專利名稱：使用磁傳感器的計步器及測量方法
技術領域：
本發明涉及一種計步器及測量方法，更具體地，涉及一種使用磁傳感器來精確測量步行者的步數和步長的電子計步器及測量方法。
一種精確測量步行者步長的電子計步器包括處理單元、附加在步行者的一只腳上的磁體、以及附加到步行者的另一只腳上的磁傳感器陣列。磁傳感器陣列記錄每跨出一步時、附加在另一只腳上的磁體所產生的磁場的方向變化，向處理單元提供信號以記錄步數。處理單元通過利用磁場的強度和方向來計算距離，從而計算出步長。
背景技術：
計步器是用于測量步行者行走(奔跑)的步數、步長和距離的設備。通過與計時器一起使用，計步器可以用于測量并提供步行者行走(奔跑)的步頻和速度。
美國專利US4,578,769公開了一種測量跑步者的速度、距離、時間和所消耗的熱量的設備。位于鞋內的壓力開關或換能器傳感跑步者的腳(鞋)何時與地面接觸，并產生持續時間與腳與地面的接觸時間成正比的腳接觸信號。與壓力開關或換能器相連的射頻發射器無線發射腳接觸信號。由射頻接收器接收腳接觸信號。與射頻接收器相連的微處理器僅根據腳接觸信號，計算出表示跑步者速度的輸出速度信號。與微處理器相連的顯示器根據輸出速度信號，顯示跑步者的速度。
美國專利US6,145,389公開了一種精確計算用戶在行走和奔跑時的步長的計步器。利用用戶在每一步中的加速度測量結果，計算每一步的步長。所述加速度通過直接或間接附加到用戶腳上的加速度計來測量。數據處理器通過分析加速度計所測量到的腳的加速度，來執行步長的計算。識別每一步的加速度值，并結合一組系數來計算每一步的長度。通過校準處理，確定針對每個用戶的系數組，在所述校準處理中，計步器針對多種不同的行走和奔跑速度，測量用戶步伐的特性。由于獨立地計算每一步的步長，用戶可以改變行走和奔跑的速度，而不會影響距離計算的精確度。
美國專利US6,243,659公開了一種測量行走或奔跑距離的設備，所述設備包括兩個分離的、互補的電子器件(從屬單元和主控單元)，分別固定在每只鞋上。從屬單元產生信號；主控單元接收、存儲并處理所述信號，以計算速度和距離。在計算過程中，利用檢測信號與發射器和接收器間的距離之間的線性關系，計算從屬單元與主控單元之間的距離。如美國專利US6,243,659的附圖4所示，利用了由發光二極管(LED)發射的紅外線作為從屬單元與主控單元之間發射和接收的信號。
美國專利US6,658,079公開了一種精確測量步行者步長的電子設備，所述設備包括處理單元、壓力敏感開關、附加在步行者的一只腳上的超聲波接收器、以及附加在另一只腳上的超聲波發生器。當行進一步時，固定在鞋上的壓力敏感開關閉合一次，從而向處理單元提供信號，以記錄步數。處理單元通過利用超聲波計算距離來計算步長。
以上美國專利分別公開了利用壓力信號、加速度計、紅外線信號和超聲波信號來測量步行者步數和步長的各種電子設備。
本發明提供了一種使用磁傳感器來精確測量步行者的步數和步長的電子計步器及測量方法。
發明內容
本發明的目的在于提供一種使用磁傳感器來精確測量步行者的步數和步長的電子計步器及測量方法。
為了實現上述目的，根據本發明的第一方案，提出了一種使用磁傳感器的計步器，包括輸入設備，用于由用戶輸入指令和數據；條形磁體，附加在用戶的一只腳上，用于產生時不變磁場；磁傳感器，附加在用戶的另一只腳上，用于測量由條形磁體產生的磁通密度的水平分量Sx；輸出設備，用于向用戶輸出各種測量結果和系統信息；微處理器，用于與輸入設備、磁傳感器和輸出設備進行信號連接，根據磁傳感器所測量到的磁通密度的水平分量是否穿越零點，對用戶所行走的步數進行計數，并根據用戶的需要，將所計數出的步數通過輸出設備提供給用戶。
為了實現上述目的，根據本發明的第二方案，提出了一種使用磁傳感器的計步器，包括輸入設備，用于由用戶輸入指令和數據；條形磁體，附加在用戶的一只腳上，用于產生時不變磁場；磁傳感器，附加在用戶的另一只腳上，用于測量由條形磁體產生的磁通密度的水平分量Sx和垂直分量Sy；輸出設備，用于向用戶輸出各種測量結果和系統信息；數據存儲器，用于存儲表明了磁通密度的垂直分量的最小值Symin或最大值與平行站立時兩腳之間的實際距離DA之間的關系的第一表格、以及表明了磁通密度的歸一化幅值M與步長LS和平行站立時兩腳之間的實際距離DA的比例R之間的關系的第二表格；微處理器，用于與輸入設備、磁傳感器、數據存儲器和輸出設備進行信號連接，根據磁傳感器所測量到的磁通密度的水平分量Sx和垂直分量Sy、以及存儲在數據存儲器中的第一表格和第二表格，確定用戶的步長LS，并根據用戶的需要，將所計算出的步長LS通過輸出設備提供給用戶。
為了實現上述目的，根據本發明的第三方案，提出了一種使用磁傳感器來計數步數的方法，包括以下步驟初始化，將步數計數NS設置為0；利用附加在用戶的一只腳上的磁傳感器，測量由附加在用戶的一只腳上的條形磁體產生的磁通密度的水平分量；當磁傳感器所測量到的磁通密度的水平分量穿越零點時，將步數計數NS加1，累計用戶所行走的步數；以及將所計數出的步數NS通過輸出設備提供給用戶。
為了實現上述目的，根據本發明的第四方案，提出了一種使用磁傳感器來測量步長的方法，包括以下步驟確定磁通密度的垂直分量的最小值Symin或最大值為預定數值時，平行站立時兩腳之間的校準距離DC；利用附加在用戶的一只腳上的磁傳感器，測量由附加在用戶的另一只腳上的條形磁體產生的磁通密度的水平分量Sx和垂直分量Sy；根據所述校準距離DC、磁傳感器所測量到的磁通密度的垂直分量的最小值Symin或最大值、和存儲在數據存儲器中的第一表格，確定平行站立時兩腳之間的實際距離DA，所述第一表格表明了磁通密度的垂直分量的最小值Symin或最大值與平行站立時兩腳之間的實際距離DA之間的關系；根據磁傳感器所測量到的磁通密度的水平分量和垂直分量，計算磁通密度的幅值M；根據磁通密度的最小幅值A與最大幅值B的比A/B、和存儲在數據存儲器中的第二表格，確定步長LS和平行站立時兩腳之間的實際距離DA的比例R，所述第二表格表明了磁通密度的歸一化幅值M與步長LS和平行站立時兩腳之間的實際距離DA的比例R之間的關系；根據平行站立時兩腳之間的實際距離DA和所述比例R，確定用戶的步長LS；以及將所計算出的步長LS通過輸出設備提供給用戶。
根據本發明的計步器及測量方法利用了條形磁鐵的磁力線方向和強度在行走的過程中將隨著雙腳的移動而發生變化的特性，可以通過簡單地測量，精確地計算出步行者所行走的步數。而且，可以利用上述特性，通過查表或差值的方式，簡單而精確地計算出步行者的步長。
下面將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述，其中圖1示出了條形磁體的磁力線。
圖2示出了如何將條形永磁體和指南針附加到步行者的雙腳上。
圖3A～3C示出了步行者的雙腳處于不同位置時磁場(磁力線)方向的變化。
圖4示出了針對磁傳感器SX和SY的輸出而定義的坐標系統。
圖5是示出了在X＝1.0的情況下，針對Y從-3到3而繪制的磁傳感器SX和SY的輸出Sx和Sy及其幅值M的曲線圖。
圖6是示出了在Y＝0.0的情況下，針對X從0.75到1.25而繪制的磁傳感器SY的輸出Sy的曲線圖。
圖7是示出了在行走過程中、傳感器所測量到的波形的曲線圖。
圖8是示出了根據本發明的計步器1300的方框圖。
圖9是示出了根據本發明對步行者的步數進行計數的方法的流程圖。
圖10是示出了根據本發明計算步行者的步長的方法的流程圖。
圖11是示出了坡莫合金中的磁阻效應的示意圖。
圖12是示出了磁阻效應的線性化的示意圖。
圖13是示出了在不同溫度下、輸出電壓與橫向磁場Hy之間的關系的曲線圖。
圖14是示出了典型MR傳感器電路的示意圖。
圖15示出了典型步長測量電路的方框圖。
具體實施例方式
下面結合
本發明的具體實施方式
。應該指出，所描述的實施例僅是為了說明的目的，而不是對本發明范圍的限制。所描述的各種數值并非用于限定本發明，這些數值可以根據本領域普通技術人員的需要進行任何適當的修改。
基本原理圖1示出了條形磁體的磁力線。條形永磁體具有不可見的磁場，但該磁場可以通過鐵屑反映出來。
圖2示出了如何將條形永磁體和指南針附加到步行者的雙腳上。如圖2所示，將磁體附加到步行者的左腳上，而將指南針附加到步行者的右腳上。
圖3A～3C示出了步行者的雙腳處于不同位置時磁場(磁力線)方向的變化。磁場的方向隨著磁體和指南針之間的相對位置而改變。圖3A示出了左腳在右腳前方的情況，圖3B示出了左腳與右腳平行的情況，以及圖3C示出了左腳在右腳后方的情況。
圖4示出了針對磁傳感器SX和SY的輸出而定義的坐標系統。如果以兩個磁感應器(穿戴在右腳上的傳感器SX和傳感器SY)代替指南針，則可以根據如圖4所示的坐標系統，繪制出這些傳感器的輸出，即磁通密度。應當注意，傳感器SX測量磁通密度的x分量(Sx)，而傳感器SY測量磁通密度的y分量(Sy)。
坐標系的原點O在左腳的中心，并且將所有距離對平行站立時兩腳之間的距離進行歸一化，即當如圖4所示，左右腳彼此平行時，兩腳之間的距離為1。
圖5是示出了在X＝1.0的情況下，針對Y從-3到3而繪制的磁傳感器SX和SY的輸出Sx和Sy及其幅值M的曲線圖。
當X＝1.0時，針對Y從-3到3，繪制了傳感器SX和傳感器SY的輸出Sx和Sy。圖5中還示出了磁通密度的幅值M，即 圖6是示出了在Y＝0.0的情況下，針對X從0.75到1.25而繪制的磁傳感器SY的輸出Sy的曲線圖。
可以在附件(Magnetic Field Sensors-General，Philips DataSheet)中找到與用于繪制這些曲線的函數有關的詳細推導。
如果針對已知的距離，對傳感器SY的輸出Sy的數值進行了校準，例如，當Sy＝-1時，平行站立的兩腳之間的距離是30cm，則圖6提供了用于計算當輸出Sy不等于-1.0時、平行站立的兩腳之間的距離所需的信息。此外，根據圖5，如果測量這些傳感器的幅值，并針對Sy的最小值Symin所在的位置處的磁通密度幅值M進行歸一化，則可以容易地計算出步長。由圖5中傳感器SX的輸出曲線Sx(虛線)可以看到傳感器SX的輸出Sx每一步穿越零點一次，因此，此零點穿越可以用于對步數進行計數，而無需如現有計步器通常需要的那樣使用任何機械開關。
圖7是示出了在行走過程中、傳感器所測量到的波形的曲線圖。稍后，將結合圖9和10對其進行詳細的描述。
圖8是示出了根據本發明的計步器1300的方框圖。
如圖8所示，根據本發明的計步器1300包括微處理器1301、輸入設備1302、磁傳感器1304、條形永磁體1306、輸出設備1308、數據存儲器1310和電源1312。
微處理器1301與輸入設備1302、磁傳感器1304、輸出設備1308和數據存儲器1310進行信號連接。
輸入設備1302用于輸入用戶指令和數據。
磁傳感器1304可以包括一個磁傳感器或兩個磁傳感器。當包含一個磁傳感器時，所述磁傳感器用于測量由條形永磁體1306產生的磁場H的水平分量Hx。當包含兩個磁傳感器時，一個磁傳感器用于測量由條形永磁體1306產生的磁場H的水平分量Hx，而另一個磁傳感器用于測量垂直分量Hy。這里的描述采用了如圖4所示的坐標系。
條形永磁體1306將產生如圖1所示的磁場，將對位于其磁場作用下的磁傳感器1304產生磁力作用。
輸出設備1308可以是顯示器、揚聲器、發光二極管(LED)等，用于向用戶輸出所測量到的各種結果以及系統信息。對于本發明的計步器，其主要輸出所測量到的步數和步長，這些輸出可以是可視輸出和/或可聽輸出。
數據存儲器1310主要用于存儲兩個表格。在第一個表格中，存儲與圖6所示的曲線相對應的各種數值。如稍后所述，在確定平行站立時兩腳之間的實際距離DA時，將利用此表格。在第二個表格中，存儲與圖5所示的曲線(磁通密度幅值M的曲線)相對應的各種數值。如稍后所述，在確定步長LS與平行站立時兩腳之間的實際距離DA之間的比例關系R時，將利用此表格。根據所要求的精度和存儲器容量的不同，可以存儲較多或較少的數據。
電源1312為各種設備提供電源。
各種設備之間的連接可以是有線連接，也可以是無線連接，本領域普通技術人員可以根據實際需求進行適當的選擇。
圖9是示出了根據本發明對步行者的步數進行計數的方法的流程圖。
首先，在步驟S1400，用戶通過輸入設備1302啟動計步器，由微處理器1301對系統進行初始化，將步數計數NS設置為0。
然后，在步驟S1402，微處理器1301啟動磁傳感器1304，對于僅計數步數的應用而言，只需要用于測量磁通密度的水平分量Sx的一個磁傳感器SX，由磁傳感器1304(SX)測量磁通密度的水平分量Sx。
之后，出于顯示的目的，在步驟S1404，顯示步數計數NS。但是，也可以根據需要，在完成全部計數之后，再顯示步數計數NS。
在步驟S1406中，微處理器1301確定用戶是否通過輸入設備1302輸入結束計步操作的命令。如果是，則在步驟S1412結束整個處理。
如果微處理器1301確定用戶并未主動結束計步操作(步驟S1406“否”)，則處理進行到步驟S1408。在步驟S1408，微處理器1301確定由磁傳感器1304(SX)測量的磁通密度的水平分量Sx是否穿越零點(參見圖7)。如果在步驟S1408確定Sx并未穿越零點，則返回到步驟S1402，繼續測量磁通密度的水平分量Sx。如果在步驟S1408中確定Sx已經穿越零點，則微處理器1301先將步數計數NS加1，然后再返回到步驟S1402，繼續測量磁通密度的水平分量Sx。
只要用戶不發出結束指令(步驟S1406“否”)，則計步器1300將一直工作，并計算步行者所行走的步數。當然，本發明不僅可以計算步行者所行走的總步數，也可以根據行走所花費的時間來計算步行者的步頻(即總步數/總時間)。這對于本領域普通技術人員而言是顯而易見的。
圖10是示出了根據本發明計算步行者的步長的方法的流程圖。
首先，在步驟S1500，用戶通過輸入設備1302啟動計步器。不同于圖9所示的方法，微處理器1301首先進行系統校準，即確定當磁通密度的垂直分量Sy為預定數值時，平行站立的兩腳之間的校準距離DC。此校準距離DC可以由用戶通過輸入設備1302手動輸入，或者在計步器1300出廠時預先設定在數據存儲器1310中。
然后，在步驟S1502，微處理器1301啟動磁傳感器1304(SX和SY)。對于計算步行者步長的應用，需要兩個磁傳感器SX和SY，分別測量磁通密度的水平分量Sx和垂直分量Sy。
在步驟S1504，微處理器1301根據來自磁傳感器1304(SY)的測量結果，找出磁通密度的垂直分量Sy的最小值Symin。然后，在步驟S1506，由微處理器1301根據Symin和存儲在存儲器1310中的第1表格(對應于圖6所示的曲線)，通過查表或差值處理，得到平行站立時兩腳之間的實際距離DA。
在步驟S1508，微處理器1301根據來自磁傳感器1304(SX和SY)的測量結果，計算磁通密度的幅值 。然后，在步驟S1510，微處理器1301從計算出的磁通密度的幅值 中找出最小幅值A和最大幅值B(參見圖7)，由此計算得出二者之比A/B。之后，在步驟S1512中，微處理器1301根據A/B和存儲在存儲器1310中的第2表格(對應于圖5所示的磁通密度幅值曲線)，通過查表或差值處理，得到步長LS與平行站立時兩腳之間的實際距離DA之間的比例關系R。
上述步驟S1504～S1506與步驟S1508～S1512可以同時執行，或者先后執行，可以根據微處理器1301的能力來決定。
在完成步驟S1506和步驟S1512之后，微處理器1301根據平行站立時兩腳之間的實際距離DA以及步長LS與DA之間的比例關系R，計算步長LS＝DA×R，并可以根據系統的設置，通過輸出設備1308輸出(包括顯示和廣播等)。
另外，以上對于磁通密度的垂直分量的最小值(Symin)的定義是基于圖4所示的坐標系確定的，當以相反的坐標系或相反的條形永磁體南北極設置進行計算時，與上述磁通密度的垂直分量的最小值(Symin)相對應的數值也可能是磁通密度的垂直分量的最大值。發明人認為本領域普通技術人員根據坐標系以及磁極的設置，可以容易地確定要選取磁通密度的垂直分量的最小值還是最大值。
此外，通過結合如圖9所示的步數計數方法，微處理器1301還可以根據用戶行走的步長、總時間和總步數，計算用戶行走的路程、速度和步頻，并將結果通過輸出設備1308提供給用戶。
為了更清楚地解釋圖10所示的步長測量方法的各個步驟，以下將結合附圖5～7，給出特定的數值示例。應當理解，以下所給出的各種數值，只是作為示例的目的，而不應當將其理解為對本發明保護范圍的任何限制。
首先，對系統進行校準(步驟S1500)，從而當平行站立的兩腳之間的距離是30cm時，Sy＝-1.0(預定數值)。如圖6所示，例如，如果所測量到的最小值Symin是-1.3(步驟S1504)，則兩腳之間的實際距離是30cm×0.915＝27.45cm(步驟S1506，“DA”)。
在圖7中，點劃線是兩個傳感器1304(SX和SY)的總幅值(即 )(步驟S1508)。如果A/B的比值為0.2(步驟S1510)，則如圖5所示，相對于平行站立時兩腳之間的距離，步長具有因子2(步驟S1512，“R”)。因此，步長LS＝27.45cm×2＝54.9cm(步驟S1514)。
原型實驗系統發明人利用以下組件構建了原型實驗系統。
磁阻傳感器圖11是示出了坡莫合金中的磁阻效應的示意圖。
磁阻(MR)傳感器利用了磁阻效應，即在出現外部磁場時，載流磁性材料的電阻發生改變的特性。用于磁場的普通單位是1kA/m或1.25毫特斯拉(12.5高斯)(在空氣中)。圖11示出了被稱為坡莫合金(19％Fe，81％Ni)的鐵磁材料條。假設沒有外部磁場時，坡莫合金的內部磁化矢量平行于電流方向(圖11所示為從左向右流過坡莫合金)。
如果施加外部磁場H，平行于坡莫合金平面但與電流垂直，則坡莫合金的內部磁化矢量將旋轉角度α。結果，坡莫合金的電阻R將作為旋轉角度α的函數發生變化，由以下公式(1)給出R＝R0+ΔR0cos2α(1)R0和ΔR0是材料參數。為了實現最佳的傳感器特性，飛利浦公司(Philips)采用了具有高R0值和低磁致形變的Fe19Ni81。利用此材料，ΔR0大約為3％的數量級。根據此二次等式可知，電阻/磁場特性是非線形的，而且每個數值R不必與惟一的數值H相關聯。但是，通過將鋁條(Barber pole(理店桿式))與條的軸向成45°地設置在坡莫合金條的頂部，如圖12所示，可以使磁阻效應線性化。由于鋁比坡莫合金具有更高的傳導性，Barber pole的作用是將電流方向旋轉45°(電流為“鋸齒”形，如圖12所示)，有效地將磁化方向相對于電流方向的旋轉角度從a變為a-45°。而且，將惠斯通電橋結構用于線形應用。在一對對角線相對的元件中，Barber pole與條的軸向成45°角，而在另一對中，成-45°角。因此，一對元件中由于外部磁場而引起的電阻增加與另一對元件中相同幅度的電阻減小“相匹配”。于是，所得到的橋失衡是在坡莫合金條平面內與條的軸向正交的外部磁場的幅度的線性函數。
實用的MR傳感器根據上述原理，飛利浦公司生產了一系列基本的磁阻傳感器。KMZ傳感器的主要特性如表1所示。
表1飛利浦KMZ系列MR傳感器的特性
(1)在空氣中，1kA/m對應于1.25mT。
典型磁阻傳感器(KMZ10B)的輸出-溫度曲線如圖13所示。由圖13可以看到，在磁阻傳感器的工作范圍(-2.0KA/m≤Hy≤+2.0KA/m)內，磁阻傳感器的輸出電壓Vo與橫向磁場Hy成線性關系。而且，隨著溫度Tamb的增加，磁阻傳感器的輸出電壓Vo的幅值減小，因此，磁阻傳感器具有負溫度系數。
典型的傳感器電路在本發明的步長測量應用中，作為線位置的函數來測量模擬信號，較好的應用電路應當實現傳感器的偏移和靈敏度調整。而且，由于大多數磁場傳感器的靈敏度隨著溫度的變化發生漂移(參見圖13)，同樣需要對此漂移進行補償。基本電路如圖14所示。
在第一級中，對傳感器信號進行預放大和偏移調整。在補償了溫度效應之后，在最后一級中，進行最后的放大和靈敏度調整。飛利浦公司的磁阻傳感器隨著溫度的變化具有線性漂移，所以需要對具有線性特性的溫度傳感器進行補償。飛利浦的KTY系列溫度傳感器適用于此目的，其正溫度系數(TC)與MR傳感器的負TC匹配得非常好。可以利用兩個電阻器R7和R8來控制補償的程度，而且應當使用具有非常低的偏移和溫度漂移的特定運算放大器來確保在較大的溫度范圍內補償恒定。
典型的步長測量單元圖15示出了典型步長測量單元的方框圖。可以利用兩個MD傳感器容易地實現如圖15所示的典型步長測量單元。每個MD傳感器提供對一個軸向上的磁場強度的測量。微處理器提供信號調節和步長計算。信號調節包括反位(flipping)時鐘產生、偏移消除、以及溫度補償。可以利用存儲在存儲器(如EEPROM、RAM、ROM、硬盤、閃存、光盤等)中的預加載校準數據，容易地計算步長。
盡管已經針對典型實施例示出和描述了本發明，本領域的普通技術人員應該理解，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以進行各種其他的改變、替換和添加。因此，本發明不應該被理解為被局限于上述特定實例，而應當由所附權利要求所限定。
權利要求
1.一種使用磁傳感器(1304)的計步器(1300)，包括輸入設備(1302)，用于由用戶輸入指令和數據；條形磁體(1306)，附加在用戶的一只腳上，用于產生時不變磁場；磁傳感器(1304)，附加在用戶的另一只腳上，用于測量由條形磁體產生的磁通密度的水平分量(Sx)；輸出設備(1308)，用于向用戶輸出各種測量結果和系統信息；微處理器(1300)，用于與輸入設備、磁傳感器和輸出設備進行信號連接，根據磁傳感器所測量到的磁通密度的水平分量是否穿越零點，對用戶所行走的步數進行計數，并根據用戶的需要，將所計數出的步數通過輸出設備提供給用戶。
2.根據權利要求1所述的使用磁傳感器(1304)的計步器(1300)，其特征在于所述微處理器還根據用戶行走的總時間和總步數，計算用戶的步頻，并將結果通過輸出設備提供給用戶。
3.根據權利要求1或2所述的使用磁傳感器(1304)的計步器(1300)，其特征在于所述磁傳感器是磁阻傳感器。
4.根據權利要求3所述的使用磁傳感器(1304)的計步器(1300)，其特征在于所述磁阻傳感器包括偏移調整、溫度補償和靈敏度調整電路。
5.據權利要求1或2所述的使用磁傳感器(1304)的計步器(1300)，其特征在于所述輸出設備提供可視輸出、可聽輸出中的至少一種。
6.一種使用磁傳感器(1304)的計步器(1300)，包括輸入設備(1302)，用于由用戶輸入指令和數據；條形磁體(1306)，附加在用戶的一只腳上，用于產生時不變磁場；磁傳感器(1304)，附加在用戶的另一只腳上，用于測量由條形磁體產生的磁通密度的水平分量(Sx)和垂直分量(Sy)；輸出設備(1308)，用于向用戶輸出各種測量結果和系統信息；數據存儲(1310)，用于存儲表明了磁通密度的垂直分量的最小值(Symin)或最大值與平行站立時兩腳之間的實際距離(DA)之間的關系的第一表格、以及表明了磁通密度的歸一化幅值(M)與步長(LS)和平行站立時兩腳之間的實際距離(DA)的比例(R)之間的關系的第二表格；微處理器(1300)，用于與輸入設備、磁傳感器、數據存儲器和輸出設備進行信號連接，根據磁傳感器所測量到的磁通密度的水平分量(Sx)和垂直分量(Sy)、以及存儲在數據存儲器中的第一表格和第二表格，確定用戶的步長(LS)，并根據用戶的需要，將所計算出的步長(LS)通過輸出設備提供給用戶。
7.根據權利要求6所述的使用磁傳感器(1304)的計步器(1300)，其特征在于所述微處理器還根據磁傳感器所測量到的磁通密度的水平分量是否穿越零點，對用戶所行走的步數進行計數，并根據用戶的需要，將所計數出的步數通過輸出設備提供給用戶。
8.根據權利要求7所述的使用磁傳感器(1304)的計步器(1300)，其特征在于所述微處理器還根據用戶行走的步長、總時間和總步數，計算用戶行走的路程、速度和步頻，并將結果通過輸出設備提供給用戶。
9.根據權利要求6到8之一所述的使用磁傳感器(1304)的計步器(1300)，其特征在于所述磁傳感器是磁阻傳感器。
10.根據權利要求9所述的使用磁傳感器(1304)的計步器(1300)，其特征在于所述磁阻傳感器包括偏移調整、溫度補償和靈敏度調整電路。
11.根據權利要求6到8之一所述的使用磁傳感器(1304)的計步器(1300)，其特征在于所述輸出設備提供可視輸出、可聽輸出中的至少一種。
12.一種使用磁傳感器(1304)來計數步數的方法，包括以下步驟初始化，將步數計數(NS)設置為0；利用附加在用戶的一只腳上的磁傳感器，測量由附加在用戶的一只腳上的條形磁體產生的磁通密度的水平分量；當磁傳感器所測量到的磁通密度的水平分量穿越零點時，將步數計數(NS)加1，累計用戶所行走的步數；以及將所計數出的步數(NS)通過輸出設備提供給用戶。
13.根據權利要求12所述的使用磁傳感器(1304)來計數步數的方法，其特征在于還包括以下步驟根據用戶行走的總時間和總步數，計算用戶的步頻，并將結果通過輸出設備提供給用戶。
14.根據權利要求12或13所述的使用磁傳感器(1304)來計數步數的方法，其特征在于所述磁傳感器是磁阻傳感器。
15.根據權利要求14所述的使用磁傳感器(1304)來計數步數的方法，其特征在于所述磁阻傳感器包括偏移調整、溫度補償和靈敏度調整電路。
16.根據權利要求12或13所述的使用磁傳感器(1304)來計數步數的方法，其特征在于所述輸出設備提供可視輸出、可聽輸出中的至少一種。
17.一種使用磁傳感器(1304)來測量步長的方法，包括以下步驟確定磁通密度的垂直分量的最小值(Symin)或最大值為預定數值時，平行站立時兩腳之間的校準距離(DC)；利用附加在用戶的一只腳上的磁傳感器，測量由附加在用戶的另一只腳上的條形磁體產生的磁通密度的水平分量(Sx)和垂直分量(Sy)；根據所述校準距離(DC)、磁傳感器所測量到的磁通密度的垂直分量的最小值(Symin)或最大值、和存儲在數據存儲器中的第一表格，確定平行站立時兩腳之間的實際距離(DA)，所述第一表格表明了磁通密度的垂直分量的最小值(Symin)或最大值與平行站立時兩腳之間的實際距離(DA)之間的關系；根據磁傳感器所測量到的磁通密度的水平分量和垂直分量，計算磁通密度的幅值(M)；根據磁通密度的最小幅值(A)與最大幅值(B)的比(A/B)、和存儲在數據存儲器中的第二表格，確定步長(LS)和平行站立時兩腳之間的實際距離(DA)的比例(R)，所述第二表格表明了磁通密度的歸一化幅值(M)與步長(LS)和平行站立時兩腳之間的實際距離(DA)的比例(R)之間的關系；根據平行站立時兩腳之間的實際距離(DA)和所述比例(R)，確定用戶的步長(LS)；以及將所計算出的步長(LS)通過輸出設備提供給用戶。
18.根據權利要求17所述的使用磁傳感器(1304)來測量步長的方法，其特征在于還包括以下步驟根據磁傳感器所測量到的磁通密度的水平分量是否穿越零點，對用戶所行走的步數進行計數，并根據用戶的需要，將所計數出的步數通過輸出設備提供給用戶。
19.根據權利要求18所述的使用磁傳感器(1304)來測量步長的方法，其特征在于還包括以下步驟根據用戶行走的步長、總時間和總步數，計算用戶行走的路程、速度和步頻，并將結果通過輸出設備提供給用戶。
20.根據權利要求17到19之一所述的使用磁傳感器(1304)來測量步長的方法，其特征在于所述磁傳感器是磁阻傳感器。
21.根據權利要求20所述的使用磁傳感器(1304)來測量步長的方法，其特征在于所述磁阻傳感器包括偏移調整、溫度補償和靈敏度調整電路。
22.根據權利要求17到19之一所述的使用磁傳感器(1304)來測量步長的方法，其特征在于所述輸出設備提供可視輸出、可聽輸出中的至少一種。
全文摘要
本發明提出了一種使用磁傳感器的計步器，包括輸入設備，用于由用戶輸入指令和數據；條形磁體，附加在用戶的一只腳上，用于產生時不變磁場；磁傳感器，附加在用戶的另一只腳上，用于測量由條形磁體產生的磁通密度的水平分量Sx；輸出設備，用于向用戶輸出各種測量結果和系統信息；微處理器，用于與輸入設備、磁傳感器和輸出設備進行信號連接，根據磁傳感器所測量到的磁通密度的水平分量是否穿越零點，對用戶所行走的步數進行計數，并根據用戶的需要，將所計數出的步數通過輸出設備提供給用戶。另外，本發明還提出了一種使用磁傳感器來測量步長的計步器。此外，本發明還提出了應用于上述兩種計步器的步數和步長測量方法。
文檔編號G01C22/00GK101086450SQ20061009125
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月8日 優先權日2006年6月8日
發明者劉子修 申請人:敦贊有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
