發生接觸。
Description
本創作是有關於一種應用壓電感測器的感測方法及系統。
如第1圖所示,在中醫醫學領域中界定人手的腕處區分為寸、關、尺三個位置,常見使用如聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride,簡稱PVDF)製成的感測器量測到寸、關、尺各位置對應的脈搏強度以分析脈搏強度的關係。因PVDF壓電感測器本身特性不具有量測靜態應力之能力,故需使用額外的方法輔助判斷PVDF壓電感測器與人手的皮膚之間的起始接觸位置作為量測脈搏的起始點,常見的方法例如肉眼辨識、推估約略值、搭配電極貼片或光學測距等。
然而,此些方法均無法以降低成本又兼具準確性之條件下完成判定感測器與人手之間的起始接觸位置。因此,如何提出一種新的PVDF壓電感測器之感測方式來判定感測器與人手之間的起始接觸位置係為本領域的從業人員致力發展的方向。
鑒於先前技術存在的問題,本創作提出一種新的應用壓電感測器的感測方法及系統,以判定壓電感測器與例如人手的待測物之間的起始接觸位置。
根據本創作之一方面,提出一種應用壓電感測器的感測方法。此感測方法包括以下步驟:將一壓電感測器電性連接一處理器;使壓電感測器呈未接地狀態;驅動壓電感測器朝向一待測物移動;以處理器接收來自壓電感測器的一電子訊號;以及以處理器判斷此電子訊號中是否包含一市電訊號,其中若電子訊號中包含此市電訊號,處理器判定壓電感測器與待測物之間發生接觸。
根據本創作之另一方面,提出一種應用壓電感測器的感測系統。此感測系統包括一處理器、一壓電感測器以及一位移驅動模組。壓電感測器電性連接處理器。位移驅動模組電性連接處理器及機械性連接壓電感測器。位移驅動模組用以驅動呈未接地狀態的壓電感測器朝向一待測物移動,處理器用以接收來自壓電感測器的一電子訊號並判斷此電子訊號中是否包含一市電訊號,若電子訊號中包含此市電訊號,處理器判定壓電感測器與待測物之間發生接觸。
為了對本創作之上述及其他方面有更佳的瞭解,下文特舉實施例,並配合所附圖式詳細說明如下:
以下將詳述本創作的各實施例,並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外,本創作還可以廣泛地施行在其他的實施例中,任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本創作的範圍內,並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中,為了使讀者對本創作有較完整的瞭解,提供了許多特定細節及實施範例;然而,這些特定細節及實施範例不應視為本創作的限制。此外,眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中,以避免造成本創作不必要之限制。
請參照第2圖,第2圖繪示根據本創作實施例提出的應用壓電感測器的感測系統100之架構方塊圖。感測系統100包括一壓電感測器110、一處理器120以及一位移驅動模組130。壓電感測器110例如為基於聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride,簡稱PVDF)之壓電薄膜製成的感測器。處理器120例如為包括微控制單元、訊號接收單元、訊號轉換單元及訊號處理單元等整合功能性單元之處理器。壓電感測器110係電性連接處理器120。詳細而言,如第3圖所示,感測系統100更包括電性連接壓電感測器110和處理器120的一接地開關140,其中接地開關140用以使壓電感測器110切換於未接地狀態與接地狀態之間。位移驅動模組130例如是一馬達驅動模組,更具體是一步進馬達(step motor)驅動模組或一伺服馬達(servo motor)驅動模組。位移驅動模組130電性連接於處理器120及機械性連接壓電感測器110,處理器120可控制位移驅動模組130,使位移驅動模組130驅動或停止驅動壓電感測器110之位移。
請參照第3~5圖,第3圖繪示根據本創作實施例之應用壓電感測器110的感測方法S之流程圖,第4圖繪示感測方法S和感測系統100之運作機制的一階段之示意圖,第5圖繪示感測方法S和感測系統100之運作機制的再一階段之示意圖。
以下將根據第3圖之流程圖搭配第4~5圖之運作機制進行說明感測方法S之步驟S110至步驟S150。在步驟S110中,將壓電感測器110電性連接處理器120。在步驟S120中,使壓電感測器110呈未接地狀態。在步驟S130中,驅動壓電感測器110朝向一待測物H移動。在步驟S140中,以處理器120接收來自壓電感測器110的一電子訊號。在步驟S150中,以處理器120判斷所述電子訊號中是否包含一市電訊號,其中若所述電子訊號中包含所述市電訊號,處理器120判定壓電感測器110與待測物H之間發生接觸。
此些步驟S110~S120可對應第4~5圖所示之運作機制的示意圖以較清楚地理解,如第4圖所示,壓電感測器110與處理器120可採用開回路方式進行連接,由此使壓電感測器110呈未接地狀態。同時,如第4圖所示,壓電感測器110在未接地狀態下由前述的位移驅動模組130驅動而朝向待測物H移動。在本例中,待測物H因應待測項目為人體脈搏而為人手,更具體是人手的腕部處。
在一實施例中,壓電感測器110亦可在未接地狀態下由一使用者自行驅動而朝向待測物H移動。在第4圖所示之階段下,在壓電感測器110朝向待測物H移動但尚未接觸到待測物H(人手)之過程中,以壓電感測器110選用PVDF感測器來說,因PVDF感測器的本身特性無法量測所謂靜態應力,故在壓電感測器110的探頭111僅接觸到大氣時,壓電感測器110偵測的電子訊號應僅有微弱的雜訊。因此,如第4圖所示之傳送至處理器120的電子訊號進行示波輸出OS1時,無呈現明顯的波形起伏。
接著,在第5圖所示之階段下,壓電感測器110朝向待測物H移動並接觸到待測物H(人手)時,由於壓電感測器110的探頭111接觸到人手時,人體即會等效出偶極天線(dipole antenna)的其中一極,並因壓電感測器110採用開回路而呈未接地狀態,會等效出偶極天線的另一極,由此等效形成一偶極天線以能夠接收人體附近的電磁波訊號。若此時人體附近有高壓電桿或電源,此些電桿或電源所輻射出來的電磁波就會透過人體傳送到壓電感測器110內,使得處理器120接收到含有人手的生理訊號與電桿或電源輻射出來的電磁波訊號之電子訊號。故在第5圖所示之階段下,其所示之傳送至處理器120的電子訊號進行示波輸出OS2時,會呈現明顯的波形起伏。
也就是說,此透過壓電感測器110接觸待測物H(人手)而產生的天線效應可利用來確定壓電感測器110是否接觸待測物H(人手),即以處理器120來判斷含有人手的生理訊號與電桿或電源輻射出來的電磁波訊號之電子訊號中是否包含一市電(utility power)訊號便可確定壓電感測器110是否接觸待測物H(人手)。人體附近的電桿或電源輻射出來的電磁波即反應為市電訊號的呈現。以本國而言,本國的市電訊號(提供自台灣電力股份有限公司)的頻率為60 Hz,故含有電桿或電源輻射出來的電磁波之電子訊號經示波輸出呈現的波形之頻率理應約為60 Hz。即在本國,處理器120判斷之電子訊號中包含的市電訊號的頻率約為60 Hz。然而,以其他地區來說,如歐洲的國家,其市電訊號的頻率為50 Hz,故處理器120判斷之電子訊號中包含的市電訊號的頻率約為50 Hz。由此,處理器120可用以辨識電子訊號的變化,若辨識出來自壓電感測器110的電子訊號中包含某地的市電訊號,表示壓電感測器110經由與人體接觸感測到某地的附近電桿或電源輻射出來的電磁波,則可判定壓電感測器110與待測物H(人手)之間開始接觸。也就是說,待測物H並不僅限於人手,亦可為任何接收環境的市電訊號之導體。
據上,本創作實施例所提出之應用壓電感測器的感測方法與感測系統主要運作原理在於:使壓電感測器呈未接地狀態去接近待測物直至接觸,同時處理器接收來自壓電感測器的電子訊號後,判斷電子訊號中是否存在市電訊號,若是,表示待測物與壓電感測器已發生接觸才會產生等效於偶極天線的效應以致接收到環境的市電訊號。由此,得以確認出壓電感測器接觸到待測物的起始接觸位置,以供壓電感測器後續的應用。
請參照第6~7圖,第6圖繪示感測方法S和感測系統100之運作機制的再一階段之示意圖,第7圖繪示感測方法S和感測系統100之運作機制的再一階段之示意圖。以下將以第6~7圖之運作機制說明如第3圖的流程圖所示之感測方法S的步驟S160和步驟S170。
當完成判定壓電感測器110與待測物H(人手)發生接觸後,即可進行壓電感測器110後續的應用。如前文所述,若壓電感測器110感測的電子訊號中包含市電訊號,即表示壓電感測器110與待測物H(人手)發生接觸,故可確定為壓電感測器110與待測物H(人手)的起始接觸位置。此時,因感測到市電訊號之存在會影響待測物H(人手)的生理訊號之量測,故在步驟S160中,將接地開關140電性連接壓電感測器110和處理器120,若電子訊號中包含市電訊號,以接地開關140將壓電感測器110切換為接地狀態。詳細而言,對應於第6圖所示之階段下,透過將前述接地開關140電性連接壓電感測器110和處理器120並以接地開關140將壓電感測器110切換為接地狀態,即如第6圖所示之壓電感測器110可被切換成閉回路方式而呈接地狀態,由此以抑制前述形成等效偶極天線之效應,藉以將壓電感測器110感測到的電子訊號中所含之市電訊號濾除,使待測物H(人手)成為單一訊號源,便可進行待測物H(人手)的生理訊號之量測。
接著,在步驟S170中,進行響應於壓電感測器110切換為接地狀態,驅動壓電感測器110對待測物H施壓,對應於第7圖所示之階段下,當進行待測物H(人手)的生理訊號之量測時,需以壓電感測器110閉回路方式保持接地狀態,來對待測物H(人手)進行生理訊號之量測。此生理訊號例如為人手的脈搏壓力。由此,如第7圖所示,響應於壓電感測器110切換為接地狀態(壓電感測器110與處理器120連接為閉回路方式),可透過前述位移驅動模組130驅動或使用者自行驅動壓電感測器110對待測物H(人手)施壓,如第7圖所示之待測物H開始受擠壓,藉此來量測人體的脈搏。
進一步而言,壓電感測器110量測待測物H(人手)的生理訊號之細節可具體為:在步驟S170中,還進行每當壓電感測器110向待測物H擠壓一深度,以壓電感測器110獲取待測物H的一壓力訊號(如人手的脈壓訊號)。由此,便能以前述依步驟S110~S150所確定之壓電感測器110與待測物H(人手)的起始接觸位置作為基準,以進行如人手的腕處各位置(如中醫醫學領域所稱寸、關、尺位置)的不同深度所得之脈壓訊號的分析。並且,當壓電感測器110對待測物H(人手)的施壓過深以致壓電感測器110感測不到脈壓時,則可停止對人體脈搏之量測。因此,能透過以處理器120接收壓力訊號(如脈壓)並判斷壓力訊號的強度是否低於一壓力閾值之方式來決定是否停止量測,而若壓力訊號的強度低於壓力閾值,則可使前述位移驅動模組130停止驅動或使用者自行停止驅動壓電感測器110對待測物H(人手)施壓。或者,亦可預先位移驅動模組130進行設定以位移驅動模組130停止驅動,舉例來說,以位移驅動模組130例如為步進馬達驅動模組而言,可預先設定其運作一定步數後即停止驅動壓電感測器110。
綜上所述,雖然本創作已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本創作。本創作所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本創作之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾。因此,本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:感測系統
110:壓電感測器
111:探頭
120:處理器
130:位移驅動模組
140:接地開關
H:待測物
OS1,OS2:示波輸出
S:偵測方法
S110,S120,S130,S140,S150,S160,S170:步驟
第1圖繪示先前技術的示意圖;
第2圖繪示根據本創作實施例之應用壓電感測器的感測系統之架構方塊圖;
第3圖繪示根據本創作實施例之應用壓電感測器的感測方法之流程圖;
第4圖繪示根據本創作實施例之應用壓電感測器的感測方法和系統之運作機制的示意圖;
第5圖繪示根據本創作實施例之應用壓電感測器的感測方法和系統之運作機制的示意圖;
第6圖繪示根據本創作實施例之應用壓電感測器的感測方法和系統之運作機制的示意圖;以及
第7圖繪示根據本創作實施例之應用壓電感測器的感測方法和系統之運作機制的示意圖。
S:感測方法
S110,S120,S130,S140,S150,S160,S170:步驟
Claims (8)
- 一種應用壓電感測器的感測方法,包括: 將一壓電感測器電性連接一處理器; 使該壓電感測器呈未接地狀態; 驅動該壓電感測器朝向一待測物移動; 以該處理器接收來自該壓電感測器的一電子訊號;以及 以該處理器判斷該電子訊號中是否包含一市電訊號,其中若該電子訊號中包含該市電訊號,該處理器判定該壓電感測器與該待測物之間發生接觸。
- 如請求項1所述之感測方法,更包括: 將一接地開關電性連接該壓電感測器和該處理器;以及 若該電子訊號中包含該市電訊號,以該接地開關將該壓電感測器切換為接地狀態。
- 如請求項2所述之感測方法,更包括: 響應於該壓電感測器切換為接地狀態,驅動該壓電感測器對該待測物施壓;以及 每當該壓電感測器向該待測物擠壓一深度,以該壓電感測器獲取該待測物的一壓力訊號。
- 如請求項3所述之感測方法,更包括: 以該處理器接收該壓力訊號並判斷該壓力訊號的強度是否低於一壓力閾值;以及 若該壓力訊號的強度低於該壓力閾值,使該壓電感測器停止對該待測物施壓。
- 一種應用壓電感測器的感測系統,包括: 一處理器; 一壓電感測器,電性連接該處理器;以及 一位移驅動模組,電性連接處理器及機械性連接該壓電感測器; 其中,該位移驅動模組用以驅動呈未接地狀態的該壓電感測器朝向一待測物移動,該處理器用以接收來自該壓電感測器的一電子訊號並判斷該電子訊號中是否包含一市電訊號,若該電子訊號中包含該市電訊號,該處理器判定該壓電感測器與該待測物之間發生接觸。
- 如請求項5所述之感測系統,更包括: 一接地開關,電性連接該壓電感測器和該處理器,若該電子訊號中包含該市電訊號,該接地開關用以將該壓電感測器切換為接地狀態。
- 如請求項6所述之感測系統,其中響應於該壓電感測器切換為接地狀態,該位移驅動模組驅動該壓電感測器向該待測物施壓,且每當該位移驅動模組驅動該壓電感測器向該待測物施壓一深度,該壓電感測器獲取該待測物的一壓力訊號。
- 如請求項7所述之感測系統,其中該處理器更用以接收該壓力訊號並判斷該壓力訊號的強度是否低於一壓力值,若該壓力訊號的強度低於該壓力閾值,該位移驅動模組停止驅動該壓電感測器對該待測物施壓。
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TW202325220A (zh) | 2023-07-01 |
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