CN1165573A - 计步器 - Google Patents

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    • G01C22/006—Pedometers

Abstract

计步器包括机身1、在机身1内的基板2上的水平方向和垂直方向上以摆动方式支承的二个加速度传感器3和4、测定机身1对地面的倾斜角度的角度测定传感器5和由根据角度测定传感器5的输出选择或是加速度传感器3或是4的输出来计算步数的记步器。

Description

计步器
本发明涉及根据人体在走动和跑动时的运动计算步数的计步器，特别是涉及能精确地测定与机身的角度无关的诸如步数之类的计步器。
计步器通常包括机身、装在机身内的根据人体运动检测步子信号的加速度传感器和根据加速度传感器的输出计算步数的记步器。根据在走动(或跑动)时身体的(向上和向下)运动计算步数。
在检测向上和向下运动时，向上移动和向下移动很大程度上取决于走动场地的状况、所穿的鞋子、走动的姿势等等。所以，在通常的计步器通过仅检测对应于或是向上移动或是向下移动的输出计算步数中存在着不能精确地计算步数的问题。
为了解决这个问题，在公开的日本专利公开No.2-161932中描述的“计步器”(在本文中称为第一份现有技术文件)，例如，包括分别测定向上加速度和向下加速度的上测定器和下测定器以及从上测定器或下测定器输出的步伐信号中选择要计算的对象的选择单元。旨在精确地计算与走动场地、鞋子和走动姿势无关的步数。
在公开的日本专利公开No.1--287417中描述的计步器(在本文中称为第二份现有技术文件)使用形成悬臂结构的压电元件作传感器。在这种传感器的自由端上安装重锤。使用通过消震器支撑固定端的加速度传感器。
然而，为了计算步数，包括在第一份现有技术文件中所描述的任何一种的所有通常的计步器具有别在诸如裤子或裙子之类的腰带上的、内装有加速度传感器的计步器机身。这就存在机身不能别在穿着没有任何腰带的衣服上就不能计算步数的问题。就机身别在腰带上来说，由于机身有相当的体积和厚度，所以计步器容易看得见。别人很容易察觉佩带者正在计算他或她的步数。即使用衣服盖住计步器，计步器部分会鼓出，有损外表。存在一个有失体面的问题。
在上述的第二个现有技术文件中描述的计步器必须有装在重盒中的重锤和压电元件。有一个计步器装配困难和加工费用增高的问题。而且，就要求在许多方向的虚轴上检测来说，必须在每个轴向逐一排列相同的加速度传感器。这就有一个增加成本的问题。
本发明针对这些问题，目的是提供一种不一定别在腰带上就能够计算步数和能够容易装配以及降低成本的计步器。
本发明的另一个目的是提供一种能够精确地测定与机身的取向无关的诸如步数之类的计步器。
本发明进一步的目的是提供一种广泛应用的高精度的角度测定传感器和包括这种角度测定传感器的角度测定仪。
本发明的计步器包括为了得到与垂直摆动分量相应的输出信号，在机身(主体)内排列许多在安装方向上互相不同的传感器。为了测定机身的取向，在机身内装有的角度测定器、根据角度测定器的测定信号，从许多传感器输出的信号中选择一个输出信号的选择器和根据选择器的选择，用被选定的传感器的输出信号来计算步数的记步器。
根据机身的取向，在机身内装有的许多在其安装方向上不同的传感器中选择一个传感器。由于根据被选定的传感器的输出计算步数，所以能够可靠测定在一定方向上的摆动分量。因此，提供一种不一定别在腰带就能够计算步数而且容易装配和成本降低的计步器。
根据本发明的另一种状况，计步器包括为了得到与垂直摆动分量相应的电信号，在机身中装有的一种传感器和根据这种传感器的输出信号计算步数的记步器。这种传感器提供与机身取向无关的输出信号。
由于装在计步器中的传感器输出与垂直摆动分量对应的电信号与机身取向无关，所以能够提供可以精确地测定与机身取向无关的诸如步数之类的计步器。
根据本发明的又一种状况，角度测定传感器包括角度测定传感器机身、在角度测定传感器机身中，包括预定区域的活动范围内可动地装有的易动单元和在活动范围内的预定区域上测定易动单元存在的存在探测器。在角度测定传感器中，活动范围是被周壁包围的空腔。存在探测器是包括发光器件和光电探测器的光传感器。为了探测在光传感器的光轴，即预定区域上是否有易动单元，在发光器件对面安装光电探测器，在其中间有凹槽。
在活动范围中易动单元的移动状态随角度测定传感器机身倾斜的角度不同而变化。得到由运动的变化状态支配的在活动范围内的预定区域上有没有易动单元的信息作易动单元存在或者不存在的探测信号。得到探测信号出现的频率或时间并与对应于预定角度出现的频率或时间相比较，以测定该角度。因此，可以提供一种能够可靠地测定倾斜角度的角度测定传感器。
附图的简略描述。
图1是表示根据本发明第一实施例的计步器的机身内部结构的示意图。
图2是说明根据第一实施例的计步器的结构的方框图。
图3a和图3b分别是根据第二实施例的计步器中加速度传感器的外形的透视图和侧视图。
图4是图3中的加速度传感器的部件分解透视图。
图5是表示图3中的加速度传感器装入计步器机身的示意图。
图6表示通过组合二个加速度传感器形成一种加速度传感器。
图7是根据本发明第三实施例的计步器中的加速度传感器外形的透视图。
图8是表示图7中的加速度传感器装入计步器机身的示意图。
图9是为了描述在根据第一实施例的计步器中角度测定传感器的相对位置和功能的示意图。
图10是表示与根据第一实施例的计步器中的角度测定传感器相关的模拟电路的实例的电路示意图。
图11是表示与根据第一实施例的计步器中的角度测定传感器相关的模拟电路的另一个实例的电路示意图。
图12和图13是表示根据第一实施例的计步器的角度测定过程的操作实例的流程框图。
图14是根据第一实施例的计步器中的角度测定过程的时间图。
图15a-15d分别是根据本发明第四实施例的角度测定传感器的顶视图、前视图、右侧视图和底视图。
图16a和图16b是分别沿线A-A和B-B绘制的角度测定传感器的剖面图。
图17是表示角度测定传感器的电路结构的原理图。
图18是说明与角度测定传感器相应的测定原理的示意图。
图19a-19d是光敏晶体管的输出对时间的、表示转换型式的脉冲信号的示意图。
图20是表示与角度测定传感器相应的角度测定方法的流程框图。
图21是表示一种角度测定仪的结构的方框图。
图22是表示活动监测器和热量计的主要部件的框图。
图23表示活动监测器和热量计的显示屏幕的实例。
图24表示活动监测器和热量计的显示屏幕的另一个实例。
实施本发明的最佳模式
在下文将参照附图描述本发明的实施例。
(1)第一实施例
参阅图1，在计步器的机身1中安装如图所例举形状的基板2。把二个加速度传感器3和4以及角度测定传感器5安装在基板2上。在本实施例中，二个加速度传感器都属于以摆动方式支撑的悬臂类型。以互相垂直的二条虚轴的方向(水平方向和垂直方向)安装传感器。在水平方向上装加速度传感器3，而在垂直方向上装加速度传感器4。
在图2中表示出这种计步器的结构部件，在模拟电路10中，把用第一模拟放大器电路11放大的第一加速度传感器3的输出信号经由第一比较器12输给MPU(微处理部件)16。同样，在模拟电路13中，把用第二模拟放大器电路14放大的第二加速度传感器4的输出信号经由第二比较器15供给MPU16。把角度测定传感器5的输出信号直接输给MPU16。从这张方框图知道加速度传感器3和4的输出信号分别经由专用的模拟电路10和13输入MPU16。
虽然在第一实施例中，在水平方向和垂直方向上分别安装二个加速度传感器3和4，但是可以在对应的许多从中心点起以等角度间隔的虚轴方向上装许多加速度传感器。例如，可以从中心点起以120度角度间隔装三个加速度传感器。
(2)第二实施例
参阅图3a、3b和4，将描述第二实施例。在这种加速度传感器20中，使重锤盒22安装在压电元件21的一端21a上。承重器23安装在另一端21b边缘。使重锤24和压电元件21的一端21a边缘与重锤盒22紧配合。使压电元件21的另一端21b的边缘与承重器23紧配合。承重器23与固定构件25紧配合。用螺栓26把固定构件25固定在计步器机身的恰当位置上。
例如，如图5所示那样把加速度传感器20组装到计步器。假使这样的话，加速度传感器20被在计步器的机身箱30中的固定构件25固定，因此压电元件21是水平安装的。用导线32使压电元件21与基板31连接。在基板31上装有显示部件33和开关34。
就计步器包含许多加速度传感器的情况来说，使许多加速度传感器分别排列在从中心点引出以相等的间隔的许多虚轴方向上。特别，就使用二个加速度传感器来说，使加速度传感器分别排列在互相垂直的二个虚轴方向上(用水平方向和垂直方向)。假使这样的话，二个加速度传感器最好具有如图6所示的结构。
参阅图6，使二个加速度传感器构成整体并分别按水平方向和垂直方向排列。更详细地说，加速度传感器40a和40b包括从用作固定一个侧端的组合支撑点P分别沿水平方向和垂直方向延伸的弹性薄板41a和41b、分别与弹性薄板41a和41b固定的压电元件42a及42b和装在弹性薄板41a及41b的另一端边缘上的重锤43a及43b。例如，通过以弯曲点为支撑点P，弯曲一条弹性薄板成直角来构成弹性薄板41a和41b。
根据这样的一种结构，同分别在许多虚轴方向上逐一排列许多加速度传感器比较起来能够以低的费用安装许多加速度传感器。图6表示使用二个加速度传感器的一种实例。当使用三个或三个以上的加速度传感器时，也就是在三个或三个以上的轴向上要测定加速度时，从支撑点P起辐射状地安装相应数量的弹性板。
(3)第三实施例
在下文将参阅图7和图8描述在第三实施例的计步器中使用的加速度传感器和与计步器机身固定的结构。在本实施例中，使轴承座51和52固定在计步器机身50的相对的周壁上。转轴(+极)53和转轴(-极)被支在轴承座51和52上。使加速度传感器在垂直于转轴53和54的轴向的方向伸出。注意，使加速度传感器60与负极转轴电绝缘。加速度传感器60包括一个应变计61。使重锤62固定在前端。转轴53和54成为加速度传感器60的支承部分。比重锤62重的重锤55被固定在负极转轴54。
因此，加速度传感器60能够以转轴53和54为支点轴自由地转动360。由于无论机身50怎样取向，重锺总是处于垂直方向(向下)，所以加速度传感器60总是保持与地面平行的水平支架状态。在本实施例中，由于加速度传感器能转动360度，所以必须只有一个加速度传感器。不需要在第一和第二实施例中的计步器所使用的角度测定传感器。
在下文将参阅图9描述在第一实施例的计步器中角度测定传感器的运行状况。图9中所示的角度测定传感器包括在离中心点相等的距离上排列的四个引线脚①-④和处于外侧、环线引线脚①-④并为了形成与引线脚接触可转动地安装的导电环70。在①-④的四个引线脚中间，分别使引线脚①和④以及引线脚②和③电连接。使引线脚安装成从计步器机身中的基板凸出的式样。
如图9所示，随着计步器机身逆时针方向转动，四个引线脚同时转动。处于图9中的A和B状态时，环70与引线脚①和②形成接触。由于所有四个引线脚①-④被电连接，所以能够证实机身面向近似水平方向。处于图9中的C、D和E的状态时，环70仅与引线脚②接触。在F和G的状态时，环70与引线脚②和③形成接触。由于引线脚①和④与引线脚②和③没有电连接，所以能够确定机身面向近似垂直方向。这样，可以测定机身倾斜成接近水平方向还是垂直方向。这同样适用于机身顺时针方向转动的情况。
在图2中，由具有如图9中状态的角度测定传感器5把表示计步器机身倾斜状况的信号输给MPU16。例如，如果在MPU16上确定计步器机身倾斜成水平方向。那么把从MPU16的输出端口输出的电流输入到与水平方向的加速度传感器3有关的模拟放大电路11和比较器12的电源。假使这样的话，没有电流输入到与垂直方向的加速度传感器4对应的模拟放大器电路14和比较器15的电源。相反，当MPU16确定计步器机身倾斜成垂直方向时，把从MPU16的输出端口输出的电流输入到模拟放大器电路14和比较器15的电源。但是，没有电流输入到模拟放大器电路11和比较器12的电源。从而，根据角度测定传感器5的输出来控制模拟电路10和13的电源。
当变换所使用与模拟电路10和13的电源控制有关的加速度传感器时也就是在模拟电路从电流切断状态到达电流输入状态时，希望确保电源快速响应时的上升时间降低到最小。例如，在图10所示的电路中没有输入信号时，为了使VOUT到达V1值，需要几秒钟。这是由于为了提高放大倍数，增大了固定电容C1和固定电阻R2，所以电容C1的充电时间增加。因而，使电源接通时的上升时间增大。
如图10所示，通过安装二极管D，经由二极管D而不通过电阻R2进行电容C1的充电。因此，缩短了充电时间，由于充电时间缩短，在电源接通时的上升时间为1/2或1/2以下。如图11所示，模拟开关SW1受MPU控制。假使这样的话，在向放大器电路供电以后的预定时间内打开模拟开关。根据如上所述的效果，缩短充电时间以使供电时的上升时间减小。
在下文将参阅图12-14描述相应于第一实施例的计步器的角度测定过程的操作。在计算步数之前，使计步器别在腰事上或者放入衣袋或包里。在步骤(在下文简为ST)1时，制定过程定时还是不定时。如果NO，则过程终结。如果YES，则角度测定传感器5的电路电源被接通(ST2)。这样的过程定时是为了在例如每250毫秒(脉冲调制4赫兹)内进行一个角度测定过程。把角度测定传感器5的输出信号输于MPU16。MPU16写入那个信号为数据D(ST3)。然后，切断角度测定传感器5的电路电源(ST4)。由于在过程定时中，角度测定传感器5的电源被接通，然后在析取数据D以后被切断，所以能够减少电能消耗，并能够增加电源的寿命。
在ST5时，判定使用第一加速度传感器3还是不使用。如果使用第一加速度传感器3，那末判定写入数据D是否是LOW(ST6)。如果YES，则判定计数器是否i≥4(ST7)。如果YES，则使用的加速度传感器变换到第二加速度传感器4(ST10)。清除计数器到i＝0(ST11)过程结束。更准确地说，由角度测定传感器5测定的机身倾斜角度的输出信号在每个预定的周期内变化。在预定周期时间内变化的输出信号是连续的(在这里4次)，以致变换所使用的加速度传感器。在ST6 NO时，计数器置零i＝0(ST8)。当ST7 NO时，计数器置于i＝i+1(ST9)。然后，各个过程终止。
在ST5 NO时，判定数据D是Hi或不是Hi(ST12)。如果YES，那末判定计数器是否i≥4(ST13)。如果也是YES，由于上述的原因，所使用的加速度传感器被换成第一加速度传感器3(ST16)。计数器被置于i＝0(ST11〔，过程终止。当ST12 NO时，计数器被置于i＝0(ST16)。当ST13 NO时，计数器被置于i＝i+1(ST15)。各个过程终止。
从上述的流程框图知道，由MPU16根据来自角度测定传感器5的数据D，判定是选择来自水平方向上的加速度传感器的输出信号还是选择来自垂直方向上的加速度传感器的输出信号。根据来自被选定的加速度传感器的输出信号计算步数。在预定的时间内用角度测定传感器连续测定角度变化(4次)时，由于变换使用的加速度传感器，所以由身体走动时的移动或诸如此类引起角度测定传感器的信号(噪声)被消除。这样避免角度测定传感器5的错误测定(参阅图14)。
在下文将描述在上述的计步器中使用角度测定传感器的另一实施例。
(4)第四实施例
参阅图15a-15d、图16a和图16b，根据本实施例的角度测定传感器51包括机盒52、为易动单元的滚珠53、红外发光二极管54和红外光电晶体管55组成的光传感器55和为易动单元活动范围的空腔部分56。
基本上在机盒52的中心形成大体上为长方体的内腔部分56中以可动的方式容纳球状滚珠53。滚珠53在由内侧表面56a、56b、56c、56d、上部表面56c和下部表面56f的周壁封闭的空腔部分56内活动。由于上部和下部表面56e和56f间的间距稍大于滚珠53的直径，所以滚珠53主要在内侧表面56a、56b、56c和56d中间移动。
用合成树脂铸成机盒52，而用弹性材料例如橡胶制成滚珠53。由于用这些材料制成部件，所以甚至在有磁场的地方使用时不影响测定精度。但是，制作材料不局限于这些提及的材料。机盒52的内侧表面56a、56b、56c和56d不一定是平面，在长度方向上可以形成与滚珠53的弧线相一致的沟纹。易动单元不局限于如滚珠53这样的球状，可以是圆柱状或是圆墩状等等。横截面不局限于圆形，可以是椭圆形。
在基本上形成长方体的空腔部分的二个相对侧面上形成开孔57和58。调节分别在开孔57和58外侧面上形成的凹座59和60中的红外发光二极管54和红外光敏晶体管55成互相面对。分别从红外发光二极管54和红外光敏晶体管55抽出引线54a和54b以及引线55a和55b。由于滚珠53、红外发光二极管54和红外光敏晶体管55被封闭在机盒52内，所以不会由掺入干扰光和灰尘降低测定精确度。
l是装配发光二极管54和光敏晶体管55的光轴，m1和m2是与光轴l垂直的平在。在本实施例中，内侧表面56a和56b与平面m1的夹角α和α’以及内侧表面56c和56d对平面m2的夹角β和β‘都固定在45°。
图17表示角度测定传感器51的电路连接方法。用作防止过电流流动的电阻R0与发光二极管54串联连接。电阻R1串联在光敏晶体管55的发射极侧。通过向电路62通入正向电流，红外发光二极管54发射光。这种光到达光电探测器的光接收面使光敏晶体管55的集电极-发射极变为导电，以引起电流IC向电路63流动。为了观察，经由在发射极侧形成的输出终端取出由于电流IC在电阻R1二端出现的电压ICRC。
在下文将根据第四实施例描述角度测定传感器51测定原理。
在角度测定传感器51中，取平行于图15b所示的B-横截面的平面作测定基准面。测定水平方向对这个平面的倾斜角。所以机盒52被固定于测定的目标，以使计算的目标的测定基准面与角度测定传感器51的测定基准面平行。并且，必须保持计算的目标和传感器以使测定基准面基本上是平行的。
图18用β-B横截面表示在测定基准面内倾斜一个预定角度的角度测定传感器51的状态。当倾斜角近似为0-30度时，滚珠53位于从发光二极管54到光敏晶体管55的光轴上的开孔58上。上述的电流IC没有流通，光敏晶体管55没有输出。当倾斜角近似为60-90度时，滚珠53位于第一停止位置，不在光轴上。所以，上述的电流IC流通，从光敏晶体管55产生一个输出。当倾斜角是在45度附近时，根据滚珠的形状和与机盒的内部表面接触的状况，滚珠53从开孔58沿内侧表面60滚动到第一停止位置。滚珠同内侧表面56a相撞，沿着内侧表面56d弹回，直到开孔58，然后与内侧表面56c相撞，再次弹回。滚珠在内侧表面56a和56c之间来回地运动。所以，处于倾斜角为45度附近的状态时，滚珠会频繁横穿光轴，从光敏晶体管55产生间歇输出。在下文将描述在倾斜角为45度附近时的测定角度的方法。
图19a-19d表示由比较器转换的脉冲信号中的变化，以致从光敏晶体管55产生输出时信号达到Hi电平，而从光敏晶体管55没有产生输出时获得LOW电平。如图19a-19d所示，在预定的时间周期内出现Hi电平信号的频率随倾斜角的不同而不同。根据对于预定倾斜角测量在预定的时间周期内Hi电平信号的出现频率，通过与光敏晶体管55的输出相比较，能够估测倾斜角。
在图20中表示根据本实施例的角度测定传感器测量角度的方法。在ST21时，设定i＝0和k＝0。在ST22时，判定角度测定传感器的输出是达到Hi电平还是没有达到Hi电平。在电平为Hi时，控制转向设定k＝k+1的ST24。当电平不为Hi时，控制转向S23。在设定i＝i+1以后，控制转向ST24。控制从ST24转到判定是否K＝N的ST25。当K不等于N时，为返回ST22在ST26上进行等待T0。当K＝N时，控制转到判定是i＜Nth或不是i＜Vth的S27。在ST27 i＜Nth时，判定角度小于45度。当i不比Nth小时，判定角度至少是45度。控制返回A。
在本实施例中，如上的述，i是固定时间周期的脉冲，而Nth是对应45度设定的数值。此外，在本实施例中T0为250毫秒，抽样进行4秒钟。虽然在流程图中计算在固定时间周期内的脉冲数，但是通过计算在固定时间周期内Hi电平或者LOW电平出现的时间同样能够测定角度。
图21是表示包括进行上述过程的角度测定传感器的角度测定仪结构的框图。角度测定传感51产生与角度对应的电信号。A/D(模拟量/数字量)转换器65把电信号转换成至少1比特(bit位)的数字信号。MPU(微处理单元)根据数字信号进行估测和测定角度的计算处理。
在安装本发明的角度测定传感器的计算目标是静止的情况下或者当滚珠53主要沿着内侧表面缓慢滚动时，能够精确地测定角度测定传感器机身的倾斜角是小于45度还是45度45以上。在计算目标以一定方向转动的情况下，由于滚珠53在空腔部分中重复上述的移动，所以能测定转动次数。
虽然在本实施例中内侧表面56a和56b对平面m1的夹角α，α’以及内侧表面56c和56d对平在m2的夹角β，β’都设定在45度，但是根据图20所示的程序，通过变换这些设定值能够判定角度是低于还是高于除45°外的所希望的角度。
在本实施例中，α＝α’而β＝β’。但是，可以使α≠α’而β≠β’以致内侧表面56a对平面m1的角度与内侧表面56b对平面m1的角度不同，而内侧表面56c对平面m2的角度与内侧表面56d对平面m2的角度不同。然而，注意到，在使角度测定传感器以预定方向转180度时为了同样地测定角度，互相面对的内侧表面必须构成平行，即α＝β和α’＝β’。因此，空腔的外形不局限于如在本发明中的长方体，平行于测定基准面的横截面可以是平行四边形，例如菱形或矩形。
(5)第五实施例
在第四实施例中，描述了在静态或缓慢转动状态时的角度测定。在第五实施例中，将描述在结合例如步行者的移动的情况下的角度测定。角度测定传感器和角度测定仪的结构本质上同第四实施例的一样。配以同样的标记符号，其详细描述将不再重复。
在结合上述的移动情况中，滚珠53反复地与内侧表面56a、56b、56c和56d碰撞，在空腔部分56内不断地运动是与角度测定传感器51机身的倾斜角度无关。为响应这种移动，间歇地形成光敏晶体管55的输出，是不受角度测定传感器51机身的倾斜角制约。
就滚珠53的移动状态而论，用角度则定传感器51机身的倾斜角确定由作用在滚珠上的重力和制约移动状态的内侧表面56a、56b、56c和56d形成的相对角度，即使角度测定传感器51机身的移动是不稳定的。更准确地说，滚珠53的移动状态取决于角度测定传感器51机身的倾斜角。
根据与第四实施例中在45度附近的角度测定相同的原理，用在预定的时间出现光敏晶体管55的Hi电平信号的频率能够估算和确定角度。通过相对于每个角度设定图20的流程图中的Nth，可以用同样程序测定除45度附近的角度外的任何角度。
(6)其他实施例
在下文将描述本发明的另一实施例。与第四和第五实施例相同的元件具有同样的配给的标记符号，其详细的描述将不重复。仅描述不同的元件。
在第四和第五实施例中，由发光二极管54和光敏晶体管55组成的光传感器用作存在探测器。然而，如果能够测定在预定区域上易动单元的存在，那末用电磁波、声波、超声波等等就能测定。可以用红外激光器代替红外发光二极管54。并且，可以用红外光电二极管代替红外光敏晶体管55。
在第四和第五实施例中，滚珠53活动的范围是一个基本上成长方体的空腔。滚珠不太可能在上部和下部表面56e和56f之间移动，说明滚珠以二维方式移动。然而，滚珠不受这种方式限制，由于相对于光传感器的光轴形成轴对称的空腔，滚珠能够以三维方式活动。用这样的测量器具，包括光轴的所有的平面可以看作测定基准面。注意到空腔不局限于相对于光轴成轴对称。
在第四和第五实施例中，易动单元滚珠的移动范围是在受机盒52中内侧表面56a、56b、56c和56d以及上部和下部表面56e和56f限制的空腔范围内。然而，限制易动单元移动范围的构件不局限于此，可以用弹性体例如用弹簧支撑。本实施例是针对随着角度测定传感器机身的倾斜，易动单元在移动范围内运动状态上的变化。根据在固定的时间周期内在移动范围内的预定区域上出现易动单元的频率或时间获得变化的运动状态。根据得到的数值，测定角度。因此，如果限制易动单元的移动范围，以使在移动范围内易动单元的运动状态随角度测定传感器机身倾斜的不同而变化，那末能够测定角度。
(7)活动监测器和热量计
在下文将描述采用上述的计步器原理的活动监测器和热量计。活动监测器和热量计的外观和电路方框图与上述的实施例所示的计步器的外观和电路方框图完全一样。操作软件的显示数据有差别。
图22是表示活动监测器或热量计包括装在人体上测量人体运动的加速度传感器71、放大由加速度传感器71测定的信号的放大器电路72、把放大信号转换成数字信号的A/D转换电路73、具有将在以后描述的预置功能的MPU74、显示器75、开关76和把电源供给各个电路的电源电路77。MPU74包括根据输入数字信号计算运动量的功能、根据预定时间周期，例如(1天)约估算卡路里消耗来计算剩余指标卡路里的剩余指标卡路里的功能、计算人体在预定时间(1天)内消耗所希望的运动量的指标的指标运动量计算功能和计算生命活动系数的生命活动系数的计算功能。在显示器75显示姓别、年龄、运动量、生命活动程序等等。开关76包括接通/切断电源的开关、选择显示类型的选择开关和输入姓别、年龄等等的开关。
在这种运动量测量仪中，用各种计算功能计算运动、生命活动程度等等。这种计算要求可以用各种方法获得的基础新陈代谢。任一种方法要用下列公式(1)。更准确地说，由公式(1)获得基础新陈代谢：
B＝Bs×S
Bs：每平方米人体表面面积的基础新陈代谢的标准值(千卡/米2/时间)
S：人体表面面积(米2)
＝(人体重量·千克)0.444×(身高·厘米)0.663×0.008883
注意公式(1)使用于六岁或六岁以上的人，Bs值随姓别和年龄不同而有差别。例如，可以从“日本人的营养需要量(Nutritional requirment ofJapanese)(第五版)”得到该值。
可以如下计算生命活动系数。一天内总的能量新陈代谢A用包括由于运动等等消耗的能量B·X。基础新陈代谢B和在特殊的有力动作时的新陈代谢(0.1A；消化吸收所摄取食物所需要的能量)(X是生命活动系数)在内的公式(2)表示。
A＝B·X+B+(1/10)A                     …(2)
调整该式，整理为
X＝〔(9/10)×(A/B)〕-1                  …(3)
通过把从姓别、年龄、身高、体重计算得到的基础新陈代谢B和由MPU用基础新陈代谢以及从加速度传感器的信号波形得到的运动程度计算的总能量新陈代谢A代入上面的公式(3)能够得到生命活动系数X。
通过例如根据生命活动的等级把计算的生命活动系数分成4级，能够给运动的程度作出标记。
用上述的生命活动系数X作指标，计算运动的指标量。假使这样的话，使生命活动系数设定为0.5的近似值并使用上面的公式(2)。更准确地说，由于运动的指标量A为：
A＝B·X+B+(1/10)A
得到下列公式
A＝(10/9)·(1+X)·B在X＝0.5时，运动的指标量A可以由下列公式计算：
A＝1.67×B                            …(4)
在下文将描述显示器5屏幕的显示格式。图23表示显示屏幕的一个实例。参阅图23，使显示器屏幕分成上部分图面80和下部分图面81。在上部分图面80上用数字显示运动量(总的卡路里消耗，卡)。在下部分图面81上以条形格式显示至少一个星期的和一个星期平均的生命活动程度。活动程度分成三级，为I(轻)、II(适中)、III(较重)。II(适中)被定作指标级。在这样的显示格式中，计算并自动显示当天结束时的生命活动量(总的卡路里消耗)和活动程度。此外，显示至少一个星期内每天卡路里消耗、七天的平均卡路里消耗和平均活动程度。为了记录一星期的卡路消耗和活动程度，例如应该提供一种自动存储功能。通过这样的显示格式，一看就能发现上个星期体育活动的癖好。
图24表示另一种显示格式。在这种显示格式中，根据输入姓别、年龄、身高和体重。对应于每个人自动设定和显示指标卡路里消耗。用条状图形和图象显示达到指标卡路里消耗的比率。
活动监测器只显示图23的下部分图面，热量计仅显示图23的上部分图面。
申请的工业范围
如上所述，本发明的计步器不一定局限于用于线在腰部的腰带，即使在计步器放在上衣或裤子的口袋里或和在包里时，根据计步器机身取向，用传感器能够测定摆动。计步器处于任意位置都能够计算步数。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1.一种计步器，包括：
配置在机身内以使其安装方向互相不同并根据在上下方向上的摆动分量提供输出信号的多个传感器，
为测定所述的机身的取向，在所述的机身内装有的角度测定器，
根据所述的角度测定器的测定信号，从所述的多个传感器输出信号中选择一个的选择器，和
根据所述的选择器的选择，从被选的传感器的输出信号计算步数的记步器。
2.一种计步器，包括：
配置在机身内以使其安装方向互相不同并根据在上下方向上的摆动分量产生电信号的多个加速度传感器，
为测定所述的机身的取向，在所述的机身内装有的角度测定器，
根据所述的角度测定器的测定信号，从所述的多个加速度传感器输出信号中选择一个的选择器，和
根据所述的选择器的选择，从被选的加速度传感器的输出信号计算步数的记步器。
3.根据权利要求2的计步器，其中所述的多个加速度传感器分别包括以悬臂方式支撑的旋转杆和安装在所述的旋转杆上的压电元件，所述的旋转杆包括以互相成直角的方向取向排列的二个加速度传感器。
4.根据权利要求2的计步器，其中所述的加速度传感器包括重锤、压电元件、安装在所述的压电元件的一端边缘的重锤盒和安装在所述的压电元件的另一端边缘的支承构件。
5.根据权利要求2的计步器，其中由所述的角度测定传感器测定的机身倾斜角的输出信号在每一个固定周期内变化，和
其中当变化的输出信号持续预定的次数时，变换所使用的加速度传感器。
6.根据权利要求1的计步器，其中所述的计步器包括模拟电路，
其中根据所述角度测定传感器的输出信号，控制放大所述的加速度传感器输出信号的所述的模拟电路的电源。
7.根据权利要求6的计步器，其中所述的模拟电路包括反馈电路部分、所述的反馈面包括二极管。
8.根据权利要求6的计步器，其中所述的模拟电路包括反馈电路部分、反馈面部分包括模拟开关。
9.根据权利要求1的计步器，其中所述的角度测定器包括多个导电的引线脚和环绕所述的多个引线脚的导电环。
10.一种计步器，包括：
为提供与上和下方向上的摆动分量对应的电信号，在机身上装有的传感器，和
根据所述的传感器的输出信号计算步数的记步器，
其中所述的传感器提供与所述的机身取向无关的输出信号。
11.一种计步器，包括：
为提供与上和下方向上的摆动分量对应的电信号，在机身上装有的加速度传感器，和
根据所述的加速度传感器的输出信号计算步数的记步器，
其中所述的加速度传感器包括以转动方式围绕支承轴安装的旋转杆、安装在所述的旋转杆的压电元件和为使所述的旋转杆保持水平在所述的支承轴附近安装的重锤，
其中由于所述旋转杆水平取向与所述的机身的取向无关，所以所述的加速度传感器通过所述的压电元件提供与所述的机身取向无关的输出信号。
12.一种计步器，包括：
配置成互相不同取向并提供与在上和下方向上的摆动分量对应的电信号的多个传感器，和
根据所述的传感器的输出信号计算步数的记步器。
13.一种计步器，包括：
配置成互相不同取向并提供与上和下方向上的摆动分量对应的电信号的多个传感器，
从所述的多个传感器输出信号中选择一个的选择器，和
根据所述的选择器的选择，计算步数的记步器。
14.根据权利要求1的计步器，其中所述的角度测定传感器包括预定的机盒、装在所述的机盒内光发射器、装在所述的机盒内的面向所述的光发射器的光接受器和通过使所述的机盒倾斜至少一个预定的角度来阻止光从所述的光发射器到所述的光接受器，为此目的在所述机盒内的所述的光发射器和所述的光接受器之间装有的物件。
15.在角度测定传感器中包括角度测定传感器机身、以活动的方式装在上述的角度测定传感器机身中的包括预定区域的移动范围内的移动单元和在上述的移动范围内的上述的预定区域上探测上述的移动单元存在的存在探测器，
上述的移动范围是一个由周壁封闭的空腔，上述的存在探测器是由发光器件和光探测器组成的光传感器，其中上述的空腔形成长方体，和在上述的长方体空腔的二个相对侧面上安装上述的光传感器，其中与上述的空腔的检测参考面平行的平面是平行四边形，在作为上述预定区域的上述光传感器的光轴上探测上述移动单元的存在。
16.根据权利要求5的角度测定传感器，所述的空腔、所述的移动体和所述的光传感器被密封装在所述的角度测定传感器机身内。
17.根据权利要求15的角度测定传感器，其中用红外发光二极管或红外发射激光器构成所述的发光器件，用红外光敏晶体管或红外光电二极管构成光接收器件。
18.一种角度测定仪，包括的角度测定传感器包括角度测定传感器机身、以可移动的方式装在所述的角度测定传感器机身中的包括预定区域的移动范围内的易动单元和用作探测在所述的移动范围内的所述的预定区域中所述的易动单元的存在的存在探测器，
其中用在预定的时间内所述的存在探测器显示“存在”或“不存在”的探测信号出现的频率或时间测定角度。
19.一种上下移动测定仪，包括配置在机身内以便其安装方向互相不同，并提供与上下方向的摆动分量对应的输出信号的多个传感器，
为测定所述的机身取向，装在所述的机身中的角度测定传感器，
根据所述的角度测定传感器的测定信号选择所述的多个传感器输出信号中的一个的选择器。
20.一种活动监测器，包括：
安装在机身中并以悬臂方式支承以致互相垂直的二个加速度传感器，
用作从所述的二个加速度传感器得到较大摆动的输出的选择器。
21.一种热量计，包括：
安装在机身中并以悬臂方式支承以致互相垂直的二个加速度传感器，
为测定所述的机身的取向，装在所述的机身中的角度测定传感器，
用作根据所述的角度测定传感器的输出得到二个加速度传感器中较大摆动的输出的选择器，和
根据所述的选择器的输出计算卡路里消耗的计算器。

Claims (23)

1.一种计步器，包括：
配置在机身内以使其安装方向互相不同并根据在上下方向上的摆动分量提供输出信号的多个传感器，
为测定所述的机身的取向，在所述的机身内装有的角度测定器，
根据所述的角度测定器的测定信号，从所述的多个传感器输出信号中选择一个的选择器，和
根据所述的选择器的选择，从被选的传感器的输出信号计算步数的记步器。
2.一种计步器，包括：
配置在机身内以使其安装方向互相不同并根据在上下方向上的摆动分量产生电信号的多个加速度传感器，
为测定所述的机身的取向，在所述的机身内装有的角度测定器，
根据所述的角度测定器的测定信号，从所述的多个加速度传感器输出信号中选择一个的选择器，和
根据所述的选择器的选择，从被选的加速度传感器的输出信号计算步数的记步器。
3.根据权利要求2的计步器，其中所述的多个加速度传感器分别包括以悬臂方式支撑的旋转杆和安装在所述的旋转杆上的压电元件，所述的旋转杆包括以互相成直角的方向取向排列的二个加速度传感器。
4.根据权利要求2的计步器，其中所述的加速度传感器包括重锤、压电元件、安装在所述的压电元件的一端边缘的重锤盒和安装在所述的压电元件的另一端边缘的支承构件。
5.根据权利要求2的计步器，其中由所述的角度测定传感器测定的机身倾斜角的输出信号在每一个固定周期内变化，和
其中当变化的输出信号持续预定的次数时，变换所使用的加速度传感器。
6.根据权利要求1的计步器，其中所述的计步器包括模拟电路，
其中根据所述角度测定传感器的输出信号，控制放大所述的加速度传感器输出信号的所述的模拟电路的电源。
7.根据权利要求6的计步器，其中所述的模拟电路包括反馈电路部分、所述的反馈面包括二极管。
8.根据权利要求6的计步器，其中所述的模拟电路包括反馈电路部分、反馈面部分包括模拟开关。
9.根据权利要求1的计步器，其中所述的角度测定器包括多个导电的引线脚和环绕所述的多个引线脚的导电环。
10.一种计步器，包括：
为提供与上和下方向上的摆动分量对应的电信号，在机身上装有的传感器，和
根据所述的传感器的输出信号计算步数的记步器，
其中所述的传感器提供与所述的机身取向无关的输出信号。
11.一种计步器，包括：
为提供与上和下方向上的摆动分量对应的电信号，在机身上装有的加速度传感器，和
根据所述的加速度传感器的输出信号计算步数的记步器，
其中所述的加速度传感器包括以转动方式围绕支承轴安装的旋转杆、安装在所述的旋转杆的压电元件和为使所述的旋转杆保持水平在所述的支承轴附近安装的重锤，
其中由于所述旋转杆水平取向与所述的机身的取向无关，所以所述的加速度传感器通过所述的压电元件提供与所述的机身取向无关的输出信号。
12.一种计步器，包括：
配置成互相不同取向并提供与在上和下方向上的摆动分量对应的电信号的多个传感器，和
根据所述的传感器的输出信号计算步数的记步器。
13.一种计步器，包括：
配置成互相不同取向并提供与上和下方向上的摆动分量对应的电信号的多个传感器，
从所述的多个传感器输出信号中选择一个的选择器，和
根据所述的选择器的选择，计算步数的记步器。
14.根据权利要求1的计步器，其中所述的角度测定传感器包括预定的机盒、装在所述的机盒内光发射器、装在所述的机盒内的面向所述的光发射器的光接受器和通过使所述的机盒倾斜至少一个预定的角度来阻止光从所述的光发射器到所述的光接受器，为此目的在所述机盒内的所述的光发射器和所述的光接受器之间装有的物件。
15.在角度测定传感器中包括角度测定传感器机身、以活动的方式装在一个移动范围内的移动体，该移动范围是所述的角度测定传感器机身中的预定区域和在所述的移动范围内的所述的预定区域上探测所述的移动体存在的存在探测器，
所述的移动范围是一个由周壁封闭的空腔，所述的存在探测器是由发光器件和光电探测器组成的光传感器，
其中为了探测所述的移动体在所述的预定区域的所述的光传感器光轴上的存在，使所述的光传感器中的所述的光发射器件和所述的光电探测器在所述的空腔中互相面对放置。
16.根据权利要求15的角度测定传感器，其中所述的空间形成长方体，和使所述的光传感器配置在所述的长方体空腔的二个相对的侧面上。
17.根据权利要求16的角度测定传感器，其中与所述的空腔的测定参考面平行的平面是平行四边形。
18.根据权利要求5的角度测定传感器，所述的空腔、所述的移动体和所述的光传感器被密封装在所述的角度测定传感器机身内。
19.根据权利要求15的角度测定传感器，其中用红外发光二极管或红外发射激光器构成所述的发光器件，用红外光敏晶体管或红外光电二极管构成光接收器件。
20.一种角度测定仪，包括的角度测定传感器包括角度测定传感器机身、以可移动的方式装在所述的角度测定传感器机身中的包括预定区域的移动范围内的易动单元和用作探测在所述的移动范围内的所述的预定区域中所述的易动单元的存在的存在探测器，
其中用在预定的时间内所述的存在探测器显示“存在”或“不存在”的探测信号出现的频率或时间测定角度。
21.一种上下移动测定仪，包括配置在机身内以便其安装方向互相不同，并提供与上下方向的摆动分量对应的输出信号的多个传感器，
为测定所述的机身取向，装在所述的机身中的角度测定传感器，
根据所述的角度测定传感器的测定信号选择所述的多个传感器输出信号中的一个的选择器。
22.一种活动监测器，包括：
安装在机身中并以悬臂方式支承以致互相垂直的二个加速度传感器，
用作从所述的二个加速度传感器得到较大摆动的输出的选择器。
23.一种热量计，包括：
安装在机身中并以悬臂方式支承以致互相垂直的二个加速度传感器，
为测定所述的机身的取向，装在所述的机身中的角度测定传感器，
用作根据所述的角度测定传感器的输出得到二个加速度传感器中较大摆动的输出的选择器，和
根据所述的选择器的输出计算卡路里消耗的计算器。
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