電子元件的制作方法

本發明的實施例涉及一種包括跌落檢測裝置的電子元件。附加的實施例涉及電池、工具、移動設備(如智能手機或智能手表)或涉及作為電子元件的運動傳感器。附加的實施例涉及相應的方法和計算機程序。

背景技術：

1、用于工具的電池組等電子元件通常在惡劣環境下使用。電子元件(例如電池組)可能會在施工現場跌落。對于這種情況，跌落檢測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元件損壞發生的情況的可能性。有關損壞/跌落事件的信息也可能對保修情況有用。對于其他應用，例如對于移動設備(如手機或智能手表)，這種跌落事件檢測也很有用。不幸的是，市場上的傳感器非常復雜且昂貴或精度低。

2、例如，標題為“使用飛思卡爾mma7360l三軸加速度計測量自由落體(measuringfreefall?using?freescale’s?mma7360l?3-axis?accelerometer)”的論文描述使用加速度傳感器以檢測自由落體。在標題為“基于氣壓計壓力和三軸加速度計的跌落事件檢測(barometric?pressure?and?triaxial?accelerometry?based?fall?event?detection)”的論文中，公開了一種用于跌落檢測的氣壓計和加速度計的組合。這里假設自由落體總是與極端撞擊有關。根據標題為“使用慣性和氣壓高度計測量進行撞擊前和撞擊后跌落檢測+基于慣性和氣壓高度計測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的氣壓計和加速度計的組合。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跌落檢測器中的氣壓計(smart?triggeringof?the?barometer?in?a?fall?detector?using?a?semi-permeable?membrane)”的論文中，公開了使用加速度計傳感器以檢測自由落體。所描述的方法使用半透膜來延遲內部壓力和外部壓力達到平衡的時間。所有提到的方法或專利庫所公開的方法都存在一個缺點，即它們沒有考慮復雜的場景，也沒有提供相關的元信息，因為大多數方法都處理人類跌落檢測。因此，需要一種改進的方法。

技術實現思路

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

2、該目標由獨立權利要求的主題解決。

3、本發明的實施例(主要方面)提供了一種電子組件，包括跌落檢測裝置。所述跌落檢測裝置包括加速度傳感器、至少一個附加傳感器和處理器。加速度傳感器(加速度計)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(啟用地面分類))，以獲得加速度信號(指示確定的加速度)。附加傳感器配置為確定附加物理參數，如角速度或絕對氣壓，以獲得至少一個附加信號(指示物理參數)。附加傳感器的示例是陀螺儀(測量角速度)和/或氣壓計(測量絕對氣壓)。處理器配置為基于加速度信號和附加信號確定跌落事件和/或跌落事件參數(元數據)。

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

5、-加速度計與陀螺儀的組合(＝imu)；和

6、-加速度計與氣壓計的組合；和

7、-加速度計和陀螺儀(＝imu)與氣壓計的組合。

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

9、根據本發明的實施例，加速度傳感器配置為確定重力或三維加速度。通過使用這種傳感器，處理器可以計算三維加速度的大小作為確定自由落體的基礎。當傳感器不運動時，大小代表重力，與傳感器的方向無關。當沒有確定重力時，攜帶傳感器的實體應被視為處于自由落體狀態。以下所有實施例均使用加速度傳感器作為第一傳感器。

10、根據本發明主要方面的第一實施例，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)。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，因此可以獲得運動的旋轉部分，并在計算純垂直運動時將其考慮在內。換句話說，這意味著除了加速度計之外，還使用陀螺儀，來確定和補償可能在傳感器在自由落體期間旋轉時發生的向心加速度(因為向心加速度無法從加速度計測量，但會影響產生的加速度信號)。此外，加速度計和陀螺儀的組合使得能夠估計攜帶傳感器的實體的姿態和速度。因此，即使在初始旋轉和/或初始速度的情況下，也可以確定簡單和復雜的自由落體。此外，還可以確定撞擊方向。

11、下面將討論使用簡單/傳統加速度傳感器(重力傳感器)與陀螺儀組合來確定旋轉運動部分的實施例的特征。根據實施例，處理器配置為考慮基于附加傳感器信號獲得的旋轉運動部分，基于加速度信號確定高度、高度運動部分、撞擊方向或另一運動參數作為跌落事件參數。例如，處理器可以配置為將向心運動部分確定為w2*r，其中w是角速度的絕對值，r是陀螺儀與電子元件的旋轉軸之間的距離。根據實施例，處理器配置為基于撞擊的確定和基于撞擊期間的旋轉位置來確定撞擊方向，其中撞擊基于加速度信號來確定，并且其中旋轉位置基于附加傳感器信號來確定。

12、根據本發明主要方面的第二實施例，附加傳感器配置為確定絕對氣壓或形成為氣壓計，也稱為高度計。可以隨時間監測所述絕對氣壓，從而計算自由落體前后的絕對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(后續時間點的壓差)來確定跌落事件或跌落高度作為跌落事件參數。加速度傳感器與氣壓計的組合有利地形成確定簡單和復雜自由落體的基礎，即使其具有旋轉(在自由落體之前或期間開始)、初始速度(向上、向下、向前拋出等)或偏轉。

13、下面將討論使用氣壓計與加速度傳感器/重力傳感器組合的實施例的可選特征。根據實施例，處理器配置為基于附加傳感器信號(氣壓計信號)確定自由落體高度。例如，自由落體高度被計算為與檢測到的壓力差對應的相對高度。加速度信號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運動部分，如下所述：根據本發明主要方面的第三實施例，跌落檢測裝置可以包括加速度計、氣壓計和增加的另一傳感器。例如，另一傳感器可以形成為陀螺儀。對于該實施例，第一傳感器可以實現為簡單的加速度傳感器，如重力傳感器，或實現為三維加速度傳感器。附加傳感器可以實現為氣壓計，即，實現為配置為確定壓力或監測壓力差的傳感器。該實施例組合了上述所有優點，即檢測簡單或復雜的自由落體情況(具有和不具有旋轉和初始速度)。此外，氣壓計信號可以進行姿態估計，包括撞擊方向確定。

15、第二和第三實施例提供很大優勢，因此非常重要。主要優勢在于，可以用高精度且在如偏轉和旋轉的復雜環境下確定和表征下落。例如，可以關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據輸出。撞擊高度可能與保修問題有關。撞擊方向與自由落體高度的組合可能與安全原因有關。其背景是，在電子元件(例如電池)的某些側面處，撞擊可被容忍，而在其他側面處，撞擊可能會有問題。例如，在電池的情況下，當撞擊被認為有問題時，可以對電池進行放電。

16、所有實施例都能夠可靠地檢測和表征下落，以便提供相關的跌落事件參數，也稱為元數據，特別是對于復雜場景(初始速度+旋轉+偏轉)。所述元數據例如可以包括以下組中至少一個的信息：下落高度、撞擊方向、地面材料、偏轉+偏轉高度。

17、下面將討論與上述所有實施例組合使用的可選特征。

18、根據一個實施例，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的裝置。例如，當重力加速度等于零或基本等于零時，可以確定自由落體。因此，基于加速度信號確定自由落體。根據附加的實施例，當基于加速度信號確定重力加速度為0g或基本為0g時，確定自由落體，其中處理器配置為確定自由落體高度和/或自由落體時間或基于自由落體時間確定自由落體高度。

19、根據一個實施例，處理器配置為確定電子元件的撞擊和/或偏轉。例如，這可以基于加速度信號的變化和/或在加速度信號超過閾值的情況下確定。或者，加速度信號的特征模式可用于確定撞擊/偏轉。總體而言：根據實施例，可以進行撞擊或偏轉之間的區分，以便能夠確定自由落體期間的偏轉，例如由于被物體/障礙物撞擊(＝包括跌落偏轉的復雜自由落體)。

20、根據實施例，處理器配置為基于撞擊期間接收到的加速度信號對被電子元件撞擊的地面進行分類。另外或替代地，可以分析撞擊期間加速度信號的模式以對地面進行分類。跌落事件造成的損壞可能根據撞擊表面特性(沙子、混凝土等)而變化。因此，具有地面分類的實施例有利地能夠確定自由落體以及描述撞擊的特性。根據實施例，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、根據附加的實施例(側面方面)，提供了一種電子元件，其包括跌落檢測裝置。跌落檢測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。處理器配置為基于撞擊期間的加速度信號或基于撞擊期間的加速度信號的模式對地面進行分類。

22、附加的實施例涉及具有電池、工具、移動設備(如智能手機或智能手表)形狀的電子元件或涉及運動傳感器(例如用于體育活動)。

23、另一個實施例提供一種跌落檢測方法，該方法包括：

24、通過使用加速度傳感器來確定電子元件的加速度以獲得加速度信號；

25、通過使用附加傳感器來確定附加物理參數以獲得附加信號；

26、處理器配置為基于加速度信號和附加信號來確定跌落事件和/或跌落事件參數。

27、根據一個實施例，確定加速度的步驟包括確定加速度(僅加速度計)。根據一個實施例，確定附加物理參數的步驟包括確定(監測)壓力差。根據一個實施例，該方法還包括確定向心加速度的步驟。

28、跌落檢測的另一個實施例具有以下步驟：

29、通過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；和

30、基于撞擊期間的加速度信號或基于撞擊期間的加速度信號的模式對地面進行分類。

31、附加的實施例涉及如上定義的計算機實施方法。