本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種包括跌落檢測裝置的電子元件。附加的實(shí)施例涉及電池、工具、移動設(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)可能會在施工現(xiàn)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(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保修情況有用。對于其他應(yīng)用，例如對于移動設(shè)備(如手機(jī)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(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(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(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(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)測量進(jìn)行撞擊前和撞擊后跌落檢測+基于慣性和氣壓高度計(jì)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(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，公開了使用加速度計(jì)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(nèi)部壓力和外部壓力達(dá)到平衡的時間。所有提到的方法或?qū)＠麕焖_的方法都存在一個缺點(diǎn)，即它們沒有考慮復(fù)雜的場景，也沒有提供相關(guān)的元信息，因?yàn)榇蠖鄶?shù)方法都處理人類跌落檢測。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)的元件的跌落檢測的概念，并能夠可靠地檢測從簡單到復(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(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(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(shù)，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(shù))。附加傳感器的示例是陀螺儀(測量角速度)和/或氣壓計(jì)(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(shù)(元數(shù)據(jù))。

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(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，如果需要測量加速度和角速度，通常使用imu代替兩個單獨(dú)的傳感器(加速度計(jì)和陀螺儀)。因此，第一個組合使用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)動時，大小代表重力，與傳感器的方向無關(guān)。當(dāng)沒有確定重力時，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)。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)動的旋轉(zhuǎn)部分，并在計(jì)算純垂直運(yùn)動時將其考慮在內(nèi)。換句話說，這意味著除了加速度計(jì)之外，還使用陀螺儀，來確定和補(bǔ)償可能在傳感器在自由落體期間旋轉(zhuǎn)時發(fā)生的向心加速度(因?yàn)橄蛐募铀俣葻o法從加速度計(jì)測量，但會影響產(chǎn)生的加速度信號)。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、下面將討論使用簡單/傳統(tǒng)加速度傳感器(重力傳感器)與陀螺儀組合來確定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部分的實(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獲得的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部分，基于加速度信號確定高度、高度運(yùn)動部分、撞擊方向或另一運(yùn)動參數(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(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(zhuǎn)位置基于附加傳感器信號來確定。

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氣壓或形成為氣壓計(jì)，也稱為高度計(jì)?？梢噪S時間監(jiān)測所述絕對氣壓，從而計(jì)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(xù)時間點(diǎn)的壓差)來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(氣壓計(jì)信號)確定自由落體高度。例如，自由落體高度被計(jì)算為與檢測到的壓力差對應(yīng)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(zhuǎn)運(yùn)動部分，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。對于該實(shí)施例，第一傳感器可以實(shí)現(xiàn)為簡單的加速度傳感器，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)，即檢測簡單或復(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，因此非常重要。主要優(yōu)勢在于，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，撞擊可能會有問題。例如，在電池的情況下，當(dāng)撞擊被認(rèn)為有問題時，可以對電池進(jìn)行放電。

16、所有實(shí)施例都能夠可靠地檢測和表征下落，以便提供相關(guān)的跌落事件參數(shù)，也稱為元數(shù)據(jù)，特別是對于復(fù)雜場景(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，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(jù)附加的實(shí)施例，當(dāng)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(jù)一個實(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的變化和/或在加速度信號超過閾值的情況下確定?；蛘撸铀俣刃盘柕奶卣髂Ｊ娇捎糜诖_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對被電子元件撞擊的地面進(jìn)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(jìn)行分類。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(jìn)行分類。

22、附加的實(shí)施例涉及具有電池、工具、移動設(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)動傳感器(例如用于體育活動)。

23、另一個實(shí)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(shù)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(shù)。

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

28、跌落檢測的另一個實(shí)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(jìn)行分類。

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。