本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種包括跌落檢測(cè)裝置的電子元件。附加的實(shí)施例涉及電池、工具、移動(dòng)設(shè)備(如智能手機(jī)或智能手表)或涉及作為電子元件的運(yùn)動(dòng)傳感器。附加的實(shí)施例涉及相應(yīng)的方法和計(jì)算機(jī)程序。

背景技術(shù)：

1、用于工具的電池組等電子元件通常在惡劣環(huán)境下使用。電子元件(例如電池組)可能會(huì)在施工現(xiàn)場(chǎng)跌落。對(duì)于這種情況，跌落檢測(cè)將有助于記錄跌落事件。如果電子元件(如工具)被出租，則租賃公司具有重構(gòu)元件損壞發(fā)生的情況的可能性。有關(guān)損壞/跌落事件的信息也可能對(duì)保修情況有用。對(duì)于其他應(yīng)用，例如對(duì)于移動(dòng)設(shè)備(如手機(jī)或智能手表)，這種跌落事件檢測(cè)也很有用。不幸的是，市場(chǎng)上的傳感器非常復(fù)雜且昂貴或精度低。

2、例如，標(biāo)題為“使用飛思卡爾mma7360l三軸加速度計(jì)測(cè)量自由落體(measuringfreefall?using?freescale’s?mma7360l?3-axis?accelerometer)”的論文描述使用加速度傳感器以檢測(cè)自由落體。在標(biāo)題為“基于氣壓計(jì)壓力和三軸加速度計(jì)的跌落事件檢測(cè)(barometric?pressure?and?triaxial?accelerometry?based?fall?event?detection)”的論文中，公開(kāi)了一種用于跌落檢測(cè)的氣壓計(jì)和加速度計(jì)的組合。這里假設(shè)自由落體總是與極端撞擊有關(guān)。根據(jù)標(biāo)題為“使用慣性和氣壓高度計(jì)測(cè)量進(jìn)行撞擊前和撞擊后跌落檢測(cè)+基于慣性和氣壓高度計(jì)測(cè)量跟蹤垂直速度和高度的傳感器融合方法(prior-to-and?post-impact?fall?detection?using?inertial?and?barometric?altimeter?measurements+asensor?fusion?method?for?tracking?vertical?velocity?and?height?based?oninertial?and?barometric?altimeter?measurements)”的論文，也描述了一種用于跌落檢測(cè)的氣壓計(jì)和加速度計(jì)的組合。這里使用ekf估算垂直速度和高度。

3、在另一篇題為“使用半透膜智能觸發(fā)跌落檢測(cè)器中的氣壓計(jì)(smart?triggeringof?the?barometer?in?a?fall?detector?using?a?semi-permeable?membrane)”的論文中，公開(kāi)了使用加速度計(jì)傳感器以檢測(cè)自由落體。所描述的方法使用半透膜來(lái)延遲內(nèi)部壓力和外部壓力達(dá)到平衡的時(shí)間。所有提到的方法或?qū)＠麕?kù)所公開(kāi)的方法都存在一個(gè)缺點(diǎn)，即它們沒(méi)有考慮復(fù)雜的場(chǎng)景，也沒(méi)有提供相關(guān)的元信息，因?yàn)榇蠖鄶?shù)方法都處理人類(lèi)跌落檢測(cè)。因此，需要一種改進(jìn)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種避免上述缺點(diǎn)的元件的跌落檢測(cè)的概念，并能夠可靠地檢測(cè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的下落，尤其是電池的下落(并確定相關(guān)的元信息)。

2、該目標(biāo)由獨(dú)立權(quán)利要求的主題解決。

3、本發(fā)明的實(shí)施例(主要方面)提供了一種電子組件，包括跌落檢測(cè)裝置。所述跌落檢測(cè)裝置包括加速度傳感器、至少一個(gè)附加傳感器和處理器。加速度傳感器(加速度計(jì))配置為確定電子元件的加速度，例如重力加速度和/或由撞擊引起的加速度(在自由落體期間或在自由落體后撞擊地面時(shí)(啟用地面分類(lèi)))，以獲得加速度信號(hào)(指示確定的加速度)。附加傳感器配置為確定附加物理參數(shù)，如角速度或絕對(duì)氣壓，以獲得至少一個(gè)附加信號(hào)(指示物理參數(shù))。附加傳感器的示例是陀螺儀(測(cè)量角速度)和/或氣壓計(jì)(測(cè)量絕對(duì)氣壓)。處理器配置為基于加速度信號(hào)和附加信號(hào)確定跌落事件和/或跌落事件參數(shù)(元數(shù)據(jù))。

4、從該基本配置開(kāi)始，使用三個(gè)不同的傳感器星座。在以下實(shí)施例的上下文中討論這些星座。主要方面的實(shí)施例是：

5、-加速度計(jì)與陀螺儀的組合(＝imu)；和

6、-加速度計(jì)與氣壓計(jì)的組合；和

7、-加速度計(jì)和陀螺儀(＝imu)與氣壓計(jì)的組合。

8、注意，慣性測(cè)量單元(imu)是由加速度計(jì)(加速度傳感器)和陀螺儀(角速度傳感器)組成的傳感器。例如，如果需要測(cè)量加速度和角速度，通常使用imu代替兩個(gè)單獨(dú)的傳感器(加速度計(jì)和陀螺儀)。因此，第一個(gè)組合使用imu。

9、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，加速度傳感器配置為確定重力或三維加速度。通過(guò)使用這種傳感器，處理器可以計(jì)算三維加速度的大小作為確定自由落體的基礎(chǔ)。當(dāng)傳感器不運(yùn)動(dòng)時(shí)，大小代表重力，與傳感器的方向無(wú)關(guān)。當(dāng)沒(méi)有確定重力時(shí)，攜帶傳感器的實(shí)體應(yīng)被視為處于自由落體狀態(tài)。以下所有實(shí)施例均使用加速度傳感器作為第一傳感器。

10、根據(jù)本發(fā)明主要方面的第一實(shí)施例，附加傳感器形成為陀螺儀，其中陀螺儀配置為確定角速度(＝附加傳感器信號(hào))。由于加速度傳感器(第一傳感器)與陀螺儀(附加傳感器)的組合用于確定非軸向加速度，因此可以獲得運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)部分，并在計(jì)算純垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)將其考慮在內(nèi)。換句話(huà)說(shuō)，這意味著除了加速度計(jì)之外，還使用陀螺儀，來(lái)確定和補(bǔ)償可能在傳感器在自由落體期間旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的向心加速度(因?yàn)橄蛐募铀俣葻o(wú)法從加速度計(jì)測(cè)量，但會(huì)影響產(chǎn)生的加速度信號(hào))。此外，加速度計(jì)和陀螺儀的組合使得能夠估計(jì)攜帶傳感器的實(shí)體的姿態(tài)和速度。因此，即使在初始旋轉(zhuǎn)和/或初始速度的情況下，也可以確定簡(jiǎn)單和復(fù)雜的自由落體。此外，還可以確定撞擊方向。

11、下面將討論使用簡(jiǎn)單/傳統(tǒng)加速度傳感器(重力傳感器)與陀螺儀組合來(lái)確定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分的實(shí)施例的特征。根據(jù)實(shí)施例，處理器配置為考慮基于附加傳感器信號(hào)獲得的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分，基于加速度信號(hào)確定高度、高度運(yùn)動(dòng)部分、撞擊方向或另一運(yùn)動(dòng)參數(shù)作為跌落事件參數(shù)。例如，處理器可以配置為將向心運(yùn)動(dòng)部分確定為w2*r，其中w是角速度的絕對(duì)值，r是陀螺儀與電子元件的旋轉(zhuǎn)軸之間的距離。根據(jù)實(shí)施例，處理器配置為基于撞擊的確定和基于撞擊期間的旋轉(zhuǎn)位置來(lái)確定撞擊方向，其中撞擊基于加速度信號(hào)來(lái)確定，并且其中旋轉(zhuǎn)位置基于附加傳感器信號(hào)來(lái)確定。

12、根據(jù)本發(fā)明主要方面的第二實(shí)施例，附加傳感器配置為確定絕對(duì)氣壓或形成為氣壓計(jì)，也稱(chēng)為高度計(jì)?？梢噪S時(shí)間監(jiān)測(cè)所述絕對(duì)氣壓，從而計(jì)算自由落體前后的絕對(duì)壓力差以確定跌落高度。例如，處理器然后可以配置為基于確定的壓差(后續(xù)時(shí)間點(diǎn)的壓差)來(lái)確定跌落事件或跌落高度作為跌落事件參數(shù)。加速度傳感器與氣壓計(jì)的組合有利地形成確定簡(jiǎn)單和復(fù)雜自由落體的基礎(chǔ)，即使其具有旋轉(zhuǎn)(在自由落體之前或期間開(kāi)始)、初始速度(向上、向下、向前拋出等)或偏轉(zhuǎn)。

13、下面將討論使用氣壓計(jì)與加速度傳感器/重力傳感器組合的實(shí)施例的可選特征。根據(jù)實(shí)施例，處理器配置為基于附加傳感器信號(hào)(氣壓計(jì)信號(hào))確定自由落體高度。例如，自由落體高度被計(jì)算為與檢測(cè)到的壓力差對(duì)應(yīng)的相對(duì)高度。加速度信號(hào)可用于將撞擊直接確定為加速度變化。

14、附加傳感器/陀螺儀可以可選地用于分析旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分，如下所述：根據(jù)本發(fā)明主要方面的第三實(shí)施例，跌落檢測(cè)裝置可以包括加速度計(jì)、氣壓計(jì)和增加的另一傳感器。例如，另一傳感器可以形成為陀螺儀。對(duì)于該實(shí)施例，第一傳感器可以實(shí)現(xiàn)為簡(jiǎn)單的加速度傳感器，如重力傳感器，或?qū)崿F(xiàn)為三維加速度傳感器。附加傳感器可以實(shí)現(xiàn)為氣壓計(jì)，即，實(shí)現(xiàn)為配置為確定壓力或監(jiān)測(cè)壓力差的傳感器。該實(shí)施例組合了上述所有優(yōu)點(diǎn)，即檢測(cè)簡(jiǎn)單或復(fù)雜的自由落體情況(具有和不具有旋轉(zhuǎn)和初始速度)。此外，氣壓計(jì)信號(hào)可以進(jìn)行姿態(tài)估計(jì)，包括撞擊方向確定。

15、第二和第三實(shí)施例提供很大優(yōu)勢(shì)，因此非常重要。主要優(yōu)勢(shì)在于，可以用高精度且在如偏轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)的復(fù)雜環(huán)境下確定和表征下落。例如，可以關(guān)于自由落體高度或撞擊方向表征下落。所述信息可以作為元數(shù)據(jù)輸出。撞擊高度可能與保修問(wèn)題有關(guān)。撞擊方向與自由落體高度的組合可能與安全原因有關(guān)。其背景是，在電子元件(例如電池)的某些側(cè)面處，撞擊可被容忍，而在其他側(cè)面處，撞擊可能會(huì)有問(wèn)題。例如，在電池的情況下，當(dāng)撞擊被認(rèn)為有問(wèn)題時(shí)，可以對(duì)電池進(jìn)行放電。

16、所有實(shí)施例都能夠可靠地檢測(cè)和表征下落，以便提供相關(guān)的跌落事件參數(shù)，也稱(chēng)為元數(shù)據(jù)，特別是對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)景(初始速度+旋轉(zhuǎn)+偏轉(zhuǎn))。所述元數(shù)據(jù)例如可以包括以下組中至少一個(gè)的信息：下落高度、撞擊方向、地面材料、偏轉(zhuǎn)+偏轉(zhuǎn)高度。

17、下面將討論與上述所有實(shí)施例組合使用的可選特征。

18、根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，處理器包括用于確定自由落體作為跌落事件和/或自由落體高度作為跌落事件參數(shù)的裝置。例如，當(dāng)重力加速度等于零或基本等于零時(shí)，可以確定自由落體。因此，基于加速度信號(hào)確定自由落體。根據(jù)附加的實(shí)施例，當(dāng)基于加速度信號(hào)確定重力加速度為0g或基本為0g時(shí)，確定自由落體，其中處理器配置為確定自由落體高度和/或自由落體時(shí)間或基于自由落體時(shí)間確定自由落體高度。

19、根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，處理器配置為確定電子元件的撞擊和/或偏轉(zhuǎn)。例如，這可以基于加速度信號(hào)的變化和/或在加速度信號(hào)超過(guò)閾值的情況下確定。或者，加速度信號(hào)的特征模式可用于確定撞擊/偏轉(zhuǎn)?？傮w而言：根據(jù)實(shí)施例，可以進(jìn)行撞擊或偏轉(zhuǎn)之間的區(qū)分，以便能夠確定自由落體期間的偏轉(zhuǎn)，例如由于被物體/障礙物撞擊(＝包括跌落偏轉(zhuǎn)的復(fù)雜自由落體)。

20、根據(jù)實(shí)施例，處理器配置為基于撞擊期間接收到的加速度信號(hào)對(duì)被電子元件撞擊的地面進(jìn)行分類(lèi)。另外或替代地，可以分析撞擊期間加速度信號(hào)的模式以對(duì)地面進(jìn)行分類(lèi)。跌落事件造成的損壞可能根據(jù)撞擊表面特性(沙子、混凝土等)而變化。因此，具有地面分類(lèi)的實(shí)施例有利地能夠確定自由落體以及描述撞擊的特性。根據(jù)實(shí)施例，可以確定捕捉非常弱的撞擊(與混凝土等相比最弱的撞擊)。

21、根據(jù)附加的實(shí)施例(側(cè)面方面)，提供了一種電子元件，其包括跌落檢測(cè)裝置。跌落檢測(cè)裝置包括加速度傳感器和處理器。加速度傳感器配置為確定電子元件的加速度以獲得加速度信號(hào)。處理器配置為基于撞擊期間的加速度信號(hào)或基于撞擊期間的加速度信號(hào)的模式對(duì)地面進(jìn)行分類(lèi)。

22、附加的實(shí)施例涉及具有電池、工具、移動(dòng)設(shè)備(如智能手機(jī)或智能手表)形狀的電子元件或涉及運(yùn)動(dòng)傳感器(例如用于體育活動(dòng))。

23、另一個(gè)實(shí)施例提供一種跌落檢測(cè)方法，該方法包括：

24、通過(guò)使用加速度傳感器來(lái)確定電子元件的加速度以獲得加速度信號(hào)；

25、通過(guò)使用附加傳感器來(lái)確定附加物理參數(shù)以獲得附加信號(hào)；

26、處理器配置為基于加速度信號(hào)和附加信號(hào)來(lái)確定跌落事件和/或跌落事件參數(shù)。

27、根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，確定加速度的步驟包括確定加速度(僅加速度計(jì))。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，確定附加物理參數(shù)的步驟包括確定(監(jiān)測(cè))壓力差。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該方法還包括確定向心加速度的步驟。

28、跌落檢測(cè)的另一個(gè)實(shí)施例具有以下步驟：

29、通過(guò)使用加速度傳感器確定電子元件的加速度以獲得加速度信號(hào)；和

30、基于撞擊期間的加速度信號(hào)或基于撞擊期間的加速度信號(hào)的模式對(duì)地面進(jìn)行分類(lèi)。

31、附加的實(shí)施例涉及如上定義的計(jì)算機(jī)實(shí)施方法。