基于慣性諧波的步調(diào)檢測(cè)的制作方法
【專利說明】基于慣性諧波的步調(diào)檢測(cè)
【背景技術(shù)】
[0001] 個(gè)人健康監(jiān)測(cè)儀對(duì)用戶提供通過使用戶能夠在鍛煉、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、休息、日常活動(dòng)、 理療等期間監(jiān)測(cè)屯、率或其他生理信息來監(jiān)測(cè)他們的全面健康和體質(zhì)的能力。該樣的設(shè)備因 為它們變得更小且更加輕便而變得日益普遍。
[0002] 除提供例如屯、率和呼吸率等身體性能信息外，個(gè)人健康監(jiān)測(cè)儀還可提供關(guān)于當(dāng)前 活動(dòng)(例如，持續(xù)時(shí)間、距離、步調(diào)等）的性能信息。然而，如與許多參數(shù)一樣，該樣的信息的 準(zhǔn)確確定可被噪聲所累及。
[0003] 用戶的步調(diào)使用戶能夠監(jiān)測(cè)它們相對(duì)于他們個(gè)人目標(biāo)的當(dāng)前性能，并且因此代表 特別有用的活動(dòng)性能信息塊。如本文使用的，步調(diào)代表每分鐘重復(fù)的數(shù)量。例如，當(dāng)用戶徒 步移動(dòng)時(shí)，步調(diào)代表每分鐘腳重復(fù)或腳步的數(shù)量。當(dāng)用戶靠車輛（onwheels)移動(dòng)時(shí)，步調(diào) 代表每分鐘循環(huán)重復(fù)(例如，曲柄或踏板轉(zhuǎn)）的數(shù)量。
[0004] 常規(guī)設(shè)備可例如使用碼表來監(jiān)測(cè)循環(huán)步調(diào)。安裝到自行車的曲柄臂和框架的傳感 器系統(tǒng)對(duì)每分鐘車輪旋轉(zhuǎn)次數(shù)計(jì)數(shù)來確定騎車步調(diào)。盡管該樣的設(shè)備是有用的且相當(dāng)準(zhǔn)確 的，它們是笨重的并且無法容易與多個(gè)自行車一起使用。此外，該樣的設(shè)備無法提供例如跑 步者所花的每分鐘步數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)。從而，仍需要有能夠在很多種情景中測(cè)量用戶步調(diào)的 更加輕便的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本文公開的方法和裝置從安裝到或靠近用戶身體(例如，設(shè)置在用戶所佩戴的耳 機(jī)中)的慣性傳感器的輸出確定用戶步調(diào)。一般，步調(diào)測(cè)量系統(tǒng)基于從慣性傳感器輸出的慣 性信號(hào)獲取的頻率測(cè)量來確定步調(diào)。
[0006] 示范性方法從由慣性傳感器生成的慣性信號(hào)確定用戶步調(diào)，其中該慣性信號(hào)包括 一個(gè)或多個(gè)頻率分量。方法確定慣性信號(hào)的峰值頻率，其中該峰值頻率對(duì)應(yīng)于具有最大幅 度的慣性信號(hào)的頻率分量。在對(duì)一個(gè)或多個(gè)頻率闊值比較應(yīng)用峰值頻率后，基于峰值頻率 和一個(gè)或多個(gè)頻率闊值比較來確定用戶步調(diào)。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，步調(diào)測(cè)量系統(tǒng)確定用戶步調(diào)。步調(diào)測(cè)量系統(tǒng)包括慣性傳感器和 步調(diào)電路。慣性傳感器配置成輸出慣性信號(hào)，其包括一個(gè)或多個(gè)頻率分量。步調(diào)電路操作 地連接到慣性傳感器，并且包括峰值頻率電路、比較電路和步調(diào)處理器電路。峰值頻率電路 配置成確定慣性信號(hào)的峰值頻率，其中峰值頻率對(duì)應(yīng)于具有最大幅度的慣性信號(hào)的頻率分 量。比較電路配置成對(duì)一個(gè)或多個(gè)頻率闊值比較應(yīng)用峰值頻率。步調(diào)處理器電路配置成基 于峰值頻率和一個(gè)或多個(gè)頻率闊值比較來確定用戶步調(diào)。
【附圖說明】
[000引圖1示出設(shè)置在耳機(jī)中的示范性步調(diào)測(cè)量系統(tǒng)。
[0009] 圖2示出示范性步調(diào)測(cè)量系統(tǒng)的框圖。
[0010] 圖3示出用于從由慣性傳感器提供的數(shù)據(jù)確定步調(diào)的示范性過程。
[0011] 圖4示出示范性步調(diào)電路的框圖。
[0012] 圖5示出根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例用于從由慣性傳感器提供的數(shù)據(jù)確定用戶步調(diào) 的更詳細(xì)過程。
[0013] 圖6A和6B示出與公開的技術(shù)方案關(guān)聯(lián)的仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 本文公開的步調(diào)測(cè)量技術(shù)基于由靠近用戶身體設(shè)置的慣性傳感器所提供的信號(hào) 來提供用戶步調(diào)的準(zhǔn)確測(cè)量。圖1示出示范性步調(diào)測(cè)量系統(tǒng)10的部分，其中一個(gè)或多個(gè)傳 感器14設(shè)置在耳機(jī)12中，并且步調(diào)電路100例如經(jīng)由有線或無線連接而操作地連接到傳 感器14。步調(diào)電路100可例如經(jīng)由夾子而固定到用戶。耳機(jī)12可包括無線或有線耳機(jī)， 其通信到禪合于遠(yuǎn)程設(shè)備，例如音樂播放器、智能電話、個(gè)人數(shù)字助理等。盡管不需要，將意 識(shí)到步調(diào)電路100可設(shè)置在遠(yuǎn)程設(shè)備中。盡管圖1將傳感器14示出為耳機(jī)12的部分，將 意識(shí)到傳感器14可設(shè)置在固定到用戶身體的任何設(shè)備中，例如固定到耳朵、手指、腳趾、肢 體、腳踩、手腕、鼻子等的設(shè)備。在一些實(shí)施例中，設(shè)備可包括設(shè)計(jì)成使系統(tǒng)10附連到用戶 身體上的任何期望位點(diǎn)的貼片，例如綱帶。盡管圖1示出將步調(diào)電路100示出為與耳機(jī)12 分離，將意識(shí)到步調(diào)電路100可設(shè)置在耳機(jī)12中。
[0015] 步調(diào)測(cè)量系統(tǒng)10測(cè)量用戶的步調(diào)，并且向用戶和/或其他處理功能或元件輸出步 調(diào)。如本文使用的，"步調(diào)"指每分鐘重復(fù)或完整循環(huán)的數(shù)量。示范性用戶步調(diào)包括但不限 于步速(例如，每分鐘腳步或腳重復(fù)的數(shù)量)、循環(huán)速率(例如，每分鐘踏板循環(huán)或循環(huán)轉(zhuǎn)的 數(shù)量)、重復(fù)速率(例如，關(guān)于起重）等。將意識(shí)到步速步調(diào)可代表用戶在步行、跑步、有氧運(yùn) 動(dòng)、爬樓梯等時(shí)的步調(diào)。此外，將意識(shí)到步調(diào)測(cè)量系統(tǒng)可與具有促進(jìn)或?qū)崿F(xiàn)動(dòng)物移動(dòng)的一個(gè) 或多個(gè)肢體或利用機(jī)器(例如，步行機(jī)器人）的任何移動(dòng)動(dòng)物一起使用。示范性動(dòng)物包括但 不限于兩足動(dòng)物(例如，人、鳥等）和四足動(dòng)物(例如，狗、馬等)。
[0016] 圖2示出根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例的示范性步調(diào)測(cè)量系統(tǒng)10的框圖。系統(tǒng)10包括 禪合于一個(gè)或多個(gè)傳感器14和輸入/輸出接口 16的步調(diào)電路100,其中該傳感器14包括 至少一個(gè)慣性傳感器14a，和可選的生理傳感器14b。將意識(shí)到慣性傳感器14a可包含生理 傳感器或生理傳感器能力。慣性傳感器14a配置成感測(cè)系統(tǒng)10外部的能量(例如，運(yùn)動(dòng))，并 且輸出代表感測(cè)能量的慣性信號(hào)Si。慣性傳感器14a可包括單軸傳感器或多軸傳感器。示 范性慣性傳感器14a包括但不限于加速計(jì)、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)設(shè)備、巧螺儀、光學(xué)傳感器、 光機(jī)傳感器、阻塞信道傳感器、電容傳感器和壓電傳感器。在慣性傳感器14a包括多軸傳感 器時(shí)，來自每個(gè)軸的頻率和功率信息可組合或用別的方式評(píng)估來確定期望信息，例如峰值 頻率和慣性功率。例如，可對(duì)每個(gè)軸確定譜幅度，其中譜幅度中最大的一個(gè)(平方和、平方中 最大的、絕對(duì)值總和、絕對(duì)值中最大的、平方和根、均方根和/或光譜幅度的選抽）最終用于 確定慣性功率并且識(shí)別峰值頻率。步調(diào)電路100如本文公開的那樣處理慣性信號(hào)Si來確定 用戶步調(diào)C。輸入/輸出接口 16將來自用戶的輸入提供給步調(diào)電路，并且輸出確定的步調(diào) C。將意識(shí)到輸入/輸出接口 16可包括顯示器、鍵盤或其他數(shù)據(jù)輸入設(shè)備，和/或用于將步 調(diào)傳送到遠(yuǎn)程設(shè)備的收發(fā)器。備選地或另外，輸入/輸出接口 16可向顯示器、數(shù)據(jù)庫(kù)、處理 器和/或處理功能提供步調(diào)。圖3示出示范性方法200,其可由步調(diào)測(cè)量系統(tǒng)10實(shí)現(xiàn)來確 定用戶步調(diào)C。在步調(diào)電路100從慣性傳感器14a接收慣性信號(hào)Si(框210)后，步調(diào)電路 100基于Si來確定峰值頻率fp(框220)。峰值頻率fp代表具有最大幅度的慣性信號(hào)Si的 頻率分量。步調(diào)電路100隨后將峰值頻率fp應(yīng)用于一個(gè)或多個(gè)頻率闊值比較(框230)?；?于該頻率闊值比較，步調(diào)電路100確定用戶步調(diào)C(框240)。
[0017] 圖4示出示范性步調(diào)電路100的框圖，該示范性步調(diào)電路100配置成從由慣性傳 感器14a輸出的慣性信號(hào)確定用戶步調(diào)。步調(diào)電路100包括峰值頻率電路110、頻率比較電 路120和步調(diào)處理器電路130。峰值頻率電路110確定輸入慣性信號(hào)的峰值頻率。頻率比 較電路120將峰值頻率應(yīng)用于一個(gè)或多個(gè)頻率闊值比較。步調(diào)處理器電路130基于峰值頻 率和一個(gè)或多個(gè)頻率闊值比較來確定用戶步調(diào)。
[001引峰值頻率電路110識(shí)別具有最大信號(hào)幅度的慣性信號(hào)的頻率分量。在一個(gè)示范 性實(shí)施例中，峰值頻率電路110可通過進(jìn)行慣性信號(hào)的頻率變換來確定譜信號(hào)而實(shí)現(xiàn)該目 標(biāo)。峰值頻率電路110然后將具有最大幅度的譜信號(hào)的頻率分量識(shí)別為峰值頻率。將意識(shí) 到其他手段(例如，鎖相環(huán)、脈沖拾取或時(shí)域?qū)崿F(xiàn)）可用于確定峰值頻率。
[0019] 頻率比較電路120將峰值頻率應(yīng)用于一個(gè)或多個(gè)頻率闊值比較。頻率峰值通常直 接對(duì)應(yīng)于用戶步調(diào)。然而，在一些實(shí)例中，用戶步調(diào)是峰值頻率的某一諧波因子。實(shí)證研究 表明峰值頻率通常是用戶步調(diào)的兩倍、一半或二分之S。如在圖5中示出的，在疾跑可能 時(shí)，典型的步行諧波是2fp、3/2fp或l/2fp，并且典型的跑步諧波是l/2fp。例如，在用戶步行 時(shí)通常出現(xiàn)在2fp和3/2fp處的諧波，但在用戶跑步時(shí)通常不出現(xiàn)。從而，步調(diào)實(shí)際上可W 分別是l/2fp或2/3fp。當(dāng)用戶跑步時(shí)，通常出現(xiàn)在l/2fp處的諧波。從而，該情景下的步調(diào) 可實(shí)際上是2f