电子元件的制作方法

本发明的实施例涉及一种包括跌落检测装置的电子元件。附加的实施例涉及电池、工具、移动设备(如智能手机或智能手表)或涉及作为电子元件的运动传感器。附加的实施例涉及相应的方法和计算机程序。

背景技术：

1、用于工具的电池组等电子元件通常在恶劣环境下使用。电子元件(例如电池组)可能会在施工现场跌落。对于这种情况，跌落检测将有助于记录跌落事件。如果电子元件(如工具)被出租，则租赁公司具有重构元件损坏发生的情况的可能性。有关损坏/跌落事件的信息也可能对保修情况有用。对于其他应用，例如对于移动设备(如手机或智能手表)，这种跌落事件检测也很有用。不幸的是，市场上的传感器非常复杂且昂贵或精度低。

2、例如，标题为“使用飞思卡尔mma7360l三轴加速度计测量自由落体(measuringfreefall using freescale’s mma7360l 3-axis accelerometer)”的论文描述使用加速度传感器以检测自由落体。在标题为“基于气压计压力和三轴加速度计的跌落事件检测(barometric pressure and triaxial accelerometry based fall event detection)”的论文中，公开了一种用于跌落检测的气压计和加速度计的组合。这里假设自由落体总是与极端撞击有关。根据标题为“使用惯性和气压高度计测量进行撞击前和撞击后跌落检测+基于惯性和气压高度计测量跟踪垂直速度和高度的传感器融合方法(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)”的论文，也描述了一种用于跌落检测的气压计和加速度计的组合。这里使用ekf估算垂直速度和高度。

3、在另一篇题为“使用半透膜智能触发跌落检测器中的气压计(smart triggeringof the barometer in a fall detector using a semi-permeable membrane)”的论文中，公开了使用加速度计传感器以检测自由落体。所描述的方法使用半透膜来延迟内部压力和外部压力达到平衡的时间。所有提到的方法或专利库所公开的方法都存在一个缺点，即它们没有考虑复杂的场景，也没有提供相关的元信息，因为大多数方法都处理人类跌落检测。因此，需要一种改进的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种避免上述缺点的元件的跌落检测的概念，并能够可靠地检测从简单到复杂的下落，尤其是电池的下落(并确定相关的元信息)。

2、该目标由独立权利要求的主题解决。

3、本发明的实施例(主要方面)提供了一种电子组件，包括跌落检测装置。所述跌落检测装置包括加速度传感器、至少一个附加传感器和处理器。加速度传感器(加速度计)配置为确定电子元件的加速度，例如重力加速度和/或由撞击引起的加速度(在自由落体期间或在自由落体后撞击地面时(启用地面分类))，以获得加速度信号(指示确定的加速度)。附加传感器配置为确定附加物理参数，如角速度或绝对气压，以获得至少一个附加信号(指示物理参数)。附加传感器的示例是陀螺仪(测量角速度)和/或气压计(测量绝对气压)。处理器配置为基于加速度信号和附加信号确定跌落事件和/或跌落事件参数(元数据)。

4、从该基本配置开始，使用三个不同的传感器星座。在以下实施例的上下文中讨论这些星座。主要方面的实施例是：

5、-加速度计与陀螺仪的组合(＝imu)；和

6、-加速度计与气压计的组合；和

7、-加速度计和陀螺仪(＝imu)与气压计的组合。

8、注意，惯性测量单元(imu)是由加速度计(加速度传感器)和陀螺仪(角速度传感器)组成的传感器。例如，如果需要测量加速度和角速度，通常使用imu代替两个单独的传感器(加速度计和陀螺仪)。因此，第一个组合使用imu。

9、根据本发明的实施例，加速度传感器配置为确定重力或三维加速度。通过使用这种传感器，处理器可以计算三维加速度的大小作为确定自由落体的基础。当传感器不运动时，大小代表重力，与传感器的方向无关。当没有确定重力时，携带传感器的实体应被视为处于自由落体状态。以下所有实施例均使用加速度传感器作为第一传感器。

10、根据本发明主要方面的第一实施例，附加传感器形成为陀螺仪，其中陀螺仪配置为确定角速度(＝附加传感器信号)。由于加速度传感器(第一传感器)与陀螺仪(附加传感器)的组合用于确定非轴向加速度，因此可以获得运动的旋转部分，并在计算纯垂直运动时将其考虑在内。换句话说，这意味着除了加速度计之外，还使用陀螺仪，来确定和补偿可能在传感器在自由落体期间旋转时发生的向心加速度(因为向心加速度无法从加速度计测量，但会影响产生的加速度信号)。此外，加速度计和陀螺仪的组合使得能够估计携带传感器的实体的姿态和速度。因此，即使在初始旋转和/或初始速度的情况下，也可以确定简单和复杂的自由落体。此外，还可以确定撞击方向。

11、下面将讨论使用简单/传统加速度传感器(重力传感器)与陀螺仪组合来确定旋转运动部分的实施例的特征。根据实施例，处理器配置为考虑基于附加传感器信号获得的旋转运动部分，基于加速度信号确定高度、高度运动部分、撞击方向或另一运动参数作为跌落事件参数。例如，处理器可以配置为将向心运动部分确定为w2*r，其中w是角速度的绝对值，r是陀螺仪与电子元件的旋转轴之间的距离。根据实施例，处理器配置为基于撞击的确定和基于撞击期间的旋转位置来确定撞击方向，其中撞击基于加速度信号来确定，并且其中旋转位置基于附加传感器信号来确定。

12、根据本发明主要方面的第二实施例，附加传感器配置为确定绝对气压或形成为气压计，也称为高度计。可以随时间监测所述绝对气压，从而计算自由落体前后的绝对压力差以确定跌落高度。例如，处理器然后可以配置为基于确定的压差(后续时间点的压差)来确定跌落事件或跌落高度作为跌落事件参数。加速度传感器与气压计的组合有利地形成确定简单和复杂自由落体的基础，即使其具有旋转(在自由落体之前或期间开始)、初始速度(向上、向下、向前抛出等)或偏转。

13、下面将讨论使用气压计与加速度传感器/重力传感器组合的实施例的可选特征。根据实施例，处理器配置为基于附加传感器信号(气压计信号)确定自由落体高度。例如，自由落体高度被计算为与检测到的压力差对应的相对高度。加速度信号可用于将撞击直接确定为加速度变化。

14、附加传感器/陀螺仪可以可选地用于分析旋转运动部分，如下所述：根据本发明主要方面的第三实施例，跌落检测装置可以包括加速度计、气压计和增加的另一传感器。例如，另一传感器可以形成为陀螺仪。对于该实施例，第一传感器可以实现为简单的加速度传感器，如重力传感器，或实现为三维加速度传感器。附加传感器可以实现为气压计，即，实现为配置为确定压力或监测压力差的传感器。该实施例组合了上述所有优点，即检测简单或复杂的自由落体情况(具有和不具有旋转和初始速度)。此外，气压计信号可以进行姿态估计，包括撞击方向确定。

15、第二和第三实施例提供很大优势，因此非常重要。主要优势在于，可以用高精度且在如偏转和旋转的复杂环境下确定和表征下落。例如，可以关于自由落体高度或撞击方向表征下落。所述信息可以作为元数据输出。撞击高度可能与保修问题有关。撞击方向与自由落体高度的组合可能与安全原因有关。其背景是，在电子元件(例如电池)的某些侧面处，撞击可被容忍，而在其他侧面处，撞击可能会有问题。例如，在电池的情况下，当撞击被认为有问题时，可以对电池进行放电。

16、所有实施例都能够可靠地检测和表征下落，以便提供相关的跌落事件参数，也称为元数据，特别是对于复杂场景(初始速度+旋转+偏转)。所述元数据例如可以包括以下组中至少一个的信息：下落高度、撞击方向、地面材料、偏转+偏转高度。

17、下面将讨论与上述所有实施例组合使用的可选特征。

18、根据一个实施例，处理器包括用于确定自由落体作为跌落事件和/或自由落体高度作为跌落事件参数的装置。例如，当重力加速度等于零或基本等于零时，可以确定自由落体。因此，基于加速度信号确定自由落体。根据附加的实施例，当基于加速度信号确定重力加速度为0g或基本为0g时，确定自由落体，其中处理器配置为确定自由落体高度和/或自由落体时间或基于自由落体时间确定自由落体高度。

19、根据一个实施例，处理器配置为确定电子元件的撞击和/或偏转。例如，这可以基于加速度信号的变化和/或在加速度信号超过阈值的情况下确定。或者，加速度信号的特征模式可用于确定撞击/偏转。总体而言：根据实施例，可以进行撞击或偏转之间的区分，以便能够确定自由落体期间的偏转，例如由于被物体/障碍物撞击(＝包括跌落偏转的复杂自由落体)。

20、根据实施例，处理器配置为基于撞击期间接收到的加速度信号对被电子元件撞击的地面进行分类。另外或替代地，可以分析撞击期间加速度信号的模式以对地面进行分类。跌落事件造成的损坏可能根据撞击表面特性(沙子、混凝土等)而变化。因此，具有地面分类的实施例有利地能够确定自由落体以及描述撞击的特性。根据实施例，可以确定捕捉非常弱的撞击(与混凝土等相比最弱的撞击)。

21、根据附加的实施例(侧面方面)，提供了一种电子元件，其包括跌落检测装置。跌落检测装置包括加速度传感器和处理器。加速度传感器配置为确定电子元件的加速度以获得加速度信号。处理器配置为基于撞击期间的加速度信号或基于撞击期间的加速度信号的模式对地面进行分类。

22、附加的实施例涉及具有电池、工具、移动设备(如智能手机或智能手表)形状的电子元件或涉及运动传感器(例如用于体育活动)。

23、另一个实施例提供一种跌落检测方法，该方法包括：

24、通过使用加速度传感器来确定电子元件的加速度以获得加速度信号；

25、通过使用附加传感器来确定附加物理参数以获得附加信号；

26、处理器配置为基于加速度信号和附加信号来确定跌落事件和/或跌落事件参数。

27、根据一个实施例，确定加速度的步骤包括确定加速度(仅加速度计)。根据一个实施例，确定附加物理参数的步骤包括确定(监测)压力差。根据一个实施例，该方法还包括确定向心加速度的步骤。

28、跌落检测的另一个实施例具有以下步骤：

29、通过使用加速度传感器确定电子元件的加速度以获得加速度信号；和

30、基于撞击期间的加速度信号或基于撞击期间的加速度信号的模式对地面进行分类。

31、附加的实施例涉及如上定义的计算机实施方法。