陶瓷感測式腕錶計步器結構的製作方法

2023-09-24 00:08:05 1

專利名稱：陶瓷感測式腕錶計步器結構的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種陶瓷感測式腕錶計步器結構，特別是關於一種偵測 運動者運動信號的腕錶型運動信號感測裝置。
背景技術：
由於現代工商社會的忙碌及人們對運動日漸重視，使得各項運動器材 應運而生。而在運動時，運動者為了準確掌握運動量及了解運動者的身體 狀況，故也有各種型態的人體信號感應器被研發出來。
在各類運動信號感應器中，計步器(Pedometer)由於佩掛方便、操作簡 易，故目前已被廣泛地使用。在不同的計步器產品中，有可貼附在使用者 鞋子上、佩掛於使用者腰際、腕錶型等不同型態。除了計步器可作為運動 信號感測裝置外，加速度傳感器也常被用作進行運動時加速度感測之用， 以進一步評估運動量。此外，心跳脈搏信號傳感器也常用來感測使用者進 行運動時的心跳脈搏數，以使使用者掌握其身體狀況。'
目前已知的計步器產品主要是採機械式振動感測元件，其利用一擺動 元件碰觸一開關以傳輸訊號並將步數顯示於顯示器。傳統振動感測元件的 機構在使用日久後，常有誤動作產生，且重錘振動必須過大，否則無法正 確計步。另有些傳統振動感測元件採用磁簧開關的結構，其利用擺臂具有 磁性元件且與開關不接觸的方式計數步數，但其製造成本高，且該磁簧式 開關易受附近^f茲場的影響。
美國發明專利第4， 460， 823號專利案揭露了一種可感測使用者走路或 跑步步數的計步結構，是用擺錘、彈性元件、齒輪所組成，以使使用者走 路或跑步時能由一計數器來顯示步數值。又如美國發明專利第4,560,861號專利案中，揭露了 一種利用擺錘及彈性元件等構件所組成的計步結構，以量測使用者運動時的步數。又如美國發明專利第5，117,444號專利案中， 揭露了一種利用擺錘、磁性元件、磁簧開關等構件所組成的計步結構，也 可量測出使用者運動時的步數。上述傳統技術除了結構複雜、成本高、產生動作噪音之外，其機械式 構件使用日久後，常有機械靈敏度改變、元件疲乏等缺失。因此，實有必 要針對機械式的運動信號傳感器進一步予以改進。發明內容本發明的目的在於提供一種陶f:感測式腕錶計步器結構，採用可產生 電子信號的電子式運動信號傳感器來感測運動者的運動信號，以克服傳統 機械式運動信號傳感器的缺失。本發明的另一目的在於提供一種可偵測使用者於運動時的振動信號、 加速度信號、心跳脈搏信號的感測裝置，以使使用者運動時能準確掌握運 動量及了解本身的身體狀況。本發明的再一目的在於提供一種陶瓷感測式腕錶計步器結構，其配置 有二振動傳感器。該第一振動傳感器是沿著與地心引力方向成斜角的方向 延伸，而第二振動傳感器是沿著與X軸方向成斜角方向延伸。本發明的目的是這樣實現的， 一種陶瓷感測式腕錶計步器結構，該結 構用以感測一運動者於運動時的運動信號，該結構包括有一腕錶殼體，在該腕錶殼體的兩側端各結合一腕帶，以供使用者佩戴 於使用者一隻手的腕部；至少一振動傳感器，配置在該腕錶殼體內部空間，用以感測出使用者 於運動時，在預設軸向的振動信號，並產生一代表該振動信號的電子信號；一振動信號感測迴路，連接於該振動傳感器，用以接收該振動傳感器 所產生的電子信號，並輸出振動信號；至少一導電接觸區，其配置在該腕錶殼體的底面，在佩戴該陶瓷感測式腕錶計步器結構時，會接觸使用者的皮膚；一對導電接觸區，配置在該腕錶殼體的頂面上，當使用者以另一隻手 的兩根手指分別碰觸按壓該導電接觸區時，可檢測出使用者的心跳信號；一顯示單元，配置在該腕錶殼體上；一控制電路，包括有一微控器，經由該振動信號感測迴路接收該振動 傳感器所產生的電子信號，並將該電子信號的數值顯示於顯示單元上。該控制電路中包括有一步數信號存儲器，連接於該微控器，用以記錄 該微控器所接收到的振動信號。該腕錶殼體的底面配置有一對導電接觸區。該腕錶殼體是以導電材料製成，且其作為該導電接觸區。該振動傳感器包括有 一沿著X軸方向延伸的第 一振動傳感器與 一沿著Y 軸方向延伸的第二振動傳感器。該第一振動傳感器與地心引力方向成一角度6的方向延伸。該角度6介於5度至30度之間。該第二振動傳感器是沿著與x軸方向成一角度e的方向延伸。該角度6介於5度至30度之間。該第一振動傳感器與地心引力方向成一角度e的方向延伸，且第二振 動傳感器沿著與x軸方向成一角度e的方向延伸。該角度e介於5度至30度之間。一種陶瓷感測式腕錶計步器結構，該結構用以感測一運動者於運動時的運動信號，該結構包括有一腕錶殼體，在該腕錶殼體的兩側端各結合一腕帶，以供使用者佩戴於使用者一隻手的腕部；一振動傳感器，配置在該腕錶殼體內部空間，用以感測出使用者於運 動時，在預設軸向的振動信號，並產生一代表該振動信號的電子信號，該振動傳感器是沿著與一水平基準線方向成一角度的方向延伸，該水平基準線與地心引力方向成一垂直角度；一振動信號感測迴路，連接於該振動傳感器，用以接收該振動傳感器 所產生的電子信號，並輸出振動信號；至少一導電接觸區，其配置在該腕錶殼體的底面，在佩戴該陶瓷感測 式腕錶計步器結構時，會接觸使用者的皮膚；一對導電接觸區，配置在該腕錶殼體的頂面上，當使用者以另一隻手 的兩根手指分別碰觸按壓該導電接觸區時，可檢測出使用者的心跳信號；一顯示單元，配置在該腕錶殼體上；一控制電路，包括有一微控器，經由該振動信號感測迴路接收該振動 傳感器所產生的電子信號，並將該電子信號的數值顯示於顯示單元上。該振動傳感器與該水平基準線方向間的角度6為35度。由於本發明在陶瓷感測式腕錶計步器結構中配置了 一對以預定角度排 列的振動傳感器，故當使用者佩戴本發明時可靈敏地感測出其運動時的輕 微振動，以提供使用者進行運動時的數值參考。且本發明可有效克服傳統 機械式振動感測單元的誤動作產生、製造成本高、碰撞發出噪音、機械靈 敏度改變、元件疲乏等缺失。該陶乾感測式振動傳感器也可改為加速度信 號傳感器，以偵測運動者運動時的加速度信號。再者，本發明除可將接收的心跳信號、振動信號、及加速度信號的數 值顯示於顯示單元外，也可將該心跳信號、振動信號、及加速度信號記錄 於存儲器中，以作運動量的分析及記錄。


圖1:顯示本發明陶瓷感測式腕錶計步器結構的立體圖； 圖2:顯示該陶資感測式腕錶計步器結構的頂視圖； 圖3:顯示該陶瓷感測式腕錶計步器結構的底視圖；圖4:顯示本發明陶瓷感測式腕錶計步器結構內部構件的配置示意圖； 圖5:顯示本發明的控制電路圖；圖6顯示當第二振動傳感器以水平方向排列時，使用者的行進步數與 振動傳感器的輸出電壓關係的波形示意圖；圖7:顯示當第二振動傳感器以一斜角方向排列時，使用者行進步數與 振動傳感器的輸出電壓關係的波形示意圖；圖8:顯示本發明另一實施例內部構件的配置示意圖；圖9:顯示第三振動傳感器的擺動角度示意圖。附圖標號100陶瓷感測式腕錶計步器結構1腕錶殼體10a頂面10b底面lla、lib腕帶12a、12b、 12c、 12d導電接觸區13基板2顯示單元3振動傳感器3a第一振動傳感器3b第二振動傳感器3c第三振動傳感器30振動信號感測迴路31a、31b;改大濾波電路32a、32b信號整形電路4加速度傳感器40加速度信號感測迴路41;改大濾波電路42信號整形電路5脈搏信號感測電路50脈搏信號感測迴路51;故大濾波電路52信號整形電路6微控器71步數信號存儲器72加速度信號存儲器formula see original document page 10具體實施方式
參閱圖1、圖2、圖3所示，本發明的陶乾感測式腕錶計步器結構100 包括一腕錶殼體l,其具有一頂面10a及底面10b，該腕錶殼體l的兩側端 各結合一腕帶lla、 llb，以供使用者佩戴於腕部。該腕錶殼體1的頂面10a配置有一顯示單元2和一對導電接觸區12a、 12b,並有一對導電接觸區12c、 12d配置在該腕錶殼體l的底面10b。本發 明是利用已知的心電圖(Electrocardiogram, EKG):汰術偵測心跳，當^f吏用 者將本發明佩戴於腕部時，可使該導電接觸區12c、 12d接觸使用者的皮膚， 並以另一隻手的兩才艮手指分別按壓在該導電接觸區12a、 12b,此時可使該 腕錶殼體1內部的電路檢測出使用者的心跳信號，並由該顯示單元2將其 顯示出。本發明的另 一 實施例中，該陶瓷感測式腕錶計步器結構的底面只配置 有一導電接觸區12c，其可以是單一個導電點、也可直接使用以導電材料所 製成的腕錶殼體1的導電底面作為該導電接觸區。當使用者將其另一隻手 的兩根手指按壓在該導電接觸區12a、 12b時，也同樣能偵測使用者的心跳脈搏信號存儲器 操作按鍵組 開關鍵 模式選擇鍵 清除鍵 基準點:地心引力方向 水平基準線 角度步數信號振動信號加速度信號 人體脈搏信號輸出電壓 最低電壓信號。參閱圖4所示，該腕錶殼體l內部配置有一基板13，該基板13的表面 配置有一第一振動傳感器3a、 一第二振動傳感器3b及一加速度傳感器4。該第一及第二振動傳感器3a、3b依據運動者運動時所產生的振動狀況， 例如每當跑步或行走一步，即會偵測到該振動狀況而產生電壓變化量。此 一電壓變化量會送到該基板13的控制電路中。該第一振動傳感器3a及第二振動傳感器3b是由壓電陶瓷 (Piezoelectric Ceramic)製成。第一振動傳感器3a是與地心引力方向G 成一角度6的方向延伸。而第二振動傳感器3b是沿著與X軸方向成一角度 6的方向延伸。第一振動傳感器3a及第二振動傳感器3b彼此垂直。較佳 地，該第一振動傳感器3a與地心引力方向G之間的角度6介於5度至30 度之間，而第二振動傳感器3b與X軸的角度6也介於5度至30度之間。 有關訊號的偵測將於後面詳細說明。該加速度傳感器4可為單軸式、雙軸式或三軸式，用來偵測人體在運 動時的加速度信號。圖5是顯示本發明的控制電路圖，其主要包括一振動信號感測迴路30、 一加速度信號感測迴路40、 一脈搏信號感測迴路50。當4吏用者行走時，該 振動信號感測迴路30中的第一振動傳感器3a會感測到振動信號sla，而第 二振動傳感器3b會感測到振動信號slb。該振動信號sla會經由一放大濾 波電路31a作信號的放大及噪聲的濾波，然後由一信號整形電路32a作信 號波形的整形，再被送到一微控器6中。同樣地，該振動信號slb會經由 一放大濾波電路31b作信號的放大及噪聲的濾波，然後由一信號整形電路 32b作信號波形的整形，再被送到微控器6中。該微控器6接收該振動信號 sla、 slb後，會比對兩個振動信號sla、 slb，將較強的振動信號轉換為步 數信號，再將該步數信號顯示於顯示單元2，也可將該步數信號記錄於步數 信號存儲器71中。加速度信號感測迴路40中的加速度傳感器4所感測到的加速度信號s2 會經由 一放大濾波電路41作信號的放大及噪聲的濾波，然後由 一信號整形 電路42作信號波形的整形，再被送到微控器6中。該微控器6接收該加速 度信號後，可將加速度信號顯示於顯示單元2，也可將該加速度信號記錄於 加速度信號存儲器72中。脈搏信號感測迴路50中的脈搏信號感測電路5經由導電接觸區12a、 12b、 12c、 12d所感測到的人體脈搏信號s3會經由一放大濾波電路51作信 號的放大及噪聲的濾波，然後由一信號整形電路52作信號波形的整形，再 被送到微控器6中。該微控器6接收該脈搏信號後，可將脈搏信號顯示於 顯示單元2，也可將該脈搏信號記錄於脈搏信號存儲器73中。該微控器6連接有一操作按鍵組8,可供使用者控制本發明的陶瓷感測 式腕錶計步器結構100。例如該操作按鍵組8中可包括一開關鍵81、模式 選擇鍵82、清除鍵83。請參閱圖6及圖7。圖6顯示當第二振動傳感器以水平方向排列時，使 用者的行進步數與振動傳感器的輸出電壓關係的波形示意圖；而圖7顯示 當第二振動傳感器以一斜角方向排列時，使用者行進步數與振動傳感器的輸出電壓關係的波形示意圖。任何偵測元件的輸出電壓必須大於一最低電壓值，控制電路才能感應 到信號。而當振動傳感器依水平方向排列時，其感測的靈敏度不夠好。由 圖6可看到，當使用者在慢跑或行走時，手部向上擺動，該振動傳感器產 生一輸出電壓VI，該輸出電壓VI大於可偵測的最低電壓V0，因此可產生 一步數信號s。然而，當使用者的手部向下擺動時， 一般而言，往下擺動的 力量會較小，而產生的輸出電壓V2比最低電壓V0小，因此，無法產生振 動信號。換言之，在兩次振動的動作中，只會偵測到一次振動。本發明較佳實施例中，該第二振動傳感器3b是以與x軸方向成角度e 的方向排列。由圖7可看到，當使用者在慢跑或行走時，手部向上擺動，該振動傳感器產生一輸出電壓vr，該輸出電壓vi，大於可偵測的最低電壓，因此可產生一步數信號sa。當使用者的手部向下擺動時，產生一輸出電壓 V2'。要注意的是，該輸出電壓V2，比最低電壓V0大，因此也會產生一振動 信號sb。換言之，該陶瓷感測式腕錶計步器結構能精確偵測到兩次的振動， 不會遺漏任何信號。在實際應用時，該第一振動傳感器3a與第二振動傳感器3b兩者，可 以僅第二振動傳感器3b設計成具有傾斜角度，也可將該第一振動傳感器3a 與第二振動傳感器3b兩者皆設計成具有傾斜角度。圖8是顯示本發明另一實施例內部構件的配置示意圖，圖9是顯示第 三振動傳感器的擺動角度示意圖。本實施例與前述實施例相異之處在於該 基板13的表面是僅配置有一第三振動傳感器3c和一加速度傳感器4,當本 發明水平擺放且靜止不動時，該第三振動傳感器3c是沿著與一水平基準線 I方向成一角度6-35度的方向延伸。該水平基準線I與地心引力方向G成 一垂直角度。當使用者在慢跑或行走時，該第三振動傳感器3c會以一基準點9為基 準而擺動，並產生輸出電壓，其擺動的最大幅度介於該水平基準線I上下 各35度之間。由於此實施例僅設置一第三振動傳感器3c,因此可提升本發 明對使用者運動強度的感測的靈敏度，不論使用者擺動的力量大或小，該 第三振動傳感器3c皆靈敏地隨之擺動，且因該第三振動傳感器3c有較大 的擺動空間，而能輕易地產生一大於可偵測的最低電壓的輸出電壓，使控 制電路均可偵測到一步數信號，不會遺漏任何信號。當本發明陶瓷感測式腕錶計步器結構水平擺放且靜止不動時，該第三 振動傳感器3c也可沿著與該水平基準線I方向成一角度6 =5 ~ 35度的方向 延伸，或其它適當的角度的方向延伸。該水平基準線I與地心引力方向G 成一垂直角度。
權利要求
1. 一種陶瓷感測式腕錶計步器結構，該結構用以感測一運動者於運動時的運動信號，其特徵在於該結構包括有一腕錶殼體，在該腕錶殼體的兩側端各結合一腕帶，以供使用者佩戴於使用者一隻手的腕部；至少一振動傳感器，配置在該腕錶殼體內部空間，用以感測出使用者於運動時，在預設軸向的振動信號，並產生一代表該振動信號的電子信號；一振動信號感測迴路，連接於該振動傳感器，用以接收該振動傳感器所產生的電子信號，並輸出振動信號；至少一導電接觸區，其配置在該腕錶殼體的底面，在佩戴該陶瓷感測式腕錶計步器結構時，會接觸使用者的皮膚；一對導電接觸區，配置在該腕錶殼體的頂面上，當使用者以另一隻手的兩根手指分別碰觸按壓該導電接觸區時，可檢測出使用者的心跳信號；一顯示單元，配置在該腕錶殼體上；一控制電路，包括有一微控器，經由該振動信號感測迴路接收該振動傳感器所產生的電子信號，並將該電子信號的數值顯示於顯示單元上。
2. 如權利要求1所述的陶資感測式腕錶計步器結構，其特徵在於該 控制電路中包括有一步數信號存儲器，連接於該微控器，用以記錄該微控 器所接收到的振動信號。
3. 如權利要求1所述的陶瓷感測式腕錶計步器結構，其特徵在於該 腕錶殼體的底面配置有一對導電接觸區。
4. 如權利要求1所述的陶瓷感測式腕錶計步器結構，其特徵在於該 腕錶殼體是以導電材料製成，且其作為該導電接觸區。
5. 如權利要求1所述的陶瓷感測式腕錶計步器結構，其特徵在於該 振動傳感器包括有一沿著X軸方向延伸的第一振動傳感器與一沿著Y軸方向延伸的第二振動傳感器。
6. 如權利要求5所述的陶瓷感測式腕錶計步器結構，其特徵在於該第一振動傳感器與地心引力方向成一角度e的方向延伸。
7. 如權利要求6所述的陶瓷感測式腕錶計步器結構，其特徵在於該 角度6介於5度至30度之間。
8. 如權利要求5所述的陶瓷感測式腕錶計步器結構，其特徵在於該 第二振動傳感器是沿著與X軸方向成一角度6的方向延伸。
9. 如權利要求8所述的陶瓷感測式腕錶計步器結構，其特徵在於該 角度6介於5度至30度之間。
10. 如權利要求5所述的陶乾感測式腕錶計步器結構，其特徵在於該 第一振動傳感器與地心引力方向成一角度6的方向延伸，且第二振動傳感 器沿著與X軸方向成一角度6的方向延伸。
11. 如權利要求10所述的陶瓷感測式腕錶計步器結構，其特徵在於 該角度6介於5度至30度之間。
12. —種陶瓷感測式腕錶計步器結構，該結構用以感測一運動者於運動 時的運動信號，其特徵在於該結構包括有一腕錶殼體，在該腕錶殼體的兩側端各結合一腕帶，以供使用者佩戴 於使用者一隻手的腕部；一振動傳感器，配置在該腕錶殼體內部空間，用以感測出使用者於運 動時，在預設軸向的振動信號，並產生一代表該振動信號的電子信號，該 振動傳感器是沿著與一水平基準線方向成一角度的方向延伸，該水平基準 線與地心引力方向成一垂直角度；一振動信號感測迴路，連接於該振動傳感器，用以接收該振動傳感器 所產生的電子信號，並輸出振動信號；至少一導電接觸區，其配置在該腕錶殼體的底面，在佩戴該陶瓷感測 式腕錶計步器結構時，會接觸使用者的皮膚；一對導電接觸區，配置在該腕錶殼體的頂面上，當使用者以另一隻手的兩根手指分別碰觸按壓該導電接觸區時，可檢測出使用者的心跳信號； 一顯示單元，配置在該腕錶殼體上；一控制電路，包括有一微控器，經由該振動信號感測迴路接收該振動 傳感器所產生的電子信號，並將該電子信號的數值顯示於顯示單元上。
13.如權利要求12所述的陶瓷感測式腕錶計步器結構，其特徵在於 該振動傳感器與該水平基準線方向間的角度6為35度。
全文摘要
本發明為一種陶瓷感測式腕錶計步器結構，是在一腕錶殼體中設置有振動傳感器，以感測出使用者運動時的振動信號，該振動信號可經一振動信號感測迴路送至一控制電路的微控器，該微控器處理之後，再將該振動信號的數值顯示於顯示單元上。一對導電接觸區配置在該腕錶殼體的表面，並至少有一導電接觸區配置在腕錶殼體的底面，用以檢測使用者的心跳信號。
文檔編號G01C22/00GK101221050SQ20071000131
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月9日 優先權日2007年1月9日
發明者陳侑鬱 申請人:陳侑鬱